前言：一张写满求救信息的纸，需要让马路对面的人看到。我们可以让纸飘过去，但这通常很难奏效；也可以折成纸飞机，让它飞过去，但很难保证距离和落地点。当然，更好的办法是将纸与合适的小石头包裹在一起，瞄准对边扔过去，这种方式应该是最有效的。
在通信系统中也一样。原始信息通常是频率很低的频谱分量，一般来说不适合直播接在信道上进行传输。如果没有经过处理，是很能有效的传输的并保证传的足够远。那么我们如何解决这个问题呢？
人们发现，只需要将原始信号变换成适合信道传道传输的频率信号，通常是一个高频信号。这个高频就是信号的载体。调制是干啥呢，通俗来讲就是进行频谱搬移，使得一种波形的某些特性按另一种波形或信号而变化，比如说基带信号（原始信息）控制载波信号中的某个参数或多个参数的变化的过程，这些参数随着基带信号的规律而交化。
比如说我们有一个简单的二进制信号，它只包含两种状态：高电平和低电平。在光纤通信中，我们可以将高电平对应于光波的峰值，低电平对应于光波的谷值。这样，我们就可以将这个二进制信号编码到光波上，并通过光纤进行传输。
在无线通信领域，我们依赖于电磁波来实现信息的传递。通过调制的手段，我们可以对原始信号的频谱进行搬移，也就是改变其频率。经过调制后得到的信号被称为已调信号，这个信号不仅携带着信息，而且更适合在通信信道中进行传输。无线通信中的调制多是模拟调制。
在光纤通信中，我们使用调制技术将数字信号的频谱搬移到光纤的低损耗波长区域。在这个区域的窗口内，光信号的传输损耗较低，能够实现长距离传输。光纤通信中的调制基本上是数字调制。
那么调制的载体是什么？相当于在文章开头，纸张通过小石头这个载体扔出去。在通信系统中，能用哪些参数的变化代表0和1的变化。我们使用光载波的电场公式来解释：E = A * sin(2πft + φ)其中，E 表示电场强度，A 表示电场振幅，f 表示频率，t 表示时间，φ 表示初相角。这个公式描述了光载波的电场强度随时间的变化，其中频率 f 和初相角 φ 可以用来描述光的周期性振荡，而电场振幅 A 则反映了光的强度。
基于上以公式的不同参量，我们可以有不同的调制方式，主要可以分为：ASK, FSK, 和PSK等。这些调制最开始主要在无线通信系统中，后面应用到光纤通信系统中。
- ASK 幅移键控(Amplitude shift keying)， 2ASK也叫开关键控 OOK (On-off keying)，多级幅移键控M-ASK如PAM4,PAM8等；
- PSK 相移键控(Phase shift keying)：DPSK, DQPSK, BPSK, QPSK, PM-QPSK；
- FSK 频移键控(Frequency shift keying)；
- POSK 偏振调制(Polarization shift keying)。
基于上以基础调制，还衍生出很多复合调制，如PM-QPSK在偏振态、相位和波形多个维度进行调制以及正交幅度调制QAM（Quadrature Amplitude Modulation）等复合调制方式也已经在广泛应用，并成为光纤通信调制方式中的主流，如16QAM，64QAM等在200G以及400G等速率的波分系统中广泛使用。
在调制里面我们有两个绕不开的概念：波特率，并与之相关的比特率。
- 波特率：每秒传送的信号变化次数，即码元速率B，代表单位时间内传输的码元个数，单位为波特(baud，简写Bd)。一个数字脉冲为一个码元，若码元的宽度为T秒，则B=1/。
- 比特率：每秒传送的比特数，即数据传输速率R，单位为比特/秒(b/s或bps)。
可以看出，比特率和波特率既有联系，又有区别。下面是一个彩球信息传递的举例。
- 波特率：你和朋友约定了一个方法来传递信息。你们使用不同颜色的球来代表不同的信息。每秒钟，你可以扔一个球给你的朋友。所以，如果你每秒扔一个球，那么波特率就是1Bd。波特率实际上描述了你每秒扔球的速度。
- 比特率：虽然你每秒只扔一个球，但是球的颜色可以有很多种，每种颜色都有其特定的含义。例如，红色可能代表“00”，蓝色代表“01”，绿色代表“10”，黄色代表“11”。所以虽然你每秒只扔一个球（波特率为1Bd），但每个球实际上可以传递2比特的信息，比特率是2bps。简单说，比特率描述的是你每秒传递的数据量。
当然，比特率和波特率是可以通过如下公式进行量化换算的：R=1/T*1og2M其中R为比特率，T为码元周期，B为波特率，M表示进制。
举两个栗子说明，对于开关键控OOK，用幅度的有无来表示1和0，一个码元所携带的离散数 M=2。给出调制器的电信号的波特率为10G速率等级，即B=10。调制后输出的信号比特率是：R=B*log2M=10*10g22=10*1=10Gbps对于16阶正交幅度调制QAM，如下图所示，表示符号数M=16。同时给出调制器的电信号波特率为32G速率等级，那么B=32，调制后输出的信号比特率是：R=B*1og2M=32*10log216=32*4=112Gbps
一般情况下比特率是高于波特率的，以让信息传递尽可能的多。在高阶调制中，如上面的16QAM，一个信号符号4比特或更多。此时每个信号符号编码多于1比特的数据，比特率大于波特率。
另外与调制强相关的一个参数是频谱效率（bit/s/Hz）。定义为单位带宽传输频道上每秒可传输的比特率。一般来说高阶调制可以带来更高的频谱效率，但是频谱效率/调制的提高，又会限制传输距离。
频谱效率这个话题后面再细说。码了一下午的字，若有不妥之处望见谅。
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