载波传输

工程技术学科

把数字基带信号寄载到连续的高频载波上进行传输的系统叫载波传输或叫调制传播。

载波

在通信技术上，载波（carrier wave, carrier signal或carrier）是由振荡器产生并在通讯信道上传输的电波，被调制后用来传送语音或其它信息。载波频率通常比输入信号的频率高，输入信号调制到一个高频载波上，就好像搭乘了一列高铁或一架飞机一样，然后再被发射和接收。载波是传送信息（话音和数据）的物理基础和承载工具。

未受调制的周期性振荡信号称为载波，载波可以是正弦波，也可以是非正弦波（如周期性脉冲序列），载波受调制后称为已调信号，它含有调制信号的全波特征。一般要求正弦载波的频率远远高于调制信号的带宽，否则会发生混叠，使传输信号失真。

可以这样理解，我们一般需要发送的数据的频率是低频的，如果按照本身的数据的频率来传输，不利于接收和同步。使用载波传输，我们可以将数据的信号加载到载波的信号上，接收方按照载波的频率来接收数据信号，有意义的信号波的波幅与无意义的信号的波幅是不同的，将这些信号提取出来就是我们需要的数据信号。

载波传输简介

把数字基带信号寄载到连续的高频载波上进行传输的系统叫载波传输或叫调制传播。一般实现远距离传输必须通过调制把基带信号的频谱搬移到高频处之后，通过无线信道或者光纤信道传输。如地面微波中继通信，多路载波电话，太空卫星微波通信等都是载波传输的系统。

一般，通信分为：基带通信和频带通信；频带通信分为：电波通信和光波通信；而电波通信就是所谓的载波通信。载波通信又分：有线载波和无线载波，它们都可进一步以时分、频分和码分信号复用方式进行信号传输。

多载波传输

一般来说，5G是面向2020年以后移动通信需求而发展的新一代移动通信系统，其具有超高的频谱利用率和能效，在传输速率、时延等方面较4G系统提高一个量级或更高。5G系统主要面临以下挑战：机对机通信（M2M），频谱碎片化，实时应用和异构网络。从无线传输的层面看，第一，由于M2M的大规模和不定时性，不宜采用对同步要求高的方案；第二，若要充分挖掘已用频带之间的碎片资源，不宜采用旁瓣功率泄露较大的方案；第三，实时应用频繁地使用短帧传输数据；最后，在异构网中不同子带应当是异步的、可灵活分配的。可以看到，5G场景下对多载波多址传输技术提出了更加苛刻的要求。

正交频分复用（OFDM）起源于上世纪70年代，经过数十年的发展，得到了广泛应用和深入研究。其具备频谱效率高、收发机复杂度低、易于和多天线技术结合使用等优点。同时其存在抗载波频偏较弱、峰均比较大、带外功率泄露较严重等问题。特别地，OFDM的以下缺点使其难以满足新场景下的需求。首先，各子载波之间必须同步以保持正交性，在小区内存在大量传感节点时同步的代价将难以承受；第二，其采用方波作为基带波形，载波旁瓣较大；最后，其使用的CP长度仅与无线信道有关，所以在频繁传输短帧时CP会造成无线资源的大量浪费。因此有必要探索和发展新一代多载波技术。

FBMC（Filter bank multi-carrier，滤波器组多载波）和GFDM（Generalized frequencydivision multiplexing，广义频分复用）以各自的优点吸引了学术界的热烈讨论。FBMC不采用循环前缀，各子带不要求同步，频谱效率很高。90年代较为流行的离散多音频调制（DMT）和离散小波多音频调制（DWMT）均可看作是FBMC的特例。2009年Fettweis等人提出的GFDM具有较高的频谱效率和较低的接收机复杂度，亦不要求子载波同步。2013年Vakilian等人提出UFMC（Universal filtered multi-carrier，通用滤波多载波）技术结合了滤波OFDM（filtered-OFDM）和FBMC的一些优点。FBMC、GFDM和UFMC共同成为欧盟SGNOW项目组重点关注的多载波技术备选方案。

即时通讯工具的载波传输

即时通讯工具已成为互联网络进行联系交流的重要手段，但日趋严重的信息安全威胁着每一个使用者，众多的病毒、木马、黑客工具可以轻易窃取使用者的聊天信息，监控使用者传输的隐私信息。基于数字载波通信原理应用音频信道进行传输，可将相对重要的信息隐秘于音频载波中进行传送。以2DPSK载波调制解调为理论基础，将其应用在即时通讯中，口的是开辟新的通信模式，增强信息的安全。通过实验对该理论的应用加以验证，说明该方法是可行的。

常用的即时通讯工具都提供了音、视频聊天功能，音频是一种频率在0.02~20 kHz范围随时间变化的波形信号。如使用即时通讯工具的两方需要传输一些相对隐秘的信息，使用音频信道进行传输，可以在一定程度上避免文字信息和语言音频信息被黑客软件直接窃取导致失密的情况。使用一定协议结构的数字载波有利于信息的隐藏和保密传输。此外，也可以使用这一载波信道传输控制信息，用于实现远程控制。应用即时通讯音频载波传输的流程如图1所示。

利用及时通讯工具的音频信道可以进行数字载波传输。载波信号长度可以在很短的时间完成部分或全部重要数据的传输，所呈现出的效果又近似于干扰或噪音，不易引起监听者的注意，具有一定的隐蔽性。实验结果证明了此方案具有提高信息保密的可行性，对进一步的开发和利用提供了一定理论和实践的支持。

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