文章轉自：射頻（RF）基本理論：定義、特性、調制、擴頻_射頻信号
1. 什麼是射頻
射頻簡稱RF，是高頻交流變化電磁波的簡稱。依據麥克斯韋的電磁場理論：振蕩的電場産生振蕩的磁場，振蕩的磁場産生振蕩的電場。電磁場在空間内不斷向外傳播，形成了電磁波。下圖可以大緻展現展現這個過程，E代表電場，B代表磁場。在軸上同一位置的電場、磁場的相位和幅度均會随着時間發生變化。
通常情況下，射頻（RF）是震蕩頻率在3KHz-300GHz之間的電磁波的統稱，被廣泛應用于雷達和無線通信。
2. 射頻的基本特征
為了描述給定射頻信号，可以從頻率、波長、幅度、相位四個角度出發。
2.1 頻率和波長
電磁波的頻率即電磁場震蕩的頻率。波動具有周期，頻率（f）即給定機關時間内的波發生的周期數，機關為赫茲（Hz）。下圖表示的是頻率為10Hz的信号機關時間内的波形。
波長（λ）即波在一個周期内傳播的距離，在傳播速度一定的情況下，波長與頻率成反比，即，λ = c / f。
相似頻率的RF之間會互相幹擾，是以有專門管理頻譜的組織來配置設定使用頻段，避免應用之間的互相幹擾，規範RF的使用。由于衰減等因素影響，低頻電磁波一般能比高頻電磁波傳播更長的距離和更強的穿透能力，是以經常被用來超視距雷達。而高頻電磁波能量高，帶寬更高可以攜帶更多的資訊，現在也被用于一些視距内的通信來緩解低頻段擁擠的問題，例如5G的mmWave通信。
2.2 振幅
RF的振幅信号即單個周期内電場振蕩變化的度量，對于正弦波，可以用峰值①、峰-峰值②、均方根值來表示③。
2.3 相位
相位即波周期中單個時間點的位置，在正弦波中通常用弧度表示。
3. 調制
單純的電磁波是沒有意義的，為了達到通信的目的，我們需要對發射端的電磁波進行一些操作來達到承載資料的目的，這個操作就叫做調制。稍微學術一點，為了達到通信的目的，RF信号必須具有一種攜帶資訊的方式，調制即利用三個波特性（頻率、相位、振幅）來達到修改RF信号、傳輸資料的目的。
調制又分為模拟調制和數字調制，下面分别介紹。
3.1 模拟調制
模拟調制包括發送帶有模拟載波的模拟數字信号，最簡單的模拟調制包括調幅（幅度），調頻（頻率），調相（相位）。
載波：
被調制以傳輸信号的波形，通常為正弦波。
原始信号：
調幅（AM）:
基礎調幅過程: 調制信号與載波的最大振幅相加，再與載波相乘，結果如下：
調頻（FM）：
直接調頻：利用調制信号直接控制振蕩器的振蕩頻率。
間接調頻：現将調制信号進行積分，然後對載波調相，最後通過n次倍頻器得到最後的調制信号。調頻可以通過調相間接得到。
調相（PM）：
如間接調頻，調相和調頻經常一起發生。通過調制資料信号可以将載波的相位往前或者向後挪移。
3.2 數字調制
數字調制指用數字信号對正弦或餘弦高頻振蕩進行調制。最基本的調制方式包括：振幅鍵控（ASK）、頻率鍵控（FSK）、移相鍵控（PSK）。
抗幹擾能力：PSK>FSK>ASK
（1）振幅鍵控（ASK）：
用數字調制信号控制，可以通過改變幅度本身，也可以通過簡單地關閉、打開信号形成能量脈沖（開關鍵：OOK）。
（2）頻率鍵控（FSK）：
FSK用二進制資料調制載波的頻率，形成具有明顯變化的頻率來表示資料位。
（3）移相鍵控（PSK）：
用數字調制信号的正負控制載波相位，如，數字信号的振幅為正時，載波起始相位取180°，為負時，相位取0°。
在高速系統中，以符号表示單個1或0的格式傳輸數字資料非常慢，為了提高資料傳輸的速度，需要借用更複雜的調制形式，用單個符号來表示幾個位。
（4）正交相移鍵控（QPSK）：
又稱四相相移鍵控，利用載波的4中不同相位差來表征輸入，規定45°/135°/225°/275°四種載波相位，每種相位代表兩個bit的組合，如圖所示。
要進行擴充也很容易，增加更多的相位點，就可以産生更多的符号，增加資料速率。
除了增加相位點，也可以通過增加幅度調制來進一步增加資料表示的次元，增加資料傳輸的效率。
（5）正交幅度調制（QAM）：
調制過程中，同時以載波信号的幅度和相位來代表不同的比特編碼，将多進制與正交載波技術相結合，進一步提高頻帶使用率。下圖是16-QAM的示例圖。
對于數字調制來說，采用的是離散的數字量來控制載波相位和幅度的變化，是以其在極坐标上的狀态表示為一個個離散的點，這些點根據不同的調制方式而組成不同的圖案，這些圖案有時又稱為星座圖（Constellation）。上圖即為16-QAM的星座圖。
（6）I\Q調制技術
以上所提及的所有數字調制方式，基本上都是通過I\Q調制實作的，I是in-phase（同相）, q是 quadrature（正交）。IQ調制就是資料分為兩路，分别進行載波調制，兩路載波互相正交（相位相差90°）。數字IQ調制完成了符号到矢量坐标系的映射，映射點一般稱為星座點，具有實部和虛部。該矢量坐标系也可以稱為IQ坐标系。
在IQ坐标系中，任何一點都确定了一個矢量，可以寫為(I + jQ)的形式，數字調制完成後便可以得到相應的I 和 Q 波形，是以數字調制又稱為矢量調制。
上圖顯示了BPSK、QPSK、16-QAM、32-QAM的星座圖。一般情況下，信号在星座圖上每個狀态承載的資料内容被稱為1個符号（Symbol），每個符号對應星座圖上的一個狀态，不同狀态間的變化速率就叫做符号速率（Symbol Rate），有時又稱為波特率（Baud Rate）。
4. 擴頻
擴頻（Spread Spectrum，SS）是将傳輸信号的頻譜（spectrum）打散到較其原始帶寬更寬的一種通信技術，常用于無線通信領域。擴頻具有以下優點：① 對各類噪聲如多徑失真具有免疫性；② 可用于隐藏和加密信号。接收方必須知道擴頻碼，才可恢複原始信号；③ 多個使用者可獨立使用同樣的較高帶寬，且幾乎無幹擾。
目前主流的兩個擴頻技術是跳頻擴頻和直接序列擴頻。
4.1 跳頻擴頻（FHSS）
用一定的擴頻碼序列進行選擇的多頻率頻移鍵控調制，使載波頻率不斷跳變。發送方用看似随機的無線電頻率序列廣播資訊，并在固定時間間隔内從一個頻率跳到另一個頻率，接收方接收時也同步跳轉頻率。
Lora基于此技術。
4.2 直接序列擴頻（DSSS）
用高碼率的擴頻碼序列在發送方直接擴充信号頻譜，而接收方則用相同擴頻碼序列進行解擴。
Wi-Fi協定802.11b就是基于此技術進行調制。