一、理论基础
1、通信系统构成
通信系统又可以大概分为光通信系统和电通信系统，我们这里仅研究电通信系统。
信源产生的是消息，消息的本质是信息，信号是消息的载体。
2、模拟通信系统构成
根据信道的传输特性不同，对于模拟通信系统主要有两种主要的信号变换，
第一种是在发送端将连续消息转换为原始电信号（基带信号），在接收端进行反变换，第一种变换往往由信源和信宿完成，适合能传输基带信号的信道。这里基带的含义是基本频带，指的是从信源发出或者送达信宿的信号，它的频谱通常从零频带附近开始，如语音信号是300~3.4kHz，图像信号是0~6MHz
第二种是在第一种基础上，还需要将基带信号转换为适合在信道中传输的频带信号（把基带信号搬移到高频范围），并在接收端进行反变换，第二种变换往往由调制器和解调器完成，适合以自由空间作为信道的无线传输信道。经过调制后的信号称为已调信号，这类信号有两个性质，一个是携带信息（可以把幅度频率相位信息加载到载波上传输），另一个是频带信号不是从零频开始，而在一段高频范围内，因此具有“带通形式”。
3、数字通信系统构成
（1）信源编码和译码（对标有效性这一指标）
信源编码主要有两个作用，一个作用是可以提高传输的有效性，通过压缩编码用最少的比特描述完整的信源信息以降低码元传输速率，进而提高传输的有效性。另一个作用是
【Q】这里可能猛地一看有个小问题，明明码元传输速率降低了，为什么有效性反而提高了呢？
需要明晰一下具体概念，我们通常用频带利用率来表征有效性，记作 
https://www.zhihu.com/question/293819142
其中Rb为信息传输速率，B为有效带宽，但是值得注意的是这一公式通常是信源已定，信道有效性的指标。上面的问题，我们要从信息传输的角度来理解，也就是用更少的码字传输了原本的信息，即占用了更少的带宽，频带利用率自然提高了，有效性提高。
（2）信道编码和译码（对标可靠性这一指标）
信道编码的作用是进行差错控制，通过加入一定的冗余增加信号的抗干扰能力，信道译码器按照相应的译码规则对于接受到的信息进行检错和纠错。
（3）数字调制和解调
数字调制就是把数字基带信号搬移到高频段，形成适合在信道中传输的信号。包括ASK，FSK，PSK，DPSK等。接收端通过相干解调或者非相干解调还原数字信号。
（4）同步
同步是使收发双方在时间上保持步调一致。虽然没有在上述框图（只是一般通信系统示意图）中没有展示，但是非常重要，直接决定了误码率等性能。根据同步的功用不同，又可以分为载波同步，位同步，帧同步和网同步。
4、数字调制
5、矢量调制与解调（I-Q调制与解调）
本质上来讲，I-Q调制是将已经编码的I（in-phase）路和Q（quadrature）路携带的基带信息加载到载波上，实现直角坐标系到极坐标的转换，同理I-Q解调就是实现极坐标到直角坐标系的转换。
在实际的系统设计中，我们更多的采用I-Q调制，I-Q分量可以生成任意的载波相位和幅度，因此我们将基带信号用同相分量（I）和正交分量（Q）来表示，这两个分量最好的特性就是相互正交，调制后的信号也可以用I和Q分量组合来表示。
如上图展示了16QAM调制，状态或者符号在接收机转换时在I-Q平面上的映射称为星座图，载波在星座图中各点之间移动的速率称为符号率。符号率代表了传输信号时所需要的带宽，使用的星座的状态越多，给定比特率所需要的符号率就越低，传输所需要的带宽就越小。
对比总结一下I-Q调制的优点：
（1）相对相位调制简单易于实现，而且调制算法可以生成从数字制式到射频脉冲乃至线性调频雷达等各种调制。
（2）在I-Q平面的视角下可以更容易观察到串扰、数据偏移、压缩以及AM-PM失真等难以呈现的现象。
6、数字通信发射机
通信发射机开始于语音编码(假设进行语音传输 )，即对模拟信号进行量化并转化为数字数据(数字化)的过程。随后，数据压缩用于降低数据速率并提高频谱效率。信道编码和交织属于常见技术，通过最小化噪声与干扰的影响来改进信号完整性。额外的比特经常被用来进行误差校准或者作为识别和均衡的训练序列。这些技术还使与接收机的同步(找寻符号时钟)更简单。符号编码器将串行比特流转换为适当的 I 和 Q 基带信号，对应具体的系统每个信号映射到 I-Q 平面上符号。符号时钟代表各个符号传输的频率和精确计时。当符号时钟跳变时，发射载波在正确的 I-Q (或幅度/相位)值上代表具体的符号(星座图的特定点)。各个符号的时间间隔即为符号时钟周期，其倒数是符号时钟频率。当符号时钟与检测符号的最佳瞬时同步时，符号时钟相位是正确的符号。
一旦 I 和 Q 基带信号生成后，它们会被过滤(带限)以提高频谱效率。未经过滤的无线数字调制器的输出会占用非常宽的带宽(理论上是无限宽)。这是因为调制器被基带 I-Q 方波的快速跳变所驱动；时域上的快速跳变等同于频域上的宽频谱。这种情况不可接受是因为它会减少其他用户的可用频谱并造成对邻近用户的信号干扰，称之为邻信道功率干扰。基带滤波通过限制频谱以及限制对其它信道的干扰解决了这一问题。实际上，滤波减缓了状态之间的快速转换，从而限制了频谱。不过滤波也不是没有缺点，它会导致信号和数据传输性能的下降。
信号质量的下降是由于频谱分量的减少、过冲以及滤波器时间(脉冲)响应引起的有限振铃效应。频谱分量减少了就会使信息丢失，从而可能导致接收机重建信号困难，甚至是不可重建的。滤波器的振铃响应可能持续很久，以致影响到随后的符号，并产生码间串扰(ISI)。ISI 定义为前后符号的多余能量干扰到当前的符号，导致接错误地解码。滤波器的最佳选择就成为频谱效率和 ISI 的折衷。
7、数字通信接收机
接收机从本质上说是发射机的反向实现，但在设计上更为复杂。接收机首先把输入的射频信号下变频为中频信号，然后进行解调。解调信号和恢复原始数据的能力通常难度较大。发射信号经常被空气噪声、信号干扰、多径或衰落等因素影响而遭到损坏。
解调过程通常包括以下阶段：载波频率恢复(载波锁定)、符号时钟恢复(符号锁定)、信号分解为 I 和 Q 分量(I-Q 解调)、I 和 Q 符号检测、比特解调和去交织(解码比特)、解压缩(扩展至原始比特流)，如果需要最后是数模转换。
接收机与发射机的主要区别是需要恢复载波和符号时钟。在接收机中，符号时钟的频率和相位(或计时)都必须正确，才可以成功地解调比特和恢复已发射信息。例如，符号时钟的频率设置正确但相位错误，就是说如果符号时钟与符号间的过度同步，而不是符号本身，解调将会失败。
接收机设计的一项艰巨任务是建立载波和符号时钟恢复算法。有些时钟恢复技术包括测量调制幅度度变化、或者在带有脉冲载波的系统中可以使用功率打开事件。当发射机的信道编码提供训练序列或同步比特时，这项任务便可以简单些。
二、实际操作
1、AM基带调制
对于AM基带调制，
因此可知：
2、AM基带解调
