浅谈无线通信中高阶调制vs低阶调制
高阶调制（high order modulation）——实现在有限的频谱带宽内，传输更多信息的数字调制技术。
q 什么是高阶调制？
a
高阶调制（high order modulation），是一种通过让一个码元携带更多的比特信息，来实现在有限的频谱带宽内，传输更多信息的数字调制技术。
tips
码元的传输速率，即每秒钟发送的码元数量，称为波特率，单位为波特（baud)。
波特率可以理解为数据信号对载波的调制速率，与器件的处理速率强相关。
对于调制阶数为n的高阶调制来说，每个码元符号可携带n比特信息，具有2^n种码元状态。当其码元传输速率为m时，其所传输的信息速率即为m*n bps（bit per second，比特/秒）。
example
通过例子，说明高阶调制是如何实现信息传输速率成倍提高的
假设a和b分别在两地，a要用带颜色的牌子，来向远端的b传输“00 01 10 11”这8位数字，我们假设a每秒只能更换一次牌子。
当牌子只有黑白两种颜色时，a和b可以约定，黑色代表0，白色代表1。那么a传输完这8个数字，需要举8次牌子，共计8秒钟，传输的速率即为1bps。
如果牌子有4种颜色呢？假设是黑白红绿，那么a和b就可以约定，黑色代表00，白色代表01，红色代表10，绿色代表11。这次，a只需要举4次牌子，共计4秒钟就可以完成8位数字的传输，速率就提高到2bps。
同样地，如果牌子有16种颜色，那就一定有一种颜色能代表0001，另一种颜色能代表1011，那么a只要举两次牌子，2秒钟就可以完成，相应速率就提升为4bps。
对比一下，我们可以看出，高阶调制，就相当于增加牌子的颜色：
每个牌子所代表的数字位数，就是调制阶数n
牌子的颜色有2^n种
波特率，是a举牌子的频率
在a举牌子的频率（波特率）不变的情况下，增加牌子的颜色（通过提高调制阶数n来实现），就可以提高信息的传输速率。
在光通信领域里，一般采用高阶调制+偏振复用（pm）技术来进一步提高信息传输速率。
偏振复用，是指利用光的两个正交偏振态来同时传输两路信号的技术，可以使总的信号传输速率提升一倍。加上了偏振复用之后，总的信息传输速率就变为m*n*2 bps。
例如：pm-qpsk调制格式，其每个码元携带2比特信息，有2^2=4种码元状态（00，01，10，11），其在64gbd时，对应的最大信息传输速率为64x2x2=256gbps。
而pm-8qam调制格式，其每个码元携带3比特信息，有2^3=8种码元状态（000，001，010，100，011，101，110，111），其在64gbd时，对应的最大信息传输速率为64x3x2=384gbps。
各种调制格式在不同器件波特率下，能够实现的最大信息传输速率如下表所示。
调制方式 pm-qpsk pm-8qam pm-16qam pm-32qam pm-64qam
携带的比特信息 2比特 3比特 4比特 5比特 6比特
64gbd对应的最大速率（bps） 256g 384g 512g 640g 768g
96gbd对应的最大速率（bps） 384g 576g 768g 960g 1152g
130gbd对应的最大速率（bps） 520g 780g 1040g 1300g 1560g
q 为什么需要高阶调制？ a
在光通信领域，高阶调制主要用于线路侧传输速率的提升。
从上面的公式可知，要想提高总的信息传输量，需要从两个方面入手：
提高信号的码元速率，即波特率m。
采用高阶调制技术，即提高调制阶数n。
比如，早期的器件波特率仅为34gbd左右，而当时又有100gbps的传输速率需求，显然一直等待器件波特率的提高是不现实的。
通过引入高阶调制技术，就可以在当前器件波特率不变的基础上，成倍地提升信息传输速率。
同样是34gbd的器件，采用pm-qpsk时，就可以支持100gbps的传输速率，而采用pm-16qam的方式，则可以支持到200gbps。
q 高阶调制 vs 低阶调制？
a
和低阶调制相比，高阶调制可以在相同的器件波特率下实现更高的传输速率。
tips
低阶调制：即每个符号只有“0”或“1”两种状态的调制方式，如二进制幅移键控2ask，二进制频移键控2psk等。
但调制阶数也并不是越高越好。
调制阶数越高，码元符号的种类就越多，也就越难把它们“分辨出来”，传输能力也就越差，因此高阶调制往往需要更复杂的补偿技术。
在器件波特率不变的情况下，采用相对低阶的调制方式可以获得更好的传输性能，但信息的传输速率会低一些。
q 高阶调制技术业界应用进展？ a
高阶调制本身是一种比较“老”的技术，在无线通信等领域早有应用。
在光通信领域，高阶调制是用来实现100g/超100g的一种关键技术，由于要兼顾高速率与长距离两个需求，在光通信领域中，调制阶数一般都不会很高。
不同的调制方式，分别适用于不同的场景，主要取决于传输性能以及容量需求，不可一概而论。
一般来说，常见高阶调制的应用场景如下：
长距/超长距场景（>1500km）：qpsk
准长距场景（600~1500km）：qpsk/8qam
城域场景（600km）：16qam
dci场景（100km）：64qam等
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q 什么是高阶调制？
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高阶调制（high order modulation），是一种通过让一个码元携带更多的比特信息，来实现在有限的频谱带宽内，传输更多信息的数字调制技术。
tips
码元的传输速率，即每秒钟发送的码元数量，称为波特率，单位为波特（baud)。
波特率可以理解为数据信号对载波的调制速率，与器件的处理速率强相关。
对于调制阶数为n的高阶调制来说，每个码元符号可携带n比特信息，具有2^n种码元状态。当其码元传输速率为m时，其所传输的信息速率即为m*n bps（bit per second，比特/秒）。
example
通过例子，说明高阶调制是如何实现信息传输速率成倍提高的
假设a和b分别在两地，a要用带颜色的牌子，来向远端的b传输“00 01 10 11”这8位数字，我们假设a每秒只能更换一次牌子。
当牌子只有黑白两种颜色时，a和b可以约定，黑色代表0，白色代表1。那么a传输完这8个数字，需要举8次牌子，共计8秒钟，传输的速率即为1bps。
如果牌子有4种颜色呢？假设是黑白红绿，那么a和b就可以约定，黑色代表00，白色代表01，红色代表10，绿色代表11。这次，a只需要举4次牌子，共计4秒钟就可以完成8位数字的传输，速率就提高到2bps。
同样地，如果牌子有16种颜色，那就一定有一种颜色能代表0001，另一种颜色能代表1011，那么a只要举两次牌子，2秒钟就可以完成，相应速率就提升为4bps。
对比一下，我们可以看出，高阶调制，就相当于增加牌子的颜色：
每个牌子所代表的数字位数，就是调制阶数n
牌子的颜色有2^n种
波特率，是a举牌子的频率
在a举牌子的频率（波特率）不变的情况下，增加牌子的颜色（通过提高调制阶数n来实现），就可以提高信息的传输速率。
在光通信领域里，一般采用高阶调制+偏振复用（pm）技术来进一步提高信息传输速率。
偏振复用，是指利用光的两个正交偏振态来同时传输两路信号的技术，可以使总的信号传输速率提升一倍。加上了偏振复用之后，总的信息传输速率就变为m*n*2 bps。
例如：pm-qpsk调制格式，其每个码元携带2比特信息，有2^2=4种码元状态（00，01，10，11），其在64gbd时，对应的最大信息传输速率为64x2x2=256gbps。
而pm-8qam调制格式，其每个码元携带3比特信息，有2^3=8种码元状态（000，001，010，100，011，101，110，111），其在64gbd时，对应的最大信息传输速率为64x3x2=384gbps。
各种调制格式在不同器件波特率下，能够实现的最大信息传输速率如下表所示。
调制方式 pm-qpsk pm-8qam pm-16qam pm-32qam pm-64qam
携带的比特信息 2比特 3比特 4比特 5比特 6比特
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130gbd对应的最大速率（bps） 520g 780g 1040g 1300g 1560g
q 为什么需要高阶调制？ a
在光通信领域，高阶调制主要用于线路侧传输速率的提升。
从上面的公式可知，要想提高总的信息传输量，需要从两个方面入手：
提高信号的码元速率，即波特率m。
采用高阶调制技术，即提高调制阶数n。
比如，早期的器件波特率仅为34gbd左右，而当时又有100gbps的传输速率需求，显然一直等待器件波特率的提高是不现实的。
通过引入高阶调制技术，就可以在当前器件波特率不变的基础上，成倍地提升信息传输速率。
同样是34gbd的器件，采用pm-qpsk时，就可以支持100gbps的传输速率，而采用pm-16qam的方式，则可以支持到200gbps。
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和低阶调制相比，高阶调制可以在相同的器件波特率下实现更高的传输速率。
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但调制阶数也并不是越高越好。
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q 高阶调制技术业界应用进展？ a
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不同的调制方式，分别适用于不同的场景，主要取决于传输性能以及容量需求，不可一概而论。
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准长距场景（600~1500km）：qpsk/8qam
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dci场景（100km）：64qam等
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