跳频扩频简介.
跳频扩频通信技术资料整理
3.1.3自适应跳频adaptive frequency hopping在WIA-PA超帧簇通信阶段的每个时隙，根据实际的信道状况更换通信信道。
3.1.20跳频frequency hopping收发信道切换方法，目的为抗干扰和减少信号衰落。
3.1.40时隙跳频timeslot hopping为了避免干扰和衰减，按照一定规律，在每个时隙改变收发频率。
AFH Adaptive Frequency Hopping 自适应跳频AFS Adaptive Frequency Switch 自适应频率切换FH Frequency Hopping 跳频TH Timeslot Hopping 时隙跳频WIA-PA 数据链路层支持基于时隙的跳频机制、重传机制、时分多路访问（TDMA）和载波侦听多路访问CSMA）混合信道访问机制，保证传输的可靠性和实时性。
---------------------------------------8.4.3 时隙通信8.4.5 信道跳频WIA-PA 支持跳频通信方式，跳频序列由网络管理者指定。
WIA-PA 支持以下3 种跳频机制：——自适应频率切换（AFS）：在WIA-PA 超帧中，信标Beacon、CAP 和CFP 段在同一个超帧周期使用相同的信道，在不同的超帧周期根据信道状况切换信道。
信道质量差时，即丢包率高于“PLRThreshold”时设备改变通信信道。
参数“PLRThreshold”的容详见6.9.1.2.1；——自适应跳频（AFH）：在WIA-PA 超帧的每个时隙，根据信道状况更换通信信道。
信道状况通过重传次数进行评价。
信道质量差时，如果发送端统计的重传次数达到了“ChannelThreshold”，则从可用信道“IntraChanel[ ]”中按顺序选择下一信道，同时在下一重传时隙利用主信道通知所在簇的接收端（通知过程详见图43）。
如果接收端没有接收到信道切换通知，继续统计接收端的重传次数，达到“ChannelThreshold”时从可用信道“IntraChanel[ ] ”中按顺序选择下一信道在第（ChannelThreshold+2）个重传时隙进行通信。
跳频扩频系统
跳频扩频系统一、定义及原理跳频扩频系统：采用码序列控制信号的载波，使之在多个频率上跳变而产生扩频信号。
接收端产生一个与信号载波频率变化相同移频信号，用它作变频参考，再把信号恢复到原来的频带。
调频系统可随机选取的频率数通常是几百个或更多。
跳频系统的载频受一个伪随机码控制，不断地、随机地跳变，因此跳频系统可视作载频按照一定规律变化的多频频移键控(MFSK。
与直扩系统不同，跳频系统中的伪随机序列并不直接传输，而是用来选择信道。
跳频系统主要由PN码产生器和频率合成器两部分组成，快速响应的频率合成器是频率跳变系统的关键部件。
频率跳变系统的发射机在一个预定的频率集中，由PN码序列控制频率合成器，使发射频率能随机地由一个跳到另一个。
接收机中的频率合成器也按相同的顺序跳变，产生一个与发射频率只差一个中频的本振频率，经混频后得到固定的中频信号，该中频信号经放大后送到解调器，恢复传送的信息。
此处，混频器实际上担当了解调器角色，只要收发双方同步，就可将频率跳变信号转换为一个固定频率的信号。
二、跳频系统的结构发送端的波形接收端的波形四、跳频系统的优点跳频扩频技术的优点如下：（1）抗单频干扰，部分带宽干扰能力强跳频系统的抗干扰原理和直扩系统不同，直扩是靠频谱的扩展和解扩处理来提高信噪比的；跳频是靠躲避干扰，来达到提高信噪比的。
虽然不能像直扩系统那样，但由于载波频率是跳变的，减少了单频干扰和窄带干扰进入接收机的概率。
故调频系统具有抗单频及部分带宽干扰的能力。
当跳频的概率数目足够多、跳频的带宽足够宽时，其抗干扰能力是很强的。
（2）抗多径衰落的能力强利用载波频率的快速跳变，具有频率分集的作用，从而增强了系统抗多径衰落的能力。
（3）便于实现多址通信应用跳频通信可以很容易地组建一个多址网络，网络内的各个用户都被分配了一个互不相同的地址码，就像电话号码一样。
每个用户只能接收其他用户针对其地址码发送来的信息，对发送给其他用户的信息，则不会解调出来。
跳频扩频的原理和应用
跳频扩频的原理和应用1. 跳频扩频的原理跳频扩频（Frequency Hopping Spread Spectrum）是一种通过在通信中不断改变载波频率来实现抗干扰和安全性的技术。
它主要通过以下原理来实现：1.频率跳变：跳频扩频系统在通信过程中会周期性地改变使用的载波频率。
频率跳变可以将信号在不同频率上进行传输，以减少信号在特定频率上的干扰。
2.扩频技术：跳频扩频系统还会使用扩频技术，将原始信号进行扩频。
扩频技术会在发送端对原始信号进行调制，将其扩展到较宽的频带上。
接收端会利用和发送端相同的扩频码对信号进行解码，还原出原始信号。
3.码片序列：扩频技术中使用的扩频码片序列是跳频扩频系统中的核心要素。
这些码片序列在发送端与接收端之间必须保持同步。
扩频码片序列的特点是具有良好的相关性，使得接收端可以通过将收到的信号与预期的码片序列进行比较，从而检测出有效的信号。
跳频扩频技术的原理在一定程度上提高了系统的抗干扰能力和安全性，常用于无线通信、军事通信、无线局域网等领域。
2. 跳频扩频的应用跳频扩频技术在现代通信领域得到广泛应用，以下是几个常见的应用场景：2.1 无线局域网（WLAN）跳频扩频技术在无线局域网中使用，可以提供更可靠、稳定的数据传输。
由于跳频扩频技术能够在不同的频率上进行传输，可以避免单一频率上的干扰，从而提高无线网络的抗干扰能力和传输质量。
2.2 蓝牙技术蓝牙技术中的传输方式就是基于跳频扩频技术的。
蓝牙设备会在跳频序列中选择一段频率范围，然后进行频率跳变进行数据传输。
这种方式不仅提高了蓝牙设备之间的通信质量，也增强了蓝牙设备的抗干扰能力。
2.3 军事通信由于跳频扩频技术能够有效抵御敌人的频率干扰和窃听，因此在军事通信中得到广泛应用。
军方可以利用跳频扩频技术提供安全可靠的通信，保障敏感信息的传输。
2.4 移动通信跳频扩频技术在移动通信中也有广泛的应用，尤其是在CDMA（Code Division Multiple Access）系统中。
跳频扩频原理
跳频扩频原理跳频扩频技术（FHSS/DS）是一种广泛应用于近几十年来的人工无线通信中的数字信号传输技术。
它通过将信号转化为更宽带的带宽，并采用无线电频率跳跃技术来分散信号，从而达到抵御干扰和窃听攻击的目的。
跳频扩频技术被广泛应用于军事、民用、移动通信、工业自动化等领域，成为许多数字通信系统中最常见的技术之一。
跳频扩频技术有两种基本形式：扩频和跳频，其中扩频是将数据信息转换成一个更宽的频带，通过码序列进行编码分配的方式进行传输，达到了抗干扰和保密的目的。
而跳频技术则是将数据信息按照规定的频率顺序按照一定的规律进行跳变传输，从而使得频率难以被干扰和窃听攻击所感知。
由此可见，跳频扩频技术不仅具有高质量的信号传输能力，而且还具有防干扰和保密性的重要特点。
跳频扩频技术在数字通信系统中的原理，并不复杂，实现起来也相对简单。
跳频扩频技术的基本原理是，通过将数据信号在较短的时间内传输到较大的频带上，将其扩展成一个更宽的频带，在信号发送过程中将其随机和跳跃的变化频率进行传输，以达到正常通信数据传输的目的。
跳频扩频技术的系统中，数据经过多级编码和解码，最终被解码为原始数据信息。
在随机跳频频段的过程中，信号的转换和跳跃也对抗了干扰和窃听攻击。
1.在发送端，数据信号按照一定的规律通过加扰和功率控制经过扩频同步器，将原来窄带的信号转化为宽带信号。
2.在跳频序列生成器中，随机生成一个跳频序列，然后将其与数据信号进行按位异或运算，得到加密的数据信号。
3.通过根据规律时钟定时跳频，将加密后的信号发送出去。
4.当接收方收到加密的信号时，通过解密器进行解密，将加密的数据信号转化为原始数据信号。
跳频扩频技术是一种数字通信系统中重要的信号传输技术，具有高质量、高速率、防干扰和保密性等特点。
通过随机跳跃频率和扩频码的组合，可以实现防窃听、反干扰和无线电频率资源共享的目的。
在军用、民用和通信领域中，跳频扩频技术已成为基本的数字信号传输技术，发挥着越来越重要的作用，将随着科技的发展和技术的进步不断完善和逐步广泛应用。
跳频扩频通信技术资料整理
3.1.3自适应跳频adaptive frequency hopping在WIA-PA超帧簇内通信阶段的每个时隙，根据实际的信道状况更换通信信道。
3.1.20跳频frequency hopping收发信道切换方法，目的为抗干扰和减少信号衰落。
3.1.40时隙跳频timeslot hopping为了避免干扰和衰减，按照一定规律，在每个时隙改变收发频率。
AFH Adaptive Frequency Hopping 自适应跳频AFS Adaptive Frequency Switch 自适应频率切换FH Frequency Hopping 跳频TH Timeslot Hopping 时隙跳频WIA-PA 数据链路层支持基于时隙的跳频机制、重传机制、时分多路访问（TDMA）和载波侦听多路访问CSMA）混合信道访问机制，保证传输的可靠性和实时性。
---------------------------------------8.4.3 时隙通信8.4.5 信道跳频WIA-PA 支持跳频通信方式，跳频序列由网络管理者指定。
WIA-PA 支持以下3 种跳频机制：——自适应频率切换（AFS）：在WIA-PA 超帧中，信标Beacon、CAP 和CFP 段在同一个超帧周期内使用相同的信道，在不同的超帧周期内根据信道状况切换信道。
信道质量差时，即丢包率高于“PLRThreshold”时设备改变通信信道。
参数“PLRThreshold”的内容详见6.9.1.2.1；——自适应跳频（AFH）：在WIA-PA 超帧的每个时隙，根据信道状况更换通信信道。
信道状况通过重传次数进行评价。
信道质量差时，如果发送端统计的重传次数达到了“ChannelThreshold”，则从可用信道“IntraChanel[ ]”中按顺序选择下一信道，同时在下一重传时隙利用主信道通知所在簇的接收端（通知过程详见图43）。
如果接收端没有接收到信道切换通知，继续统计接收端的重传次数，达到“ChannelThreshold”时从可用信道“IntraChanel[ ] ”中按顺序选择下一信道在第（ChannelThreshold+2）个重传时隙进行通信。
跳频扩频
历史
在90年代初，出现了基于模糊（Fuzzy)规则的跳频图案产生器。在这种系统中，由模糊规则、初始条件以及 采样模式共同来决定系统的输出序列。只要窃听者不知道模糊规则、初始条件、采样模式三者的任何一个，就无 法预测到系统的输出频率，由此就提高了系统的抗窃听能力和抗干扰能力。模糊跳频给出的跳频码序列与传统的 跳频码序列相比更加均匀，也更难预测。90年代末有人提出了混沌（chaotic)跳频序列。其基本思想是通过混沌 系统的符号序列来生成跳频序列。在这个混沌系统中要确定一个非线性的映射关系、初始条件和混沌规则，三者 唯一确定一个输出序列。由此确定的混沌跳频序列体现了良好的均匀性，低截获概率，良好的汉明相关特性以及 具有理想的线性范围。
原理
FHSS在同步、且同时的情况下，接受两端以特定型式的窄频载波来传送讯号，对于一个非特定的接受器， FHSS所产生的跳动讯号对它而言，也只算是脉冲噪声。FHSS所展开的讯号可依特别设计来规避噪声或One-toMany的非重复的频道，并且这些跳频讯号必须遵守FCC的要求，使用75个以上的跳频讯号、且跳频至下一个频率 的最大时间间隔(Dwell Time)为400ms。
应用
跳频（frequency hopping）是用于扩频信号传输中的两种基本调制技术中的一种。它在无线电传输过程中 反复转换频率，通常能将电子对抗（就是未经授权的对无线电通讯的中途拦截或人为干扰）影响减少到最小。它 也被认为是分配多重通路的调频代码（FH-CDMA）。
扩频调制（spread spectrum modulation）技术在近几年越来越普及。扩频能使信号通过频率带传输，这 个频率带比信息信号要求的最小带宽要宽很多。发送器“展开”最初集中于窄带的能量，通过在一个宽的电磁频 谱上的大量的频率带频道。优点包括改进私密性、减少窄带干扰以及增加信号容量。
1.跳频扩频(HFSS)物理层[共2页]
![1.跳频扩频(HFSS)物理层[共2页]](https://img.taocdn.com/s3/m/f1b89fdd79563c1ec5da71df.png)
第6章 WLAN 技术155图6-9 RTS 帧中的持续时间字段6.3 IEEE 802.11的物理层IEEE 802.11的物理层分为两个子层：物理层汇聚过程（PLCP ）子层和物理媒体相关（PMD ）子层。
PLCP 子层用于实现载波侦听并判断其结果，同时针对不同的物理层形成相应格式的分组。
PMD 子层用于识别相关媒体传输的信号，以及所使用的调制和编码技术。
在MAC 层和PHY 层，从高层接收到的数据有效载荷，在空中传输之前，都会加上头和尾。
从逻辑链路层（LLC ）接收到的每一个MAC 层服务数据单元（MSDU ）需要附加一个MAC 头和一个帧检测序列（FCS ）尾，形成MAC 层协议数据单元（MPDU ）。
此MPDU 一旦交付给物理层，就称为物理层服务数据单元（PSDU ）。
然后物理层汇聚过程（PLCP ）的前导码、头、合适的尾比特和填充比特被附加到PSDU 上，最后生成物理层协议数据单元（PPDU ）供传输，如图6-10所示。
MAC 层协议数据单元到达PLCP 子层时，PLCP 加上合适的控制字段送往PMD 子层。
PMD 子层的传输方式主要有4种不同的物理传输技术，跳频扩频（FHSS ）、直接序列扩频（DSSS ）、扩散红外线（DFIR ）和正交频分复用（OFDM ），对于每种选择，PLCP 都有专用的格式，与之相对应的物理层标准有：IEEE 802.11支持的跳频扩频（HFSS ）物理层、直接序列扩频（DSSS ）物理层和扩散红外线（DFIR ）物理层；IEEE 802.11b 支持的高速率直接序列扩频（HR/DSSS ）物理层；IEEE 802.11a 支持的正交频分复用（OFDM ）物理层；IEEE 802.11g 支持的增强速率物理层（ERP ）等。
1．跳频扩频（HFSS ）物理层上层送来的MAC 协议数据单元（MPDU ），又称为物理层服务数据单元（PSDU ），经过白化（与伪随机序列模2加），即成为PLCP 的净荷。
扩频通信的基本原理(直接序列扩频、跳频等)
扩频通信的理论基础1.1扩频通信的基本概念通信理论和通信技术的研究，是围绕着通信系统的有效性和可靠性这两个基本问题展开的，所以有效性和可靠性是设计和评价一个通信系统的主要性能指标。
通信系统的有效性，是指通信系统传输信息效率的高低。
这个问题是讨论怎样以最合理、最经济的方法传输最大数量的信息。
在模拟通信系统中，多路复用技术可提高系统的有效性。
显然，信道复用程度越高，系统传输信息的有效性就越好。
在数字通信系统中，由于传输的是数字信号，因此传输的有效性是用传输速率来衡量的。
通信系统的可靠性，是指通信系统可靠地传输信息。
由于信息在传输过程中受到干扰，收到的信息和发出的信息并不完全相同。
可靠性就是用来衡量收到信息和发出信息的符合程度。
因此，可靠性决定于系统抵抗干扰的性能，也就是说，通信系统的可靠性决定于通信系统的抗干扰性能。
在模拟通信系统中，传输的可靠性是用整个系统的输出信噪比来衡量的。
在数字通信系统中，传输的可靠性是用信息传输的差错率来描述的。
扩展频谱通信由于具有很强的抗干扰能力，首先在军用通信系统中得到了使用。
近年来，扩展频谱通信技术的理论和使用发展非常迅速，在民用通信系统中也得到了广泛的使用。
扩频通信是扩展频谱通信的简称。
我们知道，频谱是电信号的频域描述。
承载各种信息（如语音、图象、数据等）的信号一般都是以时域来表示的，即信息信号可表示为一个时间的函数)(t f 。
信号的时域表示式)(t f 可以用傅立叶变换得到其频域表示式)(f F 。
频域和时域的关系由式(1-1)确定：⎰∞∞--=t e t f f F ft j d )()(π2⎰∞∞-=f e f F t f ft j d )()(π2 (1-1) 函数)(t f 的傅立叶变换存在的充分条件是)(t f 满足狄里赫莱(Dirichlet)条件，或在区间(-∞，+∞)内绝对可积，即t t f d )(⎰∞∞-必须为有限值。
扩展频谱通信系统是指待传输信息信号的频谱用某个特定的扩频函数（和待传输的信息信号)(t f 无关）扩展后成为宽频带信号，然后送入信道中传输；在接收端再利用相应的技术或手段将其扩展了的频谱压缩，恢复为原来待传输信息信号的带宽，从而到达传输信息目的的通信系统。
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域上来看，跳频信号的频谱是一个在很宽频带上以不等间隔随机跳
变的。
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二、扩展频谱通信
3.跳频扩频技术（FHSS）的原理
采用2FSK调制的跳频扩频通信系统如图所示。
用扩频码序列去进行频移键控(FSK)调 制，使载波的频率不断地跳变，跳频系统 的跳变频率有多个。发端信息码序列与扩 频码序列组合以后按照不同的码字去控制 频率合成器。传送的信息与这些扩频码的 组合进行选择控制，在传送中频率在整个 频带上不断变化。 在接收端，由于有与发送端完全相同 的本地发生器发生完全相同的扩频码进行 解扩，然后通过解调才能正确地恢复原有 的信息。 跳频系统占用了比信息带宽要宽得多 的频带。
线性调制 非线性调制
调制
按正弦载波 的受调参量分
m(t )
幅度调制 频率调制 相位调制
调制器
sm (t )
按载波信号 c(t)的类型分
连续波调制 脉冲调制
c(t )
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一、调制的概念
5.数字频移键控（FSK）
数字调制：用数字基带信号控制载波某个参数的过程。
原理： 数字信号s(t)控制载波频率 波形：10n规Fra bibliotek严格 功夫到家
一、调制的概念
●2FSK的产生
模拟调频法：相邻码元之间的相位是连续变化的。 键控法：相邻码元之间的相位不一定连续。
振荡器1
f1
选通开关
s (t )
基带信号
反相器 振荡器2
f2
s (t )
相加器
e2FSK (t )
选通开关
特点：转换速度快、电路简单、产生的波形好、频率稳定度高。
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二、扩频通信原理
1.扩频技术概述
扩展频谱系统：是指其中传输的信号被扩展至占据一很宽的频带的 系统(其占用带宽远大于传输该原始信号所需的最小带宽)。 扩频技术分为三类： (1) 用一数字编码序列调制载波，此序列的比特率甚高，其带宽远 大于原始信号带宽。这类系统称为直接序列调制系统。 (2) 发射机的载波频率按照指令离散地跳变，即在一组预先指定的 频率上跳变。这类系统称为频率跳变系统。 (3) 线性调频或‘鸣声”调制。在这种系统中，载频在一给定的脉 冲时间中线性地扫过一个宽的频段。
一、调制的概念
3.调制的一般模型
m(t )
调制过程 所涉及的 三种信号
sm (t )
调制信号 消息信号 基带信号
载 波 正弦波 脉冲序列 运载工具
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已调信号
受调载波 含有m(t) 信息
多种形式
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一、调制的概念
4.调制分类
按调制信号m(t) 的类型分
模拟调制 数字调制
按已调信号 的频谱结构分
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二、扩展频谱通信
2.伪随机序列
最长线性移位寄存器反馈序列——m序列
4) 移位相加特性 一个m序列Mp与其经任意次迟延移位产生的另一不同序列Mr模2相加，得 到的仍是Mp的某次迟延移位序列Ms ，即
m序列的性质
M p Mr Ms
m
5)自相关函数
R( j )
[ xi xi j 0]的数目 [ xi xi j 1]的数目
1, R( j ) 1 , m j 0 j 1,2,, m 1
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自相关函数也有周期性，周期也是m；自相关函数是偶函数。
二、扩展频谱通信
3.跳频扩频技术（FHSS）的原理
跳频技术（Frequency-Hopping Spread Spectrum，FHSS）
4d 当Gt=Gr=1时， L
2
高的频带上传输
分贝式
L 32.45 20log f (Mhz) 20log d (km)
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一、调制的概念
3.调制的一般模型
m(t )
调制信号
调制器
sm (t )
已调信号
c(t )
载波信号
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实现频率分配
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一、调制的概念
●自由空间的电波传播
• 自由空间的传播损耗 在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，只存在电磁波 能量扩散而引起的传播损耗 • 接收功率
2Gr 式中，Pt为发射功率，以球面波辐射 , Ar 4 ,λ 为工作
Ar P P r t Gt 2 4d
1 0 1 0
2FSK
t
s1 t cos 1t
t
s2 t cos 2t
t
表达式：
s1 t an g (t nTs )
s2 t a n g (t nTs )
n
e2FSK (t ) s1 (t ) cos 1t s2 (t ) cos 2t
载波：一种高频周期振荡信号，如正弦波。 受调载波称为已调信号，含有消息信号特征。 解调：调制的逆过程，从已调信号中恢复消息信号。
03
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一、调制的概念
2.调制目的
为什么要 进行调制？
进行频谱搬移，匹配信道特性，减小天线尺寸； 实现多路复用，提高信道利用率；
改善系统性能（有效性、可靠性）；
波长，Gt，Gr分别表示发射天线和接收天线增益，d为发射天 线和接收天线间的距离。
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一、调制的概念
●自由空间的电波传播
• 接收换算
P r (dBm) 10log P r (mW )
P r (dBW ) 10log P r (W ) P t • 自由空间的传播损耗 L 信号传播损耗与频率 P r 有关，因此需要在较
是通过收发双方设备无线传输信号的载波频率按照预定算法或者规
律进行离散变化的通信方式，也就是说，无线通信中使用的载波频 率受伪随机变化码的控制而随机跳变。
从通信技术的实现方式来说，“跳频技术”是一种用码序列进
行频移键控的通信方式，也是一种码控载频跳变的通信系统。 从时域上来看，跳频信号是一个多频率的频移键控信号；从频
跳变的规律 由扩频码序 列决定
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二、扩展频谱通信
2.伪随机序列
伪随机序列可以应用于扩频通信中的扩频码序列 最长线性移位寄存器反馈序列——m序列
1) 伪随机性
m序列的性质
2) 均衡性 在m序列的一周期中，“1”和“0”的数目基本相等。“1”的个数比“0” 的个数多一个。 3）而且在长度为k的游程中[l≤k≤(n – 2)]，连“ l”的游程和连“0” 的游程各占一 半。
跳频扩频简介
01
规格严格 功夫到家
主讲人：xxx 2015年9月9日
主要内容 :
一
调制的概念
自由空间的电波传播 数字频移键控（FSK）
二
扩展频谱通信
伪随机序列 跳频扩频技术
02
规格严格 功夫到家
一、调制的概念
1.调制定义
比喻——货物运输：
将 货物 装载到 飞机/轮船 的某个仓位上
调制：把 消息信号 搭载到 载波 的某个参数上。