調制技術

　　調制技術
　　modulation technology
　　把基帶信號變換成傳輸信號的技術。基帶信號是原始的電信號，一般是指基本的信號波形，在數字通信中則指相應的電脈沖。在無線遙測遙控系統(tǒng)和無線電技術中調制就是用基帶信號控制高頻載波的參數（振幅、頻率和相位），使這些參數隨基帶信號變化。用來控制高頻載波參數的基帶信號稱為調制信號。未調制的高頻電振蕩稱為載波（可以是正弦波，也可以是非正弦波，如方波、脈沖序列等）。被調制信號調制過的高頻電振蕩稱為已調波或已調信號。已調信號通過信道傳送到接收端，在接收端經解調后恢復成原始基帶信號。解調是調制的反變換，是從已調波中提取調制信號的過程(圖1)。在無線電通信中常采用雙重調制。第一步用數字信號或模擬信號去調制第一個載波(稱為副載波）。或在多路通信中用調制技術實現多路復用（頻分多路復用和時分多路復用）。第二步用已調副載波或多路復用信號再調制一個公共載波，以便進行無線電傳輸。第二步調制稱為二次調制。用基帶信號調制高頻載波，在無線電傳輸中可以減小天線尺寸，并便于遠距離傳輸。應用調制技術，還能提高信號的抗干擾能力。
　　調制方式按照調制信號的性質分為模擬調制和數字調制兩類；按照載波的形式分為連續(xù)波調制和脈沖調制兩類。模擬調制有調幅(AM)、調頻(FM)和調相(PM)。數字調制有振幅鍵控（ASK）、移頻鍵控(FSK)、移相鍵控(PSK)和差分移相鍵控 (DPSK)等。脈沖調制有脈幅調制(PAM)、脈寬調制（PDM）、脈頻調制（PFM）、脈位調制(PPM)、脈碼調制(PCM)和增量調制（ΔM）。圖2示出常用調制方式的已調波形。
　　按照傳輸特性，調制方式又可分為線性調制和非線性調制。廣義的線性調制，是指已調波中被調參數隨調 制信號成線性變化的調制過程。狹義的線性調制,是指把調制信號的頻譜搬移到載波頻率兩側而成為上、下邊帶的調制過程。此時只改變頻譜中各分量的頻率，但不改變各分量振幅的相對比例，使上邊帶的頻譜結構與調制信號的頻譜相同，下邊帶的頻譜結構則是調制信號頻譜的鏡像。狹義的線性調制有調幅(AM)、抑制載波的雙邊帶調制(DSB-SC)和單邊帶調制(SSB)。
　　模擬調制 一般指調制信號和載波都是連續(xù)波的調制方式。它有調幅、調頻和調相三種基本形式。①調幅(AM)：用調制信號控制載波的振幅，使載波的振幅隨著調制信號變化。已調波稱為調幅波。調幅波的頻率仍是載波頻率，調幅波包絡的形狀反映調制信號的波形。調幅系統(tǒng)實現簡單,但抗干擾性差,傳輸時信號容易失真。②調頻(FM)：用調制信號控制載波的振蕩頻率，使載波的頻率隨著調制信號變化。已調波稱為調頻波。調頻波的振幅保持不變，調頻波的瞬時頻率偏離載波頻率的量與調制信號的瞬時值成比例。調頻系統(tǒng)實現稍復雜，占用的頻帶遠較調幅波為寬，因此必須工作在超短波波段。但抗干擾性能好，傳輸時信號失真小，設備利用率也較高。③調相(PM)：用調制信號控制載波的相位，使載波的相位隨著調制信號變化。已調波稱為調相波。調相波的振幅保持不變，調相波的瞬時相角偏離載波相角的量與調制信號的瞬時值成比例。在調頻時相角也有相應的變化，但這種相角變化并不與調制信號成比例。在調相時頻率也有相應的變化，但這種頻率變化并不與調制信號成比例。在模擬調制過程中已調波的頻譜中除了載波分量外在載波頻率兩旁還各有一個頻帶，因調制而產生的各頻率分量就落在這兩個頻帶之內。這兩個頻帶統(tǒng)稱為邊頻帶或邊帶。位于比載波頻率高的一側的邊頻帶，稱為上邊帶。位于比載波頻率低的一側的邊頻帶，稱為下邊帶。在單邊帶通信中可用濾波法、相移法或相移濾波法取得調幅波中一個邊帶，這種調制方法稱為單邊帶調制(SSB)。單邊帶調制常用于有線載波電話和短波無線電多路通信。在同步通信中可用平衡調制器實現抑制載波的雙邊帶調制(DSB-SC)。在數字通信中為了提高頻帶利用率而采用殘留邊帶調制(VSB),即傳輸一個邊帶（在鄰近載波的部分也受到一些衰減）和另一個邊帶的殘留部分。在解調時可以互相補償而得到完整的基帶。
　　數字調制 一般指調制信號是離散的，而載波是連續(xù)波的調制方式。它有四種基本形式：振幅鍵控、移頻鍵控、移相鍵控和差分移相鍵控。①振幅鍵控 (ASK)：用數字調制信號控制載波的通斷。如在二進制中,發(fā)0時不發(fā)送載波,發(fā)1時發(fā)送載波。有時也把代表多個符號的多電平振幅調制稱為振幅鍵控。振幅鍵控實現簡單，但抗干擾能力差。 ②移頻鍵控(FSK)：用數字調制信號的正負控制載波的頻率。當數字信號的振幅為正時載波頻率為f1，當數字信號的振幅為負時載波頻率為 f2。有時也把代表兩個以上符號的多進制頻率調制稱為移頻鍵控。移頻鍵控能區(qū)分通路，但抗干擾能力不如移相鍵控和差分移相鍵控。 ③移相鍵控(PSK)：用數字調制信號的正負控制載波的相位。當數字信號的振幅為正時，載波起始相位取0；當數字信號的振幅為負時,載波起始相位取180°。有時也把代表兩個以上符號的多相制相位調制稱為移相鍵控。移相鍵控抗干擾能力強，但在解調時需要有一個正確的參考相位，即需要相干解調。④差分移相鍵控(DPSK)：利用調制信號前后碼元之間載波相對相位的變化來傳遞信息。
　　在二進制中通常規(guī)定：傳送1時后一碼元相對于前一碼元的載波相位變化180°，而傳送0時前后碼元之間的載波相位不發(fā)生變化。因此，解調時只看載波相位的相對變化。而不看它的絕對相位。只要相位發(fā)生180°躍變，就表示傳輸1。若相位無變化，則傳輸的是0。差分移相鍵控抗干擾能力強，且不要求傳送參考相位，因此實現較簡單。
　　脈沖調制 脈沖調制有兩種含義：第一種是指用調制信號控制脈沖本身的參數(幅度、寬度、相位等)，使這些參數隨調制信號變化。此時,調制信號是連續(xù)波,載波是重復的脈沖序列。第二種是指用脈沖信號控制高頻振蕩的參數。此時，調制信號是脈沖序列，載波是高頻振蕩的連續(xù)波。通常所說的脈沖調制都是指上述第一種情況。脈沖調制可分為模擬式和數字式兩類。模擬式脈沖調制是指用模擬信號對脈沖序列參數進行調制，有脈幅調制、脈寬調制、脈位調制和脈頻調制等。數字式脈沖調制是指用數字信號對脈沖序列參數進行調制，有脈碼調制和增量調制等。由于脈沖序列占空系數很小，即一個周期的絕大部分時間內信號為0值,因而可以插入多路其他已調脈沖序列，實現時分多路傳輸。已調脈沖序列還可以用各種方法去調制高頻振蕩載波。常用的脈沖調制有以下幾種。 ①脈幅調制(PAM)：用調制信號控制脈沖序列的幅度，使脈沖幅度在其平均值上下隨調制信號的瞬時值變化。這是脈沖調制中最簡單的一種。脈幅調制是A.H.里夫在20世紀30年代發(fā)明的，在第二次世界大戰(zhàn)中期已付之實用。但后來發(fā)現，脈幅調制的已調波在傳輸途徑中衰減,抗干擾能力差,所以現在很少直接用于通信，往往只用作連續(xù)信號采樣的中間步驟。②脈寬調制 (PDM)：用調制信號控制脈沖序列中各脈沖的寬度，使每個脈沖的持續(xù)時間與該瞬時的調制信號值成比例。此時脈沖序列的幅度保持不變，被調制的是脈沖的前沿或后沿，或同時是前后兩沿，使脈沖持續(xù)時間發(fā)生變化。脈寬調制也是20世紀30年代里夫發(fā)明的。但在無線電通信中一般不用脈寬調制，因為此時發(fā)射機的平均功率要不斷地變化。 ③脈位調制(PPM)：用調制信號控制脈沖序列中各脈沖的相對位置（即相位），使各脈沖的相對位置隨調制信號變化。此時脈沖序列中脈沖的幅度和寬度均保持不變。脈位調制在第二次世界大戰(zhàn)中期已付之實用。脈位調制的傳輸性能較好，常用于視距微波中繼通信系統(tǒng)。 ④脈頻調制(PFM)：用調制信號控制脈沖的重復頻率，即單位時間內脈沖的個數，使脈沖的重復頻率隨調制信號變化。此時脈沖序列中脈沖的幅度和寬度均保持不變。主要用于儀表測量等方面，很少直接用于無線電通信。⑤脈碼調制(PCM)：1937年脈幅調制和脈寬調制的發(fā)明者A.H.里夫提出用脈沖的有無的組合來傳遞聲音，后來把這種方法稱為脈碼調制。但脈碼調制到20世紀50年代才開始實用化。脈碼調制有三個過程：采樣、量化和編碼。即先對信號進行采樣，并對采樣值進行量化（整量化），再對經過采樣和量化后的信號幅度進行編碼，因此脈碼調制的本質不是調制，而是數字編碼，所以能充分保證傳輸質量。由編碼得到的數字信號可根據需要再對高頻振蕩載波進行調制。脈碼調制不是用改變脈沖序列的參數來傳輸信息，而是用參數固定的脈沖的不同組合來傳遞信息，因此抗干擾能力強，失真很小，是現代通信技術的發(fā)展方向。 ⑥增量調制(ΔM)：增量調制是一種特殊的脈碼調制，它不是對信號本身進行采樣、量化和編碼，而是對信號相隔一定重復周期的瞬時值的增量進行采樣、量化和編碼�，F在已有多種增量調制方法，其中最簡單的一種，是在每一采樣瞬間當增量值超過某一規(guī)定值時發(fā)正脈沖，小于規(guī)定值時發(fā)負脈沖。這樣每個碼組只有一個脈沖，故為二進制一位編碼，每個碼組不是表示信號的幅度，而是表示幅度的增量。這種增量調制信號的解調也很簡單，只要將收到的脈沖序列進行積分和濾波即可復原，因此編碼和解碼設備都比較簡單。

• 通信詞典解釋