基本介紹
- 中文名：信號調製
- 外文名：Signal modulation
- 釋義：用調製信號去控制載波信號
- 載波信號：一般是高頻正弦信號
- 調製方法：調幅、調頻、調相、脈衝調寬
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介紹
人耳能聽到的聲音的頻率範圍大約在20Hz到20000Hz間，通常把這一頻率範圍叫作音頻。聲波在空氣中傳播很慢，約為340m/s,且衰減很快，不會傳播很遠。我們知道，交變的電磁場可以利用天線向天空輻射。但要做到有效的輻射，天線的尺寸應和電磁波的波長相比擬音頻的波長在106～105m，要製造尺寸相當的天線顯然是不可能的。因此不能直接將音頻信號輻射到空中。為了減少在傳輸時的耗損，人們一般是先對傳輸信號進行特殊處理，然後再傳遞。把原始的待傳信號託附到高頻振盪的過程稱為調製，調製技術主要用來將模擬或數位訊號轉換成特殊的模擬信號。
信號調製就是用一個信號（調製信號）去控制另一作為載體的信號（載波信號），讓後者的某一參數（幅值、頻率、相位、脈衝寬度等）按前者的值變化。信號調製中常以一個高頻正弦信號作為載波信號。
方法
調製的種類很多，分類方法也不一致。
按調製信號的形式可分為模擬調製和數字調製。用模擬信號調製稱為模擬調製；用數據或數位訊號調製稱為數字調製。
按被調信號的種類可分為脈衝調製、正弦波調製和強度調製（如對非相干光調製）等，調製的載波分別是脈衝、正弦波和光波等。正弦波調製有幅度調製（調幅ASK）、頻率調製（調頻FSK）和相位調製（調相PSK）三種基本方式，後兩者合稱為角度調製。此外還有一些變異的調製，如單邊帶調幅、殘留邊帶調幅等。
脈衝調製也可以按類似的方法分類。此外還有複合調製和多重調製等。
不同的調製方式有不同的特點和性能。
基本方法
數位訊號三種最基本的調製方法（調幅、調頻和調相）英文簡寫為ASK、FSK和PSK，其他各種調製方法都是以上方法的改進或組合，例如：正交振幅調製QAM就是調幅和調相的組合；MSK是FSK的改進；GMSK是MSK的一種改進，是在MSK（最小頻移鍵控）調製器之前插入了高斯低通預調製濾波器，從而可以提高頻譜利用率和通信質量；OFDM則可以看做是對多載波的一種調製方法。
ASK
載波幅度是隨著調製信號而變化的。其最簡單的形式是，載波在二進制調製信號控制下通斷，這種方式還可稱作通-斷鍵控或開關鍵控（OOK）。
調製方法：用相乘器實現調製器。
調製類型：2ASK、MASK。
解調方法：相干法，非相干法。
MASK，又稱多進制數字調製法，在二進制數字調製中每個符號只能表示0和1（+1或-1）。但在許多實際的數字傳輸系統中卻往往採用多進制的數字調製方式。與二進制數字調製系統相比，多進制數字調製系統具有如下兩個特點：第一：在相同的信道碼源調製中，每個符號可以攜帶log2M比特信息，因此，當信道頻帶受限時可以使信息傳輸率增加，提高了頻帶利用率。但由此付出的代價是增加信號功率和實現上的複雜性。第二，在相同的信息速率下，由於多進制方式的信道傳輸速率可以比二進制的低，因而多進制信號碼源的持續時間要比二進制的寬。加寬碼元寬度，就會增加信號碼元的能量，也能減小由於信道特性引起的碼間干擾的影響等。
二進制2ASK與多進制MASK調製性能的比較：
在相同的輸出功率和信道噪聲條件下，MASK的解調性能隨信噪比惡化的速度比OOK要迅速得多。這說明MASK套用對SNR的要求比普通OOK要高。在相同的信道傳輸速率下M電平調製與二電平調製具有相同的信號頻寬。即在符號速率相同的情況下，二者具有相同的功率譜。
雖然，多電平MASK調製方式是一種高效率的傳輸方式，但由於它的抗噪聲能力較差，尤其是抗衰落的能力不強，因而它一般只適宜在恆參信道下採用。
PSK
根據數字基帶信號的兩個電平使載波相位在兩個不同的數值之間切換的一種相位調製方法。如果是採用二進制調製信號，則稱為2PSK；採用多進制調製信號，則稱為MPSK。
產生PSK信號的兩種方法：
· 調相法：將基帶數位訊號（雙極性）與載波信號直接相乘的方法。
·選擇法：用數字基帶信號去對相位相差180度的兩個載波進行選擇。
兩個載波相位通常相差180度，此時稱為反向鍵控（PSK）。
S PSK =AS DIG (T)COS(W 0 T+O 0 ) 式中：S DIG (T)=1或-1
解調方法：只能採用相干解調。
類型：二進制相移鍵控（2PSK)，多進制相移鍵控（MPSK)。
FSK
FSK是信息傳輸中使用得較早的一種調製方式，它的主要優點是：實現起來較容易，抗噪聲與抗衰減的性能較好。在中低速數據傳輸中得到了廣泛的套用。所謂FSK就是用數位訊號去調製載波的頻率。如果是採用二進制調製信號，則稱為2FSK；採用多進制調製信號，則稱為MFSK。
調製方法：2FSK可看作是兩個不同載波頻率的ASK已調信號之和。
解調方法：相干法和非相干法。
類型：二進制移頻鍵控(2FSK)，多進制移頻鍵控（MFSK）。
在上述三種基本的調製方法之外，隨著大容量和遠距離數字通信技術的發展，出現了一些新的問題，主要是信道的頻寬限制和非線性對傳輸信號的影響。在這種情況下，傳統的數字調製方式已不能滿足套用的需求，需要採用新的數字調製方式以減小信道對所傳信號的影響，以便在有限的頻寬資源條件下獲得更高的傳輸速率。這些技術的研究，主要是圍繞充分節省頻譜和高效率的利用頻帶展開的。多進制調製，是提高頻譜利用率的有效方法，恆包絡技術能適應信道的非線性，並且保持較小的頻譜占用率。
從傳統數字調製技術擴展的技術有最小移頻鍵控（MSK）、高斯濾波最小移頻鍵控（GMSK）、正交幅度調製（QAM）、正交頻分復用調製（OFDM）等等。
調製目的
調製目的有三點：
1）便於無線發射，減少天線尺寸；
2）頻分復用，提高通信容量；
3）提高信號抗干擾能力。為了充分利用信道容量，滿足用戶的不同需求，通信信號採用了不同的調製方式。隨著電子技術的快速發展，以及用戶對信息傳輸要求的不斷提高，通信信號的調製方式經歷了由模擬到數字，由簡單到複雜的發展過程。
