調(diào)制技術(shù)

　　調(diào)制技術(shù)
　　modulation technology
　　把基帶信號變換成傳輸信號的技術(shù)�；鶐�信號是原始的電信號，一般是指基本的信號波形，在數(shù)字通信中則指相應(yīng)的電脈沖。在無線遙測遙控系統(tǒng)和無線電技術(shù)中調(diào)制就是用基帶信號控制高頻載波的參數(shù)（振幅、頻率和相位），使這些參數(shù)隨基帶信號變化。用來控制高頻載波參數(shù)的基帶信號稱為調(diào)制信號。未調(diào)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(diào)制信號調(diào)制過的高頻電振蕩稱為已調(diào)波或已調(diào)信號。已調(diào)信號通過信道傳送到接收端，在接收端經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)成原始基帶信號。解調(diào)是調(diào)制的反變換，是從已調(diào)波中提取調(diào)制信號的過程(圖1)。在無線電通信中常采用雙重調(diào)制。第一步用數(shù)字信號或模擬信號去調(diào)制第一個載波(稱為副載波）。或在多路通信中用調(diào)制技術(shù)實現(xiàn)多路復(fù)用（頻分多路復(fù)用和時分多路復(fù)用）。第二步用已調(diào)副載波或多路復(fù)用信號再調(diào)制一個公共載波，以便進行無線電傳輸。第二步調(diào)制稱為二次調(diào)制。用基帶信號調(diào)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(yīng)用調(diào)制技術(shù)，還能提高信號的抗干擾能力。
　　調(diào)制方式按照調(diào)制信號的性質(zhì)分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制兩類；按照載波的形式分為連續(xù)波調(diào)制和脈沖調(diào)制兩類。模擬調(diào)制有調(diào)幅(AM)、調(diào)頻(FM)和調(diào)相(PM)。數(shù)字調(diào)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(diào)制有脈幅調(diào)制(PAM)、脈寬調(diào)制（PDM）、脈頻調(diào)制（PFM）、脈位調(diào)制(PPM)、脈碼調(diào)制(PCM)和增量調(diào)制（ΔM）。圖2示出常用調(diào)制方式的已調(diào)波形。
　　按照傳輸特性，調(diào)制方式又可分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制。廣義的線性調(diào)制，是指已調(diào)波中被調(diào)參數(shù)隨調(diào) 制信號成線性變化的調(diào)制過程。狹義的線性調(diào)制,是指把調(diào)制信號的頻譜搬移到載波頻率兩側(cè)而成為上、下邊帶的調(diào)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(jié)構(gòu)與調(diào)制信號的頻譜相同，下邊帶的頻譜結(jié)構(gòu)則是調(diào)制信號頻譜的鏡像。狹義的線性調(diào)制有調(diào)幅(AM)、抑制載波的雙邊帶調(diào)制(DSB-SC)和單邊帶調(diào)制(SSB)。
　　模擬調(diào)制 一般指調(diào)制信號和載波都是連續(xù)波的調(diào)制方式。它有調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相三種基本形式。①調(diào)幅(AM)：用調(diào)制信號控制載波的振幅，使載波的振幅隨著調(diào)制信號變化。已調(diào)波稱為調(diào)幅波。調(diào)幅波的頻率仍是載波頻率，調(diào)幅波包絡(luò)的形狀反映調(diào)制信號的波形。調(diào)幅系統(tǒng)實現(xiàn)簡單,但抗干擾性差,傳輸時信號容易失真。②調(diào)頻(FM)：用調(diào)制信號控制載波的振蕩頻率，使載波的頻率隨著調(diào)制信號變化。已調(diào)波稱為調(diào)頻波。調(diào)頻波的振幅保持不變，調(diào)頻波的瞬時頻率偏離載波頻率的量與調(diào)制信號的瞬時值成比例。調(diào)頻系統(tǒng)實現(xiàn)稍復(fù)雜，占用的頻帶遠較調(diào)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(shè)備利用率也較高。③調(diào)相(PM)：用調(diào)制信號控制載波的相位，使載波的相位隨著調(diào)制信號變化。已調(diào)波稱為調(diào)相波。調(diào)相波的振幅保持不變，調(diào)相波的瞬時相角偏離載波相角的量與調(diào)制信號的瞬時值成比例。在調(diào)頻時相角也有相應(yīng)的變化，但這種相角變化并不與調(diào)制信號成比例。在調(diào)相時頻率也有相應(yīng)的變化，但這種頻率變化并不與調(diào)制信號成比例。在模擬調(diào)制過程中已調(diào)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(diào)制而產(chǎn)生的各頻率分量就落在這兩個頻帶之內(nèi)。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(cè)的邊頻帶，稱為上邊帶。位于比載波頻率低的一側(cè)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(diào)幅波中一個邊帶，這種調(diào)制方法稱為單邊帶調(diào)制(SSB)。單邊帶調(diào)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(diào)制器實現(xiàn)抑制載波的雙邊帶調(diào)制(DSB-SC)。在數(shù)字通信中為了提高頻帶利用率而采用殘留邊帶調(diào)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(diào)時可以互相補償而得到完整的基帶。
　　數(shù)字調(diào)制 一般指調(diào)制信號是離散的，而載波是連續(xù)波的調(diào)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(shù)字調(diào)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(diào)制稱為振幅鍵控。振幅鍵控實現(xiàn)簡單，但抗干擾能力差。 ②移頻鍵控(FSK)：用數(shù)字調(diào)制信號的正負控制載波的頻率。當數(shù)字信號的振幅為正時載波頻率為f1，當數(shù)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(diào)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(shù)字調(diào)制信號的正負控制載波的相位。當數(shù)字信號的振幅為正時，載波起始相位取0；當數(shù)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(diào)制稱為移相鍵控。移相鍵控抗干擾能力強，但在解調(diào)時需要有一個正確的參考相位，即需要相干解調(diào)。④差分移相鍵控(DPSK)：利用調(diào)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(diào)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?shù)氖?。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(xiàn)較簡單。
　　脈沖調(diào)制 脈沖調(diào)制有兩種含義：第一種是指用調(diào)制信號控制脈沖本身的參數(shù)(幅度、寬度、相位等)，使這些參數(shù)隨調(diào)制信號變化。此時,調(diào)制信號是連續(xù)波,載波是重復(fù)的脈沖序列。第二種是指用脈沖信號控制高頻振蕩的參數(shù)。此時，調(diào)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(diào)制都是指上述第一種情況。脈沖調(diào)制可分為模擬式和數(shù)字式兩類。模擬式脈沖調(diào)制是指用模擬信號對脈沖序列參數(shù)進行調(diào)制，有脈幅調(diào)制、脈寬調(diào)制、脈位調(diào)制和脈頻調(diào)制等。數(shù)字式脈沖調(diào)制是指用數(shù)字信號對脈沖序列參數(shù)進行調(diào)制，有脈碼調(diào)制和增量調(diào)制等。由于脈沖序列占空系數(shù)很小，即一個周期的絕大部分時間內(nèi)信號為0值,因而可以插入多路其他已調(diào)脈沖序列，實現(xiàn)時分多路傳輸。已調(diào)脈沖序列還可以用各種方法去調(diào)制高頻振蕩載波。常用的脈沖調(diào)制有以下幾種。 ①脈幅調(diào)制(PAM)：用調(diào)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(diào)制信號的瞬時值變化。這是脈沖調(diào)制中最簡單的一種。脈幅調(diào)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(xiàn)，脈幅調(diào)制的已調(diào)波在傳輸途徑中衰減,抗干擾能力差,所以現(xiàn)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(diào)制 (PDM)：用調(diào)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(diào)制信號值成比例。此時脈沖序列的幅度保持不變，被調(diào)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(diào)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(diào)制，因為此時發(fā)射機的平均功率要不斷地變化。 ③脈位調(diào)制(PPM)：用調(diào)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(diào)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(diào)制在第二次世界大戰(zhàn)中期已付之實用。脈位調(diào)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(diào)制(PFM)：用調(diào)制信號控制脈沖的重復(fù)頻率，即單位時間內(nèi)脈沖的個數(shù)，使脈沖的重復(fù)頻率隨調(diào)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(diào)制(PCM)：1937年脈幅調(diào)制和脈寬調(diào)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(diào)制。但脈碼調(diào)制到20世紀50年代才開始實用化。脈碼調(diào)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(jīng)過采樣和量化后的信號幅度進行編碼，因此脈碼調(diào)制的本質(zhì)不是調(diào)制，而是數(shù)字編碼，所以能充分保證傳輸質(zhì)量。由編碼得到的數(shù)字信號可根據(jù)需要再對高頻振蕩載波進行調(diào)制。脈碼調(diào)制不是用改變脈沖序列的參數(shù)來傳輸信息，而是用參數(shù)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(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展方向。 ⑥增量調(diào)制(ΔM)：增量調(diào)制是一種特殊的脈碼調(diào)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(fù)周期的瞬時值的增量進行采樣、量化和編碼�，F(xiàn)在已有多種增量調(diào)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(diào)制信號的解調(diào)也很簡單，只要將收到的脈沖序列進行積分和濾波即可復(fù)原，因此編碼和解碼設(shè)備都比較簡單。

• 通信詞典解釋