前言

對于信息的遠距離傳輸，信號的調制能使信息傳輸的失真最小，也可以用窄頻率帶寬傳輸更多數據。

1846年，人類用電線傳送信號需要敷設一條海底電纜，信號經過電纜后信息會變弱，人們認為只要加大發射功率，提高接收機的靈敏度就可以解決問題。但完工后，接收機收到的信號波形和發送的波形完全不相關，這給人們提出了一個問題：波形變化的癥結在哪里？10年之后，凱爾文（Kelven）用微分方程解決了這個問題。他闡明了信號的嚴重失真實際上是一個頻率特性的問題，信號通過信道時其高頻成分被衰減掉了。從此人們開始認識到，信道具有一定的頻率特性，并不是信號中所有的頻率成分都能通過信道進行傳輸，因此提出了信號調制的概念與要求。要對信號進行調制的原因是原始信息一般不能在大多數信道內直接傳輸，由于頻率、帶寬以及易受干擾等，所以不適合直接用天線發射或電纜傳輸原始信息，需要經過信號調制將其變換成適合在該信道內傳輸的信號。所以就使用一個高頻信號作為載波，將需要傳輸的信息混入載波中，然后再通過天線發射或電纜傳輸。這就是初始時人們對信號調制必要性的認識。

信號的調制就是把輸入信號變換為適合通過信道傳輸形式的一種過程。在通信領域，調制一般是指載波調制（也叫帶通調制），即用調制信號控制載波參數，使載波的某一個或某幾個參數按照調制信號的規律變化。來自信源的消息信號（基帶信號）稱為調制信號，未受調制的周期性高頻振蕩信號稱為載波，載波被調制后的信號稱為已調信號。信號的調制實現了信源的頻譜與信道的頻帶相匹配。基本的調制方案包括幅度調制、頻率調制和相位調制。調制信號也可以使用幅度和相位（矢量）的極坐標來表示。

當然，根據信道中傳輸的信號是否經過調制，可將通信系統分為基帶傳輸系統和帶通傳輸系統。基帶傳輸是將未經調制的信號直接傳送，如模擬信號的市內電話、有線廣播等短距離傳輸。隨著傳輸信息的范圍越來越廣，基帶傳輸系統的用途越來越少。

帶通傳輸是對各種信號調制后傳輸的總稱。常用的模擬調制使用正弦波作為載波的幅度調制和角度調制，比如幅度調制（AM）、雙邊帶（DSB）調制、單邊帶（SSB）調制、殘留邊帶（VSB）調制、頻率調制（FM）和相位調制（PM）。常用的數字調制使用數字信號的離散取值通過開關鍵控制載波，對載波的振幅、頻率和相位進行鍵控，比如幅移鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK）等調制。

通過載波的高頻率和高能量，使傳輸信號具有抗干擾傳輸和遠距離傳輸的優點。在無線傳輸中，信號以電磁波的形式通過天線輻射到空間并采用天線接收，因基帶信號包含較低頻率、波長較長分量，致使天線過長甚至難以實現。通過調制，把基帶信號的頻譜搬至較高的載波頻率上，使已調信號的頻譜和信道帶寬特性相匹配，以較小的發送功率和較短的天線來輻射和接收電磁波。通過信號調制可將多個基帶信號分別搬移到不同載頻處，可實現信道的多路復用，提供信道利用率；通過信號調制可擴展信號帶寬，提高系統抗干擾、抗衰減能力，使傳輸距離遠遠高于基帶傳輸。而解調是調制的反過程，通過與調制相對應的方法從已調信號的參量變化中恢復出原始的基帶信號。

在對語音信息調制時，采用脈沖編碼調制（PCM）是現代語音傳輸中最常用的調制方法。PCM就是將一個時間連續、取值連續的模擬信號變換成時間離散、取值離散的數字信號后在信道中傳輸，對模擬信號進行采樣、對樣值幅度量化、編碼的處理過程，其理論基礎為采樣定理。為解決其均勻量化時小信號量化誤差大、音質差的問題，在實際應用中采用不均勻的非線性量化方法，即運用對數形式的壓縮特性，即A律13折線編碼和μ律15折線編碼。歐洲和中國采用的A律編碼，主要用于30/32路一次群系統；而北美和日本采用的μ律編碼，主要用于24路一次群系統。

為了提高頻譜利用率，人們又發明了IQ調制，因為IQ調制的頻譜效率較高，因而在數字通信中得到廣泛采用。IQ調制使用了兩路載波，兩路載波相互正交。一路I是0°或180°的同相分量，一路Q是90°或270°的正交分量，兩路分量之間有90°的相移，分別進行載波調制，一般用sin和cos表示，兩路信號I、Q分別調制后一起發射，從而提高頻譜利用率。所以頻譜利用率比單相調制提高1倍。自然IQ調制對解調要求也高于單相載波的解調。

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蘇遵惠

2024年5月