【通信原理第3篇】

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班長說：我們通過聲音、面部表情、手勢向他人和外界傳達(dá)信息，這些都是人與人之間的溝通方式。通信技術(shù)研究將信息從一個地方發(fā)送到另一個地方。本篇開始，班長將與大家討論各種類型的調(diào)制，這是任何通信技術(shù)的基礎(chǔ)。在我們開始這個話題之前，我們先聊一聊為什么需要調(diào)制。

調(diào)制的目的

調(diào)制可以定義為用信號改變載波某些特性的過程，就是把信號轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸形式的一種過程?？梢苑譃榛鶐д{(diào)制和載波調(diào)制（也稱為帶通調(diào)制），正常我們所說的調(diào)制均指載波調(diào)制。

載波調(diào)制就是用調(diào)制信號控制載波信號參數(shù)的過程，常見的名詞有：

1. 調(diào)制信號：就是你想要傳遞的消息。來自信源的消息信號。這種信號如說話聲音、計算機(jī)比特流等，頻率很低，也叫做

   基帶信號

   。
2. 載波信號：通常使用的載波是正弦波，也可以是非正弦波，其在物理上與信息源無關(guān)。
3. 已調(diào)信號：載波調(diào)制后稱為已調(diào)信號；
4. 解調(diào)：也叫做檢波，調(diào)制的逆過程，將已調(diào)信號中的調(diào)制信號恢復(fù)出來。

很多同學(xué)在這里有個誤區(qū)！總是認(rèn)為載波是調(diào)制信號，然后去調(diào)制我們的輸入信號。其實恰恰相反，我們的載波是規(guī)則的、整齊的信號，它才是被調(diào)制的對象哦！

好好的基帶信號，為什么要動它？

在無線通信中，信號以電磁波形式通過天線輻射出去，這里存在一個理論：如果要獲得較高的輻射效率，天線的尺寸必須與發(fā)射信號波長差不多，一般天線長度應(yīng)大于波長的1/4！這就麻煩了，正常的基帶信號頻率是很低的，那么它的波長必然很長。

想想看，如果一個基帶信號2KHz，那么直接通過天線輻射傳輸，至少需要17公里的天線，很明顯搞不定！

所以通過調(diào)制，把基帶信號的頻譜搬移至較高的載波頻率上，天線尺寸就下降了。

比如說GSM的900MHz頻率，天線尺寸僅為8cm。

一旦調(diào)制搬移了，哈哈，這樣操作空間就大咯，把你搬到哪，我們說了算！所以我們可以同時傳輸多路基帶信號，只要搬移到不同的頻段，我們就可以區(qū)分出！

再有，調(diào)制到哪？直接影響這個信號的抗干擾與衰落能力！

所以調(diào)制對通信系統(tǒng)的有效性與可靠性有著很大的影響與作用，采用什么樣的調(diào)制方式，直接影響通信系統(tǒng)的性能。

調(diào)制可以分為多種：

1. 調(diào)制信號是模擬信號，載波是連續(xù)波（通常是正弦波），叫做模擬連續(xù)波調(diào)制，模擬調(diào)制；
2. 調(diào)制信號是數(shù)字信號，載波是連續(xù)波（通常是正弦波），叫做數(shù)字連續(xù)波調(diào)制，數(shù)字調(diào)制；
3. 調(diào)制信號是模擬信號，載波是脈沖序列，叫做模擬脈沖調(diào)制；
4. 調(diào)制信號是數(shù)字信號，載波是脈沖序列，叫做數(shù)字脈沖調(diào)制；

本篇先從幅度調(diào)制開始

考慮一個載波信號

這里Ac是載波的振幅，fc是載波頻率。我們的基帶信號、調(diào)制信號、消息信號、信息承載信號,都是一個意思啊，就是我們要傳輸?shù)男盘?，叫做m(t)。幅度調(diào)制Amplitude-Modulated (AM),就是使載波c(t)的振幅隨著輸入信號m(t)變化的過程，可以寫成：

s(t)是已調(diào)信號，ka是一個常數(shù)，把它叫做調(diào)制器的調(diào)制系數(shù)，它決定了調(diào)制信號s(t)。c(t)經(jīng)過調(diào)制后，頻率、相位沒有改變，振幅變了，所以這是幅度調(diào)制。

參看下圖，考慮一個問題，如果Ac=1,|kam(t)|<1,那么kam(t)cos(2πfct)的取值必然在[-1,1]范圍內(nèi)，這樣再加上cos(2πfct)，整個s(t)也必然在[-2,2]之間；但是如果|kam(t)|>1，那么cos(2πfct)被抬高肯定超過2了，底部也會越過橫坐標(biāo)軸！

產(chǎn)生了混疊！這樣叫做相位反轉(zhuǎn)！

一般情況下fc的頻率遠(yuǎn)大于調(diào)制信號m(t)最高頻率分量W，即fc＞＞W(wǎng)，W我們也稱為基帶信號的帶寬Message Bandwidth。

我們的接收端，通過使用包絡(luò)檢測器實現(xiàn)AM波的解調(diào)，后續(xù)會討論包絡(luò)檢測的過程。

現(xiàn)在討論AM波頻域表示，根據(jù)前期學(xué)習(xí)內(nèi)容，我們可以直接得出s(t)的頻譜，即傅里葉變換。

這個結(jié)果使用了三個公式，即歐拉公式、復(fù)指數(shù)信號的傅里葉變換

以及傅里葉變換的頻譜搬移特性

相關(guān)文章：傅里葉變換：傅里葉級數(shù)到FT變換，離散到連續(xù)的演變

傅里葉變換：頻譜搬移，尺度變化很難理解？其實就是FT的基本性質(zhì)

我們畫出S(f)的示意圖

M(f)是m(t)的頻譜，最大頻率分量是W。這里為什么出現(xiàn)負(fù)頻率，各位可以思考下，之前的文章也說過“負(fù)頻率”的事情。

相關(guān)文章：傅里葉級數(shù)：看似不相關(guān)的相似 三角函數(shù)轉(zhuǎn)化為復(fù)指數(shù)形式

S(f)為AM信號的頻譜，很明顯是關(guān)于fc左右對稱的，左邊的頻率區(qū)間我們叫做下邊帶，右邊的頻率區(qū)間我們叫做上邊帶。S(f)的帶寬為2倍的W，即2W?，F(xiàn)在可以初步看出來，為什么要fc＞＞W(wǎng)了吧，如果二者差不多大小，很容易出現(xiàn)頻率混疊。

總結(jié)

通信中，調(diào)制的主要目的是便于在通信信道(例如無線信道)上傳輸信息承載信號。在模擬調(diào)制系統(tǒng)中，這是通過改變正弦載波的振幅或角度來實現(xiàn)的。在此基礎(chǔ)上，我們可以將模擬調(diào)制分為兩大類：幅度調(diào)制和角度調(diào)制。

@通信M班長

Reference:Introduction to Analog & Digital Communications,通信原理,樊昌信,以及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)資源，感謝！