什么是信號調(diào)制？

【虹科干貨】關(guān)于波形發(fā)生器，你知道多少？

通常情況下，標(biāo)準(zhǔn)的信號發(fā)生器并不會進(jìn)行信號調(diào)制，功能僅僅只有產(chǎn)生特定頻率、波形、幅度和相位的基本信號，如正弦波、方波、脈沖等。然而，一些專用信號發(fā)生器具備調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）或者QAM等調(diào)制方式的能力。這些信號發(fā)生器可以在生成基帶信號的基礎(chǔ)上，將基帶信號與載波信號進(jìn)行調(diào)制，生成調(diào)制信號，常用于通信系統(tǒng)測試、電子設(shè)備性能評估等相關(guān)研究。

在通信中，我們會將信息（例如聲音、圖像或數(shù)據(jù)）轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行傳輸。但是，直接將原始信號傳輸?shù)侥繕?biāo)處可能會遇到問題，例如信號受干擾、衰減或無法傳輸遠(yuǎn)距離等。為了解決這些問題，并有效地傳輸信號，信號調(diào)制必不可少。

簡單來說，信號調(diào)制就是將原始信號與載波信號結(jié)合起來，生成調(diào)制信號。通過調(diào)制信號，我們可以改變原始信號的某些特性，如幅度、頻率或相位，以適應(yīng)不同的傳輸要求。這樣，調(diào)制信號就可以更有效地傳輸，具有更好的抗干擾能力和傳輸距離。

信號調(diào)制中，常見基本的調(diào)制方式包括調(diào)幅AM，調(diào)頻FM和調(diào)相PM。舉例說來，如果載波的頻率隨著基帶信號的振幅而變化，這種調(diào)制方式就是頻率調(diào)制。FM處理后的信號頻率能量提高，通過解調(diào)后，原始信號值很容易從調(diào)制信號的頻率中提取。同理，AM和PM亦是這樣，只不過載波信號特征變化參數(shù)分別為幅度和相位。這三種調(diào)制方式在模擬調(diào)制中應(yīng)用較為廣泛

然而，模擬調(diào)制是很容易受到噪聲干擾。信息化時代的消息信號都是以0或1的數(shù)字信號為基礎(chǔ)。因此，大部分消費(fèi)電子設(shè)備的通信都使用的是基于數(shù)字調(diào)制技術(shù)。簡而言之，數(shù)字調(diào)制技術(shù)是將數(shù)字碼流轉(zhuǎn)換成可傳播的電磁波信號。

數(shù)字調(diào)制基本手段包括幅移鍵控ASK，頻移鍵控FSK和相移鍵控PSK。就ASK而言，載波信號的振幅隨著數(shù)字信號變化而變化，高振幅代表1，低振幅代表0。同理，F(xiàn)SK調(diào)制，高頻為1，低頻為0；PSK調(diào)制，數(shù)字信號從1->0或者從0->1的時候，載波信號相位變換180度。

ASK、FSK和PSK都是數(shù)字調(diào)制技術(shù)的基本途徑，但是，信息化時代是需要高速、高效率數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，基本的調(diào)制手段無法滿足這種高速傳輸需求。所以，就出現(xiàn)了兼具多種調(diào)制機(jī)制的正交調(diào)幅（QAM）、二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制（BPSK）、四進(jìn)制相移鍵控調(diào)制（QPSK）、正交頻分復(fù)用（OFDM）等等。

以QAM為例，它是結(jié)合了PSK和AM，核心就是將兩個不同的信號調(diào)制成一個單路信號，再發(fā)射出去，在接受端把信號分離出兩個原始信號。工作原理就是用相同的信息調(diào)制兩個非相位載波，并將這兩個信道混合在一起輸出一個復(fù)用信號。兩個載波通道被稱為I/Q通道，因?yàn)橐粋€是同相的，另一個是與第一個正交的(即90度延遲)，所以“I”通道載波是余弦，“Q”通道載波是正弦。通過靈活配置調(diào)制階數(shù)和調(diào)制深度，QAM允許在有限的頻譜帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)傳輸速率。常見的QAM調(diào)制方案包括16-QAM、64-QAM和256-QAM等。

另一種廣泛使用的是QPSK（Quadrature Phase Shift Keying），它具有良好的頻譜和功率效率。在現(xiàn)代通訊設(shè)備中，極其復(fù)雜波形的情況常常見到。在無線局域網(wǎng)通信中，為了更好地利用頻譜，調(diào)制方式會根據(jù)信噪比的情況進(jìn)行變化。如果信噪比足夠，可以獲得高數(shù)據(jù)傳輸率，同時不會占用所有可用的帶寬。

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