前言

对于信息的远距离传输，信号的调制能使信息传输的失真最小，也可以用窄频率带宽传输更多数据。

1846年，人类用电线传送信号需要敷设一条海底电缆，信号经过电缆后信息会变弱，人们认为只要加大发射功率，提高接收机的灵敏度就可以解决问题。但完工后，接收机收到的信号波形和发送的波形完全不相关，这给人们提出了一个问题：波形变化的症结在哪里？10年之后，凯尔文（Kelven）用微分方程解决了这个问题。他阐明了信号的严重失真实际上是一个频率特性的问题，信号通过信道时其高频成分被衰减掉了。从此人们开始认识到，信道具有一定的频率特性，并不是信号中所有的频率成分都能通过信道进行传输，因此提出了信号调制的概念与要求。要对信号进行调制的原因是原始信息一般不能在大多数信道内直接传输，由于频率、带宽以及易受干扰等，所以不适合直接用天线发射或电缆传输原始信息，需要经过信号调制将其变换成适合在该信道内传输的信号。所以就使用一个高频信号作为载波，将需要传输的信息混入载波中，然后再通过天线发射或电缆传输。这就是初始时人们对信号调制必要性的认识。

信号的调制就是把输入信号变换为适合通过信道传输形式的一种过程。在通信领域，调制一般是指载波调制（也叫带通调制），即用调制信号控制载波参数，使载波的某一个或某几个参数按照调制信号的规律变化。来自信源的消息信号（基带信号）称为调制信号，未受调制的周期性高频振荡信号称为载波，载波被调制后的信号称为已调信号。信号的调制实现了信源的频谱与信道的频带相匹配。基本的调制方案包括幅度调制、频率调制和相位调制。调制信号也可以使用幅度和相位（矢量）的极坐标来表示。

当然，根据信道中传输的信号是否经过调制，可将通信系统分为基带传输系统和带通传输系统。基带传输是将未经调制的信号直接传送，如模拟信号的市内电话、有线广播等短距离传输。随着传输信息的范围越来越广，基带传输系统的用途越来越少。

带通传输是对各种信号调制后传输的总称。常用的模拟调制使用正弦波作为载波的幅度调制和角度调制，比如幅度调制（AM）、双边带（DSB）调制、单边带（SSB）调制、残留边带（VSB）调制、频率调制（FM）和相位调制（PM）。常用的数字调制使用数字信号的离散取值通过开关键控制载波，对载波的振幅、频率和相位进行键控，比如幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）等调制。

通过载波的高频率和高能量，使传输信号具有抗干扰传输和远距离传输的优点。在无线传输中，信号以电磁波的形式通过天线辐射到空间并采用天线接收，因基带信号包含较低频率、波长较长分量，致使天线过长甚至难以实现。通过调制，把基带信号的频谱搬至较高的载波频率上，使已调信号的频谱和信道带宽特性相匹配，以较小的发送功率和较短的天线来辐射和接收电磁波。通过信号调制可将多个基带信号分别搬移到不同载频处，可实现信道的多路复用，提供信道利用率；通过信号调制可扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰减能力，使传输距离远远高于基带传输。而解调是调制的反过程，通过与调制相对应的方法从已调信号的参量变化中恢复出原始的基带信号。

在对语音信息调制时，采用脉冲编码调制（PCM）是现代语音传输中最常用的调制方法。PCM就是将一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号后在信道中传输，对模拟信号进行采样、对样值幅度量化、编码的处理过程，其理论基础为采样定理。为解决其均匀量化时小信号量化误差大、音质差的问题，在实际应用中采用不均匀的非线性量化方法，即运用对数形式的压缩特性，即A律13折线编码和μ律15折线编码。欧洲和中国采用的A律编码，主要用于30/32路一次群系统；而北美和日本采用的μ律编码，主要用于24路一次群系统。

为了提高频谱利用率，人们又发明了IQ调制，因为IQ调制的频谱效率较高，因而在数字通信中得到广泛采用。IQ调制使用了两路载波，两路载波相互正交。一路 I 是0°或180°的同相分量，一路 Q 是90°或270°的正交分量，两路分量之间有90°的相移，分别进行载波调制，一般用sin和cos表示，两路信号 I 、 Q 分别调制后一起发射，从而提高频谱利用率。所以频谱利用率比单相调制提高1倍。自然IQ调制对解调要求也高于单相载波的解调。

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苏遵惠
2024年5月