調製技術:調製技術是把基帶信號變換成傳輸信號的技術。它將模擬信號抽樣量化 -百科知識中文網

介紹

基帶信號是原始的電信號，一般是指基本的信號波形，在數字通信中則指相應的電脈衝。在無線遙測遙控系統和無線電技術中調製就是用基帶信號控制高頻載波的參數（振幅、頻率和相位），使這些參數隨基帶信號變化。用來控制高頻載波參數的基帶信號稱為調製信號。未調製的高頻電振盪稱為載波（可以是正弦波，也可以是非正弦波，如方波、脈衝序列等）。被調製信號調製過的高頻電振盪稱為已調波或已調信號。已調信號通過信道傳送到接收端，在接收端經解調後恢復成原始基帶信號。解調是調製的反變換，是從已調波中提取調製信號的過程。在無線電通信中常採用雙重調製。第一步用數位訊號或模擬信號去調製第一個載波(稱為副載波）。或在多路通信中用調製技術實現多路復用（頻分多路復用和時分多路復用）。第二步用已調副載波或多路復用信號再調製一個公共載波，以便進行無線電傳輸。第二步調製稱為二次調製。用基帶信號調製高頻載波，在無線電傳輸中可以減小天線尺寸，並便於遠距離傳輸。套用調製技術，還能提高信號的抗干擾能力。

方式

調製方式按照調製信號的性質分為模擬調製和數字調製兩類；按照載波的形式分為連續波調製和脈衝調製兩類。模擬調製有調幅(AM)、調頻(FM)和調相(PM)。數字調製有振幅鍵控（ASK）、移頻鍵控(FSK)、移相鍵控(PSK)和差分移相鍵控 (DPSK)等。脈衝調製有脈幅調製(PAM)、脈寬調製（PDM）、脈頻調製（PFM）、脈位調製(PPM)、脈碼調製(PCM)和增量調製（ΔM）。示出常用調製方式的已調波形。
按照傳輸特性，調製方式又可分為線性調製和非線性調製。廣義的線性調製，是指已調波中被調參數隨調制信號成線性變化的調製過程。狹義的線性調製,是指把調製信號的頻譜搬移到載波頻率兩側而成為上、下邊帶的調製過程。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，使上邊帶的頻譜結構與調製信號的頻譜相同，下邊帶的頻譜結構則是調製信號頻譜的鏡像。狹義的線性調製有調幅(AM)、抑制載波的雙邊帶調製(DSB-SC)和單邊帶調製(SSB)。
1、模擬調製

一般指調製信號和載波都是連續波的調製方式。它有調幅、調頻和調相三種基本形式。
（1）調幅(AM)：用調製信號控制載波的振幅，使載波的振幅隨著調製信號變化。已調波稱為調幅波。調幅波的頻率仍是載波頻率，調幅波包絡的形狀反映調製信號的波形。調幅系統實現簡單,但抗干擾性差,傳輸時信號容易失真。
（2）調頻(FM)：用調製信號控制載波的振盪頻率，使載波的頻率隨著調製信號變化。已調波稱為調頻波。調頻波的振幅保持不變，調頻波的瞬時頻率偏離載波頻率的量與調製信號的瞬時值成比例。調頻系統實現稍複雜，占用的頻帶遠較調幅波為寬，因此必須工作在超短波波段。抗干擾性能好，傳輸時信號失真小，設備利用率也較高。

（3）調相(PM)：用調製信號控制載波的相位，使載波的相位隨著調製信號變化。已調波稱為調相波。調相波的振幅保持不變，調相波的瞬時相角偏離載波相角的量與調製信號的瞬時值成比例。在調頻時相角也有相應的變化，但這種相角變化並不與調製信號成比例。在調相時頻率也有相應的變化，但這種頻率變化並不與調製信號成比例。在模擬調製過程中已調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，因調製而產生的各頻率分量就落在這兩個頻帶之內。這兩個頻帶統稱為邊頻帶或邊帶。位於比載波頻率高的一側的邊頻帶，稱為上邊帶。位於比載波頻率低的一側的邊頻帶，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幅波中一個邊帶，這種調製方法稱為單邊帶調製(SSB)。單邊帶調製常用於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製器實現抑制載波的雙邊帶調製(DSB-SC)。在數字通信中為了提高頻帶利用率而採用殘留邊帶調製(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。在解調時可以互相補償而得到完整的基帶。
2、數字調製

一般指調製信號是離散的，而載波是連續波的調製方式。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)：用數字調製信號控制載波的通斷。如在二進制中,發0時不傳送載波,發1時傳送載波。有時也把代表多個符號的多電平振幅調製稱為振幅鍵控。振幅鍵控實現簡單，但抗干擾能力差。 ②移頻鍵控(FSK)：用數字調製信號的正負控制載波的頻率。當數位訊號的振幅為正時載波頻率為f1，當數位訊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製稱為移頻鍵控。移頻鍵控能區分通路，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)：用數字調製信號的正負控制載波的相位。當數位訊號的振幅為正時，載波起始相位取0；當數位訊號的振幅為負時,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製稱為移相鍵控。移相鍵控抗干擾能力強，但在解調時需要有一個正確的參考相位，即需要相干解調。④差分移相鍵控(DPSK)：利用調製信號前後碼元之間載波相對相位的變化來傳遞信息。
在二進制中通常規定：傳送1時後一碼元相對於前一碼元的載波相位變化180°，而傳送0時前後碼元之間的載波相位不發生變化。因此，解調時只看載波相位的相對變化。而不看它的絕對相位。只要相位發生180°躍變，就表示傳輸1。若相位無變化，則傳輸的是0。差分移相鍵控抗干擾能力強，且不要求傳送參考相位，因此實現較簡單。
3、脈衝調製

脈衝調製有兩種含義：第一種是指用調製信號控制脈衝本身的參數(幅度、寬度、相位等)，使這些參數隨調製信號變化。此時,調製信號是連續波,載波是重複的脈衝序列。第二種是指用脈衝信號控制高頻振盪的參數。此時，調製信號是脈衝序列，載波是高頻振盪的連續波。通常所說的脈衝調製都是指上述第一種情況。脈衝調製可分為模擬式和數字式兩類。模擬式脈衝調製是指用模擬信號對脈衝序列參數進行調製，有脈幅調製、脈寬調製、脈位調製和脈頻調製等。數字式脈衝調製是指用數位訊號對脈衝序列參數進行調製，有脈碼調製和增量調製等。由於脈衝序列占空係數很小，即一個周期的絕大部分時間內信號為0值,因而可以插入多路其他已調脈衝序列，實現時分多路傳輸。已調脈衝序列還可以用各種方法去調製高頻振盪載波。常用的脈衝調製有以下幾種。

（1）脈幅調製(PAM)：用調製信號控制脈衝序列的幅度，使脈衝幅度在其平均值上下隨調製信號的瞬時值變化。這是脈衝調製中最簡單的一種。脈幅調製是A.H.里夫在20世紀30年代發明的，在第二次世界大戰中期已付之實用。但後來發現，脈幅調製的已調波在傳輸途徑中衰減,抗干擾能力差,所以現在很少直接用於通信，往往只用作連續信號採樣的中間步驟。
（2）脈寬調製 (PDM)：用調製信號控制脈衝序列中各脈衝的寬度，使每個脈衝的持續時間與該瞬時的調製信號值成比例。此時脈衝序列的幅度保持不變，被調製的是脈衝的前沿或後沿，或同時是前後兩沿，使脈衝持續時間發生變化。脈寬調製也是20世紀30年代裡夫發明的。但在無線電通信中一般不用脈寬調製，因為此時發射機的平均功率要不斷地變化。
（3）脈位調製(PPM)：用調製信號控制脈衝序列中各脈衝的相對位置（即相位），使各脈衝的相對位置隨調製信號變化。此時脈衝序列中脈衝的幅度和寬度均保持不變。脈位調製在第二次世界大戰中期已付之實用。脈位調製的傳輸性能較好，常用於視距微波中繼通信系統。
（4）脈頻調製(PFM)：用調製信號控制脈衝的重複頻率，即單位時間內脈衝的個數，使脈衝的重複頻率隨調製信號變化。此時脈衝序列中脈衝的幅度和寬度均保持不變。主要用於儀表測量等方面，很少直接用於無線電通信。
（5）脈碼調製(PCM)：1937年脈幅調製和脈寬調製的發明者A.H.里夫提出用脈衝的有無的組合來傳遞聲音，後來把這種方法稱為脈碼調製。但脈碼調製到20世紀50年代才開始實用化。
脈碼調製有三個過程：採樣、量化和編碼。即先對信號進行採樣，並對採樣值進行量化（整量化），再對經過採樣和量化後的信號幅度進行編碼，因此脈碼調製的本質不是調製，而是數字編碼，所以能充分保證傳輸質量。由編碼得到的數位訊號可根據需要再對高頻振盪載波進行調製。脈碼調製不是用改變脈衝序列的參數來傳輸信息，而是用參數固定的脈衝的不同組合來傳遞信息，因此抗干擾能力強，失真很小，是現代通信技術的發展方向。
（6）增量調製(ΔM)：增量調製是一種特殊的脈碼調製，它不是對信號本身進行採樣、量化和編碼，而是對信號相隔一定重複周期的瞬時值的增量進行採樣、量化和編碼。現在已有多種增量調製方法，其中最簡單的一種，是在每一採樣瞬間當增量值超過某一規定值時發正脈衝，小於規定值時發負脈衝。這樣每個碼組只有一個脈衝，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。這種增量調製信號的解調也很簡單，只要將收到的脈衝序列進行積分和濾波即可復原，因此編碼和解碼設備都比較簡單。

方法

為了使數位訊號在有限頻寬的高頻信道中傳輸，必須對數位訊號進行載波調製。如同傳輸模擬信號時一樣，傳輸數位訊號時也有三種基本的調製方式：幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)。它們分別對應於用載波（正弦波）的幅度、頻率和相位來傳遞數字基帶信號，可以看成是模擬線性調製和角度調製的特殊情況。理論上，數字調製與模擬調製在本質上沒有什麼不同，它們都是屬正弦波調製。但是，數字調製是調製信號為數字型的正弦波調製，而模擬調製則是調製信號為連續型的正弦波調製。在數字通信的三種調製方式（ASK、FSK、PSK)中，就頻帶利用率和抗噪聲性能（或功率利用率）兩個方面來看，一般而言，都是PSK系統最佳。所以PSK在中、高速數據傳輸中得到了廣泛的套用。

1、QPSK四相相移鍵控(QuadraturePhaseShiftKeying)

四相相移調製是利用載波的四種不同相位差來表征輸入的數字信息，是四進制移相鍵控。QPSK是在M=4時的調相技術，它規定了四種載波相位，分別為45°，135°，225°，275°，調製器輸入的數據是二進制數字序列，為了能和四進制的載波相位配合起來，則需要把二進制數據變換為四進制數據，這就是說需要把二進制數字序列中每兩個比特分成一組，共有四種組合，即00，01，10，11，其中每一組稱為雙比特碼元。每一個雙比特碼元是由兩位二進制信息比特組成，它們分別代表四進制四個符號中的一個符號。QPSK中每次調製可傳輸2個信息比特，這些信息比特是通過載波的四種相位來傳遞的。解調器根據星座圖及接收到的載波信號的相位來判斷發送端傳送的信息比特。

數字調製用“星座圖”來描述，星座圖中定義了一種調製技術的兩個基本參數：（1）信號分布；（2）與調製數字比特之間的映射關係。星座圖中規定了星座點與傳輸比特間的對應關係，這種關係稱為"映射"，一種調製技術的特性可由信號分布和映射完全定義，即可由星座圖來完全定義。

首先將輸入的串列二進制信息序列經串－並變換，變成m=log2M個並行數據流，每一路的數據率是R/m,R是串列輸入碼的數據率。I/Q信號發生器將每一個m比特的位元組轉換成一對（pn，qn）數字，分成兩路速率減半的序列，電平發生器分別產生雙極性二電平信號I(t)和Q(t)，然後對coswct和sinwct進行調製，相加後即得到QPSK信號。

2、交錯正交相移鍵控（OQPSK）

此種調製方法的頻帶利用率較高，理論值達1b/s/Hz。但當碼組0011或0110時，產生180°的載波相位跳變。這種相位跳變引起包絡起伏，當通過非線性部件後，使已經濾除的帶外分量又被恢復出來，導致頻譜擴展，增加對相鄰波道的干擾。為了消除180°的相位跳變，在QPSK基礎上提出了OQPSK。

OQPSK是在QPSK基礎上發展起來的一種恆包絡數字調製技術。所謂恆包絡技術是指已調波的包絡保持為恆定，它與多進制調製是從不同的兩個角度來考慮調製技術的。恆包絡技術所產生的已調波經過傳送帶限後，當通過非線性部件時，只產生很小的頻譜擴展。這種形式的已調波具有兩個主要特點，其一是包絡恆定或起伏很小；其二是已調波頻譜具有高頻快速滾降特性，或者說已調波旁瓣很小，甚至幾乎沒有旁瓣。採用這種技術已實現了多種調製方式。

一個已調波的頻譜特性與其相位路徑有著密切的關係，為了控制已調波的頻率特性，必須控制它的相位特性。恆包絡調製技術的發展正是始終圍繞著進一步改善已調波的相位路徑這一中心進行的。

OQPSK也稱為偏移四相相移鍵控（offset-QPSK），是QPSK的改進型。它與QPSK有同樣的相位關係，也是把輸入碼流分成兩路，然後進行正交調製。不同點在於它將同相和正交兩支路的碼流在時間上錯開了半個碼元周期。由於兩支路碼元半周期的偏移，每次只有一路可能發生極性翻轉，不會發生兩支路碼元極性同時翻轉的現象。因此，OQPSK信號相位只能跳變0°、±90°，不會出現180°的相位跳變。

條件

對移動通信的數字調製技術的要求如下：

（1）在信道衰落條件下，誤碼率要儘可能低；
（2）發射頻譜窄，對相鄰信道干擾小；
（3）高效率的解調，以降低移動台功耗，進一步縮小體積和成本；
（5）能提供較高的傳輸速率；
（6）易於集成。

數字調製技術分為線性調製方式和恆定包絡調製方式，線性調製方式又可分為頻譜高效和功率高效兩種，在移
動通信系統中，由於存在著嚴重的衰落現象，故所需要的“信噪比”比較高。

調製技術的最終目的就是使得調製以後的信號對干擾有較強的抵抗作用，同時對相鄰的信道信號干擾較小，解調方便且易於集成。

數字網	海事衛星	蜂窩網路	無繩電話	基站
信道	抗干擾	擴頻	移動台	智慧型天線

調製技術

介紹

方式

方法

條件

相關詞條

相關連線

相關搜尋

熱門詞條