調製

在電子和電信中，調製是改變週期波形的一個或多個特性的過程，稱為載體信號，帶有一個單獨的信號，稱為調製信號，通常包含要傳輸的信息。例如，調製信號可能是代表來自麥克風的聲音的音頻信號，代表來自攝像機移動圖像的視頻信號或代表二進制數字序列的數字信號，這是來自計算機的bitstream 。

該載波的頻率通常比消息信號高得多。這是因為它不切實際地傳輸低頻的信號。通常，要接收無線電波，需要一個無線電天線，其長度為波長的四分之一。對於低頻無線電波，波長為公里，建造如此大的天線是不切實際的。在無線電通信中，調製載體通過空間作為無線電波傳輸到無線電接收器。

調製的另一個目的是使用頻段多路復用（FDM）通過單個通信介質傳輸多個信息通道。例如，在有線電視（使用FDM）中，許多由不同電視頻道調製的載波信號通過單個電纜運輸到客戶。由於每個載波佔據不同的頻率，因此通道不會彼此干擾。在目的地端，將載體信號解調以提取信息軸承調製信號。

調製器是執行調製的設備或電路。解調器（有時檢測器）是執行解調的電路，是調製的倒數。在雙向通信中使用的調製解調器（來自mod ulator – dem odulator）可以執行這兩個操作。由調製信號佔據的較低頻帶稱為基帶，而調製載波佔據的較高頻段稱為Passband 。

在模擬調製中，載體上的模擬調製信號“印象深刻”。示例是振幅調製（AM），其中載波信號的振幅（強度）隨調製信號而變化，頻率調製（FM），其中載波的頻率通過調製信號而變化。這些是最早的調製類型，用於傳輸代表AM和FM無線電廣播中聲音的音頻信號。最新的系統使用數字調製，它通過將位置映射到要傳輸的離散字母中的元素來給載波上的二進制數字（位）， bitstream ，bitstream，bitstream上留下深刻的印象。該字母可以由一組真實或複雜數字或序列組成，例如不同頻率的，所謂的頻換鍵合（FSK）調製的振盪。一種更複雜的數字調製方法，該方法採用多個載體，即正交頻劃分多路復用（OFDM），用於WiFi網絡，數字廣播電台和數字有線電視傳輸中。

模擬調製方法

在模擬調製中，調製是根據模擬信息信號連續應用的。常見的模擬調製技術包括：

• 振幅調製（AM）（此處，根據調製信號的瞬時幅度，載流子信號的振幅變化）
  • 雙面帶調製（DSB）
    • 帶載體（DSB-WC）的雙面帶調製（在AM廣播頻段上使用）
    • 雙層式帶抑制載體變速器（DSB-SC）
    • 雙側帶還原載體傳輸（DSB-RC）
  • 單層調製（SSB或SSB-AM）
    • 帶載體（SSB-WC）的單層調製
    • 單側調製抑制載體調製（SSB-SC）
  • 殘留邊帶調製（VSB或VSB-AM）
  • 正交振幅調製（QAM）
• 角度調製，大約是恆定的包膜
  • 頻率調製（FM）（此處，根據調製信號的瞬時幅度，載流子信號的頻率是變化的）
  • 相位調製（PM）（此處，根據調製信號的瞬時幅度，載體信號的相移是變化的）
  • 轉置調製（TM），其中波形拐點經過修改，從而導致一個信號，其中每個四分之一循環在調製過程中被轉移。 TM是偽分析調製（AM）。其中AM載體還帶有相變相F（ǿ）。 TM是F（am，ǿ）

數字調製方法

在數字調製中，模擬載體信號由離散信號調節。數字調製方法可以被視為數字到分析轉換，而相應的解調或檢測為模數轉換。載波信號的變化是從有限數量的M替代符號（調製字母）中選擇的。

一個簡單的示例：電話線設計用於傳輸可聽見的聲音，例如音調，而不是數字位（零和一個）。但是，計算機可以通過調製解調器通過電話線進行通信，該調製解調器代表用音調（稱為符號）的數字位。如果有四個替代符號（對應於一個可以生成四個不同音調的樂器，一個是一個），則第一個符號可以代表位序列00，第二個01，第三個10和第四個11。如果調製解調器播放旋律由每秒1000個音調組成，符號率為1000個符號/秒或1000 baud 。由於每個音調（即，符號）代表一個由兩個數字位組成的消息，因此比特率是符號率的兩倍，即每秒2000位。

根據數字信號的一個定義，調製信號是數字信號。根據另一個定義，調製是數字到分析轉換的一種形式。大多數教科書將數字調製方案視為數據傳輸的代名詞的數字傳輸形式。很少有人會認為它是模擬傳播。

基本數字調製方法

最基本的數字調製技術是基於鑰匙：

• PSK（相移鍵合） ：使用有限數量的相位。
• FSK（換頻鍵合） ：使用有限數量的頻率。
• 詢問（振幅轉移鍵） ：使用有限數量的振幅。
• QAM（正交振幅調製） ：使用至少兩個階段和至少兩個幅度的有限數量。

在QAM中，一個同相信號（或I，一個示例是餘弦波形）和正交相位信號（或Q，示例為正弦波）的幅度調製，並使用有限數量的振幅調製，然後求和。它可以看作是一個兩通道系統，每個通道都使用ask。所得信號等效於PSK的組合和詢問。

在上述所有方法中，每個階段，頻率或振幅均分配了唯一的二進制圖案。通常，每個階段，頻率或振幅都編碼相等數量的位。該位數包括由特定相位，頻率或振幅表示的符號。

如果字母由替代符號組成，則每個符號表示由n位組成的消息。如果符號率（也稱為波特率）是符號/秒（或波特），則數據速率為位/秒。

例如，用一個由16個替代符號組成的字母，每個符號代表4位。因此，數據速率是波特率的四倍。

在PSK的情況下，請問或QAM，調製信號的載體頻率是恆定的，調製字母通常在星座圖上方便地表示，顯示X軸處的I信號的幅度，以及的幅度對於每個符號，y軸處的Q信號。

調製器和探測器操作原理

PSK和問，有時甚至是FSK，通常使用QAM原理生成和檢測。 I和Q信號可以合併為複雜值的信號I + JQ （其中j是假想單元）。所得所謂的等效低通信號或等效基帶信號是實價調製的物理信號（所謂的Passband信號或RF信號）的複雜值表示。

這些是調製器用於傳輸數據的一般步驟：

1. 將傳入的數據位分組到代碼字中，每個符號將要傳輸。
2. 將代碼字映射到屬性，例如I和Q信號的振幅（等效的低通信號）或頻率或相值。
3. 調整脈衝成型或某些其他過濾，以限制帶寬並形成等效低通信信號的頻譜，通常使用數字信號處理。
4. 執行I和Q信號的數字到模擬轉換（DAC）（因為今天，通常使用數字信號處理（DSP）實現了上述所有內容）。
5. 產生高頻正弦載波波形，也許也可能是餘弦正交組件。進行調製，例如，通過將正弦和余弦波形乘以I和Q信號，從而導致等效的低通信信號頻率轉移到調製的Passband信號或RF信號。有時，這是使用DSP技術來實現的，例如使用波形表的直接數字合成，而不是模擬信號處理。在這種情況下，應在此步驟之後完成以上DAC步驟。
6. 放大和模擬帶通濾波，以避免諧波失真和周期頻譜。

在接收器側，解調器通常執行：

1. 帶通濾波。
2. 自動增益控制，AGC（例如彌補衰減，例如褪色）。
3. 通過將RF信號轉移到等效基帶I和Q信號，或中間頻率（IF）信號，通過將RF信號與局部振盪器的正弦波和余弦波頻率相乘（請參閱超近地點接收器原理）。
4. 採樣和類似物到數字轉換（ADC）（有時在上述點之前或代替上述點，例如通過底漆）。
5. 均衡過濾，例如，匹配的過濾器，多徑傳播，時間擴散，相失真和頻率選擇性褪色的補償，以避免隔膜間干擾和符號失真。
6. 檢測I和Q信號的振幅，或IF信號的頻率或相位。
7. 將幅度，頻率或相位定量到最近允許的符號值。
8. 將量化幅度，頻率或相位的映射到代碼字（位組）。
9. 並行到串聯的代碼字轉換為一些流。
10. 傳遞最終的位流以進一步處理，例如刪除任何誤差校正代碼。

與所有數字通信系統一樣，必須同時完成調製器和解調器的設計。數字調製方案是可能的，因為發射器接收器對具有對數據如何在通信系統中進行編碼和表示的先驗知識。在所有數字通信系統中，發射機的調製器和接收器的解調器都是構造的，以便它們執行反向操作。

異步方法不需要與發件人載體信號同步的接收器參考時鐘信號。在這種情況下，調製符號（而不是位，字符或數據包）是異步傳輸的。相反的是同步調製。

通用數字調製技術列表

最常見的數字調製技術是：

• 移相鍵合（PSK）
  • 二進制PSK（BPSK），使用M = 2個符號
  • 正交PSK（QPSK），使用M = 4個符號
  • 8PSK，使用M = 8個符號
  • 16psk，使用M = 16個符號
  • 差分PSK（DPSK）
  • 差異QPSK（DQPSK）
  • 偏移QPSK（ OQPSK ）
  • π/4 – qpsk
• 頻率鍵合（FSK）
  • 音頻換檔鍵合（AFSK）
  • 多頻移鍵（M-ARY FSK或MFSK）
  • 雙音多頻（DTMF）
• 振幅換檔鍵合（詢問）
• On-Off Keying （OOK），最常見的詢問表格
  • m-ary殘留邊帶調製，例如8vsb
• 正交振幅調製（QAM），PSK的組合和問
  • 極性調製（例如QAM）A組合PSK並詢問
• 連續相調製（CPM）方法
  • 最小換檔鍵合（MSK）
  • 高斯最小換檔鍵合（GMSK）
  • 連續相頻換鍵（CPFSK）
• 正交頻劃分多路復用（OFDM）調製
  • 離散的多電控（DMT），包括自適應調製和位加載
• 小波調製
• 格子編碼調製（TCM），也稱為格子調製
• 傳播頻譜技術
  • 直接序列擴散頻譜（DSSS）
  • 根據IEEE 802.15.4a CSS使用偽故事編碼，CHIRP傳播頻譜（CSS）
  • 頻率散佈頻譜（FHSS）應用了一個特殊的方案進行通道釋放

MSK和GMSK是連續調製的特定情況。實際上，MSK是CPM的子家庭的一個特殊情況，稱為連續相頻率換檔鍵合（CPFSK），它由矩形頻率脈衝（即單符號持續時間的線性增加相脈衝）定義（即一個符號時持續時間（總響應信號）。

OFDM是基於頻段多路復用（FDM）的概念，但是多路復用流是單個原始流的所有部分。位流分為幾個並行數據流，每個數據流都使用某些常規數字調製方案在其自己的子載波上轉移。調製子載波的求和以形成OFDM信號。這種分裂和重組有助於處理渠道障礙。 OFDM被認為是一種調製技術，而不是多重技術，因為它使用一個所謂的OFDM符號將一個位流通過一個通信通道傳輸。 OFDM可以擴展到多用戶通道訪問方法在正交頻分多訪問（OFDMA）和多載波代碼 - 分段多訪問（MC-CDMA）方案中，允許幾個用戶通過提供不同的物理媒體來共享相同的物理媒體子載波或向不同用戶傳播代碼。

在兩種RF功率放大器中，切換放大器（ D類放大器）的成本較小，並且使用相同輸出功率的線性放大器的電池電量較小。但是，它們僅適用於相對恆定的振幅調節信號，例如角度調製（FSK或PSK）和CDMA ，但與QAM和OFDM無關。然而，即使切換放大器完全不適合普通QAM星座，通常使用QAM調製原理來驅動使用這些FM和其他波形的開關放大器，有時使用QAM解調器來接收這些開關放大器的信號。

自動數字調製識別（ADR）

智能通信系統中的自動數字調製識別是軟件定義的無線電和認知無線電中最重要的問題之一。根據智能接收器的增量擴展，自動調製識別成為電信系統和計算機工程中的一個具有挑戰性的話題。這樣的系統有許多民用和軍事應用。此外，在商業系統中，尤其是在軟件定義的無線電中，對調製類型的盲目認識是一個重要的問題。通常在這樣的系統中，有一些額外的系統配置信息，但是考慮智能接收器中的盲目方法，我們可以減少信息超載並提高傳輸性能。顯然，如果不了解接收器的傳輸數據和許多未知參數，例如信號功率，載波頻率和相位偏移，時機信息等，則使調製的盲目識別變得相當困難。在實際情況下，隨著多路徑的褪色，頻率選擇性和隨時間變化的頻道，這變得更加具有挑戰性。

自動調製識別有兩種主要方法。第一種方法使用基於可能性的方法將輸入信號分配給適當的類。最近的另一種方法是基於特徵提取。

數字基帶調製

數字基帶調製改變了基帶信號的特性，即，一個沒有載體的頻率更高。

這可以用作等效信號，以後將頻率轉換為載波頻率，也可以用作基帶的直接通信。後一種方法均涉及相對簡單的線代碼，通常在本地總線中使用，以及復雜的基帶信號方案，例如DSL中使用的。

脈沖調制方法

脈沖調制方案旨在通過調節脈衝波，將窄帶模擬信號傳遞到模擬基帶通道上作為兩級信號。某些脈沖調制方案還允許將窄帶模擬信號作為數字信號（即作為量化離散時間信號）傳輸，並具有固定的比特速率，可以在基礎數字傳輸系統上傳輸，例如代碼。這些不是傳統意義上的調製方案，因為它們不是通道編碼方案，而是應將其視為源編碼方案，在某些情況下，類似於數字化的轉換技術。

模擬跨性別方法

• 脈搏振幅調製（PAM）
• 脈搏寬度調製（PWM）和脈搏深度調製（PDM）
• 脈衝頻率調製（PFM）
• 脈搏位調製（PPM）

類似數字的方法

• 脈衝代碼調製（PCM）
  • 差分PCM （DPCM）
    • 自適應DPCM （ADPCM）
• 增量調製（DM或δModulation）
  • 三角洲 - 西格瑪調製（σδ）
  • 連續可變的斜率增量調製（CVSDM），也稱為自適應增量調製（ADM）
• 脈衝密度調製（PDM）

其他調製技術

• 在無線電頻率下傳輸摩爾斯密碼的使用被稱為連續波（CW）操作。
• 自適應調製
• 空間調製是一種在空域內調製信號的方法，例如在儀器著陸系統中使用的信號。
• 微波聽覺效應已通過音頻波形調節脈沖調節，以喚起可理解的口語數字。

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