【通信原理第3篇】
班长说：我们通过声音、面部表情、手势向他人和外界传达信息，这些都是人与人之间的沟通方式。通信技术研究将信息从一个地方发送到另一个地方。本篇开始，班长将与大家讨论各种类型的调制，这是任何通信技术的基础。在我们开始这个话题之前，我们先聊一聊为什么需要调制。
调制可以定义为用信号改变载波某些特性的过程，就是把信号转换成适合在信道中传输形式的一种过程。可以分为基带调制和载波调制（也称为带通调制），正常我们所说的调制均指载波调制。
图1 调制过程
载波调制就是用调制信号控制载波信号参数的过程，常见的名词有：
- 调制信号：就是你想要传递的消息。来自信源的消息信号。这种信号如说话声音、计算机比特流等，频率很低，也叫做基带信号。
- 载波信号：通常使用的载波是正弦波，也可以是非正弦波，其在物理上与信息源无关。
- 已调信号：载波调制后称为已调信号；
- 解调：也叫做检波，调制的逆过程，将已调信号中的调制信号恢复出来。
很多同学在这里有个误区！总是认为载波是调制信号，然后去调制我们的输入信号。其实恰恰相反，我们的载波是规则的、整齐的信号，它才是被调制的对象哦！
好好的基带信号，为什么要动它？
在无线通信中，信号以电磁波形式通过天线辐射出去，这里存在一个理论：如果要获得较高的辐射效率，天线的尺寸必须与发射信号波长差不多，一般天线长度应大于波长的1/4！这就麻烦了，正常的基带信号频率是很低的，那么它的波长必然很长。
图2 不同频率不同波长
想想看，如果一个基带信号2KHz，那么直接通过天线辐射传输，至少需要17公里的天线，很明显搞不定！
所以通过调制，把基带信号的频谱搬移至较高的载波频率上，天线尺寸就下降了。
比如说GSM的900MHz频率，天线尺寸仅为8cm。
一旦调制搬移了，哈哈，这样操作空间就大咯，把你搬到哪，我们说了算！所以我们可以同时传输多路基带信号，只要搬移到不同的频段，我们就可以区分出！
再有，调制到哪？直接影响这个信号的抗干扰与衰落能力！
所以调制对通信系统的有效性与可靠性有着很大的影响与作用，采用什么样的调制方式，直接影响通信系统的性能。
图3 收音机上的调幅AM
调制可以分为多种：
- 调制信号是模拟信号，载波是连续波（通常是正弦波），叫做模拟连续波调制，模拟调制；
- 调制信号是数字信号，载波是连续波（通常是正弦波），叫做数字连续波调制，数字调制；
- 调制信号是模拟信号，载波是脉冲序列，叫做模拟脉冲调制；
- 调制信号是数字信号，载波是脉冲序列，叫做数字脉冲调制；
考虑一个载波信号
这里Ac是载波的振幅，fc是载波频率。我们的基带信号、调制信号、消息信号、信息承载信号,都是一个意思啊，就是我们要传输的信号，叫做m(t)。幅度调制Amplitude-Modulated (AM),就是使载波c(t)的振幅随着输入信号m(t)变化的过程，可以写成：
s(t)是已调信号，ka是一个常数，把它叫做调制器的调制系数，它决定了调制信号s(t)。c(t)经过调制后，频率、相位没有改变，振幅变了，所以这是幅度调制。
参看下图，考虑一个问题，如果Ac=1,|kam(t)|<1,那么kam(t)cos(2πfct)的取值必然在[-1,1]范围内，这样再加上cos(2πfct)，整个s(t)也必然在[-2,2]之间；但是如果|kam(t)|>1，那么cos(2πfct)被抬高肯定超过2了，底部也会越过横坐标轴！
产生了混叠！这样叫做相位反转！
图4 调制、载波与已调信号
一般情况下fc的频率远大于调制信号m(t)最高频率分量W，即fc＞＞W，W我们也称为基带信号的带宽Message Bandwidth。
我们的接收端，通过使用包络检测器实现AM波的解调，后续会讨论包络检测的过程。
现在讨论AM波频域表示，根据前期学习内容，我们可以直接得出s(t)的频谱，即傅里叶变换。
这个结果使用了三个公式，即欧拉公式、复指数信号的傅里叶变换
以及傅里叶变换的频谱搬移特性
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傅里叶变换：频谱搬移，尺度变化很难理解？其实就是FT的基本性质
我们画出S(f)的示意图
图5 AM调制信号与已调信号的频谱
M(f)是m(t)的频谱，最大频率分量是W。这里为什么出现负频率，各位可以思考下，之前的文章也说过“负频率”的事情。
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S(f)为AM信号的频谱，很明显是关于fc左右对称的，左边的频率区间我们叫做下边带，右边的频率区间我们叫做上边带。S(f)的带宽为2倍的W，即2W。现在可以初步看出来，为什么要fc＞＞W了吧，如果二者差不多大小，很容易出现频率混叠。
总结通信中，调制的主要目的是便于在通信信道(例如无线信道)上传输信息承载信号。在模拟调制系统中，这是通过改变正弦载波的振幅或角度来实现的。在此基础上，我们可以将模拟调制分为两大类：幅度调制和角度调制。
@通信M班长
Reference:Introduction to Analog & Digital Communications,通信原理,樊昌信,以及相关网络资源，感谢！
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