射頻通信基于一個(gè)簡(jiǎn)單概念：通過不斷改變正弦波的特性，我們可以利用它來傳輸信息。

到目前為止，我們已經(jīng)介紹了一系列重要的概念，這些概念為現(xiàn)實(shí)世界中射頻電路和系統(tǒng)的成功設(shè)計(jì)與分析奠定了基礎(chǔ)?，F(xiàn)在，我們準(zhǔn)備探索射頻工程的一個(gè)基本方面：調(diào)制。

調(diào)制是什么？

動(dòng)詞“調(diào)制”的一般含義是“修改、調(diào)整、變化”，這即使在無線通信的專業(yè)背景下也捕捉到了調(diào)制的本質(zhì)。調(diào)制信號(hào)實(shí)際上就是故意地修改它，但當(dāng)然，這種修改是以一種非常特定的方式進(jìn)行的，因?yàn)檎{(diào)制的目的是數(shù)據(jù)傳輸。

我們希望傳輸信息——如果我們處理的是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，那就是一和零；如果我們處理的是模擬信號(hào)，那就是一系列連續(xù)變化的值。但是，無線通信所施加的限制不允許我們以典型的方式表達(dá)這些信息；相反，我們必須設(shè)計(jì)一種新的“語言”，或者你可以將其視為一種代碼，它允許我們傳達(dá)相同的信息，但必須在基于電磁輻射的系統(tǒng)的限制之內(nèi)。更具體地說，我們需要一種與高頻正弦信號(hào)兼容的語言，因?yàn)檫@種信號(hào)構(gòu)成了在典型射頻系統(tǒng)中“攜帶”信息的唯一實(shí)際手段。

這個(gè)用于攜帶信息的高頻正弦波，恰如其分地被稱為載波。這個(gè)名字很有幫助，因?yàn)樗嵝盐覀兩漕l系統(tǒng)的目的不是生成和傳輸高頻正弦波。相反，其目的是為了傳輸（低頻）信息，而載波只是我們必須使用的一種手段，來將這些信息從射頻發(fā)射機(jī)傳遞到射頻接收機(jī)。

調(diào)制方案

在口頭交流中，人體產(chǎn)生聲波并對(duì)其進(jìn)行修改——或調(diào)制——以產(chǎn)生各種各樣的元音和輔音。這些元音和輔音的巧妙運(yùn)用實(shí)現(xiàn)了信息從講話者到聽眾的傳遞。根據(jù)這種聲波調(diào)制方式所形成的系統(tǒng)被稱為語言。

在射頻通信中，情況非常相似。一個(gè)設(shè)備會(huì)根據(jù)一種預(yù)定義的系統(tǒng)（稱為調(diào)制方案或調(diào)制技術(shù)）來調(diào)制電波。正如人類有多種語言一樣，載波也有多種調(diào)制方式。

先進(jìn)的調(diào)制方案幫助現(xiàn)代射頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了更遠(yuǎn)的通信范圍和更強(qiáng)的抗干擾能力。

某些人類語言可能在傳達(dá)特定類型的信息時(shí)特別有效；舉古代世界的例子來說，可能希臘語更適合哲學(xué)探討，而拉丁語更適合編纂法律。然而，毫無疑問的是，只要發(fā)言人和聽眾都掌握了一種語言，就可以進(jìn)行可靠的交流。射頻系統(tǒng)亦是如此。每種調(diào)制方案都有其優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，但只要滿足一個(gè)基本要求——即接收器必須能夠理解發(fā)射器所傳達(dá)的信息——它們就都能提供出色的無線通信。

振幅、頻率、相位

基本的正弦波是一個(gè)簡(jiǎn)單的事物。如果我們忽略直流偏移，它只需要兩個(gè)參數(shù)就能完全描述：振幅和頻率。我們還有相位，它在考慮正弦波的初始狀態(tài)或當(dāng)波形行為的變化允許我們將正弦波的一部分與先前部分進(jìn)行對(duì)比時(shí)發(fā)揮作用。在比較兩個(gè)正弦波時(shí)，相位也是相關(guān)的；正弦波相位的這一方面在射頻系統(tǒng)中廣泛使用的正交（或“IQ”）信號(hào)中變得非常重要。我們將在本書的后續(xù)部分探討IQ概念。

如上所述，調(diào)制是修改，而我們只能修改已經(jīng)存在的東西。正弦波具有振幅、頻率和相位，因此，調(diào)制方案被歸類為振幅調(diào)制、頻率調(diào)制或相位調(diào)制是理所當(dāng)然的。（實(shí)際上，通過將振幅調(diào)制與頻率或相位調(diào)制結(jié)合，可以跨越這些類別。）在每個(gè)類別中，我們都有兩個(gè)子類：模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。

振幅調(diào)制（AM）

模擬振幅調(diào)制（AM）涉及將一個(gè)連續(xù)變化的正弦載波與一個(gè)連續(xù)變化的信息（也稱為基帶）信號(hào)的偏移版本相乘。這里的“偏移版本”指的是基帶信號(hào)的振幅始終大于或等于零。

假設(shè)我們有一個(gè)10 MHz的載波和一個(gè)1 MHz的基帶波形：

如果我們將這兩個(gè)信號(hào)相乘，我們得到的波形將是（不正確的）如下：

你可以清楚地看到基帶信號(hào)（紅色）與載波振幅（藍(lán)色）之間的關(guān)系。

但這里有個(gè)問題：如果你只看載波的振幅，你如何確定基帶值是正還是負(fù)？你不能確定——因此，振幅解調(diào)無法從已調(diào)制的載波中提取基帶信號(hào)。

解決方法是將基帶信號(hào)偏移，使其從0變化到2，而不是從-1變化到1：

如果我們用偏移后的基帶信號(hào)乘以載波，我們會(huì)得到以下結(jié)果：

現(xiàn)在，載波的振幅可以直接映射到基帶信號(hào)的行為上。

數(shù)字AM最直接的形式是將相同的數(shù)學(xué)關(guān)系應(yīng)用于振幅為0或1的基帶信號(hào)。這種結(jié)果被稱為“通斷鍵控”（OOK）：當(dāng)信息信號(hào)為邏輯零時(shí)，載波的振幅為零（=“關(guān)”）；當(dāng)信息信號(hào)為邏輯一時(shí)，載波處于全振幅狀態(tài)（=“開”）。

頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM）

FM和PM是密切相關(guān)的，因?yàn)轭l率和相位是密切相關(guān)的。如果你將頻率視為每秒的完整周期數(shù)，那么頻率與正弦波在其周期中某一給定時(shí)刻的位置有什么關(guān)系可能就不那么明顯了。但如果你考慮瞬時(shí)頻率，即信號(hào)在某一給定時(shí)刻的頻率，就會(huì)更有意義。（將頻率描述為瞬時(shí)的無疑是矛盾的——但在實(shí)際信號(hào)處理的背景下，我們可以安全地忽略與此概念相關(guān)的復(fù)雜理論細(xì)節(jié)。）

在基本正弦波中，瞬時(shí)頻率的值與“正常”頻率相同。當(dāng)我們處理具有時(shí)變頻率的信號(hào)時(shí)，即頻率不是恒定值而是時(shí)間的函數(shù)，寫作ω(t)，瞬時(shí)頻率的分析值就會(huì)出現(xiàn)。無論如何，關(guān)于頻率和相位之間密切關(guān)系的重要點(diǎn)如下：瞬時(shí)角頻率是相位相對(duì)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)。因此，如果你有一個(gè)表達(dá)式φ(t)來描述信號(hào)相位的時(shí)變行為，φ(t)相對(duì)于時(shí)間的變化率就給出了瞬時(shí)角頻率的表達(dá)式：

我們將在本章稍后更詳細(xì)地探討頻率調(diào)制和相位調(diào)制?，F(xiàn)在，讓我們以以下圖表作為結(jié)論，該圖表將頻率調(diào)制的數(shù)學(xué)關(guān)系應(yīng)用于上面使用的基帶信號(hào)和載波信號(hào)：

總結(jié)

調(diào)制是指精心修改現(xiàn)有信號(hào)以便其能夠傳輸信息的過程。

在射頻（RF）的背景下，現(xiàn)有的信號(hào)被稱為載波，而信息則包含在基帶信號(hào)中。

有多種不同的調(diào)制方案，意味著將基帶信息融入正弦載波的方式有多種。

調(diào)制涉及對(duì)載波的振幅、頻率或相位的修改，并且它可以用于傳輸模擬信號(hào)或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。