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信号调制与解调
time:2015-08-29    www.dongjun.cc
     在计算机网络中,大多数要传输的信号都是具有较低频带的信号,这种信号称为基带信号。如果用基带信号直接传输,则这种传输方式称为基带传输,。但是,大多数信道不适宜进行基带信号的传输,因为这样的低频信号在传输中会产生很大的衰减和失真。在数字基带传输中,我们知道可以通过数字编码后在信道中直接传输数字信号,但这也仅适用于近距离传输(如在同一局域网中),在复杂网络环境中(如存在不同传输介质和信道类型的网络中),同样不能直接这样传输。因此,需要将基带信号进行调制,变换为适合信道传输的形式,调制是让基带信号去控制载波的某个(或某些)参数,使该参数按照信息的规律进行变化,这就是“调制”过程。“解调”是“调制”的逆过程,即从调制后的信号中恢复原来的调制信号的过程。

  调制与解调的关键术语

  在调制和解调过程中涉及几个非常关键的术语,下面先来介绍这几个术语。

  1调制

  首先我们要明白仆么叫调制,为仆么要进行调制。调制最通俗的解释就是用一种“能量大”的信号承载(可简单地理解为“背上”)另一种“能量小”的信号进行传播、传输。承载另一种信号的信号我们称为载波或者载波信号,而被承载信号才是我们真正要传播或者传输的信号。就像不会游泳的人坐在船上,由船渡我们过河一样,此时我们人就可以比做被承载信号,而船就可以比做载波信号。

  但是,调制不是仅把被承载信号附加在载波信号上就万事大吉了,因为在传输系统中真正发挥作用,需要的还是被承载信号,载波信号只是一个载体,总得让真正有用的被承载信号发挥作用。这时就得通过被承载信号的有关特性来决定载波信号的幅度、频率或者相位。就像我们坐在船上不是由船自由漂流,而是由我们人来决定船的行驶方向、路径和速度等一样。当信号到了接收端时,我们又得把被承载信号释放出来(相当于我们人下船),恢复它的“自由身”,只有这样,接收端才能真正接收到有用的信号。这个释放的过程就是与调制相对的“解调”。

  在对数字信号进行载波调制时,我们所采用的也是模拟载波调制中的调幅、调频和调相这三种调制技术。但它们对应已有了另外的名字:AsK、FsK和PsK。这里之所以都称之为“键控”,是指在这些调制技术中都是用电键进行控制的,这是借用了电报传输中的术语。它们分别对应于利用载波(正弦波)的幅度、频率或相位来承载数字基带信号,可以看做是模拟线性调制和角度调制的特殊情况。

  2调制信号

  调制信号就是用于对载波信号中某个参数进行特性控制,使其按照自己的对应参数特性变化的信号(也是最终要传输的有用信号),以便在接收端可以根据这个被控制的特性还原出原始的调制信号。

  调制信号通常是低频信号,可以是模拟信号,也可以是数字信号,所以也就有对府的模拟信号调制(或模拟调制)和数字信号调制(或数字调制)。数字调制与模拟调制在本质上没有仆么区别,都属于正弦波调制,只是源信号不同。数字调制中的源信号为离散型的脉冲数字信号,而模拟调制中的源信号为连续型的正弦波信号。在此仅介绍数字信号调制技术。

  (1)载波信号

  载波就是用来载送有用低频调制信号的信号波,通常是一种高频信号。通过调制技术就可以把调制信号和载波信号进行叠加,使载波信号的某些参数特性(如信号幅度、信号频率或信号相位等)按调制信号变化。具体是载波的哪个参数会随着调制信号发生变化,要视具体的调制类型而定,如果被控制的参数为幅度,则把这种调制称为调幅;如果被控制的参数为频率,则把这种调制称为调频;如果被控制的参数为相位,则把这种调制称为调相。到达接收端后,通过解调技术从已调信号中分离出有用的数据即可。

  那为什么要用载波进行调制?因为通常我们要发送的数字信号的频率是比较低的,如果按照本身的频率来传输,信号的衰减比较严重,不利于远距离传输。打个比方,如果我们要送一样物品(相当干这里所说的“调制信号”)到达某个比较远的地方,仅靠我们人力可能很困难,甚至根本无法达到目的(因为我们的速度很低,体力有限),但是如果我们使用像汽车、火车等这类交通工具来运输,就很轻松了,这时的交通工具就相当于我们这里所说的“载波”。使用载波传输,我们可以将数据的信号加载到载波的信号上,接收方按照载波的频率来接收数据信号。由于有用的数据源信号波的波幅与无用的载波信号波的波幅是不同的通过进行波幅过滤就可以将数据源信号提取出。

  (2)已调信号

  已调信号是载波信号在被调制信号调制后所产生的新信号,它同时具备了原来调制信号和载波信号的双重特性(既不完全等同于原来的调制信号,也不完全等同于载波信号)。如在模拟信号调制中采用的是调幅这种调制技术,载波的振幅会受调制信号的控制,但频率、相位仍是由载波信号决定的,所以最终的已调信号就是与调制信号振幅一致,频率和相位与载波信号一致的新信号。

  (3)解调

  解调是调制的反过程,是从已调信号中通过某种技术(如低通滤波器等)恢复出原来调制信号的过程,因为我们最终有用的还是原来的调制信号。之所以要先经过调制过程,就是为了便于低频信号在信道中的远距离、高效传输。到了目的地(接收端)后,自然要把它还原出来