[科普中国]-调制信号

调制目的

在无线传输中，信号是以电磁波的形式通过天线辐射到空间的。为了获得较高的辐射效率，天线的尺寸一般应大于发射信号波长的四分之一。而基带信号包含的较低频率分量的波长较长，致使天线过长而难以实现。通过调制，把基带信号的频谱搬至较高的载波频率上，可以大大减少辐射天线的尺寸。另外，调制可以把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率。最后，调制可以扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，提高传输的信噪比。信噪比的提高是以牺牲传输的带宽为代价的。因此，在通信系统中，选择合适的调制方式是关键。2

发展20世纪60年代，C.S.Waver等人在斯坦福大学发表了一篇名为《The automatic classification of modulation types by pattern recognition》的论文之后，信号调制识别技术的研究逐渐发展起来。

1984年，Liedtke F F提出了运用信号幅度、频率、差分相位直方图和幅度、频率方差等特征参数进行数字信号的调制识别方法。

1988年，DeSimio M P等人使用从信号偶数次幂、频谱和包络中提取的特征参数，运用自适应的方法来进行信号的调制识别。

1990年，PolydorosA等人提出了利用准优化的对数似然比和判决理论对MPSK信号进行识别的方法。随后，Nandi A K等人提出了将神经网络与决策论进行结合，利用多个特征参数对模拟和数字信号进行模式识别的方法。

2008年WongM L等人提出了应用最大似然准则的半盲识别法，效果良好。3

调制方式调制方式有很多。根据调制信号是模拟信号还是数字信号，分为模拟调制和数字调制。模拟调制方式有幅度调制(AM)和频率调制(FM)等。数字调制方式有振幅键控、移频键控、移相键控、正交幅度调制等，信号调制原理是研究信号调制识别问题的基础。2

模拟信号模拟信号是指在信号随时间连续变化，在模拟信号中，不同时间点位置的信号值可以是连续变化的。与数字信号相比，模拟信号的处理方法简单，不需要专门的信号处理器，且具有更高的分辨率和信息密度，不存在量化误差，因此可以利用模拟信号较为准确地描述自然界物理量的值。模拟信号的主要缺点是容易受到噪声干扰，特别是当信号被多次转发，或进行长距离传输之后，这些随机噪声的影响可能会变得十分显著。

幅度调制原理信号的幅度调制是指基带信号的变化去控制载波的振幅变化。幅度调制分为：调幅（AM），它携带载频信号；双边带调制（DSB ），抑制载波的双边带调制；单边带调制（SSB），单边带调制又分上边带调制和下边带调制。

频率调制原理频率调制(FM)是角度调制的一种，指的是使载波频率随着调制信号变化的调制方式，即已调信号的瞬时角频率随基带信号的改变而变化的调制过程。和AM不同，FM属于非线性调制，其己调信号频谱是调制信号频谱的非线性变换。3

数字系统数字调制技术在现代通信系统中有着广泛的应用，与模拟调制技术相比，数字调制技术具有抗噪声能力强、鲁棒性高、灵活性高、安全性好等优点，主要缺点是需要的传输带宽较大且通常情况下设备较为复杂。不过，数字压缩技术、大规模集成电路技术以及光纤等大容量传输媒介的使用，大大降低了数字系统应用的难度和复杂度，数字系统也越来越受到人们的欢迎。

振幅键控原理振幅键控是最早研究的数字调制方式，通过载波的幅度变化来传输数字信息。二进制振幅键控(2ASK)是指调制信号为二进制数字基带信号的振幅键控。对2ASK而言，当信号为“1”时，载波通过开关，为大信号；当信号为“0”时，载波截止，没有传输信号，只有本底噪声。

移频键控原理在移频键控中，正弦载波的频率随着数字基带信号变化，数字信息的传递通过载波频率的变化实现。若移频键控中的数字基带信号为二进制数字信号，则产生二进制移频键控(2FSK)。在2FSK信号中，当二进制基带信号为“1”时，载波频率为，当信号为“0”时，载波频率变为。

移相键控原理在移相键控中，正弦载波的相位随数字基带信号变化，数字信息的传递通过载波相位的变化实现，而信号的振幅和频率保持不变。若移相键控中的数字基带信号为二进制数字信号，则产生二进制移相键控(2PSK )。在2PSK中，二进制信号“0”和“1”通常分别对应初始相位和0。

移相键控分为绝对移相和相对移相两种。以未调载波的相位作为基准的相位调制叫作绝对移相。以二进制调相为例，取码元为“1”时，调制后载波与未调载波同相；取码元为“0”时，调制后载波与未调载波反相；“1”和“0”时调制后载波相位差1800。

正交幅度调制原理正交幅度调制也称为振幅和相位联合键控，通过利用两个独立的基带波形对两个相互正交的同频载波进行抑制载波双边带调制获得，并且已调信号在同一带宽内频谱正交，因此可以实现两路并行数字信息的传输。MQAM同时进行幅度和相位的调制，具有更强的抗干扰能力和更高的频谱利用率。3

应用信号调制广泛地应用于民用与军事领域。

在民用领域，主要应用于为无线频谱管理进行信号身份确认以及干扰确认等方面。无线电管理部门为了防止不法分子对无线频谱的非法利用和干扰，需要对通信频谱进行监视和管理，以保证合法通信的正常进行。在频谱监视设备中采用调制识别技术，能帮助管理人员区分不同性质的用户，确定未知干扰信号的性质。

在军事领域，主要应用于电子战和军用软件无线电技术中。在电子战通信情报截获接收机的设计中，获得接收的通信信号的调制方式，为解调器选择解调算法提供参考依据，有助于电子战中最佳干扰样式或干扰抵消算法的选择，以保证友方通信，同时破坏和抑制敌方通信，实现通信对抗的目的。4