讓我們來(lái)探討一下不同調(diào)制方案在性能和應(yīng)用方面的比較。

理解射頻調(diào)制的三種主要類型的關(guān)鍵特性至關(guān)重要，但這些信息并非孤立存在。我們的目標(biāo)是設(shè)計(jì)能夠有效且高效地滿足性能目標(biāo)的實(shí)際系統(tǒng)。因此，我們需要對(duì)哪種調(diào)制方案適用于特定應(yīng)用有一個(gè)大致的了解。

振幅調(diào)制（Amplitude Modulation, AM）

振幅調(diào)制在實(shí)現(xiàn)和分析上相對(duì)直接，同時(shí)AM波形也相對(duì)容易解調(diào)。因此，AM可以被視為一種簡(jiǎn)單且成本較低的調(diào)制方案。然而，正如常言所說(shuō)，簡(jiǎn)單和低成本往往伴隨著性能上的妥協(xié)——我們不應(yīng)期望更簡(jiǎn)單、更便宜的解決方案就是最好的。

雖然不能說(shuō)AM系統(tǒng)“罕見(jiàn)”，因?yàn)槿驘o(wú)數(shù)車輛都配備了AM接收器，但模擬振幅調(diào)制的應(yīng)用目前相當(dāng)有限。這主要是因?yàn)锳M存在兩個(gè)顯著的缺點(diǎn)：

除了AM無(wú)線電廣播外，模擬幅度調(diào)利還用于民用航空

振幅噪聲

在無(wú)線通信系統(tǒng)中，噪聲始終是一個(gè)難以回避的問(wèn)題。從某種意義上說(shuō)，射頻設(shè)計(jì)的質(zhì)量可以通過(guò)解調(diào)信號(hào)的信噪比來(lái)概括：接收信號(hào)中的噪聲越少，意味著輸出質(zhì)量越高（對(duì)于模擬系統(tǒng)）或比特錯(cuò)誤率越低（對(duì)于數(shù)字系統(tǒng)）。噪聲總是存在，我們必須認(rèn)識(shí)到它是影響系統(tǒng)整體性能的根本威脅。

噪聲——包括隨機(jī)電噪聲、干擾、電氣和機(jī)械瞬態(tài)等——會(huì)作用于信號(hào)的幅度上。換句話說(shuō)，噪聲可以產(chǎn)生振幅調(diào)制。這是一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樵肼曇鸬碾S機(jī)振幅調(diào)制與發(fā)射機(jī)有意進(jìn)行的振幅調(diào)制難以區(qū)分。任何射頻信號(hào)都會(huì)受到噪聲的影響，但振幅調(diào)制（AM）系統(tǒng)尤其敏感。

放大器線性度

在設(shè)計(jì)射頻功率放大器時(shí)，線性度是一個(gè)主要挑戰(zhàn)。（更具體地說(shuō)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效率和高線性度是非常困難的。）線性放大器對(duì)輸入信號(hào)應(yīng)用一定的固定增益；從圖形上看，線性放大器的傳輸函數(shù)就是一條直線，其斜率對(duì)應(yīng)于增益。

一條直線代表完美線性放大器的響應(yīng)：輸出電壓始終是輸入電壓乘以固定增益。

放大器非線性

實(shí)際中的放大器總是存在一定程度的非線性，這意味著應(yīng)用于輸入信號(hào)的增益會(huì)受到輸入信號(hào)特性的影響。非線性放大的結(jié)果是失真，即在諧波頻率上產(chǎn)生頻譜能量。

我們也可以說(shuō)，非線性放大是振幅調(diào)制的一種形式。如果放大器的增益隨輸入信號(hào)的頻率變化，或者隨外部因素（如溫度或電源條件）變化，那么傳輸?shù)男盘?hào)就會(huì)經(jīng)歷非故意（且不受歡迎）的振幅調(diào)制。這在AM系統(tǒng)中是一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)殡s散振幅調(diào)制會(huì)干擾有意進(jìn)行的振幅調(diào)制。

任何包含振幅變化的調(diào)制方案都更容易受到非線性的影響。這既包括普通的模擬振幅調(diào)制，也包括統(tǒng)稱為正交振幅調(diào)制（QAM）的廣泛使用的數(shù)字調(diào)制方案。

角度調(diào)制

頻率調(diào)制和相位調(diào)制在傳輸信號(hào)的時(shí)間特性中編碼信息，因此它們對(duì)振幅噪聲和放大器非線性具有魯棒性。信號(hào)的頻率不會(huì)因噪聲或失真而改變。雖然可能會(huì)增加額外的頻率成分，但原始頻率仍然存在。當(dāng)然，噪聲對(duì)調(diào)頻（FM）和調(diào)相（PM）系統(tǒng)也有負(fù)面影響，但噪聲并沒(méi)有直接破壞用于編碼基帶數(shù)據(jù)的信號(hào)特性。

如上所述，功率放大器設(shè)計(jì)需要在效率和線性度之間進(jìn)行權(quán)衡。角度調(diào)制與低線性度放大器兼容，而這些低線性度放大器在功耗方面更高效。因此，角度調(diào)制是低功耗射頻系統(tǒng)的良好選擇。

帶寬

與頻率調(diào)制和相位調(diào)制相比，振幅調(diào)制在頻域中的影響更為直接。這可以視為AM的一個(gè)優(yōu)勢(shì)：能夠預(yù)測(cè)調(diào)制信號(hào)所占用的帶寬是很重要的。

然而，預(yù)測(cè)FM和PM頻譜特性的難度更多地與設(shè)計(jì)的理論部分相關(guān)。如果我們關(guān)注實(shí)際因素，角度調(diào)制（包括FM和PM）可以被視為具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗梢詫⒔o定的基帶帶寬轉(zhuǎn)換為相對(duì)較小的（與AM相比）傳輸帶寬。

頻率與相位

頻率調(diào)制和相位調(diào)制密切相關(guān)，但在某些情況下，一種調(diào)制方式比另一種更適合。這兩種調(diào)制方式之間的區(qū)別在數(shù)字調(diào)制中更為明顯。

模擬頻率調(diào)制和相位調(diào)制

正如我們?cè)谙辔徽{(diào)制頁(yè)面中所看到的，當(dāng)基帶信號(hào)是正弦波時(shí)，PM波形僅僅是相應(yīng)FM波形的一個(gè)移位版本。因此，關(guān)于頻譜特性或噪聲敏感性的FM與PM之間并沒(méi)有明顯的優(yōu)缺點(diǎn)。

然而，模擬FM比模擬PM更為常見(jiàn)，原因是FM調(diào)制和解調(diào)電路更為簡(jiǎn)單。例如，頻率調(diào)制可以通過(guò)圍繞電感和電壓控制電容器（即，其電容隨基帶信號(hào)電壓變化而變化的電容器）構(gòu)建的振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。

數(shù)字頻率調(diào)制和相位調(diào)制

當(dāng)我們進(jìn)入數(shù)字調(diào)制的領(lǐng)域時(shí)，相位調(diào)制（PM）和頻率調(diào)制（FM）之間的差異變得相當(dāng)顯著。首先需要考慮的是誤碼率。顯然，任何系統(tǒng)的誤碼率都取決于多種因素，但如果我們對(duì)二進(jìn)制相移鍵控（PSK）系統(tǒng)和等效的二進(jìn)制頻移鍵控（FSK）系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)比較，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)二進(jìn)制FSK需要顯著更多的發(fā)射能量才能達(dá)到相同的誤碼率。這是數(shù)字相位調(diào)制的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。

但是，普通的數(shù)字相位調(diào)制也有兩個(gè)顯著的缺點(diǎn)。

首先，如數(shù)字相位調(diào)制頁(yè)面所述，普通的（即非差分）PSK與非相干接收機(jī)不兼容。相比之下，F(xiàn)SK不需要相干檢測(cè)。

其次，普通的PSK方案，特別是四相相移鍵控（QPSK），涉及突然的相位變化，導(dǎo)致信號(hào)的高斜率變化。當(dāng)信號(hào)通過(guò)低通濾波器處理時(shí)，波形的高斜率部分幅度會(huì)降低。這些幅度變化與非線性放大相結(jié)合，會(huì)導(dǎo)致一個(gè)稱為頻譜再生長(zhǎng)的問(wèn)題。為了減輕頻譜再生長(zhǎng)，我們可以使用更線性（因此效率更低）的功率放大器，或者實(shí)現(xiàn)PSK的專用版本?；蛘?，我們可以切換到FSK，它不需要突然的相位變化。

在這里，您可以看到由低通濾波 PSK 信號(hào)引起的幅度變化。

總結(jié)

振幅調(diào)制：振幅調(diào)制簡(jiǎn)單，但它對(duì)噪聲敏感，并且需要高線性度的功率放大器。

頻率調(diào)制：頻率調(diào)制對(duì)幅度噪聲的敏感性較低，可以使用更高效、更低線性度的放大器。

數(shù)字相位調(diào)制：在理論性能方面，數(shù)字相位調(diào)制在誤碼率方面優(yōu)于數(shù)字頻率調(diào)制。但在低功耗系統(tǒng)中，數(shù)字頻率調(diào)制具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗恍枰呔€性度的放大器。