调制技术在通信系统中的应用不仅能够有效传输信息，还可以扩宽信号的带宽并提高系统的抗干扰能力。这些特性使得调制成为现代通信系统不可或缺的一部分。目前市场的信号源基本都具有多种类型的调制功能，例如RIGOL的DG922Pro支持AM、FM、PM、ASK/FSK/PSK、PWM（如图所示）调制。下面详细解释为什么通过调制可以扩宽信号的带宽和提高系统的抗干扰能力，并给出相关示例。
普源DG922Pro信号源
1. 调制与带宽扩展
1.1 基本原理
调制是将低频基带信号映射到高频载波上的过程。基带信号通常包含频率较低的内容，其占据的频谱范围也比较窄。然而，通过调制，这些低频信号被转换为高频信号，使其频谱被搬移到载波中心频率附近，从而扩宽了信号的带宽。
1.2 带宽扩展机制
调制方式不同，带宽扩展效果也有所不同：
- 幅度调制 (AM): AM 信号的带宽是基带信号带宽的两倍。例如，如果基带信号的带宽为B，则 AM 信号的带宽为2B。
- 频率调制 (FM): FM 信号的带宽受调制指数影响，可以显著宽于基带信号带宽。Carson 公式常用于估算 FM 信号的带宽： BWFM=2(Δf+fm)
其中，Δf 是频率偏移，fm 是基带信号的最大频率。
- 相位调制 (PM): 与 FM 类似，PM 信号的带宽也取决于调制指数，通常会比基带信号带宽更宽。
示例
假设一个音频信号的频率范围是 300 Hz 到 3 kHz，那么其带宽为 2.7 kHz。如果对其进行 AM 调制，载波频率设为 1 MHz，则调制后的信号带宽将是 5.4 kHz（2 倍基带带宽），频谱范围为 999.9973 kHz 到 1000.0027 MHz。
2. 提高抗干扰能力
调制后的信号可以占据更宽的频谱，这种特性有助于提高抗干扰能力。以下几种常见的调制方式及其抗干扰特性值得关注：
2.1 频率调制 (FM)
FM 调制通过改变载波频率来传递信息。在接收端，使用频率鉴别器恢复原始信息信号。由于 FM 信号的频谱分布较宽，对于带限或窄带干扰具有较强的抗干扰能力。此外，FM 调制天然具有“噪声抑制”特性，因为信息主要编码在频率变化上，而噪声主要影响信号幅度。因此，适当设计 FM 系统可以显著提升信噪比 (SNR)。
示例
广播 FM 电台常用的频率范围是 88 MHz 到 108 MHz，每个电台的带宽约为 200 kHz。这不仅提供良好的音质，还能有效抵御环境噪声和其他电台的干扰。
2.2 扩频技术
扩频技术包括直接序列扩频 (DSSS) 和跳频扩频 (FHSS)。扩频技术通过扩宽信号带宽，提高抗干扰和抗多径效应的能力。
- DSSS: 将基带信号与伪随机码 (PN 码) 进行乘积运算，使信号频谱得到扩展。接收端使用同样的 PN 码进行解扩，可以有效抵御窄带干扰。
- FHSS: 信号在多个频率之中不断切换，使得窄带干扰只能影响整个通信时段的一小部分，从而降低整体干扰程度。
示例
Wi-Fi 使用 DSSS 和 OFDM 技术来扩展信号带宽，提高抗干扰能力。尤其是在拥挤的无线环境中，扩频技术确保稳定的数据传输。
2.3 正交频分复用 (OFDM)
OFDM 通过将高速数据流分成多个低速子载波进行传输，使得每个子载波的带宽很窄，且彼此正交。这种方式不仅扩宽了信号带宽，还能有效应对频率选择性衰落和多径干扰。
示例
4G LTE 和 5G 等现代无线通信标准广泛采用 OFDM 技术。通过将信号分散在数百甚至数千个子载波上，OFDM 显著提高了系统的抗干扰能力，并优化了频谱利用率。
3. 实际应用中的考虑因素
在实际应用中，选择合适的调制方法不仅要考虑带宽扩展和抗干扰能力，还需考虑以下因素：
- 功率效率: 高阶调制方式如 QAM 可以提供更高的数据速率，但对信道条件要求更高，功率效率较低。
- 复杂度: 一些高级调制技术实现起来比较复杂，需要高性能的硬件来支持。
- 误码率 (BER): 在特定信噪比条件下，高阶调制方式可能会导致较高的误码率，需要使用纠错编码技术来补偿。
总结
调制技术通过扩宽信号的带宽和增强抗干扰能力，极大地提升了通信系统的性能。无论是传统的 AM、FM 还是现代的 OFDM、扩频技术，每种调制方式都有其独特的优势和应用场景。了解和掌握这些调制技术，对于优化通信系统设计和实现高效、可靠的信息传输至关重要。
