什么是调制?FM和AM有什么区别?

了解模拟信号和数字信号如何通过调制加载到高频信号上进行远距离传输,包括AM和FM两种常见调制方式的特点和应用。

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大家好,上次视频我们已经了解了模拟信号和数字信号,但我们的设备在得到了模拟信号和数字信号之后还不能直接把信号发出去,因为他们属于低频信号,很难直接进行远距离的传输。就像我们站在外面大喊一声,这个声音可能顶多传个一两公里就没有了。为了让信号传得更远,在对这些信号进行传输之前 ,还要对这些信号进行调制。我们得到的模拟信号和数字信号就像是人造卫星一样,人造卫星需要运载火箭才能被送到天上。我们的信号也需要一个运载火箭才能被传送到更远的地方。信号的运载火箭就是高频信号。我们把低频信号加载到高频信号的过程就是调制。模拟信号和数字信号的调制方法有很多种,大大体上是通过改变高频信号波形的幅度、频率和相位来达到加载信号的目的。我们最经常听见的两种调制方式是AM和FM。AM是幅度调制,比如我们要把上面的模拟型号加载到下面的载波信号上,AM是通过改变高频信号波形的幅度,让波形的幅度随着被传输信号的波形变化而变化,经过调幅的电波就是调幅波,我们可以简单的理解为AM是通过改变波形的幅度来存储信息的。而FM是频率调制。通过调整高频信号的频率,让频率随着波形的变化而变化。经过调频的电波就是调频波。FM我们同样可以简单的理解成是通过频率的高和低来存储信息的。比如我们用这两种方式来传输0和1这两个数字,AM是通过幅度的变化来存储信息,幅度大的地方可以是1,幅度小的地方可以是0.FM是通过频率来存储信息,频率高的地方可以是1,频率低的地方可以是0.然后把他们发送出去,由于传输过程中会有一定的干扰,而干扰更多的是影响信号的幅度,AM是通过幅度的变化来存储信息的,所以AM更容易被干扰。而FM的抗干扰性会更好。但AM的波长比FM长,所以AM的调幅波可以更容易的绕过障碍物,传播到更远的地方。

### AM调制与DSB调制区别及原理比较 AMAmplitude Modulation,幅度调制DSB(Double Sideband Amplitude Modulation,双边带调制)是两种常见的模拟调制方式。它们在原理、频谱结构以及功率利用率等方面存在显著差异。 #### 1. 基本概念 AM调制是一种将基带信号的幅度信息加载到载波信号上的方法[^1]。其输出信号由载波分量两个边带组成,其中载波分量是一个不携带任何信息的纯正弦波。而DSB调制则是在AM调制的基础上去掉载波分量,仅保留两个边带的信息[^2]。 #### 2. 频谱结构 - **AM调制**:AM信号的频谱包含一个载波分量以及上下两个边带。每个边带携带相同的调制信息,因此AM信号的总带宽为基带信号带宽的两倍。 - **DSB调制**:DSB信号的频谱只包含上下两个边带,没有载波分量。与AM相比,DSB信号的频谱更加紧凑,因为它省去了无用的载波分量[^2]。 #### 3. 功率利用率 - **AM调制**:AM信号中大部分功率集中在载波分量上,边带功率仅占总功率的一部分。因此,AM调制的功率利用率较低。 - **DSB调制**:DSB信号的所有功率都用于传输信息,没有任何功率浪费在载波分量上。因此,DSB调制的功率利用率较高,理论上可以达到100%[^2]。 #### 4. 实现复杂度 - **AM调制**:AM调制的实现较为简单,可以通过简单的乘法器完成调制过程。解调时可以采用包络检波或相干解调[^1]。 - **DSB调制**:DSB调制的实现同样相对简单,但解调过程需要使用相干解调,因为包络检波无法恢复DSB信号中的信息。 #### 5. 应用场景 - **AM调制**:由于其实现简单且对设备要求较低,AM调制广泛应用于广播通信等领域[^1]。 - **DSB调制**:虽然DSB调制具有更高的功率利用率,但由于其解调过程复杂,通常用于对功率效率要求较高的专业通信系统中[^2]。 ```python # 示例代码:AM调制与DSB调制的MATLAB实现 import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 参数设置 fs = 1000 # 采样频率 t = np.arange(0, 1, 1/fs) # 时间向量 fc = 50 # 载波频率 fm = 5 # 消息信号频率 Ac = 1 # 载波振幅 Am = 0.5 # 消息信号振幅 # 生成信号 carrier = Ac * np.cos(2 * np.pi * fc * t) message = Am * np.cos(2 * np.pi * fm * t) # AM调制 am_signal = (Ac + message) * np.cos(2 * np.pi * fc * t) # DSB调制 dsb_signal = message * np.cos(2 * np.pi * fc * t) # 绘图 plt.figure(figsize=(12, 6)) plt.subplot(3, 1, 1) plt.plot(t, carrier, label='Carrier') plt.legend() plt.subplot(3, 1, 2) plt.plot(t, am_signal, label='AM Signal') plt.legend() plt.subplot(3, 1, 3) plt.plot(t, dsb_signal, label='DSB Signal') plt.legend() plt.tight_layout() plt.show() ``` #### 总结 AM调制DSB调制的主要区别在于频谱结构功率利用率。AM调制包含载波分量,功率利用率较低,但实现简单;DSB调制去除了载波分量,功率利用率更高,但解调过程复杂[^1]。
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