調幅就是調變振幅，具振幅變化的特性，屬於帶通調變

調幅就是調變振幅，具振幅變化的特性，屬於帶

通調變，我們在使用收音機的時候，把載波頻率提升

到540K赫茲至1,600K赫茲之間，調到某電台的動

作，就是移動所要接收的載波頻率。

而信號是如何轉換的呢？信號原本是聲音，因此

先將聲音轉換為電信號，形成有正有負的信號，調幅

要先把信號全部提升為零以上的值，再將頻率提高至

載波頻率，就產生了一個調幅的信號。在接收端，解

調變只需要將信號通過波封檢測器或者低通濾波器，

即可得出解調的信號。

早在二十世紀初期，類比式的廣播系統——調幅、

調頻，由於傳播的範圍廣闊，逐漸成為人們生活中接

收資訊的一種方式。一九四八年，雪農（Claude E.

Shannon）發表了《通訊的數學理論》後，隨著時間

演進，通訊系統與通訊理論逐漸發展成熟，也因此拓

展了資訊傳遞的距離，改變人類生活模式。

直至今日，數位式通訊依照用途不同，有線、無

線與通道特性，各式各樣的系統於焉誕生。雖然種類

繁多，用途亦有所不同，但是萬變不離其宗，這些系

統的使命，即在透過電磁波傳遞訊息。然而如何透過

電磁波完成這樣的使命呢？答案就是調變！

通訊系統的架構

對於整個通訊系統而言，輸入的信號可以是類比

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2002 9 357

調變是一股看不見的力量，像魔法師的黑盒子，

只要把信號丟進去，得到的是難以言喻的神奇。

林維崙鐘嘉德

或數位的，將此信號先經過調變，再送入通道，而通

道就是傳送端與接收端間的媒介。若是在有線的環境

中，以光纖為例，信號透過發光二極體或雷射將光源

射入光纖中，光纖便是通道。通常我們以機率模型模

擬信號在通道中受到的干擾或衰減，因此只要知道通

道的機率模型，便能以數學的方式模擬或分析信號在

通道中的變化。經過通道，接收端將信號解調變，信

號的傳遞便完成了。

調變與解調變

調變是將信號轉換為一種適合於通道的波形，解

調變則是利用調變後的信號特性，把信號從一團混亂

中解析出來。

至於轉換的方式有賴於振幅、相位與頻率等特

性。因此，如何轉換信號，並且應用這些特性完成信

號的傳輸，就是調變有趣的地方。

調變可區分為：基頻調變與帶通調變兩種。在帶

通調變的系統中，將信號提升到一個較高的頻率——載

波頻率，以此載波頻率震盪的正旋函數形成電磁波傳

播於通道中。換句話說，信號頻率的位準由零轉換到

一個較高的位準，若是基頻調變則不需要轉換位準，

直接轉換波形即可傳送至通道。

基頻調變比帶通調變要簡單而且直接多了，為何

還要使用帶通調變呢？因為許多的應用都要在同一個

通道中傳輸，如果每一種應用都把自己的信號直接往

通道傳送，所接收到的信號便會混成一團，信號種類

越繁多，能夠正確接收信號的機率就越低。所以，我

們把各種應用分別提升到規定好的載波頻率上，也就

是所謂的頻率分工，達成共享通道的目的。

廣播系統的調變

調幅與調頻是日常生活中最容易接觸到的廣播系

統，使用的方式極其簡單，但是如何將聲音傳到我們

的收音機？

調幅是廣播系統採用的一種調變方式，屬於類比

調變，在無線的環境下，使用的頻段為540K赫茲到

1,600K赫茲。調幅廣播波長約在200到600公尺的範

圍，屬於中波。除了調幅廣播應用了調幅的調變技術

之外，在3M到30M赫茲高頻中的國際短波廣播，甚至

比調頻廣播更高頻率的116M到136M赫茲飛航通訊，

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信號魔法師——通訊系統的調變方式

輸入

調變

解調變

通道

輸出

簡化的通訊系統，連接線代表信號的傳遞方向，方塊則代表處

理信號的運算法則。

所使用的調變方式也都是調幅。

調幅就是調變振幅，具振幅變化的特性，屬於帶

通調變，我們在使用收音機的時候，把載波頻率提升

到540K赫茲至1,600K赫茲之間，調到某電台的動

作，就是移動所要接收的載波頻率。

而信號是如何轉換的呢？信號原本是聲音，因此

先將聲音轉換為電信號，形成有正有負的信號，調幅

要先把信號全部提升為零以上的值，再將頻率提高至

載波頻率，就產生了一個調幅的信號。在接收端，解

調變只需要將信號通過波封檢測器或者低通濾波器，

即可得出解調的信號。

調頻也是廣播系統採用的調變方式，亦屬於類比

調變，使用的頻段為88M赫茲到108M赫茲。相較於

調幅，調頻的頻段較高，波長較短。調頻在28M赫茲

到30M赫茲間的調變方式，也應用在太空、人造衛星

通訊方面。

簡單地說，調頻是將信號的強弱轉換成頻率的變

化，因此，只需要判斷信號頻率的快慢，就可以解調

收到的信號。

還有一種類比式的調變——調相，與調頻的產生方

式約略相同，兩者最大的差異為前者信號對應的是相

位，惟調相在實際應用上並不多見。

脈波調變

脈波調變信號的波形是長方形的，也就是在傳輸

一個脈波的時間內，振幅不隨時間改變。脈波調變可

分為類比式與數位

式兩類。

脈波調變如同

前述的類比式調

變，針對振幅、頻

率與相位三個特

性，分別為脈波振

幅調變、脈波寬度

調變與脈波位置調

變。不同的是，脈

波調變可直接使用

基頻調變。類比式脈波調變採用一對一的對應方式，

先將輸入信號加以取樣，信號的振幅轉換為脈波的振

幅、寬度與位置，接收端則依照接收脈波的振幅、寬

度與位置解調。在光纖通訊中，脈波位置調變是一種

經常採用的調變方法。

脈波符碼調變是數位式脈波調變中的一種調變方

式，應用最廣。早期的通信，大部分是採用連續型類

比信號來傳輸，但由於電腦及網路的蓬勃發展，以脈

波方式直接在電腦中處理資料較為簡單與方便，脈波

符碼調變乃應運而生。

脈波符碼調變，須先透過取樣，取得與原信號振

幅成正比的脈波，即脈波振幅調變信號，再將此脈波

的振幅區分為N個位階，被分到哪個位階就有其對應

的位元組合，得到了相對應的位元即可透過纜線傳

輸。在接收端，先將接收信號ｋ個位元一組轉換成振

幅，再解調回原始類比信號。由於脈波符碼調變信號

屬於數位信號，對雜訊的抵抗力高，且可作分時多工

的多重通訊，更可透過重覆器，在一段長距離傳輸後

重整數位信號。因此，目前長距離電話語音通訊，大

都採用脈波符碼調變方式傳輸。

數位調變

如果信號是連續的，譬如說將聲音轉換成的電信

號，所採用的調變方式將會是前面兩個大主題所談到的

調變方式；如果信號是數位的，也就是0與1的信號，

調變方式將會不同於以往。以下我們為讀者介紹一些

數位信號的調變方式，同

時討論的「輸入信號」都

是數位的信號，也就是各

種0與1的對應方式。

開關閘

開關鍵將0對應到0，

1對應到Acos（2π

fc t），

其中A 是一個預設的振

幅，cos（2π

fct）是餘弦

函數，

fc是載波頻率。因

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人的聲音轉換為電信號，橫軸代表時間，縱軸是振幅，中線為零振

幅。

此，發射端只需要

一個震盪器，與一

個開關閘。振幅移

鍵的信號沒有完全

的利用振幅的特

性，使得0與1對

應信號的差異不夠

大，因此效能表現

並不優秀，應用的

機會也較少。

頻率移鍵

二位元頻率移

鍵將0對應到Acos

（2π

fct），1對應到

Acos（2π（

f c ＋

Δ

f ）t），Δ f 是一

段頻率的間隔，不

同的接收方式與信

號的頻寬都會影響

可靠傳輸的最小頻

率間隔。如果與振

幅移鍵相互比較，

假設傳輸的平均能

量相等，兩者有相

同的效能，但若以波峰能量相等衡量，二位元頻率移

鍵有較好的效能。其缺點是頻寬的使用不具效率，效

能也沒有突出的表現。

相位移鍵

二位元相位移鍵將0對應到Asin（2π

fct＋θ），1

對應到Asin（2π

fc t－θ），其中sin（2πfc t）是正弦

函數，θ是一個預設的相位，當θ為90°與270°時，

會有最低的錯誤率，也稱做雙相位移鍵。假設信號在

通道中會引入可加性白色高斯雜訊，最佳接收機的設

計為經過一個關聯器、對積分於一個符元時間之內的

值取樣，再判斷信號的正負，便得出解調的信號。大

多在無線通訊系統。

經歷了一個世紀多的演進，人類對於通訊的想望

帶動了調變、編碼的深度研究。每當夢想延伸，伴隨而

來的便是新的考驗，在克服問題的過程中，許多新的

想法、突破，如同雨後春筍般地浮現。這些研究的成

果實現了曾經出現在腦海、電影中的幻想，日新月異

的通訊系統將更加提升人類生活和工作上的效率。□

林維崙

中央大學電機所

鐘嘉德

中央大學通訊所

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信號魔法師——通訊系統的調變方式

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000

時間

時間

將輸入分

割為八級

輸出位元

輸入波形

調變輸出

通道

T

： 一個符元的時間

010

0

0 T 2T 3T 4T

T 2T 3T 4T

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110

111

011

8
個位階的脈波符碼調變，從輸入波形，取樣與分級後得到010011110111011的輸出。