无论是透过 手机拨打电话、收听广播，还是 使用 Wi-Fi 上网，这些日常通讯的核心技术都离不开调变（Modulation）与解调（Demodulation）。但你是否曾想过，为什么 FM 收音机的讯号可以传递数百公里，而人的声音却只能传递数百公尺？又为什么我们的手机能够在数位讯号的环境中清晰地进行通话，而传统的类比广播却容易受到干扰？ 这一切的答案，都与高频载波如何承载讯号息息相关。调变就像是让讯息搭上高速列车，使其能够跨越更远的距离；解调则负责在终点站準确还原讯息，确保我们接收到的内容清晰可辨。

低频讯号 vs. 高频讯号：为何需要调变？

低频讯号的限制低频讯号（如人声）在传输过程中损耗较大，且容易受到干扰，因此传输距离受限。例如，人类声音的频率范围约 300～3400 Hz，在空气中传播时，通常只能达数百公尺。可将低频讯号的传播比喻为 步行——速度慢、距离有限。

高频讯号的优势高频讯号（如电磁波）具有较低的传输损耗，且抗干扰能力较强，能够传递更远的距离。例如，FM 广播的频率范围约 88～108 MHz，可以覆盖数百公里。这类讯号的传播可比喻为 高速列车——速度快，能到达更远的地方。

为了解决低频讯号传输距离有限的问题，通讯技术利用高频载波来承载低频讯号，使其能够有效传输到更远的地方。这正是「调变」的关键目的之一。

调变与解调：发射端与接收端

通讯系统的传输过程包含两个核心步骤：

  • 调变（Modulation）——发射端
  • 解调（Demodulation）——接收端

    • 发射端：调变（Modulation）

    调变是将原始讯号（如声音或数据）转换为适合传输的高频讯号，以提高传输效率，并解决天线尺寸与讯号衰减的问题（先前文章有提过）。

    调变方式

    • 类比调变：应用于传统广播、无线电通讯
      • 振幅调变（AM, Amplitude Modulation）：改变载波的振幅
      • 频率调变（FM, Frequency Modulation）：改变载波的频率
      • 相位调变（PM, Phase Modulation）：改变载波的相位
    • 数位调变：应用于 Wi-Fi、4G/5G 行动通讯
      • 二进位相移键控（BPSK, Binary Phase Shift Keying）
      • 正交相移键控（QPSK, Quadrature Phase Shift Keying）
      • 正交振幅调变（QAM, Quadrature Amplitude Modulation）

    发射端流程

  • 将原始讯号转换为适合传输的格式（类比或数位讯号）。
  • 选择合适的载波，并透过调变方式（AM、FM、PM 或数位调变技术）改变讯号特性。
  • 放大后透过天线发送，进行远距离传输。

    • 接收端：解调（Demodulation）

    解调是从接收到的已调变讯号中还原原始讯号，这个过程是调变的反向操作。

    解调方式

    • 类比解调：
      • AM 讯号可透过Envelope Detector恢复原始讯号
      • FM 讯号则透过相位锁相迴路（PLL, Phase-Locked Loop）来撷取变化频率对应的讯号
    • 数位解调：
      • BPSK/QPSK 需经过相干解调（Coherent Detection）来还原数据
      • FSK 则利用不同频率的切换来解码 0 和 1

    接收端流程

  • 接收被调变的讯号（可能已经受到杂讯影响）。
  • 透过滤波器、放大器等技术增强讯号，降低杂讯影响。
  • 透过解调技术还原原始讯号，输出给使用者（如声音或数据）。

    • 类比 vs. 数位调变的差异

    类别
    类比调变（Analog Modulation）
    数位调变（Digital Modulation）
    讯号型态 连续变化 离散（二进制）
    应用 AM/FM 广播、类比电视 无线网路、行动通讯（5G、Wi-Fi）
    抗干扰能力 易受干扰 相对较强
    频宽利用效率 较低 较高

    随着通讯技术的发展，数位调变已逐渐取代类比调变，成为现代无线通讯的主流，因为它具备更高的频谱利用率与抗干扰能力，适用于高速数据传输。

    调变与解调是现代通讯技术的基石，透过高频载波承载讯号，使资讯能够高效且稳定地传输至远端。从 AM/FM 广播、Wi-Fi、行动网路到卫星通讯，这些技术皆仰赖调变与解调的应用。而在无线通讯设备内部，射频积体电路（RF IC, Radio Frequency Integrated Circuit）则负责处理高频讯号的调变与解调——最终，这一切仍需要电子学的知识去实现。无论是你正在播放的音乐，还是手机上的即时通话，背后都运用了调变与解调的技术，使讯息得以透过高频载波传递到远方。从日常生活中的无线通讯到太空中的卫星连结，这些技术无处不在，让我们的世界更加紧密相连。是不是很神奇呢？