調變
一個比如說 100 MHz 的無線電波只是一個純音,一個完美穩定的振盪,而穩定的音不攜帶任何資訊,就像一個不變的嗡聲。調變就是把你的訊息寫上那道波的動作,方法是刻意讓它的某個特徵隨訊息一起變化。這個高頻波是載波,選它是因為它在空間中傳得好,而低頻的訊息,你的聲音或資料,則乘載在它上面。接收端的解調再把訊息讀回來。
讓載波變化有兩種經典方式,它們命名了兩個最古老的廣播頻段。在調幅(AM)中,你讓載波的高度上下變化以跟隨訊息:響的時刻使波變高,靜的時刻使波變矮,接收機藉由描出波的包絡來還原訊息。在調頻(FM)中,載波的高度保持固定,但它的頻率隨訊息一起略微升高與降低。關鍵的實務差異是:AM 的資訊住在振幅裡,而那正是電雜訊與閃電會破壞的東西,所以 AM 較吵;FM 把資訊藏在頻率裡,雜訊對它的干擾小得多,所以 FM 聽起來更乾淨,代價是用掉更多頻寬。數位調變延伸同樣的想法,把載波的振幅、相位、或兩者切換於一組定義好的狀態之間以傳送位元。
調變正是讓無線通訊得以成立的根本:它讓慢速的訊息搭乘快速的載波、讓許多電台各用不同載波頻率共享天空、也讓小天線能有效輻射,因為載波的波長很短。在orientation層級的誠實說法:天下沒有白吃的午餐。把更多資訊塞上載波,總要付出頻寬、功率、或對抗雜訊的強健度,每一種真實方案都是這三者之間刻意的取捨。AM 與 FM 是簡單的類比祖先;現代系統疊上精巧的數位方案,但核心想法,讓載波變化以攜帶訊息,始終不變。
一個 1000 kHz、攜帶 1 kHz 音符的 AM 電台,送出一個 1000 kHz 的載波,其高度每秒脹縮 1000 次。一個 FM 電台則保持固定高度,而是每秒把它的頻率上下推動 1000 次,這就是為什麼 FM 對抗靜電干擾的能力好得多。
AM 改變載波高度;FM 改變它的頻率,更能抵抗雜訊。
天下沒有白吃的午餐:傳送更多資訊總要付出更多頻寬、更多功率、或更差的抗雜訊能力。AM 把訊息放在振幅(易被雜訊破壞),FM 放在頻率(更強健但更寬)。