無論是透過 手機撥打電話、收聽廣播，還是 使用 Wi-Fi 上網，這些日常通訊的核心技術都離不開調變（Modulation）與解調（Demodulation）。但你是否曾想過，為什麼 FM 收音機的訊號可以傳遞數百公里，而人的聲音卻只能傳遞數百公尺？又為什麼我們的手機能夠在數位訊號的環境中清晰地進行通話，而傳統的類比廣播卻容易受到干擾？ 這一切的答案，都與高頻載波如何承載訊號息息相關。調變就像是讓訊息搭上高速列車，使其能夠跨越更遠的距離；解調則負責在終點站準確還原訊息，確保我們接收到的內容清晰可辨。

低頻訊號 vs. 高頻訊號：為何需要調變？

低頻訊號的限制
低頻訊號（如人聲）在傳輸過程中損耗較大，且容易受到干擾，因此傳輸距離受限。例如，人類聲音的頻率範圍約 300～3400 Hz，在空氣中傳播時，通常只能達數百公尺。可將低頻訊號的傳播比喻為 步行——速度慢、距離有限。

高頻訊號的優勢
高頻訊號（如電磁波）具有較低的傳輸損耗，且抗干擾能力較強，能夠傳遞更遠的距離。例如，FM 廣播的頻率範圍約 88～108 MHz，可以覆蓋數百公里。這類訊號的傳播可比喻為 高速列車——速度快，能到達更遠的地方。

為了解決低頻訊號傳輸距離有限的問題，通訊技術利用高頻載波來承載低頻訊號，使其能夠有效傳輸到更遠的地方。這正是「調變」的關鍵目的之一。

調變與解調：發射端與接收端

通訊系統的傳輸過程包含兩個核心步驟：

1. 調變（Modulation）——發射端
2. 解調（Demodulation）——接收端

發射端：調變（Modulation）

調變是將原始訊號（如聲音或數據）轉換為適合傳輸的高頻訊號，以提高傳輸效率，並解決天線尺寸與訊號衰減的問題（先前文章有提過）。

調變方式

• 類比調變：應用於傳統廣播、無線電通訊
  • 振幅調變（AM, Amplitude Modulation）：改變載波的振幅
  • 頻率調變（FM, Frequency Modulation）：改變載波的頻率
  • 相位調變（PM, Phase Modulation）：改變載波的相位
• 數位調變：應用於 Wi-Fi、4G/5G 行動通訊
  • 二進位相移鍵控（BPSK, Binary Phase Shift Keying）
  • 正交相移鍵控（QPSK, Quadrature Phase Shift Keying）
  • 正交振幅調變（QAM, Quadrature Amplitude Modulation）

發射端流程

1. 將原始訊號轉換為適合傳輸的格式（類比或數位訊號）。
2. 選擇合適的載波，並透過調變方式（AM、FM、PM 或數位調變技術）改變訊號特性。
3. 放大後透過天線發送，進行遠距離傳輸。

接收端：解調（Demodulation）

解調是從接收到的已調變訊號中還原原始訊號，這個過程是調變的反向操作。

解調方式

• 類比解調：
  • AM 訊號可透過Envelope Detector恢復原始訊號
  • FM 訊號則透過相位鎖相迴路（PLL, Phase-Locked Loop）來擷取變化頻率對應的訊號
• 數位解調：
  • BPSK/QPSK 需經過相干解調（Coherent Detection）來還原數據
  • FSK 則利用不同頻率的切換來解碼 0 和 1

接收端流程

1. 接收被調變的訊號（可能已經受到雜訊影響）。
2. 透過濾波器、放大器等技術增強訊號，降低雜訊影響。
3. 透過解調技術還原原始訊號，輸出給使用者（如聲音或數據）。

類比 vs. 數位調變的差異

隨著通訊技術的發展，數位調變已逐漸取代類比調變，成為現代無線通訊的主流，因為它具備更高的頻譜利用率與抗干擾能力，適用於高速數據傳輸。

調變與解調是現代通訊技術的基石，透過高頻載波承載訊號，使資訊能夠高效且穩定地傳輸至遠端。從 AM/FM 廣播、Wi-Fi、行動網路到衛星通訊，這些技術皆仰賴調變與解調的應用。而在無線通訊設備內部，射頻積體電路（RF IC, Radio Frequency Integrated Circuit）則負責處理高頻訊號的調變與解調——最終，這一切仍需要電子學的知識去實現。無論是你正在播放的音樂，還是手機上的即時通話，背後都運用了調變與解調的技術，使訊息得以透過高頻載波傳遞到遠方。從日常生活中的無線通訊到太空中的衛星連結，這些技術無處不在，讓我們的世界更加緊密相連。是不是很神奇呢？