Modulace je přehlíženým hrdinou moderních komunikací. Bez něj by vaše telefonické rozhovory utichly a Wi-Fi by zůstalo mýtem. V elektronice je to jednoduše technika superponování informací na vysokofrekvenční nosnou vlnu. Změníte charakteristiky vlny – jako je amplituda, frekvence nebo fáze – tak, aby odpovídala datům, která chcete vysílat. Hlas. Hudba. Data. Obrázky. To vše „cestuje“ na nosiči.
Existuje mnoho způsobů, jak to udělat. Každá metoda mění specifickou vlastnost vlny pro kódování signálu. Nejčastěji měněnými parametry jsou amplituda, frekvence, fáze, sekvence pulzů a doba trvání pulzu.
Metody analogové modulace
Analogová modulace zachází s nosnou vlnou jako s nepřetržitým proudem. Nepoužívá binární číslice jako digitální metody. Místo toho pracuje s fyzikálními vlastnostmi vlny samotné. Mezi hlavní patří amplitudová modulace, frekvenční modulace a fázová modulace.
Amplitudová modulace (AM)
Amplitudová modulace je nejstarší metodou v tomto oboru. Překrýval zvukové a vizuální informace a měnil sílu nosné vlny v souladu s kolísáním signálu. Pokud je zvuk hlasitější, amplituda vlny se zvyšuje. Pokud se ztiší, amplituda se sníží.
Komerční AM rozhlasové stanice stále fungují v rozsahu 540 až 1700 kHz. Jsou rozmístěny v intervalech 10 kHz. Proč je to důležité? Protože vlny v tomto rozsahu se odrážejí od ionosféry. Vracejí se zpět na Zemi. To umožňuje příjem stanic na vzdálenost stovek kilometrů, zejména v noci.
Kromě komerčního rádia se AM používá pro dálkové krátkovlnné přenosy. Přenáší také video signál tradičních televizních programů.
Frekvenční modulace (FM)
Frekvenční modulace udržuje amplitudu konstantní. Mění frekvenci. Frekvence nosné vlny se posouvá nahoru a dolů v přímé reakci na změny v audio signálu.
Edwin H. Armstrong, americký elektrotechnik, vyvinul FM na počátku 30. let 20. století. Jeho cíl? Přemoci hluk. AM je velmi náchylný na rušení. Bouřky. Zařízení. Náhodné elektrické proudy. Narušují amplitudu vlny. Protože FM se spoléhá spíše na frekvenci než na amplitudu, tyto zdroje šumu mají malý vliv na signál.
FM je také lepší pro stereo zvuk. Poskytuje vysoce kvalitní zvuk pro televizní programy a dálkové telefonní hovory prostřednictvím mikrovlnných opakovačů.
Kde se vysílá FM? Na vyšších frekvencích než AM. Komerční FM stanice zabírají rozsah od 88 do 108 MHz. Jsou rozmístěny v intervalech 200 kHz. Tak velká vzdálenost mezi stanicemi poskytuje lepší přehlednost a menší přetížení vzduchu.
Fázová modulace
Fázová modulace mění fázi nosné vlny. Reaguje na vibrace ze zdroje zvuku. Často je považována za příbuznou FM.
Proč? Protože fáze a frekvence spolu souvisí. Nemůžete změnit jedno, aniž byste ovlivnili druhé. Rychlost změny fáze je přímo úměrná frekvenci zvukového signálu.
Fázová modulace minimalizuje rušení pro přenosy pod 30 MHz. V některých systémech se používá ve spojení s FM. Proč nepoužívat FM všude? FM má potíže se zesílením signálu během vysílání. Tento úkol přebírá fázová modulace. Také napájí některé mikrovlnné opakovače a je potřeba pro Wi-Fi a satelitní TV systémy.
Metody digitální modulace
Počítače mluví binárním kódem. K přenosu těchto dat přes analogové kanály musíme modulovat nosnou vlnu tak, aby odrážela tyto jedničky a nuly. Můžeme měnit amplitudu, frekvenci nebo fázi.
Klíčování s amplitudovým posunem (ASK)
Pokud změníte pouze amplitudu, používáte amplitudové klíčování. Jedná se o digitální ekvivalent analogového AM.
Ve své nejjednodušší formě existuje vysokofrekvenční puls pouze tehdy, když se objeví binární 1. Nula znamená, že signál se zastaví. Některé varianty používají dvě specifické úrovně amplitudy k reprezentaci 0 a 1 namísto zapnutí/vypnutí.
Klíčování s frekvenčním posunem (FSK)
Změňte frekvenci a získáte klíčování s posunem frekvence. Digitální data jsou přenášena pomocí dvou různých frekvencí. Jedna frekvence znamená 1. Druhá znamená 0. Je to jednoduché. Je to spolehlivé.
Klíčování fázovým posunem (PSK)
Změňte fázi a máte klíčování fázového posunu. Nejjednodušší verze používá jednu nosnou frekvenci. Pevná fáze představuje 0. Fázový posun 180 stupňů (antifáze) představuje 1.
Digitální modulace není omezena na tyto jednoduché formy. Pokročilé techniky kombinují signály, aby do každé změny vložily více dat.
Kvadraturní amplitudová modulace (QAM) je ukázkovým příkladem. Překrývá několik modulačních signálů. QAM vysílá dva amplitudově modulované signály, které jsou fázově posunuty o 90 stupňů. To umožňuje reprezentovat čtyři nebo více bitů při každé změně. Takto dosahují moderní širokopásmové a mobilní sítě vysokých rychlostí.
Pulzní modulace
Někdy nosičem není spojitá vlna. Jedná se o sérii impulzů zapnutí/vypnutí. Jedná se o pulzní modulaci.
Pulzní kódová modulace (PCM) převádí signál na sérii pulzů s konstantní amplitudou. Vzdálenost mezi těmito impulsy kóduje informace. PCM minimalizuje přenosové ztráty. Eliminuje šum a rušení, protože přijímač potřebuje detekovat pouze jednoduché vzory pulzů.
Kde vidíte PCM? Digitální zvuk. Počítače. CD. DVD. Blu-ray disky. Je to standard pro vysoce kvalitní digitální ukládání a přehrávání.
Další možností je pulzní modulace (PDM). Zde informace spočívá v délce a pořadí pravidelně se opakujících pulzů. Je méně běžné než PCM, ale slouží specifickým aplikacím, kde je přesnost časování důležitější než amplituda.
