Modulation ist der unbesungene Held der modernen Kommunikation. Ohne sie wären Ihre Telefongespräche still und Ihr WLAN wäre ein Mythos. In der Elektronik handelt es sich einfach um die Technik, einer Hochfrequenz-Trägerwelle Informationen aufzuprägen. Sie variieren die Eigenschaften der Welle – wie Amplitude, Frequenz oder Phase –, um sie an die Daten anzupassen, die Sie senden möchten. Stimme. Musik. Daten. Bilder. Alles fährt auf diesem Träger.
Es gibt viele Möglichkeiten, dies zu tun. Jede Methode verändert eine bestimmte Eigenschaft der Welle, um das Signal zu kodieren. Die häufigsten Ziele sind Amplitude, Frequenz, Phase, Pulssequenz und Pulsdauer.
Analoge Modulationstechniken
Bei der analogen Modulation wird die Trägerwelle als kontinuierlicher Strom behandelt. Es werden keine binären Ziffern wie bei digitalen Methoden verwendet. Stattdessen arbeitet es mit den physikalischen Eigenschaften der Welle selbst. Die großen drei hier sind Amplitudenmodulation, Frequenzmodulation und Phasenmodulation.
Amplitudenmodulation (AM)
Amplitudenmodulation ist das älteste Spiel der Stadt. Es beeindruckte akustische und visuelle Informationen, indem es die Stärke der Trägerwelle an die Schwankungen des Signals anpasste. Wenn der Ton lauter wird, nimmt die Amplitude der Welle zu. Wird es leiser, sinkt die Amplitude.
Kommerzielle AM-Radiosender arbeiten immer noch zwischen 540 und 1.700 kHz. Ihr Abstand beträgt 10 kHz. Warum ist das wichtig? Weil Wellen in diesem Bereich von der Ionosphäre abprallen. Sie werden zur Erde zurückreflektiert. Dies ermöglicht es Ihnen, insbesondere nachts, Hunderte Kilometer entfernte Stationen zu empfangen.
Über den kommerziellen Rundfunk hinaus wird AM für Langstrecken-Kurzwellenübertragungen verwendet. Es überträgt auch den Videoanteil traditioneller Fernsehprogramme.
Frequenzmodulation (FM)
Durch Frequenzmodulation bleibt die Amplitude konstant. Stattdessen ändert es die Frequenz. Die Frequenz des Trägers verschiebt sich in direkter Reaktion auf die Schwankungen des Audiosignals nach oben und unten.
Edwin H. Armstrong, ein amerikanischer Elektroingenieur, entwickelte FM in den frühen 1930er Jahren. Sein Ziel? Schlagen Sie den Lärm. AM ist sehr störanfällig. Gewitter. Maschinen. Zufällige elektrische Ströme. Diese stören die Amplitude einer Welle. Da FM auf der Frequenz und nicht auf der Amplitude beruht, lassen diese Rauschquellen das Signal weitgehend unverändert.
FM eignet sich auch besser für stereophonen Klang. Es verarbeitet High-Fidelity-Audio für Fernsehprogramme und Ferngespräche über Mikrowellenrelais.
Wo sendet FM? Höhere Frequenzen als AM. Kommerzielle UKW-Sender belegen den Bereich von 88 bis 108 MHz. Ihr Abstand beträgt 200 kHz. Dieser große Abstand sorgt für eine bessere Übersichtlichkeit und weniger Staus.
Phasenmodulation
Phasenmodulation variiert die Phase der Trägerwelle. Es reagiert auf die Vibrationen der Schallquelle. Es wird oft als Cousin von FM angesehen.
Warum? Weil Phase und Frequenz miteinander verknüpft sind. Sie können das eine nicht ändern, ohne das andere zu beeinflussen. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Phase ändert, ist direkt proportional zur Frequenz des Audiosignals.
Phasenmodulation minimiert Störungen bei Sendungen unter 30 MHz. In einigen Systemen wird es neben FM verwendet. Warum nicht einfach überall FM nutzen? FM-Probleme bei der Signalverstärkung im Rundfunk. Zur Bewältigung dieser Aufgabe greift die Phasenmodulation ein. Es versorgt auch einige Mikrowellenrelais mit Strom und ist für WLAN- und Satellitenfernsehsysteme unerlässlich.
Digitale Modulationsmethoden
Computer sprechen binär. Um diese Daten über analoge Kanäle zu senden, müssen wir die Trägerwelle modulieren, um diese Einsen und Nullen widerzuspiegeln. Wir können Amplitude, Frequenz oder Phase anpassen.
Amplitudenumtastung (ASK)
Wenn Sie nur die Amplitude ändern, verwenden Sie die Amplitudenumtastung. Es ist der digitale Zwilling des analogen AM.
In seiner einfachsten Form existiert ein Hochfrequenzburst nur, wenn eine binäre 1 erscheint. Eine Null bedeutet, dass das Signal stoppt. Einige Variationen verwenden zwei spezifische Amplitudenpegel, um 0 und 1 anstelle von Ein/Aus darzustellen.
Frequenzumtastung (FSK)
Wenn Sie die Frequenz ändern, erhalten Sie eine Frequenzumtastung. Digitale Daten werden über zwei unterschiedliche Frequenzen übertragen. Eine Frequenz steht für eine 1. Die andere steht für eine 0. Es ist einfach. Es ist robust.
Phasenumtastung (PSK)
Wenn Sie die Phase ändern, erhalten Sie eine Phasenumtastung. Die einfachste Version verwendet eine einzelne Trägerfrequenz. Eine feste Phase stellt eine 0 dar. Eine 180-Grad-Phasenverschiebung (entgegengesetzte Polarität) stellt eine 1 dar.
Die digitale Modulation ist nicht auf diese einfachen Formen beschränkt. Fortgeschrittene Techniken kombinieren Signale, um mehr Daten in jede Schicht zu packen.
Ein Paradebeispiel ist die Quadraturamplitudenmodulation (QAM). Es überlagert mehrere modulierende Signale. QAM überträgt zwei amplitudenmodulierte Signale, die um 90 Grad phasenverschoben sind. Dadurch können durch jede Verschiebung vier oder mehr Bits dargestellt werden. Moderne Breitband- und Mobilfunknetze erreichen so hohe Geschwindigkeiten.
Pulsmodulation
Manchmal ist der Träger keine kontinuierliche Welle. Es handelt sich um eine Reihe von Ein-Aus-Impulsen. Das ist Pulsmodulation.
Pulskodierte Modulation (PCM) wandelt das Signal in eine Reihe von Impulsen konstanter Amplitude um. Der Abstand zwischen diesen Impulsen kodiert die Informationen. PCM minimiert Übertragungsverluste. Es eliminiert Rauschen und Interferenzen, da der Empfänger nur einfache Impulsmuster erkennen muss.
Wo sehen Sie PCM? Digitales Audio. Computer. CDs. DVDs. Blu-Ray-Discs. Es ist der Standard für hochwertige digitale Speicherung und Wiedergabe.
Eine weitere Variante ist die Pulsdauermodulation (PDM). Dabei liegt die Intelligenz in der Länge und Reihenfolge regelmäßig wiederkehrender Impulse. Es ist weniger verbreitet als PCM, dient jedoch bestimmten Anwendungen, bei denen die Präzision des Timings wichtiger ist als die Amplitude.
