Модуляція — незабутньо забутий герой сучасних комунікацій. Без неї ваші телефонні розмови були б мовчазними, а Wi-Fi залишався б міфом. В електроніці це просто техніка накладання інформації на радіочастотну хвилю, що несе. Ви змінюєте характеристики хвилі – такі як амплітуда, частота чи фаза – щоб вони відповідали даним, які хочете передати. Голос. Музика. Дані. Зображення. Все це «мандрує» на несучій.
Існує безліч способів зробити це. Кожен метод змінює певну властивість хвилі для кодування сигналу. Найчастіше змінюваними параметрами є амплітуда, частота, фаза, послідовність імпульсів і тривалість імпульсів.
Аналогові методи модуляції
Аналогова модуляція розглядає несучу хвилю як безперервний потік. Вона не використовує двійкові цифри як цифрові методи. Натомість вона працює з фізичними властивостями самої хвилі. Основними тут є амплітудна модуляція, частотна модуляція та фазова модуляція.
Амплітудна модуляція (AM)
Амплітудна модуляція – це найстаріший метод у цій галузі. Вона накладала аудіо- та візуальну інформацію, змінюючи силу несучої хвилі відповідно до коливань сигналу. Якщо звук стає гучнішим, амплітуда хвилі збільшується. Якщо він стає тихішим, амплітуда зменшується.
Комерційні AM-радіостанції все ще працюють у діапазоні від 540 до 1700 кГц. Вони з інтервалом 10 кГц. Чому це важливо? Тому що хвилі у цьому діапазоні відбиваються від іоносфери. Вони вертаються назад на Землю. Це дозволяє приймати станції на відстані сотень кілометрів, особливо вночі.
Крім комерційного радіо, AM використовується для далеких короткохвильових передач. Вона також передає відео сигнал традиційних телевізійних програм.
Частотна модуляція (FM)
Частотна модуляція зберігає амплітуду незмінною. Вона змінює частоту. Частота несучої хвилі зміщується вгору та вниз у пряму відповідь на зміни аудіосигналу.
Едвін Х. Армстронг, американський інженер-електрик, розробив FM на початку 1930-х років. Його ціль? Перемогти шум. AM дуже сприйнятлива до перешкод. Грози. Устаткування. Випадкові електричні струми. Вони порушують амплітуду хвилі. Оскільки FM покладається на частоту, а не амплітуду, ці джерела шуму практично не впливають на сигнал.
FM також краще підходить для стереозвуку. Вона забезпечує високоякісний звук для телевізійних програм та далеких телефонних переговорів через мікрохвильові ретранслятори.
Де веде мовлення FM? На високих частотах, ніж AM. Комерційні FM-станції займають діапазон від 88 до 108 МГц. Вони з інтервалом 200 кГц. Така широка відстань між станціями забезпечує кращу чіткість та меншу завантаженість ефіру.
Фазова модуляція
Фазова модуляція змінює фазу несучої хвилі. Вона реагує на вібрації джерела звуку. Її часто вважають родичкою FM.
Чому? Тому що фаза та частота пов’язані. Ви не можете змінити одну, не впливаючи на іншу. Швидкість зміни фази прямо пропорційна частоті аудіосигналу.
Фазова модуляція мінімізує перешкоди для передачі нижче 30 МГц. Вона використовується разом із FM у деяких системах. Чому б не використовувати FM всюди? FM зазнає труднощів під час посилення сигналу під час мовлення. Фазова модуляція перебирає це завдання. Вона також живить деякі мікрохвильові ретранслятори та необхідна для систем Wi-Fi та супутникового телебачення.
Цифрові методи модуляції
Комп’ютери говорять двійковим кодом. Щоб передати ці дані аналоговими каналами, нам потрібно модулювати несучу хвилю так, щоб вона відображала ці одиниці і нулі. Ми можемо змінювати амплітуду, частоту чи фазу.
Амплітудна маніпуляція (ASK)
Якщо ви змінюєте лише амплітуду, ви використовуєте амплітудну маніпуляцію. Це цифровий аналог аналогової AM.
У своїй простій формі радіочастотний імпульс існує лише тоді, коли з’являється двійкова одиниця. Нуль означає, що сигнал припиняється. Деякі варіанти використовують два конкретні рівні амплітуди для представлення 0 і 1 замість включення/вимкнення.
Частотна маніпуляція (FSK)
Змініть частоту і ви отримаєте частотну маніпуляцію. Цифрові дані передаються із використанням двох різних частот. Одна частота означає 1. Інша означає 0. Це просто. Це надійно.
Фазова маніпуляція (PSK)
Змініть фазу і у вас буде фазова маніпуляція. Найпростіша версія використовує одну несучу частоту. Фіксована фаза представляє 0. Зсув фази на 180 градусів (протифаза) представляє 1.
Цифрова модуляція не обмежується цими простими формами. Просунуті техніки комбінують сигнали, щоб упакувати більше даних у кожну зміну.
Квадратурна амплітудна модуляція (QAM) є яскравим прикладом. Вона накладає кілька сигналів, що модулюють. QAM передає два амплітудно-модульовані сигнали, які зрушені по фазі на 90 градусів. Це дозволяє представляти чотири або більше бітів з кожною зміною. Саме так сучасні широкосмугові та стільникові мережі досягають високих швидкостей.
Імпульсна модуляція
Іноді несуча не є безперервною хвилею. Це серія імпульсів “вкл/викл”. Це імпульсна модуляція.
Імпульсно-кодова модуляція (ІКМ, PCM) перетворює сигнал на серію імпульсів з постійною амплітудою. Відстань між цими імпульсами кодує інформацію. ІКМ мінімізує втрати під час передачі. Вона усуває шум і перешкоди, оскільки приймачеві потрібно лише виявляти прості патерни імпульсів.
Де ви бачите ІКМ? Цифрове аудіо. Комп’ютери. Компакт-диски. DVD. Blu-ray диски. Це стандарт для високоякісного цифрового зберігання та відтворення.
Іншим варіантом є модуляція тривалості імпульсу (PDM). Тут інформація полягає в довжині і порядку імпульсів, що регулярно повторюються. Вона менш поширена, ніж ІКМ, але служить для конкретних додатків, де точність таймінгу важливіша, ніж амплітуда.
