Modulatie is de onbezongen held van de moderne communicatie. Zonder dit zouden uw telefoongesprekken stil zijn en zou uw wifi een mythe zijn. In de elektronica is het eenvoudigweg de techniek waarbij informatie op een radiofrequentiedraaggolf wordt gedrukt. U varieert de kenmerken van de golf, zoals amplitude, frequentie of fase, zodat deze overeenkomen met de gegevens die u wilt verzenden. Stem. Muziek. Gegevens. Afbeeldingen. Het rijdt allemaal op die drager.
Er zijn veel manieren om dit te doen. Elke methode verandert een specifiek kenmerk van de golf om het signaal te coderen. De meest voorkomende doelen zijn amplitude, frequentie, fase, pulssequentie en pulsduur.
Analoge modulatietechnieken
Analoge modulatie behandelt de draaggolf als een continue stroom. Het maakt geen gebruik van binaire cijfers zoals digitale methoden. In plaats daarvan werkt het met de fysieke eigenschappen van de golf zelf. De grote drie hier zijn amplitudemodulatie, frequentiemodulatie en fasemodulatie.
Amplitudemodulatie (AM)
Amplitudemodulatie is het oudste spel in de stad. Het maakte indruk op audio- en visuele informatie door de sterkte van de draaggolf te variëren zodat deze overeenkwam met de fluctuaties van het signaal. Als het geluid luider wordt, neemt de amplitude van de golf toe. Als het stiller wordt, daalt de amplitude.
Commerciële AM-radiostations werken nog steeds tussen 540 en 1.700 kHz. Ze bevinden zich op een afstand van 10 kHz van elkaar. Waarom doet dit er toe? Omdat golven in dit bereik terugkaatsen op de ionosfeer. Ze worden teruggekaatst naar de aarde. Hierdoor kun je vooral ‘s nachts stations op honderden kilometers afstand ophalen.
Naast commerciële radio wordt AM gebruikt voor kortegolfuitzendingen over lange afstanden. Het bevat ook het videogedeelte van traditionele televisieprogramma’s.
Frequentiemodulatie (FM)
Frequentiemodulatie houdt de amplitude constant. In plaats daarvan verandert de frequentie. De frequentie van de draaggolf verschuift op en neer als directe reactie op de variaties van het audiosignaal.
Edwin H. Armstrong, een Amerikaanse elektrotechnisch ingenieur, ontwikkelde begin jaren dertig FM. Zijn doel? Versla het lawaai. AM is zeer gevoelig voor interferentie. Onweersbuien. Machines. Willekeurige elektrische stromen. Deze verstoren de amplitude van een golf. Omdat FM afhankelijk is van de frequentie en niet van de amplitude, laten deze ruisbronnen het signaal grotendeels ongewijzigd.
FM is ook beter geschikt voor stereogeluid. Het verwerkt hifi-audio voor tv-programma’s en interlokale telefoongesprekken via microgolfrelais.
Waar zendt FM uit? Hogere frequenties dan AM. Commerciële FM-zenders beslaan het bereik van 88 tot 108 MHz. Ze bevinden zich op een afstand van 200 kHz van elkaar. Die grote afstand zorgt voor betere duidelijkheid en minder opstoppingen.
Fasemodulatie
Fasemodulatie varieert de fase van de draaggolf. Het reageert op de trillingen van de geluidsbron. Het wordt vaak beschouwd als een neef van FM.
Waarom? Omdat fase en frequentie met elkaar verbonden zijn. Je kunt het ene niet veranderen zonder het andere te beïnvloeden. De snelheid waarmee de fase verandert is direct evenredig met de frequentie van het audiosignaal.
Fasemodulatie minimaliseert interferentie voor uitzendingen onder 30 MHz. Het wordt in sommige systemen naast FM gebruikt. Waarom niet gewoon overal FM gebruiken? FM heeft moeite met signaalversterking bij uitzendingen. Fasemodulatie komt tussenbeide om die taak uit te voeren. Het voedt ook sommige microgolfrelais en is essentieel voor Wi-Fi- en satelliet-tv-systemen.
Digitale modulatiemethoden
Computers spreken binair. Om die gegevens via analoge kanalen te verzenden, moeten we de draaggolf moduleren om die enen en nullen weer te geven. We kunnen de amplitude, frequentie of fase aanpassen.
Amplitude-Shift Keying (ASK)
Als u alleen de amplitude wijzigt, gebruikt u amplitude-shift-keying. Het is de digitale tweelingbroer van analoge AM.
In zijn eenvoudigste vorm bestaat er alleen een radiofrequentie-uitbarsting wanneer een binaire 1 verschijnt. Een nul betekent dat het signaal stopt. Sommige variaties gebruiken twee specifieke amplitudeniveaus om 0 en 1 weer te geven in plaats van aan/uit.
Frequentie-Shift Keying (FSK)
Verander de frequentie en je krijgt frequentie-shift-keying. Digitale gegevens worden verzonden met behulp van twee verschillende frequenties. De ene frequentie staat voor een 1. De andere staat voor een 0. Het is simpel. Het is robuust.
Faseverschuivingssleuteling (PSK)
Verander de fase en je hebt faseverschuivingssleuteling. De eenvoudigste versie maakt gebruik van een enkele draaggolffrequentie. Een vaste fase vertegenwoordigt een 0. Een faseverschuiving van 180 graden (tegengestelde polariteit) vertegenwoordigt een 1.
Digitale modulatie beperkt zich niet tot deze eenvoudige vormen. Geavanceerde technieken combineren signalen om meer gegevens in elke dienst te verwerken.
Kwadratuuramplitudemodulatie (QAM) is een goed voorbeeld. Het legt meerdere modulerende signalen over elkaar heen. QAM verzendt twee amplitudegemoduleerde signalen die 90 graden uit fase zijn. Hierdoor kunnen bij elke verschuiving vier of meer bits worden weergegeven. Het is de manier waarop moderne breedband- en mobiele netwerken hoge snelheden bereiken.
Pulsmodulatie
Soms is de drager geen continue golf. Het is een reeks aan-uit-pulsen. Dit is pulsmodulatie.
Pulsgecodeerde modulatie (PCM) zet het signaal om in een reeks pulsen met constante amplitude. De afstand tussen deze pulsen codeert de informatie. PCM minimaliseert transmissieverliezen. Het elimineert ruis en interferentie omdat de ontvanger alleen eenvoudige pulspatronen hoeft te detecteren.
Waar zie je PCM? Digitale audio. Computers. Compactdiscs. Dvd’s. Blu-ray-schijven. Het is de standaard voor hoogwaardige digitale opslag en weergave.
Een andere variant is pulsduurmodulatie (PDM). Hier ligt de intelligentie in de lengte en volgorde van regelmatig terugkerende pulsen. Het komt minder vaak voor dan PCM, maar dient voor specifieke toepassingen waarbij timingprecisie belangrijker is dan amplitude.
