Modulacja jest pomijanym bohaterem współczesnej komunikacji. Bez niego rozmowy telefoniczne byłyby ciche, a Wi-Fi pozostałoby mitem. W elektronice jest to po prostu technika nakładania informacji na falę nośną o częstotliwości radiowej. Zmieniasz charakterystykę fali — taką jak amplituda, częstotliwość lub faza — aby dopasować ją do danych, które chcesz przesłać. Głos. Muzyka. Dane. Obrazy. Wszystko to „podróżuje” przewoźnikiem.
Można to zrobić na wiele sposobów. Każda metoda zmienia określoną właściwość fali w celu zakodowania sygnału. Najczęściej zmienianymi parametrami są amplituda, częstotliwość, faza, sekwencja impulsów i czas trwania impulsu.
Metody modulacji analogowej
Modulacja analogowa traktuje falę nośną jako strumień ciągły. Nie używa cyfr binarnych, takich jak metody cyfrowe. Zamiast tego działa z właściwościami fizycznymi samej fali. Najważniejsze z nich to modulacja amplitudy, modulacja częstotliwości i modulacja fazy.
Modulacja amplitudy (AM)
Modulacja amplitudy jest najstarszą metodą w tej dziedzinie. Nakładał informację dźwiękową i wizualną, zmieniając siłę fali nośnej zgodnie z wahaniami sygnału. Jeśli dźwięk staje się głośniejszy, amplituda fali wzrasta. Jeśli robi się ciszej, amplituda maleje.
Komercyjne stacje radiowe AM nadal działają w zakresie od 540 do 1700 kHz. Są one rozmieszczone w odstępach 10 kHz. Dlaczego to jest ważne? Ponieważ fale w tym zakresie odbijają się od jonosfery. Wracają na Ziemię. Umożliwia to odbiór stacji oddalonych o setki kilometrów, szczególnie w nocy.
Oprócz radia komercyjnego AM jest wykorzystywane do transmisji na falach krótkodystansowych. Przesyła także sygnał wideo tradycyjnych programów telewizyjnych.
Modulacja częstotliwości (FM)
Modulacja częstotliwości utrzymuje stałą amplitudę. Zmienia częstotliwość. Częstotliwość fali nośnej przesuwa się w górę i w dół w bezpośredniej odpowiedzi na zmiany w sygnale audio.
Edwin H. Armstrong, amerykański inżynier elektryk, opracował FM na początku lat trzydziestych XX wieku. Jego cel? Pokonaj hałas. AM jest bardzo podatny na zakłócenia. Burze. Sprzęt. Losowe prądy elektryczne. Zakłócają amplitudę fali. Ponieważ FM opiera się raczej na częstotliwości niż na amplitudzie, te źródła szumów mają niewielki wpływ na sygnał.
FM jest również lepszy do dźwięku stereo. Zapewnia wysokiej jakości dźwięk dla programów telewizyjnych i rozmów telefonicznych na odległość za pośrednictwem wzmacniaczy mikrofalowych.
Gdzie nadaje FM? Na wyższych częstotliwościach niż AM. Komercyjne stacje FM zajmują zakres od 88 do 108 MHz. Są one rozmieszczone w odstępach 200 kHz. Tak duża odległość między stacjami zapewnia lepszą przejrzystość i mniejsze zatory w powietrzu.
Modulacja fazy
Modulacja fazowa zmienia fazę fali nośnej. Reaguje na wibracje pochodzące od źródła dźwięku. Często uważana jest za krewną FM.
Dlaczego? Ponieważ faza i częstotliwość są ze sobą powiązane. Nie da się zmienić jednego bez wpływu na drugie. Szybkość zmiany fazy jest wprost proporcjonalna do częstotliwości sygnału audio.
Modulacja fazowa minimalizuje zakłócenia w przypadku transmisji poniżej 30 MHz. W niektórych systemach jest używany w połączeniu z FM. Dlaczego nie używać FM wszędzie? FM ma trudności ze wzmocnieniem sygnału podczas nadawania. Modulacja fazowa przejmuje to zadanie. Zasila także niektóre wzmacniacze mikrofalowe i jest potrzebny w systemach Wi-Fi i telewizji satelitarnej.
Metody modulacji cyfrowej
Komputery mówią kodem binarnym. Aby przesłać te dane kanałami analogowymi, musimy modulować falę nośną tak, aby odzwierciedlała te zera i jedynki. Możemy zmieniać amplitudę, częstotliwość lub fazę.
Kluczowanie z przesunięciem amplitudy (ASK)
Jeśli zmienisz tylko amplitudę, używasz kluczowania amplitudy. Jest to cyfrowy odpowiednik analogowego AM.
W najprostszej formie impuls o częstotliwości radiowej istnieje tylko wtedy, gdy pojawia się binarna jedynka. Zero oznacza, że sygnał zatrzymuje się. Niektóre warianty wykorzystują dwa określone poziomy amplitudy do reprezentowania 0 i 1 zamiast włączania/wyłączania.
Kluczowanie z przesunięciem częstotliwości (FSK)
Zmień częstotliwość, a otrzymasz kluczowanie z przesunięciem częstotliwości. Dane cyfrowe przesyłane są przy użyciu dwóch różnych częstotliwości. Jedna częstotliwość oznacza 1. Druga oznacza 0. To proste. To niezawodne.
Kluczowanie z przesunięciem fazowym (PSK)
Zmień fazę i uzyskaj kluczowanie z przesunięciem fazowym. Najprostsza wersja wykorzystuje jedną częstotliwość nośną. Faza stała reprezentuje 0. Przesunięcie fazowe o 180 stopni (przeciwfaza) reprezentuje 1.
Modulacja cyfrowa nie ogranicza się do tych prostych form. Zaawansowane techniki łączą sygnały, aby w każdej zmianie umieścić więcej danych.
Doskonałym przykładem jest kwadraturowa modulacja amplitudy (QAM). Nakłada kilka sygnałów modulujących. QAM przesyła dwa sygnały o modulowanej amplitudzie, które są przesunięte w fazie o 90 stopni. Pozwala to na reprezentowanie czterech lub więcej bitów przy każdej zmianie. W ten sposób nowoczesne sieci szerokopasmowe i komórkowe osiągają duże prędkości.
Modulacja impulsu
Czasami nośnik nie jest falą ciągłą. Jest to seria impulsów włączenia/wyłączenia. To jest modulacja impulsowa.
Modulacja kodowo-impulsowa (PCM) przekształca sygnał w serię impulsów o stałej amplitudzie. Odległość pomiędzy tymi impulsami koduje informację. PCM minimalizuje straty transmisji. Eliminuje szum i zakłócenia, ponieważ odbiornik musi jedynie wykryć proste wzorce impulsów.
Gdzie widzisz PCM? Dźwięk cyfrowy. Komputery. płyty CD. PŁYTA DVD. Płyty Blu-ray. Jest to standard w zakresie wysokiej jakości cyfrowego przechowywania i odtwarzania.
Inną opcją jest modulacja czasu trwania impulsu (PDM). Tutaj informacja dotyczy długości i kolejności regularnie powtarzanych impulsów. Jest mniej powszechny niż PCM, ale służy do określonych zastosowań, w których dokładność synchronizacji jest ważniejsza niż amplituda.
