Tváří v tvář novým konceptům v každodenním životě se mnozí snaží najít odpovědi na své otázky. Právě k tomu je nutné popsat jakékoli jevy. Jedním z nich je něco jako modulace. Bude se o tom dále diskutovat.
Obecný popis
Modulace je proces změny jednoho nebo celé sady parametrů vysokofrekvenční oscilace v souladu se zákonem nízkofrekvenční informační zprávy. Výsledkem toho je přenos spektra řídícího signálu do vysokofrekvenční oblasti, protože efektivní vysílání do prostoru vyžaduje, aby všechny transceivery pracovaly na různých frekvencích, aniž by se navzájem přerušovaly. Díky tomuto procesu se informační oscilace umístí na a priori známý nosič. Řídicí signál obsahuje přenášenou informaci. Vysokofrekvenční oscilace přebírá roli nositele informace, díky čemuž získává status nositele. Řídicí signál obsahuje přenášená data. Existují různé typy modulace, které závisí na použitém tvaru vlny: obdélníkový, trojúhelníkový nebo nějaký jiný. U diskrétního signálu je zvykem mluvit o manipulaci. Tak,modulace je proces, který zahrnuje oscilace, takže to může být frekvence, amplituda, fáze atd.
Odrůdy
Nyní můžeme zvážit, jaké druhy tohoto jevu existují. Modulace je v podstatě proces, při kterém je nízkofrekvenční vlna nesena vysokofrekvenční vlnou. Nejčastěji se používají tyto typy: frekvence, amplituda a fáze. Při frekvenční modulaci nastává změna frekvence, při amplitudové modulaci amplituda a při fázové modulaci fáze. Existují i smíšené druhy. Pulzní modulace a modifikace jsou samostatné typy. V tomto případě se parametry vysokofrekvenční oscilace mění diskrétně.
amplitudová modulace
V systémech s tímto typem změny se amplituda nosné vlny mění na vysoké frekvenci pomocí modulační vlny. Při analýze frekvencí na výstupu jsou odhaleny nejen vstupní frekvence, ale také jejich součet a rozdíl. V tomto případě, pokud je modulace komplexní vlnou, jako jsou signály řeči sestávající z mnoha frekvencí, pak součet a rozdíl frekvencí bude vyžadovat dvě pásma, jedno pod nosnou a jedno nad. Říká se jim laterální: horní a dolní. První je kopie původního zvukového signálu posunutá o určitou frekvenci. Spodní pásmo je kopií původního signálu, který byl invertován, to znamená, že původní vysoké frekvence jsou nižší frekvence na spodní straně.
Spodní postranní pásmo je zrcadlovým obrazem horního postranního pásma vzhledem k nosné frekvenci. Systém využívající amplitudovou modulaci,přenášející nosič a obě strany se nazývá obousměrný. Nosič neobsahuje žádné užitečné informace, takže jej lze odstranit, ale v každém případě bude šířka pásma signálu dvojnásobná oproti původnímu. Zúžení pásma je dosaženo výměnou nejen nosiče, ale i jednoho z bočních, protože obsahují jednu informaci. Tento typ je známý jako modulace SSB s potlačenou nosnou.
Demodulace
Tento proces vyžaduje, aby byl modulovaný signál smíchán s nosnou o stejné frekvenci, jakou vysílá modulátor. Poté je původní signál získán jako samostatná frekvence nebo frekvenční pásmo a poté filtrován od ostatních signálů. Někdy generování nosné pro demodulaci probíhá in situ a ne vždy se shoduje s nosnou frekvencí na samotném modulátoru. Kvůli malému rozdílu mezi frekvencemi se objevují neshody, které jsou typické pro telefonní okruhy.
Pulzní modulace
Využívá digitální signál v základním pásmu, což znamená, že umožňuje kódování více než jednoho bitu na přenos kódováním binárního datového signálu do víceúrovňového signálu. Bity binárních signálů jsou někdy rozděleny do párů. Pro pár bitů lze použít čtyři kombinace, přičemž každý pár je reprezentován jednou ze čtyř úrovní amplitudy. Takovýto kódovaný signál se vyznačuje tím, že modulační přenosová rychlost je poloviční než původní datový signál, takže jej lze použít kamplitudové modulace obvyklým způsobem. Své uplatnění našla v rádiové komunikaci.
Kmitočtová modulace
Systémy s touto modulací předpokládají, že frekvence nosné se bude měnit podle tvaru modulačního signálu. Tento typ je lepší než amplitudový typ z hlediska odolnosti vůči určitým vlivům dostupným v telefonní síti, takže by měl být používán při nízkých rychlostech, kde není potřeba přitahovat velké frekvenční pásmo.
Fázová amplitudová modulace
Chcete-li zvýšit počet bitů na baud, můžete kombinovat fázovou a amplitudovou modulaci.
Jednou z moderních metod amplitudově-fázové modulace lze nazvat metodou, která je založena na přenosu několika nosných. Například v některých aplikacích je použito 48 nosných, oddělených šířkou pásma 45 Hz. Kombinací AM a PM je každé nosné přiděleno až 32 diskrétních stavů na jednotlivou přenosovou periodu, takže lze přenášet 5 bitů na přenos. Ukazuje se, že celá tato sada umožňuje přenést 240 bitů za baud. Při provozu rychlostí 9600 bps vyžaduje modulační rychlost pouze 40 baudů. Taková nízká hodnota je docela tolerantní k amplitudovým a fázovým skokům, které jsou vlastní telefonní síti.
PCM
Tento typ je obvykle považován za systém pro vysílání analogových signálů, jako je hlas v digitální podobě. Tato modulační technika se v modemech nepoužívá. Zde je hradlování analogového signálu sna dvojnásobku nejvyšší frekvence složky analogového signálu. Při použití takových systémů v telefonních sítích dochází k záblesku 8000krát za sekundu. Každý vzorek je napěťová úroveň zakódovaná sedmibitovým kódem. Pro nejlepší reprezentaci mluveného jazyka se používá logaritmické kódování. Sedm bitů spolu s osmým, který označuje přítomnost signálu, tvoří oktet.
Pro obnovení signálu zprávy je vyžadována modulace a detekce, to znamená obrácený proces. V tomto případě je signál převáděn nelineárním způsobem. Nelineární prvky obohacují spektrum výstupního signálu o nové složky spektra a k izolaci nízkofrekvenčních složek se používají filtry. Modulaci a detekci lze provádět pomocí vakuových diod, tranzistorů, polovodičových diod jako nelineárních prvků. Tradičně se používají bodové polovodičové diody, protože planární vstupní kapacita je znatelně větší.
Moderní pohledy
Digitální modulace poskytuje mnohem větší informační kapacitu a zajišťuje kompatibilitu s řadou digitálních datových služeb. Kromě toho zvyšuje bezpečnost informací, zlepšuje kvalitu komunikačních systémů a zrychluje přístup k nim.
Existuje řada omezení, se kterými se návrháři jakýchkoli systémů potýkají: přípustný výkon a šířka pásma, daná hladina šumu komunikačních systémů. Počet uživatelů se každým dnem zvyšujekomunikační systémy a poptávka po nich také roste, což vyžaduje zvýšení rádiových zdrojů. Digitální modulace se od analogové výrazně liší tím, že nosič v ní přenáší velké množství informací.
Obtížnost použití
Vývojáři digitálních radiokomunikačních systémů stojí před takovým hlavním úkolem – najít kompromis mezi šířkou pásma přenosu dat a složitostí systému z technického hlediska. K tomu je vhodné použít různé modulační metody, aby se dosáhlo požadovaného výsledku. Rádiová komunikace může být také organizována pomocí nejjednodušších obvodů vysílače a přijímače, ale pro takovou komunikaci bude použito frekvenční spektrum úměrné počtu uživatelů. Složitější přijímače a vysílače vyžadují menší šířku pásma pro vysílání stejného množství informací. Abychom přešli na spektrálně účinné způsoby přenosu, je nutné odpovídajícím způsobem zkomplikovat zařízení. Tento problém nezávisí na typu komunikace.
Alternativní možnosti
Pulsně šířková modulace se vyznačuje tím, že jejím nosným signálem je sekvence pulsů, přičemž frekvence pulsů je konstantní. Změny se týkají pouze doby trvání každého pulzu podle modulačního signálu.
Pulsně-šířková modulace se liší od frekvenčně-fázové modulace. Ten zahrnuje modulaci signálu ve formě sinusoidy. Vyznačuje se konstantní amplitudou a proměnnou frekvencí nebo fází. Pulzní signály lze také frekvenčně modulovat. Může být trvánípulzy jsou pevné a jejich frekvence je v nějaké průměrné hodnotě, ale jejich okamžitá hodnota se bude lišit v závislosti na modulačních signálech.
Závěry
Lze použít jednoduché modulace, přičemž pouze jeden parametr se mění podle modulační informace. Kombinované modulační schéma, které se používá v moderních komunikačních zařízeních, je, když se amplituda i fáze nosné mění současně. V moderních systémech lze použít několik dílčích nosných, z nichž každá využívá určitý typ modulace. V tomto případě mluvíme o schématech modulace signálu. Tento termín se také používá pro komplexní víceúrovňové pohledy, kdy je pro komplexní informace vyžadován další popis charakteristik.
Moderní komunikační systémy používají nejúčinnější typy modulace k minimalizaci šířky pásma, aby se uvolnil frekvenční prostor pro jiné typy signálů. Kvalita komunikace z toho jen těží, ale náročnost zařízení je v tomto případě velmi vysoká. V konečném důsledku poskytuje modulační frekvence výsledek, který je viditelný pro koncového uživatele pouze z hlediska snadného použití technických prostředků.
