A mindennapi élet új fogalmaival szembesülve sokan próbálnak választ találni kérdéseikre. Ehhez minden jelenséget le kell írni. Az egyik ilyen a moduláció. A továbbiakban még szó lesz róla.
Általános leírás
A moduláció egy vagy több nagyfrekvenciás oszcillációs paraméter megváltoztatásának folyamata az alacsony frekvenciájú információs üzenet törvényének megfelelően. Ennek eredménye a vezérlőjel spektrumának átvitele a nagyfrekvenciás tartományba, mivel a hatékony űrbe történő sugárzás megköveteli, hogy minden adó-vevő más-más frekvencián működjön anélkül, hogy megszakítaná egymást. Ennek a folyamatnak köszönhetően az információs rezgések egy eleve ismert hordozóra kerülnek. A vezérlőjel tartalmazza a továbbított információt. A nagyfrekvenciás oszcilláció felveszi az információhordozó szerepét, aminek köszönhetően hordozó státuszt kap. A vezérlőjel tartalmazza a továbbított adatokat. A modulációnak különböző típusai vannak, amelyek attól függnek, hogy melyik hullámformát használják: téglalap, háromszög vagy más. Diszkrét jelzéssel manipulációról szokás beszélni. Így,a moduláció egy olyan folyamat, amely rezgéseket foglal magában, tehát lehet frekvencia, amplitúdó, fázis stb.
fajták
Most megvizsgálhatjuk, hogy ennek a jelenségnek milyen fajtái léteznek. Lényegében a moduláció az a folyamat, amelynek során az alacsony frekvenciájú hullámot egy magas frekvenciájú hullám hordozza. A következő típusokat használják leggyakrabban: frekvencia, amplitúdó és fázis. Frekvenciamoduláció esetén a frekvencia változása következik be, amplitúdómoduláció esetén az amplitúdó, fázismodulációval pedig a fázis. Vannak vegyes fajok is. Az impulzusmoduláció és a módosítás külön típus. Ebben az esetben a nagyfrekvenciás rezgés paraméterei diszkréten változnak.
Amplitúdómoduláció
Az ilyen típusú változásokkal rendelkező rendszerekben a vivőhullám amplitúdója nagy frekvencián változik egy moduláló hullám segítségével. A kimeneti frekvenciák elemzésekor nem csak a bemeneti frekvenciák derülnek ki, hanem azok összege és különbsége is. Ebben az esetben, ha a moduláció összetett hullám, például sok frekvenciából álló beszédjel, akkor a frekvenciák összege és különbsége két sávot igényel, egyet a vivő alatt és egyet felette. Ezeket laterálisnak nevezik: felső és alsó. Az első az eredeti hangjel egy bizonyos frekvenciával eltolt másolata. Az alsó sáv az eredeti jel másolata, amelyet megfordítottak, vagyis az eredeti magas frekvenciák az alsó oldalon lévő alacsonyabb frekvenciák.
Az alsó oldalsáv a felső oldalsáv tükörképe a vivőfrekvenciához viszonyítva. Amplitúdó modulációt használó rendszer,a hordozó és mindkét oldal továbbítását kétirányúnak nevezzük. A vivő nem tartalmaz hasznos információkat, így eltávolítható, de mindenesetre a jel sávszélessége az eredeti kétszerese lesz. A sáv szűkítése nem csak a hordozó, hanem az egyik oldalsó cseréjével érhető el, mivel ezek egy információt tartalmaznak. Ezt a típust SSB modulációnak nevezik elnyomott vivővel.
Demoduláció
Ez a folyamat megköveteli, hogy a modulált jelet a modulátor által kibocsátott frekvenciájú vivővel keverjék össze. Ezt követően az eredeti jelet külön frekvenciaként vagy frekvenciasávként kapják meg, majd kiszűrik a többi jelből. Néha a vivő generálása a demodulációhoz in situ történik, és nem mindig esik egybe magán a modulátoron lévő vivőfrekvenciával. A frekvenciák közötti kis különbség miatt a telefonáramkörökre jellemző eltérések jelennek meg.
Impulzusmoduláció
Ez digitális alapsávi jelet használ, ami azt jelenti, hogy baudonként egynél több bit kódolását teszi lehetővé úgy, hogy egy bináris adatjelet többszintű jellé kódol. A bináris jelek bitjeit néha párokra osztják. Egy bitpárhoz négy kombináció használható, amelyek mindegyikét négy amplitúdószint valamelyike képviseli. Egy ilyen kódolt jelre jellemző, hogy a modulációs átviteli sebesség fele az eredeti adatjelnek, így használhatóamplitúdó moduláció a szokásos módon. Rádiókommunikációban találta meg alkalmazását.
Frekvenciamoduláció
Az ezzel a modulációval rendelkező rendszerek feltételezik, hogy a vivő frekvenciája a moduláló jel alakjának megfelelően változik. Ez a típus a telefonhálózaton elérhető bizonyos hatásokkal szembeni ellenállás tekintetében felülmúlja az amplitúdó típust, ezért alacsony sebességnél érdemes használni, ahol nincs szükség nagy frekvenciasáv vonzására.
Fázis-amplitúdó moduláció
Az baudonkénti bitek számának növeléséhez kombinálhatja a fázis- és amplitúdómodulációt.
Az amplitúdó-fázismoduláció egyik modern módszerének nevezhetjük azt, amely több vivő átvitelén alapul. Például egyes alkalmazásokban 48 vivőt használnak, amelyeket 45 Hz-es sávszélesség választ el. Az AM és PM kombinálásával minden egyes vivőhöz akár 32 diszkrét állapot is hozzárendelhető egyedi baudperiódusonként, így baudonként 5 bit vihető át. Kiderült, hogy ez az egész készlet 240 bit átvitelt tesz lehetővé baudonként. 9600 bps-os működés esetén a modulációs sebesség csak 40 baudot igényel. Az ilyen alacsony érték meglehetősen jól tolerálja a telefonhálózatban rejlő amplitúdó- és fázisugrásokat.
PCM
Ezt a típust általában analóg jelek sugárzására szolgáló rendszernek tekintik, például hangot digitális formában. Ezt a modulációs technikát nem használják modemekben. Itt látható az analóg jel kapuzása -valaz analóg jelkomponens legmagasabb frekvenciájának kétszerese. Ha ilyen rendszereket használnak telefonhálózatokon, a villogás másodpercenként 8000-szer fordul elő. Minden minta egy hétbites kóddal kódolt feszültségszint. A beszélt nyelv legjobb megjelenítéséhez logaritmikus kódolást használnak. Hét bit a jel jelenlétét jelző nyolcaddal együtt egy oktettet alkot.
Moduláció és észlelés szükséges az üzenetjel visszaállításához, vagyis a fordított folyamat. Ebben az esetben a jelet nemlineáris módon alakítják át. A nemlineáris elemek új spektrumkomponensekkel gazdagítják a kimeneti jel spektrumát, az alacsony frekvenciájú komponensek elkülönítésére pedig szűrőket használnak. A moduláció és a detektálás nemlineáris elemként vákuumdiódák, tranzisztorok, félvezető diódák felhasználásával valósítható meg. Hagyományosan pontszerű félvezető diódákat használnak, mivel a síkbeli bemeneti kapacitás észrevehetően nagyobb.
Modern nézetek
A digitális moduláció sokkal több információs kapacitást biztosít, és biztosítja a kompatibilitást számos digitális adatszolgáltatással. Emellett növeli az információbiztonságot, javítja a kommunikációs rendszerek minőségét, és felgyorsítja az azokhoz való hozzáférést.
Számos korlátozás van, amellyel minden rendszer tervezői szembesülnek: a megengedett teljesítmény és sávszélesség, a kommunikációs rendszerek adott zajszintje. A felhasználók száma napról napra növekszikkommunikációs rendszerekre, és az ezek iránti kereslet is növekszik, ami a rádiós erőforrások növelését igényli. A digitális moduláció jelentősen eltér az analógtól abban, hogy a benne lévő vivő nagy mennyiségű információt továbbít.
Használati nehézség
A digitális rádiókommunikációs rendszerek fejlesztőinek egy ilyen fő feladattal kell szembenézniük: kompromisszumot kell találniuk az adatátvitel sávszélessége és a rendszer műszaki szempontból összetettsége között. Ehhez különböző modulációs módszereket célszerű alkalmazni a kívánt eredmény eléréséhez. A rádiókommunikáció a legegyszerűbb adó- és vevőáramkörökkel is megszervezhető, de az ilyen kommunikációhoz a felhasználók számával arányos frekvenciaspektrumot kell használni. A bonyolultabb vevők és adók kisebb sávszélességet igényelnek azonos mennyiségű információ sugárzásához. A spektrálisan hatékony átviteli módszerekre való átállás érdekében a berendezést ennek megfelelően bonyolítani kell. Ez a probléma nem a kommunikáció típusától függ.
Alternatív lehetőségek
Az impulzusszélesség-modulációt az jellemzi, hogy a vivőjele impulzusok sorozata, míg az impulzusfrekvencia állandó. A változtatások csak az egyes impulzusok időtartamára vonatkoznak a moduláló jelnek megfelelően.
Az impulzusszélesség-moduláció eltér a frekvencia-fázisú modulációtól. Ez utóbbi magában foglalja a jel modulációját szinuszos formában. Állandó amplitúdó és változó frekvencia vagy fázis jellemzi. Az impulzusjelek frekvenciája is modulálható. Időtartam is lehetimpulzusok rögzítettek, és frekvenciájuk valamilyen átlagos értékben van, de pillanatnyi értékük a moduláló jelek függvényében változik.
Következtetések
Egyszerű modulációk használhatók, csak egy paraméter változik a modulációs információnak megfelelően. A modern kommunikációs berendezésekben alkalmazott kombinált modulációs séma az, amikor a vivő amplitúdója és fázisa egyszerre változik. A modern rendszerekben több alvivő is használható, amelyek mindegyike egy bizonyos típusú modulációt használ. Ebben az esetben jelmodulációs sémákról beszélünk. Ezt a kifejezést az összetett többszintű nézeteknél is használják, amikor a jellemzők további leírása szükséges az átfogó tájékoztatáshoz.
A modern kommunikációs rendszerek a leghatékonyabb modulációs típusokat használják a sávszélesség minimalizálására, hogy frekvenciaterületet szabadítsanak fel más típusú jelek számára. A kommunikáció minősége ebből csak előnyt jelent, de a berendezés bonyolultsága ebben az esetben igen nagy. Végső soron a modulációs frekvencia olyan eredményt ad, amely a végfelhasználó számára csak a technikai eszközök könnyű használhatósága szempontjából látható.