Modulace

Modulace je proces, při kterém se jednoduchý signál (například sinusová vlna) použije k zakódování jiného signálu za účelem přenosu informací. Umožňuje přenášet analogová a digitální data prostřednictvím rádiových vln, telefonních vodičů a vedení s koaxiálním kabelem. Zařízení, která modulují a demodulují signály za účelem přenosu dat přes internet, se nazývají modemy.

Nejprve obvod zvaný modulátor přijme příchozí signál, známý jako modulační signál, který obsahuje data určená k přenosu. Tento modulační signál může obsahovat analogová data, například zvukový signál z mikrofonu, nebo digitální signál zvaný bitový proud. Modulátor sloučí modulační signál se signálem vyšší frekvence, zvaným nosný signál nebo nosná vlna, tím, že změní jeho amplitudu, frekvenci nebo fázi. Tato nosná vlna se šíří přenosovým médiem, například rádiovými vlnami nebo přenosovým vodičem. Demodulátor na druhém konci signál přijme a použije opačný proces, aby oddělil modulační signál od nosného signálu.

Analogová modulace

Nejčastějším využitím analogové modulace je přenos rádiových signálů na velké vzdálenosti. Dříve byla hlavní metodou pro přenos dalších signálů, například televizního vysílání a hlasové komunikace, tyto signály však nyní používají digitální modulaci.

K modulaci analogových signálů se používají tři hlavní metody:

• Amplitudová modulace (AM) moduluje signál tak, že zesiluje nebo zeslabuje amplitudu nosné vlny, aby přenesla modulační signál, zatímco frekvence nosné vlny zůstává konstantní.
• Frekvenční modulace (FM) moduluje signál tak, že udržuje konstantní amplitudu, ale mění frekvenci nosné vlny podle modulačního signálu. FM je méně náchylná k rušení než AM.
• Fázová modulace (PM) moduluje signál změnou fáze nosné vlny podle amplitudy modulačního signálu. Amplituda i frekvence nosné vlny zůstávají konstantní.

Digitální modulace

Digitální modulace může přenášet bitový proud digitálních dat prostřednictvím analogových signálů, například přes telefonní nebo kabelové vedení (pomocí modemů), nebo pomocí digitálních rádiových signálů (Wi-Fi, Bluetooth nebo mobilních sítí).

Místo modulace nosné vlny za účelem přenosu jiného signálu digitální modulace moduluje nosnou vlnu za účelem přenosu bitového proudu. Nejzákladnější forma digitální modulace posílá vždy jeden bit tak, že přepíná signál mezi dvěma stavy: zapnuto (1) a vypnuto (0). Počet změn, které může modulovaný signál provést za sekundu, se označuje jako přenosová rychlost v baudech.

Pokročilejší metody používají modulační abecedu, která umožňuje efektivnější přenos dat. Modulační abeceda může zakódovat více bitů do jediného tónu. Jedna metoda může například kódovat skupiny 2 bitů pomocí čtyř různých tónů — jeden tón pro 00, další pro 01, třetí pro 10 a čtvrtý pro 11. Metoda, která kóduje vždy 4 bity, by místo toho používala 16 různých tónů.

Existuje mnoho typů digitální modulace, ale nejběžnější jsou tyto:

• Fázové klíčování (PSK) moduluje signál změnou fáze nosné vlny mezi konečnou množinou hodnot.
• Frekvenční klíčování (FSK) moduluje signál změnou frekvence nosné vlny mezi konečnou množinou frekvencí. Audio Frequency-Shift Keying (AFSK) je metoda digitální modulace používaná v prvních počítačových modemech.
• Amplitudové klíčování (ASK) moduluje signál změnou amplitudy nosné vlny mezi konečnou množinou amplitud. Modulace ASK přenáší digitální data přes optická vlákna změnou amplitudy světla vysílaného kabely.
• Quadrature Amplitude Modulation (QAM) moduluje signál změnou amplitudy dvou samostatných nosných vln, které nejsou ve stejné fázi. QAM je součástí specifikace komunikace Wi-Fi.