Modulation

Modulation ist ein Verfahren, bei dem ein einfaches Signal (wie eine Sinuswelle) ein anderes Signal darin codiert, um Informationen zu übertragen. Dadurch können analoge und digitale Daten über Funkwellen, Telefonleitungen und Leitungen aus Koaxialkabel übertragen werden. Geräte, die Signale modulieren und demodulieren, um Daten über das Internet zu übertragen, werden Modems genannt.

Zunächst empfängt eine als Modulator bezeichnete Schaltung ein eingehendes Signal, das als Modulationssignal bezeichnet wird und Daten zur Übertragung enthält. Dieses Modulationssignal kann aus analogen Daten bestehen, etwa einem Audiosignal von einem Mikrofon, oder aus einem digitalen Signal, das als Bitstrom bezeichnet wird. Der Modulator führt das Modulationssignal mit einem Signal höherer Frequenz zusammen, das als Trägersignal oder Trägerwelle bezeichnet wird, indem er dessen Amplitude, Frequenz oder Phase verändert. Diese Trägerwelle wird über ein Übertragungsmedium wie Funkwellen oder eine Übertragungsleitung übertragen. Ein Demodulator am anderen Ende empfängt das Signal und wendet einen umgekehrten Vorgang an, um das Modulationssignal vom Trägersignal zu trennen.

Analoge Modulation

Die häufigste Anwendung der analogen Modulation ist die Übertragung von Funksignalen über große Entfernungen. Früher war sie das wichtigste Verfahren zur Übertragung anderer Signale wie Fernsehen und Sprachkommunikation, aber diese Signale verwenden inzwischen stattdessen digitale Modulation.

Es gibt drei grundlegende Verfahren zur Modulation analoger Signale:

• Amplitudenmodulation (AM) moduliert ein Signal, indem die Amplitude der Trägerwelle verstärkt oder abgeschwächt wird, um das Modulationssignal zu übertragen, während die Frequenz der Trägerwelle konstant bleibt.
• Frequenzmodulation (FM) moduliert ein Signal, indem die Amplitude konstant gehalten, aber die Frequenz der Trägerwelle abhängig vom Modulationssignal verändert wird. FM ist weniger störanfällig als AM.
• Phasenmodulation (PM) moduliert ein Signal, indem die Phase der Trägerwelle abhängig von der Amplitude des Modulationssignals verändert wird. Sowohl die Amplitude als auch die Frequenz der Trägerwelle bleiben konstant.

Digitale Modulation

Digitale Modulation kann digitale Bitstromdaten über analoge Signale übertragen, etwa über Telefon- oder Kabelleitungen (mithilfe von Modems), oder über digitale Funksignale (Wi-Fi, Bluetooth oder Mobilfunk).

Statt eine Trägerwelle zu modulieren, um ein anderes Signal zu übertragen, moduliert die digitale Modulation die Trägerwelle, um einen Bitstrom zu übertragen. Die grundlegendste Form der digitalen Modulation sendet jeweils ein Bit, indem das Signal zwischen zwei Zuständen umgeschaltet wird: ein (1) und aus (0). Die Anzahl der Änderungen, die ein moduliertes Signal pro Sekunde durchführen kann, wird als Baudrate bezeichnet.

Fortgeschrittenere Verfahren verwenden ein Modulationsalphabet, um Daten effizienter zu übertragen. Ein Modulationsalphabet kann mehrere Bits in einen einzelnen Ton codieren. Beispielsweise kann ein Verfahren Gruppen von 2 Bits mithilfe von vier verschiedenen Tönen codieren – einen Ton für 00, einen weiteren für 01, einen dritten für 10 und den vierten für 11. Ein Verfahren, das jeweils 4 Bits codiert, würde stattdessen 16 verschiedene Töne verwenden.

Es gibt viele Arten der digitalen Modulation, die häufigsten sind jedoch die folgenden:

• Phasenumtastung (PSK) moduliert ein Signal, indem die Phase der Trägerwelle zwischen einer begrenzten Anzahl von Zuständen verändert wird.
• Frequenzumtastung (FSK) moduliert ein Signal, indem die Frequenz der Trägerwelle zwischen einer begrenzten Anzahl von Frequenzen verändert wird. Audio Frequency-Shift Keying (AFSK) ist ein Verfahren zur digitalen Modulation, das in frühen Computermodems verwendet wurde.
• Amplitudenumtastung (ASK) moduliert ein Signal, indem die Amplitude der Trägerwelle zwischen einer begrenzten Anzahl von Amplituden verändert wird. ASK-Modulation überträgt digitale Daten über Glasfaserleitungen, indem die Amplitude des über die Kabel gesendeten Lichts verändert wird.
• Quadraturamplitudenmodulation (QAM) moduliert ein Signal, indem die Amplitude zweier separater Trägerwellen verändert wird, die zueinander phasenverschoben sind. QAM ist Bestandteil der Wi-Fi-Kommunikationsspezifikation.