変調

変調とは、単純な信号（正弦波など）を使い、その中に別の信号を符号化して情報を送信するプロセスです。これにより、アナログデータやデジタルデータを、電波、電話線、同軸ケーブル回線を通じて送信できます。信号を変調および復調してインターネット経由でデータを送信する装置は、モデムと呼ばれます。

まず、変調器と呼ばれる回路が、送信するデータを含む入力信号（変調信号と呼ばれます）を受け取ります。この変調信号には、マイクからの音声信号のようなアナログデータや、ビットストリームと呼ばれるデジタル信号を使用できます。変調器は、変調信号を、搬送信号または搬送波と呼ばれる高周波の信号と組み合わせます。その際、搬送波の振幅、周波数、または位相を変化させます。搬送波は、電波や伝送線などの伝送媒体を通って進みます。もう一方の端にある復調器は信号を受け取り、逆の処理を行って変調信号と搬送信号を分離します。

アナログ変調

アナログ変調は、長距離にわたって無線信号を送信するために最も一般的に使用されます。以前は、テレビや音声通信などの他の信号を送信する主な方法でもありましたが、現在ではこれらの信号にもデジタル変調が使われています。

アナログ信号の変調には、主に次の3つの方法があります。

• 振幅変調（AM）は、搬送波の周波数を一定に保ちながら、搬送波の振幅を強くしたり弱くしたりして信号を変調します。
• 周波数変調（FM）は、振幅を一定に保ち、変調信号に基づいて搬送波の周波数を変化させて信号を変調します。FMはAMよりも干渉の影響を受けにくいという特徴があります。
• 位相変調（PM）は、変調信号の振幅に基づいて搬送波の位相を変化させて信号を変調します。搬送波の振幅と周波数はどちらも一定のままです。

デジタル変調

デジタル変調では、電話回線やケーブル回線（モデムを使用）などのアナログ信号や、デジタル無線信号(Wi-Fi、Bluetooth、または携帯電話）を通じて、デジタルデータのビットストリームを送信できます。

デジタル変調では、別の信号を搬送するために搬送波を変調するのではなく、ビットストリームを送信するために搬送波を変調します。デジタル変調の最も基本的な形式では、信号をオン（1）とオフ（0）の2つの状態の間で切り替えることにより、1回に1つのビットを送信します。変調された信号が1秒間に変化できる回数は、ボーレートと呼ばれます。

より高度な方法では、変調用のアルファベットを使って、より効率的にデータを送信します。変調用のアルファベットでは、1つのトーンに複数のビットを符号化できます。たとえば、ある方法では2ビットのグループを4つの異なるトーンで符号化します。00には1つのトーン、01には別のトーン、10には3つ目のトーン、11には4つ目のトーンを割り当てます。1回に4ビットを符号化する方法では、代わりに16種類のトーンを使用します。

デジタル変調には多くの種類がありますが、最も一般的なものは次のとおりです。

• 位相偏移変調（PSK）は、搬送波の位相を有限個の値の間で変化させて信号を変調します。
• 周波数偏移変調（FSK）は、搬送波の周波数を有限個の周波数の間で変化させて信号を変調します。Audio Frequency-Shift Keying（AFSK）は、初期のコンピューターモデムで使用されたデジタル変調方式です。
• 振幅偏移変調（ASK）は、搬送波の振幅を有限個の振幅の間で変化させて信号を変調します。ASK変調では、ケーブルを通る光の振幅を変化させることで、光ファイバー回線を通じてデジタルデータを送信します。
• 直交振幅変調（QAM）は、互いに位相がずれている2つの独立した搬送波の振幅を変化させて信号を変調します。QAMは、Wi-Fi通信仕様の一部です。