Modulatie

Modulatie is een proces waarbij een eenvoudig signaal (zoals een sinusgolf) een ander signaal erin codeert om informatie te verzenden. Hiermee kunnen analoge en digitale gegevens via radiogolven, telefoondraden en lijnen met coaxiale kabels worden verzonden. Apparaten die signalen moduleren en demoduleren om gegevens via het Internet te verzenden, worden modems genoemd.

Eerst ontvangt een schakeling die een modulator wordt genoemd een binnenkomend signaal, dat bekendstaat als een modulatiesignaal en gegevens bevat die moeten worden verzonden. Dit modulatiesignaal kan analoge gegevens zijn, zoals een audiosignaal van een microfoon, of een digitaal signaal dat een bitstream wordt genoemd. De modulator voegt het modulatiesignaal samen met een signaal met een hogere frequentie, dat een draaggolfsignaal of draaggolf wordt genoemd, door de amplitude, frequentie of fase ervan te wijzigen. Die draaggolf reist via een transmissiemedium, zoals radiogolven of een transmissiedraad. Een demodulator aan de andere kant ontvangt het signaal en past het omgekeerde proces toe om het modulatiesignaal van het draaggolfsignaal te scheiden.

Analoge modulatie

De meest voorkomende toepassing van analoge modulatie is het over grote afstanden verzenden van radiosignalen. Dit was vroeger de belangrijkste methode voor het verzenden van andere signalen, zoals televisie- en spraakcommunicatie, maar die signalen gebruiken nu in plaats daarvan digitale modulatie.

Er zijn drie belangrijke methoden om analoge signalen te moduleren:

• Amplitudemodulatie (AM) moduleert een signaal door de amplitude van de draaggolf sterker of zwakker te maken om het modulatiesignaal te verzenden, terwijl de frequentie van de draaggolf constant blijft.
• Frequentiemodulatie (FM) moduleert een signaal door de amplitude constant te houden, maar de frequentie van de draaggolf te wijzigen op basis van het modulatiesignaal. FM is minder gevoelig voor interferentie dan AM.
• Fasemodulatie (PM) moduleert een signaal door de fase van de draaggolf te wijzigen op basis van de amplitude van het modulatiesignaal. Zowel de amplitude als de frequentie van de draaggolf blijven constant.

Digitale modulatie

Met digitale modulatie kan een digitale bitstream via analoge signalen worden verzonden, bijvoorbeeld via telefoon- of kabellijnen (met modems), of via digitale radiosignalen (Wi-Fi, Bluetooth of mobiele communicatie).

In plaats van een draaggolf te moduleren om een ander signaal te verzenden, moduleert digitale modulatie de draaggolf om een bitstream te verzenden. De eenvoudigste vorm van digitale modulatie verzendt één bit tegelijk door het signaal tussen twee toestanden te schakelen: aan (1) en uit (0). Het aantal keer per seconde dat een gemoduleerd signaal kan veranderen, staat bekend als de baudrate.

Meer geavanceerde methoden gebruiken een modulatiealfabet om gegevens efficiënter te verzenden. Een modulatiealfabet kan meerdere bits in één toon coderen. Een methode kan bijvoorbeeld groepen van 2 bits coderen met vier verschillende tonen — één toon voor 00, een andere voor 01, een derde voor 10 en de vierde voor 11. Een methode die 4 bits tegelijk codeert, zou in plaats daarvan 16 verschillende tonen gebruiken.

Er zijn veel typen digitale modulatie, maar de meest voorkomende typen zijn de volgende:

• Faseverschuivingsmodulatie (PSK) moduleert een signaal door de fase van de draaggolf te wijzigen tussen een eindige reeks waarden.
• Frequentieverschuivingsmodulatie (FSK) moduleert een signaal door de frequentie van de draaggolf te wijzigen tussen een eindige reeks frequenties. Audiofrequentieverschuivingsmodulatie (AFSK) is een methode voor digitale modulatie die in vroege computermodems werd gebruikt.
• Amplitudeschakelmodulatie (ASK) moduleert een signaal door de amplitude van de draaggolf te wijzigen tussen een eindige reeks amplituden. ASK-modulatie verzendt digitale gegevens via glasvezellijnen door de amplitude van het licht dat door de kabels wordt verzonden te wijzigen.
• Kwadratuuramplitudemodulatie (QAM) moduleert een signaal door de amplitude van twee afzonderlijke draaggolven te wijzigen die uit fase met elkaar zijn. QAM maakt deel uit van de communicatiespecificatie van Wi-Fi.