Modulacja

Modulacja to proces, który pobiera prosty sygnał (taki jak fala sinusoidalna) i koduje w nim inny sygnał, aby przesłać informacje. Umożliwia przesyłanie danych analogowych i cyfrowych za pomocą fal radiowych, przewodów telefonicznych i linii z kabla koncentrycznego. Urządzenia, które modulują i demodulują sygnały w celu przesyłania danych przez Internet, nazywają się modemami.

Najpierw układ zwany modulatorem odbiera sygnał wejściowy, znany jako sygnał modulujący, zawierający dane do przesłania. Sygnał modulujący może zawierać dane analogowe, takie jak sygnał dźwiękowy z mikrofonu, albo sygnał cyfrowy nazywany strumieniem bitów. Modulator łączy sygnał modulujący z sygnałem o wyższej częstotliwości, nazywanym sygnałem nośnym lub falą nośną, zmieniając jego amplitudę, częstotliwość albo fazę. Fala nośna przemieszcza się przez medium transmisyjne, takie jak fale radiowe lub przewód transmisyjny. Demodulator na drugim końcu odbiera sygnał i stosuje proces odwrotny, aby oddzielić sygnał modulujący od sygnału nośnego.

Modulacja analogowa

Najczęstszym zastosowaniem modulacji analogowej jest przesyłanie sygnałów radiowych na duże odległości. W przeszłości była ona główną metodą przesyłania innych sygnałów, takich jak telewizja i komunikacja głosowa, ale obecnie sygnały te korzystają z modulacji cyfrowej.

Istnieją trzy podstawowe metody modulowania sygnałów analogowych:

• Modulacja amplitudy (AM) polega na modulowaniu sygnału przez zwiększanie lub zmniejszanie amplitudy fali nośnej w celu przenoszenia sygnału modulującego, podczas gdy częstotliwość fali nośnej pozostaje stała.
• Modulacja częstotliwości (FM) polega na modulowaniu sygnału przez utrzymywanie stałej amplitudy i zmianę częstotliwości fali nośnej na podstawie sygnału modulującego. FM jest mniej podatna na zakłócenia niż AM.
• Modulacja fazy (PM) polega na modulowaniu sygnału przez zmianę fazy fali nośnej na podstawie amplitudy sygnału modulującego. Zarówno amplituda, jak i częstotliwość fali nośnej pozostają stałe.

Modulacja cyfrowa

Modulacja cyfrowa umożliwia przesyłanie cyfrowego strumienia bitów za pomocą sygnałów analogowych, na przykład przez linie telefoniczne lub kablowe (z użyciem modemów), albo za pomocą cyfrowych sygnałów radiowych (Wi-Fi, Bluetooth lub sieci komórkowe).

Zamiast modulować falę nośną w celu przenoszenia innego sygnału, modulacja cyfrowa moduluje falę nośną w celu przesłania strumienia bitów. Najprostsza forma modulacji cyfrowej przesyła po jednym bicie, przełączając sygnał między dwoma stanami: włączonym (1) i wyłączonym (0). Liczba zmian, jakie zmodulowany sygnał może wykonać w ciągu sekundy, jest znana jako szybkość transmisji w bodach.

Bardziej zaawansowane metody używają alfabetu modulacji, aby efektywniej przesyłać dane. Alfabet modulacji może kodować wiele bitów w jednym tonie. Na przykład jedna metoda może kodować grupy 2 bitów za pomocą czterech różnych tonów — jednego tonu dla 00, drugiego dla 01, trzeciego dla 10 i czwartego dla 11. Metoda kodująca jednocześnie 4 bity używałaby zamiast tego 16 różnych tonów.

Istnieje wiele rodzajów modulacji cyfrowej, ale najczęściej stosowane są następujące:

• Kluczowanie z przesuwem fazy (PSK) moduluje sygnał przez zmianę fazy fali nośnej między skończonym zbiorem wartości.
• Kluczowanie z przesuwem częstotliwości (FSK) moduluje sygnał przez zmianę częstotliwości fali nośnej między skończonym zbiorem częstotliwości. Kluczowanie z przesuwem częstotliwości akustycznej (AFSK) to metoda modulacji cyfrowej używana we wczesnych modemach komputerowych.
• Kluczowanie z przesuwem amplitudy (ASK) moduluje sygnał przez zmianę amplitudy fali nośnej między skończonym zbiorem amplitud. Modulacja ASK przesyła dane cyfrowe przez linie światłowodowe, zmieniając amplitudę światła przesyłanego przez kable.
• Kwadraturowa modulacja amplitudy (QAM) moduluje sygnał przez zmianę amplitudy dwóch oddzielnych fal nośnych, które są przesunięte względem siebie w fazie. QAM jest częścią specyfikacji komunikacji Wi-Fi.