Modulacja sygnału transmisji
Dlaczego stosuje się modulacje w warstwie fizycznej transmisji informacji?
Są dwa podstawowe powody takiego postępowania: po pierwsze, gdybyśmy informację przesyłali za pomocą fal radiowych w jej naturalnym paśmie częstotliwości, każde dwa sygnały nakładałyby się na siebie i zagłuszałyby się wzajemnie. Inaczej mówiąc, przez kodowanie informacji na falach nośnych o różnych częstotliwościach jest możliwe "częstotliwościowe zwielokrotnienie" sygnału i tym samym otrzymanie wielu kanałów równocześnie.
Po drugie, sygnały o niektórych długościach fal dają się łatwiej wytwarzać i przesyłać, niż sygnały o innych długościach fal. Na przykład, fale elektromagnetyczne o częstotliwościach z zakresu od 5 do 30MHz mogą podróżować wokół kuli ziemskiej przez wielokrotne odbicia od jonosfery, natomiast w zakresie mikrofal, za pomocą anten o niezbyt dużych wymiarach można formować wąskie wiązki falowe. Zatem zakres fal krótkich (HF) używany jest do łączności pozahoryzontalnej, natomiast zakres mikrofal stosuje się do łączności za pośrednictwem stacji retransmisyjnych umieszczonych w zakresie widoczności optycznej oraz w technice radarowej.
Modulacja to nic innego, jak przekształcenie sygnału informacyjnego do postaci dogodnej dla transmisji przez dany kanał (w dany sposób).
Polega na zmienianiu jednego z parametrów fali nośnej ("produkt" modulacji) zgodnie ze zmianami sygnału informacyjnego (fala modulująca), przy czym sygnał zmodulowany zajmuje zwykle pasmo większe lub równe pasmu sygnału modulującego (Nie da się "upychać" częstotliwości chcemy modulować pasmo 20-30kHz? Potrzebujemy takiego samego lub szerszego pasma fali nośnej). Sygnał jest później odtwarzany przez odbiornik w procesie demodulacji.
Niestety, nieunikniona jest tu obecność szumów i zniekształceń, więc 100% odtworzenie oryginalnego sygnału jest praktycznie niemożliwe. Różne typy modulacji mają różną podatność na owe zakłócenia.
Na czym polega i czym się charakteryzuje modulacja amplitudy?
Modulacja amplitudy (AM), to rodzaj modulacji, w której w takt sygnału informacyjnego zmienia się amplituda fali nośnej (dla przypomnienia, jest to "produkt"" modulacji). Obwiednia sygnału AM zależy od sygnału informacyjnego. Jest to najstarsza z metod modulacji.
Plusy:
Łatwość implementacji, prostota modulacji i demodulacji.
Minusy:
Nieekonomiczna ze względu na moc (ponieważ fala nośna jest całkowicie niezależna od sygnału modulującego - nie ważne, co wysyłamy, zawsze musi mieć określoną moc - widać na rysunku).
Nieekonomiczna ze względu na szerokość pasma (wymaga szerokości pasma dwukrotnie większej, niż pasmo sygnału modulującego).
Aby pozbyć się powyższych wad, stosuje się różne modyfikacje tej metody.
Na czym polega i czym się charakteryzuje modulacja częstotliwości?
Modulacja częstotliwości (FM), to rodzaj modulacji, w której w takt sygnału informacyjnego zmienia się chwilowa częstotliwość fali nośnej. Metoda ta, obok modulacji fazy, należy do metody zwanej modulacją kąta (kąt fali nośnej zmienia się w takt sygnału informacyjnego, jej amplituda jest natomiast stała).
Obwiednia sygnału FM jest stała i równa amplitudzie fali nośnej.
Plusy:
Mniejsza podatność na zakłócenia i szumy.
Stała moc emisji (ze względu na stałą amplitudę fali nośnej).
Minusy:
Zwiększone pasmo transmisji.
Na czym polega i czym się charakteryzuje modulacja fazy
Modulacja fazy (PM), to rodzaj modulacji bardzo zbliżony do FM, polegający na zmianach chwilowej fazy fali nośnej w takt sygnału informacyjnego.
Obwiednia sygnału PM jest stała i równa amplitudzie fali nośnej.
Plusy:
Mniejsza podatność na zakłócenia i szumy.
Stałą moc emisji (ze względu na stałą amplitudę fali nośnej).
Minusy:
Zwiększone pasmo transmisji.
Ten rodzaj modulacji jest rzadko używany w systemach analogowych w ich przypadku prościej jest stosować FM. Natomiast PM jest szeroko stosowana w transmisji cyfrowej.
Ilustracja (w momencie zmiany sygnału dyskretnego, następuje zmiana fazy o 180°):
Na podstawie powyższego rysunku można również porównać PM z innymi metodami modulacji.
Na czym polega i czym się charakteryzuje modulacja typu I/Q
Modulacja typu I/Q (In-phase/Quadrature-phase) polega na dzieleniu sygnału modulującego na dwie składowe (I oraz Q, przy czym Q jest po prostu opóźniona w fazie o 90° w stosunku do I), oraz łączeniu otrzymanych dwóch kanałów w jeden sygnał tak, aby możliwe było ich powtórne rozdzielenie przez odbiornik i odczytanie pierwotnego sygnału.
Plusy:
Bardzo dobra w transmisji cyfrowej, wydajna metoda przesyłu informacji.
Prostota i wielozadaniowość (modulator IQ jest w stanie wytwarzać AM, FM, oraz PM).
Jaka jest różnica między dodawaniem sygnałów a ich mnożeniem?
Powyższe rysunki ilustrują mnożenie sygnałów (tak właśnie działa modulacja amplitudy zastosowanie w mikserach radiowych, urządzeniach pomiarowych, itp.). Widmo sygnału zmodulowanego odpowiada widmu sygnału audio (sygnał modulujący), przesuniętemu do częstotliwości fali nośnej.
Dodawanie sygnałów jest procesem prostszym amplituda wypadkowa w danym punkcie jest po prostu sumą amplitud składowych.