Modulace

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Schematická značka modulátoru

Modulace je nelineární proces, kterým se mění charakter vhodného nosného signálu pomocí modulujícího signálu. Modulace se velmi často používá při přenosu nebo záznamu elektrických nebo optických signálů. Nejběžnějšími příklady zařízení spotřební elektroniky využívajících modulaci jsou například rozhlasový a televizní přijímač, mobilní telefon, různé typy modemů, satelitní přijímače atd.

Zařízení, které provádí modulaci se nazývá modulátor. Musí vždy obsahovat nějaký nelineární prvek, jinak nemúže k modulaci dojít. Platí to ale i naopak. Jakmile se jakékoliv dva signály setkají na nějakém nelineárním prvku nebo v nelineárně se chovajícím prostředí, dojde k jejich vzájemné modulaci tzv. intermodulaci. Opakem modulace je demodulace, kterou provádí demodulátor.

[editovat] Základní pojmy

modulační signál - signál, který chceme modulovat na nosný signál
nosný signál - signál, který modulujeme modulačním signálem
modulovaný signál - výsledný signál po procesu modulace
modulační produkty - složky modulovaného signálu (zpravidla z pohledu jeho frekvenční analýzy)
jednoduché modulace - modulace zpracovávající jeden modulační signál
složené modulace - modulace zpracovávající několik modulačních signálů najednou

[editovat] Rozdělení modulací

Existuje celá řada různých typů jednoduchých a složených modulací. Podle typu nosného signálu se rozdělují na:

spojité analogové modulace - nosným signálem je signál s harmonickým průběhem v čase (sinusoida nebo cosinusoida) a modulačním signálem je analogový signál
spojité digitální modulace - nosným signálem je signál s harmonickým průběhem v čase (sinusoida nebo cosinusoida) a modulačním signálem je digitální signál
diskrétní modulace - nosným signálem těchto modulací je signál s nespojitým průběhem často také nazývaný taktovací signál

[editovat] Spojité modulace

Fázrový diagram znázorňující druhy spojitých modulací

Libovolný harmonický průběh je definován třemi parametry:

$y = A\cdot\sin\left(\Omega t + \phi \right)$

A - je amplituda průběhu

Argumentem sinusovky je úhel jehož okamžitá hodnota se skládá se ze dvou složek:

$Ω$ - je úhlová frekvence
$φ$ - je fázový posuv

Podle toho, který z výše uvedených parametrů je ovlivňován modulačním signálem, jsou spojité modulace rozděleny na:

amplitudovou - AM
úhlové
- frekvenční - FM
- fázovou - PM (z anglického phase)

Na přiloženém fázorovém diagramu je fázor nosné znázorněn černou šipkou, která se otáčí konstantní úhlovou frekvencí $Ω$ . Amplitudová modulace během otáčení mění jeho amplitudu, zatímco obě úhlové modulace mění jeho okamžitý úhel. Fázová pouhou změnou fáze (při konstantním modulačním signálu je fázový úhel v čase neměnný), kdežto frekvenční změnou frekvence (při konstantním modulačním signálu se fázový úhel v čase trvale mění konstantní rychlostí).

[editovat] Analogové modulace

Pokud je modulačním signálem typický analogový signál nabývající nekonečného počtu hodnot, nabývá také výsledný fázor modulovaného signálu nekonečného množství hodnot.

[editovat] Digitální modulace

Je-li modulačním signálem digitální signál nabývající konečného počtu stavů, nabývá i fázor modulovaného signálu konečného počtu poloh. Mezi jednoduché modulace tohoto typu patří:

ASK - Amplitude-Shift Keying (odpovídá AM)
FSK - Frequency-Shift Keying (odpovídá FM) a její speciální případ MSK - Minimum-Shift Keying
PSK - Phase-Shift Keying (odpovídá PM), typický představitelé:
- BPSK - Binary Phase Shift Keying (dvoustavová)
- QPSK - Quadrature Phase Shift Keying (čtyřstavová), 8PSK, 16PSK (vícestavové)

[editovat] Diskrétní modulace

U taktovací signálu diskrétních modulací lze také měnit několik parametrů. Navíc se tyto modulace rozdělují i podle toho, jestli je spojitý (nekvantovaný) nebo diskrétní (kvantovaný) signál modulační.

nekvantované
- pulzně amplitudová modulace - PAM
- pulzně šířková modulace - PWM (W z anglického width)
- pulzně polohová modulace - PPM (P z anglického position)
kvantované
- pulzně kódová modulace - PCM (C z anglického code)
- delta modulace - DM
- adaptivní delta modulace - ADM
- diferenční pulsně kódovaná modulace - DPCM
- adaptivní diferenciální pulsně kódová modulace - ADPCM

[editovat] Složené modulace

Mezi nejpoužívanější složené modulace patří:

kvadraturní amplitudová modulace - QAM (Q z anglického quadrature)
amplitudově fázová modulace - APSK - podobná jako QAM, jiný konstelační diagram