Modulation
Wikipedia
- För musikalisk betydelse se modulation (musik)
Med modulation menas flera saker som alla har med ordnad förändring att göra.
Inom vågrörelseläran är modulation en process som får en egenskap hos en våg att variera i takt med en annan, styrande våg. I vissa fall ser man enbart på den modulerade signalen och hur den beter sig utan att lägga vikt vid den process som har skapat modulationen.
Vid kommunikation med vågor är modulation ett sätt att få en bärvåg att variera i takt med en meddelandesignal.
[redigera] Kommunikation med vågor
Den våg som ska varieras kallas för bärare eller bärvåg (eng. carrier), medan den styrande vågen kallas meddelandesignal. Modulationen åstadkoms i en modulator och resultatet blir en modulerad bärvåg. Motivet till att låta en bärvåg bära meddelandesignalen är att det möjliggör (eller förbättrar) överföring i det medium som man vill använda. Detta beror ofta på att överföring sker olika effektivt vid olika frekvenser. Modulation gör det oftast också möjligt att skicka flera meddelandesignaler i samma medium utan att de blandas ihop med varandra. Mottagaren ska med en demodulator kunna återskapa meddelandesignalen ur den modulerade bärvågen.
- Meddelande => Modulering => Överföring i ett medium => Demodulering => Meddelande
Några exempel på överföringsmedia:
- Fria rymden erbjuder radiokommunikation med elektromagnetiska vågor.
- Luftrummet erbjuder kommunikation med ljudvågor.
- Elektriska ledare erbjuder kommunikation med elektriska spänningsvågor.
- Optiska ledare erbjuder kommunikation med ljusvågor.
[redigera] Olika sätt att modulera en bärvåg
En bärvåg har flera olika egenskaper som en meddelandesignal kan variera. En sinusformad bärvåg kan i allmänhet skrivas som:
- s(t) = A sin(ωt + Φ)
Här finns tre egenskaper som är möjliga att variera (det vill säga göra tidsberoende):
- A, amplituden, bärvågens signalstyrka: Amplitudmodulering med dubbelt eller enkelt sidband (AM, DSB, SSB), Kvadraturamplitudmodulering (QAM).
- ω, vinkelhastigheten, ett mått på bärvågens frekvens: Frekvensmodulering (FM).
- Φ, bärvågens fasläge: Fasmodulering (PM).
En extrem variant av amplitudmodulering är att begränsa sig till bara två nivåer – allt eller inget. Modulatorn kan då i princip förenklas till en strömbrytare och resultatet blir bärvågspulser av konstant höjd. Tekniken betecknas ofta CW i radiosammanhang, och den erbjuder enkel modulation när meddelandesignalen föreligger i digital form. Den passar också bra för bärvågsgeneratorer som bara kan leverera pulser eller vars vågegenskaper är svåra att styra.
Bärvågspulser har följande egenskaper som kan varieras kontinuerligt:
- Amplituden, pulsens höjd, vilket kräver mer än en "strömbrytare": Pulsamplitudmodulering (PAM).
- Varaktigheten, pulsens bredd: Pulsbreddmodulering (PWM, PDM).
- Avståndet, antingen tiden mellan två pulser eller pulsens förskjutning i tid jämfört med ett omodulerat pulsflöde: Pulslägesmodulering (PPM).
För alla typer av modulering med pulser, se pulstågsmodulering.
Digital information kan kommuniceras med alla ovan nämnda modulationsprinciper. Men om informationen inte ska försämras på vägen, måste man begränsa meddelandesignalen till ett antal bestämda nivåer som är tillräckligt åtskilda för att störningar inte ska kunna skapa osäkerhet vid mottagningen.
Följande egenskaper hos bärvågen kan skifta mellan förutbestämda lägen:
- Amplitud: Amplitudskiftmodulering (ASK)
- Frekvens: Frekvensskiftmodulering (FSK)
- Fas: Fasskiftmodulering (PSK)
Om bärvågen inte är sinusformad utan har högre komplexitet, uppstår fler egenskaper som kan utnyttjas för modulation. I mänskligt tal är bärvågen (tonen från stämbanden) rik på övertoner. Man producerar olika vokaler genom att förändra munhålans form så att den förstärker eller försvagar skilda delar av tonspektrat. Det modulerar röstens klangfärg, se formanter. Samtidigt kan man använda amplitudmodulering för betoningar och frekvensmodulering för tonfall.
[redigera] Tekniskt och fysikaliskt begrepp
- (Delar av detta avsnitt täcks av nyare texter ovan. En rensning är planerad.)
När en signal av något slag, vare sig det är en morsesignal i telegrafin, en röst i ett telefonsamtal eller musiken i ett radioprogram, ska överföras i ett annat medium än den ursprungliga, krävs ofta att man gör om signalen på något sätt för att bättre kunna överföras. Denna omvandling kallas för att man modulerar signalen.
Modulering kan vara av olika slag:
- Amplitudmodulering (AM): bärvågens amplitud varierar i takt med den modulerade signalen.
- Amplitudmodulering är egentligen att betrakta som frekvensblandningdär en tonfrekvens blandas med en bärvåg.
- Därav uppstår ett högre och ett lägre sidband med den använda tonfrekvensens avstånd från bärvågen.
- ESB, variant av ampltudmodulering där bärvåg och ena sidbandet tas bort, standard vid kortvågskommunikation med talöverföring.
- Fyrkantsamplitudmodulering (QAM): bärvågen är en kombination av två AM signaler som varierar i takt med den modulerade signalen med 90 graders fasförskjutning
- Frekvensmodulering (FM): bärvågens frekvens varierar i takt med den modulerade signalen.
- Fasmodulering (PM): bärvågens fas förskjuts tidsmässigt i takt med den modulerade signalens värde.
- Det är viktigt att förstå att FM och PM är samma typ av modulation. FM överföringen kan göras mer okänslig för störningar och distorsion än vad fallet är med amplitudmodulering därför dominerar FM vid satellitöverföring av tv.
- FSK och PSK se telex, fax och amatörradio.
- Frekvens-fasmoduleringens djupaste hemligheter uttrycks egentligen i ett oändligt antal sidband runt bärvågen.
- Pulstågsmodulering
- Trådlös dataöverföring sker via AM FM/PM eller kombinationer därav, se även radar.
Inom rundradion användes AM ännu på långvåg, mellanvåg och kortvåg men försökssändningar med digital radio förekommer på kortvåg http://www.drm.org/ . Omkring 1950 infördes FM på UKV där man kunde öka bärvågens frekvenssving som ger bättre ljudkvalitet. FM är det dominerande inom rundradio på UKV-bandet och för ljudet på analog TV. Svartvit TV bild sänds såsom amplitudmodulering med stympat sidband på VHF_ och UHF-banden. Detta är också fallet med PAL-systemet där färgen tillkommer som en variant på amplitudmodulering utan bärvåg, likt (QAM). Trots det marksända analoga nätets avveckling kommer PAL tv-mottagare finnas kvar i kabel tv näten och bakom digital tv-dekodrar under lång tid tills HDTV blir dominerande.
På samma sätt som signaler kan moduleras för radiovågor, kan de också moduleras för att överföras på en telefonledning eller olika typer av kabelnät. Se vidare basband bredband digital-tv videobandspelare och laser.
