Cele i rodzaje modulacji 15.02.2008

modulacja Bez modulacji przesyłanie sygnałów na dalekie odległości byłoby niemożliwe. Modulacja ma przede wszystkim na celu dopasowanie właściwości widmowych sygnału do charakterystyk częstotliwościowych kanału transmisyjnego. Sygnał informacyjny jest z reguły sygnałem dolnopasmowym, o znaczącym udziale składowych niskoczęstotliwościowych, podczas gdy istniejące kanały są zawsze środkowoprzepustowe. Bezpośrednie przesyłanie sygnału w jego naturalnym paśmie, nazywanym pasmem podstawowym, powodowałoby zatem niedopuszczalne zniekształcenia tych składowych. W wyniku modulacji widmo sygnału jest przenoszone w zakres wyższych częstotliwości, co umożliwia dopasowanie widmowe sygnału do kanału.

Modulacja c.d. Modulacja umożliwia ponadto efektywne wykorzystanie pasma przepustowego kanału. Bez modulacji przez jeden kanał można przesłać tylko jeden sygnał. Jednoczesna transmisja dwóch niezmodulowanych sygnałów, o pokrywających sie pasmach podstawowych, spowodowałaby nałożenie sie w kanale ich widm, co uniemożliwiłoby odseparowanie tych sygnałów po stronie odbiorczej.

Modulacja analogowa Stosując modulacje analogowe, widma sygnałów można przenieść w rożne, nie zachodzące na siebie, pasma częstotliwości i tym samym odseparować je w odbiorniku za pomocą dostrojonych do tych pasm filtrów środkowoprzepustowych. Modulacja umożliwia zatem przekazywanie wielu sygnałów przez jeden kanał transmisyjny w systemach zwielokrotnienia częstotliwościowego, nazywanych także systemami z podziałem częstotliwościowym (systemami FDM, od ang. Frequency-Division Multiplexing). W ten sposób jest organizowana transmisja sygnałów np. w systemach telefonicznych (zarówno klasycznych analogowych, jak i współczesnych cyfrowych), a także w systemach radiowych i telewizyjnych powszechnego użytku.

Modulacje cyfrowe Z drugiej strony, stosując modulacje impulsowe lub cyfrowe, można organizować transmisje wielu sygnałów przez jeden kanał w systemach zwielokrotnienia czasowego, nazywanych systemami z podziałem czasowym (systemami TDM, od ang. Time-Division Multiplexing). W systemach tych transmitowane sygnały są przemieszane w częstotliwości, ale odseparowane od siebie w czasie, tzn. próbki sygnałów (niezakodowane w systemach impulsowych lub zakodowane w systemach cyfrowych) są przekazywane w różnych, ściśle określonych przedziałach czasu. Umożliwia to rozdzielenie próbek po stronie odbiorczej za pomocą układów separujących odpowiednio synchronizowanych w czasie.

CDMA W ostatnich latach jest rozwijana intensywnie jeszcze inna koncepcja cyfrowych systemów transmisji wielu sygnałów przez wspólny kanał. Systemy oparte na tej koncepcji są nazywane systemami z podziałem kodowym (systemami CDMA, od ang. Code-Division Multiple Access). Sygnały w tych systemach są przemieszane zarówno w częstotliwości, jak i w czasie, ale każdy z nich posiada swój własny identyfikator w postaci odpowiedniej sekwencji kodującej. Dzięki temu możliwa jest ich separacja po stronie odbiorczej. Systemy CDMA umożliwiają jeszcze bardziej efektywne wykorzystanie możliwości transmisyjnych kanału. Są one coraz częściej stosowane w praktyce i – zdaniem specjalistów – w ich kierunku będzie następował rozwój systemów telekomunikacyjnych.

Modulacja Modulację określa się często jako proces uzmienniania parametrów ustalonego standardowego sygnału c(t), nazywanego sygnałem nośnym lub falą nośną. Parametry te są uzmienniane w zależności od bieżących wartości sygnału informacyjnego. Sygnał informacyjny jest nazywany sygnałem modulującym, a fala nośna – sygnałem modulowanym. Sygnał otrzymany w wyniku operacji modulacji jest nazywany sygnałem zmodulowanym.

Sygnał ten jest określony przez trzy parametry: amplitudę Y0, pulsację (częstotliwość F = Ω/2π) oraz fazę początkową φ0. Pulsacja (częstotliwość F) jest nazywana pulsacją (częstotliwością) nośną. W wyniku modulacji jeden z tych parametrów jest uzmienniany w takt zmian sygnału informacyjnego, przy czym zmiany te następują w sposób ciągły w czasie. Z tego względu modulacje analogowe są niekiedy nazywane modulacjami ciagłymi.

Impulsowe systemy modulacji W impulsowych systemach modulacji funkcje fali nośnej spełnia unipolarna fala prostokątna z reguły o małym współczynniku wypełnienia. Również w tym przypadku fala nośna jest określona trzema parametrami: amplituda impulsów Y0, czasem ich trwania T oraz okresem T0. Modulacja polega w tym przypadku na zmianach wartości jednego z tych parametrów w zależności od bieżących wartości próbek sygnału informacyjnego, przy czym uzmiennianie okresu T0 polega na zmianach odległości miedzy kolejnymi impulsami fali nośnej. Zmiany wartości parametrów następują od impulsu do impulsu (od próbki do próbki), a wiec zachodzą w czasie w sposób skokowy. Jeśli uzmienniany parametr przybiera wartości w zbiorze ciągłym, modulację impulsową nazywamy analogową. Jeśli natomiast w wyniku kwantowania uzmienniany parametr przybiera wartości w zbiorze skończonym, modulację impulsową nazywamy cyfrową. W tym drugim przypadku modulacja jest nazywana także modulacją impulsowo-kodową.

W cyfrowych systemach modulacji, podobnie jak w systemach analogowych, fala nośna jest sygnałem harmonicznym. Wartości parametrów tej fali są zmieniane skokowo w kolejnych odcinkach czasu, nazywanych przedziałami sygnałowymi (ang. signaling interval). Zmiany te następują w zależności od aktualnie transmitowanego znaku binarnego (bitu) lub – ogólniej – w zależności od aktualnie transmitowanego ciągu znaków binarnych o ustalonej długości (transmitowanego symbolu). Zmianom może podlegać amplituda, faza, częstotliwość lub jednocześnie amplituda i faza. Istotna cecha modulacji cyfrowych jest to, iż w każdym przedziale sygnałowym parametry fali nośnej mogą przybierać wartości jedynie ze zbioru skończonego.