Moduláció (fizika)

 Ez a szócikk vagy szakasz lektorálásra, tartalmi javításokra szorul. A felmerült kifogásokat a szócikk vitalapja részletezi (vagy extrém esetben a szócikk szövegében elhelyezett, kikommentelt szövegrészek). Ha nincs indoklás a vitalapon (vagy szerkesztési módban a szövegközben), bátran távolítsd el a sablont!
Csak akkor tedd a lap tetejére ezt a sablont, ha az egész cikk megszövegezése hibás. Ha nem, az adott szakaszba tedd, így segítve a lektorok munkáját! (2006 márciusából)
Ez a szócikk nem tünteti fel a független forrásokat, amelyeket felhasználtak a készítése során. Emiatt nem tudjuk közvetlenül ellenőrizni, hogy a szócikkben szereplő állítások helytállóak-e. Segíts megbízható forrásokat találni az állításokhoz! Lásd még: A Wikipédia nem az első közlés helye.

A moduláció különféle eljárások csoportja, melyek biztosítják, hogy egy szinuszos jel - a vivő - képes legyen információ hordozására. A szinuszos jel három fő paraméterét, az amplitúdóját, a fázisát vagy a frekvenciáját módosíthatja a modulációs eljárás, azért, hogy a vivő információt hordozhasson. Néhány ok, ami miatt szükséges a közvetítő közegen való átküldést megelőző moduláció:

  • az átvivendő jel és a közvetítő közeg fizikai jellemzőinek összeegyeztetése
  • egy fizikai közegben több, egymástól független információ átvetele

A berendezés, amely végrehajtja a modulációt: modulátor; és a berendezés, ami a visszaállításhoz szükséges inverz műveletet hajtja végre: demodulátor. A mindkét művelet végrehajtására képes eszköz (a két kifejezés összevonásából): modem.

Digitális moduláció esetében az átvitelre kerülő jel lehetséges változásait egy speciális (modulációs) ábécé határozza meg, és minden bejövő, továbbítandó információ része lesz a ténylegesen továbbított jelzésnek (szimbólumnak).

Az analóg moduláció esetén a vivőjel változása folyamatos, és a vivőjel valamilyen jellemzőjének (lásd később) folyamatos megváltoztatásával történik az információ(k) továbbítása.

Általában a modulációval szemben a következő követelményeket támasztják:

  • egyszerűség (kis veszteség, kis szóródás), a jel elektromágneses hullámként való továbbítása
  • multiplexálhatóság, egy adott átviteli közegen keresztül több jelfolyam is átvihető legyen egy időben
  • a vevő oldalon könnyen kezelhető legyen

A vivőjel általában nagyfrekvenciájú elektromágneses hullám.

Analóg modulációs technikák

  • szögmoduláció
    • fázismoduláció (PM)
    • frekvenciamoduláció (FM)
  • amplitúdómoduláció (AM)
    • egy oldalsávos moduláció (SSB, vagy SSB-AM), módosított változata az egy oldalsávos, elnyomott vivőjű moduláció (SSB-SC)
    • Vestigial-oldalsávos moduláció (VSB, vagy VSB-AM)
  • szigma-delta moduláció (∑Δ)

Digitális modulációs technikák

Bármilyen módon történik a digitális moduláció, minden esetben szükséges véges számú, egymástól különböző, digitális adatnak megfelelő jel.

  • A fáziseltolás-billentyűzés (phase-shift keying) véges számú fázist használ.
  • A frekvenciaeltolás-billentyűzés (FSK, frequency-Shift Keying) véges számú frekvenciát használ.
  • Az amplitúdóeltolás-billentyűzés (ASK, Amplitude-Shift Keying) véges számú amplitúdót használ, és nagyon hasonlít az impulzuskód-modulációhoz.

Minden fázishoz, frekvenciához vagy amplitúdóhoz egy egyedi bináris bitmintát rendelnek. Általában minden fázis, frekvencia vagy amplitúdó azonos számú bitet reprezentál. Adott számú bit egy szimbólumot alkot.

A modulátor az átvinni kívánt adaton a következő lépéseket hajtja végre:

  1. elfogadja a bejövő digitális adatot;
  2. a kapott adatokat- opcionálisan – kibővíti egyéb adatokkal (hibajavító kód);
  3. az adatokat szimbólumokba csoportosítja;
  4. a szimbólumnak megfelelően beállítja vagy megváltoztatja a fázist, frekvenciát vagy amplitúdót;
  5. a modulált jelet elküldi további feldolgozásra - például szűrés, csatorna-kódolás - mielőtt a tényleges jelátvitel megtörténne, majd a jelet az adott átviteli közegen keresztül továbbítja.

A vevő oldalon a demodulátor

  1. visszaállítja a szűrés, csatorna-kódolás által esetleg megváltoztatott jelet;
  2. meghatározza a jel fázisát, frekvenciáját vagy amplitúdóját;
  3. a fázis, frekvencia vagy amplitúdó alapján egy táblázatból kiválasztja a megfelelő szimbólumot;
  4. a szimbólumot egyedi, különálló bitekre fordítja;
  5. a bitfolyamot továbbítja későbbi feldolgozásra (például az esetleges hibajavító kód(ok) eltávolítása).

A fentiek miatt a digitális kommunikációs rendszereknél a modulátor és a demodulátor tervezése egyszerre történik. A digitális modulációs sémák esetében alapvető fontosságú, hogy az adó-vevő pár tudja, hogy az adatok hogyan vannak kódolva, és milyen jellemző reprezentálja azokat az adott rendszerben, illetve az adó-vevő pároknak az egymásnak megfelelő inverz műveleteket kell tudniuk végrehajtani.

A legfontosabb modulációs osztályok a következők:

  • fáziseltolás-billentyűzés (PSK);
  • frekvenciaeltolás-billentyűzés (FSK) és hangfrekvenciaeltolás-billentyűzés (AFSK – Audio Frequence-Shift Keying);
    • minimumeltolás-billentyűzés (MSK – Minimum Shift Keying);
    • Gauss minimumeltolás-billentyűzés (GMSK – Gaussian Minimum Shift Keying);
    • nagyon minimális eltolás-billentyűzés (VMSK – Very Minimum Shift Keying);
  • amplitúdóeltolás-billentyűzés (ASK) és ennek legismertebb formája a be-ki billentyűzés (OOK – On-Off Keying);
  • kvadratúra-amplitúdómoduláció (QAM), a PSK és az ASK kombinációja;
  • folyamatos fázismoduláció (CPM);
  • Trellis-kódolású moduláció (TCM), mely Trellis-moduláció néven ismert.

Az MSK és a GMSK valójában egy speciális esete a folyamatos fázismodulációnak (CPM).

Gyakran hivatkoznak – hibásan – az ortogonális frekvencia-osztásos multiplexálásra (OFDM), mint modulációs sémára, mely előnyösen használható a digitális technikában. Az eljárás mint diszkrét többhangos moduláció (DMT) ismert. Ha az OFDM egy csatornakódolás-technikával együtt lép fel, akkor az nem más, mint a kódolt ortogonális frekvencia-osztásos multiplexálás (COFDM). Az OFDM viszont szigorúan egy csatorna-hozzáférési mód és nem egy modulációs séma.

Impulzusmoduláció

Az impulzusmoduláció a digitális és analóg technikák hibrid megoldása.

  • Impulzuskód-moduláció (PCM – Pulse-Code Modulation))
  • Impulzusszélesség-moduláció (PWM – Pulse-Width Modulation)
  • Impulzusamplitúdó-moduláció (PAM – Pulse-Amplitude Modulation)
  • Impulzuspozíció-moduláció (PPM – Pulse-Position Modulation)
  • Impulzussűrűség-moduláció (PDM Pulse-Density Modulation)

Különleges technikák

  • A Morzekód rádión keresztüli átvitelére használják az úgynevezett folytonos vivő (CW) csatornán egy ki-be billentyűzési módot.
  • Adaptív moduláció
  • Wavelet-moduláció

Kapcsolódó szócikkek

Egyéb, angol nyelvű információk

  • "Data Encoding Techniques" és "Specifications for Data Encoding" .
  • szemléltető anyagok különböző modulációs eljárásokhoz
  • https://web.archive.org/web/20090417234616/http://www.educypedia.be/electronics/rfdigmod.htm
  • Informatika Informatikai portál • összefoglaló, színes tartalomajánló lap