Modulace

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.

Většina zdrojů zpráv generuje signály, které ve své původní podobě nejsou vhodné pro dálkový přenos. Proto vznikla modulace, která posílí signál (nesenou informaci), lze ho tak přenášet na delší vzdálenost.

Zařízení, které provádí modulaci, se nazývá modulátor. Musí vždy obsahovat nějaký nelineární prvek, jinak nemůže 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.

Základní pojmy 
 modulační signál – signál, kterým chceme modulovat 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

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) a modulačním signálem je analogový signál
 spojité digitální modulace – nosným signálem je signál s harmonickým průběhem, modulačním signálem je diskrétní (digitální) signál
 diskrétní modulace – nosným signálem těchto modulací je signál s nespojitým průběhem často také nazývaný taktovací signál

Spojité modulace 
Libovolný harmonický signál

je definován třemi parametry:

 A – je amplituda signálu
  – je úhlová frekvence
  – 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 . 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).

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

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), typičtí představitelé:
 BPSK – Binary Phase Shift Keying (dvoustavová)
 QPSK – Quadrature Phase Shift Keying (čtyřstavová), 8PSK, 16PSK (vícestavové)

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

 nekvantované
 pulzně amplitudová modulace – PAM – přenáší se okamžitá hodnota signálu v diskrétních okamžicích
 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) – okamžité hodnoty signálu jsou vyjádřeny celým číslem; přenáší se posloupnost těchto čísel
 diferenční pulzně kódovaná modulace – DPCM – přenáší se rozdíl mezi hodnotou posledních dvou vzorků signálu vyjádřený celým číslem
 adaptivní diferenciální pulzně kódová modulace – ADPCM
 delta modulace – DM
 delta-sigma modulace – ΔΣ nebo sigma-delta ΣΔ
 adaptivní delta modulace – ADM

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

Související články 
 Modulátor
 Demodulátor
 Modem
 Frekvenční modulace
 Amplitudová modulace
 Fázová modulace
 Pulzní modulace

Externí odkazy 
 

 
Telekomunikace
Elektronika