Modulaatio (elektroniikka)

Modulaatio tarkoittaa elektroniikassa ja tietoliikennetekniikassa signaalin muokkaamista toisella signaalilla. Sen käänteisoperaatio on demodulaatio.

Tiedonsiirrossa modulaatiota käytetään lähetettävän signaalin siirtämiseksi toisen signaalin yhteydessä. Tämä on tarpeen esimerkiksi ääni- tai kuvasignaalin siirtämiseksi radioteitse suuritaajuisen kantoaallon avulla, joko analogisessa tai digitaalisessa muodossa. 

Tehoelektroniikassa modulaatiota käytetään esim. puolijohdetehokytkimien ohjauksessa moottorikäytöissä. Moottorikäytölle (taajuusmuuttaja) syötetään tavallisesti 50 Hz:n verkkojännite, jonka taajuus muokataan puolijohdetehokytkimien avulla halutun taajuiseksi pulssimaiseksi jännitteeksi. Modulointimenetelmänä käytetään tyypillisesti pulssinleveysmodulaatiota (Pulse Width Modulation, PWM).

Modulointimenetelmät
Modulointimenetelmät ovat keinoja lähettää tietoa siirtotien, esimerkiksi radioaaltojen tai parikaapelin, välityksellä. Moduloinnilla siirrettävä tieto sovitetaan siirtotielle.

Nykyään yhä useammin moduloivat viestit ovat digitaalisia (erityisesti CW- ja PM-moduloinnit). Perinteisessä radiotekniikassa käytetään myös analogisia viestejä (erityisesti AM- ja FM-moduloinnit).

Continuous Wave
Yksinkertaisin modulointi on lähettää yhdellä ja samalla kantoaaltotaajuudella, ja välittää viesti katkomalla tätä kantoaaltoa (CW, continuous wave). Vanhin esimerkki on sähkötys Morsen aakkosilla, mutta tekniikkaa käytetään myös esimerkiksi tiedon välittämiseen valokaapelissa.

Amplitudimodulaatio

Amplitudimodulaatiossa (AM, amplitude modulation) viesti välitetään kantoaallon amplitudin vaihteluina. Tämä menetelmä on yksinkertainen, mutta hyvin herkkä häiriöille. Radiotekniikan alkuaikoina (ennen nykyisiä ULA-lähetyksiä) radiolähetykset lähetettiin amplitudimoduloituna. Amplitudimodulaation tuloksesta voidaan jättää pois myös kantoaalto tai jopa toinen moduloidun spektrin sivunauha (DSB-SC ja SSB). AM-modulaattorin energiatehokkuus on heikko, joten nykyään suositaan hakkuri-tyyppisiä modulaattoreita, kuten delta-sigma-modulaattoreita.

Taajuusmodulaatio

Taajuusmodulaatiossa (FM, frequency modulation) kantoaallon taajuus vaihtelee tietyllä (kapealla) taajuusalueella. Viestin kulloinenkin arvo on kulloinenkin taajuus. Tämä menetelmä ei ole kovin herkkä häiriöille ja perinteiset ULA-radiolähetykset lähetetään FM-moduloituna. Ks. myös GMSK.

Vaihemodulaatio

Vaihemodulointi (PM, phase modulation) on tekniikka, joka soveltuu erityisesti digitaalisen tiedon modulointiin. Tässä tekniikassa lähetetään yksi kantoaallon pulssi kerrallaan, ja seuraava pulssi lähetetään mahdollisesti hieman erivaiheisena (esimerkiksi 1/4 aaltoa myöhästytettynä). Viesti lähetetään näinä vaihesiirtoina. Vaihesiirto ei itse asiassa tule sellaisenaan siirtotiestä lävitse, vaan vaihesiirrot aiheuttavat kantoaallon lisäksi eritaajuisia häiriöitä siirtotielle (ks. FFT-muunnos). Vaihesiirrot ovat kuitenkin helppoja tuottaa, ja ne ovat helppoja havaita kantoaallon lähellä olevien taajuuksien häiriöistä. PM-modulointia käytetään esimerkiksi GSM-verkon EDGE-koodauksessa. Vaihemodulointi voidaan yhdistää amplitudimodulointiin, jolloin kantoaallon vaiheen lisäksi moduloidaan sen amplitudia (QAM). Tätä tekniikkaa käytetään erityisesti monissa suuria datansiirtonopeuksia vaativissa sovelluksissa, kuten ADSL:ssä, digitaalitelevisiossa ja moderneissa matkapuhelinstandardeissa. Ks. myös PSK.

Delta-sigma-modulointi
Delta-sigma-modulointi (ΔΣ, delta-sigma modulation) tai sigma-delta-modulointi on tapa muuntaa analogisia signaaleja digitaalisiksi signaaleiksi. Sigma-delta-modulointia käytetään yleisesti A/D- ja D/A-muuntimissa.

Muita menetelmiä
Laajakaistaiset modulointimenetelmät voivat hyödyntää laajaa taajuuskaistaa yhtäaikaisesti. Tällöin myös useat lähettäjät voivat lähettää yhtä aikaa eikä erillistä kanavanvarausta tarvita. Laajakaistaisella moduloinnilla on myös sotilaallisia sovelluksia, sillä lähetystä voi olla mahdotonta erottaa kohinasta. Laajakaistaisia modulointimenetelmiä ovat muun muassa CDMA (FHSS ja DSSS) ja UWB.

Lähteet

Aiheesta muualla