Модуляция сигнала
Амплитудная модуляция
В радиовещании в длинно- и средневолновом диапазоне радиоволн широко используется амплитудная модуляция сигнала. На вход модулятора подаются опорный сигнал и передаваемый (модулирующий), а на выходе получаем смодулированный сигнал, положительная огибающая которого и есть исходный сигнал. Для корректного преобразования необходимо, чтобы несущая частота должна была быть, по крайней мере, в два раза выше, чем верхняя граница полосы модулирующего сигнала. Например, если мы смодулируем несущую частоту в 40 Гц (см. рисунок) гармоническим сигналом 4 Гц, то получим сигнал, спектр которого состоит из трех гармоник.
Первая — fн, и две другие — боковые частоты fн − F и fн + F. Таким образом спектр модулированного сигнала симметричен, и для рационального использования передающего оборудования одну из боковых полос спектра передаваемого сигнала подавляют. При использовании разных частот опорного сигнала можно одновременно передавать несколько независимых сигналов, только необходимо соблюсти условие непересечения полос смодулированных сигналов. Данный способ модуляции довольно прост в реализации, но зато менее устойчив к помехам, нежели другие методы, рассматриваемые ниже. Помехонеустойчивость объясняется относительно узкой полосой модулированного сигнала (всего в два раза шире, чем у исходного). Тем не менее это обстоятельство позволяет использовать амплитудную модуляцию в низко- и среднечастотных диапазонах электромагнитного спектра.
Частотная модуляция
При частотной модуляции модулирующий сигнал модулирует не мощность опорного сигнала, а его частоту. То есть, если уровень сигнала увеличивается, то частота растет, и наоборот. Из-за этого спектр частотно-модулированного сигнала значительно шире исходного сигнала. Соответственно, частотная модуляция обладает высокой помехоустойчивостью, но для ее применения необходимо занимать высокочастотные диапазоны вещания.
Фазовая модуляция
При фазовой модуляции модулирующий сигнал модулирует фазу опорного сигнала. При модулировании цифровым (дискретным) сигналом получается сигнал с очень широким спектром, так как фаза резко поворачивается (двоичный сигнал — на 180 градусов). Поэтому фазовую модуляцию с успехом применяют для обеспечения помехозащищенной цифровой связи в микроволновых диапазонах.
Цифровые способы модуляции (для аналоговых сигналов)
Импульсно-кодовая модуляция (PCM — Pulse Code Modulation)
Для передачи аналогового сигнала по цифровым линиям связи производят дискретизацию с определенной частотой, которая определяется из расчета не менее, чем в 2 раза выше верхней границы полосы аналогового сигнала (по теореме Котельникова). В каждый момент квантования определяется и кодируется в цифровое значение уровень аналогового сигнала. Качество модуляции определяется частотой дискретизации и разрядностью кодирования уровня. В цифровой телефонии используют 8-битное кодирование (256 уровней, 11 КГц), в CD-Audio используют 16-битное кодирование (65536 уровней сигнала, 44,1 КГц), а в DVD-Audio, например, 24 бит/192 КГц.
Дельта-сигма модуляция (DSM — Delta-Sigma Modulation)
При кодировании уровня аналогового сигнала требуется передавать несколько битов, а если уровень сигнала изменяется плавно, то получается избыточность передаваемой информации. Поэтому можно кодировать и передавать только единичное изменение уровня сигнала: 0 — уменьшение, 1 — увеличение уровня сигнала. А если дискретизировать с очень большой частотой (в SACD — Super Audio CD — около 2,8 МГц), то качество модуляции будет сравнимо с качеством DVD-Audio, так как при этом можно улавливать «тончайшие» изменения уровня сигнала. Для уменьшения информационного потока при DSM-модуляции часто применяют кодирование повторяющихся последовательностей битов.
