Signály
Modulácia

Analógový signál, tak ako bol definovaný v prvej časti, je premenlivý signál spojitý v čase aj amplitúde. Ak by sme mali napríklad graficky znázorniť striedavý prúd, vyzeral by ako vlna, s napätím meniacim sa zo záporných na kladné hodnoty. Sú tri faktory, ktoré je potrebné posúdiť: frekvencia, amplitúda a fáza.

Frekvencia je rýchlosť akou prúd osciluje nad a pod nulovú úroveň, resp. strieda svoju polaritu.

Keď prúd vystúpi nad nulovú hodnotu, potom ide späť pod nulovú hodnotu a následne sa vráti na nulu, hovoríme, že spravil jeden „cyklus“. Frekvencia sa udáva v počte cyklov za jednu sekundu a jej jednotkou je Hertz (Hz). Takže ak má analógový signál 500 cyklov za sekundu, hovoríme, že frekvencia je 500 Hertzov (500 Hz).

Za amplitúdu je považovaná hodnota najväčšej výšky a hĺbky grafickej vlny. Inak povedané, je to maximálna absolútna hodnota signálu.

Postupne, ako sa analógový signál šíri priestorom, amplitúda vlny sa zmenšuje. Táto vlastnosť sa nazýva útlm. Analógové vlny nie sú až tak ovplyvnené problémami s útlmom, avšak niekedy musia byť aj ony zosilnené. Amplitúda analógových vĺn sa meria vo wattoch, ampéroch alebo voltoch. Jednotkou merania však často býva decibel. Decibel (dB) umožňuje jednoduché porovnanie dvoch rôznych hodnôt pomocou podielu (v tomto prípade ide o podiel amplitúd signálu). Decibel je bezrozmerná logaritmická jednotka.

Fáza popisuje rozdiel medzi začiatočnými stavom cyklu jedného signálu v porovnaní so začiatočným stavom cyklu druhého signálu, t.j. popisuje ich posun. Jeden signál je vždy referenčným, druhý signál je fázovo posunutý.

Fázovo posunutý signál vzniká malým oneskorením signálu, ktoré spôsobí, že vrcholy a hĺbky nie sú synchrónne v porovnaní s referenčným signálom. Úroveň nesynchronizovanosti je meraná v stupňoch. Ak je fázový posun signálu 180 stupňov, znamená to, že posunutý signál začína tam, kde sa referenčný signál po zostupe z vrcholu dotýka nuly.

Je dôležité dobre poznať amplitúdu, frekvenciu ako aj fázu, keďže signál dokáže prenášať údaje práve cez zmenu týchto vlastností v čase.

Modulácia je proces vkladania správy, napríklad digitálnych bitov, alebo analógového audio signálu, do iného signálu, ktorý môže byť fyzicky vysielaný.

Jedným z dôvodov modulácie je umožniť prenos viacerých signálov v jednom kanáli s obmedzenou šírkou pásma. Každý signál je modulovaný tak, aby sa zmestil do prenosového subpásma. Výhodou teda je, že po zoskupení týchto signálov (čo je možné, keďže každý má individuálne subpásmo) môžeme použiť iba jedno prenosové médium (ktorého pásmo je zložené zo subpásiem).

Pri analógovej modulácii sa modulácia aplikuje kontinuálne podľa spojitého analógového signálu. Existuje veľa druhov analógových modulácii, najjednoduchšie sú amplitúdová modulácia (AM), fázová modulácia (PM) a frekvenčná modulácia (FM).

Obr. 1.15: Amplitúdová modulácia analógového a digitálneho signálu
Obr. 1.16: Frekvenčná modulácia analógového a digitálneho signálu
Obr. 1.17: Fázová modulácia digitálneho signálu

AM pracuje zmenou sily prenášaného signálu na základe posielanej informácie – amplitúda je priamo úmerná sile informačného signálu. Nosná vlna je modulovaná (modifikovaná) vstupným signálom za účelom prenosu informácie. Nosná vlna má zvyčajne oveľa vyššiu frekvenciu ako vstupný informačný signál. Amplitúda nosnej vlny je modulovaná vstupným signálom (t.j. prenášanou informáciou) pred samotným prenosom. Vstupná vlna modifikuje amplitúdu nosnej vlny a tým pádom definuje “obálku” celého priebehu.

FM prenáša informáciu cez nosnú vlnu modifikáciou okamžitej frekvencie. Pri analógovej modulácii je zmena medzi momentálnou a štandardnou frekvenciou nosnej vlny priamo úmerná okamžitej hodnote amplitúdy vstupného signálu.

PM je forma modulácie, kde je informácia reprezentovaná ako zmena okamžitej fázy nosnej vlny. Zjednodušene povedané, modifikácia fázy podľa dátového signálu je fázová modulácia. PM nie je široko používanou technológiou pri rádiových prenosoch z dôvodu potreby komplexného prijímacieho aparátu. Pri PM je tiež potrebné ošetriť nejednoznačnosti ako napríklad pri zmenách fázy o +180° alebo –180°. PM sa však úspešne používa v digitálnych hudobných syntetizátoroch.

Demodulácia je proces získania informácie z modulovaného nosného signálu. Demodulácia samozrejme záleží od toho, aký parameter signálu bol modifikovaný, a teda aká modulácia bola použitá (amplitúdová, frekvenčná, alebo fázová). Napríklad pre signál s amplitúdovou moduláciou je možné použiť synchrónny detektor. Avšak pre iné druhy, napríklad FM a PM modulácie je potrebné použiť príslušný FM, resp. PM demodulátor.

Obr. 1.18: Prijatý namodulovaný signál
Obr. 1.19: Demodulovaný signál porovnaný s pôvodným signálom