Modulace

Obr. 4.1.: Kódování při přenosu v základním pásmu

Potřebujeme-li přenášet dvojková data po signálových vodičích, můžeme obě možné hodnoty, 0 a 1, reprezentovat pomocí úrovní napětí na vodiči - např. podle obr. 4.1 a/ jednou nulovou a jednou nenulovou úrovní, či podle obr. 4.1. b/ jednou zápornou a jednou nezápornou úrovní. Používají se ovšem i složitější způsoby vyjádření logických hodnot pomocí úrovní napětí - příkladem může být tzv. kód Manchester II (viz obr. 4.1. c/), který se používá u lokálních sítí Ethernet, a zajišťuje určitý minimální počet změn přenášeného signálu i v případě, že má být přenášena delší posloupnost bitů stejné hodnoty (např. dlouhá řada nul). Všechny tyto způsoby přenosu jsou souhrnně označovány jako přenosy v základním pásmu - baseband transmissions.

Problém je však v tom, že mnohé přenosové cesty (např. běžné telefonní okruhy apod.) jsou vzhledem ke svým fyzikálním vlastnostem pro přenos v základním pásmu prakticky nepoužitelné, zatímco jiná média (např. koaxiální kabely) sice pro přenos v základním pásmu můžeme využít, ale nikoli s maximální možnou efektivitou.

Obr. 4.2.: Přenos v přeloženém pásmu - modulace

Alternativou k přenosu v základním pásmu je přenos v přeloženém pásmu - broadband transmission při kterém je přenášen takový signál, který se daným přenosovým médiem šíří nejlépe (s nejmenšími ztrátami). Typicky jde o pravidelně se měnící signál sinusového průběhu (tzv. harmonický signál), který ukazuje obrázek 4.2 a/. Užitečná informace se pak přenáší prostřednictvím změn v průběhu tohoto signálu. Lze si představit, že harmonický signál je jakýmsi nosičem (proto se mu také říká nosný signál resp. nosná, anglicky carrier), a užitečná informace se na něj "nanáší" postupem označovaným jako modulace - modulation.

Existují různé možnosti modulace nosného signálu:

• amplitudová modulace - amplitude modulation (AM), při které jsou jednotlivé logické hodnoty vyjádřeny různými hodnotami amplitudy (rozkmitu) harmonického signálu - viz obr. 4.2. b/,
• frekvenční modulace - frequency modulation (FM), při které jsou jednotlivé logické hodnoty vyjádřeny různými frekvencemi (kmitočty) harmonického signálu - viz obr. 4.2 c/,
• fázová modulace - phase modulation (PM), při které jsou jednotlivé logické hodnoty vyjádřeny různou fází (posunutím) harmonického signálu - viz obr. 4.2 d/.

Nosný signál, používaný při přenosech v přeloženém pásmu, je vždy analogovým signálem (analog signal), tedy signálem, který může nabývat spojité množiny různých hodnot, tj. měnit se spojitě. Příkladem může být právě harmonický signál dle obr. 4.2. Naproti tomu číslicový, diskrétní signál - digital signal může nabývat jen konečně mnoha různých hodnot (např. jen dvou, jako na obrázku 4.1.) a mění se skokem.

Modulací vzniká z analogového nosného signálu opět analogový signál. Musí však být možné u něho rozlišit potřebný počet navzájem různých stavů, které mohou reprezentovat diskrétní logické hodnoty. Pokud modulací vznikají jen dva navzájem rozlišitelné stavy nosného signálu (jako např. při fázové modulaci posunutím signálu o 0 stupňů a o 180 stupňů), jde o modulaci tzv. dvoustavovou, která nese pouze jednobitovou informaci, neboť dva rozlišitelné stavy nosného signálu mohou reprezentovat zase jen dvě diskrétní logické hodnoty. Používá se však i modulace s větším počtem navzájem rozlišitelných stavů nosného signálu. Např. při čtyřstavové fázové modulaci s posunutím fáze nosného signálu o 0, 90, 180 a 270 stupňů může jeden stav nosného signálu reprezentovat jednu ze čtyř možných logických hodnot, a tedy nést dvoubitovou informaci. V praxi se jednotlivé způsoby modulace navzájem kombinují - např. v telefonních modemech pro vyšší přenosové rychlosti se kombinuje fázová modulace s modulací amplitudovou. Cílem je totiž zvětšit počet rozlišitelných stavů nosného signálu, který tak může nést vícebitovou informaci.

Nyní si již můžeme snadno vysvětlit rozdíl mezi modulační a přenosovou rychlostí:

• Modulační rychlost - modulation speed vyjadřuje počet změn nosného signálu za jednotku času (sekundu), a měří ze v Baudech (zkratkou Bd). Modulační ryhlost ještě neříká nic o tom, jaké množství informace nosný signál přenáší.
• Přenosová rychlost - transmission speed naopak udává objem informace, přenesený za časovou jednotku. Vyjadřuje se v bitech za sekundu (bits per second, zkratkou bps). Přenosová rychlost naopak neříká nic o tom, jak rychle se mění nosný signál.

Modulační rychlost může být rovna rychlosti přenosové, a to právě v případě dvoustavové modulace. Pokud ale používáme např. modulaci čtyřstavovou, vyjadřuje jeden stav nosného signálu dvoubitovou informaci a přenosová rychlost je pak číselně dvojnásobná oproti rychlosti modulační.

---