Modulaatio (elektroniikka)

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Koodaus ja modulointi
Digital.signal.discret.svg
audio, video, puhe, tieto
koodausmenetelmät
kanavanvaraus eli kanavointi
FDMA, TDMA, CDMA (radio)
CSMA/CD (Ethernet), CSMA/CA (802.11)
modulointi
kantoaalto (mm. sähkötys),
AM (DSB-SC, SSB),
FM (FSK, GMSK),
PM (mm. PSK, QAM)
FHSS, DSSS (eivät tarvitse kanavointia)
siirtotie
radio,
kaapeli (koaksiaali, Cat5, valokuitu)
n  k  m

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 verkkojännite, jonka taajuus muokataan puolijohdetehokytkimien avulla halutun taajuiseksi pulssimaiseksi jännitteeksi. Modulointimenetelmänä käytetään tyypillisesti pulssinleveysmodulaatiota (Pulse Width Modulation, PWM).selvennä

Modulointimenetelmät[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Amplitudimodulaatio

Amplitudimodulaatiossa[1] (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.selvennä

Taajuusmodulaatio[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Taajuusmodulaatio

Taajuusmodulaatiossa [2](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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Vaihemodulaatio

Vaihemodulointi (PM, Phase Modulation) on tekniikka, joka soveltuu erityisesti digitaalisen tiedon modulointiin.selvennä 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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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.

  1. Floyd, Thomas L. (1999): "Electronic Devices", 3. edition, Prentice-Hall, New Jersey, p. 795, 1999.
  2. Lehto, A., Räisänen, A. (2006): "RF- ja mikroaaltotekniikka", kahdeksas, uudistettu painos, Otatieto, Helsinki, s. 220-221, 2006.