مدولاسیون یا مدوله سازی چیست؟(3 نوع کلی)
مدولاسیون تبدیل اطلاعات به امواج رادیویی، با افزودن آنها به یک سیگنال حامل است. اشکال مختلفی از مدولاسیون برای تغییر ویژگی امواج حامل وجود دارد.
مدولاسیون چگونه فرایندی است؟
مدولاسیون، به فرآیند اصلاح سیگنال حامل با یک مشخصه خاص، به منظور انتقال اطلاعات اشاره دارد و در انواع مختلف سیستم های ارتباطی برای رمزگذاری و انتقال داده از طریق یک کانال ارتباطی استفاده می شود.
حمل سیگنال به فرآیند انتقال سیگنال یا اطلاعات از یک نقطه به نقطه دیگر اشاره دارد. در سیستم های مخابراتی یا الکترونیکی، سیگنال ها از طریق وسایل الکتریکی یا مغناطیسی با استفاده از مکانیزم مدولاسیون منتقل می شوند.
اشکال مختلفی از مدوله سازی وجود دارد که هر کدام برای تغییر ویژگی خاصی از موج حامل طراحی شده اند که به طور مفصل در این مقاله به آنها خواهیم پرداخت.
تعریف مدولاسیون
مدولاسیون فرآیند تبدیل داده یا اطلاعات به امواج رادیویی، با افزودن اطلاعات به یک سیگنال حامل الکترونیکی یا نوری و با تغییر یک یا چند ویژگی موج مطابق با سیگنال اطلاعاتی است.
اشکال مختلفی از مدولاسیون برای تغییر ویژگی امواج حامل طراحی شده اند که متداول ترین ویژگی های تغییر یافته شامل دامنه، فرکانس و فاز است.
در حقیقت، سیگنال حامل سیگنالی با انرژی بالا و با شکل موج ثابت، ارتفاع یا دامنه و فرکانس ثابت است که قدرت دسترسی سیگنال را افزایش می دهد.
به دستگاهی که فرایند مدوله سازی را انجام می دهد مدولاتور می گویند و فرآیند استخراج اطلاعات یا داده از سیگنال ارسالی دمدولاسیون نامیده می شود.
به طور کلی سه نوع مختلف از سیگنال در فرایند مدوله سازی نقش دارند که در ادامه به طور مفصل به آنها پرداخته ایم.
سیگنال باند پایه یا سیگنال پیام
سیگنال باند پایه، به سیگنال اصلی پیش از مدولاسیون اشاره دارد که معمولاً فرکانس پایینی دارد و با اطلاعاتی که منتقل می شود نسبت مستقیم دارد.
سیگنال های باند پایه دارای پهنای باندی هستند که از DC (0 هرتز) تا حداکثر فرکانس مشخصی که توسط فناوری مورد استفاده تعیین می شود، گسترش می یابند.
به عنوان مثال، در شبکه های محلی اترنت، سیگنال باند پایه دارای پهنای باندی تا 20 مگاهرتز برای سرعت 10 مگابیت بر ثانیه یا 100 مگابیت بر ثانیه است.
در مقابل سیگنال های باند پایه، سیگنال های باند پهن هستند که برای انتقال در فواصل طولانی به فرکانس های بالاتر مدوله یا چندگانه می شوند.
سیگنال های باند پهن در سیستم های مخابراتی مانند تلویزیون کابلی یا DSL استفاده می شوند، جایی که سیگنال بر روی یک فرکانس حامل مدوله می گردد تا فاصله و ظرفیت انتقال افزایش یابد.
به طور کلی، سیگنال های باند پایه ساده و سر راست هستند و اطلاعات اصلی را بدون هیچ گونه تغییر یا پردازشی حمل می کنند و بنابراین، برای ارتباطات کوتاه برد یا محلی مناسب هستند.
سیگنال حامل
سیگنال حامل که به عنوان موج حامل نیز شناخته می شود، یک موج ثابت و پیوسته است که از طریق یک سیگنال اطلاعاتی در یک سیستم ارتباطی مدوله می شود و برای انتقال سیگنال، از یک محیط واسط مانند هوا یا سیم مسی استفاده می شود.
سیگنال حامل، یک سیگنال با فرکانس بالا است که به عنوان یک حامل یا پلت فرم برای جاسازی سیگنال اطلاعاتی عمل می کند که می تواند به صورت صدا، داده یا ویدیو باشد.
در واقع، سیگنال اطلاعات یا پیام، با تغییر دامنه، فرکانس یا فاز سیگنال حامل، به منظور نمایش اطلاعات مورد نظر تعدیل می شود.
در سیستم های ارتباطی آنالوگ، سیگنال حامل پیوسته است و فرکانس یا دامنه آن برای نشان دادن سیگنال اطلاعات آنالوگ متفاوت است.
در سیستم های ارتباطی دیجیتال، سیگنال حامل معمولاً یک موج فرکانس بالا است که برای نمایش داده های باینری روشن یا خاموش است.
سیگنال حامل در سیستم های ارتباطی مهم است زیرا امکان انتقال و دریافت موثر سیگنال اطلاعات را فراهم می کند.
به جداسازی سیگنال اطلاعات از سایر سیگنال ها و نویز کمک می کند و اطمینان حاصل می شود که می تواند به طور دقیق و واضح توسط دستگاه گیرنده دریافت شود.
سیگنال مدوله شده
سیگنال مدوله شده، سیگنالی است که با سیگنال حامل ترکیب شده است تا اطلاعات را به طور موثر انتقال دهد و با تغییر ویژگی های خاص سیگنال حامل، مانند دامنه، فرکانس یا فاز آن، اطلاعات مورد نظر را حمل می کند.
انواع مختلفی از تکنیک های مدوله سازی وجود دارد، که هر تکنیک از ویژگی متفاوت سیگنال حامل برای نمایش اطلاعات در حال انتقال استفاده می کند و امکان انتقال کارآمد و قابل اعتمادی را با استفاده از سیگنال حامل برای حمل چندین سیگنال به طور همزمان فراهم می کند.
انواع کلی مدولاسیون
به طور کلی دو نوع اصلی مدوله سازی عبارت اند از:
- مدولاسیون پیوسته آنالوگ
- مدولاسیون پالس آنالوگ
- مدولاسیون دیجیتال
مدولاسیون پیوسته آنالوگ
نوع آنالوگ شامل تعدیل سیگنال پیوسته حامل آنالوگ به منظور انتقال اطلاعات آنالوگ است که سه نوع اصلی از آنها وجود دارد:
- مدولاسیون دامنه (AM)
- مدولاسیون فرکانس (FM)
- مدولاسیون فاز (PM)
مدولاسیون آنالوگ امکان انتقال سیگنال های پیوسته مانند سیگنال های صوتی را در فواصل طولانی با حداقل اعوجاج فراهم می کند. با این حال، مستعد نویز و تداخل است که می تواند بر صحت سیگنال ارسالی تأثیر بگذارد.
مدولاسیون دامنه
در این نوع از مدوله سازی، دامنه سیگنال حامل متناسب با دامنه لحظه ای سیگنال تعدیل کننده که اطلاعات را حمل می کند، تغییر می کند. سیگنال مدوله شده از سیگنال حامل اصلی و دو باند جانبی، یکی در بالا و دیگری زیر فرکانس حامل تشکیل شده است.
مدولاسیون فرکانس
این مدوله سازی شامل تغییر فرکانس سیگنال حامل، با توجه به فرکانس لحظه ای سیگنال تعدیل کننده است و معمولاً این تکنیک در پخش رادیو FM استفاده می شود.
مدولاسیون فاز
مدوله سازی فاز، شبیه به نوع فرکانس است، اما به جای تغییر فرکانس سیگنال حامل، فاز تغییر می کند. فاز سیگنال حامل با توجه به فاز آنی سیگنال تعدیل کننده تغییر می کند.
مدولاسیون پالس آنالوگ
مدوله سازی پالس آنالوگ، نوعی تکنیک مدوله سازی است که در سیستم های ارتباطی آنالوگ برای انتقال سیگنال های گسسته آنالوگ از طریق یک کانال ارتباطی دیجیتال استفاده می شود.
فرآیند مدولاسیون آنالوگ پالس معمولاً از سه مرحله تشکیل می‌شود:
- نمونه برداری
- کوانتیزاسیون
- مدولاسیون کد پالس
نمونه‌برداری
در این مرحله، سیگنال آنالوگ در فواصل زمانی معین نمونه برداری می شود تا به سیگنال گسسته تبدیل شود و نرخ نمونه برداری باید به اندازه کافی بالا باشد تا سیگنال آنالوگ اصلی را به دقت نشان دهد.
کوانتیزاسیون
در مرحله کوانتیزاسیون، به هر نمونه مقداری از مجموعه سطوح از پیش تعیین شده اختصاص داده می شود. این فرآیند شامل گرد کردن یا کوتاه کردن مقدار نمونه به نزدیکترین سطح است. تعداد سطوح، وضوح یا تعداد بیت های مورد نیاز برای نمایش هر نمونه را تعیین می کند.
مدولاسیون کد پالس (PCM)
در این مرحله، نمونه های کوانتیزه شده در یک سری پالس با دامنه های مختلف کدگذاری می شوند و دامنه هر پالس نشان دهنده مقدار نمونه کوانتیزه شده مربوطه است. سپس این پالس ها از طریق کانال ارتباطی دیجیتال منتقل می شوند.
در انتهای گیرنده، پالس های دریافتی برای بازیابی نمونه های کوانتیزه شده اصلی رمزگشایی می شوند و با استفاده از مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC) برای بازسازی سیگنال آنالوگ اصلی به فرم آنالوگ تبدیل می شوند.
تکنیک های مدولاسیون آنالوگ پالس شامل مدوله دامنه پالس (PAM)، مدوله موقعیت پالس (PPM) و مدوله مدت زمان پالس (PDM) است.
هر تکنیک مزایا و معایب خاص خود را دارد و انتخاب تکنیک مدولاسیون مناسب به کاربرد خاص و نیازهای سیستم بستگی دارد.
مدولاسیون دیجیتال
از سوی دیگر، مدوله سازی دیجیتال شامل تعدیل سیگنال حامل دیجیتال برای انتقال اطلاعات دیجیتال است. تکنیک های مدولاسیون دیجیتال عبارت اند از:
- کلید زدن تغییر دامنه (ASK)
- کلیدسازی تغییر فرکانس (FSK)
- کلیدسازی تغییر فاز (PSK)
- مدولاسیون دامنه مربعی (QAM)
این تکنیک ها شامل تغییر دامنه، فرکانس، فاز یا ترکیبی از این ویژگی های سیگنال حامل برای نمایش ارقام باینری (0 و 1) سیگنال دیجیتال است.
مدوله سازی آنالوگ تا حد زیادی با تکنیک های دیجیتال در سیستم های مخابراتی مدرن جایگزین شده است، زیرا نوع دیجیتال کیفیت سیگنال بهتر و استفاده کارآمدتری از پهنای باند را ارائه می دهد.
با این وجود، مدوله سازی آنالوگ هنوز در مناطق خاصی مانند رادیو پخش و برخی از شبکه های مخابراتی آنالوگ کاربرد دارد.
سخن پایانی
مدولاسیون فرآیند تغییر سیگنال حامل برای انتقال اطلاعات، اعم از آنالوگ یا دیجیتال، از طریق یک کانال ارتباطی است. ارتباط کارآمد و قابل اعتماد را در سیستم های ارتباطی مختلف امکان پذیر می کند.
مدولاسیون به دلایل مختلف و به طور گسترده در حوزه های علمی و صنایع مختلف استفاده می شود، از قبیل: استفاده کارآمد از پهنای باند، ارتباط از راه دور، یکپارچگی سیگنال، سازگاری و متصل کردن دستگاه های مختلف و کاهش توان مورد نیاز در سیستم های ارتباطی.
در این مقاله سعی بر این شد که مکانیزم اصلی انواع تکنیک های مدوله سازی را شرح دهیم. امیدواریم که مفید بوده باشد.
