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.
« تاریخچه ای کوتاه از استفاده ی مدولاتور و مدولاسیون آنالوگ »
شاید در مبحث مدولاسیون نام Broad casting یا به اصطلاح سرویس پخش را شنیده باشید.
وظیفه Broad casting پخش همگانی اعم از ارسال و انتشار صدا، تصویر و حتی هر دو مورد به تعداد زیادی از گیرنده های تلویزیونی یا رادیویی را دارد.
اولین دستگاه پخش رادیویی همگانی در ایالت متحده آمریکا در حدود سال ۱۹۲۰ میلادی استفاده شد و شروع به کار کرد.
سپس دو سال بعد، ایستگاه های رادیویی تجاری پیدا شدند و کم کم شروع به کار کردند تا این که در سال ۲۰۰۳ تعداد ایستگاه های تجاری افزایش یافت و به ۴۸۰۴ ایستگاه AM رسید.
نکته جالبی که وجود دارد، افزایش چشم گیر ایستگاه ها (مدولاتور های پیشرفته) است و طبق اعداد و ارقام، ایستگاه های FM در سال ۱۹۹۸ به تعداد ۶۱۷۹ ایستگاه تجاری و ۲۴۰۰ ایستگاه غیر تجاری رسید که از لحاظ کمیت از ایستگاه های AM (مدولاتور های وسیعی که کار مدولاسیون دامنه را انجام می دهند) پیشی گرفت.
ایستگاه های رادیویی تجاری برای مدولاسیون دامنه، مجاز به استفاده از فرکانسهای حامل در محدوده KHz 1600 -500 و برای FM مجاز به استفاده از MHz 108 -88 می باشند.
تعریف مدولاسیون
مدولاسیون در تعریف، به فرایند ترکیب یک سیگنال پیام دارای انرژی پایین با سیگنال انرژی بالای حامل اطلاق می‌شود. در این فرایند یک سیگنال جدید انرژی بالا تولید می‌شود که می‌تواند اطلاعات را تا مسافت‌های زیاد منتقل کند. بر همین اساس تعریف دیگری نیز برای مدولاسیون وجود دارد. مدولاسیون فرایند تغییر مشخصه‌های سیگنال حامل مانند دامنه یا فاز یا فرکانس آن مطابق با سیگنال پیام است. وسیله‌ای که مدولاسیون را انجام می‌دهد، مدولاتور (Modulator) نامیده می‌شود.
فرایند مدولاسیون با یک مثال ساده بهتر درک می شود. تصویر زیر مدولاسیون دامنه (Amplitude Modulation) را نشان می‌دهد.
نمودار اول در تصویر زیر نشان دهنده سیگنال پیام یا سیگنال مدوله شده است. اما نمودار دوم نشان دهنده سیگنال حامل است که سیگنالی فرکانس بالا محسوب می‌شود. توجه کنید که این سیگنال حامل، حاوی هیچ اطلاعاتی نیست. در نهایت، نمودار سوم نشان دهنده سیگنال حاصل از مدولاسیون دامنه است. با دقت در سه نمودار شکل بالا می‌توان به این نکته پی برد که دامنه سیگنال حامل متناسب با دامنه لحظه‌ای سیگنال پیام تغییر می‌کند.
در حالت کلی می‌توان گفت که سه نوع سینگنال مدولاسیون وجود دارند که برای انتقال اطلاعات از مبدا به مقصد مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- سیگنال پیام
- سیگنال حامل
- سیگنال مدوله شده
سیگنال پیام
یک سیگنال پیام حاوی اطلاعات مفید و مورد نظر کاربر است که باید به مقصد خاصی مخابره شود. سیگنال پیام را گاهی سیگنال باند پایه (Baseband) نیز میگویند. گستره فرکانسهای اصلی مربوط به یک سیگنال پیام، باند پایه نام دارد. اکثر سیگنال‌های پیام یا سیگنال‌های باند پایه قبل از این که در طول کانال‌های مخابراتی ارسال شوند، تحت فرایندی به نام مدولاسیون قرار می‌گیرند. به همین دلیل است که سیگنال پیام را می‌توان یک سیگنال تحت مدولاسیون نیز نامید.
سیگنال حامل
سیگنال حامل، سیگنالی با انرژی یا فرکانس بالا است که دارای مشخصه‌هایی نظیر فرکانس، دامنه و فاز بوده، اما شامل هیچ اطلاعات مفیدی نیست. گاهی برای سادگی این سیگنال را فقط حامل میگویند. سیگنال حامل برای حمل کردن سیگنال پیام از فرستنده به گیرنده مورد استفاده قرار می‌گیرد. به دلیل اینکه سیگنال حامل هیچ اطلاعات مفیدی در خود ندارد، می‌توان آن را سیگنال تهی نیز نامید.
سیگنال مدوله شده
زمانی که سیگنال پیام با سیگنال حامل ترکیب شود، سیگنال جدیدی به وجود می‌آید. این سیگنال جدید، سیگنال مدوله شده نام دارد. در واقع سیگنال مدوله شده، ترکیبی از سیگنال حامل و سیگنال پیام است که قابلیت انتقال به مسافت‌های دور را دارد.
چرا از مدولاسیون استفاده می‌کنیم؟
کریر موج اصلی ما که داده‌های اصلی بروی آن سوار هستند، خودش به تنهایی نمیتواند داده‌های زیادی را تا مسافت زیادی حمل کند. برای اینکه بتوانیم دیتا با حجم بالا (مثل صدا) را به این موج اصلی اضافه کنیم، موج دیگری میبایست به روی این موج قرار گیرد تا بتواند این قابلیت را به موج اصلی اضافه کند. به این فرآیند مدولاسیون میگویند.
در مخابرات و سیستم‌های مخابراتی، چندین کریر (سیگنال‌های حامل) با فرکانسهای مختلفی بروی یک رسانه ارسال میشوند. و هر کریر (حامل) باید به طور جداگانه‌ای مدوله شود. یک کریر سیگنال به منظور کاهش طول موج، افزایش محدوده تحت پوشش و بهینه‌سازی سایز آنتن باید مدوله شود تا بتوانیم از سیستم های مخابراتی حداکثر بهره را ببریم.
بدون دیدگاه