Wat is modulatie?

Bij telecommunicatie en datacommunicatie moet informatie worden overgebracht van een bron naar een bestemming. Om het signaal aan te passen aan het transmissiekanaal, past men modulatie toe. Hiervoor gebruikt men draaggolven. Voor analoge draaggolven kent men bijvoorbeeld de modulatiemethoden FM, AM, en PM. Voor digitale draaggolven (pulsen) kent men onder andere PCM en QPAM. Dit artikel legt uit wat dit betekent en hoe men modulatie toepast.

Doel van modulatie

Meestal is het technisch en economisch niet haalbaar om het bronsignaal direct over een transmissiekanaal te sturen. Daarom is aanpassing aan het kanaal nodig; dit noemt men modulatie. Een voorbeeld hiervan is het verschuiven van een audiosignaal naar een hoge frequentie, zodat radio-propagatie mogelijk wordt. Voor digitale signalen is de meest gebruikte modulatiemethode Pulse Code Modulation (PCM). Hierbij verstuurt men de informatie in reeksen binaire getallen.

Daarnaast kent men het begrip multiplexing. Hieronder wordt verstaan het bundelen van meerdere signalen, en ze gemeenschappelijk over een transmissieweg versturen. Bij frequentie-multiplexing verschuift men de afzonderlijke signaalspectra naar verschillende draaggolffrequenties. De signalen kunnen vervolgens tegelijkertijd verstuurd worden. Aan de ontvangerzijde worden de afzonderlijke signalen weer ge-demultiplexed. Bij digitale signalen past men vaak Time Division Multiplexing (TDM) toe. Hierbij worden de binaire getallen die bij de afzonderlijke signalen horen, achter elkaar in de tijd verzonden en aan de ontvangerzijde weer ge-demultiiplexed.

Bij modulatie gebruikt men een draaggolf. De informatie van het signaal wordtr afgebeeld op een parameter van de draaggolf (drager). Dit betekent dat de informatie als het ware versleuteld zit in de draaggolf.

Analoge draaggolven

De klassieke vorm van modulatie. Bij televisie en radio signalen wordt de ampiltude (AM) of de frequentie (FM) van de drager gemoduleerd met het oorspronkelijke signaal. Zie ook de figuur naast de inleiding van dit artikel. Daarnaast kent men frequentiesleutelen (FSK) en amplitudesleutelen (ASK) als de signalen digitaal zijn.

Digitale draaggolven

Voor analoge signalen gebruikt men pulsamplutidemodulatie (PAM), pulsplaatsmodulatie (PPM), of pulsduurmodulatie (PDM). Dit houdt in dat men de pulsen in de draaggolf van informatie kan voorzien, door de amplitude, plaats in de tijd, of de pulsduur te variëren. Voor digitale signalen kent men een reeks van modulatietechnieken. De belangrijkste is Pulse Code Modulation (PCM).

PCM

Bij PCM gebruikt men binaire codes om een signaal te moduleren. Vaak wordt een analoog signaal omgezet naar een digitaal signaal, door te 'samplen' en te kwantiseren. Dit betekent dat men per seconde voldoende monsters van het signaal neemt, en deze monsters omzet naar binaire getallen.

In een PCM-coder vinden dus de volgende bewerkingen plaats: bemonsteren, kwantiseren, en coderen. Het bemonsteren is te vergelijken met de data die op een audio-cd staat. Wanneer men genoeg samples (2*bandbreedte van het signaal) per seconde neemt, kan het oorspronkelijke analoge signaal aan de ontvangerzijde gereconstrueerd worden zonder informatieverlies.

Verschillende bitstromen kunnen worden toegevoerd aan een multiplexer, die in Time Division Multiplexing verschillende signalen samenvoegt. Een voorbeeld hiervan is het PCM-30 systeem, dat voor telefonie gebruikt werd. Deze techniek voegt 30 bitstromen (spraaksignalen) samen in één transmissiekanaal. Per 30 binaire codes worden er ook telkens twee maal 8 bits toegevoegd voor nummerkeuze en synchronisatie. Vervolgens zet men de pulsstroom om in een lijncode, die geschikt is voor het transmissiekanaal (elektrisch of glasvezel). In de transmissieweg plaatst men pulsherstellers (repeaters) om signaalverlies tegen te gaan. Aan de ontvangerzijde wordt het signaal gedetecteerd, ge-demultiplexed. Zo onstaan weer 30 spraaksignalen die naar de juiste abonnee's gestuurd kunnen worden.