Кіріспе

Кезекті толқынның бір немесе бірнеше қасиеттерін өзгертетін процесс, байланыс және электр техникасында қолданылатын тасымалдаушыға деректерді беру әдісі. Модуляция – тасымалдаушы сигналдың амплитудасы, жиілігі және фазасы сияқты белгілі бір сипаттамалары, жіберілетін ақпаратты қамтитын модуляциялық сигналға сәйкес өзгертілетін процесс ретінде анықталады. Электроника және телекоммуникация саласында модуляция – тасымалдаушы сигнал деп аталатын кезекті толқынның бір немесе бірнеше қасиеттерін, әдетте, жіберілетін ақпаратты қамтитын модуляция сигналы деп аталатын жеке сигналмен өзгертетін процесс. Мысалы, модуляциялық сигнал микрофоннан алынған дыбысты бейнелейтін аудио сигнал, бейнекамерадан алынған қозғалыс бейнесін бейнелейтін видео сигнал немесе компьютерден алынған бинарлық цифрлар тізбесін бейнелейтін цифрлық сигнал болуы мүмкін. Бұл тасымалдаушы толқынның жиілігі, әдетте, хабарлама сигналынан әлдеқайда жоғары болады. Себебі, төмен жиілікті сигналдарды тарату тиімсіз. Радио толқынын қабылдау үшін, әдетте, толқын ұзындығының төрттен бір бөлігіне тең ұзындығы бар радио антенна қажет. Төмен жиілікті радио толқындары үшін толқын ұзындығы километрлермен өлшенетін болғандықтан, мұндай үлкен антеннаны салу практикалық емес. Радиобайланыста модуляцияланған тасымалдаушы радио толқыны ретінде кеңістік арқылы радио қабылдағышқа жіберіледі. Модуляцияның тағы бір мақсаты – жиіліктік мультиплекстеу (FDM) арқылы бір байланыс арнасы арқылы бірнеше ақпарат арналарын тарату. Мысалы, кабельдік теледидарда (FDM қолданылады) әрқайсысы әртүрлі телеарнамен модуляцияланған көптеген тасымалдаушы сигналдар клиенттерге бір кабель арқылы жеткізіледі. Әрбір тасымалдаушы әртүрлі жиілікті иеленетіндіктен, арналар бір-біріне кедергі келтірмейді. Алушы жақтағы тасымалдаушы сигнал, ақпаратты қамтитын модуляциялық сигналды алу үшін демодуляцияланады. Модулятор – модуляцияны жүзеге асыратын құрылғы немесе тізбек. Демодулятор (кейде детектор) – модуляцияның кері процесі болып табылатын демодуляцияны жүзеге асыратын тізбек. Модем (модулятор-демодулятор), екі бағытты байланыс үшін қолданылады және екі операцияны да орындай алады. Модуляциялық сигналдың төменгі жиілік диапазоны базалық диапазон деп аталады, ал модуляцияланған тасымалдаушының жоғары жиілік диапазоны өткізу диапазоны деп аталады. Аналогтық модуляцияда аналогтық модуляциялық сигнал тасымалдаушыға «қосылады». Мысалдарға амплитудалық модуляция (AM), онда модуляциялық сигналмен тасымалдаушы толқынның амплитудасы (күші) өзгертіледі, және жиіліктік модуляция (FM), онда модуляциялық сигналмен тасымалдаушы толқынның жиілігі өзгертіледі. Бұл модуляцияның ең ерте түрлері және AM және FM радио хабарларын таратуда дыбысты бейнелейтін аудио сигналды тарату үшін қолданылады. Жаңа жүйелер цифрлық модуляцияны қолданады, ол бинарлық цифрлар тізбегінен (биттер) тұратын цифрлық сигналды, биттік ағынды тасымалдаушыға бітістіру арқылы жібереді. Бұл әліпби нақты немесе кешенді сандар жиынтығынан немесе әртүрлі жиіліктегі тербелістер сияқты тізбектерден тұруы мүмкін, бұл жиіліктік ауысу кілті (FSK) модуляциясы деп аталады. Көптеген тасымалдаушыларды пайдаланатын күрделірек цифрлық модуляция әдісі, ортогональды жиіліктік мультиплекстеу (OFDM), WiFi желілерінде, цифрлық радио станцияларында және цифрлық кабельді теледидар таратуында қолданылады.

Цифрлық модуляция әдістері

Цифрлық модуляцияда аналогты тасымалдаушы сигнал дискретті сигналмен модуляцияланады. Цифрлық модуляция әдістерін цифрлық-аналогтық түрлендіру ретінде қарастыруға болады, ал демодуляция немесе детекция сәйкесінше аналогтық-цифрлық түрлендіру болып табылады. Тасымалдаушы сигналдағы өзгерістер шектеулі М баламалы символдардан (модуляциялық әліппе) таңдалады. Мысал келтірейік: Телефон желісі дыбыстарды, мысалы, үндік сигналдарды беруге арналған, сандық биттерді (нөлдер мен бірліктерді) емес. Дегенмен, компьютерлер модемдер арқылы телефон желісі арқылы байланыса алады, олар сандық биттерді белгілер деп аталатын үндік сигналдармен көрсетеді. Егер төрт баламалы символ болса (бір уақытта төрт түрлі дыбыс шығара алатын музыкалық аспапқа ұқсас), бірінші символ 00, екіншісі 01, үшіншісі 10 және төртіншісі 11 биттік тізбекті білдіруі мүмкін. Егер модем секундына 1000 үндік сигналдан тұратын әуен ойнатса, символ жылдамдығы секундына 1000 символ немесе 1000 бод болады. Әрбір үндік сигнал (яғни символ) осы мысалда екі сандық биттен тұратын хабарды білдіретіндіктен, бит жылдамдығы символ жылдамдығынан екі есе жоғары, яғни секундына 2000 бит. Цифрлық сигналдың бір анықтамасы бойынша, модуляцияланған сигнал – цифрлық сигнал. Басқа анықтама бойынша, модуляция – цифрлық-аналогтық түрлендірудің бір түрі. Көптеген оқулықтар цифрлық модуляция схемаларын деректерді берумен синонимді санайды, яғни сандық беріліс түрі ретінде қарастырады; ал аналогтық беріліс деп санаушылар өте аз.

Автоматты цифрлық модуляцияны тану (ADMR)

Ақылды байланыс жүйелерінде автоматты цифрлық модуляцияны тану, бағдарламалық қамтамасыз етумен анықталатын радио және когнитивті радио салаларындағы ең маңызды мәселелердің бірі болып табылады. Ақылды қабылдағыштардың кеңеюіне байланысты, автоматты модуляцияны тану телекоммуникация жүйелері мен компьютерлік инженерияда күрделі мәселеге айналады. Мұндай жүйелердің азаматтық және әскери қолданыс салалары кең. Сонымен қатар, модуляция түрін соқыр тану коммерциялық жүйелерде, әсіресе бағдарламалық қамтамасыз етумен анықталатын радиода маңызды роль атқарады. Көбінесе мұндай жүйелерде жүйе конфигурациясы үшін қосымша ақпарат қажет болады, бірақ интеллектуалды қабылдағыштарда соқыр тәсілдерді қолдану арқылы ақпараттық жүктемені азайтуға және беру тиімділігін арттыруға болады. Әрине, жіберілген деректер туралы білімнің болмауы және қабылдағышта сигнал қуаты, тасымалдаушы жиілігі, фазалық ығысулар, уақыттық ақпарат сияқты көптеген белгісіз параметрлердің болуы модуляцияны соқыр анықтауды қиын жасайды. Бұл, көп жолды таралу, жиіліктік селективтілік және уақыт бойынша өзгеретін арналары бар нақты жағдайларда одан да қиынға соғады. Автоматты модуляцияны танудың екі негізгі тәсілі бар. Бірінші тәсіл кіріс сигналын тиісті классқа жіктеу үшін ықтималдыққа негізделген әдістерді пайдаланады. Ал жақында қолданыла бастаған тағы бір тәсіл – ерекшеліктерді бөліп алу.

Цифрлық негізді жолақты модуляциялау

Цифрлық негізді жолақты модуляциясы негізгі жолақты сигналдың қасиеттерін өзгертеді, яғни жоғары жиілікті тасымалдағышсыз сигналды. Бұл сигнал кейіннен тасымалдағыш жиілігіне түрлендіріліп немесе негізгі жолақта тікелей байланыс үшін қолданылуы мүмкін. Екінші әдістерде жергілікті шиналарда жиі қолданылатын салыстырмалы түрде қарапайым желілік кодтар және DSL технологиясында қолданылатын күрделі негізгі жолақты сигнализация схемалары қолданылады.