مدولاتور و عمل مدولاسیون، در دنیای امروزی مخابرات، کاربرد وسیعی دارند. کاری که مدولاتور انجام می دهد، منتقل کردن سیگنال اطلاعات از یک مرکز به مرکزی دیگر است. درواقع اگر نیاز به انتقال سیگنال اطلاعاتی از مرکزی به مرکز دیگر باشد، پردازشگر مدولاتور، می تواند بسیار کمک کننده باشد.
اگر در هنگام انتقال سیگنال از مرکزی به مرکز دیگر، فرکانس پایین باشد، سیگنال ها ضعیف می شوند و کیفیت خود را از دست می دهند. عمل مدولاسیون توسط پردازشگرهایی که آن ها را مدولاتور می نامند، انجام می شوند تا انتقال سیگنال، راحت تر باشد.
مراکزی که مدولاتور میان آن ها کار واسطه گری را انجام می دهد، باند فرکانس اصلی و باند فرکانس بالاتر است. برای انجام این کار، سیگنال سینوسی حامل، یک سیگنال سینوسی با فرکانس بالا را ارسال می کند. در ابتدا مدولاتور، سیگنال x(t) که حاوی اطلاعات اصلی است، فرکانس، فاز و دامنه آن مدوله و یا تغییراتی در آن ایجاد می کند.
پس از اینکه این فعالیت ها انجام شد، مدولاسیون PM ،FM و AM بدست میآید. از طرفی، نوعی دیگر از مدولاسیون وجود دارد که مدولاتور در آن از حامل پالسی استفاده میکند و این فرآیند را به اتمام میرساند.
در بیشتر کارهای مخابراتی پس از انتقال اطلاعات، پردازشگرهای دیگری که دمدولاتور و یا آشکار ساز نامیده میشود، اطلاعات را از سیگنال دریافتی بازیابی میکند. همچنین از این فرآیند و سیستم برای مولتی پلکس کردن نیز استفاده میشود که در ادامه به آن پرداخته میشود.
ضرورت استفاده از مدولاتور
به دو دلیل عمده از مدولاتور استفاده میشود. اولین علت، بهینه کردن پهنای باند استفاده شده است. در واقع، از پهنای باند بهینه استفاده میشود و هر پیام در کانال خاص قرار میگیرد. دومین علت نیز، مسافت انتقال پیام است. با توجه به اینکه امروزه بهینه کردن پهنای باند یکی از ضروری ترین موارد به شمار می رود، استفاده از مدولاتور روشی فوق العاده محسوب می شود.
اگر کانال مخابراتی برای ارسال و دریافت سیگنال آنتنی لازم باشد، طول آن باید با طول موج سیگنال متناسب باشد. بسیاری از سیگنالهای صوتی دارای فرکانسی تا حدود 3 KHz یا پایین تر هستند که در این صورت طول آنتن باید 50 کیلومتر باشد.
اما اگر از مدولاتور برای سوار کردن سیگنال بر روی یک موج حامل با فرکانس 100 MHz استفاده کنیم، طول آنتن به 2 متر خواهد رسید.
مدولاسیون چه انواعی دارد؟
همان طور که در بخش قبلی ذکر شد، مدولاسیون مدلهای مختلفی دارند. هر کدام از این انواع، دارای ویژگی های مختلفی هستند که سبب می شود تا تفاوت هایی اصلی میان آن ها آشکار شود. درواقع حتی در برخی مواقع، چند عمل مدولاسیون در کنار یکدیگر انجام می شوند.
همانطور که در ادامه می توانید بخوانید، انجام چند مدولاسیون سبب می شود تا خروجی نهایی، نسبت به ورودی اولیه بسیار متفاوت باشد.
در ادامه به ذکر برخی از انواع مدولاسیون می پردازیم که از پرکاربردترین آن ها به شمار می روند:
- مدولاسیون دامنه AM
- مدولاسیون فرکانس FM
- مدولاسیون فاز PM
- مدولاسیون QAM
- مدولاسیون SM
- مدولاسیون SSB
توضیح هر کدام از انواع مدولاسیون ها را می توانید در بخش زیر بخوانید و با جزئیات آن ها به طور کامل آشنا شوید:
مدولاسیون دامنه AM
در این نوع، دامنه سیگنال حامل بر اساس تغییرات سیگنال پیام تغییر داده می شود. این مدولاسیون یکی از روش‌های ارسال صوت به وسیله امواج رادیویی است. به طور کلی در این روش، سیگنالی را که قصد انتقالش را داریم، دامنه سیگنال دیگری را تغییر می دهد.
به عبارت دیگر، مدولاسیون دامنه روشی است که در ارتباطات الکترونیکی مورد استفاده قرار میگیرد و معمولا برای انتقال اطلاعات موج حامل رادیویی به کار میرود. در این روش همان طور که در بخش قبلی ذکر شد، با تغیر دامنه سیگنال، متناسب با اطلاعاتی که فرستاده میشود، کار میکند.
مدولاسیون فرکانس FM
فرکانس سیگنال حامل بر اساس تغییرات سیگنال پیام تغییر داده میشود. این مدولاسیون آنالوگ است. در روش AM در هنگام شب امواج دچار تداخل می‌شوند. اما در FM در مقابل تداخل مصونیت دارد. این روش در سال 1930 اختراع شد.
مدولاسیون تقسیم فرکانس عمود بر هم OFDM
پهنای باند بین چند زیرحامل که برهم عمود هستند تقسیم می شوند. به عبارت دیگر، یک تکنیک مدولاسیون است که بر اساس اصل انتقال همزمان n فرکانس متعامد است. این روش در انتقال اطلاعات با حجم زیاد مورد استفاده قرار می گیرد. در کارهایی نظیر خطوط دی اس ال، شبکه‌های محلی وای فای، وایمکس و دی وی بی استفاده می شود. از دیگر امتیازهای این روش، صرفه جویی در استفاده از پهنای باند است.
مولتی پلکس کردن سیگنال ها و کاربرد مدولاتور در آن چیست؟
زمانی از یک کانال بیش از یک سیگنال با طیف های مختلف روی هم افتاده را انتشار دهیم، عمل مولتی پلکس اتفاق می‌افتد. در مثال های متنوعی یک موج حامل سیگنال اطلاعات، پس از گذر از مدولاتور با دو موج دیگر خارج می شود. این بدان معنا است که یک موج توسط مدولاتور، تبدیل به دو موج می شود.
به طور کلی می توان گفت سیگنال بعد از گذر از مدولاتور عمل مدولاسیون دامنه و مدولاسیون فاز بر روی آن انجام شده است. این ها همگی سبب شده اند تا خروجی نسبت به ورودی کاملا متفاوت باشد. تمام این تغییرات در اثر دو عمل اصلی مدولاسیون دامنه و مدولاسیون فاز رخ داده اند که پیشتر درباره آن ها توضیح دادیم.
استفاده از مدولاتور و مدولاسیون آنالوگ در زندگی مدرن
شاید در موضوع مدولاسیون نام سرویس پخش را شنیده باشید. وظیفه سرویس پخش، پخش همگانی اعم از ارسال و انتشار صدا، تصویر و حتی هر دو مورد به تعداد زیادی از گیرنده‌های رادیویی و تلوزیونی است.
این سرویس پخش کمک می کند تا ارتباطات به شکل گسترده تری انجام شوند و مدرن بودن آن ها نسبت به گذشته کاملا احساس شود. این تجهیزات سبب تفاوت بسیار زیادی میان گذشته و زمان حال شده اند.
اولین دستگاه پخش رادیویی در سال 1920 میلادی در ایالات متحده آمریکا شروع به کار کرد. سپس در سال 2003 تعداد ایستگاههای تجاری افزاش یافتند و به ایستگاه AM به 4048 رسیدند.
با توجه به گذشت زمان حدودا 100 ساله، این تجهیزات روز به روز پیشرفت کردند و توانستند بخش وسیعی را مورد توجه قرار دهند.
در ایستگاههای رادیویی تجاری برای مدولاسیون دامنه، مجاز به استفاده از فرکانس‌هایی در محدوده 1600-500 KHz و برای FM مجاز به استفاده از 108-88 MHz هستند.
مدولاتور یک دستگاه کاربردی در کارهای مخابراتی
شاید در مجتمع ها و ساختمان ها دیده باشید که اهالی واحدها به تمامی دوربین های مدار بسته دسترسی دارند. حتی می توانند دوربین داخل آسانسور را ببینند. یکی از خواسته های افراد در هنگام نصب دوربین های مداربسته از پیمان کارها، اتصال آن ها به آنتن مرکزی است.
در واقع این اتصال به آن ها کمک می کند تا بتوانند بر محیط های بیشتری کنترل داشته باشند. با توجه به اتفاقات گسترده ای که ممکن است برای اهالی ساختمان یا یک منطقه اتفاق بیافتد، بهتر است هر یک از این تجهیزات نصب باشند.
برای انجام این کار، از دستگاه مبدل AV و RF یا به اصطلاح مدولاتور استفاده میشود. به عبارت دیگر مدولاتور دستگاهی است که تصویر دوربین مدار بسته را به آنتن مرکز منتقل می کند.
با یک نگاه کلی میتوان فهمید که خروجی آنتن تلویزیون با دستگاههای ضبط و پخش تصاویر مانند DVR بسیار متفاوت است و نمیتوان آن را به صورت جداگانه به آنتن مرکزی وصل نمود.
به همین دلیل واسطهای به نام مدولاتور استفاده میشود. مدولاتورها در واقع مبدل بین خروجی دستگاه DVR به ورودی VHF و UHF است. بعضی از این مبدلها دارای خروجیهای زیادی هستند که امکان اتصال به خروجی VGA یا HDMI را هم به آنتن مرکزی فراهم میکنند.
جمع بندی
مدولاتور و عمل مدولاسیون، در دنیای امروزی مخابرات، کاربرد وسیعی دارند. کاری که مدولاتور انجام مط دهد، منتقل کردن سیگنال اطلاعات از یک مرکز به مرکزی دیگر است. مدولاسیون که بر بستر مدولاتور انجام می شود، دارای انواع مختلفی است که هر کدام می توانند به تنهایی، سبب تغییراتی شوند.
البته این امکان وجود دارد تا چند مدولاسیون انجام و تغییراتی حاصل شود.
