Aus dem Facharchiv: Lernen & Können
Modulationen: Kennwertänderung des Sinussignals und Amplitudenmodulation (2)
Diese Beitragsreihe erörtert die Grundlagen der Modulationsverfahren. Es geht um grundlegende Methoden sowie das Verständnis. Umfassende mathematische Betrachtungen werden dabei größtenteils vermieden.
Modulation = Kennwertänderung
Soll ein Sinussignal nun als Träger von Nutzsignalen dienen, wird dieser Träger in seinen Kennwerten Spannung, Frequenz oder Phasenlage geändert.
Die Auswahl der Trägerfrequenz selbst ist abhängig von dem gewünschten Einsatzbereich. Funksysteme fangen im Langwellenbereich mit etwa 30 kHz an. Richtfunkstrecken und Radaranlagen senden bis zu 300 GHz. Jedoch bleibt festzuhalten, dass die Modulationsfähigkeit mit der Frequenz deutlich zunimmt. Hohe Frequenzen eignen sich deutlich besser für die Übertragung von Nachrichten hoher Qualität oder großer Menge. Allerdings haben diese hohen Frequenzen den Nachteil, dass sie eine deutlich geringere Reichweite auf der Erdoberfläche haben. Die Erdkrümmung und natürliche, wie künstliche Hindernisse verhindern mit steigender Frequenz die Ausbreitung.
Betrachtet man die Kennwerte der Sinusschwingung, dann ergeben sich wiederum grundsätzlich drei Arten der Veränderungsmöglichkeiten. Im Rhythmus einer zu übertragenden Nachricht wird grundsätzlich eine Kenngröße des Trägersignals verändert.
Amplitudenmodulation. Technologisch ist die Amplitudenmodulation (AM) das älteste Verfahren (Bild). Im klassischen Mittelwellen-Funk (etwa 300 kHz) werden auch heute noch Radiosendungen über große Entfernungen (mehrere hundert Kilometer) mittels Amplitudenmodulation übertragen.
Frequenzmodulation. Die Frequenzmodulation (FM) hat die Amplitudenmodulation im Rundfunk weitestgehend abgelöst, weil die Qualität deutlich besser ist. Nahezu jedes Radio empfängt im Frequenzbereich um 100 MHz die Radiostationen für Nachrichten, Informationen oder Musik. Die Reichweite ist allerdings eingeschränkt und schwankt mit Senderstärke und topographischen Bedingungen.
Phasenmodulation. Die Phasenmodulation (PM) ist sehr ähnlich der Frequenzmodulation und oft kaum zu unterscheiden. Das führte zu einem späten Einsatz in der Technik. Heute wird die Phasenmodulation in modernen Übertragungsverfahren zur Datenübertragung eingesetzt.
Quadratur-Amplituden-Modulation. Neben den reinen Modulationsverfahren gibt es auch vermehrt Kombinationen. Insbesondere die Quadratur-Amplituden-Modulation (QAM) ist eine Kombination aus Phasen- und Amplitudenmodulation mit digitalen Signalen und wird sowohl bei der FAX-Übertragung, als auch bei der DSL-Technik eingesetzt.
Die genannten Verfahren werden im Laufe dieser Beitragsreihe erläutert und graphisch dargestellt.
Überlagerung ist keine Modulation
Immer wieder treten Verwechselungen mit Überlagerung und Modulation von Signalen auf.
Eine Überlagerung ist eine ungewollte Summe (Addition) zweier Sinusschwingungen und keine gezielte Veränderung eines Sinuskennwertes. Besonders häufig machen sich solche Signale in der Audiotechnik bemerkbar, wenn einer Musikanlage beispielsweise der „Netzbrumm“ überlagert wird. Dies hängt meistens mit mangelnder Entkopplung der Geräte und Signalverschleppung auf den Masseleitungen zusammen.
Eine Überlagerung erzeugt auch oftmals keine neue Sinusschwingung, sondern verzerrte Sinus-Signale. Diese sehen zwar sinusähnlich aus, sie können aber die Audiosysteme schädigen.