Modulatie

Op 14 augustus 2003 13:03:26 schreef Randy:
Hoi!

Ik weet eigenlijk nog niet zoveel van electronica af en ik heb daarom nog een paar vraagjes.

Ik kan je zo globaal uit mijn hoofd wel wat antwoorden geven op je vragen.

Ik vraag me al heel lang af wat modulatie is (zoals: AM, FM, USB), kan iemand mij dat uitleggen was het precies is?

USB heeft niks met modulatie te maken.
Modulatie is afgeleid van het woord moduleren, zoek maar eens op wat dat betekend in het woordenboek
Het gaat erom dat er informatie wordt verpakt in een signaal door de techniek te gebruiken van het moduleren.
AM modulatie geschied door op een bepaalde frequentie de amplitude van het signaal (AM = Amplitude Modulatie) te laten wijzigen zodat je daarmee de data verpakt.
Bij FM (=Frequentiie Modulatie) wisselt de freqentie zodat je daaruit de data kunt halen.

En ik heb ook eens iets gehoord van 2m-band, 8m-band. Wat wil dat precies zeggen??

Het staat voor de 2 meter en 8 meter band. Zoals je waarschijnlijk wel weet hebben trillingen een bepaalde golflengte, trillingen met een hele lage freqentie hebben een lange golflengte. Die 2 en 8 meter is de lengte van de golf, oftwel het zegt iets over de frequentie(band) van het signaal.

USB = Upper side-band, dus wel degelijk een modulatie-techniek. Zijn tegenhanger is LSB, en ze zijn beiden een voorbeeld van SSB (single side band).

SSB komt er grofweg op neer dat je het audiospectrum opschuift naar een hf frequentie en dit geheel uitzend. Het signaal is 'compacter' dan AM of FM, waardoor er meer SSB signalen in een bepaald frequentiebereik passen.

Helaas verlies je informatie bij SSB modulatie (namelijk de draaggolf) waardoor demoduleren best lastig is, en de kwaliteit matigjes.

Op 14 augustus 2003 13:31:41 schreef Bastiaan:

[...]

USB heeft niks met modulatie te maken.

USB (modus H3E of J3E) heeft wel degelijk met modulatie te maken, nl. enkel zijband modulatie oftewel SSB. USB modulatie betekent dat alleen de boven zijband wordt gemoduleerd. Het gemoduleerde signaal kan met of zonder draaggolf worden verzonden.

Ik dacht even aan USB van de pc, USB 1.1 of USB 2, vandaar

Hoi!

Dus als ik het goed begrijp is AM modulatie dit:

Dus zoals bastiaan zei, een bepaalde frequentie wijzigen:
Als voorbeeld heb ik de amplitude van een bepaalde frequentie van een signaal gewijzigd, in dit geval 2000 Hz gewijzigd naar een lager amplitude.
Maar ik snap hier eigenlijk niet hoe het signaal compactor word..

En SSB modulatie:

Zoals gezegt door Benm, word het signaal naar een hoger signaal opgeschoven, zoals hierboven als voorbeeld ^^^

En is golflengte dit?

Begrijp ik dit zo allemaal goed?

Grt, Randy

Maar ik snap hier eigenlijk niet hoe het signaal compactor word..

Goed, kort toegelicht:
Een SSB signaal is precies even groot qua bandbreedte als je ingangssignaal. Van de analoge technieken is SSB daarom het meest compact.

Een AM signaal is 2x zo 'breed' als het ingangssignaal. Je hebt nl 2 zijbanden (LSB en USB) plus in het midden de draaggolf.

FM is nog een stukje breder: namelijk 2x de ingangs-bandbreedte + 2x de 'deviatie'. Dat laatste is de frequentieverandering bij maximale modulatie.

Voor voice-transmissies een indicatie (ingang: 0-3000 Hz):
SSB: 3000 Hz
AM: 6000 Hz
NBFM: 12000 Hz (bij 3khz deviatie)

Wat FM betreft kan het aardig aantikken trouwens: een FM stereo uitzending heeft 57 kHz audiobandbreedte en een deviatie van 75 kHz. De hele grap is dan 264 kHz breed.. vandaar dat FM stations in de regel minimaal 300 kHz uit elkaar moeten zitten in een bepaald gebied.

Op 14 augustus 2003 19:47:06 schreef Randy:
Maar ik snap hier eigenlijk niet hoe het signaal compactor word..

Ik snap niet wat jij niet snapt
Wat bedoel je precies?

En is golflengte dit?
[afbeelding]

Klopt helemaal En als de freqentie heeelll laag is, dan is de lengte van die golf heeeeel groot. Is de freqentie hoog dan is de lengte weer klein.
Omgekeerd evenredig noemen ze dat, als de ene groter dan de andere kleiner.

Op 14 augustus 2003 23:19:51 schreef Bastiaan:

[...]

Ik snap niet wat jij niet snapt
Wat bedoel je precies?

haha:)

Ik snap niet hoe het signaal compacter word als je alleen de amplitude varlaagd/verhoogd, want het gaat er toch om dat het signaal korter word zodat het signaal compacter is?? of begrijp ik dat verkeerd?

Grt, Randy

Op 14 augustus 2003 23:27:46 schreef Randy:

[...]

haha:)

Ik snap niet hoe het signaal compacter word als je alleen de amplitude varlaagd/verhoogd, want het gaat er toch om dat het signaal korter word zodat het signaal compacter is?? of begrijp ik dat verkeerd?

Grt, Randy

tja, uhm... hoe bedoel je dat... als je over datacommunitie spreekt wil je idd dat het signaal zo compact mogelijk word om er vervolgens zoveel mogelijk informatie mee te versturen binnen zo kort mogelijke tijd...

maar dan begeef je je eigen in een wat ingewikkeldere materie dan je hier vraagt

w8 ik zal het wat beter uitleggen wat ik niet snap:

Hier een voorbeeld:

Het bovenste signaal is het orgineel, het onderste is een AM gemoduleerd signaal dat met 8 db verlaagd is.
Maar zoals je ziet word er niet meer data verzonden binnen 1 sec wat ik als voorbeeld heb genomen, alleen de amplitude is verlaagd.

Snappie?:)

Grt, Randy

Het gaat hier niet om hoeveel informatie er in een draaggolf past, het gaat er om wat de bandbreedte is van een signaal. De bandbreedte van een AM gemoduleerd signaal kan je als volgt zien.

De modulatie wordt toegepast op een draaggolf met een bepaalde frequentie. Bij mengen van draaggolf en modulatie signaal ontstaan er dan in principe drie componenten: de draaggolf zelf, en de som en verschilproducten van draaggolf en modulatie signaal, dus f(d)+f(m) en f(d)-f(m).
De bandbreedte van dit signaal is nu f(d)+f(m) (de maximale frequentie) minus f(d)-f(m) (de minimale frequentie) en dat is dus 2 x f(m). Daarom is dus de bandbreedte van een amplitude gemoduleerd signaal 2 maal de modulatiefrequentie.

Om het signaal te demoduleren zou je in feite voldoende hebben aan alleen het verschil- of het somproduct; daar zit nl. alle (modulatie) informatie in. De zender stopt dus nodeloos energie in een extra zijband, maar ook in het draaggolf signaal (de draaggolf op zich bevat geen informatie en is voor de ontvanger dus ook niet interessant). Daarom heeft men bedacht dat het slim zou zijn om in ieder geval de draaggolf uit het signaal van de zender te halen, en daarnaast ook ofwel het somproduct, of het verschilproduct. Wat je dan overhoudt is alleen de bovenste of de onderste zijband. Stop je dit signaal nu in de eindtrap van de zender, dan wordt alle beschikbare HF energie in die enkele zijband gestopt, met als gevolg een aanzienlijk groter bereik dan "gewoon" AM moduleren bij gelijk zender vermogen. Het probleem is echter dat, om de enkele zijband te kunnen demoduleren, het noodzakelijk is om de draaggolf weer aan het signaal toe te voegen (simpel gezegd: als f(d) + f(m) wordt ontvangen, zal je f(d) dus de draaggolf frequentie er weer vanaf moeten trekken: f(d) + f(m) - f(d) is immers (onder andere) weer f(m)!) Een enkel-zijband ontvanger zit dus elektronisch een heel stuk complexer in elkaar.

Effectief betekent dit echter, dat de bandbreedte van SSB signalen minimaal is. Dat betekent dan ook weer dat binnen een bepaalde beschikbare bandbreedte meer informatie (of dat nou spraak of digitaal is maakt feitelijk niet uit) kan worden verzonden. De naam "compact" is alleen een beetje misleidend en niet bepaald een gangbare.

Het toevoegen van de draaggolf is niet mogelijk. Je kunt op zijn best 'gokken' wat de draaggolf was, maar je weet nooit zeker of je goed zit. De informatie is permanent verloren.

Het principe van SSB ontvangen hangt daarop: Je mixed het signaal van de antenne met een HF signaal van - is de bedoeling - de frequentie van de oorspronkele draaggolf. 1 van de verschilproducten is het audiosignaal. Als de frequentie die je bijmixed niet precies goed is, krijg je een verschoven audiospectrum, en dat klinkt niet zo best.

Overigens heeft men hier ook trucs voor verzonnen, TV uitzendingen zijn VSB (vestigial sideband), waarbij je door filtering de onderste zijband weggooit, maar wel de draaggolf behoud. Daarnaast is het ook mogelijk 1 zijband uit de zenden en de draaggolf op bijvoorbeeld 10% van de orginele sterkte (slecht voor de S/N verhouding).

Maar over vermogen: FM is vaak efficienter omdat de S/N verhouding van het audiosignaal stukken beter is bij een bepaalde hoogfrequent S/N verhouding. Bovendien kun je FM signalen versterken met class-C eindtrappen, itt tot SSB en AM die class-A vereisen.

Het rendement voor klasse A is pakweg 25%, voor klasse C kan dit makkelijk 75% worden.

Op 15 augustus 2003 14:09:59 schreef Benm:
Het toevoegen van de draaggolf is niet mogelijk

Fout, en dat geef je zelf ook al aan. Door middel van een BFO wordt wel degelijk een vervangende draaggolf opgewekt. Dat deze niet in absolute zin dezelfde is als die welke bij het moduleren werd gebruikt is van geen belang ten aanzien van de mogelijkheid het modulatiesignaal terug te winnen. Ik heb niets gezegd over stabiliteit en afstem-nauwkeurigheid van de oscillator om het "Donald Duck syndroom" te voorkomen, maar zoals je weet zijn er ook weer allerhande trucs om hier verbeteringen in aan te brengen.

Voor wat betreft de rendementen: ik heb ook niets gezegd over het elektrisch rendement van de eindtrap, dat is een heel ander verhaal. Of FM efficienter is dan AM of SSB modulatie hangt van meer af dan de warmteproductie van de zender. Wat ik heb aangegeven is dat het effectieve (spectrale) rendement van AM modulatie laag is (ca. 16%), waarom dat zo is en dat dmv EZB modulatie hier het nodige aan te versleutelen is (plm. factor 2 hoger rendement).

Interesting.. hoe kom je aan die 16% spectraal rendement? of is daarbij een bepaalde modulatie-diepte ook nog meegenomen? En is er ook een getal voor FM?

Overigens is dit wel interessante materie, omdat een breder spectrum je signaal/ruisverhouding wel ten goede kan komen.

In de praktijk is electrisch rendement natuurlijk van zeer groot belang, het maakt nogal een verschil: als je 10 kW signaal eruit wilt gooien met AM of SSB sta je 30 kW te verkachelen aan de zenderkant. Doe je hetzelfde met FM en een eindtrap van hogere klasse hoef je maar een (of een paar) kW te verstoken.

16% rendement bij AM is bij 80% modulatie als ik me goed herinner. Bij SSB met volledige draaggolfonderdrukking ligt dat een factor 2 hoger. Ik zou het eens moeten terugzoeken om de exacte getallen te vinden, maar ik zit er niet ver naast.

In het licht van de vraag "wat is de beste modulatie-vorm" blijf ik het (helaas) oneens met je voor wat betreft het elektrisch rendement. FM leent zich als gevolg van de grote banbreedte minder goed voor toepassing in de HF banden. Het elektrisch rendement komt daar dus bij de keuze van de "beste" vorm al niet in beeld. Een dieselmotor heeft een aanmerkelijk hoger rendement dan een benzinemotor. Heeft een diesel dan dus de voorkeur? Vraag het eens aan Schumacher, zou ik zeggen...

Het word mee een beetje duiderlijker maar ik snap het nog steeds niet helemaal, Want ik vind het best ingewikkeld.

Maar waarom word er niet bij spraak signalen gewoon het orginele signaal uitgezonden? Want dat is toch precies hetzelfde als de zender een AM signaal uitzend en de ontvanger het AM signaal weer demoduleerd???

Grt, Randy

Voordat je een spraaksignaal kunt uitzenden, moet je het eerst op een of andere manier hoogfrequent zien te krijgen. Die manier noem je moduleren (okay, het is kort door de bocht, maar volstaat ff denk ik?).

Wat FM en HF banden betreft: De breedte van het signaal is inderdaad een probleem naamate je frequenties lager worden. De 2-meter amateurband is een paar MHz breed, daar kun je best wat NBFM signalen kwijt. Op de 80 meter band wordt zoiets krapaan natuurlijk. Je ziet ook dat bij hele hoge frequenties zelfs FM gemoduleerde TV signalen worden gebruikt (zeg 1300 Mhz), die zijn tientallen Mhz breed, maar doordat de band als geheel vrij groot is toch acceptabel.

Op 16 augustus 2003 11:21:04 schreef Randy:
Maar waarom word er niet bij spraak signalen gewoon het orginele signaal uitgezonden? Want dat is toch precies hetzelfde als de zender een AM signaal uitzend en de ontvanger het AM signaal weer demoduleerd???

Als je het originele spraaksignaal wilt uitzenden, betekent dit, dat je dit laagfrequente signaal moet omzetten in elektromagnetische golven. In theorie lukt dat nog wel, maar praktisch gezien is het onuitvoerbaar. Bedenk eens over wat voor golflengten we het hier hebben: wil je een smalband spraaksignaal overdragen (bijvoorbeeld van 500 .. 3000 Hz) dan varieert de golflengte ruwweg tussen 6.000 en 1.000 meter. Lastig om daar een hanteerbare antenne voor te maken en ook nog eens effectief af te regelen. Dergelijke lage frequenties lenen zich dus niet op een simpele manier voor het verzenden van spraak. Mede (maar niet alleen) daarom wordt dus de te verzenden informatie op de rug van een signaal dat beter hanteerbaar is gebonden: modulatie.

Overigens is het niet zo dat hele lage frenquenties dus niet gebruikt worden. Toepassingen zijn o.a. communicatie met onderzeeers, scheepsnavigatie en onderzoekingen, maar in alle gevallen gaat het dan om CW-achtige (continuous wave; modulatie door in- en uitschakelen van de zender zoals bij morse) en telex-achtige (RTTY) modulatietechnieken. Vooral de Russen zijn bijzonder actief op deze banden.

Als je meer informatie zoekt over deze materie, Google dan eens op VLF en ULF (very low frequency en ultra low frequency);let vooral eens op de antennes die sommige amateurs in elkaar sleutelen! Er zijn ook her en der foto's te vinden van VLF/ULF antenneparken in de voormalige Sovjet Unie. Gigantisch indrukwekkend!

Kent niemand een programma waar je de frequency en amplitude kan opgeven, en dat je dan het gemoduleerd signaal krijgt?
Of interessante sites over AM en FM modulatie

[Bericht gewijzigd door zender op vrijdag 5 maart 2004 18:27:22 ]