Η διαμόρφωση είναι η διαδικασία από την οποία η φωνή, η μουσική και άλλη πληροφορία προστίθενται στα ραδιοκύματα που παράγονται από μια συσκευή αποστολής ραδιοσημάτων (πομπός). Υπάρχουν διαφορετικές μέθοδοι να διαμορφωθεί ένα ραδιοσήμα.
Ένα μη διαμορφωμένο ραδιοσήμα είναι γνωστό ως φέρον. Όταν ακούτε το "νεκρό αέρα" μεταξύ των τραγουδιών ή των ανακοινώσεων σε έναν ραδιοσταθμό, ακροάσθε το φέρον σήμα.. Ενώ ένα φέρον δεν περιέχει καμία πληροφορία, μπορείτε να πείτε ότι αυτό μεταδίδεται λόγω του παρασιτικού θόρυβου στο ραδιόφωνό σας.
Οι διαφορετικοί τρόποι διαμόρφωσης έχουν τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους. Εδώ είναι μια περίληψη:
Συνεχές κύμα (CW)
Το CW είναι η απλούστερη μορφή διαμόρφωσης.
Οι συσκευές αποστολής σημάτων CW είναι απλές και ανέξοδες, και το διαβιβασθέν σήμα CW δεν καταλαμβάνει πολύ διάστημα συχνότητας (συνήθως λιγότερο από 500 Hz). Εντούτοις, τα σήματα CW θα είναι δύσκολο να ακουστούν σε έναν κανονικό δέκτη. Ακούγεται ένας εξασθενημένος παρασιτικός θόρυβος καθώς τα σήματα CW διαβιβάζονται. Για να υπερνικήσουν αυτό το πρόβλημα, οι ραδιοδέκτες περιλαμβάνουν ένα κύκλωμα ταλαντωτών συχνότητας (BFO). Το κύκλωμα BFO παράγει έναν εσωτερικά-παραγμένο δεύτερο φέρον σήμα που παρεμβάλει το
λαμβανόμενο σήμα CW, παράγοντας έναν τόνο σε αντιστοιχία με το λαμβανόμενο σήμα CW. Έτσι τα σήματα κώδικα Μορς μεταφέρονται στο φέρον κύμα.
Διαμόρφωση (AM) εύρους
Στη διαμόρφωση εύρους, το πλάτος του φέροντος του πομπού μεταβάλλεται αντίστοιχα με το πώς μεταβάλλεται το ακουστικό σήμα.
Όταν μιλάτε στο μικρόφωνο ενός πομπού AM, το μικρόφωνο μετατρέπει τη φωνή σας σε μια μεταβαλλόμενη τάση. Αυτή η τάση ενισχύεται και χρησιμοποιείται έπειτα για να μεταβάλλει το φέρον σήμα του πομπού. Η διαμόρφωση εύρους προσθέτει την ισχύ στο φέρον, ανάλογα με τη μεταβολή της τάσης. Η διαμόρφωση εύρους δημιουργεί τρεις χωριστές συχνότητες που διαβιβάζονται: η αρχική συχνότητα του φέροντος, μια χαμηλότερη πλευρική ζώνη συχνοτήτων (LSB) κάτω από τη φέρουσα συχνότητα , και μια ανώτερη πλευρική ζώνη συχνοτήτων
(USB) επάνω από τη φέρουσα συχνότητα. Οι πλευρικές ζώνες συχνοτήτων είναι "είδωλα" η μια της άλλης και περιέχουν την ίδια πληροφορία. Όταν ένα σήμα AM λαμβάνεται, αυτές οι συχνότητες συνδυάζονται για να παραγάγουν τους ήχους που ακούτε.
Κάθε πλευρική ζώνη συχνοτήτων καταλαμβάνει τόσο περισσότερο εύρος συχνοτήτων όσο υψηλότερη είναι η ακουστική συχνότητα που διαβιβάζεται. Εάν η υψηλότερη ακουστική συχνότητα που διαβιβάζεται είναι 5 kHz, κατόπιν ο συνολικός χώρος συχνότητας που καταλαμβάνεται από ένα σήμα AM θα είναι 10 kHz (το φέρον καταλαμβάνει αμελητέο εύρος συχνότητας).
Το AM έχει τα πλεονεκτήματα ότι παραγάγεται εύκολα σε μια συσκευή πομπού και με δέκτες απλής σχεδίασης. Το κύριο μειονέκτημά του είναι η ανεπάρκειά του. Περίπου τα δύο τρίτα της ισχύος ενός AM σήματος συγκεντρώνονται στο φέρον σήμα, το οποίο δεν περιέχει καμία πληροφορία. Το ένα τρίτο της ισχύος είναι στις πλευρικές ζώνες συχνοτήτων, οι οποίες περιέχουν τη πληροφορία του σήματος. Δεδομένου ότι οι δύο πλευρικές ζώνες συχνοτήτων περιέχουν την ίδια πληροφορία, γίνεται κάποια σπατάλη ενέργειας. Από τη συνολική παραγωγή ισχύος του AM πομπού, μόνο το ένα έκτο είναι πραγματικά παραγωγική,
χρήσιμη και απαραίτητη!
Άλλα μειονεκτήματα της διαμόρφωσης AM είναι το σχετικά ευρύ φάσμα συχνότητας που ένα σήμα AM καταλαμβάνει και η ευαισθησία του στις στατικές και άλλες μορφές ηλεκτρικού θορύβου. Παρά ταύτα, το AM είναι απλό να συντονιστεί στους συνηθισμένους δέκτες.
Μια πλευρική ζώνη συχνοτήτων (SSB)
Δεδομένου ότι πολλή ισχύς σπαταλάται με την AM, οι ραδιο μηχανικοί επινόησαν μια μέθοδο για να μεταδώσουν μόνο μια πλευρική ζώνη συχνοτήτων και να βάλουν την ισχύ όλου του πομπού στην αποστολή της χρήσιμης πληροφορίας. Αυτή η μέθοδος είναι γνωστή ως μονή πλευρική ζώνη συχνοτήτων (SSB). Στις συσκευές αποστολής σημάτων SSB, η φέρουσα και η μια πλευρική ζώνη συχνοτήτων αφαιρούνται προτού να ενισχυθεί το σήμα. Είτε η ανώτερη πλευρική ζώνη συχνοτήτων (USB) είτε η χαμηλότερη πλευρική
ζώνη συχνοτήτων (LSB) του αρχικού σήματος AM μπορεί να διαβιβαστεί μόνη.
Η διαμόρφωση SSB είναι ένας αποδοτικότερος τρόπος από το AM δεδομένου ότι η ισχύς του πομπού πηγαίνει όλη στη διαβίβαση της χρήσιμης πληροφορίας. Ένα σήμα SSB καταλαμβάνει επίσης μόνο το μισό διάστημα συχνότητας ενός συγκρίσιμου σήματος AM. Εντούτοις, οι συσκευές αποστολής σημάτων SSB και οι δέκτες είναι πολύ πιό περίπλοκοι από εκείνοι για το AM. Στην πραγματικότητα, ένα σήμα SSB δεν μπορεί να ληφθεί κατά τρόπο κατανοητό σε έναν δέκτη AM. Το σήμα SSB θα έχει έναν άσχημα διαστρεβλωμένο ήχο του "Donald Duck". Αυτό συμβαίνει επειδή ο φορέας ενός σήματος AM διαδραματίζει έναν σημαντικό
ρόλο στην αποδιαμόρφωση (δηλαδή ανακτώντας το διαβιβασθέντα ήχο) των πλευρικών ζωνών συχνοτήτων. Για να αποδιαμορφώσετε επιτυχώς ένα σήμα SSB, χρειάζεστε έναν "υποκατάστατο φέρον σήμα ."
Ένα υποκατάστατο φέρον σήμα μπορεί να παρασχεθεί από ένα κύκλωμα ταλαντωτή (BFO) χρησιμοποιούμενο κατά λήψη των σημάτων CW. Εντούτοις, αυτό σημαίνει ότι ένα σήμα SSB πρέπει να συντονιστεί προσεκτικά σε ακριβή «συνδυασμό» με το φέρον σήμα αντικατάστασης του BFO. Για την καλύτερη απόδοση, ένας δέκτης SSB χρειάζεται ακριβέστερο συντονισμό και μεγαλύτερη σταθερότητα από έναν δέκτη AM, και πρέπει να συντονιστεί προσεκτικότερα από έναν δέκτη AM.
Η SSB χρησιμοποιείται κυρίως από τους ασυρματιστές, τις στρατιωτικές υπηρεσίες, τις θαλάσσιες και αεροναυτικές ραδιουπηρεσίες, και άλλες περιπτώσεις.
Διαμόρφωση (FM) συχνότητας
Στο CW, το AM, και SSB, η συχνότητα του φέροντος σήματος δεν θα αλλάξει σε μια κανονικά λειτουργούσα συσκευή πομπού. Εντούτοις, είναι δυνατό να διαμορφωθεί ένα σήμα με την αλλαγή της συχνότητάς του σύμφωνα με ένα διαμορφών σήμα. Αυτό είναι η ιδέα πίσω από τη διαμόρφωση συχνότητας (FM).
Η μη διαμορφωμένη συχνότητα ενός σήματος FM καλείται κεντρική συχνότητά. Όταν ένα ακουστικό σήμα εφαρμόζεται, τότε η φέρουσα συχνότητα του πομπού FM θα ταλαντευθεί επάνω από και κάτω από την κεντρική συχνότητα σύμφωνα με το διαμορφών σήμα. Το ποσό "ταλάντευσης" στη συχνότητα του πομπού σε οποιαδήποτε κατεύθυνση επάνω από ή κάτω από τη φέρουσα κεντρική συχνότητα καλείται απόκλισή της. Ο συνολικός χώρος συχνότητας που καταλαμβάνεται από ένα σήμα FM είναι δύο φορές η απόκλισή του.
Τα σήματα FM καταλαμβάνουν πολύ διάστημα συχνότητας. Η απόκλιση ενός σταθμού ραδιοφωνικής μετάδοσης FM είναι 75 kHz, για ένα συνολικό διάστημα συχνότητας 150 kHz. Οι περισσότεροι άλλοι χρήστες FM (αστυνομία και πυροσβεστικές υπηρεσίες, επιχειρησιακές ραδιο υπηρεσίες, κ.λπ....) χρησιμοποιούν μια απόκλιση 5 kHz, για έναν συνολικό χώρο συχνότητας που καταλαμβάνεται 10 kHz. Για αυτούς τους λόγους, η FM χρησιμοποιείται κυρίως στη συχνότητα επάνω από 30 MHz, όπου το επαρκές διάστημα συχνότητας είναι διαθέσιμο.
Το μεγάλο πλεονέκτημα της διαμόρφωσης FM είναι η ακουστική ποιότητα και η απουσία του θορύβου. Οι περισσότερες μορφές στατικού και ηλεκτρικού θορύβου επηρεάζουν φυσικά κατά AM, και ένας δέκτης FM δεν θα ανταποκριθεί στα σήματα AM. Οι δέκτες FM διαθέτουν επίσης ένα χαρακτηριστικό γνωστό ως αυτόματη ρύθμιση. Εάν δύο ή περισσότερα σήματα FM είναι στην ίδια συχνότητα, ο δέκτης FM θα αποκριθεί στον ισχυρότερο των σημάτων και θα αγνοήσει το υπόλοιπο. Η ακουστική ποιότητα ενός σήματος FM βελτιώνεται όσο αυξάνεται η απόκλισή
του και αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι σταθμοί ραδιοφωνικής μετάδοσης FM χρησιμοποιούν τέτοια μεγάλη απόκλιση. Το κύριο μειονέκτημα FM είναι το εύρος συχνότητας που απαιτεί.
Διαμόρφωση συχνότητας με μετατόπιση (FSK)
Όπως η FM, η διαμόρφωση συχνότητας με μετατόπιση (FSK) μετατοπίζει τη φέρουσα συχνότητα του πομπού. Αντίθετα από την FM, εντούτοις, η FSK μετατοπίζει τη συχνότητα μεταξύ ακριβώς δύο χωριστών σταθερών σημείων. Η υψηλότερη συχνότητα καλείται συχνότητα σημαδιών ενώ η χαμηλότερη των δύο συχνοτήτων καλείται διαστημική συχνότητα. (Σε αντίθεση, ένα σήμα FM μπορεί να ταλαντευθεί σε οποιαδήποτε συχνότητα μέσα στη σειρά απόκλισής του.)
Η FSK αναπτύχθηκε αρχικά για να στείλει το κείμενο μέσω των συσκευών ραδιοτηλετύπων, όπως εκείνους που χρησιμοποιήθηκαν από την εταιρία TeleType. Η μετατόπιση του φέροντος μεταξύ του σημαδιού και του διαστήματος χρησιμοποιήθηκε για να παραγάγει τους χαρακτήρες στον κώδικα Baudot, ο οποίος μπορεί να θεωρηθεί ως πιό επιμελημένη έκδοση του κώδικα Μορς. Στο δέκτη, τα σήματα Baudot χρησιμοποιήθηκαν για να παραγάγουν το τυπωμένο κείμενο στους εκτυπωτές και, τις πιό πρόσφατες, τηλεοπτικές οθόνες.
Σαν τεχνολογία βελτιωμένη, η FSK χρησιμοποιήθηκε για να διαβιβάσει τα μηνύματα στον κώδικα ASCII που χρησιμοποιήθηκε από τους υπολογιστές. Αυτό επέτρεψε τη χρήση ειδικών συμβόλων. Η εισαγωγή των μικροεπεξεργαστών κατέστησε δυνατό να χρησιμοποιηθεί η FSK για να στείλει τα μηνύματα με την αυτόματη ανίχνευση και διορθώσεων λάθους. Αυτό γίνεται με τη συμπερίληψη των κωδίκων ελέγχου λάθους στα μηνύματα και της άδειας του λαμβάνοντος σταθμού για να μπορεί να ζητηθεί η αναμετάδοση ενός μηνύματος, εάν το μήνυμα και ο κώδικας ελέγχου λάθους του είναι σε σύγκρουση (ή εάν ο κώδικας δεν
παραλαμβάνεται.) Ένας τέτοιος κοινός τρόπος FSK είναι η ερασιτεχνική τηλε-εκτύπωση πέρα από το ραδιόφωνο (AMTOR) και η μπροστινή διόρθωση λάθους (FEC).
Η FSK είναι ο γρηγορότερος τρόπος να σταλεί το κείμενο από το ραδιόφωνο, και οι τρόποι διόρθωσης λάθους προσφέρουν υψηλή ακρίβεια και αξιοπιστία. Ο χώρος κατειλημμένης συχνότητας εξαρτάται από το ποσό μετατόπισης, αλλά τα χαρακτηριστικά σήματα FSK καταλαμβάνουν λιγότερο από 1,5 kHz του διαστήματος. Το μεγάλο μειονέκτημα FSK είναι ο πιό επιμελημένος δέκτης που απαιτείται.
Τα ειδικά τερματικά λήψης και οι προσαρμοστές είναι διαθέσιμοι για να σας αφήσουν "να δείτε" τους τρόπους FSK. Πολλοί από αυτούς λειτουργούν από κοινού με τους προσωπικούς υπολογιστές.
Ψηφιακοί τρόποι
Η ίδια τεχνολογία που καθιστά δυνατή την προβολή μιας ιστοσελίδας χρησιμοποιείται επίσης στα ραδιοκύματα. Οι ψηφιακοί τρόποι μπορούν να οργανώσουν τις πληροφορίες σε πακέτα που περιέχουν τους τομείς διευθύνσεων, πληροφορίες για το πρωτόκολλο μετάδοσης που χρησιμοποιείται, κώδικα ανίχνευσης λάθους, μερικές εκατοντάδες ψηφιολέξεις των στοιχείων, και μπιτ για να οριστεί που κάθε πακέτο αρχίζει και τελειώνει.
Αντί της διαβίβασης των μηνυμάτων σε συνεχή ροή, η μετάδοση της πληροφορίας σπάζει σε πακέτα. Κατά τη λήψη, τα διαφορετικά πακέτα συγκεντρώνονται εκ νέου για να διαμορφώσουν το αρχικό μήνυμα. Εάν ένα πακέτο λείπει ή ληφθεί με λάθη, τότε ο λαμβάνων σταθμός μπορεί να ζητήσει μια αναμετάδοση του πακέτου. Τα πακέτα μπορούν να παραληφθούν από την ακολουθία ή ακόμα και από τις πολλαπλές πηγές (όπως οι διαφορετικοί αναμεταδίδοντες σταθμοί) και να συγκεντρωθούν στο αρχικό μήνυμα.
Ενώ τα ψηφιακά πακέτα έχουν χρησιμοποιηθεί κυρίως για να στείλουν κείμενο, οποιεσδήποτε πληροφορίες που μπορούν να μετατραπούν σε ψηφιακή μορφή -ήχος, γραφική παράσταση, βίντεο, κ.λπ.- μπορούν να διαβιβαστούν με αυτή τη μέθοδο.
Ένα άλλο πλεονέκτημα των ψηφιακών πακέτων είναι ότι τα πακέτα μπορούν να απευθυνθούν στους συγκεκριμένους σταθμούς στον τομέα διευθύνσεων κάθε πακέτου. Άλλοι σταθμοί θα αγνοήσουν τα πακέτα που δεν απευθύνονται σε αυτούς.
Το μεγάλο μειονέκτημα των ψηφιακών πακέτων είναι η πολυπλοκότητα που απαιτείται για την εκπομπή και τη λήψη τους. Ο χώρος συχνότητας που καταλαμβάνεται είναι άμεσα ανάλογος προς την ταχύτητα με την οποία τα μηνύματα μεταδίδονται, και οι ραδιο ψηφιακοί τρόποι είναι πολύ αργοί. Η πιό αργή σύνδεση Ιστού μέσω του Διαδικτύου είναι 14.400 baud (14.4K), ενώ το μέγιστο πρακτικό ψηφιακό ποσοστό τρόπου μέσω του ραδιοφώνου είναι 9600 baud (9.6K). Στις συχνότητες κάτω από 30 MHz, είναι ακόμα πιό αργό τα ποσοστά είναι συνήθως περιορισμένα ακριβώς 300 baud (0.3K)! Κατά συνέπεια, οι ψηφιακοί τρόποι
μέσω του ραδιοφώνου αποδίδουν αργά.
Οι ειδικοί προσαρμοστές λήψης για τους ψηφιακούς τρόπους πακέτων είναι διαθέσιμοι, και αυτοί λειτουργούν συνήθως από κοινού με τους προσωπικούς υπολογιστές. Οι περισσότεροι προσφέρουν FSK λήψη.
Μια άλλη μορφή ψηφιακής διαμόρφωσης είναι γνωστή όπως φάσμα. Οι περισσότερες άλλες μέθοδοι διαμόρφωσης συμπιέζουν όλη την ισχύ του πομπού σε ένα εύρος ζώνης μόνο μερικών kHz. (ακόμη και σε FM, η φέρουσα δεν καταλαμβάνει πολύ εύρος ζώνης, αν και η συχνότητά της μπορεί να παρεκκλιθεί σε ένα ευρύ φάσμα.). Το φάσμα κυριολεκτικά "διαδίδει" το φέρον πέρα από ένα φάσμα συχνότητας που μπορεί να είναι τουλάχιστον 10 kHz στις συχνότητες κάτω από 30 MHz. (Η διάδοση πάνω από 100 kHz ή περισσότερων είναι κοινή στις VHF και τις UHF ζώνες.) Αυτή η διάδοση
γίνεται συνήθως μέσω ενός "διαδίδοντος κώδικα" που περιλαμβάνεται σε ένα εσωτερικό τσιπ μικροελεγκτών.
Όταν ακούγεται σε έναν συμβατικό δέκτη, το sprectrum ηχεί όπως τον τυχαίο θόρυβο ή το "παφλάζοντα" ύδωρ. Ένας δέκτης εξοπλισμένος με έναν μικροελεγκτή ταιριασμένο με τον "διαδίδοντα κώδικα" είναι απαραίτητος για να λάβει κατάλληλα τη μετάδοση του φάσματος. Τα πλεονεκτήματα της φασματικής διάδοσης περιλαμβάνουν έναν υψηλό βαθμό μυστικότητας και ελευθερίας από το intereference, δεδομένου ότι ο δέκτης φασματικής διάδοσης θα απορρίψει οποιοδήποτε σήμα που δεν έχει τον κατάλληλο κώδικα. Σχεδόν όλοι οι χρήστες της φασματικής διάδοσης κάτω από 30 MHz είναι διάφορες στρατιωτικές και
κυβερνητικές υπηρεσίες.