Modulationsverfahren

Eine umfassende Darstellung aller Modulationsarten, wie sie in der Funktechnik Anwendung finden, soll hier garnicht erst versucht werden, dies wäre bücherfüllend. Absicht ist eine schematische Übersicht, die erst einmal die verschiedenen Techniken in ihrer grundsätzlichen Wesensart beschreibt, sozusagen ein Wegweiser im Modulationsdschungel.

Technische Zusammenhänge

Bei Modulationsarten ist technisch gesehen zwischen Schwingungs- und Pulsmodulation zu unterscheiden. Dabei gehen wir, von Ausnahmen abgesehen, von sinus- bzw. rechteckförmigen Trägersignalen aus, da diese am einfachsten zu generieren sind. Auch wenn im Sprachgebrauch schon hier von Modulation gesprochen wird, ist dies eigentlich erst der Fall, wenn das Trägersignal (Übertragungsmedium) von Informationen geprägt, also moduliert wird. Diese können wertkontinuierlich oder wertdiskret wirken.

Bei der sinusförmigen, wertkontinuierlichen Modulation werden die Amplitude, Frequenz oder der Phasenwinkel des Trägers beeinflußt, also entsprechend ihres analogen Informationsgehaltes in ihrem Wert geändert. “Kontinuierlich” deswegen, weil trotz Modulation die Trägerform (Schwingungen) erhalten bleibt.

Bei der Amplitudenmodulation AM wird durch Überlagerung des Informationsgehaltes, z.B. Sprachfrequenz, die Amplitudenhöhe der Trägerschwingung bei ihrerseits gleichbleibender Frequenz im Takt der Information geändert. Bei der Frequenzmodulation FM variiert die Frequenz bei gleichbleibender Amplitude im Takt der Information. Bei der Phasenmodulation PM ist die entsprechende Variable die Phasenlage der Trägeramplitude in Bezug zur Ruhelage (unmodulierter Träger).

Dabei kann die AM aufgrund seiner Eigenschaft noch unterschieden werden in Modulationsverfahren, bei der deren Seitenbänder verschieden genutzt werden. Die vom Lang-, Mittel- und Kurzwellenrundfunk her bekannte AM muß daher mit Doppelseitenband DSB bezeichnet werden. Hierbei werden die vollen Trägeramplituden, also der positive und negative Spannungsanteil zur Übertragung der Information genutzt. Im Gegensatz dazu gibt es das Einseitenband SSB (single side band), bei dem entweder der positive Amplitudenteil unterdrückt wird; es wird das untere Seitenband LSB genutzt (lower side band) oder umgekehrt das obere Seitenband USB (upper side band). Ein Seitenband soll hier der Verständlichkeit halber als Kanal bezeichnet werden. Vorteil von SSB ist die bekannte Unempfindlichkeit gegen Interferenzschwund bei Raumwellenausbreitung. Da nur eine Halbwelle übertragen wird, können sich nicht wie bei DSB der obere und untere Amplitudenteil bei Laufzeitverschiebungen gegenseitig ausblenden. Ferner ergibt sich auf Grund der geringeren Bandbreite eine etwa doppelt so gute Frequenzökonomie. Desweiteren wird von der Senkung oder der Unterdrückung des Trägers Gebrauch gemacht. Das lässt eine erhebliche Reduzierung der Sendeleistung bei gleicher Reichweite zu. Der Unterdrückte Träger muß vom Empfänger mittels Synchrondetektor wieder zugesetzt werden, bevor die Demodulation erfolgt.

Die Zweiseitenbandmodulation ISB (independent side band) bietet die Vorzüge des SSB. Es werden wie bei AM beide Kanäle verwendet, jedoch mit verschiedenen Informationsgehalten. Auch dies bedeutet einen Bandbreitengewinn.

Im Gegensatz dazu wird bei der sinusförmigen, wertdiskreten Modulation das Trägersignal digital moduliert. Dies bedeutet die Tastung des Trägersignals selbst, bei AM also das Übertragen bzw. Nichtübertragen des sinusförmigen Trägers im Rythmus der Tastung (Amplitudenumtastung ASK), bei FM das Übertragen einer Frequenz der Wertigkeit High bzw. Low im Rythmus der Tastung (Frequenzumtastung FSK) und bei PM die Umkehrung der Phasenlage im Rythmus der Tastung (Phasenumtastung PSK). Das _SK entstammt dem englischen „shift keying“.

Was hier für die sinusförmige Übertragung möglich ist, gilt ähnlich für die pulsförmige Übertragung. Dabei werden aber grundsätzlich Impulse (meist Rechtecksignale) erzeugt, die mit entsprechender Modulation überlagert werden. Auch dabei wird unterschieden zwischen wertkontinuierlicher- und wertdiskreter Pulsmodulation. Für Erstgenannte kommen zur Anwendung:

Die Pulsamplitudenmodulation PAM ändert entsprechend des analogen Informationsgehaltes die Größe der Rechteckimpulse, bei der Pulsfrequenzmodulation PFM wird entsprechend des analogen Informationsgehaltes die Impulsfrequenz, also die zeitliche Folge von Impulsen gleicher Länge beeinflußt.

Die Pulsphasenmodulation PPM ändert die zeitliche Lage von gleich lagen Impulse innerhalb einer durch die Frequenz festgelegten, konstanten Intervallfolge und die Pulsdauermodulation PDM die Impulsdauer bzw. Länge des Impulses, ebenfalls innerhalb konstanter Intevalle.

Bei der wertdiskreten Pulsmodulation wird beispielsweise die Pulscodemodulation PCM angewandt. Dabei wird eine analoge Amplitude in einem Intervallraster “zerlegt” und für jede der entstandenen Intervalleinheiten die Größe der Amplitude in Form von Integerzahlen erfaßt. Bei der Übertragung wird in dem Intervallraster die Anzahl von Impulsen gesendet, wie sie in denentsprechenden Intervallen erfasst wurden. Um dem mit höherer Auflösung länger werdenden Pulscode (größere Zahlen) und der damit verbundenen wachsenden Bandbreite entgegen zuwirken, findet auch die Deltamodulation DM Anwendung. Damit werden nur die Anzahl Impulse übertragen, die sich aus der Differenz zur vorigen Intervalleinheit ergeben.

Hier eine Übersicht über die Zusammenhänge der Modulationsarten:

Das Missverständnis zwischen Modulationsart und Betriebsart

Beim Blick auf den Betriebsartenschalter am Transceiver oder Receiver könnte jetzt Verwirrung entstehen. Wo sind in der oben dargestellten Übersicht die uns von der Empfängerbeschriftung her bekannten Betriebsarten erwähnt?

Hier differenziert man am Besten zwischen den Begriffen Modulationsart und Betriebsart. Hersteller von Amateurfunkgeräten interessiert dies scheinbar wenig – sie würfeln die Begriffe wild durcheinander. Die Modulationsart beschreibt, so wie in der Übersicht, die technische Beeinflussung des Trägers durch den Informationsgehalt, also unmißverständlich die Art der Modulation des HF-Trägers. Die Betriebsart beschreibt eher die Aufbereitungsform des analogen Informationssignals, bevor es technisch dem Träger aufmoduliert wird. Am Beispiel der Betriebsart RTTY soll dies einmal erläutert werden.

In der Funkfernschreib-Betriebsart RTTY (Radioteletype) werden mittels verschiedener Alphabete Klartexte in digitale Form umgesetzt. Ein Alphabet hält für jeden Buchstaben oder Ziffer eine meist fünf- oder siebenstellige Binärzahl bereit, d.h. eine Folge von High-und Low-Signalen. Hier werden auch weitere digitale Informationen zur Fehlerkorrektur (z.B. vorwärts korrigierendes FEC-Verfahren) oder automatischer Rückfragen (ARQ-Verfahren) eingesetzt. Diese werden in eine höhere und niedrigere NF umgewandelt. Die Baud-Zahl drückt dabei die Übertragungsgeschwindigkeit aus, d.h. den zeitlichen Abstand der High/Low Signale.

Bei o.g. Umwandlung des Informationsgehaltes (Text) in eine Niederfrequenz mit zwei verschiedenen Frequenzstufen ist von Modulationsart im übertragungstechnischen Sinne aber noch nicht die Rede, die erst dann bei der Überlagerung der NF mit dem Trägersignal beschrieben wird und bei der Kurzwellenübertragung meist über eines der Seitenbänder in FSK oder PSK übertragen wird. Wird am Empfänger also die Betriebsart RTTY geschaltet, so wird SSB geschaltet, jedoch des Komforts wegen oft auch gleich das günstigste Bandbreitenfilter und der Frequenzversatz zum Betrieb eines RTTY-Decoders. Zur Verständlichkeit könnte man auch sagen, die Betriebsart beschreibt die Aufbereitung des Informationsgehaltes, wärend die Modulationsart die Form der Übertragung beschreibt, wie sie unmittelbar gesendet, empfangen und wieder demoduliert wird. Für FAX gilt Gleiches, nur dass in der Aufbereitungsebene Schwarz/Weiss-Punkte der grafischen Vorlage in High/Low-Signale umgewandelt werden. Folgendes Bild skizziert den Aufbereitungsweg der Information zur Funkübertragung.

Mit SSB ist meist Telefonie gemeint, ein Seitenband wird mit der vom z.B. Mikrofon stammenden NF moduliert, so, wie bei AM das DSB mit der NF moduliert wird.

Zu erwähnen ist noch CW. Für diese Betriebsart finden nämlich mehrere Modulationsarten Anwendung. Dies können FM, ASK, DSB, LSB oder USB sein.

Bei der Kurzwellenfunkübertragung kommen ausschließlich Formen der Schwingungsmodulation zum Einsatz, die pulsmodulierten Übertragungen dagegen in Datennetzen, die hohe Übertragungsraten und Bandbreiten erlauben.