変調と復調

通信システムの世界では、データや情報を広大な距離にわたって効率的かつ正確に伝送することが重要です。これは、今日のデジタル通信の普及を考えると特に当てはまります。現代の通信システムが動作するために必要な最も重要な概念の1つが、変調と復調です。

変調の理解

変調とは、メッセージ信号から情報を符号化するために波形（搬送波信号と呼ばれる）を変化させるプロセスを意味します。簡単に言えば、アナログ信号の音声やデジタル信号のデータを取得し、空気、ケーブル、またはワイヤーなどの異なる媒体を介して伝送し、それでもなお他端で回収できる方法です。

通信システムで変調を使用する主な理由は、メッセージ信号を送信する必要がある媒体と互換性のあるものにするためです。一般に、元のメッセージ信号は直接送信には適していません。搬送波信号を使用することで、変調はメッセージ信号の周波数をより高い周波数にシフトし、送信に便利にします。これにより以下が可能になります:

送信に必要なアンテナのサイズを減らす。
複数の信号を単一のチャネルで同時に送信すること（多重化）を可能にする。
ノイズや干渉を減らして信号品質と受信を改善する。

変調の種類

振幅変調 (AM)

振幅変調では、搬送波の振幅がメッセージ信号に比例して変化します。

周波数変調 (FM)

ここでは、搬送波の周波数がメッセージ信号に従って変動し、その振幅は一定のままです。

位相変調 (PM)

このタイプでは、搬送波の位相がメッセージ信号の瞬時の振幅に従って変化します。

変調の数学

搬送信号は通常、次のように表現されます:

c(t) = Cc * cos(ωc * t + θ)

ここで、Ccは振幅、ωcは角周波数、θは搬送波の位相です。

変調により、この搬送信号のパラメータはメッセージ信号m(t)によって何らかの方法で変更されます。例えば、振幅変調された信号は次のように表現できます:

u(t) = [Cc + m(t)] * cos(ωc * t)

復調の理解

変調は送信のために信号を準備し、復調は受信側で変調された搬送波から元のメッセージ信号を取得する逆のプロセスです。これは、受信者が送信された信号の意味を理解する必要があるため重要です。

復調技術

振幅変調 (AM) 信号の検出

AM信号を復調する簡単な方法は、ダイオード、コンデンサー、抵抗で構成されるエンベロープ検出器を使用することです。これにより、変動する振幅から元の情報を回復することができます。

周波数変調 (FM) 信号の復調

FM復調は通常、周波数判別器または位相ロック・ループ（PLL）を使用して行われます。これらのシステムは周波数の変化を検出し、それを対応する電圧変化に変換します。

位相復調

位相復調は、参照信号が受信機のローカルオシレーターと同期するコヒーレント復調技術を使用して実施できます。