Proč se vůbec moduluje
Data, která chceme poslat, jsou pomalá — řeč do 3,4 kHz, telemetrie robota do pár kilohertzů, kamera do pár megahertzů. Nabízí se otázka, proč se ta data prostě nepustí do antény tak, jak jsou. Odpověď dala už minulá labka a je nemilosrdně fyzická.
- fm = 1 kHz
Zpráva sama o sobě je pomalý signál. Řeč do 3,4 kHz, telemetrie do pár kilohertzů. Tohle je to, co má dorazit na druhou stranu.
- λ = c/fm = 300 km → dipól 150 km
Z WaveLabu: anténa má rozměr z vlnové délky. Na jednom kilohertzu je λ tři sta kilometrů a půlvlnný dipól sto padesát. To se na robota nedává.
- m(t) · cos(2πfct)
Zpráva se vynásobí rychlou sinusovkou. Tomu se říká nosná a jediné, co dělá, je že celé spektrum zprávy posune nahoru.
- λ = c/fc = 12,3 cm → dipól 5,8 cm
Na 2,44 GHz je λ dvanáct centimetrů a dipól necelých šest. Tohle je ten důvod, proč se moduluje — není to kvůli kvalitě, je to kvůli rozměru.
- fc1, fc2, fc3 …
Druhý důvod: každý vysílač dostane jinou nosnou a nepřekáží ostatním. Bez modulace by na světě mohl vysílat jeden.
Anténa má rozměr z vlnové délky. Na jednom kilohertzu je λ = c/f = 300 km a půlvlnný dipól 150 km. Na 2,44 GHz je λ 12,3 cm a dipól necelých 6. To není otázka kvality nebo pohodlí — je to rozdíl mezi „nedá se to postavit“ a „vejde se to do konektoru“.
Tři věci, které nosná umožní naráz
- Rozumnou anténu. Viz výše. Tohle je ten hlavní důvod.
- Víc vysílačů vedle sebe. Každý dostane jinou nosnou a v spektru se nepotkají. Bez toho by na světě mohl vysílat jeden jediný.
- Volbu pásma podle úlohy. Nižší frekvence lépe obchází překážky (WaveLab, kap. 9), vyšší nabídne víc šířky pásma. Nosná je ten přepínač.
Za co se to platí
Modulovaný signál je vždycky širší než zpráva, kterou nese. Zpráva do 15 kHz zabere v AM 30 kHz a v FM se stodvacetikilohertzovým zdvihem 180 kHz. Šířka pásma je omezený zdroj — na 2,4 GHz jí je celkem 83,5 MHz pro všechny — a od téhle chvíle je to ta veličina, o kterou se v celé labce hraje.
Slovník, který se plete: nosná je ta rychlá sinusovka, modulace je způsob, jak se do ní zpráva zapíše, a pásmo je kus spektra, ve kterém se to celé odehrává. Nosná sama o sobě nenese žádnou informaci — signál, který se nemění, neříká nic. Informace je právě v tom, jak se mění.