Die Übertragung von Informationen über einen Hochfrequenzkanal begann zunächst mit Amplitudenmodulation. Dies war ein einfaches Verfahren war aber für atmosphärische Störungen recht störanfällig. Ab 1945 ging man daher mehr und mehr zur Frequenzmodulation über. Dies war auch die erste Methode zur Übertragung von digitalen Informationen. So wurde in 1G Systemen digitale Informationen kodiert, in dem man der „Null“ eine Frequenz zuordnete und der „Eins“ eine andere Frequenz. Auf der Empfängerseite musste man dann lediglich die Frequenzen durch Filter voneinander unterscheiden.
Phasenmodulation
Für besonders schnelle und effiziente Übertragung von digitaler Information benutzt man heute jedoch die Phasenmodulation. Aber wie kann man Hochfrequenzphasen verändern bzw. erkennen?
Dazu sollte man sich kurz mit trigonometrischen Funktionen beschäftigen. Schließlich entspricht ein Hochfrequenzsignal, eine elektromagnetische Welle, einer Sinus- bzw. Kosinusfunktion.
In der folgenden Grafik ist eine Sinusfunktion und eine Kosinusfunktion aufgezeichnet.
Blau ist die Sinusfunktion, orange die Kosinusfunktion. Es ist zu beachten, dass sich die Sinusfunktion von der Kosinusfunktion nur durch eine 90° Phasenverschiebung unterscheidet. Wenn man beide Funktionen addiert, entsteht eine ebenfalls eine Sinusfunktion (grau) welche gegenüber der Originalsinusfunktion 45° phasenverschoben ist.
Die nächste Grafik zeigt Signale für (sin + cos), (sin – cos), (- sin – cos) und (- sin + cos). Wir erkennen, dass wir jeweils vier Sinusfunktionen entstehen, die jeweils um 90° voneinander in der Phase verschoben sind.
Es lassen sich jedoch nicht nur Phasensprünge von 90° einstellen, sondern beliebige Phasen. Bezeichnen wir I als die Amplitude des Sinussignals und Q als die Amplitude des Kosinussignals, so lassen sich beliebe Phasen durch I und Q einstellen. Dies wird im folgenden I/Q Diagramm gezeigt.
Wie lassen sich nun Phasen in einem Sender erzeugen/ändern. Hierzu benutzt man zwei Sendepfade statt nur einem. Die Mischer der Sender betreibt man mit dem gleichen Oszillator, jedoch erhält einer der Sender das Signal mit 90° Phasenverschiebung.
Abbildung 8: I/Q Modulator and I/Q Demodulator
Anschließend addiert man die Signale nach dem Mischer und bildet daraus z.B. das ZF-Signal des Senders. Mit einem solchen I/Q Modulator können mit den Größen I(t) und Q(t) beliebige Phasen eingestellt werden. Entsprechen läßt sich das Signal beim Empfänger auch demodulierieren.
Quadraturphasenumtastung
Ein Beispiel für digitale Phasenmodulation ist die Quadraturphasenumtastung auch QPSK (Quaternary Phase Shift Keying). Hierbei werden die I und Q Eingänge digital mit 1 oder -1 angesteuert. Jeder Wechsel führt zu einer Änderung der Phase, entweder um 90° oder 180°. Pro Übertragungstakt werden auf diese Weise zwei bits gleichzeitig übertragen. Man überträgt ein „Symbol“.
Somit ist es möglich auf effizient Art und Weise binäre Daten zu modulieren und per Funk zu übertragen.