Frequenzmodulation (FM)
Was ist Frequenzmodulation?
Frequenzmodulation (FM) ist eine Modulationstechnik in der Nachrichtentechnik und Elektronik. Dabei wird ein Datensignal in eine Wechselstromwelle (AC, Alternating Current) eingespeist, beispielsweise zur Funkübertragung. Die momentane Frequenz dieser Trägerwelle verändert sich hierbei proportional in Abhängigkeit vom Eingangssignal. Die Amplitude (die Spannungshöhe) der Trägerwelle wird bei der Frequenzmodulation nicht verändert, wie das etwa bei der einfacheren Amplitudenmodulation der Fall ist.
Die Frequenzmodulation lässt sich mit analogen oder digitalen Daten einsetzen.
Analoge Frequenzmodulation
Bei analoger Frequenzmodulation wird die Frequenz der Wechselstromwelle, auch Träger oder Carrier genannt, kontinuierlich verändert. Damit gibt es unendlich viele mögliche Trägerfrequenzen. Bei Schmalband-FM, das häufig in der Zweiwege-Funkkommunikation verwendet wird, variiert die Trägerfrequenz um bis zu 5 Kilohertz (kHz, wobei 1 kHz = 1000 Hertz oder 1000 Wechselzyklen pro Sekunde) über und unter der Frequenz des Trägers ohne Modulation. Bei Breitband-FM, das für Funkausstrahlungen verwendet wird, variiert die unmittelbare Frequenz mitunter mehrere Megahertz (MHz). Ein MHz entspricht einer Million Hertz. Wenn die momentane Eingangswelle eine positive Polarität aufweist, verschiebt sich die Trägerfrequenz in eine Richtung; wenn die momentane Eingangswelle eine negative Polarität aufweist, verschiebt sich die Trägerfrequenz in die entgegengesetzte Richtung. Zu jedem Zeitpunkt ist das Ausmaß der Trägerfrequenzverschiebung (die Abweichung) direkt proportional zu dem Ausmaß, in dem die Signalamplitude positiv oder negativ ist.
Digitale Frequenzmodulation
Bei der digitalen Frequenzmodulation verschiebt sich die Trägerfrequenz abrupt und nicht kontinuierlich, da das Eingangssignal nur zwei Zustände kennt: kein Signal und volles Signal. Die Anzahl der möglichen Trägerfrequenzzustände ist in der Regel eine Zweierpotenz. Bei nur zwei möglichen Frequenzzuständen wird der Modus als Frequenzumtastung (FSK, Frequency-Shift-Keying) bezeichnet. In komplexeren Modi kann es vier, acht oder mehr verschiedene Frequenzzustände geben. Jede spezifische Trägerfrequenz repräsentiert einen bestimmten Zustand der digitalen Eingangsdaten.
Die Frequenzmodulation ist in der Praxis ähnlich wie die Phasenmodulation (PM). Wenn die momentane Frequenz eines Trägers verändert wird, ändert sich auch die momentane Phase. Das Gegenteil gilt auch: Wenn die momentane Phase variiert wird, ändert sich die momentane Frequenz. Aber FM und PM sind nicht exakt identisch, besonders in analogen Anwendungen. Wenn ein FM-Empfänger zur Demodulation eines PM-Signals verwendet wird oder wenn ein für PM entwickelter Empfänger ein FM-Signal abgefängt, ist der Ton verzerrt. Denn die Beziehung zwischen Frequenz- und Phasenvariationen ist nicht linear, das heißt Frequenz und Phase variieren nicht direkt proportional.
