Под модуляцией понимается воздействие на какой-либо параметр ЭМ колебания-переносчика информационным сигналом (кодом), в результате чего в изменениях этого параметра оказывается присутствующим передаваемый сигнал. В электросвязи переносчиком является ЭМ гармоническое колебание или периодическая последовательность коротких ЭМ импульсов.
Т.о., модуляция представляет собой преобразование первичного сигнала 
(
) в сигнал 
, пригодный для передачи по данной линии связи. При этом преобразовании осуществляется согласование источника сообщений с каналом связи.
После передачи сигнала по линии связи происходит обратное преобразование принятого сигнала 
, которое включает демодуляцию, декодирование и преобразование декодированного сигнала 
в сообщение 
для приемника сообщений.
Пусть сигнал-переносчик это 
, а передаваемый сигнал . Тогда модуляция – это преобразование двух сигналов и в один модулированный сигнал :
.
Для выделения переданного сигнала из необходимо выполнить преобразование обратное модуляции, т.е. демодуляцию:
.
Если под воздействием передаваемого сигнала информационный параметр сигнала-переносчика изменяется непрерывно, то все возможные виды модуляции являются непрерывными (аналоговыми). К ним относят амплитудную, фазовую, частотную модуляцию и их комбинации. Так, если сигнал-переносчик – это гармоническое колебание, то имеем амплитудную, фазовую и частотную модуляцию гармонического колебания.
Если при модуляции информационный параметр переносчика в результате модуляции принимает счетное число значений, то модуляцию называют дискретной. К ней относят амплитудную, фазовую и частотную манипуляцию и их производные.
Если эти счетные значения пронумеровывают и в виде цифр передают по линии связи, то говорят о цифровой модуляции, например, импульсно-кодовая модуляция, дельта-модуляция.
В целом, в зависимости от характера и вида передаваемого сигнала и переносчика , вида информационного параметра (амплитуда, частота, фаза, форма, длительность, период и т.д.) может быть предложено множество различных методов модуляции. Однако перечисленные выше методы модуляции нашли широкое практическое применение. Рассмотрим некоторые из них.
Амплитудная модуляция (аналоговая) (АМ) (Amplitude Modulation – AM)
Рассмотрим амплитудную аналоговую модуляцию (Рис. 15) на простом примере (в качестве первичного сигнала выступает гармоническое колебание).
Пусть передаваемый сигнал , а сигнал-переносчик 
. Тогда модулированный сигнал
.
Одним из основных свойств амплитудно-модулированных сигналов является то, что они сохраняют все детали низкочастотного модулирующего сигнала , что позволяет путем демодуляции процесса полностью восстановить исходный передаваемый сигнал . Полосовой амплитудно-модулированный сигнал полностью эквивалентен передаваемому сигналу в отношении содержащейся в нем информации, хотя они находятся в различных частотных диапазонах.
Рис. 15. Амплитудная модуляция (временн а я характеристика и спектр)
Существует достаточно много производных методов амплитудной модуляции: однотональная, многотональная (Рис. 16), балансная (с подавлением несущей), однополосная, полярная и др.
Рис. 16. Многотональная модуляция
Фазовая и частотная аналоговая модуляции (ФМ, ЧМ,) (Frequency Modulation – FM, Phase Modulation – PM)
Можно показать, что любое узкополосное колебание 
можно представить в виде:
,
где 
– функция, характеризующая фазовый спектр.
Фазомодулированный сигнал (Рис. 17) можно получить, если сделать огибающую постоянной, а фазу изменять пропорционально модулирующему сигналу , т.е.
,
где 
– индекс фазовой модуляции.
Рис. 17. Фазомодулированный сигнал
При 
(на рис. – 
), ФМ-сигнал является простым гармоническим колебанием и показан на рисунке функцией 
. С увеличением значений полная фаза колебаний 
нарастает во времени быстрее и опережает линейное нарастание 
. При уменьшении значений скорость роста полной фазы во времени падает.
Частотная модуляция характеризуется линейной связью модулирующего сигнала и сигнала-переносчика, при которой мгновенная частота колебаний образуется сложением частоты высокочастотного несущего колебания 
со значением амплитуды модулирующего сигнала с определенным коэффициентом пропорциональности (Рис. 18):
.
Уравнение ЧМ-сигнала:
,
где 
– начальная фаза.
Рис. 18. Частотно модулированный сигнал
Частотная и фазовая модуляция взаимосвязаны. Если изменяется начальная фаза колебания, изменяется и мгновенная частота, и наоборот. По этой причине их и объединяют под общим названием угловой модуляции (УМ). По форме колебаний с угловой модуляцией невозможно определить, к какому виду модуляции относится данное колебание, к ФМ или ЧМ, а при достаточно гладких функциях формы сигналов ФМ и ЧМ вообще практически не отличаются.
При дискретной модуляции роль переносчика информации выполняет периодическая последовательность импульсов.
,
где 
– амплитуда импульсов;
– функция, описывающая одиночный импульс;
– период повторения импульсов;
– длительность одного импульса.
Аналитическая запись, например, АИМ сигнала (Рис. 19) выглядит следующим образом:
,
где – коэффициент модуляции.
Рис. 19. Образование АИМ-сигнала
Амплитудная манипуляция (АМн) (ASK – Amplitude Shift Keying)
В этом виде дискретной модуляции информационный параметр – амплитуда переносчика – изменяется дискретно. В роли переносчика информации выступает высокочастотный гармонический сигнал
,
а в роли модулирующего сигнала – периодическая последовательность импульсов
где t – длительность импульса.
Амплитуда манипулированного сигнала:
Коэффициент манипуляции обычно выбирают равным 1. Поэтому амплитуда манипулированного сигнала изменяется скачком в моменты времени 
и принимает два значения и 0, как показано на Рис. 20.
Рис. 20. Амплитудно-манипулированный сигнал
Частотная манипуляция (ЧМн) (FSK – Frequency Shift Keying) – имеет место, когда непрерывный периодический сигнал-переносчик 
модулируется последовательностью импульсов , как показано на Рис. 21.
Рис. 21. Образование ЧМн-сигнала
При фазовой манипуляции (ФМн) (PSK – Phase Shift Keying) информационным изменяемым параметром является фаза. Используются различные способы фазовой манипуляции 2ФМн, 4ФМн, 8ФМн (2-уровневая, 4-уровневая, 8-уровневая – число уровней для представления фазы). Например, 2ФМн показана на Рис. 22
Фаза при изменении меняется на 180°. ФМн обеспечивает максимальную помехоустойчивость.
Существуют также многоступенчатые методы модуляции: ФМ-АМ, ЧМ-АМ, АИМ-АМ, ИКМ-АМ, ИКМ-ЧМ и другие.
Рис. 22. Образование 2-уровнего ФМн-сигнала
Заключение
Таким образом, для того, чтобы передать информацию с помощью систем электросвязи, необходимо подвергнуть ее сложной многоступенчатой обработке. Вначале формируются первичные сигналы электросвязи, которые затем, в зависимости от различных факторов могут быть подвергнуты преобразованиям по одному или нескольким параметрам. Одним из важнейших видов преобразований сигналов электросвязи является модуляция, имеющая большое число видов и форм.
