Data (informace) jsou přenášena médiem (metalické vedení, optické vlákno, vakuum) v podobě změn vhodné fyzikální veličiny (nejčastěji napětí, proudu, intenzity světla). Na takovýto signál můžeme pohlížet jako na funkci, jejíž argumentem je čas - f(t). Jak ukázal J.B.Fourier, může být každá "rozumná" funkce s periodou T vyjádřena jako součet (nekonečného počtu) harmonických - Fourierovou řadou:
f(t)=1/2*c +SUM(n=1 to INF)[An*sin(omega*n*t)] + SUM(n=1 to INF)[Bn*sin(omega*n*t)]
Poznamenejme, že podobně můžeme uvažovat i pro neperiodické funkce, tedy jinak řečeno tehdy, když T se blíží k nekonečnu (viz Fourierův integrál).
S ohledem na další popis je užitečné připomenout, že kvadráty amplitud jednotlivých harmonických vyjadřují, jaká část výkonu signálu je s danou harmonickou svázána. Z pohledu na amplitudové spektrum tedy můžeme odhadnout, jak významně se na tvaru signálu podílí vyšší harmonické a k jaké újmě tedy signál dojde, pokud budou tyto harmonické při přenosu médiem utlumeny.
Poznámka: při posuzování vlivu potlačení vyšších harmonických na zkreslení signálu ovšem nesmíme přehlížet ani spektrum fázové
Je nutné si uvědomit, že každé přenosové médium přenášený signál nějakým způsobem deformuje. Uplatňují se především tyto vlivy:
Na reálný přenosový kanál takto můžeme také pohlížet jako na pásmovou propusť.
Z pohledu přenosu digitální informace nás zajímá, jakou šířku pásma potřebujeme pro přenos daného bitového proudu konstantní bitovou rychlostí (bps-bits per second).
Př: Popišme digitální (obdélníkový) signál vyjadřující např. hodnotu 010011 pomocí Fourierovy řady. Po vypočtení koeficientů An,Bn pro určitou délku bitového intervalu (a z něj a počtu bitů plynoucí periody funkce) můžeme nakreslit amplitudové (nebo ještě lépe výkonové) spektrum. Z něj vidíme, že i výkony na vyšších harmonických nejsou zcela zanedbatelné, a že tedy jejich potlačením bude signál nikoli bezvýznamně deformován.
Obecně se udává, že pro dosažení "přijatelného" tvarového zkreslení obdélníkového signálu potřebujeme přenést alespoň 10 harmonických, tedy např. pro bitovou rychlost 20kbps, obsahující základní kmitočet 10kHz potřebujeme pásmo 100 kHz. Přesněji řečeno, potřebovali bychom, kdybychom prováděli přenos v základním pásmu (baseband) a trvali na dosti přesné reprodukci vysílaného signálu.
Uvažujeme-li nyní, že signál při vzorkování kvantizujeme na V diskrétních úrovní, potřebujeme pro "digitální" reprezentaci signálu s max. frekvencí H bitovou rychlost 2*H*2*H*log2(V). A opačně, uvedená bitová rychlost je maximem, které můžeme na přenosovém kanále s mezní frekvencí H dosáhnout.
Nyquistův teorém byl rozšířen pro zašuměný kanál (Shannon). Uvažován jetermický šum s Gaussovským průběhem:
max_bps=H*log2(1+S/N)kde
Pozn.: Odstup signálu os šumu se v paxi se častěji vyjadřuje v dB.
Jelikož přenosové soustavy použitelné frekvenční pásmo výrazně omezují, není často možné přenášet digitální signál v základním pásmu, což by vyžadovalo široké frekvenční spektrum a přenos stejnosměrné složky. Proto se použije vhodná nosná frekvence (carrier), která se přenášeným signálem moduluje.
Nejčastější typy modulací:
Pozn.: PSK v základní. variantě posunuje fázi o 45,135,225 a 315 stupňů v konstantních intervalech => 4 možné značky, zakódování 2 bitů jednou značkou
Kombinace metod:
QAM: Kvadraturně-amplitudová modulace, kombinace AM a PSK - kóduje 4 bity jednou značkou (16-bodová)
TCM: Trellis Code Modulation 128-bodová (14400bps)
Poznámka: Baud - počet změn v signálu za sekundu (pokud je signál dvoustavový, je rovna bitové rychlosti (bps=bits per second), jinak menší)