डिजिटल मॉडुलन: आयाम और आवृत्ति

रेडियो फ्रीक्वेंसी मॉड्यूलेशन

हालांकि समान अवधारणाओं के आधार पर, डिजिटल-मॉडुलन तरंग उनके एनालॉग समकक्षों से काफी अलग दिखते हैं।

हालांकि, विलुप्त से दूर, एनालॉग मॉडुलन बस एक डिजिटल दुनिया के साथ असंगत है। 

अब हम एनालॉग तरंगों को एक स्थान से दूसरे स्थान पर ले जाने के अपने प्रयासों पर ध्यान केंद्रित नहीं करते हैं। इसके बजाय, हम डेटा को स्थानांतरित करना चाहते हैं: वायरलेस नेटवर्किंग, डिजीटल ऑडियो सिग्नल, सेंसर माप और इसके आगे। डिजिटल डेटा को स्थानांतरित करने के लिए, हम डिजिटल मॉड्यूलेशन का उपयोग करते हैं।

हमें इस शब्दावली से सावधान रहना होगा। इस संदर्भ में "एनालॉग" और "डिजिटल" सूचना के प्रकार को संदर्भित किया जाता है, वास्तविक प्रेषित तरंगों की बुनियादी विशेषताओं के लिए नहीं। 

एनालॉग और डिजिटल मॉड्यूलेशन दोनों सुचारू रूप से भिन्न संकेतों का उपयोग करते हैं; अंतर यह है कि एनालॉग-मॉड्यूलेटेड सिग्नल को एनालॉग बेसबैंड वेवफॉर्म में डिमोड्यूलेट किया जाता है, जबकि डिजिटली मॉड्यूलेटेड सिग्नल में असतत मॉड्यूलेशन यूनिट होते हैं, जिन्हें प्रतीक कहा जाता है, जिन्हें डिजिटल डेटा के रूप में व्याख्या किया जाता है।

तीन मॉड्यूलेशन प्रकारों के एनालॉग और डिजिटल संस्करण हैं। आइए आयाम और आवृत्ति के साथ शुरू करें।

डिजिटल आयाम मॉडुलन
इस प्रकार के मॉडुलन को आयाम शिफ्ट कीइंग (ASK) के रूप में जाना जाता है। सबसे बुनियादी मामला "ऑन-ऑफ कीइंग" (OOK) है, और यह लगभग [[अनुरूप आयाम मॉड्यूलेशन] के लिए समर्पित पृष्ठ में चर्चा किए गए गणितीय संबंधों से सीधे मेल खाता है: यदि हम बेसबैंड तरंग के रूप में एक डिजिटल सिग्नल का उपयोग करते हैं, तो गुणा करें बेसबैंड और वाहक का परिणाम एक संग्राहक तरंग में होता है जो लॉजिक के लिए सामान्य और लॉजिक के लिए "ऑफ" होता है। तर्क-उच्च आयाम मॉड्यूलेशन इंडेक्स से मेल खाता है।

समय क्षेत्र
निम्नलिखित कथानक 10 MHz वाहक और 1 MHz डिजिटल क्लॉक सिग्नल का उपयोग करके उत्पन्न OOK दिखाता है। हम यहां गणितीय दायरे में काम कर रहे हैं, इसलिए तर्क-उच्च आयाम (और वाहक आयाम) बस आयामहीन है "1"; एक वास्तविक सर्किट में आपके पास 1 V वाहक तरंग और 3.3 V तर्क संकेत हो सकता है।

आपने इस उदाहरण और [[आयाम मॉड्यूलेशन]] पृष्ठ में चर्चा किए गए गणितीय संबंध के बीच एक असंगतता को देखा होगा: हमने बेसबैंड सिग्नल को स्थानांतरित नहीं किया। यदि आप एक विशिष्ट डीसी-युग्मित डिजिटल तरंग के साथ काम कर रहे हैं, तो कोई भी ऊपर की ओर शिफ्टिंग आवश्यक नहीं है क्योंकि संकेत y- अक्ष के सकारात्मक भाग में रहता है।

आवृत्ति डोमेन
यहाँ इसी स्पेक्ट्रम है:




1 MHz साइन लहर के साथ आयाम मॉडुलन के लिए स्पेक्ट्रम की तुलना करें:




अधिकांश स्पेक्ट्रम एक समान है - वाहक आवृत्ति (एफसी) पर एक स्पाइक और एफसी प्लस बेसबैंड आवृत्ति और एफसी प्लस बेसबैंड आवृत्ति पर स्पाइक। 

हालांकि, एएसके स्पेक्ट्रम में छोटे स्पाइक्स भी होते हैं जो 3 जी और 5 वें हार्मोनिक्स के अनुरूप होते हैं: मौलिक आवृत्ति (एफएफ) 1 मेगाहर्ट्ज है, जिसका अर्थ है कि तीसरा हार्मोनिक (एफ 3) 3 मेगाहर्ट्ज और 3 वां हार्मोनिक (एफ 5) 5 मेगाहर्ट्ज है। । इसलिए हमारे पास एफसी प्लस / माइनस एफएफ, एफ 5 और एफ 3 पर स्पाइक्स हैं। और वास्तव में, यदि आप प्लॉट का विस्तार करने वाले थे, तो आप देखेंगे कि स्पाइक्स इस पैटर्न के अनुसार जारी हैं।

यह सही समझ में आता है। एक चौकोर तरंग के फूरियर रूपांतरण में विषम हार्मोनिक्स में घटती-आयाम वाली साइन तरंगों के साथ-साथ मौलिक आवृत्ति पर साइन लहर होती है, और यह हार्मोनिक सामग्री वह है जिसे हम ऊपर दिखाए गए स्पेक्ट्रम में देखते हैं।

यह चर्चा हमें एक महत्वपूर्ण व्यावहारिक बिंदु की ओर ले जाती है: डिजिटल मॉड्यूलेशन योजनाओं से जुड़े अचानक परिवर्तन (अवांछनीय) उच्च-आवृत्ति सामग्री। हमें इसे ध्यान में रखना होगा जब हम मॉड्यूलेट सिग्नल की वास्तविक बैंडविड्थ और आवृत्तियों की उपस्थिति पर विचार करते हैं जो अन्य उपकरणों के साथ हस्तक्षेप कर सकते हैं।

डिजिटल फ्रीक्वेंसी मॉड्यूलेशन
इस प्रकार के मॉड्यूलेशन को फ़्रीक्वेंसी शिफ्ट कीइंग (FSK) कहा जाता है। हमारे उद्देश्यों के लिए एफएसके की गणितीय अभिव्यक्ति पर विचार करना आवश्यक नहीं है; इसके बजाय, हम केवल यह निर्दिष्ट कर सकते हैं कि बेसबैंड डेटा लॉजिक 1 और फ़्रीक्वेंसी f0 जब बेसबैंड डेटा लॉजिक 2 है, तो हमारे पास आवृत्ति f1 होगी।

समय क्षेत्र
रेडी-फॉर-ट्रांसमिशन एफएसके तरंग उत्पन्न करने की एक विधि पहले एक एनालॉग बेसबैंड सिग्नल बनाना है जो डिजिटल डेटा के अनुसार एफ 1 और एफ 2 के बीच स्विच करता है। यहाँ f1 = 1 kHz और f2 = 3 kHz के साथ FSK बेसबैंड तरंग का एक उदाहरण है। यह सुनिश्चित करने के लिए कि तर्क 0 और तर्क 1 के लिए एक प्रतीक समान अवधि है, हम एक 1 kHz चक्र और तीन 3 kHz चक्रों का उपयोग करते हैं।

बेसबैंड तरंग को तब वाहक आवृत्ति तक स्थानांतरित (मिक्सर का उपयोग करके) किया जाता है। यह दृष्टिकोण विशेष रूप से सॉफ्टवेयर-परिभाषित-रेडियो सिस्टम में काम करता है: एनालॉग बेसबैंड तरंग एक कम-आवृत्ति संकेत है, और इस प्रकार यह गणितीय रूप से उत्पन्न हो सकता है फिर एक डीएसी द्वारा एनालॉग दायरे में पेश किया जा सकता है। उच्च आवृत्ति संचारित सिग्नल बनाने के लिए DAC का उपयोग करना अधिक कठिन होगा।

एफएसके को लागू करने का एक अधिक वैचारिक रूप से सीधा तरीका यह है कि अलग-अलग आवृत्तियों (एफ 1 और एफ 2) के साथ बस दो वाहक सिग्नल हों; एक या दूसरे को बाइनरी डेटा के तर्क स्तर के आधार पर आउटपुट में रूट किया जाता है। 

इसका परिणाम एक अंतिम संचरित तरंग में होता है जो दो आवृत्तियों के बीच अचानक बदल जाता है, बहुत ऊपर बेसबैंड FSK तरंग के समान है सिवाय इसके कि दो आवृत्तियों के बीच का अंतर औसत आवृत्ति के संबंध में बहुत छोटा है। दूसरे शब्दों में, यदि आप एक टाइम-डोमेन प्लॉट देख रहे थे, तो f1 सेक्शन से f2 सेक्शन को नेत्रहीन रूप से अलग करना मुश्किल होगा क्योंकि f1 और f2 के बीच का अंतर केवल f1 (या f2) का एक छोटा सा अंश है।

आवृत्ति डोमेन
आइए आवृत्ति डोमेन में एफएसके के प्रभावों को देखें। हम अपने 10 मेगाहर्ट्ज वाहक आवृत्ति (या इस मामले में औसत वाहक आवृत्ति) का उपयोग करेंगे, और हम विचलन के रूप में M 1 मेगाहर्ट्ज का उपयोग करेंगे। (यह हमारे वर्तमान उद्देश्यों के लिए अवास्तविक है, लेकिन सुविधाजनक है।) इसलिए लॉजिक के लिए प्रेषित संकेत 9 मेगाहर्ट्ज होगा और लॉजिक के लिए 0 मेगाहर्ट्ज 11। यहाँ स्पेक्ट्रम है:

ध्यान दें कि "वाहक आवृत्ति" पर कोई ऊर्जा नहीं है। यह आश्चर्य की बात नहीं है, यह देखते हुए कि संग्राहक संकेत कभी भी 10 मेगाहर्ट्ज पर नहीं है। यह हमेशा 10 मेगाहर्ट्ज माइनस 1 मेगाहर्ट्ज या 10 मेगाहर्ट्ज प्लस 1 मेगाहर्ट्ज पर होता है, और यही वह जगह है जहां हम दो प्रमुख स्पाइक्स: 9 मेगाहर्ट्ज और 11 मेगाहर्ट्ज देखते हैं।

लेकिन इस स्पेक्ट्रम में मौजूद अन्य आवृत्तियों के बारे में क्या? खैर, एफएसके वर्णक्रमीय विश्लेषण विशेष रूप से सीधा नहीं है। हम जानते हैं कि आवृत्तियों के बीच अचानक बदलाव के साथ अतिरिक्त फूरियर ऊर्जा होगी। 

यह पता चला है कि एफएसके प्रत्येक आवृत्ति के लिए एक सिनैक-फ़ंक्शन प्रकार के स्पेक्ट्रम का परिणाम है, अर्थात, एक एफ 1 पर केंद्रित है और दूसरा एफ 2 पर केंद्रित है। दो प्रमुख स्पाइक्स के दोनों ओर देखी जाने वाली अतिरिक्त आवृत्ति स्पाइक के लिए ये खाते हैं।

सारांश
* डिजिटल आयाम मॉड्यूलेशन में द्विआधारी डेटा के अनुसार असतत वर्गों में एक वाहक तरंग के आयाम को अलग करना शामिल है।

* डिजिटल आयाम मॉड्यूलेशन के लिए सबसे सरल दृष्टिकोण ऑन-ऑफ कीिंग है।

* डिजिटल आवृत्ति मॉड्यूलेशन के साथ, द्विआधारी डेटा के अनुसार असतत वर्गों में एक वाहक या एक बेसबैंड सिग्नल की आवृत्ति भिन्न होती है।

* यदि हम डिजिटल मॉड्यूलेशन की तुलना एनालॉग मॉड्यूलेशन से करते हैं, तो हम देखते हैं कि डिजिटल मॉड्यूलेशन के द्वारा किए गए अचानक बदलाव से कैरियर से फ़्रीक्वेंसी में अतिरिक्त ऊर्जा प्राप्त होती है।

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