डिजिटल चरण मॉड्यूलेशन को डिमॉड्यूलेट कैसे करें

रेडियो फ्रीक्वेंसी डिमॉड्यूलेशन
चरण-शिफ्ट-कीइंग तरंग से मूल डिजिटल डेटा निकालने का तरीका जानें।

पिछले दो पृष्ठों में हमने एएम और एफएम सिग्नलों के डिमॉड्यूलेशन के लिए सिस्टम पर चर्चा की, जो एनालॉग डेटा, जैसे (गैर-डिजीटल) ऑडियो ले जाते हैं। अब हम मूल जानकारी को पुनर्प्राप्त करने के लिए तैयार हैं जो तीसरे सामान्य प्रकार के मॉड्यूलेशन के माध्यम से एन्कोड किया गया है, अर्थात्, चरण मॉड्यूलेशन।

हालांकि, एनालॉग चरण मॉडुलन सामान्य नहीं है, जबकि डिजिटल चरण मॉडुलन बहुत आम है। इस प्रकार, यह डिजिटल आरएफ संचार के संदर्भ में पीएम डिमोडुलेशन का पता लगाने के लिए अधिक समझ में आता है। हम बाइनरी फेज शिफ्ट कीइंग (BPSK) का उपयोग करके इस विषय का पता लगाएंगे; हालाँकि, यह जानकर अच्छा लगता है कि क्वाडरेचर फेज़ शिफ्ट कीइंग (QPSK) आधुनिक वायरलेस सिस्टम के लिए अधिक प्रासंगिक है।

जैसा कि नाम से पता चलता है, बाइनरी फेज शिफ्ट कीइंग बाइनरी 0 को एक चरण और द्विआधारी को एक अलग चरण बताकर डिजिटल डेटा का प्रतिनिधित्व करता है। डिमॉड्यूलेशन सटीकता का अनुकूलन करने के लिए दो चरणों को 1 ° से अलग किया जाता है - दो चरण मानों के बीच अधिक अलगाव इसे आसान बनाता है। प्रतीकों को डिकोड करने के लिए।

गुणा और एकीकृत करें और सिंक्रनाइज़ करें
एक BPSK डिमोडुलेटर में मुख्य रूप से दो कार्यात्मक ब्लॉक होते हैं: एक गुणक और एक इंटीग्रेटर। ये दो घटक एक संकेत का उत्पादन करेंगे जो मूल बाइनरी डेटा से मेल खाती है। हालाँकि, सिंक्रनाइज़ेशन सर्किटरी की भी आवश्यकता है, क्योंकि रिसीवर को बिट अवधि के बीच की सीमा की पहचान करने में सक्षम होना चाहिए। यह एनालॉग डिमॉड्यूलेशन और डिजिटल डिमॉड्यूलेशन के बीच एक महत्वपूर्ण अंतर है, तो आइए करीब से देखें।

 

एनालॉग डिमॉड्यूलेशन में, सिग्नल की वास्तव में शुरुआत या अंत नहीं है। एक एफएम ट्रांसमीटर की कल्पना करें जो एक ऑडियो सिग्नल प्रसारित कर रहा है, अर्थात, एक संकेत जो लगातार संगीत के अनुसार बदलता रहता है। अब एक एफएम रिसीवर की कल्पना करें जो शुरू में बंद हो। 

उपयोगकर्ता किसी भी समय रिसीवर को पावर कर सकता है, और डीमॉड्यूलेशन सर्किटरी मॉड्यूलेट वाहक से ऑडियो सिग्नल को निकालना शुरू कर देगा। निकाले गए संकेत को प्रवर्धित किया जा सकता है और एक स्पीकर को भेजा जा सकता है, और संगीत सामान्य ध्वनि देगा। 

यदि ऑडियो सिग्नल किसी गीत की शुरुआत या अंत का प्रतिनिधित्व करता है, या यदि डिमोड्यूलेशन सर्किटरी माप की शुरुआत में, या बीट पर, या दो बीट्स के बीच में काम करना शुरू करता है, तो रिसीवर को कोई पता नहीं है। इससे कोई फर्क नहीं पड़ता; प्रत्येक तात्कालिक वोल्टेज मान ऑडियो सिग्नल में एक सटीक क्षण से मेल खाता है, और जब ये सभी तात्कालिक मान उत्तराधिकार में होते हैं, तो ध्वनि फिर से बनाई जाती है।

डिजिटल मॉड्यूलेशन के साथ, स्थिति पूरी तरह से अलग है। हम तात्कालिक आयामों के साथ काम नहीं कर रहे हैं, बल्कि आयामों का एक क्रम है जो एक असतत जानकारी का प्रतिनिधित्व करता है, अर्थात्, एक संख्या (एक या शून्य)। 

एम्पलीट्यूड के प्रत्येक अनुक्रम को - एक प्रतीक कहा जाता है, जिसकी अवधि एक बिट अवधि के बराबर होती है - पूर्ववर्ती और निम्नलिखित अनुक्रम से अलग होना चाहिए: यदि ब्रॉडकास्टर (ऊपर के उदाहरण से) डिजिटल मॉड्यूलेशन का उपयोग कर रहे थे और रिसीवर ने संचालित किया और डीमॉडुलेट करना शुरू कर दिया। समय में एक यादृच्छिक बिंदु, क्या होगा? 

ठीक है, अगर रिसीवर एक प्रतीक के बीच में डिमोड्यूलेटिंग शुरू करने के लिए हुआ, तो यह एक प्रतीक के आधे और निम्नलिखित प्रतीक के आधे की व्याख्या करने की कोशिश करेगा। यह, निश्चित रूप से, त्रुटियों को जन्म देगा; लॉजिक-वन सिंबल जिसके बाद लॉजिक-जीरो सिंबल होता है, एक या शून्य के रूप में व्याख्या किए जाने का एक समान मौका होगा।

स्पष्ट रूप से, तब, किसी भी डिजिटल आरएफ प्रणाली में सिंक्रोनाइज़ेशन एक प्राथमिकता होनी चाहिए। सिंक्रोनाइज़ेशन के लिए एक सीधा दृष्टिकोण प्रत्येक पैकेट को पूर्वनिर्धारित "प्रशिक्षण अनुक्रम" से जोड़ना है जिसमें वैकल्पिक रूप से शून्य प्रतीकों और एक प्रतीकों (जैसा कि ऊपर आरेख में है) शामिल है। रिसीवर प्रतीकों के बीच की अस्थायी सीमा की पहचान करने के लिए इन एक-शून्य-एक-शून्य संक्रमण का उपयोग कर सकता है, और फिर पैकेट के बाकी प्रतीकों को सिस्टम की पूर्वनिर्धारित प्रतीक अवधि को लागू करके बस ठीक से व्याख्या की जा सकती है।

गुणन का प्रभाव
जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, पीएसके डिमॉड्यूलेशन में एक मौलिक कदम गुणन है। अधिक विशेष रूप से, हम वाहक आवक के बराबर आवृत्ति के साथ एक संदर्भ संकेत द्वारा आने वाले बीपीएसके सिग्नल को गुणा करते हैं। यह क्या पूरा करता है? गणित को देखते हैं; सबसे पहले, उत्पाद दो साइन कार्यों के लिए पहचान:

 

यदि हम इन जेनेरिक साइन फ़ंक्शंस को एक आवृत्ति और चरण के साथ संकेतों में बदलते हैं, तो हमारे पास निम्नलिखित हैं:

सरल बनाना, हमारे पास है:

इसलिए जब हम समान आवृत्ति लेकिन अलग-अलग चरण के दो साइनसोइड्स को गुणा करते हैं, तो परिणाम डबल आवृत्ति का एक साइनसॉइड होता है और एक ऑफसेट जो दो चरणों के बीच अंतर पर निर्भर करता है। 

ऑफसेट कुंजी है: यदि प्राप्त सिग्नल का चरण संदर्भ सिग्नल के चरण के बराबर है, तो हमारे पास कॉस (0 °) है, जो 1. के बराबर है। यदि प्राप्त सिग्नल का चरण 180 ° के चरण से अलग है संदर्भ संकेत, हमारे पास cos (180 °) है, जो -1 है। इस प्रकार, गुणक के उत्पादन में एक द्विआधारी मान के लिए एक सकारात्मक डीसी ऑफसेट और दूसरे द्विआधारी मूल्य के लिए एक नकारात्मक डीसी ऑफसेट होगा। इस ऑफसेट का उपयोग प्रत्येक प्रतीक को शून्य या एक के रूप में व्याख्या करने के लिए किया जा सकता है।

सिमुलेशन की पुष्टि
निम्न BPSK मॉड्यूलेशन और डिमॉड्यूलेशन सर्किट आपको दिखाता है कि आप LTspice में BPSK सिग्नल कैसे बना सकते हैं:

दो साइन स्रोत (एक चरण = 0 ° और एक चरण = 180 ° के साथ) दो वोल्टेज-नियंत्रित स्विच से जुड़े हैं। दोनों स्विचों में एक समान चौकोर-लहर नियंत्रण संकेत होता है, और चालू और बंद प्रतिरोध ऐसे कॉन्फ़िगर किए जाते हैं कि एक खुला रहता है जबकि दूसरा बंद होता है। दो स्विच के "आउटपुट" टर्मिनलों को एक साथ बांधा गया है, और ऑप-एम्प बफ़र के परिणामस्वरूप संकेत देता है, जो इस तरह दिखता है:




अगला, हमारे पास BPSK तरंग की आवृत्ति के बराबर आवृत्ति के साथ एक संदर्भ sinusoid (V4) है, और फिर हम संदर्भ संकेत द्वारा BPSK सिग्नल को गुणा करने के लिए एक मनमाना व्यवहार वोल्टेज स्रोत का उपयोग करते हैं। यहाँ परिणाम है:




जैसा कि आप देख सकते हैं, डिमॉड्युलेटेड सिग्नल प्राप्त सिग्नल की आवृत्ति से दोगुना है, और इसमें प्रत्येक प्रतीक के चरण के अनुसार एक सकारात्मक या नकारात्मक डीसी ऑफसेट है। यदि हम प्रत्येक बिट अवधि के संबंध में इस संकेत को एकीकृत करते हैं, तो हमारे पास एक डिजिटल सिग्नल होगा जो मूल डेटा से मेल खाता है।

सुसंगत जांच
इस उदाहरण में, रिसीवर के संदर्भ सिग्नल के चरण को आने वाले संशोधित सिग्नल के चरण के साथ सिंक्रनाइज़ किया जाता है। यह एक सिमुलेशन में आसानी से पूरा होता है; यह वास्तविक जीवन में काफी अधिक कठिन है। इसके अलावा, "डिफरेंशियल एन्कोडिंग" के तहत इस पृष्ठ में चर्चा की गई है, साधारण चरण शिफ्ट कीइंग का उपयोग उन प्रणालियों में नहीं किया जा सकता है जो ट्रांसमीटर और रिसीवर के बीच अप्रत्याशित चरण अंतर के अधीन हैं। 

उदाहरण के लिए, यदि रिसीवर का संदर्भ संकेत ट्रांसमीटर के वाहक के साथ चरण के बाहर 90 ° है, तो संदर्भ और BPSK संकेत के बीच का चरण अंतर हमेशा 90 ° होगा, और cos (90 °) 0. है। इस प्रकार, डीसी ऑफसेट है खो दिया है, और सिस्टम पूरी तरह से गैर-कानूनी है।

इसकी पुष्टि V4 स्रोत के चरण को 90 ° तक बदलकर की जा सकती है; यहाँ परिणाम है:

सारांश
* डिजिटल डिमोड्यूलेशन के लिए बिट-टाइम सिंक्रोनाइज़ेशन की आवश्यकता होती है; रिसीवर को आसन्न प्रतीकों के बीच की सीमाओं की पहचान करने में सक्षम होना चाहिए।

* बाइनरी-चरण-शिफ्ट-कीिंग संकेतों को एकीकरण के बाद गुणा के माध्यम से ध्वस्त किया जा सकता है। गुणन चरण में उपयोग किए गए संदर्भ संकेत में ट्रांसमीटर के वाहक के समान आवृत्ति होती है।

* साधारण चरण-शिफ्ट-कीिंग केवल तभी विश्वसनीय होती है जब रिसीवर के संदर्भ सिग्नल का चरण ट्रांसमीटर के वाहक के चरण के साथ सिंक्रनाइज़ेशन बनाए रख सकता है।

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