मॉड्युलेशन

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मॉडुलन (मॉड्युलेशन) एक वेवफॉर्म के संबंध में दूसरे वेवफॉर्म से अलग करने की प्रक्रिया है। दूरसंचार में अधिमिश्रण का इस्तेमाल संदेश भेजने के लिए होता है, लेकिन एक संगीतकार स्वर-सामंजस्य के लिए किसी वाद्ययन्त्र के स्वर की मात्रा, उसका समय या टाइमिंग और स्वराघात को अलग करने में इसका उपयोग करता है। अक्सर उच्च आवृति सीनूसोइड वेवफॉर्म का इस्तेमाल लो-फ्रीक्वेंसी संकेत के कैरियर संकेत के रूप में होता है। साइन वेव के तीन प्रमुख मापदंड हैं - उसका अपना आयाम ("मात्रा"), उसके चरण ("समय") और उसकी आवृत्ति ("पिच"), एक मॉड्युलेटेड सिंग्नल प्राप्त करने के लिए इन सभी संचार संकेत (संकेत) को कम फ्रीक्वेंसी के आधार पर संशोधित किया जा सकता है।

जो उपकरण अधिमिश्रण को अंजाम देता है मॉड्युलेटर कहलाता है और जो उपकरण विपरीत क्रिया करता है डिमॉड्युलेटर (लेकिन कभी-कभी संसूचक या डिमोड ) कहलाता है। जो उपकरण दोनों ही तरह का कार्य कर सकता है वह मॉडेम कहलाता है (जिसे संक्षेप में "मॉड्युलेटर- डिमॉड्युलेटर").

लक्ष्य[संपादित करें]

अंकीय अधिमिश्रण का उद्देश्य अंकीय बिट स्ट्रीम को एक अनुरूप पासबैंड चैनल में स्थानान्तरण करना है, उदाहरणस्वरूप; सार्वजनिक स्विच्ड टेलीफोन नेटवर्क, (जहां एक बैंडपास फ़िल्टर की फ्रीक्वेंसी 300 और 3400 हर्ट्ज रेंज के बीच सीमाबद्ध होती है), या एक सीमित रेडियो फ्रीक्वेंसी बैंड पर स्थानान्तरण करना है।

अनुरूप अधिमिश्रण का उद्देश्य एक अनुरूप बेसबैंड (या लोपास) संकेत को हस्तांतरित करना है, उदाहरण के लिए एक ऑडियो संकेत या टीवी संकेत को एक अनुरूप पासबैंड चैनल पर हस्तांतरित करना है, दूसरा उदाहरण रेडियो फ्रीक्वेंसी बैंड या केबल टीवी नेटवर्क चैनल को सीमित करना भी है।

अनुरूप और अंकीय अधिमिश्रण फ्रीक्वेंसी डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग (FDM), को आसान बनाता है, जबकि इसी के साथ कई लो-पास सूचना संकेत का स्थानान्तरण एक साझे भौतिक माध्यम से अलग पासबैंड चैनलों का उपयोग कर के जरिये होता है।

अंकीय बेसबैंड अधिमिश्रण प्रणाली, जो कि लाइन कोडिंग कहलाता है, का उद्देश्य भी एक अंकीय बिट स्ट्रीम पर बेसबैंड चैनल को, एक सीरियल बस या तार द्वारा जुड़े लोकल एरिया नेटवर्क जैसे नॉन फ़िल्टर-तांबे के तार के जरिये हस्तानांतरित करना है।

पल्स अधिमिश्रण प्रणाली का उद्देश्य एक नैरोबैंड अनुरूप संकेत को स्थानान्तरित करना है, उदाहरणस्वरुप फोन कॉल का वाइडबैंड बेसबैंड चैनल पर आना, या कुछ योजनाओं में बीट स्ट्रीम का एक दूसरे अंकीय ट्रांसमिशन सिस्टम में आना.

अनुरूप अधिमिश्रण पद्धति[संपादित करें]

अनुरूप अधिमिश्रण में, अनुरूप इन्फोर्मेशन संकेत पर अधिमिश्रण लगातार चलता रहता है।

एक लो-फ्रीक्वेंसी संदेश (ऊपर) FM या AM रेडियो वेव द्वारा किया जा सकता है।

सामान्य अनुरूप अधिमिश्रण तकनीक निम्न प्रकार के होते हैं :

अंकीय अधिमिश्रण (डिजिटल मॉड्‍युलेशन)पद्धतियां[संपादित करें]

अंकीय अधिमिश्रण में, अनुरूप वाहक संकेत एक अंकीय (डिजिटल) बिट प्रवाह के जरिये अधिमिश्रित होता है। अंकीय अधिमिश्रण पद्धति में अंकीय से अनुरूप रूपांतरण हो सकता है और डिमॉड्युलेशन या डिटेक्शन में अनुरूप से अंकीय में रूपांतरण हो सकता है। वाहक संकेत में परिवर्तन M विकल्प प्रतीकों (अधिमिश्रण वर्णमाला ) के एक परिमित संख्या से चुने जाते हैं।

एक सामान्य उदाहरण : एक टेलीफोन लाइन को श्रवण योग्य ध्वनि को स्थानांतरित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, उदाहरण के लिए एक टोन को लें, यह अंकीय बिट्स (शून्य और एक) नहीं है। कंप्यूटर इसीलिए टेलीफोन में मोडेम के जरिये संपर्क स्थापित कर सकता है, जो अंकीय बिट्स का प्रतिनिधित्व टोन, जिसे प्रतीक कहते हैं, के द्वारा करता हैं। अगर वहां चार विकल्प के प्रतीक हैं (एक संगीत वाद्ययंत्र जो चार अलग टोन, एक बार में एक ही उत्पन्न कर सकते हैं), पहला प्रतीक बिट सिक्वेंस 00 का प्रतिनिधित्व कर सकता है, इसी तरह दूसरा 01 को, तीसरा 10 और चौथा 11. अगर किसी मोडेम में 1000 टोन प्रति सेकेण्ड वाला संगीत बजता है, तो इसका प्रतीक दर 1000 प्रतीक/प्रति सेकेण्ड, या बॉड होगा. चूंकि इस उदाहरण में हरेक टोन दो अंकीय बिट्स वाला एक मैसेज का प्रतिनिधित्व करता है, इसलिए बिट दर प्रतीक दर का दुगुना यानि 2000 बिट्स प्रति सेकंड होता है।

अंकीय संकेत की एक परिभाषा के अनुसार, अधिमिश्रित संकेत एक अंकीय संकेत है, लेकिन एक अन्य परिभाषा में अधिमिश्रण को अंकीय से अनुरूप के रूपांतरण भी कहा गया है। ज्यादातर पाठ्यपुस्तकों में अंकीय अधिमिश्रण स्कीम को अंकीय ट्रांसमिशन के रूप में, डाटा ट्रांसमिशन का ही पर्याय मान लिया गया है, बहुत कम पाठ्यपुस्तकों में इसे अनुरूप ट्रांसमिशन कहा गया है।

मौलिक अंकीय अधिमिश्रण पद्धति[संपादित करें]

अत्याधिक मौलिक अंकीय अधिमिश्रण तकनीक इस प्रकार हैं:

  • PSK के मामले में, विभिन्न चरणों में परिमित संख्या का इस्तेमाल किया जाता है।
  • FSK के मामले में, आवृत्तियों के लिए एक परिमित संख्या का इस्तेमाल किया जाता है।
  • ASK के मामले में, आयाम के लिए एक परिमित संख्या का इस्तेमाल किया जाता है।
  • QAM के मामले में, कम से कम दो चरणों के एक परिमित संख्या और कम से कम दो आयाम का इस्तेमाल किया जाता है।

QAM में, एक इंफेज संकेत (उदाहरण के लिए I संकेत को कोज्या वेवफॉर्म मान लें) और एक क्षेत्रकलन चरण (उदाहरणस्वरूप Q संकेत एक साइन वेव है) आयाम एक परिमित संख्या में अभिव्यक्त होती है। इसे एक टू-चैनल प्रणाली के रूप में देखा जा सकता है, हरेक चैनल ASK का उपयोग करता है। परिणामस्वरूप संकेत PSK और ASK दोनों के सम्मिश्रण के बराबर होता है।

उपरोक्त सभी पद्धति में हरेक चरण, आवृति या आयाम एक अद्भुत दोहरे बीट्स के पैटर्न द्वारा तय होते हैं। आमतौर पर, हरेक चरण फ्रीक्वेंसी या आयाम की सामान संख्या के बीट्स का कूटलेखन करती है।इस बिट्स की संख्या में शामिल प्रतीक का प्रतिनिधित्व विशेष चरण द्वारा होता है।

यदि वर्णमाला में M = 2^N वैकल्पिक प्रतीक के रूप में शामिल है तो हरेक प्रतीक N बिट्स के संदेश का प्रतिनिधित्व करता है। यदि प्रतीक दर (जिसे बॉड दर के रूप में भी जाना जाता है) f_{S} प्रतीक प्रति सेकेण्ड (या बॉड) है, डाटा दर N f_{S} बीट्स प्रति सेकेण्ड है।

उदाहरण के लिए, एक वर्णमाला जिसमे 16 वैकल्पिक प्रतीक हैं, हरेक प्रतीक 4 बिट्स का प्रतिनिधित्व करता है। इसलिए डाटा दर बॉड दर से चार गुना होगा.

PSK, ASK या QAM, जहां अधिमिश्रित संकेत की कैरिअर फ्रीक्वेंसी स्थिर है वहां अधिमिश्रण वर्णमाला अक्सर आसानी से राशि रेखाचित्र का प्रतिनिधित्व करता है, हरेक संकेत के लिए आयाम के I संकेत को x-axis और Q संकेत को y-axis द्वारा दर्शाता है।

मॉड्युलेटर और डिटेक्टर ऑपरेशन के सिद्धांत[संपादित करें]

QAM के सिद्धांत का उपयोग कर PSK और ASK, लेकिन कभी-कभी FSK भी अक्सर पैदा किया और पता लगाया जाता है। I और Q संकेत को जटिल-मान संकेत I +jQ (जहां j एक काल्पनिक इकाई है) में जोड़ा जा सकता है। नतीजतन समतुल्य लो-पास संकेत या समतुल्य बेस्बैंड संकेत के नाम से जाना जाने वाला वास्तविक मान अधिमिश्रित संकेत फिजिकल संकेत (जो कि पासबैंड संकेत या RF संकेत कहलाता है) जटिल मान का प्रतिनिधित्व करता है।

मॉड्युलेटर द्वारा डाटा संचारित के लिए उपयोगी निम्नलिखित सामान्य कदम हैं :

  1. कूटशब्द (कोडवर्ड) में आगत डाटा बीट्स को ग्रुप बनाना, हरेक प्रतीक के लिए एक ग्रुप जिसे संचारित किया जाएगा.
  2. कोडवर्ड या कूटशब्द का खाका मसलन; आयाम के I और Q संकेत, (जो कि लो-पास के समकक्ष) या आवृति या चरण मान पर आरोपित किया जाता है।
  3. प्लस शेपिंग या बैंडविड्थ की सीमा को निर्धारित करने के लिए छानने और समकक्ष लो-पास संकेत के वर्णक्रम को अनुकूलन बनाने के लिए आम तौर पर अंकीय संकेत प्रक्रिया का प्रयोग होता है।
  4. I और Q संकेत को अंकीय से अनुरूप (DAC) में रूपांतरित करके पूरा किया जाता है। (वैसे आजकल ये सभी आमतौर पर अंकीय संकेत प्रक्रिया, (डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग-DSP) का उपयोग कर प्राप्त किये जा रहे हैं).
  5. उच्च आवृति साइन वेव कैरिअर वेवफॉर्म को पैदा करता है और शायद एक कोज्या क्षेत्रकलन अवयव (कोसाइन क्वाड्रेचर कंपोनेंट) को भी. अधिमिश्रण का पालन करता है, उदाहरणस्वरुप साइन (द्विज्या) और कोसाइन (कोज्या) वेव फॉर्म को I और Q संकेत के साथ गुना करने से परिणाम यह निकलता है कि इक्वीवेलेंट लो-पास संकेत मॉड्युलेटेड पासबैंड संकेत या RF संकेत फ्रीक्वेंसी में तब्दील हो जाता है। कभी कभी यह DSP तकनीक का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है, उदाहरण के लिए प्रत्यक्ष अंकीय संश्लेषण या अनुक्रम अंकीय संयोग अनुरूप संकेत प्रक्रिया का उपयोग करने के बजाय वेवफॉर्म तालिका इस्तेमाल करता है। ऐसे मामले में उपरोक्त DAC चरण को इस चरण के बाद किया जाना चाहिए.
  6. सुर की विकृति या सामयिक रेंज की गड़बड़ी से बचने के लिए प्रवर्धन (एम्प्लीफिकेशन) और अनुरूप बैंडबेस को छाना जाता है।

रिसीवर की ओर से आमतौर पर डि-मॉड्युलेटर निम्न कार्य करता है:

  1. बैंडपास फिल्टरिंग
  2. स्वतः नियंत्रित होता है, AGC (किसी तरह की दुर्बलता को को ख़त्म करने के लिए, उदाहरण के लिए फेडिंग).
  3. RF संकेत की आवृति का समतुल्य बेसबैंड I और Q संकेत का स्थानांतरण, या इंटरमीडिएट फ्रिक्वेंसी (मध्यवर्ती आवृति) (IF) संकेत द्वारा स्थानीय दोलक साइनवेव (local oscillator sinewave) और कोज्या RF संकेत को गुणा करके होता है। (सुपरहेट्रोडाइन रिसीवर सिद्धांत देखें).
  4. नमूने और अनुरूप-अंकीय रूपांतरण (एनालॉग-टू-डिजीटल कंवर्सन-ADC) के लिए (कभी पहले या फिर उपरोक्त बिंदु के बदले उदाहरण के लिए अवर नमूने के माध्यम से).
  5. अंतरसंकेत हस्तक्षेप और प्रतीक को विकृति से बचने के लिए बहुमार्गीय संचरण की क्षतिपूर्ति, समय के प्रसार, चरण विरूपण और आवृति चयनित विवर्णता के लिए समीकरण छानना, एक उपयुक्त फ़िल्टर के जरिए, होता है।
  6. I और Q संकेत या आवृति या फिर IF संकेत के चरण के आयाम की खोज करने के लिए.
  7. करीबी स्वीकृत प्रतीक मूल्यों के लिए आयाम, आवृति या चरणों का परिमाणीकरण.
  8. परिमाणीकृत आयाम, आवृति या कूटशब्द (बीट्स ग्रुप्स) का ख़ाका तैयार करना.
  9. कूटशब्द का एक बिट स्ट्रीम के समानांतर धारावाहिक रूपांतरण करना.
  10. कोड की गड़बड़ी में सुधार या उसे खारिज कर आगे काम को बढ़ाने के लिए परिणामी बिट स्ट्रीम को पारित करना.

सभी अंकीय संचार व्यवस्था में यह आम है कि मॉड्युलेटर और डि-मॉड्युलेटर दोनों का डिजाइन एक ही साथ किया जाना चाहिए. अंकीय अधिमिश्रण योजनाएं संभव हैं क्योंकि प्रेषक-प्रापक दोनों पक्षों को पहले से जानकारी होनी चाहिए कि किस तरह डेटा का कूटलेखन किया जाए और संचार व्यवस्था का कैसे प्रतिनिधित्व किया जाए. सभी अंकीय संचार प्रणालियों में, प्रेषक के आपरिवर्तक (मॉड्युलेटर) और प्रापक के डि-मॉड्युलेटर दोनों को इस तरह बनाया जाय कि अपने काम के अलावा एक-दूसरे का भी काम कर सकें.

असंगत अधिमिश्रण पद्धति में एक प्रापक को संदर्भ कालद संकेत जो कि प्रेषक वाहक वेव के साथ एक ही चरण में घटित होता है, की जरूरत नहीं होती. ऐसे मामले में अधिमिश्रण संकेत (बिट्स के बजाय अक्षर या डाटा पैकेट) में अतुल्यकालिक रूप से स्थानांतरित होता हैं। इसका विपरीत अनुकूल अधिमिश्रण है।

अंकीय अधिमिश्रण तकनीकों की सामान्य सूची[संपादित करें]

सबसे ज्यादा आम अंकीय अधिमिश्रण तकनीक इस प्रकार हैं:

MSK और GMSK सतत चरण अधिमिश्रण के विशेष मामलें हैं। दरअसल, CPM के उपकुटुम्ब का MSK विशेष मामला है, जो कि कंटीन्युअस फेज फ्रीक्वेंसी-शिफ्ट कीइंग (CPFSK) एक सांकेतिक-समय (सम्पूर्ण प्रतिक्रिया संकेत) की अवधि के तौर पर भी जाना जाता है, जो कि एक आयताकार आवृति पल्स (जैसे सीध में बढ़ते चरण का स्पंद) है।

OFDM फ्रीक्वेंसी डिविजन मल्टीप्लेक्सिंग (FDM) पर आधारित है, लेकिन इसका उपयोग एक अंकीय अधिमिश्रण योजना के तौर पर किया जाता है। बिट स्ट्रीम कई समानांतर डाटा स्ट्रिमों में विभाजित हो जाता है और हरेक स्ट्रीम पारंपरिक अंकीय अधिमिश्रण योजना का उपयोग कर अपने सब-कैरिअर में स्थानांतरित हो जाता है। OFDM संकेत एक अधिमिश्रित सब-कैरिअर का संक्षिप्त रूप है। OFDM एक बहुविधि तकनीक के बजाय एक अधिमिश्रण तकनीक के रूप में माना जाता है, क्योंकि यह किसी बिट स्ट्रीम को तथाकथित OFDM के एक अनुक्रम का उपयाग करके संचार चैनल में हस्तांतरित कर देता है। OFDM का विस्तार चैनेल एक्सेस पद्धति से ऑर्थोगोनल फ्रीक्वेंसी डिविजन मल्टीपल एक्सेस (OFDMA) और MC-CDMA स्कीम से मल्टी-यूसर चैनल में किया जा सकता है, ताकि बहुत सारे उपयोग कर्ताओं को विभिन्न सब-कैरिअर या कई उपयोग कर्ताओं को कोड देकर एक ही माध्यम का उपयोग करने की अनुमति दें सकें.

दो प्रकार के RF पावर विस्तारक, स्विचन विस्तारक (क्लास C विस्तारक) कम कीमत वाला है और एक ही आउटपुट पवार वाले लाइनर विस्तारक की तुलना में कम बैटरी पवार का उपयोग करता है। बहरहाल, वे केवल अपेक्षाकृत स्थिर आयाम अधिमिश्रण संकेत जैसे कि कोणीय अधिमिश्रण (FSK या PSK) और CDMA के साथ काम करता है, लेकिन QAM और OFDM के साथ नहीं. हालांकि स्विचन विस्तारक एक सामान्य QAM समूह के लिए भी पूरी तरह से अनुपयुक्त है, बावजूद इसके अक्सर QAM अधिमिश्रण सिद्धांत का इस्तेमाल स्विचन विस्तारकों को इन FM और अन्य वेवफॉर्म के साथ चलने में किया जाता है और कभी कभी QAM डि-मॉड्युलेशन का इस्तेमाल इन स्विचिंग विस्तारकों द्वारा संकेत प्राप्त करने के लिए किया जाता है।

अंकीय बेसबैंड अधिमिश्रण (डिजिटल बेसबैंड मॉड्युलेशन) या पंक्ति कूटलेखन[संपादित करें]

अंकीय बेसबैंड अधिमिश्रण (या अंकीय बेसबैंड प्रेषक) शब्द पंक्ति कूट या संकेत का पर्याय है। ये अंकीय बीट स्ट्रीम का अनुरूप बेसबैंड (a.k.a. लोपास चैनल) में स्थनान्तरण करने की पद्धति है, जिसका इस्तेमाल एक पल्स ट्रेन, जो कि असतत संख्या वाला संकेत लेवल है, का प्रयोग प्रत्यक्ष रूप से मॉड्युलेटिंग के जरिए केबल में वोल्टेज और करेंट में किया जाता है। एकध्रुवीय, नॉन-रिटर्न-टू-जीरो (NRZ), मैनचेस्टर और अल्टरनेट मार्क इन्वार्सन (AMI) कूटलेखन वगैरह इसके सामान्य उदाहरण हैं।

पल्स अधिमिश्रण पद्धतियां[संपादित करें]

पल्स अधिमिश्रण योजना का उद्देश्य एक नैरोबैंड अनुरूप संकेत का स्थानान्तरण अनुरूप बेसबैंड में दो स्तर के संकेत के रूप में अधिमिश्रण के जरिए पल्स वेव में करना है। कुछ पल्स अधिमिश्रण योजना नैरोबैंड अनुरूप संकेत को एक अंकीय संकेत (जैसे कि प्रमानित असतत-समय संकेत) एक स्थाई बिट रेट; जो कि अन्तर्निहित अंकीय प्रेषक पद्धति है, के रूप में स्थानांतरित हो सकता है, उदाहरण के लिए कुछ पंक्ति कूट, को स्थानांतरण की अनुमति प्रदान करता है। औपचारिक मायने में ये अधिमिश्रण योजना के तहत नहीं आते, क्योंकि ये चैनेल कूटलेखन योजना नहीं हैं, लेकिन इन्हें स्रोत कूटलेखन योजना की तरह लिया जाना चाहिए और कुछ मामलों में अनुरूप से अंकीय रूपांतरण तकनीक के रूप में.

एनालॉग-ओवर-एनालॉग पद्धतियां :

एनालॉग-ओवर-डिजिटल पद्धतियां:

विविध प्रकार की अधिमिश्रण तकनीकें[संपादित करें]

इन्हें भी देखें[संपादित करें]

संदर्भ[संपादित करें]