DIGITAL MODULATION - டிஜிட்டல் மாடுலேஷன்

FREQUENCY MODULATION

Frequency modulation-னில், carrier signal-ன் frequencyஆனது modulating signal-ன் amplitudeக்கு தகுந்தவாறு மாறுபடுகின்றது. இதில் carrier signal-ன் amplitude மற்றும் phase angle ஆகியவைகள் மாறுபடுவதில்லை.

Expression and waveform of FM

Frequency modulation-of carrier wave- angular velocity ஆனது modulating signal-ன் amplitude அளவிற்கேற்ப மாறுப்பட்டிருக்கும்.இதில், K என்பது proportionality constant ஆகும்.Deviation என்பது carrier signal-ன் frequencyஆனது modulate செய்யப்படுவதற்கு முன்பு இருந்ததைவிட frequency modulate செய்யப்பட்ட பின்பு எவ்வளவு மாறியுள்ளது எனக் குறிப்பிடுவதாகும். இது modulating signal-ன் frequency-ஐப் பொறுத்து இருக்கும்.சமன்பாடு -ல் உள்ள மதிப்பானது + 1 ஆக இருக்கின்ற போது அதிகளவு (maximum) frequency deviation கிடைக்கப் பெறும்.Maximum frequency deviation ஆனது கீழ்க்கண்டவாறு இருக்கும்.

Frequency spectrum

Frequency modulation-னில் கிடைக்கப்பெறுகின்ற output ஆனது carrier-ஐயும் மற்றும் கணக்கில் அடங்காத இணையான sideband-களையும் கொண்டிருக்கும். Sideband-கள் carrier-ல் இருந்து fm,2fm, 3fm..... என்கிற அளவில் பிரிந்து (தள்ளி) இருக்கும். Sideband-களின் amplitude அளவானது போகப்போக குறைந்து கொண்டே இருக்கும். Modulate செய்யப்பட்ட signal-களில் உள்ள எத்தனை sideband-கள் குறிப்பிடத்தக்க amplitude அளவினைக் கொண்டிருக்கும் என கூறுவது modulation index ஆகும்.

FM spectrograms.

Carrier-ல் இருந்து இரண்டு பக்கங்களிலும் ஒரேயளவு தள்ளி இருக்கின்ற sideband-கள் ஒரேயளவு amplitude-ஐக் கொண்டிருக்கும். அதாவது carrier-ல் இருந்து இரண்டு பக்கங்களிலும் இருக்கின்ற sideband-கள் ஒரே மாதிரியாக இருக்கும். Transmit செய்யப்படுகின்ற ஒட்டு மொத்த power ஆனது எப்பொழுதும் நிலையாக இருக்கும். ஆனால் "depth of modulation" (modulation-ன் அளவு) அதிகரிக்கின்ற போது, தேவைப்படுகின்ற bandwidth-ன் அளவும் அதிகமாக இருக்கும். FM wave-ன் frequency spectrum ஆனது fig.3.2-ல் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.

கொடுக்கப்பட்டுள்ள படத்தில் உள்ள முதல் spectrum ஆனது அதிகரிக்கின்ற deviation (நிலையான fm)-ஐக் கொண்டுள்ளது. இரண்டாவது spectrum ஆனது அதிகரிக்கின்ற modulating frequency (நிலையான 8)-ஐக் கொண்டுள்ளது. முதல் spectrum-த்தைப் பார்க்கின்ற போது, modulating depth அதிகரிக்க அதிகரிக்க bandwidth-ம் அதிகரிக்கும் எனத் தெரிகின்றது. இரண்டாவது spectrum-த்தைப் பார்க்கின்ற போது modulation frequency ஆனது குறையக் குறைய (modulation idex அதிகரிக்க அதிகரிக்க ) sideband-களின் எண்ணிக்கை அதிகரிக்கும் எனத் தெரிகின்றது.

Effect of noise in FM

Noise என்பது ஒரு தடங்கல் (interference) ஆகும். இது lightning (மின்னல்), motor-கள், automobile-ல் உள்ள ignition அமைப்பு, மற்றும் power line-ல் ஏற்படுகின்ற transient-கள் போன்றவற்றினால் உருவாகின்றது. இவ்வாறு உருவாகின்ற noise-களின் frequency ஆனது அதிகமாகவும், மற்றும் அகலம் குறைந்ததாகவும் (குறுகலாகவும்) இருக்கும். இத்தகைய noise-கள் signal-களுடன் சேர்ந்து தடங்கல்களை ஏற்படுத்துகின்றது. வலிமையான noise-கள் முழு தகவலையும் பாதிப்படையச் செய்கின்றது.FM signal ஆனது நிலையான amplitude அளவினைக் கொண்டிருக்கும். Noise-கள் பொதுவாக amplitude மாற்றத்தினை உருவாக்குகின்றது. பொதுவாக FM receiver-கள் limiter circuit- களைக் கொண்டிருக்கும். இவைகள் FM receiver-க்கு வருகின்ற signal-களின் amplitude அளவுகளை கட்டுப்படுத்துகின்றது. ஏதாவது amplitude மாற்றங்கள் FM signal-லில் இருந்தால் அவைகளை எளிதாக clip செய்து நீக்கிவிடுகிறது.

இத்தகைய செயலினால் உண்மையான signal ஆனது எவ்வித பாதிப்பையும் அடைவதில்லை. இதன் மூலம் noise ஆனது முழுவதுமாக நீக்கப்படுகின்றது. பெரும்பாலான FM அமைப்புகள், transmitter-களில் pre-emphasis என்கிற circuit-ஐக் கொண்டிருக்கும். இது அதிக frequency கொண்ட noise தடங்கல்களை ஈடு செய்வதற்கு (off-set) பயன்படுகிறது. இந்த circuit ஆனது high frequency signal-களை low frequency signal-களை விடவும் அதிகளவு amplify செய்கின்றது. இதன் மூலம் high frequency கொண்ட signal-கள் noise-களை விடவும் அதிக வலிமை அடைகின்றது.

இதன் காரணமாக 'signal to noise ratio' அளவு அதிகரிக்கின்றது. இத்தகைய மாற்றங்கள் அடைந்த high frequency கொண்ட signal-களை மீண்டும் பழைய நிலைக்கு கொண்டு வருவதற்கு receiver-களில் de-emphasis என்கிற circuit பயன்படுத்தப்படுகிறது.FM signal-ன் frequency ஆனது noise-யினால் சிறிது பாதிப்படைய வாய்ப்புள்ளது. Signal-ன் modulation index ஆனது noise-ன் modulation index-ஐ விடவும் அதிகமாக இருந்தால் இத்தகைய பாதிப்பானது ஏற்படுவதில்லை. Carrier deviation-ஐ அதிகரிப்பதன் மூலம் signal-ன் modulation index-ஐ அதிகரித்துக் கொள்ளலாம்.

Comparision of AM and FM

பொதுவாக தகவலை ஒரு இடத்தில் இருந்து மற்றொரு இடத்திற்கு அனுப்புவதற்கு AM மற்றும் FM என்கிற இரண்டு வகையான modulation முறைகளும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இதில் FM ஆனது AM-ஐ விடவும் பல வழிகளில் சிறந்ததாக கருதப்படுகிறது. FM ஆனது AM-ஐ விடவும் கீழ்காணும் நன்மைகளைக் கொண்டிருக்கும். FM signal-ன் amplitude ஆனது நிலையாக இருக்கும். ஆகவே இது low power-ல் உருவாக்கப்பட்டு, பின்பு வரிசையாக உள்ள class C amplifier-களைக் கொண்டு தேவையான அளவிற்கு amplify செய்யப்படுகின்றது. இதனால் இதன் efficiency அதிகமாக இருக்கும். பொதுவாக AM signal-லில் amplitude ஆனது நிலையாகவே இருக்காது. ஆகவே இது low power-ல் உருவாக்கப்பட்டு class A அல்லது class AB போன்ற amplifier-களைக் கொண்டு amplify செய்யப்படுகிறது. இதனால் AM signal-ன் efficiency ஆனது குறைவாக இருக்கும்.

Noise signal-கள் பொதுவாக carrier-ன் amplitude-ஐப் பாதிப்படையச் செய்யும். Noise-யினால் frequency ஆனது பாதிக்கப்படுவதில்லை. எனவே FM-ல் amplitude limiter-களைப் பயன்படுத்தி அதில் உள்ள noise-களை எளிதாக நீக்கிவிடலாம். AM-ல் இது முடியாத காரியமாகும்.

FM-ல் frequency-ஐ station-களுக்கு ஒதுக்குகின்ற போது FM station-களுக்கு இடையில் ஒரு guard band (பாதுகாப்பு வளையம்) உருவாகின்றது. இதனால் adjacent channel interferrence ஆனது AM-ஐ விட FM-ல் குறைவாக இருக்கும்.FM broadcast station-கள் பொதுவாக upper VHF மற்றும் UHF band-களில் செயலாற்றுவதால், இதில் ஏற்படுகின்ற noise-ன் அளவானது MF மற்றும் HF band-களில் செயலாற்றுகின்ற AM broadcast station-களை விட குறைவாக இருக்கும்.

ஒரே frequency-கொண்ட இரண்டு signal-கள் interfere ஆகினால் அதனை FM-ல் நீக்கிவிடலாம். ஆனால் இது AMல் முடியாத காரியமாகும். FM அமைப்பானது class C amplfier-களைக் கொண்டு செயலாற்றுவதால் அதன் efficiency ஆனது மிக அதிகமாக இருக்கும். FM channel-க்கு width (அகலம்) அதிகம் தேவைப்படும். அதாவது width ஆனது AM-ஐ விட 10 பங்கு அதிகமாக இருக்க வேண்டும்.FM signal-ஐ transmit மற்றும் receive செய்வதற்கு தேவைப்படுகின்ற சாதனங்களின் விலை அதிகமாக இருக்கும் மற்றும் சிக்கல்மிக்கதாகவும் இருக்கும்.FM signal-ஐ AM signal-ஐ விட குறைவான தொலைவில் மட்டுமே ஒலிபரப்ப முடியும்.

Applications of AM

Radio ஒலிபரப்புதலில் பயன்படுகிறது. Transreceiver communication-களில் பயன்படுகிறது. Microwave link- multichannel communicationஏற்படுத்துவதற்கும் பயன்படுகிறது. Submarine co-axial netwwork-களில் பயன்படுகிறது. Television-னில் video signal-களை trasmit செய்வதற்குப் பயன்படுகிறது. கப்பலில் இருந்து கரைக்கும், மற்றும் கரையில் இருந்து கப்பலுக்கும் signal-களை communicate செய்வதற்குப் பயன்படுகிறது.

Applications of FM

1. நவீன radio ஒலிபரப்பு நிலையங்கள் FM-60 செயலாற்றுகின்றது.
2. Stereo sound transmission ஆனது FM-ஐக் கொண்டு செயல்படுகின்றது.
3. Television-னில் sound signal ஆனது frequency modulate செய்யப்பட்டு transmit செய்யப்படுகிறது.
4. Satellite communication-னின் பல channel-களைக் கொண்ட ஒலிபரப்பு இணைப்புகள் FM மூலம் செயலாற்றுகின்றது.

Varactor diode modulator

இதில் உள்ள L மற்றும் C என்கிற component-கள் சேர்ந்து ஒரு tuned circuit ஆகச் செயல்பட்டு, carrier signal-ஐ தோற்றுவிக்கின்றது. Varactor diode D ஆனது C2 என்கிற capacitor-ன் மூலம் tuned circuit-உடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. இதன் மூலம் varactor diode ஆனது tuned circuit-க்கு parallel-ஆக (இணையாக)செயல்படுகின்றது. இவை ஒன்று சேர்ந்து carrier oscillator-ன் center frequency-ஐ நிர்ணயிக்கின்றது.

Varactor diode (D)-ல் உள்ள capacitance மதிப்பானது modulating signal மூலமும் மற்றும் நிலையான DC bias மூலமும் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது. D-க்கு உரிய bias ஆனது R, மற்றும் R, என்கிற voltage divider resistor-களின் மூலம் உருவாக்கப்படுகின்றது. Modulating signal ஆனது C, மற்றும் RFC வழியாக கொடுக்கப்படுகின்றது. இதில் C, என்பது blocking capacitor ஆகும். RFC என்பது radio frequency choke ஆகும். இந்த இரண்டும் சேர்ந்து carrier signal-ஐ modulating signal-ஐ நோக்கி செல்லவிடாமல் தடுக்கின்றது.

கொடுக்கப்படுகின்ற modulating signal-ன் amplitude ஆனது மாறுகின்ற போது அந்த signal-ஐப் பொறுத்து அதன் voltage ஆனது fixed voltage-உடன் add ஆகின்றது அல்லது subtract ஆகின்றது. இதன் மூலம் varactor diode-க்கு கிடைக்கப்பெறுகின்ற voltage-ன் அளவு மாறுபடுகின்றது. இதன் காரணமாக oscillator உருவாக்குகின்ற signal-ன் frequency அளவு மாறுபடுகின்றது.

Modulating signal-ன் voltage-ஆனது positive ஆக இருக்கின்ற போது, அந்த voltage ஆனது DC bias voltage-உடன் add ஆகின்றது. இதன் மூலம் varactor diode (D)-ன் capacitance அளவு குறைகின்றது. இந்நிலையில் கிடைக்கின்ற carrier frequency-ன் அளவு அதிகமாக இருக்கும்.இதே போன்று modulating signal-ன் voltage ஆனது negative ஆக இருக்கின்ற போது, அந்த voltage ஆனது DC bias voltage-ல் இருந்து subtract ஆகின்றது. இதன் மூலம் varactor diode (D)-ன் capacitance அளவு அதிகரிக்கின்றது. இந்நிலையில் கிடைக்கின்ற carrier frequency-ன் அளவு குறைவாக இருக்கும்.

இதன் மூலம் carrier oscillator உருவாக்குகின்ற signal-ன் frequency ஆனது கொடுக்கப்படுகின்ற modulating signal-ன் amplitude அளவிற்கு தகுந்தவாறு மாறுபடுகின்றது. இத்தகைய செயல்களினால் output-ல் FM signal கிடைக்கின்றது.

FM detection

FM detection அல்லது FM demodulation என்பது frequency modulate செய்யப்பட்ட signal-லில் இருந்து modulating signal-ஐ மட்டும் தனியாக பிரித்தெடுக்கும் முறை ஆகும். இதற்கு கீழ்க்காணும் detectorகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றது.

1. Slope detector
2. Phase shift discriminator
3. Ratio detector

Slope detector

இந்த circuit ஆனது frequency மாறுதல்களை amplitude மாறுதல்களாக மாற்றுகின்றது. இதில் உள்ள Transformer-ன் primaryஆனது carrier frequency (f()-க்கு tune செய்யப்படுகின்றது. Transformer-ன் secondary-ல் இரண்டு tuned circuitகள் உள்ளது. மேல்பக்கம் உள்ள tuned circuitஆனது carrier frequency-ஐ விட சிறிது அதிகமான frequency (f + பிf)க்கு tune செய்யப்படுகின்றது. இரண்டு tuned circuitகளும் carrier -

frequency-ல் இருந்து ஒரேயளவு (Af) தள்ளி tune செய்யப்பட்டு இருக்க வேண்டும். இரண்டு tuned circuitகளும் diode-ன் வழியாக RC load-உடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. Detector-ன் outputஆனது series-ஆக இணைக்கப்பட்டுள்ள இரண்டு capacitor-களுக்கும் குறுக்காக இருந்து பெறப்படுகின்றது. எனவே output ஆனது இரண்டு capacitor-களின் ஒட்டுமொத்த voltage அளவாக இருக்கும். இதில் D, = D2, C, = C2 மற்றும் R, = R2 என இருக்க வேண்டும்.

Input-ல் கொடுக்கப்படுகின்ற signal-ன் frequencyஆனது carrier frequencyக்கு சமமாக இருந்தால், secondary-ல் உள்ள இரண்டு tuned circuitகளிலும் ஒரேயளவு கொண்ட சமமான voltage கிடைக்கப்பெறும். எனவே இரண்டு diodeகளின் வழியேயும் ஒரேயளவு current சென்று, இரண்டு capacitorகளையும் ஒரேயளவு charge செய்கின்றது.Input-ல் கொடுக்கப்படுகின்ற signal-ன் frequencyஆனது carrier frequency-ஐ விட அதிகமாக இருந்தால் மேல்பக்கம் உள்ள tuned circuit-ல் அதிகமான voltage-ம், மற்றும் கீழ்ப்பக்கம் உள்ள tuned circuit-ல் குறைவான voltage-ம் கிடைக்கப் பெறும்.

Input-ல் கொடுக்கப்படுகின்ற signal-ன் frequency ஆனது carrier frequency-ஐ விட குறைவாக இருக்கின்ற போது கீழ்பக்கம் உள்ள tuned circuit-ல் அதிகமான voltage-ம் மற்றும் மேல்பக்கம் உள்ள tuned circuit-ல் குறைவான voltage-ம் கிடைக்கப்பெறும்.இதன் மூலம் output voltage, V, = V, - V2 = negative voltageஆக இருக்கும்.இத்தகைய செயல்களினால் output-ல் modulating signal ஆனது இரண்டு tuned circuit-களின் மற்றும் output signal-ன் response

Disadvantages இதற்கு மூன்று tuned circuit-கள் தேவைப்படும்.

1. மூன்று tuned circuit-களையும் alignment செய்வது கடினம்.
2. Output ஆனது AM-யினால் பாதிக்கப்படும். எனவே இதற்கு AM limiter தேவைப்படும்.

Foster seeley discriminator

இரு ஒரு FM detector ஆகும். இதன் output-ல் கிடைக்கப் பெறுகின்ற signal-ன் அளவானது primary மற்றும் secondary-களில் உள்ள voltageகளின் phase வித்தியாசத்தைப் பொறுத்து இருக்கும். எனவே இது phase shift discriminator என அழைக்கப்படுகிறது. இதன் circuit diagram மற்றும் phasor diagram ஆகியவைகள் fig.3.5(a) மற்றும் (b)-களில் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.

Circuit-ன் input பக்கத்தில் உள்ள transformerஆனது அதன் primary மற்றும் secondary பக்கத்தில், tuned circuitகளைக் கொண்டுள்ளது. இந்த இரண்டு tuned circuitகளும் modulated signal-ன் centre frequency (carrier frequency, fc) க்கு tune செய்யப்படுகின்றது.இரண்டு tuned circuitகளுக்கும் இடையில் capacitor Cc-ன் மூலம் ஒரு coupling (இணைப்பு) ஏற்படுத்தப்பட்டுள்ளது. இதன் மூலம் secondary winding L-ல் primary voltage ஆன e p உருவாகின்றது. Transformer-ன் centre tap terminalஆனது L1 வழியாக resistor-களான R,, R2 மற்றும் capacitor-களான C1,C2 ஆகியவற்றின் பொதுவான புள்ளியுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. L.-ல் கிடைக்கப் பெறுகின்ற voltage-ன் அளவானது transformer-ன் primaryக்கு கொடுக்கப்படுகின்ற input voltageக்கு சமமாக இருக்கும்.

Transformer-ன் secondary-ல் es, மற்றும் es2 என்கிற voltageகள் கிடைக்கப் பெறுகின்றது. இரண்டு voltageகளும் ஒன்றுக்கொன்று 180° phase வித்தியாசத்தைக் கொண்டிருக்கும். இதில் உள்ள இரண்டு diodeகளுக்கும் கிடைக்கப் பெறுகின்ற voltageஆனது e மற்றும் e2 ஆகும். இது transformer-ன் secondary-ல் கிடைக்கப் பெறுகின்ற voltage (es, அல்லது es) மற்றும் primary volltage ஆகியவற்றின் vector கூட்டுத் தொகையாக இருக்கும். Input-ல் கொடுக்கப்படுகின்ற signal-ன் frequencyஆனது tune செய்யப்பட்டுள்ள frequency (carrier frequency)க்கு சமமாக இருந்தால் அது resonance எனப்படும். எனவே resonance-ன் போது tune circuitஆனது capacitor அல்லது inductorஆக செயலாற்றாது. எனவே es, மற்றும் es2 ஆகிய இரண்டும் primary voltage (ep)-ஐப் பொறுத்து சரியாக 90° phase வித்தியாசத்தைக் கொண்டிருக்கும். Input-ல் கொடுக்கப்படுகின்ற signal-ன் frequencyஆனது resonant frequency-ஐ விட குறைவாகவோ அல்லது அதிகமாகவோ இருந்தால் secondary voltageக்கும் மற்றும் primary voltageக்கும் இடையில் உள்ள phaseஆனது 90°-ஐ விட குறைவாக அல்லது அதிகமாக இருக்கும்.

Transformer-ன் input-க்கு கொடுக்கப்படுகின்ற signal-ன் frequencyஆனது carrier frequencyக்கு சமமாக இருக்கின்ற போது, es, மற்றும் es2 என்கிற voltage-கள் primary voltage (ep)க்கு சரியாக 90° phase வித்தியாசம் கொண்டதாக இருக்கும். ஆனால் எப்பொழுதும் es,-ம் மற்றும் es,-ம் ஒன்றுக் கொன்று 180° phase வித்தியாசம் கொண்டதாக இருக்கும்.இப்பொழுது இரண்டு diodeகளின் வழியேயும் ஒரேயளவான current செல்வதால் இரண்டு capacitorகளும் ஒரேயளவு voltageக்கு charge ஆகின்றது.

Above resonance

Input-க்கு கொடுக்கப்படுகின்ற signal-ன் frequncyஆனது carrier frequency-ஐ விட அதிகமாக இருக்கின்ற போது es க்கும் e,க்கும் இடையே உள்ள phase வித்தியாசமானது 90°-ஐ விட குறைகின்றது. இப்பொழுது voltage-களான es2க்கும் மற்றும் e க்கும் இடையே உள்ள phase வித்தியாசமானது 90° விட அதிகமாகின்றது. எனவே e, அதிகரிக்கின்றது மற்றும் e2 குறைகின்றது.

Input-க்கு கொடுக்கப்படுகின்ற signal-ன் frequencyஆனது carrier frequency-ஐ விட குறைகின்ற போது es க்கும் மற்றும் e க்கும் இடையே உள்ள phase வித்தியாசமானது 90°-ஐ விட அதிகமாகின்றது. இப்பொழுது voltage-களான esடிக்கும் மற்றும் e க்கும் இடையே உள்ள phase வித்தியாசமானது 90° விட குறைகின்றது. எனவே e குறைகின்றது மற்றும் e2 அதிகரிக்கின்றது.

Above resonance-ன் போது X( > Xc என இருக்கும். எனவே tuned circuitஆனது inductive-ஆக செயல்படும். Below resonance-ன் போது X > X என இருக்கும். எனவே tuned circuit ஆனது capacitive-ஆக செயல்படும்.

RF chokeஆனது coil L,ஆக இணைக்கப்பட்டுள்ளது. இது carrier frequency-ல் இருக்கின்ற current-ஐ அதனூடே செல்ல அனுமதிப்பதில்லை. எனவே high frequency கொண்ட currentஆனது ground-ஐ சென்றடையும். இதன் மூலம் rectify செய்யப்பட்ட dc current மட்டுமே RF choke வழியே செல்லும்.

R,C, time constant-ன் மதிப்பானது RC2க்கு சமமாக இருக்கும். மேலும், இதன் மதிப்பானது carrier frequency-ஐ விட அதிகமாகவும், மற்றும் audio frequency-ஐ விட குறைவாகவும் இருக்க வேண்டும். எனவே இரண்டு capacitor-களும் audio frequency-ல் செயலாற்றும். இதன் மூலம் output-ல் கிடைக்கப் பெறுகின்ற signal-ன் frequency ஆனது input signal-ன் frequency மாறுதல்களைப் பொறுத்து இருக்கும்.

Ratio detector

Foster seeley discriminator-ன் inputக்கு கொடுக்கப்படுகின்ற signalலில் ஏதாவது amplitude மாறுதல்கள் இருந்தால், கிடைக்கப் பெறுகின்ற output voltage-ல் தேவையில்லாத voltage மாற்றங்கள் இருக்கக்கூடும். இத்தகைய குறைபாட்டினை களைவதற்கு அதனுடன் ஒரு limiter circuit பயன்படுத்தப்படுகின்றது. இத்தகைய circuit ஆனது Ratio detector எனப்படும்.

ஒரு Balanced ratio detectorஆனது கொடுக்கப்பட்டுள்ளது. படத்தில் கொடுக்கப்பட்டுள்ள capacitor C3-ஐ மட்டும் விட்டுவிட்டு மீதமுள்ள circuit-ஐப் பார்த்தால் அது foster seeley discriminator-ல் இருந்து இரண்டு தன்மைகளில் மட்டும் வித்தியாசம் கொண்டதாக இருக்கும்.

இதன் input-ல் இணைக்கப்பட்டுள்ள transformer ஆனது phase shift discriminator-ல் உள்ள transformer போன்று செயலாற்றும். Transformer-ன் input மற்றும் output பக்கத்தில் உள்ள tuned circuitகள் carrier frequencyக்கு tune செய்யப்படுகின்றது. Transformer-ன் secondaryஆனது centre tap-ஐக் கொண்டுள்ளதால் இது இரண்டு rectifierகளுக்கும் ஒரேயளவான மற்றும் எதிரெதிரான polarity (+ மற்றும் -) -களைக் கொண்ட signalகளைத் தருகின்றது.

Ratio mass dual detector

Input-ல் கொடுக்கப்படுகின்ற voltageஆனது tertiary winding L-வினால் இரண்டு diodeகளுக்கும் parallel-ஆக கிடைக்கப் பெறுகின்றது. Tertiary windingஆனது அதே core-ல் சுற்றப்பட்டடிருக்கும், மற்றும் அது secondary winding-ன் centre tap-உடன் இணைக்கப்பட்டிருக்கும். Primary voltageஆனது transformer-ன் secondary voltage-உடன் சேர்ந்து diodeக்கு கிடைக்கப் பெறுகின்றது. இதில் இணைக்கப்பட்டுள்ள ஒத்த componentகள் ஒரேயளவு மதிப்பினைக் கொண்டிருக்கும்.

அதாவது R, 1 R₂, C₁ C2 மற்றும் D. D2 ஆகும். Rectify செய்யப்பட்டு கிடைக்கப் பெறுகின்ற currentகளான id, மற்றும் id2 ஆகியவைகள் C, மற்றும் C2 capacitorகளை படத்தில் காட்டியுள்ள polarity-ல் charge செய்கின்றது. இதன் மூலம் capacitor C1-ல் voltage V,-ம், மற்றும் capacitor voltage V2-ம் கிடைக்கப் பெறுகின்றது. இரண்டு capacitorகளிலும் சேர்ந்து கிடைக்கப் பெறுகின்ற ஒட்டுமொத்த voltage-ன் அளவானது எப்பொழுதும் ஒரேயளவாக இருக்கும். எனவே V, குறையும் போது, அதே அளவு V2 அதிகரிக்கும். அதே போன்று V, அதிகரிக்கும் போது, அதே அளவு V2 குறையும்.

FM TRANSMITTER

FM transmitter-கள் FM signal-களை transmit செய்கின்றது. செயலாற்றுகின்ற தன்மையைக் கொண்டு FM transmitter-கள் .Direct FM transmitter, மற்றும் Indirect FM transmitter என இரண்டு வகைகளாகப் பிரிக்கப்படுகின்றது. Direct FM transmitter-ல் இருக்கின்ற modulation அமைப்பானது master oscillator-ஐ நேரடியாக இயக்கி FM signal-களை direct ஆக உருவாக்குகிறது.

Indirect FM transmitter ஆனது ஒரு crystal oscillator-ஐக் கொண்டிருக்கும். இது modulating (audio) signal மூலமாக phase modulate செய்யப்படுகிறது. Phase modulate (PM) செய்யப்பட்ட signal ஆனது பின்பு FM signal-ஆக மாற்றப்படுகின்றது.

Direct FM transmitter

Direct FM transmitter-ன் block diagram ஆனது கொடுக்கப்பட்டுள்ளது. இது ஒரு reactance tube modulator (அல்லது varactor diode modulator) -ஐக் கொண்டிருக்கும். இந்த modulator ஆனது அதற்கு கொடுக்கப்படுகின்ற audio(madulating) signal-ன் amplitude அளவிற்கு தகுந்தவாறு frequency deviation-களை உருவாக்குகின்றது. இதன் மூலம் கிடைக்கப்பெறுகின்ற FM wave ஆனது வரிசையாக இணைக்கப்பட்டுள்ள frequency multiplier-க்கு செல்கின்றது . Frequency multiplier ஆனது signal-ன் centre frequency அளவினை அதிகரிக்கச் செய்கின்றது. அதே போன்று frequency deviation அளவையும் அதிகரிக்கச் செய்கின்றது. Modulate செய்யப்பட்ட signal ஆனது class C amplifier-களின் மூலமாக தேவையான அளவிற்கு amplify செய்யப்பட்டு பின்பு transmit செய்யப்படுகிறது.

Frequency multiplier-ன் output-ல் கிடைக்கப்பெறுகின்ற signal-ன் ஒரு பகுதியானது AFC circuit-க்கு கொடுக்கப்படுகிறது. இது படத்தில் dot செய்யப்பட்ட கோடு மூலமாக குறிப்பிடப்பட்டுள்ளது. AFC circuit ஆனது circuit parameter-களின் மாற்றங்களில் ஏற்படுகின்ற drift காரணமாக, carrier frequency ஆனது மாறிவிடாமல். அதனை தடுத்து நிலையாக வைத்துக் கொள்கிறது.

Frequency multiplier-ல் இருந்து வருகின்ற signal-ம் மற்றும் crystal oscillator தருகின்ற output signal-ம் mixer circuit-க்கு கொடுக்கப்பட்டு ஒன்று சேர்க்கப்படுகின்றது. இதில் கிடைக்கப்பெறுகின்ற difference frequency கொண்ட signal ஆனது discriminator (Ratio detector)-க்கு கொடுக்கப்படுகின்றது. Discriminator ஆனது அந்த இரண்டு signal-களின் frequency வித்தியாசத்திற்கு தகுந்தவாறு ஒரு dc output voltage-ஐத் தருகின்றது. இரண்டு signal-களின் frequency-ம் ஒரே மாதிரியாக இருந்தால், அதாவது transmitter-ன் frequency ஆனது centre frequency-க்கு சமமாக இருந்தால் discriminator-ன் output ஆனது zero-ஆக இருக்கும். இந்நிலையில் bias-ஐ சரிசெய்ய வேண்டிய அவசியமில்லை.

Frequency-ன் அளவானது positive அல்லது negative பக்கத்தில் drift (மாறி) ஆகியிருந்தால், அதன் அளவினைப் பொறுத்து discriminator அனது ஒரு bias voltage-ஐத் தோற்றுவிக்கும். இது LPF மூலமாக filter செய்யப்பட்டு, reactance tube modulator-க்கு கொடுக்கப்படுகிறது. இதன் மூலம் drift-ஆகி இருந்த (மாறி இருந்த) LC master oscillator-ன் frequency ஆனது பழைய carrier frequency-க்கு மீண்டும் வருகின்றது. இதன் மூலம் அந்த frequency ஆனது மாறாமல் நிலையாக இருக்கின்றது.

(i) Indirect FM transmitter

இதில் transmit செய்யப்பட வேண்டிய audio signal ஆனது modulating amplifier மற்றும் integrator வழியாக phase modulator-க்கு கொடுக்கப்படுகிறது. Modulating amplifier ஆனது audio signal-ஐ ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு amplify செய்கின்றது. Integrator ஆனது modulating signal-லில் உள்ள distortion-களை களைகின்றது.

Crystal oscillator-ன் output-ம் phase modulator-க்கு கொடுக்கப்படுகிறது. Crystal oscillator ஆனது carrier signal-ஐ உருவாக்குகின்றது. Phase modulator ஆனது carrier signal-ஐ modulating signal-ன் amplitude-க்கு தகுந்தவாறு frequency modulate செய்கின்றது. Modulate செய்யப்பட்ட output signal ஆனது frequency multiplier-க்கு கொடுக்கப்படுகிறது. Frequency multiplier ஆனது center frequency-ன் அளவினை தேவையான அளவிற்கு அதிகரிக்கின்றது. மேலும் தேவையான frequency deviation-ஐயும் உருவாக்குகின்றது. இத்தகைய signal ஆனது power amplifier-க்கு கொடுக்கப்பட்டு, தேவையான அளவிற்கு

amplify செய்யப்பட்டு antenna மூலமாக transmit செய்யப்படுகிறது. இந்த transmitter-ன் frequency modulation மற்றும் deviation ஆகியவைகள் modulating signal-ன் அதிகபட்ச amplitude மதிப்பினைப் பொறுத்து இருக்கும்.

Indirect FM transmitter (using balanced modulator)

இது crystal oscillator-ல் இருந்து FM signal-களை உருவாக்குகின்ற மற்றொரு முறையாகும்.Transmit செய்யப்பட வேண்டிய audio (modulating) signal ஆனது modulating amplifier மற்றும் integrator வழியாக balanced modulator-க்கு கொடுக்கப்படுகின்றது. Modulating amplifier ஆனது audio signal-ஐ தேவையான அளவிற்கு amplify செய்கின்றது. Integrator ஆனது அதில் உள்ள தேவையற்ற distortion-களை நீக்குகின்றது.

Crystal oscillator ஆனது carrier signal-ன் centre frequency-ஐ உருவாக்குகின்றது. இது 90° phase shift network மூலமாக 90° அளவு phase shift செய்யப்பட்டு balanced modulator-க்கு மற்றொரு input ஆக கொடுக்கப்படுகிறது. Balanced modulator ஆனது carrier signal-ஐ modulating signal-ன் amplitude அளவிற்கு தகுந்தவாறு frequency modulate செய்கின்றது. இதன் மூலம் கிடைக்கப் பெறுகின்ற output ஆனது 90° phase shift உடன் கூடிய double side band suppressed carrier (DSBSC) signal ஆக இருக்கும். இந்த signal ஆனது harmonic generator மூலமாக mixer-ன் ஒரு input-க்கு கொடுக்கப்படுகிறது. Harmonic generator ஆனது frequency modulate செய்யப்பட்ட signal-ன் center frequency (side band) அளவினை 'n' அளவு அதிகரிக்கின்றது.

indirect FM transmitter with balanced modulator.

அதே போன்று crystal oscillator-ல் இருந்து வருகின்ற carrier signal ஆனது மற்றொரு harmonic generator மூலமாக mixer-ன் மற்றொரு input-க்கு கொடுக்கப்படுகிறது. இந்த harmonic generator ஆனது carrier signal-ன் frequency அளவினை (n-1) அளவு அதிகரிக்கிறது. Mixer ஆனது இரண்டு signal-களையும் சேர்த்து அதன் difference (வித்தியாசப்பட்ட) frequency கொண்ட signal-ஐ மட்டும் அதன் output-ல் தருகின்றது. அதாவது mixer-ன் output ஆனது carrier frequency-ஐயும் மற்றும் அதன் side band frequency-களையும் மட்டுமே கொண்டிருக்கும்.

Advantages

Frequency deviation அளவு குறைவாக இருக்கும்.

ii) Crystal oscillator-ஐப் பயன்படுத்துவதால் AFC circuit தேவையில்லை.

Stereophonic FM transmitter

Stereo என்பது கிரேக்க வார்த்தையாகும். இது 'three dimensional' எனப் பொருள்படும். நவீன stereo ஆனது மூன்று dimension கொண்ட தன்மையை, கேட்கின்றவர் எங்கு இருக்கின்றாரோ, அங்கிருந்து (listener-ல் இருந்து) ஒரு குறிப்பிட்ட தொலைவில் வைக்கப்பட்டிருக்கின்ற இரண்டு source-களைக் கொண்ட sound அமைப்பு மூலமாக ஏற்படுத்துகிறது. Stereo-வில் FM ஆனது, left channel மற்றும் right channel என்கிற இரண்டு channel-களை ஒரே நேரத்தில் மற்றும் தனித்தனியாக transmit செய்வது என்பது இயலாத காரியமாகும். ஏனெனில் ஒரு monoaural அமைப்பானது அனைத்து தகவல்களையும் சிறந்த முறையில் receive செய்ய முடியாது. Receiver ஆனது இரண்டு source-களில் இருந்து வருகின்ற signal-களையும் தனித்தனியாக பிரிக்கின்ற வகையில் தேவையான சாதனங்களை கண்டிப்பாக கொண்டிருக்க வேண்டும்.

Stereo-வில், இரண்டு microphone-கள் தனித்தனியாக பயன்படுத்தப்பட்டு தனித்தனியாக உள்ள இரண்டு audio signal-களை உருவாக்குகின்றது. இரண்டு microphone-களும் ஒரே source-ல் இருந்து, ஆனால் இரண்டு வெவ்வேறு திசைகளில் (பாதைகளில்) இருந்து வருகின்ற sound signal-ஐ audio signal-களாக மாற்றுகின்றது. இரண்டு microphone-களும் தனித்தனியாக இருப்பதன் காரணமாக, இரண்டு audio signal-களுக்கும் இடையில் தேவையான phase வித்தியாசம் ஏற்படுத்தப்படுகிறது. இதன் மூலம் உண்மையான sound ஆனது receiver-ல் தத்ரூபமாக திருப்பி பெறப்படுகிறது.

தனித்தனியாக உள்ள இரண்டு signal-களும் frequency multiplex செய்யப்பட்டு பின்பு ஒரே antenna வழியாக transmit செய்யப்படுகிறது. Left (L) மற்றும் Right (R) பக்கங்களில் உள்ள இரண்டு microphone-களும் இரண்டு audio signal-களை உருவாக்குகிறது. இரண்டு microphone-களின் output-களும் ஒரு combining network-க்கு கொடுக்கப்படுகின்றது. Combining network ஆனது sum (L + R) மற்றும் difference (L – R) என்கிற இரண்டு signal-களை உருவாக்குகின்றது. இதில் (L + R) என்கிற signal ஆனது நேரடியாக mixer unit-க்கு கொடுக்கப்படுகின்றது.

Crystal oscillator ஆனது 19 KHz கொண்ட signal-ஐ உருவாக்குகின்றது. இந்த signal ஆனது pilot signal என அழைக்கப்படும். இந்த signal-ம் mixer-க்கு ஒரு input ஆக நேரடியாக கொடுக்கப்படுகிறது. 19 KHz கொண்ட signal ஆனது frequency doubler-க்கு கொடுக்கப்பட்டு, அதன் frequency ஆனது 38 KHz ஆக மாற்றப்படுகிறது. இந்த signal ஆனது carrier signal ஆக செயல்படும். இது balanced modulator-க்கு மற்றொரு input ஆக கொடுக்கப்படுகிறது. Balanced modulator ஆனது carrier signal-ஐ L-R signal-ஐப் பொறுத்து amplitude modulate செய்கின்றது. இதில் கிடைக்கப் பெறுகின்ற output ஆனது, carrier ஆனது suppress செய்யப்பட்ட upper மற்றும் lower side band-களைக் கொண்டிருக்கும்.

FM signal-ன் audio மாற்றமானது 0.05 முதல் 14 KHz வரை இருந்தால், modulate செய்யப்பட்ட signal-ன் sideband-கள் 38 KHz + 15 KHz அல்லது 23 KHz - 53 KHz என்கிற frequency அளவில் இருக்கும். DSB signal ஆனது L + R என்கிற தரமிக்க signal உடன் சேர்ந்து transmit ஆகின்றது. Pilot signal ஆனது L + R மற்றும் L -R என்கிற signal-களுடன் சேர்ந்து transmit செய்யப்படுகிறது.

சில FM station-கள் subsidiary communications authorization (SCA) என்கிற மற்றொரு signal-ஐயும் சேர்த்து ஒலிபரப்புகின்ற தன்மையைப் பெற்றிருக்கும். அதாவது இதனை உருவாக்க, முதலில் 67 KHz என்கிற frequency கொண்ட signal ஆனது subcarrier oscillator மூலமாக தோற்றுவிக்கப்படுகிறது. இது ஒரு தனி frequency modulator-க்கு கொடுக்கப்பட்டு, music sound signal-ல் உள்ள amplitude -க்கு தகுந்தவாறு frequency modulate செய்யப்படுகிறது. இந்த signal-ம் அதே mixer-க்கு ஒரு input ஆக கொடுக்கப்படுகிறது. சிறப்பு தன்மை வாய்ந்த SCA FM receiver-களைக் கொண்டு இந்த music-ஐ receive செய்துக் கொள்ளலாம்.

FM Receivers

FM receiver-கள் பொதுவாக superhetrodyne receiver ஆகத்தான் இருக்கும். இவைகள் இரண்டு frequency conversion பகுதிகளைக் கொண்டிருக்கும். FM receiver-ன் block diagram ஆனது fig.3.11-ல் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது. முதலில் உள்ள RF amplifier ஆனது tune செய்யும் தன்மை கொண்ட ஒரு voltage amplifier ஆகும். இது antenna-வில் இருந்து தேவையான signal-ஐ மட்டும் தேர்ந்தெடுத்து அதனை amplify செய்து, முதல் mixer-க்கு கொடுக்கின்றது. முதல் mixer ஆனது RF amplifier-ல் இருந்து வருகின்ற signal-ஐயும் மற்றும் முதல் local oscillator-ல் (LO-ல்) இருந்து வருகின்ற signal-ஐயும் mix செய்கின்றது.

இதன் மூலம் கிடைக்கப் பெறுகின்ற output ஆனது ஒரு intermediate frequency (IF) ஆக இருக்கும். இந்த signal ஆனது முதல் IF amplifier மூலமாக ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு amplify செய்யப்படுகிறது. இது நிலையான frequency-ஐக் கொண்ட ஒரு voltage amplifier ஆகும். Amplify செய்யப்பட்ட இந்த signal ஆனது இரண்டாவது mixer-க்கு கொடுக்கப்படுகின்றது. இரண்டாவது mixer ஆனது, இரண்டாவது local oscillator தருகின்ற signal-உடன் இந்த signal-ஐ mix செய்கின்றது. இதன் மூலம் மற்றொரு intermediate frequency கொண்ட signal ஆனது இரண்டாவது mixer-ன் output-ல் கிடைக்கின்றது. இந்த signal ஆனது இரண்டாவது IF amplifier மூலமாக தேவையான அளவிற்கு amplify செய்யப்படுகிறது.

Amplify செய்யப்பட்ட, frequency modulate செய்யப்பட்ட IF signal ஆனது limiter-க்கு செல்கின்றது. Limiter ஆனது FM signal-லில் இருக்கின்ற தேவையற்ற signal-களை (noise-களை) நீக்குகின்றது. இதன் output ஆனது நிலையான amplitude அளவினைக் கொண்டிருக்கும். இது பின்பு FM detector-க்கு கொடுக்கப்படுகிறது. FM detector ஆனது frequency modulate செய்யப்பட்ட IF signal-லில் இருந்து உண்மையான modulating signal-ஐ தனியாக பிரிக்கின்றது. இது பின்பு de-emphasis circuit மற்றும் AF amplifier வழியாக loud speaker-க்கு கொடுக்கப்படுகின்றது. De-emphasis circuit ஆனது, receive செய்யப்பட்ட signal-ஐ உண்மையான modulating signal ஆக மாற்றுகின்றது. AF amplifier ஆனது modulating signal-ஐ தேவையான அளவு amplify செய்து loud speaker-க்கு கொடுக்கின்றது.

Automatic Frequency Control (AFC)

பொதுவாக அனைத்து வகையான receiverகளிலும் கிடைக்கப்பெறுகின்ற IF signal-ஐ stabilize செய்வதற்கு AFC circuit-கள் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இது IF signalலில் ஏற்படுகின்ற error-ஐ கண்டுபிடித்து அதனை தானாகவே சரி செய்கின்றது. Phase discriminatorஆனது AFC-ன் இதயமாக செயல்படும். இது அதற்கு கிடைக்கப்பெறுகின்ற signal-களின் frequency வித்தியாசத்தைப் பொறுத்து, ஒரு dc voltage-ஐ அதன் output-ல் உருவாக்குகிறது. இந்த dc voltage-ன் amplitude அளவு மற்றும் polarity ஆகியவைகள் அதற்கு frequency கொடுக்கப்படுகின்ற signalகளின் வித்தியாசத்தையும் மற்றும் அவற்றின் திசைகளையும் பொறுத்து இருக்கும்.

AFC

பொதுவாக VFO oscillator-ன் frequency ஆனது temperature, line voltage-ல் ஏற்படுகின்ற மாறுதல்கள் மற்றும் componentகளின் வயது ஆகிய காரணங்களினால் மாறுவதற்கு வாய்ப்புள்ளது. Crystal oscillatorஆனது IF frequency-ல் stable தன்மை கொண்ட signal-ஐ உற்பத்தி செய்யும் தன்மை கொண்டது.

VFO-ன் frequency ஆனது மாறுகின்ற போது அதனைப் பொறுத்து mixer தருகின்ற IF signal-ன் frequency-ம் மாறுகின்றது. Phase discriminatorஆனது இரண்டு signalகளையும் ஒப்பிட்டு, அதன் frequency மற்றும் phase வித்தியாசத்தைப் பொறுத்து ஒரு dc(error) voltage-ஐ அதன் output-ல் உருவாக்குகிறது.

இந்த dc voltageஆனது அதனை அடுத்து அமைந்துள்ள reactance device-ன் bias அளவினை மாற்றுகிறது. இதனால் reactance device-ன் capacitance அளவு தானாக மாறுகின்றது. இதன் மூலம் VFO oscillator-ன் frequency ஆனது தானாகவே மாறி பழைய நிலையை அடைகின்றது. இத்தகைய தன்மையினால் mixerஆனது சரியான frequency கொண்ட IF signal-ஐ எப்பொழுதும் தோற்றுவிக்கின்றது. அதாவது AFC circuitஆனது VFO-ன் frequency stability தன்மையை அதிகரிக்கப் பயன்படுகிறது.

Stereophonic FM receiver

Antenna ஆனது receive செய்து தருகின்ற signal-ஐ FM superhetrodyne receiver ஆனது முதலில் amplify செய்து பின்பு 10.7 MHz என்கிற IF frequency-க்கு மாற்றி தருகின்றது. இது பின்பு demodulate செய்யப்படுகிறது. Demodulator-ன் output ஆனது multiplex செய்யப்பட்ட உண்மையான signal ஆக இருக்கும். Demodulator-ஐ அடுத்து அமைந்துள்ள பல்வேறு circuit-கள், தேவையான வேறு signal-களை உருவாக்குகின்றது. மேல்பக்கம் அமைந்துள்ள LPF ஆனது composite signal-லில் இருந்து L + R என்கிற audio signal-ஐ தனியே பிரிக்கின்றது. அதாவது LPF-ன் output ஆனது 50 Hz முதல் 15 KHz வரை கொண்ட உண்மையான audio signal ஆக மட்டுமே இருக்கும். இந்த signal ஆனது stereo தன்மை இல்லாத monoaural என்கிற FM receiver-களில் முழுமையாக செயலாற்றுகின்றவாறு இருக்கும்.

FM stereophonic receiver

BPF-க்கு அதே composite signal ஆனது கொடுக்கப்படுகிறது. இது 38 KHz கொண்ட suppress செய்யப்பட்ட subcarrier-ஐயும் மற்றும் அதன் sideband-களை மட்டும் அதன் வழியே செல்ல அனுமதிக்கும். இந்த signal ஆனது balanced modulator-க்கு ஒரு input-ஆக கொடுக்கப்படுகின்றது.

Composite signal ஆனது இதே போன்று ஒரு narrow BPF-க்கு கொடுக்கப்பட்டு, 19 KHz என்கிற frequency கொண்ட pilot carrier signal ஆனது தனியே பிரித்தெடுக்கப்படுகிறது. இது பின்பு ஒரு frequency doubler-க்கு கொடுக்கப்பட்டு 38 KHz என்கிற frequency கொண்ட signal-ஆக மாற்றப்படுகிறது. இந்த signal-ம் balanced modulator-க்கு மற்றொரு input-ஆக கொடுக்கப்படுகிறது. Balanced modulator-ஆனது modulate செய்வதன் மூலம் L - R என்கிற audio signal-ஐ subcarrier signal-ல் இருந்து தனியே பிரித்தெடுக்கின்றது.

Stereo அமைப்பில், ஒரு linear mixer-க்கு கொடுக்கப்படுகின்ற L + R என்கிற audio signal ஆனது L – R என்கிற signal உடன் சேர்ந்து L மற்றும் R என்கிற இரண்டு தனித்தனி signal-களை உருவாக்குகின்றது. L மற்றும் R என்கிற audio signal-கள் சரியான முறையில் தனித்தனியாக amplify செய்யப்பட்டு முறையே L மற்றும் R என்கிற loud speaker-களுக்கு கொடுக்கப்படுகிறது.

SCA signal ஆனது தேவைப்பட்டால், 67 KHz என்கிற center frequency கொண்ட BPF மூலமாக SCA signal ஆனது தனியாக பிரிக்கப்பட்டு FM demodulator-க்கு கொடுக்கப்படுகிறது. Demodulator ஆனது அதில் உள்ள music signal-களை தனியாக பிரிக்கின்றது. இது பின்பு தனியாக amplify செய்யப்பட்டு, தனியாக உள்ள ஒரு loudspeaker-க்கு கொடுக்கப்படுகின்றது.

PHASE MODULATION

Continuous wave modulation ஆனது amplitude modulation மற்றும் angle modulation என இரண்டு வகைப்படும். Angle modulation ஆனது frequency modulation (FM) மற்றும் hase modulation (PM) என இரண்டு வகைகளாகப் பிரிக்கப்படுகிறது. Phase modulation-னில் carrier signal-ன் phase angle ஆனது modulating signal-ல் உள்ள amplitude மாற்றத்திற்கு தகுந்தவாறு மாறுபடுகின்றது.

Phase modulated signal

Phase shift செய்வதுதான் phase modulation-னின் அடிப்படைச் செயலாகும். Phase shift என்பது ஒரே மாதிரியான frequency-களைக் கொண்ட இரண்டு sinewave (signal)-களுக்கு இடையில் time-ஐப் பொறுத்து separation-ஐ (பிரிவை) உருவாக்குவதாகும். நிலையான amplitude மற்றும் நிலையான frequency கொண்ட sine wave signal ஆனது phase shifter-க்கு கொடுக்கப்பட்டால் அதன் output ஆனது phase modulate செய்யப்பட்ட signal ஆக இருக்கும். Modulating signal-ன் amplitude ஆனது positive ஆக இருக்கின்ற போது phase ஆனது lead ஆகும். அதே போன்று modulating signal-ன் amplitude ஆனது negative-ஆக இருக்கின்ற போது phase ஆனது lag ஆகும். Amplitude அளவினைப் பொறுத்து, lead மற்றும் lag ஆகின்ற அளவானது மாறுபடும்.

Modulating signal ஆனது positive cycle-ல் இருக்கின்ற போது phase shift-ஆனது lead ஆகின்றது. இந்நிலையில் carrier sine wave ஆனது compress ஆகின்றது (சுருங்குகின்றது). அதாவது இந்நிலையில் carrier frequency-ன் அளவு அதிகரிக்கின்றது. இதே போன்று modulating signal ஆனது negative cycle-ல் இருக்கின்ற போது phase shift ஆனது lag ஆகின்றது. இந்நிலையில் carrier sine wave அனது retard ஆகின்றது (விரிவடைகின்றது). அதாவது இந்நிலையில் carrier frequency-ன் அளவு குறைகின்றது. இத்தகைய செயலின் காரணமாக phase modulation ஆனது frequency modulation-ஐ உருவாக்குகின்றது.

Phase modulator circuit

பொதுவான ஒரு phase modulator-ன் circuit diagram ஆனது கொடுக்கப்பட்டுள்ளது. இது field effect transistor (Q,)-ன் மாறுபடுகின்ற resistance தன்மை மற்றும் capacitor ஆகியவற்றினைக் கொண்டு ஒரு phase shift-ஐ உருவாக்குகின்றது. Crystal oscillator carrier signal-ஆனது C, மற்றும் C2 வழியாக output (Drain)-க்கு நேரடியாக கொடுக்கப்படுகின்றது. Carrier signal ஆனது அதே போன்று C வழியாக FET-ன் gate-க்கும் கொடுக்கப்படுகிறது.

Phase modulator.

Series ஆக இணைக்கப்பட்டுள்ள C, மற்றும் C2 என்கிற capacitor-களும் மற்றும் FET-ன் source-drain-ல் உள்ள resistance-ம் சேர்ந்து FET-ல் செல்கின்ற current-ஐ lead செய்கின்றது. இதன் மூலம் lead செய்யப்பட்ட voltage ஆனது அதன் output-ல் கிடைக்கின்றது. FET-ன் gate-க்கு கொடுக்கப்படுகின்ற carrier signal ஆனது, FET-ல் செல்கின்ற current அளவினை மாற்றுகின்றது. R, மற்றும் C, சேர்ந்து 90°-க்கு குறைவான leading தன்மை கொண்ட phase shift-ஐ உருவாக்குகின்றது. R,-க்கு குறுக்காக கிடைக்கப்பெறுகின்ற leading voltage ஆனது Q -ல் செல்கின்ற current-ன் அளவினை கட்டுப்படுத்துகின்றது. அதாவது FET ஆனது மேற்கண்ட இரண்டு signal-களினாலும் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது. இதன் முடிவில் இரண்டு current-களினுடைய phase-களின் கூடுதல் ஆனது கிடைக்கப்பெறுகின்றது.

Modulating signal ஆனது RFC, வழியாக FET-ன் gate-க்கு கொடுக்கப்படுகின்றது. RFC, ஆனது carrier RF-ஐ audio circuit-களில் இருந்து தனிமைப்படுத்துகிறது. Audio signal ஆனது FET current-ஐயும் கட்டுப்படுத்துகின்றது. இத்தகைய தன்மையானது அடுத்த இரண்டு controlling input-களுக்கான amplitude தொடர்பினை மாற்றுகின்றது. இதன் காரணமாக ஒரு phase shift உருவாகின்றது. இதன் அளவு modulating signal-ன் amplitude-க்கு தொடர்பு கொண்டதாக இருக்கும். FET drain-னில் கிடைக்கப்பெறுகின்ற carrier output ஆனது phase மற்றும் amplitude அளவில் மாற்றம் பெற்றதாக இருக்கும்.

இந்த signal ஆனது ஒரு class C amplifier-க்கு கொடுக்கப்படுகின்றது. Class C amplifier ஆனது signal-லில் உள்ள amplitude மாற்றங்களை நீக்குகின்றது. ஆனால் phase மற்றும் frequency அளவுகளில் எவ்வித தடங்கலும்
ஏற்படுத்துவதில்லை. இந்த circuit ஆனது + 20° வரைதான் ஒட்டுமொத்த phase shift அளவினைக் கொண்டிருக்கும். இதன் மூலம் ஒரு குறிப்பிட்ட அளவுதான் phase shift-ஐ ஏற்படுத்த முடியும்.

Comparison between FM and PM

i) FM-ல் carrier signal-ன் frequency ஆனது modulating signal-ன் amplitude மாற்றத்திற்கு தகுந்தவாறு மாறுபடுகின்றது. PM-ல் carrier signal-ன் phase angle ஆனது modulating signal-ன் amplitude மாற்றத்திற்கு தகுந்தவாறு மாறுபடுகின்றது. இரண்டு முறைகளிலும் உண்மையிலேயே carrier signal-ன் frequency ஆனது மாறுபடுகின்றது.

FM-ல் அதிகபட்ச frequency deviation ஆனது modulating signal-ன் peak positive அல்லது peak negative மதிப்பு கொண்ட amplitude-களின் போது ஏற்படுகிறது. ஆனால் PM-ல் அதிகபட்ச leading அல்லது lagging கொண்ட phase shift ஆனது modulating signal-ஆனது positive-ல் இருந்து negative-க்கு அல்லது negative-ல் இருந்து positive-க்கு செல்கின்ற (அதாவது zero-வை cross செய்கின்ற) நிலையில் ஏற்படுகின்றது Phase shifter-ன் output-ல் கிடைக்கப் பெறுகின்ற signal-ன் frequency deviation அளவானது modulating signal-ன் frequency அளவினைப் பொறுத்து இருக்கும்.

FM-ல் கிடைக்கப்பெறுகின்ற output signal-ன் frequency deviation ஆனது modulating signal-ன் amplitude அளவினை மட்டுமே பொறுத்து இருக்கும், frequency-ஐப் பொறுத்து இருப்பதில்லை.PM-ல் கிடைக்கப் பெறுகின்ற output signal-frequency deviation ஆனது modulating signal-ன் amplitude மற்றும் frequency ஆகிய இரண்டு அளவுகளையும் பொறுத்து இருக்கும்.FM-ல் crystal oscillator-ஐப் பயன்படுத்த முடியாது. PM-ல் crystal oscilator-ஐப் பயன்படுத்தி phase modulator-ஐ இயக்கிக் கொள்ளலாம்.

Phase modulator-களை frequency modulator-களை விட எளிதாக உருவாக்கிக் கொள்ளலாம்.ஒரு குறிப்பிட்ட amplitude மதிப்பு கொண்ட sine wave-ஆக உள்ள ஒரு modulating signal-ன் modulation index ஆனது PM-signal-ல் அந்த modulating signal-ன் frequency-ஐப் பொறுத்து இருப்பதில்லை, ஆனால் FM-ல் அந்த modulating signal-ன் frequency-க்கு எதிர்மறையாக இருக்கும்.

PULSE MODULATION

Pulse Modulation ஆனது analog தகவல்களை (இடைவிடாத பேச்சு அல்லது data) transmit செய்வதில் பயன்படுகிறது. இதில், தொடர்ச்சியாக அலைகள் போன்று இருக்கின்ற signal-கள் (தகவல்கள்) சீரான இடைவெளிகளில் sample செய்யப்படுகின்றது. Sample செய்யப்படுகின்ற தகவலானது ஒரு synchronizing pulse - உடன் சேர்த்து transmit செய்யப்படுகிறது Receiver-ல் கிடைக்கப்பெறுகின்ற இந்த signal-லில் உள்ள sampleகளின் மூலம் உண்மையான signalகள் தனியாக பிரித்தெடுக்கப்படுகிறது.

Sampling theorem

Sampling theorem ஆனது உண்மையான analog signal-க்கும் மற்றும் sampling frequency-க்கும் இடையில் ஒரு தொடர்பினை ஏற்படுத்துகிறது.Receiver-க்கு கிடைக்கப் பெறுகின்ற pulse modulate செய்யப்பட்ட signal-லில் இருந்து உண்மையான modulating signal-ஐ distortion எதுவும் இல்லாமல் திரும்ப உருவாக்க வேண்டுமென்றால், transmitter-ல் வைத்து sampling செய்யப்படுகின்ற அளவானது modulating signal-ன் அதிக்பட்ச frequency மதிப்பை விட இரண்டு பங்குக்கும் அதிகமாக இருக்க வேண்டும்.

Sample செய்யப்பட இருக்கின்ற signal ஆனது ஒரு எளிய sine wave ஆக இருந்தால் அதன் குறைந்தபட்ச sampling frequencyஆனது அந்த sine wave-ன் frequency-க்கு இரண்டு பங்கு இருக்க வேண்டும். 4 KHz என்கிற frequency கொண்ட sine wave ஆனது குறைந்த பட்சம் 2 × 4 KHz 8 KHz என்கிற அளவில் sample செய்யப்பட வேண்டும். Sample செய்யப்படுகின்ற அளவானது அதிகமாக இருந்தால்தான் உண்மையான signal-ஐ சிறந்த முறையில் திரும்ப உருவாக்க முடியும்.

Pulse Amplitude Modulation

PAM-ல், கொடுக்கப்படுகின்ற signal ஆனது சீரான இடைவெளியில் sample செய்யப்படுகிறது. கிடைக்கப் பெறுகின்ற ஒவ்வொரு sample-ம் signal-ன் amplitude-க்கு நேர்விகிதத்தில் இருக்கும். இத்தகைய pulse (sample)கள் carrier signal-ஐ modulate செய்கின்றது. Pulse amplitude modulation தன்மையானது கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.

Pulse Time Modulation (PTM)

PTM-ல், sample செய்யப்படுகின்ற pulse-களின் amplitude ஆனது constant ஆக இருக்கும். அதன் width, position அல்லது frequency (timing characteristics) இவற்றுள் ஏதாவது ஒன்று input signal-ன் amplitude-க்கு தகுந்தவாறு மாறுபடும். இவற்றைப் பொறுத்து PTM ஆனது மூன்று வகைகளாகப் பிரிக்கப்படுகின்றது.

Pulse width modulation

இது Pulse Duration Modulation (PDM) எனவும் மற்றும் Pulse Length Modulation (PLM) எனவும் அழைக்கப்படுகிறது.

PWM-ல், ஒவ்வொரு pulse-ன் amplitude-ம் மாறாமல் இருக்கும். Sample செய்யப்படுகின்ற நேரத்தில், அவற்றின் width (அகலம்) ஆனது, input signal-ன் amplitude-க்கு தகுந்தவாறு அதற்கு நேர்விகிதத்தில் மாற்றப்படுகிறது. உதாரணமாக, போன்ற amplitude அளவுகள் முறையே 1.5 என்கிற அளவு அகலம் கொண்ட pulse-களாக மாற்றப்படுகின்றது. Modulating signal-ன் amplitude ஆனது OV-ஆக இருந்தால் modulate செய்யப்பட்ட pulse-ன் அகலமானது 1.0 usec எனவும், amplitude ஆனது +1V-ஆக இருந்தால், pulse-ன் அகலமானது எனவும் மற்றும் amplitude ஆனது −1 V-ஆக இருந்தால் pulse-ன் அகலமானது 0 usec எனவும் இருக்கும்.

PWM signal-ஆக மாற்றப்பட வேண்டிய signal-ஆனது முதலில் 'Sample and Hold' என்கிற circuit-க்கு கொடுக்கப்படுகின்றது. அதற்கு கொடுக்கப்படுகின்ற control signal-ஐப் பொறுத்து, sample and hold circuit- ஆனது PAM signal-ஐ உருவாக்குகின்றது. இந்த signal ஆனது adder-க்கு கொடுக்கப்படுகின்றது.

Sweep generator ஆனது உருவாக்குகின்ற sweep signal-ம் adder-க்கு கொடுக்கப்படுகின்றது. Adder network ஆனது இரண்டு signal-களையும் சேர்த்து pulse modulate செய்யப்பட்ட ஒரு signal-ஐ உருவாக்குகிறது. ஆனால் அதன் amplitude ஆனது வித்தியாசமாக இருக்கும். இந்த signal ஆனது பின்பு ஒரு slicer circuit-க்கு கொடுக்கப்படுகின்றது. Slicer ஆனது cutoff நிலைக்கு மேல் உள்ள signal-களை நீக்குகின்றது (clipp செய்கிறது). இதன் மூலம் Output-ல் pulse width modulate செய்யப்பட்ட signal கிடைக்கின்றது.

Detection of PWM

PWM pulse-களின் spectrum ஆனது modulating signal-லில் உள்ள ஒவ்வொரு amplitude அளவிற்கும் தகுந்தவாறு உள்ள signal-களைக் கொண்டிருக்கும். இதன் amplitude அளவானது signal-ன் frequency-ஐப் பொறுத்து இருப்பதில்லை. PWM demodulator-ன் block diagram அமைப்பானது கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.

PWM signal-ஆனது முதலில் ஒரு slicer circuit-க்கு கொடுக்கப்படுகின்றது. இது clipper மற்றும் holding circuit-களை ஒன்றாகக் கொண்ட அமைப்பாகும். Clipper circuit-ஆனது receive செய்கின்ற pulse-களை முதலில் rectangular தன்மை கொண்ட signal-ஆக மாற்றுகின்றது. Holding circuit ஆனது PWM pulse-களை PAM pulse-களாக மாற்றுகிறது. இந்த signal ஆனது பின்பு ஒரு LPF-க்கு கொடுக்கப்படுகிறது. LPF ஆனது high frequency கொண்ட தேவையில்லாத signal-களை நீக்குகிறது. இதன் முடிவில் உண்மையான signal ஆனது output-ல் கிடைக்கப் பெறுகின்றது.

Advantage

Transmitter மற்றும் receiver-களுக்கு synchronization-ஐ ஏற்படுத்த வேண்டிய அவசியமில்லை.

Disadvantage

Transmit செய்வதற்கு தேவைப்படுகின்ற power ஆனது pulse-ன் அகலத்திற்கேற்ப (width) மாறுபடும். எனவே transmitter ஆனது மிக அதிக அகலமுடைய pulseகளை எளிதாக கையாளுகின்ற திறன் கொண்டதாக இருக்க வேண்டும்.

Pulse Position Modulation (PPM)

Pulse position modulation-ல் pulse-களின் amplitude மற்றும் width ஆகியவைகள் மாறாது. ஆனால் pulse-களின் இடமானது (position) signal-ன் amplitude-ஐப் பொறுத்து மாறுபடும்.

Pulse position modulation signals

அதன் பின்னர் அந்த signal ஆனது differentiate செய்யப்படுகிறது. Differentiator-ன் tputஆனது அதன் input-ன் leading விளிம்புகளில் positive ஆகவும்; மற்றும் trailing விளிம்புகளில் negativeஆகவும் இருக்கும்.

Modulate செய்யப்படாத ஒரு pulse-ன் trailing விளிம்பின் displacement-ஐ (இடமாற்றத்தை) 'zero'ஆக எடுத்துக் கொண்டால், மற்ற trailing விளிம்புகள் அதற்கு முன்பாக அல்லது பின்பாக வரும். இவற்றின் time displacement ஆனது பூஜ்யம் அல்லாத ஒரு மதிப்பாக இருக்கும். இந்த time displacement ஆனது input signal-க்கு நேர் விகிதத்தில் இருக்கும். Differentiate செய்யப்பட்ட pulse-கள் ஒரு diode clipper-க்குக் கொடுக்கப்படுகிறது. இவ்வாறு Pulse position modulation நடைபெறுகிறது.

PPM ஆனது முதலில் ஒரு bistable multivibrator-ன் மூலம் pulse width modulation (PWM) செய்யப்படுகிறது. Multivibrator-ன் ஒரு input-க்கு trigger pulse-கள் கொடுக்கப்படுகின்றது. PPM pulse-கள் மற்றொரு input-ஆக கொடுக்கப்படுகிறது. இதன் மூலம் multivibratorஆனது ON செய்யப்படுகிறது. அது பின்பு OFF ஆகுவதற்குரிய காலமானது இரண்டு trigger-களுக்கு இடையில் உள்ள நேரத்தின் வித்தியாசத்தைப் பொறுத்து இருக்கும். இதன் மூலம் கிடைக்கின்ற outputஆனது PWM செய்யப்பட்ட signal ஆக இருக்கும். இது, பின்பு ஒரு integrator-க்கு கொடுக்கப்பட்டு demodulate செய்யப்படுகிறது. இதன் மூலம் உண்மையான signal ஆனது output-ல் கிடைக்கின்றது.

Advantage

Transmit செய்வதற்கு நிலையான திறன் போதும்

Disadvantages

இது transmitter மற்றும் receiverகளின் synchronization தன்மையைப் பொறுத்து செயலாற்றுகின்றது.

Pulse Code Modulation (PCM)

Pulse code modulationஆனது PAM அல்லது PTMகளில் இருந்து வித்தியாசம் கொண்டதாக இருக்கும். PAM மற்றும் PTM modulationகள் AM மற்றும் FM modulation களில் இருந்து மாறுபட்டு இருக்கும், ஏனெனில் இவைகள் தொடர்ச்சியான modulation தன்மையைப் பெற்றிருக்கும். PCM-ல் signal ஆனது முதலில் sample செய்யப்பட்டு pulse முறையில் transmit செய்யப்படுகிறது.

AM மற்றும் FM முறைகள் analog communication-ல் பயன்படுகிறது. இம்முறையில் modulating voltageக்கு தகுந்தவாறு signalகள் மாற்றம் பெற்றிருக்கும். PCM என்பது ஒரு digital முறையாகும், இதில் signal-கள் தொடர்ச்சியான pulseகளாக இருக்கும். PCM generatorஆனது தொடர்ச்சியான எண் அல்லது digitகளைக் கொண்டிருக்கும். இதில் sample செய்யப்படுகின்ற போது கிடைக்கப் பெறுகின்ற signal-ன் amplitudeக்கு தகுந்தவாறு தகவல்கள் binary codeஆக மாற்றம் பெற்றிருக்கும்.

Principle of PCM

PCM முறையில் signal-ன் மொத்த amplitude அளவும் ஒரு குறிப்பிட்ட தரமான அளவு கொண்ட சிறிய பாகங்களாகப் (அளவுகளாக) பிரிக்கப்படுகின்றது. சிறிய அளவுகளின் எண்ணிக்கையானது 20 என்பதற்கு இணங்க இருக்க வேண்டும். Quantizing முறையில்,signal ஆனது sample செய்யப்படுகின்ற போது கிடைக்கப் பெறுகின்ற amplitude-ன் அளவானது அதற்கு அருகாமையில் உள்ள standard அளவிற்கு மாற்றப்படுகின்றது. எனவே quantize செய்யப்பட்ட பின்பு கிடைக்கப் பெறுகின்ற அனைத்து signalகளும் ஏதாவதொரு standard அளவில் இருக்கும்.

PCM-ல் modulating signal ஆனது தொடர்ச்சியாக sample செய்யப்பட்டு, quantize செய்யப்பட்டு, codeகளாக மாற்றப்பட்டு பின்பு transmit செய்யப்படுகின்றது. Sample செயலின் மூலம் கிடைக்கப்பெறுகின்ற signal-ன் amplitude அளவானது பின்பு quantize முறையில் அதன் amplitude அளவிற்கு அருகாமையில் உள்ள standard அளவாக மாற்றப்படுகிறது. பின்பு அதற்குரிய binary codeஆனது back-to-front முறையில் transmit செய்யப்படுகிறது. இவ்வாறு இருந்தால்தான் முதல் signal ஆனது முதலில் கிடைக்கப் பெறும்.

Sampling

Modulating signal ஆனது தொடர்ச்சியாக உள்ள narrow (குறுகலான) தன்மைகொண்ட rectangular pulseகளினால் sample செய்யப்படும். Sampling rate ஆனது அதிக frequency கொண்ட modulating signal-ஐ விட குறைந்தபட்சம் இரண்டு பங்கு அதிகமாக இருக்க வேண்டும். அவ்வாறு இருந்தால் தான் எவ்வித distortion-ம் இன்றி signalகள் receiver-ல் சிறந்த முறையில் கிடைக்கப் பெறும். பொதுவாக sample செய்யப்படுவதற்கு முன்பாக Low pass filter-ன் உதவியால் modulating signal-ல் உள்ள அதிகபட்ச அளவு frequency-ஐ விட அதிக frequency கொண்ட தகவல்கள் நீக்கப்படுகிறது.

Quantizing

தொடர்ச்சியாக மாறுபட்டுக் கொண்டிருக்கின்ற modulating signal-ஐ தரமான அளவுகளைக் கொண்ட digital signal-ஆக மாற்றுகின்ற முறைக்கு quantizing என்று பெயர். இதன் மூலம் தொடர்ச்சியாக உள்ள signalகள் தனித்தனியாக உள்ள signal (digital)-களாக மாற்றப்படுகிறது.

Quantizing process

Sample செய்யப்பட்ட பின்பு கிடைக்கப் பெறுகின்ற signalகள் digital முறையில் இருந்தாலும், அனைத்து signalகளின் amplitudeகளும் தரமான அளவுகளைப் பெற்றிருக்காது. எனவே sample செய்யப்பட்டு கிடைக்கப் பெறுகின்ற signalகளை அதன் amplitudeக்கு தகுந்தவாறு standard signalகளாக மாற்றுகின்ற முறையை Quantizing என்று அழைக்கலாம்.

Modulating signal-ன் மொத்த voltage அளவுகளும் பல்வேறு குறிப்பிட்ட சமமான அளவுகளைக் கொண்ட சிறு சிறு பகுதிகளாகப் பிரிக்கப்படுகின்றது, இது fig.3.25-ல் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது. இதில் modulating signal ஆனது ஒரேயளவு கொண்ட எட்டு சிறு சிறு பகுதிகளாகப் பிரிக்கப்பட்டுள்ளது. ஒவ்வொரு பகுதிக்கும் இடையில் உள்ள voltage அளவானது standard levelகள் எனப்படும். அவை ஒவ்வொன்றிற்கும் மூன்று bitகளைக் கொண்ட binary மதிப்பானது இடப்படுகின்றது. உதாரணமாக, -1.5 Vஆனது 010 எனவும், +2.5Vஆனது 110 எனவும் வழங்கப்படுகிறது.

Modulating signal ஆனது குறிப்பிட்ட கால இடைவெளிகளில் sample செய்யப்படுகிறது. அதாவது modulating signal-ன் முதல் sample-ன் voltage அளவானது 1.6 V ஆகும். இதற்கு தனியான binary code கிடையாது. எனவே quantizing முறையில் அதற்கு அருகாமையில் உள்ள standard அளவான 1.5 V அளவிற்கு அது மாற்றப்படுகிறது. இதன் மூலம் அதற்கு இணையான binary code ஆன 101 பெறப்படுகிறது.

இதே போன்று ஒவ்வொரு sample-ன் போதும் கிடைக்கப் பெறுகின்ற voltage அளவானது quantizing முறையில் standard அளவுகளாக மாற்றப்பட்டு அதற்குரிய binary code தேர்வு செய்யப்படுகிறது.Digital telephony-ல் 8-bitகளைக் கொண்ட code word பயன்படுத்தப்படும். இதன் மூலம் 256 standard அளவுகள் கிடைக்கப் பெறும். Quantizing அளவுகளை அதிகரிக்கும் பட்சத்தில், receiverக்கு கிடைக்கப் பெறுகின்ற signal ஆனது தரமிக்கதாக இருக்கும்.

PCM transmitter

PCM transmitter ஆனது sampling, quantizing மற்றும் encoding என்கிற தேவையான செயல்களை கண்டிப்பாக கொண்டிருக்க வேண்டும். Sampling, quantizing மற்றும் encoding செயல்கள் பொதுவாக ஒரே circuit-ல் நடைமுறைப்படுத்தப்படுகிறது. இந்த circuit ஆனது analog to digital converter (ADC) என அழைக்கப்படுகிறது.

கொடுக்கப்பட்டுள்ளது. இதில் input signal ஆனது முதலில் @ Hz என்கிற cut off frequency கொண்ட ஒரு low pass filter-க்கு கொடுக்கப்படுகின்றது. இந்த low pass filter ஆனது 0 Hz-ஐ விடவும் அதிக frequency கொண்ட அனைத்து signal-களையும் தடுக்கின்றது. இதன் மூலம், கொடுக்கப்படுகின்ற input signal ஆனது ய Hz-க்கு band limit செய்யப்படுகிறது. அதன் பின்பு sample and hold circuit ஆனது, இந்த signal-ஐ f என்கிற அளவில் sample செய்கின்றது. Aliasing தன்மை எதுவும் ஏற்படாமல் இருக்க வேண்டுமென்றால் தேர்வு செய்யப்படுகின்ற sampling freqeuncy ஆனது Nyquist அளவை விடவும் போதுமான
அளவு அதிகமாக (fs ≥ 20 ) இருக்க வேண்டும். S

Sample and hold circuit-ன் output ஆனது நேரத்தைப் பொறுத்து விட்டு விட்டு இருக்கின்றவாறும் மற்றும் amplitude-ஐப் பொறுத்து தொடர்ச்சியாக இருக்கின்றவாறும் அமையப் பெற்றிருக்கும். Quantizer ஆனது input-ஐ நிலையான digital level-களுடன் ஒப்பிடுகின்றது. அதன் பின்பு ஏதாவதொரு digital level-ஐ sample and hold circuit-ன் output உடன் நிர்ணயம் செய்கின்றது. இதன் காரணமாக distortion மற்றும் error-களின் அளவுகள் மிகவும் குறைகின்றது. எனவே quantizer-ன் output ஆனது digital signal ஆக இருக்கும். Quantize செய்யப்பட்ட signal ஆனது binary encoder-க்கு கொடுக்கப்படுகின்றது. Encoder ஆனது input signal-ஐ binary word ஆக மாற்றுகின்றது. இந்த encoder ஆனது digitizer எனவும் அழைக்கப்படுகிறது.

Binary word-ன் ஒவ்வொரு bit-ஐயும் தனித்தனியாக transmission line வழியாக transmit செய்வது என்பது முடியாத காரியமாகும். எனவே binary digit-கள் "parallel to serial converter” மூலமாக வரிசையான serial bit-களாக மாற்றப்படுகின்றது. இதன் மூலம் single baseband signal கிடைக்கப் பெறுகின்றது. Parallel to serial conversion செயலானது shift register-ஐப் பயன்படுத்தி செயல்படுத்தப்படுகிறது. எனவே PCM generator-ன் output ஆனது binary bit-களைக் கொண்ட ஒரு தனி baseband signal ஆக இருக்கும்.

Oscillator ஆனது sample and hold circuit மற்றும் parallel to serial converter-க்கு தேவையான clock-களை உருவாக்குகின்றது. Pulse code modulation-னில் sample and hold, quantizer மற்றும் encoder என்பன சேர்ந்து analog to digital converter ஆக செயல்படுகின்றது.PCM receiver-க்கான block diagram ஆனது கொடுக்கப்பட்டுள்ளது. இதன் தொடக்கத்தில் உள்ள regenerator ஆனது pulse-களை திரும்பவும் சரி செய்கின்றது மற்றும் அதில் உள்ள noise - களை நீக்குகின்றது. இந்த signal ஆனது பின்பு serial to

parallel converter-ன் மூலம் ஒவ்வொரு sample-க்காகவும் அதற்குரிய parallel digital word-களாக மாற்றப்படுகிறது.Digital word ஆனது sample and hold circuit உடன் சேர்ந்து analog மதிப்பாக மாற்றப்படுகிறது. S/H-ன் output-ல் கிடைக்கப் பெறுகின்ற signal ஆனது ஒரு low pass filter-க்கு கொடுக்கப்பட்டு உண்மையான signal ஆனது உருவாக்கப்படுகிறது.

Transmitter-ல் நடைபெறுகின்ற quantization செயலினால் நிரந்தரமாக ஏற்படுகின்ற quantization error காரணமாக, திரும்ப உருவாக்கப்படுகின்ற signal ஆனது உண்மையான signal போன்று மிகச் சரியாக இருப்பதில்லை. இந்த quantization error-ஐ குறைப்பதற்கு binary level-களை அதிகரிக்கச் செய்ய வேண்டும். இதற்காக ஒவ்வொரு sample-க்கான binary digit-களை (bit-களை) அதிகரிக்கச் செய்ய வேண்டும். Bit-களின் எண்ணிக்கை அதிகரிக்கின்ற போது sampling rate-ம் அதிகரிக்கும், அதே போன்று transmission bandwidth-ம் அதிகரிக்கும்.

Differential PCM (DPCM)

சாதாரண pulse code modulation-னில், அடுத்தடுத்த sample-களின் amplitude-கள் குறைவான அளவு வித்தியாசத்தை மட்டுமே கொண்டிருக்கும். இதன் காரணமாக ஒரே மாதிரியாக உள்ள பலதரப்பட்ட PCM code-களை திரும்ப திரும்ப transmit செய்ய வேண்டிய சூழ்நிலை உருவாகும். DPCM-ல், உண்மையான sample ஆனது transmit செய்யப்படுவதற்குப் பதிலாக அடுத்தடுத்த sample-களுக்கு இடைப்பட்ட amplitude வித்தியாசமானது transmit செய்யப்படுகிறது. Sample வித்தியாசத்தின் அளவானது ஒவ்வொரு தனித்தனி sample-களின் அளவை விடவும் குறைவாக இருப்பதன் காரணமாக, DPCM-ல் transmit செய்வதற்கு PCM-ஐ விடவும் குறைவான bit-களே தேவைப்படுகிறது. DPCM ஆனது prediction என்கிற கொள்கையின் அடிப்படையில் செயல்படுகின்றது. தற்போதைய sample-ன் மதிப்பானது ஏற்கனவே உள்ள sample-களில் இருந்து predict செய்யப்படுகிறது.அதாவது வருவது உரைக்கப்படுகிறது

தற்போது sample செய்யப்பட்ட signal ஆனது x(nTஓ) எனவும், மற்றும் predict செய்யப்பட்ட signal ஆனது (nT) எனவும் எடுத்துக் கொள்ளப்படுகிறது. தற்போதைய sample ஆனது predict செய்யப்பட்ட மதிப்புடன் ஒப்பிடப்படுகின்றது. இரண்டிற்கும் இடைப்பட்ட வித்தியாசம் ஆனது error என அழைக்கப்படுகிறது. இது e(nTஓ) என எடுத்துக் கொள்ளப்படுகிறது. இதனை e(nTஓ) = x(nTg) - x(nT) என குறிப்பிட்டுக் கொள்ளலாம்.

Quantizer-ன் output signal-ம் மற்றும் predict செய்யப்பட்ட முந்தைய signal-ம் add செய்யப்பட்டு, கிடைக்கப் பெறுகின்ற அந்த signal ஆனது prediction filter -ன் input-க்கு கொடுக்கப்படுகின்றது. இந்த signal ஆனது x (nTஓ) என அழைக்கப்படுகிறது. இதன் காரணமாக prediction ஆனது sample செய்யப்பட்ட உண்மையான signal-க்கு மிகவும் அருகாமையில் அமையப் பெற்றிருக்கும்.

Quantize செய்யப்பட்ட signal ஆனது உண்மையான sample மற்றும் quantization error ஆகியவற்றின் கூட்டுத் தொகையாக இருக்கும். இதில் quantization error ஆனது positive ஆக அல்லது negative ஆக இருக்கும். Quantize செய்யப்பட்ட signal ஆனது பின்பு encode செய்யப்பட்டு, binary pulse -களாக transmit செய்யப்படுகிறது.

DPCM receiver

இதில் உள்ள decoder ஆனது, அதற்கு கொடுக்கப்படுகின்ற DPCM input signal-ஐ decode செய்கின்றது. அதாவது இது உள்ளே வருகின்ற binary signal-லில் இருந்து quantize செய்யப்பட்ட error signal-களை திரும்பவும் உருவாக்குகின்றது.

Prediction filter-ன் output-ம் மற்றும் quantize செய்யப்பட்ட error signal-களும் add செய்யப்பட்டு உண்மையான signal-ன் quantize செய்யப்பட்ட தகவலை தருகின்றது.இதன் மூலம், quantization error காரணமாக receiver-ல் கிடைக்கப் பெறுகின்ற signal ஆனது உண்மையான signal-லில் இருந்து வித்தியாசம் கொண்டதாக காணப்படும். இது பொதுவாக திரும்பவும் உருவாக்கப்படுகின்ற signal-லில் நிரந்தரமாக காணப்படும்.

Advantages of DPCM

PCM-ஐ விட குறைவான bandwidth தேவைப்படும்.

இதன் signal to noise ratio-ன் அளவானது delta modulation-ஐ விடவும் சிறந்ததாக காணப்படும்.

Limitations of DPCM

1. DPCM-ஐ நடைமுறைப்படுத்துவது கடினம்.
2. Slope overhead distortion Lm quantization error என்பன உருவாகும்.
3. அதிகளவு கொண்ட sampling frequency தேவைப்படும்.
4. அதிகளவு transmission error உருவாகும்.

Delta modulation ஆனது analog signal-களை digital முறையில் transmit செய்வதற்கு ஒரு தனி bit கொண்ட PCM code-ஐப் பயன்படுத்துகின்றது. Delta modulation-னில் ஒவ்வொரு sample-க்கும் ஒரே ஒரு bit மட்டுமே transmit செய்யப்படுகிறது. அதாவது தற்போதைய sample ஆனது முந்தைய sample உடன் ஒப்பிட்டு பார்க்கப்படுகிறது. இதன் மூலம் கிடைக்கப் பெறுகின்ற amplitude-ன் அளவு அதிகமாக உள்ளதா அல்லது குறைவாக உள்ளதா என்பதைப் பொறுத்து அதற்குரிய bit ஆனது transmit செய்யப்படுகிறது. Delta modulation க்கான algorithm ஆனது மிகவும் எளிமையாக இருக்கும். அதாவது தற்போதைய sample ஆனது முந்தைய sample-ஐ விடவும் குறைவாக இருந்தால் logic ‘0' ஆனது transmit செய்யப்படும். அதே போன்று தற்போதைய samplé ஆனது முந்தைய sample-ஐ விடவும் அதிகமாக இருந்தால் logic '1' ஆனது transmit செய்யப்படும்.

Delta modulation transmitter

Delta modulation transmitter-க்கான block diagram ஆனது fig.3.30-ல் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது. Delta modulation-னில் message signal (x(t))-க்கான தற்போதைய sample ஆனது முந்தைய sample (n-1)) உடன் ஒப்பிட்டு பார்க்கப்படுகிறது. இந்த

இரண்டு signal-களின் வித்தியாசம் ஆனது error signal எனப்படும். இது one bit quantizer-க்கு கொடுக்கப்படுகின்றது.

Delta modulation transmitter

Signal-களை ஒப்பிட்டு பார்க்கின்ற போது output ஆனது positive ஆக இருந்தால் quantizer ஆனது +A-ஐயும் மற்றும் output ஆனது negative ஆக இருந்தால் quantizer ஆனது -A-ஐயும் தருகின்றது. அதன் magnitude அளவுகள் கருத்தில் எடுத்துக் கொள்ளப்படுவதில்லை.

அதாவது ஒப்பிட்டு பார்க்கின்ற போது அதன் magnitude அளவு எவ்வாறு இருந்தாலும் ouptut ஆனது positive ஆக இருந்தால் quantizer-ன் output ஆனது +A என இருக்கும். அதே போன்று ஒப்பிட்டு பார்க்கின்ற போது அதன் magnitude அளவு எவ்வாறு இருந்தாலும் output ஆனது negative-ஆக இருந்தால் quantizer-ன் output ஆனது -A என இருக்கும். One bit quantizer-ன் output-ல் கிடைக்கப் பெறுகின்ற signal-ன் sign-ஐப் பொறுத்து, step அளவானது +A என இருந்தால் '1' என்கிற binary bit-ம் மற்றும் step அளவானது A என இருந்தால் '0' என்கிற binary bit-ம் transmit செய்யப்படும்.

Accumulator-ல் உள்ள summer ஆனது quantizer output-ஐ (+A) முந்தைய sample- க்கான மதிப்புடன் செய்கின்றது. இதன் மூலம் தற்போதைய sample-க்கான approximation கிடைக்கப் பெறுகின்றது. முந்தைய sample-க்கான approximation ஆனது ஒரு sample கால அளவு (T ) delay-க்கு பின்பு restore செய்யப்படுகிறது.Accumulator ஆனது staircase தன்மை கொண்ட் approximate செய்யப்பட்ட signal-ஐ output-ல் தருகின்றது. இது ஒரு sample கால அளவு (Tg) delay செய்யப்படுகிறது. இது பின்பு input signal உடன் add செய்யப்படுகிறது.

Input ஆனது '1' என்கிற binary bit ஆக இருந்தால் அது முந்தைய (delay செய்யப்பட்ட) output உடன் +A என்கிற step அளவினை add செய்கின்றது. Input ஆனது ‘0' என்கிற binary bit ஆக இருந்தால் அது முந்தைய (delay செய்யப்பட்ட) output-ல் இருந்து A என்கிற step அளவினை கழிக்கின்றது. Low pass filter-ன் cut off frequency ஆனது input signal-ன் அதிகபட்ச frequency-க்கு சமமாக இருக்க வேண்டும். இந்த filter ஆனது staircase வடிவம் கொண்ட signal-களை மாற்றி x(t) என்கிற உண்மையான signal கிடைப்பதற்கு வழி செய்கின்றது.

Advantages

1. DM transmitter மற்றும் receiver ஆகியவற்றிற்கு எளிய மற்றும் விலை குறைவாக உள்ள hardware போதுமானது.
2. குறைவான signalling rate-ம் மற்றும் transmission channel width-ம் கொண்டது.
3. Delta modulation-க்கு ADC எதுவும் தேவையில்லை. Disadvantages
4. Slope overhead distortion அதிகளவில் உருவாகும்.
5. Granular noise உருவாகும்.
6. Transmission channel noise உருவாகும்.

Delta modulation-னில், ஒவ்வொரு sample-ஐ transmit செய்வதற்கும் ஒரே ஒரு bit
மட்டுமே தேவைப்படும். எனவே சாதாரண PCM அமைப்பினை விடவும் delta
modulation-னில் bit rate ஆனது குறைவாக இருக்கும்.Delta modulation-களில் slope overhead மற்றும் minimum step size என்கிற இரண்டு வகையான பிரச்சினைகள் உருவாகின்றது. இத்தகைய பிரச்சினைகள் சாதாரண PCM-ல் கிடைக்கப் பெறுவதில்லை.

Analog signal-க்கான slope ஆனது delta modulator தருகின்ற slope-ஐ விட அதிகமாக இருந்தால் slope overload எனப்படும். இதனை குறைப்பதற்கு clock frequency-ஐ அதிகரிக்கச் செய்ய வேண்டும் அல்லது குறைந்தபட்ச step அளவிற்கான magnitude-ஐ அதிகரிக்கச் செய்ய வேண்டும்.

Delta modulation-க்கான உண்மையான signal-ம் மற்றும் திரும்ப உருவாக்கப்பட்ட signal-ம் fig.3.33-ல் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது. உண்மையான analog input signal ஆனது நிலையான amplitude-ஐக் கொண்டிருந்தால், திரும்ப உருவாக்கப்படுகின்ற signal ஆனது, உண்மையான signal-லில் இல்லாத மாற்றங்களைக் கொண்டிருக்கலாம். இத்தகைய மாற்றமானது granular noise எனப்படும்.

Granular noise

Granular noise ஆனது சாதாரண PCM-ல் உருவாகின்ற quantization noise போன்றே இருக்கும். Step size-க்கான அளவினை குறைப்பதன் மூலம் granular noise-ஐ குறைத்துக் கொள்ளலாம்.அதாவது granular noise-ஐ குறைப்பதற்கு சிறிய resolution தேவைப்படுகிறது, மற்றும் slope overhead-ஐ குறைப்பதற்கு அதிக resolution தேவைப்படுகிறது. எனவே இரண்டு பிரச்சினைகளையும் குறைக்கின்ற பொருட்டு, பொருத்தமான resolution தேர்ந்தெடுக்கப்பட வேண்டும்.

. Quantizing noise

PCM முறையில் முதலில் modulating signal ஆனது sample செய்யப்படுகின்றது. Sample செய்யப்பட்ட signal-ன் amplitudeஆனது அதற்கு அருகாமையில் உள்ள standard levelக்கு பின்பு மாற்றப்படுகிறது. இந்த தன்மையானது quantizing எனப்படும். இந்த முறையில் modulating signal-ன் உண்மையான amplitude அளவானது மாற்றப்படுகிறது. இத்தகைய செயலினால் உண்மையான signalக்கும் மற்றும் அதன் பக்கத்தில் உள்ள standard level-க்கும் இடையில் ஏற்படுகின்ற வித்தியாசமானது distortion-ஐ ஏற்படுத்துகிறது. இந்த distortion ஆனது quantizing noise என அழைக்கப்படும். Quantizing noise-ன் தன்மையானது கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.

Quantizing செயலின் போது ஏற்படுகின்ற அதிகபட்ச errorஆனது sampling இடைவெளிக்கு பாதியளவு இருக்கும். எட்டு levelகளைக் கொண்ட முறையில் கிடைக்கப் பெறுகின்ற அதிகபட்ச error-ன் மதிப்பானது signal-ன் மொத்த amplitude-ல் 16-ல் 1 பங்கு இருக்கும்.Standard levelகளின் எண்ணிக்கைகளை அதிகரிக்கச் செய்வதன் மூலம் quantizing noise-ன் அளவு குறைகின்றது. Standard levelகளின் எண்ணிக்கை அதிகரிக்கின்ற போது அதற்கு அதிகமான bitகள் தேவைப்படும், இதனால் bandwidth-ன் அளவும் திகரிக்கும். Speech signalகளை transmit செய்வதற்கு 128 standard levelகள் தேவைப்படும்.

Companding

அதிக amplitude-ஐக் கொண்ட signal-களை விடவும் குறைவான amplitude-ஐக் கொண்ட signal-களில் quantizing noise (quantizing error) ஆனது அதிக அளவில் இருக்கும். அதாவது noise-கள் random spike signal-களாகவோ அல்லது voltage impulse-களாகவோ இருக்கும். இத்தகைய signal-கள் எளிதாக குறைவான amplitude கொண்ட signal-களுடன் சேர்ந்து தடங்கல்களை ஏற்படுத்திவிடும்.

Compression and expansion curves.

Companding என்பது signal-களை compress (சுருக்குகின்ற) மற்றும் expand (விரிவாக்குகின்ற) செய்கின்ற முறையாகும். இதன் மூலம் quantizing noise அல்லது error ஆனது தவிர்க்கப்படுகிறது. Companding செயலின் மூலம், transmit செய்யப்படுகின்ற signal-களின் தரமானது சிறந்த முறையில் அதிகரிக்கப்படுகின்றது.இதில் transmit செய்யப்பட வேண்டிய signal ஆனது transmit செய்யப்படுவதற்கு முன்பாக compress செய்யப்படுகிறது. அதாவது அதன் dynamic range ஆனது குறைக்கப்படுகின்றது. இதன் காரணமாக low level கொண்ட signal-கள் emphasis செய்யப்படுகிறது மற்றும் high level கொண்ட signal-கள் de-emphasis செய்யப்படுகிறது. இத்தகைய compression செயலானது quantizing செயலுக்கு முன்பாக நடைபெறுகின்றது.Receiver பக்கத்தில், receive செய்யப்படுகின்ற signal-ஆனது ஒரு expander circuit-க்கு கொடுக்கப்படுகிறது. இது transmitter-ல் நடைபெறுகின்ற செயலுக்கு எதிர்மறையான செயலை செய்கின்றது. அதாவது low level கொண்ட signal-கள் de-emphasis செய்யப்படுகிறது மற்றும் high level கொண்ட signal-கள் emphasis செய்யப்படுகிறது. இத்தகைய செயலின் மூலம் உண்மையான signal-ஆனது எளிதில் கிடைக்கப்பெறுகின்றது (பிரித்தெடுக்கப்படுகின்றது).

Compression circuit-ஆனது ஒரு non-linear amplifier ஆகும். இது low level கொண்ட signal-களை high level கொண்ட signal-களை விடவும் அதிக அளவில் amplify செய்கின்றது. Companding செயலானது கொடுக்கப்பட்டுள்ளது. இந்த curve ஆனது compander-ன் input மற்றும் output-களுக்கு இடையில் உள்ள தொடர்பினை காட்டுகின்றது. அதாவது குறைவான input voltage-களில், amplifier-ன் gain-ஆனது அதிகமாக இருக்கும். இதன் மூலம் அதிக voltage கொண்ட output signal கிடைக்கப்பெறும். அதே போன்று input voltage-ன் அளவு அதிகமாக இருக்கின்ற போது curve ஆனது தட்டையாக ஒரே திசையில் இருக்கும். இந்நிலையில் amplifier தருகின்ற gain-ன் அளவு குறைவாக இருக்கும்.

Conclusion

இந்த nonliner curve-ஆனது high level கொண்ட signal-களை compress செய்கின்றது. Low level கொண்ட signal-களை high amplitude level-க்கு கொண்டு செல்கின்றது. இத்தகைய compression செயல் மூலமாக audio signal-ன் range-ஆனது குறைக்கப்படுகிறது. Expander circuit ஆனது low level signal-களை high level signal-களை விடவும் குறைவான அளவு amplify செய்கின்றது.Compression மற்றும் expansion ஆகிய இரண்டு curve-களும் சமமாக மற்றும் எதிரெதிராக இருந்தால் உண்மையான signal-ஆனது சிறந்த முறையில் அப்படியே output-ல் கிடைக்கும்.

Applications

1. பல channelகளைக் கொண்ட telephone தகவல் தொடர்பில் அதிகம் பயன்படுகிறது.
2. விண்வெளி தகவல் தொடர்பிலும் பயன்படுகிறது.

Related Posts