Chapter-4 Pulse Modulation Techniques Introduction to Communication Systems (CNET - 222) Academic Year 1439-40 (Second Semester) Mr. Haneef Khan Department of CNET College of CS&IT Jazan University, Jazan.

Objectives Differentiate CW(continuous wave) and Pulse Modulation techniques. Differentiate pulse analog and digital modulation techniques. Define PAM, PWM, PPM, PCM and DM Describe Sampling process Describe Nyquist Theorem

Introduction In previous chapters, we studied about the Analog Modulation techniques, Sine wave is used as the carrier signal. In Pulse Modulation techniques, sine wave will be replaced by the Pulse train. As the sine wave being characterized in term of its parameters (amplitude, frequency, and phase) , the pulse train is also characterized in the same way.

Pulse Modulation Classification Pulse Modulation is further classified into two categories depending on whether the parameter of the pulse is continuous and discrete in nature:- 1. Pulse Analog Modulation Techniques 2. Pulse Digital Modulation Techniques يتم تصنيف تعديل النبض إلى فئتين تبعًا لما إذا كانت معلمة النبض مستمرة ومتميزة بطبيعتها 1. نبض تقنيات التحوير التناظرية 2. نبض تقنيات التعديل الرقمي

Pulse Analog Modulation Techniques The pulse Modulation techniques are of three types namely:- Pulse Amplitude Modulation(PAM) Pulse Width Modulation(PWM) Pulse Position Modulation (PPM) In all above techniques, message signal will be Analog and Carrier signal will be pulse. Now, We will all the techniques one by one. تقنيات تعديل النبض هي من ثلاثة أنواع هي: - تعديل سعة النبض (PAM) تعديل عرض النبضة (PWM) تعديل موضع النبضة (PPM) في جميع التقنيات المذكورة أعلاه ، ستكون إشارة الرسالة تناظرية وسيتم إرسال إشارة الناقل. الآن ، سنقوم بكل التقنيات واحدا تلو الآخر.

1. Pulse Amplitude Modulation(PAM) PAM is defined as the process of varying the amplitude of the pulse in accordance to the instantaneous value of the message signal. يتم تعريف PAM على أنها عملية تغيير سعة النبض وفقًا للقيمة الآنية لإشارة الرسالة. Message Signal is given by, vm = Vm sin(ωm t) Carrier signal or Pulse train is given by, p = Vp 0 ≤ t ≤ Δ = 0 0 ≤ t ≤ T0

Pulse amplitude modulated signal is given by, Pulse amplitude modulated signal is given by, pa = Vp Vm sin(ωm t) 0 ≤ t ≤ Δ = 0 0 ≤ t ≤ T0

Sampling Process Sampling is a signal processing operation that helps is sensing the continuous time signal values at discrete instants of time. Sampled signal will have amplitudes equal to signal values at the sampling instants and undefined at all other times. Sampling theorem is important because it allows a continuous signal to be sampled and then transmitted as a discrete number rather than a continuous time signal. Processing a continuous signal is then equivalent to processing a discrete signal. أخذ العينات هو عملية معالجة الإشارة التي تساعد على استشعار قيم إشارة الوقت المستمر في حالات منفصلة من الزمن. سيكون لإشارة العينة سعات مساوية لقيم الإشارة في مثيلات أخذ العينات وغير محددة في جميع الأوقات الأخرى. تعتبر نظرية أخذ العينات مهمة لأنها تتيح أخذ عينات مستمرة من الإشارة ثم إرسالها كرقم منفصل بدلاً من إشارة وقت مستمرة. معالجة إشارة مستمرة بعد ذلك تعادل معالجة إشارة منفصلة.

Nyquist frequency and Nyquist rate Nyquist frequency is the maximum frequency in a signal that can be well recorded given a certain sampling rate. Nyquist rate is the sampling rate needed to record signal well given a certain maximum frequency in a signal. Nyquist rate = Given max frequency x 2 تردد Nyquist هو الحد الأقصى للتردد في الإشارة التي يمكن تسجيلها بشكل جيد بالنظر إلى معدل أخذ العينات معين. معدل Nyquist هو معدل أخذ العينات اللازمة لتسجيل إشارة تعطى بشكل جيد مع أقصى تردد معين في إشارة. معدل Nyquist = معين التردد الأقصى × 2

Examples:-

2. Pulse Width Modulation(PWM) PWM is defined as the process of varying the width of the pulse in accordance to the instantaneous value of the message signal. يتم تعريف PWM على أنها عملية تغيير عرض النبضة وفقًا للقيمة الآنية لإشارة الرسالة. Message Signal is given by, vm = Vm sin(ωm t) Carrier signal or Pulse train is given by, p = Vp 0 ≤ t ≤ Δ = 0 0 ≤ t ≤ T0 Carrier signal width is given by, Δ α vm

The width of pulse in PWM signal is given by, Δm = Δ(1+ vm )

3. Pulse Position Modulation (PPM) PPM is defined as the process of varying the position of the pulse in accordance to the instantaneous value of the message signal. يتم تعريف PPM على أنها عملية تغيير موضع النبضة وفقًا للقيمة الآنية لإشارة الرسالة. Message Signal is given by, vm = Vm sin(ωm t) Carrier signal or Pulse train is given by, p = Vp 0 ≤ t ≤ Δ = 0 0 ≤ t ≤ T0

Let tp indicates the timing instant of the leading or trailing edge of the pulse in each period of the pulse train. In PPM Let tp يشير إلى توقيت التوقيت للحافة الأمامية أو الخلفية للنبضة في كل فترة من القطار النبضي. في جزء في المليون tp α vm The Position of the leading pr trailing edge of the pulse in PPM signal is given by, يتم إعطاء موضع حافة زائدة العلاقات العامة النبضية في إشارة PPM بواسطة ، tp = f(vm)

PWM And PPM Modulated Signal

Pulse Digital Modulation Techniques The most important pulse digital modulation techniques are as follows: Pulse Code Modulation(PCM) DM(Delta Modulation) Basically, these techniques is used to represent message signal n digital form rather than the original analog form. أهم تقنيات التشكيل الرقمي للنبض هي كما يلي: تعديل شفرة النبض (PCM) DM (تعديل دلتا) بشكل أساسي ، يتم استخدام هذه التقنيات لتمثيل إشارة الرسالة n النموذج الرقمي بدلاً من النموذج التمثيلي الأصلي.

1. Pulse Code Modulation(PCM) PCM is used to digitally represent sampled analog signals. It is the standard form of digital audio in computers, CDs, digital telephony and other digital audio applications. يستخدم PCM لتمثيل إشارات تمثيلية تم أخذ عينات منها رقميًا. إنه الشكل القياسي للصوت الرقمي في أجهزة الكمبيوتر والأقراص المدمجة والتليفون الرقمي وتطبيقات الصوت الرقمية الأخرى. The amplitude of the analog signal is sampled at uniform intervals and each sample is quantized to its nearest value within a predetermined range of digital levels. يتم أخذ عينات من إشارة التناظرية على فترات منتظمة ويتم قياس كمية كل عينة إلى أقرب قيمة لها ضمن نطاق محدد سلفا من المستويات الرقمية.

Quantization Levels

Examples:-

Examples:-

2. Delta Modulation(DM) Delta Modulation is obtained by simplifying the quantization and encoding process of PCM. يتم الحصول على دلتا التعديل من خلال تبسيط عملية الكمي والترميز من The Signal is sampled at much higher than the required nyquist rate. يتم أخذ العينات في إشارة أعلى بكثير من معدل nyquist المطلوبة. Rather than quantizing the absolute value of the input analog waveform, delta modulation quantizes the difference between the current and the previous step. بدلاً من تقدير القيمة المطلقة لموجة الموجة التناظرية ، يحدد تعديل دلتا الفرق بين الحالي والخطوة السابقة. The modulator is made by a quantizer which converts the difference between the input signal and the average of the previous steps. In its simplest form, the quantizer can be realized with a comparator referenced to 0 (two levels quantizer), whose output is 1 or 0 if the input signal is positive or negative. يتكون المغير بواسطة أداة قياس الكمي الذي يحول الفرق بين إشارة الدخل ومتوسط ​​الخطوات السابقة. في أبسط أشكاله ، يمكن تحقيق أداة القياس الكمي من خلال مقارنة يشار إليها بـ 0 (مستوي كمي) ، يكون ناتجها 1 أو 0 إذا كانت إشارة الدخل موجبة أو سالبة.

Block diagram of Delta Modulation Signal

Advantages of Digital Modulation Over Analog Modulation Digital is more robust than analog to noise and interference. Digital is more viable to using regenerative repeaters. Digital hardware more flexible by using microprocessors and VLSI . Can be coded to yield extremely low error rates with error correction. Easier to multiplex several digital signals than analog signals. Digital is more efficient in trading off SNR for bandwidth. Digital signals are easily encrypted for security purposes. Digital signal storage is easier, cheaper and more efficient. Reproduction of digital data is more reliable without deterioration. Cost is coming down in digital systems faster than in analog systems and DSP algorithms are growing in power and flexibility.

مزايا التعديل الرقمي على التشكيل التناظري الرقمية أقوى من التناظرية إلى الضوضاء والتداخل. الرقمية أكثر قابلية للتطبيق لاستخدام أجهزة إعادة التجديد. الأجهزة الرقمية أكثر مرونة باستخدام المعالجات الدقيقة و VLSI. يمكن ترميزه للحصول على معدلات خطأ منخفضة للغاية مع تصحيح الأخطاء. أسهل لمضاعفة الإشارات الرقمية من الإشارات التناظرية. الرقمية أكثر فاعلية في التداول مقابل SNR للنطاق الترددي. يتم تشفير الإشارات الرقمية بسهولة لأغراض الأمان. تخزين الإشارات الرقمية أسهل وأرخص وأكثر كفاءة. استنساخ البيانات الرقمية هو أكثر موثوقية دون تدهور. تنخفض التكلفة في الأنظمة الرقمية بشكل أسرع من الأنظمة التناظرية ، بينما تنمو خوارزميات DSP في القوة والمرونة.

END