การมอดูเลต (modulation) คือเทคนิคที่ข้อมูลถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าหรือสัญญาณดิจิทัลเพื่อถ่ายโอนสัญญาณนั้นผ่านตัวกลาง การมอดูเลตสัญญาณทำขึ้นเพื่อส่งสัญญาณในระยะทางไกล หลังจากการส่งสัญญาณแล้ว สัญญาณที่มอดูเลตแล้วจะต้องถูกแปลงกลับเป็นสัญญาณเดิมเพื่อดึงข้อมูลเดิมกลับมา

การแปลงสัญญาณกลับนี้ทำได้ด้วยความช่วยเหลือของเทคนิคการดีมอดูเลชันที่หลากหลาย ดังนั้นจึงหมายถึงการแยกสัญญาณออกจากคลื่นพาหะที่ถูกมอดูเลต ในบทความนี้ เราจะศึกษาเทคนิคเหล่านี้โดยละเอียด รวมถึงการประยุกต์ใช้ ข้อดีและข้อเสีย ฯลฯ

ดีมอดูเลชั่นคืออะไร?

ดีมอดูเลชัน (Demodulation) คือกระบวนการดึงข้อมูลต้นฉบับจากคลื่นพาหะที่ถูกมอดูเลต ดีมอดูเลชันเป็นฟังก์ชันสำคัญที่ใช้ในระบบสื่อสาร ซึ่งช่วยให้สามารถกู้คืนข้อมูลที่ส่งออกไปยังฝั่งผู้รับได้ ดีมอดูเลชันมีหลายประเภทซึ่งมีสัญญาณเอาต์พุตที่แตกต่างกัน ซึ่งจะอธิบายเพิ่มเติมต่อไป

กระบวนการดีมอดูเลชั่น

เพื่อทำความเข้าใจแนวคิดของดีมอดูเลชัน เราต้องศึกษาการมอดูเลชันก่อนการมอดูเลชันคือกระบวนการที่คุณสมบัติของสัญญาณพาหะ เช่น แอมพลิจูด ความถี่ หรือเฟส เปลี่ยนแปลงไปตามแบนด์เบสหรือสัญญาณข้อความ เป็นกระบวนการย้อนกลับของการมอดูเลชันเพื่อดึงสัญญาณจากสัญญาณที่ถูกมอดูเลชัน แล้วจึงได้สัญญาณเดิมกลับมา ดังนั้น ความจำเป็นของการมอดูเลชันคือการดึงข้อมูลหรือสัญญาณเดิมจากสัญญาณที่ถูกมอดูเลชัน

ดีมอดูเลชันคือเทคนิคการกู้คืนสัญญาณดั้งเดิมจากสัญญาณที่ถูกมอดูเลต ดีมอดูเลชันนี้ทำได้โดยใช้ดีมอดูเลเตอร์ ดีมอดูเลเตอร์จะแปลงความแปรผันของแอมพลิจูด ความถี่ หรือเฟสของคลื่นพาหะกลับไปเป็นสัญญาณข้อความ มีดีมอดูเลเตอร์สามประเภทสำหรับการแปลงรูป แบบการมอดูเลตแบบ AM (การมอดูเลตแอมพลิจูด), FM (การมอดูเลตความถี่) และ PM (การมอดูเลตเฟส)

ความจำเป็นในการดีมอดูเลชั่น

การดีมอดูเลชันมีความสำคัญเนื่องจากช่วยให้มั่นใจได้ว่าสัญญาณ เสียงที่ส่งออกมา สามารถรับและประมวลผลได้อย่างถูกต้อง ดีมอดูเลชันคือกระบวนการกู้คืนสัญญาณต้นฉบับจากสัญญาณที่ถูกมอดูเลชัน ดีมอดูเลชันช่วยแยกความถี่เสียงออกจาก คลื่น พาหะความถี่ สูง ซึ่งทำให้ผู้ฟังสามารถได้ยินและใช้งานได้ และเข้ากันได้กับอุปกรณ์เล่นเสียงมาตรฐาน หากไม่ใช้ดีมอดูเลชัน ข้อมูลที่ส่งผ่านคลื่นพาหะความถี่สูงจะไม่สามารถเข้าถึงได้

เทคนิคการดีมอดูเลชั่น

มีเทคนิคการดีมอดูเลชันหลากหลายรูปแบบ ขึ้นอยู่กับประเภทของการมอดูเลชัน ตัวอย่างเทคนิคบางส่วนมีดังนี้:

• เครื่องตรวจจับซองจดหมายได โอดเรกติไฟเออร์
• เครื่องตรวจจับผลิตภัณฑ์
• การตรวจจับแบบซิงโครนัส

เครื่องตรวจจับซองจดหมายไดโอดเรกติไฟเออร์

ใช้เพื่อดีมอดูเลตสัญญาณแอมพลิจูดที่ถูกมอดูเลต วงจรตรวจจับไดโอดแบบง่ายแสดงไว้ด้านล่าง วงจรนี้เป็นรูปแบบการตรวจจับที่ง่ายที่สุดเนื่องจากประกอบด้วยไดโอดหนึ่งตัวและตัวเก็บประจุแม้ว่าวงจรนี้ไม่ตรงตามมาตรฐานของเทคนิคอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง แต่วงจรนี้เป็นประเภทการตรวจจับพื้นฐานที่สุด และสามารถตรวจจับเอนเวโลปของสัญญาณ AM ได้

การทำงานของวงจรมีดังนี้:

• สัญญาณจากสเตจก่อนหน้าจะถูกป้อนไปยังไดโอด ตัวเก็บประจุจะช่วยกำจัดองค์ประกอบความถี่วิทยุ (RF) ที่ไม่ต้องการออกไป
• เมื่อสัญญาณวิทยุถูกส่งไปที่ไดโอด จะมีเพียงครึ่งหนึ่งของรูปคลื่นที่ผ่านเข้าไป และครึ่งหนึ่งของรูปคลื่นจะถูกตัดออกไป เนื่องจากคุณสมบัติของไดโอด กล่าวคือกระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านไดโอดได้เพียงทิศทางเดียวเท่านั้น
• สัญญาณที่ได้จะถูกนำไปใช้กับเอาต์พุตเสียงดังที่แสดงในแผนภาพด้านบน สัญญาณที่ได้นี้คือสัญญาณดีมอดูเลต

วงจรตรวจจับซองจดหมาย ของวงจรเรียงกระแสไดโอดเป็นวงจรที่เรียบง่ายมาก เนื่องจากมีต้นทุนต่ำมาก แต่ก็มีข้อเสียบางประการ เช่น ไม่เป็นเชิงเส้นเนื่องจากลักษณะเฉพาะของไดโอด ซึ่งทำให้เกิดความเพี้ยนของสัญญาณ วงจรนี้มีความไวต่อการตอบสนองน้อยกว่า และประสิทธิภาพการทำงานจะได้รับผลกระทบจากการเฟดแบบเลือกเฟด

เครื่องตรวจจับผลิตภัณฑ์

วงจรตรวจจับผลิตภัณฑ์ใช้เพื่อดีมอดูเลตสัญญาณ SSB ( แถบด้านเดียว ) ในการมอดูเลตแอมพลิจูด SSB สัญญาณพาหะแรกจะถูกระงับ จากนั้นจึงระงับแถบด้านบนหรือแถบด้านล่าง แผนภาพวงจรของตัวตรวจจับผลิตภัณฑ์แสดงไว้ด้านล่าง

การทำงานของวงจรมีดังนี้:

• สัญญาณ SSB ถูกส่งผ่านจากหม้อแปลง IF โดยใช้คริสตัลออสซิลเลเตอร์ซึ่งสร้างสัญญาณออสซิลเลเตอร์ท้องถิ่น สัญญาณออสซิลเลเตอร์ท้องถิ่นที่สร้างขึ้นจะมีความถี่ใกล้เคียงกับสัญญาณพาหะ
• จากนั้นสัญญาณ SSB จะถูกคูณด้วยสัญญาณออสซิลเลเตอร์ท้องถิ่น ทำให้เกิดความถี่ที่แตกต่างกัน เช่น ผลรวมและความแตกต่างของความถี่
• สัญญาณที่ได้จะถูกส่งไปยังตัวกรองความถี่ต่ำ (low-pass filter) ซึ่งจะผ่านเฉพาะสัญญาณความถี่ต่ำซึ่งเป็นสัญญาณเบสแบนด์เท่านั้น ดังนั้น ด้วยวิธีนี้เราจึงสามารถสกัดสัญญาณต้นฉบับออกมาได้

เทคนิคนี้ใช้ในการสื่อสารต่างๆ ระหว่างการดีมอดูเลต นอกจากนี้วงจร นี้ ยังสามารถใช้ดักจับสัญญาณรหัสมอร์สได้ อีกด้วย

การตรวจจับแบบซิงโครนัส

เรียกอีกอย่างหนึ่งว่าการตรวจจับแบบโคฮีเรนต์ และใช้ในการดีมอดูเลตสัญญาณที่มอดูเลตแอมพลิจูด นอกจากนี้ยังประกอบด้วยออสซิลเลเตอร์ซึ่งสร้างสัญญาณออสซิลเลเตอร์ท้องถิ่น จากนั้นนำไปคูณกับสัญญาณมอดูเลตขาเข้า สัญญาณที่ได้จะถูกส่งผ่านตัวกรองความถี่ต่ำเพื่อกำจัดส่วนประกอบความถี่สูง แผนภาพบล็อกของเครื่องตรวจจับแบบซิงโครนัสแสดงไว้ด้านล่าง

สัญญาณที่กรองแล้วจะมีสัญญาณเบสแบนด์เดิมอยู่ จากนั้นสัญญาณที่ได้รับจะถูกถอดรหัสเพื่อดึงข้อมูลเดิมออกมา ซึ่งช่วยให้ประสิทธิภาพดีขึ้น นิยมใช้ในอุปกรณ์รับสัญญาณกระจายเสียงต่างๆ เช่น อุปกรณ์สื่อสารวิทยุ หรือวิทยุสื่อสาร เพราะติดตั้งง่าย

เทคนิคการดีมอดูเลตในวิทยุ AM, FM และ PM

ด้านล่างนี้เป็นเทคนิคการดีมอดูเลตสำหรับระบบวิทยุ

วิทยุ AM

ระบบวิทยุ AM ปฏิบัติตามขั้นตอนการดีมอดูเลชั่นเหล่านี้

• การแก้ไข : สัญญาณที่ได้รับจะถูกส่งไปแก้ไขก่อน ซึ่งจะแปลงแอมพลิจูดที่เปลี่ยนแปลงไปเป็นการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าที่สอดคล้องกัน
• การกรอง : สัญญาณที่แก้ไขแล้วจะถูกส่งไปยังตัวกรอง ความถี่ต่ำ ซึ่งจะลบส่วนประกอบความถี่สูงออกจากสัญญาณเสียงเบสแบนด์
• การขยายเสียง : จากนั้นเสียงจากฟิลเตอร์นี้จะถูกขยายให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานร่วมกับลำโพงหรือหูฟัง

วิทยุ FM

ระบบวิทยุ FM ปฏิบัติตามขั้นตอนการดีมอดูเลชั่นเหล่านี้

• ตัวแยกความถี่หรือลูปล็อกเฟส (PLL)วงจรเหล่านี้ใช้สำหรับเทคนิคการดีมอดูเลตใน สัญญาณ FMตัวแยกความถี่ใช้ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงความถี่ของสัญญาณที่ได้รับและแปลงเป็นการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าตามสัดส่วน PLL ใช้เพื่อล็อกความถี่ของสัญญาณที่ได้รับและเปรียบเทียบกับความถี่อ้างอิงที่เสถียร
• ออสซิลเลเตอร์ควบคุมแรงดันไฟฟ้า (VCO) : เอาต์พุตของตัวแยกสัญญาณใช้ควบคุม VCO ซึ่งสามารถใช้ในการสร้างสัญญาณเสียงที่เป็นสัดส่วนกับการเปลี่ยนแปลงความถี่ของสัญญาณที่รับได้
• การขยายเสียง : จากนั้นเสียงจะถูกขยายให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมต่อการใช้กับลำโพงหรือหูฟัง

วิทยุ PM (Phase Modulation)

ระบบวิทยุ PM ปฏิบัติตามขั้นตอนการดีมอดูเลตเหล่านี้

• การแปลงเป็นสัญญาณ AM : สัญญาณจะถูกแปลงกลับเป็นสัญญาณที่ปรับแอมพลิจูดโดยใช้เครื่องแยกสัญญาณ เช่น เครื่องตรวจจับโฮโมไดน์
• การลดสัญญาณแอมพลิจูด : จากนั้นสัญญาณ AM จะถูกลดสัญญาณโดยใช้เทคนิคการลดสัญญาณแอมพลิจูด เช่น การตรวจจับซองจดหมาย
• การสกัดสัญญาณต้นฉบับ : สัญญาณที่ถอดรหัสแล้วประกอบด้วยสัญญาณต้นฉบับที่มอดูเลตแล้ว พร้อมด้วยข้อมูลเฟสใดๆ ที่เข้ารหัสไว้ในสัญญาณ PM ข้อมูลเฟสนี้จะถูกประมวลผลเพื่อกู้คืนสัญญาณต้นฉบับ

ความท้าทายสำหรับการดีมอดูเลต

ความท้าทายบางประการสำหรับการปรับเปลี่ยนจะถูกกล่าวถึงด้านล่าง:

ความท้าทาย

มีความท้าทายหลักสองประการในการทำดีมอดูเลชัน ความท้าทายเหล่านี้ได้แก่:

• การซิงโครไนซ์: เป็นเรื่องปกติมากที่จะรักษาการซิงโครไนซ์ระหว่างสัญญาณมอดูเลตขาเข้าและดีมอดูเลเตอร์ เพื่อเอาชนะความท้าทายนี้จึงใช้การซิงโครไนซ์พาหะ
• สัญญาณรบกวนและสัญญาณรบกวน: ขณะกู้คืนสัญญาณเดิม สัญญาณอาจเกิดการบิดเบือนเนื่องจากสัญญาณรบกวนและสัญญาณรบกวนในช่องสัญญาณ เพื่อแก้ไขปัญหานี้ จึงใช้วิธีแก้ไขข้อผิดพลาด

ความแตกต่างระหว่างการมอดูเลตและการดีมอดูเลต

ข้อดีและข้อเสียของการดีมอดูเลชั่น

ข้อดีและข้อเสียของดีมอดูเลตมีดังต่อไปนี้:

ข้อดีของการดีมอดูเลชั่น

• ช่วยในการใช้แบนด์วิดท์ อย่างมีประสิทธิภาพ ด้วยการอนุญาตให้สัญญาณหลายสัญญาณผ่านช่องสัญญาณเดียว

• ช่วยในการกู้คืนสัญญาณต้นฉบับซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในการดึงข้อมูลต้นฉบับจากสัญญาณ

• ช่วยปรับปรุงภูมิคุ้มกันสัญญาณรบกวนซึ่งจะช่วยปรับปรุงความน่าเชื่อถือของสัญญาณ

• สามารถถอดรหัสสัญญาณ AM, FM และ PM ได้ ช่วยเพิ่มความหลากหลายของการถอดรหัสสัญญาณ และสามารถใช้งานได้หลากหลาย

ข้อเสียของการดีมอดูเลชั่น

• เทคนิคการดีมอดูเลชันบางประเภท เช่น ดีมอดูเลชันแบบโคฮีเรนต์ เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนมาก เนื่องจากความซับซ้อนของกระบวนการนี้ ต้นทุนของระบบจึงเพิ่มขึ้น

• มีความไวต่อสภาวะของช่องสัญญาณ เช่นการลดทอนสัญญาณและการบิดเบือนสัญญาณ ซึ่งอาจนำไปสู่คุณภาพสัญญาณที่ด้อยลง

• การใช้พลังงานสูงในเทคนิคการดีมอดูเลชั่นบางประเภท เช่น การดีมอดูเลชั่นแบบดิจิทัล

• เมื่อสเปกตรัมความถี่แออัด อาจทำให้เกิดการสนทนาข้ามและสัญญาณรบกวนได้

การประยุกต์ใช้งานของดีมอดูเลชั่น

• ระบบเรดาร์: เทคนิคดีมอดูเลชันถูกนำมาใช้ในระบบเรดาร์เพื่อดึงข้อมูลเกี่ยวกับระยะ ความเร็ว มุม และอื่นๆ อีกมากมาย ช่วยในการนำทาง การตรวจสอบสภาพอากาศ และการป้องกันประเทศ
• โทรทัศน์: เทคนิคการถอดรหัสสัญญาณใช้เพื่อกู้คืนสัญญาณวิดีโอและเสียงซึ่งช่วยในการแสดงรายการโทรทัศน์อย่างถูกต้อง
• การออกอากาศวิทยุ: การดีมอดูเลชันใช้เพื่อแยกสัญญาณเสียงที่ต้องการออกอากาศ ซึ่งสามารถดึงสัญญาณ AM และ FM เพื่อออกอากาศในช่วงความถี่ที่กว้างได้
•  การสื่อสารใต้น้ำ: สำหรับการสื่อสารใต้น้ำ จะใช้สัญญาณเสียง ซึ่งสัญญาณเสียงเหล่านี้จำเป็นต้องได้รับการดีมอดูเลต เพื่อรับข้อมูลต้นฉบับที่ส่งมาจากใต้ทะเลลึก
• ทางการแพทย์: เทคนิคดีมอดูเลชันใช้เพื่อสร้างภาพอวัยวะภายใน มีการใช้กันอย่างแพร่หลายใน MRI และอัลตราซาวนด์

บทสรุป

ในบทความข้างต้น เราได้ศึกษากระบวนการดีมอดูเลชัน ซึ่งมีเทคนิคต่างๆ ที่เกี่ยวข้องในกระบวนการดีมอดูเลชัน มีระบบดีมอดูเลชันหลากหลายรูปแบบสำหรับการดีมอดูเลชันสัญญาณ AM, FM และ PM เราได้ศึกษาการทำงานของระบบต่างๆ เหล่านี้

บทความนี้ยังครอบคลุมถึงการประยุกต์ใช้ ความจำเป็น ข้อดี และข้อเสียของเทคนิคการดีมอดูเลชัน ซึ่งทำหน้าที่สำคัญในการแปลงสัญญาณและดึงสัญญาณต้นฉบับออกมา และยังช่วยให้สามารถส่งข้อมูลจากแพลตฟอร์มหรืออุปกรณ์ต่างๆ ได้อีกด้วย