المختصر المفيد في هندسة الاتصالات
في الإلكترونيات و الاتصالات هو عملية تراكب موجتين كهربائيتين (Modulation) التضمين أحدهما الموجة الحاملة وتكون ذات تردد عالي ، والموجة المحمولة ذات تردد منخفض . مثال على ذلك البث في الراديو : ترسل محطة الإذاعة صوت المذيع كموجة ذات تردد منخفض راكبة على موجة كهرومغناطيسية ذات تردد عالي . ويستقبلهما جهاز الراديو وبه دوائر إلكترونية خاصة تفك الموجتين عن بعضهما البعض ، وتكبر الموجة المحمولة كهربائيا وتوصلها بمكبر الصوت فنسمع المذيع من جهاز الراديو .
التضمين أو التراكب يتم بين الموجة الحاملة (ذات تردد عالي) ، و موجة “محمولة” يقال لها الإشارة المعدّلة وهي تحمل المعلومات المراد نقلها .
فك التضمين : هي العملية العكسية حيث تستخراج الإشارة المعدلة من الموجة الحاملة . الجهاز الملائم لذلك يدعى مُزيل التضمين . الجهاز الذي يصلح للتضمين ولإزالة التعديل يقال له “المودم”.
تعتبر عملية تضمين الإشارة من أهم العمليات في تقنية الاتصالات لقدرتها على استيعاب ترددات عالية جدا. وتستعمل تقنية التضمين في عدة أنظمة مثل الجي أس أم، البلوتوث، التلفزيون، الراديو الجي بي أس وغيرها من الأنظمة .
التضمين التماثلي – Analog Modulation
يعتبر التضمين التماثلي أساس عمليات التضمين ويطلق عليه أيضا تضمين للتبسيط. توجد ثلاث تقنيات رئيسية في التضمين التماثلي تضمين الاتساع أو السعة ، تضمين التردد وتضمين الطور.
تضمين السعة : Amplitude Modulation (AM)
في هذه التقنية يتم تغيير قيمة إشارة التردد الحامل كدالة خطية مع قيمة الإشارة المرسلة (الأساسية) وتتميز بسهولة تصميمها وسهولة فك التضمين. لكن تضمين الاتساع يجعل الإشارة عرضة للضوضاء بشكل عالي وأحيانا تفقد إذا لم تكن إشارة الإرسال قوية بشكل كاف.
تضمين التردد : Frequency Modulation (FM)
يتميز هذا التضمين بعزله للضوضاء حيث أن التغير يكون في تردد الإشارة الحاملة نفسه كدالة خطية مع قيمة الإشارة المرسلة. ومع ذلك فهو يستهلك نطاق عريض أكبر بكثير من تقنية التضمين المطالي كما أن أجهزة التضمين وفك التضمين معقدة نسبيا.
تضمين الطور : Phase Modulation (PM)
في هذا النوع من التضمين تتغير زاوية أو طور إشارة التردد الحامل خطيا مع قيمة الإشارة الأساسية. مع أن هذه التقنية تحمل مزايا التضمين الترددي في نطاق عريض أقل من سابقتها إلا أن المشكلة تكمن في تعقيد الأجهزة في كل من التضمين وفك التضمين مما يحد من تطبيقاتها .
التضمين الرقمي : Digital Modulation
ال Digital Modulation بعكس الارسال الرقمي كما في الشبكات المحلية السلكية بحيث ترسل المعلومات الرقمية في حالتها الرقمية فإن الارسال اللاسلكي لا يمكن إرسال المعلومات ارسالا رقميا لذا فلا بد من تحويلها إلى إشارات تماثلية عبر إحدى طرق التعديل الأساسية التالية :-
- تعديل لإزاحة السعة. ASK (amplitude-shift keying) .
- تعديل الإزاحة التردد. FSK (frequency-shift keying) .
- تعديل الإزاحة الطور. PSK (phase-shift keying) .
- تعديل الإزاحة الدنيا و الإزاحة الدنيا الجاوسي . (GMSK)
تضمين إزاحة السعة : Amplitude Shift Keying (ASK)
تعتبر طريقة تضمين الإزاحة الاتساعي من ابسط طرق التعديل الرقمي حيث يتم تمثيل المعلومات الرقمية الثنائية 0 و 1 بسعتين مختلفتين. وكما نرى في الصورة فقد تم تمثيل حالة 0 بسعة تساوي ولهذا النوع من التعديل بعض العيوب لحساسيته لأخطاء .a صفراً وتم تمثيل حالة 1 بسعة تساوي وتشتت الإشارة بتعدد المسارات لذا فإنه لا يمكن ضمان noise الإرسال كالتداخلات والضوضاء
صحة الإشارة في حالة الارسال اللاسلكي بوجود مثل هذه الاخطاء.
تضمين إزاحة التردد : Frequency Shift Keying (FSK)
واحدة من طرق التعديل الرقمي المستخدمة بكثرة. في FSK تعتبر طريقة تضمين الإزاحة الترددي هذه الطريقة يتم تمثيل المعلومات الرقمية الثنائية 0 و 1 بإشارة ثابتة السعة ويتم تغيير التردد لكل وهذا النوع من التعديل .f وحالة الصفر بتردد 2 f حالة. وكما في الصورة فقد تم تمثيل حالة 1 بتردد 1 يعتبر اقل حساسية لأخطاء الارسال من تداخلات وضوضاء وتشتت للإشارة بتعدد المسارات.
تضمين إزاحة الطور : Phase Shift Keying (PSK)
في هذا النوع من التعديل يحدث تغيير في زاوية الطور بمقدار 180 ° عند كل تغيير للمعلومات الرقمية من 0 إلى 1 أو العكس مع تثبيت قيمة السعة والتردد. وهذا النوع من التردد اقل حساسية لأخطاء الارسال من تداخلات وضوضاء وتشتت للإشارة بتعدد المسارات مقارنةً بالنوعين السابقين ولكن دوائر الارسال والاستقبال فيه أكثر تعقيداً.
في حالة تعديل الحامل باستخدام بت واحدة من إشارة المدخل يعدل الطور بمقدار 180 ° وتكون السرعة 1200 بت\ثانية. في حالة تعديل الحامل باستخدام 2 بت من إشارة المدخل يعدل الطور بمقدار 00 ° وتكون السرعة 2400 بت\ثانية . في حالة تعديل الحامل باستخدام 3 بت من إشارة المدخل يعدل الطور بمقدار 00 ° وتكون السرعة 4800 بت\ثانية. في حالة تعديل الحامل باستخدام 4 بت من إشارة المدخل يعدل الطور بمقدار 44 ° وتكون السرعة 0000 بت\ثانية. في حالة تعديل الحامل باستخدام 0 بت من إشارة المدخل يعدل الطور بمقدار °44 وتكون السرع 28800 بت\ثانية. في حالة تعديل الحامل باستخدام 8 بت من إشارة المدخل يعدل الطور بمقدار 30 ° وتكون السرعة 40000 بت\ثانية.
تعديل الإزاحة الدنيا وتعديل الإزاحة الدنيا الجاوسي
ومن طرق التعديل المتبعة في نظم الاتصالات اللاسلكية الحديثة طريقة التعديل الإزاحة الدنيا (MSK) مع التقليل من التغيير المفاجئ للتردد والشكل . وهي طريقة مطورة عن تعديل الإزاحة الترددي (FSK) في هذه الطريقة تفصل المعلومات الرقمية إلى معلومات (أبتات) زوجية وأخرى فردية وتتم مضاعفة الفترة الزمنية لكل معلومة رقمية. ويستخدم قيمتان تردديتان ويتم اختيار أحد الترددين حسب ما يلي:
- إذا كان كل من المعلومة الزوجية والفردية في حالة 0 يتم استخدام التردد العالي f2 ومع عكس الموجة . (تغيير في زاوية الطور بمقدار 180°)
- إذا كانت المعلومة الزوجية في حالة 1 والمعلومة الفردية في حالة 0 يتم استخدام التردد المنخفض f2 . (تغيير في زاوية الطور بمقدار 180°) .
- إذا كانت المعلومة الزوجية في حالة 0 والمعلومة الفردية في حالة 1 يتم استخددام التردد المنخفض f2 دون تغيير زاوية الطور.
- إذا كان كل من المعلومة الزوجية والفردية في حالة 1 يتم استخدام التردد العالي دون تغيير زاوية الطور.
وبإضافة مرشح منخفض جاوسي إلى معدل الإزاحة الدنيا نحصل على ما يسمى معدل الإزاحة الدنيا الجاوسي (GMSK) وهو المعدل المستخدم في أنظمة الاتصالات اللاسلكية الأوروبية GSM و DECT .
