تعديل الإشارة

تعديل اشاره

Signal modulation - Modulation du signal

تعديل الإشارة

تحوّل بوساطة تعديل الإشارة signal modulation إشارة m(t) التي تسمى الإشارة المعدِّلة modulating إلى إشارة s(t) وتسمى الإشارة المعدَّلة modulated وتكون موائمة لقناة الإرسال. ويعمل كل معدل وفق منهجية معرفة تربط القيم المميزة للإشارة المعدَّلة بالقيم الآنية للإشارة المعدِّلة.

التعديل التمثيلي analog modulation

طورت تقنيات التعديل التمثيلي انطلاقاً من معالجة موجة جيبية تسمى الحامل carrier معرفة بالعلاقة:

حيث f₀ هو تردد الإشارة الحاملة

وتقوم عملية التعديل على تغيير المطال A أوالطور للحامل مع الرسالة المراد إرسالها m(t) ونحصل بذلك على الإشارة s(t) (الشكل -1).

1ـ التعديل الخطي linear modulation

كانت التعديلات الخطية أولى التعديلات استخداماً وذلك في العشرينات من القرن العشرين. وتوجد عدة تقنيات تعديل خطي أساسية شائعة الاستخدام هي:

أ ـ التعديل المطالي amplitude modualtion (AM)

تولد هذا النوع من التعديل الإشارة:

ويبين الشكل 2 مثالاً على كل من الإشارة الحاملة ومطالها A_c، وإشارة الحزمة القاعدية m(t) (المعدِّلة)، والإشارة المعدَّلة الناتجة. التي تحمل في غلافها envelope إشارة الحزمة القاعدية baseband.

وتوصف طريقة التعديل هذه بأنها ثنائية الحزمة الجانبية مع حاملdouble-side band with carrier (DSB)  لأن طيف الإشارة المعدَّلة يتكون من حزمة جانبية دنيا وأخرى عليا إضافةً للحامل (الشكل 3).

ومن ثَم فإن عرض حزمة الإشارة المعدَّلة هو .

يستخدم هذا النوع من التعديل بكثرة في أنظمة البث الإذاعي[ر] سواء بالأمواج القصيرة أو الوسطى أو الطويلة.

ب ـ التعديل ثنائي الحزمة بدون حامل double-side band suppressed-carrier   (DSB-SC)

 وهو أبسط أنواع التعديل من حيث المبدأ. إذ يعتمد على إجراء إزاحة ترددية لطيف إشارة الحزمة القاعدية في الحقل الترددي. وتعطى الإشارة المعدَلة بالعلاقة:

ويعطى عرض حزمة الإشارة المعدَلة هنا أيضاً بالعلاقة BW=2f_m.

وتستخدم طريقة التعديل هذه على سبيل المثال لبناء منضد صوتي مجسم stereophonic.

ج ـ التعديل أحادي الحزمة الجانبية single-side band modulation (SSB)

الذي يعتمد على حذف إحدى الحزمتين الجانبيتين في طيف الإشارة المرسلة، ومن ثَم فإن عرض حزمة الإشارة المعدَّلة يصبح BW=f_m. وهي طريقة التعديل الأكثر اقتصاديةً من حيث عرض حزمة الإرسال.

وتعد طريقة التعديل هذه أساس تقنية التنضيد multiplexing الترددي المستخدمة في الهاتف والاتصالات العسكرية والبحرية وغيرها.

د ـ التعديل بحزمة جانبية مختزلة vestigial-side band modulation

تعتبر هذه التقنية حلاً وسطاً بين التعديل أحادي الحزمة الجانبية SSB والتعديل ثنائي الحزمة الجانبية من دون حامل DSB-SC. ويعتمد المبدأ على إرسال إحدى الحزمتين الجانبيتين الناتجتين عن التعديل الثاني شبه كاملة إضافةً إلى جزء مختزل من الحزمة الأخرى مقداره Kf_m (حيث 0)، فيكون عرض الحزمة اللازم للإرسال BW=(1+K)f_m.

وتُستخدم هذه الطريقة مثلاً في إرسال إشارة الفيديو التلفزيونية.

2ـ التعديل الزاويّ angle modulation

إن التعديل هو أساساً إجراء إزاحة ترددية لطيف الإشارة المراد إرسالها حول التردد الحامل fc (تردد الحامل)، للحصول على إشارة ذات حزمة ضيقة:

مع معرفة المقدارين التاليين:

ـ الطور الآني:      

ـ التردد الآني:

أ ـ التعديل الطوري phase modulation (PM)

يعد التعديل الطوري من أبسط أنواع التعديل الزاوي، ويعرف بالعلاقة:

حيث k_p واحدته راد/فولط rd/volt. ومن ثَم تكون عبارة الإشارة المعدَّلة طورياً: 

ب ـ التعديل الترددي frequency modulation (FM)

يتم في هذا التعديل تحويل تغيرات الإشارة المعدِلة m(t) إلى تغيرات في التردد الآني Fi(t) للإشارة ذات الحزمة الضيقة التي تعبر القناة. ويكون التحويل خطي عادة من النوع: 

حيث K_f واحدته هرتز/فولط Hz/volt. ومن ثَم تكون عبارة الإشارة المعدَّلة ترددياً:

ويبين الشكل 4 مثالاً عن إشارات معدلة طورياً (ب) وترددياً (ج) للإشارة m(t) المتبقية في (أ).

الشكل (4) شكل الإشارات في حالتي التعديل الطوري والترددي

ويعطى عرض حزمة الإشارة المعدَّلة في حالة التعديل الترددي للإشارة m(t) ما بالعلاقة: 

حيث يرمز b إلى عرض حزمة الإشارة المعدِلة، وΔf إلى الانحراف الأعظم للتردد الآني، ويطلق على العبارة السابقة قاعدة كارسون Carson.

ويستخدم هذا التعديل في معظم مرسلات البث الإذاعي العاملة على التعديل الترددي.

التعديل النبضي pulse modulation

هناك ثلاثة أنواع أساسية للتعديل النبضي التمثيلي هي تعديل مطال النبضة amplitude أو عرضها width أو موضعها position.

1ـ نظرية أخذ العينات sampling

لتكن لدينا إشارة بالحزمة القاعدية m(t) ذات عرض حزمة محدود بحيث يكون أعلى تردد لها f_m، ولنأخذ قيم الإشارة m(t) عند فترات منتظمة متباعدة بأزمنة T_s بحيث

فنقول أنه أخذت عينات الإشارة دورياً كل T_s ثانية. وتحدد هذه العينات (m (nT_s، حيث n عدد طبيعي، الإشارة بشكل متميّز، ومن ثَم يمكن إعادة بناء الإشارة من تلك العينات من دون أي تشويه. ويطلق على T_s اسم دور أخذ العينات.

2ـ تعديل مطال النبضة pulse-amplitude modulation (PAM)

هو تحويل إشارة تمثيلية إلى إشارة من نوع نبضي بحيث يتضمن مطال النبضات المعلومات التمثيلية. ويوجد صنفان من هذه الإشارات هما:

أ ـ أخذ العينات الطبيعي natural.

يبين الشكل 5 هذا المبدأ حيث تتكون الإشارة التي أخذت منها العينات من سلسلة من النبضات ذات مطال متغير قممها ليست مسطحة إنما تتبع شكل موجة الإشارة المعدَّلة m(t).

ب ـ أخذ العينات مسطح القمة flat-top

 يبين الشكل 6 مبدأ النبضات مسطحة القمة، حيث يكون للنبضات مطال ثابت تحدده قيمة عينة الإشارة في نقطة داخل مدة النبضة. ويتميز هذا النوع عن سابقه بأنه يبسط تصميم الدارات الإلكترونية المستخدمة في عملية أخذ العينات.

3ـ تعديل زمن النبضة Pulse-Time Modulation (PTM)

وهنا تقوم إشارة الحزمة القاعدية بتغيير بعض المميزات الزمنية  للنبضة التي تقع داخل فرضة slot  زمنية محددة. ويوجد صنفان أساسيان هما:

أ ـ تعديل مدة النبضة Pulse-Duration Modulation (PDM)

 تقطع هذه الحالة الإشارة m(t) بشكل منتظم وتوليد نبضة عند كل لحظة تقطيع ذات مطال ثابت لكن عرضها يعدَّل مباشرة بإشارة الحزمة القاعدية (الشكل 7).

ب ـ تعديل موضع النبضة Pulse-Position Modulation (PPM)

يتمثل التعديل هنا في توقيت الطرف الهابط أو الصاعد للنبضة أو كليهما بآن واحد. ونلاحظ في الشكل السابق أن مطال النبضات ثابت وعرضها ثابت في حين تقوم الإشارة m(t) بتعديل موضع النبضة.

التعديل الرقمي digital modulation

تتصف أنظمة التعديل السابقة بأنها أنظمة تمثيلية، فالحامل موجة جيبية أو نبضية والتعديل يغير بشكل مستمر مطال أو زمن الحامل. أما في هذه الفقرة فسنتطرق إلى نوع تعديل رقمي عوضاً عن تمثيلي تكون فيه الإشارة الرقمية مرمزة قبل الإرسال.

1ـ التكميم quantization

وهي العملية التي تسمح انطلاقاً من إشارة الحزمة القاعدية m(t) بإنشاء إشارة جديدة Mq(t) هي تقريب للإشارة الأصلية. ويبين الشكل 8 مبدأ هذه العملية.

حيث أن الإشارة vi هي الإشارة المطبقة على دخل المكمم، أما خرجه فهو V_o، والمنحني المنقط m(t) يمثل إشارة الخرج فيما لو كان خرج المكمم خطياً بدلالة الدخل، ويطلق على الفرق بين mَ (t) وMq(t) اسم ضجيج التكميم. ونقول عن التكميم أنه منتظم إذا كانت لجميع الخطوات نفس القياس، وإلا فهو غير منتظم.

2ـ التعديل النبضي المرمز pulse code modulation (PCM)

وهو أساساً تبديل تمثيلي/ رقمي من نوع خاص تُمثل فيه المعلومات المتضمنة داخل العينات الآنية لإشارة تمثيلية، بكلمات رقمية على شكل قطار بتات bits تسلسلي.

يتم توليد إشارة التعديل النبضي المرمز بإجراء ثلاث عمليات أساسية هي: أخذ العينات والتكميم والترميز.

ونحصل على إشارة التعديل النبضي المرمز اعتباراً من إشارة تعديل مطال النبضة المكممة بترميز encoding كل قيمة عينة مكممة إلى كلمة رقمية. ومن ثَم عوضاً عن إرسال العينة المكممة مباشرة يرسل رقم الرمز الموافق. وغالباً ما تحول قيمة الرمز قبل إرساله إلى الحساب الثنائي أي الحساب وفق أساس العد 2. وترسل قيم التمثيل الثنائي للرمز على شكل نبضات، ولهذا يطلق على هذا التعديل اسم التعديل النبضي المرمز. ويبين الشكل 9 السمات الأساسية لهذا التعديل الثنائي.

3ـ التعديل النبضي المرمز التفاضلي differential pulse code modulation (DPCM)

حين يتم تقطيع الإشارات الصوتية أو الفيديوية غالباً ما تكون العينات المتجاورة قريبة من نفس القيمة، ومن ثَم يوجد كثير من الزيادة redundancy في عينات الإشارة، وينجم عن ذلك ضياع في عرض الحزمة والمجال الدينامي لنظام التعديل النبضي المرمز عندما يعاد إرسال قيم العينات ذوات الزيادة.

وإحدى الطرق التي تسمح بتخفيض زيادة الإرسال إلى حده الأدنى ومن ثَم إنقاص عرض الحزمة، هي إرسال إشارات التعديل النبضي المرمز الموافقة للفرق بين قيم العينات المتجاورة، ويطلق عليها التعديل النبضي المرمز التفاضلي، والذي يعتمد على استخدام مرشح تنبؤ prediction.

4ـ التعديل دلتا delta modulation (DM)

وهو حالة خاصة من التعديل النبضي المرمز التفاضلي تتضمن مستويين من التكميم. ولا تتطلب استخدام مبدلات تمثيلية/رقمية أو رقمية/تمثيلية، ومن ثَم فإن الدارات الإلكترونية اللازمة للتعديل أبسط وأقل كلفة. إلا أن هذا التعديل يخضع لنوعين من خطأ التكميم الأول ضجيج زيادة تحميل الميل slope overload والضجيج الحبيبي granular كما هو مبين بالشكل 10.

5ـ التعديل دلتا المتكيف adaptive delta modulation (ADM)

الذي يسمح بتخفيض ضجيج زيادة تحميل الميل إلى الحد الأدنى مع المحافظة على قيم مقبولة للضجيج الحبيبي.

ويعتمد مبدأ الطريقة على تغيير قياس الخطوة كتابع للزمن مع تغيرات إشارة الدخل.

6ـ طرق الإقفال keying

هي تحميل إشارة رقمية على موجة حاملة لتتوافق مع حزمة قناة الإرسال، ويستخدم هذا التعبير لتمييز هذا التعديل عن تعديل الإشارات التمثيلية. ويوجد هناك طرق إقفال مختلفة: بإزاحة المطال amplitude-shiift keying (ASK) وبإزاحة الطور phase-shift keying (PSK) وبإزاحة الطور التفاضلي differential -shiift keying (DPSK) وبإزاحة التردد frequency-shiift keying (FSK) وهي مفصلة في بحث إرسال المعطيات. 

محمد خالد شاهين

إرسال المعطيات ـ الإرسال من بعد ـ البث الإذاعي ـ التحويل الهاتفي.

ـ أحمد أزرق، نظم الاتصالات ـ نبضية ورقمية (جامعة دمشق 1987).

- P.G.Fontolliet, Systemes de telecommunications (Editions Georgi 1983).

- L.W.Couch II,  Digital and Analog Communication Systems (Macmillan Publishing Company 1993).

التصنيف : التقنيات (التكنولوجية)

النوع : تقانة

المجلد: المجلد السادس

رقم الصفحة ضمن المجلد : 610

آخر أخبار الهيئة :

معجم المصطلحات

الأطلس الجغرافي

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية