Modulation | أنواع تعديل الإشارات | Pm Fm Am

في مقهى قام بعرض مباراة الكلاسيكو، وعند الدقيقة 90 كانت نتيجة المباراة تعادل، لكن أحد مشجعيّ ريال مدريد الذي يثق بقدرة فريقه يقول بصوت خافت: نعم فزنا، سنفوز، وفجأة سجّل الريال هدفًا أنقذ الموقف الحرج، ليصرخ المشجع مجدّدًا: نعم فزنا (بصوت عالٍ، وتردّد ومطال عاليان ومختلفان عن صوته السابق).

 هذا التغيير، يُعرف بتعديل الإشارات Modulation، الذي يشير  بمفهومه الدّقيق إلى كيفيّة إرسال أكثر من بت (Bit) ضمن نفس الإشارة أي ضمن الإشارة الواحدة (One Signal).

ما بين التّعديل التردّدي FM  و التّعديل المطاليّ AM، هناك مفاهيم أساسية لفهم آلية التّعديل والغاية منه

وهكذا، في ضوء هذه اللحظة الطريفة والممتعة، نجد أنفسنا واقفين على عتبة عالمٍ ممتع ومهم، عالم تعديل الإشارات في الإتصالات الحديثة. لذا، ابقوا معنا حتى النهاية لمعرفة التعديل، أنواعه، ولماذا يجب علينا فهمه بشكل جيّد ؟ وما الذي يمكننا تحقيقه عند التّعديل؟ 

ملاحظة: نحن نفخر بثقتكم ومتابعتكم الدائمة لمقالاتنا الحصريّة، شكرًا لأنّنا نجدكم دائمًا في السطور الأخيرة من المقال . 👀🥰

تعريف التعديل Modulation

لنفترض أن لدينا إشارة صوتية، وهذه الإشارة تتكوّن من ترددات مختلفة تمثل درجات الأصوات في الحديث. لكي ننقل هذه الإشارة الصوتية عبر قناة اتصال، مثل الهاتف أو الإنترنت، نحتاج إلى تعديل هذه الإشارة لتكون قادرة على الانتقال عبر القناة بطريقة فعّالة.

يتم ذلك من خلال عملية Modulation، وهو عبارة عن بروتوكول بين المرسل والمستقبل أو طريقة إرسال بين المرسل والمستقبل من أجل إرسال أكثر من بت ضمن نفس الإشارة.

إذ يتمّ تحميل الإشارة الصوتية (إشارة المعلومات ذات التردد المنخفض) على إشارة الحامل ذات تردد أعلى لتغيير محدّدات الإشارة المطال والتردد والزاوية.

ما هي عملية التحميل؟

في عملية التحميل، يتم تغيير إحدى محدّدات إشارة الحامل (مثل مطال الإشارة) بناءً على الصوت الذي نريد نقله. إذا كانت الإشارة الصوتية تحمل صوتًا عالي الشدّة، فإن مطال الإشارة الحاملة يكون أطول، وإذا كانت الإشارة الصوتية تحمل صوتًا منخفض الشدّة، فإن مطال الإشارة الحاملة يكون أقصر.

تنفّذ هذه العمليّة عن طريق ضرب الإشارتين في المَجال الزمنيّ، ويتمّ هذا عبر ما يسمّى بالمضمّمات (Multiplexers)، وهي دارات إلكترونية تقوم بضرب الإشارتين (الإشارة الصوتية والإشارة الحاملة) في المجال الزمنيّ لإنتاج إشارة معدّلة تحمل الإشارة الصوتية. هذه الإشارة المعدلة يمكن تنقلها عبر القناة الاتصالية بنجاح.

كيف يحدث التعديل؟ | تحويل فورييه وعملية الطيّ Convolution

يعتمد التعديل Modulation على عملية تحويل الإشارة من المجال الزمني إلى المجال الترددي حيث تسمح لنا هذه العمليّة بفهم الإشارات الكهربائية التي تحمل المعلومات وتحليلها بشكل فعّال، مما يمكننا من تطبيق التعديل والتصحيح عند الضرورة.

عندما نتحدث عن تحويل الإشارة من المجال الزمني إلى المجال الترددي، نعني تحويل الإشارة من تمثيلها بالزمن إلى تمثيلها بالتردد. وهذا يتطلّب استخدام تحويل فورييه (Fourier transform)، الذي يسمح بتحليل الإشارة إلى مكوّناتها الطيفيّة المختلفة.

باستخدام تحويل فورييه، يمكننا فصل الإشارة إلى تردّدات مختلفة، وبالتالي، يصبح بإمكاننا تطبيق التعديل على هذه المكونات بشكل فردي، سواء كان ذلك بتغيير ترددها أو شدتها أو غيرها من الخصائص.

لنوضّح هذا أكثر: 

عند تسجيل إشارة صوتية بسيطة، يتم تمثيلها في شكل منحنٍ يُظهر تغيّر شكل الإشارة (أو مطالها)، لكن هل من السهل التعامل مع مطال الإشارة؟

حقيقًة هذا صعب جدًّا، وهنا تأتي أهميّة تحويل فورييه في تحويل هذا التمثيل الزمني إلى تمثيل تردّدي، وبهذه الطريقة، يمكننا إجراء العمليات والمعالجات المطلوبة على تردد الإشارة بدلاً من التعامل مع شكلها.

بعد شرح مفهوم تحويل فورييه أصبح بإمكاننا إعطاءك كيف يتمّ التعديل بدقّة:

أن نعدّل الإشارة يعني أن نحمل إشارة على أخرى عبر عملية ضرب، بعد أن حوّل تحويل فورييه الإشارة من مجالها الزمنيّ إلى التردّدي تأتي الأهميّة الثانية لفورييه بأّنه يقابل عملية الضرب في المستوى الزمني بعملية رياضية تسمى الطيّ Convolution. 

ملاحظة:  مفهوم الطيّ ببساطة: تخيّل معي محور إحداثيات، على المحور الأفقيّ هناك إشارتين، لو أردنا القيام بعمليّة  الطيّ Convolution فسنجعل نقطة على طرف المحور تنطبق على الإشارة الأولى (القريبة من منتصف الإحداثيات) وبالتالي قمنا بطيّ الإشارتين إلى بعضهما.

اقرأ أيضًا: مشاريع تخرج مهندسي الاتصالات | دليل شامل 2024

أنواع التعديل 

بعد التحويل إلى المجال الترددي، يتم تغيير خصائص الإشارة بطرق معينة لنقل المعلومات عبر المسافات الطويلة بشكل جيّد ودون أخطاء قدر الإمكان.

يمكن تغيير الخصائص المختلفة للإشارة، مثل ترددها، أو شدّتها، لتكون متوافقة مع طريقة النقل المستخدمة بحيث تصبح الإشارة جاهزة للنقل عبر مسافات طويلة دون فقدان كبير في جودتها أو دقّتها. إليك أهمّ أنواع التعديل مع شرحًا موجزًا لكل نوع من أنواع التعديل:

• التعديل التردّدي (Frequency Modulation – FM)

   في هذا النّوع من التّعديل يتمّ تغيير تردّد الإشارة الناقلة بناءً على البيانات المراد نقلها. عندما تكون الإشارة ذات تردد أعلى، يكون الإشارة المعدّلة ممثلة بموجات متقاربة، أما عندما يكون التردّد منخفضًا، يكون الصوت أو البيانات الجديدة ممثلة بموجات أبطأ.

• التعديل المطاليّ (Amplitude Modulation – AM)

هنا عندما تكون الإشارة أكثر شدة. تمثّل قيم أعلى من البيانات المرادة، وعندما تكون الإشارة ذات شدة منخفضة، يتم تمثيل قيم منخفضة من البيانات. يستخدم AM بشكل رئيسي في بث الراديو وتقنيات الاتصالات التقليدية.

• تعديل الطور (Phase Modulation – PM)

عندما تتغير زاوية الموجة، يتم تمثيل قيم مختلفة من البيانات. يستخدم PM في التطبيقات الرقمية واللاسلكية حيث تكون الدّقة مهمة.

• التعديل النبضيّ (Pulse Modulation)

   يتم تغيير عرض النبضات لنقل البيانات. يتم تقسيم الإشارة إلى نبضات، ويتم تغيير عرض هذه النبضات بناءً على البيانات المُرادة.

• تعديل QAM Quadrature Amplitude Modulation

الفكرة الأساسية من QAM : كيف نلرسل بإشارة وحدة أكثر من بت! 

في QAM، يتم تغيير كل من الامتداد والطور لنقل البيانات. يتم تمثيل الإشارة بتحديد شدتها مما يسمح بنقل معلومات أكثر في نفس الفترة الزمنية. 

تصل الإشارة في الـــ QAM إلى 1024 بت، لذلك نستطيع إرسال 1024 بتّ في إشارة واحدة في المايكرويف وليس في الــ GCM.

اقرأ أيضًا: LTE Frame | الدعامة الأساسية لتقنيات الاتصالات اللاسلكية المتقدمة

ملاحظة هامّة كلّما ازداد الـــ  QAM كلّما أصبحت المسافة قريبة جدّا من البرج. وبالتالي يكون الـــ Bit error rate أعلىوذلك لكون أي تأثير بسيط يمكنه قَلب بتّات الإشارة. على العكس، كلّما بعدنا عن البرج كلّما قلّ الـــ  QAM .

ما الفريق بين أنواع التعديل تعديل الطور (PM)، التّعديل المطاليّ (AM) و التّعديل التردّدي (FM) 

من حيث	تعديل الطور (PM)	التّعديل المطاليّ (AM)	التّعديل التردّدي (FM)
ما يحصل	تغيير مرحلة الإشارة الناقلة.	تغييرات في شدة الإشارة الناقلة.	تغيّر في تردد الإشارة الناقلة.
الاستخدام	التطبيقات الرقمية واللاسلكية.	البث الراديويّ والاتصالات التقليدية.	في البث الراديويّ  وتقنيات الاتصالات اللاسلكية.
القدرة على التحمّل	يتمتع بقدرة عالية على مقاومة الضجيج.	يتأثر بشدة بالضجيج.	يتمتع بقدرة جيدة على مقاومة الضجيج.
الكفاءة الطيفية	عرض نطاق أوسع.	نطاق أضيق.	متوسط.
نوع الاستخدامات التي يمكن تطبيق هذا التعديل بها	يستخدم في التطبيقات التي تتطلب دقّة عالية واختلاف في الترددات.	قد يُستخدم في بعض التطبيقات حيث يكون التشويش منخفضًا.	يُستخدم على نطاق واسع في بث الراديو وتقنيات الاتصالات اللاسلكية.

وهكذا نجد أن تعديل الإشارات أمر لا يمكن أن يتجاهله مهندس اتصالات شغوف مثلك بتعلّم كلّ ما قد يُجدي بحلّ مشكلة ما في عمله، أو توسيع قاعدته المعرفيّة في مجال الاتصالات المُبهر.

نحن هُنا في أكاديميّة اتصالاتي نختار المعلومات الأهمّ والأفضل لك خصيصًا لأنّنا نسعى دائمًا نحو نجاح متدرّبينا ليحظوا بفرص عمل مناسبة.

إذا نَال المقال إعجابك سارع للانضمام إلى دورة Optical Fiber Transmission Course المُقدّمة من  my communication Academy ، وتذكّر أن ريال مدريد فريق عظيم يفوز دائمًا .