التعديل MODULATION ما هو؟ وما أنواعه وطريقة عملهم؟

إننا نعيش في عصر الاتصالات حيث يمكننا بسهولة نقل أي شكل من أشكال المعلومات (الفيديو والصوت وغيرها من البيانات) في شكل إشارات كهربائية إلى أي جهاز آخر أو منطقة محددة. لكن كيف يكون التعديل غي الإشارات؟

وعلى الرغم من أنه من الشائع في تجربتنا الإدراكية أن إرسال أو استقبال الإشارات أو البيانات أمر بسيط، إلا أنه ينطوي على إجراءات وإمكانيات وسيناريوهات معقدة للغاية داخل أنظمة الاتصالات. 

لذا، في نطاق أنظمة الاتصالات، تلعب عمليات التعديل MODULATION  دور واسع في نظام الاتصالات لتشفير المعلومات رقميًا في العالم التناظري. 

من المهم جدًا تعديل الإشارات قبل إرسالها إلى قسم المستقبل لنقل مسافة أكبر ونقل بيانات دقيق واستقبال بيانات منخفضة الضوضاء Noise. لكي نكن واضحين، دعونا نتعمق في المفهوم  لمعرفة ما هو التعديل MODULATION  وأنواعه المختلفة وما هي أنواع تقنيات التعديل MODULATION  المستخدمة في أنظمة الاتصالات.

ما هو التعديل MODULATION؟

التعديل MODULATION  هو عملية تغيير خصائص الموجة المراد إرسالها عن طريق فرض إشارة الرسالة على الإشارة عالية التردد. تعدل إشارات الصوت والبيانات الأخرى عالية التردد – والمعروفة أيضًا باسم الموجة الحاملة carrier .

 يمكن أن تكون هذه الموجة الحاملة carrier  تيار مستمر أو تيار متردد أو سلسلة نبضات اعتمادًا على التطبيق المستخدم. عادةً، يتم استخدام موجة جيبية sine wave  عالية التردد كإشارة موجة حاملة carrier .

يتم تصنيف تقنيات التعديل  MODULATION هذه إلى نوعين رئيسيين:

 التناظرية Analog signal  والرقمية  Digital signal. قبل مناقشة المزيد من الأنواع المختلفة لتقنيات التعديل MODULATION دعنا نفهم أهمية التعديل.

لماذا يستخدم الـ MODULATION في الاتصالات؟

التعديل يلعب دورًا في تقنيات الاتصال، حيث يُستخدم لتعديل إشارات الرسالة وترفيع تردداتها لجعل الإرسال أكثر فعالية. 

هذه العملية تسمح بنقل الإشارات بفاعلية أكبر عبر مسافات طويلة وتزيد من كفاءة استخدام الطيف الترددي. فيما يلي توضيح لأهمية التعديل في نظام الاتصالات:

1. تقليل التداخل: التعديل يسمح بنقل إشارات متعددة من مصادر مختلفة عبر قناة مشتركة دون التسبب في تداخل كبير. من خلال استخدام ترددات حاملة مختلفة لكل إشارة، يتم تجنب التداخل المتبادل بين الإشارات التي تُنقل في نفس الوقت، مما يحسن من جودة الإشارة المستلمة.
2. تحسين الإرسال على مسافات طويلة: الترددات العالية تتميز بقدرتها على الانتشار لمسافات أطول دون فقدان كبير في الطاقة، مما يجعل التعديل ضروريًا لنقل الإشارات بعيدًا عن مصدرها.
3. زيادة كفاءة الطيف: التعديل يسمح باستخدام الطيف الترددي بكفاءة أعلى، حيث يمكن تخصيص نطاقات تردد محددة لمستخدمين مختلفين. هذا يعزز من قدرة النظام على دعم عدد أكبر من المستخدمين في وقت واحد.
4. تعزيز مناعة الضوضاء: التعديل يحسن من قدرة الإشارة على مقاومة التشويش والضوضاء الخارجية، مما يزيد من نقاء ووضوح الإشارة المستقبلة.

فوائد التعديل في الاتصالات

الفائدة	الوصف
تقليل التداخل	يساعد على فصل الإشارات وتقليل التداخل المتبادل.
تحسين الإرسال على مسافات طويلة	يسمح بإرسال إشارات عبر مسافات أطول دون فقدان كبير للطاقة.
زيادة كفاءة الطيف	يمكّن من تخصيص نطاقات ترددية لمستخدمين متعددين.
تعزيز مناعة الضوضاء	يحسن مقاومة الإشارة للتشويش والضوضاء.

التعديل لا يعد مجرد تقنية لنقل الإشارات بشكل أكثر فعالية، بل هو أساسي لتحسين الأداء الشامل لأنظمة الاتصال الحديثة، وهو ضروري لتلبية المتطلبات المتزايدة للاتصالات العالمية

قد يهمك: Modulation | أنواع تعديل الإشارات | Pm Fm Am

أنواع الإشارات في عملية التعديل MODULATION  

• إشارة التعديل  Modulation  signal

تسمى هذه الإشارة أيضًا إشارة رسالة message signal . إنها تحمل البيانات التي يجب إرسالها وبالتالي يطلق عليها إشارة رسالة message signal . تعتبر إشارة النطاق الأساسي حيث تخضع لعملية تعديل ليتم بثها أو توصيلها. لهذا السبب، فهي إشارة تعديل.

• إشارة الناقل  Carrier signal

هذا هو النطاق العالي للإشارة الترددية التي لها سعة وتردد ومستويات طور محددة، لكنها لا تحمل أي بيانات. لذلك، يطلق عليها إشارة الناقل لأنها فارغة. يتم استخدامها ببساطة لنقل الرسالة إلى قسم المستقبل بعد عملية التعديل.

• إشارة معدلة  Modified signal

الإشارة الناتجة التي يتم الحصول عليها بعد إجراء التعديل تسمى إشارة معدلة. هذا هو نتاج كل من إشارات الناقل والتعديل.

أنواع مختلفة من التعديل  Modulation 

يعد تعديل الإشارة نوعين من التقنيات، وهما التعديل التناظري والتعديل الرقمي، كلاهما يُستخدم بشكل شائع.

في هاتين التقنيتين، يتم تحويل معلومات النطاق الأساسي إلى إشارات تردد راديوي، ولكن يكمن الاختلاف في أن في التعديل التناظري، تتمثل إشارات الاتصال RF في نطاق مستمر من القيم، بينما في التعديل الرقمي، تكون هذه القيم حالات منفصلة مسبقًا ومرتبة بشكل دقيق.

التعديل التناظري Analog Modulation 

في هذا التعديل، يتم استخدام موجة جيبية sine wave متغيرة باستمرار كموجة حاملة لتعديل إشارة الرسالة أو إشارة البيانات. الوظيفة العامة للموجة الجيبية حيث يمكن تغيير ثلاثة عوامل  للحصول على التعديل – وهي بشكل أساسي السعة Amplitude والتردد frequency والطور phase.

أنواع التعديل التناظري

هناك عدة  أنواع التعديل التناظري Analog Modulation و هي:

• تعديل السعة (AM)
• تعديل التردد (FM)
• تعديل الطور (PM)

•  التعديل السعة AM 

في تعديل السعة، يتم تغيير سعة الموجة الحاملة بما يتناسب مع إشارة الرسالة، وتظل العوامل الأخرى مثل التردد والطور ثابتة. ويتكون طيفها من نطاق ترددي أدنى ونطاق ترددي أعلى ومكونات تردد الموجة الحاملة. 

يتطلب هذا النوع من التعديل نطاق ترددي أكبر وقوة أكبر. الفلتر صعب للغاية في هذا التعديل.

• التعديل الترددي (FM)

يغير التعديل الترددي (FM) تردد الموجة الحاملة بما يتناسب مع الرسالة أو إشارة البيانات مع الحفاظ على ثبات المعلمات الأخرى. تتمثل ميزة التعديل الترددي على التعديل التماثلي في قمع الضوضاء بشكل أكبر على حساب النطاق الترددي في التعديل التماثلي. يتم استخدامه في تطبيقات مثل الراديو والرادار والقياس عن بعد وما إلى ذلك. 

• التعديل الطوري PM 

في التعديل الطوري، يتغير طور الموجة الحاملة وفقًا لإشارة البيانات. في هذا النوع من التعديل، عندما يتغير الطور فإنه يؤثر أيضًا على التردد، لذلك يأتي هذا التعديل أيضًا ضمن التعديل الترددي.

الـ  Analog Modulation (AM وFM وPM)  أكثر حساسية للضوضاء NOISE . إذا دخل noise  إلى نظام ما، فإنه يستمر وينتقل إلى المستقبل النهائي. لذلك، يمكن التغلب على هذا العيب من خلال تقنية التعديل الرقمي.

 

التعديل الرقمي Digital modulation

لتحسين جودة الاتصال وفعاليته، يتم استخدام تقنية التعديل الرقمي Digital modulation. تشمل المزايا الرئيسية للتعديل الرقمي Digital modulation  مقارنة بالتعديل التناظري القدرة المسموح بها، وعرض النطاق الترددي المتاح، والمقاومة العالية للضوضاء noise . 

في التعديل الرقمي، يتم تحويل إشارة الرسالة من رسالة تناظرية Analog message إلى رسالة رقمية Digital message ثم تعديلها باستخدام موجة حاملة carrier wave .

يتم تشغيل الموجة الحاملة أو إيقاف تشغيلها لإنشاء نبضات بحيث يتم تعديل الإشارة. على غرار التناظرية، تحدد هنا العوامل مثل السعة والتردد وتغير الطور للموجة الحاملة نوع التعديل الرقمي.

أنواع التعديل الرقمي Digital modulation

تعتمد أنواع التعديل الرقمي على نوع الإشارة والتطبيق المستخدم مثل Amplitude Shift Keying, Frequency Shift Keying, Phase Shift Keying. 

يغير الـ Amplitude Shift Keying  سعة الموجة الحاملة بناءً على إشارة النطاق الأساسي أو إشارة الرسالة، والتي تكون بتنسيق رقمي. 

يتم استخدامه لمتطلبات النطاق المنخفض وهو حساس للضوضاء. في Frequency Shift Keying، يتم تغيير تردد الموجة الحاملة لكل رمز في البيانات الرقمية. يحتاج إلى نطاقات تردد أكبر.  أما Phase Shift Keying يغير طور الموجة الحاملة وهو أقل حساسية للضوضاء noise .

اقرأ أيضًا: Fading في قناة الاتصال اللاسلكية | أسبابه و تأثيره و حلول القضاء عليه

تعديل التردد Frequency modulation

 

الخاصية	تعديل التردد الضيق (NBFM)	تعديل التردد الواسع (WBFM)
تغيير التردد	±3 كيلوهرتز	±75 كيلوهرتز
نطاق التردد	نطاق محدود	نطاق واسع (88.5 – 108 ميجاهرتز)
متطلبات النطاق الترددي	عرض النطاق الترددي منخفض	عرض النطاق الترددي عالي (200 كيلوهرتز لكل WBFM)
جودة الإرسال	جودة محدودة	جودة عالية للإرسال
تأثيرات على النظام	تأكد من التوافق مع تباعد القنوات وعرض النطاق الترددي لجهاز الاستقبال	يتطلب تأكد من التوافق مع البرمجة والتكيف لأجهزة الاستقبال والمرسلات

تفسير الجدول:

• تعديل التردد الضيق (NBFM): يستخدم تغيرات ترددية صغيرة (±3 كيلوهرتز) ويتميز بعرض نطاق ترددي منخفض، مما يجعله مناسبًا للاتصالات الأساسية التي لا تتطلب جودة إرسال عالية.
• تعديل التردد الواسع (WBFM): يستخدم تغيرات ترددية كبيرة (±75 كيلوهرتز) ويتطلب نطاق ترددي واسع (200 كيلوهرتز لكل قناة)، مما يوفر جودة إرسال عالية ومناسب للبث الإذاعي في النطاق FM.

هذا الجدول يوضح كيفية اختيار نوع التعديل المناسب بناءً على المتطلبات الخاصة بكل تطبيق، سواء كان ذلك لاستخدامات الاتصال البسيطة أو للبث الإذاعي الذي يتطلب جودة عالية ونطاق ترددي واسع.

الفوائد المترتبة عن تطوير تقنيات التعديل

 مع تطور التعديل، هناك العديد من الفوائد لاستخدام أنظمة الاتصالات. ومن مزايا التعديل:

• يتم تعزيز نطاق الاتصال
• ستكون هناك إمكانية الإرسال المتعدد
• يمكن ضبط النطاق الترددي وفقًا للمتطلبات
• يتم زيادة جودة الاستقبال
• أداء وفعالية أفضل
• تطبيقات أنواع مختلفة من التعديل

 

الخاتمة 

التعديل هو عملية أساسية في الاتصالات لتحويل الإشارات إلى شكل مناسب للإرسال عبر مسافات طويلة. يتم ذلك بدمج الإشارة الأصلية (الصوت، الفيديو، البيانات) مع موجة حاملة ذات تردد أعلى. من ناحية أخرى وبحسب خبراء اتصالاتي تُستخدم تقنيات التعديل كالتعديل التناظري (AM, FM, PM) والرقمي (PCM, QAM) لتحسين جودة الإشارة وزيادة كفاءة استخدام الطيف الترددي. تلعب هذه التقنيات دور هام في العديد من تطبيقات الاتصالات الحديثة مثل الراديو والتلفزيون والإنترنت.