مفتاح إزاحة التردد المتعدد

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

تُعدّ تقنية تعديل إزاحة التردد المتعدد ( MFSK ) نوعًا من أنواع تعديل إزاحة التردد (FSK) التي تستخدم أكثر من ترددين. وتُصنّف MFSK ضمن أنواع التعديل المتعامد متعدد المستويات (M-ary orthogonal modulation )، حيث يتكون كل رمز من عنصر واحد من مجموعة من الموجات المتعامدة. وعادةً ما يكون M، وهو حجم هذه المجموعة، قوةً للعدد اثنين، بحيث يُمثّل كل رمز log₂M بت .

الأساسيات

في نظام إشارات متعدد الدرجات مثل MFSK، يتم إنشاء "أبجدية" من M نغمة، ويختار جهاز الإرسال نغمة واحدة في كل مرة من الأبجدية للإرسال. غالبًا ما يكون M قوة للعدد 2، لذا فإن كل إرسال نغمة من الأبجدية يمثل log 2 M بت من البيانات.

يُصنف نظام MFSK على أنه نظام إشارة متعامد M-ary لأن كل مرشح من مرشحات الكشف عن النغمات M في جهاز الاستقبال يستجيب فقط لنغمته وليس على الإطلاق للمرشحات الأخرى؛ هذا الاستقلال يوفر التعامد.

كما هو الحال في أنظمة التعامد M-ary الأخرى، تنخفض نسبة Eb /N0 المطلوبة لاحتمالية خطأ معينة مع ازدياد M دون الحاجة إلى كشف متماسك متعدد الرموز. في الواقع، مع اقتراب M من اللانهاية، تنخفض نسبة Eb/N0 المطلوبة بشكل تقاربي إلى حد شانون البالغ -1.6 ديسيبل . مع ذلك، يكون هذا الانخفاض بطيئًا مع ازدياد M، وتصبح القيم الكبيرة غير عملية بسبب الزيادة الأسية في عرض النطاق الترددي المطلوب. تتراوح القيم النموذجية في التطبيق العملي من 4 إلى 64، ويتم دمج MFSK مع نظام آخر لتصحيح الخطأ الأمامي لتوفير كسب ترميز إضافي (منهجي). 

تنخفض الكفاءة الطيفية لأنظمة تعديل MFSK مع زيادة رتبة التعديل M : [ 1 ]

ρ=2سجل2⁡مم{\displaystyle \rho ={\frac {2\log _{2}M}{M}}}

على غرار أي شكل آخر من أشكال تعديل الزاوية الذي ينقل نغمة تردد لاسلكي واحدة تتغير فقط في الطور أو التردد، ينتج تعديل MFSK غلافًا ثابتًا . وهذا يُبسط تصميم مضخم طاقة التردد اللاسلكي بشكل كبير، مما يسمح له بتحقيق كفاءات تحويل أعلى من المضخمات الخطية.

MFSK ثنائي اللون

من الممكن دمج نظامي MFSK لزيادة سرعة نقل البيانات. ولعلّ أكثر أنظمة MFSK ثنائية النغمة استخدامًا هو نظام النغمة المزدوجة متعددة الترددات (DTMF)، المعروف باسم "Touch Tone" من شركة AT&T. وهناك أيضًا نظام متعدد الترددات (MF) الذي استُخدم خلال القرن العشرين للإشارات ضمن النطاق على خطوط الربط بين مقاسم الهاتف. وكلا النظامين مثالان على أنظمة الإشارات ضمن النطاق ، أي أنهما يشتركان في قناة اتصال المستخدم.

تُرسل الرموز في أبجديتي DTMF وMF على شكل أزواج من النغمات؛ حيث تختار DTMF نغمة واحدة من مجموعة "عالية" وأخرى من مجموعة "منخفضة"، بينما تختار MF نغمتيها من مجموعة مشتركة. تستخدم DTMF وMF ترددات نغمات مختلفة، وذلك بشكل أساسي لمنع المستخدمين النهائيين من التداخل مع الإشارات الداخلية بين المكاتب. في سبعينيات القرن الماضي، بدأ استبدال MF بالإشارات الرقمية خارج النطاق ، وهو تحول مدفوع جزئيًا بالاستخدام الاحتيالي واسع النطاق لإشارات MF من قبل مستخدمين نهائيين يُعرفون باسم " مخترقي الهواتف" .

تتميز هذه الإشارات عند استقبالها سمعياً بأنها عبارة عن سلسلة سريعة من أزواج النغمات ذات جودة موسيقية تقريباً. [ 2 ]

يؤدي الإرسال المتزامن لنغمتين مباشرةً عبر ترددات الراديو إلى فقدان خاصية الغلاف الثابت لنظام النغمة الواحدة. في الواقع، يُعدّ إرسال نغمتين متزامنتين عبر ترددات الراديو بمثابة "اختبار إجهاد" كلاسيكي لمضخم طاقة ترددات الراديو لقياس الخطية وتشوه التشكيل البيني . مع ذلك، يمكن إرسال نغمتين صوتيتين في وقت واحد على حامل ترددات راديوية تقليدي ذي غلاف ثابت بتقنية تعديل التردد (FM) ، ولكن الكشف غير المتماسك لإشارة FM عند جهاز الاستقبال سيقضي على أي ميزة في نسبة الإشارة إلى الضوضاء قد يتمتع بها نظام النغمات المتعددة.

MFSK في اتصالات التردد العالي

يؤدي انتشار الموجات السماوية على نطاقات التردد العالي إلى حدوث تشوهات عشوائية تتغير بشكل عام مع كل من الوقت والتردد.

انتشار التأخير وعرض نطاق التماسك

عند وجود عدة مسارات منفصلة من المرسل إلى المستقبل، وهي حالة تُعرف باسم تعدد المسارات ، فإنها نادرًا ما تتساوى في الطول، وبالتالي نادرًا ما تُظهر نفس زمن التأخير. وتؤدي اختلافات التأخير الطفيفة، أو ما يُعرف بانتشار التأخير ، إلى تداخل رموز التضمين المتجاورة، مما يُسبب تداخلًا غير مرغوب فيه بين الرموز .

يتناسب انتشار التأخير عكسيًا مع نظيره في مجال التردد، وهو عرض نطاق التماسك . هذا هو نطاق التردد الذي يكون فيه كسب القناة ثابتًا نسبيًا. ويعود ذلك إلى أن جمع مسارين أو أكثر بتأخيرات مختلفة يُنشئ مرشحًا مشطيًا حتى عندما يكون استجابة التردد للمسارات الفردية مسطحة.

زمن التماسك وانتشار دوبلر

التلاشي هو تغير (عشوائي وغير مرغوب فيه عادةً) في كسب المسار مع مرور الوقت. ويُحدَّد الحد الأقصى لمعدل التلاشي بخصائص فيزيائية للقناة، مثل معدل تكوّن الإلكترونات الحرة وإعادة تركيبها في طبقة الأيونوسفير، وسرعات سحابة الجسيمات المشحونة داخلها. أما أقصى فترة زمنية لا يتغير فيها كسب القناة بشكل ملحوظ فهي زمن التماسك .

تُحدث قناة التلاشي تعديلًا عشوائيًا غير مرغوب فيه في سعة الإشارة. وكما يزداد عرض نطاق التعديل السعوي المتعمد مع معدل التعديل، فإن التلاشي يُوسّع نطاق تردد الإشارة ليشمل نطاقًا تردديًا يزداد مع معدل التلاشي. هذا هو انتشار دوبلر ، وهو النظير الترددي لزمن التماسك. كلما قصر زمن التماسك، زاد انتشار دوبلر، والعكس صحيح.

تصميم MFSK للترددات العالية

مع اختيار المعلمات المناسبة، يمكن لتقنية MFSK تحمل تشتت دوبلر أو تأخير كبير، خاصةً عند تعزيزها بتصحيح الخطأ الأمامي . (يُعدّ تخفيف تشتت دوبلر والتأخير الكبير أكثر صعوبة، ولكنه لا يزال ممكنًا). يمكن تخفيف تشتت التأخير الطويل مع تشتت دوبلر ضئيل باستخدام فترة رمز MFSK طويلة نسبيًا للسماح للقناة بالاستقرار بسرعة في بداية كل رمز جديد. ولأن الرمز الطويل يحتوي على طاقة أكبر من الرمز القصير عند قدرة إرسال معينة، يمكن للكاشف بسهولة أكبر تحقيق نسبة إشارة إلى ضوضاء عالية كافية . يمكن تعويض انخفاض الإنتاجية الناتج جزئيًا باستخدام مجموعة نغمات كبيرة بحيث يمثل كل رمز عدة بتات من البيانات؛ تسمح فترة الرمز الطويلة بتجميع هذه النغمات بشكل أكثر تقاربًا في التردد مع الحفاظ على التعامد. هذا محدود بالنمو الأسي لحجم مجموعة النغمات مع عدد بتات البيانات لكل رمز.

وعلى العكس من ذلك، إذا كان انتشار دوبلر كبيرًا بينما يكون انتشار التأخير صغيرًا، فقد تسمح فترة الرمز الأقصر بالكشف عن النغمة المتماسكة ويجب أن تكون النغمات متباعدة على نطاق أوسع للحفاظ على التعامد.

تُعدّ الحالة الأكثر تحديًا هي عندما يكون كلٌّ من التأخير وانتشار دوبلر كبيرين، أي عندما يكون كلٌّ من عرض نطاق التماسك وزمن التماسك صغيرين. وهذا أكثر شيوعًا في قنوات الشفق القطبي وقنوات EME منه في قنوات HF، ولكنه قد يحدث. يحدّ زمن التماسك القصير من زمن الرمز، أو بتعبير أدق، من أقصى فاصل زمني للكشف المتماسك عند جهاز الاستقبال. إذا كانت طاقة الرمز صغيرة جدًا بحيث لا تسمح بنسبة إشارة إلى ضوضاء كافية للكشف عن كل رمز، فإن أحد البدائل هو إرسال رمز أطول من زمن التماسك، ولكن يتم الكشف عنه باستخدام مرشح أوسع بكثير من المرشح المُطابق للرمز المُرسَل. (بدلًا من ذلك، يجب مطابقة المرشح مع طيف النغمة المتوقع عند جهاز الاستقبال). سيؤدي هذا إلى التقاط جزء كبير من طاقة الرمز على الرغم من انتشار دوبلر، ولكنه سيؤدي بالضرورة إلى ذلك بكفاءة منخفضة. كما يلزم أيضًا تباعد أوسع بين النغمات، أي قناة أوسع. ويُعدّ تصحيح الخطأ الأمامي مفيدًا بشكل خاص في هذه الحالة.

مخططات MFSK للترددات العالية

نظراً لتنوع الظروف الموجودة في الترددات العالية، فقد تم تطوير العديد من مخططات MFSK، بعضها تجريبي، خصيصاً لهذه الترددات. ومن هذه المخططات:

كان نظام بيكولو هو النمط الأصلي لتقنية MFSK، وقد طُوِّرَ للاتصالات الحكومية البريطانية على يد هارولد روبن ودونالد بيلي ودينيس رالفز من الخدمة اللاسلكية الدبلوماسية (DWS)، وهي فرع من وزارة الخارجية وشؤون الكومنولث. استُخدم لأول مرة عام 1962 [ 3 ] وعُرض على معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEE) عام 1963. وظلت المواصفات الحالية "بيكولو مارك 4" قيد الاستخدام المحدود من قِبل الحكومة البريطانية، بشكل رئيسي للاتصالات اللاسلكية العسكرية من نقطة إلى نقطة، حتى أواخر التسعينيات. [ 4 ] [ 5 ]

نظام كوكيليه هو نظام تعديل مشابه طورته الحكومة الفرنسية لتطبيقات مماثلة. [ 3 ]

طُوِّرت تقنيتا MFSK8 وMFSK16 بواسطة موراي غرينمان، ZL1BPU، للاتصالات اللاسلكية للهواة على نطاق التردد العالي (HF). وتُعدّ تقنية Olivia MFSK أيضًا نمطًا من أنماط الاتصالات اللاسلكية للهواة. كما طوّر غرينمان تقنيتي DominoF وDominoEX للاتصالات اللاسلكية في نطاق الترددات القريبة من المجال البصري (NVIS) على نطاق الترددات المتوسطة العليا (MF) والترددات العالية الدنيا (HF) (1.8-7.3  ميجاهرتز).

بروتوكول إنشاء الروابط التلقائي (ALE) هو بروتوكول طوّره الجيش الأمريكي ويُستخدم بشكل أساسي كنظام إشارات تلقائي بين أجهزة الراديو. ويُستخدم على نطاق واسع في الاتصالات العسكرية والحكومية حول العالم، وكذلك من قِبل هواة الراديو. [ 6 ] وهو مُوحّد تحت مسمى MIL-STD-188-141B، [ 7 ] والذي حلّ محل الإصدار الأقدم MIL-STD-188-141A.

"CIS-36 MFSK" أو "CROWD-36" ( بالروسية : Сердолик ) هو الاسم الغربي لنظام مشابه لنظام بيكولو، طُوِّر في الاتحاد السوفيتي السابق لأغراض الاتصالات العسكرية. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]

"XPA" و"XPA2" هما تسميتان لنظام ENIGMA-2000 [ 11 ] للإرسالات متعددة النغمات، ويُقال إنها صادرة عن محطات المخابرات الروسية ووزارة الخارجية. [ 12 ] [ 13 ] وقد وُصف النظام مؤخرًا أيضًا باسم "MFSK-20".

الاتصالات بترددات VHF و UHF

أنماط MFSK المستخدمة في اتصالات VHF و UHF :

  • DTMF
  • FSK441
  • JT6M
  • JT65
  • PI4

تُعدّ أنظمة FSK441 وJT6M وJT65 جزءًا من عائلة WSJT لأنظمة تعديل الإشارات اللاسلكية، التي طوّرها جو تايلور (K1JT ) للاتصالات اللاسلكية للهواة لمسافات طويلة بتردد VHF في ظروف انتشار ضعيفة. تُستخدم هذه الأنظمة المتخصصة لتعديل الإشارات بتقنية MFSK عبر مسارات الراديو الناتجة عن التشتت التروبوسفيري، وEME (الأرض-القمر-الأرض)، والتشتت النيزكي.

يُعدّ PI4 [ 14 ] نمطًا رقميًا مصممًا خصيصًا لدراسات إشارات VUSHF وانتشار الموجات. طُوّر هذا النمط كجزء من مشروع Next Generation Beacons، من بين أنماط أخرى يستخدمها أقدم جهاز إرسال لاسلكي للهواة في العالم OZ7IGY . يتوفر برنامج فك تشفير PI4 في برنامج PI-RX الذي طوره بول-إريك هانسن، OZ1CKG.

طُوِّر نظام DTMF في البداية لإشارات خطوط الهاتف. ويُستخدم بشكل متكرر في تطبيقات التحكم عن بُعد عبر قنوات الصوت VHF و UHF.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ هايكين، س.، 2001. أنظمة الاتصالات، جون وايلي وأولاده - ص 402
  2. ↑ سكالسكي، س.؛ تشيس، م. (1999). "الأسئلة الشائعة حول الإشارات الرقمية (الإصدار 5)، القسم 1-د" . شبكة المرافق العالمية (WUN) . تم الاسترجاع في 27 نوفمبر 2012 .
  3. 1 2 غرينمان، م.؛ ZL1BPU (2005). "عالم الأنماط الضبابية والرقمية" . مؤرشف من الأصل في 24 أبريل 2009. تم الاسترجاع في 6 يناير 2008 .{{cite web}}: صيانة CS1: الأسماء الرقمية: قائمة المؤلفين ( رابط )
  4. ↑ كلينجنفوس، ج. (2003). دليل ترميز بيانات الراديو (الطبعة 17) . منشورات كلينجنفوس. ص 163. ISBN  3-924509-56-5.
  5. ↑ كانون، مايكل (1994). التنصت على الجيش البريطاني . دبلن، أيرلندا: دار كارا للنشر. ص 103-104 . 
  6. ↑ كلينجنفوس، ج. (2003). دليل ترميز بيانات الراديو (الطبعة 17) . منشورات كلينجنفوس. الصفحات 72-78 . ISBN  3-924509-56-5.
  7. ↑ "MIL-STD 188-141B" (ملف PDF) . حكومة الولايات المتحدة.
  8. ↑ كلينجنفوس، ج. (2003). دليل ترميز بيانات الراديو (الطبعة 17) . منشورات كلينجنفوس. ص 91. ISBN  3-924509-56-5.
  9. ↑ سكالسكي، س.؛ تشيس، م. (1999). "الأسئلة الشائعة حول الإشارات الرقمية (الإصدار 5)، الجدول 5-هـ" . شبكة المرافق العالمية (WUN) . تم الاسترجاع في 27 نوفمبر 2012 .
  10. ↑ إيان رايث (29-06-2012). "CROWD36" . جيت هاب . تم الاسترجاع في 30-07-2017 .
  11. ↑ للحصول على معلومات حول ENIGMA و ENIGMA-2000، انظر قسم الملاحظات والمراجع في رسالة beacon .
  12. ^ بومونت، ب. (مايو 2008). "غير منقوص (Atencion Uno Dos Tres)". الرصد شهريا . 3 (5): 69. ISSN 1749-7809 . 
  13. ↑ بومونت، ب. (يوليو 2008). "الاستخبارات الروسية (Atencion Uno Dos Tres)". مجلة المراقبة الشهرية . 3 (7): 69. ISSN 1749-7809 . 
  14. ↑ PI4

للمزيد من القراءة