التركيز (الاتصالات)
في معالجة الإشارات ، يُعدّ التركيز المسبق تقنيةً لحماية الإشارة من التشويش والفقد المتوقعين. وتتلخص الفكرة في تعزيز نطاق التردد الأكثر عرضةً للتشويش والفقد مسبقًا، بحيث يُمكن استعادة المزيد من المعلومات من هذا النطاق بعد عمليةٍ تتسم بالتشويش والفقد (مثل الإرسال عبر الكابل أو التسجيل على شريط، إلخ). ويُطلق على إزالة تعزيز التردد الناتج عن التركيز المسبق اسم إزالة التركيز ، حيث يتم تقليل نطاق التردد المُعزز إلى سعته الأصلية.
يُستخدم التركيز بشكل شائع في العديد من المجالات، بدءًا من البث الإذاعي FM ( تحسين التركيز المسبق ) وأسطوانات الفينيل (مثل LP ) وصولًا إلى PCI Express . على سبيل المثال، يمكن التركيز على مكونات الإشارة عالية التردد لإنتاج مؤشر تعديل أكثر تساوياً لطيف التردد المرسل، وبالتالي نسبة إشارة إلى ضوضاء أفضل لنطاق التردد بأكمله .
في الإشارات الصوتية
في معالجة الإشارات الصوتية الإلكترونية ، يُشير مصطلح "التشديد المسبق" إلى عملية نظامية مُصممة لزيادة (ضمن نطاق ترددي مُحدد) شدة بعض الترددات (عادةً الأعلى) مقارنةً بشدة ترددات أخرى (عادةً الأدنى) بهدف تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء الإجمالية عن طريق تقليل الآثار السلبية لظواهر مثل التوهين والتشويه وتشبع وسائط التسجيل في الأجزاء اللاحقة من النظام. تُسمى العملية العكسية "إزالة التشديد " ، ويُسمى النظام ككل "التشديد".
يتم تحقيق التركيز المسبق باستخدام شبكة تركيز مسبق، وهي في الأساس مرشح مُعاير . يتم تحديد استجابة التردد بواسطة ثوابت زمنية خاصة . ويمكن حساب تردد القطع من تلك القيمة.
تُستخدم تقنية ما قبل التركيز بشكل شائع في الاتصالات السلكية واللاسلكية ، وتسجيل الصوت الرقمي ، ونسخ الأسطوانات ، وبثّ موجات الراديو FM ، وعرض مخططات الطيف لإشارات الكلام. ومن الأمثلة على ذلك منحنى معادلة RIAA على أسطوانات الفينيل بسرعة 33 و45 دورة في الدقيقة . ومثال آخر هو نظام دولبي لتقليل الضوضاء المستخدم مع الأشرطة المغناطيسية.
تُستخدم تقنية ما قبل التشديد في أجهزة إرسال تعديل التردد أو تعديل الطور لمعادلة قدرة إشارة التضمين من حيث نسبة الانحراف . تتضمن عملية إزالة التضمين في جهاز الاستقبال شبكة تبادلية، تُسمى شبكة إزالة التشديد، لاستعادة توزيع قدرة الإشارة الأصلي.
التقليل من الأهمية
في مجال الاتصالات، يُعدّ خفض مستوى الإشارة مكملاً لعملية ما قبل التركيز، والتي تُعرف في نظام مكافحة الضوضاء باسم التركيز. وخفض مستوى الإشارة هو عملية نظامية مصممة لتقليل شدة بعض الترددات (عادةً ما تكون أعلى) ضمن نطاق ترددي معين، مقارنةً بشدة ترددات أخرى (عادةً ما تكون أقل)، وذلك لتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء الإجمالية عن طريق تقليل الآثار السلبية لظواهر مثل التوهين والتشويه وتشبع وسائط التسجيل في الأجزاء اللاحقة من النظام.
تحدد ثوابت زمنية خاصة منحنى استجابة التردد ، والذي يمكن من خلاله حساب تردد القطع .
الكتاب الأحمر الصوتي
على الرغم من ندرة استخدامها، إلا أن هناك إمكانية للتركيز الموحد في عملية إتقان الأقراص المدمجة (CD) وفقًا لمعايير الكتاب الأحمر . ولأن مشغلات الأقراص المدمجة كانت تُصنع في الأصل باستخدام محولات 14 بت منخفضة التكلفة، فقد أُدرجت مواصفات التركيز المسبق للتعويض عن ضوضاء التكميم . وبعد أن سمحت وفورات الحجم في نهاية المطاف باستخدام 16 بت كاملة، أصبحت ضوضاء التكميم أقل أهمية، لكن التركيز ظل خيارًا متاحًا. يُوصف التركيز المسبق بأنه مرشح من الدرجة الأولى بكسب 10 ديسيبل (بمعدل 20 ديسيبل/عقد) وثوابت زمنية 50 ميكروثانية و15 ميكروثانية. [ 1 ]
في الإرسال الرقمي
في نقل البيانات التسلسلي ، يُستخدم التركيز لتحسين جودة الإشارة عند مخرج قناة الاتصال . عند نقل الإشارات بمعدلات بيانات عالية، قد يُحدث وسط النقل تشوهات، لذا يُستخدم التركيز لتشويه الإشارة المرسلة وتصحيح هذا التشوه. عند تطبيقه بشكل صحيح، ينتج عن ذلك إشارة مُستقبلة تُشبه الإشارة الأصلية أو المطلوبة بشكل أكبر، مما يسمح باستخدام معدلات بيانات أعلى أو تقليل أخطاء البت. في معظم قنوات العالم الحقيقي، يزداد الفقد مع التردد [ 2 ] : 6 (وهو في الواقع مُرشِّح تمرير منخفض)، لذا يحتاج التركيز إلى عكس هذا التأثير (ليعمل كمُرشِّح تمرير عالٍ). [ 2 ] : 8 وهذا يجعل التركيز شكلاً من أشكال المُعادلة ، يتم تنفيذه على جانب الإرسال من القناة.
يمكن تطبيق التشديد إما بتعزيز الترددات العالية (التشديد المسبق، بزيادة سعة بتات الانتقال) أو بتخفيف الترددات المنخفضة (إزالة التشديد، بتقليل سعة بتات غير الانتقال). يؤدي كلا الأسلوبين إلى نفس النتيجة النهائية المتمثلة في إنتاج استجابة ترددية أكثر استواءً للنظام؛ وعادةً ما تكون إزالة التشديد أسهل في الدوائر الحقيقية لأنها لا تتطلب سوى التخفيف بدلاً من التضخيم. [ 2 ] : 9 تتطلب معايير البيانات التسلسلية المعروفة، مثل PCI Express و SATA و SAS، استخدام إزالة التشديد في الإشارات المرسلة.
تأثيرات فقدان إدخال القناة
كلما زاد طول القناة ذات الفقد، ازداد توهين الترددات العالية وتشوهت الإشارة بشكل متزايد.
في العرض التوضيحي أدناه، يتم إرسال نمط اختبار PRBS-9 بسرعة 5 جيجابت في الثانية عبر مسارات PCB بأطوال مختلفة على مادة FR-4 القياسية.
| 55 مم | 300 مم | |
|---|---|---|
 |  |
في مرحلة ما، وبحسب خصائص القناة وجهاز الإرسال والاستقبال، ستتشوه الإشارة لدرجة يصعب معها على جهاز الاستقبال تفسيرها بشكل صحيح، مما يؤدي إلى ارتفاع معدل الخطأ أو انقطاع الاتصال تمامًا. يُعدّ التركيز أحد الحلول لمعالجة هذا التشوه وضمان نجاح الاتصال عبر هذه القناة.
دائرة RC تناظرية
يمكن تطبيق عملية إزالة التشديد باستخدام دائرة مرشح تمرير عالي تناظرية موصولة بالتوازي مع مُخفِّف. تعمل هذه الدائرة على إضعاف الإشارة الكلية بمقدار ثابت، ثم تسمح للطاقة الزائدة بتجاوز المُخفِّف عند تغير الإشارة. والنتيجة النهائية هي ارتفاع حاد عند كل انتقال، يليه انخفاض أُسِّي إلى سعة الحالة المستقرة.
في العرض التوضيحي أدناه، يتم إرسال نمط اختبار PRBS-9 بسرعة 5 جيجابت في الثانية عبر قناة FR-4 بطول 300 مم مع مستويات متزايدة من إزالة التشديد. لاحظ أنه مع زيادة التشديد، تنخفض سعة الإشارة.
| 0 ديسيبل | 6 ديسيبل | 12 ديسيبل | |
|---|---|---|---|
|  |  |
على عكس بنية FIR التي سنناقشها في القسم التالي، مع التركيز التناظري، يكون شكل التجاوز *مستقلاً* عن معدل بت الإشارة. وبالتالي، عند معدلات بيانات منخفضة، لا تزداد سعة البت بالكامل، بل حافته فقط. في المثال أدناه، تم استخدام مستوى تركيز مفرط عمدًا لجعل التجاوز أكثر وضوحًا.
| 1.25 جيجابت في الثانية | 5 جيجابت في الثانية | |
|---|---|---|
 | |
مستشعر الأشعة تحت الحمراء ذو 3 نقاط
إحدى الطرق الشائعة لتطبيق التركيز في أنظمة SERDES الحقيقية [ 3 ] هي استخدام مُعادل تغذية أمامية ثلاثي المراحل (FFE): فبدلاً من تغذية طرف الخرج بجهد الخرج المطلوب مباشرةً، يكون جهد الخرج الفعلي عبارة عن مجموع مرجح لقيمة البت المطلوبة (المؤشر الرئيسي)، والبت السابق (المؤشر اللاحق)، والبت التالي المراد إرساله (المؤشر السابق). [ 2 ] : 10، 24 يتحكم معامل المؤشر الرئيسي في السعة الاسمية للبت، ويكون دائمًا موجبًا (لأن المعامل السالب سيعكس قيمة البت). يزيل معامل المؤشر السابق التداخل بين الرموز (ISI) عند جهاز الاستقبال الناتج عن البتات التي لم تصل بعد (مثل اقتران الحقول عبر التعرجات في مسار متطابق التأخير)، وعادةً ما يكون صفرًا أو قيمة سالبة صغيرة جدًا، لأن هذا غالبًا لا يُشكل مساهمة كبيرة في إجمالي التداخل بين الرموز. يزيل معامل المؤشر اللاحق التداخل بين الرموز (ISI) عند جهاز الاستقبال الناتج عن البت السابق مباشرةً، وعادةً ما تكون قيمته سالبة كبيرة، [ 2 ] : 16، وتتطلب القنوات ذات الفقد العالي قيمة أكبر للمعامل. [ 4 ] من الممكن استخدام عدد أكبر من المعاملات، لكن ذلك يزيد من تعقيد الدائرة ويؤدي عادةً إلى تناقص العائد [ 2 ] : 14، لذا لا يُستخدم بشكل شائع.
يمكن ملاحظة تأثيرات التركيز على الإشارة بوضوح في نمط العين . في العرض التوضيحي التالي، سنستخدم نمط اختبار PRBS-31 بسرعة 10.3125 جيجابت في الثانية مع تعديل NRZ ، وهو نمط شائع لاختبار إيثرنت 10 جيجابت . تبلغ خسارة الإدخال في القناة حوالي 2 ديسيبل عند التردد الأساسي، و3 ديسيبل عند التوافقي الثاني، و4 ديسيبل عند التوافقي الثالث. الهدف هو تحقيق استجابة قناة متوازنة جيدًا، حيث تكون العين مفتوحة إلى أقصى حد دون تجاوز مفرط . قد يؤدي التوازن المفرط إلى تفاقم الارتعاش ، وزيادة التجاوز، والحصول على عين أقل انفتاحًا من الإشارة المتوازنة بشكل صحيح. [ 5 ]
| خط الأساس | مقدمة مفرطة | مُحسَّن | مؤشر ما بعد زائد | |
|---|---|---|---|---|
 |  |  |  | |
| عرض | أسوأ | أحسن | أفضل | أحسن |
| ارتفاع | جيد | سيء | أفضل | سيء |
| غضب | أسوأ | أحسن | أفضل | أحسن |
مراجع
- ↑ IEC 60908:1999: تسجيل الصوت - نظام الصوت الرقمي على القرص المضغوط . جنيف: اللجنة الكهروتقنية الدولية. 1999. الصفحات 29، 131.
- 1 2 3 4 5 6 "ECEN720 دوائر وأنظمة وصلات عالية السرعة، المحاضرة 7: مقدمة عن المعادلة ومعادلة FIR للإرسال" (PDF) .
- ↑ "دليل مستخدم أجهزة الإرسال والاستقبال GTY لهندسة UltraScale" . ص 167.
- ↑ "ECEN720 دوائر وأنظمة وصلات عالية السرعة، المحاضرة 8: معادلة RX FIR وCTLE وDFE" (ملف PDF) . ص 4.
- 1 2 "طبيب العيون: لماذا يُعدّ الإفراط في معادلة الإشارة ضارًا بصحة وصلة التسلسل" (ملف PDF) . شركة تكساس إنسترومنتس.
تتضمن هذه المقالة موادًا متاحة للعموم من المعيار الفيدرالي 1037C ، إدارة الخدمات العامة . مؤرشفة من الأصل بتاريخ 22 يناير 2022. (دعماً لـ MIL-STD-188 ).
روابط خارجية
- معالجة الإشارات
- هندسة البث