logo

logo

logo

logo

logo

الاتصالات الكهربائية

اتصالات كهرباييه

Electrical communication - Communication électrique

الاتصالات الكهربائية

حسن أبو النور

نظم الاتصالات الكهربائية

أنواع نظم الاتصالات الكهربائية

 

الاتصالات الكهربائية هي الوسيلة الكهربائية التي تسمح بنقل المعلومات الممثّلة بإشارات كهربائية من مصدر وموقع محدّدين إلى مستقبِلٍ واحد أو أكثر، يقع في موقع واحد أو أكثر، وقد تكون هذه المعلومات من مصدر فيزيائي أو صنعي.

بدأت الاتصالات الكهربائية في العام 1837 باستعمال وسيلة سُميت بالتلغراف، تتعامل مع مقاطع ممثِّلة للمعلومات تكون بإحدى حالتين للإشارة: إما بطول زمني صغير وإمّا بطول زمني كبير. وسُميت هذه الوسيلة بتمثيل مورس للحروف والأرقام، نسبةً إلى مكتشفها صمويل مورس  Samuel Morse. وفي العام 1875 طوّر إميل بودو Emile Baudot ترميز الحروف والأرقام باستخدام إشارات بترميز ثنائي الحالة (الحالة صفر الممثَّلة بإشارة بجهد V1 والحالة واحد  الممثَّلة بجهد  V2ء ) و لهاتين الحالتين طول زمني ثابت، وجرى استخدام ترميزات مكوّنة من خمس خانات اثنانية  binary .

أوجد غراهام بيل  Graham Bell في العام 1876 طريقة لنقل المعلومات الصوتية بين نقطتين باستخدام لاقط صوتي للإرسال (والذي يُستخدم مسماعاً في حالة الاستقبال) يتصل بسلكين نحاسيين، وسُميت هذه الوسيلة بالهاتف السلكي، وعمل بعد ذلك ستروجر  Strowger  في العام 1897 على تطوير الأدوات الأساسية للمقاسم الهاتفية لتوصيل عدد من المتكلمين مع عدد آخر بآن واحد. وقام في هذا السياق لي ديفويست  Lee Devowist بتطوير المضخّمات الكهربائية الضرورية للمحافظة على مستوى إشارة المعلومات المنقولة التي تصل إلى المستقبل، باستطاعات كافية.

وفي أثناء تطوير الأدوات الهاتفية وضع ماكسويل  Maxwell   في العام 1864 نظريات متعلقة بالإشعاع الكهرطيسي القابل للانتشار لاسلكياً، وحدّد لهذا الانتشار منظومة معادلات، سميت بمعادلات ماكسويل. تم التحقق من هذه المعادلات  بتنفيذ العالم هرتز  Hertz  أول اتصال لاسلكي عام 1887 . كما استقبل ماركوني Guglielmo Marconi عام 1901  أول إشارة كهرطيسية من فوق جبل في شمالي أمريكا أُرسلت من إنكلترا.

بدأ بعد ذلك استعمال الكثير من التطبيقات المباشرة للإشارات الكهرطيسية في الاتصالات الكهربائية اللاسلكية، حيث أُرسلت في العام 1920 الإشارة الكهرطيسية مع تعديل المعلومات المراد إيصالها بنمط التعديل المطالي amplitude modulation ( تعديل مطال إشارة الحامل). ثم في العام 1933 قام آرمسترونغ  Edw in Armstrong ببناء أول نظام اتصالات لاسلكية بتعديل المعلومات المراد إيصالها بنمط التعديل الترددي frequency modulation تعديل تردد إشارةالحامل

أما فيما يتعلق يالتطبيقات ذات الانتشار الواسع فقد ظهر أول إرسال إذاعي للعموم في العام 1906، ووُضعت له قواعد ناظمة في العام 1910. كما نفّذ فلادمير زوريكين Vladimir Zworykin أول إرسال لاسلكي تلفزي في العام 1929، وأصبح الإرسال التلفزي تجارياً في العام 1936 بفضل شركة بي بي سي BBC البريطانية. تطور الإرسال اللاسلكي التلفزي ليصبح ملوّناً في العام 1960، ومن بعده الإرسال التلفزي الرقمي والإرسال التلفزي الرقمي العالي الدقة. بعد ذلك استُثمرت الاتصالات اللاسلكية التلفزية بدءاً من العام 1962 باستخدام الساتل تلستار  Telestar 11  لتغطية الإرسال التلفزي لأوربا والولايات المتحدة. وأصبح ذلك تجارياً بدءاً من العام 1965.

ظهر بعد ذلك الاستخدام الشامل للاتصالات اللاسلكية عبر السواتل لتبادل المعلومات التماثلية والرقمية بدءاً من العام 1999، وذلك باستخدام منظومة سواتل سميت بمنظومة إريديوم  Iridium.

وتطوّرت نظم الاتصالات اللاسلكية الخَلَوية منذ العام 1980، فظهرت منظومات تستثمر التعديل المطالي مثل منظومة AMP و TACS وأخرى تستثمر التعديل الرقمي مثل المنظومات  GSM و CDM وD-AMP .  ثم طُوِّر نظام الجيل الثالث الذي يتعامل مع التعديل Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA)، وحالياً برز الجيل الرابع للاتصالات الخلوية.

أما الاتصالات عبر الحواسيب وشبكاتها فقد ترافقت وظهور الحواسيب الشخصية وشبكاتها المحلية  local area networks (LAN)x والواسعة wide area networks (WAN) في سبعينيات القرن العشرين، ومن ثم ظهور شبكة تبادل المعلومات العالمية الإنترنت  internet في تسعينيات القرن العشرين.

نظم الاتصالات الكهربائية

صُمّمت نظم الاتصالات الكهربائية لنقل المعلومات من المنبع الذي يولّدها إلى المستقبِل البعيد، وذلك عبر قناة اتصال سلكية أو لاسلكية. ومن أهم منابع المعلومات: المنابع الصوتية ومنابع الصور المرئية وذلك بشكليها التماثلي أو الرقمي، وكذلك النصوص المكتوبة. ويتضح مما سبق أن خرج هذه المنابع هو عادةً خرج احتمالي غير محدّد.

تتصل منابع المعلومات هذه غالباً عن طريق وحدات تحويل إشارة المنبع الفيزيائية إلى إشارة كهربائية قابلة للنقل عبر نظام الاتصال الكهربائي، إذ تُساق هذه الإشارات عبر قنوات الاتصال السلكية أو اللاسلكية بعد مرورها بوحدة تعديل ووحدة إرسال تحدّدان تردد العمل ونوع التعديل المستخدمين. أما قناة الاتصال فهي الوسط الفيزيائي المستخدم لإرسال الإشارة الكهربائية الحاملة لإشارة المعلومات إلى المستقبل. ومن هذه القنوات: قنوات الاتصال السلكية المستخدمة لزوجين من الأسلاك الملفوفة، أو المستخدمة للأكبال المحورية أو الأكبال الضوئية. وقد تكون قنوات الاتصال لاسلكية تتعامل مع انتشار القدرة الكهرطيسة وانعكاسها عبر طبقات الجو مثل التروبوسفير والإيونوسفير مع استخدام هوائيات للإرسال وأخرى للاستقبال. تضيف قناة الاتصال عادة إلى الإشارة المرسلة مجموعة من الإشارات الضجيجية المولّدة داخلياً بسبب الدارات الممثِّلة لنظام الاتصال أو المولدة بفعل خارجي مثل الضجيج الكوني أو الضجيج الصنعي. ويمكن استخدام وحدات إظهار مناسبة في طرف الاستقبال لوضع المعلومات المنقولة بصيغة قابلة للاستخدام في المستقبِل. ويمكن استخدام وسائل تخزين كهربائية لتخزين الإشارات الكهربائية لخرج المنابع التي هي في قيد الاستثمار مثل تخزين إشارة المنبع التماثلية على شريط مغنطيسي مناسب أو تخزين إشارة المنبع بعد تحويلها إلى الصيغة الرقمية على أدوات تخزين رقمية مناسبة كالشريط المغنطيسي والقرص المغنطيسي والقرص الليزري.

أنواع نظم الاتصالات الكهربائية

إن الإشارات الكهربائية التماثلية هي إشارات تصدر عن المنابع التماثلية على هيئة موجات كهربائية تُعرّف في مستوى الزمن بتابع function مستمر. ومن ثمّ فإن نظام الاتصالات الكهربائية الذي لا يؤدي إلى تحوير في تمثيل إشارات المنابع التماثلية؛ هو نظام اتصال كهربائي تماثلي. وتُستخدم في هذا النوع من النظم طرائق عدة لتعديل إشارة المنبع التماثلي الذي يشكّل حاملاً للمعلومات بإشارة المعلومات منها: التعديل المطالي وهو تعديل مطال إشارة الحامل تعديلاً يتناسب مع إشارة المعلومات المطلوب نقلها من حيث مطالها وترددها وفرق الطور الكهربائي لها، أو التعديل الترددي وهو تعديل تردد إشارة الحامل تعديلاً يتناسب مع إشارة المعلومات المطلوب نقلها ، أو التعديل بفرق الصفحة الكهربائي  وهو تعديل طور إشارة الحامل تعديلاً يتناسب مع إشارة المعلومات المطلوب نقلها. يمكن في مستقبِلات نظم الاتصال التماثلية كشف الإشارات المعدَّلة وفقاً لنوع التعديل المستخدم مع ملاحظة أن الإشارة المستقبَلة التي تتضمن إشارة ضجيجية، مرافقة ناشئة من قناة الاتصال، تؤثر في نوعية الإشارة المستقبلة

أما في حالة أخذ إشارات المعلومات على هيئة عينات، ثم ترميزها وفق نظام ترميز رقمي محدّد مع إضافة مجموعة من الرموز الخاصة تسهم بتزامن عينات الإشارة المستقبلة مع عينات إشارة المعلومات المرسلة، أو إضافة مجموعة من الرموز الخاصة بإعطاء إمكان تصحيح الرموز المستقبلة بحسب تقدير مستوى الضجيج المرافق للإشارة المستقبلة عبر قناة الاتصال؛ فإن نظام الاتصال يسمى بنظام الاتصال الرقمي. يجري في نظام الاتصال الرقمي وفي طرف الإرسال استخدام تعديل للمنبع التماثلي الممثِّل للإشارة الحاملة لإشارة المعلومات وفق عدد من أنواع التعديل منها: التعديل الرقمي بالمطال (ASK) amplitude - shift keying وهو تعديل مطال إشارة الحامل بالقيمتين صفر للدلالة على غياب الإشارة، والرمز واحد للدلالة على توفرها، أو التعديل الرقمي بالتردد frequency-shift keying (FSK) وهو تعديل تردد إشارة الحامل بقيمتين: الصفر للدلالة على التردد الأول، والقيمة واحد للتردد الثاني، أو التعديل الرقمي بفرق الصفحة الكهربائية  (PSK) phase - shift keying  وهو تعديل طور إشارة الحامل بقيمتين: الصفر للطور الكهربائي الأول، والقيمة واحد للطور الكهربائي الثاني. أما في طرف الاستقبال فتُستخدم مستقبلات لكشف الإشارات الرقمية وفقاً لنوع التعديل المستخدم. ويمكن في نظام الاتصال الرقمي التعامل مع مستويات ضجيجية أعلى، من دون التأثير في إشارة المعلومات المحمولة، وهذا ما يميزه عن نظام الاتصال التماثلي.

ونظراً لضرورة استخدام قناة الاتصال ذاتها للعديد من المستخدمين، فقد استُخدمت نظم اتصال تتعامل مع مفهوم الاقتسام المتعدد، ومنها: الاقتسام المتعدد بالزمن   (TDMA)  time division multiple access ويجري فيه - ضمن إطار زمني محدّد - استخدام هذا الإطار لعدد من المستخدمين بحيث يُقسم الإطار زمنياً بين المستخدمين وتُخصّص كل نافذة زمنية لمشترك محدّد، أو الاقتسام المتعدد النفاذ بالتردد

  frequency division multiple access (FDMA) وهو تخصيص طيف ترددي محدّد لعدد من المستخدمين بحيث يُخصص لكل مستخدم جزء من هذا الطيف، أو الاقتسام المتعدد النفاذ بالرمز  (CDMA) code division multiple access وهو تخصيص رمز معين لكل مستخدم بحيث أن قناة الاتصال تنقل زمنياً وترددياً جميع إشارات المستخدمين، ولكن لكل منهم رمز محدّد يمكن بوساطته استخلاص إشارته فقط باستخدام وحدات ترابط خاصة متوفرة في المستقبِل.

في أوائل القرن الحادي والعشرين، ونتيجة للتطور الكبير لأنظمة الاتصالات الخلوية؛ فقد دعت الحاجة إلى التغلب على أثر المسارات المتعددة الناجمة عن انعكاسات الإشارة الكهرطيسية المسبِّبة  للخفوت  fading الذي يؤدي بدوره إلى زيادة الخطأ في إشارة المعلومات الرقمية المستقبلة.وجرى استخدام نظام اتصال رقمي يعتمد تعديلاً خاصاً يستطيع التغلب على هذه المشكلة، وهو التعديل بالتضميم بالترددات المتعامدة  (OFDM) orthogonal frequency - division multiplexing. كما استُخدم أيضاً في نظم الإرسال الرقمي المحلي للإشارات التلفزية نظام تعديل جديد يعمل بطريقة الاقتسام المتعدد النفاذ بالرمز العريض المجال الترددي  WCDMA الذي يتعامل مع ترددات حاملة متعددة.

مراجع للاستزادة:

- A. B. Carlson, P. B. Crilly and J. C. Rutledge, Communication Systems, Mc-Graw-Hill, 2002.

- Tri T. Ha , Theory and Design of Digital Communication Systems, Cambridge University Press, Nov, 2010.

- J.G.Proakis and M.Salehi, Communication Systems Engineering, Prentice Hall, 2002.


التصنيف : هندسة الاتصالات
النوع : هندسة الاتصالات
المجلد: المجلد الأول
رقم الصفحة ضمن المجلد : 130
مشاركة :

اترك تعليقك



آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

هل تعلم ؟؟

عدد الزوار حاليا : 1028
الكل : 43823751
اليوم : 107146