اتصالات الترددات اللاسلكية RF Communication

يُشير “RF” إلى الترددات التي تقع ضمن الطيف الكهرومغناطيسي المرتبط بانتشار الموجات الراديوية كما ينتج تيار التردد اللاسلكي مجالات كهرومغناطيسية، وذلك عند تطبيقه على هوائي ينشر الإشارة المطبقة عبر الفضاء، حيث تم استخدام الاتصالات القائمة على الموجات الكهرومغناطيسية لعدة عقود خاصة للاتصالات الصوتية اللاسلكية واتصالات البيانات.

ما هي إشارات التردد اللاسلكي؟

إشارات التردد اللاسلكي: هي موجات التردد الراديوي التي تم تعديلها لاحتواء المعلومات، كما تحتوي إشارات التردد اللاسلكي هذه على بعض السلوكيات التي يمكن توقعها واكتشافها ويمكنها التفاعل مع إشارات أخرى، حيث يجب استخدام الهوائيات لاستقبال إشارات الراديو، وستلتقط هذه الهوائيات عدداً أكبر من إشارات الراديو في كل مرة.

وباستخدام موالفات الراديو يمكن التقاط ترددات معينة، حيث هناك بعض النطاقات المجانية المتاحة التي تُستخدم لتطبيقات التحكم عن بُعد، وتسمى هذه أيضاً نطاقات “ISM”، ونطاق التردد الأكثر جاذبية هو “434 ميجاهرتز”، كما يتناسب تردد إشارة التردد اللاسلكي عكسياً مع الطول الموجي للمجال، أمّا معدل التذبذب للترددات الراديوية في حدود “30 كيلو هرتز” إلى “300 جيجاهرتز”.

يجب تعديل بيانات الحمولة على حامل التردد اللاسلكي، حيث هناك طريقتان من تقنيات التعديل البسيطة وهما مفتاح تغيير الاتساع “ASK” ومفتاح تحويل التردد “FSK“، ولأسباب تتعلق باستهلاك الطاقة يتم تنفيذ “ASK” في الغالب على أنّه مفتاح “OOK”، كما يكمن التحدي في العثور على تصميم أو مفهوم للهوائي يمثل حلاً وسطاً مثالياً بين التكلفة والأداء، كما يُعد التصميم الواضح للتردد اللاسلكي ضرورياً للتحسين عمل اللوائح.

• “OOK” هي اختصار لـ “ON-OFF”.

• “ISM” هي اختصار لـ “Industrial, scientific and medical”.

• “ASK” هي اختصار لـ “Amplitude shift keying”.

• “FSK” هي اختصار لـ “Frequency shift keying”.

• “RF” هي اختصار لـ “Radio frequency”.

روابط ثنائية الاتجاه لجهاز التحكم عن بعد RF:

يمكن استعمال أجهزة التحكم عن بعد المتطورة بناءً على روابط التردد اللاسلكي ثنائية الاتجاه، وبالإضافة إلى ارتباط جهاز التحكم عن بُعد بالجهاز الذي يتم التحكم فيه، يوجد ارتباط إضافي للخلف من الجهاز إلى جهاز التحكم.

كما يمكن استخدام هذا الارتباط الخلفي لتأمين متانة الارتباط البعيد باستخدام بروتوكولات التسليم وتقديم ملاحظات للمستخدم، حيث يتم تنفيذ روابط “RF” ثنائية الاتجاه باستعمال الدوائر المتكاملة لجهاز الإرسال والاستقبال “RF”، والتي تشمل مستقبل “RF” وجهاز إرسال “RF” يشترك في “PLL” واحد وهوائي واحد.

• “PLL” هي اختصار لـ “Phase Locked Loop”.

بروتوكولات اتصالات الترددات اللاسلكية:

لتحسين متانة ارتباط التردد اللاسلكي، غالباً ما يتم إنشاء قيم فحص التكرار الدوري “CRC” وإرسالها كجزء من الإطار، كما يمكن للمستقبل أن يُعيين بوضوح أي أخطاء في البتات عن طريق إعادة حساب قيم التحقق من الصلاحية “CRC” لإطار البيانات المستقبَل، ومقارنتها مع الذي تم إنشاؤه قبل الإرسال، كما يمكن الدلالة إلى مستوى شحن بطارية جهاز الإرسال باستعمال حقل بيانات “4 بت” أو “8 بت” كامل يمثل جهد البطارية المقاس.

تتيح الأنظمة بالاتصال أحادي الاتجاه بين عقدتين هما الإرسال والاستلام، كما تم استعمال وحدات “RF” جنباً إلى جنب مع مجموعة من أربع قنوات للتشفير وفك التشفير، و”HT-12E” و”HT-12D” أو “HT-640″ و”HT-648” هما أكثر أجهزة التشفير وفك التشفير استعمالاً على التوالي في اتصالات التردد اللاسلكي كما يُستعمل المشفر لتشفير بيانات الإرسال، بينما يتم فك تشفير الاستقبال بواسطة مفكك الشفرة.

سيتم استعمال المشفر لإرسال البيانات بشكل تسلسلي بدلاً من الإرسال المتوازي، كما يتم إرسال هذه الإشارات بشكل تسلسلي من خلال التردد اللاسلكي إلى نقطة الاستلام، ويستعمل مفكك التشفير لفك تشفير البيانات التسلسلية في المستقبل والأغطية كبيانات متوازية.

• “CRC” هي اختصار لـ “Cyclic Redundancy Check”.

تطبيقات اتصالات الترددات اللاسلكية:

تستخدم اتصالات التردد اللاسلكي بشكل أساسي للبيانات اللاسلكية وتطبيقات نقل الصوت وتطبيقات التشغيل الآلي للمنزل وتطبيقات التحكم عن بعد والتطبيقات الموجهة نحو الصناعة، فعلى سبيل المثال في تطبيقات الأتمتة في المنزل يمكن استعمال مفاتيح التحكم “RF” بدلاً من المفاتيح التقليدية، ولهذا الهدف يمكن استعمال جهاز التحكم عن بعد “RF” للتحكم في الأضواء والأجهزة الأخرى دون الانتقال إلى أماكن أخرى.

وهذا التطبيق مفيد في الغالب للأشخاص المعاقين جسدياً، حيث في التطبيقات الموجهة للصناعة للتحكم في الروبوتات والمركبات، يمكن استخدام اتصالات الترددات اللاسلكية، كما تُستخدم المركبات الآلية عموماً في عمليات محفوفة بالمخاطر لا يمكن أن يقوم بها البشر، ولهذا الغرض هناك حاجة إلى وحدة إرسال للتحكم في حركة المركبات الآلية.

ولأسباب عديدة، يكون الإرسال عبر التردد اللاسلكي أفضل من الأشعة تحت الحمراء، كما يمكن أن تنتقل الإشارة عبر التردد اللاسلكي لمسافات أكبر ممّا يجعلها مناسبة للتطبيقات بعيدة المدى، وتعمل الأشعة تحت الحمراء في الغالب في وضع خط البصر

ولكن يمكن أن تنتقل إشارات التردد اللاسلكي حتى عندما يكون هناك عائق بين المرسل والمستقبل حيث يتمتع إرسال الترددات اللاسلكية بموثوقية عالية من الاتصالات عن بعد بالأشعة تحت الحمراء، كما تُستخدم اتصالات التردد اللاسلكي تردداً محدداً، لكنّ “IR” لن تستخدم نطاقاً معيناً وستتأثر بمصادر انبعاث الأشعة تحت الحمراء الأخرى.

• “IR” هي اختصار لـ “infrared radiation”.

تطور اتصالات الترددات اللاسلكية:

ماركوني والإرسال اللاسلكي الأول:

بقي التردد اللاسلكي “RF” موجوداً منذ أكثر من قرن مع وضع ألكسندر بوبوف وسير أوليفر لودج الأساس لتطورات الراديو اللاسلكي في “Guglielmo Marconi” في أوائل القرن العشرين، وفي عام 1901م قام ماركوني تجربته الأبرز، حيث نجح في نقل شفرة مورس من كورنوال وإنجلترا إلى سانت جون وكندا.

أصبح التردد اللاسلكي نفسه مرادفاً للإشارات اللاسلكية وعالية التردد، حيث يصف أي شيء من راديو “AM” بين “535 كيلوهرتز” و”1605 كيلوهرتز” إلى شبكات المنطقة المحلية للكمبيوتر “LAN” عند “2.4 جيجا هرتز”، ومع ذلك فإنّ الترددات الراديوية تحدد بشكل تقليدي الترددات من بضعة كيلوهرتز إلى “1 جيجاهرتز” تقريباً.

وإذا حددت ترددات الميكروويف على أنّها “RF”، فإنّ هذا النطاق يمتد إلى “300 جيجاهرتز”، كما تُشير إشارة التردد اللاسلكي “RF” إلى إشارة لاسلكية كهرومغناطيسية، وتُستخدم كشكل من أشكال الاتصال وموجات الراديو هي شكل من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي مع ترددات راديو محددة تتراوح من “3 كيلو هرتز” إلى “300 جيجا”هرتز”.

يشير التردد إلى معدل التذبذب لموجات الراديو، كما يحدث انتشار الترددات الراديوية بسرعة الضوء ولا يحتاج إلى وسط مثل الهواء من أجل التنقل، وتحدث موجات “RF” بشكل طبيعي من توهجات الشمس والبرق ومن النجوم في الفضاء التي تشع موجات “RF” مع تقدم العمر.

كما يتواصل الجنس البشري مع موجات الراديو المنشأة بشكل مصطنع والتي تتأرجح عند ترددات مختارة مختلفة، حيث تُستخدم اتصالات الترددات الراديوية في الكثير من الصناعات بما في ذلك البث التلفزيوني وأنظمة الرادار وشبكات الكمبيوتر والمنصات المتنقلة والتحكم عن بعد والقياس أو المراقبة عن بُعد.

بينما يمكن تصنيف مكونات الراديو الفردية، مثل الخلاطاتوالفلاتر ومضخمات الطاقة وفقاً لنطاق تردد التشغيل، إلّا أنّه لا يمكن تصنيفها بدقة حسب المعيار اللاسلكي، مثل “Wi-Fi” و”Bluetooth” لأنّ هذه الأجهزة توفر طبقة مادية فقط “PHY” الدعم، وفي المقابل غالباً ما تشتمل وحدات “RF” وأجهزة الإرسال والاستقبال و”SoCs” على دعم طبقة ارتباط البيانات لواحد أو أكثر من بروتوكولات الاتصال اللاسلكي.

• “SoCs” هي اختصار لـ “Service oriented communications”.

• “Wi-Fi” هي اختصار لـ “Wireless Fidelity”.

• “PHY” هي اختصار لـ “physical layer”.

• “LAN” هي اختصار لـ “Local Area Network”.