اقرأ في هذا المقال
- ما هي الإلكترونيات الرقمية
- أساسيات الإلكترونيات الرقمية
- مبدأ عمل الإلكترونيات الرقمية
- تطور مبدأ عمل الإلكترونيات الرقمية
تتكون إشارة التردد الراديوي البسيطة من إشارة النطاق الأساسي ضيقة النطاق والتي يتم تشكيلها على موجة حاملة للترددات الراديوية عالية التردد، كما قد تتكون إشارة (RF) ذات النطاق الترددي الأوسع والأكثر تعقيداً من عدة إشارات ضيقة النطاق مشكلة على موجات حاملة (RF) مماثلة.
ما هي الإلكترونيات الرقمية
الإلكترونيات الرقمية: هي وسيلة لهندسة جهاز الإرسال والاستقبال لمحطات القاعدة اللاسلكية حيث يتم نقل إشارة تردد لاسلكي واسع النطاق بين وحدة واحدة على الأقل مثبتة على برج ووحدة أرضية عبر الألياف الضوئية، أو وسائط أخرى غير مشوهة بتنسيق رقمي أو تمثيلي.
- “RF” هي اختصار لـ “Radio-Frequency”.
أساسيات الإلكترونيات الرقمية
تحتوي كل وحدة مثبتة على برج أي لكل من الاستقبال والإرسال على هوائي ومضخم تماثلي ومحول كهربائي بصري، كما تحتوي الوحدة الأرضية على محولات بيانات فائقة السرعة ومترجمات ترددات رقمية بالإضافة إلى محولات خطية للإشارة؛ لتعويض التشوه غير الخطي في مضخمات التشغيل والروابط الضوئية في كلا الاتجاهين، حيث يشتمل واحد على الأقل من محولات البيانات الرقمية ومترجمي التردد والمخططين على عناصر فائقة التوصيل.
يستخدم مستقبل البيانات الرقمية (RF) التقليدية خلاطاً تماثلياً ومذبذباً محلياً (LO) لترجمة الإشارة من الموجة الحاملة إلى تردد أقل أو النطاق الأساسي أو التردد المتوسط (IF)، حيث يتم بعد ذلك عادةً رقمياً ويتم إجراء المزيد من استخراج الإشارة في المجال الرقمي، وبالمثل يعمل جهاز إرسال البيانات الرقمية (RF) التقليدي في الاتجاه العكسي، حيث يقوم بتحويل إشارة النطاق الأساسي الرقمي أو إشارة IF إلى إشارة تماثلية ويليها مزجها مع إشارة (LO) لتحويل الإشارة ثم يتم تضخيمه للإرسال عبر الهوائي.
في العديد من أنظمة الاتصالات اللاسلكية يتم تثبيت الهوائيات على برج طويل ويتم إجراء المعالجة الرقمية في قواعد تقع بعيداً عن الهوائي كالأرض، وليس من العملي أو الفعال أن تحمل إشارات التردد الراديوي ذات المدى (GHz) الميكروويف لمسافات طويلة عبر الخطوط المحورية، لأنّ توهين الإشارة مرتفع للغاية.
لذلك فإنّ التقسيم التقليدي للنظام يضع مضخمات التشغيل والخلاطات التماثلية على البرج مع الهوائي كما يمكن بعد ذلك نقل النطاق الأساسي ذي التردد المنخفض، أو إشارة (IF) من وإلى المحطة الأرضية بأقل خسارة توهين باستخدام كابل محوري معروف وقياسي، ولمسافات أطول أو نطاقات أوسع تم استخدام ألياف ضوئية منخفضة التوهين لنقل هذا النطاق الأساسي أو إشارة (IF) وعادةً في شكل رقمي.
أنظمة الألياف البصرية القادرة على توصيل إشارات الميكروويف معروفة ويتم تطبيق هذه عادة في تطبيقات الرادار العسكرية، ومن المتطلبات الحاسمة في أنظمة الاتصالات اللاسلكية الحفاظ على الخطية في كل من الإرسال والاستقبال، بحيث يجب ألّا تخضع الإشارة التماثلية للتشوهات التي تؤدي إلى تغيير تكوين الإشارة داخل النطاق المعني.
- “IF” هي اختصار لـ “Intermediate Frequency”.
- “LO” هي اختصار لـ “local oscillator”.
مبدأ عمل الإلكترونيات الرقمية
يمكن للتشكيلات البينية الهامشية من مكونات الإشارة داخل النطاق المعني أن تحد من المدى الديناميكي المفيد، والمسمى المدى الديناميكي الخالي من الهامش (SFDR) لنظام المستقبل أو المرسل، وبالتالي في نظام النطاق الضيق فإنّ اللاخطية التي تؤدي إلى طاقة زائفة في الترددات خارج النطاق المعني يمكن تحملها، حيث يتم ترشيحها أو تجاهلها بسهولة.
من ناحية أخرى مع اتساع عرض النطاق الترددي للإشارة محل الاهتمام تزداد احتمالية وجود إشارات زائفة مهمة في النطاق المعني بسبب عدم الخطية في معالجة الإشارات وسلسلة الإرسال، كما لا يتم تصفيتها أو تجاهلها بسهولة وبالتالي فهي تمثل قيوداً على النظام، وفي النظام الراديوي تنتج اللاخطية في سلسلة معالجة الإشارة بشكل عام نتوءات أو نواتج تشكيل بيني بين مكونات الإشارة.
وكلما زاد عرض نطاق الإشارة المعالجة زادت احتمالية مكونات التشكيل البيني أي النتوءات التي تقع داخل النطاق نفسه، وبالتالي لا يمكن التخلص منها باستخدام مرشح تمرير النطاق وتتمثل إحدى الإستراتيجيات لتجنب سوء تفسير، مثل هذه النتوءات في استخدام عملية فك الارتباط في المستقبل للتنبؤ بتأثير اللاخطية على الإشارة وعكس آثارها.
ومع ذلك فإنّ هذا يتطلب جهاز استقبال لعرض النطاق الترددي الكامل لسلسلة معالجة إشارة المرسل وهو ما قد يتعذر الدفاع عنه، كما يُفضل تجنب اللاخطية وحيثما وجدت والحد من تأثيراتها قدر الإمكان بحيث يمكن معالجة منتجات التشكيل البيني كضوضاء، كما يتوفر عدد من المقاييس التي تحدد أداء النظام، والنطاق الديناميكي الحر الهامشي هو النطاق الديناميكي القابل للاستخدام لنظام ما قبل أن تتداخل الضوضاء الزائفة أو تشوه الإشارة الأساسية.
و(SFDR) هو مقياس الاختلاف في الاتساع بين الإشارات الأساسية وأكبر حافز متناسق أو غير متناسق ضمن نطاق التشغيل، والحافز هو أي حاوية تردد على محلل الطيف أو من تحويل فورييه ويحاول المدى الديناميكي الخالي من الحافز (SFDR)، كما هو مستخدم بشكل عام تحديد المدى الديناميكي للمستقبل من حيث مسببين تداخل غير مرغوب فيهما وضوضاء الخلفية للمستقبل.
النطاق الديناميكي الخالي من الحافز هو الفرق في (dB) بين ضوضاء الخلفية للمستقبل ومستوى كل من الإشارات ذات الاتساع المتساوي، والتي تنتج منتجاً هامشياً داخل النطاق يساوي قدرة الضوضاء الخلفية، كما تُستخدم نقطة اعتراض المستقبِل من الدرجة الثالثة للتنبؤ بالمنتج الزائف ولكن غالباً ما يسود تشويه الدرجة الثانية.
- “SFDR” هي اختصار لـ “Spurious-free dynamic range”.
تطور مبدأ عمل الإلكترونيات الرقمية
تتجاهل مواصفات (SFDR) عدة عوامل مهمة تؤثر على النطاق الديناميكي، بحيث يحاول نمذجة التداخل باستخدام إشارات تداخل أو ربما تصل إلى (4)، كما يتغلب هذا على بعض الاعتراضات على الاختبار أحادي النغمة لكنّ بيئة الإشارة الحقيقية عادة ما تسكنها العديد من الإشارات، ولا يكشف عن تأثيرات المزج أو الضغط المتبادل مثل اختبار النطاق الديناميكي لإزالة الحساسية (sensitization).
لا يختبر بشكل فعال تأثيرات تصفية مدخلات المستقبِل أي الاختيار المسبق، كما إنّ (SFDR) يأخذ في الاعتبار التشويه من الدرجة الثالثة فقط، وبالنسبة للعديد من أجهزة الاستقبال خاصة تلك التي تحتوي على مرشحات إدخال متواضعة قد تهيمن منتجات الدرجة الثانية، ومقياس آخر مستخدم هو نسبة القدرة على الضوضاء (NPR)، والذي يصوغ الإشارة على أنها ضوضاء بيضاء داخل نطاق ثم يقيس الضوضاء الخلفية في نطاقات ضيقة داخل النطاق الناتج أساساً عن تشويه التشكيل البيني.
في نظام النطاق العريض يصبح قياس (SFDR) الحقيقي صعباً، حيث قد يكون من الصعب تحديد تأثير الحالة الأسوأ دون اختبار كل مجموعة مختلفة من الإشارات، والافتراضات التي يتم وضعها عادةً لأنظمة النطاق الضيق فيما يتعلق بهيمنة منتج التشكيل البيني من الدرجة الثالثة، كما تُعتبر الضوضاء البيضاء نفسها عملية إحصائية ووقت القياس هو عامل مناسب.
وخلال فترات قصيرة قد تلغي مكونات التشكيل البيني من مختلف المكونات الطيفية داخل الضوضاء البيضاء أو تعزز بعضها البعض ممّا يؤدي إلى قياس مضلل، حيث نظراً لأنّ كل مقياس من هذه المقاييس يتم تقديمه كنسبة بسيطة وغالباً ما يتم تحديدها (بالديسيبل).
- “NPR” هي اختصار لـ “Noise Power Ratio”.
