ما هو مفتاح التحول الأدنى MSK

لقد وجد أنّ البيانات الثنائية التي تتكون من انتقالات حادة بين حالات “واحد” و”صفر”، كما يحتمل أن تخلق إشارات لها نطاقات جانبية تمتد بعيداً عن الناقل، وهذا يخلق مشاكل للعديد من أنظمة الاتصالات اللاسلكية، مثل أي نطاقات جانبية خارج النطاق الترددي المسموح به يتسبب في حدوث تداخل في القنوات المجاورة، وأي روابط اتصالات لاسلكية قد تستخدمها إلّا أنّ مفتاح التحول الأدنى “MSK” لديه ميزة أنّه لا توجد انقطاعات في الطور، وهذا يقلل بشكل كبير من عرض النطاق الترددي المطلوب على الأشكال الأخرى من الطور وإزاحة التردد.

ما هو مفتاح التحول الأدنى MSK؟

مفتاح التحول الأدنى “Minimum Shift Key Modulation”: هو نوع آخر من تقنيات التعديل الرقمي المستخدمة لتحويل الإشارة الرقمية إلى إشارات تمثيلية، ويسمى أيضاً مفتاح التحول الأدنى أو مفتاح التحول المتقدم للتردد، لأنّه نوع من مفاتيح إزاحة التردد ذات الطور المستمر.

كما أنّ “MSK” هي حالة خاصة من مفتاح تغيير الطور المستمر “CPFSK”، كما تجدر الإشارة إلى أنّ “CPM” عبارة عن تعديل غير خطي، وبالتالي يُعد “MSK” تعديلاً غير خطي أيضاً، ومع ذلك يمكن أيضاً تصويره كمخطط تعديل خطي وهو مفتاح إزاحة الطور التربيعي “OQPSK”، وهو حالة خاصة لمفتاح تبديل الطور “PSK”.

• “CPFSK” هي اختصار لـ “Continuous Phase Frequency Shift Keying”.

• “CPM” هي اختصار لـ “Continuous phase modulation”.

• “OQPSK” هي اختصار لـ “Offset Quadrature Phase Shift Keying”.

أساسيات MSK:

يمكن التغلب على مشكلة البيانات الثنائية جزئياً عن طريق تصفية الإشارة، ولكن وجد أنّ التحولات في البيانات تصبح تدريجية أقل حدة مع زيادة مستوى التصفية وتقليل عرض النطاق الترددي، وللتغلب على هذه المشكلة غالباً ما يتم استخدام “GMSK” وتعديل “MSK”، وميزته ما يعرف بمخطط الطور المستمر حيث لا توجد انقطاعات في الطور؛ لأنّ تغيرات التردد تحدث عند نقاط عبور الموجة الحاملة صفر.

عند النظر إلى مخطط إشارة باستخدام تعديل “MSK”، يمكن ملاحظة أنّ إشارة البيانات المعدلة تغير تردد الإشارة ولا توجد انقطاعات في الطور، كما ينشأ هذا نتيجة العامل الفريد لـ “MSK” وهو أنّ فرق التردد بين الحالة المنطقية وحالات الصفر المنطقية يساوي دائماً نصف معدل البيانات، كما يمكن التعبير عن هذا من حيث مؤشر التعديل وهو دائماً يساوي “0.5”.

كما يُعد “MSK” هو شكل فعال بشكل خاص من أشكال التعديل، حيث تكون اتصالات البيانات مطلوبة، كما على الرغم من استخدام “QAM” و”PSK” في العديد من الأنظمة الأخرى، فإنّ “MSK” قادر على توفير استخدام فعال نسبياً للطيف، ونظراً لأنّه شكل من أشكال تعديل التردد فإنّ هذا يمكّن مضخمات طاقة التردد اللاسلكي من العمل في حالة تشبع، وبالتالي تمكينها من العمل بأكبر قدر ممكن من الكفاءة حيث في حالة وجود اختلافات في السعة يجب الحفاظ عليها ولا يمكن تشغيل المضخمات في حالة التشبع، وهذا يحد بشكل كبير من مستويات الكفاءة التي يمكن تحقيقها.

• “QAM” هي اختصار لـ “Quadrature Amplitude Modulation”.

• “PSK” هي اختصار لـ “Phase Shift Keying”.

الميزات الرئيسية لمفتاح التحول الأدنى MSK:

• تم تطوير مفتاح التحول الأدنى “MSK” لأول مرة من قبل موظفي راديو كولينز “Melvin L Doelz” و”Earl T Heald” في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي.

• هي مشفرة مع بتات تتناوب بين مكونات التربيع، مع تأخير المكون “Q” بمقدار نصف فترة الرمز.

• يُعد “Minimum Shift Keying” هو أكثر تقنيات التعديل الرقمي فعالية، حيث يمكن تنفيذه لكل تيار من البتات تقريباً، وأسهل بكثير من مفتاح تحويل الطور ومفتاح تغيير التردد ومفتاح تغيير السعة لتقنية التعديل الرقمي.

• يعتمد مفهوم “Minimum Shift Keying” على تحديد موضع البتات مثل البتات الزوجية والبتات الفردية لتدفق البتات المحدد وجدول توليد تردد تحديد موضع البت.

• يُعد “MSK” هي تقنية التعديل الرقمي الأكثر استخداماً نظراً لقدرتها ومرونتها في التعامل مع انتقال “واحد” و”صفر” للبتات الثنائية.

آلية عمل مفتاح التحول الأدنى MSK:

• في مفتاح التحول الأدنى، يتم فصل البتات في البتات الفردية والزوجية ويتم مضاعفة مدة كل بت.

• بعد ذلك، يتم فصل التردد إلى نوعين من الترددات “f1” و”f2″، حيث تحدد أو تشير “f1” إلى التردد المنخفض و”f2″ تشير إلى التردد العالي.

• يتم اختيار الإشارات الأصلية أو المعكوسة من جدول توليد التردد وفقاً لقيم البتات إذا كانت زوجية أو فردية.

• يأخذ منحنى التردد الأعلى موجة كاملة من “0” إلى “π”، ومنحنى التردد المنخفض يأخذ موجة من “0” إلى “π / 2” خلال نفس الفترة الزمنية.

قواعد رسم منحنى MSK:

• ارسم المنحنى وفقاً لقيمة بتات السعة، حيث إذا كانت البتة صفرية فسيكون لها اتساع بينما تكون البتة صفرية، وليس لها سعة.

• الآن، ابدأ بالجزء الغريب، حيث إذا كانت قيمة البت واحدة ارسم المنحنى فوق المحور “x” أي ضعف طول القيمة الأصلية، أمّا إذا كانت قيمة البت تساوي “صفراً” ارسم المنحنى أسفل المحور “x” أي ضعف طول الحجم الأصلي.

• بعد ذلك، ارسم منحنى التردد العالي والمنخفض، حيث سيبقى كما هو بالنسبة لأي مشكلة.

• ارسم المنحنى النهائي وفقاً لجدول توليد التردد، حيث يمثل المنحنى منحنى “MSK” النهائي الذي تم الحصول عليه.

ما هو مفتاح التبديل الأدنى الغاوسي GMSK؟

يشبه مفتاح “GMSK” إلى حد كبير مفتاح التبديل الأدنى المعياري “MSK”، ولكن يتم تشكيل دفق البيانات الرقمية أولاً باستخدام مرشح “Gaussian” قبل تطبيقه على معدل التردد، كما يعتمد شكل التشكيل “GMSK” على مفتاح زحزحة التردد الذي لا يحتوي على انقطاعات في الطور، كما يوفر استخداماً فعالاً للطيف بالإضافة إلى تمكين مضخمات الطاقة الراديوية عالية الكفاءة، كما يتوفر لها زوايا إزاحة طور أضيق بكثير من معظم أنظمة تعديل “MSK”.

• “GMSK” هي اختصار لـ “Gaussian Minimum Shift Keying”.

أولاً: كيفية استخدام الحد الأدنى من مفاتيح التحول الغاوسي “GMSK”:

• النظام العالمي للاتصالات المتنقلة “GSM“.

• البلوتوث.

• اتصالات الأقمار الصناعية.

• نظام التعرف الآلي “AIS” للملاحة البحرية.

ملاحظة:“AIS” هي اختصار لـ “Automated Identification System” و”GSM” هي اختصار لـ “Global System for Mobile Communications”.

ثانياً: ميزة الحد الأدنى من التبديل الغوسى “GMSK”:

• أكبر ميزة لاستخدام “GMSK” هي أنّه يقلل من طاقة النطاق الجانبي، ممّا يقلل من التداخل خارج النطاق بين الموجات الحاملة للإشارة في قنوات التردد المجاورة.

• يوفر “GMSK” كفاءة طيفية عالية.

ثالثاً: عيوب الحد الأدنى من مفاتيح التحول الغاوسي “GMSK”:

• يزيد من ذاكرة التعديل في النظام الذي يتسبب في حدوث تداخل داخل الرمز، ممّا يجعل التمييز بين قيم البيانات المرسلة المختلفة أكثر صعوبة.

• يتطلب خوارزميات أكثر تعقيداً لمعادلة القناة، مثل المعادل التكيفي في جهاز الاستقبال.

• لديها استهلاك طاقة عالي.