تضمين النطاق الجانبي - Signal Side Band Modulation

في عملية تعديل السعة أو تعديل الطور تتكون الموجة المشكلة من موجة حاملة ونطاقين جانبيين، كما تحتوي الإشارة المشكلة على المعلومات في النطاق بأكمله ما عدا تردد الموجة الحاملة.

ما هو النطاق الجانبي – SSB؟

النطاق الجانبي (Side Band ): هو نطاق من الترددات يحتوي على الطاقة وهي الترددات الأدنى والأعلى لتردد الموجة الحاملة، وتكون كلا النطاقين الجانبيين يحتويان على نفس المعلومات، كما يمكن أن يُطلق على إرسال مثل هذه الإشارة التي تحتوي على ناقل مع نطاقي جانبيين، نظام مزدوج النطاق الجانبي الكامل أو ببساطة (DSB – FC).

يُشتق تضمين النطاق الجانبي الأحادي (SSB) من تضمين الاتساع (AM) ويتغلب التضمين على عدد من عيوب (AM).

مثلاً إذا كان التردد الأعلى الذي تم تشكيله على الموجة الحاملة هو 8 كيلو هرتز، فإنّ الأطياف العليا سوف تمتد إلى 8 كيلو هرتز فوق الإشارة وتحتها أي بعبارة أخرى عرض النطاق الترددي الذي تشغله إشارة (AM) هو ضعف الحد الأقصى للتردد للإشارة المستخدمة لتشكيل الموجة الحاملة أي ضعف عرض النطاق الترددي للإشارة الصوتية التي سيتم نقلها.

سبب تسمية Single Sideband:

تعديل السعة (AM) غير فعّال لسببين، هما: الأول هو أنّه يشغل ضعف عرض النطاق الترددي لأقصى تردد صوتي والثاني أنّه غير فعال من حيث القدرة المستخدمة، وإشارة الناقل هي إشارة حالة ثابتة ولا يحمل في حد ذاته أي معلومات، بل يوفر فقط مرجعاً لعملية إزالة الضمين، ويعمل تعديل النطاق الجانبي الفردي على تحسين كفاءة الإرسال عن طريق إزالة بعض العناصر غير الضرورية، فيتم إزالة الناقل أي يمكن إعادة إدخاله في المستقبل وإزالة نطاق جانبي واحد أي كلا النطاقين الجانبيين عبارة عن صور معكوسة لبعضهما البعض ويحملان نفس المعلومات، ممّا يترك فقط نطاق جانبي واحد أي (SSB).

يُستخدم تشكيل النطاق الجانبي الأحادي عادةً للإرسال الصوتي، ولكن من الناحية الفنية يمكن استخدامه للعديد من التطبيقات الأخرى التي تتطلب اتصالاً لاسلكياً ثنائي الاتجاه باستخدام الإشارات التماثلية، ونتيجة لاستخدامه على نطاق واسع فهناك العديد من عناصر معدات الاتصالات الراديوية المصممة لاستخدام راديو النطاق الجانبي الفردي بما في ذلك: جهاز استقبال (SSB) وجهاز إرسال (SSB) وأجهزة الإرسال والاستقبال (SSB).

مستقبل النطاق الجانبي – SSB Receiver:

إنّ الإشارات التي تستخدم تعديل النطاق الجانبي الأحادي تكون مناسبة بشكل كبير للاتصالات الراديوية ثنائية الاتجاه وأكثر فاعلية من (AM) العادي، إلّا أنّها تتطلب مستوى متزايداً من التعقيد في المستقبل ونظراً لأنّ تعديل (SSB) قد تم إزالة الناقل يجب إعادة إدخاله في جهاز الاستقبال حتى يتمكن من إعادة تكوين الصوت الأصلي، كما يتم تحقيق ذلك باستخدام مذبذب داخلي يسمى مذبذب تردد النبض (BFO) أو مذبذب إدراج الناقل (CIO)، كما يولد هذا إشارة حاملة يمكن مزجها مع إشارة (SSB) الواردة ممّا يتيح استرداد الصوت المطلوب في الكاشف.

عادةً ما يستخدم كاشف (SSB) نفسه دائرة خلط لدمج تضمين (SSB) وإشارات (BFO) وغالباً ما تسمى هذه الدائرة كاشف المنتج لأنّ الناتج مثل أي خلاط (RF) هو نتاج مدخلين.

يجب إدخال الموجة الحاملة التي تستخدم إشارة (BFO / CIO) على نفس التردد الموجود لإشارة (SSB) مثل الموجة الحاملة الأصلية، كما سيؤدي أي انحراف عن هذا إلى تغيير درجة الصوت المسترد، وفي حين أنّ الأخطاء التي تصل إلى حوالي 99.9 هرتز مقبولة لتطبيقات الاتصالات، بما في ذلك راديو الهواة وذلك إذا كان سيتم إرسال الموسيقى، فيجب إعادة تقديم الناقل على التردد الصحيح تماماً، كما يمكن تحقيق ذلك عن طريق إرسال كمية صغيرة من الموجة الحاملة واستخدام الدوائر في جهاز الاستقبال للتثبيت على هذا.

قياس طاقة النطاق الجانبي الفردي – SSB:

غالباً ما يكون من الضروري تحديد قدرة النواتج لجهاز إرسال أحادي النطاق، فعلى سبيل المثال من الضروري معرفة قدرة جهاز الإرسال المستخدم في اتصال لاسلكي ثنائي الاتجاه لتمكين الحكم على فعاليته لتطبيقات معينة.

قياس القدرة لإشارة (SSB) ليس سهلاً كما في العديد من أنواع الإرسال الأخرى؛ لأنّ قدرة النواتج الفعلية تعتمد على مستوى إشارة التعديل وللتغلب على هذه المشكلة يتم استخدام مقياس يُعرف باسم قوة غلاف الذروة (PEP)، ويستهلك هذا الجهاز طاقة غلاف التردد اللاسلكي للإرسال كما يستخدم مستوى الذروة للإشارة في أي لحظة ويتضمن أي مكونات قد تكون موجودة، كما أنّه يشمل النطاق الجانبي المستخدم ولكنّه يشمل أي ناقل متبقي قد يتم إرساله.

يتم قياس مستوى قدرة ذروة الغلاف بالواط أو يمكن استخدام الأرقام المقتبسة بوحدة (dBm)، وهذه هي ببساطة مستويات الطاقة المحددة بالنسبة إلى (1 واط أو 1 ملي واط على التوالي)، وكمثال على ذلك فإنّ إشارة تبلغ ذروة قدرة غلافها (20 وات هي 20 ديسيبل أعلى من إشارة 2 وات) وبالتالي تبلغ قوتها (20 ديسيبل وات)، كما يمكن استخدام منطق مماثل لتحديد الصلاحيات بالديسيبل.

متغيرات تضمين النطاق الجانبي الأحادي:

1. النطاق الجانبي السفلي (LSB): يتشكل هذا الشكل من تضمين النطاق الجانبي الفردي عندما يتم إرسال النطاق الجانبي السفلي للإشارة الأصلية فقط، وعادةً ما يستخدمه هواة الراديو على توزيعاتهم التي تقل عن (9 ميغا هيرتز).
   
2. النطاق الجانبي العلوي (USB): يتكون هذا الشكل من تضمين النطاق الجانبي الفردي عندما يتم إرسال النطاق الجانبي العلوي فقط للإشارة الأصلية، وعادةً ما يتم استخدام هذا الشكل من تعديل (SSB) من قبل المستخدمين المحترفين على جميع الترددات ومن قبل هواة الراديو أو هواة الراديو على تخصيصاتهم فوق (9 ميغا هيرتز).
   
3. النطاق الجانبي المزدوج (DSB): وهو شكل من أشكال التعديل حيث يتم أخذ إشارة (AM) وإزالة الموجة الحاملة لترك النطاقين الجانبيين، وعلى الرغم من سهولة توليدها إلّا أنّها لا تقدم أي تحسينات في كفاءة الطيف كما أنّه ليس من السهل حلها بشكل خاص وتبعاً لذلك فإنّه نادراً ما يستخدم.
   
4. النطاق المفرد ذو النطاق الجنبي المكبوت (SSB SC): إنّه شكل من أشكال تعديل (SSB) حيث تتم إزالة الناقل تماماً على عكس الناقل المخفض (SSB) حيث يتم ترك بعض الحامل.
   
5. النطاق الجانبي الجزئي (VSB): إنّه عبارة عن إشارة حيث يوجد نطاق جانبي واحد تماماً والنطاق الجانبي الآخر تم قطعه جزئياً أو قمعه، كما يُستخدم على نطاق واسع للإرسال التلفزيوني التماثلي وإنّها مفيدة لأنّ إشارة الفيديو ذات النطاق الأساسي واسعة (عادةً 6 ميجا هرتز)، كما يتطلب إرسال النطاق الجانبي الجزئي باستخدام (AM) عرض نطاق ترددي قدره (12 ميغا هرتز)، ولتقليل مقدار الطيف المستخدم يتم إرسال نطاق جانبي واحد بالكامل، بينما يتم إرسال الترددات المنخفضة فقط من النطاق الآخر، كما يمكن لاحقا ًتحسين الترددات العالية باستخدام المرشحات.
   
6. الموجة الحاملة المنخفضة SSB: في هذا الشكل من تضمين (SSB) يوجد نطاق جانبي واحد مع كمية صغيرة من الموجة الحاملة، أمّا بالنسبة لبعض التطبيقات يتم الاحتفاظ بكمية صغيرة من الناقل، كما يمكن استخدام الموجة الحاملة المنخفضة لتوفير إشارة مرجعية لإزالة التشكيل بدقة.
   

مزايا تعديل النطاق الجانبي – SSB:

• عرض النطاق أو حيز الطيف المشغول أقل من إشارات (AM وDSB).
  
• يسمح بإرسال عدد أكبر من الإشارات.
  
• يتم حفظ الطاقة.
  
• يمكن إرسال إشارة عالية الطاقة.
  
• يوجد قدر أقل من الضوضاء.
  
• حدوث تلاشي الإشارة.
  

نظراً لعدم إرسال الموجة الحاملة، يتيح ذلك خفض مستوى قدرة المرسل بنسبة (50%) لنفس المستوى من إشارة نقل المعلومات، وفي حال إرسال إشارة (AM) باستخدام تعديل بنسبة (100%) تُستخدم نصف القدرة في الموجة الحاملة ومجموع نصف القدرة في النطاقين الجانبيين، أي لكل نطاق جانبي ربع القدرة، ولأنّه يتم إرسال نطاق جانبي واحد فقط فهناك انخفاض إضافي في قدرة المرسل.

ولأنّه يتم إرسال نطاق جانبي واحد فقط، يمكن تقليل عرض النطاق الترددي لجهاز الاستقبال بمقدار النصف، كما يعمل هذا على تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء بمعامل اثنين أي 3 ديسيبل؛ لأنّ عرض النطاق الضيق المستخدم سيسمح بضوضاء وتداخل أقل.

عيوب تعديل النطاق الجانبي – SSB:

• يعد توليد إشارة SSB وكشفها عملية معقدة.
  
• تتأثر جودة الإشارة ما لم يكن لدى مرسل ومستقبل (SSB) استقرار تردد ممتاز.
  

تطبيقات على تضمين SSB:

• لمتطلبات توفير الطاقة ومتطلبات النطاق الترددي المنخفض.
  
• في الاتصالات المتنقلة البرية والجوية والبحرية.
  
• في الاتصالات من نقطة إلى نقطة.
  
• في الاتصالات اللاسلكية.
  
• في التلفزيون والقياس عن بعد واتصالات الرادار.
  
• في الاتصالات العسكرية، مثل راديو الهواة.
  

تضمين النطاق الجانبي الأحادي (SSB) هو تنسيق التعديل الرئيسي المستخدم للإرسال الصوتي التماثلي للاتصالات الراديوية ثنائية الاتجاه على الجزء التردد العالي (HF) من الطيف الراديوي، كما تعني كفاءتها من حيث الطيف والطاقة عند مقارنتها بالأوضاع الأخرى أنّها كانت الخيار الأكثر فعالية للاستخدام لسنوات عديدة، ويتم الآن استخدام بعض أشكال الإرسال الصوتي الرقمي، ولكن من غير المحتمل أن يتم استبعاد النطاق الجانبي الفردي لسنوات عديدة باعتباره التنسيق الرئيسي المستخدم في هذه النطاقات.