تعديل سعة النبض Pulse Amplitude Modulation

يُعد الاتصال اليوم بأنّه أساس التكنولوجيا، كما يتم تحقيق الاتصال عبر جهاز إرسال وجهاز استقبال من خلال الإشارات، وتحمل هذه الإشارات المعلومات من خلال التعديل، ويُعد تعديل سعة النبض أحد أنواع تقنيات التعديل المستخدمة في إرسال الإشارات، وتعديل سعة النبضة هو أسهل شكل من أشكال التعديل، وإنّها طريقة تحويل تماثلي إلى رقمي.

أنواع التعديل:

1- تعديل الموجة المستمر:

في التعديل المستمر للموجة تستعمل الإشارة كإشارة حاملة تغير إشارة الرسالة، وهناك ثلاث معايير يمكن تعديلها لتحقيق التعديل وهي التردد والسعة والمرحلة.

• تعديل السعة.

• تعديل التردد.

• تعديل المرحلة.

2- تعديل النبض:

تعديل النبض: هو تقنية يتم فيها إرسال الإشارة بالمعلومات عن طريق النبضات، حيث يتم تقسيمه إلى تعديل النبض التماثلي وتعديل النبض الرقمي.

يتم تصنيف تعديل النبض التماثلي على أنّه:

• تعديل سعة النبض “PAM”.

• تعديل عرض النبض “PWM“.

• تعديل موضع النبض “PPM“.

ملاحظة:“PAM” هي اختصار لـ “Pulse Amplitude Modulation” و”PWM” هي اختصار لـ “Pulse Width Modulation” و”PPM” هي اختصار لـ “Pulse Position Modulation”.

يتم تصنيف التعديل الرقمي على أنّه:

• تعديل رمز النبض.

• تعديل دلتا.

ما هو تعديل سعة النبض PAM؟

تعديل سعة النبضة “PAM”: هو الشكل الأساسي لتعديل النبضة، وفي هذا التعديل يتم أخذ عينات من الإشارة على فترات منتظمة وتصبح كل عينة متناسبة مع اتساع إشارة التشكيل، وهو تقنية يتم فيها التحكم في سعة كل نبضة بواسطة السعة اللحظية لإشارة التعديل، كما إنّه نظام تعديل يتم فيه أخذ عينات الإشارة على فترات منتظمة ويتم جعل كل عينة متناسبة مع اتساع الإشارة في لحظة أخذ العينات، وتنقل هذه التقنية البيانات عن طريق ترميز سعة سلسلة من نبضات الإشارة.

أنواع تقنيات أخذ العينات لإرسال إشارة باستخدام PAM:

1- قمة مسطحة “PAM”:

يكون اتساع كل نبضة يتناسب طردياً مع تضمين سعة الإشارة أثناء حدوث النبضة، ولا يمكن تشكيل اتساع الإشارة فيما يرتبط بالإشارة التماثلية، والتي سيتم أخذ عينات منها وتبقى قمم السعة مسطحة.

2- تعديل سعة النبضة الطبيعي “Natural PAM”:

يتناسب اتساع كل نبضة طردياً مع تضمين سعة الإشارة خلال حدوث النبضة، ثم تتشابه اتساع النبضة لبقية نصف الدورة، كما يمكن الإشارة إلى الوقت الدوري لقطارات النبض على أنّه “Ts”.

أساسيات PAM:

في “PAM” يمكن تغيير اتساع الإشارة بناءً على إشارة التعديل، كما يمكن تحقيق إشارة التعديل “(m(t” ومن خلال مضاعفة إشارة الموجة الحاملة مع إشارة التعديل، و”o / p” عبارة عن مجموعة من النبضات حيث يمكن تغيير اتساع الإشارات على إشارة التعديل.

يمكن الإشارة إلى النوع المحدد من “PAM” على أنّه “PAM” العادي، حيث تتبع النبضات الخطوط العريضة لإشارة التعديل، ويعمل قطار النبض مثل إشارة تبديل دورية تجاه المغير، وبمجرد تشغيله يسمح لعينات إشارات التعديل بالتزويد باتجاه الإنتاج، ويسمى الوقت الدوري لقطار النبض بفترة أخذ العينات.

Fs = 1/Ts

لتجنب التشويش يمكن تمرير إشارة التعديل عبر مرشح مضاد للتشويش لقطع طيف الإشارة عند قيمة “W”، و”fs” أي تردد أخذ العينات يساوي “2W” وهو ما يسمى تردد “Nyquist” نظراً لطبيعة النطاق العريض، ويتضمن تعديل سعة النبضة نطاقاً محدوداً للغاية من التطبيقات لنقل الإشارات المباشرة، ويتم استخدامه في أنظمة الأجهزة وفي “ADC” لربط الكمبيوتر.

• “ADC” هي اختصار لـ “Analog to Digital converters”.

كيفية يتم إنشاء إشارة PAM:

يُعرف النوع الأساسي لتعديل النبضة باسم تعديل سعة النبضة، حيث يمكن أخذ عينات من الإشارة على فترات منتظمة، ويمكن عمل كل عينة بالنسبة إلى سعة إشارة التعديل في لحظة تحديد العينات، ويتم توليد إشارة “PAM” من جهاز أخذ العينات، حيث يشتمل جهاز أخذ العينات على مدخلين هما إشارة أخذ العينات أو الموجة الحاملة وإشارة التعديل.

لذلك فإنّ اتساع الإشارة يتعلق بإشارة التشكيل من خلال مكان نقل البيانات، وهذه إشارة “PAM” ويظهر طيف إشارة “PAM” في أشكال الموجة، والتي تتضمن الرسالة وإشارات العينات، حيث يتم رسم قطار الموجة الحاملة للإشارات باستخدام شكل الموجة داخل المجال الزمني، ويستخدم تعديل النبض بشكل أساسي لنقل البيانات التماثلية مثل البيانات أو إشارات الكلام المستمرة.

أنواع تعديل سعة النبض:

1- قطبية أحادية “PAM”:

قطبية أحادية “PAM”: هي حالة يتم فيها إضافة تحيز ثابت مناسب للتيار المستمر إلى الإشارة للتأكد من أن جميع النبضات موجبة.

2- القطبية المزدوجة “PAM”:

القطبية المزدوجة “PAM”: هي حالة تكون فيها النبضات موجبة وسالبة.

في بعض تعديلات سعة النبضة يمكن أن يتناسب اتساع كل نبضة طردياً مع سعة التعديل الفوري بمجرد حدوث النبضة، وفي نوع آخر من “PAM” يمكن أن يكون اتساع كل إشارة متناسباً عكسياً مع سعة التعديل الفوري بمجرد حدوث نبضة، وتعتمد شدة كل نبضة بشكل أساسي على خصائص إشارة تعديل محددة باستثناء القوة مثل الطور الفوري.

القدرة على استخدام نبضات السعة المستقرة هي الفائدة الرئيسية لتعديل النبض، ونظراً لأنّ “PAM” لا يستخدم إشارات السعة الثابتة، فلا يتم استخدامه بشكل متكرر، وبمجرد استخدامه فإنّ تردد النبض يغير الناقل، ومن السهل جداً إنتاج واستخلاص تعديل سعة النبض، وتحويل الإشارة هو مولد يمكن إجراؤه باتجاه “PAM” يتم تغذيته بمدخل واحد من بوابة “AND”.

يتم إعطاء الإشارات عند تردد أخذ العينات نحو “i / p” الآخر للبوابة “AND” لفتحها طوال الفترات الزمنية المطلوبة، وبعد ذلك يشتمل ناتج البوابة المنطقية على نبضات بمعدل أخذ العينات، وهو ما يعادل السعة تجاه جهد الإشارة في كل ثانية، ثم يتم تمرير الإشارات عبر شبكة في شكل نبضة، ممّا يوفر لها قمة مستوية.

استخلاص PAM:

من أجل إزالة تشكيل إشارة “PAM” يتم تغذية إشارة “PAM” إلى مرشح التمرير المنخفض، كما يزيل مرشح التمرير المنخفض التموجات عالية التردد ويولد إشارة إزالة التشكيل، ويتم بعد ذلك تطبيق هذه الإشارة على مكبر الصوت المقلوب لتضخيم مستوى إشارته للحصول على ناتج تمت إعادة تشكيله بسعة متساوية تقريباً مع إشارة التعديل.

مزايا PAM:

• إنّها عملية بسيطة لكل من التعديل والاستخلاص.

• دوائر الإرسال والاستقبال بسيطة وسهلة البناء.

• يمكن لـ “PAM” إنتاج إشارات تعديل نبض أخرى ويمكنها نقل الرسالة في نفس الوقت.

• يمكن نقل البيانات بسرعة وكفاءة وفعالية من خلال الأسلاك النحاسية المعتادة بكميات كبيرة.

• “FM” متاح لانهائي، لذلك يمكن أن يتم تطوير “PAM” بشكل متكرر للسماح بتحسين نقل البيانات عبر الشبكات التي يمكن الوصول إليها.

• إنّه أبسط نوع من التعديل.

• بالنسبة لجميع أنواع طرق التعديل الرقمي، فهي الطريقة الأساسية والبسيطة لكل من التعديل وإزالة التشكيل.

• بالنسبة لكل من الإرسال والاستقبال، فإنّه لا يتطلب دوائر معقدة، وتصميم الدوائر لجهاز الإرسال والاستقبال بسيط للغاية.

• يمكن لهذا التعديل أن يولد أنواعاً أخرى من إشارات تعديل النبض وأيضاً يحمل الرسالة في نفس الوقت.

ملاحظة:“FM” هي اختصار لـ “Frequency Modulation”.

عيوب PAM:

• يجب أن يكون عرض النطاق كبيراً لتشكيل “PAM” للإرسال.

• الضجيج سيكون كبيراً.

• تختلف إشارة سعة النبضة، لذا فإنّ الطاقة المطلوبة للإرسال ستكون أكثر.

• لإرسال إشارة “PAM” يجب أن يكون “BW” كبيراً.

• يتغير التردد بناءً على الرسالة أو الإشارة المعدلة بسبب هذه التغييرات في تردد الإشارة وستكون هناك عمليات اختراق.

• بالنسبة لهذا التعديل تكون مناعة الضوضاء منخفضة مقارنة بالأنواع الأخرى، لذلك فهو يكافئ “AM” تقريباً.

• بمجرد تغيير إشارة سعة النبضة تكون الطاقة المطلوبة للإرسال عالية وحتى للحصول على “PAM” يلزم توفير المزيد من الطاقة.

ملاحظة:“AM” هي اختصار لـ “Amplitude Modulation”.

تطبيقات PAM:

• يتم استخدامه في اتصالات “Ethernet”.

• يتم استخدامه في العديد من وحدات التحكم الدقيقة لتوليد إشارات التحكم.

• يتم استخدامه في بيولوجيا الصور.

• يتم استخدامه كمحرك إلكتروني لإضاءة “LED“.

• يمكن إنشاء إشارات التحكم في ميكروكنترولر متنوعة باستخدام “PAM”.

ملاحظة:“LED” هي اختصار لـ “Light Emitting Diode”.