ما هي ضوضاء الطور في الاتصالات PHN

تظل ضوضاء الطور (PN) أحد العوامل الرئيسية المحددة للاتصالات اللاسلكية، حيث يمكن لضوضاء الطور الناتجة عن عدم استقرار المذبذبات المحلية، سواء عند المرسل أو عند المستقبل أن تسبب في الواقع تدهوراً شديداً في الأداء.

ما هي ضوضاء الطور PNH

ضوضاء الطور (PHN): هي ضوضاء يتم تمثيله في مجال التردد لشكل موجة وتتكون من تقلبات عشوائية سريعة وقصيرة المدى في الطور أي التردد، كما يحدث هذا بسبب عدم استقرار المجال الزمني أي عدم الاستقرار هي طيف الضوضاء الذي ينتشر على جانبي الإشارة نتيجة لارتعاش الطور.

• “PHN” هي اختصار لـ “Phase Noise”.

خصائص ضوضاء الطور PNH

• في معظم تطبيقات المستقبل الراديوي يُقتبس ضوضاء الطور بدلالة ضوضاء طور النطاق الجانبي الأحادي.

• كما تنتشر ضوضاء الطور بالتساوي على جانبي الموجة الحاملة، ولكن يتم قياس جانب واحد فقط ومن هنا جاء اسم ضوضاء طور النطاق الجانبي الفردي.

• إنّ ضوضاء الطور تختلف عن (Jitter)، بحيث أنّ (Jitter) هو طريقة لوصف استقرار مذبذب في المجال الزمني، فهو يجمع بين جميع مصادر الضوضاء معاً ويظهر تأثيرها فيما يتعلق بالوقت.

• ضوضاء الطور هي الضوضاء الناتجة عن التقلبات السريعة قصيرة المدى في إشارة القمر الصناعي وتنشر التقلبات قدرة الإشارة على الترددات المجاورة، ممّا يؤدي إلى “نطاقات ضوضاء جانبية”.

• تقلل ضوضاء الطور من جودة الإشارة وتزيد من معدلات الخطأ في روابط الاتصال.

• على الرغم من عدم وجود شيء مثل ضوضاء الطور الصفرية، فكلما قلت ذلك كان ذلك أفضل.

• ضوضاء الطور مهمة بشكل خاص لمهندسي أنظمة (SATCOM)، وإنّهم يدركون تمامًا تأثير أي مصدر ضوضاء وتصميم الشبكات وفقًا لذلك.

العوامل التي تؤثر على ضوضاء الطور

تساهم مجموعة متنوعة من العوامل في الوصلة الساتلية في ضوضاء الطور وتؤثر عليها:

• مرجع قفل الطور لـ (BUC / LNB).

• تصميم (PLL LNB).

• عرض النطاق الترددي للحلقة.

• ضوضاء مصدر الطاقة.

• التأريض أي الإلكترونيات والكابلات وهيكل الهوائي.

يمكن التقليل من بعض هذه العوامل من خلال الاختيار المناسب لمعدات النظام الفرعي، كما يمكن التخفيف من بعضها من خلال الممارسات الهندسية الجيدة والتركيب الدقيق للموقع، كالتأريض المناسب على وجه الخصوص وأحد أهم العوامل المساهمة هو استقرار المذبذب، والذي يولد مرجع التوقيت لأي جهاز بمرحلة تحويل التردد (BUC) أو (LNB).

ملاحظة:“LNB” هي اختصار لـ “Low Noise Block Converter”.

ملاحظة: “BUC” هي اختصار لـ “block up converter”.

ملاحظة:“PLL” هي اختصار لـ “Phase-Locked Loop”.

خصائص ضوضاء الطور

1- تأثيرات ضوضاء الطور على إزالة تشكيل الإشارة

أي ضوضاء تدخل إلى وصلة ساتلية تجعل فك التشفير أكثر صعوبة، كما يتم تشويه الكوكبة المُزالة تشكيلها للمراحل المستقبلة بالضوضاء المضافة، وكما تعاني الإشارة المُزالة التشكيل فقط من ضوضاء غاوسي عشوائية (AWGN)، حيث تُظهر من وجود ضوضاء الطور وكيف تبدأ في انتشار الكوكبة المستقبلة ومع ضوضاء الطور الإضافية، سوف يتحلل إلى حلقة من نقاط التشتت ممّا يجعل إزالة التشكيل وفك التشفير مستحيلا وينتج معدل خطأ مرتفع للغاية.

• “AWGN” هي اختصار لـ “Additive white Gaussian noise”.

2- أهمية معايير ضوضاء الطور

يتم التعبير عن ضوضاء الطور عادةً بوحدات (dBc / Hz)، وتمثل قدرة الضوضاء بالنسبة إلى الموجة الحاملة الموجودة في عرض نطاق (1 هرتز) المتمركز عند بعض التخالفات من الموجة الحاملة، وعلى سبيل المثال قد يكون لإشارة معينة ضوضاء طور تبلغ (-80 ديسيبل / هرتز) عند إزاحة (10 كيلو هرتز)، و(-95 ديسيبل / هرتز) عند إزاحة (100 كيلو هرتز)، كما يتطلب مشغلو الأقمار الصناعية خاصةً أولئك الذين يسمحون بالوصول إلى أسطولهم من خلال مجموعة واسعة من تكوينات المستخدمين وبائعي المعدات مجموعة دنيا من المعايير لضوضاء الطور.

مزايا ضوضاء الطور المنخفضة للغاية

يتم تنفيذ معايير ضوضاء الطور لسبب وجيه، حيث من خلال تلبية أو تجاوز المواصفات الخاصة بهم يمكن تحسين وتعظيم استخدام مورد القمر الصناعي، كما تتميز المحطات الأرضية جيدة التصميم ذات ضوضاء الطور المنخفضة للغاية بمزايا:

• توافر محسن أي حساسية أقل لمصادر الضوضاء الأخرى وحتى الغلاف الجوي أو المطر.

• زيادة منطقة التغطية الفعالة.

• انخفاض تكاليف التشغيل.

• حجم هوائي مخفض وكذلك تكاليف مدنية أو رأسمالية أقل.

• معدل نقل أعلى أي مزيج من معدل البيانات ومعدل التشكيل والتشفير.

أسباب تكون ضوضاء الطور

تحدث ضوضاء الطور في التطبيقات المتطورة مثل اتصالات الرادار والاتصالات العسكرية واتصالات الفضاء والساتكوم بسبب:

• اهتزازات عالية.

• الاهتزازات الدقيقة.

• قوى (g) وحساسية التسارع.

ملاحظة:يُعد استخدام مذبذب بلوري مضاد للاهتزاز وحساسية (g) هو أفضل طريقة للتخلص من ضوضاء الطور من جميع هذه المصادر المحتملة.

آثار ضوضاء الطور على أنظمة الاتصالات

أي ضوضاء في مكونات (PLL) أو النطاقات الجانبية الهامشية تولد ضوضاء الطور وتشعها في نظام الاتصالات بحيث تختلط هذه الضوضاء بالإشارات المرغوبة وتلوث أو تحط من أداء النظام، كما أنّ بعض تأثيرات ضوضاء المرحلة في أنظمة الاتصالات هي:

1- الدوران العشوائي للإشارات المستقبلة

• تخلق ضوضاء الطور دوراناً عشوائيًا لكوكبة الإشارة المستقبلة ممّا يؤدي إلى أخطاء في اكتشاف الرمز في الإرسال المشكل بالطور للإشارات.

• يؤدي التغيير العشوائي لمرحلة الإشارة المستقبلة إلى دوران الكوكبة.

• ضوضاء الطور هي العامل الرئيسي الذي يسبب أخطاء القرار في الإشارات المستقبلة.

2- تغير اتساع الإشارات المستقبلة

• في الأنظمة متعددة الهوائيات تغير ضوضاء الطور اتساع الإشارة المستقبلة بشكل عشوائي.

• ينتج عن الجمع بين الإشارات الخارجة عن الطور عند الطرف المستقبِل هذا التباين العشوائي في الاتساع في الإشارات المستقبَلة.

• ضوضاء الطور في (PLLs) هي المصدر الذي ينشئ إشارات خارج الطور عند الطرف المستقبل.

3- إعادة النمو الطيفي وتداخل القناة

• في أنظمة تعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد (OFDM)، تكون ضوضاء الطور مسؤولة عن إعادة النمو الطيفي وتداخلات القنوات المجاورة.

• في وجود ضوضاء الطور، يفشل المذبذب في توليد التردد المطلوب ويشع ضوضاء النطاق العريض ويؤدي إلى تداخلات القناة المجاورة.

• يمكن أن تكون ضوضاء الطور في (PLLs) كارثية على أداء أجهزة الاستقبال وأجهزة الإرسال اللاسلكية.

• إلى جانب تأثيرات مثل إعادة النمو الطيفي وتغير الاتساع ودوران الإشارات المستقبلة، تشع ضوضاء الطور ضوضاء إلى القنوات القريبة وتنشر التداخل في جميع أنحاء نظام الاتصالات.

• تعد نمذجة ضوضاء الطور أمرًا بالغ الأهمية عند تصميم أجهزة استقبال وأجهزة إرسال الترددات الراديوية.

• يجب تصميم دوائر الاتصال بطريقة تجعل ضوضاء الطور في (PLLs) دائماً تحت الحدود المقبولة.

يُعد الحفاظ على استقرار تردد قوي في دوائر التردد اللاسلكي الإلكترونية عن طريق التخلص من ضوضاء الطور أمرًا مهمًا في العديد من تطبيقات الاتصالات المتطورة، وينطبق هذا بشكل خاص على الاستهداف الدقيق في أنظمة الرادار والنقاء الطيفي في أنظمة الاتصالات الأخرى.

ملاحظة: “OFDM” هي اختصار لـ “Orthogonal Frequency Division Multiplexing”.