اقرأ في هذا المقال
- ما هي مستقبلات التحويل المباشر
- أساسيات مستقبلات التحويل المباشر
- كيفية عمل مستقبلات التحويل المباشر
- هندسة مستقبل التحويل المباشر
أدى الضغط المتزايد للحصول على طاقة منخفضة وعامل شكل صغير وتكلفة منخفضة وفاتورة مواد منخفضة في تطبيقات الراديو، مثل الاتصالات المتنقلة إلى دفع الأوساط الأكاديمية والصناعية إلى إحياء مستقبل التحويل المباشر، كما تم التخلي منذ فترة طويلة لصالح جهاز الاستقبال المتغاير الفائق الناضج وقد ظهر التحويل المباشر على مدار العقد الماضي أو نحو ذلك بفضل تقنيات معالجة أشباه الموصلات المحسنة وتقنيات التصميم الذكية.
ما هي مستقبلات التحويل المباشر
مستقبلات التحويل المباشر: هو بنية مستقبلية لاسلكية بديلة عن المتغاير الفائق الراسخ ولا سيما للمطاريف شديدة التكامل ومنخفضة الطاقة، وميزتها الأساسية هي أنّ الإشارة المستقبلة يتم تضخيمها وترشيحها عند النطاق الأساسي بدلاً من بعض الترددات المتوسطة العالية، وهذا يعني استنزاف تيار أقل في مكبرات الصوت والمرشحات النشطة ومهمة أبسط لرفض الصورة.
هناك اهتمام كبير باستخدامه في الهواتف الخلوية الرقمية وأنظمة الرسائل الراديوية المصغرة، كما لا تنشأ حلول لمشكلات مستقبلات التحويل المباشر فقط من تصميم الدوائر الأكثر ملاءمة، ولكن أيضاً من استغلال خصائص النظام مثل تنسيق التعديل في النظام، كما يجب أن تقترن معالجة الإشارات الرقمية للنطاق الأساسي بالواجهة الأمامية التماثلية لجعل أجهزة الإرسال والاستقبال ذات التحويل المباشر حقيقة عملية.
أساسيات مستقبلات التحويل المباشر
بنية مستقبل التحويل المباشر “DCR” التي أدخلت نهج التردد الصفري المتوسط ”IF” تدعم تصميمات السماعات اللاسلكية الفعالة بمستوى عالٍ من التكامل، حيث يخضع الإرسال عبر القنوات اللاسلكية للتشتت الزمني بسبب الانتشار متعدد المسارات وتشتت التردد بسبب تأثير دوبلر، وكذلك تصميم المستقبلات اللاسلكية مهم للغاية في دعم وصلات اتصالات موثوقة.
ومع تنامي التكنولوجيا اللاسلكية يصبح اختيار بنية المستقبل اللاسلكي المثلى التي تدعم التكامل الأحادي دون تدهور الأداء بُعداً مهماً في تصميم الهاتف الحديث، حيث أدى الطلب المتزايد على المحطات الطرفية المتنقلة ذات الأبعاد المادية الأصغر إلى التحقيق في “DCR”، والذي يدعم التصميمات ذات الشريحة الواحدة والوحدات المتعددة.
ونظراً لأنّ “DCR” هي بنية واعدة للمطاريف المتنقلة من الجيل الرابع فمن المهم ملاحظة أنّ تنفيذ تقنية معينة لإزاحة التيار المستمر لا يضر بفوائد تصميم مستقبلات منخفضة التعقيد، وجهاز الاستقبال المباشر هو بديل لجهاز الاستقبال الفائق التغاير الراسخ، كما إنّها جذابة بشكل خاص للمطاريف منخفضة التكلفة عالية التكامل لأنّها تلغي الحاجة إلى المكونات عند الترددات المتوسطة.
وهناك اهتمام متزايد باستخدامه في أنظمة أرضية أو فضائية مختلفة، كما أنّ مستقبل تربيع مباشر المتطور يستخدم ثلاث قنوات ذات تحولات طور مختلفة، وتقنية جديدة لاشتقاق إشارات النطاق الأساسي في الطور والتربيع بشكل مستقل عن المكاسب والمراحل الفعلية في سلاسل المستقبل.
كما تعتمد التقنية الجديدة على خاصية أنّ إشارات الطور والتربيع متعامدة وينطوي تنفيذها على تحلل الفضاء الجزئي والإسقاط، حيث أظهرت عمليات المحاكاة الحاسوبية وجهاز استقبال النموذج الأولي للنطاق “Ka” بسرعة “90 ميجابت في الثانية” أنّ أداء جهاز الاستقبال يتطابق تماماً مع النظرية.
- “DCR” هي اختصار لـ “Direct-conversion receivers”.
- “IF” هي اختصار لـ “Intermediate Frequency”.
كيفية عمل مستقبلات التحويل المباشر
تقوم مستقبلات التحويل المباشر بترجمة إشارة إدخال التردد اللاسلكي إلى ناتج النطاق الأساسي في مرحلة واحدة، كما يجب أن تعمل أجهزة الاستقبال بفعالية على الرغم من وجود ضوضاء وإشارات أخرى متداخلة، لذلك تُعتبر الانتقائية والحساسية من الخصائص المهمة للفرد، كما تصف الانتقائية قدرة المستقبل على تحديد واختيار الإشارة المرغوبة على الرغم من وجود إشارات أخرى غير مرغوب فيها.
سيعالج المستقبل ذو الانتقائية الجيدة الإشارات المرغوبة بينما يرفض بشكل كافٍ الإشارات غير المرغوب فيها وإشارات التداخل، وتصف الحساسية كيف يمكن للمستقبل معالجة إشارات الإدخال الضعيفة بشكل جيد، كما يمكن تحديده كمياً على أنّه أضعف مستوى إشارة يمكن للمستقبل اكتشافه لتلبية متطلبات معينة، مثل نسبة إشارة إلى ضوضاء وتشويه “SINAD” أو معدل خطأ بتات “BER”.
- “SINAD” هي اختصار لـ “SIgnal-to-Noise And Distortion”.
- “BER” هي اختصار لـ “Bit Error Rate”.
هندسة مستقبل التحويل المباشر
طريقة لمعالجة الإشارة المرغوبة في نظام اتصال لاسلكي ومستقبل تحويل تنازلي مباشر وهي الطريقة التي تشتمل على:
- تضخيم الإشارة المرغوبة مع كسب أول ذي استبانة رديئة.
- تحويل الإشارة المضخمة من التردد اللاسلكي “RF” إلى النطاق الأساسي مع مرحلة تحويل تنازلي واحد للتردد.
- رقمنة الإشارة المحولة إلى أسفل لتقديم عينات.
- وتضخيم العينات رقمياً بكسب ثانٍ له دقة دقيقة لتوفير بيانات ناتج ذات سعة إشارة مرغوبة.
يوفر جهاز الاتصالات الراديوية مثل جهاز الاستلام أو المرسل أو جهاز الإرسال والاستقبال تحويلاً مباشراً للإشارات التربيعية بين إشارة تردد لاسلكي ومجموعة من القنوات التي تم حلها، كما يوفر الجهاز معالجة الكتلة للعديد من ناقلات “RF” في نظام اتصال لاسلكي باستخدام جهاز إرسال أو مستقبل تحويل مباشر ومعالجة إشارة النطاق الأساسي.
عادةً ما ينقل نظام الاتصال الرقمي المعلومات أو البيانات باستخدام ناقل تردد مستمر مع تقنيات تعديل تختلف في اتساعها أو ترددها أو طورها، وبعد التعديل يتم إرسال الإشارة عبر وسيط اتصال، كما قد يكون وسيط الاتصال موجَّهاً أو غير موجَّه ويشتمل على النحاس أو الألياف الضوئية أو الهواء ويشار إليه عادةً بقناة الاتصال المادية.
يتم إدخال المعلومات المراد إرسالها في شكل تيار بتات يتم تعيينه على كوكبة محددة مسبقاً من الرموز التي تحدد مخطط التشكيل ويشار إلى تقابل كل بت كرموز بالتشكيل، حيث عادةً ما تكون المحطة الأساسية لمخطط التشكيل مطلوبة لاستخدام موجات حاملة متعددة متقاربة في طيف التردد المتقارب.
كما يوضح مخطط كتلة لمستقبل متغاير فائق والذي يمكن تنفيذه في محطة القاعدة، وعادة ما يتم تخصيص قناتين “2” أو أكثر للمشغل الموجات الحاملة، ويرغب في استخدامها في كل خلية أي إعادة استخدام التردد، وإذا لم يكن ذلك ممكناً بسبب بعض القيود التي تؤدي إلى عامل إعادة استخدام التردد أقل، فإنّ المشغل لديه عدد محدود من القنوات.
وسيقوم بتقسيمها إلى أقسام متجاورة من الطيف بحيث يتم استخدام عدد من القنوات المجاورة في كل خلية، وفي هذه الحالة يُطلب من جهاز الاستقبال معالجة جميع القنوات أي الموجات الحاملة في وقت واحد، وهذا يقلل من تكلفة الأجهزة والحجم واستهلاك الطاقة.
في الماضي لم يكن من الممكن تلبية المتطلبات العالية لمستقبلات المحطة الأساسية إلّا ببنية فائقة التطوّر، حيث تحتوي بنية التحويل المباشر على العديد من المشكلات المتأصلة التي تنتج عن تحويل إشارة التردد اللاسلكي مباشرة إلى النطاق الأساسي، وتشمل هذه المشاكل الخلط الذاتي الذي يخلق تعويضات للتيار المستمر في إشارة النطاق الأساسي.
وكذلك تشويه منتظم يحول إشارات التداخل القوية إلى النطاق الأساسي و”1 / f” الضوضاء المتأصلة في جميع أجهزة أشباه الموصلات والتي تتناسب عكسياً مع التردد “f”، والتي تخفي إشارة النطاق الأساسي والبث الهامشي لإشارة “LO” التي تتداخل مع مستخدمين آخرين.
كما تؤكد مستقبلات التحويل المباشر أيضاً على الإمكانات الحديثة لمكونات معالجة النطاق الأساسي التماثلي نظراً لأنّ التحكم في الكسب والتصفية يجب أن يتم في النطاق الأساسي، وهذا يتطلب مكبرات صوت باهظة الثمن تمتلك نطاقاً ديناميكياً عالياً وعرض نطاق عريض.
- “RF” هي اختصار لـ “Radio frequency”.
