مضاعفة الإشارة في الاتصالات Signal Multiplexing

يُعد المضاعف بأنّه جهاز يسمح بإحدى إشارات الإدخال التماثلية أو الرقمية المتعددة التي سيتم تحديدها وتنقل الإدخال الذي تم تحديده في وسيط واحد، كما يُعرف مضاعف الإرسال أيضاً باسم محدد البيانات ويحتوي مُضاعِف المدخلات “2n” على عدد “n” من خطوط التحديد، والتي سيتم استخدامها لتحديد سطر الإدخال لإرساله إلى الإخراج، كما يتم اختصار المضاعف كـ “Mux”.

ما هي مضاعفة الإشارة؟

مضاعفة الإشارة: هو عملية دمج إشارات متعددة في إشارة واحدة عبر وسيط مشترك، وإذا تم تعدد إرسال الإشارات التماثلية فسيكون تعدد إرسال تماثلي وإذا تم مضاعفة الإشارات الرقمية، فإنّ هذه العملية هي مضاعفة إرسال رقمية.

خصائص مضاعفة الإشارة في الاتصالات:

• تعدد إرسال الإشارة هو عملية يمكن من خلالها إرسال إشارات متعددة معاً عبر نفس وسيط الاتصال في وقت واحد.

• يمكن أن تكون هذه الإشارات من مصدر واحد أو أكثر تنتقل إلى وجهة واحدة أو أكثر.

• لا تتداخل الإشارات متعددة الإرسال مع بعضها البعض ممّا يجعل تعدد الإرسال أسلوباً اقتصادياً لنقل المعلومات من إشارات متعددة.

• يمكن أن يكون وسيط الإرسال للإشارات متعددة الإرسال عبارة عن سلك معدني أو كابل متحد المحور أو نظام راديو ميكروويف أو نظام قمر صناعي أو ألياف بصرية حسب التطبيق.

• يمكن تفريع تعدد الإرسال إلى تعدد الإرسال بالتقسيم الزمني “TDM” وتعدد الإرسال بتقسيم التردد “FDM“.

ملاحظة:“FDM” هي اختصار لـ “Frequency Division Multiplexing” و”TDM” هي اختصار لـ “Time-division multiplexing”.

أساسيات مضاعفة الإشارة في الاتصالات:

يُعتبر المضاعف بأنّه نظام متعدد المدخلات ومخرج واحد فقط لاستقبال الإشارات القادمة من شبكات اكتساب متعددة، حيث ينقل الجهاز جميع إشارات الإدخال إلى معالج دقيق والذي يستقبل البيانات ويعالجها وينقلها إلى أجهزة الإنتاج ويتحكم في النظام ككل.

مع تعدد الإرسال يكون نظام القياس قادراً على توجيه إشارات متعددة بالتسلسل إلى محول رقمي واحد وبالتالي توفير وسيلة منخفضة التكلفة لزيادة عدد قنوات النظام، كما يتكون مضاعف الإرسال من مجموعة من المفاتيح ويوفر خفضاً كبيراً في التكلفة من خلال استخدام محول “A / D” واحد فقط لمدخلات متعددة.

وعلى هذا النحو يمكن اعتبار مضاعف الإرسال دائرة أو جهازاً يجعل من الممكن مشاركة السعة المتاحة لاتصال واحد بين قنوات إرسال متعددة، وعن طريق دبابيس المحدد يُسمح لمدخل واحد فقط بالاتصال بالمخرج الوحيد، كما تقوم وحدة التحكم بمسح جميع المدخلات بالتسلسل وقراءتها بسرعة تحترم نظرية أخذ العينات للإشارة المعينة.

تطبيقات مضاعفة الإشارة في الاتصالات:

تُستخدم مضاعفات الإرسال لزيادة كمية البيانات التي يمكن إرسالها عبر شبكة بعرض نطاق معين خلال فترة زمنية معينة، ويستخدم تعدد مضاعف الإرسال على نطاق واسع في الاتصالات الهاتفية واتصالات البيانات والبث الصوتي أو المرئي، وعادةً ما تستخدم خدمة الهاتف أجهزة إرسال متعددة لدمج الخطوط المختلفة في الحي في إشارة واحدة يتم نقلها بعد ذلك إلى مكتب التحويل المركزي للتوجيه وإدارة المكالمات.

مع التقدم في تقنية “VoIP” يتم استبدال أنظمة خطوط الهاتف التقليدية بنقل الصوت الرقمي القائم على الحزم، كما يتم تنفيذ بعض روابط اتصالات البيانات وخاصة الخطوط المؤجرة وخطوط المسافات الطويلة كاتصالات متعددة الإرسال من أجل تعظيم الاستخدام مع تقليل التكاليف، وتستخدم العديد من أشكال الإرسال التلفزيوني وخاصةً حلول الكابلات والأقمار الصناعية مضاعفة الإرسال لإرسال قناة حاملة واحدة إلى المستلمين أو المشتركين الذين ينقلون جميع قنوات الصوت والفيديو المعروضة في وقت واحد.

يقوم المستخدم النهائي بعد ذلك بضبط جهاز استقبال على الإشارة المناسبة لفك تشفير إرسال القناة المناسبة، وهذا هو الحال أيضاً بالنسبة لعدد متزايد من محطات راديو “FM” وتضيف العديد من محطات “FM” قنوات فرعية إلى إشاراتها الأساسية من أجل تقديم أخبار أو محادثات أو ترفيه بديلة أو تكميلية.

من المهم التمييز بين أنظمة تبديل الحزم وأنظمة تعدد الإرسال، ويقسم تبديل الحزم الاتصال إلى مقاطع أو حزم، ثم يتم توجيه كل حزمة بشكل منفصل على طول مسارات الشبكة المشتركة أو المشتركة إلى الوجهة، ومعظم مسارات الشبكة قادرة فقط على دعم إشارة اتصال واحدة في كل مرة، وبالتالي يتم إرسال الحزم في سلسلة وليس في شكل متوازي، كما سيكون نظام الإرسال المتعدد قادراً على الجمع بين إشارات اتصال متعددة على مسار شبكة مادي واحد وبالتالي توفير الإرسال المتزامن أو المتوازي.

• “VoIP” هي اختصار لـ “Voice over Internet Protocol”.

• “FM” هي اختصار لـ “Frequency Modulation”.

أنواع مضاعفة الإشارة في الاتصالات:

يحتوي مضاعف الإرسال الرقمي على إشارات إدخال رقمية قادمة من شبكات متعددة للحصول على البيانات، كما ينقل الجهاز إشارات الإدخال هذه إلى نظام معالجة عادةً ما يكون معالجاً دقيقاً والذي يستقبل البيانات ويعالجها وينقلها إلى أجهزة الإنتاج ويتحكم في النظام ككل، والمضاعف التماثلي هو جهاز يجعل من الممكن نقل “n” القنوات إلى قناة إنتاج تمثيلية واحدة.

يتم التحكم في هذا التبديل بواسطة إشارة رقمية تقوم بترميز قناة الإدخال المراد تحديدها، كما قد يكون المضاعف التماثليي أحادي الطرف أو يتعامل مع مدخلات تفاضلية، وفي مضاعف الإرسال أحادي الطرف يتم إعداد الجهاز للتنقل بين القنوات التماثلية الفردية في حين يمكن استخدام معدد الإرسال التفاضلي للإشارات التفاضلية.

• مضاعفة تقسيم الطول الموجي “WDM“.

• مضاعفة تقسيم التردد “FDM”.

• مضاعفة تقسيم الطول الموجي الكثيف “DWDM“.

• مضاعفة تقسيم الطول الموجي التقليدي “CWDM“.

• معدد إرسال بصري قابل لإعادة التشكيل “ROADM“.

• مضاعفة تقسيم التردد المتعامد “OFDM“.

• إضافة أو إسقاط مضاعفة “ADM”.

ملاحظة:“ADM” هي اختصار لـ “add/drop multiplexing” و”OFDM” هي اختصار لـ “Orthogonal frequency-division multiple access”.

ملاحظة:“ROADM” هي اختصار لـ “reconfigurable optical add-drop multiplexer” و”CWDM” هي اختصار لـ “Coarse Wavelength Division Multiplexing”.

ملاحظة:“DWDM” هي اختصار لـ “Dense wavelength division multiplexing” و”WDM” هي اختصار لـ “Wavelength Division Multiplexing”.

الفرق بين Mux وDemux:

• المضاعف هو جهاز يستخدم للتواصل عن طريق وسيط مع مجموعة من الإشارات المتعددة.

• مضاعف الإرسال “DE” هو عملية فصل الإشارات متعددة الإرسال عن خط الإرسال.

• يتم خلط كل من “Mux” و”DMux” في جهاز واحد لديه القدرة على معالجة الإشارات الصادرة والواردة.

• المضاعف الإلكتروني هو مفتاح متعدد المدخلات ومخرج واحد.

• مضاعف إرسال “DE” كمفتاح متعدد الإخراج ومدخل واحد.

• يسمح “MUX” بالعديد من الإشارات لمشاركة جهاز واحد.

تطبيقات مضاعف الإشارة:

1- نظام الاتصالات:

يستعمل مضاعف الإرسال في أنظمة الاتصالات التي تتضمن على نظام إرسال وأيضاً شبكة اتصالات، كما يستعمل المضاعف لزيادة كفاءة نظام الاتصال من خلال السماح بنقل البيانات، مثل بيانات الصوت والفيديو من قنوات متنوعة عبر الكابلات والخطوط الفردية.

2- ذاكرة الكمبيوتر:

يتم استعمال معدد الإرسال في ذاكرة الكمبيوتر لتخزين كمية هائلة من الذاكرة في أجهزة الكمبيوتر وكذلك لخفض عدد الخطوط النحاسية اللازمة لتوصيل الذاكرة بأجزاء أخرى من الكمبيوتر.

3- شبكة الهاتف:

يُستخدم مضاعف الإرسال في شبكات الهاتف لخلط الإشارات الصوتية المتعددة في خط إرسال واحد.

4- الإرسال من نظام الكمبيوتر للقمر الصناعي:

يستخدم المضاعف لنقل إشارات المعلومات من نظام الحاسوب المحدد بالقمر الصناعي إلى النظام الأرضي بالاعتماد على اتصال “GSM“.

• “GSM” هي اختصار لـ “Global System for Mobile”.