مفتاح إزاحة التردد FSK

يُعد مفتاح إزاحة التردد من أهم تقنيات التضمين الرقمي، حيث أنّ الإشارة لها الاتساع والتردد والمرحلة كخصائص، وكل إشارة لها هذه الخصائص الثلاث، ولزيادة أي خاصية من خصائص الإشارة يمكن الانتقال إلى عملية التعديل، لأنّ هناك مزايا مختلفة لتقنية التعديل، حيث يتم استخدام الهوائي لتقليل الحجم والحماية من تعدد إرسال الإشارات وتقليل نسبة الإشارة إلى الضوضاء “SNR”، ويمكن أن يكون الاتصال بعيد المدى ممكناً.

ما هو مفتاح إزاحة التردد FSK؟

مفتاح إزاحة التردد “FSK”: هو تغيير أو تحسين خصائص التردد لإشارة الإدخال الثنائية وفقاً لإشارة الموجة الحاملة، حيث يُعد اختلاف السعة أحد العوائق الرئيسية في “ASK“، لذلك تكون تقنية تعديل الطلب هذه مستخدمة في عدد قليل من التطبيقات فقط.

إنّ كفاءة طاقة الطيف منخفضة يؤدي إلى هدر الطاقة، لذلك للتغلب على هذه العيوب يفضل استخدام مفاتيح تبديل التردد “FSK”، وأيضاً استخدام مفتاح تحويل التردد الثنائي “BFSK”، حيث توضح نظرية مفتاح إزاحة التردد ما يحدث في تعديل مفتاح تحويل التردد.

إنّ مفتاح إزاحة التردد هو إحدى تقنيات التضمين الرقمي الدقيقة لزيادة خصائص التردد للإشارة الثنائية للإدخال، حيث من خلال تقنية تعديل “FSK” يمكن الحصول على اتصال محمي من الأخطاء في عدد قليل من التطبيقات الرقمية، لكنّ “FSK” لديه معدل بيانات محدود ويستهلك المزيد من عرض النطاق الترددي يمكن التغلب عليه بواسطة “QAM“، والذي هو مزيج من تعديل السعة وتعديل الطور.

• “FSK” هو اختصار لـ “Frequency Shift Keying”.

• “QAM” هي اختصار لـ “Quadrature Amplitude Modulation”.

• “ASK” هي اختصار لـ “Amplitude Shift Keying”.

• “BFSK” هي اختصار لـ “Binary Frequency Shift Keying”.

نظرية مفتاح إزاحة التردد FSK:

نظرية مفتاح إزاحة التردد: هي نظرية تحدد كيف تغيرت خصائص التردد للإشارة الثنائية وفقاً لإشارة الموجة الحاملة، حيث في “FSK” يمكن إرسال المعلومات الثنائية من خلال إشارة الناقل جنباً إلى جنب مع تغييرات التردد.

في “FSK” تُستخدم إشارتان حاملة لإنتاج أشكال موجة مُشكّلة “FSK”، حيث يتم تمثيل الإشارات المُشكلّة “FSK” من خلال ترددين مختلفين، والترددات تسمى “تردد العلوي” و”التردد السفلي”، حيث يمثل تردد العلوي المنطق “1” ويمثل التردد السفلي المنطق “0”، حيث لا يتوفر إلّا اختلاف واحد بين إشارتَي الموجة الحاملة هاتين، أي أنّ إدخال الموجة الحاملة “1” له تردد أكبر من إدخال الموجة الحاملة “2”.

مدخلات الحامل 1 = Ac Cos (2ωc + θ) t

مدخلات الموجة الحاملة 2 = Ac Cos (2ωc-.) t

يلعب مفتاح المضاعف “2:1” دوراً مهماً في توليد ناتج “FSK”، حيث يتم توصيل المحول بإدخال الناقل 1 لجميع المنطق “1” لتسلسل الإدخال الثنائي، والمفتاح مرتبط بإدخال الناقل 2 لجميع المنطق “0” للتسلسل الثنائي للإدخال، لذلك فإنّ الأشكال الموجية المعدلة “FSK” الناتجة لها ترددات محددة وترددات كبيرة.

كيفية إستخلاص FSK:

يُعد الاستخلاص بأنّه إعادة بناء الإشارة الأصلية من الإشارة المشكلة، الاختلاف الوحيد بين الطريقة المتزامنة وغير المتزامنة للاستخلاص هو مرحلة إشارة الموجة الحاملة، وإذا كانت إشارة الموجة الحاملة التي يتم استخدامها على جانب المرسل وجانب المستقبل في نفس المرحلة أثناء عملية إزالة التشكيل تسمى طريقة متماسكة للكشف، أمّا إذا كانت إشارات الموجة الحاملة التي نستخدمها في جانب المرسل والمستقبل ليست في نفس المرحلة، فإنّ عملية التشكيل تُعرف بالكشف غير المتماسك.

أولاً: استخلاص FSK المتزامن:

في هذا الاستخلاص المتزامن “FSK” تتأثر الموجة المعدلة بالضوضاء أثناء الوصول إلى المستقبل، لذلك يمكن التخلص من هذه الضوضاء من استخدام مرشح النطاق الترددي “BPF”، وفي مرحلة المضاعف يتم مضاعفة إشارة “FSK” المشوشة مع إشارة الموجة الحاملة من جهاز المذبذب المحلي، وبعد ذلك تمر الإشارة الناتجة من “BPF”، كما يتم تعيين مرشح تمرير النطاق هذا لقطع التردد الذي يساوي تردد إشارة الإدخال الثنائي، لذلك يمكن السماح بنفس الترددات للجهاز المحدد، ويعطي الجهاز النطاق “0” و”1″ للمساحة وتمييز الترددات للأشكال الموجية المعدلة “FSK”.

• “BPF” هي اختصار لـ “Bandpass Filter”.

ثانياً: استخلاص FSK غير المتزامن:

يتم إرسال إشارة “FSK” المعدلة من مرشح ممر النطاق 1 و2 بترددات مقطوعة تساوي الفراغ وتمييز الترددات، لذلك يمكن التخلص من مكونات الإشارة غير المرغوب فيها من “BPF”، ويتم تطبيق إشارات “FSK” المعدلة كمدخل لكاشفي الغلاف، وكاشف الغلاف عبارة عن دائرة يتوفر فيها صمام ثنائي “D” وبناءً على المدخلات إلى كاشف الأظرف، فإنّه يسلم إشارة الناتج.

يعتمد كاشف الأغلفة هذا في عملية إزالة تشكيل الاتساع، وبناءً على مدخلاته، فإنّه يولد الإشارة ثم يتم إعادة توجيهها إلى جهاز العتبة، كما يُعطي جهاز العتبة هذا المنطق 1 و0 للترددات المختلفة، وسيكون هذا مساوياً لتسلسل الإدخال الثنائي الأصلي، لذلك يمكن إجراء توليد “FSK” والكشف بهذه الطريقة، كما يمكن أن تكون هذه العملية معروفة لـتجربة التشكيل وإزالة التشكيل بزحزحة التردد أيضاً.

مزايا مفتاح إزاحة التردد FSK:

• عملية بسيطة لبناء الدائرة.

• تغيرات السعة الصفرية.

• يدعم معدل بيانات مرتفع.

• احتمالية منخفضة للخطأ.

• عالية نسبة الإشارة إلى الضوضاء عالية “SNR”.

• مناعة ضد الضوضاء أكثر من “ASK”.

• يمكن أن يكون الاستقبال الخالي من الأخطاء ممكناً مع “FSK”.

• مفيد في الإرسال اللاسلكي عالي التردد.

• يفضل استخدامه في الاتصالات عالية التردد.

• تطبيقات رقمية منخفضة السرعة.

ملاحظة:“SNR” هي اختصار لـ “Signal to Noise Ratio”. 

عيوب مفتاح إزاحة التردد FSK:

•  يتطلب عرض نطاق ترددي أكبر من “ASK” و”PSK”.

• بسبب متطلبات النطاق الترددي الكبير، فإنّ “FSK” له قيود لاستعماله فقط في أجهزة المودم منخفضة السرعة التي يبلغ معدل البت فيها “1200 بت / ثانية”.

• معدل الخطأ في البتات أقل في قناة “AEGN” من مفتاح إزاحة الطور.

ملاحظة:“AEGN” هي اختصار لـ “Additive white Gaussian noise”.

ملاحظة: “PSK” هي اختصار لـ “Phase Shift Keying”. 

جهاز  فك تشفير تحويل التردد عالي السرعة:

يقوم كاشف إشارة “FSK” بتقسيم إشارة “FSK” إلى مسارين، حيث في مسار واحد توفر دارة تغيير الطور التي لها خاصية تردد متغير بين ترددي الترميز لإشارة “FSK”، إمّا مقدمة طور أو تأخر طور اعتماداً على التردد اللحظي لإشارة “FSK”، كما يتم أخذ عينات من الإشارة المعدلة بالطور استجابة للإشارة في المسار الثاني لفك شفرة إشارة رقمية.

أساسيات تعديل FSK:

يتم ترشيح مسار البت الثنائي المنخفض واستخدامه للتحكم بمُعدِّل “FSK”، حيث يؤدي أحد تطبيقاته إلى تغيير تردد مذبذب وفقاً لجهد إشارة النطاق الأساسي، كما يمكن تحقيق هذه الوظيفة باستخدام دائرة “VCO” أو “PLL“، ويمكن استخدام مزيل تشكيل “FM” لاستقبال الإشارة، ومن السمات المميزة الأخرى لـ “FSK” أنّ اتساع الإشارة المعدلة ثابت، لذا يمكن استخدام مضخمات التشبع الفعالة، وبالتالي غير الخطية دون القلق من تشويه التردد.

كما أنّ “FSK” كان أول شكل من أشكال التعديل الرقمي المستخدم في الراديو الرقمي المتنقل، وتطبيق معين لـ “FSK” هو “MSK”، والذي يستخدم مرشح النطاق الأساسي المنخفض بحيث تكون التحولات من حالة إلى أخرى سلسة في الوقت المناسب وتحد من عرض النطاق الترددي للإشارة المشكلة، كما يصف مخطط الطور طوراً ثابتاً في التردد، حيث إذا كان الطور بطيئاً جداً أو تم تعديل السعة، فإنّ هذا التقريب جيد، ولا يمكن تمثيل تعديل “FSK” على مخطط طور، حيث أنّ المعلومات موجودة في التردد على دقات الساعة وليست في طور أو سعة الطور.

• “MSK” هي اختصار لـ “Minimum Shift Keying”.

• “PLL” هي اختصار لـ “Phase locked loop”.

• “VCO” هي اختصار لـ “voltage-controlled oscillator”.

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