أنواع إشارات الاتصالات وخصائصها

ما هي الإشارة؟

الإشارة: تُعرَّف بأنها أي كمية مادية أو افتراضية تختلف باختلاف الوقت أو المكان أو أي متغير أو متغيرات مستقلة أخرى، أمّا بيانياً، يتم تمثيل المتغير المستقل بالمحور الأفقي (المحور السيني)، والمتغير التابع يمثله المحور الرأسي (المحور الصادي).

خصائص الإشارات:

يتم تحديد الإشارة من خلال خصائصها وتعتمد هذه الخصائص على طبيعة الإشارة، ومن هذه الخصائص:

1. السعة: هي قوة أو ارتفاع شكل موجة الإشارة، وبصريًا هو ارتفاع شكل الموجة من خط الوسط أو المحور السيني، ويختلف اتساع الإشارة بمرور الوقت.
   
2. التردد: هو معدل تكرار شكل موجة الإشارة في الثانية، وتكرر الإشارات الدورية دورتها بعد مرور بعض الوقت، ووحدة التردد هي هرتز وواحد هرتز يساوي دورة واحدة في الثانية، بحيث يقاس على طول المحور السيني لشكل الموجة.
   
3. فترة زمنية: هو الوقت الذي تكتمل فيه دورة كاملة واحدة، ووحدة الفترة الزمنية هي الثانية بحيث أن الفترة الزمنية يُشار إليها بالحرف “T” وهي عكس التردد.
   
4. مرحلة التحول: هي تغير الإزاحة في نقطة البداية، يمكن أن يكون تحول الطور متأخراً أو متقدماً، عادةً ما يكون للإشارات الجيبية الأصلية طور درجة (0 درجة) وتبدأ عند اتساع الصفر، لكن أي إزاحة في الطور ستحول سعة البداية إلى أي قيمة ما عدا الصفر.
   
5. حجم الإشارة: هو رقم يوضح قوة أو ضخامة تلك الإشارة، بحيث يختلف اتساع الإشارة باختلاف الوقت، وبسبب هذا الاختلاف لا يمكننا القول أنّ اتساعها يمكن أن يكون حجمها، ولقياس حجم الإشارة يجب أن نأخذ في الاعتبار المنطقة التي تغطيها سعة الإشارة خلال المدة الزمنية.
   
6. طاقة الإشارة: هي منطقة الإشارة الواقعة أسفل منحناها، لكن يمكن أن تكون الإشارة في كل من المنطقة الإيجابية والسلبية، ونتيجة لذلك سيتم إلغاء تأثير كل منهما ممّا ينتج عنه إشارة أصغر وللقضاء على هذه المشكلة، نقوم بأخذ مربع اتساع الإشارة الموجب دائماً.
   

أنواع إشارات الاتصالات – Signal Type:

 إنّ المعلومات والبيانات التي يتم تناقلها عبر مختلف أنواع أنظمة الاتصالات تُدعى في المجال الهندسي (إشارة Signal)، حيث تُقسم الإشارات المستخدمة في أنظمة الاتصالات إلى نوعين رئيسيين هُما:

1. إشارات تماثلية (Analog): وهي الإشارات التي تتغير مرور الزمن بشكل مُستمر ويكون لها قيمة في أي لحظة زمنية ضمن نطاق وجودها، إنّ مثل هذه الإشارات لا يمكن إرسالها عبر النظام الرقمي إلّا بعد معالجتها وتهيئتها لعملية الإرسال؛ مثل: الإشارات الكهربائية الجيبية الصادرة عن مصدر كهربائي، الإشارة الكهربائية الصادرة عن ميكروفون الهاتف.
   
2. إشارات رقمية (Digital): وهي الإشارات التي تتغير مع مرور الزمن بشكل مُتقطع وليس مستمر (عند قيم زمنية محددة)، ومثل هذه الإشارات يسهل إرسالها في النظام الرقمي مباشرة دون معالجتها؛ مثل: الإشارات الصادرة عن الحاسوب والتلغراف.
   

أنظمة الاتصالات حسب نوع الإشارة:

تنقسم الأنظمة حسب نوع الإشارات إلى:

1. أنظمة اتصالات تماثلية (Analog Communication Systems).
   
2. أنظمة الاتصالات الرقمية (Digital Communication Systems).
   

تقسم الإشارات وفقاً لقيمتها إلى:

1. إشارة ذات قيم محدودة (Deterministic Signals): حيث تكون هذه الإشارة لها قيمة معلومة ومحددة وفقاً لصيغة معينة أو من خلال القوانين أو دالة رياضية معينة.
   
2. إشارات ذات قيم عشوائية (Random Signals): حيث تتغير قيمة هذه الإشارة بشكل مُستمر وبطريقة عشوائية غير منتظمة، وإنّ أبسط هذه الإشارات هي الضوضاء (Noises) التي تقوم على التأثير على أداء أنظمة الاتصالات.
   

أقسام الإشارات بالاعتماد على تكرارها:

1. إشارات دورية (Periodic Signals): هي الإشارة التي تعيد نفسها باستمرار وبانتظام بزمن يعرف بالزمن الدوري (Period).
   
2. إشارات غير دورية (Aperiodic Signals): هي الإشارة التي لا تعيد نفسها بانتظام، بحيث تأخذ أشكال مختلفة أثناء انتقالها.
   

يمكن تقسيم الإشارات بطرق مختلفة أخرى:

1. إشارات الوقت المستمر وإشارات الوقت المنفصلة: إشارة الوقت المستمر يتم تحديدها لجميع لحظات الوقت، أمّا إشارة الوقت المنفصل يتم تحديدها في لحظات منفصلة من الوقت.
   
2. الإشارات الحتمية والإشارات غير الحتمية: الإشارة الحتمية يكون هناك شك في قيمها في أي لحظة من الزمن، الإشارات غير الحتمية يكون هناك عدم يقين فيما يتعلق بقيمتها في لحظة معينة من الزمن. الإشارات غير القطعية عشوائية بطبيعتها.
   
3. الإشارات الفردية والإشارات الزوجية: إنّ الإشارة الزوجية تكون متساوية عندما تفي بالشرط (x(t) = x(-t، أمّا الإشارة الفردية تكون غير متساوية عندما تحقق (x (t) = -x (-t.
   
4. الإشارات الدورية والإشارات غير الدورية: تكون الإشارة تكون دورية إذا كانت تحقق الشرط (x(t) = x(t + T.
   
5. إشارات الطاقة: تكون الإشارة هي إشارة طاقة عندما تمتلك طاقةٌ محدودةٌ.
   
6. إشارات حقيقية والإشارات الخيالية: حيث تكون الإشارة حقيقية عندما تحقق الشرط (x (t) = x * (t، أمّا الإشارة تكون خيالية عندما تحقق الشرط (x (t) = -x * (t.
   

أنواع الإشارات في أنظمة الاتصالات:

1. إشارات جيبية (Sinusoidal Signals): هي إشارة تكون موجاتها تنتشر بشكل مستمر وسُميت بذلك نسبةً إلى دالة الجيب، ومن الأمثلة عليها: منحنى انتشار الصوت، الموجات الكهرومغناطيسية مثل الضوء، انتقال التيار الكهربائي المتردد.
   
2. إشارات غير جيبية (Non-Sinusoidal Signals): هي إشارة موجاتها تتكرر بشكل دوري، مثل: إشارات النبضات (Pulse Signals) سواء كانت بأشكالها المختلفة (المربعة أو المثلثة أو المسننة وغيرها).