الاتصالات التماثلية - Analog Communication

نظام الاتصال هو مزيج من العمليات والأجهزة المستخدمة لإنجاز نقل المعلومات (الاتصالات)، النظام الفرعي للاتصالات هو تجميع غير الوظيفي أصغر من التجميع الأكبر قيد الدراسة، ومن الأمثلة على أنظمة الاتصالات الفرعية في نظام اتصالات الدفاع، حيث يوفر لنا نظام الاتصال قناة لتبادل المعلومات المتبادلة والتي لا تكون مخصصة لفئات معينة من المعلومات فقط، ويتكون نظام الاتصالات من الاتصالات التماثلية والرقمية.

ما هي الاتصالات التماثلية – Analog Communication؟

الاتصال التماثلي (Analog Communication): هو وسيلة اتصال لنقل معلومات الصوت أو البيانات أو الصورة أو الإشارة أو الفيديو باستخدام إشارة مستمرة تختلف في السعة أو الطور أو بعض الخصائص الأخرى بما يتناسب مع تلك الخاصة بالمتغير، يُمكن أن يكون نقل إشارة مصدر تماثلية باستخدام طريقة تعديل تمثيلي مثل (FM أو AM) أو بدون تعديل على الإطلاق.

في الاتصال التماثلي تكون الرسالة أو المعلومات المراد إرسالها تماثلية بطبيعتها ويتم الحصول على هذه الرسالة التماثلية من المصدر مثل الكلام والفيديو والصوت وما إلى ذلك، يتم تشكيل إشارة الرسالة في هذه الحالة على تردد الموجة الحاملة العالية داخل المرسل من أجل إنتاج إشارة مشكلة، وثم يتم إرسال هذه الإشارة المعدلة بمساعدة هوائي الإرسال للانتقال عبر قناة الإرسال.

لا يزال الإرسال التماثلي شائعاً للغاية، ولا سيما للمسافات الأقصر نظراً لانخفاض التكاليف بشكل كبير، كما أنّ معدات تًعدُد الإرسال المعقدة والتوقيت غير ضرورية، وفي الأنظمة الصغيرة قصيرة المدى التي لا تحتاج ببساطة إلى إرسال رقمي متعدد الإرسال.

مزايا وعيوب الاتصال التماثلي مقابل الاتصال الرقمي:

1. الميزة الأولى للاتصالات الرقمية مقابل التماثلية هي مناعة الضوضاء، في أي مسار إرسال يوجد دائماً بعض الجهد أو الضوضاء غير المرغوب فيها والتي لا يمكن إزالتها بالكامل، عند إرسال الإشارة تتم إضافة هذه الضوضاء إلى الإشارة الأصلية ممّا يتسبب في التشويه، في الاتصال الرقمي عند الطرف المستقبل يُمكن التخلص من هذه الضوضاء الإضافية إلى حد كبير بسهولة ممّا يؤدي إلى استرداد أفضل للإشارة الفعلية، في حالة الاتصال التماثلي من الصعب إزالة الضوضاء بمجرد إضافتها إلى الإشارة.
   
2. يُعد الأمن أولوية أخرى في خدمة الرسائل في العصر الحديث حيث يُوفر الاتصال الرقمي أماناً أفضل للرسائل مقارنة بالاتصال التماثلي، ويمكن تحقيقه من خلال تقنيات الترميز المختلفة المتاحة في الاتصال الرقمي.
   
3. في الاتصالات الرقمية يتم تحويل الإشارة إلى تيار من (0 ثانية و1 ثانية) بالتالي تصبح دائرة الاستقبال أبسط مقارنةً بدائرة المستقبِل التماثلية.
   
4. عندما تنتقل الإشارة عبر مسار الإرسال الخاص بها فإنها تتلاشى تدريجياً، لذلك في مسارها يجب إعادة بنائها إلى شكلها الفعلي وإعادة إرسالها عدة مرات، ولهذا السبب يتم استخدام مكبرات الصوت في الاتصالات التماثلية ويتم استخدام مكبرات الصوت في الاتصال الرقمي، وهناك حاجة إلى مكبرات الصوت كل (2 إلى 3 كم) على حدة حيث تكون مكررات تحتاج كل (5 إلى 6 كم) بعيداً عن بعضها ولذلك بالتأكيد الاتصال الرقمي أرخص، غالباً ما تضيف مكبرات الصوت أيضاً عناصر غير خطية تشوه الإشارة الفعلية.
   
5. يُعد النطاق الترددي مورداً نادراً آخر، حيث تتوفر تقنيات اتصال رقمية مختلفة تستخدم النطاق الترددي المتاح بكفاءة أكبر من تقنيات الاتصال التماثلية.
   
6. عندما يتم إرسال إشارات الصوت والفيديو رقمياً فإن هناك حاجة إلى محول تناظري إلى رقمي في جانب (transmitting) ومحول رقمي إلى تماثلي مطلوب مرة أخرى في جانب المستقبِل، أمّا أثناء الإرسال في الاتصال تماثلي لا تكون هناك حاجة لهذه الأجهزة.
   
7. غالباً ما تكون الإشارات الرقمية عبارة عن تقريب للبيانات التماثلية؛ مثل الصوت أو الفيديو التي يتم الحصول عليها من خلال عملية تسمى التكميم، لا يُمثل التمثيل الرقمي أبداً الإشارة الدقيقة ولكنّه أقرب شكل رقمي تقريبي، لذلك تعتمد دقته على درجة التقريب المأخوذة في عملية القياس الكمي.
   

الفرق بين الاتصال التماثلي والاتصال الرقمي:

مكونات الاتصالات التماثلية:

1. المعلومات أو إشارة الإدخال -Input signal:

• تنتقل المعلومات من مكان إلى آخر.
  
• يمكن أن تكون هذه المعلومات في شكل إشارة صوتية مثل الكلام أو صورة أو معلومات وبيانات.
  

2. محول الإدخال – Input transducer:

• لا يمكن إرسال المعلومات في شكل إشارات صوتية أو صور أو بيانات كما هي.
  
• يجب أولاً تحويلها إلى إشارة كهربائية مناسبة.
  
• تقوم كتلة محول الإدخال بهذه المهمة.
  
• محول الطاقة المستخدم بشكل شائع هو الميكروفونات والتلفزيون وما إلى ذلك.
  

3. المرسل -Transmitter:

• تتمثل وظيفة المرسل في تحويل المكافئ الكهربائي للمعلومات إلى شكل مناسب بحيث يمكن نقله عبر مسافة طويلة.
  
• الكتلة الأساسية في جهاز الإرسال هي (Amplifier وOscillator وMixer).
  

4. القناة -Cannel:

• قناة الاتصال هي الوسيلة المستخدمة لنقل الإشارات الكهربائية من مكان إلى آخر.
  
• يمكن أن تكون وسيلة الاتصال عبارة عن أسلاك موصلة أو كبلات أو ألياف بصرية أو مساحة خالية.
  
• اعتمادًا على نوع وسيط الاتصال، يوجد نوعان من أنظمة الاتصال:
  
  • اتصال الخط: تستخدم أنظمة اتصالات الخط وسيط الاتصال مثل الأسلاك أو الكابلات أو الألياف الضوئية؛ على سبيل المثال الهاتف وتلفزيون الكابل.
    
  • الاتصالات الراديوية: تستخدم أنظمة الاتصالات الراديوية المساحة الخالية كوسيلة اتصال خاصة بها، تكون الإشارة المرسلة على شكل موجات كهرومغناطيسية، على سبيل المثال الاتصالات المتنقلة واتصالات الأقمار الصناعية.
    

5. الضوضاء – Noise:

• الضوضاء: هي إشارة كهربائية غير مرغوب فيها تضاف إلى الإشارة المرسلة عند انتقالها نحو جهاز الاستقبال.
  
• بسبب الضوضاء جودة المعلومات تتدهور.
  
• بمجرد إضافة الضوضاء لا يمكن فصلها عن المعلومات.
  

6. المتلقي – Receiver:

يقوم جهاز الاستقبال دائماً بتحويل الإشارة المعدلة إلى إشارة أصلية تتكون من مضخم ومذبذب وخلاط.

7. محول الإخراج – Output transducer:

يحول محول الطاقة الناتج من الإشارة الكهربائية إلى الشكل الأصلي أي الصوت أو الصور التلفزيونية وما إلى ذلك.

العمليات الأساسية في معالجة الإشارات التماثلية:

1. ترميز المصدر – Source coding:

1. في تشفير المصدر، يحول المشفر الإشارة الرقمية المتولدة الناتجة من المصدر إلى إشارة أخرى في شكل رقمي.
   
2. تقنيات تشفير المصدر المختلفة هي تعديل رمز النبض (PCM) وتعديل دلتا (DM).
   

2. ترميز القناة – Channel coding:

1. يتم تشفير القناة لتقليل تأثير ضوضاء القناة.
   
2. سيؤدي ذلك إلى تقليل عدد الأخطاء في البيانات المستلمة وسيجعل النظام أكثر موثوقية.
   

3. التعديل – Modulation:

1. يستخدم التعديل لتوفير إرسال فعّال للإشارة عبر القناة.
   
2. يتم استخدام الكاشف من أجل فك تشفير القناة، ولدى مفكك تشفير المصدر الأدوار المعاكسة تماماً للعبها بالمقارنة مع مشفر القناة ومشفّر المصدر على التوالي.
   

مستقبل الاتصالات التماثلية:

في المستقبل، يتم استقبال إشارة التعديل هذه ومعالجتها لاستعادة الإشارة الأصلية أمّا في أيامنا هذه تأتي جميع أشكال التعديل التماثلي ونقل الراديو بتعديل التردد والإرسال التلفزيوني تحت مثال الاتصالات التماثلية.

توفير الطاقة من خلال المعالجة التماثلية أي إعادة معالجة بعض المعلومات إلى سلسلة الإشارات التماثلية، تستخدم (DSPs) طاقة كبيرة أثناء معالجة البيانات، بينما تستخدم الأنظمة التماثلية أقل من ذلك بكثير وأحد الأمثلة على تطبيق الأمن الداخلي هو أن يكون لديك أجهزة استشعار مدعومة بحصادات الطاقة مثل الخلايا الشمسية، حيث تقوم ببعض عمليات تحديد الهوية في المجال التماثلي، من الأمثلة على ذلك الاستماع إلى اهتزازات الأشخاص أو المركبات التي تقترب من خط حدودي وعند تحديد احتمال جيد للاكتشاف فإنّه يمكن معالجة الطاقة الأعلى لـ(DSP) عبر الإنترنت للتحقق من نتائج النظام الفرعي التماثلي، ممّا يوفر قدراً كبيراً من الطاقة نظراً لأنّ (DSP) خارج الخط ويتم تشغيله في معظم الأوقات وكما يمكن تشغيل الأنظمة المصممة بهذه الطريقة بدون خدمة إلى أجل غير مسمى وهو أمر مهم للغاية للتطبيقات في المناطق النائية.