مفتاح إزاحة الطور التربيعي QPSK

في نظام الاتصالات، يكون التضمين هو الطريقة التي تتنوع بها خصائص إشارة الموجة الحاملة وفقاً لإشارات الرسالة، حيث في التضمين الرقمي تكون إشارة النطاق الأساسي هي البيانات الرقمية في شكل “0” و”1″، كما إنّ مفتاح إزاحة الطور هو طريقة للتضمين الرقمي، كما يتم تعديل طور الموجة الحاملة اعتماداً على إشارة النطاق الأساسي، وهناك نوعان من طرق مفتاح إزاحة الطور هما مفتاح إزاحة الطور الثنائي وإدخال مفتاح إزاحة الطور التربيعي.

ما هو مفتاح إزاحة الطور التربيعي QPSK؟

مفتاح إزاحة الطور التربيعي “Quadrature Phase Shift Keying”: هو أسلوب تعديل، وهو أسلوب مثير للاهتمام بشكل خاص؛ لأنّه ينقل في الواقع “2 بت” لكل رمز، أي لا يمثل رمز “0 أو “1”، لكنّه يمثل “00” أو “01” أو “10” أو “11”.

هذا الأداء الثنائي البت لكل رمز ممكن؛ لأنّ اختلافات الموجة الحاملة لا تقتصر على حالتين، حيث في “ASK” يكون اتساع الموجة الحاملة، إمّا خيار السعة “A” ويمثل “1” أو خيار السعة “B” ويمثل “0”، أمّا في “QPSK”، تختلف الموجة الحاملة من حيث الطور وليس التردد وهناك أربعة تحولات طور محتملة.

يُعد مفتاح إزاحة الطور التربيعي “QPSK” بأنّه طريقة تعديل رقمي، وفي هذه الطريقة يتم تغيير مرحلة شكل موجة الموجة الحاملة وفقاً لإشارة النطاق الأساسي الرقمي، كما تبقى مرحلة الناقل كما هي عندما يكون منطق الإدخال هو “1”، ولكنّه ينتقل إلى مرحلة التحول عندما يكون المنطق “0”، حيث في “QPSK”، يتم تعديل بتات معلومات في وقت واحد، على عكس “BPSK “، حيث يكون بت واحد فقط مرة لكل رمز، كما توجد أربعة إزاحات طور الموجة الحاملة بفارق طور قدره “± 90 درجة” لأربع مجموعات محتملة من 2 بت “00، 01، 10، 11″، ومدة الرمز في هذا التشكيل هي ضعف مدة البت.

• “QPSK” هي اختصار لـ “Quadrature Phase Shift Keying”.

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

• “BPSK” هي اختصار لـ “Binary Phase Shift Keying”.

مخطط مفتاح إزاحة الطور التربيعي QPSK:

مخطط “QPSK”: هو أسلوب التعديل الرقمي الأكثر استخداماً، حيث يتم استخدامه في الاتصالات اللاسلكية، مثل معايير “WLAN” أو “Wi-Fi” و”WiMAX“، بالإضافة إلى العديد من أنظمة الهواتف المحمولة الرقمية وأنظمة البث التلفزيوني عبر الأقمار الصناعية، وفي المعلومات الموجودة في “QPSK” وفي طور الموجة الحاملة أي أنّ طور الموجة الحاملة يأخذ واحدة من أربع قيم متساوية التباعد.

بالمقارنة مع مخططات التشكيل التي ترسل بت واحد لكل رمز، فإنّ “QPSK” مفيد من حيث كفاءة عرض النطاق الترددي، فعلى سبيل المثال تخيل إشارة النطاق الأساسي التماثلية في نظام مفتاح إزاحة الطور الثنائي “BPSK”، حيث تستخدم “BPSK” إزالتين ممكنتين للطور بدلاً من أربعة، وبالتالي يمكنها نقل بت واحد فقط لكل رمز، وإشارة النطاق الأساسي لها تردد معين، وخلال كل فترة رمز يمكن إرسال بت واحد نظام “QPSK” يمكن استخدام الإشارة من نفس التردد، إلّا أنّه ينقل اثنين بت خلال كل فترة الرمز وبالتالي، فإنّ كفاءة عرض النطاق الترددي الخاص بها أعلى بمعامل اثنين.

أساسيات مفتاح إزاحة الطور التربيعي QPSK:

في عالم الإلكترونيات السلكية، تُظهر الإشارات التماثلية اختلافات مستمرة، بينما تفترض الإشارات الرقمية بشكل مثالي إحدى حالتين منفصلتين، حيث يمكن أن يمتد هذا التمييز إلى الأنظمة التي تنقل البيانات عبر الإشعاع الكهرومغناطيسي بدلاً من التيار الكهربائي الذي ينتقل عبر الأسلاك، وعند استخدامها للإشارات التماثلية، يؤدي تعديل التردد وتعديل الاتساع إلى تغيرات مستمرة في تردد أو اتساع الموجة الحاملة.

وعند استخدام تقنيات التشكيل للاتصال الرقمي، يتم تقييد الاختلافات المطبقة على الموجة الحاملة وفقاً للمعلومات المنفصلة التي يتم إرسالها، وأمثلة على أنواع التشكيل الرقمي الشائعة هي تشغيل أو الإيقاف “OOK” ومفتاح إزاحة السعة “ASK” ومفتاح إزاحة التردد “FSK”، كما تتسبب هذه المخططات في أنّ يفترض الناقل إحدى الحالتين المحتملتين اعتماداً على ما إذا كان يجب على النظام إرسال “1 ثنائي” أو “0 ثنائي”، ويشار إلى كل حالة حاملة منفصلة على أنّها رمز.

يمكن تحديد ما يجب أن تكون عليه هذه التحولات الأربع المحتملة، كما أنّ التعديل هو مجرد بداية لعملية الاتصال، ويحتاج المستقبل إلى أن يكون قادراً على استخراج المعلومات الأصلية من الإشارة المشكلة وبعد ذلك من المنطقي البحث عن أقصى فصل بين خيارات الطور الأربعة، بحيث يواجه المستقبِل صعوبة أقل في التمييز بين حالة وأخرى، كما يوجد “360 درجة” من الطور للعمل بها وأربع حالات طور، وبالتالي يجب أن يكون المسافة بينهم “360 درجة / 4 = 90 درجة”، لذا فإنّ تحولات الطور الأربعة “QPSK” هي “45 درجة” و”135 درجة” و”225 درجة” و”315 درجة”.

هناك سبب آخر يجعل من المنطقي اختيار تحولات الطور الأربعة لـ “QPSK”، حيث يتم إنشاؤها بسهولة باستخدام تقنيات تعديل “I / Q”؛ لأنّ جمع إشارات “I” و”Q” التي تكون إمّا مقلوبة أو غير مقلوبة تؤدي إلى تحولات الطور الأربعة هذه .

• “WLAN” هي اختصار لـ “Wireless Local Area Network”.

• “OOK” هي اختصار لـ “On-off keying”.

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

• “WiMAX” هي اختصار لـ “Worldwide Interoperability for Microwave Access”.

مخطط الرسم البياني لمفتاح إزاحة الطور التربيعي QPSK:

بدلاً من تحويل البتات إلى دفق رقمي، يقوم “QPSK” بتحويلها إلى أزواج بت، وتُعرف هذه الطريقة أيضاً باسم طريقة تعديل الموجة الحاملة المكبوتة ذات النطاق المزدوج، كما تتكون دارة تعديل “QPSK” من مقسم بت ومحول تسلسلي إلى متوازي “2 بت” ومضاعفين ومذبذب محلي والجامع، حيث عند إدخال جهاز الإرسال يتم التباعد بين بتات إشارة الرسالة على أنّها بتات زوجية وبتات فردية باستخدام مقسم بت، وبعد ذلك يتم ضرب هذه البتات بنفس شكل الموجة الحاملة لإنتاج إشارات “QPSK” و”Odd QPSK”.

تكون إشارة “QPSK” المتساوية هي ناقل طور بمقدار “90 درجة”، وباستعمال ناقل طور قبل التعديل يتم استخدام المذبذب المحلي لإنتاج شكل الموجة الحاملة، وبعد فصل البتات يتم استخدام محول “2 بت” مسلسل إلى متوازي، وبعد الضرب في شكل موجة الموجة الحاملة يتم إعطاء كل من “Even QPSK” و”Odd QPSK” إلى الجامع عند الحصول على ناتج التشكيل.

في نهاية جهاز الاستلام لإزالة التعديل، يتم استعمال كاشفين، حيث تعمل أجهزة البحث عن الموجة بتحويل إشارة “QPSK” التي تم تعديلها إلى إشارات “Even QPSK” و”Odd QPSK”، وبعد ذلك يتم تمرير الإشارات من خلال مرشحين ممر النطاق واثنين من التكامل، وبعد المعالجة يتم تطبيق الإشارات على المحول المتوازي إلى السلسلة “2 بت”، والذي يكون ناتجه هو الإشارة المعاد بناؤها.

مميزات وعيوب مفتاح إزاحة الطور التربيعي QPSK:

• يوفر مناعة جيدة ضد الضوضاء.

• وبالمقارنة مع “BPSK”، فإنّ عرض النطاق الترددي المعتمد في “QPSK” ينخفض ​​إلى النصف.

• معدل نقل المعلومات الخاص بـ “QPSK” أعلى لأنّه يرسل “2 بت” لكل رمز ناقل.

• تبقى قدرة الموجة الحاملة ثابتة؛ لأنّ التباين في اتساع “QPSK” صغير.

• الاستخدام الفعال لعرض النطاق الترددي المتاح للإرسال.

• احتمالية خطأ منخفضة مقارنة بالطرق الأخرى.

• عيب “QPSK” مقارنة بـ “BPSK” هو تعقيد الدائرة.