ما هو مفتاح إزاحة الطور PSK لنقل البيانات

يستخدم مفتاح إزاحة الطور “PSK” على نطاق واسع في نظام الاتصالات الراديوية، وهذا النوع من التقنية متوافق في الغالب مع اتصالات البيانات، حيث يسمح بنقل المعلومات بطريقة أكثر فاعلية عبر إشارة اتصالات لاسلكية مقارنة بأشكال التعديل الأخرى، ويتزايد اتصال البيانات مع أشكال مختلفة من تنسيقات الاتصال مثل التماثلية  إلى الرقمية لنقل البيانات جنباً إلى جنب مع أشكال التعديل المختلفة.

ما هو مفتاح تحويل الطور PSK؟

مفتاح تغيير الطور “PSK”: هو أحد أنواع طرق التعديل الرقمي، حيث يعمل هذا النوع من الطريقة لنقل البيانات عن طريق تعديل تغيير طور إشارة الموجة الحاملة المعروفة باسم الإشارة المرجعية، كما يمكن تمثيل البيانات الرقمية بأي نوع من طرق التشكيل الرقمي باستخدام عدد محدود من الإشارات المنفصلة ويستخدم هذا النوع من طرق التعديل عدداً محدوداً من المراحل، حيث يمكن تخصيص كل مرحلة بأرقام ثنائية، وكل مرحلة تشفر عدداً مكافئاً من البتات، ويشكل كل نمط بتات الرمز الذي يُشار إليه بالمرحلة الدقيقة.

يمكن تعزيز طريقة “PSK” بطريقة مميزة وهي مخطط الأبراج في هذا النوع من الاتصال، كما يمكن تحديد نقاط الكوكبة بشكل عام عن طريق التباعد الزاوي المنتظم في منطقة الدائرة، بحيث يمكن تقديم فصل الطور الأقصى بين النقاط المجاورة، كما يتم ترتيبها في دائرة بحيث يمكن نقلها جميعاً بواسطة طاقة مماثلة.

إنّ مفتاح إزاحة الطور هو طريقة لتحويل الإشارة عندما تتبدل مرحلة تذبذب الحمل فجأة اعتماداً على رسائل البيانات المنفصلة، كما يكون لكل رمز رقمي المرحلة الأولية لإشارة الموجة الحاملة الخاصة به وتبقى السعة ثابتة، كما يُعد هذا النوع من مفاتيح التحول أكثر صعوبة في التحقيق، ولكنّه في نفس الوقت أكثر مقاومة للضوضاء مقارنة بنوعين آخرين من مفاتيح التحول.

كما تُعد بأنها تقنية التشكيل الرقمي التي يتم فيها تغيير طور إشارة الموجة عن طريق تغيير مدخلات الجيب وجيب التمام في وقت معين، وتُستخدم تقنية “PSK” على نطاق واسع في الشبكات المحلية اللاسلكية والقياسات الحيوية والعمليات غير التلامسية.

• “PSK” هي اختصار لـ “Phase shift keying”.

أنواع PSK:

أولاً: مفتاح ثنائي المرحلة “BPSK”:

مفتاح ثنائي المرحلة “BPSK”: هي تقنية مفتاح إزاحة الطور، حيث يأخذ حامل الموجة الجيبية أربعة انعكاسات طور مثل “0 درجة” و”90 درجة” و”180 درجة” و”270 درجة، كما يطلق عليه مفتاح انعكاس الطور “PRK” أو “2PSK”، ويعمل هذا النوع من مفاتيح تغيير الطور في مراحل مفصولة بـ “180 درجة”، لذلك هذا هو سبب استدعاء “2-PSK”، وفي هذه الطريقة لا يُعد ترتيب نقاط الكوكبة مسألة مكان وضعها بالضبط.

وهذا النوع من التنويع قوي لجميع “PSKs” لأنّه يأخذ الحد الأقصى لمستوى الضوضاء بخلاف ذلك للتشويه لجعل المزيل يصل إلى قرار غير صحيح، ومع ذلك فهو قادر فقط على التعديل بمعدل “1 بت” لكل رمز ولا يناسب تطبيقات مثل معدل البيانات المرتفع.

• “BPSK” هي اختصار لـ “Binary Phase shift keying”.

• “PRK” هي اختصار لـ “Phase Reverse keying”.

1- تعديل “BPSK”:

يتكون مخطط كتلة مفتاح تحول الطور الثنائي من مُعدِّل التوازن الذي يحتوي على الموجة الجيبية الحاملة كمدخل واحد، وكذلك التسلسل الثنائي كمدخل آخر، كما يتم تعديل” BPSK” باستخدام مُعدِّل التوازن، والذي يضاعف الإشارتين المطبقتين عند الإدخال حيث بالنسبة للإدخال الثنائي الصفري، ستكون المرحلة “0 درجة” وللإدخال المرتفع يكون انعكاس الطور “180 درجة”.

2- استخلاص “BPSK”:

يتكون مخطط الكتلة الخاص بمزيل التشكيل “BPSK” من خلاط بدائرة مذبذب محلية ومرشح ممر النطاق، وكذلك دائرة كاشف ثنائية الدخل، ومن خلال استعادة إشارة الرسالة محدودة النطاق بمساعدة دائرة الخلاط ومرشح تمرير النطاق، يتم الانتهاء من المرحلة الأولى من إزالة التشكيل، كما يتم الحصول على إشارة النطاق الأساسي التي هي نطاق محدود وتستخدم هذه الإشارة لتجديد تدفق بتات الرسالة الثنائية.

في المرحلة الأخرى من إزالة التشكيل يلزم معدل ساعة البت في دائرة الكاشف؛ لإنتاج إشارة الرسالة الثنائية الأصلية، حيث إذا كان معدل البتات هو مضاعف فرعي لتردد الموجة الحاملة، فسيتم تبسيط تجديد كمية البتات، ولجعل الدائرة مفهومة بسهولة يمكن أيضاً إدخال دائرة اتخاذ القرار في المرحلة الثانية من الكشف.

ثانياً: المفتاح التربيعي لتغيير الطور “QPSK”:

يمكن تحسين معدل البت عن طريق إضافة الكثير من البتات على قطعة واحدة، وفي هذا النوع من “PSK”، ويمكن موازاة تدفق البتات، بحيث يمكن تقسيم كل بتتين واردتين وتغيير الطور عن طريق إدخال تردد ناقل، كما يمكن تحويل أحد ترددات الموجة الحاملة إلى إزاحة بمقدار “90 درجة” عن الآخر داخل التربيع، وبعد ذلك تضاف إشارات المفتاح ذات إزاحة الطور 2 لتوليد أحد عناصر الإشارة الأربعة.

• “QPSK” هي اختصار لـ “Quadrature Phase shift keying”.

 أشكال PSK:

• إزاحة تربيع مفتاح إزاحة الطور “O-QPSK”.

• 8 نقطة مفتاح إزاحة الطور “8 PSK”.

• 16 نقطة مفتاح إزاحة الطور “16 PSK”.

هذه أنواع “PSK” التي تستخدم في تطبيقات الاتصالات الراديوية، حيث يتضمن كل نوع من أنواع “PSK” مزايا وعيوب وبشكل عام ستسمح أنواع “PSK” عالية المستوى بإرسال معدلات معلومات عالية في عرض نطاق معين، لكن المشكلة تكمن في ارتفاع معدل البيانات الذي يحتاج إلى نسبة “S/N” متفوقة قبل أن تبدأ معدلات الخطأ في الزيادة، كما يعمل هذا العداد على تحسين أداء معدل المعلومات، ويمكن أن يعتمد شكل التشكيل الذي يمكن اختياره بواسطة أنظمة الاتصالات الراديوية على الشروط والمتطلبات الحالية.

ملاحظة: “O-QPSK” هي اختصار لـ “Offset Quadrature Phase Shift Keying”.

ملاحظة:“S/N” هي اختصار لـ “Signal-to-noise ratio”.

مزايا مفتاح إزاحة الطور:

• هذا النوع من “PSK” بنقل البيانات بإشارة اتصالات لاسلكية بشكل أكثر قوة مقارنة مع “FSK”.

• “QPSK” هو نوع آخر من المعلومات التي يتم نقلها، كما يتم استخدام حالات “4 أنواع”، كل ذلك في “90 درجة” من بعضها البعض.

• يكون أقل مستوى للعطل عندما نقوم بالتقييم باستخدام تعديل “ASK” ويحتل نطاقاً ترددياً مشابهاً مثل “ASK”.

• استخدام “PSK”، يمكنك تعزيز معدل نقل المعلومات مرتفع بمساعدة تغييرات “PSK” مرتفعة المستوى مثل “QPSK” و”16-QAM”، كما يشير “QPSK” إلى “2 بت” لكل كوكبة، بينما يشير “16-QAM” إلى “2 بت” لكل كوكبة.

ملاحظة: “QAM” هي اختصار لـ “Quadrature Amplitude Modulation”.

ملاحظة:“FSK” هي اختصار لـ “Frequency-shift keying” و”ASK” هي اختصار لـ “Amplitude Shift Keying”.

عيوب مفتاح إزاحة الطور:

• كفاءة عرض النطاق الترددي لـ “PSK” أقل مقارنة بنوع التشكيل “ASK”.

• إنّها إشارة مرجعية غير متماسكة.

• من خلال تقدير حالات المرحلة للإشارة، حيث يمكن فك تشفير المعلومات الثنائية، والخوارزميات مثل الاسترداد والكشف صعبة للغاية.

• إنّ تعديلات “PSK” مرتفعة المستوى مثل “QPSK” و”16-QAM” أكثر حساسية.

• إنّه ينتج عمليات استخلاص خاطئة، حيث يمكن أن يتحد الخطأ مع الوقت لأنّ الإشارة المرجعية لإزالة التشكيل ليست ثابتة.

تطبيقات مفتاح إزاحة الطور:

• تُستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع للشبكات المحلية اللاسلكية والمقاييس الحيوية جنباً إلى جنب مع الاتصالات اللاسلكية مثل “Bluetooth” و”RFID“.

• مذبذب محلي.

• الاتصالات البصرية.

• “WDM” متعدد القنوات.

• تأخير وإضافة المستخلص.

• التأثيرات غير الخطية لنقل “WDM“.

ملاحظة:“WDM” هي اختصار لـ “Wavelength-Division Multiplexing”.

ملاحظة: “RFID” هي اختصار لـ “radio frequency identification”.