مفتاح تحويل الطور الثنائي Binary Phase Shift Keying  

يُعد الاتصال هو عملية نقل المعلومات من مكان إلى آخر، حيث هناك العديد من وسائل الاتصال المستخدمة اليوم، كما تسارعت وتيرة التطور في مجال الاتصالات في الحرب العالمية، ومن طرق الاتصال السلكية تم الانتقال نحو الاتصالات اللاسلكية، ومن طرق الاتصال التماثلية تم الانتقال نحو طرق الاتصال الرقمي.

ما هو مفتاح تحويل الطور الثنائي BPSK؟

مفتاح تحويل الطور الثنائي “BPSK”: هو مخطط تعديل رقمي ينقل البيانات عن طريق تغيير أو تعديل طورين مختلفين للإشارة المرجعية أي الموجة الحاملة، حيث عادةً ما يتم وضع نقاط الكوكبة المختارة مع تباعد زاوي منتظم حول الدائرة، وهذا يعطي أقصى فصل طوري بين النقاط المتجاورة، وبالتالي أفضل مناعة ضد الفساد، كما يتم وضعهم على دائرة بحيث يمكن نقلهم جميعاً بنفس الطاقة، وبهذه الطريقة ستكون معاملات الأعداد المركبة التي تمثلها هي نفسها، وبالتالي ستكون السعات المطلوبة لجيب التمام وموجات الجيب.

في التشكيل الرقمي بدلاً من شكل الموجة التماثلية، يتم نقل البيانات الرقمية من مكان إلى آخر، كما يتم نقل المستويات المنطقية عالية والمستوى المنطقي المنخفض، وتكون إشارة النطاق الأساسي المستخدمة في التعديل الرقمي في شكل “0” و”1″، وبناءً على المستوى المنطقي لإشارة النطاق الأساسي، وتتنوع خصائص شكل موجة الموجة الحاملة.

في هذا المفتاح ثنائي الطور التحول، تتنوع مرحلة شكل موجة الموجة الحاملة اتباعاً لإشارة النطاق الأساسي الرقمي، ونظراً لأنّ إشارة النطاق الأساسي الرقمية تحتوي على مستويين فقط، إمّا “0” أو “1”، وحيث من هنا جاء اسم “ثنائي”، ونظراً لأنّه تم العثور على الاتصال اللاسلكي أكثر فاعلية، تم إدخال تقنيات مختلفة لجعله أكثر موثوقية وأماناً، كما يُعد التعديل أحد هذه التقنيات التي تم تقديمها لنقل البيانات عبر مسافات طويلة، وكذلك يُعد مفتاح إزاحة الطور الثنائي إحدى طرق التعديل الرقمي.

في تقنيات التشكيل الرقمي، يتم اختيار مجموعة من الوظائف الأساسية لنظام تعديل معين، وبشكل عام تكون وظائف الأساس متعامدة مع بعضها البعض، كما يمكن اشتقاق وظائف الأساس باستخدام إجراء جرام شميدت المتعامد “Gram Schmidt orthogonalization”، وبمجرد اختيار وظائف القاعدة يمكن رسم أي متجه في مساحة الإشارة كفئات خطية منها، حيث في “BPSK” يتم اعتماد جيب واحد فقط كوظيفة أساسية، كما يتم تحقيق التعديل عن طريق تغيير طور الجيب اعتماداً على بتات الرسالة، لذلك في غضون فترة بت “Tb”.

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

تعديل مفتاح تحويل الطور الثنائي BPSK:

في هذا التشكيل، يتنوع طور الموجة الحاملة، حيث عندما تكون إشارة النطاق الأساسي عند المنطق “-1” يبقى طور الموجة الحاملة دون تغيير، أمّا عندما يكون المستوى المنطقي لإشارة النطاق الأساسي منخفضاً “0” تنعكس طور إشارة الموجة الحاملة، وبالتالي في طريقة التعديل هذه وعندما يكون هناك منطق “0” في إشارة النطاق الأساسي، تخضع مرحلة إشارة الموجة الحاملة لتغيير طوري بمقدار “180 درجة”.

في طريقة التشكيل الرقمي هذه، يجب عكس طور إشارة الموجة الحاملة عند اكتشاف المستوى المنطقي “0” في إشارة النطاق الأساسي، كما يمكن تحقيق ذلك ببساطة عن طريق ضرب شكل الموجة الحاملة الجيبية بالرقم “-1″، وهذا يجعل تنفيذ هذا التعديل بسيطاً جداً.

يواجه هذا التعديل تحدي التحولات عالية الانحدار في شكل موجة الموجة الحاملة ويمكن أن تولد طاقة عالية التردد، كما يمكن أن تتداخل مع إشارات التردد الراديوي الأخرى وتشوه النظام، لذلك من أجل عمليات الانتقال السلس، يجب أن تكون فترة البتات الرقمية مساوية لدورة موجة حاملة كاملة.

كما يجب إجراء مزامنة للتحولات الرقمية مع شكل موجة الموجة الحاملة، حيث يتم استخدام كاشف متماسك جنباً إلى جنب مع حلقة قفل الطور عند طرف المستقبل لإزالة التشكيل، وقبل التعديل يتم تشفير إشارة الرسالة باستعمال طريقة “NRZ”.

ومن أجل توفير اتصال لاسلكي جيجابت في الثانية، تم عرض وتنفيذ معايير مختلفة في السنوات الأخيرة ونظراً لأنّ اتصال الموجة المليمترية، يتيح نقل البيانات عالية السرعة غير المضغوطة بأدنى حد من التأخير فهي تُعتبر أكثر التقنيات الواعدة لتخفيف ضغط الطلب المتزايد على مورد الطيف، كما يتم تقديم جهاز إرسال مموج مدمج وذو كفاءة عالية، ويمكن لجهاز إرسال مفتاح تحويل الطور الثنائي “BPSK” المُقفل بالحقن أن يُعطي ناتج “10.2 ديسيبل ميلي واط” بكفاءة تزيد عن “10%”.

• “NRZ” هي اختصار لـ “non return to zero”.

مميزات مفتاح تحويل الطور الثنائي BPSK:

• يجعل البت الثنائي “0” و”1″ من النطاق الأساسي مع تحول طور “180 درجة” للحامل هذا التعديل أكثر قوة ممّا يسمح بنقل البيانات إلى مسافات أكبر.

• جهاز الاستقبال المستخدم هنا بسيط للغاية مقارنة بالتقنيات الأخرى.

• لكل رمز ناقل، حيث يتم إرسال بت واحد فقط، وبالتالي فإنّ معدل البيانات أقل مقارنة بالتقنيات الأخرى.

• تقنية التشكيل الرقمي هذه ليست فعالة في عرض النطاق الترددي مقارنة بالطرق الأخرى.

• طريقة التعديل هذه سهلة التنفيذ وأقل تكلفة، حيث تستخدم هذه الطريقة في الأبراج الخلوية لنقل البيانات لمسافات طويلة وعملية تقدير القناة.

• تُعد “BPSK” هي تقنية تشكيل موفرة للطاقة، حيث يلزم طاقة أقل لإرسال الموجة الحاملة بعدد أقل من البتات.

جهاز الإرسال BPSK:

يتم تنفيذ مرسل “BPSK”، عن طريق تشفير بتات الرسالة باستخدام تشفير “NRZ” أي “1” يمثله الجهد الموجب و”0″ يمثله الجهد السالب، وضرب الناتج من خلال مذبذب مرجعي يتفعل عند تردد الموجة الحاملة “fc”، كما تعمل الوظيفة بتنفيذ مرسل “BPSK” للنطاق الأساسي، حيث يكون ناتج الوظيفة في النطاق الأساسي ويمكن ضربه اختيارياً مع تردد الموجة الحاملة خارج الوظيفة.

من أجل الحصول على منحنيات مستمرة ومتناسقة، يجب اختيار عامل زيادة العينات “L” في المحاكاة بشكل مناسب، حيث إذا تم استخدام إشارة الموجة الحاملة، فمن الملائم اختيار عامل زيادة العينات كنسبة تردد أخذ العينات “fs” وتردد الموجة الحاملة “fc”، كما يجب أن يفي تردد أخذ العينات المحددة بنظرية أخذ العينات “Nyquist” فيما يتعلق بتردد الموجة الحاملة.

ولمحاكاة شكل موجة النطاق الأساسي، يمكن ببساطة اختيار عامل الاعتيان كنسبة من فترة البتات “Tb” إلى فترة الاعتيان المختارة “Ts”، حيث تكون فترة الاعتيان أصغر بدرجة كافية من فترة البتات.

جهاز استقبال BPSK:

يستخدم كاشف متماسك من نوع الارتباط، لتنفيذ المستقبِل، حيث في تقنية الكشف المتماسك يجب أن يعرف المستقبل معرفة تردد الموجة الحاملة والمرحلة، كما يمكن تحقيق ذلك باستخدام حلقة كوستاس أو حلقة قفل الطور “PLL” في جهاز الاستقبال، ولأغراض المحاكاة نفترض ببساطة أنّ استرجاع طور الموجة الحاملة قد تم، وبالتالي فإنّه يتم استخدام التردد المرجعي المتولد مباشرة في المستقبل.

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

عيوب BPSK:

• في تشكيل “BPSK”، يتم حمل بتة واحدة بواسطة موجة حاملة تمثيلية واحدة، ومن ثم فإنّ معدل البيانات بالبتات في الثانية هو نفس معدل الرمز، وهذا هو النصف مقارنة بتقنية التعديل “QPSK” وأقل عدة مرات مقارنة بتقنيات التعديل الأخرى، مثل “16QAM” و”64QAM”.

• إنّ “BPSK” ليست تقنية تشكيل فعالة لعرض النطاق الترددي مقارنة بأنواع التشكيل الأخرى.

ملاحظة:“QAM” هي اختصار لـ “Quadrature Amplitude Modulation” و”QPSK” هي اختصار لـ “Quadrature Phase Shift Keying”.