عند تصميم الأنظمة الرقمية الكبيرة والمعقدة، غالباً ما يكون من الضروري وجود جهاز واحد ينقل المعلومات الرقمية من وإلى الأجهزة الأخرى، تتمثل إحدى مزايا المعلومات الرقمية في أنّها تميل إلى أن تكون أكثر مقاومة للأخطاء المرسلة والمترجمة عن المعلومات التي يتم ترميزها في وسيط تناظري.

ما هي الاتصالات الرقمية – Digital Communication؟

الاتصالات الرقمية (Digital Communication): هي النقل المادي للبيانات عبر قناة الاتصال من نقطة إلى نقطة أو من نقطة إلى نقاط متعددة أي إنّه نقل رسائل منفصل، وهي الاتصال الذي يتم باستخدام تقنية الكمبيوتر ويحدث وفقاً للمحتويات التي تم إنشاؤها باستخدام الرموز الرقمية، وتُعد هي عملية مشاركة الأفكار والمعلومات والرسائل مع الآخرين في وقت ومكان معينين بمساعدة الأجهزة الرقمية مثل الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر والأجهزة الإلكترونية المماثلة.

تلعب الاتصالات الرقمية دوراً حيوياً في عالم اليوم الإلكتروني ويعتمد معدل نقل البيانات في الاتصالات الرقمية على خصائصها بحيث يُمكن إجراء الاتصالات الرقمية عبر مسافات كبيرة عبر الإنترنت وأشياء أخرى ويوفر تسهيلات مثل مؤتمرات الفيديو التي توفر الكثير من الوقت والمال والجهد، تكنولوجيا الاتصالات التي أخافت الكثيرين منّا قبل بضع سنوات فقط أصبحت الآن جزءاً من حياتنا الروتينية، فإنّ التحول في الاتصالات الرقمية يثير أيضاً مهمة اقتصادية وسياسة عامة ومجتمعية مهمة.

الهدف من الاتصالات الرقمية:

  1. تمنع المكررات الموجودة في الاتصالات الرقمية من تراكم الضوضاء على طول المسير، وهذا غير ممكن مع أنظمة الاتصال التناظرية التي تمثل الإشارة بشكل ثنائي الحالة، يكون الإدخال إلى النظام الرقمي في شكل سلسلة من البتات (ثنائية أو صفيف M) مناعة ضد التشويه والتداخل، الاتصال الرقمي متين بمعنى أنّه أكثر مناعة ضد ضوضاء القناة والتشويه.

  2. يُمكن أن يجمع بين أنواع إشارات مختلفة مثل: البيانات والصوت والنص وما إلى ذلك، حيث يُعتبر اتصال البيانات في أجهزة الكمبيوتر رقمياً بطبيعته بينما الاتصال الصوتي بين الأشخاص هو تناظري بطبيعته.

  3. باستخدام التقنيات الرقمية يُصبح من الممكن الجمع بين كلا التنسيقين للإرسال من خلال وسيط مشترك، تُعتبر تقنيات التشفير والخصوصية أسهل في التنفيذ وأداء عام أفضل.

  4. يُعد الاتصال الرقمي أكثر كفاءة بطبيعته من الاتصال التناظري في تحقيق تبادل (SNR) لعرض النطاق الترددي.

  5. يمكن ترميز الإشارات الرقمية للحصول على معدلات منخفضة للغاية ودقة عالية بالإضافة إلى الخصوصية.

مزايا الاتصال الرقمي – Digital Communication:

  • يكون تأثير التشويه والضوضاء والتداخل أقل بكثير في الإشارات الرقمية لأنّها أقل تأثراً.

  • الدوائر الرقمية أكثر موثوقية.

  • الدوائر الرقمية سهلة التصميم وأرخص من الدوائر التناظرية.

  • يُعد تنفيذ الأجهزة في الدوائر الرقمية أكثر مرونة من التناظرية.

  • من النادر جداً حدوث الكلام المتبادل في الاتصالات الرقمية.

  • لا يتم تغيير الإشارة لأنّ النبض يحتاج إلى اضطراب كبير لتغيير خصائصه وهو أمر صعب للغاية.

  • يتم استخدام وظائف معالجة الإشارات مثل التشفير والضغط في الدوائر الرقمية للحفاظ على سرية المعلومات.

  • يتم تقليل احتمالية حدوث الخطأ من خلال استخدام رموز اكتشاف الأخطاء وتصحيح الأخطاء.

  • تستخدم تقنية الطيف المنتشر لتجنب تشويش الإشارة.

  • يعد الجمع بين الإشارات الرقمية باستخدام تعدد الإرسال بتقسيم الوقت (TDM) أسهل من الجمع بين الإشارات التناظرية باستخدام تعدد الإرسال بتقسيم التردد (FDM).

  • عملية تكوين الإشارات الرقمية أسهل من الإشارات التناظرية.

  • يمكن حفظ الإشارات الرقمية واسترجاعها بسهولة أكبر من الإشارات التناظرية.

  • تمتلك العديد من الدوائر الرقمية تقنيات تشفير شائعة تقريباً وبالتالي يمكن استخدام أجهزة مماثلة لعدد من الأغراض.

  • يتم استخدام سعة القناة بشكل فعّال بواسطة الإشارات الرقمية.

مكونات الاتصالات الرقمية:

1. المصدر – Source:

المصدر: هو الإشارة الداخلية سواء كانت بيانات أو صور أو صوت ويُمكن أن يكون المصدر إشارة تناظرية.

2. محول الإدخال – Input Transducer:

محول الإدخال: هو محول طاقة يقوم على أخذ المدخلات المادية ويحولها إلى إشارة كهربائية؛ مثال: الميكروفون، وتتكون هذه الكتلة أيضاً من محول تناظري إلى رقمي حيث يلزم وجود إشارة رقمية لمزيد من العمليات ويقوم على تمثيل الإشارة الرقمية بشكل عام بتسلسل ثنائي.

3. مشفر المصدر – Source Encoder:

يقوم مشفر المصدر بضغط البيانات إلى أقل عدد ممكن من البتات، ممّا تساعد هذه العملية في الاستخدام الفعّال لعرض النطاق الترددي ويزيل البتات الزائدة عن الحاجة.

4. مشفر القناة – Channel Encoder:

يقوم مشفر القناة بالتشفير لتصحيح الخطأ وذلك أثناء إرسال الإشارة، وبسبب الضوضاء في القناة قد يتم تغيير الإشارة وبالتالي لتجنب ذلك يضيف مشفر القناة بعض البتات الزائدة إلى البيانات المرسلة وهذه هي بتات تصحيح الخطأ.

5. المغير الرقمي – Digital Modulator:

يتم تعديل الإشارة المراد إرسالها بواسطة ناقل حيث يتم تحويل الإشارة أيضاً إلى تناظرية من التسلسل الرقمي، وذلك لجعلها تنتقل عبر القناة أو الوسيط.

6. القناة – Channel:

تسمح القناة أو الوسيط للإشارة بالانتقال من نهاية جهاز الإرسال إلى نهاية جهاز الاستقبال.

7. المستخلص الرقمي – Digital Demodulator:

هذه هي الخطوة الأولى في نهاية جهاز الاستقبال ويتم إزالة تشكيل الإشارة المستقبلة وكذلك تحويلها مرة أخرى من التناظرية إلى الرقمية ثم يتم إعادة بناء الإشارة هنا.

8. قناة فك التشفير – Channel Decoder:

يقوم مفكك تشفير القناة بعد اكتشاف التسلسل بإجراء بعض تصحيحات الأخطاء، ويتم تصحيح التشوهات التي قد تحدث أثناء الإرسال بإضافة بعض البتات الزائدة وتساعد إضافة البتات هذه في الاسترداد الكامل للإشارة الأصلية.

9. مصدر فك التشفير – Source Decoder:

يتم ترقيم الإشارة الناتجة مرة أخرى عن طريق أخذ العينات والقياس بحيث يتم الحصول على المخرجات الرقمية النقية دون فقدان المعلومات، وتقوم وحدة فك ترميز المصدر بإعادة إنشاء إخراج المصدر.

10. محول المخرجات – Output Transducer:

هذا هو الجزء الأخير الذي يحول الإشارة إلى الشكل المادي الأصلي الذي كان عند إدخال جهاز الإرسال، ويقوم بتحويل الإشارة الكهربائية إلى مخرجات مادية؛ مثل مكبرات الصوت العالي.

11. الإشارة الناتجة – Output Signal:

هذا هو الناتج الذي يتم إنتاجه بعد العمليات السابقة؛ مثل تم استقبال إشارة الصوت.

سلبيات الاتصالات الرقمية:

  • لا يمكن الاعتماد عليها حيث لا يمكن التعرف على الرسائل من خلال التوقيعات على الرغم من أنّه يمكن تطوير البرامج لهذا الغرض، إلّا أنّه يمكن اختراق البرامج بسهولة.

  • أحياناً تكون سرعة الاتصال الرقمي ضارة، حيث يمكن إرسال الرسائل بنقرة واحدة على الماوس.

  • تجاهلت الاتصالات الرقمية اللمسة الإنسانية تماماً حيث لا يمكن إنشاء اللمسة الشخصية لأنّ جميع أجهزة الكمبيوتر سيكون لها نفس الخط.

  • يتسبب إنشاء الاتصالات الرقمية في تدهور البيئة في بعض الحالات مثل النفايات الإلكترونية.

  • جعلت الاتصالات الرقمية من (words) مكتباً، يحمل الناس عملهم إلى الأماكن التي من المفترض أن يرتاحوا فيها.

  • يسيء العديد من الأشخاص استخدام كفاءة الاتصال الرقمي، إنّ إرسال الرسائل الخادعة واستخدام الناس للإضرار بالمجتمع قد يتسبب في إلحاق الضرر بالمجتمع ككل.

النطاق المستقبلي للاتصالات الرقمية:

أصبحت تقنية الاتصالات الرقمية التي أرهبت الكثيرين منا قبل بضع سنوات فقط جزءاً من الحياة اليومية؛ مثل تطور الهاتف الخلوي، ومجال تطبيق أنظمة الاتصالات الرقمية واسع للغاية بالإضافة إلى شبكات الاتصالات المعروفة مثل نظام (GSM)، فهي تشكل قواعد الأجهزة الكهربائية الشائعة في اليوم من ساعات المعصم إلى أجهزة التلفزيون وألعاب الفيديو والأقمار الصناعية.