الاتصال عن بعد telecommunication هوالعملية التي يتم بوساطتها نقل المعلومات مهما تكن طبيعتها من نقطة معينة في المكان والزمان تسمى المصدر إلى نقطة أخرى تسمى الجهة المقصودة أوالمستثمر.

أما وسيلة الاتصال فخطوط الاتصال السلكية أواللاسلكية أوالضوئية. ويعهد نظام الاتصال في معناه الكامل بأنه مجموعة العناصر والعمليات الضرورية لتحقيق تبادل المعلومات بين المرسل والمستثمر، وهوفي معناه الخاص، الأكثر شيوعاً، نظام للاتصال يعتمد أساساً، وليس حصراً، على مبادئ الكهرباء ومفاهيمها. وهوموضوع هذا البحث.

التاريخ

أدرك الناس ضرورة تحقيق الاتصال من بعد فيما بينهم منذ قديم الزمان. وتحت ضغط هذه الضرورة جرت بحوث وتجارب لإيجاد الوسائل والطرق التي تمكن الإنسان من تجاوز المسافات والأزمنة، وتحقيق تبادل المعلومات ونقلها من بعد. إلى غير ذلك استخدم الإنسان الوسائل الضوئية لتوفير هذا التبادل والنقل مستفيداً من النار التي هي مصدر الضوء الصنعي والدخان، ولكنه لم يعهد نظام اتصال من بعد حقيقياً إلا بعد اكتشاف البرق في النصف الثاني من القرن الثامن عشر.

وبعد اختراع جهاز البرق الكهرميكانيكي عام 1837 وأبجدية مورس عام 1838 أقيمت ممحرر الخدمة العامة للاتصال البرقي.

يعد اختراع غراهام بل G. Bell الهاتف عام 1876 البداية العملية لعصر الاتصال من بعد، وقد أحدث هذا الاختراع تغييراً كبيراً في حياة الناس وعاداتهم، وانتشر استخدامه بسرعة في جميع الدول الصناعية. وبعد عشرين عاماً من هذا الاختراع، أتت تجربة ماركوني Marconi للاتصال اللاسلكي، مستفيدة من انتشار الموجات الكهرمغنطيسية في الهواء المحيط بالكرة الأرضية.

وقد أتاحت تجربته توسيع مجال الاتصال من بعد، وأمكن بفضل ذلك نشر المعلومات الصوتية بالبث الإذاعي، ثم تطورت استخدامات هذا الاكتشاف في التلفزة[ر] لنقل الصورة والصوت معاً، وفي منظومات نقل المعطيات والصور والاستشعار عن بعد[ر] والرادار[ر] والاتصالات الفضائية المدنية والعسكرية.

النظم القديمة

Greek

نظم منذ العصور الوسطى

الراديووالتلفزيون

شبكات الحاسوب والإنترنت

المفاهيم الرئيسية

العناصر الأساسية

العناصر الرئيسة في أي نظام اتصال كهربائي: يقدم المصدر المعلومات المراد إرسالها إلى محول طاقة الدخل (الميكرفون ،كاميرا التصوير التلفزيوني...) الذي يحول طاقة المعلومات إلى إشارة كهربائية يمكن نقلها عبر منظومة الاتصال. ويقوم المرسل بملاءمة هذه الإشارة مع خواص قناة النقل المستخدمة.

ويعد التعديل modulation من أبرز العمليات التي تتم في هذه الفترة ويتم فيها تغيير أحد عوامل الموجة الحاملة carrier wave، بما يتناسب مع إشارة الدخل. وقناة النقل هي الوسيلة التي تربط طرفي المرسل والمستقبل ويمكن حتى تكون هذه القناة سلكية كخطوط الهاتف والبرق والكبل المحوري، أولاسلكية كالموجات الراديوية، أوحزمة أشعة ضوئية كالليزر laser.

ومهما تكن طبيعة القناة فإن الإشارة تتخامد في أثناء النقل تخامداً يتناسب مع المسافة بين المرسل والمستقبل وقد تتعرض إلى التشويش الذي ينتج من ضجيج خارجي أوداخلي بسبب العوامل الطبيعية أوالتداخل مع المنظومات المجاورة، أوبسبب التشويه الخطي وغير الخطي الناتج من مكونات المنظومة نفسها.

ويقوم المستقبل في الطرف الآخر من قناة النقل باستخلاص إشارة الخرج من الإشارة المستقبلة وتتم فيه، بالإضافة إلى عمليات التكبير الضرورية للإشارة المستقبلة الضعيفة عملية كشف التعديل detectionأو إلغائه demodulation لاسترجاع الإشارة المنقولة لتأتي مطابقة قدر الإمكان للإشارة الأصلية.

وأخيراً يقوم محول طاقة الخرج (سماعة، صمام الصورة...) بتحويل إشارة الخرج إلى الشكل الذي تستفيد منه الجهة المقصودة مباشرة.

منظومات الاتصال من بعد

يعتمد تصنيف منظومات الاتصال من بعد اعتماداً كبيراً على خصائص المعلومات المنقولة وطبيعة القناة المستخدمة للنقل وكيفية التعديل.

أما أبرز هذه المنظومات وخصائصها العامة واستخداماتها الرئيسية فهي:

المنظومات التمثيلية analog systems

يتم في هذه المنظومات نقل الإشارة الممثلة للمعلومات آنياً وباستمرار مع الزمن. وعند استخدام التعديل في طرف الإرسال يتم تغيير أحد عوامل الموجة الحاملة بما يتناسب مع الإشارة المنقولة، وتكون الموجة الحاملة في العادة جيبية الشكل وذات تردد أكبر بكثير من تردد أي من مركبات الإشارة المراد نقلها، ويسمى هذا النوع من التعديل تعديل الموجة المستمرة continuous wave modulation، وواضح حتى هذا النوع من التعديل يلائم الإشارات التي تتغير باستمرار مع الزمن. فإذا كان العامل الذي يتم تغييره في عملية التعديل هومطال الموجة الحاملة فيسمى التعديل تعديلاً مطالياً أوتعديلاً سعوياً amplitude modulation.

أما إذا كان العامل هوالتردد فيسمى التعديل تعديلاً ترددياً frequency modulation، وإذا كان العامل هوطور الموجة الحاملة فيسمى التعديل تعديلاً طورياً phase modulation.

يستخدم التعديل المطالي استخداماً رئيسياً في أنظمة البث الإذاعي والتلفزيوني وفي منظومات الاتصال وحيدة الحزمة الجانبية single side band للمسافات البعيدة، وفي دارات تأليف المنضدات بالتقسيم الترددي (FDM) frequency division multiplex، وذلك للحصول على إشارة واحدة تمثل عدداً كبيراً من الإشارات المستقلة المعبرة عن معلومات مختلفة (قنوات هاتفية، قنوات تلفزيونية) ويتم ذلك بإزاحة حزمة الترددات الأساسية، لتشغل جميع إشارة منها حيزاً جديداً، ثم تنضيد الواحدة تلوالأخرى. ويستخدم التعديل الترددي في أنظمة البث الإذاعي عالي الجودة وفي نظم الاتصالات المكروية الأرضية والفضائية. أما التعديل الطوري فهونادر الاستخدام في المنظومات التمثيلية في حين يستخدم كثيراً في المنظومات الرقمية على شكل الانزياح الطوري المفتاحي phase shift keying (PSK).

وتكمن أهمية التعديل الطوري في العلاقة الوثيقة بينه وبين التعديل الترددي فيمكن تصنيفهما باسم التعديل الزاوي angle modulation.

ويدخل أيضاً في هذا التصنيف منظومات الاتصال من بعد في حزمة القاعدة base band التي تنقل الإشارة مباشرة على خطوط النقل السلكية المتنوعة، ويمكن حتى تكون هذه الإشارة مفـردة (إشارة هاتفية، إشارة صورة...) أوتكون إشارة لعلها منضدة بالتقسيم الترددي (FDM).

المنظومات الرقمية digital systems:

تُنقل في هذه المنظومات عينات من الإشارة المراد إرسالها مأخوذة دورياً في أزمنة محددة وتعتمد هذه المنظومات أساساً على نظرية شانون shannon theorem، التي تقول: «يكفي لإعادة هجريب الإشارة المنقولة من طرف المستقبل إرسال عينات منها بتردد يساوي ضعفي أعلى تردد في مركبات تلك الإشارة المنقولة أوأكبر منهما».

ويستفاد من هذه الخاصية استفادة رئيسة في إرسال عينات لإشارات أخرى متعددة، ومستقل بعضها عن بعض، في الزمن الفاصل بين جميع عينتين متتاليتين من الإشارة المنقولة، وهوما يعهد بالتنضيد بالتقسيم الزمني time division multiplexing (TDM).

ويتم إرسال هذه العينات عادة بطرائق مختلفة تندرج جميعها تحت اسم التعديل النبضي pulse modulation، وأهم أنواعه:

- تعديل مطال (سعة) النبضة PAM

- Pulse amplitude modulation

- تعديل عرض النبضة PWM

- Pulse width modulation

- تعديل مكان النبضة PPM

- Pulse position modulation

- تعديل رمز النبضة PCM

- Pulse code modulation

ويعد تعديل رمز النبضة PCM أشهر أنواع التعديل النبضي وأكثرها استخداماً في النظم الرقمية، ويتم فيه تقويم جميع عينة قبل إرسالها بسلم تقويم ذي عدد معين من مستويات التقويم المنفصلة، لتعطي العينة القيمة العشرية السليمة الأقرب إلى وضع العينة على سلم التقويم، ومن ثم يتم ترميز هذه القيمة السليمة بالنظام الثنائي binary system، ويرسل العدد الثنائي المعبر عن قيمة العينة على شكل إشارة كهربائية مناسبة. وقد أخذت هذه المنظومات اسمها أي «المنظومات الرقمية» من هذا النوع من التعديل.

وتستخدم المنظومات الرقمية بكثرة في مجال الاتصالات الهاتفية الحديثة ولاسيما في المقاسم الهاتفية الإلكترونية وفي نظم الاتصالات ذات السعات الكبيرة كالمنظومات المكروية الأرضية أوعن طريق السواتل الصنعية.

قنوات الإرسال السلكية

تعد قنوات الإرسال السلكية الوسيلة المادية للوصل بين طرفي الاتصال: المصدر والجهة المقصودة، وهي أقدم وسائل نقل المعلومات وأهمها. وتتألف قنوات الإرسال السلكية فيزيائياً من خطوط النقل transmission lines بأنواعها كافة وأشكالها المتنوعة، وأبسط هذه الأنواع خط النقل الذي يتألف من سلكين ناقلين معزولين أحدهما عن الآخر ومتوازيين أومجدولين.

R: المقاومة الأومية الحلقية لواحدة الطول وتقاس بواحدة أوم/متر.

L: التحريض الذاتي الحلقي لواحدة الطول ويقاس بواحدة هنري/ متر.

G: الناقلية بين سلكي خط النقل لواحدة الطول وتقاس بواحدة مو/متر أوسيمنس/ متر.

C: السعة بين سلكي خط النقل لواحدة الطول وتقاس بواحدة فاراد/متر.

تطبق الإشارة المراد نقلها عند بداية الخط فتنتشر فيه على شكل موجة جهد وموجة تيار كهربائيتين تتغير قيم محدديهما الرئيسين المطال والطور تبعاً لكل من المسافة والزمن. وتكون سرعة انتشار الموجتين مساوية تقريباً لسرعة الضوء، وتتعلق تغيرات محددات الإشارة المنقولة بالخواص العامة لخط النقل، التي تتحدد هي أيضاً بثوابته الأولية والثانوية.

تتوقف الثوابت الأولية لخط النقل على هجريبه الفيزيائي (المادة المصنوع منها وقطر الأسلاك المستخدمة والبعد بينها وأشكالها ونوع العازل المستخدم).

وتتوقف ثوابته الثانوية على جميع الثوابت الأولية وتردد العمل. ويبين الشكل 2 الدارة الكهربائية المكافئة لجزء من خط نقل طوله ΔX بدلالة ثوابته الأولية.

أما الثوابت الثانوية للخط فهي: الممانعة المميزة ZO وثابت الانتشار (γ) ويعهدان بالعلاقتين التاليتين:

حيث:

(ω=2πf) : السرعة الزاوية وتقاس بواحدة راديان/ ثانية، وf تردد العمل ويقاس بواحدة هرتز.

(α) : ثابت التخامد للخط ويقاس بواحدة نيبر/ متر.

(β) : ثابت الطور للخط ويقاس بواحدة راديان/ متر.

(j) : العدد التخيلي المعهد بالعلاقة

ويعتمد حساب الثوابت الأولية على تطبيق نظريات التيار الكهربائي والحقول الكهرمغنطيسية. وتعطى هذه الثوابت في العادة من الصانع أوبجداول خاصة ضمن شروط محددة. ويلجأ في التطبيقات العملية إلى إجراء بعض التقريبات الحسابية مع مراعاة قيمة تردد العمل وأثره عند حساب الثوابت الأولية والثانوية مما يسمح بالحصول على علاقات بسيطة تعطي نتائج جيدة.

أما تصنيف خطوط النقل فيكون بحسب أشكالها واستخداماتها وأنواعها على النحوالتالي:

الخطوط الهوائية

وهي من أقدم الخطوط المستخدمة لنقل المعلومات وتتألف من ناقلين نحاسيين عاريين ومثبتين بوساطة عوازل مناسبة على أعمدة خشبية أوحديدية أوأسمنتية، ويكون البعد بين جميع عمودين متتاليين نحو50 متراً وارتفاع مكان تثبيت النواقل على الأعمدة من أربعة إلى 12متراً. وتستخدم هذه الخطوط لنقل القنوات الهاتفية المنضدة بالتقسيم الترددي FDM ذات السعات الصغيرة أوالقنوات الهاتفية المفردة.

الكبلات الهاتفية

وهي خطوط نقل شفعية مفردة أومتعددة الأزواج مصنوعة من نواقل نحاسية معزول بعضها عن بعض بعازل مناسب وموجودة ضمن غلاف عازل خارجي وتختلف فيما بينها بحسب أسلوب جدلها، فتكون زوجية أورباعية نجمية أورباعية زوجية كما تختلف بحسب نوع العازل ورقياً كان أم من اللدائن المحقونة، أوبحسب نوع الشبكة فتكون شبكة بعيدة المدى أومتوسطة المدى أوكبلات مباشرة مع المشهجرين.

الكبلات المحورية

وتتألف من ناقل نحاسي يخترق أنبوباً ناقلاً شبكياً أوأسطوانياً، ويفصل بينهما مادة عازلة مناسبة ويحيط بالأنبوب الخارجي كذلك عازل مناسب آخر. ويوجد نوعان رئيسان من الكبلات المحورية: الكبلات المرنة flexible coaxial cable والكبلات الصلبة solid coaxial cable أما من حيث عدد الأنابيب المستخدمة فيها فهناك الكبلات ذات الأنبوب الواحد، وهي أبسط أشكال الكبلات المحورية، والكبلات ذات الأنابيب المتعددة (ثنائية أورباعية أوأكثر). كما قد يوجد ضمن الكبلات متعددة الأنابيب عدة أزواج من النواقل المعزول بعضها عن بعض تستخدم لأغراض خاصة أولخدمة بعض خطوط الاتصال الفرعية على طول مسار الكبل الرئيسي.

الكابلات ذات الألياف الضوئية fibre optic cables

ظهرت هذه الكبلات نتيجة تزايد الحاجة إلى خطوط ذات سعات (عدد قنوات) كبيرة جداً، وارتفاع كلفة المواد الأولية، وثقل الكبلات التقليدية، وقد أمكن ذلك بفضل تطور فهم الضوء ولاسيما الليزر واستخدام الألياف الزجاجية وسطاً لانتشار الأمواج الضوئية وتتميز هذه الكبلات بقدرتها على نقل كمية كبيرة من المعلومات في آن واحد، وقلة الضجيج بالموازنة مع الكبلات التقليدية إذ تختفي هنا مشاكل التداخل والإشعاع على طول الكبل ويختفي تأثير المجال الكهرمغنطيسي. ومن ميزاتها كذلك ضآلة التخامد الذي تتعرض له الموجة الضوئية الحاملة للمعلومات في أثناء النقل مما يسمح بزيادة المسافة بين المقويات، وكبر عرض المجال الذي قد يصل إلى بضع مئات من الميغاهرتز، إضافة إلى خفة الوزن والمرونة العالية.

قنوات الإرسال اللاسلكية

تعتمد قنوات الإرسال اللاسلكية على خواص انتشار الموجات الكهرمغنطيسية في الهواء والفراغ المحيط بالكرة الأرضية لتحقق الاتصال بين المصدر والجهة المقصودة. وتعد الموجة الكهرمغنطيسية، وتسمى أيضاً الموجة الراديوية، وسيطاً لنقل المعلومات بين طرفي الاتصال وتتألف الموجة الكهرمغنطيسية من حقلين متلازمين دائماً: الحقل الكهربائي والحقل المغنطيسي. ويتغير هذان الحقلان بتردد يساوي تردد الموجة، ويكونان متعامدين وتنتشر الموجة باتجاه عمودي على جبهتها وهي المستوى المشكل من شعاعي حقليها الكهربائي والمغنطيسي.

ويبين الشكل أربعة التمثيل الشعاعي لكل من الحقل الكهربائي والحقل المغنطيسي وسرعة انتشار الموجة وتؤلف هذه المقادير الثلاثة ثلاثية شعاعية تحدد اتجاه انتشار الموجة الراديوية.

أما الخواص الرئيسة للموجة الراديوية فهي:

التردد f

وهوعدد الدورات في الثانية ويقاس بواحدة هرتز وعلاقته مع الدور T هي:

طول الموجة λ

وهوالمسافة التي تبترها الموجة في زمن يساوي دوراً واحداً T وتقاس بالمتر.

سرعة انتشار V

وهي تساوي سرعة الضوء C التي تساوي 83.10 متر/ ثانية.

ويمكن حساب طول الموجة من العلاقة:

وباستخدام الوحدة العملية لقياس تردد الموجة وهي الميغاهرتز MHZ التي تساوي مليون هرتز 1MHz= 106Hz، فإن طول الموجة يحسب من العلاقة:

شدة الموجة

وهي مقدار يعبر عن الاستطاعة الناتجة من الموجة في نقطة ما. ويستخدم عادة للتعبير عن شدة الموجة الكهرمغنطيسية وشدة حقلها الكهربائي الذي يقاس بواحدة ميكروفلط/ متر.

وتتوقف قيمة شدة الحقل الأصغرية، للحصول على استقبال جيد ومقبول، على عدة عوامل أهمها: التردد ونوع الإشارة المحمولة ومقدار التداخل الموجود، ونوع الهوائي المستخدم للاستقبال.

استقطاب الموجة

وهوتعبير يحدد اتجاه الحقل الكهربائي للموجة الراديوية ويكون الاستقطاب أفقياً عندماقد يكون اتجاه الحقل الكهربائي موازياً لسطح الأرض، ويكون عمودياً عندماقد يكون اتجاهه شاقولياً على سطح الأرض. وهناك نوع آخر من الاستقطاب وهوالاستقطاب الدائري وفيه يرسم رأس شعاع الحقل الكهربائي في أثناء انتشار الموجة شكلاً لولبي]]..

وتصنف قنوات الإرسال اللاسلكية عادة بحسب تردد الموجة أوطولها ويختلف بعضها عن بعضها الآخر بخواص انتشار الموجة الكهرمغنطيسية ومجالات استخدامها. وفيما يلي أبرز هذه الأصناف:

الموجات الطويلة جداً VERY LONG WAVES (VLW)

أوالموجات ذات الترددات المنخفضة جداً very law frequency (VLF) وتراوح تردداتها بينعشرة و30 كيلوهرتز. وتتصف خواص انتشارها بتخامد ضعيف في جميع الأوقات وتستخدم للاتصالات البعيدة جداً.

الموجات الطويلة long waves (LW)

أوالموجات ذات الترددات المنخفضة low frequency (LF) وتراوح تردداتها بين 30و300 كيلوهرتز. وتشبه خواص انتشارها في الليل الموجات الطويلة جداً وتتعرض للامتصاص في أثناء النهار، وتستخدم أيضاً للاتصالات البعيدة والخدمات البحرية.

الموجات المتوسطة middle waves (MW)

وتراوح تردداتها بين 300 و3000 كيلوهرتز وتتصف بتخامد قليل في الليل وكبير في النهار وتستخدم في البث الإذاعي ذي التعديل المطالي (التعديل السعوي) والاتصالات البحرية والهاتفية بين الموانئ والسفن.

الموجات القصيرة short waves (SW)

أوالموجات ذات الترددات العالية high frequency وتراوح تردداتها بين ثلاثة و30 ميغاهرتز وتختلف شروط انتشارها بحسب أوقات النهار والفصول وتستخدم للاتصالات لمسافات بعيدة ومتوسطة مستفيدة من خواص الانكسار والانعكاس في طبقات الجوالمتأينة وكذلك في البث الإذاعي ذي التعديل المطالي (التعديل السعوي).

الموجات القصيرة جداً very high frequency (VHF)

وتراوح تردداتها بين 30 و300 ميغاهرتز. وتعتمد خواص انتشارها اعتماداً رئيساً على وجود خط نظر بين طرفي الاتصال وتستخدم للاتصالات على مسافات قصيرة وفي البث التلفزيوني والإذاعي عالي الجودة وأنظمة الملاحة الجوية والرادار.

===الموجات ذات الترددات فوق العالية جداً ultra high frequency=== وتراوح تردداتها بين 300و3000 ميغاهرتز وتشبه خواص انتشارها واستخداماتها الموجات القصيرة جداً.

الموجات المكروية micro waves

ويطلق هذا التعبير على الموجات التي تراوح تردداتها بين 1 و100 جيجاهرتز (جيجاهرتز= ألف ميجاهرتز) وتشبه خواص انتشارها واستخداماتها الموجات ذات الترددات فوق العالية جداً وتستخدم في الرادار ووصلات الاتصالات المكروية الأرضية أوفي السواتل الصنعية.

الناحية الاقتصادية في الاتصالات من بعد

لا يعتمد اختيار أي نظام اتصال من بعد لتحقيق أغراض معينة على التقنية الممكن استخدامها وكلفتها فقط، بل على الكلفة النسبية للحلول المتنوعة المتوافرة، ويلجأ للموازنة بين مختلف الحلول والمنظومات المحتملة اقتصادياً إلى دراسة القيمة الحالية للكلفة السنوية present value of annoal charges(PVAC) التي تراعي كلاً من رأس المال والنفقات المستمرة للمشروع في المدة الزمنية الكلية المتسقطة لاستثماره، والتي لا تقل عن عشرين سنة. أما من وجهة نظر مميزات التمويل النقدي لمختلف النفقات فإن أفضل المشاريع هي التي يمكن تجزئتها إلى مراحل لتفي جميع فترة منها بالمتطلبات الحالية والمتسقطة لمدة زمنية قصيرة.

وقد تبين حتى القيمة الحالية النسبية للكلفة السنوية تنخفض مع زيادة عدد الدارات الكلية للمنظومة المختارة ومع زيادة سعة المنظومة المعتمدة، ويلاحظ أيضاً حتى المنظومات الرقمية أقل كلفة من التمثيلية ولاسيما عند زيادة عدد الدارات الكلية.

Analog versus digital communications

شبكات الاتصالات السلكية واللاسلكية

قنوات الاتصال

التحوير

المجتمع والاتصالات السلكية واللاسلكية

الأثر الاقتصادي

الاقتصاد الجزئي

الاقتصاد الكلي

الأثر الاجتماعي

آثار أخرى

اتصالات السلكية واللاسلكية والحكومة

الاتصالات الحديثة

التلفون

الراديووالتلفزيون

الإنترنت

الشبكات المحلية وشبكات المناطق الواسعة

الاتصالات حسب المنطقة

انظر أيضاً

• Busy Override
• Outline of telecommunication
• Telecoms resilience
• Wavelength-division multiplexing(WDM)
• Wired communication
• Active networks
• Nanoscale networks
• Dual-tone multi-frequency signaling
• Push-button telephone

المصادر

• [1]

قراءات أخرى

• OECD, , Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD) Publishing, 1991. ISBN 92-64-13497-2

وصلات خارجية

• ATIS Telecom Glossary
• Communications Engineering Tutorials
• Federal Communications Commission
• Unified Communications
• IEEE Communications Society
• International Telecommunication Union
• Ericsson's Understanding Telecommunications at archive.org (Ericsson removed the book from their site in September 2005)
• [2]