كشف تعديل الإشارة signal demodulation (أوكشف الإشارة signal detection) هوالعملية المعاكسة لتعديل الإشارة وتهدف إلى استعادة إشارة الحزمة القاعدية (الرسالة) من الإشارة المعدَّلة المُستقبَلة على أفضل نحوممكن.

التاريخ

كشف التعديل التمثيلي

1ـ كشف التعديل الخطي: تؤدي جميع التعديلات الخطية linear لموجة مستمرة (CW) continuous wave التي تضم التعديل المطالي (AM) والتعديل الثنائي الحزمة الجانبية من دون حامل (SC-DSB) والتعديل الأحادي الحزمة الجانبية (SSB) والتعديل بحزمة جانبية مختزلة (VSB)، إلى إزاحة طيف الإشارة الأصلية نحوالأعلى. لهذا تهدف عملية كشف التعديل إلى إزاحة ذلك الطيف إلى الأسفل لاستعادة الرسالة من الموجة المعدَّلة. وتُصنف كواشف التعديل التي تقوم بتلك العملية في فئتين عريضتين: الكواشف المتزامنة synchronous detectors وكواشف الغلاف envelope detectors.

أ ـ كشف تعديل الإشارات المعدّلة مطالياً: يمتاز التعديل المطالي ببساطة كاشفه، إذ يكفي نظرياً قياس غلاف الإشارة المعدَّلة لاستعادة الإشارة الأصلية. ويُستخدم لتحقيق ذلك ما يسمى بكاشف الغلاف وهودارة بسيطة مكونة من ثنائي الوصلة (ديود diode) ومقاومة ومكثفة.

يمرّر الثنائي في هذه الدارة الجزء الموجب فقط من إشارة الحامل المعدَّلة، في حين تقوم المكثفة والمقاومة مقام مرشح تمرير منخفض LPF وظيفته استيفاء ذروات النوبات للحصول على الغلاف المنشود.

ب ـ كشف التعديل الثنائي الحزمة من دون حامل: يطرح كشف هذه الإشارات صعوبة جوهرية، إذ يحتاج من المستقبِل فهم طور الإشارة المعدَّلة بدقة. ويمكن تطبيق كشف التعديل المتماسك Coherent بوساطة مزامنة المهتَزّ المحلي الموجود في المستقبِل مع الحامل تردداً وطوراً (بإرسال موجة مرجعية منفصلة على سبيل المثال).

ويعتمد مبدأ كشف التعديل المتماسك على ضرب الإشارة المعدَلة s(t)=Am(t) cos2 pfct بإشارة المهتز المحلي الجيبية 2cos2pfct، وتُعطى الإشارة عند خرج الضارب (معَدِّل حلقي مثلاً) بالعلاقة:

Am(t) 2cos2 2pfct = Am(t) + Am(t) cos 4pfct

وهومجموع حدين يتناسب الأول مع الرسالة m(t) المرغوبة، أما الثاني فيحذف باستخدام مرشح التمرير المنخفض إذ إنّ طيفه يتمركز حول التردد 2fc (ضعفي التردد الحامل).

تتسبّب جميع إزاحة في الطور بين الحامل والمهتز المحلي في إضعاف الإشارة المكشوفة التعديل، ومن ثَم في تدهور جودة الإرسال، وينطبق ذلك أيضاً على جميع إزاحة في التردد. ومن هنا أطلقت صفة «المتماسك» للدلالة على حتى فهم المستقبِل الدقيقة لتردد الحامل وطوره أمر ضروري.

ومع حتى إشارة التعديل المطالي أعقد بقليل من إشارة التعديل الثنائي الحزمة الجانبية من دون حامل، إلا حتى بساطة هجريب مستقبِل الإشارة الأول هي السبب في انتشار هذا النوع من التعديل على نطاق واسع وخاصة في البث الإذاعي.

ج ـ كشف التعديل الأحادي الحزمة الجانبية: تُستخدم في هذه الحالة أيضاً تقنية كشف التعديل المتماسك المستخدمة في حالة التعديل الثنائي الحزمة الجانبية من دون حامل. إلا أنه بالإمكان هنا التسامح في إزاحة الطور وخاصة في تطبيقات نقل الإشارات الصوتية (فهي لا تملك طاقة عند الترددات المنخفضة)، كالتضميم الهاتفي بتقسيم التردد frequency-division multiplexing (FDM).

د ـ كشف التعديل بحزمة جانبية مختزلة: يمكن هنا استخدام كشف التعديل المتماسك كما هوالحال في جميع التعديلات الخطية. ولكن في الإرسال التلفزيوني تُرسَل الإشارة المعدَّلة بحزمة جانبية مختزلة مصحوبة بإشارة حامل carrier بحتة عند التردد fc، مما يُمَكِّن من استخدام كشف الغلاف كما هوالحال في التعديل المطالي.

2ـ كشف التعديل الزاوي: يمكن الحصول على إشارة معدَّلة طورياً انطلاقاً من إشارة معدَّلة ترددياً والعكس سليم، فإنه يكتفى بمعالجة كشف التعديل الترددي.

أ ـ كشف التعديل الترددي: إن كاشف التعديل الترددي المثالي هودارة يتناسب خرجها والتردد الآني للدخل أي:

حيث Wc نبض الحامل وθ(t) طور الإشارة المعدَّلة.

وعادة ماقد يكون كاشف التعديل الترددي متوازناً أي إذا الجهد المستمر KWc لا يظهر عند الخرج إذا كان الكاشف مولفاً على تردد الحامل.

وثمة عدة طرق لبناء كواشف التعديل الترددي يعتمد معظمها على أحد المبادئ الثلاثة الآتية:

ـ التحويل من تعديل ترددي إلى تعديل مطالي.

ـ الكشف التربيعي أوالمتعامد quadrature detection.

ـ كشف العبور الصفري zero crossing detection.

يتضح المخطط الصندوقي لكاشف الميل الذي يعتمد على المبدأ الأول، إذ يقوم المحدِّد Limiter بحذف أي تغيُّرات مطالية على إشارة الدخل قد تؤدي إلى تشويه إشارة الخرج المنشودة. ويمكن استعمال الجزء الخطي من دارة طنين resonance لتطبيق عملية المفاضلة، وتكون إشارة خرج هذا المرشِّح معدَّلة ترددياً أيضاً، لكن غلافها متناسب والتردد الآني أي مع الرسالة ذاتها، ومن ثَم يكفي الاستعانة بكاشف غلاف سهل لاستعادة الرسالة.

يتضح كاشف تعديل ترددي متوازن يتميز من السابق بتحسين خطية تابع نقل المرشِّح، ويطلق عليه أيضاً اسم «المميِّز المتوازن» balanced discriminator. وتتميز تقنية المحدّد-المميّز ببساطتها وانخفاض كلفتها، وقد شاع استخدامها خاصة في المستقبلات الراديوية ذات التعديل الترددي حتى وقت قريب.

واستُبدلت بدارات المميز في الآونة الأخيرة دارات متكاملة تعمل على مبدأ التعامد، إذ يتم ضرب الإشارة المعدَّلة بالإشارة المتعامدة للحصول على الإشارة الأصلية.

كما يمكن الحصول مباشرة على منحني خواص تردد ـ جهد خطي بِعَدِّ العبور الصفري لإشارة الدخل، ويطلق على كاشف التعديل الترددي الذي يستخدم هذه التقنية «كاشف العبور الصفري» zero-crossing detector.

وتجدر الإشارة إلى حتى استخدام كواشف التعديل السابقة غير ممكن في بعض التطبيقات التي تكون شروط الاستقبال فيها سيئة (مثل الإرسال عن طريق السواتل). ويُلجأ حينئذٍ إلى تقنية كشف تعديل أخرى هي «|حلقة إقفال الطور» phase-locked loop (PLL)، وسَمح استخدام حلقات إقفال الطور بتقانة الدارات المتكاملة بانتشار استخدام تقنية كشف التعديل هذه في معظم أجهزة الراديو.

3ـ كشف التعديل النبضي: هناك ثلاثة أنواع للتعديل النبضي التمثيلي هي: تعديل مطال النبضة أومدتها أوموضعها. ويجب حتى يتم كشف تعديل قطار النبضات المعدَّلة في طرف المستقبِل بكيفية تسمح باستعادة الإشارة الأصلية. يمكن إجراء هذا الكشف بعدة طرق نوردها فيما يأتي:

أـ كشف التعديل بمطال النبضة: تُستعاد الإشارة في هذا النوع من التعديل بتمرير قطار النبضات المعدَّلة في مرشح تمرير منخفض low pass filter له تردد بتر يوافق أعلى مركبة ترددية معدِّلة. ويمكن إدراج دارة «آخذ عينات وماسك» (sample & hold) قبل المرشِّح من أجل زيادة إشارة الخرج. وتقوم الدارة بشحن مكثفة عبر مفتاح منخفض الممانعة بين النبضات، وتُحول مؤقتاً إلى طرفي خرج عالي الممانعة بين النبضات Ts. إلى غير ذلك فإن جهد المكثفة يتغير عند جميع نبضة لكنها تظل ثابتة نسبياً بين النبضات، مما يولد إشارة سُلّمية تنعّم باستخدام مرشِّح تمرير منخفض.

ب ـ كشف التعديل بزمن النبضة PTM (مدة النبضة وموضعها): يمكن تطبيق كشف هذا التعديل بنوعيه التعديل بمدة النبضة والتعديل بموضع النبضة، باستخدام مرشح تمرير منخفض إذا كان التعديل صغيراً مقارنة مع المجال بين النبضات، وذلك لتفادي التشوه. ويمكن تحسين كشف التعديل بمعالجته نبضة فنبضة باستخدام نوع من التزامن.

1ـ كشف التعديل بمدة النبضة PDM: يتم في هذه الحالة مكاملة جميع نبضة ثم تقطيعها باستخدام دارة «أخذ عينة وحفظها». ومن أجل إعادة تعيين المكامل ودارة التقطيع إلى الصفر، يُحقق التزامن من قطار النبضات المعدَّلة بمدة النبضة.

2ـ كشف التعديل بموضع النبضة PPM: يمكن تحويل البضات المعدَلة بموضع النبضة إلى نبضات معدَلة بمدة النبضة، ومن ثَم إجراء كشف التعديل السابق. ويُحقَّق ذاك التحويل باستخدام مُشرِّح slicer من أجل إنقاص آثار الضجيج، ودارة قلاب flip-flop يمكن مزامنتها باستخدام نبضة مرجعية من قطار النبضات المعدَلة بموضع النبضة.

كشف التعديل الرقمي

أـ كشف التعديل بترميز النبضة: يجب أولاً كشف ترميز مجموعات النبضات المرمزة وتوسيعها للحصول على العينات المكمّاة quantized. ويتم تحقيق ذلك بوساطة كاشف ترميز وموسع expander، ثم تمرر العينات في مرشِّح تمرير منخفض للحصول على الإشارة التمثيلية المطلوبة.

ب ـ طرق كشف التعديل الرقمي: إنّ أكثر طرائق التعديل الرقمي شيوعاً هي التعديل بإزاحة التردد FSK والتعديل بإزاحة الطور PSK، والتعديل بإزاحة الطور التفاضلي PDSK والتعديل بإزاحة الطور التربيعي QPSK.

ويمكن من أجل كشف تعديل المعطيات الرقمية عند المستقبِل، استخدام إما التقنيات المتماسكة أوغير المتماسكة، والتي تشتمل عادةً على نوع من الترشيح المطابق matched أوكشف الترابط correlation، إلى جانب قرار عتبة بعد جميع فترة بت T.

1ـ كشف التعديل المتماسك: يتضح مبدأ طريقتي كشف التعديل بإزاحة التردد، تستخدم الأولى مرشّحين مطابقين، مولّفين على الترددين f1 وf2 الموافقين لعلامة أوفراغ على الترتيب، ودارة عتبة، أما الثانية فتستخدم ضاربَين ومكاملين إضافة إلى دارة العتبة.

ويلزم في كلتا الطريقتين استخراج بتّ التزامن عند المستقبِل من القطار الرقمي من أجل تشغيل دارة القرار بعد جميع زمن بت.

تَستخدم كواشف التعديل بإزاحة الطور الترشيح المطابق أوتقنيات الترابط كما هي الحال في كشف التعديل بإزاحة التردد، إلا أنها لا تتطلب سوى نوع واحد من الإشارات المرجعية.

أما في كشف التعديل بإزاحة الطور التفاضلي فيكون جميع بتٍ بتاً مرجعياً للذي يليه، مما يحتاج تخزينه في المستقبِل بوساطة دارة تأخير قيمة التأخير فيها مساوية زمن البت T. لذلك يستخدم كاشف التعديل بإزاحة الطور التربيعي أيضاً مستقبلاً من نوع متماسك. ويمكن حتىقد يكون لكل من الإشارات المرسلة الأربع مرجع تزامن خاص عند المستقبل.

ثمة طريقة أخرى للكشف بإزاحة الطور التربيعي تعتمد على تفريق جميع نبضة إشارة مستقبلة إلى مُركِّبتين متعامدتين، وتُحدَّد بتات المعطيات المستقبلة بناءً على قطبية هذه المركِّبات.

2ـ كشف التعديل غير المتماسك: تستخدم معظم الدارات العملية كشف التعديل بإزاحة التردد غير المتماسك. وتتصف هذه الطريقة بأن الكاشف يُطابق مع أغلفة الإشارات، وليس مع الإشارات ذاتها، ولا تستخدم معلومة الطور في الكشف غير المتماسك.

راديوAM

راديوFM

PM

QAM

انظر أيضاً

• Detection theory
• Detector (radio)
• Fax demodulator

المصادر