ما هو Modulation ؟

مفهوم التضمين :MODULATION

عندما يريد شخص ما أن يرسل معلومات أو أخبار إلى شخص آخر في مدينة أخرى
بطريقة البريد العادي فإن هذه المعلومات و الأخبار و التي في أساسها مخزنة
في ذاكرته لا يستطيع إرسالها بالصورة التي هي عليها , و لذلك يلجأ إلى
تحويله من ذاكرته و كتابتها على ورق الرسالة و يقوم بعدها بتجهيزها و
وضعها في مظروف و غلقه و وضع الطوابع البريدية عليه ثم وضعه في صندوق
البريد لتتم إجراءات ارساله عبر وسائل الموصلات المستخدمة بين المدينتين .

الذي تم في هذه العملية هو تجهيز و اعداد المعلومات بصورة تكون مناسبة
لارسالها عبر وسيلة الاتصال القائمة و الذي ساعد في عملية النقل هو وجود
وسيلة حاملة لهذه المعلومات .
و اذا نظرنا إلى الاشارات الصوتية و الاشارات الرقمية عند خروجها من
مصادرها فانها في وضع غير مناسب لارسالها , و عليه لابد من تجهيزها و
اعدادها في صورة تتناسب لارسالها عبر قنوات الاتصال المستخدمة و تسمى هذه
العملية بعملية التضمين أو التعديل , و التضمين إذا" هو عملية تغيير خصائص
الإشارة الحاملة بما يتناسب و خصائص إشارة المعلومات المراد إرسالها و بما
يضمن ملاءمتها للإرسال عبر قناة الاتصال , أي أن عملية التضمين تتطلب وجود
إشارة المعلومات و إشارة حاملة , و من جهة أخرى فإذا تصورنا أن قناة
الاتصال هي عبارة عن مرشاح تمرير نطاق بيني فإن عملية التضمين هي عملية
تحويل النطاق الترددي الأساسي لإشارة المعلومات من موقعه إلى نطاق التمرير
الترددي البيني لقناة الاتصال .

أنواع التضمين :
التضمين كما ذكر أعلاه هو عملية تغيير منظم لواحد أو أكثر من عناصر
الإشارة الحاملة بما يتناسب مع خصائص إشارة المعلومات المراد إرسالها , و
يستخدم التضمين في المنظومات التماثلية و المنظومات النبضية ( الرقمية ) ,
و تكون الإشارة الحاملة في حالة المنظومات التماثلية إشارة جيبية و في
حالة المنظومات النبضية تكون على هيئة سلسلة نبضات دورية .
و بناء على ما سبق يمكن تصنيف أنواع التضمين إلى ما يلي :

1 . التضمين التماثلي , و يشتمل على الأنواع الآتية :
* تضمين الإتساع :AM
في هذا النظام يتغير إتساع الاشارة الحاملة بما يتناسب و التغير اللحظي
لاتساع إشارة المعلومات في حين يبقى تردد وطور الإشارة الحاملة ثابتا .



*تضمين التردد : FM
في هذا النظام يتغير تردد الاشارة الحاملة بما يتناسب و التغير اللحظي
لاتساع إشارة المعلومات في حين يبقى إتساع وطور الإشارة الحاملة ثابتا .



* تضمين الطور : PM
في هذا النظام يتغير طور الاشارة الحاملة بما يتناسب و التغير اللحظي
لاتساع إشارة المعلومات في حين يبقى تردد و اتساع الإشارة الحاملة ثابتا .





2. التضمين النبضي , و يشتمل على الأنواع الآتية :
* تضمين اتساع النبضات :PAM
في هذا النظام يتغير إتساع سلسلة النبضات بما يتناسب و تغير اتساع إشارة المعلومات مع بقاء عرض النبضات و موقعها دون تغير .



*تضمين عرض ( مدة ) النبضات :PWM
في هذا النظام يتغير عرض ( مدة ) النبضات الحاملة بما يتناسب و تغير اتساع
إشارة المعلومات مع بقاء اتساع النبضات و موقعها دون تغير.



*تضمين موقع النبضات :PPM
في هذا النظام يتغير موقع النبضات الحاملة بما يتناسب و تغير اتساع إشارة المعلومات مع بقاء اتساع النبضات و عرضها ثابتين .

3 . التضمين الرقمي , و تكون فيه عملية التعيين ( أخذ العينات ) أساسية , و يشتمل على الأنواع التالية :
*تضمين نبضي مشفر :PCM
و في هذا النظام يتم ترميز كل نبضة مضمنة ( PAM ) بعدد من النبضات الرقمية بما يتناسب و اتساع هذه النبضة .


* تضمين تفاضلي نبضي مشفر PCM
و في هذا النظام يتم ترميز كل نبضة تفاضلية مضمنة بعدد من النبضات الرقمية بما يتناسب و اتساع هذه النبضة .
*تضمين دلتا M
و في هذا النظام يتم ترميز الفرق بين إشارة المعلومات و الإشارة التقريبية
الناتجة لها بنبضات رقمية ( 1 or 0) و فق الإشارة الجبرية لهذا الفرق .


الآن :
لماذا نلجأ إلى التضمين ؟
توجد عدة اعتبارات و فوائد تحتم علينا استخدام التضمين في منظومات الاتصال نذكر منها ما يلي :
1.التضمين لتسهيل عملية البث اللاسلكي :
من خلال مبادئ الإشعاع الموجي فإن الطول الفعلي المناسب لهوائي
الارسال يجب ان يكون بطول ( الطول الموجي / 10 ) على الأقل , و ذلك للحصول
على اشعاع جيد لإشارة صوتية ذات تردد 1 كيلوهيرتز فإننا بحاجة إلى هوائي
بطول ( 30000 ) متر أي 30 كيلومتر على الأقل و إذا كان تردد الإشارة
الصوتية هو 100 هرتز فإن طول الهوائي يكون 300 كيلومتر على الأقل و هذه
الأطوال غير عملية و من الصعب تنفيذها , و إذا استخدمنا التضمين أي تحويل
النطاق الترددي المنخفض إلى نطاق ترددي عالي تصبح هوائيات الاشعاع الجيد
ذات أطوال عملية . فمثلا في حالة البث الإذاعي للموجة المتوسطة عند تردد (
1 MHz ) يكون طول الهوائي 30 متر على الأقل ,و اذا استخدم هوائي بطول (
الطول الموجي / 2 ) فيكون بذلك طوله 150 متر و هي من الطوال المستخدمة في
البث الاذاعي .

2.تضمين لغرض تضييق الفارق النسبي لمدى النطاق الترددي :
إذا افترضنا بأننا نريد بث إشارة صوتية مباشرة و أن الهوائي
المطلوب يمكن العمل على تنفيذه , و في هذه الحالة ستنشأ مشكلة أخرى , فإذا
افترضنا أن مدى نطاق الإشارة الصوتية يمتد من 50 هيرتز إلى 10000 هيرتز و
الفارق النسبي بين أعلى و أقل تردد هو 200 , و لذلك فالهوائي المناسب عند
إحدى نهايات النطاق سيكون قصيرا جدا أو طويلا جدا عند النهاية الأخرى , و
إذا تم تضمين هذه الإشارة الصوتية بتحويل نطاقها إلى المدى الترددي مثلا
من 50+ 1000000 هرتز إلى 1000000+ 10000 هرتز و الفارق النسبي بين أعلى و
أقل تردد هو 1.01 و لذلك فعملية التضمين ضيقت الفارق النسبي لمدى النطاق
الترددي من 200 إلى 1.01 و أصبح بالإمكان استخدام هوائي واحد .

3.تضمين لغرض التجميع ( الإرسال المتعدد ) :
في كثير من الأحوال فإننا نحتاج إلى إرسال عدد من الإشارات من موقع
ما في آن واحد و عبر قناة إتصال واحدة إلى موقع آخر , و في هذه الحالة
نقوم باستخدام التضمين بتجميع الإشارات وفق التقسيم الترددي ثم إرسالها
عبر القناة و من ثم نقوم بإستقبالها و توزيع هذه الإشارات للمواقع المرسلة
إليها , وتعتبر طرق إرسال بيانات القياس عن بعد و منظومات البث المسموع
المجسم و منظومات القنوات الهاتفية كأمثلة لتطبيقات طريقة التجميع وفق
التقسيم الترددي , و من الشائع الآن إرسال ما يزيد عن 1800 قناة هاتفية
عبر كابل محوري واحد يقل قطره عن سنتمتر واحد .

4.تضمين لغرض تحديد و توزيع الترددات :
التضمين يساعد على عملية توزيع الترددات و تحديدها وفق محطات
الإرسال و وفق الإستخدامات المختلفة , فعملية بث عدة قنوات مرئية و عدة
محطات إذاعية في منطقة واحدة و في آن واحد أصبحت ممكنة بوجود عملية
التضمين , و بدونها لا يمكن السماح إلا لمحطة أو إذاعة واحدة للبث في آن
واحد و إلا سيحدث التداخل بينها .

5.تضمين للتغلب على الضجيج و التداخل :
يستخدم التضمين كأداة للتقليل من تأثير الضجيج و التداخل على جودة
الإستقبال كما هو الحال في نظام تضمين التردد الذي يمتاز بمقدرته على
التغلب على الضجيج و التداخل إلا انه لتحقيق ذلك يتطلب عرض نطاق ترددي
واسع .

6.تضمين للتغلب على محدوديات المكونات و النبائط :
يستخدم التضمين لتحويل نطاق الإشارة إلى النطاق الترددي الذي تتوفر
فيه القطع و المكونات و الدوائر الإلكترونية و الذي يتم فيه عملية تجهيز و
معالجة هذه الإشارة ثم تحويلها إلى النطاق الترددي النهائي للإشارة .