أساسيّات عملية الترنيم

75 3 دقائق

2013 تبسيط علم الإلكترونيات

ستان جيبيليسكو

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

عندما نُرنِّم إشارةً فإننا "نكتب" معطياتٍ على تيّار كهربائي أو على موجة كهرو مغنطيسيّة.

يمكننا إنجازُ عمليّة الترنيم (Modulation) عبر تغيير السعة، أو التردّد أو الطور للتيّار أو للموجة. نستطيع أيضاً الحصول على إشارة مُرنَّمة عبر توليدِ متسلسلةٍ من نبضات التيّار أو الموجة ثمّ تغييرِ مدّتها [فترتها] الزمنية، أو سعتها، أو أوقات حدوثها.

الحامِل

يضمّ قلبُ الإشارة اللاسلكيّة موجةً جيبيّة تُدعى الحامِل (Carrier). يمكن أن يمتدّ تردّدها من بضعة كيلو هرتزات (kHz) إلى عدّة جيغا هرتزات (GHz).

إذا أردنا لحامِلٍ مُرنَّمٍ أن يُزوِّدَنا بنقل معطياتٍ موثوقٍ وفعّال، وجب على تردّد الحامِل أن يكون أكبر بعشر مرّات على الأقلّ من أعلى تردّد في الإشارة المُرنِّمة.

يمكننا صياغة هذا المبدأ بطريقة أخرى: ينبغي ألاّ تتجاوز قيمة المركِّبة الأعلى التردّديّة في المعلومات المُرنِّمة قيمةَ 10% من تردّد الحامِل.

القفل المفتاحيّ بواسطة مفاتيح التشغيل/التوقيف

يتضمّن أبسطُ شكلٍ في الترنيم قفلاً مفتاحيّاً بمفاتيحَ تشغيلٍ/توقيفٍ للحامِل.

يمكننا أن نفعل ذلك في دارة الهزّاز لمُرسِلٍ راديوي ليقوم بإرسال رِماز مورس (Morse Code) – وهو أحد أبسط أنماط الترنيم الثنائيّ (المتميِّز بوجود حالتَين)- كما يُبيّن الشكل9-1.

تساوي المدّةُ الزمنيّة للـ نقطة في رِماز مورس الفترةَ الزمنية لرقمٍ ثنائي، يُعرَف غالباً باسم البِتّ (Bit). يُمثّل البِت أصغرَ أو أقصرَ وحدةِ معطياتٍ ممكنة في منظومةٍ لها وضعان ممكنان اثنان فقط، وهما التشغيل التامّ (الحالة العليا، وتُدعى أيضاً بـ العلامة) والتوقيف التامّ (الحالة السفلى، وتُدعى أيضاً بـ الفراغ). تقيس النقرة (الضربة السريعة) ثلاثة بِتّات في الطول.

يمكننا أن نُنشئ رسائل بأيّ طولٍ نرغب به كما يلي:

–يوجد بِتّ فراغ بين النقاط والنقرات ضمن الحرف. –توجد ثلاثةُ بِتّاتِ فراغٍ متجاورةٌ بين الحروف ضمن الكلمة.

–توجد سبعةُ بِتّاتِ فراغٍ متجاورةٌ بين الكلمات ضمن الجملة.

–تلي سبعةُ بِتّاتِ فراغٍ متجاورةٌ نقطةَ التوقّف عند نهاية الجملة.

يمثِّل الشكل 9-2 ترجمةً مُخطّطيّةً – بشكل السعة إزاء الزمن – لكلمةٍ بسيطة مؤلّفة من ثلاثة أحرف في رِماز مورس، كما يمكن لها الظهور على راسم إشارةٍ عندما نقفل مفتاحيّاً إشارةَ مصدرٍ (منبعٍ) لتيّارٍ مستمرّ DC.

فكرة مفيدة: يُعَدّ رِماز مورس إحدى أبطأ طرائق إرسال ونقل المعطيات. تمتدّ سرعة المُشغِّلين البشر من حوالي 5 كلمات بالدقيقة (WPM) إلى 40 أو 50 (WPM).

أمّا الآلات – من مثل الحواسيب ومطاريف المعطيات – فهي تعمل بسرعٍ تصل لآلاف أو ملايين أو مليارات الكلمات بالدقيقة.

– القفل المفتاحي عبر إزاحة التردّد

يمكننا باستخدام القفل المفتاحي عبر إزاحة التردّد (Frequency-Shift keying) (FSK) أن نُرسل معطياتٍ رقميةً عبر روابط لاسلكية بسرعاتٍ أعلى ممّا يسمح به القفل المفتاحي بواسطة مفاتيح التشغيل/ التوقيف.

عادةً ينزاح تردّد الحامِل في بعض نُظُم الـ FSK بين أوضاع العلامة والفراغ بعدّة مئاتٍ أو أقلّ من الهرتز، بينما في نُظُم أخرى تُرنِّم موجةٌ جيبيّة بتردّد صوتي AF ذاتُ نغمتَين الحامِلَ، ويُدعى هذا النمط من الترنيم بـ القفل المفتاحي عبر إزاحة التردّد الصوتي (AFSK).

الرِّمازان الأكثر شيوعاً في الاستعمال واللذان يَستخدِمان الـ FXK والـ AFSK هما رِماز بودو (Baudot)، ورِماز أسكي (ASCII). تتركّب لفظةُ أسكي من الأحرف الأولى لعبارة "الرِّماز القياسي الأميركي لتبادل المعلومات البينيّ" (American Standard Code for Information Interchange).

في نُظُم الـ FSK والـ AFSK للكتابة الراديوية عن بعد (RTTY) (Radioteletype)، تقوم وحدةُ مِطراف (Terminal Unit) (TU) بتحويل الإشارات الرقمية إلى نبضات كهربائيّة تقوم بعرض الأحرف على شاشة حاسوب أو على طابعة عن بعد.

تولِّد وحدةُ الـ TU أيضاً الإشاراتِ الضروريّةَ لإرسال RTTY عندما يقوم المُشغِّل بالضرب على لوحة المفاتيح. تُدعى وحدةُ الـ TU الخاصّة بإرسال واستلام الـ AFSK باسم موديم Modem، وهي لفظة تتألّف من القسمَين الأوّليَّين للعبارة "مُرنِّم/ كاشِف الترنيم" (Modulator/ Demodulator) بالإنجليزيّة.

نحصل باستخدام FSK أو AFSK على أخطاء أقلّ ممّا نحصل عليه باستخدام قفلٍ مفتاحيّ بسيط بواسطة مفاتيح التشغيل/ التوقيف، لأن هويّاتِ الفراغات مُحدّدةٌ بشكل إيجابيّ عوضاً عن وجودها كمجرّد ثغرات ضمن المعطيات.

يمكن لهبّةِ ضجيجٍ مفاجئة في إشارةٍ مُقفلَةٍ مفتاحيّاً بواسطة مفاتيح التشغيل/ التوقيف أن تُربِك المستلمَ فيقرأ فراغاً على أنه علامة، أمّا عندما يكون للفراغ إشارةٌ تعريفيّة خاصة به، فإن هذا النوع من الأخطاء يحدث بشكلٍ أقلّ.

يبيّن الشكل 9-3 ترجمةً مُخطّطيّةً – بشكل تردّد إزاء الزمن – لكلمةٍ بسيطة مؤلّفة من ثلاثة أحرف تُرسَل باستخدام رِماز مورس في نمط الـ FSK.