Table of Contents

مقدمة إلى نشرة آنا لعلامات في البيئات الحقيقية في العالم

وتظل الإشارات اللامعية هي العمود الفقري لنظم الاتصالات التي لا تحصى، ومن البث الإذاعي للإذاعة والتلفزيون والرادار والتصنيع المشابه، وخلافاً للإشارة الرقمية التي تكون أكثر تسامحاً للتدهور، فإن الإشارات المشابهة شديدة التعرض للتغيرات في البيئة التي تبثها، وفي الممارسة العملية، لا توجد قناة نقل كاملة خالية من التدخل إلا في نظريات الوصل.

الآليات الأساسية للتحلل من الإشارات

وقبل استكشاف العوامل البيئية الفردية، من المفيد استعراض الفيزياء الأساسية التي تحكم نشر الإشارة المشابهة، فالإشارة إلى الأناجي هي إشارات مستمرة إلى موجات تحمل المعلومات من خلال التباينات في الكم أو التردد أو المرحلة، وعندما تسافر، فإنها تتفاعل مع وسيطة النشر بعدة طرق:

  • Attenuation:] The gradual loss of signal power over distance due to absorption, scattering, and spreading loss. In copper cables, resistive losses increase with frequency (skin effect). In radio channels, free-space path loss follows an inverse-square law.
  • Dispersion:] The spreading of a signal pulse in time, caused by different frequency components traveling at different speeds (group velocity dispersion). This is particularly problematic in optical fibers and long-haul wired links.
  • Distortion:] Changes in the waveform shape due to nonlinearities in the medium or components. Harmonic distortion and intermodulation distortion are common culprits.
  • Noise:] Unwanted random energy added to the signal from thermal agitation (Johnson-Nyquist noise), atmospheric noise, man-made electromagnetic sources, and intrinsic tool imperfections (flicker noise, shot noise).

ويتفاقم كل من هذه الآليات بسبب الظروف البيئية، مما يجعل سلوك القنوات مستغرقاً زمنياً ومعتمداً على الموقع، ويجب على المهندسين أن يصفوا أسوأ بيئة متوقعة وأن يصمموا هوامش التصميم وفقاً لذلك.

الظروف الجوية وآثارها الكمية

التهطال: المطر، الثلج، الفوج

وفي نظم الترددات اللاسلكية التي تعمل فوق 10 جيهرتز (النمو وقطع الموجات المميتة)، تسبب التهطال ارتفاعاً كبيراً، كما أن نسبة الطيور المشتعلة والممتصة للطاقة الكهرومغناطيسية المعتدلة تبلغ 25 كيلو متراً، وهي نسبة مخففة من حيث ارتفاع معدلات الأمطار عند مستوى الترددات الدهونية عند مستوى أعلى من 50 كيلو متراً (الدقيق)

ويكافح المهندسون تصعيد التهطال باستخدام هامش الطاقة، والتعديلات التكييفية، والتنوع في الترددات، وتنوع المواقع (المتلقين المتردي المنفصلين جغرافيا) وفي الاتصالات الساتلية، كثيرا ما تستخدم مراقبة الطاقة الفوقية للتعويض عن تلاشي الأمطار.

التغيرات في درجة الحرارة ودرجة الحرارة

تغيرات الحرارة تغير الخواص الكهربائية للموصلات ومقاييس الديكل، وفي الكابلات الكسيكية، تزداد مقاومة النحاس بدرجة حرارة (نحو 0.00393 لكل درجة مئوية)، مما يؤدي إلى زيادة الخسائر في الأورام، وتغير المواد التغذوية في الكابلات والموصلات قدرتها على التصاريح بدرجة حرارة، مما يسبب تحولا في مرحلة الإشارة، وبالنسبة لنظم التماثل التي تستخدم معلومات مصممة على أساس مرحلي.

ويؤثر الرطوبة على ثابت الهواء الديليكتري، الذي يغير بدوره سرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية، وفي ترددات الموجات الدقيقة، يمكن أن يؤدي تغيير التواضع النسبي بنسبة 1 في المائة إلى تأخير النشر من عدة أجزاء لكل مليون، وعلى مسافات طويلة (كثير من الكيلومترات)، يمكن أن يتراكم هذا إلى ثانيات من الخطأ في التوقيت، وهو أمر حاسم بالنسبة للرادار أو الوقت.

وتستخدم الكابلات المجهزة بعجلات متحركة (مثلاً، الهيلاكس المزود بأجهزة تيفلون، وبطنيات العصور الهوائية) في منشآت خارجية تخضع لتقلبات حرارة واسعة، وبالنسبة لنظم القياسات المتماثلة الحساسة للغاية، فإن الضيوف التي تخضع لدرجات الحرارة، وأجهزة التعويض هي نظم قياس معيارية.

الآثار الجوية والغلافية

بالنسبة لبث الموجات السحابية (تردد عال، 3-30 ميغاهيرتز)، تتباين الكثافة الكهربائية للغلاف الأيونوي مع النشاط الشمسي، والوقت، والفصل، مما يؤثر على الترددات القصوى للاستخدام واستيعاب الإشارات، وأثناء فترات الذكاء الشمسية، يمكن للمبيد D أن يستوعب جميع الإشارات الترددية العالية جداً، مما يتسبب في فقدان كامل لقطعة التردد العالي جداً أو وصلات بيانات غير متوقعة.

التثبيتات المادية: التفكك، التفكك، الشادوينغ

البيئات الحضرية والداخلية

وتخلق المباني والجدارات والأشجار والمعالم التضاريسية انتشارا متعدد المعالم: إذ تصل الإشارات إلى جهاز الاستقبال عبر مسارات متعددة مع تأخيرات وكميات مختلفة، وفي التلفزيون المائي، يتسبب ذلك في ظهور أشباح (نسخ مؤجلة من الصورة) وفي شكل صوتي مسموع، يمكن للمتعدد الاطراف أن ينتج تشوهات وتفجيرات ضوضاء، وفي الرادار، يتسبب المتعاطفون المتعددون في أهداف زائفة وخطء.

إن درجة الظل (التكثيف غير المباشر) تتوقف على المادة، وتخفف الجدران الحائظة من 2.4 جيهرتز من 10 إلى 20 دي بي، بينما يمكن للهياكل المعدنية أن تسبب كتلة كاملة تقريباً، وبالنسبة للميكروفونات اللاسلكية المستخدمة في الملاعب، فإن أجهزة استقبال دقيقة للهوائيين والتنوع (مساران مستقلان للتلقيم) هي معايير للتغلب على الانقطاعات التي تسببها أجهزة الإشارات.

إزالة الشدة وإزالة المنطقة

وعندما تتحول الإشارة إلى حافة عائق، تنحني بالنشر، ويتوقّع مبدأ " هيجينز - فورنيل " أنه بالنسبة لمسار خطي البصر، ينبغي أن تكون المنطقة الأولى من النفق خالية من العقبات، وإذا ما تسللت الأشجار أو المباني إلى هذه المنطقة، فإن هناك خطأ آخر في استخدام الورق (من 6 إلى 20 إلى 15) يُتوخى أن تكون هناك زيادات في أسعار الصرف المجهرية.

Electromagnetic Interference (EMI) and Compatibility

المصدر:

والطيف الكهرومغناطيسي هو مورد مشترك، مزدحم بالمصدر المتعمد وغير المقصود، والنظم المشابهة ضعيفة بشكل خاص لأنها تفتقر إلى قدرات النظم الرقمية على كشف الأخطاء وإعادة نقلها، وتشمل المصادر المشتركة لشبكة المعلومات الاقتصادية ما يلي:

  • Power lines and motors:] Arcing from commutators, shifting power supplies, and changing-frequency drives generate broadband noise from DC to hundreds of MHz. This can couple into analog sensor cables, corrupting low-level signals like thermocouple outputs.
  • Lightning:] Induces large transient currents in ground cycles and antennas. Even nearby lightning strikes can cause lasting damage to analog input stages.
  • Radio transmitters:] AM radio towers can overload the input circuits of nearby audio equipment, producing intermodulation products that appear as unwanted tones.
  • Digital electronics:] High-speed hours and buses emit harmonics that fall into analog bands. A 16 MHz digital hour can radiate at 32, 48, 64 MHz and so on, interfering with FM broadcast (88-108 MHz) if not properly shielded.

النوافذ الأرضية ونواة موحدة الحركة

وفي نظم القياس والسمع، تشكل الحلقات الأرضية مشكلة منتشرة في النزاهة الناظرية، وترتبط قطع مختلفة من المعدات بأرض الأرض بإمكانات مختلفة (الفروق في بضعة ملليفولت إلى فولت)، وهذا الفرق المحتمل يؤدي إلى إحداث انخفاضات في البرج، مما يؤدي إلى حدوث انخفاضات في الإشارات إلى درجة الحرارة (50/60 Hz وأجهزة التناسق) ويجمع الحل بين ما يلي:

  • علم الطبقات الأرضية للنجم (نقطة مرجعية رئيسية)
  • محولات عزل
  • الخنق بالأسلوب المشترك
  • انتقال خط متوازن (مثل الكابلات الصوتية للأشعة السيكولوجية) مع نسب رفض موحدة تبلغ 80 دي بي أو أكثر

مقاييس أداء النظام التي تؤثر على البيئة

:: تدهور العوامل البيئية في عدة معايير أداء حاسمة لنظم التناظر:

نسبة الإشارة إلى الأرقام (SNR)

إن الأشعة السينية هي أكثر التدابير الأساسية لنوعية الصوت المناظر، إذ أن جهاز SNR دون 20 درناً لا يكاد يفهم؛ وبالنسبة للفيديو المشابه، فإن 45 درناً لازماً للجودة المقبولة، فالضوضاء الحراري وحده يحد من SNR إلى -174 د.م/هرتز في درجة حرارة الغرفة، وفي البيئات الحقيقية، يمكن أن ترفع الضوضاء الجوي والتدخل من قبل الإنسان إلى درجة الضوضاء 20 - 40 د.

معدل الغضب في تحويل الأناولوجيا إلى الأرقام

حتى أنظمة التشابه النقي غالباً ما تنتهي بالرقمنة إذا كانت الأشعة المقطعية سيئة، فإن الإشارة الرقمية تعاني من زيادة الضوضاء الكمية وانخفاض عدد الكم من القطع (الإنوب) مثلاً، إذا كانت الضوضاء المشابهة هي ذروة واحدة إلى حد كبير، فإن الحل الفعال للشركة ينخفض بمقدار واحد تقريباً، في جهاز الصوتي ذو المستوى العالي (الد.

المرحلة الثانية:

ويعتمد مصممو المواد المشابهة والمحللون على المناشف المحلية التي لديها ضوضاء منخفضة في المرحلة، ويمكن أن تؤدي التغيرات في درجة الحرارة والاحترار البيئيين إلى الضغط الميكانيكي على المناشف الكريستالية، مما يتسبب في حدوث انجراف في الترددات وزيادة الضوضاء في المرحلة، وفي نظم الإدارة التضمين الترددي، يمكن أن تؤدي إشارات التدخل القوية إلى خلط متبادل بين الضوضاء، مما يزيد من الحد الأدنى للضوع في القنوات المتاخمة.

دراسات الحالة: أمثلة حقيقية على الصعيد العالمي

Anlog Radar in Tropical Climates

وشهد رادار مراقبة مطار يعمل في منطقة منطقة الممون في جنوب شرق آسيا إنذارات كاذبة متكررة وسقط أهدافا أثناء الأمطار الغزيرة، وكشفت التحقيقات أن تصعيد الأمطار عند تردد الرادار (5.6 غيغاهيرتز) يتجاوز 0.1 د/كميل لكل ملليمتر/ساعة من المطر، حيث انخفضت معدلات الكشف القصوى من 120 كيلومترا إلى أقل من 40 كيلومترا، وكان الحل هو تصميم رادار ذي تردد مزدوج حيث توفر السماء الدنيا (2.8)

Anlog Audio Transmission in Stadiums

وكان هناك مكان للحفلات الموسيقية هو وجود انقطاع مستمر في أجهزة الاتصال اللاسلكية عن طريق الهاتف، وأظهر تحليل الوصلات وجود تدخل قوي خارج النطاق من وصلات البيانات اللاسلكية الرقمية (التي تستخدم في مكافحة الإضاءة) حيث ينتج الميكروفونات اللاسلكية التي تعمل بالترددات العالية جدا (174-216 ميغاهيرتز) دون أن تكون هناك إشارات قوية متاخمة، وقد تم رفع مكانها إلى أجهزة استقبال للتنوع الترددي ذات التردد العالي (المستقبل).

استراتيجيات التخفيف الشاملة

أفضل الممارسات في مجال الشحن والتحويل

وفيما عدا حماية الضيافة الأساسية، يستخدم المصممون ما يلي:

  • تصميمات متعددة حواسيب PCB ذات طائرات أرضية مستمرة
  • خرز الفيريت و مرشحات موحدة على كل خطوط
  • العزلة البصرية لكابل التناظر الطويل
  • كبائن غازية كهربية لباب خزانة

التخطيط لحالات الطوارئ وإصدار التراخيص

ويمكن أن يؤدي اختيار تواتر التشغيل الصحيح إلى استباق العديد من المشاكل البيئية، إذ أن انخفاض الترددات (دون 1 غ هرتز) يعاني من انخفاض في معدلات تذبذب الطين والأمطار، ولكنه أكثر عرضة للضجيج الناجم عن البرق، كما أن ارتفاع الترددات يزيد من اتساع النطاقات وأقل ازدحاما، ولكنه يتطلب نماذج دقيقة للنشر، وفي مناطق كثيرة، تحتاج الهيئات التنظيمية إلى تنسيق متكرر لتجنب التدخل.

تقنيات معالجة الإشارات

ويمكن أن تؤدي عملية تكييف الإشارات المدوّنة إلى تحسين الأداء في ظل ظروف سلبية:

  • (أ) التركيز المسبق والتقليل من التركيز (المستخدم في البث الإذاعي على الموجات الترددية) على زيادة الترددات العالية قبل البث، مما يقلل من أثر الضوضاء العالية التردد.
  • (ج) الجمع (القمع/التوسع) للحفاظ على النطاق الدينامي في القنوات الضارية.
  • مرشحات للحشرات المؤيدة لإزالة متدخلات ضيقة محددة
  • Automatic gain control (AGC) to compensate for slow fading.

التعافي والتنوع

وكثيرا ما تُبنى وصلات الشعار الحرجة بمسارات متعددة:

  • التنوع المكاني (الهوائيات المتعددة الأطراف التي انفصلت عن عدة خطوط الموجات)
  • التنوع التواتري (نقل المعلومات نفسها عن ترددات أو أكثر)
  • التنوع الاستقطابي (استقطاب الأفق والرأسي)
  • تنوع الوقت (تكرر المعلومات بعد تأخير، وهو أمر مفيد للتدخل في التفجيرات)

التحديات الناشئة: التفاعلات مع الهياكل الأساسية الرقمية

ومع تزايد تشفير المدن بخمسة جي من الخلايا الصغيرة، وبؤر الوصل بالوقود، وبأجهزة الإيوت، فإن البيئة الكهرومغناطيسية تنمو بكثافة، كما أن نظم الأنالوج يجب أن تتعايش مع نقلات مجففة ذات قدرة عالية، وبالنسبة لأجهزة الاستشعار الناظرة في الأوساط الصناعية، فإن فعالية الدرع بالكابلات كثيرا ما تتعرض للخطر بسبب ضوضاء قديمة على مدى عقود.

الاستنتاج: تصميم نظام لا يمكن التنبؤ به

إن العوامل البيئية ليست مجرد إزعاج للخلفية، بل هي بارامترات نظامية من الدرجة الأولى يجب أن تُحسب من خلال النشر، وسواء كان نظام التناظر يمثل مقياساً بسيطاً لدرجات الحرارة أو صفيفة رادارية معقدة، فإن أداءه محدود بسبب التكثيف الجوي، والتعددية، والإيرادات، والضوضاء الحرارية، وتطوير مكونات تركيب الأدوات الهندسية، والموثوقية، والميبة،

For further technical reading, consult ITU-R P.838 for rain attenuation models, IEE papers on multipath effects in analog TV], and NIST publications on thermal noise fundamentalsactic.