تحويل الاشارة التماثلية الى رقمية

محول تماثلي – رقمي المختزل بـ ADC ، هو عبارة عن وحدة إلكترونية تقوم بتحويل الإشارات الكهربية التماثلية إلى رقمية، حيث يكون هذا الخرج الرقمي ثنائي القيمة (قيمة عليا ويمثل بالرقم 1 وقيمة صغرى ويمثل بالرقم 0).

مقارنة بين أنظمة الاتصالات الرقمية والتماثلية:

1. الجودة والكفاءة العالية لنوعية المعلومات فى المستقبل الرقمى .

2. تمتاز أجهزة الاتصال الرقمية بفاعلية واستقرارية ووثوقية بالعمل أفضل من أجهزة الاتصالات التماثلية .

3. يكون تأثير التشويش ( Noise) على الأنظمة الرقمية أقل منه فى الأنظمة التماثلية ؛ لإمكانية تصحيح الأخطاء .

4. إمكانية دمج عدد من الإشارات على نفس قناة البث فى الأنظمة الرقمية باستخدام تقنيات الإرسال الرقمى المتعدد .

5. تعتمد الأنظمة الرقمية على تشفير البيانات ؛مما يعطيها ميزة عالية بالأمن والحماية .

6. تعد الأنظمة الرقمية أكثر اقتصادية من الأنظمة التماثلية .

7. تستخدم الأنظمة الرقمية التقنيات المحسوبة فى معالجة الإشارات الرقمية ( تخزين، تشفير،تحكم .......).

خطوات تحويل الاشارة التماثلية الى رقمية

1- التجزىء SAMPLING

2- تجميع المستويات المتقاربةQUANTIZATION

3- عملية التشفيرCODING

1- تجزىء الاشارة CODING

يتم تجزىء الاشارة التماثلية الى 8000 جزء فى الثانية

2- تجميع المستويات المتقاربة QUANTIZATION

تؤخذ الاجزاء او العينات ويتم ترتيبها فى عدد من مستويات معينة

الصوت البشرى يمكن ان يجزأ الى 8,192 مستوى

4- عملية التشفير CODING

الان نعبر عن كل مستوى من الاجزاء بشفرة ثنائية BINARY CODE

وعند المستقبل يتم تحويل هذه الشفرة الثنائية مرة اخرى الى اشارة تماثلية

تحويل الاشارة التماثلية الى اشارة رقمية:

لتحويل أي اشارة تماثلية الى اشارة رقمية يجب اتباع الخطوات التالية :

اخذ العينات -  Sampling

التكميم - - Quantization

الترميز – - Coding(encoding)

الاشارة التماثلية مستمرة زمنيا وسعويا:

اي انها معرفة من اجل كل لحظة زمنية وأيضا يمكن ان تأخذ أي قيمة ضمن مجال تغيرها.

الاشارة الرقمية متقطعة زمنيا وسعوياً أي انها معرفة عند بعض اللحظات الزمنية والإشارة تأخذ بعض القيم فقط.

عملية أخذ العينات:

هي عبارة عن اخذ عينات من اشارة معينة بحيث تكون هذه العينات كفيله باستعادة الاشارة الاصلية. 

ولكي نتمكن من استعادة الاشارة الاصلية من خلال هذه العينات يتوجب علينا احترام تردد التقسيم  Fs  حيث يجب ان يكون اكبر او يساوي قانون شانون الذي ينص على ان تردد اخذ العينات ضعف اكبر تردد تحتوي عليه الاشارة التماثلية.

Fs ≥ 2 fm))

حيث :

تردد اخذ العينات-   Fs

اكبر تردد تحتوي عليه الاشارة التماثلية (fm)

ملحوظة مهمة جدا:

لا يمكن استعادة الاشارة الاصلية من العينات المأخوذة اذا لم يتحقق شرط شانون

عملية التكميم:Quantizatio

هي عبارة عن تقطيع الاشارة سعويا (Amplitude Discretisation)

وهي عملية تقريبية يتم من خلالها تقليص عدد القيم المكممة للإشارة وذلك لتقليص عدد البتات اللازم لترميزها .

انواع التكميم :

التكميم نوعان

1-  التكميم المنتظم (Uniform Quantization)

2  -التكميم الغير منتظم (Non Uniform Quantization)

اولا : التكميم المنتظم

نفرض ان مجال تغير الاشارة المطلوب تكميمها هو من Xmax الى Xmin يقسم هذا المجال الى مجالات صغيره عددها (M) تكون متساوية الطول

 نأخذ عادة  M = 2N

حيث N هو عدد البتات التي نحتاج اليها عند الترميز.

N = log2 (M)

N = 3.32 log10 (M)

عملية الترميز :CODING-ENCODING

الترميز هو عبارة عن اعطاء كل قيمة مكممة رمز مكون من عدد ثنائي (0 و 1)

وهو العملية الثالثة في التحويل من اشارة تماثلية الى اشارة رقمية

طرق الترميز:

هناك طريقتين لترميز القيم

- 1 الترميز احادي القطبية (Unipolar Coding)

- 2 الترميز الثنائي القطبية ) اشارة – اتساع)(Bipolar Coding)

اولا : احادي القطبية (Unipolar Coding)

في هذه الطريقة الاشارة تكون احادية القطبية

بمعنى اخر اما تكون (+) دائما او تكون (-) دائماً

ولاستعمال هذه الطريقة لابد من معرفة عدد القيم المكممة (M) ومنها نستخرج عدد البتات (N) بواسطة

هذه العلاقة

M=2N

N= log2 (M)

N= 3.32 log10 (M)

ثانيا : ثنائي القطبية ) اشارة – اتساع)   (Bipolar Coding)

في هذه الطريقة عادة تكون Xmin = - Xmax

يخصص البت الاول للإشارة.

اذا كانت الاشارة (+) = 1

وإذا كانت الاشارة  (-) = 0

البتات الباقية تخصص لاتساع النبضة بهذه الطريقة :

نفرض ان  N = 3

كما ذكرنا سابقا البت الاول مخصص للاشارة ) + او - (

ويبقى لدينا 2 بت.

نبدأ بوضع الرمز من اصغر قيمة مطلقة

والمقصود بالقيمة المطلقة هي القيمة التي بعد 0

اصغر قيمة مطلقة = 00

القيمة التي تلي اصغر قيمة مطلقة  = 01

وهكذا

حتى نصل الى اكبر قيمة مطلقة  = 11