موقع المهندس موقع المهندس بيت كل مهندس 
معايير التصميم Design Criteria
عند تصميم أي نظام اتصالات يجب اختيار جهاز الإرسال المناسب وجهاز الاستقبال المناسب ووسط النقل المناسب. أيضاً يجب الاعتماد على أفضل مبدأ ممكن لتعديل للإشارة، وذلك حسب التطبيق المطلوب، ونوع إشارة الناقل الأمثل. قد يبدو الأمر عشوائياً بعض الشيء حيث لا يوجد نقطة بدء واضحة عند تصميم نظام اتصالات. لكن في الحقيقة يوجد بعض المعايير والخواص الفيزيائية التي تُعرف كل عنصر من عناصر نظام الاتصالات يتم من خلالها معرفة نوع الأجهزة والقناة المطلوبين.
المرسل: عند تصميم جهاز الإرسال يوجد معيار واحد أساسي يجب النظر فيه وهو طاقة الإشارة Signal Power. تقاس طاقة الإشارة بواحدة الواط Watt، والمعيار الهام هنا هو الحصول على أخفض قيمة ممكنة لطاقة الإشارة يمكن عندها إرسال الإشارة اللاسلكية. رياضياً، نستطيع قياس طاقة إشارة بحساب المساحة الموجودة تحت مربع المُنحني في نطاق (مجال) الزمن أو في نطاق فورييه، أي النطاق الترددي. يمكن التّحكم بطاقة أي إشارة بتغيير السعة Amplitude أو تغيير التّردد.
العلاقة الرياضية المستخدمة من أجل حساب طاقة الإشارة المرسلة عبر ناقل
القناة: يوجد ثلاث معايير أساسية يتم وفقاً لها تعريف أي قناة:
مجال الحزمة Bandwidth: بشكل عام، يُعرف مجال الحزمة بمجموعة التّرددات التي تحمل فيما بينها عناصر الطاقة. أما في حالة قناة الاتصال يأخذ هذا المفهوم شكلاً أدق، حيث يُعنى بمجال الحزمة أي مجموعة الترددات التي تستطيع المرور عبر القناة إلى المستقبل وهذا ما يُعرف بمجال الحزمة الفعّال Effective Bandwidth. تزداد نوعية وجودة القناة كلما كان مجال الحزمة أعرض وأكبر، ولكن هذا لا يعني أنه يجب اختيار القناة ذات أكبر مجال ممكن. يتم الاختيار بحسب طريقة التّعديل وطبيعة الإشارة التي يتم إرسالها. على سبيل المثال، تتميز الأسلاك النّحاسية الثُنائية بمجال حزمة يبلغ 5 KHZ، أما كبلات Coax تتميز بعرض 50 KHZ. يُحسب مجال حزمة إشارة بحساب المسافة بين أخر تردد وأول تردد أي عرض الإشارة. من ثم يتم اختيار القناة المناسبة التي تستطيع تأمين مجال يضم المعلومة بشكلٍ كامل. يجب التنويه أنه في عصرنا الحالي وعلى الرّغم من تصميم الأسلاك النحاسية لترسل حتى KHZ 3.5، إلا أنه باستخدام تقنيات التّعديل الرقمي الحديثة يمكن إرسال الإشارات حتى مجال MHZ 100 ضمن نفس الأسلاك.
سعة القناة Channel Capacity: يعرف أيضاً كمجال الحزمة الرقمي Digital Bandwidth، تقاس سعة القناة بواحدة كيلو بت في الثانية [Kbps]. تشير هذه الصفة إلى كمية البتات التي نستطيع نقلها ضمن القناة من خلال 1 [HZ] من مجال الحزمة التّماثلي. بمعنى آخر، تُحدد السعة كمية المعلومات التي يمكن تمريرها عبر القناة في غضون استخدام واحد هرتز للقناة. بهذا التعريف نستطيع استنتاج أن السعة تمثل في الحقيقة “السرعة” الأعظمية التي يمكن عبرها نقل المعلومات.
نسبة الإشارة إلى الضجيج (SNR (Signal-to-Noise ratio: من أهم المعايير في أنظمة الاتصالات، وهو يُمثّل ببساطة نسبة طاقة الإشارة المرسلة إلى طاقة الضجيج. يحدد هذا المعيار “أداء” النّظام حيث يشير إلى مستوى وكمية الإشارة الموجودة ويقارنها مع مستوى وكمية الضجيج. يقاس هذا المعيار غالباً بواحدة الديسبل dB، حيث يحسب بالمقياس اللوغاريتمي، بسبب مجال القيم الواسع الذي من الممكن أن يأخذه هذا المعيار في المقياس المتري. فإن أي نسبة أكبر من 1، أي أكبر من 0 dB، تشير إلى وجود إشارة أكثر من وجود ضجيج وهكذا. يقاس أداء الاتصالات اعتماداً على قيمة هذا المعيار.
(SNR = Power of the signal (PS) / Power of the noise (PN
[SNR = 10*log(PS/PN) [dB
أخيراً، يوجد علاقة شهيرة، تدعى نظرية شانون-هارتلي Shannon-Hartley Theorem، تربط بين المعايير الثلاث. حيث نرمز للسعة بحرف C ولمجال الحزمة بحرف B.
(C = B*log2(1+SNR
المستقبل: عند وصول الإشارة واستقبال المعلومة يبقى علينا تقييم شيء واحد وهو جودة تلك المعلومة الواردة ومقارنتها مع نفسها قبل الإرسال وهذا ما يعرف بمعيار جودة الخدمة Quality of service. على عكس المعايير السابقة هذا المعايير لا يعطي قيمة رياضية نستطيع أن نُقيّمه من خلالها، إلا أنه تابع لقيمتين أو حتى يمكن اعتبارهما معيارين آخرين.
معدل الخطأ Bit Error Rate BER: وهو يحدد في الإرسال الرّقمي كمية البتات المرسلة بشكلٍ خاطئ خلال زمنٍ مُعيّن. يحسب معدل الخطأ بتقسيم عدد البتات الخاطئة على عدد البتات الكُليّ. بشكلٍ عام، لتحصيل جودة خدمة أفضل يجب أن يكون هذا المعيار أقل من 0.001. على سبيل المثال إذا كانت الإشارة المرسلة عبارة عن [0,1,0,1,0,1,1] وتم استقبال الإشارة التالية [0,0,0,1,1,0,1] فإن عدد البتات الخاطئة يساوي 3 وعدد البتات الكلي يساوي 7 فإن BER = 0.4285.
متوسط مربع الخطأ Mean Squared Error MSE: يقيس هذا المعيار المتوسط بين مربع الأخطاء. ويقصد بالخطأ هنا الفرق بين الإشارة المرسلة والإشارة الواردة. ويحسب بطريقتين، حسب نوع الإرسال. ففي الإرسال الرقمي تقسم الإشارة إلى عدد من العينات فإذا فرضنا أن للإشارة عدد n من العينات وأن y هي الإشارة المرسلة وx هي الإشارة الواردة يكون القانون الأول. أما إذا كان الإرسال تماثلي والمجال مستمر وكان دور الإشارة T يُحسب المعيار حسب القانون الثاني على مجال يساوي دور واحد.