تعرف على أساسيات إشارة التحكم

تُشتق الإشارة الأساسية المستخدمة للتحكم في مصدر طاقة أو مُعدِّل تتبع الغلاف من الإشارات (I) و(Q) الموجودة في مولد النطاق الأساسي حيث تحمل معظم أجهزة الإرسال الحديثة التي يتم استخدامها مع تقنية تتبع المغلفات البيانات ويتم تعديلها في الإشارة مثل إشارات الطور (I) وإشارات التربيع (Q) ثم يتم استخدام إشارات (I) و(Q) لتوليد (envelope) بالتضمين عن طريق تمريرها عبر عدة كتل دارة لتحويل الإشارة إلى التنسيق الصحيح تماماً مع محيط الشكل الصحيح لتوفير الأداء المطلوب.

مولد إشارة التحكم في تتبع المغلف:

يتضمن مخطط الكتلة للدائرة المطلوبة لتوليد إشارة التحكم في تتبع المغلف عدداً من الكتل التي تهيئ المدخلات لتوفير الناتج المطلوب، ويمكن ملاحظة أنّ هناك عدة كتل تخدم كل منها وظائف منفصلة حيث
تتضمن كتل الدائرة هذه ما يلي:

1. حاسبة الحجم – Magnitude calculator:

تأخذ حاسبة الحجم الإشارتين (I) و(Q) من مولد النطاق الأساسي حيث يقوم بتربيع الإشارات وجمعها ثم أخذ الجذر التربيعي لإنشاء حجم الإشارة الإجمالي.

2. كسب ما قبل المغلف – Pre-envelope gain:

هذه المرحلة من توليد إشارة التحكم مطلوبة لأنّ طاقة ناتج جهاز الإرسال الكلي يتم التحكم فيها داخل تطبيقات مثل الهواتف المحمولة حيث تتراجع المحطة الأساسية عن طاقة إرسال الهاتف المحمول للحفاظ على طاقة البطارية ولمنع تحميل مستقبل المحطة الأساسية عن طريق الإشارات القريبة، كما يتم تطبيق هذا التحكم عادةً على مراحل ما قبل المضخم ويتم تعديل إنشاء إشارة التحكم في الغلاف لمراعاة ذلك.

2. تشكيل المغلف – Pre-envelope gain:

عادةً ما يتم احتواء هذا التضمين في ذاكرة أشباه الموصلات حيث يأخذ إشارة المغلف الواردة ثم يضيف التضمين المطلوب لتوفير الاستجابة الصحيحة من مكبر الصوت، كما تُستخدم هذه المرحلة عادةً بحثاً عن ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) التي تحتوي على المحيط المطلوب المبرمج فيه، وعادةً ما يتطلب إدخال (14 بت) لمنح التحكم المطلوب.

3. كسب وإزاحة المغلف اللاحق – Post envelope gain and offset:

تُستخدم هذه المرحلة لتوفير الكسب والإزاحة بحيث يتم تطبيق جهد التحكم الصحيح على إدخال التحكم في إمداد تعقب المغلف، وهي مطلوبة لمعايرة الكسب وأخطاء الإزاحة في (DAC) ومعدّل تتبع المرشح والغلاف.

4. المحول الرقمي إلى التماثلي – Digital to analogue converter:

نظراً لأنّ الإشارة تم الاحتفاظ بها حتى هذه النقطة في تنسيق رقمي، فإنّها تتطلب التحويل إلى شكل تماثلي ليتم تطبيقها على طرف التحكم الخاص بمزود تتبع الظرف

5. المرشح – Filter:

المرشح مطلوب لإزالة المكونات عالية التردد الناتجة عن التحويل الرقمي إلى التماثلي.

يُعد إنشاء إشارة التحكم لتعديل تزويد تعقب المغلف عملية معقدة حيث بمجرد تصميم مولد إشارة التحكم، فإنّه يتطلب تحسيناً دقيقاً لضمان عمل النظام بالطريقة المطلوبة تماماً، وعادةً بمجرد تحسين النظام تكون الدوائر قابلة للتكرار تماماً وقد تكون هناك حاجة إلى تعديلات صغيرة فقط في الإنتاج.

مطلوب موازنة التأخير في تتبع المغلف للتأكد من أنّ قمم وقيعان اتساع التردد الراديوي تتزامن مع شكل موجة الجهد المطبق على مضخم طاقة التردد اللاسلكي، ومن الضروري مطابقة التأخيرات التي تحدث داخل مسارات الأسلحة أو الدوائر لنظام تتبع المغلف، وإلّا سيكون هناك عدم تطابق في توصيل الجهد المطلوب لمضخم الطاقة.

تأثير تزامن تعقب المغلف الضعيف:

من المهم بشكل خاص أن يكون لديك تزامن جيد بين غلاف التردد اللاسلكي وإشارة التحكم وإلّا سينخفض ​​أداء مضخم التردد اللاسلكي:

1. زيادة تبديد الطاقة – Increased power dissipation:

إذا كان هناك تزامن ضعيف بين أشكال الموجة، فسيتم زيادة تبديد الطاقة لأنّ قمم الجهد لن تحدث في نفس وقت ذروة غلاف التردد اللاسلكي، ممّا يؤدي إلى زيادة تبديد الطاقة.

2. انخفاض الكفاءة – Reduced efficiency:

ينعكس تبديد الطاقة المتزايد في التشغيل الكلي للمضخم على أنّه انخفاض في الكفاءة.

3. تشويه متزايد – Increased distortion:

سيعني ضعف التزامن أنّه لن يكون هناك جهد كافي للوفاء بقمم الغلاف، وهذا سيؤدي إلى دفع إشارة مكبر الصوت إلى الانضغاط وبالتالي تشويه الإشارة.

التأخير غير المتطابق في موازنة تعقب المغلف:

لفهم سبب موازنة تأخير تعقب المغلف فمن الضروري النظر في أسباب حدوث حالات عدم تطابق التأخير، حيث تنشأ أسباب عدم التطابق في مظروف التردد اللاسلكي وإشارة تتبع الغلاف من فترات التأخير المختلفة التي تحدث في المسيرات التي تتخذها الإشارتان، أمّا بالنظر إلى الرسم التخطيطي للكتلة فيمكن ملاحظة وجود مسارين مختلفين للإشارة داخل إشارة تتبع المغلف: أحدهما لإشارة التردد اللاسلكي والآخر لإشارة التحكم في الغلاف.

تدخل إشارات (I) و(Q) كتلة تسمى تأخير حيث يمكن تطبيق مطابقة التأخير كما يتم تقسيمها على طول مساراتها المختلفة حيث يتم تمرير مسار التردد الراديوي إلى (DACs) أحدهما للإشارة (I) والآخر للإشارة (Q) ثم يتم ترشيح هذه المخرجات وخلطها إلى التردد المطلوب حيث يتم جمعها ثم تضخيمها، كما يشتمل مسار إشارة التحكم في الغلاف على تقنيات معالجة إشارات مختلفة جداً و لذلك لديها مستوى مختلف من التأخير.

يشتمل مسار إشارة التحكم في الغلاف على عدد من كتل النطاق الأساسي المختلفة لضمان صحة محيط إشارة التحكم حيث يتضمن ذلك جوانب تشمل التحكم في الكسب وجدول بحث (RAM)، كما يتم تحويل الإشارة من تنسيق رقمي إلى تنسيق تماثلي ثم يتم تصفيتها قبل تطبيقها على مزود تتبع الظرف.

وأحد العوامل الرئيسية في التأخيرات المختلفة بين مساري الإشارة هو مرشحات التمرير المنخفض المستخدمة بعد (DACs) حيث أنّ فلاتر تمرير الترددات المنخفضة بطبيعتها لها تأخير ونظراً لأنّ خصائصها مختلفة جداً، فإنّ لها مستويات مختلفة من التأخير كما تتم إضافة موازنة التأخير حيث يتم تقسيم إشارات معدل الذكاء على طول المسارين وبهذه الطريقة يمكن موازنة التأخير بسهولة في البداية.

كقاعدة عامة تقريبية، يجب أن تكون المحاذاة في حدود نصف نانوثانية تقريباً لعرض النطاق الترددي (20 ميجا هرتز) لإشارة (LTE)، وعلى الرغم من أنّ التناقض الظاهر يبدو صغيراً إلّا أنّ هناك مناطق لا يوجد فيها جهد كافي مطبق على مضخم التردد اللاسلكي لتلبية الإشارة ومناطق أخرى حيث يوجد الكثير من الجهد ممّا يؤدي إلى التبديد الزائد.

خصائص تشكيل تعقب المغلف:

1. تأثير تعديل جهد العرض:

يتيح تنوع الجهد على مضخم طاقة التردد اللاسلكي تحديد نقطة الأداء المثلى لأي مستوى معين من ناتج طاقة التردد اللاسلكي، ولقد وجد أنّه لأي جهد إمداد معين يوجد مستوى مثالي من الكفاءة يمكن الحصول عليه، أمّا الهدف من نظام تتبع الأظرف بشكل عام هو العمل عند النقطة الأكثر كفاءة على المنحنى لأي ناتج طاقة معين.

أمّا بالنسبة لأي جهد إمداد معين أي جهد التصريف أو جهد المجمع الذي يعتمد على نوع الجهاز حيث ترتفع كفاءة الطاقة مع بدء إنتاج الطاقة في الارتفاع ثم تصل إلى الذروة قبل السقوط، وإذا تم إنشاء العديد من المؤامرات لجهد إمداد مختلف، فيمكن ملاحظة أنّ هناك منحنى لمستوى الكفاءة القصوى حيث إذا كان جهد الإمداد يتبع هذا المنحنى، فيمكن لمضخم التردد اللاسلكي أن يعمل بأقصى مستوى كفاءته لأي مستوى طاقة معين.

الكفاءة المضافة للطاقة (PAE): هي مقياس يأخذ في الاعتبار كل الطاقة التي تدخل مكبر الصوت، حيث إنّه مفيد بشكل خاص عند العمل مع مكبرات الصوت منخفضة الكسب النسبية، مثل مضخمات طاقة التردد اللاسلكي.

كما يمكن ملاحظة أنّه إذا تطلب مكبر الصوت مستوى محرك أعلى فإنّ كفاءة الطاقة المضافة تنخفض، ولن يكون له أي تأثير على الكفاءة التي تأخذ في الاعتبار فقط طاقة التيار المستمر وطاقة التردد اللاسلكي، ومن الطبيعي أن تنخفض أقصى كفاءة مضافة للطاقة لجهاز ما مع التردد والسبب في ذلك هو أنّ هناك ميلاً طبيعياً لتحقيق أقصى مكاسب للجهاز النشط لتقليل التردد.

2. تشكيل تتبع المغلف:

الهدف الواضح لنظام تتبع المغلفات هو تحسين كفاءة النظام، وفي ظل هذه الظروف يجب أن تكون إشارة تتبع الغلاف بحيث يتم استخدام نقاط الكفاءة القصوى لكل جهد، ومع ذلك من الممكن أيضاً اعتماد ملفات تعريف أخرى لتتبع المغلفات حيث يتبع واحد على وجه الخصوص كسباً ثابتاً ويعرف باسم محيط (Isogain) ويوفر الحد الأقصى من الخطية.

3. تشكيل المغلفات لأقصى قدر من الكفاءة:

من أجل الحصول على أقصى قدر من الكفاءة، يلزم وجود ملف تعريف لشكل جهد الإمداد يتبع نقاط الكفاءة القصوى لمستويات طاقة الانتاج المختلفة حيث يمكن رسم ذلك على المنحنيات المختلفة للكسب وانتاج الطاقة لمستويات جهد الإمداد المختلفة، ومن أجل الحصول على الجهد المطلوب فمن الضروري تطوير جدول بحث عن الشكل وهذا يضمن توفير الجهد المطلوب لمكبر الصوت لسعة غلاف معينة، كما يمكن تطوير هذا من منحنيات مكبر الصوت.

4. تشكيل المغلف والكسب الخطي:

في بعض الظروف، قد يكون من الضروري تحسين نظام تتبع المغلفات لتوفير كسب خطي بدلاً من الحد الأقصى من الكفاءة، وفي ظل هذه الظروف من الضروري تغيير ظروف التشغيل بشكل طفيف وينتج عن ذلك منحنى مختلف لجدول البحث، وبدلاً من أخذ نقاط الكفاءة القصوى لمكبر الصوت فمن الضروري التأكد من أنّها تعمل بطريقة خطية، ونتيجة لذلك يجب أخذ النقاط التي يظل فيها مكبر الصوت خطياً.

يتم أخذ الأشكال من هذه الخطوط وإضافتها إلى جدول البحث عن الشكل لتوفير كفاف تتبع المغلف المطلوب لتحقيق كسب خطي، كما سيتبين أنّه يتم الحصول على منحنى مختلف وهذه الرسوم البيانية هي مجرد أمثلة ولكن يمكن رؤية المبدأ ويمكن رؤية الأشكال المختلفة، ممّا يشير إلى ظروف التشغيل المختلفة المستخدمة، أمّا الأشكال في جداول البحث هي تلك المستخدمة في ذاكرة البحث عن تشكيل المغلف.

كما إنّها تمكن من توفير الكفاف المطلوب لمطابقة جهد الإمداد المطلوب للسعة اللحظية المعطاة لمضخم التردد اللاسلكي، ومن خلال أخذ خصائص مختلفة لمكبر الصوت ورسم المنحنيات ثم استخدام هذه الأشكال في جدول البحث، فمن الممكن تغيير أداء مكبر الصوت بعدد من الطرق المختلفة وتحسين جوانب الأداء المختلفة.