قبل از اینکه با انواع نویزها آشنا شویم بهتر است به طور خلاصه درمورد نویز اطلاعاتی داشته باشید. نویز به نوسانات غیرمعمول یک سیگنال انتقالی می‌گویند که که مربوط به خود سیگنال نیست. به عنوان تعریف دیگری از نویز می‌توان گفت به هر آشفتگی الکتریکی یا سیگنال نامطلوبی گفته می‌شود که باعث تغییر در ارسال و محتوای اطلاعات می‌شود.
آنچه در این مقاله می خوانید:
دستگاه‌های مخابراتی امروزه از اهمیت بالایی در دنیای ارتباطات برخوردارند که یکی از چالش‌هایش حل مشکل نویز است. برای حل این مشکل باید اطاعات کافی در مورد انواع نویز، راه‌های ورود آن و روش‌های کاهش آن کسب کرد.
چرا نویز یک مسئله چالش برانگیز و پر اهمیت است؟
دلیل اهمیت نویز این است که محدوده اساسی عملکرد طبیعی تمام سیستم‌ها و جریان‌های الکتریکی را مشخص می‌کند. در گذشته فکر می‌کردند زمانی نویز مشکل ساز است که ما با سیگنال‌های ضعیف سر و کار داشته باشیم. این مطلب صحت دارد اما نویزفقط در همین یک مورد ایجاد مشکل نمی‌کند. به زمانی که نوسانات سیگنال‌های پردازش شده مانند نوسانات نویز باشد نیز باید توجه داشت.
اگر موضوع بحث ما فقط نویزهای ذاتی(نویزی که در دستگاه موجود است) باشد، تنها احتمال خطر مربوط به از دست دادن اطلاعات سیگنال‌های بسیار ضعیف است و سیگنال‌هایی با دامنه بالاتر محفوظ هستند. اما تصور کنید یک نویز خارجی هم تداخل ایجاد کند؛ بنابراین چون نوسانات آن بسیار بیشتر از نوسانات نویزدرونی است، می‌توان نتیجه گرفت که سیگنال‌های قوی هم درامان نخواهند بود.
در نتیجه می‌توان فهمید که سطح سیگنال اهمیت ندارد بلکه نسبت دامنه سیگنال به دامنه نویز مورد اهمیت است. یعنی نسبت‌های پایین سیگنال به نویز، نشان دهنده آسیب پذیری سیگنال است و نسبت بالای سیگنال به نویز نشان دهنده مصونیت سیگنال در مقابل نویزاست.
اولین قدمی که می‌توان برای کاهش نویز برداشت مشخص کردن سه مورد زیر است:
- منبع نویز
- راه‌های انتقال نویز
- گیرنده نویز
انواع نویزها
نویز در مهندسی قدرت یک اغتشاش الکتریکی، در مخابرات یک اختلال و عامل ایجاد ترافیک در کانال‌ها و در الکترونیک عامل اختلال در ارسال و دریافت اطلاعات محسوب می‌شود. این خطا در تئوری به علت‌های مختلفی از جمله موارد زیر است:
- تغییرات دما
- تابش‌های محیط
- بی ثباتی و تغییرات منبع تغذیه
- و…
این موارد در مدارهای آنالوگ حساب نمی‌شوند. در مدارهای منطقی با نوع دیگری از نویز یعنی نویزهای القایی سر و کار داریم. نویزهای القایی نتیجه پارازیت تزویج شده در نزدیکی مدار هستند.
به صورت کلی نویزها به دو دسته زیر تقسیم می‌شوند:
- نویزهای داخلی یا ذاتی
- نویزهای خارجی یا تداخلی
نویزهای داخلی یا ذاتی (Intrinsic Noise)
این نمونه نویز وابسته به ماهیت فیزیکی مدار است و درون مدار تولید می‌شود. برای مثال در یک سیستم خطی منشا نویزداخلی، ماهیت گسسته حاملان بار است و بارهایی که در مقطعی مشخص نسبت به زمان در نوسان اند، این نویز را ایجاد می‌کنند. قابل ذکر است که این نوسانات همیشگی و غیرقابل اجتناب هستند.
نویز حرارتی یا سفید
همانطور که از اسم آن مشخص است، این نویز ناشی از حرکت تصادفی حامل‌های باردار در یک محیط رسانا است که دمای آن بالاتر از صفر مطلق است. به نویزحرارتی، نویزمقاومتی یا نویزجانسون هم می‌گویند. دلیل این نام گذاری این است که جانسون فهمید این نویزدر تمام هادی‌ها وجود دارد و به درجه حرارت بستگی دارد.
نویز سفید را در پردازش سیگنال به سیگنالی می‌گویند که در تابع چگالی توان، توان به صورت یکنواخت در همه فرکانس‌ها توزیع شده باشد.
روش کاهش نویز سفید
اثر نویزسفید در همه فرکانس‌ها یکسان است؛ بنابراین نمی‌توان محدوده فرکانسی اثر برای آن تعریف کرد و راه کاهش اثر آن را نمی‌توان مبتنی بر فیلترهای معمول حوزه فرکانسی درنظر گرفت. برای کاهش اثر نویزسفید باید از سیستم متغیر با زمان استفاده کرد که امکان اجرای این سیستم‌ها راحت نیست.
نویز اتصالی
نویزاتصالی نتیجه تغییر ضریب هدایت است که در اثر اتصال غیرکامل دو ماده به وجود می‌آید. این نویز در هرجایی که دو هادی به هم وصل شده باشند مانند سوئیچ‌ها به وجود می‌آید.
نویز ضربه‌ای
زمانی که جریان گذرنده از یک المان حول یک مقدار متوسط کم و زیاد شده و نوسان داشته باشد، نویزضربه‌ای ایجاد می‌شود که دلیل آن صدور نامرتب الکترون‌ها است. این نویز در نیمه هادی‌ها و لامپ خلا وجود دارد. نویزضربه‌ای در لامپ‌های خلا در نتیجه صدور نامرتب الکترون‌ها از کاتد ایجاد می‌شود.
نویز پاپکورن
نویزانفجاری هم نامیده می‌شود و اولین بار در دیودهای نیمه هادی کشف شد. این نویز در مدارات مجتمع هم وجود دارد. اگر درمورد علت نامگذاری پاپکورن برای این نویز کنجکاو شده اید به توضیح بعدی دقت کنید. اگر این نویزتقویت شده و به بلندگو برود صدایی شبیه انفجار ایجاد می‌شود و اگر نویزحرارتی به آن افزوده شود، صدایی شبیه بو دادن ذرت پیدا می‌کند.
نویزپاپکورن به دلیل نقص در ساخت کارخانه ای ایجاد می‌شود و با رعایت روش های پیشرفته تر در ساخت المان‌ها، می‌توان آن را حذف کرد.
حذف اثر اختلالات تحمیل شده به سیگنال صوتی
در موارد بسیاری، سیگنال اصلی و مرجع در دست است که در این صورت راه آسان تری برای حذف سیگنال اثر اغتشاش داریم. به این حالت AEC می‌گویند. به حالت‌هایی که در صورت عدم وجود سیگنال مرجع، حذف نویز انجام می‌شود ANC می‌گویند.
فیلتر وفقی چیست؟
فیلتر وفقی یکی از اصولی ترین روش‌ها برای کاهش نویزاست. فیلتر وفقی به فیلتری می‌گویند که یک سیستم متغیر با زمان است و برعکس بقیه فیلترها، با زمان تغییر می‌کند. مقدار خروجی فیلتر در هر لحظه به مقادیر آینده آن بستگی دارد که برای پیاده سازی آن فقط می‌توان از روش‌های کامپیوتری استفاده کرد. نتیجه را که یک سیگنال گسسته در زمان است می‌توان به کمک مبدل‌های دیجیتال به آنالوگ، به صورت فیزیکی بیان کرد.
نویزهای خارجی یا غیرذاتی (Extrinsic Notse)
منشا نویزهای غیرذاتی خارج از مدار است. ممکن است شما این نویزرا با نام‌های دیگری مانند سیگنال فرعی، سیگنال‌های مزاحم و یا اختلال شنیده باشید. این گروه از نویزها به دو دسته تقسیم می‌شوند:
الف) اختلال محیطی
نمونه‌هایی از اختلال محیطی شامل موارد زیر می‌شود:
- نویزآسمان( فضایی) که شامل منبع‌هایی است که برد زیادی دارند مانند خورشید و کهکشان
- نویز جوی مثل آذرخش
- نویزهای مصنوعی که به وسیله انسان‌ها در طبیعت منتشر شده که می‌تواند منشاهایی مانند موتورهای الکتریکی، قوس الکتریکی، اثر نئون، خط‌های انتقال قدرت، سوئیچ‌ها، ایستگاه‌های سرویس رادیویی و تلویزیونی و …. داشته باشند.
ب) نویز انتقالی یا تداخل
تداخل بین دو سیستم به زمانی گفته می‌شود که در مدار سیگنال مفیدی داشته باشیم که توسط پارازیت ناشی از تزویج شدگی از مدار گرفته شود. اثر این تداخل را می‌توان به وسیله موقعیت نسبی کابل‌ها، نوارهای مسی و عناصر مداری که در چهارچوب مشخصی هستند، بسیار کاهش داد.
تکنیک‌های حذف نویز
بشر در این زمینه تلاش می‌کند تا حد امکان این نویزها را کاهش داده یا حذف کند. در ادامه به چند تکنیک حذف نویز اشاره کرده‌ایم.
- طراحی نویزپایین: در همان مراحل اولیه طراحی باید به اثری که نویزهای ذاتی بر مدار می‌گذارند توجه شود. رها کردن نویزهای ذاتی با این تفکر که در پایان کار آن‌ها را محاسبه می‌کنیم می‌تواند باعث ایجاد مشکلی اساسی و طراحی مجدد گران قیمت شوند.
تکنیک‌های زیر نیز جلوی نویز خارجی را می‌گیرند:
- طراحی مناسب محل نوارهای مسی در برد چاپی
- فیلتر و بالانس کردن مدار
- ایجاد زمین مناسب برای مدارمحافظ گذاشتن برای قسمت‌های مختلف مدار
- استفاده از کابل شیلد شده: در صورت استفاده از شیلد می‌توان اثر نویز را تا حد زیادی کاهش داد.
تاثیر نویزها بر سیستم مخابراتی
نویز عملکرد همه انواع سیستم ارتباطی را محدود می‌کند.
در سیستم مخابراتی، نقش فرستنده کدگذاری سیگنال‌هایی است که از منبع منتشر شده و این انتشار باید همه اطلاعات سیگنال‌ها را در کانال حفظ کند. به این عمل کدگذاری یا مدولاسیون می‌گویند.
مدولاتور چیست و چه کاربردی دارد ؟ / مدولاسیون چیست؟
سیگنال‌ها توسط کانال از نقطه‌ای به نقطه دیگر منتقل می‌شوند. در ساده ترین شکل می‌توان گفت کانال یک مسیر با فضای آزاد است که آنتن فرستنده و گیرنده را به هم وصل می‌کند. دیگر کانال‌ها را می‌توان از کابل، فیبر نوری، ترکیبی از کانال‌های بی سیم و سیمی ایجاد کرد.
کابل شبکه یا فیبر نوری؟ کدام یک مناسب تر است؟
با فرض اینکه هیچ نویزی اضافه نشده باشد، سیگنالی که به کانال می‌رسد فقط به نویز فرستنده آلوده می‌شود.
در طول انتشار در کانال به دلیل دخالت یا انحرافات خطی و غیرخطی، سیگنال ضعیف تر می‌شود. البته این ضعیف شدن می‌تواند به دلایل دیگری مانند تاثیر نویز، ارسال چند مسیره سیگنال یا فیلتر کردن هم باشد. البته در سیگنال‌های ماهواره‌ای که طول مسیر به بیش از ۱۰هزار کیلومتر می‌رسد هم سیگنال ضعیف می‌شود.
در نتیجه این موارد، نسبت سیگنال به نویز بسیار پایین می‌آید و سیگنال‌هایی که به ایستگاه گیرنده می‌رسند ضعیف هستند بنابراین قبل از هر چیزی باید تقویت شوند.
به عنوان یک قانون کلی در سیستم‌های مخابراتی، تقویت کننده بلافاصله بعد از آنتن گیرنده به کار برده می‌شود.
دیدگاه شما درباره این مقاله چیست ؟