المبحث الأول

بناء الرسالة والتعديل والتحميل البرقي

أولاً: خلفية تاريخية

منذ البدايات الأولى للحضارات، حاول الإنسان أن يصل إلى مسافات أبعد من تلك التي يمكن أن يصل إليها صوته. وكانت المحاولات البدائية تستخدم فيها الإشارة بالدخان، ثم باستخدام النار، ثم بحركات الأعلام، ثم بالملوحات الميكانيكية سيمافور (أُنظر شكل سيمافور). وقد استُخدمت المرآة لعكس ضوء الشمس ليُشاهَد هذا الضوء المنعكس على مسافات بعيدة.

    وفي هذا المجال يُذكر أن العرب قديماً قد استخدموا النار رمزاً، فتكون الإشارة بذلك بمثابة النبراس الذي يهدي التائه، بل إن النار أصبحت رمزاً للكلام. ومن وسائل الاتصال الرمزي التي استخدمها الإنسان قديماً الإشارات باليد، والإيماءات، والصراخ، وتعبير الوجه، والدخان، وقرع الطبول وما شابه ذلك.

    وبعد اختراع الكهرباء، تم عمل اتصال بين نقطتين بواسطة أسلاك كهربائية تسمح بمرور التيار الكهربائي أو قطعه، وذلك باستخدام مفتاح توصيل، وقد سُمي هذا المفتاح "مفتاح البرق (التليغراف)".

    في المراحل الأولى استُخدم مرور التيار الكهربائي في عمل علامة على شريط ورق، وفيما بعد أمكن إثارة مستقبل للصوت، وسماع صوت في الجانب الآخر. والمسافات الطويلة والقصيرة لهذا الصوت تترجم إلى حروف هجائية، النقط والشرط، التي تمثل الحروف الهجائية والأرقام باستخدام توليفات مختلفة منها، وتمثل توليفة الإشارات الطويلة والقصيرة في شفرة مورس بالنقط والشرط، فالحرف أ ـ مثلاً ـ نقطة شرطة. وتدخل وقفة واحدة بين النقط والشرط، وثلاث وقفات بين الحروف.

    وكلمة تليغراف مشتقة من تلي = بعيد، وجراف = يكتب. سمح هذا الاكتشاف الثوري للناس أن يتراسلوا عبر مسافات بعيدة، إذ ساعدت محطات إعادة الإذاعة على حمل الرسائل لمسافات طويلة، كانت تحتاج أياماً وأسابيع لتوصيل هذه الرسائل، بالحصان أو بالقطار.

    وقد أُنشئت محطات البرق (التليغراف) عبر طرق السكك الحديدية، إذ إن طريق السكة الحديد منشأ بالفعل، ولا يلزمه سوى الخطوط الكهربائية للبرق (التليغراف). وأصبح مراسلو هذه المحطات يرسلون الرسائل بالبرق (التليغراف) للتحكم في حركة القطارات، واستخدمت الخطوط نفسها في نقل الرسائل والأخبار والأحداث والمعاملات التجارية.

    ويمكن القول: إن "البرق (التليغراف) اللاسلكي" كان من أعظم اختراعات القرن التاسع عشر، إذ أصبح من الممكن الاتصال دون استخدام الأسلاك الكهربائية.

    هذا البرق (التليغراف) مهد السبيل لكل أنظمة الاتصالات اللاسلكية المعقدة. وقد كان التليغراف في صورته الأولى مكوناً من الآتي: بطارية، مفتاح، مغناطيس كهربائي، سلك توصيل مُكَوَّن من طرفين. البطارية لتوفير التيار الكهربي، والمفتاح لإغلاق الدائرة وفتحها، ويعمل جهازاً للإرسال، والمغناطيس الكهربائي، ويعمل جهازاً للاستقبال عن بُعد، عندما يمر به التيار الكهربائي يجذب حافظة معدنية يُسمع صوتها بسهولة. وعادة كانت تُصنع الأسلاك من النحاس؛ لأنه موصل جيد للتيار الكهربائي. وقد تم اكتشافه عام 1830م، وأمكن الاستغناء عن أحد فرعي الخط باستخدام الأرض طرفَ توصيل. ومنذ ذلك الوقت استخدم خط واحد بين المفتاح المرسل (أُنظر صورة المفتاح key) والمغناطيس الكهربائي المستقبل (أُنظر صورة المستقبل Sounder).

    وتم إرسال رسالة اختبار تليغراف على كابل نيويورك ـ هورتا Horta ـ NewYork بسرعة 1920 كلمة في الدقيقة 14 نوفمبر سنة 1924م (أُنظر شكل رسالة اختبار).

حقائق تاريخية

    في سنة 1833م، تمكن صموائيل مورس Samuel F. B. Morse (أُنظر صورة صمويل مورس) من تقديم معدة جديدة لإرسال إشارة عبر خط. عند غلق مفتاح في إحدى نهايتي الخط تم تسلم إشارة في الطرف الآخر، وفي سنة 1849م، تم تسلم إشارة مسموعة المورس، وفي سنة 1857م، نُصب أول تليغراف بين إنجلترا وأمريكا، وفي سنة 1865 تم تأسيس الاتحاد الدولي للتليغراف، ومع بدايات 1900م، أمكن اختراع التليغراف اللاسلكي الذي أحدث ثورة في عالم الاتصالات. وفي سنة 1934م، بُدِّل اسم الاتحاد الدولي للبرق (للتليغراف) إلى الاتحاد الدولي للاتصالات السلكية واللاسلكية. وفي سنة 1952م، أصبح الاتحاد الدولي للاتصالات السلكية واللاسلكية وكالة متخصصة في منظمة الأمم المتحدة.

ثانياً: بناء الرسالة البرقية

    في الاتصالات البرقية، تُرسل المعلومات في هيئة حروف، ورموز، وأشكال. وتمثل المعلومات المرسلة بواسطة إشارة ثنائية، والتي تنصف بحالتيها المختلفة.

    وعند تمثيل هذه الإشارة كهربائيّاً فإنها تُمثّل بحالتين "تيار" "H"، و"لا تيار" "L" وطبقاً لتوصيات الهيئة الاستشارية الدولية للتليغراف والتليفون CCITT (أُنظر جدول تمثيل الإشارة الثنائية طبقاً لتوصيات الهيئة الاستشارية الدولية للتليفون والتليغرافCCITT ) يطلق عليها نبضة بداية "A" ونبضة إيقاف "Z". وفي مواصلات الموجة الحاملة، وفي حالة التعديل الكَمِّي تُمثّل الإشارة الثنائية بـ نغمة، ولا نغمة، وفي حالة التعديل الترددي تُمثّل بترددين مختلفين، وفي حالة تعديل الوجه فإنها تُمثّل بوجهين مختلفين للموجة الحاملة، ومما سبق يتضح أن الإشارة الثنائية تمثل بحالتين. انظر (أُنظر شكل أنواع التعديل في النظام الثنائي).

1. حالات وطرق التعديل المختلفة للإشارة الثنائية

    في الاتصالات التليغرافية تُميز الإشارة بناءً على نوع الإرسال بالنسبة لأنظمة البداية والنهاية والأنظمة المتزامنة، وفي هذه الحالة يمثل الرمز بكود يتكون من نبضة بداية يليه عنصر الإشارة الممثلة للرمز، وعلى الأقل نبضة إيقاف.

وفي أجهزة الاستقبال يحدث التزامن بواسطة تمييز نبضة البداية، وبالتالي يمكن تمييز الرمز المرسل، فنبضتا البداية والنهاية هما اللتان تحافظان على التزامن بين جهاز الإرسال ومُستقبِل جهاز البرق خلال الفترة الزمنية لإرسال الرمز. (أُنظر شكل الإرسال المتزامن) وعادة ما تكون الفترة الزمنية لنبضة الإيقاف 1.5 من وحدة عرض النبضة ـ وفي الأنظمة المتزامنة يكون جهازا الإرسال والاستقبال في حالة تزامن مستمر، وللآتي أهمية كبيرة لهذه الأنظمة:

أ. معدل التعديل

ويسمى معدل التعديل V_s، كذلك بسرعة التليغراف، ويمثل بـ  حيث T_o = طول عرض النبضة مقاسه بالثانية، وهو يحدد أكبر عدد من النبضات التي يمكن أن تُرسل في الثانية الواحدة، ووحدات قياس معدل التعديل هو البود boud البود = نبضة/ ثانية، ويختلف معدل التعديل حسب الأنظمة المختلفة. (أُنظر جدول معدل التعديل لأنظمة البرق "التليغراف" المختلفة) .

مثال: إذا كانت V_s = 100 بود يكون في هذه الحالة طول النبضة T_o = 10 مللي ثانية. (أُنظر شكل سرعة التليغراف).

ب. معدل النبضات V_B

معدل النبضات هو حاصل ضرب معدل التعديل VS في عدد النبضات المرسلة للرمز الواحد، وفي حالة أنظمة الإرسال المتزامن، يكون أقصى معدل للنبضات مساوياً رقميّاً لمعدل التعديل، وفي حالة إرسال الإشارة الثنائية إرسالاً متتالياً وبمعدل تعديل 100 بود، يكون أقصى عدد لفيض النبضات في الدائرة 100 بت/ ثانية، ولذلك يكون معدل النبضات 100 بت/ ثانية.

ومعدل النبضات أقل في أنظمة نبضة النهاية والبداية. إذ يمثل كود الحرف خمس وحدات من النبضات، ولا تحمل نبضات البداية والنهاية أي معلومات. وعندما تُمثل نبضة الإيقاف 1.5 من وحدة عرض النبضة و20 مللي ثانية لعنصر الإشارة يكون أكثر معدل للنبضات VB مساوياً الآتي:

VB=عدد النبضات للرمز مقسوماً على وقت الإرسال للرمز = 5 بت ÷ 0.15من الثانية = 33033 بت/ ثانية.

ج. معدل الترميز

يُعد معدل الترميز V_C قياساً لمستوى أداء التليبرنتر، فهو يبين عدد الرموز التي يمكن إرسالها أو استقبالها في وحدة الوقت.

مثال ذلك التليبرنتر التي تعمل على سرعة 50 بود لكل رمز يحتوي على نبضة بداية وخمس نبضات للمعلومة، ونبضة إيقاف ـ الزمن الكلي للرمز محتوياً على نبضة بداية و1.5 نبضة إيقاف، وخمس نبضات للمعلومة = 7.5 × 20 مللي ثانية = 0.15 من الثانية.

2. حروف هجاء التليغراف

في المراحل المبكرة، كان إرسال الرسالة يحدث بطريقة مبسطة. وذلك بقطع الموجة الحاملة أو توصيلها. واستخدمت إشارة المورس لهذا الغرض. وهذه الإشارات تُستخدم حتى الآن. ومثال ذلك راديو الهواة والراديو المحمول والاتصالات البحرية.

والتليبرنتر Teleprinter تستخدم نظام الكود الخماسي، والذي يُمثل بعدد 32 حرفاً ⁵2=32 حرفاً من حروف هجاء التليغراف الدارجة. (أُنظر شكل حروف هجاء التليغراف الدولية) وهذا يُعد كافياً لإرسال الحروف، ولإرسال الأشكال والرموز، يستخدم نظام مزدوج للتكويد بحيث يُحوَّل التليبرنتر من استقبال حروف إلى استقبال أشكال، بهذه الطريقة يتضاعف عدد الرموز المرسلة أو المستقبلة. ويُعد كافياً لإرسال الحروف والرموز والعكس.

    وفي حالة إرسال بيانات يكون نظام الكود الخماسي غير كاف، إذ يكون مطلوب بعض إشارات التحكم وإلغاء نظام التحول من الأشكال إلى الحروف. ولذلك حسب توصيات الهيئة الاستشارية للتليفون والتليغراف استخدم نظام الكود الثماني، ويسمى رسميّاًISO-CODE  ويتكون من سبع نبضات للمعلومة ونبضة تماثل.

ثالثاً: أنواع التعديل

    لإرسال إشارة التليغراف أو البيانات لمسافات طويلة، يُستخدم التيار المتردد موجة حاملة، ولإرسال الإشارة التليغرافية من خلال أجهزة الراديو، تُعدل هذه الإشارة على موجة تيار مُتردد، وفي حيز التردد العالي ت ع. وفي أجهزة إرسال التليغراف، تتغير الموجة الحاملة طبقاً لحالة الإشارة الثنائية في التعديل الكمي، والترددي، والوجهي، وتُسمى هذه العملية التعديل. وتُستخلص الإشارة في جهاز الاستقبال، وتُسمى هذه العملية الكشف، وتوجد أنواع تعديل مناسبة ذات اعتمادية كبيرة لإرسال إشارة التليغراف لاسلكياً واستقبالها.

أنواع الإرسال

    الطريقة التي تستخدم لتعديل إشارة التليغراف إلى الموجة الحاملة في أجهزة إرسال التليغراف اللاسلكي عالية التردد تسمى أنواع الإرسال، وتُستخدم الأنواع الآتية:

1. التعديل الكَمِّي AM

أ. الإرسال بالنوع A1، ويسمى كذلك إرسال الموجات المتواصلة CW، وتُرسل الموجة أو توقف حسب إيقاع إشارة التليغراف، وتَتبع موجة التحميل ذات التردد العالي إشارة التليغراف من حيث الكم. هذا النوع من الإرسال يُستخدم حالياً في المورس. ونتيجة ليسر هذا النوع من التعديل فقد استخدم لوقت طويل لتراسل التليغراف والبيانات خلال أجهزة الراديو. وعملية التعديل في إرسال الراديو ميسرة جداً. وكذلك جهاز الاستقبال المطلوب في الجانب المقابل.

    ولكن هذا النوع من التعديل يعتمد في الكشف على مستوى الإشارة مسبباً مشكلات نتيجة تذبذب هذا المستوى، فيكون عُرضة للتشويه كما في حالة تداخل الضوضاء النبضي IMPLLUSIVE NOISE، إذ يُمكن للأخير أن يُكشف على أنه إشارة تليغراف.

ب. الإرسال بالنوع A2، في هذا النوع من الإرسال ترسل الموجة الحاملة مُعدلة كميّاً بواسطة التردد الصوتي مثل 500 أو 1000 هرتز، ويكون التعديل طبقاً لحالة إشارة التليغراف.

ج. إرسال الحيز الجانبي المفرد. يراوح حيز القناة الهاتفية بين 300 هرتز و3000 هرتز، طبقاً لتوصيات الهيئة الاستشارية الدولية للراديو، ويمكن تحميل هذه القناة بمجموعة من القنوات التليغرافية ذات الحيز الضيق وبسرعة 200 بود، وذلك في حالة مضاعفة القنوات بالتقسيم الترددي FDM - تليغراف التحميل الصوتي، وعندما يُحتل الحيز الجانبي بواسطة قنوات التليغراف الصوتي يُرمز لنوع التعديل هذا بالرموز الآتية A7J،A7B ،A7A  بدلاً من A3J، A3B، A3A.

2. التعديل الترددي

أ. عادة يستخدم التعديل الترددي في إرسال البيانات حتى 200 بت/ث، زحزحة التردد، والتعديل الترددي أقل تأثراً لتذبذب مستوى الإشارة في مرحلة الاستقبال، ولذلك تُعد هذه ميزة كبيرة، إذ أنه أقل عُرضة للتداخل، وترسل إشارة كل تردد بزحزحة بكامل قدرتها. وتستخدم هنا قناة واحدة أو قناتان مع هذه الأنواع من التعديل F1، F4، F6.

ب. في حالة الإرسال بالنوع F1، يجب تحديد ترددين f1، f2 للحالتين Z، A ـ قطبية الإيقاف والبداية ـ للإشارة الثنائية، تحدث زحزحة التردد العالي لجهاز إرسال الراديوRF بين هاتين الحالتين زحزحة التردد. وطبقاً لتوصيات الهيئة الاستشارية الدولية للتليفون والتليغراف، وكذا الهيئة الاستشارية الدولية للراديو يكون التردد FZ هو التردد الأصغر في حالات اتصالات الراديو باستخدام الموجة القصيرة والموجة الطويلة، وعادة تكون زحزحة التردد من ± 50 هرتز إلى ± 200 هرتز.

ج. تستخدم أجهزة الفاكسميلي النوع F4 لإشارة الوثيقة، وبتتابع تردد الجهاز بين زحزحة ترددين حسب النقط الممسوحة - أبيض ـ أسود – للصورة. ونتيجة لوجود عدد كبير من النقط للصورة في إرسال الفاكسميلي فإنه من العادة استخدام زحزحة التردد 400 هرتز، وسرعة إرسال 3600 بود. وفي حالة إرسال الصورة تمثل درجات الرمادي بكم مختلف لزحزحة التردد. وفي حالة الإرسال F6، يمكن إرسال رسالتين مستقلتين، في الوقت نفسه على اتجاه راديو، باستخدام الزحزحة بين أربعة ترددات.

رابعاً: التحميل البرقي الصوتي

    تستخدم أجهزة التحميل البرقي الصوتي لإرسال أكبر عدد ممكن من الدوائر البرقية، وذلك باستخدام حيز تردد القناة الهاتفية. ويمكن أن يُرسل على الدائرة الهاتفية النصف محملة 12 قناة برقية باستخدام معدل تعديل 50 بوداً، بينما في الدوائر الأقل تحميلاً يمكن إرسال 18 قناة برقية. وفي حالة دوائر التحميل السريعة يُسمح بتحميل24 قناة، كل قناة تعمل بمعدل تعديل 50 بوداً.

    ويستخدم نظام التشغيل أربع فرعات بين الإرسال والاستقبال، طرفان منها للإرسال، والطرفان الآخران للاستقبال، وفي حالة نظام الفرعتين ترسل الترددات الأقل في اتجاه، وتستخدم الترددات الأعلى في الاتجاه الآخر، إذ أنه يمكن استخدام نظام الفرعتين لأجهزة التحميل البرقي الصوتي.

    وحسب توصيات الهيئة الاستشارية الدولية للمواصلات التليفونية والتليغرافية فإن استخدام نظريات التحميل البرقي الصوتي تحدث طبقاً للمواصفات الآتية:

1. من المستحسن اختيار التحميل الكمي في أنظمة التحميل البرقي الصوتي وبمعدل تعديل لا يزيد على 50 بوداً، وتكون الترددات المستخدمة عبارة عن حاصل ضرب الرقم 60 في الأرقام الفردية بحيث يكون أقل تردد 420 سيكل/ ثانية، أي 60 × 7 = 420 سيكل/ث، والتردد التالي  60 × 9 = 540 سيكل/ث.

2. في بعض الحالات الخاصة يمكن استخدام ترددات أخرى مختلفة، ومثال ذلك عند استخدام دائرة تليغراف بحرية بكابل طويل في جزء من المسار.

3. عندما تعمل القنوات التليغرافية على الترددات المستخدمة للدوائر الحاملة لدوائر التليفونات بجانب القناة الهاتفية يجب ألا تنحرف أكثر من 6 سيكل/ث عن القيمة المفروضة.

4. يجب ألا تختلف قيمة القدرة للموجة المرسلة خلال الخط عن 0.2 نيبر عندما تعمل مع خط ذي معاوقة ثابتة.

5. يجب ألا تختلف قدرة كل موجة حاملة عن ± 0.1 نيبر عندما تعمل على خط ذي معاوقة ثابتة.

    اختلاف كمّ الإشارة المرسلة يجب أن تكون في الحدود المسموح بها (أُنظر شكل رسم بياني لتفاوت الموجه).

    وبالتالي يمكن استخدام القناة الهاتفية، وذلك بتقسيمها إلى حيزين، حيز يمكن إرسال القناة الصوتية فيه، والآخر يُستخدم لتحميل القنوات البرقية.

1. الإرسال المتوازي للتليغراف والتليفون

يوجد حالياً اهتمام كبير بإرسال معدلات كبيرة من المعلومات تصل إلى آلاف النبضات في الثانية الواحدة على الدائرة التليفونية، والأجهزة التي تعمل بمعدلات عالية لنقل المعلومات تكون عادة معقدة فنياً، ومكلفة في الوقت نفسه.

    ومثال ذلك الإرسال المتوازي لقناة هاتفية، وعدد ست قنوات تليغرافية تعمل بنظام التحميل البرقي الصوتي، وهذا النظام قادر على إرسال حتى 20 حرف/ ث، وفى هذه الحالة يوجد عدد ست قنوات، فيكون إجمالي المعلومات المرسلة بالنظام الثنائي في الوقت نفسه 120 حرف/ ث، وترسل هذه البيانات على اتجاهات خطية بين محطتي الإرسال والاستقبال (أُنظر شكل الإرسال المتوازي للتليغراف والهاتف).

    وأجهزة اللاسلكي التي تعمل في حيز الموجة القصيرة يُحمل عليها أجهزة التحميل البرقي الصوتي، وذلك باستخدام مضاعف التقسيم الترددي FDM لقنوات التليغراف. (أُنظر شكل التحميل البرقي الصوتي).

    وتُرسل الإشارة بالتعديل الترددي، بحيث تُمثَّل كلٌّ من حالتي الإشارة الثنائية بتردد مختلف وباستخدام ترددات مختلفة. وبذلك يمكن أن تحتوي القناة الهاتفية على عدد من القنوات البرقية التي تقع داخل الحيز الترددي من 300 هرتز إلى 3000 هرتز، وهذا التردد يقابل حيز التردد الصوتي لأجهزة الإرسال اللاسلكي. وتسمح بإرسال 16 قناة أو ثماني قنوات داخل حيز تردد القناة الهاتفية عند اختيار الترددات المختلفة بفاصل 170 هرتزاً أو340 هرتزاً في حيز 300 إلى 3000 هرتزاً. وتكون ترددات التحميل عبارة عن المضاعفات الفردية للتردد 85 هرتزاً، ونظام التحميل بفاصل 70/340 هرتزاً، وذلك حسب توصيات الهيئة الاستشارية الدولية للتليفون والتليغراف، ولتحسين كفاءة وجودة الاتصال يمكن اختيار أي قناتين بترددين مختلفين، وإرسال البيانات نفسها عليها، ويسمى هذا بالاستقبال المتنوع للتردد. ومع التطور السريع في تكنولوجيا المعلومات والمواصلات أمكن تكثيف عدد القنوات البرقية باستخدام مضاعف التقسيم الزمني TDM.

2. أجهزة اتصالات التليغراف والبيانات

هناك أجهزة تعمل مع مواصلات التليغراف ونقل البيانات صُممت أساساً للتطبيقات العسكرية، نظراً لتوافر الاعتمادية الكبيرة، وكذلك مرونة الاستخدام، وذلك من خلال التحويلات الإلكترونية. وتعمل التحويلة من خلال إعادة توليد الحروف، وتسمح باتصال مباشر بين النهايات المتوائمة معها، والتي تعمل بنظام نبضات البداية والنهاية، وبمعدل إشارة من 50 إلى 300 بت/ ثانية و7.5 إلى11 وحدة/ الحرف، ويمكن توصيل حتى 500 خط على التحويلة.

وخدمة تحويل الرسائل متوافرة للمشتركين الدائمين أو المشتركين الجدد من خلال دائرة تحويل، ويمكن العمل باتجاهات ثنائية مزدوجة مع مراكز التحويلات المختلفة وبسرعة حتى 2400 بت/ث. وتخزن الرسائل مؤقتاً في أسطوانة مغناطيسية ذات سعة تخزينية كبيرة، وتستخدم الشرائط المغناطيسية عند تخزين الرسائل لفترات طويلة. وللتوصيل على التحويلة، تستخدم أجهزة التحميل بالتقسيم الزمني للتردد TDM حسب توصيات الهيئة الاستشارية الدولية للتليفون والتليغراف التوصية الرقم 101، وتسمح هذه النوعية من الأجهزة بإرسال عدد كبير من القنوات، فيمكن إرسال 46 قناة بمعدل 50 بت/ث أو سبع قنوات بمعدل 300 نبضة/ث، ويمكن أن تُحمل على اتجاه يعمل بمعدل 204 ك بت/ث.