additive white Gaussian noise (AWGN)

الضوضاء البيضاء الإضافية (AWGN): عدو الاتصالات الصامت

تخيل تسجيلاً صوتيًا واضحًا ونقيًا، خاليًا من التشوهات. الآن، تخيل بثًا راديويًا مليئًا بالتشويش، محشوًا بالتداخلات. هذا الفرق، في جوهره، يمثل تأثير الضوضاء على أنظمة الاتصالات. في مجال الهندسة الكهربائية، الضوضاء البيضاء الإضافية (AWGN) هي أبسط نموذج، ولكنه قوي، لفهم هذه الظاهرة المنتشرة.

ما هي AWGN؟

AWGN هي نوع من الضوضاء التي تضاف إلى الإشارة الأصلية، مما يؤدي إلى تدهور جودتها وتقديم أخطاء. تأتي تسميتها من ثلاث خصائص رئيسية:

• إضافية: تُضاف الضوضاء مباشرة إلى الإشارة، مما يؤدي إلى إنشاء إشارة مجمعة تحتوي على كل من المعلومات الأصلية والضوضاء.
• بيضاء: تمتلك الضوضاء كثافة طيفية للقدرة ثابتة، مما يعني أنها تمتلك نفس القدرة عبر جميع الترددات. يشبه ذلك الضوء الأبيض الذي يحتوي على جميع ألوان الطيف.
• جاوسية: تتبع الضوضاء توزيعًا جاوسيًا، وهو منحنى على شكل جرس حيث تتركز معظم قيم الضوضاء حول المتوسط، مع احتمال أقل للقيم المتطرفة.

لماذا هي مهمة؟

AWGN هو مفهوم أساسي في أنظمة الاتصالات لعدة أسباب:

• نمذجة ضوضاء العالم الحقيقي: تمثل بدقة مصادر الضوضاء المختلفة الموجودة في قنوات الاتصال في العالم الحقيقي، بما في ذلك الضوضاء الحرارية في الأجهزة الإلكترونية، والضوضاء الجوية، والتداخل من الإشارات الأخرى.
• التبسيط والتحليل: بساطتها تسمح بتحليل وتصميم بسيط لأنظمة الاتصال، مما يوفر الأساس لفهم نماذج الضوضاء الأكثر تعقيدًا.
• حساب معدل الخطأ: من خلال فهم خصائص AWGN، يمكن للمهندسين حساب احتمال حدوث أخطاء في نقل المعلومات، وهو أمر بالغ الأهمية لتصميم أنظمة اتصالات موثوقة.

مثال توضيحي:

فكر في محادثة في غرفة صاخبة. صوتك (الإشارة) يتنافس مع ضوضاء الخلفية (AWGN). كلما زادت الضوضاء، أصبح فهم المحادثة أصعب. في هذا المثال، قوة صوتك تمثل قوة الإشارة، بينما صوت الضوضاء يمثل قوة الضوضاء.

مكافحة AWGN:

تُستخدم تقنيات مختلفة للتخفيف من تأثيرات AWGN:

• زيادة قوة الإشارة: إرسال إشارة أقوى يسمح لها بالسيطرة على الضوضاء، مما يحسن نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR).
• رموز تصحيح الأخطاء: تُضيف هذه الرموز الزيادة إلى الإشارة الأصلية، مما يسمح للمستقبل باكتشاف الأخطاء التي تسببها الضوضاء وتصحيحها.
• معادلة تكييفية: تقوم هذه التقنية بتعديل الإشارة للتعويض عن التشوه الذي تسببه القناة، بما في ذلك الضوضاء.

ما بعد AWGN:

بينما AWGN هو تبسيط قوي، غالبًا ما تواجه أنظمة الاتصال في العالم الحقيقي نماذج ضوضاء أكثر تعقيدًا. ومع ذلك، فإن فهم AWGN يوفر أساسًا أساسيًا لمواجهة تحديات الضوضاء في الاتصالات وضمان نقل المعلومات بشكل موثوق به في عالم يعتمد بشكل متزايد على الاتصالات.

في الختام، AWGN، على الرغم من كونها مجردة ظاهريًا، تلعب دورًا حاسمًا في تصميم وتحليل أنظمة الاتصال. من خلال فهم خصائصها وتطبيق التقنيات المناسبة، يمكن للمهندسين محاربة عدو الضوضاء الصامت وضمان نقل المعلومات بشكل موثوق به في عالم يعتمد بشكل متزايد على الاتصالات.