ابداع روشی جدید برای افزایش کارایی سامانه‌های دیجیتال

در گذشته اغلب فناوری‌های الکترونیک بر پایه سیگنال‌های آنالوگ بود، اما امروزه ابزارهای دیجیتالی، بخش بزرگی از کارهای روزمره ما را انجام می‌دهد. دستگاه‌های مختلف از رایانه‌های شخصی و تلفن‌های هوشمند تا دستگاه‌های حساس پزشکی که به پردازش داده‌ها نیاز دارند همگی با فناوری‌های دیجیتالی کار می‌کنند، چرا که پردازنده‌های این سامانه‌ها فقط زبان دیجیتال را می‌‌فهمند. علاوه بر این سال‌هاست مخابرات به عنوان بزرگ‌ترین صنعت جهان، دنیای آنالوگ را کنار گذاشته و تقریبا به طور کامل دیجیتال شده است. اینترنت نیز که زاییده دنیای دیجیتال است بدون این فناوری هیچ‌گاه به وجود نمی‌آمد. اهمیت فناوری‌های دیجیتال به حدی است که می‌توان گفت امروزه انتقال تصویر، صوت و داده بدون فناوری‌های دیجیتال امکان‌پذیر نیست.

این در حالی است که دکتر فرخ مروستی، سرپرست پروژه طراحی نسل جدید مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال می‌گوید: «سیگنال‌های موجود در طبیعت که مهندسی مخابرات نیز بر مبنای آن شکل گرفته از جنس آنالوگ است، نه دیجیتال.» وی می‌افزاید: «این سیگنال‌ها که طبیعت آنها پیوسته است قابل استفاده برای پردازش در رایانه‌ها نیستند و برای این کار باید از این سیگنال‌ها نمونه‌برداری کرده و آنها را به صورت بیت‌های دیجیتالی درآورد. این همان کاری است که در یک مبدل آنالوگ به دیجیتال انجام می‌شود.» وی معتقد است: «این مبدل‌ها تاکنون نقش بسیار مهمی را در دنیای الکترونیک داشته‌اند و اساسا انقلاب دیجیتال در جهان به‌واسطه مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال صورت پذیرفت.»

فرکانس یکی از مشخصه‌های اصلی سیگنال‌های آنالوگ است و این سیگنال‌ها در فرکانس‌های متفاوتی تولید می‌شوند. این در حالی است که مبدل‌های موجود فقط می‌توانند فرکانس‌های پایین سیگنال‌ها را نمونه‌برداری و بازسازی کنند. دکتر مروستی درباره این مشکل چنین می‌گوید: «مشکل اینجاست که هیچ‌کدام از سیگنال‌های واقعی، محدود به فرکانس‌های پایین نیستند. بنابراین مبدل‌های موجود به صورت مصنوعی و با اعمال فیلتر، جزئیات فرکانس‌های بالای سیگنال را از بین می‌برند که این کار موجب اعوجاج در سیگنال شده و کیفیت آن کاهش می‌یابد. به همین دلیل است که به عنوان مثال، صدا در تلفن اعوجاج داشته و با حالت طبیعی متفاوت است.» وی درباره نسل جدید مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال طراحی شده در دانشگاه صنعتی شریف گفت: «در مبدل جدید که حاصل چهار سال تلاش محققان است با دیدی کاملا متفاوت و ابداع یک فناوری جدید توانسته‌ایم سیگنال را به صورت واقعی و بدون اعمال فیلتر مستقیما به بیت‌های دیجیتالی تبدیل کنیم. علاوه بر این شیوه نمونه‌برداری را نیز بهینه کرده‌ایم.

در روش جدید که بر مبنای پردازش سیگنال‌های تنک است، نمونه‌برداری برخلاف حالت یکنواخت معمول از یک الگوی تصادفی بهینه شده برای هر سیگنال بهره‌ گرفته می‌شود.» به عقیده دکتر مروستی، کار انجام شده که در شبیه‌سازی‌ها نتایج خوبی را کسب کرده، ایده‌ای نو در سطح جهانی است که می‌تواند تاثیر شگرفی بر دنیای دیجیتال بگذارد. پیش از این روش‌های ابتدایی‌تر این طرح به صورت اختراع و با حمایت صندوق حمایت از پژوهشگران در آمریکا به ثبت جهانی رسیده و اکنون مسئولان این پروژه به دنبال آن هستند که طرح جدید را در سطح بین‌المللی مطرح کنند. سرپرست این پروژه معتقد است: «ساخت صنعتی این مبدل‌ها در داخل کشور ممکن است از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نباشد، اما می‌توان تحقیق و توسعه آن را در ایران انجام داد و از طریق فروش حق مالکیت معنوی این طرح، سود سرشاری را کسب کرد.»

محمدامین آهنگری / جام​جم