جهاز تشويش إذاعي

في مجال الاتصالات ، جهاز التشويش هو جهاز يقوم بعكس أو قلب الإشارات أو تشفير الرسالة لدى المرسل لجعلها غير مفهومة لدى جهاز الاستقبال غير المجهز بجهاز فك تشفير مناسب. بينما يشير التشفير عادةً إلى العمليات التي تُجرى في المجال الرقمي ، يشير التشويش عادةً إلى العمليات التي تُجرى في المجال التناظري . يتم التشويش بإضافة مكونات إلى الإشارة الأصلية أو تغيير أحد مكوناتها المهمة لجعل استخراج الإشارة الأصلية صعبًا. ومن أمثلة ذلك إزالة أو تغيير نبضات التزامن الرأسية أو الأفقية في إشارات التلفزيون؛ فلن تتمكن أجهزة التلفزيون من عرض صورة من هذه الإشارة. بعض أجهزة التشويش الحديثة هي في الواقع أجهزة تشفير، وقد بقي الاسم نظرًا لتشابه الاستخدام، وليس طريقة التشغيل الداخلية.

في مجال الاتصالات والتسجيل ، يُعدّ جهاز التشفير (أو المُبدِّل العشوائي ) أداةً تُجري تعديلات على تدفق البيانات قبل إرسالها. ويتم عكس هذه التعديلات بواسطة جهاز فك التشفير في جهاز الاستقبال. يُستخدم التشفير على نطاق واسع في الاتصالات عبر الأقمار الصناعية ، والاتصالات اللاسلكية، وأجهزة مودم شبكة الهاتف العامة (PSTN) . يمكن وضع جهاز التشفير قبل مُشفِّر تصحيح الأخطاء الأمامية (FEC) ، أو بعده، قبل التضمين أو رمز الخط . لا علاقة لجهاز التشفير في هذا السياق بالتشفير، إذ لا يهدف إلى جعل الرسالة غير مفهومة، بل إلى منح البيانات المرسلة خصائص هندسية مفيدة.

يقوم مُشفِّر الأرقام باستبدال التسلسلات (المعروفة بتسلسلات التبييض ) بتسلسلات أخرى دون إزالة التسلسلات غير المرغوب فيها، مما يُغيِّر احتمالية ظهور التسلسلات المُزعجة. وهو ليس حلاً مثالياً، إذ توجد تسلسلات إدخال تُنتج أصفاراً فقط، أو آحاداً فقط، أو تسلسلات إخراج دورية غير مرغوب فيها. لذا، لا يُعد مُشفِّر الأرقام بديلاً جيداً لرمز الخط ، الذي يُزيل التسلسلات غير المرغوب فيها من خلال خطوة ترميز.

يمكن أن يكون جهاز التشفير (أو جهاز التوزيع العشوائي) أحد النوعين التاليين:

1. خوارزمية تقوم بتحويل سلسلة الإدخال إلى سلسلة إخراج عشوائية ظاهريًا بنفس الطول (على سبيل المثال، عن طريق اختيار البتات بشكل عشوائي زائف لعكسها)، وبالتالي تجنب التسلسلات الطويلة من البتات ذات القيمة نفسها؛ في هذا السياق، يُشار إلى المُعَدِّد أيضًا باسم المُشَوِّش.
2. مصدر تناظري أو رقمي لبتات خرج غير متوقعة (أي ذات إنتروبيا عالية)، وغير متحيزة، وعادةً ما تكون مستقلة (أي عشوائية). يمكن استخدام مولد أرقام عشوائية "حقيقي" لتغذية مولد أرقام عشوائية زائفة حتمية (أكثر عملية) ، والذي يوسع قيمة البذرة العشوائية .

هناك سببان رئيسيان لاستخدام نظام التشويش:

• لتمكين استعادة التوقيت بدقة على أجهزة الاستقبال دون اللجوء إلى ترميز الخطوط الزائد. فهو يُسهّل عمل دائرة استعادة التوقيت (انظر أيضًا استعادة الساعة )، والتحكم التلقائي في الكسب ، والدوائر التكيفية الأخرى لجهاز الاستقبال (مما يُزيل التسلسلات الطويلة المكونة من '0' أو '1' فقط).
• لتوزيع الطاقة على الموجة الحاملة، مما يقلل من تداخل الإشارات بين الموجات الحاملة . فهو يلغي اعتماد طيف قدرة الإشارة على البيانات المرسلة الفعلية، مما يجعلها أكثر انتشارًا لتلبية متطلبات كثافة طيف القدرة القصوى (لأنه إذا تركزت الطاقة في نطاق تردد ضيق، فقد تتداخل مع القنوات المجاورة بسبب التشكيل البيني (المعروف أيضًا باسم التشكيل المتقاطع) الناتج عن اللاخطية في مسار الاستقبال).

تُعدّ أجهزة التشفير مكونات أساسية في معايير أنظمة الطبقة الفيزيائية إلى جانب التشفير المتداخل والتضمين . وعادةً ما تُعرَّف هذه الأجهزة بناءً على مسجلات الإزاحة ذات التغذية الراجعة الخطية ( LFSRs) نظرًا لخصائصها الإحصائية الجيدة وسهولة تنفيذها في الأجهزة.

من الشائع أن تشير هيئات وضع معايير الطبقة الفيزيائية إلى تشفير الطبقات الأدنى (الطبقة الفيزيائية وطبقة الربط ) باسم "التشويش" أيضًا. ^{[ 1 ] [ 2 ]} وقد يعود ذلك إلى أن الآليات (التقليدية) المستخدمة تعتمد على سجلات الإزاحة ذات التغذية الراجعة.

تشير بعض معايير التلفزيون الرقمي ، مثل DVB-CA و MPE ، إلى التشفير في طبقة الربط باسم التشويش.

تم اختراع أول أجهزة تشويش الصوت في مختبرات بيل قبيل الحرب العالمية الثانية . تتألف هذه الأجهزة من مكونات إلكترونية قادرة على دمج إشارتين أو "طرح" إحداهما. يتم الحصول على الإشارتين من هاتف ومشغل أسطوانات . يتم إنتاج أسطوانتين متطابقتين، تحتوي كل منهما على نفس تسجيل الضوضاء . يتم تشغيل التسجيل في الهاتف، ثم تُرسل الإشارة المدمجة عبر السلك . بعد ذلك، تُطرح الضوضاء في الطرف الآخر باستخدام الأسطوانة المطابقة، مما يُبقي إشارة الصوت الأصلية سليمة . وبالتالي، لا يسمع المتنصتون سوى الإشارة المشوشة، ولا يستطيعون فهم الصوت .

تم اعتراض إحدى هذه الأجهزة، ^{[ 3 ]} التي استُخدمت (من بين مهام أخرى) لإجراء مكالمات هاتفية بين ونستون تشرشل وفرانكلين روزفلت، وفك تشفيرها من قبل الألمان . كان مهندس ألماني واحد على الأقل قد عمل في مختبرات بيل قبل الحرب، وابتكر طريقة لفك تشفيرها. كانت الإصدارات اللاحقة مختلفة بشكل كافٍ بحيث لم يتمكن الفريق الألماني من فك تشفيرها. عُرفت الإصدارات الأولى باسم "A-3" (نسبةً إلى شركة AT&T ). استُخدم جهاز آخر غير ذي صلة يُدعى SIGSALY للاتصالات الصوتية عالية المستوى.

كان يتم توليد الضوضاء على أسطوانات فونوغرافية كبيرة من الشيلاك ، تُصنع على شكل أزواج، وتُشحن حسب الحاجة، ثم تُتلف بعد الاستخدام. نجحت هذه الطريقة، لكنها كانت معقدة للغاية. حتى مجرد تحقيق تزامن الأسطوانتين كان صعبًا. سهّلت الإلكترونيات التي ظهرت بعد الحرب التعامل مع هذه الأنظمة بشكل كبير، وذلك من خلال توليد ضوضاء شبه عشوائية بناءً على نغمة إدخال قصيرة. عند الاستخدام، يقوم المتصل بتشغيل نغمة في الهاتف، ثم تستمع وحدتا التشفير إلى الإشارة وتتزامنان معها. مع ذلك، لم يوفر هذا النظام سوى أمان محدود، إذ كان بإمكان أي مستمع لديه معرفة أساسية بالدوائر الإلكترونية غالبًا إنتاج جهاز بإعدادات مشابهة بما يكفي لاختراق الاتصالات.

كانت الحاجة إلى مزامنة أجهزة التشفير هي التي أوحت لجيمس إتش إليس بفكرة التشفير غير السري ، الأمر الذي أدى في النهاية إلى اختراع كل من خوارزمية تشفير RSA وتبادل مفاتيح ديفي-هيلمان قبل وقت طويل من إعادة اختراع أي منهما علنًا بواسطة ريفست وشامير وأدلمان ، أو بواسطة ديفي وهيلمان .

لا تُعدّ أجهزة التشفير الحديثة أجهزة تشفير بالمعنى الحرفي للكلمة، بل هي عبارة عن مُحوّلات رقمية مُدمجة مع أجهزة تشفير. في هذه الأنظمة، تُحوّل الإشارة الأصلية أولًا إلى صيغة رقمية، ثم تُشفّر البيانات الرقمية وتُرسل. وباستخدام أنظمة المفتاح العام الحديثة ، تُصبح هذه "الأجهزة" أكثر أمانًا بكثير من نظيراتها التناظرية السابقة. وتُعتبر هذه الأنواع من الأنظمة فقط آمنة بما يكفي للبيانات الحساسة.

قد يكون تشفير الصوت عن طريق عكس التردد بسيطًا كعكس نطاقات التردد حول نقطة ثابتة، أو معقدًا كتغيير نقطة العكس عشوائيًا وفي الوقت الفعلي باستخدام نطاقات متعددة. لا يوفر عكس الصوت بتردد ثابت أي حماية، وتتوفر برامج لاستعادة الصوت الأصلي ^{[ 4 ]} ، ولذلك لم يعد يُستخدم لحماية المحادثات اليوم. مع ذلك، لا يزال هذا النوع من التشفير موجودًا في أجهزة الاتصال اللاسلكي الصينية الرخيصة.

صُممت أجهزة التشفير المستخدمة في التلفزيون الكبلي لمنع سرقة الإشارة العرضية، لا لتوفير أي حماية حقيقية. كانت الإصدارات الأولى من هذه الأجهزة ببساطة "تعكس" أحد المكونات المهمة لإشارة التلفزيون، ثم تعيد عكسه عند جهاز المشاهدة لعرضه. أما الأجهزة اللاحقة فكانت أكثر تعقيدًا بقليل، حيث كانت تقوم بتصفية ذلك المكون بالكامل ثم إضافته من خلال فحص أجزاء أخرى من الإشارة. في كلتا الحالتين، يمكن لأي هاوٍ ذي معرفة معقولة بناء الدوائر الإلكترونية بسهولة. (انظر: تشفير التلفزيون ).

تتوفر مجموعات إلكترونية لتشفير وفك تشفير الإشارات لدى موردي هواة اللاسلكي. ويستخدمها هواة أجهزة المسح الضوئي غالبًا للاستماع إلى الاتصالات المشفرة في سباقات السيارات وبعض البث الإذاعي للخدمة العامة. كما أنها شائعة في أجهزة راديو FRS .

يُستخدم مصطلح "التدافع" أحيانًا بشكل خاطئ عندما يُقصد به التشويش .

في سياق التلفزيون الكبلي، تُعرف عملية فك التشفير بأنها أخذ إشارة فيديو مشفرة أو مضمنة ، مقدمة من شركة تلفزيون كبلي لخدمات التلفزيون المميزة ، ومعالجتها بواسطة جهاز فك التشفير، ثم إرسالها عبر كابل محوري إلى المنزل حيث يقوم جهاز الاستقبال بإعادة معالجة الإشارة، وبالتالي فك تشفيرها وجعلها متاحة للمشاهدة على جهاز التلفزيون. وجهاز فك التشفير هو جهاز يعمل على استعادة الصورة والصوت للقناة المشفرة.

• بنية تأطير DVB ، وتشفير القناة، وتعديل  خدمات الأقمار الصناعية بتردد 11/12 جيجاهرتز (EN 300 421)
• التوصية رقم 34 الصادرة عن الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU-T)
• معيار محطة إنتلسات الأرضية IESS-308
•  تتضمن هذه المقالة موادًا متاحة للعموم من المعيار الفيدرالي 1037C ، إدارة الخدمات العامة . مؤرشفة من الأصل بتاريخ 22 يناير 2022. (دعماً لـ MIL-STD-188 ).