تأخير الانتشار وتأخير الانحراف

بالنسبة للعديد من متخصصي الاتصالات، فإن مفاهيم مثل "تأخير الانتشار" و"تأخير الانحراف" تعيد إلى الأذهان ذكريات مؤلمة عن دروس الفيزياء في المدرسة الثانوية.في الواقع، يمكن بسهولة شرح وفهم تأثيرات التأخير وانحراف التأخير على إرسال الإشارة.

التأخير هو خاصية معروفة بوجودها في جميع أنواع وسائط النقل.ويعادل تأخير النشر مقدار الوقت الذي يمر بين إرسال الإشارة واستقبالها على الطرف الآخر من قناة الكبلات.وهذا التأثير يشبه التأخير الزمني بين سماع ضربات البرق والرعد، باستثناء أن الإشارات الكهربائية تنتقل بشكل أسرع بكثير من الصوت.إن قيمة التأخير الفعلية للكبلات المزدوجة المجدولة هي دالة لسرعة الانتشار الاسمية (NVP) والطول والتردد.

يختلف NVP وفقًا للمواد العازلة المستخدمة في الكابل ويتم التعبير عنه كنسبة مئوية من سرعة الضوء.على سبيل المثال، تحتوي معظم إنشاءات البولي إيثيلين (FRPE) من الفئة 5 على نطاقات NVP تتراوح من 0.65c إلى 0.70c (حيث يمثل "c" سرعة الضوء ~ 3x108 م/ث) عند قياسها على الكابل النهائي.تتراوح إنشاءات كابلات التيفلون (FEP) من 0.69c إلى 0.73c، في حين أن الكابلات المصنوعة من PVC تتراوح بين 0.60cto0.64c.

سوف تساهم قيم NVP المنخفضة في تأخير إضافي لطول معين من الكابل، تمامًا كما تؤدي الزيادة في طول الكابل من طرف إلى طرف إلى زيادة متناسبة في التأخير من طرف إلى طرف.كما هو الحال مع معظم معلمات الإرسال الأخرى، تعتمد قيم التأخير على التردد.

عندما تظهر أزواج متعددة في نفس الكابل أداء تأخير مختلف، تكون النتيجة انحراف التأخير.يتم تحديد انحراف التأخير عن طريق قياس الفرق بين الزوج ذو أقل تأخير والزوج ذو أكبر تأخير.تشمل العوامل التي تؤثر على أداء انحراف التأخير اختيار المواد، مثل عزل الموصل، والتصميم المادي، مثل الاختلافات في معدلات الالتواء من زوج إلى آخر.

تأخير انتشار الكابل

على الرغم من أن جميع الكابلات المزدوجة الملتوية تظهر انحرافًا في التأخير إلى حد ما، فإن الكابلات التي تم تصميمها بضمير حي للسماح بالتباين في NVP وفروق طول الزوج إلى الزوج سيكون لها انحراف تأخير مقبول لتكوينات القناة الأفقية المتوافقة مع المعايير.تتضمن بعض الخصائص التي يمكن أن تؤثر سلبًا على أداء انحراف التأخير الكابلات ذات الإنشاءات العازلة سيئة التصميم والكابلات ذات الاختلافات الشديدة في معدلات الالتواء من زوج إلى زوج.

يتم تحديد تأخير النشر وأداء انحراف التأخير بواسطة بعض معايير شبكة المنطقة المحلية (LAN) لأسوأ تكوينات الحالة 100 قناة m لضمان إرسال الإشارة بشكل صحيح.تتضمن مشاكل الإرسال المرتبطة بالتأخير المفرط وانحراف التأخير زيادة معدلات الارتعاش وخطأ البت.استنادًا إلى مواصفات IEEE 802-series LAN، فإن الحد الأقصى لتأخير النشر يبلغ 570 ns/100mat 1 MHz والحد الأقصى لانحراف التأخير 45ns/100mup إلى 100 MHz قيد النظر من قبل TIA للفئة 3 و4 و5 والكابلات المكونة من 4 أزواج.ويدرس فريق عمل TIA TR41.8.1 أيضًا تطوير المتطلبات لتقييم تأخير الانتشار وانحراف التأخير للوصلات والقنوات الأفقية بقدرة 100 أوم التي تم إنشاؤها وفقًا للمواصفة ANSI/TIA/EIA-568-A.نتيجة "خطاب اقتراع" للجنة TIA TR-41:94-4 (PN-3772)، تقرر خلال اجتماع سبتمبر 1996 إصدار "اقتراع صناعي" على مسودة منقحة قبل الإصدار.لا تزال مسألة ما إذا كانت تسميات الفئة ستتغير (على سبيل المثال، الفئة 5.1) دون حل أم لا، لتعكس الاختلافات بين الكابلات التي تم اختبارها لمتطلبات انحراف التأخير/التأخير الإضافية، وتلك التي لم يتم اختبارها.

على الرغم من أن تأخير النشر وانحراف التأخير يحظى باهتمام كبير، فمن المهم ملاحظة أن أهم مشكلة في أداء الكابلات بالنسبة لمعظم تطبيقات LAN تظل هي التوهين إلى نسبة الحديث المتبادل (ACR).في حين تعمل هوامش ACR على تحسين نسب الإشارة إلى الضوضاء وبالتالي تقليل حدوث أخطاء البت، فإن أداء النظام لا يتأثر بشكل مباشر بقنوات الكابلات ذات هوامش انحراف التأخير الكبيرة.على سبيل المثال، 15 ns من انحراف التأخير لقناة الكبلات لن يؤدي عادةً إلى أي أداء أفضل للشبكة من 45 ns، لنظام مصمم لتحمل ما يصل إلى 50 ns من انحراف التأخير.

لهذا السبب، يعد استخدام الكابلات ذات هوامش انحراف التأخير الكبيرة أكثر قيمة للتأمين الذي توفره ضد ممارسات التثبيت أو العوامل الأخرى التي قد تدفع انحراف التأخير إلى ما يتجاوز الحد، بدلاً من الوعد بأداء أفضل للنظام مقارنة بالقناة التي يفي فقط بحدود انحراف تأخير النظام بعدة نانو ثانية.

نظرًا لأن الكابلات التي تستخدم مواد عازلة مختلفة لأزواج مختلفة قد تسبب مشاكل في انحراف التأخير، فقد كان هناك جدل مؤخرًا حول استخدام المواد العازلة المختلطة في بناء الكابلات.مصطلحات مثل "2 × 2" (كابل يحتوي على زوجين من مادة عازلة "أ" وزوجين من مادة "ب") أو "4 × 0" (كابل يحتوي على جميع الأزواج الأربعة مصنوعة من المادة "أ" أو المادة "ب" ) التي توحي بالخشب أكثر من الكابلات، تستخدم أحيانًا لوصف البناء العازل.

على الرغم من الضجيج التجاري الذي قد يضلل المرء للاعتقاد بأن الإنشاءات التي تحتوي على نوع واحد من المواد العازلة فقط هي التي ستظهر أداءً مقبولاً لتأخير الانحراف، فالحقيقة هي أن الكابلات المصممة بشكل صحيح والتي تحتوي على مادة عازلة واحدة أو مواد عازلة متعددة قادرة على تلبية حتى المتطلبات أشد متطلبات انحراف تأخير القناة المحددة في معايير التطبيقات وتلك التي تنظر فيها TIA.

في بعض الظروف، يمكن أيضًا استخدام الإنشاءات العازلة المختلطة لتعويض اختلافات انحراف التأخير الناتجة عن معدلات الالتواء المختلفة.يوضح الشكلان 1 و2 قيم التأخير والانحراف التمثيلية التي تم الحصول عليها من عينة كبل بطول 100 متر تم اختيارها عشوائيًا ولها بنية "2 × 2" (FRPE/FEP).ويلاحظ أن الحد الأقصى لتأخير الانتشار وانحراف التأخير لهذه العينة هو 511 ns/100man و34 ns، على التوالي في مدى التردد من 1 MHz إلى MHz 100.