Độ trễ lan truyền và độ trễ lệch

Đối với một số chuyên gia viễn thông, các khái niệm như 'độ trễ lan truyền' và 'độ lệch độ trễ' gợi lại những ký ức đau đớn về lớp vật lý ở trường trung học.Trong thực tế, ảnh hưởng của độ trễ và độ lệch độ trễ đối với việc truyền tín hiệu có thể dễ dàng giải thích và hiểu được.

Độ trễ là một thuộc tính được biết là tồn tại ở tất cả các loại phương tiện truyền dẫn.Độ trễ truyền tương đương với khoảng thời gian trôi qua kể từ khi tín hiệu được truyền đến khi tín hiệu được nhận ở đầu bên kia của kênh cáp.Hiệu ứng này giống như sự trễ về thời gian giữa lúc sét đánh và khi nghe thấy sấm sét - ngoại trừ việc tín hiệu điện truyền đi nhanh hơn âm thanh nhiều.Giá trị độ trễ thực tế của cáp xoắn đôi là một hàm của tốc độ truyền danh nghĩa (NVP), chiều dài và tần số.

NVP thay đổi tùy theo vật liệu điện môi được sử dụng trong cáp và được biểu thị bằng phần trăm tốc độ ánh sáng.Ví dụ: hầu hết các kết cấu polyetylen (FRPE) loại 5 có phạm vi NVP từ 0,65cto0,70c(trong đó “c” biểu thị tốc độ ánh sáng ~3 x108 m/s) khi đo trên cáp thành phẩm.Cấu trúc cáp Teflon (FEP) có phạm vi từ 0,69cto0,73c, trong khi cáp làm bằng PVC nằm trong phạm vi 0,60cto0,64c.

Giá trị NVP thấp hơn sẽ góp phần tăng thêm độ trễ cho một chiều dài cáp nhất định, cũng như việc tăng chiều dài cáp đầu cuối sẽ gây ra sự gia tăng tương ứng về độ trễ đầu cuối.Giống như hầu hết các tham số truyền khác, giá trị độ trễ phụ thuộc vào tần số.

Khi nhiều cặp trong cùng một cáp thể hiện hiệu suất trễ khác nhau, kết quả là độ trễ bị lệch.Độ lệch độ trễ được xác định bằng cách đo sự khác biệt giữa cặp có độ trễ ít nhất và cặp có độ trễ lớn nhất.Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất lệch độ trễ bao gồm lựa chọn vật liệu, chẳng hạn như cách điện dây dẫn và thiết kế vật lý, chẳng hạn như sự khác biệt về tốc độ xoắn giữa các cặp.

Độ trễ truyền cáp

Mặc dù tất cả các loại cáp xoắn đôi đều có độ trễ bị lệch ở một mức độ nào đó, nhưng các loại cáp được thiết kế tận tâm để cho phép có sự khác biệt về NVP và sự khác biệt về độ dài giữa các cặp sẽ có độ lệch độ trễ có thể chấp nhận được đối với các cấu hình kênh ngang tuân thủ tiêu chuẩn.Một số đặc điểm có thể ảnh hưởng bất lợi đến hiệu suất lệch độ trễ bao gồm cáp có cấu trúc điện môi được thiết kế kém và những cáp có sự khác biệt lớn về tốc độ xoắn từng cặp.

Hiệu suất độ trễ lan truyền và độ lệch độ trễ được chỉ định bởi một số tiêu chuẩn mạng cục bộ (LAN) cho cấu hình kênh 100 m trong trường hợp xấu nhất để đảm bảo truyền tín hiệu thích hợp.Các vấn đề truyền dẫn liên quan đến độ trễ quá mức và độ lệch độ trễ bao gồm tăng tỷ lệ jitter và lỗi bit.Dựa trên thông số kỹ thuật của mạng LAN IEEE 802-series, độ trễ truyền tối đa là 570 ns/100mat 1 MHz và độ lệch độ trễ tối đa là 45ns/100mup đến 100 MHz đang được TIA xem xét đối với cáp loại 3, 4 và 5, 4 cặp.Nhóm làm việc TIA TR41.8.1 cũng đang xem xét việc phát triển các yêu cầu để đánh giá độ trễ truyền và độ lệch độ trễ cho các liên kết và kênh ngang 100 ohm được xây dựng theo ANSI/TIA/EIA-568-A.Theo kết quả của “Phiếu bầu bằng thư” TR-41:94-4 (PN-3772) của ủy ban TIA, trong cuộc họp tháng 9 năm 1996, người ta đã quyết định ban hành “Phiếu bầu ngành” về bản dự thảo sửa đổi trước khi phát hành.Vẫn chưa được giải quyết là vấn đề liệu các ký hiệu danh mục có thay đổi hay không (ví dụ: danh mục 5.1), để phản ánh sự khác biệt giữa các cáp đã được kiểm tra các yêu cầu về độ trễ/độ trễ bổ sung và các yêu cầu không có.

Mặc dù độ trễ truyền và độ lệch độ trễ đang nhận được nhiều sự chú ý, nhưng điều quan trọng cần lưu ý là vấn đề hiệu suất cáp quan trọng nhất đối với hầu hết các ứng dụng LAN vẫn là sự suy giảm tỷ lệ nhiễu xuyên âm (ACR).Trong khi biên độ ACR cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu và do đó giảm tỷ lệ xảy ra lỗi bit, hiệu suất hệ thống không bị ảnh hưởng trực tiếp bởi các kênh cáp có biên độ lệch độ trễ đáng kể.Ví dụ: độ lệch độ trễ 15 ns đối với kênh cáp thường sẽ không mang lại hiệu suất mạng tốt hơn 45 ns đối với hệ thống được thiết kế để chịu được độ lệch độ trễ lên tới 50 ns.

Vì lý do này, việc sử dụng cáp có biên độ lệch độ trễ đáng kể sẽ có giá trị hơn đối với sự đảm bảo mà chúng mang lại đối với các hoạt động lắp đặt hoặc các yếu tố khác có thể đẩy độ lệch độ trễ vượt quá giới hạn, thay vì hứa hẹn về hiệu suất hệ thống tốt hơn so với kênh có độ lệch trễ đáng kể. chỉ đáp ứng giới hạn độ lệch độ trễ của hệ thống trong vài nano giây.

Do cáp sử dụng các vật liệu điện môi khác nhau cho các cặp khác nhau đã được phát hiện là gây ra vấn đề về độ lệch trễ nên gần đây đã có tranh cãi về việc sử dụng vật liệu điện môi hỗn hợp trong kết cấu cáp.Các thuật ngữ như “2 x 2” (cáp có hai cặp với vật liệu điện môi “A” và hai cặp với vật liệu “B”) hoặc “4 x 0” (cáp có cả bốn cặp được làm từ vật liệu A hoặc vật liệu B ) gợi liên tưởng đến gỗ hơn là cáp, đôi khi được dùng để mô tả cấu trúc điện môi.

Bất chấp sự cường điệu về mặt thương mại có thể khiến người ta tin rằng chỉ những kết cấu có một loại vật liệu điện môi mới có hiệu suất trễ có độ lệch chấp nhận được, thực tế là các cáp được thiết kế phù hợp có một vật liệu điện môi hoặc nhiều vật liệu điện môi đều có khả năng đáp ứng như nhau ngay cả các yêu cầu nghiêm trọng nhất về độ lệch độ trễ kênh được quy định bởi các tiêu chuẩn ứng dụng và những yêu cầu đang được TIA xem xét.

Trong một số điều kiện, cấu trúc điện môi hỗn hợp thậm chí có thể được sử dụng để bù đắp sự khác biệt về độ lệch độ trễ do tốc độ xoắn khác nhau.Hình 1 và 2 minh họa các giá trị độ trễ và độ lệch đại diện thu được từ mẫu cáp 100 mét được chọn ngẫu nhiên có cấu trúc “2 x 2” (FRPE/FEP).Lưu ý rằng độ trễ lan truyền tối đa và độ lệch độ trễ cho mẫu này lần lượt là 511 ns/100man và 34 ns trong dải tần từ 1 MHz đến 100 MHz.