كيفية تبادل إشارات الاتصالات عبر كابل من الأسلاك المزدوجة الملتوية

قد يشمل تبادل إشارات الاتصالات عبر كابل من الأسلاك المزدوجة الملتوية نظاماً للحصول على الطاقة من على الأقل زوج واحد من الأسلاك الملتوية من كابل، ونقل إشارات الاتصال عبر مجموعة من الأسلاك الزوجية الملتوية، وغير المرتبطة بأسلاك زوجية ملتوية واحدة على الأقل تزود الطاقة إلى نظام المعالجة حيث يتم تقصير عدد الأسلاك المزدوجة الملتوية كهربائياً ممّا يؤدي إلى إنشاء سلك مدمج.

أساسيات تبادل إشارات الاتصالات عبر كابل من الأسلاك المزدوجة الملتوية

يتم توجيه إشارات الاتصالات إلى جهاز ثانٍ عبر السلك المدمج، حيث يتم تمكين انتشار إشارات الاتصال على طول السلك المدمج باستخدام سلك كهربائي، ويتم توفير مسار الإرجاع وبواسطة درع معدني للكابل، حيث يدعم سلك الرسائل الخاص بالكابل وضع الجهاز الأول على الكابل ويتم تقديم نظام اتصال موجي موجه لإرسال واستقبال إشارات الاتصال، مثل البيانات أو الإشارات الأخرى عبر الموجات الكهرومغناطيسية الموجهة.

إن الأنظمة الكهربائية التي تتطلب موصلات للأمام والعودة لنقل التيارات الأمامية والعكسية المقابلة على الموصلات لتمكين انتشار الإشارات الكهربائية، والتي يتم حقنها بواسطة جهاز إرسال تختلف عن أنظمة الموجات الموجهة، والتي تحفز الموجات الكهرومغناطيسية الموجهة على واجهة وسيطة نقل بدون تتطلب مسار عودة كهربائية؛ لتمكين انتشار الموجات الكهرومغناطيسية الموجهة على طول واجهة وسيط الإرسال.

كما أنّه يمكن استخدام وسيط إرسال له مسار عودة كهربي وعلى سبيل المثال أرضي لأغراض توصيل التيارات وعلى سبيل المثال خط كهرباء؛ لنشر الموجات الكهرومغناطيسية الموجهة بشكل متزامن على طول وسيط الإرسال، ومع ذلك فإنّ انتشار الموجات الكهرومغناطيسية الموجهة لا يعتمد على التيارات الكهربائية المتدفقة عبر وسيط الإرسال.

وعلى سبيل المثال إذا توقفت التيارات الكهربائية المتدفقة عبر وسيط النقل عن التدفق لأي سبب كانقطاع التيار الكهربائي، يمكن أن تستمر الموجات الكهرومغناطيسية الموجهة المنتشرة على طول وسط النقل في الانتشار دون انقطاع، ويلاحظ كذلك أنّ الموجات الكهرومغناطيسية الموجهة يمكن أن يكون لها بنية مجال كهرومغناطيسي تقع بشكل أساسي أو جوهري، وعلى سطح خارجي لوسط الإرسال بحيث تكون مرتبطة بالسطح الخارجي لوسيط الإرسال أو تسترشد به، وذلك لنشر مسافات غير تافهة على أو على طول السطح الخارجي لوسيط النقل.

يمكن أن يكون للموجات الكهرومغناطيسية الموجهة بنية مجال كهرومغناطيسي تقع بشكل كبير فوق سطح خارجي لوسط نقل، ولكنّها مع ذلك مرتبطة بوسط الإرسال أو تسترشد به وبالتالي تنتشر مسافات غير كبيرة على طول ناقل الحركة متوسط.

كما يمكن أن يكون للموجات الكهرومغناطيسية الموجهة هيكل مجال كهرومغناطيسي له شدة مجال منخفضة على السطح الخارجي، وتحت السطح الخارجي أو بالقرب من السطح الخارجي لوسيط الإرسال، ولكنّها مع ذلك مقيدة إلى وسيط الإرسال أو الاسترشاد به ومن أجل نشر مسافات غير محسوبة على طول وسيط الإرسال.

مبدأ تبادل إشارات الاتصالات عبر كابل من الأسلاك المزدوجة الملتوية

يوجه المقرن الموجة الكهرومغناطيسية إلى تقاطع عند (x0) عبر وضع موجة متناظرة موجهة، وفي حين أنّ بعض طاقة الموجة الكهرومغناطيسية، والتي تنتشر على طول المقرن تقع خارج المقرن فإنّ غالبية طاقة هذه الموجة الكهرومغناطيسية موجودة داخل المقرن، ويقرن التقاطع عند (x0) الموجة الكهرومغناطيسية مع السلك أو وسط إرسال آخر بزاوية سمتية تقابل قاع وسيط الإرسال.

يؤدي هذا الاقتران إلى حدوث موجة كهرومغناطيسية يتم توجيهها للانتشار على طول السطح الخارجي للسلك أو أي وسيلة نقل أخرى عبر وضع موجة موجه واحد على الأقل في الاتجاه، كما تكون غالبية طاقة الموجة الكهرومغناطيسية الموجهة في الخارج ولكن في القرب من السطح الخارجي للسلك أو أي وسيلة نقل أخرى.

يشكل التقاطع عند (x0) موجة كهرومغناطيسية تنتشر عبر كل من وضع (TM) الأساسي ووضع غير أساسي واحد على الأقل، ويمكن وضع جهاز إعادة الإرسال في المواقع التي توجد بها انقطاعات أو عوائق على السلك أو وسط إرسال آخر، وفي حالة كون السلك عبارة عن خط طاقة يمكن أن تشمل هذه العوائق المحولات والتوصيلات وأعمدة المرافق وغيرها من أجهزة خطوط الطاقة.

يمكن لجهاز التكرار أن يساعد الموجات الموجهة وعلى سبيل المثال السطحية في القفز فوق هذه العوائق على الخط وتعزيز قوة الإرسال في نفس الوقت، كما يمكن استخدام قارنة التوصيل للقفز فوق العائق دون استخدام جهاز مكرر، ويمكن ربط طرفي المثبت أو تثبيتهما بالسلك وبالتالي توفير مسار للموجة الموجهة لتنتقل دون أن تسدها العائق.

وكان الاستخدام الشائع لتبادل إشارات الاتصالات عبر كابل من الأسلاك المزدوجة الملتوية هو إجراء عدة آلاف من المكالمات الهاتفية المتزامنة على كابل واحد، وعلى سبيل المثال رابط تحت سطح البحر وهناك طريقتان أساسيتان هُما تعدد الإرسال بالتقسيم الزمني (TDM) وتعدد الإرسال بتقسيم التردد (FDM).

تحظى (TDM) بشعبية في العالم الرقمي و(FDM) في التماثلية ولكن يمكن استخدام أي منهما لأي نوع من الإشارات، حيث في (TDM) يُعطى السلك لإشارة واحدة في كل مرة ومع ذلك قد يشعر السائل أنّ هذا ليس “في نفس الوقت”، لأنّ السلك يقوم بالإرسال والاستقبال بالتناوب أو يتعامل مع أي عدد من الإشارات.

• “TDM” هي اختصار لـ “Time-division multiplexing”.

• “FDM” هي اختصار لـ “Frequency-division multiplexing”.

تطور عمل تبادل إشارات الاتصالات عبر كابل من الأسلاك المزدوجة الملتوية

قد يكون التناوب سريعاً جداً خاصةً عند مقارنته بمعدل البيانات، بحيث يبدو كما لو أنّ السلك يتعامل مع جميع الإشارات دفعة واحدة لجميع المقاصد والأغراض، و(TDM) منتشر في كل مكان في العالم الحديث حيث يتم استخدام البروتوكولات المختلفة، والتي تجسد (TDM) للإشارات المادية المستخدمة من قبل الإنترنت والعديد من الشبكات الأخرى.

ولكن إذا لم يكن ذلك مناسباً، فإنّ (FDM) يرسل جميع الإشارات على السلك دفعة واحدة، كما إنّه يعمل عن طريق استخدام العديد من ترددات الموجات الحاملة الفرعية، وكلها مختلفة ويتم تعديل كل منها بواسطة البيانات التي يتم إرسالها أو استقبالها، كما تتم إضافة جميع الإشارات معاً وتكون موجودة على الخط في نفس الوقت، ولكن يمكن لجهاز الاستقبال “ضبط” تردد ناقل فرعي محدد وتماماً كما يمكن للراديو تحديد محطة واحدة من جميع المحطات التي تبث في نفس الوقت.

في النظام التماثلي متعدد الإشارات يعني التراكب أنّه إذا نُظر إلى الإشارة الموجودة على مثل هذا الكابل على مرسمة الذبذبات، فسترى إشارة معقدة للغاية كانت مجموع عدد كبير جداً من الإشارات المختلفة ولكن هذا لا يعني أنّه لا يمكن تمييزها.

إحدى الطرق التي يمكنك من خلالها إرسال إشارات يمكن تمييزها بسهولة على نفس السلك هي استخدام نفس الطريقة، والتي يتم بها تمييز الإشارات المختلفة في عمليات البث عبر الهواء ووضعها على ترددات مختلفة، ومادام أنّه هناك نطاق ترددي كافٍ يمكن إضافة المزيد من “القنوات” تماماً كما يحدث مع إشارات الراديو.

لذلك قد يكون لديّ إشارة معدلة اتساعاً على موجة حاملة تبلغ (1 ميجاهرتز) وإشارة (FM) عند (2 ميجاهرتز)، يمكن تمييزها بسهولة عن طريق ما قد يكون في الواقع “موالفًا” عند الطرف المستقبل وإحدى الطرق الشائعة في عمليات الإرسال الرقمية هي تعدد الإرسال الزمني للإشارات المختلفة، ممّا يعني أنّه يمكن تقسيم وقت الإرسال المتاح إلى “فتحات” مختلفة، وتفكيك كل إشارة إلى حزم طويلة بما يكفي لتناسب كل واحدة.

• “FM” هي اختصار لـ “Frequency Modulation”.