اقرأ في هذا المقال
- أنواع مشكلات تدهور الإشارة
- أساسيات وسائط الإرسال ومشكلة تدهور الإشارة
- ما هي وسائط الإرسال ومشكلة تدهور الإشارة؟
- تطبيقات وسائط الإرسال ومشكلة تدهور الإشارة
يحتوي كل نظام اتصالات إرسال إشارة كهرومغناطيسية ناقلة للمعلومات عبر وسيط فيزيائي يفصل بين المرسل والمستقبل، كما تتدهور جميع الإشارات المرسلة إلى حد ما بسبب البيئة التي تنتقل من خلالها، ويمكن أن يأخذ تدهور الإشارة أشكالاً متنوعة لكنّه ينقسم إلى ثلاثة أنواع وهي الضوضاء والتشويه والتوهين أي انخفاض الطاقة.
أنواع مشكلات تدهور الإشارة:
- الضوضاء: هي وجود انبعاثات كهرومغناطيسية عشوائية وغير متوقعة وغير مرغوب فيها يمكنها إخفاء إشارة المعلومات المقصودة.
- التشويه: هو أي تغيير غير مرغوب فيه في السعة أو الطور لأي مكون من مكونات إشارة المعلومات التي تسبب تغييراً في شكل الموجة الكلي للإشارة.
يتم تسجيل كل من الضوضاء والتشويه من خلال جميع وسائط الإرسال وكلاهما يسبب في أخطاء في الاستقبال، كما يرتبط التأثير النسبي لهذه العوامل على الاتصال الموثوق به على معدل نقل المعلومات وعلى الدقة المطلوبة عند الاستلام، وعلى ما إذا كان يجب أن يقع الاتصال في “الوقت الحقيقي” كما هو الحال في المحادثات الهاتفية وعقد المؤتمرات عن بعد بالفيديو.
أساسيات وسائط الإرسال ومشكلة تدهور الإشارة:
تم إدراج مخططات تشكيل وتشفير متنوعة لتوفير الحماية من الأخطاء الناجمة عن تشويه القناة وضوضاء القناة، وتم وصف هذه التقنيات في نظام الاتصالات السلكيةواللاسلكية بالإضافة إلى تقنيات معالجة الإشارات، ويمكن تقديم الحماية من أخطاء الاستلام عن طريق تعزيز قدرة المرسل وبالتالي زيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء، ومع ذلك حتى الإشارات القوية تعاني من درجة معينة من التوهين أثناء مرورها عبر وسيط الإرسال.
السبب الرئيسي لفقدان الطاقة هو التشتت وتحويل جزء من الطاقة الكهرومغناطيسية إلى شكل آخر من أشكال الطاقة مثل الحرارة، وفي وسائط الاتصالات يتم اعتماد توهين القناة عادةً بالديسيبل لكل وحدة مسافة، ويدل توهين “0 ديسيبل” أنّ الإشارة تمر دون خسارة وثلاثة ديسيبل تعني أنّ قوة الإشارة تنخفض بمقدار النصف.
يدل مخطط توهين القناة مع تغير تردد الإشارة باسم طيف التوهين بينما يُعرَّف متوسط التوهين على مدى النطاق الترددي الكامل للإشارة المرسلة على أنّه معامل التوهين، ويُعتبر توهين القناة عاملاً مهماً في استعمال كل وسيط إرسال وإلى جانب الضوضاء والتشويه يمكن أن تؤثر على اختيار وسيط على آخر.
ما هي وسائط الإرسال ومشكلة تدهور الإشارة؟
في النقل السلكي يتم توجيه موجة كهرومغناطيسية ناقلة للمعلومات على طول موصل سلكي إلى جهاز استلام، ودائماً ما يكون انتشار الموجة مصحوباً بتدفق تيار كهربائي عبر الموصل لأنّ جميع مواد الموصلات العملية تتميز ببعض المقاومة الكهربائية، فإنّ جزءًا من التيار الكهربائي يُفقد دائماً بالتحول إلى حرارة والتي تشع من السلك، كما تعمل هذه الخسارة المخالفة إلى توهين الإشارة الكهرومغناطيسية وترتفع كمية التوهين خطياً مع ارتفاع مقدار المسافة بين المرسل والمستلم.
1- وسائل النقل السلكية:
يتم القيام في معظم عمليات نقل الأسلاك الحديثة من خلال دائرة الزوج المعدني، حيث يتم استعمال زوج مجمع من الموصلات لتوفير مسار تيار أمامي ومسار تيار عائد، والموصل الأكثر شيوعاً هو الأسلاك النحاسية المسحوبة بقوة والتي تتميز بمقاومة كهربائية منخفضة وقوة شد عالية، ومقاومة عالية للتآكل والأنواع الرئيسية للوسائط السلكية المتوفرة في الاتصالات السلكية واللاسلكية هي الخطوط أحادية الأسلاك، وكذلك أزواج الأسلاك المفتوحة والكابلات متعددة الأزواج والكابلات المحورية.
2- خط أحادي السلك:
في الأيام الأولى للتلغراف تم استعمال سلك حديدي واحد غير معزول فوق الأرض كخط إرسال، وتم إتاحة توصيل العودة من خلال أرضية، وكان هذا مناسباً لمتطلبات الإرسال منخفض التردد لإشارات التلغراف اليدوية أي حوالي “400 هرتز”، ومع ذلك بالاعتماد على إرسال إشارات ذات تردد أعلى مثل الكلام أي حوالي “3000 هرتز”، فإنّ الخطوط أحادية السلك تتأثر في التوهين العالي وفقدان الإشعاع والحساسية للتداخل الخارجي.
أحد أسباب التداخل هو الاضطرابات الكهربائية الطبيعية “اضطرابات” مثل البرق أو الشفق، والآخر هو الكلام المتقاطع، وهو إرسال غير مرغوب فيه للإشارات من دائرة إلى أخرى بسبب الاقتران الاستقرائي “inductive conjunction” بين خطين أو أكثر من خطوط الأسلاك المتقاربة.
3- زوج من الأسلاك المفتوحة:
من أجل التغلب على أسباب القصور في الإرسال أحادي السلك انتقلت صناعة الهاتف المبكرة إلى نظام ثنائي الأسلاك يُعرف بزوج السلك المفتوح، وفي زوج من الأسلاك المفتوحة تُعد الموصلات الأمامية والعائدة عبارة عن أسلاك نحاسية تعمل بالتوازي وفي مستوى مشترك، كما يقدم الترتيب المتوازي دائرة إرسال متوازنة ذات حساسية قليلة لموارد التداخل البعيدة مثل البرق.
تكون المناعة من هذا التداخل محتملة لأنّ كلا الموصلات في زوج السلك المفتوح من خلال العمل بالتوازي وفي نفس المستوى يكونان على مسافات متساوية بشكل أساسي من مصدر التداخل، وإنّ المصدر يستحث تيارات متساوية في المسارين الأمامي والراجع ويتم إلغاء هذه التيارات بشكل فعال عند الطرف المستقبِل للخط.
3- كابل متعدد:
في الكابل متعدد الأزواج يتم دمج كل من كمية قليلة إلى عدة آلاف من الدوائر الملتوية المزدوجة في غلاف مشترك، وتم تطوير الزوج الملتوي في أواخر القرن التاسع عشر من أجل حفض الكلام المتقاطع في الكابلات متعددة الأزواج، وفي عملية مشايهة لتلك المستعملة مع أزواج الأسلاك المفتوحة يتم مضفر الموصلات الأمامية والعودة لكل دائرة في كابل متعدد الأزواج معاً.
بالنسبة للكثير من التطبيقات عالية السرعة وعالية الكثافة مثل شبكات الكمبيوتر يتم تغطية كل زوج من الأسلاك بورق معدني، كما ينتج التغليف دائرة متوازنة تسمى زوجاً محمياً تستفيد من تقليل خسائر الإشعاع بشكل كبير ومناعة للتداخل المتقاطع.
4- كابل متحد المحور:
من خلال تغطية سلك موصل واحد في عازل كهربائي وقذيفة توصيل خارجية يتم الحصول على دائرة نقل محمية كهربائياً تسمى الكابل المحوري، وفي الكابل المحوري ينتقل المجال الكهرومغناطيسي داخل العازل الكهربائي بينما يتقيد تدفق التيار المرتبط على الأسطح المجاورة للموصلات الداخلية والخارجية ونتيجةً لذلك فإن الكابل المحوري له خسائر إشعاعية قليلة للغاية وقابلية منخفضة للتداخل الخارجي.
من أجل خفض الوزن والعمل على صنع الكابل بشكل مرن يتم استعمال النحاس أو رقائق الألومنيوم بكمية كبير في غلاف التوصيل، كما تستعمل معظم الكابلات المحورية عازلاً خفيفاً من البولي إيثيلين “polyethylene” أو لب الخشب، وعلى الرغم من أنّ الهواء سيكون عازلاً أكثر تأثيراً فإنّ المادة الصلبة تعمل كدعم ميكانيكي للموصل الداخلي.
تطبيقات وسائط الإرسال ومشكلة تدهور الإشارة:
بسبب ضعف الإشارة المتأصل في الأسلاك يتطلب الإرسال عبر مسافات تزيد عن بضعة كيلومترات استخدام مكررات متباعدة بانتظام لتضخيم الإشارة واستعادتها وإعادة إرسالها، كما تحتاج خطوط النقل أيضاً موائمة الممانعة عند المرسل أو المستقبل من أجل خفض الانعكاسات التي ينتج عنها صدى.
يتم إجراء موائمة الممانعة في كابلات الهاتف لمسافات طويلة عن طريق إرفاق ملف سلكي بكل طرف من طرفي الخط الذي تكون معاوقته الكهربائية والمقاسة بالأوم، ومساوية للمقاومة المميزة لخط النقل ومثال لموائمة الممانعة هو المحول المستخدم في أجهزة التلفاز القديمة، ولمطابقة كابل متحد المحور “75 أوم” مع أطراف الهوائي المصنوعة من أجل اتصال مزدوج الرصاص “300 أوم”.
يتم تصنيف الكابلات المحورية على أنّها إمّا مرنة أو صلبة، كما يتم تصنيع الكابلات المحورية المرنة القياسية بمقاومة مميزة تتراوح من “50 أوم” إلى “92 أوم”، كما يحدد التوهين العالي للكابل المرن فائدته على مسافات قليلة فعلى سبيل المثال مسافات تنخفض عن كيلومتر واحد أو نصف ميل تقريباً، ما لم يتم استخدام مكررات الإشارة وبالنسبة إلى النقل لمسافات طويلة عالي السعة فإنّ الناقل السلكي الأكثر كفاءة هو الكابل المحوري الصلب.
