انواع سیستم های ارتباط فیبر نوری

ارتباط فیبر نوری روشی برای انتقال اطلاعات از یک مکان به مکان دیگر با ارسال پالس های نورِ مادون قرمز، از طریق فیبر نوری است. نور، نوعی موج حامل است که حمل اطلاعات را تنظیم می کند. در صورت نیاز به پهنای باند زیاد ، مسافت طولانی یا مقاومت در برابر تداخل الکترومغناطیسی، فیبر به جای کابل کشیِ برق ترجیح داده می شود. این نوع ارتباط می تواند صدا ، ویدئو و تله متری را از طریق شبکه های محلی یا در مسافت های طولانی انتقال دهد.

فیبر نوری توسط بسیاری از شرکتهای ارتباط از راه دور برای انتقال سیگنالهای تلفنی، ارتباطات اینترنتی و سیگنالهای تلویزیون کابلی استفاده می شود. محققان آزمایشگاه های بل، با استفاده از ارتباطات فیبر نوری به سرعت اینترنت بیش از 100 پیمابیت کیلومتر در ثانیه رسیده اند.

ارتباطات فیبر نوری انقلابی در صنعتِ ارتباط از راه دور ایجاد کرده است. همچنین حضور خود را به طور گسترده ای در جامعۀ شبکۀ داده نیز ثابت کرده است. با استفاده از کابل فیبر نوری ، ارتباطات نوری امکان ایجاد پیوندهای ارتباط از راه دور را در فواصل بسیار بیشتری فراهم کرده است. ارتباطات فیبر نوری امکان ارسالِ داده های بسیار بالاتر را نیز فراهم کرده است.

مزایای سیستم های ارتباط فیبر نوری به طور گسترده ای برای برنامه‌هایی از زیرساخت های اصلی ستون فقرات ارتباط از راه دور گرفته تا سیستم های اترنت ، توزیع باند پهن و شبکه های داده عمومی استفاده می شوند.

فیبر نوری یک عنصر اصلی در زیرساخت های ارتباط از راه دور است. قابلیت های پهنای باند و ویژگی های میرایی کم آن را برای انتقالِ داده های گیگابیتی ایده آل می کند.

سیستم ارتباطی نوری

برنامه‌های کاربردی ، منابع نور و آشکارسازها ، اتصال دهنده ها ، تقسیم کننده ها ، مالتی پلکسرهای تقسیم طول موج ، و پیشرفته ترین دستگاههای مورد استفاده در جدیدترین سیستمهای ارتباطی با پهنای باند بالا از ویژگی های سیستم نوری هستند.

از زمان اختراع ارتباط فیبر نوری در اوایل دهه 1970 ، استفاده و تقاضای فیبر نوری افزایش یافته است. امروزه استفاده از فیبر نوری بسیار زیاد است. با انفجارِ ترافیک اطلاعات به دلیل اینترنت ، تجارت الکترونیکی ، شبکه های رایانه ای ، مالتی مدیا ، صدا ، داده و فیلم نیاز به یک رسانۀ انتقال با قابلیت پهنای باند بیشتر برای انتقال چنین مقادیر گسترده ای از اطلاعات، فیبر نوری ، با پهنای باند بی نهایت ، ثابت کرده است که راه حل مناسبی برای این مشکل است.

شرکت هایی مانند AT&T ، MCI و U.S. Sprint از کابل فیبر نوری قدیمی برای حمل استفاده می کنند.

خدمات تلفنی (POTS) از ارائه دهندگان خدمات تلفن محلی از فیبر نوری برای حمل سرویس های بین سوئیچ های دفتر مرکزی استفاده می کند.

این شرکت ها برای انتقال اطلاعات به سیستم های مطمئن نیاز دارند. امنیت ذاتی سیستم های فیبر نوری یک مزیت عمده است.

شرکت های تلویزیون آنتن (CATV) همچنین فیبر را برای خدمات ویدئویی، مفید می دانند.

ظرفیت حمل اطلاعات و پهنای باند بالای فیبر ، آن را به گزینه ای مناسب برای انتقال سیگنال به مشترکان تبدیل می کند.

فیبرهای آمریکا از اوایل دهه 1980 آغاز شد. در آن زمان ، سیستم ها با سرعت 90 Mb / s کار می کردند.

با این نرخ داده ، یک فیبر نوری می تواند تقریباً 1300 صدای همزمان را کنترل کند.

کانال های امروزه ، سیستم هایی معمولاً با سرعت 10 گیگابایت بر ثانیه و بالاتر از آن ارائه می دهند. این قابلیتِ ترجمۀ 130،000 کانال صوتی همزمان را فراهم می کند.

فن آوری های جدید: تراکم ارتباط فیبر نوری

مالتی پلکسینگ تقسیم طول موج  (DWDM) و تقویت کننده های فیبر دوپ شده اربیوم (EDFA)

با موفقیت به افزایش بیشتر سرعت داده ها به بیش از یک ترابایت در ثانیه (> 1000) استفاده شده است که

این  قابلیت معادلِ انتقال 13 میلیون فیبر در مسافتهای بیش از 100 کیلومتر است.

رشد صنعت فیبر نوری طی پنج سال گذشته بسیار چشمگیر بوده است. تحلیل گران انتظار دارند که این صنعت تا دهه آینده با رشد فوق العاده ای ادامه یابد.

مزایای ارتباط فیبر نوری

سیستم های فیبر نوری مزایای بسیاری نسبت به سیستم های ارتباطی مبتنی بر فلز دارند. اینها

مزایا عبارتند از:

• انتقال سیگنال از راه دور

 ضعف کم تر و یکپارچگیِ سیگنال برتر موجود در سیستم های نوری اجازه می دهد تا فواصل طولانی تر از انتقال سیگنال نسبت به سیستم های مبتنی بر فلز انجام بگیرد.

سیستم های مسی با درجه صدای بلندتر از چند کیلومتر (1.2 مایل) به خط نیاز دارند

برای عملکردِ رضایت بخش سیگنال ها با فاصلۀ 100 کیلومتر (کیلومتر) یا حدود 62 مایل ، استفاده از سیستم های نوری بسیار مناسب است.

• پهنای باند بزرگ ، وزن سبک و قطر کوچک

برنامه‌های امروزی به پهنای باند روزافزونی نیاز دارند. در نتیجه محدودیت های فضای بسیاری از کاربران نهایی را بیشتر در نظر بگیریم.

کابل کشی جدید در سیستم های مجرای موجود، قطر و نور نسبتاً کم با وزن کم تر نصب کابل نوری را آسان و عملی می کند و باعث صرفه جویی در مجرای ارزشمند می شود.

• عدم رسانایی

یکی دیگر از مزایای فیبرهای نوری ماهیت دی الکتریک آنهاست. از آنجا که فیبر نوری اجزای فلزی ندارد، می توان آن را در مناطقی با تداخل الکترومغناطیسی (EMI) نصب کرد.

 از جمله تداخل فرکانس رادیویی (RFI)  با مناطقی با EMI بالا که شامل خطوط تاسیسات، خطوط حامل برق و مسیرهای راه آهن، نصب کابلهای دی الکتریک برای این مناطق به دلیل وقوع صاعقۀ زیاد، بسیار مناسب است.

• امنیت

برخلاف سیستم های مبتنی بر فلز ، طبیعت دی الکتریک فیبر نوری این کار را غیرممکن می کند.

ارتباط فیبر نوری سیگنال منتقل شده از راه دور را در داخل کابل تشخیص می دهد. تنها راه برای تداخل سیگنال ها  دسترسی به فیبر نوری است که دستیابی به فیبر، نیاز به مداخله ای دارد که به راحتی قابل انجام نیست.

این شرایط باعث می شود که فیبر برای ارگان های دولتی ، بانک ها و سایر افراد با نگرانی های اساسی امنیتی بسیار جذاب باشد.

• برای نیازهای برنامه‌های آینده طراحی شده است

فیبر نوری امروزه بسیار مقرون به صرفه است ، زیرا قیمت لوازم الکترونیکی کاهش می یابد و قیمت کابل فیبر نوری ثابت باقی می ماند. در بسیاری از موارد ، محلول های فیبر هزینه کمتری نسبت به مس دارند. همانطور که پهنای باند می خواهد با پیشرفت فن آوری به افزایش سرعت دست یابد ، فیبر همچنان نقشی حیاطی خواهد داشت.

• موفقیت طولانی مدت ارتباط از راه دور

 سیستم پایۀ ارتباط فیبر نوری واسطه ای برای انتقال اطلاعات از یک نقطه به نقطه ای دیگر به صورت نوری است.

بر خلاف شکل انتقال مس ، فیبر نوری ماهیت الکتریکی ندارد. یک فیبر، سیستم بینایی یک دستگاه انتقال دهنده است که سیگنال الکتریکی را به نور تبدیل می کند.

سیگنال، یک کابل فیبر نوری است که نور را حمل می کند، گیرنده ای که سیگنال نور را می پذیرد و

آن را دوباره به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. پیچیدگی یک سیستم فیبر نوری می تواند از‌

بسیار ساده (به عنوان مثال ، شبکه محلی) تا بسیار پیچیده و گران قیمت (به عنوان مثال ، تلفن طولانی یا تلویزیون کابلی) باشد.

چند مدار الکترونیکی ساده

هزینه کلی چند مدار می تواند کمتر از 20 دلار باشد. از طرف دیگر ، سیستم های معمولی که برای ارتباط از راه دور از راه دور و پهنای باند استفاده می شود شامل مالتی پلکسینگ تقسیم طول موج ، تقویت کننده های فیبر دوپ شده با اربیوم و مدولاسیون خارجی هستند.

لیزرهای DFB با تولید دمای کم تر ، توری های فیبر براگ و مادون قرمز پرسرعت از فیبر های بهینه هستند.

ردیاب های نوری ممکن است ده ها یا حتی صدها هزار دلار هزینه داشته باشند. سوال اساسی این است که

"چه مقدار از اطلاعات ارسال می شود و تا چه حد باید طی شود؟" با فکر کردن به این موضوع می خواهیم

اجزای مختلف تشکیل دهنده یک سیستم ارتباطی فیبر نوری را مقایسه و ملاحظاتی را در طراحی چنین سیستم هایی مورد توجه قرار داد.

سیستم ارتباط فیبر نوری و مزایا

فیبرهای نوری (رشته های نوری) رشته های نازک و طولانی با جنس شیشه خالص به اندازه موی انسان هستند که در دسته هایی به نام کابل های نوری مرتب شده و در انتقال سیگنال ها در فواصل طولانی مورد استفاده قرار می گیرد.

• سیستم های انتقالِ داده با ارتباط فیبر نوری

سیستم های انتقال دادۀ فیبر نوری، اطلاعات را از طریق فیبر با تبدیل سیگنال های الکترونیکی به نور، ارسال می کنند.

• طیف الکترومغناطیسی از سیگنال های مرئی نزدیک طیفِ نور مادون قرمز تشکیل شده است که

فقط قسمت بسیار کمی از آن توسط چشم انسان قابل مشاهده است.

مزایای انتقال فیبر نوری

• پهنای باند بسیار بالا (THz)
• اندازه کوچک و وزن کم
• بدون تداخل الکترومغناطیسی
• خطر کم امنیتی
• عناصر انتقال نوری
• مبدل های الکتریکی به نوری
• رسانه های نوری
• مبدل های نوری به الکتریکی
• پردازش سیگنال دیجیتال

فرستنده فیبر نوری

اگرچه در سیستم های اصلی ارتباط فیبر نوریِ مخابرات از لیزرهای بزرگ استفاده شده است ، اما امروزه انواع مختلفی از نیمه هاد ها قابل استفاده هستند. دیودهای ساطع کننده نور ، LED ها و دیودهای لیزر نیمه هاد که معمولاً از آن ها استفاده می شود.

ساده ترین دستگاه فرستنده، LED است که مزیت اصلی آن ارزان بودن آن است، و این باعث می شود که برای برنامه‌های کم هزینه که فقط به اجرای کوتاه مدت نیاز است ، ایده آل باشد. با این حال آن ها تعدادی اشکال دارند. اولین مورد این است که آنها سطح بسیار کمی از کارایی را ارائه می دهند. فقط حدود 1٪ از توان ورودی به فیبر نوری وارد می شود؛ این بدان معنی است که برای تأمین نور کافی برای امکان انتقال قدرت از راه دور ، به درایورهایی با قدرت بالا نیاز است. عیب دیگر LED ها این است که آنها نوری منسجم را که طیف نسبتاً وسیعی را پوشش می دهد تولید می کنند. به طور معمول عرض طیفی بین 30 تا 60 نانومتر است.

این بدان معنی است که هرگونه پراکندگی رنگی در فیبر ، پهنای باند سیستم را محدود می کند.

با توجه به عملکرد آنها ، LED ها عمدتاً در برنامه‌های شبکه محلی استفاده می شوند که سرعت داده ها معمولاً در محدوده 10-100 مگابایت بر ثانیه و فاصله انتقال چند کیلومتر است.

در مواردی که سطح بالاتری از عملکرد مورد نیاز است ، لازم است که پیوند فیبر نوری بتواند در فواصل بیشتر و با نرخ داده بالاتر کار کند. در این موارد از لیزر استفاده می شود. گرچه هزینه بیشتری دارند ، اما مزایای قابل توجهی دارند. در مرحله اول آنها قادر به ارائه سطح خروجی بالاتری هستند.

و علاوه بر این ، خروجی نور جهت دار است و این امکان بهره وری بسیار بالاتر را در انتقال نور به کابل فیبر نوری فراهم می کند. به طور معمول بازده اتصال در یک فیبرِ تک حالتِ ممکن است تا 50٪ باشد.

یک مزیت دیگر این است که لیزرها دارای پهنای باند طیفی بسیار باریک هستند در نتیجه نور به طور منسجم تولید می شود. این عرض طیفی باریک لیزرها را قادر می سازد تا داده ها را با سرعت بسیار بالاتری انتقال دهند.

 مزایای کابل نوری

• شبکه های ارتباط فیبر نوری با سرعت بالا تا گیگابایت کار می کنند
• پهنای باند: ظرفیت حمل بزرگ
• فاصله : سیگنال ها بدون نیاز به تقویت بیشتر در فواصل زیاد، می توانند منتقل شوند.
• مقاومت: مقاومت بیشتر در برابر سر و صدای الکترومغناطیسی مانند رادیوها ، موتورها یا سایر کابلهای مجاور.
• نگهداری: هزینه نگهداری کابلهای فیبر نوری بسیار کمتر است.

چه زمانی سیستم های ارتباط فیبر نوری ضروری هستند؟

اگر شما نیاز به انتقال مقادیر زیادی داده (فکر می کنید گیگابایت ، ترابایت و فراتر از آن) در مسافت طولانی دارید ، پس اجرای سیستم ارتباط فیبر نوری نه تنها توصیه نمی شود بلکه احتمالاً ضروری است. این به دلیل عملکرد  بهتره فیبر نوری است .

به عنوان یک سیستمِ تقریبا بدون ضرر که با سرعت بالا کار می کند. این امر به ویژه هنگام انتقال داده ، صدا ، فیلم یا دورسنجی در سطح بین المللی بسیار کارآمد است.