انواع سیستم های ارتباط فیبر نوری

ارتباط فیبر نوری روشی برای انتقال اطلاعات از یک مکان به مکان دیگر با ارسال پالس‌های نور مادون‌قرمز از طریق فیبر نوری است. نور به عنوان یک موج حامل عمل کرده و حمل اطلاعات را تنظیم می‌کند. این فناوری از اوایل دهه ۱۹۷۰ میلادی وارد عرصه مخابرات شد و امروزه به عنوان ستون فقرات زیرساخت‌های ارتباطی در سراسر جهان شناخته می‌شود. فیبر نوری توسط بسیاری از شرکت‌های ارتباط از راه دور برای انتقال سیگنال‌های تلفنی، ارتباطات اینترنتی و سیگنال‌های تلویزیون کابلی استفاده می‌شود. محققان آزمایشگاه‌های بل، با استفاده از انواع سیستم های ارتباط فیبر نوری به سرعت اینترنت بیش از ۱۰۰ پتابیت بر کیلومتر در ثانیه رسیده‌اند.

 

سیستم های ارتباط فیبر نوری از نظر کاربرد و پیچیدگی

سیستم های ارتباط فیبر نوری از نظر پیچیدگی و کاربرد، دامنه وسیعی را پوشش می‌دهند. در یک طرف، سیستم‌های ساده و کم‌هزینه مانند شبکه‌های محلی (LAN) قرار دارند که با چند مدار الکترونیکی ساده و هزینه‌ای کمتر نسبت به بقیه قابل پیاده‌سازی هستند. در سمت دیگر، سیستم‌های پیشرفته و گران‌قیمتی مانند شبکه‌های تلفن راه‌دور و تلویزیون کابلی قرار می‌گیرند که از فناوری‌های پیچیده‌ای نظیر مالتی‌پلکسینگ تقسیم طول موج (WDM)، تقویت‌کننده‌های فیبر دوپ‌شده با اربیوم (EDFA) و مدولاسیون خارجی در آنها استفاده شده است. لیزرهای DFB با تولید دمای کمتر، توری‌های فیبر براگ و آشکارسازهای مادون‌قرمز پرسرعت از جمله تجهیزات بهینه در این سیستم‌ها هستند. در سطح جهانی هم هزینه تجهیزات در این سیستم‌ها ممکن است به ده‌ها یا حتی صدها هزار دلار برسد.

سؤال اساسی در طراحی انواع سیستم های ارتباط فیبر نوری این است که “چه مقدار اطلاعات ارسال می‌شود و تا چه حد باید طی شود؟” با پاسخ به این سؤال می‌توان اجزای مختلف تشکیل‌دهنده یک سیستم ارتباطی فیبر نوری را مقایسه و ملاحظات طراحی را مورد توجه قرار داد.

همچنین بخوانید>>مدیا کانورتور فیبر نوری چیست و چه کاربردی دارد؟

انواع فرستنده ها در طراحی انواع سیستم های ارتباط فیبر نوری

انتخاب منبع نور، یکی از مهم‌ترین عوامل در طراحی انواع سیستم‌های ارتباط فیبر نوری است. در گذشته، سیستم‌های اصلی ارتباط فیبر نوری مخابرات از لیزرهای بزرگ استفاده می‌کردند، اما امروزه انواع مختلفی از نیمه‌هادی‌ها قابل استفاده هستند. دو نوع اصلی فرستنده نوری که در انواع سیستم های ارتباط فیبر نوری به کار می‌رود، عبارتند از:

1. دیودهای ساطع کننده نور (LED): ساده‌ترین دستگاه فرستنده، LED است که مزیت اصلی آن ارزان بودن است و این امر آن را برای پروژه‌های کم‌هزینه که فقط به مسافت کوتاه نیاز دارند، ایده‌آل می‌سازد. با این حال، LEDها نوری منسجم تولید نمی‌کنند و محدوده وسیعی را پوشش نمی‌دهند. به طور معمول عرض طیفی بین ۳۰ تا ۶۰ نانومتر است. این بدان معناست که هرگونه پراکندگی رنگی در فیبر، پهنای باند سیستم را محدود می‌کند. با توجه به عملکرد آنها، LEDها عمدتاً در پروژه‌های ارتباطی با برد کوتاه و کم‌هزینه مورد استفاده قرار می‌گیرند.
2. دیودهای لیزر نیمه هادی: در پروژه‌های مهم و پیچیده‌تری که به عملکرد بهتر، مسافت بیشتر و نرخ داده بالاتر نیاز است، از لیزر استفاده می‌شود. اگر چه لیزرها هزینه بیشتری دارند، اما مزایای قابل‌توجهی هم دارند. مهمترین مزیت آنها اینست که سطح خروجی بالاتری ارایه میدهند. خروجی نور جهت‌دار است و این امکان بهره‌وری بسیار بالاتری را در انتقال نور به کابل فیبر نوری فراهم می‌کند؛ غالبا بازده اتصال در فیبرهای تک حالته می‌تواند تا ۵۰٪ باشد. مزیت دیگر این است که لیزرها دارای پهنای باند طیفی بسیار باریک هستند و در نتیجه نور به طور منسجم تولید می‌شود. این عرض طیفی باریک، لیزرها را قادر می‌سازد تا داده‌ها را با سرعت بسیار بالاتری انتقال دهند.

نقش فناوری های جدید در افزایش ظرفیت انواع سیستم های ارتباط فیبر نوری

فناوری‌های پیشرفته‌ای مانند مالتی‌پلکسینگ با تقسیم طول موج متراکم (DWDM) و تقویت‌کننده‌های فیبر دوپ‌ شده با اربیوم (EDFA) با موفقیت به افزایش بیشتر سرعت داده‌ها به بیش از یک ترابایت بر ثانیه (>۱۰۰۰) کمک کرده‌اند. این قابلیت معادل انتقال ۱۳ میلیون کانال صوتی همزمان در مسافت‌های بیش از ۱۰۰ کیلومتر است. رشد صنعت در طراحی و تولید انواع سیستم های ارتباط فیبر نوری طی پنج سال گذشته بسیار زیاد بوده است و تحلیلگران انتظار دارند که رشد این صنعت تا یک دهه آینده با سرعت فوق‌العاده‌ای ادامه یابد.

با گسترش و شایع شدن استفاده از اینترنت در بین مردم و انفجار ترافیک اطلاعات، داده‌های مختلفی از جمله تجارت الکترونیکی، شبکه‌های رایانه‌ای، مالتی‌مدیا، صدا، داده و فیلم، نیاز به یک رسانه انتقال با پهنای باند بیشتر برای انتقال چنین حجم گسترده‌ای از اطلاعات دارند. فیبر نوری با پهنای باند بسیار وسیعی که دارد، راه حل مناسبی برای حل این مشکل بوده است.

همچنین بخوانید>>فیبر نوری چیست و چه کاربردی دارد؟ (اینترنت فیبر نوری چیست)

مهمترین مزایای سیستم‌های فیبر نوری

انواع سیستم های ارتباط فیبر نوری مزایای بسیاری نسبت به سیستم‌های ارتباطی قدیمی دارند:

1. انتقال سیگنال در مسافت طولانی: تضعیف کمتر و یکپارچگی برتر سیگنال موجود در سیستم‌های نوری، امکان انتقال سیگنال در فواصل طولانی‌تر را نسبت به سیستم‌های مسی قدیمی فراهم می‌کند. سیستم‌های مسی با درجه نویز بالاتر از چند کیلومتر (حدود ۱.۲ مایل) به تقویت‌کننده نیاز دارند، در حالی که سیستم‌های نوری برای مسافت‌های طولانی تا ۱۰۰ کیلومتر (حدود ۶۲ مایل) هم مناسب هستند.
2. پهنای باند بالا، وزن سبک و قطر کوچک: برنامه‌های داده‌محور و پر حجم امروزی به پهنای باند بیشتری نیاز دارند. قطر نسبتاً کم و وزن کم کابل‌های نوری، نصب آنها را آسان و عملی می‌کند و باعث صرفه‌جویی در فضا می‌شود.
3. عدم رسانایی الکتریکی: یکی دیگر از مزایای فیبرهای نوری، ماهیت دی‌الکتریک آنهاست. از آنجا که فیبر نوری اجزای فلزی ندارد، می‌توان آن را در مناطقی با تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و تداخل فرکانس رادیویی (RFI) نصب کرد. مناطقی با EMI بالا شامل خطوط تأسیسات، خطوط حامل برق و مسیرهای راه‌آهن هستند و نصب کابل‌های دی‌الکتریک برای این مناطق به دلیل وقوع صاعقه زیاد، بسیار مناسبتر است.
4. ایمنی فوق‌العاده: برخلاف سیستم‌های مبتنی بر فلز، طبیعت دی‌الکتریک فیبر نوری، تشخیص سیگنال منتقل شده از راه دور را در داخل کابل غیرممکن می‌سازد. تنها راه برای تداخل با سیگنال‌ها، دسترسی فیزیکی به فیبر نوری است که نیاز به مداخله تخصصی دارد که به راحتی قابل انجام نیست. این شرایط باعث می‌شود که فیبر برای ارگان‌های دولتی، بانک‌ها و سایر نهادهای که دارای ملاحظات امنیتی هستند، بسیار جذاب باشد.
5. طراحی برای نیازهای آینده: فیبر نوری امروزه بسیار مقرون‌به‌صرفه است، زیرا قیمت لوازم الکترونیکی کاهش می‌یابد و قیمت کابل فیبر نوری ثابت باقی می‌ماند. در اکثر موارد، استفاده از فیبر نوری هزینه کمتری نسبت به مس دارند. هر چقدر که با پیشرفت فناوری حجم داده‌ها بیشتر شود نیاز به فیبر نوری هم بیشتر خواهد شد.

کاربردهای گسترده

فیبرهای نوری، رشته‌های نازک و طولانی با جنس شیشه خالص به اندازه موی انسان هستند که در دسته‌هایی به نام کابل‌های نوری مرتب شده و در انتقال سیگنال‌ها در فواصل طولانی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

امروزه، انواع سیستم های ارتباط فیبر نوری در زیرساخت‌های اصلی مخابرات، شبکه‌های اترنت، توزیع پهن‌باند و شبکه‌های داده عمومی به طور گسترده استفاده می‌شوند. شرکت‌هایی مانند AT&T، MCI و U.S. Sprint از کابل فیبر نوری برای حمل خدمات تلفنی (POTS) استفاده می‌کنند. ارائه‌دهندگان خدمات تلفن محلی از فیبر نوری برای حمل سرویس‌ها بین سوئیچ‌های دفتر مرکزی استفاده می‌کنند. شرکت‌های تلویزیون آنتن (CATV) نیز فیبر را برای خدمات ویدئویی مفید می‌دانند. ظرفیت حمل اطلاعات و پهنای باند بالای فیبر، آن را به گزینه‌ای مناسب برای انتقال سیگنال به مشترکان تبدیل کرده است.

چه زمانی استفاده از فیبر نوری ضروری است؟

هرگاه نیاز به انتقال حجم عظیمی از داده (گیگابایت، ترابایت و حتی بیشتر از آن) در مسافت‌های طولانی وجود داشته باشد، پیاده‌سازی انواع سیستم های ارتباط فیبر نوری کاملا ضروری است. این سیستم‌ها با عملکرد ایمن و سرعت بالا، گزینه‌ای عالی برای انتقال داده، صدا، فیلم یا دورسنجی در سطح بین‌المللی هستند. فیبر نوری یک تکنولوژی کاربردی در زیرساخت‌های ارتباط از راه دور است و پهنای باند بالا و ویژگی‌هایی مثل پهنای باند بالا، وزن سبک، عدم رسانایی الکتریکی و ایمنی فوق‌العاده آن را برای انتقال داده‌های با حجم بالا مناسب می‌سازد.