Mojtaba Montakhabi 333 روز پیش MTR
بازدید 624 بدون دیدگاه

مزایای فیبر نوری به عنوان یک رسانه ارتباطی

مزایای فیبر نوری به عنوان یک رسانه ارتباطی، در ساده ترین تعریف، فیبر نوری یک رسانه ارتباطی است که دو مدار الکترونیکی را به هم متصل می نماید. لینک فیبر نوری ممکن است بین یک کامپیوتر و تجهیزات جانبی آن، بین دو دفتر سوئیچینگ مخابراتی و یا بین یک ماشین و کنترل کننده آن در یک کارخانه مکانیزه برقرار گردد. سوال مشخص در مورد فیبر نوری این است که: چرا بایستی این همه پیچیدگی را با توجه به تبدیل سیگنال به نور و برگرداندن مجدد آن انجام دهیم تا از این رسانه استفاده نماییم؟ چرا فقط از کابل مسی استفاده نکنیم؟ پاسخ ها در مزایای فیبر نوری نهفته است.

 

مزایای فیبر نوری به عنوان یک رسانه ارتباطی

 

مزایای فیبر نوری به عنوان یک رسانه ارتباطی

فهرست

  1. پهنای باند گسترده “Wide bandwidth”
  2. افت پایین “Low loss”
  3. مصونیت الکترومغناطیسی “Electromagnetic immunity”
  4. وزن سبک “Light weight”
  5. اندازه کوچک “Small size”
  6. ایمنی “Safety”
  7. امنیت “Security”

 

اهمیت هر مزیت به کاربرد فیبر نوری بستگی دارد. در برخی موارد، پهنای باند وسیع و افت پایین عوامل پر اهمیت می باشند. در برخی دیگر، ایمنی و امنیت عواملی هستند که منجر به استفاده از فیبر نوری می شوند.

پهنای باند گسترده

ظرفیت حمل اطلاعات بالقوه با پهنای باند رسانه انتقال و با فرکانس حامل افزایش می یابد. از اولین روزهای رادیو، فرکانس‌های انتقال مفید پنج مرتبه افزایش یافته اند، از حدود 100 کیلوهرتز به حدود 10 گیگاهرتز. فرکانس‌های نور چندین مرتبه بالاتر از بالاترین امواج رادیویی هستند، اختراع لیزر، که از نور به عنوان حامل استفاده می کند، در یک مرحله محدوده پتانسیل را چهار مرتبه دیگر به 100000 گیگاهرتز (یا 100 تراهرتز [THz]) افزایش داد. فیبرهای نوری دارای محدوده مفید بالقوه تا حدود 1 تراهرتز می باشند، اگرچه امروزه این محدوده هنوز مورد استفاده قرار نگرفته است. با این حال، پهنای باند عملی فیبرهای نوری بیشتر از پهنای باند کابل های مسی است. علاوه بر این، توانایی حمل اطلاعات فیبر نوری تازه شروع به بهره برداری شده است، در حالی که همان پتانسیل های کابل مسی محدودیت های خود را فراتر می گذارد.

همانطور که قبلا ذکر شد، شرکت های مخابراتی به طور فزاینده ای از انتقال دیجیتال استفاده می نمایند. پهنای باند بالاتر اپتیک باعث می شود نرخ بیت بالاتر و در نتیجه کانال های صوتی بیشتری در هر کابل وجود داشته باشد. برای اینکه سازگاری بین تمام حامل ها وجود داشته باشد، نرخ هایی که خطوط انتقال مختلف اطلاعات را با آن حمل می کنند، عموماً توسط سیستمی به نام سلسله مراتب مخابرات دیجیتال تعیین می شود.

یکی از پیامدهای پهنای باند بالاتر فیبر این است که امکان انتقال کانال‌هایی را می‌دهد که به پهنای باند بسیار بیشتری نسبت به کانال صوتی نیاز دارند. برای مثال، انتقال تصویر و کنفرانس از راه دور، به ظرفیت کانال 14 تا 100 برابر صدای رمزگذاری‌شده دیجیتالی نیاز دارند. پهنای باند یک فیبر به این سیگنال‌ها اجازه می‌دهد تا از طریق فیبر مالتی پلکس شوند و صوت، داده و ویدئو به طور همزمان ارسال شوند. تقاضا برای این خدمات به این معنی است که فیبر نوری از حمل‌کننده‌های مسافت طولانی به حامل‌هایی مستقیماً به خانه و تجارت منتقل می‌شوند.

جهت ایجاد چشم اندازی به ظرفیت باورنکردنی که فیبرها به سمت آن حرکت می نمایند، یک سیگنال 10 گیگابیت بر ثانیه توانایی انتقال هر یک از موارد زیر را در هر ثانیه دارد:

  1. 1000 کتاب
  2. 130000 کانال صوتی
  3. 16 کانال تلویزیونی(صوتی و تصویری با کیفیت بالا HDTV) یا 100 کانال HDTV با استفاده از تکنیک های فشرده سازی. (یک کانال HDTV به پهنای باند بسیار بالاتری نسبت به تلویزیون استاندارد امروزی نیاز دارد.)

 

پیشرفت‌های مشابهی در سیستم‌های کواکسیال یا کابل های شبکه مسی رخ نخواهد داد: سیستم‌های نوری به عنوان مطلوب راه‌حل برای برنامه‌های کاربردی در مسافت‌های طولانی و با سرعت بالا باقی خواهند ماند.

 

افت پایین low loss

پهنای باند یک نشانه موثر از سرعت ارسال اطلاعات است. افت نشان می دهد که اطلاعات تا چه اندازه می تواند ارسال شود. هنگامی که یک سیگنال در طول مسیر انتقال حرکت می کند، خواه مسی باشد یا فیبر، سیگنال توان خود را از دست می دهد. این کاهش توان را افت یا تضعیف توان می نامند. در کابل های مسی، افت با فرکانس مدولاسیون افزایش می یابد: هر چه فرکانس سیگنال اطلاعات بیشتر باشد، افت بیشتر می شود. در فیبر نوری، افت هموار است: افت در هر فرکانس سیگنال دهی تا فرکانس های بسیار بالا یکسان است. بنابراین، با افزایش ظرفیت انتقال اطلاعات، مشکل افت در کابل مسی بیشتر می شود.

 

شکل 1، نشان دهنده ویژگی های افت در فیبرها، کابل های شبکه مسی و کابل کواکسیال، مانند موارد استفاده شده در سیستم های مخابرات، محدوده های قابل استفاده برای این رسانه های انتقال را نشان می دهد. افت کابل کواکسیال و کابل های شبکه مسی با فرکانس افزایش می‌یابد، در حالی که افت در کابل نوری در طیف وسیعی از فرکانس‌ها ثابت می‌ماند. افت در فرکانس های بسیار بالا در فیبر نوری ناشی از افت مضاعف خود نور توسط فیبر نیست. این افت یکسان باقی می ماند. افت ناشی از از دست دادن اطلاعات است نه توان نوری. اطلاعات در تغییر توان نوری موجود است. در فرکانس های بسیار بالا، اعوجاج باعث کاهش یا از بین رفتن این اطلاعات می شود.

نکته این است که اثرات افت که بایستی در یک سیستم در نظر گرفته شود به فرکانس سیگنال بستگی دارد. آنچه برای سیستمی که با یک سرعت فعالیت می نماید مناسب است ممکن است در فرکانس دیگر کار نکند. این نیاز به در نظر گرفتن سرعت های مختلف سیگنالینگ، طراحی ها را پیچیده می نماید. برای مثال طراحی فرکانس بالا پیچیده تر از طراحی فرکانس پایین است. بدون در نظر گرفتن اثرات سرعت بر عملکرد نمی توان به سادگی سرعت عملیات را افزایش داد. در یک سیستم فیبر نوری، افت در تمام سرعت های عملیاتی در پهنای باند مشخص شده فیبر یکسان است.

افت در مقابل فرکانس 30 (به لطف Corning GlassWorks)

شکل 1 – تضعیف در مقابل فرکانس 30 (به لطف Corning GlassWorks)

 

افت شدید نیاز به تکرار کننده های بیشتر را در نقاط میانی در مسیر انتقال افزایش می دهد. برای کابل های مسی، به طور کلی فاصله تکرار کننده ها با افزایش سرعت فعالیت کاهش می یابد. در مورد فیبرها، برعکس این موضوع صادق است: فاصله تکرارکننده ها همراه با سرعت های عملیاتی افزایش می یابد، چراکه در نرخ های داده بالا از فیبرهای بسیار کارآمد و با افت پایین استفاده می شود.

اولین لینک مخابراتی فیبر نوری فراآتلانتیک که توسط AT&T در سال 1988 نصب شد، 37800 مکالمه صوتی همزمان را در هر جهت روی یک جفت فیبر عملیاتی می نمود، فاصله تکرار کننده ها هر 35 کیلومتر بوده است. در مقابل، بهترین سیستم کواکسیال فرا اقیانوس اطلس 4200 مکالمه را مدیریت می نمود و فاصله تکرار کننده تنها 9.4 کیلومتر بوده است. این احتمال که سیستم های فیبر نوری تریلیون ها بیت را در 80 تا 100 کیلومتر بدون تکرار کننده حمل کنند امروزه به واقعیت بدیل گردیده و آینده شبکه تنها با اتصالات نوری قابلیت گسترش سرویس ها و پهنای باند های مورد نیاز را فراهم خواهد نمود.

ترکیب پهنای باند بالا و افت پایین، صنعت مخابرات را به پرمصرف ترین کاربر فیبر نوری تبدیل نموده است و این به آن‌ها اجازه می‌دهد نه تنها اطلاعات بیشتری را در مسیر انتقال ارسال نمایند، بلکه فاصله‌های تکرارکننده را نیز افزایش دهند. به هر حال، تکرارکننده ها، سیستم های الکترونیکی هستند که ساخت، نصب و نگهداری آنها پرهزینه است. تکرار کننده های کمتر به معنای سیستم های کم هزینه تر است. خرید کابل فیبر نوری از برند های معتبر و واقعی به همین علت حائز اهمیت می باشد.

 

مصونیت الکترومغناطیسی “Electromagnetic immunity”

بر خلاف کابل های مسی، فیبرهای نوری در برابر تشعشعات الکترومغناطیسی آسیب پذیر نمی باشند. هر رسانای مسی مانند یک آنتن عمل می کند که انرژی را ارسال یا دریافت می نماید. فیبر نوری به دلیل ماهیت حرکت نور فاقد رسانای تاثیر پذیر در برابر الکترومغناطیس می باشد.

هر قطعه ای از تجهیزات الکترونیک می تواند تداخل الکترومغناطیسی (EMI مخفف electromagnetic interference) را منتشر نماید که می تواند عملکرد سایر تجهیزات الکترونیک را مختل نماید . EMI نوعی آلودگی زیست محیطی به شمار می آید که پیامدهای آن از مرتبه آزاردهنده تا کشنده جدی را شامل می شود. با افزایش تراکم تجهیزات الکترونیکی (که به عنوان بخشی از عصر اطلاعات این اتفاق اجتناب ناپذیر است)، پتانسیل مشکلات EMI نیز افزایش می یابد. جهت مبارزه با چنین مشکلاتی برای مثال، شرکت ارتباطات زیر ساخت مقررات سختگیرانه ای را ایجاد نمود که EMI را محدود می نماید. سازمان های نظارتی در اروپا و ایالات متحده نیز مقررات مشابهی را صادر کرده اند.

در اینجا یک راه ساده برای نشان دادن تاثیرات EMI در صورت دسترسی به رایانه شخصی وجود دارد. یک رادیو AM را در حالی که در حال فعالیت است نزدیک رایانه قرار دهید. شماره گیری را تنظیم و اجرا نمایید. در برخی مواقع، رادیو می تواند امواج رایانه را دریافت کند و در نتیجه می توانید به عملکرد رایانه گوش دهید. جهت شنیدن تفاوت ها، برنامه های مختلف را اجرا نمایید. آنچه می شنوید EMI است.

تجهیزات اتصال کابل ها می توانند یکی از منابع اصلی EMI باشند. آنها همچنین می توانند یکی از آنتن های دریافت کننده اصلی باشند که EMI را به تجهیزات حمل می کند. کابل ها درست مانند آنتن رادیویی در نمایش EMI فوق عمل می کنند.

کابل های اتصال تجهیزات می توانند یکی از منابع اصلی EMI باشند. آنها همچنین می توانند به عنوان یکی از آنتن های دریافت کننده اصلی باشند که EMI را به تجهیزات دیگر انتقال می دهد. کابل ها درست مانند آنتن رادیویی در نمایش EMI فوق عمل می کنند. از آنجایی که فیبرها انرژی الکترومغناطیسی را متشعشع نمی کنند یا دریافت نمی کنند، زمانی که EMI یک نگرانی به شمار می آید، فیبر نوری یک وسیله انتقال ایده آل می باشد. برخی از کارخانه ها از فیبر نوری به دلیل مصونیت آن استفاده می کنند. این کاربردها نیازی به پهنای باند زیاد یا اتلاف کم فیبر ندارند. تجهیزاتی مانند موتورهای پر توانی که روشن و خاموش می شوند می توانند منبع EMI باشند که خطوط سیگنال کنترل کننده تجهیزات را مختل می سازد. استفاده از فیبر به جای کابل های مسی مشکلات را برطرف می نماید.

خطوط ولتاژ بالا (فشار قوی) می توانند مشکل دیگری ایجاد نمایند، چراکه آنها نیز انرژی را ساطع می نمایند. کابل‌های سیگنال مسی را نمی‌توان بدون احتیاط‌های خاص در کنار چنین خطوطی نصب نمود، زیرا انرژی از خط ولتاژ بالا به خط سیگنال متصل می‌شود. خطوط فیبر نوری را می توان در کنار خطوط ولتاژ بالا بدون اثر زیان آوری نصب نمود، چراکه هیچ مقداری از انرژی خطوط فشار قوی به آنها منتقل نمی شود.

 

یکی از پیامدهای مصونیت الکترومغناطیسی فیبر این است که سیگنال ها توسط EMI تحریف نمی شوند. انتقال دیجیتال مستلزم آن است که سیگنال‌ها بدون خطا ارسال شوند. EMI می‌تواند علت خطا در سیستم‌های انتقال رسانای الکتریکی باشد. انفجار EMI ممکن است به صورت یک پالس ظاهر شود، جایی که هیچ پالسی در جریان پالس اصلی رخ نداده است. فیبر نوری استانداردهای بسیار بالایی را در انتقال بدون خطا ارائه می دهد.

 

وزن سبک Light weight

فیبر نوری سیلیکا به طور قابل توجهی کمتر از یک هادی مسی وزن دارد. یک کابل فیبر نوری با ظرفیت حمل اطلاعات یکسان با کابل مسی وزن بسیار کمتری دارد چراکه مس به خطوط بیشتری نسبت به فیبر نیاز دارد. برای مثال، یک کابل فیبر نوری سینگل مد معمولی 300 گرم به ازای هر متر وزن دارد. یک کابل کواکسیال قابل مقایسه 9 برابر وزن دارد—حدود 3 کیلوگرم به ازای هر متر. صرفه جویی در وزن در کاربردهایی مانند هواپیما و خودرو مهم است.

 

اندازه کوچک
یک کابل فیبر نوری کوچکتر از همتایان مسی خود است. علاوه بر این، یک فیبر نوری اغلب می تواند جایگزین چندین هادی مسی شود. شکل 2 مقایسه کابل کواکسیال و کابل فیبر نوری مورد استفاده در شبکه را نشان می دهد. کابل نوری که شامل 144 فیبر در ساختار 0.5 اینچی خود است، ظرفیت حمل 24192 مکالمه در هر جفت فیبر یا نزدیک به 1.75 میلیون تماس در تمام فیبرها را دارد. کابل فیبر نوری بسیار فراتر از ظرفیت کواکسیال است. کابلی که حتی تقریبا 10 برابر کوچکتر است.

شکل 2 مقایسه کابل کواکسیال و کابل فیبر نوری مورد استفاده در تلفن دیجیتال را نشان می دهد.

شکل 2 – مقایسه کابل کواکسیال و کابل فیبر نوری مورد استفاده در شبکه

اندازه کوچک کابل‌های فیبر نوری آنها را برای کاربردهایی که فضا در آنها محدود است جذاب می‌کند:

 

  1. هواپیماها و زیردریایی ها، جایی که استفاده از هر اینچ مربع حیاتی است. کابل‌های فیبر نوری نه تنها از فضای با ارزش کمتری استفاده می‌کنند، بلکه می‌توان آن‌ها را در مناطقی قرار داد که قرارگیری کابل‌های مسی امکان پذیر نیست. به طور خلاصه، آنها از فضا به شکل بهینه بهره می برند.
  2. کانال های مخابراتی زیرزمینی به ویژه در شهرها، نه تنها مجراها اغلب با ظرفیت پر می شوند، بلکه ساخت مجراهای جدید برای اجازه دادن به خدمات گسترده بسیار پرهزینه است. فضای اضافی ممکن است در دسترس نباشد. کابل‌های فیبر نوری جایگزین کابل‌های مسی می‌شوند و اغلب ظرفیت بیشتری را در فضای کمتر ارائه می‌دهند. یک کابل مسی بزرگ که یک مجرا را پر می کند، می تواند با یک کابل فیبر کوچکتر جایگزین شود و در آینده فضایی برای کابل های جدید باقی بماند.
  3. مرکز داده (دیتاسنتر)، جایی که کابل‌ها بین تجهیزات مختلف متمرکز شده قرار می گیرند. باز هم اندازه کوچک و در نتیجه انعطاف پذیری فیبر مشکلات را در مرکز داده برطرف می نماید.

 

ایمنی
فیبر نوری دی الکتریک است ( الکتریسیته حمل نمی کند). هیچ جرقه یا خطر آتش سوزی ندارد، بنابراین مانند کابل مسی معیوب نمی تواند باعث انفجار یا آتش سوزی شود. علاوه بر این، رعد و برق را جذب نمی کند. کابل فیبر نوری را می توان از مناطق خطرناک عبور داد، جایی که کدهای الکتریکی یا عقل سلیم استفاده از سیم را ممنوع می کند. مثلاً می توان فیبر را مستقیماً از مخزن سوخت عبور داد.

 

امنیت

یکی از راه‌های استراق سمع ضربه زدن به سیم است. راه دیگر دریافت انرژی تشعشع شده از سیم یا تجهیزات (شکل EMI) است. یک آنتن حساس در ساختمان مجاور مخفیانه انرژی تشعشع شده از تجهیزات الکترونیکی در داخل ساختمان را به راحتی دریافت می نماید. آنتن بسیار شبیه به مثال رادیویی که قبلاً بحث شد، EMI دریافت می نمود. اگرچه این انرژی ممکن است  شامل داده های فوق سری و طبقه بندی شده باشد. کسب‌وکارها سالانه میلیون‌ها دلار برای محافظت از اسرار خود، مانند رمزگذاری داده‌ها قبل از انتقال، هزینه می‌کنند.

فیبر نوری یک رسانه انتقال بسیار امن می باشد. انرژی قابل دریافت توسط آنتن مجاور را ساطع نمی کند و ضربه زدن به فیبر بسیار دشوار است. هم مراکز دولتی و هم تجارت های شخصی، فیبر نوری را رسانه ای امن می دانند.

پهنای باند بالا، افت پایین و ایمنی الکترومغناطیسی احتمالاً سه ویژگی برجسته فیبر نوری هستند. این ویژگی‌ها به خوبی ترکیب می‌شوند. آنها امکان انتقال داده‌ها را با سرعت بالا در فواصل طولانی با خطای کم فراهم می نمایند. یک لینک فیبر نوری قادر است کل متن یک دایره المعارف 30 جلدی را در طول 160 کیلومتر در 1 ثانیه منتقل نماید. نرخ خطا تنها یک یا دو حرف نادرست در طول ارسال است.
با این حال، در نظر داشته باشید که تمامی فیبرها افت پایین و پهنای باند بالایی ندارند. در جایی که افت و سرعت بالا مهم نیستند، مثلاً در خودروها، فیبرهای ارزان‌تر به خوبی کار می‌کنند. در یک خودرو، نگرانی اصلی محافظت در برابر نویز ناشی از منابعی مانند سیستم جرقه زنی است. سایر ویژگی های سودمند فیبر نوری آن را به یک وسیله انتقال مناسب در بسیاری از کاربردها تبدیل می نماید.

 

آموزش شبکه
 

link

 

 
 

نظرات کاربران

  •  چنانچه دیدگاهی توهین آمیز باشد و متوجه اشخاص مدیر، نویسندگان و سایر کاربران باشد تایید نخواهد شد.
  •  چنانچه دیدگاه شما جنبه ی تبلیغاتی داشته باشد تایید نخواهد شد.
  •  چنانچه از لینک سایر وبسایت ها و یا وبسایت خود در دیدگاه استفاده کرده باشید تایید نخواهد شد.
  •  چنانچه در دیدگاه خود از شماره تماس، ایمیل و آیدی تلگرام استفاده کرده باشید تایید نخواهد شد.
  • چنانچه دیدگاهی بی ارتباط با موضوع آموزش مطرح شود تایید نخواهد شد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Select the fields to be shown. Others will be hidden. Drag and drop to rearrange the order.
  • Image
  • SKU
  • Rating
  • Price
  • Stock
  • Availability
  • Add to cart
  • Description
  • Content
  • Weight
  • Dimensions
  • Additional information
Click outside to hide the comparison bar
مقایسه