این محبوبیت را می‌توان به سادگی توضیح داد. راه‌اندازی کابل فیبر نوری آسان‌تر، وزن فیبر نوری سبک‌تر از کابل مسی سنتی و بسیار کوچک‌تر از همتای الکترونیکی آن است. مهم‌ترین عامل این است که پهنای باند بسیار بیشتری دارد. از آنجایی که کابل‌های فیبر نوری سبک‌تر هستند، برای بقا در کانال‌های موجود و مسیرهای کابل‌کشی موجود ساده‌تر هستند. مزایای بزرگ دیگری از کابل‌های فیبر نوری وجود دارد که از آن جمله می‌توان به مصونیت آنها در برابر تداخل الکترومغناطیسی، فواصل ریپیتر طولانی‌تر، نیاز به توان کمتر و انعطاف‌پذیری بهتر اشاره کرد.
تمام نکات مثبت بالا کابل‌های فیبر نوری را بسیار جذاب و مهم‌تر از همه، بسیار مقرون به صرفه می‌کند. اما بهتر است برای روشن شدن کاربرد فیبر نوری در مخابرات به مفاهیم پایه‌ای بیشتر بپردازیم.
مقدمه‌ای بر سیستم ارتباطی
ارتباط داده چیست؟
ارتباط داده درواقع انتقال فیزیکی داده‌ها (معمولاً یک جریان بیت دیجیتال) از طریق یک کانال ارتباطی نقطه به نقطه یا نقطه به چند نقطه با استفاده از برخی روش‌های انتقال استاندارد است. این روش‌ها شامل انتقال سیگنال‌های الکتریکی در امتداد یک هادی، سیگنال‌های نوری در امتداد فیبرهای نوری و سیگنال‌های الکترومغناطیسی است.
اجزای ضروری در یک سیستم ارتباط داده
· پیام : داده‌ها و اطلاعاتی که باید منتقل شوند. این اطلاعات می‌تواند به صورت متن، صوت، عکس، ویدیو و یا ترکیبی از آنها باشد.
· دستگاه انتقال یا فرستنده: دستگاهی که در واقع ارسال داده را انجام می‌دهد (مثلاً رایانه، تلفن و غیره).
· محیط انتقال داده: یک کانال فیزیکی که در آن اطلاعات از فرستنده به گیرنده منتقل می‌شود.
· گیرنده: دستگاهی که پیام را دریافت می‌کند و سپس اطلاعات و داده موجود در پیام را پردازش می‌کند.
فیبر نوری چیست و چگونه کار می‌کند؟
فیبر نوری یک فیبر انعطاف‌پذیر و شفاف است که معمولاً از شیشه یا پلاستیک ساخته می‌شود. فیبر نوری به عنوان یک موجبر عمل می‌کند تا نور را از یک سر فیبر به انتهای دیگر با استفاده از فناوری نسبتاً ساده و نسبتاً قدیمی فیبر نوری که مبتنی بر شکست نور است، منتقل کند. فیبر نوری به طور گسترده در انتقال در فواصل طولانی با پهنای باند بالا استفاده می‌شود.
کاربرد فیبر نوری در مخابرات درواقع فناوری انتقال داده با استفاده از پالس‌های نوری است که از طریق رشته‌های بلند فیبر نازک و شفاف عبور می‌کنند. این الیاف به نازکی موی انسان هستند و یا از الیاف نوری پلاستیکی هستند – که در آن از پلی متیل متاکریلات «PMMA» استفاده می‌شود، یا فیبر نوری شیشه‌ای – که در آن از شیشه خالص استفاده شده است.
مهندسی مخابرات یکی از رشته‌های پرکاربرد در بین رشته‌های مهندسی در ایران است. اگر دانشجوی این رشته هستید و یا به آن علاقه دارید، فرادرس این امکان را برای شما فراهم کرده است که به صورت آنلاین تخصصی‌ترین آموزش‌ها را در حوزه مهندسی دریافت کنید.
• آموزش مهندسی مخابرات — کلیک کنید
ارتباط از طریق فیبر نوری چگونه انجام می شود؟
بر خلاف انتقال مبتنی بر سیم مسی که در آن انتقال به طور کامل به سیگنال‌های الکتریکی که از کابل می‌گذرد بستگی دارد، انتقال فیبر نوری شامل انتقال سیگنال به شکل نور از یک نقطه به نقطه دیگر است. یک شبکه ارتباطی فیبر نوری شامل مدارهای ارسال و دریافت، منبع نور«Light Source» و دستگاه های آشکارساز «Detector»است مانند آنچه در شکل نشان داده شده است.
در یک فیبر نوری، داده‌هایی که قرار است از یک دستگاه منتقل شوند، به عنوان انرژی الکتریکی شروع شده و به پرتوهای نور تبدیل می‌شوند. هنگامی که داده های ورودی به شکل سیگنال های الکتریکی به مدار فرستنده داده می شود، آنها را با کمک منبع نور به سیگنال نور تبدیل می کند. این منبع از LED است که دامنه، فرکانس و فازهای آن باید ثابت و بدون نوسان باقی بماند تا انتقال کارآمدی داشته باشد.
این پرتوها به صورت امواج در قسمت داخلی فیبر به نام هسته حرکت می‌کنند. هسته فیبر نوری پرتوهای نور را از طریق اصل بازتاب داخلی کامل عبور می‌دهد. این ذرات نور در هسته فیبر به سمت بالا و پایین حرکت می‌کنند و به عقب منعکس می‌شوند. یک لایه بیرونی که به عنوان روکش شناخته می‌شود، نور را در هسته دست نخورده نگه می‌دارد. هنگامی که ذرات نور به مقصد می‌رسند، یک گیرنده نوری آن را دوباره به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. سپس گیرنده قادر به خواندن و درک داده‌ها است.
مدار گیرنده شامل یک آشکارساز نوری به همراه یک مدار الکترونیکی مناسب است که قادر به اندازه گیری بزرگی، فرکانس و فاز میدان نوری است. این نوع ارتباط از طول موج های نزدیک باند مادون قرمز استفاده می کند که درست بالاتر از محدوده مرئی است. هر دو LED و لیزر را می توان به عنوان منبع نور بر اساس کاربرد استفاده کرد.
چرا از فیبرهای نوری به جای سیم‌های فلزی برای ارتباطات راه دور استفاده می‌شود؟
· انعطاف‌پذیر است و می‌توان آن را به‌عنوان کابل بسته‌بندی کرد و استفاده از آن بسیار راحت است
· سیگنال‌ها می‌توانند در امتداد فیبرهای نوری با تضعیف کمتر حرکت کنند
· ایمن بودن در برابر تداخل الکترومغناطیسی
· قطر کابل کوچک‌تر و هزینه کلی کمتر
· کابل‌ها انرژی ساطع نمی‌کنند
· وزن سبک‌تر
اجزا ارتباطی فیبر نوری
عناصر اساسی یک سیستم ارتباطی فیبر نوری عبارت‌اند از
· فرستنده نوری: فرستنده یک سیگنال الکتریکی را به سیگنال نوری تبدیل می‌کند تا آن را به فیبر نوری ارسال کند.
· یک کابل نوری: این شامل بسته‌هایی از فیبرهای متعدد است که می‌توانند از طریق ساختمان‌های زیرزمینی و چندین نوع تقویت‌کننده عبور کنند.
· گیرنده نوری: گیرنده برای بازیابی سیگنال نوری به‌عنوان یک سیگنال الکتریکی است.
• آموزش مدارهای مخابراتی — کلیک کنید
انواع فیبرهای نوری
· فیبر چند حالته: فیبرهای چند حالته برای انتقال سیگنال‌های زیادی در هر فیبر استفاده می‌شوند. این سیگنال ها در کامپیوتر و شبکه های محلی که هسته های بزرگتری دارند استفاده می شود.
· فیبر تک حالته : فیبرهای تک حالته برای انتقال یک سیگنال در هر فیبر استفاده می شود. این الیاف در دستگاه های تلفن و تلویزیون استفاده می شود. فیبرهای تک حالته هسته های کوچکی دارند.
· فیبر ویژه: ساخته شده با یک هسته غیر استوانه ای و لایه روکش (معمولاً با مقطع بیضی یا مستطیل شکل)
چنین فیبری از اثرات دیفرکشن به جای یا علاوه بر بازتاب داخلی کلی استفاده می کند تا نور را به هسته فیبر محدود کند.
کاربردهای فیبر نوری
کابل‌های فیبر نوری کاربردهای زیادی در صنایع و کاربردهای مختلف پیدا می‌کنند. برخی از کاربردهای کابل فیبر نوری عبارت‌اند از:
· پزشکی: به عنوان راهنمای نور، ابزار تصویربرداری و همچنین به عنوان لیزر برای جراحی استفاده می‌شود
· دفاع / دولت: به عنوان هیدروفون برای امواج لرزه‌ای و سونار، به عنوان سیم‌کشی در هواپیما، زیردریایی و نیز برای شبکه‌های میدانی استفاده می‌شود.
· ذخیره‌سازی داده‌ها: برای انتقال داده‌ها استفاده می‌شود
· مخابرات: برای اهداف انتقال و دریافت داده استفاده می‌شود
· شبکه: برای اتصال کاربران و سرورها در انواع تنظیمات شبکه و کمک به افزایش سرعت و دقت انتقال داده استفاده می‌شود
· صنعتی / تجاری: برای تصویربرداری در مناطق صعب‌العبور استفاده می‌شود همچنین، به عنوان سیم‌کشی که در آن تداخل الکترومغناطیسی EMI چالش است کاربرد دارد، همچنین به عنوان دستگاه‌های حسی برای اندازه‌گیری دما، فشار و سایر اندازه‌گیری‌ها و به عنوان سیم کشی در خودروها و در تنظیمات صنعتی استفاده می‌شود.
· Broad castپخش / تلویزیون کابلی CATV: شرکت‌های پخش از کابل‌های فیبر نوری برای سیم‌کشی CATV، HDTV، اینترنت، ویدیو و سایر برنامه‌ها استفاده می‌کنند.
کابل‌های فیبر نوری برای روشنایی و تصویربرداری و به عنوان حسگر برای اندازه‌گیری و نظارت بر مجموعه وسیعی از متغیرها استفاده می‌شود. کابل‌های فیبر نوری همچنین در تحقیق و توسعه و آزمایش در تمام صنایع ذکرشده در بالا استفاده می‌شود.
روند غیرقابل توقف برای کاربردهای فیبر نوری تغییر از مسافت طولانی (مسافت طولانی) به میز، خانه و دفتر ما خواهد بود. این اصطلاحات شامل موارد زیر است.
· FTTC (fiber towards the curb)
· FTTD (fiber towards the desk)
· FTTH (fiber towards the home)
· FTTB (fiber to the building)
کابل‌های فیبر نوری این امکان را به ما می‌دهند که همه خدمات تلفن، اینترنت و تلویزیون ما را یکپارچه کنیم. پهنای باند وسیع فیبر این امکان را فراهم می‌کند. این توانایی بیش از اندازه کافی برای برآوردن تمام نیازهای صوتی، داده و ویدیوی ما را ارائه می‌دهد.
تبدیل از مس به فیبر با اختراع تقویت‌کننده فیبر نوری بسیار تسریع شده است. تقویت‌کننده‌های فیبر نوری، انتقال سیگنال نوری را در فواصل بسیار طولانی بدون فرآیند گران‌قیمت برای تبدیل به سیگنال‌های الکترونیکی، تقویت الکترونیکی و تبدیل مجدد به سیگنال نوری مانند تقویت‌کننده‌های سنتی امکان‌پذیر می‌کنند.
امروزه بیشتر سوئیچینگ ترافیک شبکه توسط سوئیچ‌های الکترونیکی مانند سوئیچ‌های سیسکو انجام می‌شود؛ اما علاقه و تلاش فوق‌العاده‌ای برای استفاده از دستگاه‌های تمام نوری برای آن دسته از سوئیچینگ های شبکه در حال انباشته شدن در صنعت است. مهم‌ترین نشانه سوئیچینگ تمام نوری در ظرفیت انتقال تقریباً نامحدود آن نهفته است. با این حال، هنوز در مرحله نمونه اولیه برای کنترل نور با نور است، بنابراین مدارهای سوئیچ نوری همچنان توسط مدارهای الکترونیکی کنترل می‌شوند. ماتریس سوئیچینگ ممکن است مدارهای نوری باشد اما کنترل هنوز توسط مدارهای الکترونیکی انجام می‌شود.
فیبر نوری تقریباً وسیله‌ای عالی برای انتقال سیگنال در حال حاضر و در آینده قابل پیش بینی است. نشانه عالی فیبر نوری مصونیت آن در برابر تداخل الکترومغناطیسی است. مدارهای نوری را می‌توان در داخل یک فضای مشترک بدون تداخل متقاطع بین آنها عبور داد؛ اما مشکلاتی را خواهید دید که سرعت توسعه سیستم تمام نوری را مختل می‌کند. واضح‌ترین و اساسی‌ترین دلیل ممکن است الزامات سازگاری با سیستم‌های فیبر نوری قدیمی باشد.
یکی دیگر از مزایای بزرگ فیبر نوری بر اساس فرصت مالتیپلکس کردن ظرفیت آن از طریق WDM (مالتی پلکسر تقسیم طول موج) است. WDM هر یک از چندین جریان داده را مستقیماً در بخش متفاوتی از طیف نور مدوله می‌کند. WDM معادل نوری FDM (مالتی پلکسر تقسیم فرکانس) است. استفاده از WDM می‌تواند ظرفیت سیستم ارتباطی فیبر نوری صرفاً یک کاناله را به دفعات بی‌شماری افزایش دهد.
علاوه بر سیستم‌های ارتباطی نوری، فناوری فیبر نوری نیز به طور گسترده در پزشکی، روشنایی، حسگری، آندوسکوپی، کنترل صنعت و موارد دیگر استفاده می‌شود.
کاربرد فیبر نوری در مخابرات
فیبر نوری بخش عمده‌ای از هزینه‌های زیرساختی اپراتورهای مخابراتی را تشکیل می‌دهد
با افزایش سرعت تقاضا برای داده‌های اینترنتی، زیرساخت‌های دیجیتال در سراسر جهان باید ارتقا یابد. شبکه‌های فیبر نوری کلیدی برای فناوری ۵G درآینده و محیط‌های FTTx هستند. فیبر نوری محیط اصلی برای پهنای باند تقریباً نامحدود، ارتباطات از راه دور بین سازمان‌ها، شرکت‌های تلفن و چندین برنامه ارتباطی از راه دور دیگر است.
بررسی فرصت های بازار و پتانسیل رشد
تشنگی برای افزایش سرعت اینترنت گسترده است و این باعث رقابت شدید بین شرکت‌های مخابراتی (و شبکه‌های مسی آنها) و شرکت‌های کابلی (در ارتباط با شبکه‌های کواکسیال آنها) شده است. این رقابت این حقیقت را آشکار کرده است که دسترسی به اینترنت از طریق سیم‌های مسی می‌تواند از پهنای باندی در محدوده چند گیگابیت بر ثانیه پشتیبانی کند، اما تنها امید برای پهنای باند نامحدود در آینده نصب فیبر نوری است. تقاضا برای پهنای باند بیشتر همچنان به رشد خود ادامه می‌دهد. فیبر نوری به مصرف‌کنندگان این امکان را می‌دهد که داده‌ها را از منابع مختلف مصرف کنند، فرمت‌های صوتی و تصویری HD را بشنوند و ببینند، محتوای فراگیر را تجربه کنند و به طور کلی به حجم افزایش یافته داده‌های دیجیتال دسترسی پیدا کنند.
تا سال ۲۰۲۵، تعداد نقاط پایانی شبکه به دلیل افزایش پذیرش FTTx، ۵G و IoT با ۲۰٪ اتصالات جهانی در ۵G و ۲۱.۵ میلیارد دستگاه متصل با استفاده از اینترنت اشیا افزایش خواهد یافت.
تا سال ۲۰۲۴، کشوری مانند هند به سرمایه‌گذاری در فیبر نوری نزدیک به ۱۴ میلیارد دلار نگاه خواهد کرد.
مخابرات جهانی مانند AT&T و Verizon در ایالات‌متحده و Deutsche Telekom در آلمان قبل از عرضه شبکه ۵G خود، سرمایه‌گذاری استراتژیک در شبکه فیبر انجام داده‌اند.
همانطور که مشخص است مخابرات نوری و کاربرد فیبرنوری در مخابرات یکی از مباحث گسترده و پرکاربرد در علم امروز است. فرادرس آموزش‌های جامعی را توسط اساتید مجرب و متخصص خود برای آشنایی با روند تکامل، نسل‌های مختلف و راهنمای جامعی برای مخابرات فیبر نوری به صورت آنلاین به شما ارائه می‌دهد.
نظر شما