מעניין

תקשורת סיבים אופטיים: טלקומוניקציה

תקשורת סיבים אופטיים: טלקומוניקציה

תקשורת סיבים אופטיים חוללה מהפכה בענף הטלקומוניקציה. זה גם הפך את נוכחותו לעין רחבה גם בקהילת רשתות הנתונים. באמצעות כבל סיב אופטי, התקשורת האופטית אפשרה קישורי טלקומוניקציה למרחקים גדולים בהרבה ועם רמות נמוכות בהרבה של אובדן במדיום השידור ואולי החשוב מכל, תקשורת סיבים אופטיים אפשרה להתאים לקצב נתונים גבוה בהרבה.

כתוצאה מיתרונות אלה, מערכות תקשורת סיבים אופטיים משמשות באופן נרחב ליישומים הנעים בין תשתיות עמוד שדרה טלקומוניקציה למערכות אתרנט, הפצת פס רחב ורשתות נתונים כלליות.

פיתוח סיבים אופטיים

מאז ימי הטלקומוניקציה הראשונים נוצר צורך הולך וגובר בהעברת נתונים עוד יותר מהר. בתחילה נעשה שימוש בחוטי קו בודד. אלה פינו את מקומם לכבלים קואקסיאליים שאפשרו העברה של מספר ערוצים באותו הכבל. עם זאת מערכות אלו היו מוגבלות ברוחב הפס ונחקרו מערכות אופטיות.

תקשורת אופטית הפכה לאפשרות לאחר פיתוח הלייזרים הראשונים בשנות השישים. החלק הבא של הפאזל נפל למקומו כאשר הסיבים האופטיים הראשונים עם אובדן נמוך מספיק למטרות תקשורת פותחו בשנות השבעים. ואז, בסוף שנות השבעים, נערך כמות ניכרת של מחקר. זה הביא להתקנת מערכת הטלקומוניקציה הראשונה של סיבים אופטיים. הוא עבר מרחק של 45 ק"מ והשתמש באורך גל של 0.5 מ"מ והיה קצב נתונים של 45 Mbps בלבד - חלק קטן מהאפשרי כיום.

מאז, נעשו שיפורים ניכרים בטכנולוגיה. קצב הנתונים השתפר ובנוסף לכך שופרו ביצועי הסיב האופטי כדי לאפשר להגיע למרחקים גדולים בהרבה בין רפייטרים. כאינדיקציה לכך המהירויות שניתן להשיג כעת באמצעות מערכת סיבים אופטיים עולות על 10 Tbps.

כאשר פותחו מערכות העברת הסיבים האופטיים הראשונות, סברו כי הכבלים והטכנולוגיה של הסיבים האופטיים יקרים במיוחד. עם זאת, זה לא היה המקרה והעלויות צנחו עד כדי כך שהסיבים האופטיים מספקים כעת את האפשרות היחידה המשתלמת ליישומי טלקומוניקציה רבים. בנוסף לכך הוא משמש גם ברשתות אזוריות רבות בהן מהירות היא דרישה מרכזית.

יתרונות הסיבים האופטיים לתקשורת

ישנן מספר סיבות משכנעות המובילות לאימוץ נרחב של כבלים סיבים אופטיים ליישומי טלקומוניקציה:

  • רמות נמוכות בהרבה של הנחתת אות
  • כבלים של סיבים אופטיים מספקים רוחב פס גבוה בהרבה ומאפשרים העברת נתונים רבים יותר
  • כבלי סיבים אופטיים הם הרבה יותר קלים מאשר הכבלים הקואקסיאלים שאחרת עשויים להשתמש בהם.
  • סיבים אופטיים אינם סובלים מאיסוף הפרעות משוטטות המתרחשות בכבלים קואקסיאליים

מערכת העברת סיבים אופטיים

כל מערכת העברת נתונים סיבים אופטיים תכלול מספר אלמנטים שונים. ישנם שלושה אלמנטים עיקריים (המסומנים מודגשים), ורכיב נוסף החיוני למערכות מעשיות:

  • משדר (מקור אור)
  • כבל סיבים אופטיים
  • משחזר אופטי
  • מקלט (גלאי)

האלמנטים השונים של המערכת ישתנו בהתאם ליישום. מערכות המשמשות לקישורי קיבולת נמוכים יותר, אולי לרשתות מקומיות, ישתמשו בטכניקות ורכיבים שונים במקצת מאלה המשמשים ספקי רשת המספקים שיעורי נתונים גבוהים במיוחד למרחקים ארוכים. אף על פי כן העקרונות הבסיסיים זהים בכל מערכת.

במערכת משדר מקור האור מייצר זרם אור מווסת כדי לאפשר לו לשאת את הנתונים. באופן מקובל דופק אור מציין "1" והיעדר אור מציין "0". אור זה מועבר דרך סיב דק מאוד של זכוכית או חומר מתאים אחר שיוצג במקלט או בגלאי. הגלאי ממיר את פעימות האור לפולסים חשמליים מקבילים. באופן זה הנתונים יכולים להיות מועברים כאור למרחקים גדולים.

משדר סיבים אופטיים

למרות שמערכות הסיבים האופטיים המקוריים לטלקומוניקציה היו משתמשות בלייזרים גדולים, כיום ניתן להשתמש במגוון התקני מוליכים למחצה. המכשירים הנפוצים ביותר הם דיודות פולטות אור, נוריות LED ודיודות לייזר מוליכות למחצה.

מכשיר המשדר הפשוט ביותר הוא ה- LED. היתרון העיקרי שלו הוא שהוא זול, וזה הופך אותו לאידיאלי ליישומי עלות נמוכה שבהם יש צורך רק בריצות קצרות. עם זאת יש להם מספר חסרונות. הראשונה היא שהם מציעים רמת יעילות נמוכה מאוד. רק כ -1% מכוח הקלט נכנס לסיב האופטי, ומשמעות הדבר היא שיהיה צורך במפעילי הספק גבוהים בכדי לספק מספיק אור כדי לאפשר ביצוע שידורים למרחקים ארוכים. החיסרון הנוסף של נוריות LED הוא שהם מייצרים מה שמכונה אור לא קוהרנטי המכסה ספקטרום רחב יחסית. בדרך כלל רוחב הספקטרום הוא בין 30 ל- 60 ננומטר. המשמעות היא שכל פיזור כרומטי בסיבים יגביל את רוחב הפס של המערכת.

לאור הביצועים שלהם, נוריות LED משמשות בעיקר ביישומי רשת מקומית כאשר קצב הנתונים נמצא בדרך כלל בטווח של 10-100 Mb / s ומרחקי השידור הם כמה קילומטרים.

כאשר דרושות רמות גבוהות יותר של ביצועים, כלומר יש צורך כי קישור הסיבים האופטיים יכול לפעול למרחקים גדולים יותר ועם קצב נתונים גבוה יותר, אז משתמשים בלייזרים. למרות שהם יקרים יותר, הם מציעים כמה יתרונות משמעותיים. בשלב הראשון הם מסוגלים לספק רמת תפוקה גבוהה יותר, ובנוסף לכך תפוקת האור כיוונית וזה מאפשר רמת יעילות גבוהה בהרבה בהעברת האור לכבל הסיב האופטי. בדרך כלל יעילות ההצמדה לסיב במצב יחיד עשויה להיות גבוהה ככל 50%. יתרון נוסף הוא שללייזרים יש רוחב פס ספקטרלי צר מאוד כתוצאה מהעובדה שהם מייצרים אור קוהרנטי. רוחב ספקטרלי צר זה מאפשר ללייזרים להעביר נתונים בקצב גבוה בהרבה מכיוון שהפיזור המודאלי פחות נראה לעין. יתרון נוסף הוא שניתן לייצב לייזרים של מוליכים למחצה ישירות בתדרים גבוהים בגלל זמן רקומבינציה קצר של המובילים בתוך חומר המוליכים למחצה.

דיודות לייזר לעיתים קרובות מווסתות ישירות. זה מספק שיטה פשוטה מאוד ויעילה להעברת הנתונים לאות האופטי. זה מושג על ידי שליטה על הזרם המופעל ישירות על המכשיר. זה בתורו משתנה את תפוקת האור מהלייזר. אולם לשיעורי נתונים גבוהים מאוד או לקישורים למרחקים ארוכים, יעיל יותר להריץ את הלייזר ברמת פלט קבועה (גל רציף). לאחר מכן מווסתים את האור באמצעות מכשיר חיצוני. היתרון בשימוש באמצעי אפנון חיצוני הוא בכך שהוא מגדיל את מרחק הקישור המקסימלי מכיוון שאפקט המכונה ציוץ לייזר מסולק. ציוץ זה מרחיב את הספקטרום של אות האור וזה מגביר את הפיזור הכרומטי בכבל הסיב האופטי.

כבל סיבים אופטיים

הפרטים המלאים ותיאורם של כבלים סיבים אופטיים נמצאים במאמר / הדרכה נפרדים באזור זה של האתר. בעיקרו של דבר כבל סיב אופטי מורכב מליבה, שסביבו שכבה נוספת המכונה חיפוי. מחוץ לזה יש ציפוי חיצוני מגן.

כבלי הסיבים האופטיים פועלים מכיוון שלחיפוי שלהם אינדקס שבירה נמוך מעט מזה של הליבה. המשמעות היא שאור העובר במורד הליבה עובר השתקפות פנימית מוחלטת כאשר הוא מגיע לגבול הליבה / חיפוי, ובכך הוא נכלל בתוך ליבת הסיב האופטי.

משחזרים ומגברים

יש מרחק מקסימלי שעליו ניתן להעביר אותות דרך כבלים סיביים. זה מוגבל לא רק על ידי הנחתה של הכבל, אלא גם על עיוות אות האור לאורך הכבל. על מנת להתגבר על השפעות אלה ולהעביר את האותות למרחקים ארוכים יותר, משתמשים במגברים ומגברים.

ניתן להשתמש בחוזרים אופטו-חשמליים. מכשירים אלה ממירים את האות האופטי לפורמט חשמלי בו ניתן לעבד אותו כדי להבטיח שהאות לא מעוות ואז להמיר אותו חזרה לפורמט האופטי. לאחר מכן הוא עשוי להיות מועבר במצב הבא של כבל הסיב האופטי.

גישה חלופית היא להשתמש במגבר אופטי. מגברים אלה מגבירים ישירות את האות האופטי ללא צורך להמיר את האות חזרה לפורמט חשמלי. המגברים מורכבים מאורך של כבל סיב אופטי המסומם במינרל אדמה נדיר בשם ארביום. לאחר מכן, כבל הסיבים המטופל מואר או נשאב באורך גל קצר יותר מלייזר אחר וזה מגביר את האות המובל.

לאור העלות המופחתת הרבה של מגברי סיבים אופטיים על פני רפיטים, נעשה שימוש נרחב יותר במגברים. רוב המשחזרים הוחלפו, ומגברים משמשים כמעט בכל ההתקנות החדשות בימינו.

מקלטים

אור שעובר לאורך כבל סיב אופטי צריך להמיר לאות חשמלי כדי שיהיה ניתן לעבד אותו ולחלץ את הנתונים המועברים. הרכיב שנמצא בלב המקלט הוא גלאי צילום. זה בדרך כלל מכשיר מוליך למחצה ועשוי להיות צומת p-n, p-i-n דיודה או צילום דיודה מפולת. לא משתמשים בפוטו-טרנזיסטורים מכיוון שאין להם מהירות מספקת.

לאחר שהאות האופטי מכבל הסיב האופטי הוחל על גלאי הצילום והומר לפורמט חשמלי ניתן לעבד אותו כדי לשחזר את הנתונים אשר לאחר מכן ניתן להעביר ליעדו הסופי.

העברת נתונים של סיבים אופטיים משמשת בדרך כלל לקישורי רשת טלקומוניקציה למרחקים ארוכים ולרשתות מקומיות מהירות. נכון לעכשיו סיבים אופטיים אינם משמשים לאספקת שירותים לבתים, אם כי זו מטרה ארוכת טווח עבור מכשירי טלקום רבים. על ידי שימוש בכבלים של סיבים אופטיים כאן, רוחב הפס הזמין לשירותים חדשים יהיה גבוה משמעותית והאפשרות להכנסות גדולות יותר תגדל. נכון לעכשיו העלות שלו לרוב אינה משתלמת, אם כי היא עשויה לקרות בטווח הבינוני.

נושאי קישוריות אלחוטית וקווית:
יסודות תקשורת סלולרית 2G GSM3G UMTS4G LTE5GWiFiIEEE 802.15.4 טלפונים אלחוטיים DECT NFC- תקשורת שדה קרוב רשת יסודות מהו הענן Ethernet נתונים סידוריים USBSigFoxLoRaVoIPSDNNFVSD-WAN
חזור לקישוריות אלחוטית וקווית


צפו בסרטון: כבל האינטרנט התת ימי של בזק בינלאומי (דֵצֶמבֶּר 2021).