فهرست مطالب : 

 

فصل اول : سيستم‌های مخابرات فيبر نوری 5

 تاريخچه 6

 اجزا مختلف يک سيستم انتقال فيبرنوری 12

 محاسبه توان نوری 15

 مزايای سيستم انتقال فيبرنوری 16

 مقايسه‌ای بين کابل فيبرنوری و کابل مسی 20

 فصل دوم : فيبرهای نوری 23

 فيبر نوری چيست ؟ 24

 ساختار فيبرنوری 24

 تعاريف و قوانين نوری 27

 الف – نظريه پرتو و کاربردهای آن 27

 ب – قانون بازتابش کلی 30

 ج - زاويه پذيرش در فيبرهای نوری 31

 د - مخروط قبولی نور 32

 ه - روزنه عددی 32

 فيبرنوری چگونه کار می‌کند ؟ 33

 انواع فيبرهای نوری 34

 الف – انواع کابل فيبرنوری بر اساس اشعه گذرنده از آنها 35

 

 

 

ب - انواع کابل فيبرنوری بر اساس ساختار ماده‌ای هسته و غلاف 40

 ج - انواع کابل فيبرنوری بر اساس تغيير در ترکيب مواد مربوط به هسته 43

 د - انواع کابل فيبرنوری بر اساس اشعه گذرنده از آنها و تغيير در ترکيب مواد مربوط به هسته 44

مقايسه بين انواع فيبرها 46

 کابلهای فيبرنوری 47

 مزايا و معايب فيبرهای نوری 55

 کاربردهای فيبرنوری 57

 فصل سوم: استانداردهای مورد استفاده فيبرهای نوری و شبکه‌های بکار گيرنده فيبر 62

 استاندارد IEEE 802.3 63

 توپولوژی چيست ؟ 65

 انواع اصلی توپولوژی‌های فيزيکی 65

 ملاحظاتی در هنگام انتخاب توپولوژی 71

 پروتکل چيست ؟ 72

 نتيجه‌گيری 79

 فهرست منابع 80

 

 

 

 

 

فصل اول :

سيستم‌هاي مخابرات فيبرنوري

 

 

تاريخچه  

از زمان‌هاي بسيار دور تاکنون ، انتقال و مخابره اطلاعات يکي از مهمترين نيازمندي‌هاي بشر بوده‌است . در گذر سال‌ها ، بشر شيوه‌هاي متعددي نظير استفاده از نور ، نور آتش ، تغيير رنگ آب ، توليد صداهاي گوناگون و ... را ابداع کرد ، تا بتواند اين نياز خود را بر طرف نمايد . مخابرات نوري از اوايل دوران پيشرفت بشر ، زمانيکه ابتدا با استفاده از علامت دادن با دست پيام خود را ارسال مي کرد ، شروع شده‌است ؛ بديهي است که در تاريکي اين شکل ارسال اطلاعات را نمي‌توان انجام داد . 

اشعه نور به عنوان انتقال‌دهنده 

در سال 1870 ، جان تيندال ، با استفاده از يک شير ، که آب را از ظرفي به ظرف ديگر منتقل مي‌کرد ، و يک اشعه نور ، ثابت کرد که نور يک مسير معين را از طريق بازتابش داخلي ، طي مي‌کند . وقتي جريان آب از دهانه شير ظرف اول جاري شد ، او اشعه‌اي از نور خورشيد را در مـسير آب هـدايت کـرد . نور ، يک مـسـير زيگـزاگ را در مـسير مـنحني آب پيمـود . اين 

 آزمايش ساده ، اولين تحقيق مشهور در زمينه انتقال هدايت‌شده نور مي‌باشد . 

در 1880 ، ويليام وايلينگ يک شـيوه انتقال نور به نام "لوله‌کشي نور" را به ثبت مي‌رسـاند . او اعتقاد داشت که به وسيله لوله‌هاي آينه‌اي جدا شده از يک منبع واحد روشن‌کننده ، يعني يک منبع الکتريکي نور ، مي‌توان نور را به اتاق‌هاي مختلف بسـياري فرستاد . به همان شکلي که آب امروزه در ساختمان‌ها منتقل مي‌شود . به دليل عقيده غير‌سودمند وي و معرفي چراغ برق اختراعي اديسون در همان سال ، اين نظريه هرگز پذيرفته نشد . 

در هـمين سال ، الکـساندر گـراهام بل ، يک سـيستم انتقال صـوت نوري به نام فـوتوفن را ابداع کرد . در اين سـيستم ، بل از يک آيينه نازک که توسط صدا به لرزه در مي‌آمد ، اسـتفاده نمود . نور خورشـيد بازتابش ‌شـده از اين آيينه ، اطلاعات را حمل مي‌کرد . در گـيرنده ، اين نور تبديل‌يافته ، به سـلنيوم هادي نور اصابت مي‌کند و در آن به يک سيگنال الکتريکي تبديل مي‌شود . اين سـيگنال الکتريکي در يک تلـفن مجدداً به سيگنال صوتي تبديل مي‌گـردد . اين دستگاه از نور فـضاي آزاد براي انتقال صـداي انسان تا فاصله 200 متري ، استفاده کرد . امروزه اين سيستم‌ها در کاربردهاي شبکه‌هاي Metropolitan کاربرد زيادي دارند . 

در نيمه دوم قرن بيستم تکنولوژي سيستم مخابرات فيبر‌نوري جهشی اساسي داشت که منجر به ايجاد سيستم‌هاي مخابرات نوري با ظرفيت بالا شد . در سال 1958 تئوري آمپلي‌فايرهاي لـيزري ارائه شد و جايزه نوبل همان سال را دريافت نمود . دو سال بعد در 1960 ، دستگاه ليزر به طور عملي ساخته شد . پس از اختراع ليزر و مشاهده اين مورد که نور منتشر شده از آن شـباهت زيادي با امواج الکـترومغناطيس ارسالي از يک فرستنده راديويي دارد ، فکر استفاده از ليزر براي انتقال اطلاعات به وجود آمد . 

اولين محيطي که براي انتقال اطلاعات در سيستم‌هاي مخابرات نوري مورد استفاده قرار گرفت ، جو يا اتمسفر بود ؛ که به علت اختلالات ناشي از شرايط جوي نظير رعد و برق ، بارندگي ، شب و روز ، سرما و گرما و ... ضريب شکست هوا فرق مي‌کرد ، تنظيم لنز عدسي‌ها به هم مي‌خورد و شدت نور تغيير مي‌يافت . علاوه بر اينها ، تلفات انتقال نور در جو بر اساس طول موج‌هاي مختلف ، متفاوت بود . اين سيستم مخابراتي به يک جو شفاف و ديد و مسير مستقيم به فرستنده و گيرنده ، نياز داشت و ممکن بود به چشم بيننده‌اي که به طور نا‌آگاهانه به پرتو نگاه مي‌کرد ، آسيب برساند . 

به دليل وجود چنين اشکالاتي ، دانشمندان به فکر استفاده از هدايت نور در يک محيط موجي افتادند . براي هدايت نور در مسافت‌هاي طولاني ، از عدسي‌هايي که در لوله‌هاي مناسبي قرار داشتند ، استفاده شد . بدين ترتيب از پخش شدن پرتو به دليل شکست نور ممانعت به عمل مي‌آمد و از ورود شـعاع‌هاي خارجي نور و رطوبت به آن جلوگيري مي‌شد . در خم‌هاي لوله ، از آيينه‌هاي کروي براي هدايت شعاع نور استفاده مي‌شد . اما اين سيستم‌ها هم به نتيجه مطلوب نرسيدند . به علت لرزش زمين در هنگام وقوع زلزله ، عدسي‌ها کمي جابجا مي‌شدند و در نتيجه مسير نور تغيير مي‌کرد . ضمناً در بالا و پايين لوله هم درجه حرارت متفاوت بود و سبب خم شدن پرتو مي‌شد . پس به فکر استفاده از شيشه افتادند . 

يک قانون مهم در فيزيک ، پايه‌اي براي نظريه ارتباط توسط فيبر‌نوري است : " نور در محيط شيشه مي‌تواند ، اطلاعات را تا مسافت‌هاي طولاني‌تري نسبت به سيگنال‌هاي الکتريکي که مي‌توانند در محيط مسي يا کواکسيال طي شوند ، منتقل کند . " 

شيشه‌هاي معمولي تنها تا چند متر مي‌توانستند نور را انتقال دهند و با افزايش ضخامت ، نور به شدت افت مي‌کرد . در 1966 ثابت شد که اين افت در اثر ناخالصي‌‌هاي مـوجود در شـيشه بوده است . در 1970 ، مـحقـقان مـوفق به تهـيه چند صد متر فيبر SingleMode با تلفات کمتر از   شدند و در پايان سال 1972 ، فيبرهاي MultiMode با تلفاتي کمتر از   نيز ساخته شدند که اين تلفات ، معادل با افت ناشي از کابل‌هاي کواکسيال ساخته شده در آن زمان بود . اين پيشرفت بسيار قابل توجه بود . بالاخره در 1982 فيبرهايي با افت حدود   در طول موج nm 1550 ساخته شد ، که کمترين تلفات در سيستم‌هاي مخابراتي است . فيبر‌نوري نسبت به تمام محيط‌هاي انتقال شناخته شده ، پهناي باند بيشتر و تلفات کمتري دارد . مي‌توان گفت که براي بالا‌بردن و افزايش اطلاعات و داشتن سرويس‌هاي مخابراتي وسيع که از نظر کيفي و کمي ظرفيت بالايي داشته باشند ، بايد پنهاي باند فرکانسي وسيعي وجود داشته باشد . 

در 1983 در آمـريکا ، براي اولـين بار بين شـهرهاي واشينگتن و نيويورک ، فيبرنوري به 

 طول km 400 به عنوان محيط انتقال به کار گرفته شد ، که در تابستان 1984 به بهره‌برداري رسيد . 

در ايران نيز براي اولين بار در سال 1367 فيبر‌نوري SingleMode به طول km 45 با همکاري شرکت siemens آلمان و تلفات   ، در طول موج nm 1310 ، به صورت کانالي ، بين شهرهاي تهران و کرج کشيده شد . 

در 1988 ، دو قـاره اروپا و امريکا از طـريق کابل فيبرنوري زير دريايي به هم مربوط شدند . با اين اقدام ، بارترافيکي ماهواره‌ها به‌شدت کاهش يافت . 

اين پيشرفت‌ها موجب تهيه تسهيلات جديدي در زمينه switching و تکنيک‌هاي مدرن انتقال و محيط انتقال در زمينه مخابرات گشته‌است . اين نوع سرويس‌هاي جديد ، استفاده صحيح از پهناي باند مفيد و ساختمان شبکه‌ها که به تدريج پيچيده‌تر شده‌اند و به فرم ديجيتال تغيير يافته‌اند و در دراز مدت به صورت ISDN در خواهند آمد ، موجب شده که محيط‌هاي انتقال ، مورد مطالعه و بررسي بيشتر قرار گيرند . يکي از نتايج اينکار ، مطالعه در زمينه محيط‌هاي انتقال فيبرنوري است . 

به جرأت مي‌توان گفت که در قرن بيست و يکم ، بشر سيستم‌هاي مخابرات نوري را به عنوان زير بناي اصلي شبکه‌هاي مخابراتي جهاني خود ، انتخاب مي‌کند . 

اجزای مختلف يک سيستم انتقال فيبر نوري 

 

رشته‌هاي نازک فيبرنوري با توجه به ساختمان آن‌ها ، که در ادامه خواهد آمد ، محيط مناسبي جهت انتقال امواج نوراني مي‌باشند و مي‌توان با استفاده از يک منبع نوراني در محدوده طول موج‌هاي   تا   ، چندين هزار کانال تلفني را توسط دو رشته فيبرنوري ، به سادگي منتقل کرد . همانطورکه در شکل زير ديده مي‌شود ، جهت برقراري ارتباط بين دو نقطه ، سيگنال‌هاي ارسالي از مبدأ ، بايد پس از مدولاسيون ، توسط عامل انتقال به مقصد رسيده و پس از تفکيک اطلاعات از طريق دمولاسيون ، مورد استفاده قرار بگيرند . اجزا تشکيل‌دهنده سيستم انتقال فيبرنوري در زير ديده مي‌شوند . 

 در سيستم فوق منبع اطلاعات ، سيگنال‌هاي الکتريکي را که همان اطلاعات مي‌باشند ، به قسمت الکتريکي فرستنده مي‌فرستد . اين قسمت ، منبع نور را به کار انداخته و مدولاسيون سيگنال‌هاي اطلاعات را بر روي موج نوري ، موجب مي‌گردد . منبع نوري متناسب با سيگنال‌هاي الکتريکي ورودي ، سيگنال نوري خروجي ايجاد مي‌کند که اين منبع معمولاً ليزر يا LED است . سيگنال نوري وارد فيبرنوري مي‌شود که براي حفاظت فيبرنوري از آسيب‌هايي که ممکن است در موقع نصب و بکارگيري به آن وارد شود ، آن را با پوشش‌هاي مختلف به صورت کابل در مي‌آورند . 

در يک رشته کابل نوري ، معمولاً چند رشته فيبرنوري قرار مي‌گيرد که هر يک از فيبرها يک کانال ارتباطي مستقل محسوب مي‌شود . کابل نوري ، سيگنال نوري را در مقصد يا در محل تقويت‌کننده‌ها ، به گيرنده مي‌رساند که شامل آشکارساز نوري و گيرنده الکتريکي است . در آشکارساز نوري سيگنال نوري به سيگنال داده تبديل شده و بدين طريق دمولاسيون موج نوري انجام مي‌شود . در قسـمت گيرنده ، سيگنال الکتريکي تا حد لازم جهت قسمت‌هاي بعدي ، تقويت مي‌شود . 

سـيگنال اطلاعات که به موج نوري تبديل مي‌گردد ، مي‌تواند آنالوگ و يا ديجيتال باشد . 

  در سيستم آنالوگ محدوديت مسافت و پهناي باند کم در مقايسه با سيستم انتقال ديجيتال قابل توجه است . 

 

شما هم می توانید در مورد این فایل نظر دهید.