samaneh66 10265 اشتراک گذاری ارسال شده در 29 تیر، ۱۳۹۰ تاریخچه: از کجا مرور تاریخی این موضوع را شروع کنیم ؟! نور همیشه با ما بوده است . مخابرات با استفاده از نور در اوائل دوران یشرفت بشری ، از زمانی که بشر ابتدا با استفاده علامت دادن با دست پیام خود را ارسال می کرد ، شروع شده است. این خود به طور بدیهی یک نوع مخابرات نوری است و در تاریکی قابل اجرا نمی باشد. در خلال روز ، منبع نور برای سیستم مورد مثال خورشید است. اطلاعات از فرستنده به گیرنده روی پرتو نور خورشید حمل می گردد. نور بر حسب حرکات دست تغیر وضعیت داده ویا مدوله می گردد . چشم پیام را آشکار کرده و مغز پردازش لازم را روی آن انجام می دهد . در این سیستم ، انتقال اطلاعات کند ، میزان اطلاعات قابل انتقال در یک زمان معیین محدود و احتمال خطا زیاد است . سیستم نوری دیگری که برای مسیرهای طولانی تر مفید است ارسال علائم دودی است . پیام با استفاده از تغیر شکل دود حاصل از آتش ارسال می گردیده است . در این سیستم به طرح و یادگیری یک رمز بین فرستنده و دریافت کننده نیاز می باشد . این سیستم با سیستمهای جدید مخابرات دیجیتال که در آن رمزهای پالسی استفاده می شود قابل قیاس است . در سال 1880 الکساندر گراهام بل یک سیستم مخابرات نوری به نام فوتون را اختراع کرد . در این سیستم ، بل از یک آئینه نازک که توسط صدا به لرزه در می آید استفاده نمود . نور خورشید منعکسه از این آئینه اطلاعات را حمل می کند. در گیرنده این نور خورشید مدوله شده به سلنیوم هادی نور اصابت می کند و در آن به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می شود . این سیگنال الکتریکی در یک تلفن مجدداً به سیگنال صوتی تبدیل می گردد . با وجودی که سیستم فوق نسبتاً خوب کار می کرد هرگز یک موفقیت تجاری کسب نکرد. یک جهش اساسی که منجر به ایجاد سیستمهای مخابرات نوری با ظرفیت زیاد شد کشف لیزر بود که اولین نوع آن در سال 1960 ساخته شد . لیزر یک منبع انتشار نور با عرض باند کم مناسب ، قابل استفاده به عنوان حامل اطلاعات را فراهم می آورد. لیزرها قابل قیاس با منابع فرکانس رادیوئی مورد استفاده در مخابرات معمولی هستند. سییستمهای مخابرات نوری هدایت نشده ( بدون تار ) کمی بعد از کشف لیزر توسعه یافتند. مخابره اطلاعات توسط پرتوهای نوری که در جو سیر می کنند به آسانی انجام گردید. نقاط ضعف عمده این سیستم ها عبارت اند از : 1- نیاز به یک جو شفاف 2- نیاز به داشتن دید و مسیر مستقیم به فرستنده و گیرنده 3- احتمال آسیب رسیدن به چشم بیننده ای که به طور ناآگاهانه ممکن است به پرتو نگاه کند. موارد استفاده اولیه سیتم های نوری ، هرچند محدود ، باعث ایجاد علاقه به سیستم های نور شد که بتواند پرتو نور را هدایت کند و بر معایب ذکر شده در ارسال هدایت نشده نور غلبه نماید. سیستم مخابراتی پایه یک سیستم مخابراتی ، همانطور که در شکل یک 1-1 نشان داده شده است ، شامل فرستنده ، کیرنده و کانال اطلاعات است . در فرستنده ، خبر تولید شده و به شکل قابل انتقال توسط کانال اطلاعات در می آید . اطلاعات از فرستنده به گیرنده توسط این کانال ارسال می گردد. کانال های اطلاعات می توانند به دو نوع تقسیم شوند: 1- کانال های هدایت نشده 2- کانال های هدایت شده جوّ ، مثالی از یک کانال هدایت نشده است که امواج در آن می توانند انتشار یابند. سیستم هایی که از جوّ به عنوان کانال های انتقال استفاده می نمایند شامل رادیوهای تجارتی ، فرستنده های تلویزیونی و خطوط رله ماکروویو می باشند. کانال های هدایت شده شامل ساختارهای انتقالی متفاوتی هستند . چند تای از این کانال هاکه در شکل 2-1 نمایش داده شده اند عبارت اند از خط دو سیمه ، کابل های هم محور و موجبر مستطیلی. شکل 2-1 تعداد خطوط انتقال هادی نصب و سرویس خطوط هدایت شده بیش از کانال های جوی هزینه در بر دارد . مزایای کانال های هدایت شده عبارت ان از : 1- پنهانی بودن 2- عدم وابستگی به هوا 3- قابلیت آن برای انتقال پیام از بین ، از زیر و یا لز روی ساختارهای فیزیکی دیاگرام بلوکی مفصل ترو کلی از یک سیستم مخابراتی در شکل3-1 نشان داده می شود. توضیح مختصری از هر بلوک این شکل درک روشنی برای اجزاء یک سیستم مخابراتی به ما می دهد. شکل 3-1 یک سیستم مخاباتی پایه منشاء پیام منشاء پیام می تواند اشکال فیزیکی متفاوتی داشته باشد. در اغلب اوقات منشاء پیام یک مبدل است که پیام غیر الکتریکی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. نمونه متداول شامل میکروفمن ها برای تبدیل امواج صوتی به جریان های الکتریکی و دوربین های تلویزیونی برای تبدیل تصویر به جریان الکتریکی می باشند . در بعضی حالت ها مثل انتقال داده ها بین کامپیوترها و یا قسمت های مختلف یک کامپیوتر پیام خود به خود به شکل الکتریکی می باشد. این وضعیت در موقعی که یک خط ارتباطی نوری قسمتی از یک سیستم بزرگ باشد نیز پیش می آید. نمونه این حالت ها شامل تارهائی هستند که در قسمت زمینی یک سیستم مخابراتی ماهواره ای بکار می روند و یا تارهائی که در رله های تلویزیون کابلی مورد استفاده قرار می گیرند. در هر حال ، چه در مخابرات نوری و چه در مخابرات الکتریکی ، اطلاعات قبل از ارسال ، بایستی به شکل الکتریکی باشد. مدولاتور مدولاتور دو کار اصلی دارد : 1- پیام های الکتریکی را به شکل مناسبی تبدیل می کند 2- پیام الکتریکی را بر روی یک موج تولی شده توسط منبع حامل تاثیر می دهد. دو نوع مدولاسیون وجود دارد : 1- مدولاسیون آنالوگ 2- مدولاسیون دیجیتال سیگنال های آنالوگ پیوسته است و فرم پیام اصلی را به طور دقیق بازسازی می کند. به عنوان مثال ، فرض کنید یک موج صوتی تک فرکانسی می خواهد ارسال گردد. اگر این موج به یک میکروفون وارد شود ، جریان الکتریکی تولید شده از آن ، همان شکل موج صوت ورودی را خواهد داشت . این وابستگی در شکل 4-1 نمایش داده شده است. در این حالت مدولاتور نیازی به تغیر شکل سیگنال ندارد. ممکن است مناسبت داشته باشد که سیگنال تقویت شود به طوری که به اندازه کافی قدرت داشته باشد تا بتواند منبع حامل را متأثر کند . مدولاسیون دیجیتال مربوط به ارسال اطلاعاتی است که به شکل گسسته هستند. یک سیگنال دیجیتال در شکل 5-1 نمایش داده شده است. این سیگنال یا روشن و یا خاموش است. حالت روشن معرف 1 و حالت خاموش معرف صفر است . این حالت ها رقم های باینری ( یا بیت های ) سیستم دیجیتال هستند. میزان یا سرعت داده تعدا بیتی است که در هر ثانیه ارسال می گردد ( bps ) . ممکن است که این رشته پالس های روشن و خاموش ، فرم رمز شده یک پیام آنالوگ باشد. عکس این پردازش در گیرنده انجام می گردد که در آن رشته دیجیتالی به پیام آنالوگ تبدیل می شود. برای تاثیر دادن سیگنال دیجیتالروی یک موج حامل فقط کافی است که مدولاتور در مواقع مناسب ، منبع تولید موج حامل را روشن و یا خاموش کند . شکل 5-1 مدولاسیون دیجیتال منبع موج حامل منبع حامل ، موجی را که اطلاعات بر روی آن ارسال می گردد تولید می کند این موج حامل نامیده می شود . در مخابرات رادیوئی ، حامل توسط یک نوسان ساز الکتریکی تولید می شود. برای سیستم های تار نوری ، دیود لیزری ( LD ) و یا دیود نور گسیل ( LED ) به عنوان منبع حامل بکار می روند این ابزار را می توان نوسان ساز های نوری نامید . در حالت ایده آل ، این منابع نوری ، امواجی پایدار ، تک فرکانس و با توان کافی برای پیمودن مسافتهای دور تولید می کنند. دیود لیزری و دیودهای نورگسیل واقعی از جهاتی با حالت ایده آل تفاوت دارند . این دیود ها در باندی از فرکانس تشعشع می کنند و توان متوسط تشعشع حدود چند میلی وات است. به علت حساسیت زیاد گیرنده ها ، این توان در خیلی از گیرنده ها کافی است. به هر تلفات انتقال به طور مدام توان موج ارسالس در طول تار را کاهش داده و بنابراین ، کمبود توان کافی برای منبع ، طول خط ارتباط را محدود می کند. همچنین نداشتن یک منبع تک فرکانسی واقعی باعث کاهش کیفیت کاری سیستم می گردد. این کاهش کیفیت کاری سیستم میزان اطلاعات قابل انتقال از یک مسیر با طول معین را محدود می سازد. دیود های نورگسیل و دیود های لیزری کوچک ، سبک و کم مصرف هستند و آنها را به راحتی می توان مدوله کرد ، یعنی ، به آسانی می توان تشعشع آنها را تحت تاثیر اطلاعات قرار داد. هر دو نوع ابزار یاد شده با عبور جریان از داخلشان کار می کنند . مقدار توانی که دیود تشعشع می کنند می تواند متناسب با جریانی گرددکه از داخل آنها عبور می کند . به این ترتیب ، تغیرات توان نور خروجی شبیه تغیرات اطلاعات ورودی به مدولاتور است. نتایج مدولاسون های آنالوگ و دیجیتال یک موج حامل ، در شکل 6-1 نشان داده شده است. شکل 6-1 مدولاسیون آنالوگ و دیجینال یک حامل نوری باید تاکید شود که اطلاعاتی که بایستی ارسال گردند در تغیرات توان ( شدت ) موج نوری جا گرفته اند. این مدولاسیون ها مدولاسیون شدت ( IM ) نام دارد . با وجودی که سیکنال جریان نمایش داده شده در شکل4-1دارای هر دو قسمت مثبت و منفی است ، توان خروجی مدلاتور همواره مثبت است . این مشخصه از روی شکل 6-1 مشهود است. برای رسیدن به وضعیت خطی ، جریان مدوله کننده واقعی در سیستم های آنالوگ باید همواره مثبت باشد . با اضافه کردن یک جریان مستقیم ( d.c ) به اطلاعات مورد نظر، همانطور که در شکل 6-1نشان داده شد، به این هدف خواهیم رسید. به طور مشابه ، در سیستمهای دیجیتالی نیز سیگنال مدوله کننده باید همواره مثبت باشد.نظر به این که دیود لیزری مادامی که جریان مدوله کننده اعمال شده به آن از یک جریان آستانه بیشتر نباشد روشن نمی شود ( نوری از خود تشعشع نمی کند )، جریان مدوله کننده شامل یک سطح d.c. برابر با این جریان آستانه است. وجود 1 در یک رشته اطلاعات باینری جریانی بیش از سطح آستانه از دیود لیزری عبور داده و در نتیجه آن را وادار به تشعشع می کند. سطح صفر علامت باینری ، جریان را در سطح آستانه نگه می دارد و لذا نوری از دیود لیزری در این حالت منتشر نمی شود. در یک دیود نور گسیل جریان آستانه ای وجود ندارد و هرگاه که یک جریان مثبت از آن بگذرد روشن خواهد شد. دیودهای لیزری و دیودهای نورگسیلی ساخته شده اند که در فرکانس نور حاصله از آنها ، تارهای شیشه ای انتقال دهنده مناسبی برای نور می باشد یعنی تضعیف کمی ایجاد می کنند. این مطلب موجب خوشحالی است چون ساخت منابع متناسب که در فرکانسهای دلخواه تشعشع نمایندکار دشواری است. بدون این حالت تطبیق و هماهنگی بین فرکانس منبع و ناحیه کم تضعیف تار ، مخابرات تار نوری عملی نمی شد. تزویج کننده کانال ( ورودی ) پس از مطالب فوق ، تزویج کننده ها را که انرژی را به داخل کانال اظلاعات وارد می کننددر نظر می گیریم. این وسیله در یک سیستم انتشار رادیوئی و یا تلویزیونی ، آنتن است. آنتن علائم را از فرستنده به کانال اطلاعات که در این حالت جوّ است انتقال می دهد. در سیستم های هدایت شده ای که سیستم بکار می برند ، مثل خطوط تلفن ، تزویج کننده فقط اتصال دهنده ساده ای است به منظور وصل کردن فرستنده به خط انتقالی که به عنوان کانال اطلاعات مورد استفاده قرار می گیرد. در سیستم نوری جوّی تزویج کننده کانال یک عدسی است که برای همسو کردن نور منتشره از منبع و جهت دادن این نور به طرف گیرنده از آن استفاده می شود. در سیستم تاری مورد نظر ما ، تزویج دهنده باید به طور موثری پرتو نور مدوله شده را از منبع به تار نوری منتقل کرد. متأسفانه با انجام رساندن انتقال نور از منبع به تار بدون افت نسبتاً زیاد قدرت و یا بدون طراحی های پیچیده ای برای تزویج دهنده میسّر نیست . یکی از مشکلات به خاطر اندازه کوچک تارهای متداول که قطری در حدود پنجاه میلیون متر دارند انجام می شود. به هر حال تضعیف زیاد اساساً به این خاطر رخ می دهد که منابع نور در زاویه بزرگی تشعشع می نمایند در حالی که تارها فقط می توانند نور موجود در یک زاویه محدود را جمع کنند. این مطلب در شکل 7-1 نشان داده شده است. ساده ترین نوع تزویج کننده در شکل نمایش داده می شود. منبع نور تقریباً به تار چسبیده است. همنگونه که اشاره شد ، حتی اگر تار به اندازه کافی بزرگ باشدبه گونه ای که تمام اشعه نوری تشعشع یافته از منبع به سطح مقطع آن برخود کند ، به علت تفاوت بین زوایای مخروطی انتشار و دریافت ، نور تماماً توسط تار جمع آوری نخواهد شد. تزویج کننده ها می توانند به طور کاراتر ، ولی در عین حال گرانتر، ساخته شوند. شکل 7-1 تزویج کننده نور به تار کانال اطلاعات کانال اطلاعات عبارت است از مسیر بین فرستنده و گیرنده. در مخابرات تار نوری ، کانال یک تار شیشه ای ( یا پلاستیکی ) است. مشخصات مورد علاقه برای یک کانال اطلاعات شامل تضعیف کم و زاویه مخروطی پذیرش نور بزرگ است. تضعیف کم و گردآوری کارآمد و موثر نور از خصوصیات لازم برای انتقال در مسیرهای طولانی هستند. با وجودی که گیرنده هائی با حساسیت بالا در دسترس می باشند ، برای اینکه بتوان پیام مورد علاقه را با وضوح مناسبی دریافت نمود باید قدرت رسیده به گیرنده از یک حد معین بیشتر باشد. خاصیت مهم دیگر کانال اطلاعات زمان انتشار نور سیر کننده در طول آن است . در حالت کلی ، زمان سیر به فرکانس نور و مسیری که پرتو نور دارند بستگی دارد . سیگنالی که در طول یک تار انتشار می یابد معمولاً شامل یک باند فرکانس نوری است ( زیرا منابع نوری یک باند فرکانس نوری تشعشع می نماید ) و توان خود را بین چندین مسیر تقسیم می کند . این وضع منجر به اعوجاج سیگنال می شود. همانطور که در شکل 8-1 نشان داده شده ، در سیستم های دیجیتالی ، این اعوجاج به صورت گسترش و تغیر شکل یافتن پالسهای یک می باشد. هر چه مسافت طی شده بیشتر شود ، پالسها پهن تر می شوند. بالاخره پالسها آن قدر پهن می شوند که پالسهای مجاور روی هم بیافتند ( شکل 8-1) م به عنوان بیت های مجزّا از هم اطلاعات غیر قابل تشخیص می گردند . برای جلوگیری از این اتفاق ، پالسها باید با سرعت کمتری ارسال گردند . این امر البته میزان اطلاعاتی را که می توان ارسال داشت کم می کند. وابستگی سرعت انتشار به فرکانس و به مسیر ، چه در مدولاسیون آنالوگ و چه در مدولاسون دیجیتال منجر به محدود شدن میزان اطلاعات می گردد . نیاز به زاویه پذیرش نور بزرگ و اعوجاج کم سیگنال متضاد هستند. در طراحی تارهای عملی ، تعدیلی بین این دو کمیت برقرار می نمایند . برای سیستمهای با طول مسیر و میزان اطلاعات متوسط ف تارهائی با زاویه پذیرش و اعوجاج مناسب قابل دسترسی هستند . شکل 8-1 پالس های نوری الف ) رشته پالس اصلی ب ) پس از طّی مسافتی پالس ها پهن شده اند ج ) طّی مسافت بیشتر می شود که پالس ها به بازه زمانی مربوط به صفرهای مجاور گسترش یابند . در این حالت ف خطاهای بسیار زیادی در آشکارسازی این سیگنال رخ خواهد داد لینک به دیدگاه
ارسال های توصیه شده