شبکه فیبر نوری

بازار فیبر نوری دارای ارزشی حدود 3 میلیارد دلار آمریکا در سال 2019 بوده است و انتظار می‌رود تا به مقدار تقریبی 3/72 میلیارد دلار آمریکا در سال 2020 برسد. این مقاله نشان می‌دهد که ارتباطات شبکه فیبر نوری در ابتدای راه بوده و صنعت ارتباطات را به طور گسترده‌ای تغییر خواهد داد. با توجه به افزایش تقاضا برای پهنای باند بالاتر و سرعت بیشتر ارتباطات با اهداف صنعتی و مصرفی، انتقال فیبر نوری در جوامع مدرن رواج روز افزونی خواهد داشت.           

تکنولوژی فیبر نوری

عموما سیستم فیبر نوری از سه قطعه اصلی تشکیل شده است

• فرستنده نوری (optical transmitter) که سیگنال الکتریکی را به سیگنال نوری تبدیل می‌کند.
• گیرنده نوری (optical receiver)  که سیگنال نوری را مجدد به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند.
• کابل فیبر نوری که سیگنال نوری را از فرستنده به سمت گیرنده حمل می‌کند.

معمول‌ترین فرستنده نوری مورد استفاده نوع نیمه هادی، مانند LED و دیود لیزری است. قسمت کلیدی گیرنده نوری Photodetector است که با استفاده از آن نور به الکتریسیته تبدیل می‌شود.

با توجه به استفاده و تقاضا برای پهنای باند بالا و سرعت بیشتر، پیشرفت کابل‌های نوری شگفت انگیز خواهد بود. امروزه در بازار کابل فیبر نوری، فیبرهای OM5 ,OM4 ,OM3 ,0M2 ,OM1 و OS2 جهت کاربردهای متفاوت در سیستم فیبر نوری موجود هستند. فیبرهای نوری به دلیل پهنای باند بالا به وسیله ای برای ارتباطات راه دور از طریق شبکه مخابرات تبدیل شده‌اند. مزیت ویژه فیبرهای نوری در ارتباطات راه دور است چرا که نور منتشر شده در فیبر دارای تضعیف پایینی در مقایسه با سیگنال الکتریکی در کابل‌های مسی است. شکل زیر نشان می‌دهد که همه سیستم‌های انتقال فیبر نوری از نور مدوله شده برای انتقال اطلاعات از فرستنده به گیرنده استفاده می‌کنند.

مزایای فیبر نوری

فیبر نوری بدلیل برتری نسبت به ارتباطات الکتریکی، تا حد زیادی جایگزین ارتباطات از طریق سیم مسی در هسته شبکه، در جهان توسعه یافته امروز شده است.

• پهنای باند بسیار بالا

هیچ  یک از ابزارهای انتقال داده کابلی، پهنای باندی مانند فیبر ارائه نمی‌دهند. میزان داده‌ای که فیبر نوری حمل می‌کند بسیار بیشتر از کابل مسی است.

• مسیر طولانی تر

در ارتباطات فیبر نوری، فیبر نوری بدلیل افت توانِ پایین قادر به انتقال سیگنال تا مسافت طولانی‌تری نسبت به کابل مسی است.

• مقاومت در برابر تداخل الکترومغناطیس

در کابل کشی، تداخل با عوامل محیطی نظیر ایستگاه‌های برق، گرمایش، تهویه و سایر منابع صنعتی اجتناب ناپذیر است. بدلیل مقاومت بالای فیبر نسبت به تداخل الکترومغناطیسی، نرخ خطای بیت (BER)  فیبر بسیار پایین و ارتباطات فیبر نوری تقریبا بدون نویز است.

• ریسک امنیتی پایین

افزایش آگاهی در مورد نگرانی‌های مربوط به امنیت داده باعث رشد شبکه ارتباطات نوری شده است. هیچ راهی برای استخراج داده‌های منتقل شده از طریق کابل نوری وجود ندارد که امنیت مطلق اطلاعات را تضمین می‌کند.

• سایز کوچک

قطر فیبر نوری بسیار کم است. بعنوان مثال قطر یک تک فیبر مالتی مد OM3 حدود 2mm می‌باشد که از کابل مسی کواکسیال کوچکتر است. سایز کوچک فضای بیشتری را در ارتباطات فیبر نوری ذخیره می‌کند.

• وزن کم

فیبر نوری از جنس شیشه یا پلاستیک درست شده و از کابل مسی باریک تر است و همین موضوع آن را سبک تر و استفاده و نصب آن را، راحت تر می‌نماید.

• امکان افزایش پهنای باند

با استفاده از فیبر نوری، تجهیزات جدید باید به زیر ساختِ کابل موجود اضافه شود چرا که سیستم انتقال نوری می‌تواند ظرفیت بسیار گسترده‌تری را بر روی فیبر‌های اولیه موجود فراهم کند. تکنولوژی WDM(Wave length Division Multiplexing)  شامل CWDM و DWDM امکان ارائه پهنای باند بیشتری به فیبر می‌دهد.

معایب انتقال نوری

اگرچه انتقال فیبر نوری، مزایای زیادی را همراه دارد، اما نمی‌توان از معایب آن نیز چشم پوشی کرد.

• شکنندگی

معمولاً کابل‌های فیبر نوری از شیشه ساخته می‌شوند که باعث می‌شود نسبت به سیم‌های الکتریکی شکننده‌تر باشند. علاوه بر این شیشه نسبت به مواد شیمیایی مانند گاز هیدروژن تاثیر پذیر است (مشکلی برای کابل‌های زیر آب)، بنابراین به مراقبت بیشتری جهت استفاده در زیرِ زمین نیاز است.

• سختی نصب

فیبر نوری در برابر خم شدن شکننده است و جوش دادن آن آسان نیست. همچنین بسیار مستعد قطع شدن و خرابی در حین نصب و فعالیت‌های ساخت و ساز است. تمامی این موارد باعث سختی نصب فیبر نوری می‌شود.

• تضعیف و پراکندگی

هرچه مسیر انتقال طولانی تر شود، نور ضعیف تر و پراکنده تر می‌گردد که قطعات اضافه‌ای مانند EDFA (optical amplifier) نیاز می‌باشد.

• هزینه بالاتر نسبت به کابل مسی

علیرغم اینکه هزینه‌های نصب فیبر نوری سالانه 60% کاهش می‌یابد اما هنوز نسبتاً کابل کشی فیبر نوری بیشتر از کابل مسی است. کابل کشی مسی نیاز به مراقبت اضافه مانند فیبر نوری ندارد، با ین حال فیبر نوری از طریق فناوری‌هایی مانند FTTx و PON امکان دسترسی کاربر نهایی را به پهنای باند فراهم می‌کند.

• نیاز به تجهیزات مخصوص

جهت اطمینان از کیفیت انتقال فیبر نوری، تجهیزات مخصوصی نیاز است. برای مثال تجهیزات گران قیمتی مانند OTDR (Optica Time-Domain Reflectometry). تجهیزات تست نوری تخصصی همچون پروب نوری و پاورمیتر در اکثر نقاط نهایی فیبر مورد نیاز است تا آزمایش فیبر نوری به درستی انجام شود.

خلاصه:

انتقال فیبر نوری به علت ظرفیت بالای انتقال و کارایی آن به طور وسیعی در ارتباطات داده مورد استفاده قرار گرفته و جایگزین کابل‌های سنتی زوج سیم مسی و کابل کواکسیال می‌شود. با توجه به تقاضا برای سرعت بالا و پهنای باند زیاد، شکی نیست که انتقال فیبر نوری فرصت بیشتری به وجود آورده و به طور مدام مورد تحقیق قرار می‌گیرد تا نیازهای آینده را تأمین کند.