تحقیق در مورد فیبر نوری

تحقیق در مورد فیبر نوری

www.prozheonepersianblog.ir

فیبرنوری در شبکه ارتباطات زیرساخت

مقدمه:    سرعت تحولات و پیدایش فناوری های نوین ، تنوع خدمات پیشرفته و تقاضای فزاینده برای این خدمات ، لزوم استفاده بهینه از منابع مالی و انسانی و گسترش روز افزون بازار رقابت ، موجب گردیده تا نگرش به صنعت مخابرات در قیاس با سایر صنایع متفاوت باشد . این نگرش هوشمندانه مبین این واقعیت است که فناوری اطلاعات و ارتباطات ، نیروی محـرکـه تــوسعه در همه ابـعـاد اسـت و ایـن مـهم ، ضـرورت های توسعه را متجلی می گرداند .

در این راستا شرکت ارتباطات زیرساخت در برنامه های پنجساله، توسعه شبکه های مخابراتی مبتنی بر فناوری نوری را در دستور کار خود قرار داد :

اهداف طرح

1-     پاسخ دهی به نیازهای ارتباطی برنامه های توسعه‌ی کشور

2-     بستر سازی برای حضور شرکت های دولتی و غیر دولتی در بازار مخابرات

3-     سوق دادن جامعه به سمت جامعه اطلاعات

4-     سرعت بخشیدن به توسعه اقتصادی و اجتماعی

5-     ارائه خدمات مورد نیاز جامعه در حد مطلوب

6-     رفع موانع و تنگناها برای پیاده سازی دولت الکترونیکی

7-     حضور موثر در دهکده جهانی

8-     ایجاد زیرساخت لازم برای تجارت الکترونیکی

9-     ایجاد شاهراه ارتباطی جهت حمل ترافیک

10-  ایجاد قطب ارتباطات منطقه ای در داخل کشور و تقویت توان راهبردی

11-  امکان حضور گسترده و فعال در تمام نقاط کشور از طریق نقاط حضور (POP )

12-  حضور در بازار رقابتی

13-  امکان دسترسی به شبکه های نوری یکپارچه

14-  ایجاد شبکه یکپارچه مخابراتی توسعه پذیر و قابل انعطاف

برای نیل به اهداف فوق ، نیاز به بستر مخابراتی با پهنای باند وسیع و مطمئن است . در این راستا فیبر نوری با مزایای زیر به کار گرفته شد :

1-                  تضعیف پایین

2-                  قیمت تمام شده مناسب

3-                  سهولت کار کابل کشی به دلیل سبک بودن

4-                  عدم نویز پذیری

5-                  عدم تأثیر ناپذیری از عوامل خارجی ( مانند میدانهای الکتریکی و مغناطیسی )

6-                  امنیت بالا به علت شنود ناپذیری (در مقابل سیستم های رادیویی)

7-                  عدم همشنوایی

8-                  پهنای باند وسیع و مطمئن

9-                  شبکه سازی مطمئن با قابلیت انعطاف

10-               قابلیت ایجاد شبکه همگرا

11-                

لذا اکنون امکان ارائه خدمات مختلف در هر زمان و در هر مکان و برای هر کس فراهم آمده است.

شبکه یکپارچه نوری ایران با پهنای باندی در حدود ترا هرتز ( Tr Hz ) متشکل از بزرگراه هایی برای ارسال و دریافت بهنگام اطلاعات است. بطوریکه بدون وجود این فناوری دقیق و حساس ، امکان ارائه خدمات چندرسانه ای میسر نیست . با وجود شبکه یکپارچه نوری ایران ، می توان حجم اطلاعات بسیار زیادی را جابجا نمود و شرکت ارتباطات زیرساخت ایران با استفاده از توانمندی های آن قادر است بعنوان قطب مخابراتی در منطقه عمل نموده و کشورهای مختلف همسایه را نیز به هم متصل سازد .

خدمات بالقوه شبکه ملی فیبرنوری ایران

خدمات مخابراتی از اجزاء عمده اقتصاد ملی و جهانی بشمار می روند زیرا علاوه بر
سود آوری هنگفت نقش اساسی و محوری در ارتقاء سطح اقتصادی ، اجتماعی و فرهنگی ایفا می نمایند . به همین دلیل شرکتهای بسیاری راغب به سرمایه گذاری در بخشهای مختلف شبکه مخابرات گردیده اند. این سرمایه گذاریها گردش مالی مطلوب، ارائه خدمات متنوع وگسترده ، تبعات اجتماعی مانند ایجاد اشتغال ، بهبود وضع بهداشت و درمان ، ارتقاء سطح دانش عمومی و تخصصی ، امنیت ، صرفه جویی در وقت و انرژی و ... بسیاری دیگر را در پی دارند.

با توجه به اینکه شبکه یکپارچه نوری ایران واسط میان شبکه های محلی، شهری و منطقه ای است   بخش مهمی از خدمات قابل ارائه از طریق شبکه ی نوری ایران مستلزم پیش بینی و عرضه این سرویس ها در LAN ها و شبکه های شهری متصل به شبکه یکپارچه نوری ایران است که عبارتند از  :

                                           ارسال داده با سرعت بالا

                                           تلفن تصویری

                                           ویدئو بر اساس تقاضا Video on - demand

                                                                   پزشکی از دور

                                           آموزش از دور

                                           اینترنت پرسرعت

                                           ارسال متن ( Text )

                                           کنترل خانه از دور

                                           ارسال فایلهای با حجم زیاد

                                           ویدئو کنفرانس

                                           بانکداری الکترونیکی

                                           خرید از دور

                                           خدمات صوتی با کیفیت بالا

                                           خدمات چند رسانه ای ( Multi Media )

                                           ارائه پهنای باندهای مختلف به متقاضیان بر اساس درخواست آنها

رویکردهای فنی

برای ایجاد یک شبکه مخابرات نوری کارآمد و نیل به اهداف برشمرده ، بایستی موارد زیر در نظر گرفته شود :

1-     رعایت استاندارد های بین المللی

2-     استفاده از تجهیزات منطبق بر فناوری های روز

3-     رعایت اصول صحیح شبکه سازی

4-     استفاده مناسب از برنامه های نرم افزاری برای طراحی شبکه

5-     بهره گیری از نیروی انسانی متخصص ، آموزش دیده و کارآمد

در این راستا مشخصات تارهای به کار گرفته شده در شبکه فیبرنوری کشور در برنامه های توسعه در مقاطع زمانی مختلف، با توجه به استانداردها و فناوری روز و متناسب با توانایی تولید تجهیزات مخابراتی مربوطه انتخاب گردید که به شرح ذیل می باشد :

تار تک مد single mode fiber (S . M)  مطابق با استاندارد  G.652 :

اولین تار نوری که به طور فراگیر درشبکه های مخابراتی مورد استفاده قرارگرفت ، تارنوری SM براساس توصیه G.  652 اتحادیه بین المللی مخابرات  (ITU-T) است . این تار در پنجره 1330  nm دارای پاشندگی صفر بوده و حداقل  تضعیف آن در پنجره 1550 nm است . نکته قابل ذکر این است که درپنجره 1550 nm علیرغم تضعیف کم  ، پاشندگی درآن زیاد بوده و در پنجره  1330  nm علیرغم پاشندگی صفر،   دارای تضعیف بالاتری است. این نوع تار جهت کار درپنجره 1330 nm طراحی شده است وبا توجه به مسافت و نرخ بیت ارسالی روی آن درسالهای اولیه استفاده از تارنوری کاربرد فراوانی داشته است به طوریکه بخش اعظمی از شبکه های موجود مخابراتی از این نوع تار استفاده می نمایند و َدربرنامه پنج ساله اول توسعه نیز از این نوع تار استفاده گردیده استَ .

با توجه به مقدار تضعیف این تار درپنجـره 1330  nm کــه محدودیــت فاصله را درپی دارد  اسـتـفـاده از پـنـجـره 1550 nm به طور روز افزونی افزایش یافت . ولی به دلیل پاشندگی بالائی این نوع تار دراین

پنجره( شکل 1 ) وافزایش نرخ بیت های ارسالی ، عامل محدودکننده پاشندگی نیز خود را نشان داد.به این دلیل طراحان وتولیدکنندگان فیبرنوری ، فیبرنوری جدیدی را طرح نمودندکه ضریب پاشندگی آن در پنجره 1550  nm صفر بود ، به عبارت دیگر ضریب پاشندگی صفر از پـنجـره 1330 nm بـه پـنجـره 1550  nm منتقل گردید ، به همین دلیل به این تار جدید DSF (Dispersion -shifted  -fiber) می‌گویند .

شکل 1  ( نمایش پاشندگی برحسب طول موج تار SM )

                  تار   DSF  مطابق با استاندارد G.653 :

با توجه به اینکه فیبرنوری درپنجره 1550nm، تضعیف کمتری نسبت به پنجره 1330  nm دارد
(شکل 2)  استفاده از این پنجره توجه استفاده کنندگان را جلب نمود و تولید ادوات و تجهیزات نوری دراین پنجره افزایش چشمگیری پیدا کرد . به طوریکه در طول چند سال پنجره 1550 nm درکاربردهای مخابراتی از اهمیت ویژه ای برخوردارشد .

این تار نوری با توجه به افزایش بیت ریت ارسالی وطول مسیر ، توسط طراحان ارائه ودر شبکه های مخابراتی

برای فواصل طولانی مورد استفاده قرار گرفت .

شکل  2 - مشخصه پاشندگی تار DSF  و SM

شکل 2 مشخصه پاشندگی این‌تاررابرحسب طول موج و مشخصه تار SM استاندارد را  نشان می‌دهد .  نیاز روزافزون  ‌به ظرفیت ‌زیاد و محدودیت فناوری همتافتگری تقسیم زمانی  TDM (Time Division Multipxing) طراحان سیستمهای مخابــراتی ‌را بــه ‌سـمـت ‌استـفـاده ‌ازفناوری ‌جــدیــدی بــه نـــام همتافتگری تقسیم طول موج WDM  (( Wave length Division Multiplexing  و Dense -WDM  سوق داد .

در این فناوری  امکان ارسال ، دریافت و یا ارسال و دریافت همزمان چند طول موج  نوری بر روی یک تار امکان پذیر است . هر یک از طول موجها را یک کانال نوری می نامند که بطور مستقل اطلاعات مجزایی را حمل می نمایند .

شکل 3-    نمایش سیستم همتافتگری فشرده‌ی تقسیم طول موج  DWDM

بدلیل درخواست و کاربرد زیاد فناوری  DWDM برروی تار نوری ، به منظور افزایش ظرفیت شبکه‌های مخابراتی ، محدودیتهایی درانتقال این فناوری  از طریق تار DSF  بروزنمود . این محدویتها درتار SM استاندارد کمتر از تار DSF بود . لیکن محدویت قبلی تار SM استاندار که همانا پاشندگی زیاد آن دراین پنجره بود کماکان وجود داشت . محدودیت های تار DSF جهت  بکار گیری فناوری  DWDM بدلیل بروز اثرات غیر خطی شیشه است که این اثرات غیر خطی عبارتند از :

-اختلاط چهار موجی    -  Four    wave   mixing                     (FWM)

- خود مدوله سازی فاز                    -  Self   Phase    Modulation              (SPM)

- مدوله سازی متقاطع فاز                          -  Cross  Phase    Modulation            (XPM)

- پراکنش «رامان» انگیخته                     -  Stimulated   Ramman   Scatering   ( SRS)

- پراکنش «بریلویین» انگیخته                 -  Stimulated  Brilluin    Scatering     (SBS)

پدیده‌ی اختلاط چهار موجیFWM   در پاشندگی صفربیشترین تاثیر را خواهد داشت . این پدیده سبب بروز مولفه‌های نوری ناخواسته (طول موجهای نوری جدید) می گردد که درصورت زیاد بودن تعداد طول موجها و کم بودن فاصله آنها تعداد این مولفه‌ها و مزاحمت آنها بیشتر می گردد  زیرافیلتر کردن طول موجهای مطلوب به سختی انجام شده و گاهاً این طول موجهای ناخواسته دقیقاً روی طول موجهای اصلی قرار می گیرد که به هیچ وجه قابل فیلتر کردن نبوده وسبب هم شنوایی می گردد . به این دلیل تار DSF  دارای محدودیت زیادی برای به کارگیری درسیستمهای DWDM  است.

خود مدوله سازی فاز SPM  پدیده دیگری است که دراثر چگالی نوری زیاد درمحیط انتقال شیشه بوجودمی آید . SPM بدلیل وابستگی ضریب شکست شیشه به توان نوری ودرنتیجه وابستگی سرعت انتقال نور درشیشه به توان آن بوجود می آید . به این ترتیب با تغییر توان نوری تغییرات فازی بوجود آمده دراثر تغییر سرعت به ترتیبی خواهد بود که سبب پهن شدگی پالس می گردد که اصطلاحاً بـــه آن جابه جایی سرخ  red-shift و
جابه جایی آبی blue- shift  می گویند .  این پدیده بیشتر درسیستمهای تک کاناله با نرخ بیت بالا مزاحمت ایجاد می کند .

یکی دیگر از اثـــرات غــیـر خــطی، پدیده مدوله سازی متقاطع فاز  (XPM )است که درسیــستمهای چند کاناله (WDM , DWDM) سبب جفت شدگی فاز ی بین کانالها و پهن شدگی پالس می گردد .

دو پدیده پراکنش نوع SRS و SBS ، بیشتر درزمینه تضعیف انرژی نورانی اثر می گذارد که به علت بالا بودن توان نوری تغذیه شده به فیبر بوجود می آید .

با  توجه به محدویتهای برشمرده درفوق طراحان تارنوری، پژوهش گران اقدام به طرح و تولید تار نوری جدیدی به نام تار با جابه جایی پاشندگی غیر صفر NZDSF نمودند که در محدوده 1550nm فاقد پاشندگی صفر بوده و سطح مقطع موثر آن(Core- Effective- Area) نسبت به تار DSF بزرگتر بود .

تارNZDSF   مطابق با استانداردG .  655 :

این تار همانطور که از شکل  4  برمی آید ، دارای پاشندگی صفر خارج از پنجره 1550nm است . وبدین ترتیب پدیده FWM درآن حذف می شود . ضمناً بدلیل بزرگ بودن سطح موثر آن بطورکلی اثرات غیر خطی به میزان قابل توجهی درآن کاهش می یاید .

شکل  4-   مشخصه تار با جابه جایی پاشندگی غیر صفر NZDSF

کاربرد عمده این تار برای سیـستـمـهای  DWDM   و WDM  است .                

لازم به ذکراست براساس این توصیه مجموعه ای از تارهابه نام :

Larg    Effective  Area  Fiber   = LEAF

توسط تولید کنندگان مختلف تار نوری طراحی و تولید گردید ه است که هریک دارای

خصوصیات ویژه ای بوده و نسبت بهم دارای مزایا و معایبی هستند که ضروری است هنگام بکارگیری این نوع تارها براساس مشخصات سیستم وطرحهای مربوطه تارمناسب انتخاب گردد .

درضمن برخی از تولید کنندگان تار نوری ، تحقیقاتی درراستای حذف یون OH   انجام داده اند به ترتیبی که در شکل 5  منحنی تضعیف تارنوری ( 5 - الف ) به منحنی (5 - ب ) تبدیل شده وتضعیف این تارها در محدوده مربوطه به میزان قابل توجهی کاهش یافته است به طوریکه این تارها دارای ضریب تضعیف حدود