የፋይበር ኦፕቲክ የውሂብ ማስተላለፊያ ስርዓት
የፋይበር-ኦፕቲክ የውሂብ ማስተላለፊያ ስርዓት በፋይበር-ኦፕቲክ ኬብሎች በኩል ለመረጃ ማስተላለፊያ ብርሃንን እንደ መካከለኛ የሚጠቀም የመገናኛ ቴክኖሎጂ ነው። እንደ የመዳብ ሽቦዎች ወይም የሬዲዮ ሞገዶች ካሉ ባህላዊ ሚዲያዎች ጋር ሲነጻጸር፣ ፋይበር-ኦፕቲክ በጣም ትልቅ የመተላለፊያ አቅም፣ ዝቅተኛ ቅነሳ (ኪሳራ) እና ለኤሌክትሮማግኔቲክ ጣልቃገብነት የተሻለ የመቋቋም አቅም ይሰጣል። በእነዚህ ጥቅሞች ምክንያት፣ ፋይበር-ኦፕቲክ ከከተማ መካከል እና ከአለም አቀፍ አውታረ መረቦች እስከ የቤት ውስጥ የኢንተርኔት መዳረሻ (FTTH/FTTx) እና የውሂብ ማዕከል ግንኙነቶች ድረስ የዘመናዊ የቴሌኮሙኒኬሽን አውታረ መረቦች ዋና መሠረት ነው።
1. የኦፕቲካል ፋይበር ፍቺ እና የአሠራር መርህ
የኦፕቲካል ፋይበር ብርሃንን ከአንድ ነጥብ ወደ ሌላ ቦታ ለማስተላለፍ የተነደፈ በጣም ትንሽ ዲያሜትር ያለው የመስታወት ወይም የፕላስቲክ ፋይበር ነው። ብርሃን በፋይበሩ ውስጥ "እንዲቆይ" የሚፈቅድ መሠረታዊ መርህ ሙሉ ውስጣዊ ነጸብራቅ ነው። የኦፕቲካል ፋይበር በአጠቃላይ ሁለት ዋና ዋና ንብርብሮችን ያቀፈ ነው፡
1. ኮር፡ የፋይበሩ ማዕከላዊ ክፍል ከፍ ያለ የማጣቀሻ መረጃ ጠቋሚ አለው።
2. መሸፈኛ (ሽፋን): እምብርቱን በዝቅተኛ የማንጸባረቅ መረጃ ጠቋሚ የሚሸፍን ንብርብር።
በኮር እና በክዳን መካከል ያለው የማጣቀሻ ኢንዴክስ ልዩነት ብርሃን በተወሰነ አንግል ውስጥ ወደ ፋይበሩ ጫፍ እስኪደርስ ድረስ ያለማቋረጥ በኮር ውስጥ እንዲንፀባረቅ ያደርገዋል። በውሂብ ማስተላለፊያ ስርዓቶች ውስጥ ብርሃን በቀላሉ "ብልጭ ድርግም" አይልም ነገር ግን ዲጂታል መረጃዎችን በቢት 0 እና 1 መልክ እንዲይዝ ተደርጎ ይሻሻላል።
2. የፋይበር ኦፕቲክ ማስተላለፊያ ስርዓት ዋና ዋና ክፍሎች
የፋይበር-ኦፕቲክ የውሂብ ማስተላለፊያ ስርዓት በአጠቃላይ ሶስት ዋና ዋና ክፍሎችን ያቀፈ ነው፡ ማስተላለፊያ፣ የማስተላለፊያ መካከለኛ (ፋይበር) እና ተቀባይ። ሆኖም ግን፣ በረጅም ርቀት ኔትወርኮች ውስጥ፣ የምልክት ማበልጸጊያዎች ወይም የማደስ መሳሪያዎችም ተጨምረዋል።
ሀ. አስተላላፊ (የኦፕቲካል አስተላላፊ)
አስተላላፊው የኤሌክትሪክ ምልክቶችን (እንደ ራውተር ወይም ማብሪያ / ማጥፊያ ያሉ) ወደ ኦፕቲካል ሲግናሎች ይለውጣል። በማስተላለፊያው በኩል አስፈላጊ ክፍሎች የሚከተሉትን ያካትታሉ፡
– የብርሃን ምንጭ፡- ብዙውን ጊዜ የኤልኢዲ ወይም የሌዘር ዳዮድ። ሌዘሮች ከፍተኛ ኃይል እና መረጋጋት ስላላቸው ለረጅም ጊዜ አገልግሎት ላይ የሚውሉ ናቸው።
– አሽከርካሪዎች እና ሞዱለተሮች፡- ዲጂታል ዳታዎችን ለመወከል ብርሃንን የሚቆጣጠሩ ሰርክዩቶች። ሞዱሌሽን እንደ ኦን-ኦፍ ቁልፍ (ሌዘርን ማብራት እና ማጥፋት) ቀላል ወይም በጣም ከፍተኛ ፍጥነት ባላቸው ስርዓቶች ውስጥ የበለጠ ውስብስብ ሊሆን ይችላል።
- ማያያዣዎች እና ማያያዣዎች፡- ብርሃን በፋይበር ኮር ውስጥ በብቃት መግባቱን ያረጋግጣል።
ለ. የማስተላለፊያ ሚዲያ (ኦፕቲካል ፋይበር)
የኦፕቲካል ፋይበር ብርሃንን የሚያጓጉዝ አካላዊ መንገድ ነው። በተግባር፣ የፋይበር ኦፕቲክ ኬብሎች ውጥረትን፣ እርጥበትን እና የአካባቢ ጭንቀትን ለመቋቋም በሜካኒካል መከላከያ የተገጠሙ ናቸው። ጥቅም ላይ የዋሉ የተለመዱ የፋይበር ዓይነቶች የሚከተሉትን ያካትታሉ፡
– ነጠላ-ሁነታ ፋይበር (SMF): በጣም ትንሽ ኮር (ከ8-10 µm አካባቢ)፣ ለረጅም ርቀት እና ለትልቅ የመተላለፊያ ይዘት ተስማሚ።
– ባለብዙ-ሁነታ ፋይበር (MMF): ትልቅ ኮር (በግምት 50/62,5 µm)፣ እንደ ሕንፃዎች ወይም የውሂብ ማዕከላት ውስጥ ላሉ አጭር ርቀት የተለመደ።
ሐ. ተቀባይ (የኦፕቲካል ተቀባይ)
በመቀበያው ጫፍ ላይ የኦፕቲካል ሲግናል ወደ ኤሌክትሪክ ምልክት ይመለሳል። ቁልፍ ክፍሎች፡
– ፎቶዲቴክተር (ፎቶዲኦድ): እንደ ፒን ፎቶዲኦድ ወይም ኤኤፒዲ (አቫላንቼ ፎቶዲኦድ) ያሉ ብርሃንን ወደ ኤሌክትሪክ ጅረት የሚቀይሩ ናቸው።
– ማጉያ እና እኩልታ፡ ደካማ የኤሌክትሪክ ምልክቶችን ያጠናክራል እና የተዛባነትን ይቀንሳል።
- ሰዓት እና የውሂብ መልሶ ማግኛ፡- ቢትስ በትክክል እንዲነበብ የጊዜ ሰሌዳዎችን ያስተካክላል።
መ. ማጉያ እና ዳግም ማመንጫ (ለረጅም ርቀት)
በጣም ረጅም ርቀት ላይ፣ ምልክቱ በመቀነስ እና በመዛባት ምክንያት ይዳከማል። ሁለት አቀራረቦች አሉ፡
– እንደ EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier) ያሉ የኦፕቲካል ማጉያዎች፣ የኤሌክትሪክ ለውጥ ሳያስፈልጋቸው የኦፕቲካል ምልክቶችን ያጎላሉ።
– ሬጀነሬተር (OEO): ኦፕቲካል-ወደ-ኤሌክትሪክ ይለውጣል፣ ምልክቱን ያስተካክላል፣ ከዚያም ኤሌክትሪክ-ወደ-ኦፕቲካል እንደገና ይለውጠዋል። ይህ ዘዴ የበለጠ ውስብስብ ነው ነገር ግን በአጠቃላይ የምልክት ጥራትን ያሻሽላል።
3. በኦፕቲካል ፋይበር ውስጥ የውሂብ ማስተላለፊያ ሂደት
መሰረታዊ የስርጭት ፍሰት የፋይበር ኦፕቲክ ውሂብ እንደሚከተለው ሊገለጽ ይችላል፡
1. ዲጂታል መረጃ ከ የአውታረ መረብ መሳሪያዎች የማስተላለፊያ ሞጁሉን ያስገቡ።
2. አስተላላፊው የኤሌክትሪክ መረጃን ወደ ቀላል ህዋሳት ይለውጣል።
3. የብርሃን ምቶች በፋይበሩ ውስጥ ይጓዛሉ፣ በውስጥ ይንጸባረቃሉ፣ እና ከርቀት ላይ የመቀነስ ስሜት ያጋጥማቸዋል።
4. በመቀበያው ጫፍ ላይ፣ የፎቶዲዮድ የብርሃን ምቶች ይቀርጻሉ እና ወደ ኤሌክትሪክ ምልክቶች ይቀይራቸዋል።
5. የመቀበያ መሳሪያው ቢትስን ወደ ሊሰራ የሚችል ውሂብ ይለውጣል።
አስተማማኝ ግንኙነትን ለማረጋገጥ ስርዓቱ በተለይም ከፍተኛ አቅም ላላቸው የረጅም ርቀት ስርጭቶች የኮድ፣ የማመሳሰል እና የስህተት ማስተካከያ ዘዴዎችን ያካተተ ነው።
4. የፋይበር ኦፕቲክ ሲስተም የአፈጻጸም መለኪያዎች
የፋይበር ኦፕቲክ ማስተላለፊያ ስርዓት ስኬት የሚወሰነው በበርካታ ዋና ዋና ቴክኒካዊ መለኪያዎች ነው፡
ሀ. የመተላለፊያ ይዘት እና የውሂብ መጠን
የኦፕቲካል ፋይበር በጣም ከፍተኛ የውሂብ መጠን የመሸከም አቅም አለው። በዘመናዊ ኔትወርኮች ውስጥ፣ በአንድ ቻናል ውስጥ ያለው አቅም በሰከንድ ከአስር እስከ መቶ ጊጋባይት ሊደርስ ይችላል፣ እና ባለብዙ ማባዛት ቴክኒኮች ጥቅም ላይ ከዋሉ ቴራቢትስ እንኳን ሊደርስ ይችላል።
ለ. ቅነሳ
መቀነስ ማለት በፋይበር ላይ የኦፕቲካል ሲግናል ኃይል መቀነስ ነው። በብዛት ጥቅም ላይ የሚውለው አሃድ dB/km ነው። ዘመናዊ ነጠላ-ሁነታ ፋይበርዎች በተወሰኑ የሞገድ ርዝመት (ለምሳሌ፣ 1550 nm) 0,2 dB/km መቀነስ ሊኖራቸው ይችላል፣ ይህም ማጉላት ከመፈለጋቸው በፊት ረጅም ርቀት እንዲሸፍኑ ያስችላቸዋል።
ሐ. መበታተን
መበታተን የብርሃን ምቶች በሚጓዙበት ጊዜ እንዲሰፉ ያደርጋል፣ ይህም ቢትስ እንዲደራረቡ ያስችላል (በምልክት መካከል ጣልቃ ገብነት)። የመበታተን ዓይነቶች የሚከተሉትን ያካትታሉ፡
– የክሮማቲክ ስርጭት፡- ለተለያዩ የሞገድ ርዝመት የስርጭት ፍጥነት ልዩነቶች ምክንያት።
– ሞዳል ዲተርሲቴሽን፡ በብዙ የስርጭት ሁነታዎች ምክንያት በብዙ ሁነታ ፋይበር ውስጥ የበላይነት አለው።
– የፖላራይዜሽን ሁነታ ስርጭት፡- የፖላራይዜሽን ልዩነቶች ተጽእኖ፣ በረጅም ርቀት እና በከፍተኛ የውሂብ መጠን የበለጠ ጎልቶ ይታያል።
መ. የቢት ስህተት መጠን (BER)
BER የቢት ስህተቶች እና የሚተላለፉት ቢት ብዛት ጥምርታ ነው። ጥሩ ስርዓት በጣም ዝቅተኛ BER አለው። BERን ለመጠበቅ ተገቢ ትርፍ፣ የተበታተነ ካሳ እና የስህተት ማስተካከያ ዘዴዎች ጥቅም ላይ ይውላሉ።
5. በኦፕቲካል ፋይበር ውስጥ የማባዛት ቴክኒኮች
የኦፕቲካል ፋይበር አቅምን ለመጨመር ብዙውን ጊዜ ባለብዙ-ማባዛት (multiplexing) ይጠቀማሉ፣ ይህም በአንድ ፋይበር ውስጥ በርካታ ምልክቶችን በማጣመር ነው።
ሀ. WDM (የሞገድ ርዝመት ክፍል ማባዛት)
WDM በአንድ ፋይበር ላይ በአንድ ጊዜ በርካታ የሞገድ ርዝመት (የብርሃን ቀለሞች) በአንድ ጊዜ እንዲተላለፉ ያስችላል። ይበልጥ ጥቅጥቅ ያለው ስሪት DWDM ሲሆን ከአስር እስከ በመቶዎች የሚቆጠሩ ቻናሎችን መሸከም ይችላል።
ለ. TDM (የጊዜ ክፍፍል ማባዛት)
TDM የማስተላለፊያ ጊዜን ወደ ቦታዎች በመከፋፈል ውሂብን ያዋህዳል። ይህ ዘዴ በፕሮቶኮል ደረጃን ጨምሮ በዲጂታል ስርዓቶች ውስጥ በስፋት ጥቅም ላይ ይውላል።
የWDM እና የኦፕቲካል ማጉያ ቴክኖሎጂ ጥምረት የኢንተርኔት የጀርባ አጥንት አውታረ መረብ ከፍተኛ ትራፊክን በከፍተኛ ብቃት እንዲሸከም ያስችለዋል።
6. የፋይበር ኦፕቲክስ ጥቅሞች እና ተግዳሮቶች
ኬንግጉላን
1. ትልቅ አቅም፡ እንደ ዥረት፣ ደመና እና የአይአይ ላሉ ዘመናዊ የውሂብ ፍላጎቶች ተስማሚ።
2. ዝቅተኛ ማጉላት፡- አነስተኛ ማጉያ ሲኖር የማስተላለፊያ ርቀት ረጅም ሊሆን ይችላል።
3. ከኢኤምአይ ጋር የማይገናኝ፡- ከመዳብ ኬብሎች በተለየ መልኩ በኤሌክትሮማግኔቲክ መስኮች በቀላሉ የማይረበሽ።
4. የተሻለ ደህንነት፡- በገመድ ላይ መገልበጥ የበለጠ ከባድ ነው ምክንያቱም ጉልህ የሆኑ የኤሌክትሮማግኔቲክ ምልክቶችን አያመነጭም።
5. አነስተኛ መጠን እና ክብደት፡- ለተመሳሳይ አቅም ቀላል እና የበለጠ የታመቀ።
ታንታንጋን
1. የመጀመሪያ የመጫኛ ወጪዎች፡ ኬብሎችን እና የኦፕቲካል መሳሪያዎችን መትከል ኢንቨስትመንት እና እውቀትን ይጠይቃል።
2. የፋይበር መበላሸት፡ የመስታወቱ እምብርት በአግባቡ ካልተጠበቀ ሊሰበር ይችላል።
3. መገጣጠሚያ እና ማያያዣዎች፡ የፋይበር መገጣጠሚያ ኪሳራን ለመቀነስ ከፍተኛ ትክክለኛነትን ይፈልጋል።
4. ልዩ የሙከራ መሳሪያዎች፡- እንደ OTDR ያሉ በፋይበር መስመሮች ላይ ያሉ ጉድለቶችን ለመመርመር።
7. የፋይበር ኦፕቲክ ማስተላለፊያ ስርዓቶች አተገባበር
የኦፕቲካል ፋይበር በተለያዩ ዘርፎች ጥቅም ላይ ይውላል፣ ከእነዚህም ውስጥ፡
- በከተሞች እና በአገሮች መካከል የቴሌኮሙኒኬሽን ኦፕሬተሮች የጀርባ አጥንት አውታረ መረብ።
- አህጉራትን የሚያገናኙ የባህር ውስጥ ኬብሎች።
- ለቤት እና ለቢሮ የኢንተርኔት አገልግሎት FTTH/FTTx።
- ዝቅተኛ መዘግየት ያላቸውን የውሂብ ማዕከላት ለማገናኘት የውሂብ ማዕከል ይገናኛል።
- ብዙ የኤሌክትሮማግኔቲክ ጣልቃገብነት ባለባቸው አካባቢዎች ውስጥ የኢንዱስትሪ ኔትወርኮች እና ዳሳሾች።
በዲጂታል ትራንስፎርሜሽን ዘመን፣ ፈጣን፣ የተረጋጋ እና ከፍተኛ አቅም ያላቸው ግንኙነቶች አስፈላጊነት ማደጉን ቀጥሏል። እነዚህን ፍላጎቶች ለማሟላት የፋይበር ኦፕቲክስ ዋና መፍትሄ ነው።
ከሲምፑላን
የፋይበር-ኦፕቲክ የውሂብ ማስተላለፊያ ስርዓቶች የሚሰሩት የኤሌክትሪክ መረጃዎችን ወደ ብርሃን ምልክቶች በመቀየር፣ ውስጣዊ ነጸብራቅን በመጠቀም በፋይበሩ በኩል በመላክ እና ከዚያም በመቀበያ ጫፍ ላይ ወደ ኤሌክትሪክ ምልክቶች በመቀየር ነው። የፋይበር ኦፕቲክስ ጥቅሞች - ከፍተኛ የመተላለፊያ ይዘት፣ ዝቅተኛ ቅነሳ እና ጣልቃ ገብነትን የመቋቋም - ለዘመናዊው ኢንተርኔት ወሳኝ መሠረት ያደርጉታል። እንደ የመጫኛ ወጪዎች እና የተካኑ ቴክኒሻኖች አስፈላጊነት ያሉ ተግዳሮቶች ቢኖሩም፣ የረጅም ጊዜ ጥቅሞች ጉልህ ናቸው፣ በተለይም የዲጂታል አገልግሎቶችን እድገት፣ የ5ጂ/6ጂ ኔትወርኮችን፣ የደመና ኮምፒውቲንግ እና እየጨመረ የመጣውን ግዙፍ ዓለም አቀፍ ግንኙነቶችን በመደገፍ።
