כיצד פועלת תקשורת סיבים אופטיים ומדוע משתמשים בה בתקשורת במהירות גבוהה

תקשורת סיבים אופטיים היא שיטת התקשורת בה מועבר האות בצורה של אור וסיבים אופטיים משמשים כמדיום להעברת אות האור מאותו מקום למקום אחר. האות המועבר בסיבים אופטיים מומר מהאות החשמלי לאור ובקצה המקבל הוא מומר בחזרה לאות החשמלי מהאור. הנתונים הנשלחים יכולים להיות בצורה של נתוני שמע, וידאו או טלמטריה שאמורים להישלח למרחקים ארוכים או דרך רשתות מקומיות. תקשורת סיבים אופטיים עם תוצאות טובות בהעברת נתונים למרחקים ארוכים במהירות גבוהה, היא שימשה ליישום למטרות תקשורת שונות.

כיצד פועלת תקשורת סיבים אופטיים?

תהליך תקשורת סיבים האופטי משדר אות בצורת האור אשר מומרת ראשונה אל האור מן האותות חשמליים ומשודרת, ולאחר מכן ולהיפך קורית בצד המקבל.

ניתן להסביר את התהליך באמצעות תרשים כמוצג להלן:

צד משדר:

בצד המשדר, ראשית אם הנתונים הם אנלוגיים, הם נשלחים למקודד או מעגל ממיר הממיר את האות האנלוגי לפולסים דיגיטליים של 0,1,0,1… (תלוי איך הנתונים) ומועבר דרך מעגל משדר מקור אור. ואם הקלט הוא דיגיטלי אז הוא נשלח ישירות דרך מעגל משדר מקור האור הממיר את האות בצורה של גלי אור.

כבל סיבים אופטיים:

גלי האור המתקבלים ממעגל המשדר לכבל הסיב האופטי מועברים כעת ממיקום המקור ליעד ומתקבלים בבלוק המקלט.

צד המקלט:

כעת בצד המקלט התאים, המכונה גם גלאי האור, מקבלים את גלי האור מכבל הסיבים האופטיים, מגבירים אותו באמצעות המגבר וממירים אותו לאות הדיגיטלי המתאים. כעת אם מקור הפלט הוא דיגיטלי אז האות לא ישתנה עוד יותר ואם מקור הפלט זקוק לאות אנלוגי אז הפולסים הדיגיטליים יומרו חזרה לאות אנלוגי באמצעות מעגל המפענח.

כל תהליך העברת האות החשמלי מנקודה אחת לשנייה על ידי המרתו לאור ובאמצעות כבל סיב אופטי כמקור שידור מכונה תקשורת סיבים אופטיים.

מדוע משתמשים בסיבים?

חוטי הסיבים החליפו את חוט הנחושת ככבל הולכה מכיוון שיש לו יתרונות רבים יותר מכבלי החשמל.

• יכולת שידור גדולה : סיבי סיליקה בודדים יכולים לשאת מאות אלפי ערוצי טלפון, תוך שימוש רק בחלק קטן מהיכולת התיאורטית.
• הפסדים קטנים : כ 0.2 dB / km אות הולך לאיבוד עבור סיבי סיליקה מודרניים במצב יחיד, כך שניתן לגשר על עשרות רבות של קילומטרים מבלי להגביר את האותות.
• הגברה קלה : ניתן להגביר מחדש מספר רב של ערוצים במגבר סיבים יחיד אם נדרש למרחקי שידור גדולים מאוד.
• עלות נמוכה : בשל קצב ההעברה העצום שאפשר להשיג, העלות לסיבית מועברת יכולה להיות נמוכה במיוחד.
• LightWeight: בהשוואה לכבלים חשמליים, כבלים סיביים הם מאוד קלים.
• ללא הפרעה: כבלים סיבים אופטיים חסינים מפני בעיות המתעוררות בכבלים חשמליים, כגון לולאות קרקע או הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI).

הסיבות מסבירות בבירור שכבלי הסיבים האופטיים טובים בהרבה מכבלי הנחושת הקואקסיאלית ולכן עדיפים על כבלי סיבים אופטיים על פני מדיות ההעברה של המוסכמות.

מדוע אור ולא חשמל?

אור או לייזר (אם לדייק) משמשים לתקשורת סיבים אופטיים בגלל הסיבה שאור הלייזר הוא מקור אור יחיד באורך גל. בעוד שאותות האור האחרים כמו אור השמש או הנורה הם בעלי אורכי גל רבים של אור וכתוצאה מכך, אם הם משמשים לתקשורת הם היו מייצרים קרן שהיא פחות חזקה מאוד ומצד שני, הלייזר בעל קרן אחת יביא ל קרן חזקה יותר כפלט.

לכן, פחות פיזור, העברת מספר רב יותר של אותות וצריכת פחות זמן הופך את האור למקור טוב לתקשורת.

מאפייני תקשורת סיבים אופטיים

בתקשורת סיבים אופטיים, האור משמש כאות המועבר בתוך כבל הסיבים האופטיים. לאופן תקשורת זה מאפיינים שחשוב לדון בהם והופך אותו למצב תקשורת טוב.

• רוחב פס - פיזור אור לייזר יחיד פירושו שניתן להעביר כמות טובה של אות (מידע המועבר בסיביות) לשנייה, מה שמביא לרוחב פס גבוה למרחקים ארוכים.
• קוטר קטן יותר - קוטר כבל הסיבים האופטיים הוא כ -300 מיקרומטר.
• קל משקל - כבל הסיבים האופטיים הוא קל משקל בהשוואה לכבל הנחושת.
• העברת אות למרחקים ארוכים - מכיוון שאור הלייזר אינו מתפזר, ניתן להעבירו בקלות למרחקים ארוכים.
• הנחתה נמוכה - הסיבים עשויים זכוכית ולייזר נע דרכו, לאות המועבר אובדן של 0.2 dB / ק"מ בלבד.
• אבטחת שידור - הצפנה אופטית ואין נוכחות של האות האלקטרומגנטי הופכים את הנתונים לאבטחים באמצעות סיבים אופטיים.

יישומים של סיבים אופטיים

תקשורת סיבים אופטיים משמשת בעיקר בתעשיית הטלקומוניקציה המשתמשת בסיבים האופטיים ל:

• שידור אותות טלפון.
• תקשורת באינטרנט.
• שידור אותות טלוויזיה בכבלים.

מלבד זאת, הסיבים האופטיים בימינו משמשים בכל מקום בבתים, תעשיות, משרדים למרחקים ארוכים וכן לתקשורת למרחקים קטנים.

השפעת סיבים אופוטיים על ה- IoT (האינטרנט של הדברים)

לתקשורת הסיבים האופטיים תהיה השפעה רבה על ה- IOT והדברים המפורטים יסבירו לכם כיצד IOT ידרוש סיבים אופטיים.

• מדיה לשידור מהיר - העתיד יהיה IOT וכל המכשירים והדברים שלנו יחוברו לאינטרנט, שזקוק לתקשורת טובה ולמהירות גבוהה. אמצעי השידור היחיד התומך בדרישה כזו הוא סיבים אופטיים. העתיד זקוק ל- IOT ו- IOT צריך סיבים אופטיים לתקשורת הטובה ביותר שיכולה לעזור להגיע למהירות נתונים אלחוטית במהירות של 100 ג'יגה-סיביות לשנייה, מה שיוצר תקשורת והעברת נתונים בגודל גדול בשניות.
• אבטחת נתונים - אבטחה ב- IoT היא הדאגה העיקרית כאשר אנו חושבים על כמות גדולה של נתונים שתועבר בין מיליארדי מכשירים המחוברים יחד. פריצה של נתונים ממדיה תקשורתית אפשרית אלא אם כן מדובר בסיבים אופטיים. קשה מאוד לפרוץ את הסיבים האופטיים ולפרוץ אותם מבלי שזוהו זה כמעט בלתי אפשרי. אז שוב, סיב אופטי יכול לסייע באבטחת הנתונים ובהעברתם במהירות גבוהה מאוד.
• אין אובדן נתונים עקב הפרעות - את כבלי הסיבים האופטיים ניתן להתקין בכל מקום (אפילו מתחת למים או באזורים בטמפרטורה גבוהה) ואין בהם הפרעות אלקטרומגנטיות וכתוצאה מכך אין אובדן נתונים עקב הפרעות.