المضاعفات البصرية في الاتصالات البصرية

كابل الألياف الضوئية له مزايا وعيوب، ومع ذلك على المدى الطويل ستحل الألياف الضوئية محل النحاس وفي شبكة اليوم أصبحت كابلات الألياف الضوئية أكثر شيوعاً من ذي قبل، ويتم استخدامها على نطاق واسع وهناك بعض العيوب فيها وأحدها إعادة تكوين النظام.

أساسيات المضاعفات البصرية في الاتصالات البصرية

يستغرق تحويل الأجهزة والبرامج الحالية لاستخدام الألياف البصرية الكثير من الوقت والمال ممّا يقلل أيضاً من معدل التطور، وفي بعض الأحيان قد يكون من الأنسب نقل بيانات الكمبيوتر عالية السرعة بشكل متسلسل أي بت واحد تلو الآخر بدلاً من إرسال عدة بتات في وقت واحد بالتوازي عبر أسلاك منفصلة كما يتطلب هذا التعديل في كل من “H / W” و”S / W”.

يمكن أن تؤدي الاختلافات الطفيفة إلى تعطل البرامج القديمة وجعل البيانات الموجودة في الملفات القديمة غير قابلة للقراءة، وعلى الرغم من أنّه يمكن تقليل الحاجة إلى مثل هذه التعديلات من خلال تصميم أنظمة ألياف ضوئية ذات واجهات تشبه تلك الكهربائية تماماً، إلّا أنّها لن تحقق أقصى استفادة من قدرة نقل الألياف وستزيد التكاليف.

خصائص المضاعفات البصرية

• يصعب لصقها ومن الصعب لصقها وهناك فقدان للضوء في الألياف بسبب التشتت، ولديهم قوس مادي محدود من الكابلات إذا قمت بثنيهم كثيراً فسوف ينكسرون.

• تكلفة التثبيت في “OF” باهظة الثمن أكثر تكلفة، ويجب أن يتم تثبيتها من قبل المتخصصين فهي ليست قوية مثل الأسلاك وغالباً ما تكون معدات الاختبار الخاصة مطلوبة للألياف الضوئية.

• حساس للغاية، حيث أنّ “OFC” هو كابل صغير ومضغوط وهو عرضة بشكل كبير للقطع أو التلف أثناء أنشطة التركيب أو البناء.

• يمكن أن توفر كابلات الألياف الضوئية إمكانات هائلة لنقل البيانات، لذلك عندما يتم اختيار كابلات الألياف الضوئية كوسيط نقل، فمن الضروري معالجة الاستعادة والنسخ الاحتياطي والقدرة على البقاء.

• لا يمكن الانحناء، حيث يتطلب النقل على الألياف الضوئية التكرار على مسافات زمنية كما يمكن أن تنكسر الألياف أو تتعرض لخسارة في الإرسال عند لفها حول منحنيات يبلغ نصف قطرها بضعة سنتيمترات فقط.

• القيود في الشبكات المحلية، حيث يضيف “H / W” و”S / W” لتشغيل “LAN” بكفاءة ما يصل إلى حزمة باهظة الثمن، وإذا كان يجب أن تكون العديد من المحطات الطرفية في المبنى على اتصال دائم ببعضها البعض ومجموعة متنوعة من H / W الأخرى، مثل الطابعات وأجهزة التخزين فستكون شبكة “LAN” فعالة من حيث التكلفة.

• ومع ذلك إذا كانت الحاجة الحقيقية هي إبقاء المحطات على اتصال بجهاز كمبيوتر مركزي فسيكون من الأرخص تشغيل الكابلات بينها وبين الكمبيوتر الرئيسي، وإذا احتاجت المحطات الطرفية إلى التحدث مع بعضها البعض فيمكن استخدام خطوط الهاتف العادية جيداً؛ لأنّ خطوط الهاتف أرخص بكثير من الألياف البصرية.

ملاحظة:“OF” هي اختصار لـ “Optical Fiber”.

ملاحظة:“LAN” هي اختصار لـ “Local Area Network”.

ملاحظة:“OFC” هي اختصار لـ “Optical Fiber Cable”.

مبدأ عمل المضاعفات البصرية

غالباً ما يُنظر إلى الألياف الضوئية على أنها وسيلة نقل مثالية ذات نطاق ترددي غير محدود تقريباً، ولكن من الناحية العملية فإنّ الانتشار عبر الألياف الضوئية محاط بعدة قيود، وخاصةً مع زيادة المسافة إلى أنظمة تضخيم متعددة الامتدادات، ونظراً لتطور أنظمة الإرسال إلى مسافات أطول ومعدلات بتات أعلى يصبح التأثير الخطي للألياف، وهو التوهين والتشتت والعامل المحدد المهم.

وبالنسبة لأنظمة “WDM” التي تنقل أطوال موجية متعددة في وقت واحد بمعدلات بتات ومسافات أعلى فإنّ التأثيرات غير الخطية في الألياف بدأت في تقديم قيود خطيرة، كما يعتمد نجاح شبكات النقل البصري من نقطة إلى نقطة ذات معدل البت العالي على أفضل طريقة لإدارة التأثيرات الخطية وغير الخطية، حيث يعنمد على مختلف الانحرافات التي تحدثها الألياف وتأثيرها السلبي في تقييد القدرة القابلة للتحقيق لوصلة الإرسال.

تشمل التأثيرات الخطية الرئيسية تشتت سرعة المجموعة “GVD” للألياف أحادية النمط القياسية وفقدان الألياف، وكذلك القناة المجاورة “X-talk” وتشتت وضع الاستقطاب “PMD” وضوضاء “ASE” المتراكمة وما إلى ذلك، وتشمل التأثيرات غير الخطية من ناحية أخرى تعديل الطور الذاتي “SPM” وتعديل الطور المتقاطع “XPM” وتشتت “Brillouin” المحفز “SBS”، وتشتت رامان المحفز “SRS” والخلط رباعي الموجات “FWM”.

• “WDM” هي اختصار لـ “Wavelength Division Multiplexing”.

• “FWM” هي اختصار لـ “Four waves mixing”.

• “XPM” هي اختصار لـ “cross-phase modulation”.

• “SBS” هي اختصار لـ “Scattering Brillouin strong”.

• “SRS” هي اختصار لـ “Scattering Raman strong”.

• “SPM” هي اختصار لـ “Self Phase Modulation”.

• “ASE” هي اختصار لـ “amplified spontaneous emission”.

• “PMD” هي اختصار لـ “Polarized mode dispersion”.

• “GVD” هي اختصار لـ “Group Velocity Dispersion”.

تطور المضاعفات البصرية في الاتصالات

زاد الطلب العالمي على الاتصالات عالية السرعة بشكل كبير خلال السنوات القليلة الماضية عندما بدأت البيانات في السيطرة على حركة المرور وفقاً لمؤشر “VNI”، وتضاعفت حركة البيانات ثلاث مرات بين عامي 2014 و2020 ويرجع ذلك أساساً إلى تطوير التطبيقات التي تستهلك النطاق الترددي، مثل الخدمات السحابية والفيديو عالي الدقة والجودة العالية لنقل الفيديو في الوقت الفعلي والواقع الافتراضي المعزز “VR-AR” والألعاب عبر الإنترنت أي الفيديو ألعاب، وتبادل الوسائط المتعددة عبر الهواتف الذكية وما شابه.

في الواقع في عام 2020م يمر أكثر من مليون دقيقة من محتوى الوسائط المتعددة أي الفيديو عبر شبكة “IP” كل ثانية وفقاً لـ “VNI”، وستتجاوز المتطلبات قدرة أنظمة العمود الفقري للإنترنت الحالية الأساسية حيث تمثل الاتصالات الضوئية البنية التحتية الرئيسية، حيث كان التركيز على مراجعة الآليات المستخدمة لأهم التقنيات وأكثرها فاعلية المستخدمة لزيادة قدرة أنظمة النقل البصري، وهي التعويض غير الخطي “NLC” الذي يعمل على تقليل الانحرافات غير الخطية التي تمثل التحديات الجوهرية الرئيسية وقيود السعة الرئيسية التي تواجه الأنظمة البصرية.

كما تم تحديد تقنيات “NLC” التقليدية بناءً على الحل التقريبي لمعادلة شرودنجر غير الخطية “NLSE” من خلال النشر الرقمي الخلفي “DBP” أو طريقة فورييه المنقسمة “SSFM”، ومع ذلك فإنّ تنفيذها يتطلب موارد معالجة إشارة مفرطة ومعرفة دقيقة عالية المستوى، كما أنّه هناك نهج جديد تماماً يستخدم خوارزميات الذكاء الاصطناعي “AI” لتحديد هذه الإعاقات، كما أنّ مراجعة تقنيات NLC التقليدية في الجزء الأول للتخفيف من اللاخطية وتقدير جودة الإرسال “QoT”، كما تم استخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي بمراقبة الأداء وتقليل اللاخطية وتحديد “QoT”.

• “VNI” هي اختصار لـ “Visual Networking Index”.

• “VR-AR” هي اختصار لـ “virtual reality Augmented reality”.

• “QoT” هي اختصار لـ “Quality of Transmission”.

• “AI” هي اختصار لـ “Artificial intelligence”.

• “DBP” هي اختصار لـ “Back Digital Publishing”.

• “IP” هي اختصار لـ “Internet Protocol”.

• “NLSE” هي اختصار لـ “Nonlinear Schrödinger equation”.

• “SSFM” هي اختصار لـ “Split-Step Fourier Method”.

• “NLC” هي اختصار لـ “Non-linear compensation”.