اقرأ في هذا المقال
تُعتبر الخطوة الأساسية في إنشاء نظام الاتصال البصري في تخصيص كيفية تغيير البيانات الكهربائية إلى إشارة ضوئية بنفس المعلومات، كما يمكن أن تكون البيانات الكهربائية الأصلية في شكل تماثلي ولكن يتم تغييرها دائماً إلى دفق بت رقمي أي بتنسيق “RZ” أو “NRZ”، حيث يتكون من تسلسل شبه عشوائي من “0 بت” و”1 بت” ويمكن استخدام تقنيتين تعرفان بالتشكيل المباشر والتشكيل الخارجي لتوليد تدفق البتات الضوئية المقابل.
أساسيات الإشارة الضوئية
أولاً: تقنية الألياف الضوئية
يدل مصطلح “الألياف البصرية” أو “تقنية الألياف الضوئية” على وصف نوع من الكابلات أو تقنية تستخدم الضوء، كما أنّه يتم وصف الأساسيات حول تقنية الألياف الضوئية والغرض منها وميزاتها وفوائدها وأين نستخدمها اليوم.
1- ما هي تقنية الألياف الضوئية
الألياف الضوئية: هي خيوط طويلة رفيعة من الزجاج المرسوم بعناية حول قطر شعرة الإنسان، كما يتم ترتيب هذه الخيوط في حزم تسمى الكابلات الضوئية، حيث يتم الاعتماد عليها في نقل الإشارات الضوئية لمسافات طويلة.
- “RZ” هي اختصار لـ “Return-to-zero”.
- “NRZ” هي اختصار لـ “non-return-to-zero”.
2- أساسيات الإشارات في الألياف الضوئية
في مكان إنتاج الإرسال يتم تشفير الإشارات الضوئية بالبيانات، ونفس البيانات التي تظهر على شاشة الكمبيوتر لذلك تنقل الألياف الضوئية “البيانات” من خلال الضوء إلى الطرف المستقبل، حيث يتم فك تشفير الإشارة الضوئية كبتات ثنائية، لذلك فإنّ الألياف الضوئية هي عبارة عن طريقة إرسال أي “قناة” لنقل الإشارات عبر مسافات كبيرة بسرعات مرتفعة جداً.
تم تصميم كابلات الألياف الضوئية في الأصل في 1950م للمناظير الداخلية، كما كان الهدف من ذلك هو خدمة الأطباء على إظهار ما بداخل مريض بشري دون إجراء جراحة، حيث في 1960 وجد مهندسو الهاتف طريقة لاستعمال نفس التكنولوجيا لإرسال واستقبال المكالمات الهاتفية “بسرعة الضوء”، وهذا هو تقريباً “186000 ميل في الثانية” في الفراغ لكنّه ينخفض إلى حوالي ثلثي هذه السرعة في الكابل.
يتكون نظام اتصالات الألياف الضوئية الأساسي من مصدر البيانات وجهاز الإرسال البصري والقناة الضوئية والمستقبل البصري، كما يشمل مصدر البيانات جميع مصادر الإشارة وهي الإشارات التي تم الحصول عليها بواسطة شفرة المصدر الخاصة بالصوت والصورة والبيانات، كما يُعد جهاز الإرسال والمحول البصري مسؤولين عن تعديل الإشارة إلى إشارة ضوئية مناسبة للإرسال على الألياف الضوئية.
ونافذة الموجة الضوئية تشمل “0.85” و”1.31″ و”1.55″، كما تشمل القنوات الضوئية الألياف الضوئية الأساسية ومضخم الترحيل “EDFA” وما إلى ذلك، كما يستقبل المستقبل البصري الإشارة الضوئية ويستخرج المعلومات منها ثم يحولها إلى إشارات كهربائية، ويحصل أخيراً على الصوت والصورة والبيانات المقابلة وغيرها.
- “EDFA” هي اختصار لـ “Erbium-doped fiber amplifier”.
ثانياً: معالجة الإشارة الضوئية
- مختلف تطبيقات البصريات.
- معالجة الإشارات أي الأجهزة والعمليات غير الخطية.
- تشكيلات تعديل البيانات المتطورة.
وللتأكد من وظائف معالجة الإشارات عالية السرعة التي يمكن أن تتفعل بمعدل خط الألياف البصرية مجال الاتصالات، كما يمكن تشفير البيانات في السعة والطور والطول الموجي والاستقطاب والميزات المكانية للموجة الضوئية للتأكد من نقل عالي السعة.
وكما يتم إعادة النظر في التطورات في تقنيات التمكين الرئيسية التي أدت إلى الأبحاث الحديثة في معالجة الإشارات الضوئية للإشارات الرقمية المشفرة في واحد أو أكثر من هذه الأبعاد، كما يتم إظهار العديد من اللاخطية البصرية والتشتت اللوني لتحقيق تطبيقات النظام الفرعي الرئيسية.
كما يتم استعراض التطورات الحديثة في تطبيقات معالجة الإشارات الضوئية عالية السرعة في مجالات المعادلة والتجديد وتوليد الإشارات المرنة ومعلومات التحكم البصري أي المنطق البصري والارتباط.
أنواع الإشارات الضوئية
هناك نوعان رئيسيان من الإشارات الضوئية التي تنتشر في روابط اتصالات سلكية أو لاسلكية، هي الوقت متنوع باستمرار أو التماثلي، والذي يتوافق مع قنوات النطاق الضيق والمتنوع المنفصل الزمني أو على شكل نبضي والذي يتوافق مع قنوات النطاق العريض.
لذلك هناك أنواع مختلفة من التشكيل تستخدم عادة لمثل هذه الأنواع من الإشارات، حيث هناك ثلاثة أنواع من التشكيل اعتماداً على خاصية تغير الوقت في إشارة التشكيل، وهي تشكيل الاتساع وتشكيل الطور وتشكيل التردد، وهناك ثلاثة أنواع من التعديل الرقمي وهي مفتاح إزاحة السعةومفتاح تحويل الترددومفتاح إزاحة الطور.
مزايا الإشارات الضوئية
أولاً: مسافة انتقال طويلة وتوفير الطاقة
مثلاً إذا تم إرسال “20 جيجابت” من المعلومات في ثانية واحدة أي 20 مليارات إشارة، وإذا تم استخدام اتصالاً كهربائياً فأنت بحاجة إلى ضبط الإشارة كل “100 متر”، وفي المقابل يحتاج استعمال الاتصال البصري فاصل زمني يرتفع عن “100 كيلومتر”، حيث كلما انخفض عدد مرات ضبط الإشارة سيتم استعمال عدد أقل من الأجهزة وبالتالي توفير الطاقة.
وعلى سبيل المثال عند الاتصال أو الدردشة عبر الإنترنت الآن مع أصدقائك ستشعر أنّه لا يوجد فرق مع المحادثة المحلية دون تأخير في الصوت، وفي عصر الاتصالات الكهربائية يمكن للمرء أن يرسل على مسافة قصيرة ونقل معلومات أقل ويتم نقل الاتصالات الدولية بشكل أساسي عبر الأقمار الصناعية كمرحل.
ومع ذلك مع الاتصال البصري يمكن للشخص أن ينقل لمسافات كبيرة ونقل الكثير من البيانات، لذلك باستعمال كابلات الألياف الضوئية المنشأة في قاع البحر من الممكن التواصل مع الخارج، والموجات الكهربائية لها نفس سرعة الموجات الضوئية، ومع ذلك بالنسبة إلى أنّ مسار الإرسال أطول من خلال القمر الصناعي فإنّ الإشارة تنتقل بشكل أبطأ والكابل البحري أقصر بكثير لذا ستكون الإشارة أسرع.
ثانياً: نقل كمية هائلة من المعلومات في وقت واحد
باستعمال الاتصال البصري يستطيع عدد كبير من المستعملين استلام المعلومات المطلوبة في نفس الوقت أي أفلام أو أخبار، وفي ثانيتين تستطيع الاتصالات الكهربائية إرسال “20 جيجابت” فقط من البيانات أي 20 مليار إشارة 0 و1، وفي المقابل يمكن أن ينقل الاتصال البصري معلومات تصل إلى “2 تيرابايت” أي “2 تريليون إشارة 0 و1.
ثالثاً: سرعة الاتصال السريع
يمكن أن يتسبب الاتصال الكهربائي في حدوث أخطاء في الضوضاء الكهربائية ممّا يؤدي إلى انخفاض سرعة الاتصال، ومع ذلك لا يتعرض الاتصال الضوئي للضوضاء فيستطيع إرسال الإشارات بسرعة.
مبدأ عمل الإشارات الضوئية
تخدم الشبكات الضوئية شبكات الطبقة العليا الأخرى، لذلك يتم فصل جانب المستخدم “UNI” وجانب الشبكة “NNI” وجانب العميل على جانب إشارة جانب العميل، كما أنّ محطات “GSM-R” الأساسية السابقة تنتج بشكل أساسي إشارات “E1” أي إشارات “2M”، لذلك يمكن للشبكة الضوئية توفير “E1” الكهربائية المنفذ.
يمكن للشبكات الضوئية أيضاً الوصول إلى إشارات “E3″ الكهربائية و”GE” الإشارات الكهربائية والإشارات الضوئية لواجهة “10GE”، لذلك يمكن أن يوفر جانب “NNI” مجموعة متنوعة من الواجهات البصرية وإلى جانب “NNI” مرة أخرى فهذه هي الواجهة، حيث يتصل جهاز الشبكة الضوئية نفسه كما يتكون بشكل أساسي من “STM-64″ و”OCH4” ومنافذ بصرية أخرى لذا فإنّ موقع “NNI” عبارة عن إشارات ضوئية بالكامل.
ترتبط الشبكات الضوئية بكابلات ضوئية، وأنواع الكابلات الضوئية الشائعة الاستخدام اليوم هي بشكل أساسي “G.652” و”G.654″، كما يتمثل الاختلاف الرئيسي بين نوعي الكابلات الضوئية في اختلاف قيم التوهين والتشتت للإشارات الضوئية في الوحدة، وفي الشبكات يستخدم “G.652” بشكل أساسي في “SDH” والميكروويف ويستخدم “G.655” بشكل أساسي لـ “WDM“.
- “WDM” هي اختصار لـ “Wavelength Division Multiplexing”.
- “SDH” هي اختصار لـ “Synchronous Digital Hierarchy”.
- “NNI” هي اختصار لـ “network-to-network interface”.
- “GSM-R” هي اختصار لـ “Global System for Mobile Communications – Railway”.
- “UNI” هي اختصار لـ “User-to-network interface”.
