بخشی از مقاله
چکیده
هنگامی که فیبرهای نوری در اتصالات نوری FTTH انتقال مییابند، اجزای مختلف طول موج سیگنالها معمولا زمانهای مختلفی برای انتشار را تجربه میکنند که علت آن این است متوسط انتقال شاخصهای موثرجداگانهای برای طول موجهای مختلف دارند. با رشد سریع نیازهای مربوط به کسب و کار اینترنتی، افراد به ظرفیت بیشتر و سیستمهای شبکهای بهتر نیاز دارند.
بنابراین تقاضا برای ظرفیت انتقال و پهنای باند در حال افزایش است. سامانه های مخابراتی برای انتقال اطلاعات شدت یک منبع نور را مدوله میکنند این اطلاعات مدوله شده بوسیله پالسهایی که دادههای دو تایی را نشان میدهد فرستاده میشود تا زمانی که این پالسها از طریق فیبر بدون تغییر در شکل آنها حرکت میکنند دادهها با خطای کمتر منتقل شده اما همیشه این طور نیست چون پالسها شروع به پهن شدن میکنند و شکل اصلی آنها تغییر میکند و با هم همپوشانی میکنند در نتیجه در ورودی گیرندهها قابل تشخیص نمیباشند و اصطلاحی که بکار برده میشود پاشندگی است. پاشندگی ابتدا یک مشکل در فیبرهای چند مد بود اما با گذشت توسعه شبکههای مخابراتی با سرعت بالا این فیبرها تک مد بودند که مورد استفاده قرار میگرفتند این مقاله به بررسی انواع پاشندگی و جبران پاشندگی در شبکههای مخابراتی نوری FTTH میپردازد.
-1 مقدمه
در سامانههای ارتباطی امروزه دستیابی به ظرفیت انتقال زیاد و افزایش سرعت اطلاعات به منظور پشتیبانی از خدمات متنوعی نظیر اینترنت، تلویزیونهای کابلی، تلفن تصویری و ارتباطات دیجیتال و کاربردهای چند منظوره و پزشکی از راه دور و ... ضروری به نظر میرسد. در این میان سامانههای مخابرات نوری به دلیل ویژگی مطلوبشان به عنوان فناوری اصلی در زیر ساخت شبکههای مخابراتی مطرح میباشند و به طور وسیعی در ارتباطات راه دور شهری به کار گرفته میشوند.
در شبکههای مخابراتی پیامها و اطلاعات در طیف نوری ارسال میگردند و فیبر نوری به عنوان محیط انتقال پالسهای نوری میباشد. علاوه بر مزایای بسیار بکارگیری شبکههای فیبر نوری در سامانهها؛ یک سری پدیدههای مزاحم؛ مخرب و عوامل ناخواستهای نیز ظاهر میگردد که یکی از این عوامل پاشندگی است. پاشندگی از بر همکنش پالس نوری با برخی محیطها که میتواند موجبر نوری یا همان فیبر نوری باشد بوجود میآید. [14] به طور خلاصه پهن شدن پالس نوری و تضعیف آن در اثر انتشار در طول رشته فیبری است.
ضریب شکست شیشه وابسته به طول موج پالس نوری است و برای هر طول موج خاص مقدار ضریب شکست متفاوت است. روشهای متفاوتی برای جبران پاشندگی در شبکههای مخابرات نوری و مخصوصا شبکههای نوری وجود دارد که از جمله بکارگیریDCF این به همراه توریهای براگ تار نوری تاثیرات مثبت و قابل توجهی در افزایش سرعت انتقال اطلاعات در شبکههای نوری خواهند داشت.
و یکی دیگر از روشهای جبران پاشندگی توری براگ فیبر نوری - FBG - هاست توری براگ فیبر نوری قسمتی از یک فیبر رایج تک مد چند سانتیمتری، با تغییر دورهای شاخص شکست هسته در امتداد محور فیبر میباشد. که به شکل یک توری در آمده و طول موجهایی که انتخابی نیستند بدون تضعیف1 یا با تضعیف ناچیزی عبور میدهد. در واقع توریهای براگ فیبر ما نند یک آینه کوچک در فیبر عمل میکنند که طول موجهای خاصی را منعکس میکند و این به خاطر تغییرات دورهایی در شاخص هستهی فیبر میباشد
-2 پاشندگی - Dispersion -
پهن شدن پالس نوری مانند شکل زیرراپاشندگی می گوینداین پهن شدگی ناشی ازحرکت سیگنال نوری درطول فیبرمی باشد.
شکل - : - 1 مفهوم پاشندگی در پالس های نوری
دلیل ایجاد آن را به طور خلاصه می توان به این صورت تشریح نمود که نور در سرتاسر فیبر با یک سرعت برابر حرکت نمی کند زیرا طول موجهای مدهای مختلف با ضرایب شکست متفاوت حرکت می کنند همین ضرایب شکست متفاوت باعث وجود سرعت های مختلف شده و این اختلاف سرعت سبب پهن شدن پالس های نوری در خروجی فیبر نسبت به ورودی آن می شود و باعث می شود پهنای باند موثر و مفید را کاهش دهد
اگر بخواهیم از نقطه نظر دیجیتالی این مساله را بررسی کنیم به این مفهوم خواهم رسید که در اثر پاشندگی صفر ها و یک های دیجیتال با همدیگر مخلوط - هم پوشانی - می شوند چنانچه این هم پوشانی بیش از حد مجاز گردد در گیرنده این پالسها قابل آشکار سازی نخواهد بود این اثر را ISI یا Interference inter symbol گویند.[31] پاشندگی کل بر حسب ps/nm اندازه گیری می شود و ضریب پاشندگی یک فیبر بر حسب Ps/nm.km بیان میشود.
مساله پاشندگی در فیبر های نوری طولانی که سیگنالهایی با پهنای باند بالا را حمل می کنند بحرانی تر می شود. در واقع بیت های یک سیگنال سرعت بالا نسبت به بیت های یک سیگنال سرعت پایین باریک تر و به هم نزدیک تر می باشند پس می توان گفت سیگنال های سرعت بالا استعداد و توانایی بیشتری در افزایش پاشندگی دارند چون مقدار پاشندگی دریافت شده در گیرنده نباید از حد مجازش بیشتر باشد به همین دلیل هر سازنده ای مقدار مجاز پاشندگی را در بیت ریت های معین مشخص می کند.
-2-1 انواع پاشندگی
پاشندگی بین مدی پاشندگی رنگی یا پاشندگی درون مدی پاشندگی مد قطبیده
که پاشندگی رنگی نیز به دو بخش پاشندگی موج بر و پاشندگی ماده تقسیم می شود چون پاشندگی رنگی و پاشندگی بین مدی و پاشندگی مد قطبیده دارای وجه مشترکی نبوده و نا هم بسته اند بنابرین پهن شدگی زمانی یا همان پاشندگی کل به صورت زیر محاسبه می شود :
-2-2 پاشندگی مدی
پاشندگی مدی یا بین مدی به تعداد مدهای انتشار یعنی ساختمان فیبر بستگی دارد. همان طور می دانید مدهای انتشار درون فیبر هر کدام مسیر خاصی را درون فیبر طی میکنند پس مدهایی که هم زمان وارد شدهاند به صورت غیر هم زمان با تاخیر خارج میگردند وجود این عدم هم زمانی برای مدها در خروجی فیبر باعث پهن شدگی پالسهای نوری میشود که به آن پاشندگی بین مدی میگویند.
شکل - : - 2 پاشندگی مدی یا بین مدی
هرچه مدها افزایش یابد پاشندگی بین مدی بیشتر میشود. به این معنا که مدهای مختلف با سرعت های گروه مختلف حرکت کرده و نهایتا باعث پهن شدگی پالس بیش از حد مجاز خواهند گردید.
دو راه اساسی برای کاهش پاشندگی بین مدی وجود دارد: راه اول : طراحی فیبر هایی که مدهای متفاوت آنها زمان
گذرتقریبا یکسانی داشته باشند.
راه دوم: استفاده از فیبر های تک مد است.
اما در صورتی که با فیبر تک مد سرو کار داشته باشیم بدون شک پدیده پاشندگی چند مسیره در چنین فیبری اتقاق نخواهد افتاد چرا که انرژی فقط توسط مد بنیادی فیبر انتقال پیدا می کند. اما این امر به مفهوم عدم رخداد پدیده پهن شدگی پالس در چنین فیبر هایی نیست چرا که هر یک از مولفه های فرکانسی مربوط به پالس نوری به دلیل وابستگی سرعت گروهشان به فرکانس با سرعت متفاوتی در داخل فیبر حرکت خواهند کرد و حتی در صورت ارسال هم زمان آنها در زمان های متفاوتی خود را به انتهای فیبر خواهند رساند. چنین پدیده ای را پاشندگی سرعت گروه و یا در یک بیان ساده پاشندگی فیبر می نامند
این پاشندگی از دو فرایند مجزا به نام پاشندگی ماده و پاشندگی موج بر ناشی می شود اثر چنین پدیده ای بعد از انتقال پالس نوری در یک فاصله ای از طول فیبر پهن شدگی شدید پالس های انتقال خواهد بود و در نتیجه در قسمت گیرنده امکان تشخیص ماهیت پالس های انتقالی به دلیل تداخل پهنای آنها با یکدیگر وجود نخواهد داشت و این امر باعث خواهد شد که سرعت و فاصله انتقال توسط چنین پدیده ای به شدت تحت تاثیر قرار گیرد.
شکل - : - 3 نمادین پهن شدن پالس
پس بهترین راه کاهش آن کم کردن تعداد مدهای انتشار است که این کار با کوچکتر کردن قطر هسته فیبر ممکن می گردد به طوری که فقط یک مد انتشار یابد. شکل دهی یک سیستم ارتباطی نوری با مسافت زیاد به وسیله چند فاکتور محدود می شود که یک از آنها پاشندگی می باشد. اعوجاج پالس فاصله ماکزیمم مفید بین گیرنده و فرستنده نوری را کاهش می دهد. همان طور میدانیم درطول موج ʽm 1/5 پاشندگی مثبت بزرگی داریم که می توان با استفاده از فیبر های جبران ساز پاشندگی که پاشندگی منفی بزرگی در این طول موج دارند این پاشندگی را حذف کرد.سیگنالی که در فیبرهای تک مد قدیمی هدایت می شود پاشندگی کل DL را متحمل می شود که L طول فیبر بر حسب کیلومتر و D پاشندگی در یک کیلومتر می باشد DL ممکن است مقدار قابل توجهی را بعد از طی مسافت طولانی داشته باشد جبران ساز پاشندگی با استفاده از یک فیبر با طول L که پاشندگی منفی بزرگی را در طول موج مورد نظر دارد صورت می گیرد چنانچه D'L مقدار DL را حذف کند
با انتخاب مناسب پارامتر های فیبر چیرپ میتوان پاشندگی منفی بزرگی را در طول موج داخواه بدست آورد و از آنها برای کاربرد های جبران سازپاشندگی استفاده کرد.
3-2 پاشندگی رنگی - کروماتیک -
متاسفانه پاشندگی مدی داخلی، تنها عامل اصلی پاشندگی نمی باشد. نور با طول موج های مختلف بوسیله مقدارهای متفاوتی شکسته می شود و این عامل باعث می شود قطرات باران، نورهای خورشید را به رنگهای رنگین کمان تبدیل کند. سرعت و ضریب شکست نور بوسیله طول موج آن تعیین می شود. تولید نور با تولید یک موج تنها توسط لیزر یک اشتباه رایج می باشد. در واقع لیزر یک رنجی از طول موج را تولید می کند و این رنج طول موج در مقایسه با LED2 بسیار باریک تر میباشد. پهنای طیفی لیزر و LED در شکل زیر نشان داده شده است
