دانلود پایان نامه : فیبر نوری

دانلود پایان نامه :  فیبر نوری

تعداد صفحات: 78

فرمت فایل: ورد

دسته بندی: -

قیمت: 4500 تومان

تعداد نمایش: 453 نمایش

ارسال توسط:

تاریخ ارسال: 1 آگوست 2016

به روز رسانی در: 1 آگوست 2016

خرید این محصول:

پس از پرداخت لینک دانلود برای شما نمایش داده می شود.

4500 تومان – خرید

موضوع : فیبر نوری

چکیده

از كجا مرور تاريخي اين موضوع را شروع كنيم؟! نورهميشه با ما بوده است . مخابرات با استفاده از نور در اوائل دوران پيشرفت بشري ، از زماني كه بشر ابتدا با استفاده از علامت دادن با دست پيام خود را ارسال مي‌كرد، شروع شده است . اين خود بطور بديهي يك نوع مخابرات نوري است و در تاريكي قابل اجرا نمي‌باشد . درخلال روز ،منبع نور براي سيستم مورد مثال خورشيد است . اطلاعات از فرستنده به گيرنده روي پرتو نور خورشيد حمل مي‌گردد . نور برحسب حركات دست تغيير وضعيت داده و يا مدوله مي‌گردد . چشم پيام را آشكار كرده و مغز پردازش لازم را روي آن انجام مي‌دهد . در اين سيستم ، انتقال اطلاعات كُند ، ميزان اطلاعات قابل انتقال در يك زمان معين محدود و احتمال خطا زياد است . سيستم نوري ديگري كه براي مسيرهاي طولاني‌تر مفيد است ارسال علائم دودي است . پيام با استفاده از تغيير شكل دود حاصل از آتش ارسال مي‌گرديده است. در اين سيستم به طرح و يادگيري يك رمز بين فرستنده و دريافت‌كننده نياز مي‌باشد. اين سيستم  با سيستمهاي جديد مخابرات ديجيتال كه درآن از رمزهاي پالسي استفاده مي‌شود قابل قياس است .

در سال 1880 الكساندر گراهام بل يك سيستم مخابرات نوري به نام فوتوفون را اختراع كرد . در اين  سيستم ، بل از آئينه نازك كه توسط صدا به لرزه در مي‌آيد استفاده نمود . نور خورشيد منعكسه از اين آئينه اطلاعات را حمل مي‌كند . در گيرنده ، اين نور خورشيد مدوله شده به سلنيوم هادي نور اصابت مي‌كند و در آن به يك سيگنال الكتريكي تبديل مي‌شود . اين سيگنال الكتريكي در يك تلفن مجدداً به سيگنال صوتي تبديل مي‌گردد . با وجودي كه سيستم فوق نسبتاً خوب كار مي‌كرد هرگز يك موفقيت تجارتي كسب نكرد . ابداع لامپهاي ساخته بشر منجر به ساخت سيستمهاي مخابراتي ساده مثل چراغهاي چشمك زن بين دو كشتي و يا بين كشتي و ساحل ، چراغهاي راهنماي اتومبيلها ويا چراغهاي راهنمائي گرديد . در واقع هر نوع چراغ راهنما در اصل يك سيستم مخابرات نوري است .

تمام سيستمهاي شرح داده شده فوق داراي ظرفيت اطلاعاتي كمي هستند . يك جهش اساسي كه منجر به ايجاد سيستمهاي مخابرات نوري با ظرفيت زياد شد كشف ليزر بود كه اولين نوع آن در سال 1960 ساخته شد . ليزر يك منبع انتشار نور با عرض باند كم مناسب ، قابل استفاده به عنوان حامل اطلاعات را فراهم مي‌آورد . ليزرها قابل قياس با منابع فركانس راديوئي مورد استفاده در مخابرات معمولي هستند . سيستمهاي مخابرات نوري هدايت نشده (بدون تار) كمي بعد از كشف ليزر توسعه يافتند . مخابره اطلاعات توسط پرتوهاي نوري كه در جو سير مي‌كنند به آساني انجام گرديد . نقاط ضعف عمده اين سيستمها عبارتند از :نياز به يك جوّ شفاف ، نياز به داشتن ديد و مسير مستقيم به فرستنده و گيرنده ، و احتمال آسيب رسيدن به چشم بيننده‌اي كه به طور ناآگاهانه ممكن است به پرتو نگاه كند . موارد استفاده اوليه سيستمهاي نوري ، هر چند محدود ، باعث ايجاد علاقه به سيستمهاي نوري شد كه بتواند پرتو نور را هدايت كند و بر معايب ذكر شده در ارسال هدايت نشده نور غلبه نمايد .

بعلاوه ، پرتو هدايت شده مي‌تواند در گوشه‌ها (انحراف مسير) خم شود و خطوط انتقال آن مي‌توانند در زير زمين كار گذاشته شوند . كارهاي اوليه انجام شده روي سيستمهاي ليزري جوي اكثر اصول نظري و خيلي از ادوات لازم براي مخابرات نوري را فراهم نموده‌اند . در خيلي از موارد ديودهاي نورگسيل (LED ) كه به باريكي ليزر هم نيستند مناسب مي‌باشند .

در سالهاي 1960 جزء كليدي در سيستمهاي عملي تاري ، يعني يك تار با كارائي مناسب ، وجود نداشت . هر چند كه ثابت شده بود نور مي‌تواند توسط يك تار شيشه‌اي هدايت شود ، تارهاي شيشه‌اي موجود بيش از اندازه نور را تضعيف مي‌نمود . در سال 1970 اولين تار واقعي با افت كم ساخته شد و مخابرات تار نوري عملي گرديد . اين موضوع درست 100 سال پس از آزمايش جان‌تيندال فيزيكدان انگليسي بود كه به مجمع سلطنتي نشان داد كه نور مي‌تواند در طول يك مسير منحني در بخار آب هدايت شود . هدايت نور توسط تارهاي شيشه‌اي و توسط بخار آب شواهدي بر يك پديده واحد هستند ( پديده انعكاس داخلي كلي).

مقدمه

يك گرايش از مهندسي برق است كه خود به دو زير مجموعه ميدان و امواج و سيستم تقسيم مي‌شود. در گرايش سيستم هدف فرستادن اطلاعات از يك نقطه به نقطه‌اي ديگر است. اطلاعات معمولاً به صورت سيگنال‌هاي الكترونيكي وارد ” فرستنده ” مي‌شوند، با روشهاي مختلف به “گيرنده” انتقال پيدا مي‌كنند، و سپس دوباره به سيگنالهاي الكترونيكي حامل اطلاعات فرستاده شده تبديل مي‌گردند. مديومهاي ( محيط‌هاي ، كانالهاي ، رسانه‌هاي ) انتقال سيگنالها از فرستنده به گيرنده شامل سيم مسي ( زوج سيم ، كابل هم محور )، امواج راديويي   ( بي‌سيم )، موجبرها ،و فيبرنوري مي‌شوند.

سيگنالها و سيستم‌هاي مخابراتي به دو نوع تقسيم مي‌شوند : آنالوگ و ديجيتال. سيگنال‌هاي آنالوگ داراي مقادير پيوسته در زمانهاي پيوسته هستند، در حالي كه سيگنالهاي ديجيتال فقط در زمانهاي معيني ( samples ) داراي مقادير گسسته ( مثلاً 0يا 1 ) هستند. راديوهاي AM و FM و تلفن‌هاي شهري نمونه‌هايي از سيستم‌هاي مخابراتي آنالوگ هستند. مودم‌هاي كامپيوتر، تلفنهاي همراه جديد، و بسياري از دستگاههاي جديد ديگر مخابراتي با سيگنالهاي ديجيتال كار مي‌كنند.

اهداف اصلي مهندسي مخابرات عبارتند از فرستادن اطلاعات با بالاترين سرعت ممكن (براي‌سيسم‌هاي ديجيتال ) ، پايين ترين آمار خطا ، و كمترين ميزان مصرف از منابع (انرژي و پهناي باند). براي دستيابي به اين اهداف و تجزيه و تحليل عملكرد سيستم‌هاي مخابراتي ، اين رشته مهندسي از آمار و احتمالات بهره فراواني مي‌گيرد .

فهرست:

 

فصل 1……………………………………………………………………………………………………….1

فیبر نوری ………………………………………………………………………………………………..2

فصل 2 ……………………………………………………………………………………………………14

سیستمهای مخابراتی …………………………………………………………………………..15

مدولاتور ………………………………………………………………………………………………….16

تزویج کننده مدولاتور …………………………………………………………………………19

کانال اطلاعات ……………………………………………………………………………………….20

پردازشگر سیگنال ………………………………………………………………………………..23

محاسبه سطوح توان بر حسب دسیبل ……………………………………………32

فصل 3 ……………………………………………………………………………………………………35

طبیعت نور ……………………………………………………………………………………………..36

طبیعت ذره­ای نور ………………………………………………………………………………..38

مزایای تارها ………………………………………………………………………………………….39

کاربردهای مخابرات تار نوری ……………………………………………………………46

فصل 4 …………………………………………………………………………………………………..63

ساختارهای مخابرات ………………………………………………………………………….65

برج­های خودپشتیبان …………………………………………………………………………65

سازمان ماهواره­ای ارتباطات ……………………………………………………………..71

شرکت PANAM SMAT  ………………………………………………………….72

اتحادیه ارتباطات تلفنی بین­الملل …………………………………………………….74

کنسول ITU  ……………………………………………………………………………………….75

بخش ارتباطات رادیویی ……………………………………………………………………..75

 

فصل 2

فهرست مندجات

  • سیستمهای مخابراتی
  • مدولاتور
  • تزویج کننده مدولاتور
  • کانال اطلاعات
  • پردازشگر سیگنال
  • محاسبه سطوح بر حسب دسیب

1-2 سيستم‌هاي مخابرات فيبر نوري

در اين بخش موضوع مخابرات تار نوري را تعريف كرده و نحوه برخورد خود با اين بحث را توضيح خواهيم داد . ما در اين بخش مزيتهاي زياد اين سيستم مخابراتي را بر ساير روشهاي ممكن مرور مي‌نمائيم و موارد استفاده آن را تشريح مي‌كنيم . اين موارد شامل تارها ، نور ، مخابرات ، مخابرات نوري و بالاخره سيستمهاي كامل مخابرات تار نوري هستند . وضعيت اجمالي يك سيستم كامل در اين بخش نشان داده مي‌شود .

2-1 سيستم مخابراتي پايه

يك سيستم مخابراتي ، ، شامل فرستنده ، گيرنده و كانال اطلاعات است .

در فرستنده ، خبر توليد شده و به شكل قابل انتقال توسط كانال اطلاعات در مي‌آيد . اطلاعات از فرستنده به گيرنده توسط اين كانال ارسال مي‌گردد . كانالهاي اطلاعات مي‌توانند به دو نوع تقسيم شوند : كانالهاي هدايت نشده و كانالهاي هدايت شده . جوّ ، مثالي از يك كانال هدايت نشده است كه امواج در آن مي‌توانند انتشار يابند .

سيستمهائي كه از جوّ به عنوان كانال انتقال استفاده مي نمايند شامل راديوهاي تجارتي ، فرستنده‌هاي تلويزيوني و خطوط رله ماكروويو مي‌باشند . كانالهاي هدايت شده شامل ساختارهاي انتقالي متفاوتي هستند . چند تائي از اين كانالها عبارتند از خط دو سيمه ، كابل هم محور و موجبر مستطيلي . نصب و سرويس خطوط هدايت شده بيش ازكانالهاي جوي هزينه در بر دارد . مزاياي كانالهاي هدايت شده عبارتند از پنهاني بودن ، عدم وابستگي به هوا و قابليت آن براي انتقال پيام از بين ، از زير و يا از روي ساختارهاي فيزيكي . موجبرهاي تاري اين مزايا و مزيتهاي ديگري را دارا مي‌باشند . بعداً در اين بخش اين مزايا را بر خواهيم شمرد . در گيرنده‌،خبر از كانال گرفته مي‌شود و بصورت نهائي آن در مي‌آيد .

دياگرام بلوكي مفصل‌تري ، ولي هنوز كاملاً كلي ، از يك سيستم مخابراتي  ديده مي‌شود . توضيح مختصري از هر بلوك اين شكل درك روشني براي اجزاء يك سيستم مخابراتي به ما مي‌دهد . در توصيفات ما از اين اجزاء بر مواردي تأكيد مي‌شود كه براي سيستمهاي تاري مناسب هستند ، هر چند كه اين دياگرام براي ساير خطوط مخابراتي نيز قابل استفاده مي‌باشد .

منشاء پيام

منشاء پيام مي‌تواند اشكال فيزيكي متفاوتي داشته باشد . در اغلب اوقات منشاء پيام يك مبدّل است كه پيام غير الكتريكي را به سيگنال الكتريكي تبديل مي‌كند. نمونه‌هاي متداول شامل ميكروفونها براي تبديل امواج صوتي به جريانهاي الكتريكي و دوربين‌هاي تلويزيوني براي تبديل تصوير به جريان الكتريكي مي‌باشند. در بعضي حالتها مثل انتقال داده‌ها بين كامپيوتر‌ها و يا بين قسمتهاي مختلف يك كامپيوتر پيـام خود به خود به شكـل الكتريكـي مي‌باشد . ايـن وضعيت در موقعـي كه يك خط

ارتباطي نوري قسمتي از يك سيستم بزرگ باشد نيز پيش مي‌آيد . نمونه‌هاي اين حالت شامل تارهائي هستند كه در قسمت زميني يك سيستم مخابراتي ماهواره‌اي بكار مي‌روند و يا تارهائي كه در رله‌هاي تلويزيون كابلي مورد استفاده قرار مي‌گيرند . در هرحال ، چه در مخابرات نوري و چه در مخابرات الكتريكي ، اطلاعات قبل از ارسال، بايستي به شكل الكتريكي باشد .

2-2 مدولاتور

مدولاتور دو كار اصلي دارد . اول ، پيام الكتريكي را به شكل مناسبي تبديل مي‌كند . دوم ، اين پيام الكتريكي را بر روي يك موج توليد شده توسط منبع حامل تأثير مي‌دهد . دو نوع مدولاسيون وجود دارد : آنالوگ و ديجيتال . سيگنال آنالوگ پيوسته است و فرم پيام اصلي را بطور دقيق بازسازي مي‌كند . به عنوان مثال ، فرض كنيد يك موج صوتي تك فركانسي مي‌خواهد ارسال گردد . اگر اين موج به يك ميكروفن وارد شود ، جريان الكتريكي توليد شده از آن ، همان شكل موج صوت ورودي را خواهد داشت . دراين حالت مدولاتور نيازي به تغيير شكل سيگنال ندارد . ممكن است مناسبت داشته باشد كه سيگنال تقويت شود بطوري كه به اندازه كافي قدرت داشته باشد تا بتواند منبع حامل را متأثر كند .

مدولاسيون ديجيتال مربوط به ارسال اطلاعاتي است كه به شكل گسسته هستند . . اين سيگنال يا روشن و يا خاموش است . حالت روشن معرف 1 و حالت خاموش معرف صفر است. اين حالتها رقمهاي باينري ( يا بيتهاي ) سيستم ديجيتال هستند. ميزان يا سرعت داده تعداد بيتي است كه در هر ثانيه ارسال مي‌گردد. ممكن است كه اين رشته پالسهاي روشن و خاموش، فرم رمز شده يك پيام آنالوگ باشد. يك مبدل آنالوگ به ديجيتال پيام آنالوگ را به يك رشته ديجيتالي تبديل مي‌كند. عكس اين پردازش در گيرنده انجام مي‌گردد كه در آن رشته ديجيتالي به پيام آنالوگ تبديل مي‌شود. براي تأثير دادن سيگنال ديجيتال روي يك موج حامل فقط كافي است كه مدولاتور در مواقع مناسب، منبع توليد موج حامل را روشن و يا خاموش كند.

منبع موج حامل

منبع حامل، موجي را كه اطلاعات بر روي آن ارسال مي‌گردد توليد مي‌كند. اين موج حامل ناميده مي‌شود. در مخابرات راديوئي، حامل توسط يك نوسان‌ساز الكتريكي توليد مي‌شود. براي سيستمهاي تار نوري، ديود ليزري      ( LD ) و يا ديود نورگسيل ( LED ) به عنوان منبع حامل بكار مي‌روند. اين ابزار را مي‌توان نوسان سازهاي نوري ناميد. در حالت ايده‌آل، اين منابع نوري، امواجي پايدار، تك‌ فركانس و با توان كافي براي پيمودن مسافتهاي دور توليد مي‌كنند. ديودهاي ليزري و ديودهاي نورگسيل واقعي از جهاتي با حالت ايده‌آل تفاوت دارند. اين ديودها در باندي از فركانس تشعشع مي‌كنند و توان متوسط تشعشع حدود چند ميلي‌وات است. به علت حساسيت زياد گيرنده‌ها، اين توان در خيلي از گيرنده‌ها كافي است. به هر حال تلفات انتقال بطور مدام توان موج ارسالي در طول تار را كاهش داده و بنابراين، كمبود توان كافي براي منبع، طول خط ارتباطي را محدود مي‌كند. همچنين، نداشتن يك منبع تك فركانسي واقعي باعث كاهش كيفيت كاري سيستم مي‌گردد. اين كاهش كيفيت كاري سيستم ميزان اطلاعات قابل انتقال از يك مسير با طول معين را محدود مي‌سازد.

ديودهاي نورگسيل و ديودهاي ليزري كوچك، سبك و كم‌ مصرف هستند و آنها را به راحتي مي‌توان مدوله كرد، يعني، به آساني مي‌توان تشعشع آنها را تحت تأثير اطلاعات قرار داد. هر دو نوع ابزار ياد شده با عبور جريان از داخلشان كار مي‌كنند. مقدار تواني كه اين ديودها تشعشع مي‌كنند مي‌تواند متناسب با جرياني گردد كه از داخل آنها عبور مي‌كند. به اين ترتيب، تغييرات توان نور خروجي شبيه تغييرات اطلاعات ورودي به مدولاتور است.

 

(الف) جرياني كه باعث                                                                  (ب) سيگنال مدوله نشده

خروجي (ب) مي‌شود.

 

 

(ج) جريان مدولاسيون كه باعث                                                     (د) مدولاسيون آنالوگ

خروجي در (د) مي‌شود.

 

 

(هـ) جريان مدولاسيون كه باعث                                               (ز) مدولاسيون ديجيتال

خروجي در (ز) مي‌شود.

بايد تأكيد شود كه اطلاعاتي كه بايستي ارسال گردند در تغييرات توان ( شدت ) موج نوري جا گرفته‌اند. اين نوع مدولاسيون، مدولاسيون شدت نام دارد. با وجودي كه سيگنال جريان نمايش داده شده. براي رسيدن به وضعيت خطي، جريان مدوله‌كننده واقعي در سيستمهاي آنالوگ بايد همواره مثبت باشد. با اضافه‌كردن يك جريان مستقيم ( d.c. ) به اطلاعات مورد نظر، به اين هدف خواهيم رسيد. بطور مشابه، در سيستمهاي ديجيتالي نيز سيگنال مدوله‌كننده بايد همواره مثبت باشد. نظر به اين كه يك ديود ليزري مادامي كه جريان مدوله‌كننده اعمال شده به آن از يك جريان آستانه بيشتر نباشد روشن نمي‌شود ( نوري از خود تشعشع نمي‌كند )، جريان مدوله‌كننده شامل يك سطح d.c. برابر با اين جريان آستانه است. وجود 1 در يك رشته اطلاعات باينري جرياني بيش از سطح آستانه از ديود ليزري عبور داده و در نتيجه آن را وادار به تشعشع مي‌كند. سطح صفر علامت باينري، جريان را در سطح آستانه نگه مي‌دارد و لذا نوري از ديود ليزري در اين حالت منتشر نمي‌شود. در يك ديود نورگسيل جريان آستانه‌اي وجود ندارد و هرگاه كه يك جريان مثبت از آن بگذرد روشن خواهد شد.

ديودهاي ليزري و ديودهاي نورگسيلي ساخته شده‌اند كه در فركانس نور حاصله از آنها، تارهاي شيشه‌اي انتقال دهنده مناسبي براي نور مي‌باشند يعني تضعيف كمي ايجاد مي‌كنند. اين مطلب موجب خوشحالي است چون ساخت منابع متناسب كه در فركانسهاي دلخواه تشعشع نمايند كار دشواري است. بدون اين حالت تطبيق و هماهنگي بين فركانس منبع و ناحيه كم تضعيف تار، مخابرات تار نوري عملي نمي‌شد.

3-2 تزويج كننده‌هاي كانال ( ورودي )

پس از مطالب فوق، تزويج‌ كننده‌ها را كه انرژي را به داخل كانال اطلاعات وارد مي‌كنند در نظر مي‌گيريم. اين وسيله در يك سيستم انتشار راديوئي و يا تلويزيوني، آنتن است. آنتن علائم را از فرستنده به كانال اطلاعات كه در اين حالت جوّ است انتقال مي‌دهد. در سيستمهاي هدايت شده‌اي كه سيم بكار مي‌برند، مثل خطوط تلفن، تزويج كننده فقط اتصال‌ دهنده ساده‌اي است به منظور وصل كردن فرستنده به خط انتقالي كه به عنوان كانال اطلاعات مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در سيستم نوري جوّي، تزويج دهنده كانال يك عدسي است كه براي همسو كردن نور منتشره از منبع و جهت دادن اين نور به طرف گيرنده از آن استفاده مي‌شود. در سيستم تاري مورد نظر ما، تزويج‌دهنده بايد بطور مؤثري پرتو نور مدوله شده را از منبع به تار نوري منتقل كند.

متأسفانه بانجام رساندن انتقال نور از منبع به تار بدون افت نسبتاً زياد قدرت و يا بدون طراحيهاي پيچيده‌اي براي تزويج دهنده ميسّر نيست. يكي از مشكلات بخاطر اندازه كوچك تارهاي متدوال كه قطري در حدود پنجاه ميليونيم متر دارند انجام مي‌شود. به هر حال، تضعيف زياد اساساً به اين خاطر رخ مي‌دهد كه منابع نور در زاويه بزرگي تشعشع مي‌نمايند در حالي كه تارها فقط مي‌توانند نور موجود در يك زاويه محدود را جمع كنند.. ساده‌ترين نوع تزويج كننده در شكل نمايش داده مي‌شود. منبع نور تقريباً به تار چسبيده است. همانگونه كه اشاره شد، حتي اگر تار به اندازه كافي بزرگ باشد به گونه‌اي كه تمام اشعه نوري تشعشع يافته از منبع به سطح مقطع آن برخورد كند، به علت تفاوت بين زواياي مخروطي انتشار و دريافت، نور تماماً توسط تار جمع‌آوري نخواهد شد. تزويج‌ كننده‌ها مي‌توانند بطور كاراتر، ولي در عين حال گرانتر، ساخته شوند. ارزيابي عددي كارائي مورد نياز و طراحي تزويج كننده‌هاي بهبود يافته بعداً در اين كتاب بررسي خواهند شد. در حال حاضر خاطر نشان مي‌كنيم كه طرح تزويج‌ دهنده كانال بخاطر احتمال تضعيف زيادي كه ممكن است پيش بيآيد بخش مهمي از طراحي يك سيستم تاري است.

4-2 كانال اطلاعات

كانال اطلاعات عبارت است از مسير بين فرستنده و گيرنده. در مخابرات تار نوري، كانال يك تار شيشه‌اي ( يا پلاستيكي ) است. مشخصات مورد علاقه براي يك كانال اطلاعات شامل تضعيف كم و زاويه مخروطي پذيرش نور بزرگ است. تضعيف كم و گردآوري كارآمد و مؤثر نور از خصوصيات لازم براي انتقال در مسيرهاي طولاني هستند.

جهت دریافت و خرید متن کامل پایان نامه و تحقیق و مقاله مربوطه بر روی گزینه خرید که در بالای صفحه قرار دارد کلیک نمایید و پس از وارد کردن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت هایی عضو شتاب قابل پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت انلاین به صورت خودکار لینک دانلود مربوطه فعال گردیده که قادر به دانلود فایل کامل ان می باشد

پاسخ دهید