جهاز إرسال واستقبال البيانات الضوئية

أنواع أجهزة إرسال واستقبال البيانات الضوئية

يستخدم أجهزة إرسال واستقبال البيانات الضوئية الضوء لإرسال واستقبال البيانات. في أجهزة الإرسال الضوئية ، يتم تحويل الإشارات الكهربائية إلى إشارات ضوئية ، وعادةً ما يتم ذلك بواسطة ليزر أو ثنائي باعث للضوء. ثم تُرسل الإشارات الضوئية عبر وسيط ، مثل كبلات الألياف الضوئية. تكتشف أجهزة الاستقبال الضوئية الإشارات المُرسلة وتحولها مرة أخرى إلى إشارات كهربائية. تُستخدم هذه الأجهزة في نقل البيانات لمسافات طويلة ، مثل الإنترنت.

تتوفر أنواع مختلفة من أجهزة إرسال واستقبال البيانات الضوئية. سيعتمد نوع الجهاز المستخدم على التطبيق. وهي كالتالي:

• أجهزة الإرسال والاستقبال التناظرية: تعمل أجهزة إرسال واستقبال البيانات الضوئية التناظرية مع الإشارات التي تتغير باستمرار. قد تستخدم النقل التناظري أطوال موجية ضوئية مختلفة لتمثيل الإشارة المتغيرة. مثال على جهاز استقبال تناظري هو الصمام الضوئي.
• أجهزة الإرسال والاستقبال الرقمية: تعمل أجهزة إرسال واستقبال البيانات الضوئية الرقمية مع إشارات منفصلة تمثل 1 و 0. يمكن أن يوفر النقل الرقمي إشارة أكثر موثوقية لمسافات طويلة. تستخدم أجهزة الإرسال الليزر أو ثنائيات باعث للضوء لإرسال هذه الإشارات المنفصلة. قد تستخدم أجهزة الاستقبال تقنيات الكشف المتماسكة. تُرسل معظم البيانات عبر الإنترنت بشكل رقمي.
• أجهزة الإرسال والاستقبال ذات طول الموجة الثابت: تستخدم هذه الأجهزة ضوءًا بطول موجي معين لإرسال البيانات. تُستخدم أطوال موجية في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة بشكل شائع. في NIR ، يمكن إرسال أطوال موجية 850 نانومتر و 1310 نانومتر و 1550 نانومتر عبر الألياف الضوئية. غالبًا ما تُستخدم ثنائيات باعث للضوء الليزرية في نطاق 850 نانومتر.
• أجهزة الإرسال والاستقبال ذات طول الموجة القابل للضبط: تحتوي أجهزة الإرسال القابلة للضبط على ليزر يمكن ضبط أطوال موجية. تستخدم أجهزة إرسال واستقبال البيانات الضوئية هذه ليزرًا بأطوال موجية يمكن تغييرها لضبطها بين 1260 نانومتر و 1675 نانومتر.
• أجهزة الإرسال والاستقبال أحادية النمط: تُرسل هذه الأجهزة البيانات عبر شريط واحد من الألياف. يحتوي الألياف الضوئية أحادية النمط على قطر نواة صغير. يستخدم لنقل البيانات لمسافات طويلة. تُستخدم حزم متوازية بشكل كبير من ثنائيات باعث للضوء الليزرية. يمكن لأجهزة الإرسال والاستقبال للألياف أحادية النمط نقل ضوء الليزر بكفاءة ، حتى لمسافات طويلة.
• أجهزة الإرسال والاستقبال متعددة الأنماط: تحتوي الألياف الضوئية متعددة الأنماط على قطر نواة أكبر. تُستخدم لإرسال البيانات عبر عدة مسارات ضوئية أو أوضاع من خلال الألياف. تُستخدم هذه الألياف لمسافات قصيرة. تسمح النواة بنقل حزم متعددة في وقت واحد.

الوظيفة والميزات

توفر أنظمة إرسال واستقبال البيانات الضوئية اتصالًا موثوقًا به لمختلف الصناعات ، وذلك بفضل قدراتها على المدى الطويل ومناعة التداخل. فيما يلي بعض الوظائف والميزات الرئيسية لأنظمة نقل البيانات الضوئية:

• النقل على المدى الطويل: تُرسل أنظمة النقل الضوئية البيانات لمسافات طويلة (حتى مئات الكيلومترات) عبر كبلات الألياف الضوئية. هذا ممكن لأن نبضات الضوء يمكن أن تنتقل بعيدًا دون فقدان إشارة كبير أو إضعاف.
• مناعة الضوضاء والتداخل: تستخدم الأنظمة الضوئية موجات الضوء لنقل البيانات ؛ لذلك ، فهي أقل تأثرًا بالتداخل الكهرومغناطيسي (EMI) أو تداخل التردد اللاسلكي (RFI) في البيئة. يضمن ذلك سلامة الإشارات في المناطق الصاخبة أو الصناعية.
• نطاق تردد عالٍ ومعدل نقل بيانات مرتفع: يمكن نقل كمية كبيرة من البيانات بسرعة عالية عبر الأنظمة الضوئية. وذلك لأن البيانات مشفرة في الضوء باستخدام تقنيات معالجة مختلفة. يضمن ذلك نقل سلس للفيديو عالي الدقة والصوت والتطبيقات الأخرى كثيفة البيانات.
• التوسع: يمكن توسيع أنظمة نقل البيانات بسهولة لتلبية متطلبات النطاق الترددي المتزايدة. يمكن استبدال أو ترقية المعدات الموجودة بتقنيات جديدة لتعزيز السعة والإزدرادية.
• أمن البيانات: أمن البيانات وحمايتها أثناء النقل أمر بالغ الأهمية للأنظمة الضوئية. يمكن لتقنيات التشفير المتقدمة ، مثل AES و IPsec ، حماية البيانات الحساسة من الوصول غير المصرح به.
• الموثوقية: يمكن أن يؤدي فقدان البيانات أثناء نقل البيانات الضوئية إلى مشكلات خطيرة في بيئات العمل أو الصناعية. تشتهر أنظمة النقل الضوئية بمعدل خطأ البت المنخفض (BER) والموثوقية. لزيادة الموثوقية وتقليل وقت التوقف عن العمل ، يتم ترقية مكونات النظام ، مثل أجهزة الإرسال والاستقبال وكبلات الألياف الضوئية ، بشكل روتيني.
• الفعالية من حيث التكلفة: تكون عمليات تركيب الأنظمة الضوئية أقل تكلفة من أنظمة الاتصال الأخرى. على سبيل المثال ، سعر أجهزة إرسال واستقبال البيانات الضوئية معقول إلى حد ما. بالإضافة إلى ذلك ، تكون تكاليف الصيانة والتشغيل منخفضة.

سيناريوهات

تُستخدم أجهزة إرسال واستقبال البيانات الضوئية في مجموعة متنوعة من التطبيقات ، بما في ذلك ؛

• الاتصالات السلكية واللاسلكية: تُستخدم في كبلات الألياف الضوئية طويلة المدى لنقل إشارات الهاتف والإنترنت والتلفزيون لمسافات شاسعة ، حيث تعتبر قدرتها على نقل الإشارات بفقدان ضئيل وبيانات عالية السرعة أمرًا بالغ الأهمية.
• مراكز البيانات: تربط أجهزة إرسال واستقبال البيانات الضوئية الخوادم وأجهزة التخزين ومعدات الشبكات المختلفة في مراكز البيانات ، وهي منشآت تضم عددًا كبيرًا من أنظمة الكمبيوتر والمكونات المرتبطة بها المستخدمة لتخزين ومعالجة خدمات الحوسبة السحابية على نطاق واسع.
• المعدات الطبية: في بعض الأجهزة الطبية مثل منظار المعدة أو ماسحات التصوير الموضعي للترابط الضوئي ، وهو نوع من جهاز التصوير للعين ، تُرسل أجهزة الإرسال الضوئية نبضات الضوء بينما تكتشف أجهزة الاستقبال كيفية تصرف هذا الضوء عند التفاعل مع هياكل الجسم لجمع المعلومات حول هذه الهياكل.
• التطبيقات العسكرية: تُستخدم للاتصالات بين الوحدات المختلفة وكذلك داخل قطع المعدات المختلفة في البيئات العسكرية. إن قدرتها على الحفاظ على روابط آمنة حتى في ظل الظروف الصعبة يجعلها ضرورية للعمليات العسكرية الحديثة. يلعب نقل البيانات بسرعات عالية لمسافات طويلة دورًا مهمًا خلال سيناريوهات القتال مثل مهام المراقبة أو الاستطلاع حيث تكون هناك حاجة إلى مشاركة المعلومات في الوقت الفعلي بسرعة بين الأفراد والآلات على حدٍ سواء.
• البث: بعد تحويل إشارات الراديو إلى شكل رقمي ، يمكن بثها عبر كبلات الألياف الضوئية لأغراض البث ، بما في ذلك بث التلفزيون والراديو.
• الأتمتة الصناعية: تُستخدم لمراقبة والتحكم في العمليات المختلفة في الصناعات ، مثل المصانع ومحطات الطاقة ، من بين أمور أخرى ، بحيث يمكن الحفاظ على التشغيل بكفاءة مع ضمان الامتثال لمعايير السلامة في بيئة عمل بعيدة.
• البحث والتطوير: تُستخدم أنظمة نقل البيانات الضوئية كأدوات للعلماء والمهندسين عند استكشاف مفاهيم جديدة ذات صلة بتقنيات الاتصالات أو تطوير منتجات / حلول جديدة بناءً عليها. يشمل ذلك وظيفة العناصر المختلفة تحت ظروف مختلفة ، إلخ ، للتحقق من صحة الإعدادات التجريبية قبل إجراء اختبارات ميدانية فعلية على أنظمة جديدة تم تصميمها من خلال العمل البحثي الذي تم إجراؤه خلال هذه المرحلة من العمل التي تهدف إلى إنشاء أنظمة جديدة لها سمات أداء أفضل من تلك الموجودة.

كيفية اختيار أجهزة إرسال واستقبال البيانات الضوئية

عند اختيار أجهزة إرسال واستقبال البيانات الضوئية ، هناك بعض النقاط المهمة التي يجب مراعاتها. هي:

• المسافة: يجب مراعاة المسافة التي سيتم تغطيتها بواسطة كبل الألياف الضوئية. إذا كانت المسافة أطول من 2 كيلومتر ، فيجب استخدام جهاز الإرسال طويل المدى. يجب أيضًا مراعاة عوامل مثل التوهين والتشتت. تأتي أجهزة الإرسال مع مخارج طاقة مختلفة ، وهذا يؤثر على المسافة التي يمكن أن تصل إليها إشارة جهاز الإرسال.
• النمط: يمكن أن يكون جهاز استقبال وإرسال البيانات الضوئية إما متعدد الأنماط أو أحادي النمط. يستخدم النمط الأحادي لنقل البيانات لمسافات طويلة عبر شبكات واسعة النطاق ، بينما يستخدم النمط متعدد الأنماط لنقل البيانات لمسافات قصيرة عبر شبكات محلية.
• الموصل: يجب أن يكون لجهاز إرسال واستقبال البيانات الضوئية نفس الموصل لضمان التوافق. الموصلات الشائعة هي SC و LC و ST و MTP / MPO و SMA و FC.
• معدل البيانات: معدل البيانات هو سرعة نقل البيانات ويتم قياسه بالبت في الثانية. يجب أن يدعم جهاز الإرسال الضوئي المستخدم معدل البيانات المطلوب.
• طول الموجة: هذا هو طول موجة الضوء في كبل الألياف الضوئية. يجب أن يدعم جهاز الإرسال والاستقبال نفس طول الموجة لضمان التوافق. أطوال الموجة الشائعة هي 850 نانومتر للألياف متعددة الأنماط و 1310 نانومتر أو 1550 نانومتر للألياف أحادية النمط.
• المسافة: تشير المسافة القصوى للنقل إلى مدى وصول الإشارة قبل الحاجة إلى تعزيزها أو تجديدها. يعتمد ذلك على عوامل مثل التوهين والتشتت للألياف ، والتي تعتمد أيضًا على طول الموجة ونوع الألياف.
• البيئة: يجب أيضًا مراعاة البيئة التي سيتم استخدام أجهزة إرسال واستقبال البيانات الضوئية فيها. هل سيتم استخدامه في بيئة داخلية أو خارجية؟ إذا كان سيتم استخدامه في بيئة خارجية ، فيجب أن تكون المكونات مقاومة للطقس.

الأسئلة والأجوبة

س: كيف يتم نقل البيانات الضوئية؟

ج: تقوم أجهزة إرسال البيانات الضوئية بتحويل إشارات البيانات الإلكترونية إلى إشارات ضوئية باستخدام الليزر أو LED. ثم ، تقوم كبلات الألياف الضوئية بنقل الإشارات الضوئية في الكبلات ، والتي قد تتكون من ألياف زجاجية أو بلاستيكية. في الطرف الآخر ، يكتشف جهاز استقبال البيانات الضوئية الإشارات الضوئية ويحولها مرة أخرى إلى بيانات إلكترونية يمكن استخدامها بواسطة الأجهزة الإلكترونية.

س: ما هو الفرق بين RF والضوئية؟

ج: قد تكون أنظمة RF أكثر كفاءة للتطبيقات قصيرة المدى ، لكنها يمكن أن تواجه المزيد من مشاكل الضوضاء والتداخل. من ناحية أخرى ، تتمتع أجهزة الإرسال الضوئية بنطاق أوسع وقنوات نقل بيانات أكثر أمانًا ، لكنها محدودة إلى ظروف خط الرؤية.

س: ما هو الفرق بين جهاز إرسال البيانات الضوئية وجهاز استقبال البيانات الضوئية؟

ج: يرسل جهاز إرسال البيانات الضوئية الإشارة الضوئية ، بينما يستقبل جهاز استقبال البيانات الضوئية الإشارة. يحول جهاز الإرسال البيانات إلى ضوء ويُرسلها عبر وسيط نقل مثل كبلات الألياف الضوئية. تكتشف أجهزة الاستقبال الإشارة المُرسلة وتحولها مرة أخرى إلى شكل إلكتروني. يمكن دمج أجهزة الإرسال والاستقبال في مكون واحد يُعرف باسم جهاز الإرسال والاستقبال.

س: ما هي فائدة النقل الضوئي؟

ج: تشمل فوائد النقل الضوئي انخفاض فقدان النقل ، والقدرة على النقل لمسافات طويلة ، وسرعات نقل بيانات أعلى. يحتوي وسيط النقل للنقل الضوئي أيضًا على وزن فعلي أقل ، مما يؤدي إلى خفض التكاليف.