ÖNEMLİ NOTLAR. Bir bakır kablo ile 12 telefon görüşmesi gönderilirken, fiber optik kablo ile 1500 telefon görüşmesi gönderilebilir.

Transkript

1 ÖNEMLİ NOTLAR Bir bakır kablo ile 12 telefon görüşmesi gönderilirken, fiber optik kablo ile 1500 telefon görüşmesi gönderilebilir. Tarihçe 1870 gösterdiğinde İngiliz fizikçi John Tyndall, akarsularda tam yansımadan yararlanılarak ışık iletiminin yapılabileceğini göstermiştir Alexander Graham Bell Photophone adını verdiği icadı ile sesin ışık dalgaları üzerinden iletilebileceğini gösterdi yılında Laser in keşfi, Nobel ile ödüllendirildi Charles Kao cam fiberin ışık kılavuzu olarak kullanılabileceğini ispat etti Corning Glass Works 633nm dalga boyunda çalışan,17db/km kayıp değerine sahip optik fiberini üretti yılında, (4 db/km. 850 nm) Dereceli İndisli fiber üretildi yılında Tek Modlu Fiber Kablo üretimine başlandı db/km zayıflama değerlerine kadar inildi yılında, aynı fiber üzerinden birden fazla dalgaboyunda iletim sağlandı yılında, 40Gb/sn lik hızla 300 Km lik Fiber üretildi yıllarına gelindiğinde, Tek fiber üzerinden Tbit/s iletim hızlarına ulaşıldı. Işık Kuramları Son 3000 yıl içinde ışık ile ilgili geliştirilen onlarca kuramdan önemli olan altısı şunlardır. 1) Dokunma 2) Işıma 3) Parçacık 4) Dalga 5) Elektromanyetik 6) Kuantum Sir Isaac Newton un parçacık kuramı Christian Huygens in dalga kuramı James Clerk Maxwell, elektrik, manyetizme ve ışığı bir kuramda birleştirdi. elektromanyetik teori Max Planck (photon, kuantum) Kullanım Alanları Bilgisayar LAN & WAN ağ uygulamaları Internet Altyapısı CATV, Güvenlik kamera sistemleri CCTV, Mobese SCADA Sistemleri Digital TV Videophone Fiber To The Desk Video konferans Multimedia uygulamaları FTTX Son Kullanıcıya Fiber Dalga Boyları Tipik optik iletişim dalga boyları, 850 nanometre (nm), 1310 nm ve 1550 nm dir. Hem lazerler hem de LED ler fiber optik kablo üzerinden ışık sinyali üretiminde kullanılabilir. Lazer kaynakları 1310 ve 1550 nm ve tek mod uygulamalarında uygundur. LED lerse 850 veya 1300 nm dalga boyundaki çoklu mod uygulamalarında kullanılabilir.

2 Pencereler Pencere Dalga boyu nm 850 nm nm 1310 nm nm 1550 nm FO İletim Prensibi LED veya enjeksiyon lazer diyot (ILD) (yarıiletken lazerler) Lazer diyotlar LED lerden çok daha dar bantlı güçlü ve yönlendirilmiş ışık üreten optik vericilerdir. Lazer diyotlarda δ < 5 nm (Yaydığı ışığın dalga boyunun toleransı küçük) LED lerde δ 50nm (Yaydığı ışığın dalga boyunun toleransı büyük) Bir kaynak normalde tek bir dalga boyunda ışık yaymaz.birçok dalga boyundan ışık yayabilir. Bu dalga boyları aralığı spektral genişlik olarak tanımlanabilir. Spektral genişlik ledler için 35nm lazer için 2-3 nm dir. Lazer diyotları tek modlu cam liflerle kullanılmaya çok uygundurlar ve böylece büyük iletim kapasiteli sistemler oluştururlar. 1GHz üzerinde modülasyon bant genişlikleri ve 1mW düzeyinde optik güç kuplajı elde edilebilmektedir. LED lerden cam life yeterli ışık kuplajı yapılabilmesi için, büyüklüklerinin lif çekirdek yarıçapından küçük olması gerekir. Küçük boyutlu bir LED ile istenen optik gücü elde etmek için normal LED lerdekinden çok daha büyük akım şiddetleri gerekir Birkaç yüz MHz lik modülasyon bant genişliği ve 50 μw düzeyinde bir optik güç kuplajı elde edilebilmektedir. Ledin veya ILD nin ışık miktarı sürme akımının miktarına eşittir. Lazer diyodu akım/ışık özeğrisi ısı ve yaşlanmaya bağlı olduğu için çıkışın regülasyonu gerekir. Lazerin arka aynasından alınan ışık bir fotodiyoda verilir. Fotodiyot akımı, lazeri süren akımı regüle eder. Işık dedektörü genellikle PIN (pozitif salt negatif diyot) veya APD (çığ fotodiyot)dur. Arabirim mekanik bir bağdaştırıcıdır.

3 Kayıplar İki fiber kablo uç uca birleştirilirse, tipik kayıp 0,2 db dir. Işık sinyali, fiber kablo içinde herhangi bir düzensiz bölgeye gelirse saçılıma uğrar ve saçılıma uğramış sinyal o bölge tarafından emilerek ilerlemesi engellenebilir. Rayleigh saçılması, bilinen en önemli saçılım şeklidir. İkinci tip iç kayıp, ışık sinyalinin fiber tarafından emilmesidir. (fiber içi kirlilik) makro bükülüm: eğer fiber optik kablo bükülürse bu bölgedeki gerilim artar ve gerilimin artması da kırılma indeksini değiştirir. Bu durumda ışık sinyalinin tam yansıması gerçekleşmeyerek damar bölgesinin terk edilmesine neden olur. Bu tür eğilmelere makro bükülüm adı verilir. değişik dalga boyundaki dalgalar, değişik hızlara sahiptir. Sistemlerin bant aralığı bir kilometrede megahertz (MHz) ile ölçülür. Örneğin eğer bir sistemin bant aralığı 200 MHz-km ise, bir saniyede 200 milyon atma (puls) bir kilometrelik fiber içinde birbirine karışmadan algılayıcıya ulaşır. Rayleigh dağılması, Keskin ve güçlü kıvrımlar, Yabancı maddeler, Üretim hataları, Çekme, büzülme, basınç ve sıcaklık etkisi, IR (infra-red kızıl ötesi) ve UV yutması, OH- (nem) yutması, Metal iyonları yutması. Soğurma (Absorblama) kayıpları Yayılma kayıpları Bağlaşım kayıpları Zayıflama Bir optik sinyalin zayıflaması dalga boyunun bir fonksiyonu şeklindedir. Standart tek modlu bir fiber için 1300 nm dalga boyunda ortalama olarak 0.35 db/km, bu zayıflama 1550 nm dalga boyunda daha azalarak 0.25 db/km seviyelerine düşmektedir. Bu durum ise sinyalin tekrar yükseltilmesine veya tekrarlanmasına gerek kalmadan 100km den uzağa gönderilmesini sağlamaktadır. Zayıflamanın en fazla olduğu bölgeler nm ve nm bölgeleridir. Bu bölgelerde çalışmamak daha avantajlı olur. Soğurma (Absorblama ) Kayıpları Fiber optikteki soğurma (yutma) kaybı, bakır kablolardaki güç kaybına benzer; fiberin saf olmaması nedeniyle fiberin çekirdeğinde ve kılıfında bulunan metaller (kobalt, bakır krom)veya su iyonları gibi yabancı maddeler ışığın yutulmasına sebep olmaktadır. Morötesi soğurmaya, fiberin imal edildiği silika malzemesindeki valans elektronları neden olur. Kızılaltı soğurmaya, cam çekirdek moleküllerinin atomları tarafından soğurulan ışık fotonları neden olur. İyon rezonans soğurmasına, malzemedeki OH iyonları neden olur.

4 Snell Yasası

5 IŞIĞIN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ Işık dalgası, çok yüksek frekanslı bir elektromagnetik sinyaldir Işığın Elektromanyetik Spektrumundaki Yeri Optik spektrumda F/O haberleşme aralığı {1,6 μm-0.6μm} dalga boyları arasındadır. En fazla kullanılan F/O dalga boyu 1,3 μm dir. Görünür ışık dalga boyu aralığı {700 nanometre 400 nanometre} dalga boyları arasındadır. Frekans ve Dalga Boyu Grupları Tablo 1.5: Frekans ve Dalga Boyu Grupları

6 Işığın Fresnell Kırılımı Kırılma indisleri farklı iki ortamdan birinden diğerine geçerken bir bölümü geldiği ortama geri yansır. Bu yansımaya Fresnell yansıması denir. Şekil 1.19: Fresnell Yansıma Kırılma İndisi: Işığın boşluktaki hızının madde içerisindeki ışıkk hızına oranına kırılma indisi denir. N harfi ile gösterilirr ve aşağıdaki formül ile gösterilir. N=c/v c:boşş alanda ışık hızı v:belli bir ortamda ışık hızı Tablo 1.5: Kırılma indisleri örnekler TİPİK KIRILMA İNDİSLERİ ORTAM KIRILMA İNDİSİ Vakum 1.0 Hava Su 1.33 Etil Alkol 1.36 Eritilmiş Kuvars 1.46 Cam Fiber Elmas Silisyum 3.4 Galyum Arsenit 3.6 Optik Dönüş Kaybı: Fiber Konnektörler genelde karşılıklı olarak birbirine temas ederler. Temas eden yüzey ne kadar temiz ise o kadar iyi bir geçişş sağlanır. Yani konnektör yüzeyinin kalitesi ve konnektörün kendi kalitesi iyi bir geçiş için çok önemlidir. Bir uçtan gönderilen ışığın bir kısmı karşıya geçerken bir kısmı ise geri yansır. Geri yansıyan ışığınn geçen ışığa oranı ise "Geri Dönüş Kaybı (Reflection Loss - RL)" olarak adlandırılır. Genel olarak SM konnektörlerdee Geri Dönüş Kaybının 45dB civarında olması gerekir. Geri Dönüş kaybı değeri ne kadar yüksekse konnektör o denli iyidir. Konnektörler birbirine takıldığında fiberler tam temas etmezlerse arada bir hava duvarı oluşur ve bu hava duvarı daha fazla ışığın geriye yansımasına neden olur. Böylece geri dönüş kaybı 14 db seviyelerine kadar düşebilir. 45 db =10 log(1/31600) ORL: Dönüş kaybı, db Pi: Girişş optik güç Pr: Yansıyan optik güç

7 Nümerik Açıklık:

8 Attenuation in the optical fiber itself usually occurs as a result of absorption, reflection, diffusion, scattering, or dispersion of the photon packets within the fiber. Connectors 1. Resilient ferrule (esnek yüksük(demir halka)) 2. Rigid ferrule ( sert) 3. Grooved plate hybrids 4. Expanded beam 5. Rotary

9 TELEKOM Patchcord: Her 2 tarafıda konnektörlü olan kablo Pigtail: Bir tarafı konnektörlü bir tarafı boş ST konnektör eski tip yuvarlak çevirmeli SC konnektör yeni tip dikdörtgen geçmeli

10

11 Her kabloda birden fazla tüp, her tüpte birden fazla fiber kıl var ve hepsinin rengi var. Aşağıdaki yer altı kablosu resmi. Ortada içinde kıl olmayan siyah sağlamlaştırıcı tel var. Resimde yeşil turuncu ve naturel görünen renkler tüpler.

12 Yer altı kablosu turuncu renkli oluyor. Havai hat kablosu siyah oluyor ama üzerinde turuncu çizgi oluyor.

13 Fiber Renkleri

14

15 FİBER OPTİK İLETİMİN AVANTAJLARI 1. Yüksek Hızda iletim Sağlanması: Optik iletim sistemlerinde taşıyıcı frekans çok yüksek olduğundan diğer sistemlerinkinden daha yüksek bant genişliklerine ve daha yüksek iletim hızlarına erişilmiştir. Şekilden de görüleceği üzere iletim sistemlerinin karşılaştırılması için kullanılan (bant genişliği x uzaklık) çarpanının; -Eşeksenli (Coaxial) kablolarda 0.2 GHz x Km. - Dereceli indisli (GI) fiberlerde 1 GHz x Km. - Tek Modlu (SM) fiberlerde 100 GHz x Km. olduğu göz önüne alınırsa optik fiberlerin çok geniş iletim olanağı sağladığı görülür. Tek Modlu fiberin bant genişliği tipik olarak 50GHz.km dir. 2.Uzun Yineleyici (Tekrarlayıcı - Repetör) Aralığı Bugün kullanılan teknolojide optik fiberlerde yineleyici aralığı ; 1310 nm. dalga boyu ışık kullanarak 40-50km nm. dalga boyu ışıkta ise km nm dalga boyu ışıkta ise km. 3.Kanal Başına Bedelin (Maliyetin) Düşük Olması F/O kabloların hafif ve ucuz, Bant genişliği x uzaklık çarpanının büyük, Yineleyici aralıklarının uzun, Hat donanımı değiştirilerek (ayrı fiberden yararlanarak) kanal sayısı çabuk ve kolay artırılabilmesi nedeniyle maliyet oldukça düşüktür. 4. Bilgi Çalınmasının Güçlüğü Optik fiber damardan bilgi çalabilmek için ya kabloyu (damarı) kesip sisteme bağlayarak veya LID sistemli kaynak makinesi çalışma ilkesinden yararlanılması gerekir. Birinci yöntemde anında, ikincisinde de maliyeti yüksek, zaman isteyen bir işlem olduğundan ve aynı anda devreler üzerinde zayıflama artacağından saptanması kolaydır. 5. Elektromanyetik Etkiden Bozulmama Bakır iletkenli iletim sistemleri manyetik etkiden bozulurken optik iletimde bozulma yoktur.

16 Bu nedenle Yüksek gerilim iletkenlerinin içine fiber damarlar yerleştirilerek üretilebilmektedir. Bir yandan enerji taşırken diğer yandan iletken içerisine yerleştirilmiş fiberler iletişim ortamı oluşturmaktadırlar. 6. Karışma (Diyafoni) Olmaması Optik iletimde sinyaller ışıksal olarak iletilmektedir. Manyetik alan veya başka bir ışıksal sinyalin dışarıdan girme olanağı yoktur. Kıvrımlardan dolayı sinyaller damar dışına taşsa bile diğer damarlara girip onları etkilemediğinden fiberde karışma (diyafoni) yoktur. 7. Elektriksel yalıtım Optik fiberler elektriksei bakımdan yalıtkan maddelerden yapılmış olduğundan uçlar arasında tam bir elektriksel yalıtım sağlar. Fiberlerin bu özelliği; Scada sistemleri, enerji şalt tesisleri, elektrik santraları, kapalı devre televizyon sistemleri, uzay ve uçak haberleşme sistemleri ile askeri haberleşme sistemleri için çok uygundur. 8. Değişik Çevre Koşullarına Uyum Sağlaması Fiber damarlar +500 C ye kadar ısıya dayanıklı olarak üretilebilmektedir. Bunun yanı sıra fiberlerin kırılma ve kopması durumunda kıvılcım çıkmadığından çevresel koşulların en uç noktaları ile yangın, patlayıcı maddelerin bulunduğu ortamlarda güvenlikle kullanılmaktadır. 9. Tesis Kolaylığı FO kabloların bakıra göre oldukça küçük ve hafif olması, göz çoklayıcı kullanarak aynı gözden birden çok FO kablo çekilebilmesi nedeniyle tesisi kolaydır. Örneğin: bakır iletken (0.6 mm² Ø) 3 kg/km. fiber damar gr/km. FO kablo makara boyu Telekom da 2 km ve 4 km (TAFİCS ) olarak kullanılmaktadır. Bu da ek sayısını azaltmaktadır 10. Müşteriye Kadar Dağıtım Ağında Kullanılabilmesi Müşterilerin geniş bantlı isteklerinin karşılanması aynı altyapıdan birden çok hizmetin sunulabilmesi, gelir getirici servislerin herhangi bir değişiklik yapılmadan iletilebilmesi nedeniyle FTTX uygulamaları hızla artmaktadır. Gelir seviyesi orta üstü ve üst gelir guruplarına yönelik uygulamalarda ise fiber uçları doğrudan kullanıcıda sonlandırılmaktadır

17 OPTİK İLETİMDE ZAYIFLAMA İletim ışığı insan gözünün göremeyeceği dalga boyları olan: Bu dalga boylarında kayıpların minimum seviyelerde seyretmeleri optik iletimi mümkün kılmaktadır. Fiber Işın Dağılımı

18 FİBER ERİŞİM TEKNİKLERİ PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy Yarı Senkron Dijital Hiyerarşi) Sayısal bir hiyerarşi olmasına rağmen senkronizasyon sinyali sistemler üzerinde iletilecek bilgi sinyali kullanılarak birlikte taşınırlar, her sistem kendinden önceki sisteme belirli ölçülerde bağlı kalarak çalışmak zorundadır. SDH (Senkron Dijital Hiyerarşi) Tam anlamıyla senkron ve sayısal bir hiyerarşidir. Senkronizasyon sinyali, belirli bir merkez tarafından üretilerek tüm transmisyon şebekesine dağıtılır ve her merkez bu senkronizasyon sinyalini kullanarak iletim sağlar. SDH Avantajları Tüm dünyada standart bir transmisyon sistemine geçiş Daha Yüksek Kapasite İhtiyaçlarını karşılayabilmesi Güçlü ve esnek şebeke yönetilebilirliği Düşük Mertebeli Sinyallere Doğrudan Erişim Daha az teçhizat gereksinimi SDH NETWORK YAPILARI

19 SDH Mertebeleri WDM ÇOĞULLAMA (MULTİPLEKS) Birden fazla kanal bilgisinin belirli düzenleme (hiyerarşi) çerçevesinde her biri farklı dalga boylarında olmak üzere tek bir iletim ortamı üzerinden iletilmesi işlemidir. DWDM sistemi : Şehirler arasında çok yüksek kapasiteli transmisyon ihtiyaçları için kullanılan ve dalga boyu çoklama tekniğine göre çalışan optik transmisyon sistemleridir. Terminal, ADM ve Repetör olmak üzere 3 farklı elemandan oluşur. DWDM Teknolojisinin Avantajları

20 Tek bir fiber çifti üzerinde çok sayıda yüksek hızlı kanal taşıyabilme imkanı Mevcut linkler üzerine yapılacak kart ilaveleri ile kapasite artırımlarının kolay ve hızlı karşılanabilmesi. Optik anahtarlama ve yönlendirme teknolojisi ile sağlanan sistem güvenilirliği. Gelişmiş işletim/yönetim fonksiyonlarının SDH sistemleri ile entegreli çalışabilme imkanı getirmesiyle, tek bir noktadan tüm şebeke elemanlarına erişim sağlaması. Daha az sayıda fiber ve teçhizat kullanımıyla birlikte güçlü işletme/yönetim sistemleri ile yatırım ve işletme kolaylığı ve ekonomik tasarruf getirisi Bir çift kıldan 8, 16, 32, 64,80 ve 160 adet kanal taşıyabilen DWDM sistemleri mevcuttur Her bir kanaldan 100 Mb/s - 10 Gb/s hızları arasında bilgi taşınabilmektedir. DWDM Sistemleri Kanalların Dalga Boyları FİBER ERİŞİM SİSTEMLERİ Müşteriye kadar dar bantlı ve/veya geniş bantlı veri hizmetlerinin fiber optik kablo üzerinden taşınmasını sağlamak üzere dizayn edilen modüler bir aktif erişim sistemidir.

21 FES Kullanım Alanları Tüm ülke genelindeki dar bant ve geniş bant servis talepleri oluşan merkezlerde Data ve ses taleplerinin bir arada karşılanması gerektiği yerlerde Mevcut bakır şebeke üzerinden mesafe kısıtlaması sebebiyle DSL hizmetinin istenilen kalite ve hızda verilemediği yerlerde Ayrı bir santral kurulma imkanı olmayan ve gelişmekte olan şehir banliyölerindeki ses veya data taleplerinin karşılanmasında Büyük iş hanları, iş merkezleri ve fabrika, otel, sanayi siteleri gibi kurumsal müşterilerin taleplerini karşılamak Uydu kentler, toplu konut siteleri gibi yerlerde Mevcut yer altı güzergahının sıkışık olduğu veya yeni yer altı şebekesi yapılmasının yakın dönemde mümkün olmadığı merkezi sahalara imkan sağlamak

22 T impose on: yüklemek (taşıyıcıya yüklemek, bindirmek)

23

24

25 If you are measuring the loss over a link from a source rated at 20 dbm to 26 dbm at the end of the link, make sure you express the loss correctly. If you say that the loss is 6 dbm, you are actually saying that you have lost 4 milliwatts, an absolute value that has nothing to do with the actual loss of 6 decibels, or 7.5 microwatts (based on the starting value of 10 microwatts). So you have 2.5 microwatts remaining at the end of the link. Remember that dbm is a measurement based on 1 milliwatt, and power is measured based on that value. On the other hand, db is a relative value applied to whatever the original power measurement is.

26 Source Modulation Speed There are many advantages to using optical fiber as a communications medium. High bandwidth over long distances is one of them. What limits the bandwidth of today s fiber optic communication systems is not the optical fiber but the light source. The modulation speed of a light source is just one factor that can limit the performance of a fiber optic communication system. LED Modulation Speed Today s LED light sources can be modulated to support data rates greater than 400 Mbps. However, most LED light sources are designed to support network standards that do not require a data rate that high. An example of this is the IEEE Ethernet standard, which establishes network data rates at 10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps, and 10 Gbps. The LED can easily support the 10 Mbps and 100 Mbps data. However, current LED technology can t begin to support the 1 Gbps data rate.7 Laser Modulation Speed Laser light sources are constantly evolving. Laser manufacturers have been able to modulate all three-laser families at data rates up to 10 Gbps. However, many applications for laser light sources do not require data rates in the 10 Gbps range. Laser light sources are used in network applications with data rates as low as 10 Mbps when transmission distances greater than 2000 meters are required.