الهيكل الأساسي لأنظمة اتصالات الألياف الضوئية يظهر التركيب الأساسي لنظام اتصالات الألياف الضوئية في الشكل 1-1، ويتضمن بشكل أساسي ثلاثة أجزاء رئيسية: الإرسال والاستقبال ونظام نقل الألياف الضوئية الأساسي:
(1) قسم الإرسال: يقوم مصدر المعلومات بتحويل معلومات المستخدم إلى إشارات كهربائية أصلية (إشارات النطاق الأساسي)؛ يقوم جهاز الإرسال الكهربائي بتحويل إشارات النطاق الأساسي إلى إشارات معدلة مناسبة لنقل القنوات (مثل FM وPFM وPWM)؛ يقوم جهاز الإرسال البصري بتعديل الإشارات الكهربائية وتحويلها إلى إشارات بصرية.
(2) قسم الاستقبال: يقوم جهاز الاستقبال البصري بتحويل الإشارات الضوئية المرسلة عبر الألياف إلى إشارات كهربائية؛ يقوم جهاز الاستقبال الكهربائي باستعادة الإشارات الكهربائية إلى إشارات النطاق الأساسي؛ يستعيد مخزن المعلومات معلومات المستخدم. ملاحظة: تستخدم مقاطع الإشارة الكهربائية قبل جهاز الإرسال البصري وبعد جهاز الاستقبال البصري نفس التكنولوجيا/المعدات المستخدمة في اتصالات الكابلات، مع استبدال نقل الكابل فقط بـ "جهاز إرسال بصري + خط ألياف بصرية + جهاز استقبال بصري".
(3) ينقسم نظام نقل الألياف الضوئية الأساسي إلى ثلاثة أجزاء: جهاز الإرسال البصري، وخط الألياف الضوئية، والمستقبل البصري:
جهاز الإرسال البصري: النواة هي مصدر الضوء (مثل LED، وصمام ليزر أشباه الموصلات، وليزر DFB، وما إلى ذلك)، والذي يحتاج إلى تلبية متطلبات مثل الطاقة الضوئية عالية الخرج، وتردد التعديل العالي، والخط الطيفي الضيق، والطول الموجي المستقر؛ وتتمثل مهمتها في تحويل الإشارات الكهربائية إلى إشارات ضوئية وربطها بالألياف الضوئية.
خط الألياف الضوئية: يتكون من الألياف الضوئية، والوصلات، والموصلات (في الواقع باستخدام الكابلات الضوئية)؛ وتتمثل مهمتها في نقل الإشارات الضوئية بتشويه منخفض وتوهين منخفض. الألياف الضوئية أسطوانية (معامل الانكسار الأساسي (n_1) > معامل انكسار الكسوة (n_2))، وذلك باستخدام الانعكاس الداخلي الكلي لنقل الضوء؛ لديها 3 نوافذ خسارة منخفضة: (0.85\\mu·m) (طول موجة قصير)، (1.31\\mu·m) (طول موجة طويل)، (1.55\\mu·m) (طول موجة طويل)؛ والخصائص الرئيسية هي الخسارة (الوحدة: dB/km) والتشتت (الوحدة: (ps/(km·nm))، مما يؤثر على عرض نطاق الإرسال).
جهاز الاستقبال البصري: النواة هي الكاشف الضوئي (مثل الثنائي الضوئي PIN، الثنائي الضوئي الانهياري APD)، الذي يحتاج إلى تلبية متطلبات الاستجابة العالية، والضوضاء المنخفضة، والسرعة العالية؛ المعلمة الأكثر أهمية هي الحساسية (التي تعكس القدرة على استقبال الإشارات الضوئية الضعيفة، وهو مؤشر مهم لجودة النظام)؛ وتتمثل مهمتها في تحويل الإشارات الضوئية إلى إشارات كهربائية واستعادة الإشارة الأصلية.
تصنيف أنظمة اتصالات الألياف الضوئية طرق التصنيف الشائعة هي كما يلي:
(1) التصنيف حسب نوع إشارة الإرسال: وينقسم إلى أنظمة الاتصالات التناظرية بالألياف الضوئية وأنظمة الاتصالات الرقمية بالألياف الضوئية:
مميزات أنظمة الاتصالات الرقمية بالألياف الضوئية:
قدرة قوية على مقاومة-التداخل وجودة إرسال جيدة (الضوضاء تنتج فقط أخطاء في البت عند تجاوز الحد)؛
تكرار متجدد، مسافة نقل طويلة (القضاء على تراكم الضوضاء)؛
يستوعب خدمات متعددة بمرونة كبيرة (خدمات متكاملة سهلة التنفيذ)؛
من السهل تنفيذ اتصال آمن-عالي الكثافة (إضافة نص عادي ومفتاح modulo-2)؛
يستخدم الدوائر الرقمية، سهلة الدمج والتصغير، منخفضة التكلفة، وموثوقية عالية.
مساوئ أنظمة الاتصالات الرقمية بالألياف الضوئية: عرض نطاق ترددي واسع، استخدام منخفض لعرض النطاق الترددي، معدات معقدة، وتكلفة عالية نسبيًا.
خصائص أنظمة الاتصالات التناظرية بالألياف الضوئية: عرض نطاق ترددي ضيق، ودوائر بسيطة (لا حاجة لتحويل A/D/D/A)، وسعر منخفض، ومناسب للاتصالات -على مسافة قصيرة.
(2) التصنيف حسب الطول الموجي البصري ونوع الألياف: مقسم إلى أنظمة اتصالات الألياف الضوئية متعددة الوسائط ذات الطول الموجي القصير وأنظمة اتصالات الألياف الضوئية ذات الطول الموجي الطويل:
الأنظمة متعددة الأوضاع ذات الطول الموجي القصير: الطول الموجي العامل حوالي (0.85\\mum)، معدل أقل من أو يساوي 34Mbit/s، تباعد المكررات أقل من أو يساوي 10km.
أنظمة الطول الموجي الطويل (مقسمة إلى 3 فئات):
(1.31\\mu·m) أنظمة متعددة الأوضاع: معدل 34/140 ميجابت/ثانية، تباعد المكرر ≈20 كم؛
(1.31\\mu m) أنظمة الوضع الفردي-: معدل 140/565 ميجابت/ثانية، وتباعد المكرر من 30 إلى 50 كم (عند 140 ميجابت/ثانية)؛
(1.55\\mu m) أنظمة الوضع الفردي-: معدل أكبر من أو يساوي 565 ميجابت/ثانية، وتباعد المكرر ≈70 كم.
(3) التصنيف بطريقة تعدد الإرسال الرقمي: مقسم إلى أنظمة التسلسل الهرمي الرقمي المتزامن (PDH) وأنظمة التسلسل الهرمي الرقمي المتزامن (SDH):
PDH: كل معدل بتات على المستوى الهرمي له تسامح وغير متزامن، ويعتمد مبررًا إيجابيًا لتنفيذ تعدد الإرسال المتزامن؛ معدل أقل من أو يساوي 565 ميجابت/ثانية.
SDH: مناسب للإرسال عبر الشبكة من نقطة-إلى-نقطة/متعددة النقاط؛ يمكن أن يصل معدل الطول الموجي الفردي إلى 2.5 جيجابت/ثانية، و10 جيجابت/ثانية.
(4) Classification by transmission rate: Divided into 3 categories: 1) Low-speed systems: rate 2Mbit/s, 8Mbit/s; 2) Medium-speed systems: rate 34Mbit/s, 140Mbit/s; 3) High-speed systems: rate >565 ميجابت/ثانية.
(5) التصنيف حسب طريقة التعديل: مقسم إلى فئتين: 1) أنظمة تعديل الكثافة المباشرة (التعديل الداخلي): التعديل أثناء عملية انبعاث الضوء لمصدر الضوء؛ معدات بسيطة، تكلفة منخفضة، كفاءة تعديل عالية، لكن التوسع الطيفي يؤثر على تحسين المعدل . 2) أنظمة التعديل غير المباشرة (التعديل الخارجي): بعد أن ينبعث مصدر الضوء الضوء، تتم إضافة المغير في مسار الإخراج؛ تأثير ضئيل على الخط الطيفي لمصدر الضوء، وهو مناسب للاتصالات ذات المعدل العالي-.
