onemlı notlar

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.
•
1880 Alexander Graham Bell “Photophone” adını verdiği icadı ile sesin ışık dalgaları üzerinden iletilebileceğini
gösterdi.
•
1958 yılında Laser’in keşfi, Nobel ile ödüllendirildi.
•
1966 Charles Kao cam fiberin ışık kılavuzu olarak kullanılabileceğini ispat etti.
•
1970 Corning Glass Works 633nm dalga boyunda çalışan,17dB/km kayıp değerine sahip optik fiberini üretti.
•
1972 yılında, (4 dB/km. 850 nm) Dereceli İndisli fiber üretildi.
•
1983 yılında Tek Modlu Fiber Kablo üretimine başlandı.
•
1987 0.20 dB/km zayıflama değerlerine kadar inildi.
•
1990 yılında, aynı fiber üzerinden birden fazla dalgaboyunda iletim sağlandı.
•
1997 yılında, 40Gb/sn’lik hızla 300 Km’lik Fiber üretildi.
•
2000 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.
Pencereler
Pencere
800 – 900 nm
1250 – 1350 nm
1500 – 1600 nm
Dalga boyu
850 nm
1310 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.
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 730-950 nm ve 1250-1380nm 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.
Snell Yasası
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
Işığın Fresnell
F
K
Kırılımı
Kırılma indisleri farrklı iki ortam
mdan birinde
en diğerine geçerken bir
b bölümü g
geldiği ortam
ma geri yansır.
Bu yanssımaya Fressnell yansım
ması denir.
Şek
kil 1.19: Fresnell Yansıma
a İndisi: Işığ
ğın boşlukta
aki hızının madde
m
içerrisindeki ışıkk hızına ora
anına kırılm
ma indisi denir.
Kırılma
N harfi ile
i gösterilirr ve aşağıda
aki formül ile gösterilir.
N
N=c/v
c:Boşş alanda ışıık hızı
v:Belli
v
bir orrtamda ışık hızı
Tablo 1.5:
1 Kırılma indisleri örnekle
er
TİP
PİK KIRILMA İNDİSLERİ
İ
ORTA
AM
KIR
RILMA İNDİSİ
Vakum
m
1.0
0
Hava
1.0
0003
Su
1.3
33
Etil Alkol
1.3
36
Eritilm
miş Kuvars 1.4
46
Cam Fiber
1.5
5-1.9
Elmass
2.0
0-2.42
Silisyum
3.4
4
Galyu
um Arsenit 3.6
6
Optik Dönüş
D
Ka
aybı: Fiber Konnektörler genelde karşılıklı olarak birbirin
ne temas ederler.
e
Tem
mas
eden yü
üzey ne kad
dar temiz isse o kadar iyi bir geçiş
ş sağlanır. Yani
Y
konne
ektör yüzeyiinin kalitesi ve
konnekttörün kendi kalitesi iyyi bir geçiş için çok önemlidir. Bir uçtan gö
önderilen ış
şığın bir kıssmı
karşıya geçerken bir
b kısmı ise
e geri yansır. Geri yan
nsıyan ışığın
n geçen ışığa oranı ise
e "Geri Dön
nüş
Kaybı (Reflection
(
Loss - RL)" olarak adlandırılır.
a
Genel olarrak SM kon
nnektörlerde
e Geri Dön
nüş
Kaybının 45dB civa
arında olma
ası gerekir. Geri Dönüş kaybı değ
ğeri ne kad
dar yüksek
kse konnek
ktör
o denlii iyidir. Konnektörler birbirine takıldığında fiberler
f
tam
m temas etm
mezlerse arada
a
bir ha
ava
duvarı oluşur
o
ve bu
b hava duvarı daha fazla
f
ışığın geriye yan
nsımasına n
neden olur.. Böylece geri
g
dönüş kaybı
k
14 dB
B seviyelerin
ne kadar düşebilir.
45 dB =10
= log(1/31
1600)
ORL: Dönüş kaybı, dB
Pi: Girişş optik güç
Pr: Yansıyan optik güç
Nümeriik Açıklık:
Attenuation in the o
optical fiber itself usually occurs as a result of absorption, reflectio
on, diffusion
n, scatterin
ng, or dispersion of the ph
hoton packets within thee fiber. Connecttors 1. Resilieent ferrule (essnek yüksük(ddemir halka))
2. Rigid ferrule
f
(sert)
3. Groovved plate hybriids
4. Expannded beam
5. Rotaryy
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
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.
Yer altı kablosu turuncu renkli oluyor.
Havai hat kablosu siyah oluyor ama üzerinde turuncu çizgi oluyor.
Fiber Renkleri
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.
•1550 nm. dalga boyu ışıkta ise 80-100 km.
•1625 nm dalga boyu ışıkta ise 80-100 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.
•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 30-50 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
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
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
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
•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.
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
T
impose on: yüklemek (taşıyıcıya yüklemek, bindirmek)
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.
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 802.3 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.