Το 3ο κεφάλαιο στο μάθημα Επικοινωνίες Δίκτυα &...
104
ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ-ΔΥΚΤΙΑ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ H/Y ΜΕΣΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΚΕΦ. 3
description
Το 3ο κεφάλαιο στο μάθημα Επικοινωνίες Δίκτυα & Τεχνολογία Η/Υ της Β’ Τάξης ΕΠΑΛ του Τομέα Ηλεκτρονικής. Η παρουσίαση αυτή (μετατροπή PPT σε PDF) είναί ενεργή και συνοδεύεται από κάποια αρχεία τα οποία συνδέονται με υπερσυνδέσεις. Περισσότερες πληροφορίες στην σελίδα : http://www.ilektronikoi.gr/index.php?act=viewCat&catId=17
Transcript of Το 3ο κεφάλαιο στο μάθημα Επικοινωνίες Δίκτυα &...
ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ-ΔΥΚΤΙΑ &ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ H/Y
ΜΕΣΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣΚΕΦ. 3
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑl Μέσα μετάδοσηςl 3.1 Χάλκινα καλώδια.
l 3.1.1 Διαφωνία – Θόρυβοςl 3.1.2 Εύρος ζώνης – εξασθένιση
l 3.2 Ομοαξονικά καλώδια.l 3.3 Ασύρματες ζεύξεις.l 3.4 Οπτικές ίνες.
l 3.4.1 Εισαγωγή.l 3.4.2 Η διάδοση του φωτός.l 3.4.3 Η δομή της οπτικής ίνας και η μετάδοση του φωτός.
l 3.5 Διηπειρωτικές μεταδόσεις.l 3.5.1 Υποβρύχιες διηπειρωτικές ζεύξεις.l 3.5.2 Δορυφορικές ζεύξεις.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 3
Μέσα μετάδοσης
l Το μέσο μετάδοσης είναι απαραίτητοσυστατικό οποιουδήποτε τηλεπικοινωνιακούσυστήματος.
l Το μέσο μετάδοσης σε κάθε τηλεπικοινωνιακόσύστημα αποτελεί το φυσικό δρόμο, η τοκανάλι μέσα από το οποίο περνούν τα σήματα,τα μηνύματα και οι πληροφορίες, οι οποίεςμεταβιβάζονται από τον πομπό στον δέκτη.
l Ένας γενικός διαχωρισμός των μέσων αυτώνείναι :l Ενσύρματα μέσα.l Ασύρματα μέσα.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 4
Μέσα μετάδοσης
l Ως ασύρματο μέσο εννοείται ο αέρας, τοκενό, το νερό, κ.λ.π. μέσα στα οποία μπορούννα διαδοθούν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα ήδιάφορα φωτεινά σήματα που μεταφέρουν τηνχρήσιμη πληροφορία.
l Στα ενσύρματα μέσα ανήκει μία ποικιλία απόυλικά τα οποία χρησιμοποιούνται μέχρι καισήμερα το κάθε ένα για τις ιδιαίτερες ιδιότητέςτου (πλεονεκτήματα – μειονεκτήματα).
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 6
Μέσα μετάδοσης
l Τα σπουδαιότερα ενσύρματα μέσαδιάδοσης που συναντώνται σήμερα σεδιάφορες εφαρμογές είναι τα :
l Καλώδια με ζεύγη χάλκινων καλωδίων.l Ομοαξονικά καλώδια.l Οπτικές ίνες.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 7
3.1 Χάλκινα καλώδια
l Πρόκειται για το απλούστερο και φτηνότερομέσο που μπορεί να χρησιμοποιήσει κανείς γιατην τηλεπικοινωνιακή ζεύξη δύο σημείων.
l Η χρήση του στηρίζεται στην εκμετάλλευση τηςμικρής ωμικής αντίστασης του χαλκού.
l Χρησιμοποιούνται στη μετάδοση :l Τάσεως και ρεύματος τροφοδοσίας.l Ποικίλων αναλογικών σημάτων.l Αλλά και ψηφιακών.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 8
3.1 Χάλκινα καλώδια
l Προκειμένου να επιτευχθεί η ζεύξη,χρησιμοποιούνται συνήθως δύοσυρμάτινοι αγωγοί μονωμένοι μεταξύτους, σχηματίζοντας έτσι ένα χάλκινοζεύγος ή δισύρματο καλώδιο.
l Είναι ιδανικό για χρήση σε ζεύξειςμικρών αποστάσεων (εκατοντάδων -χιλιάδων μέτρων).
l Copper wire and cable From Wikipedia
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 10
3.1.1 Διαφωνία - Θόρυβος
l Σε ένα καλώδιο συνήθωςτοποθετούνται πολλάχάλκινα ζεύγη.
l Τα σύρματα του κάθεζεύγους, λόγω τουσχήματος τους (δύοπαράλληλοι αγωγοί),συμπεριφέρονται σανκεραίες.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 11
3.1.1 Διαφωνία - Θόρυβος
l Ένα μέρος από τηνηλεκτρική ενέργεια πουοδεύει σε ένα ζεύγοςακτινοβολείται καιεπηρεάζει τα γειτονικάζεύγη.
l Ταυτόχρονα κάθε ζεύγοςλαμβάνει τα σήματα απότα γειτονικά του ζεύγη.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 12
3.1.1 Διαφωνία - Θόρυβος
l Το φαινόμενοαυτόονομάζεταιδιαφωνία(crosstalk).
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 13
3.1.1 Διαφωνία - Θόρυβος
l Τα χάλκινα καλώδια λαμβάνουν καιάλλα ανεπιθύμητα σήματα από τοπεριβάλλον όπως :l Από ακτινοβολία άλλων μέσων μετάδοσης.l Από κεραίες εκπομπής.l Από οικιακές συσκευές.l Και από άλλες γειτονικές πηγές.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 14
3.1.1 Διαφωνία - Θόρυβος
l Τα ανεπιθύμητααυτά σήματαδημιουργούν έναρεύμα το οποίοονομάζεταιηλεκτρονικόςθόρυβος.
l ElectronicComputer StartupNoise recordedform an LED
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 15
3.1.1 Διαφωνία - Θόρυβος
l Όσο αυξάνει το μήκος του αγωγού τόσοπερισσότερος θόρυβος συλλέγεται από τοπεριβάλλον.
l Τα καλώδια τα οποία δεν έχουν θωράκισηείναι ακατάλληλα για μεγάλες αποστάσεις.Γιατί παρουσιάζουν μεγάλη ευαισθησία σεπεριβάλλον θορύβου.
l Η ευαισθησία στο θόρυβο σχετίζεται με τηνευκολία με την οποία το μέσο μετάδοσηςεπηρεάζεται από εξωτερικά ανεπιθύμητασήματα.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 16
3.1.1 Διαφωνία - Θόρυβος
l Προκειμένου νααντιμετωπιστούν ταπαραπάνω προβλήματαως ένα σημείο,χρησιμοποιούνται τασυνεστραμμέναδισύρματα ζεύγη.(twisted pair cables).
l Ο βασικός λόγος τηςσυστροφής είναι οπεριορισμός τουθορύβου και τηςδιαφωνίας.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 17
3.1.1 Διαφωνία - Θόρυβος
l Για να αυξηθεί και άλλο ηανοχή των καλωδίων στοθόρυβο, τα μονώνουμεμε εξωτερικό αγώγιμοπροστατευτικόπερίβλημα.
l Τα καλώδια αυτάονομάζονταιθωρακισμένα(shielded).
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 18
3.1.1 Διαφωνία - Θόρυβος
l Για να μειωθείπερισσότερο τοφαινόμενο της διαφωνίαςμπορεί και τα ζεύγημεταξύ τους να είναιθωρακισμένα.
l Επίσης χρησιμοποιείταικαι διαφορετικό βήμασυνέλιξης σε κάθεζεύγος.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 19
3.1.1 Διαφωνία - Θόρυβος
l Το περίβλημα, ανάλογα με τη χρήση τουκαλωδίου, χρησιμοποιείται πολλές φορές καιγια προστασία από μηχανικές,περιβαλλοντικές, χημικές και άλλεςκαταπονήσεις (π.χ υπόγεια καλώδια).
l Κατασκευάζεται από μέταλλο ή ειδικόπλαστικό.
l Αν η μηχανικές καταπονήσεις είναι μεγάλεςτότε χρησιμοποιείται προστατευτικό υλικό απόχάλυβα.
Cable Basics Wire and Cable
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 21
3.1.2 Εύρος ζώνης - Εξασθένισηl Τα δισύρματα (ζεύγος) χάλκινα καλώδιαμπορούν να μεταδώσουν σήματα μεσυχνότητα μερικών εκατοντάδων MHz.
l Σήματα με μεγαλύτερη από την μέγιστησυχνότητα μετάδοσης είναι πρακτικά αδύνατοννα μεταδοθούν.
l Η ακριβής τιμή της μέγιστης συχνότητας, ηοποία μπορεί να μεταδοθεί εξαρτάται από τιςδιστάσεις των αγωγών και την κατασκευή τουςκαι ονομάζεται εύρος ζώνης.
l Το εύρος ζώνης μεγαλώνει όσο μεγαλώνει καιη διάμετρος του κάθε χάλκινου αγωγού.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 22
3.1.1 Διαφωνία - Θόρυβοςl Ανάλογα με τη μέγιστησυχνότητα μετάδοσηςτα χάλκινα καλώδιασυνεστραμμένωνζευγών χωρίζονταισε κατηγορίες.
l Η πιο συνηθισμένηείναι η κατηγορία 5CAT-5 η οποίαχρησιμοποιείταιευρύτατα στα δίκτυαΗ/Υ.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 23
3.1.2 Εύρος ζώνης - Εξασθένιση
lΈνα άλλο μεγάλο πρόβλημα είναι ημεγάλη εξασθένηση τουμεταδιδόμενου σήματος σε σχέσημε την απόσταση.
lΗ εξασθένηση δείχνει πόσομειώνεται η στάθμη της ισχύος σεένα σήμα.
lΜετράται σε db ανά μονάδα μήκους(db/m, db/Km).
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 24
3.1.2 Εύρος ζώνης - Εξασθένιση
l Η εξασθένηση είναι ιδιαίτερα σημαντική σεσήματα που περιέχουν υψηλές συχνότητεςόπως τα ψηφιακά.
l Π.χ. στην συχνότητα του 1MHz έχουμεεξασθένηση περίπου 20db/Km ενώ στηνσυχνότητα των 100MHz έχουμε περίπου230db/Km.
l Άρα τα χάλκινα καλώδια χρησιμοποιούνταικυρίως :a) Για την μεταφορά αναλογικών σημάτων.b) Για την μεταφορά ψηφιακών σημάτων σε μικρέςαποστάσεις.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 26
Εύρος Ζώνης (Band-Width)
l Ονομάζεται το φάσμα των συχνοτήτωνπου μπορούν να διαδοθούνανεμπόδιστα μέσα από το φυσικό μέσο
l Η έννοια αυτή είναι ιδιαίτερα σημαντικήκαθώς ο ρυθμός μετάδοσης ψηφιακώνδεδομένων είναι ανάλογος με τοεύρος ζώνης.
l Bandwidth (computing) From Wikipedia
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 27
3.2 Ομοαξονικά καλώδια
l Ένα άλλο φυσικό μέσο μετάδοσης πουχρησιμοποιείται σε αρκετές εφαρμογές όπωςπ.χ. τηλεόραση είναι το ομοαξονικό καλώδιο.
l Λόγω της κατασκευής του παρουσιάζεικαλύτερη συμπεριφορά στα εξής :l Επιτρέπει τη μετάδοση αναλογικών σημάτων μεμεγάλο εύρος ζώνης τυπικά 500MHz.
l Επιτρέπει την μετάδοση ψηφιακών σημάτων μευψηλό ρυθμό μετάδοσης 10 Gbps.
l Έχει μικρότερη εξασθένηση και επομένως μπορείνα μεταδώσει ένα σήμα σε μεγάλη απόσταση.
l Παρουσιάζει μεγαλύτερη αναισθησία στον θόρυβο.l Είναι ασφαλές.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 28
3.2 Ομοαξονικά καλώδια
l Το ομοαξονικό καλώδιοσχηματίζεται από δύοαγωγούς με κυλινδρικόσχήμα.
l Ο εσωτερικός είναι μέσαστον εξωτερικό κατά τέτοιοτρόπο, ώστε ο δεύτερος ναπεριβάλει πλήρως τονπρώτο.
l Ακριβώς επειδή οι δύοαγωγοί έχουν κοινό άξονα,ονομάζονται ομοαξονικά.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 29
3.2 Ομοαξονικά καλώδια
l Οι δύο αγωγοίδιαχωρίζονται πλήρωςμεταξύ τους με τηχρήση ενός μονωτικούυλικού, το οποίο απότη μία αποτρέπει τηναγώγιμη επαφή μεταξύτους και από την άλληεπιτρέπει τη διάδοσητου σήματος.
l Τα μονωτικά αυτάυλικά ονομάζονταιδιηλεκτρικά.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 30
3.2 Ομοαξονικά καλώδια
l Εξωτερικά το καλώδιοπεριβάλλεται από ειδικόμονωτικό καιπροστατευτικό περίβλημα.
l Η μετάδοση του σήματοςγίνεται μέσωηλεκτρομαγνητικώνκυμάτων.
l Διαδίδονται στοδιηλεκτρικό υλικό μεσυνεχείς ανακλάσειςμεταξύ των δύο αγωγώντου καλωδίου.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 31
3.2 Ομοαξονικά καλώδια
l Ο εξωτερικός αγωγός τουκαλωδίου κατά τη σύνδεσητου στις διάφορεςσυσκευές συνήθωςγειώνεται και τότεονομάζεται εξωτερικόςαγωγός γης.
l Λόγω αυτής τηςκατασκευής του επιδέχεταιελάχιστο θόρυβο καιεξωτερικές παρεμβολές.
l Coaxial cable FromWikipedia Cable noise
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 32
3.2 Ομοαξονικά καλώδια
l Αν κάποια εφαρμογή απαιτεί ζεύξεις μεγάλωναποστάσεων, είναι απαραίτητη η χρήσηενισχυτών – αναμεταδοτών κατά τακτάδιαστήματα.
l Ένα μειονέκτημα είναι οτί λόγω τηςκατασκευής τους είναι αρκετά άκαμπτα καιαπαιτούν επίσης ειδικούς συνδετήρες(connectors) για να συνδεθούν με τις διάφορεςτερματικές συσκευές.
l Υπολογισμός απωλειών σε ομοαξονικόκαλώδιο.
N plug on TriLan 240 coaxialcable Installing
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 34
Ασφάλεια
l Η ασφάλεια του μέσου αναφέρεται στοπόσο ασφαλές είναι το μέσο σεεξωτερικές παρεμβάσεις που σκοπόέχουν την παρεμβολή, την μεταβολή ήκαι την υποκλοπή του μεταδιδόμενουσήματος.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 35
3.3 Ασύρματες ζεύξεις
l Μία από τις σημαντικότερες ζεύξεις, με πολλαπλέςεφαρμογές, είναι η ασύρματη μετάδοση.
l Ασύρματη ονομάζεται η ζεύξη που είναι ανεξάρτητηαπό υλικά μέσα (όπως τα καλώδια) και χρησιμοποιείως μέσο διάδοσης τον αέρα ή το κενό.
l Η ασύρματη μετάδοση στηρίζεται στην διάδοσησημάτων στην ατμόσφαιρα μέσω της χρήσηςκατάλληλων κεραιών.
l Η κεραία είναι ένα σύστημα κατάλληλου σχήματος, τοοποίο επιτρέπει στην ενέργεια να περάσει από τοενσύρματο μέσο μεταφοράς (καλώδιο) στον ελεύθεροχώρο (ασύρματο μέσο), με όσο το δυνατόν καλύτερηαπόδοση.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 36
3.3 Ασύρματες ζεύξειςl Οι κεραίες εκπομπής τροφοδοτούνται μεεναλλασσόμενο ρεύμα από τον πομπό καιακτινοβολούν στον χώρο ηλεκτρομαγνητικά κύματα.
l Οι κεραίες λήψεως λαμβάνουν τα ηλεκτρομαγνητικάκύματα από το χώρο και τα μετατρέπουν σε ηλεκτρικάσήματα.
l Οι βασικές ιδιότητες που καθορίζουν τη λειτουργίαμίας κεραίας είναι το σχήμα της, η συχνότητα στηνοποία λειτουργεί, και το σημείο στο οποίοτροφοδοτείται από τον πομπό.
l Το σχήμα της καθορίζει και την κατευθυντικότητα της.l Κατευθυντικότητα = η κατεύθυνση στην οποία θαακτινοβολούνται τα κύματα, αν είναι κεραία εκπομπής,ή την κατεύθυνση από την οποία θα λαμβάνονται τακύματα αν είναι κεραία λήψης.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 39
3.3 Ασύρματες ζεύξεις
l Στα πλεονεκτήματα της ασύρματης ζεύξηςπεριλαμβάνεται η ανεξαρτησία της από υλικά μέσα.
l Στα μειονεκτήματα περιλαμβάνονται η μεγάλη ισχύςπου απαιτείται, προκειμένου τα σήματα να διαδοθούνσε μεγάλες αποστάσεις. Λόγω της μεγάληςεξασθένησης που παρουσιάζουν κατά την διάδοσητους στην ατμόσφαιρα.
l Ένα άλλο μειονέκτημα είναι η μεγάλη ευαισθησίατους σε παρεμβολές είτε φυσικές (θόρυβος) είτετεχνητές.
l Άρα η ασφάλεια των μεταδιδόμενων πληροφοριώνείναι χαμηλή, είναι σχετικά εύκολη υπόθεση είτε ηπαρεμβολή τους είτε η υποκλοπή τους.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 40
3.3 Ασύρματες ζεύξεις
l Ο θόρυβος σε μια ασύρματη τηλεπικοινωνιακήζεύξη είναι όλα τα σήματα, φυσικά ή τεχνητά,που λαμβάνονται, μαζί με το χρήσιμο σήμα,από την κεραία του δέκτη.
l Όταν ο θόρυβος αυτός φτάσει να γίνει τόσομεγάλος όσο και το σήμα, τότε είναι αδύνατογια το δέκτη να αναγνωρίσει τη χρήσιμηπληροφορία που μεταφέρει το σήμα.
l Προκειμένου να μεταδοθεί η οποιαδήποτεπληροφορία απαιτείται η χρήση ενόςαναλογικού σήματος που ονομάζεται φορέαςή φέρον κύμα.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 41
3.3 Ασύρματες ζεύξεις
l Ανάλογα με την περιοχή συχνοτήτωνστην οποία ανήκει η συχνότητα τουφέροντος σήματος, χαρακτηρίζεται απόμια σειρά ιδιοτήτων, όπως :l Η απόσταση μετάδοσης.l Το εύρος ζώνης.l Και η κατευθυντικότητα.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 42
3.3 Ασύρματες ζεύξεις
l Σήμερα ασύρματες ζεύξεις χρησιμοποιούνταισε διάφορες περιοχές συχνοτήτων ανάλογα μετις απαιτήσεις της κάθε εφαρμογής.
l Προκειμένου να τυποποιηθούν οι διάφορεςπεριοχές συχνοτήτων και οι εφαρμογές για τιςοποίες μπορεί να χρησιμοποιηθεί η κάθεπεριοχή, το σύνολο των συχνοτήτων ή αλλιώςτο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα έχει χωριστεί απότους διεθνείς οργανισμούς σε συγκεκριμένεςπεριοχές.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 45
3.3 Ασύρματες ζεύξεις
l Η επιλογή της κατάλληλης συχνότηταςεξαρτάται κάθε φορά από τις απαιτήσειςτης συγκεκριμένης ζεύξης – εφαρμογής.
l Π.Χ. η χρήση Υ/Σ HF :l Διάδοση σε μεγάλες αποστάσεις.l Μικρή ποσότητα πληροφορίας.l Διάδοση μη κατευθυντική.l Ισχυρά σήματα.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 47
3.3 Ασύρματες ζεύξεις
l Μια περιοχή συχνοτήτων με ιδιαίτεραμεγάλες εφαρμογές, είναι αυτή τωνμικροκυματικών συχνοτήτων, η οποίακαταλαμβάνει μια περιοχή συχνοτήτωναπό 1GHz-3THz.
l Άρχισαν να χρησιμοποιούνται από τηνδεκαετία του 40’ σαν επέκταση τωνραδιοφωνικών συχνοτήτων καιαναπτύχθηκαν με την εξέλιξη τωνσυστημάτων ραντάρ.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 48
3.3 Ασύρματες ζεύξεις
l Η μετάδοση σ’ αυτήν την περιοχήπαρουσιάζει μεγάλα πλεονεκτήματα :l Μεγάλο εύρος ζώνης.l Υψηλούς ρυθμούς μετάδοσηςδεδομένων.
l Μεγάλη κατευθυντικότητα (όσο μεγαλώνειη συχνότητα).
l Ασφαλέστερες έναντι των κοινώνασύρματων ζεύξεων, (θα πρέπει κάποιος ναβρεθεί στην ευθεία που ενώνει το πομπό μετον δέκτη).
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 49
3.3 Ασύρματες ζεύξεις
l Η Στα μειονεκτήματα θα πρέπει νασυμπεριλάβουμε :l Την ευαισθησία τους στα άσχημα καιρικάφαινόμενα.
l Απαιτείται οπτική επαφή μεταξύ πομπούκαι δέκτη.
l Για μεγαλύτερες αποστάσεις απαιτείται ηχρήση αναμεταδοτών.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 50
3.3 Ασύρματες ζεύξεις
l Για ακόμη μεγαλύτερους ρυθμούς μετάδοσηςκαθώς και μεγαλύτερη κατευθυντικότητα (καιασφάλεια) μπορούν να χρησιμοποιηθούν ταυπέρυθρα κύματα καθώς και τα laser.
l Αυτές οι ζεύξεις χρησιμοποιούνται σε μικρέςαποστάσεις λόγω μεγάλης εξασθένησης πουπαρουσιάζουν αυτές οι συχνότητες στηνατμόσφαιρα.
l Free-space optical communication From Wikipedial Οι οπτικές ίνες μπορούν να οδηγήσουν το φωςαπό τις πηγές laser σε πολύ μεγάλες αποστάσεις.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 51
3.3 Ασύρματες ζεύξεις
l Οι περιοχές του φάσματος στις οποίες εκπέμπουνείναι :l Η υπέρυθρη.l Η ορατή.l Και η υπεριώδης.
l Οι πηγές με τόσο μεγάλη συχνότητα, χαρακτηρίζονταιμόνο από το μήκος κύματος (λ) και ονομάζονταιφωτεινές πηγές, ή οπτικές πηγές.
l Η συχνότητα υπολογίζεται από την σχέση :l F=c/λ όπου c=3*108 m/s.l Στις πηγές αυτές, η συχνότητα συνήθως αναφέρεταισαν «χρώμα», ενώ η εκπομπή τους, λέγεται καιακτινοβολία ή φωτισμός.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 52
3.3 Ασύρματες ζεύξεις
l Radios broadcast into the ultravioletl Communication in the Ultraviolet Annual
Review of Ecology and Systematicsl Ultraviolet Radios Beam to Life
ElectromagneticSpectrum Basics
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 53
Κατευθυντικότητα
l Ονομάζεται η ιδιότητα που έχουνορισμένα μέσα μετάδοσης νακατευθύνουν το διαδιδόμενο κύμα ήσήμα προς μία συγκεκριμένη διεύθυνση.
l Η έλλειψη κατευθυντικότητας σημαίνειτην απώλεια σημαντικού μέρους τηςισχύος του σήματος μια και αυτό θαδιαδίδεται προς όλες τις κατευθύνσειςάσχετα αν ο παραλήπτης βρίσκεται σεμία συγκεκριμένη.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 54
3.4 Οπτικές ίνες 3.4.1 Εισαγωγήl Οι οπτικές ίνες (optical
fiber) είναι ίνεςγυαλιού, οι οποίες έχουντην ιδιότητα ναεγκλωβίζουν τις φωτεινέςακτίνες (φως) και να τιςοδηγούν προς μίακατεύθυνση.
l Η χρήση τους στηρίζεταιστην ιδέα τηςχρησιμοποίησης τουφωτός ως φορέα τηςπληροφορίας αντί για τορεύμα, το οποίοχρησιμοποιείται σταχάλκινα καλώδια.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 55
3.4 Οπτικές ίνες 3.4.1 Εισαγωγή
l Για να επιτευχθείαυτό, χρησιμοποιείταιστον πομπό μια πηγήφωτός ή αλλιώς μιαφωτεινή πηγή.
l Η πηγή αυτή παράγειένα φωτεινό σήμα, τοοποίο διαμορφώνεταιμε τις πληροφορίεςπου πρέπει ναμεταδοθούν από τονπομπό προς τοδέκτη.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 56
3.4 Οπτικές ίνες 3.4.1 Εισαγωγή
l Η διαμόρφωσή μπορεί να γίνει αναβοσβήνονταςτην πηγή του φωτός με το ρυθμό τηςπληροφορίας, δηλαδή το ένα (1) να αντιστοιχεί σεφως και το μηδέν (0) σε σκότος.
l Το φως που παράγουν οι φωτεινές πηγέςβρίσκεται στην περιοχή του υπέρυθρου και δενείναι ορατό από το ανθρώπινο μάτι.
l Στην άλλη πλευρά της οπτικής ίνας (στο δέκτη)υπάρχει ένας ανιχνευτής φωτός. Ο οποίος ότανφωτίζεται, παράγει ένα μικρό ρεύμα.
l Έτσι μετατρέπει τα φωτεινά σήματα σε ηλεκτρικάκαι η πληροφορία μας σε ηλεκτρικά σήματα.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 57
3.4 Οπτικές ίνες 3.4.1 Εισαγωγή
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 58
3.4.2 Η διάδοση του φωτός
l Η διάδοση του φωτός στις οπτικές ίνεςμπορεί να περιγραφεί με την γεωμετρικήοπτική.
l Στην γεωμετρική οπτική το φως παριστάνεταιμε ακτίνες οι οποίες κινούνται σε ευθείεςγραμμές (όταν το μέσο είναι ομογενές).
l Το φως όταν συναντήσει μια επιφάνειαπου διαχωρίζει δύο διαφανή μέσα μπορείείτε να ανακλαστεί είτε να υποστείδιάθλαση. Π.χ. μια τέτοια διαχωριστικήεπιφάνεια είναι αυτή μεταξύ του αέρα και τουνερού.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 59
3.4.2 Η διάδοση του φωτός
l Τα παραπάνω μπορούν να γίνουν κατανοητά μετο παράδειγμα του μισοβυθισμένου μολυβιού στονερό.
l Η γωνία με την οποία αποκλίνει η διαθλώμενηακτίνα εξαρτάται από την οπτική πυκνότητατου κάθε μέσου.
l Το μέτρο της οπτικής πυκνότητας ενός μέσου είναιο δείκτης διάθλασης του.
l Ο δείκτης διάθλασης ενός μέσου (n) είναι ολόγος της ταχύτητας του φωτός στο κενό(c=3*108m/s) προς την ταχύτητα του φωτόςστο μέσο.
l n=c/u.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 60
3.4.2 Η διάδοση του φωτόςl Η ταχύτητα του φωτόςσε οποιοδήποτε άλλομέσο (u) είναι μικρότερηαπό την ταχύτητα τουστο κενό.
l Άρα ο δείκτηςδιάθλασης (n) είναιπάντα μεγαλύτεροςαπό την μονάδα.
l Ο δείκτης διάθλασης τουγυαλιού μπορεί νατροποποιηθεί κατά τηδιάρκεια κατασκευής τουεάν προσθέσουμεδιάφορα υλικά.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 61
3.4.2 Η διάδοση του φωτός
l Αν τοποθετήσουμεμια φωτεινή πηγήμέσα σε ένα πυκνόμέσο με μεγάλοδείκτη διάθλασής,όταν οι ακτίνες αυτέςσυναντήσουν τηδιαχωριστικήεπιφάνεια ενόςάλλου μέσου μεμικρότερο δείκτη τότεθα έχουμε :
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 62
3.4.2 Η διάδοση του φωτός
l Μερικές ακτίνεςδιαθλώνται καιεισέρχονται στοδεύτερο μέσο(ακτίνα 2).
l Μερικές ακτίνεςανακλώνται στοπρώτο μέσο (ακτίνα3).
l Ένα μέρος από τηνακτίνα 4 ανακλάταικαι παραμένει στογυαλί (ακτίνα 1).
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 63
3.4.2 Η διάδοση του φωτόςl Οι ακτίνες οι οποίες δενκαταφέρνουν ναδιαπεράσουν τηνδιαχωριστική επιφάνεια(ακτίνα 3) παθαίνουνολική εσωτερικήανάκλαση.
l Η πιο μικρή γωνία θ, γιατην οποία οι ακτίνες δεδιαθλώνται, αλλάανακλώνται καιπαραμένουν στο αρχικόμέσο, ονομάζεται οριακήή κρίσιμη γωνία.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 64
3.4.3 Η δομή της οπτικής ίνας και ημετάδοση του φωτόςl Οι οπτικές ίνες κατασκευάζονταιαπό γυαλί υψηλής καθαρότητας καιστην τελική της μορφή μοιάζει πολύμε μία λεπτή διάφανη τρίχα.
l Στο εσωτερικό της μεταδίδετε τοφως, το περίβλημα το οποίοβρίσκεται εξωτερικά εξασφαλίζει ότιτο φως θα παραμένει συνεχώς μέσαστην ίνα.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 65
3.4.3 Η δομή της οπτικής ίνας και ημετάδοση του φωτόςl Το κεντρικό μέροςτης ίνας ονομάζεταιπυρήνας.
l Το περίβλημα έχειμικρότερο δείκτηδιάθλασης από τονπυρήνα και τονκαλύπτει κυλινδρικά.
l Ο πυρήνας (core)και το περίβλημα(cladding) μοιάζουνμε κυλίνδρους μεκοινό άξονα.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 66
3.4.3 Η δομή της οπτικής ίνας και ημετάδοση του φωτόςl Για λόγους προστασίαςτοποθετείται κατά τηδιάρκεια κατασκευήςτης ίνας, μία επικάλυψη(πρόσθετοπροστατευτικόπερίβλημα buffercoating) απόσυνθετικό ή πολυμερέςυλικό το οποίο αυξάνειτην αντοχή της.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 67
3.4.3 Η δομή της οπτικής ίνας και ημετάδοση του φωτόςl Το φως που εισάγεται στον πυρήνα οδεύει στοεσωτερικό του με διαδοχικές ανακλάσεις στηνεπιφάνεια διαχωρισμού πυρήνα – περιβλήματος.
l Με τις ολικές ανακλάσεις το φως ανακλάταιδιαδοχικά και συνεχίζει την πορεία του στονπυρήνα, χωρίς καμία ακτίνα να διαθλαστεί και ναδιαφύγει στο περίβλημα.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 68
3.4.3 Η δομή της οπτικής ίνας και ημετάδοση του φωτόςl Έτσι η συνολική φωτεινή ενέργειαπαραμένει εγκλωβισμένη στο εσωτερικότης οπτικής ίνας, με αποτέλεσμα να μπορείνα διανύσει πολύ μεγάλες αποστάσεις μεελάχιστες απώλειες, σε σχέση μεοποιοδήποτε άλλο μέσο μετάδοσης.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 69
3.4.3 Η δομή της οπτικής ίνας και ημετάδοση του φωτόςl Ανάλογα με τηνδιάμετρο τουπυρήνα και τηνδιάδοση τωνφωτεινών ακτίνωνυπάρχουν οι εξήςκατηγορίες ινών :
l Η πολύτροπη(multimode).
l Η μονότροπη(single mode ήmonomode).
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 70
3.4.3 Η δομή της οπτικής ίνας και ημετάδοση του φωτόςl Στην πολύτροπη διάδοση ένα φωτεινό σήμα, το οποίοαποτελείται από πολλές φωτεινές ακτίνες, εισέρχεταιστον πυρήνα της οπτικής ίνας.
l Η κάθε ακτίνα ανακλάται με διαφορετική γωνία στατοιχώματα του περιβλήματος.
l Ανάλογα με τη γωνία με την οποία εισέρχεται η κάθεακτίνα οδεύει κατά μήκος της οπτικής ίνας διανύονταςδιαφορετικό δρόμο.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 71
3.4.3 Η δομή της οπτικής ίνας και ημετάδοση του φωτόςl Επειδή ακριβώς υπάρχουν πολλοί τρόποι μετάδοσηςπου αντιστοιχούν στις διαδρομές των ακτίνων, ηδιάδοση αυτή ονομάζεται πολύτροπη (multimode) και οιίνες πολύτροπες ίνες.
l Όπως είναι λογικό, ό κάθε τρόπος μετάδοσης έχειδιαφορετικό μήκος.
l Επομένως, η κάθε ακτίνα φτάνει σε διαφορετικό χρόνοστην άλλη άκρη της οπτικής ίνας.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 72
3.4.3 Η δομή της οπτικής ίνας και ημετάδοση του φωτόςl Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη σημαντικήπαραμόρφωση του σήματος.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 73
3.4.3 Η δομή της οπτικής ίνας και ημετάδοση του φωτόςl Επιπλέον, λόγωτου ότι κάποιεςαπό τις ακτίνεςδεν επιτυγχάνουνολική ανάκλαση,η μέθοδος αυτήδιάδοσηςεπιφέρει κάποιαπρόσθετηεξασθένηση στοφωτεινό σήμα.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 74
3.4.3 Η δομή της οπτικής ίνας και ημετάδοση του φωτόςl Οι πολύτροπεςοπτικές ίνεςχωρίζονται σε δύοβασικές κατηγορίες,ανάλογα με την τιμήτου δείκτη διάθλασηςστον πυρήνα :l Ίνες βηματικού δείκτηδιάθλασης (step index).
l Ίνες διαβαθμισμένουδείκτη διάθλασης(graded index).
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 75
3.4.3 Η δομή της οπτικής ίνας και ημετάδοση του φωτόςl Οι ίνες βηματικού δείκτη χαρακτηρίζονται απόαπότομη μεταβολή του δείκτη διάθλασηςμεταξύ του πυρήνα και περιβλήματος.
l Έχουν διαστάσεις 50/125 μm και 62,5/125 μm,το πρώτο νούμερο είναι η διάμετρος του πυρήνα,ενώ το δεύτερο η εξωτερική διάμετρος της ίνας.
l Η εξασθένηση είναι 10-50 dB ανά χιλιόμετρο.l Είναι οι πιο απλές και φθηνές, για εφαρμογέςπου δεν έχουν μεγάλες απαιτήσεις σε εύροςζώνης.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 76
3.4.3 Η δομή της οπτικής ίνας και ημετάδοση του φωτόςl Η δεύτερη κατηγορία πολύτροπων ινών είναι οι ίνεςδιαβαθμισμένου δείκτη διάθλασης.
l Σε αυτές τις ίνες ο δείκτης διάθλασης μεταβάλλεταιομαλά από το κέντρο του πυρήνα προς το περίβλημα.
l Η διαφορά αυτή στο δείκτη διάθλασης αναγκάζει τιςακτίνες να φθάσουν ταυτόχρονα στην άλλη άκρη τηςοπτικής ίνας, παρόλο που η κάθε μία διανύει διαφορετικήαπόσταση.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 77
3.4.3 Η δομή της οπτικής ίνας και ημετάδοση του φωτόςl Η εξασθένηση είναι 7-15 dB ανάχιλιόμετρο.
l Οι ίνες αυτές χρησιμοποιούνται σε δίκτυακαι σε εφαρμογές που απαιτούν μεγάλοεύρος ζώνης.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 78
3.4.3 Η δομή της οπτικής ίνας και ημετάδοση του φωτόςl Έχει αποδειχθεί πως όσο μικρότερη είναι η διάμετροςτου πυρήνα, τόσο λιγότεροι τρόποι μετάδοσηςυπάρχουν.
l Όταν αυτή η διάμετρος μειωθεί και γίνει παραπλήσια μετο μήκος κύματος του φωτεινού σήματος, απομένει μόνοένας τρόπος μετάδοσης, ο αξονικός.
l Η μετάδοση αυτή ονομάζεται μονότροπη (singlemode).
l Η διάμετρος είναι 9/125 και η εξασθένηση σε φως μεμήκος κύματος 1,5 μm είναι μόλις 0,19 dB ανάχιλιόμετρο.
l Είναι η καταλληλότερη για ζεύξεις μεγάλων αποστάσεωνκαι εκεί που απαιτούνται υψηλοί ρυθμοί μετάδοσης.
l Είναι δύσκολο να εισαχθεί αρκετό φως λόγο τηςδιαμέτρου.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 79
3.4.3 Η δομή της οπτικής ίνας και ημετάδοση του φωτός
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 80
3.4.3 Η δομή της οπτικής ίνας και ημετάδοση του φωτόςl Η περιοχή τουφάσματος από 1,5– 1,6 μmονομάζεταιπαράθυρο χαμηλήςεξασθένησης.(παράθυρο β).
l Υπάρχει και έναδεύτερο παράθυροτο (α) το οποίοχρησιμοποιείταιόλο και πιο σπάνια.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 81
3.4.3 Η δομή της οπτικής ίνας και ημετάδοση του φωτόςl Βασικά πλεονεκτήματα :l Οι οπτικές ίνες διαθέτουν πολύ μεγάλο εύροςζώνης συχνοτήτων, με αποτέλεσμα ναεπιτυγχάνουν υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης,που, με πολυπλεξία, φθάνουν και τα 128 Gbit/s.
l Λόγω της κατασκευής τους είναι ανεπηρέαστεςαπό ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία.
l Είναι επίσης και ιδιαίτερα ασφαλές, είναι σχεδόναδύνατη η εξωτερική επέμβαση για τηνυποκλοπή ή την παρεμβολή των μεταφερόμενωνσημάτων.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 82
3.4.3 Η δομή της οπτικής ίνας και ημετάδοση του φωτόςl Βασικά πλεονεκτήματα :l Τα σήματα που μεταδίδονται σε οπτικές ίνεςεξασθενούν ελάχιστα σε σχέση με τα άλλαενσύρματα μέσα.
l Τόσο ο όγκος, όσο και το βάρος των οπτικώνινών είναι σημαντικά μικρότερος από άλλακαλώδια.
l Δεν παρουσιάζουν κίνδυνο σπινθήρων γι’ αυτόκαι προτιμώνται σε περιοχές υψηλού κινδύνουαπό σπινθήρες. Ταυτόχρονα δεν επηρεάζονταιαπό την υγρασία.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 83
3.4.3 Η δομή της οπτικής ίνας και ημετάδοση του φωτόςl Στα μειονεκτήματα :l Η δυσκολία σύνδεσης των οπτικών ινώνμε άλλα εξαρτήματα.
l Η ευθυγράμμιση της ίνας με την φωτεινήπηγή του πομπού. Καθώς και με άλληοπτική ίνα.
lΜικρές αποκλίσεις στην ευθυγράμμισηαυτή μπορούν να προξενήσουν μεγάληαπώλεια του φωτεινού σήματος.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 84
Internet - video
l Optical fiber From Wikipedial Εφαρμογές οπτικών ινών.l Οπτικοί ενισχυτές.
How It's Made Fiber Optics
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 85
Πηγές εκπομπής οπτικών σημάτων
l Υπάρχουν δύο βασικές κατηγορίες πηγών οπτικώνσημάτων.
l Οι πηγές λέιζερ (Laser Light Amplification ofSimulated Emission of Radiation) με πλεονεκτήματα :l Μεγαλύτερη ισχύς εκπομπής.l Υψηλότερο ρυθμό μετάδοσης.l Είναι σχεδόν μονοχρωματική που σημαίνει ότιεκπέμπει σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος.
l Οι διόδους εκπομπής (LED Light Emitting Diode) μεπλεονεκτήματα ;l Χαμηλότερο κόστος.l Μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.l Μικρή ευαισθησία σε μεταβολές της θερμοκρασίας.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 86
Εφαρμογές οπτικών ινών
l Σε τοπικά δίκτυα Η/Υ για επικοινωνίες δεδομένωνυψηλών ταχυτήτων.
l Στα αστικά δίκτυα όπου απαιτείται η κάλυψη μεγάλωναποστάσεων με υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης.
l Σε τηλεπικοινωνιακές ζεύξεις μεγάλων αποστάσεωντόσο επίγειες όσο και υποβρύχιες.
l Σε συνδέσεις σε βιομηχανικές περιοχές με υψηλόεπίπεδο ηλεκτρομαγνητικού θορύβου αλλά και υψηλούκινδύνου για εκρήξεις από σπινθήρες.
l Για μετάδοση δεδομένων με υψηλές απαιτήσειςασφάλειας από εξωτερικές παρεμβολές καιυποκλοπές, όπως τα στρατιωτικά δίκτυα.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 87
Οπτικοί Ενισχυτές
l Το 1987 οι ερευνητές του πανεπιστημίου τουΣαουθάμπτον στην Αγγλία και της ΑΤ&Τ στηνΑμερική, ανακάλυψαν μια ίνα με προσμίξεις, ηοποία μπορούσε να ενισχύσει το οπτικό σήμαπου μεταδίδονταν στο εσωτερικό της.
l Η σπουδαία αυτή ανακάλυψη οδήγησε στηνανάπτυξη των οπτικών ενισχυτών, κάνονταςπεριττή τη μετατροπή του οπτικού σήματος σεηλεκτρικό, προκειμένου αυτό να ενισχυθεί καιστην συνέχεια να ξαναμετατραπεί σε οπτικό,για να συνεχιστεί η διάδοση.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 88
3.5 Διηπειρωτικές μεταδόσεις
l Μια ειδική κατηγορία τηλεπικοινωνιακώνζεύξεων είναι αυτή που αφορά τιςδιηπειρωτικές μεταδόσεις, λόγωμεγάλων αποστάσεων.
l Στις διηπειρωτικές μεταδόσειςχρησιμοποιούνται τόσο ενσύρματα όσοκαι ασύρματα μέσα μετάδοσης.
l Ομοαξονικά καλώδια, οπτικές ίνες,δορυφορικές ζεύξεις με την χρήσημικροκυμάτων.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 89
3.5.1 Υποβρύχιες διηπειρωτικέςζεύξειςl Η πόντιση καλωδίων στους ωκεανούς για την σύνδεσητηλεπικοινωνιακών δικτύων σε διηπειρωτικέςαποστάσεις, δεν είναι νέα.
l Εδώ και πολλά χρόνια ποντίζονται καλώδια για τιςανάγκες της διεθνούς τηλεφωνίας.
l Η εμφάνιση των οπτικών ινών οδήγησε, πολύγρήγορα, στην πλήρη επικράτηση τους έναντι όλωντων άλλων.
l Από τις αρχές της δεκαετίας του 1980 τέθηκαν σελειτουργία υπερατλαντικά καλώδια οπτικών ινών(ΤΑΤ), που συνδέουν Αμερική και Ευρώπη.
l Transatlantic communications cable From Wikipedia
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 90
3.5.1 Υποβρύχιες διηπειρωτικέςζεύξειςl Η βελτίωση της τεχνολογίας κατασκευήςοπτικών ινών, των καλωδίων και τηςοπτικοηλεκτρονικής οδήγησε στηνεκμετάλλευση ενός μεγάλου μέρους τουεύρους ζώνης.
l Το άμεσο αποτέλεσμα ήταν το κόστοςπόντισης οπτικών καλωδίων, αν και τεράστιο,(335 εκατομμύρια $ για το ΤΑΤ 8 το πρώτοκαλώδιο οπτικών ινών) να μειώνεται συνεχώς,μιας και μέσα από το ίδιο καλώδιο μπορείπλέον να περνά τεράστιος αριθμόςτηλεπικοινωνιακών ζεύξεων.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 91
3.5.1 Υποβρύχιες διηπειρωτικέςζεύξειςl Σήμερα πλέον το μεγαλύτερο μέρος τουπλανήτη είναι δικτυωμένο με υποβρύχιακαλώδια οπτικών ινών.
l Τα καλώδια αυτά έχουν πολύ περισσότερεςπροστασίες από τα συνηθισμένα καλώδια.
l Είναι σχετικά ογκώδη και βαριά, εξαιτίας τωναπαραίτητων ενισχύσεων που πρέπει ναδιαθέτουν για να αντέξουν στο περιβάλλον τωνωκεανών.
l Διαθέτουν μικρό σχετικά αριθμό οπτικών ινών(12) και εξωτερική ενίσχυση που εξαρτάταιαπό το βάθος στο οποίο θα ποντιστούν.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 92
3.5.1 Υποβρύχιες διηπειρωτικέςζεύξειςl Εξωτερικά διαθέτουν μεταλλική ενίσχυση για αντοχήστις μηχανικές καταπονήσεις, λόγω της πίεσης και τωνρευμάτων των ωκεανών και πιθανών επιθέσεων απόμεγάλα ψάρια και θηλαστικά (καρχαρίες. κ.λ.π.).
l Η εξασθένηση των οπτικών ινών, αν και πολύ μικρή,γίνεται σημαντική λόγο των πολύ μεγάλωναποστάσεων, για αυτό τον λόγο τοποθετούνται μέσαστα υποβρύχια καλώδια και οπτικοί ενισχυτές.
l Λόγω της δυσκολίας κατασκευής και τηςεγκατάστασης του υπάρχουν ελάχιστες εταιρείες στονκόσμο που μπορούν να πραγματοποιήσουνυποβρύχιες ζεύξεις.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 93
3.5.1 Υποβρύχιες διηπειρωτικέςζεύξειςl Submarine communications cable From
Wikipedial Cable layer From Wikipedial Trans-Atlantic Internet Cables May Be Filled
by 2014
Mackay BennettTransatlantic Cable
Repair Ship
AnimationSubmarine cablesystem shore end
How underseacables are laid
Modern_Marvels__Transatlantic_Cable
44 λεπτά
laying the first trans-Atlantic cable, July 1866
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 96
3.5.2 Δορυφορικές ζεύξεις
l Το πρώτο, σύστημα δορυφορικώνεπικοινωνιών εμφανίστηκε το 1958 με τονπρώτο δορυφόρο που εκτοξεύτηκε από τιςΗΠΑ.
l Το πρώτο εμπορικό δίκτυο δορυφορικώνεπικοινωνιών τέθηκε σε λειτουργία στις 6Απριλίου του 1965 με την βοήθεια τουδορυφόρου Early Bird.
l Τα πρώτα δορυφορικά συστήματα δεν ήτανβιώσιμα, μια και δεν υπήρχε τεχνικήδυνατότητα να τεθούν δορυφόροι σε υψηλέςτροχιές.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 97
3.5.2 Δορυφορικές ζεύξεις
l Το όριο της εποχής εκείνης ήταν τα 10χιλιόμετρα.
l Η χαμηλή αυτή τροχιά είχε σαν συνέπειαο δορυφόρος να κινείται με ταχύτηταμεγαλύτερη από την περιστροφή τηςγης, πράγμα που σημαίνει ότι οι κεραίεςτου σταθμού βάσης θα πρέπει ναπεριστρέφονται συνεχώς προκειμένουνα βρίσκονται μέσα στο οπτικό πεδίο τουδορυφόρου.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 99
3.5.2 Δορυφορικές ζεύξεις
l Με την εξέλιξη της δορυφορικής και πυραυλικήςτεχνολογίας εμφανίστηκαν οι γεωστατικοί (GEO)δορυφόροι.
l Πρόκειται για δορυφόρους που τίθενται σε τροχιά38.880 από την επιφάνεια της γης και με ταχύτηταπεριστροφής 11.040 χλμ./ώρα, ώστε να μένουνσταθεροί πάνω από το ίδιο σημείο της γης.
l Ο γεωστατικός δορυφόρος έχει περίοδο περιστροφήςίση με την περίοδο περιστροφής της γης (23 ώρες,56λεπτά, 4,1 δευτερόλεπτα) και καλύπτει μια περιοχή μεάνοιγμα 120 μοίρες.
l Έτσι με τρεις γεωστατικούς δορυφόρους μπορεί νακαλυφθεί ολόκληρη ή γη.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 101
3.5.2 Δορυφορικές ζεύξεις
l Πλεονεκτήματα :l Οι δορυφόροι καλύπτουν εφαρμογές μεαπαιτήσεις σε εύρος ζώνης.
l Δεν επηρεάζονται καθόλου από την απόστασημεταξύ των επικοινωνούντων.
l Μειονεκτήματα - περιορισμοί :l Έχουν μεγάλους χρόνους μετάδοσης, καθώςγια να διανύσει ένα σήμα την διαδρομή απόκαι προς τον δορυφόρου, χρειάζεταισημαντικός χρόνος (περίπου 0,3 sec).
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 102
3.5.2 Δορυφορικές ζεύξεις
l Μειονεκτήματα - περιορισμοί :l Δεν παρέχει καμία ασφάλεια, καθώς ταμεταδιδόμενα σήματα μπορούν να ληφθούν μεμεγάλη ευκολία από τον οποιοδήποτε, γιααυτό και τα δεδομένα κρυπτογραφούνται.
l Η μεγάλη απόσταση του δορυφόρου από τηνγη προκαλεί πολύ μεγάλη εξασθένηση τουσήματος, η βροχή εισάγει επιπλέονεξασθένηση και μπορεί να μειώσει ή και ναδιακόψει μια σύνδεση.
l Για αυτό τον λόγο απαιτείται μεγάλη ισχύςεκπομπής στους πομπούς και ιδιαίτεραευαίσθητους δέκτες.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 103
3.5.2 Δορυφορικές ζεύξεις
l Satellite From Wikipedial Communications satellite From
Wikipedial List of communication satellite
companies From Wikipedial List of communications satellite firsts
From Wikipedial Αναμεταδότης.
6/3/2013 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 104
Ο αναμεταδότης
l Ο δορυφόρος λειτουργεί ως αναμεταδότης.l Ο αναμεταδότης είναι γενικά ένα σύστημα πουέχει τη δυνατότητα να λαμβάνει έναμεταδιδόμενο σήμα σε κάποιο ενδιάμεσοσημείο της διαδρομής του και το αποστέλλειξανά προς την κατεύθυνση του δέκτη.
l Αφού πρώτα το ενισχύσει, προκειμένου ναακυρώσει την επίδραση της εξασθένησης πουέχει υποστεί μέχρι εκείνη τη στιγμή.
