در دنیای امروز، سرعت انتقال داده‌ها به یکی از حیاتی‌ترین نیازها تبدیل شده‌است. از ارتباطات روزمره گرفته تا صنایع پیشرفته، همه به‌دنبال راهکارهایی برای انتقال سریع و مطمئن اطلاعات هستند. در این میان، فیبر نوری به‌عنوان یک فناوری انقلابی، نقش کلیدی ایفا می‌کند. پهنای باند فیبر نوری، می‌تواند به بیش از ۱۰۰ گیگابایت بر ثانیه برسد. این قابلیت استثنایی، فیبر نوری را به ابزاری ایده‌آل برای پاسخگویی به نیازهای رو به رشد در زمینه اینترنت پرسرعت، ویدئو کنفرانس‌ها و انتقال داده‌های حجیم تبدیل کرده است.
پهنای باند فیبر نوری چیست؟
پهنای باند فیبر نوری به محدوده‌ای از فرکانس‌ها اشاره دارد که می‌توانند با کمترین تضعیف، داده‌ها را در یک مسیر ارتباطی منتقل کنند. این مفهوم از حوزه مهندسی برق اقتباس شده و در دنیای مخابرات، به میزان داده‌هایی که قادرند در واحد زمان از طریق یک فیبر نوری منتقل شوند، اشاره دارد. برخلاف سیستم‌های سنتی مانند کابل‌های مسی،کابل فیبر نوری از پالس‌های نوری برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کند که این امر منجر به ظرفیت بسیار بالاتر و کاهش تاخیر در انتقال اطلاعات می‌شود.
پهنای باند فیبر نوری به‌صورت مستقیم با ظرفیت انتقال داده مرتبط است. این فناوری از یک هسته شفاف (از جنس شیشه یا پلاستیک) برای هدایت نور استفاده می‌کند. هسته توسط لایه‌ای به نام روکش پوشانده شده که مانع از انحراف نور می‌شود و آن را در مسیر درست هدایت خواهد کرد. در این سیستم، پهنای باند فیبر نوری به‌معنای توانایی انتقال حجم مشخصی از داده‌ها در یک بازه زمانی مشخص است و به واحد بیت بر ثانیه (bps) اندازه‌گیری می‌شود.
پهنای باند فیبر نوری چقدر است؟
در فیبر نوری، داده‌ها به‌صورت پالس نوری منتقل می‌گردند که سرعت انتقال را به شدت افزایش می‌دهد. پهنای باند فیبر نوری در مقایسه با شبکه‌های تلفن همراه، ADSL و VDSL، سرعت بسیار بالاتری دارد و این ویژگی آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهای نیازمند پهنای باند بالا مانند استریم ویدئوهای 4K، بازی آنلاین و انتقال داده‌های حجیم تبدیل کرده است.
میزان پهنای باند فیبر نوری به عوامل مختلفی، به‌خصوص نوع فیبر نوری بستگی دارد. فیبر نوری تک حالته، که برای مسافت‌های طولانی مناسب است، قابلیت انتقال داده‌ها با پهنای باند بالا را در فواصل زیاد حفظ می‌کند. در مقابل، فیبر نوری چند حالته برای مسافت‌های کوتاه‌تر و محیط‌های داخلی طراحی شده و پهنای باند کمتری دارد. علاوه بر نوع فیبر، دیگر عوامل مانند طراحی کابل و کیفیت تجهیزات فیبر نوری نیز بر پهنای باند تاثیرگذار هستند.
با استفاده از فیبر نوری، امکان انتقال داده‌ها با سرعت‌های بیش از 100 گیگابیت بر ثانیه وجود دارد.
بیشترین میزان پهنای باند فیبر نوری
در سال‌های اخیر، محققان موفق به ثبت رکوردهای جدیدی در زمینه سرعت فیبر نوری شده‌اند. یکی از این رکوردها توسط گروهی از پژوهشگران ژاپنی ثبت شده که توانستند با استفاده از تکنیک هم‌تافتن و رمزگذاری اطلاعات در 55 فرکانس نوری مختلف، نرخ انتقال 1.53 پتابایت (PB) بر ثانیه را ثبت کنند. این رکورد نشان‌دهنده پتانسیل بالای پهنای باند فیبر نوری است که می‌تواند ترافیک اینترنت جهانی را از طریق یک کابل حمل کند.
پهنای باند فیبر نوری به‌دلیل استفاده از فرکانس‌های مختلف نور در تمام طیف‌های نوری، قادر است حجم زیادی از داده‌ها را با سرعت فوق‌العاده بالا منتقل کند. این دستاورد با بهره‌گیری از فناوری‌های تقویت نوری پیشرفته و تنظیم‌کننده‌های سیگنال ممکن شده‌است. در نهایت، محققان توانستند به سرعت انتقال داده‌ها با نرخ 1.02 پتابیت بر ثانیه دست یابند، که تقریبا یک میلیون برابر بیشتر از پهنای باند اینترنت خانگی است.
مقایسه پهنای باند فیبر نوری با ADSL و شبکه تلفن همراه
پهنای باند فیبر نوری، به‌ویژه در فناوری‌های تک حالته، می‌تواند به بیش از ۱۰۰ گیگابیت بر ثانیه برسد. این ویژگی، آن را به انتخابی ایده‌آل برای انتقال داده‌های حجیم و اینترنت پرسرعت تبدیل می‌کند. همچنین، فیبر نوری در مسافت‌های طولانی افت سیگنال کمتری دارد، که باعث می‌شود در مقایسه با دیگر فناوری‌ها، پهنای باند آن بدون کاهش حفظ شود. همچنین سرعت دانلود و آپلود در فیبر نوری کاملا یکسان است.
در مقابل، پهنای باند ADSL که از خطوط تلفن مسی برای انتقال داده استفاده می‌کند، نسبت به پهنای باند فیبر نوری به مراتب کمتر است. حداکثر پهنای باند ADSL در شرایط ایده‌آل به حدود ۲۴ مگابیت بر ثانیه می‌رسد. این مقدار به‌طور قابل‌توجهی کمتر از پهنای باند فیبر نوری است. علاوه بر این، سرعت دانلود و آپلود در ADSL به‌صورت نامتقارن بوده، به‌طوری‌که سرعت دانلود معمولا بیشتر از آپلود می‌باشد.
شبکه تلفن همراه، به‌ویژه با ظهور 5G، توانسته به سرعت‌های قابل‌توجهی دست یابد. پهنای باند شبکه 5G به‌طور نظری به ۱۰ گیگابیت بر ثانیه می‌رسد، اما در عمل این سرعت بسته به شرایط مختلف متفاوت خواهد بود. این در حالیست که شبکه‌های 4G سرعت‌هایی در حدود ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه را ارائه می‌دهند. اگرچه شبکه تلفن همراه 5G سرعت‌های بالاتری نسبت به ADSL ارائه می‌دهد، اما هنوز هم از پهنای باند فیبر نوری فاصله بسیاری دارد.
پهنای باند فیبر نوری بسیار بالاتر از سایر فناوری‌های ارتباطی مانند ADSL و DSL است.
انواع فیبر نوری حداکثر پهنای باند آن‌ها
پهنای باند فیبر نوری یکی از عوامل اصلی در تعیین عملکرد و سرعت انتقال داده‌ها در شبکه‌های ارتباطی است. فیبر نوری به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شود که هر کدام ویژگی‌ها و قابلیت‌های خاص خود را دارند.
- فیبر نوری شیشه‌ای: این نوع فیبر نوری به‌دلیل استفاده از شیشه در ساختار هسته، دارای قابلیت‌های منحصر به فردی در انتقال داده‌ها با سرعت‌های بالاست. پهنای باند فیبر نوری شیشه‌ای در مقایسه با دیگر انواع فیبرها، بسیار بیشتر است. حداکثر پهنای باند فیبر نوری شیشه‌ای می‌تواند به بیش از 100 گیگابیت بر ثانیه برسد. به‌خصوص در نوع تک حالته (Single Mode) که برای انتقال داده‌ها در مسافت‌های طولانی مناسب است. این نوع فیبر نوری به‌دلیل مقاومت بالا در برابر تداخل و افت سیگنال، در شبکه‌های مخابراتی و اینترنتی با سرعت بسیار بالا کاربرد دارد.
- فیبر نوری پلاستیکی: فیبر نوری پلاستیکی به‌خاطر استفاده از مواد پلیمری (PMMA) در ساختار هسته، انعطاف‌پذیری بیشتری نسبت به فیبر نوری شیشه‌ای دارد. این نوع فیبر نوری برای کاربردهای مختلف در مسافت‌های کوتاه مناسب است. فیبر نوری پلاستیکی به‌طور معمول در سیستم‌های ارتباطی داخلی، صنعت پزشکی و تجهیزات آرایشی استفاده می‌شود. پهنای باند فیبر نوری پلاستیکی معمولا کمتر از فیبر شیشه‌ای است، اما با این‌حال می‌تواند حداکثر سرعت انتقال داده‌ای حدود 1 گیگابیت بر ثانیه را پشتیبانی کند. این فیبرها برای کاربردهای خاص مانند انتقال نور در سیستم‌های لیزری و پزشکی مناسب هستند.
- فیبر نوری سیلیکا با روکش پلاستیکی: فیبر نوری سیلیکا که با روکش پلاستیکی پوشانده شده، ترکیبی از ویژگی‌های فیبر شیشه‌ای و پلاستیکی است. این فیبر نوری با انعطاف‌پذیری بالا در برابر خمش، گزینه مناسبی برای کاربردهای خاص در شبکه‌ها و خدمات پشتیبانی می‌باشد. پهنای باند فیبر نوری سیلیکا به‌طور معمول می‌تواند حداکثر سرعت 10 گیگابیت بر ثانیه را تامین کند. این فیبر نوری به‌دلیل مقاومت بالا در برابر شکستگی و کرنش الاستیک، در محیط‌های صنعتی و خدماتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
پهنای باند فیبر نوری شیشه‌ای به‌دلیل ظرفیت انتقال داده عظیم، به‌مراتب بیشتر از سایر کابل‌ها است.
4 نکته مهم و تاثیرگذار بر پهنای باند فیبر نوری
پهنای باند فیبر نوری تحت‌تاثیر عوامل مختلفی قرار دارد که می‌تواند به‌طور مستقیم بر عملکرد و ظرفیت انتقال اطلاعات تاثیر بگذارند.
1.تاثیر کیفیت و نوع تجهیزات بر پهنای باند فیبر نوری
تجهیزات قدیمی یا بی‌کیفیت نوری مانند مودم‌ها، روترها و سوئیچ‌ها ممکن است نتوانند از حداکثر ظرفیت پهنای باند فیبر نوری پشتیبانی کنند و موجب کاهش کارایی شبکه فیبر نوری شوند. به‌ویژه مودم‌ها و روترهای قدیمی‌تر، در انتقال داده‌ها می‌توانند گلوگاه‌های بزرگی در شبکه ایجاد و به کاهش سرعت و پهنای باند نهایی منجر شوند.
2.پراکندگی حالت‌ها یا مودال و کروماتیک
پراکندگی حالت‌ها، که به‌دلیل وجود تفاوت در سرعت انتقال حالت‌های نوری با مسیرهای مختلف در فیبر نوری بوجود می‌آید، یکی از عوامل اصلی محدود کننده پهنای باند فیبر نوری است. در فیبرهای نوری مالتی مود، به‌ویژه فیبرهایی با شاخص شکست تدریجی (GI)، حالت‌های مختلف نور با سرعت‌های متفاوتی حرکت می‌کنند. این تفاوت در سرعت باعث می‌شود که پالس نوری با گذشت زمان گسترش یابد و موجب کاهش کیفیت سیگنال و در نتیجه افت پهنای باند فیبر نوری شود. در یک فیبر نوری ایده‌آل، تمام حالت‌ها باید دارای سرعت یکسانی باشند تا پراکندگی حالت‌ها به صفر برسد، اما در عمل، این پدیده اجتناب‌ناپذیر است و تاثیر بسزایی بر پهنای باند خواهد داشت.
پراکندگی کروماتیک زمانی رخ می‌دهد که طول‌موج‌های مختلف نور با سرعت‌های متفاوتی در فیبر نوری حرکت کنند. این پدیده به‌ویژه در فیبرهای نوری مالتی مد و سینگل مد تاثیرگذار است. در فیبرهای نوری با طول موج مشخص (نزدیک به 1300 نانومتر)، ضریب شکست به طول موج وابسته است. این عامل باعث شده که نور با طول‌موج‌های مختلف پراکنده و به‌طور همزمان به فیبر وارد شود. این پراکندگی موجب کاهش کیفیت سیگنال و در نهایت کاهش پهنای باند فیبر نوری می‌شود. این مشکل به‌ویژه در منابع نور LED که طیف وسیعی از طول‌موج‌ها را منتشر می‌کنند، بیشتر مشهود است. همچنین، فیبرهای سینگل مد برای کاهش پراکندگی کروماتیک بهینه شده‌اند تا مسافت‌های طولانی‌تری را بدون کاهش چشمگیر پهنای باند پوشش دهند.
پراکندگی کروماتیک در فیبر نوری باعث می‌شود که طول‌موج‌های مختلف نور با سرعت‌های متفاوتی حرکت کنند. این پدیده موجب کاهش کیفیت سیگنال و در نتیجه کاهش پهنای باند فیبر نوری می‌شود.
3.پراکندگی پلاریزاسیون مد (PMD)
پراکندگی پلاریزاسیون مد، یا PMD، یکی دیگر از عواملی است که می‌تواند بر پهنای باند فیبر نوری تاثیر بگذارد. این پدیده به‌ویژه در فیبرهای نوری با طراحی خاص و یا در شرایطی که فیبر تحت فشار یا پیچش قرار دارد، رخ می‌دهد. در چنین شرایطی، سرعت انتقال نور به‌دلیل تغییرات در قطبش آن متفاوت می‌شود. این اختلاف سرعت موجب پراکندگی سیگنال‌های نوری خواهد شد. در سیستم‌های نوری پرسرعت، پدیده پراکندگی پلاریزاسیون می‌تواند منجر به کاهش سرعت انتقال داده‌ها و افت کیفیت سیگنال گردد. در نتیجه، پهنای باند موثر فیبر نوری را محدود خواهد کرد.
4.تلفات، جذب نور، خمش فیبر و تداخل‌های الکترومغناطیسی (EMI)
تلفات در فیبر نوری، که می‌تواند ناشی از جذب انرژی نور در طول فیبر یا پراکندگی رایلی باشد، تاثیر قابل‌توجهی بر پهنای باند فیبر نوری دارد. جذب انرژی نوری به‌ویژه در طول‌موج‌های خاص، مانند 1550 نانومتر، به کاهش توان سیگنال و کاهش کیفیت انتقال داده‌ها منجر می‌شود. تلفات در اثر پراکندگی رایلی نیز به‌ویژه در طول‌موج‌های کوتاه‌تر تاثیرگذار است و می‌تواند باعث کاهش شدت نور و در نتیجه کاهش پهنای باند فیبر نوری شود.
هنگامی که فیبر نوری تحت زاویه‌های تند یا فشارهای مکانیکی قرار می‌گیرد، ممکن است نور از مسیر اصلی خود منحرف شده و دچار تلفات شود. این تلفات خمشی، افت سیگنال و کاهش پهنای باند فیبر نوری را به‌دنبال دارد. برای کاهش این مشکلات، فیبرهای نوری با ویژگی‌های خاص مانند فیبرهای غیر حساس به خمش (Bend-Insensitive) طراحی شده‌اند که توانایی تحمل خمیدگی‌های شدید را دارند. به این ترتیب پهنای باند بهتری را در شرایط مختلف فراهم می‌کنند.
تداخل‌های الکترومغناطیسی نیز بر عملکرد شبکه‌های فیبر نوری تاثیر می‌گذارند. منابع الکترومغناطیسی مانند مایکروویوها، تلفن‌های بی‌سیم و دستگاه‌های دیگر باعث تداخل در سیگنال‌های نوری شده و در نهایت به کاهش پهنا باند فیبر نوری منجر می‌شوند.
تداخل‌های الکترومغناطیسی سیگنال‌های را مختل کرده و باعث کاهش پهنای باند فیبر نوری می‌شوند.
در رابطه با تاثیر عوامل مختلف بر عملکرد سرعت فیبر نوری در وبسایتelectricalinstallationservices.co.uk آمده است که :
Fibre performance can be affected by several reasons but 1st lets cover the basics of Fibre. Fibre optic cabling is a type of cable that uses light to transmit data. It consists of a thin, flexible strand of glass or plastic called an optical fibre. Each end of the optical fibre is connected to a transmitter and receiver. In addition, the transmitter sends pulses of light down the fibre, and the receiver converts these pulses into electrical signals.
سخن پایانی
فیبر نوری یکی از پیشرفته‌ترین و کارآمدترین روش‌های انتقال داده می‌باشد که جایگاه ویژه‌ای در دنیای ارتباطات مدرن یافته است. این فناوری با ظرفیت انتقال داده بسیار بالا، امکان تبادل اطلاعات در سطح جهانی را فراهم کرده و به نیازهای رو به افزایش کاربران به اینترنت پرسرعت، پخش ویدیوی آنلاین (استریمینگ) و سایر خدمات داده‌ای پاسخ می‌دهد.
پیشرفت‌های اخیر در تحقیقات مربوط به پهنای باند فیبر نوری، به‌ویژه ثبت رکوردهای جدید در سرعت‌های بی‌سابقه انتقال داده، نویدبخش آینده‌ای درخشان و نامحدود برای این فناوری هستند. با این وجود، چالش‌هایی مانند تلفات سیگنال، پراکندگی مُدها و تداخل الکترومغناطیسی همچنان می‌توانند بر سرعت فیبر نوری تاثیر بگذارند. بنابراین، در کنار توسعه‌ی فناوری‌های جدید برای تقویت و بهبود سیستم‌های فیبر نوری، تمرکز بر بهینه‌سازی و کاهش این مشکلات نیز ضروری است.
سوالات متداول
1.پهنای باند فیبر نوری در مقایسه با ADSL چقدر بیشتر است؟
فیبر نوری ده‌ها یا صدها برابر پهنای باند بیشتری نسبت به ADSL دارد.
2.آیا فیبر نوری از شبکه‌های تلفن همراه (مانند 4G و 5G) سریع‌تر است؟
برای انتقال داده‌ها، فیبر نوری به مراتب سرعت بیشتری ارائه می‌دهد.
3.حداکثر پهنای باند فیبر نوری چقدر است؟
محققان در آزمایشگاه‌ها به سرعت‌های پتابیت بر ثانیه رسیده‌اند (بیش از ۱ پتابیت بر ثانیه)، اما در کاربردهای تجاری، معمولا تا ۱۰۰ گیگابیت بر ثانیه و بیشتر ارائه می‌شود.
4.کدام نوع فیبر نوری بالاترین پهنای باند را دارد؟
فیبر نوری شیشه‌ای، به‌خصوص نوع تک حالته آن پهنای باند بیشتری ارائه می‌دهد.
5.آیا نصب فیبر نوری در همه جا امکان‌پذیر است؟
بستگی به زیرساخت‌های موجود و برنامه‌های توسعه اپراتورها دارد.