کابلهای مسی و انواع آن :

1 – کابل ژله فیلد خاکی (BFC) : این نوع کابل در شبکه های مخابراتی برای کابل مشترکین به صورت مستقیم در زیر خاک استفاده و در این شرکت از 10 زوج تا 1800 زوج تولید می شود.
2 – کابل ژله فیلد کانالی (CFC) : در شبکه های تلفنی به منظور کابل مشترکین از این نوع کابل استفاده می شود که برای نصب در کانال مناسب بوده و از 100 زوج تا 2400 زوج تولید می گردد.
3 – کابل ایرکور کانالی (CUC) : این نوع کابل بین مراکز مخابراتی و از مراکزمخابراتی تا کافو مورد بهره برداری قرار می گیرد. ضمنآ مناسب نصب در کانال بوده و از 600 زوج تا 2400 زوج تولید می شود.
4 – کابل هوایی مهاردار (SSC) : در شبکه های محلی و روستایی بصورت نصب بر روی تیرهای نگهدارنده استفاده می گردد.
5 – کابل هوایی ساده (AC) : حهت اتصال مشترک به نقاط توزیع بکار میرود.
6 – دوبل هوایی مهاردار (DW) : این کابل مشترک را به پست متصل می کند.

کابل نوری و انواع آن :

1 – کابل نوری ژله فیلد کانالی (OCFC) : عمومآ در شبکه های درون شهری و بین مراکز مخابراتی مورد استفاده قرار می گیرد.
2 – کابل نوری ژله فیلد خاکی (OBFC) : معمولا در شبکه های زیر ساخت و بین شهری در مساحت های طولانی استفاده می شود.
3 – کابل نوری مهار دار هوایی (OSSC) : در مناطق روستایی و مخابراتی مورد استفاده قرار می گیرد و شکل کابل به صورت 8 می باشد.

در حال حاضر امکان تولید انواع کابلهای نوری از 2 تا 288 core وجود دارد. پس از اختراع لیزر در سال ۱۹۶۰ میلادی، ایده بکارگیری فیبر نوری برای انتقال اطلاعات شکل گرفت. خبر ساخت اولین فیبر نوری در سال ۱۹۶۶ هم‌زمان در انگلیس و فرانسه با تضعیفی برابر با؟ اعلام شد که عملا در انتقال اطلاعات مخابراتی قابل استفاده نبود تا اینکه در سال ۱۹۷۶ با کوشش فراوان پژوهندگان، تلفات فیبر نوری تولیدی شدیدآ کاهش داده شد و به مقداری رسید که قابل ملاحظه با سیم‌های هم‌محور بکاررفته در شبکه مخابرات بود.

فیبر نوری از پالس‌های نور برای انتقال داده‌ها از طریق تارهای سیلکون بهره می‌گیرد. یک کابل فیبر نوری که کمتر از یک اینچ قطر دارد می‌تواند صدها هزار مکالمهٔ صوتی را حمل کند . فیبرهای نوری تجاری ظرفیت ۲٫۵ گیگابایت در ثانیه تا ۱۰ گیگابایت در ثانیه را فراهم می‌‌سازند . فیبر نوری از چندین لایه ساخته می‌شود. درونی‌ترین لایه را هسته می‌‌نامند. هسته شامل یک تار کاملاً بازتاب کننده از شیشه خالص (معمولاً) است. هسته در بعضی از کابل‌ها از پلاستیک کا ملاً بازتابنده ساخته می‌شود، که هزینه ساخت را پایین می‌‌آورد. با این حال، یک هسته پلاستیکی معمولاً کیفیت شیشه را ندارد و بیشتر برای حمل داده‌ها در فواصل کوتاه به کار می‌رود. حول هسته بخش پوسته قرار دارد، که از شیشه یا پلاستیک ساخته می‌شود. هسته و پوسته به همراه هم یک رابط بازتابنده را تشکیل می‌‌دهند که با عث می‌شود که نور در هسته تا بیده شود تا از سطحی به طرف مرکز هسته باز تابیده شود که در آن دو ماده به هم می‌‌رسند. این عمل بازتاب نور به مرکز هسته را (بازتاب داخلی کلی) می‌‌نامند. قطر هسته و پوسته با هم حدود ۱۲۵ میکرون است (هر میکرون معادل یک میلیونیم متر است)، که در حدود اندازه یک تار موی انسان است. بسته به سازنده، حول پوسته چند لایه محافظ، شامل یک پوشش قرار می‌گیرد. یک پوشش محافظ پلاستکی سخت لایه بیرونی را تشکیل می‌‌دهد. این لایه کل کابل را در خود نگه می‌‌دارد، که می‌تواند صدها فیبر نوری مختلف را در بر بگیرد. قطر یک کابل نمونه کمتر از یک اینچ است . از لحاظ کلی، دو نوع فیبر وجود دارد: تک حالتی و چند حالتی. فیبر تک حالتی یک سیگنال نوری را در هر زمان انتشار می‌‌دهد، در حالی که فیبر چند حالتی می‌تواند صدها حالت نور را به طور هم‌زمان انتقال بدهد

فیبر نوری در ایران

در ایران در اوایل دهه ۶۰، فعالیت‌های پژوهشی در زمینه فیبر نوری در پژوهشگاه، برپایی مجتمع تولید فیبر نوری در پونک تهران را درپی داشت و عملا در سال ۱۳۷۳ تولید فیبر نوری با ظرفیت ۵۰٫۰۰۰ کیلومتر در سال در ایران آغاز شد. فعالیت استفاده از کابل‌های نوری در دیگر شهرهای بزرگ ایران آغاز شد تا در آینده نزدیک از طریق یک شبکه ملی مخابرات نوری به هم بپیوندند. فیبرنوری یک موجبر استوانه‌ای از جنس شیشه یا پلاستیک است که دو ناحیه مغزی و غلاف با ضریب شکست متفاوت و دو لایه پوششی اولیه و ثانویه پلاستیکی تشکیل شده است. برپایه قانون اسنل برای انتشار نور در فیبر نوری شرط: می‌بایست برقرار باشد که به ترتیب ضریب شکست‌های مغزی و غلاف هستند. انتشار نور تحت تأثیر عواملی ذاتی و اکتسابی دچار تضعیف می‌شود. این عوامل عمدتآ ناشی از جذب فرابنفش، جذب فروسرخ، پراکندگی رایلی، خمش و فشارهای مکانیکی بر آنها هستند.

سیستم های مخابرات فیبر نوری

گسترش ارتباطات و راحتی انتقال اطلاعات از طریق سیستم های انتقال و مخابرات فیبر نوری یکی از پر اهمیت‌ترین موارد مورد بحث در جهان امروز است. سرعت دقت و تسهیل از مهم‌ترین ویژگی های مخابرات فیبر نوری می‌‌باشد. یکی از پر اهمیت‌ترین موارد استفاده از مخابرات فیبر نوری آسانی انتقال در فرستادن سیگنال های حامل اطلاعات دیجیتالی است که قابلیت تقسیم بندی در حوزه زمانی را دارا می‌‌باشد. این به این معنی است که مخابرات دیجیتال تامین کننده پتانسیل کافی برای استفاده از امکانات مخابره اطلاعات در پکیجهای کوچک انتقال در حوزه زمانی است.برای مثال عملکرد مخابرات فیبر نوری با توانایی ۲۰ مگا هرتز با داشتن پهنای باند ۲۰ کیلو هرتز دارای گنجایش اطلاعاتی ۰٫۱٪ می‌‌باشد. امروزه انتقال سیگنالها به وسیله امواج نوری به همراه تکنیکهای وابسته به انتقال شهرت و آوازه سیستم های انتقال ماهوارهای را به شدت مورد تهدید قرار داده است. دیر زمانی ست که این مطلب که نور می‌‌تواند برای انتقال اطلاعات مورد استفاده قرار گیرد به اثبات رسیده است و بشر امروزه توانسته است که از سرعت فوق العاده آن به بهترین وجه استفاده کند. در سال ۱۸۸۰ میلادی الکساندر گراهام بل ۴ سال بعد از اختراع تلفن موفق به اخذ امتیاز نامه خود در زمینه مخابرات امواج نوری برای دستگاه خود با عنوان فوتو تلفن گردید. در ۱۵ سال اخیر با پیشرفت لیزر به عنوان یک منبع نور بسیار قدرتمند و خطوط انتقال فیبر های نوری فاکتور های جدیدی از تکنولوژی و تجارت بهتر را برای انسان به ارمغان آورده است. مخابرات فیبر نوری ابتدا به عنوان یک مخابرات از راه دور قرار دادی تلقی می‌‌شد که در آن امواج نوری به عنوان حامل یک یا چند واسطه انتقال استفاده می‌‌شد. با وجود آنکه امواج نوری حامل سیگنالهای آنالوگ بودند اما سیگنالهای نوری همچنان به عنوان سیستم مخابرات دیجیتال بدون تغییر باقی مانده است. از دلایل این امر می‌‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱)تکنیکهای مخابرات در سیستم های جدید مورد استفاده قرار می‌‌گرفت

۲)سیستم های جدید با بالاترین تلنولوژی برای داشتن بیشترین گنجایش کارآمدی سرعت و دقت طراحی شده بود.

۳)انتقال به کمک خطوط نوری امکان استفاده از تکنیکهای دیجیتال را فراهم می‌‌ساخت. این مطلب نیاز انسان را به دسترسی به مخابره اطلاعات رابه صورت بیت به بیت پاسخگو بود .توانایی پردازش اطلاعات در حجم وسیع: از آنجایی که مخابرات فیبر نوری دارای کارایی بالاتری نسبت به سیمهای مسی سنتی هستند بشر امروزی تمایل چندانی برای پیروی از سنت دیرینه خود ندارد و توانایی پردازش حجم وسیعی از اطلاعات در مخابره فیبر نوری او را مجذوب و شیفته خود ساخته است

آزادی از نویز های الکتریکی:بافت یک فیبر نوری از جنس پلاستیک یا شییشه به دلیل رسانندگی انتخاب می‌‌شود.در نتیجه یک حامل موج نوری می‌تواند از پتانسیل موثر میدانهای الکتریکی در امان باشد. از قابلیت های مهم این نوع مخابرات می‌‌توان به امکان عبور کابل حامل موج نوری از میان یک میدان الکترومغناطیسی قوی اشاره کرد که سیگنالهای نام برده بدون آلودگی از پارازیت های الکتریکی و یا سیگنالهای مداخله گر به حد اکثر کارایی خود خواهند رسید.

فیبرهای نوری نسل سوم

طراحان فیبرهای نسل سوم، فیبرهایی را مد نظر داشتند که دارای کمترین تلفات و پاشندگی باشند. برای دستیابی به این نوع فیبرها، محققین از حداقل تلفات در طول موج ۵۵/۱ میکرون و از حداقل پاشندگی در طول موج ۳/۱ میکرون بهره جستند و فیبری را طراحی کردند که دارای ساختار نسبتاً پیچیده‌تری بود. در عمل با تغییراتی در پروفایل ضریب شکست فیبرهای تک مد از نسل دوم، که حداقل پاشندگی آن در محدوده ۳/۱ میکرون قرار داشت، به محدوده ۵۵/۱ میکرون انتقال داده شد و بدین ترتیب فیبر نوری با ماهیت متفاوتی موسوم به فیبر دی.اس.اف ساخته شد.

کاربردهای فیبر نوری

-کاربرد در حسگرها: استفاده از حسگرهای فیبر نوری برای اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی مانند جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی، فشار، حرارت، جابجایی، آلودگی آب‌های دریا، سطح مایعات، تشعشعات پرتوهای گاما و ایکس در سال‌های اخیر شروع شده است. در این نوع حسگرها، از فیبر نوری به عنوان عنصر اصلی حسگر بهره‌گیری می‌شود بدین ترتیب که ویژگی‌های فیبر تحت میدان کمیت مورد اندازه‌گیری تغییر یافته و با اندازه شدت کمیت تأثیرپذیر می‌شود.

-کاربردهای نظامی: فیبر نوری کاربردهای بی‌شماری در صنایع دفاع دارد که از آن جمله می‌توان برقراری ارتباط و کنترل با آنتن رادار، کنترل و هدایت موشک‌ها، ارتباط زیردریاییها (هیدروفون) را نام برد.

-کاربردهای پزشکی: فیبرنوری در تشخیص بیماری‌ها و آزمایشهای گوناگون در پزشکی کاربرد فراوان دارد که از آن جمله می‌توان چنده‌سنجی (دُزیمتری) غدد سرطانی، شناسایی نارسایی‌های داخلی بدن، جراحی لیزری، استفاده در دندانپزشکی و اندازه‌گیری مایعات و خون نام برد.

فن آوری ساخت فیبرهای نوری

برای تولید فیبر نوری، نخست ساختار آن در یک میله شیشه‌ای موسوم به پیش‌سازه از جنس سیلیکا ایجاد می‌گردد و سپس در یک فرایند جداگانه این میله کشیده شده تبدیل به فیبر می‌شود. از سال ۱۹۷۰ روش‌های متعددی برای ساخت انواع پیش‌سازه‌ها به کار رفته است که اغلب آنها بر مبنای رسوب‌دهی لایه‌های شیشه‌ای در داخل یک لوله به عنوان پایه قرار دارند.

روشهای ساخت پیش‌سازه

روش‌های فرآیند فاز بخار برای ساخت پیش‌سازه فیبر نوری را می‌توان به سه دسته تقسیم کرد:

-رسوب‌دهی داخلی در فاز بخار

-رسوب‌دهی بیرونی در فاز بخار

-رسوب‌دهی محوری در فاز بخار

موادلازم در فرایند ساخت پیش سازه :

تتراکلرید سیلیکون: این ماده برای تأمین لایه‌های شیشه‌ای در فرآیند مورد نیاز است.

تتراکلرید ژرمانیوم: این ماده برای افزایش ضریب شکست شیشه در ناحیه مغزی پیش‌سازه استفاده می‌شود.

اکسی کلرید فسفریل: برای کاهش دمای واکنش در حین ساخت پیش‌سازه، این مواد وارد واکنش می‌شود.

گاز فلوئور: برای کاهش ضریب شکست شیشه در ناحیه غلاف استفاده می‌شود.

گاز هلیم: برای نفوذ حرارتی و حباب‌زدایی در حین واکنش شیمیایی در داخل لوله مورد استفاده قرار می‌گیرد.

گاز کلر: برای آب‌زدایی محیط داخل لوله قبل از شروع واکنش اصلی مورد نیاز است.

مراحل ساخت:

مراحل صیقل گرمایشی: پس از نصب لوله با عبور گازهای کلر و اکسیژن، در دمای بالاتر از ۱۸۰۰ درجه سلسیوس لوله صیقل داده می‌شود تا بخار آب موجود در جدار درونی لوله از آن خارج شود.

مرحله اچینگ: در این مرحله با عبور گازهای کلر، اکسیژن و فرئون لایه سطحی جدار داخلی لوله پایه خورده می‌شود تا ناهمواری‌ها و ترک‌های سطحی بر روی جدار داخلی لوله از بین بروند.

لایه‌نشانی ناحیه غلاف: در مرحله لایه‌نشانی غلاف، ماده تتراکلرید سیلیسیوم و اکسی کلرید فسفریل به حالت بخار به همراه گازهای [[هلیموارد لوله شیشه‌ای می‌شوند و در حالتی که مشعل اکسی هیدروژن با سرعت تقریبی ۱۲۰ تا ۲۰۰ میلی‌متر در دقیقه در طول لوله حرکت می‌کند و دمایی بالاتر از ۱۹۰۰ درجه سلسیوس ایجاد می‌کند، واکنش‌های شیمیایی زیر به دست می‌آیند.

ذرات شیشه‌ای حاصل از واکنش‌های فوق به علت پدیده ترموفرسیس کمی جلوتر از ناحیه داغ پرتاب شده و بر روی جداره داخلی رسوب می‌کنند و با رسیدن مشعل به این ذرات رسوبی حرارت کافی به آنها اعمال می‌شود به طوری که تمامی ذرات رسوبی شفاف می‌گردند و به جدار داخلی لوله چسبیده و یکنواخت می‌شوند. بدین ترتیب لایه‌های شیشه‌ای مطابق با طراحی با ترکیب در داخل لوله ایجاد می‌گردند و در نهایت ناحیه غلاف را تشکیل می‌دهند

مخابرات

یک گرایش از مهندسی برق است که خود به دو زیر مجموعه میدان و امواج و سیستم تقسیم می‌شود. در گرایش سیستم هدف فرستادن اطلاعات از یک نقطه به نقطه‌ای دیگر است. اطلاعات معمولاً به صورت سیگنال‌های الکترونیکی وارد "فرستنده" می‌‌شوند، با روشهای مختلف به "گیرنده" انتقال پیدا می‌‌کنند، و سپس دوباره به سیگنالهای الکترونیکی حامل اطلاعات فرستاده شده تبدیل می‌‌گردند. مدیومهای(محیط های،کانالهای،رسانه های) انتقال سیگنالها از فرستنده به گیرنده شامل سیم مسی(زوج سیم،کابل هم محور)،امواج رادیویی (بی سیم)،موجبرها،وفیبر نوری می‌‌شوند.

سیگنالها و سیستم‌های مخابراتی به دو نوع تقسیم می‌‌شوند: آنالوگ و دیجیتال. سیگناهای آنالوگ دارای مقادیر پیوسته در زمانهای پیوسته هستند، در حالی که سیگنالهای دیجیتال فقط در زمانهای معینی (samples) دارای مقادیر گسسته (مثلاً ۰ یا ۱) هستند. رادیوهای AM و FM و تلفن‌های شهری نمونه‌هایی از سیستم‌های مخابراتی آنالوگ هستند. مودم‌های کامپیوتر، تلفنهای همراه جدید، و بسیاری از دستگاههای جدید دیگر مخابراتی با سیگنالهای دیجیتال کار می‌کنند.

اهداف اصلی مهندسی مخابرات عبارت‌اند از فرستادن اطلاعات با بالاترین سرعت ممکن (برای سیستم‌های دیجیتال)، پایین‌ترین آمار خطا، و کمترین میران مصرف از منابع (انرژی و پهنای باند).

لایه فیزیکی پایین ترین لایه در مدل مرجع ارتباط سامانه‌های باز (OSI) می باشد.اين لايه وظيفه انتقال بيتها از طريق كانال مخابراتی را عهده دار مي شود. مسائل طراحی در اين لايه عمدتا از نوع فيزيكی، الكتريكی، تايمينگ، رسانه فيزيكی انتقال است. در این لایه باید نقش عوامل طبیعی را نیز در نظر داشته باشیم. در این بخش بیشتر درباره نحوه انتقال فیزیکی اطلاعات بحث می گردد. این رسانه ها را می توان در دو دسته تقسیم بندی نمود:

-رسانه های هدایت پذیر همچون سیم مسی و فیبر نوری.

-رسانه های هدایت ناپذیر همچون بیسیم ٬ امواج رادیوی زمینی و ماهواره.

رسانه های فیزیکی مختلف با توجه پارامتر های پهنای باند٬ تأخیر انتشار٬ سهولت نصب و نگهداری مقایسه می گردند.

رسانه های هدایت پذیر

این سبک انتقال اطلاعات به کمک نوار مغناطیسی، دیسک٬ سی دی٬ دی وی دی و یا سیم انجام می گیرد.

وج سیم بهم تابیده

زوج تابیده یکی از با سابقه ترین رسانه های انتقال است که بر پایه انتقال ولتاژ یا آمپراژ عمل می کند. زوج تابیده، دو رشته سیم مسی یا آلومنیمی به هم تابیده است که توسط روکشی عایق پوشانده شده اند.

علت تاباندن سیمها به دور یکدیگر این است که هر رشته سیم بلندی میتواند به صورت یک آنتن عمل کند، تاباندن این دو رشته سیم به دور هم جهت خنثی سازی تداخل الکترومغناطیسی یکدیگر و لذا جلوگیری از ایجاد پارازیت و نیز صرفه جویی در اتلاف انرژی است.

زوج به هم تابیده زره دار (STP)

زوج تابیدهٔ زره دار(STP)

این نوع کابل شامل چهار زوج سیم به هم تابیده بوده و دور هر جفت از سیمهای داخل کابل یک لایه فلزی کشیده شده است. این لایه کمک مضاعفی به لغو تداخل الکترومغناطیسی میکند ولی در عوض اندازه، وزن و هزینه را افزایش میدهد. در ضمن این لایه فلزی خود ممکن است بصورت آنتن عمل کرده و پارازیت جذب کند. این سیم ها معمولا جهت انتقال سیگنالهای آنالوگ و دیجیتال مورد استفاده قرار می گیرند. معمولا در شبکه تلفن شهری از این نوع سیم استفاده میکنند. پهنای باند این رسانه به دو عامل ضخامت سیم و طول سیم بستگی دارد. حداکثر طول مجاز برای این سیمها 100متر بوده و برای مسافتهای طولانی تر نیاز به استفاده از تکرار کننده است.

زوج تابیدهٔ بدون زره (UTP)

زوج به هم تابیده بدون زره (UTP)

این کابلها نیز شامل چهار زوج سیم به هم تابیده هستند. در این نوع کابل، زوج سیمها بصورت جداگانه روکش نشده اند و تنها یک روکش خارجی برای کل کابل ایجاد شده است، لذا این نوع کابلها قابلیت انعطاف بیشتری دارند و در بسیاری از شبکه های رایانه ای و تلفن از این نوع کابل استفاده شده است. این نوع کابل سریعترین رسانه ساخته شده با مس بوده و در شبکه های کامپیوتری به وفوور استفاده شده است. CAT3 ٬ CAT5 ٬ CAT6 ٬ CAT7 از مدل های این نوع رسانه به شمار می روند که در بازار به تمام آنها زوج تابیدهٔ بدون زره (UTP) گفته می شود.

ساختار کابل کواکسیال

کابل کواکسیال

کابل کواکسیال دارای غلافی فلزی است که باعث شده برتری هایی نسبت به زوج تابیده داشته باشد. کابل کواکسیال از یک سیم مسی (آلومنیمی) سخت به نام هسته (Core) لایه عایق استوانه ای توری فلزی و پوشش پلاستیکی تشکیل شده است. این کابل سرعت مناسبی دارد و نویز کمتری می گیرد. پهنای باند آن به کیفیت مواد به کار رفته و طول کامل ارتباط مستقیم دارد.

فیبر نوری

فیبر نوری از پالس‌های نور برای انتقال داده‌ها از طریق تارهای سیلکون بهره می‌گیرد. یک کابل فیبر نوری که کمتر از یک اینچ قطر دارد می‌تواند صدها هزار مکالمهٔ صوتی را حمل کند. فیبرهای نوری تجاری ظرفیت ۲٫۵ تا ۱۰ گیگابایت در ثانیه را فراهم می‌‌سازند. فیبر نوری از چندین لایه ساخته می‌شود. درونی‌ترین لایه را هسته می‌‌نامند. هسته شامل یک تار کاملاً بازتاب کننده از شیشه خالص (معمولاً) است. هسته در بعضی از کابل‌ها از پلاستیک کاملاً بازتابنده ساخته می‌شود، که هزینه ساخت را پایین می‌‌آورد. با این حال، یک هسته پلاستیکی معمولاً کیفیت شیشه را ندارد و بیشتر برای حمل داده‌ها در فواصل کوتاه به کار می‌رود. حول هسته بخش پوسته قرار دارد، که از شیشه یا پلاستیک ساخته می‌شود. هسته و پوسته به همراه هم یک رابط بازتابنده را تشکیل می‌‌دهند که باعث می‌شود که نور در هسته تابیده شود تا از سطحی به طرف مرکز هسته باز تابیده شود که در آن دو ماده به هم می‌‌رسند. این عمل بازتاب نور به مرکز هسته را (بازتاب داخلی کلی) می‌‌نامند. قطر هسته و پوسته با هم حدود ۱۲۵ میکرون است (هر میکرون معادل یک میلیونیم متر است)، که در حدود اندازه یک تار موی انسان است.

ساختار فیبر نوری

بسته به سازنده، حول پوسته چند لایه محافظ، شامل یک پوشش قرار می‌گیرد. یک پوشش محافظ پلاستکی سخت لایه بیرونی را تشکیل می‌‌دهد. این لایه کل کابل را در خود نگه می‌‌دارد، که می‌تواند صدها فیبر نوری مختلف را در بر بگیرد. قطر یک کابل نمونه کمتر از یک اینچ است .

از لحاظ کلی، دو نوع فیبر وجود دارد:

فیبر تک حالتی: یک سیگنال نوری را در هر زمان انتشار می‌‌دهد

فیبر چند حالتی: صدها حالت نور را به طور هم‌زمان انتقال می‌‌دهد

عملکرد فیبر نوری

طراحان فیبرهای نسل سوم، فیبرهایی را مد نظر داشتند که دارای کمترین تلفات و پاشندگی باشند. برای دستیابی به این نوع فیبرها، محققین از حداقل تلفات در طول موج ۵۵/۱ میکرون و از حداقل پاشندگی در طول موج ۳/۱ میکرون بهره جستند و فیبری را طراحی کردند که دارای ساختار نسبتاً پیچیده‌تری بود. در عمل با تغییراتی در پروفایل ضریب شکست فیبرهای تک مد از نسل دوم، که حداقل پاشندگی آن در محدوده ۳/۱ میکرون قرار داشت، به محدوده ۵۵/۱ میکرون انتقال داده شد و بدین ترتیب فیبر نوری با ماهیت متفاوتی موسوم به فیبر دی.اس.اف ساخته شد.

ارتباطات بی سیم نسل چهارم (4G)  

  " نسل چهارم" که به صورتهای (4G) و یا (4-G) نیز شناخته شده می باشد، جانشین تکنولوژی یا فن آوری  دسترسی بصورت بی سیم نسل سوم (3G) است. از این واژه بصورت واحد و به تنهایی استفاده نمی شود ، اما غالبا" چندین ایدهء گوناگون ولی وجوه مشترک را توصیف می نماید. نام رسمی که برای نسل چهارم توسط IEEE (موسسه مهندسین برق و الکترونیک آمریکا) انتخاب شده است (4G) می باشد .                                          

  " نسل سوم و بعد از آن – 3G & Beyond " می باشد.

جهت فراهم آوردن کیفیت سرویس و خدمات و نیز نیازهای نرخ ارسال و دریافت دیتا که توسط کاربردهای در حال ورود به بازار تنظیم شده: نظیر پیام رسانی بصورت چند رسانه ای (همراه با صوت و تصویر)، تلویزیونهای متحرک (Mobile TV) یا قابل رویت بر روی تلفنهای همراه، محتویات تلویزیونهای با تعریف بالا (High Definition TV – HDTV) یا دیجیتالی، پخش تصاویر ویدیویی بصورت دیجیتالی (Digital Video Broadcasting – DVB) و در نهایت فراهم نمودن حداقل خدمات نظیر: بکارگیری و ارسال و دریافت صوت و دیتا در هر زمان و در هر مکان، گروههای کاری بر روی نسل چهارم (4G Working Group) موارد زیر را بعنوان اهداف استانداردهای ارتباطات بصورت بی سیم برای نسل چهارم (4G) تعریف کرده اند:

فراهم آوردن سیستم کارآ و مناسب از نظر طیفی (8 بیت / در ثانیه / در هر هرتز).

فراهم آوردن ظرفیت بالای شبکه ( حداقل 10 برابر بیشتر از نسل سوم).

فراهم آوردن نرخ های اسمی ارسال و دریافت دیتا با سرعتهای بالا (100 مگا بیت  / در هر ثانیه در موقعیت ساکن (بی حرکت) و 20 مگا بیت در هر ثانیه در سرعت 100مایل / در ساعت)

جلوگیری از بوجود آمدن تداخل در میان شبکه های نامتجانس ( نا همگن).

فراهم آوردن اتصال بصورت یکپارچه و نیز رومینگ  جهانی در میان شبکه های چند گانه.

فراهم آوردن کیفیت بالای سرویس و خدمات جهت پشتیبانی چند رسانه ای نسل بعدی ( این خدمات شامل ارسال و دریافت صوت بصورت بلادرنگ (Real-Time)، ارسال و دریافت دیتای با سرعت بالا، ارسال و دریافت محتویات ویدیویی یا تصویری تلویزیون با تعریف بالا (HDTV) بصورت دیجیتالی، فراهم نمودن تصاویر تلویزیونی بر روی صفحه نمایش موبایل و غیره).

دارا بودن تعامل متقابل با استانداردهای بی سیم موجود.

تماما" از سیستم پروتکل اینترنت (IP) و شبکهء بسته ای سوئیچ شده (Packet Switched) استفاده می نماید.

بطور خلاصه سیستم نسل چهارم (4G) باید بطور پویا و دینامیک منابع شبکه را بصورت اشتراکی استفاده نموده و از آنها بهره ببرد تا بتواند حداقل احتیاجات تمام کاربرانی را که  قادر به استفاده از این نسل می باشند را برآورده سازد.

تکامل تدریجی استانداردهای بی سیم

نسل اول: بیشتر دستگاهها یی که از این نسل میباشند، در ابتدا از آنها برای کارهای" نظامی/ دفاعی" استفاده می کردند که سپس به سمت کارها و خدمات غیر نظامی هم سوق داده شد . تقریبا" تمام آنها سیستمهای آنالوگ بودند که ارسال و دریافت صوت بعنوان ترافیک اصلی این شبکه در نظر گرفته   میشد.

برخی استانداردهای این نسل شامل:

 -تلفن های موبایل وابسته به شمال اروپا (Nordic Mobile Telephone – NMT)،

 -سیستم تلفن موبایل پیشرفته (Advanced Mobile Phone System – AMPS)،

 -ظرفیت بالا (Hicap)،

 -دیتای بسته ای دیجیتالی سلولی(Cellular Digital Packet Data) ،

 -سیستم انتقال متن متحرک (Mobitex)،و Datatac

میباشند.

نسل دوم: تمام استانداردهایی که به این نسل تعلق دارند با مرکزیت تجاری بوده و به فرم دیجیتالی می باشند. 2 گروه اصلی از این نسل یکی از اروپا و دیگری از آمریکا رشد نموده  و به بازار ارائه شدند. حدود 60% از بازار فعلی توسط استانداردهای اروپایی این نسل (نسل دوم – 2G) تسخیر شده اند.

استانداردهای نسل دوم شامل:

      سیستم جهانی برای ارتباطات موبایل یا متحرک ( تکنولوژی تلفنهای سلولی) –

    (Global  System for Mobile Communications – GSM)

      شبکهء بهینه شدهء دیجیتالی بصورت مجتمع شده

(integrated Digital Enhanced Network – iDEN)،

      سیستم تلفن پیشرفته موبایل

(Digital Advanced Mobile Phone System : D-AMPS)،

  IS-95 

    دیتای سوئیچ شده توسط مدار

(Circuit Switched Data – CSD) ( مانند: اسپیرینت – Sprint)،

    سیستم جمع و جور تلفن شخصی

 (Personal Handyphone System – PHS)،

      خدمات کلی بسته ای بصورت رادیویی یا بی سیم 

 (General Packet Radio Service – GPRS) ، برای تکنولوژی GSM،

      شبکهء گسترده بهینه شدهء  دیجیتالی بصورت مجتمع شده

(Wide integrated Digital Enhanced Network WiDEN)، ( مانند:  نکس تل – Nextel)،

      دسترسی چند گانه از طریق تقسیم کد 2000 (Code Division Multiple Access – CDMA 2000) -

  ( مانند: 1xRTT/IS-2000)،

      نرخهای پیشرفته یا بهینه شده دیتا برای تکامل تدریجی جهان

 (Enhanced Data Rate for Global Evolution – EDGE)،

      خدمات کلی بسته ای بهینه شده بصورت بی سیم یا رادیویی

(Enhanced General Packet Radio Service – EGPRS)،

        می باشند.

نسل سوم: جهت فراهم نمودن ارسال و دریافت تقاضاهای در حال رشد ار نظر تعداد مشترکین ( افزایش در ظرفیت شبکه)، نرخهایی که برای ارسال و دریافت دیتا با سرعت بالا و برنامه های کاربردی چند رسانه ای (Multimedia Applications) نیاز میباشند، است که باعث تکامل استانداردهای نسل سوم (3G) گردیده. سیستمها ی دارای این استاندارد اساسا" سیستمهای نسل دوم می باشند که بهینه سازی خطی بر روی آنها (2G) انجام شده.

در حال حاضر، گذر از سیستمهای نسل دوم به نسل سوم در حال رخ دادن میباشند. برخی از استانداردهای نسل سوم شامل:

      دسترسی چندگانه از طریق تقسیم کد بر روی باند پهن

 (Wideband Code Division Multiple Access : W-CDMA)،

      سیستم ارتباطات راه دور موبایل (متحرک) جهانی

 (Universal Mobile Telecommunications System – UMTS)، ] سیستم جهانی برای ارتباطات متحرک یا موبایل 3 (3GSM) [،

      آزادی دسترسی به حالت چند رسانه ای موبایل یا متحرک

(Freedom Of  Mobile Multimedia Access – FOMA) (مانند: NTT DoCoMo)،

      1xEV-DO/IS-865 

      دسترسی چند گانه از طریق تقسیم همزمان کد و زمان

(Time Division Synchronous Division Multiple Access : TD-SCDMA)،

      شبکه جهانی / دسترسی بدون مجوز موبایل

 (Unlicensed Mobile Access – UMA / Global Area Network – GAN)،

      نسل 5/3 – دسترسی از طریق دریافت بسته از ماهواره مخابراتی با سرعت بالا (3.5G – HSDPA) (High Speed Downlink Packet Access)،

      نسل 75/3 – دسترسی از طریق ارسال بسته به ماهواره  مخابراتی با سرعت بالا (3.75G – HSUPA) – (High Speed Uplink Packet Access) ،

می باشند.

نسل چهارم (4G): بنا به اظهارات گروههای کاری نسل چهارم، زیرسازی و پایانه های تقریبا" تمام استانداردها از نسل دوم (2G) به نسل سوم (3G) در نظر گرفته شده و آنها را اجراء خواهند نمود. این سیستم (4G) همچنین بعنوان یک سکوی باز در جائیکه نوآوری های جدید میتوانند همراه به آنها اضافه و ارائه شوند، عمل می نماید. برخی از استانداردها یی که برای سیستمهای نسل چهارم راهگشا می باشند، عبارتند از:

      تعامل متقابل برای ریز امواج

 (Microwaves) – (گروهی که استاندارد " باند پهن بصورت بی سیم IEEE802.16 " را ارتقاء دادند

 (Worldwide Interoperability for Microwave Access – WiMax)        ،

      باند پهن بی سیم

(Wireless Broadband – WiBro) – پروژهء شراکتی نسل سوم (3GPP) با سیر تکاملی بلند مدت (Long Term Evolution – LTE)،

سیر تکاملی استاندارد بی سیم با در نظر گیری نرخ دریافت و ارسال دیتا در ترکیب زیر نشان داده شده است.

اجزاء مهم نسل چهارم (4G)

سیستمهای دارای چندین آنتن

جهت برآورده نمودن نیازهای در حال رشد ارسال و دریافت دیتای نسل چهارم (4G)، قرار دادن چندین آنتن در فرستنده و در گیرنده آن وسیلهء نسل چهارم می باشد که این عمل باعث افزایش نرخ یا میزان دریافت و ارسال دیتا یا اطلاعات در آن وسیله خواهد شد.

دارای رادیوی تعریف شده بطریقه نرم افزاری (Software Defined Radio – SDR)

SDR یک گونهء معماری بی سیم باز (Open Wireless Architecture – OWA) می باشد. از آنجائیکه نسل چهارم (4G) مجموعه ای از استانداردهای بی سیم را بکار می گیرد، شکل و فرم نهایی وسیله نسل چهارم (4G) تمام استانداردها را بصورت ترکیبی استفاده  می نماید که این مسئله با بکارگیری SDR تحقق یافته است.

دارای آنتن های هوشمند و قابلیت شکل دهی پرتوها (Beam Forming)

دارای قابلیت تلفیق یا تغییر و نیز کد نمودن بصورت توافقی  (Adaptive Modulation and Coding)  

این قابلیت، تکنیکهای تلفیق و کد نمودن را با در نظر گیری منابع شبکه، احتیاجات کاربر و موقعیتهای فیزیکی کانال، تغییر خواهد داد. ضمنا" تکنیکهای پیوند زنی لایه ها (Cross Layer)، برای نسل چهارم پیشنهاد شده اند.

الگوهای دسترسی (Access Schemes)

فرکانس اندک منبع و نیز زیر بنای شبکه، توسط الگوهای دسترسی کانالی مورد استفاده قرار می گیرند. استانداردهای بی سیم موجود در حال حاضر از روش های:

       دسترسی چندگانه از طریق تقسیم زمان

 (Time Division Multiple Access – TDMA)،

       دسترسی چندگانه از طریق تقسیم فرکانس

 (Frequency Division Multiple Access – FDMA)،

       دسترسی چندگانه از طریق تقسیم کردن کد

 (Code Division Multiple Access – CDMA)،

       و ترکیبی از روشهای بالا را استفاده می نمایند.

 اخیرا" روشهای دسترسی دیگری نظیر:

       دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانسهای متعامد

(Orthogonal Frequency Division Multiple Access – OFDMA)،

       دسترسی چندگانه با تقسیم کد چندین کریر یا اپراتور

(Multi Carrier -  Code Division Multiple Access : MC-CDMA)،

اهمیت بیشتری را در استانداردهای 802.16e و 802.20 حاصل نموده اند.

IPv6 (یا پروتکل اینترنت نسخهء 6)

عموما" اعتقاد بر این است ، که شبکه های بی سیم نسل چهارم  (4G) تعداد بیشتری از وسایل بی سیم  را  که  قابل  آدرس دهی  و نیز قابل مسیر دهی می باشند ، پشتیبانی خواهند نمود . بنابراین در زمینهء نسل چهارم (4G)، IPv6 یک فن آوری مهم در لایه شبکه (Network Layer) بوده و استانداردی است که میتواند تعداد زیادی از دستگاهها را که قادر به عمل نمودن بصورت بی سیم می باشند را پشتیبانی نماید. علاوه بر قابلیت افزایش تعداد آدرسهای پروتکل اینترنت (Internet Protocol - IP)، IPv6 احتیاج را برای ترجمه آدرس دهی شبکه (Network Address Translation – NAT) که یک تکنیک بوده، در نسل سوم (3G) و دیگر شبکه ها جهت ساختن آدرسهای خصوصی پروتکل اینترنت که در کاربردهای اینترنتی استفاده میشوند را نیز از بین می برد.

در زمینهء نسل چهارم (4G)،  IPv6 همچنین تعدادی کاربرد را برای چند اجرایی (Multi-Cast)، داشتن امنیت و توانایی های استفاده بهینه از مسیر (Route) را قادر میسازد. با فضای آدرس دهی موجود و مقادیری از بیت های آدرس دهی در IPv6، چندین الگوی کد دهی جدید و نوآوری شده را میتوان برای دستگاههای نسل چهارم (4G) و کاربردهای آن جهت یاری رسانی به شبکه ها و خدمات نسل چهارم (4G) ایجاد و توسعه داد.

شبکه های توری (Mesh Networks)

معماری های امکان پذیر شبکه

شبکهء ناهمگون (Heterogeneous)

شبکهء مشارکتی (Co-Operative Network)

1- تکنولوژی نسل چهارم (4G) بصورت پایدار و محکم ایستاده است، که استاندارد وسایل بی سیم در آینده باشد.

شرکت ژاپنی NTT DoCoMo و سامسونگ (Samsung) در حال تست نمودن ارسال و دریافت دیتا با  استفاده از استانداردهای نسل چهارم (4G) با نرخ ارسال و دریافت 100 مگابیت در ثانیه و نیز بصورت غیر ایستا یا ثابت و همینطور 1 گیگا بیت در هر ثانیه در حال ایستا یا ثابت می باشند.

شرکت ژاپنی NTT DoCoMo برنامه ریزی نموده که اولین شبکهء تجاری نسل چهارم (4G) را در سال 2010 به بازار عرضه و سامسونگ نیز برنامه ریزی نموده که این سرویس و خدمات برای نسل چهارم (4G) را تا سال 2010 در جزیره ججو (Jeju Island) در کره جنوبی بصورت تجاری در آورده و به بازار ارائه دهد. علارغم این واقعیت که دستگاههای بی سیم موجود به ندرت از تمام امکانات نسل سوم (3G) استفاده می نمایند، ولی یک گرایش پایه ای و اساسی وجود دارد که اگر یک خط لوله را فراهم نمایید پس از آن خدمات مربوط به آن نیز به دنبالش خواهند آمد.

2- شبکه های فراگیر (Pervasive Networks): در حال حاضر یک مفهوم کاملا" فرضی و غیر شفاف موجود دارد که کاربر می تواند بطور همزمان به چندین فن آوریهای دسترسی بصورت بی سیم دسترسی داشته و از آنها استفاده نماید ، و همچنین او (کاربر) قادر خواهد بود که بین آنها بطور یکپارچه (بدون انقطاع) حرکت نماید (برای شرح بیشتر در مورد این مطلب، مطالب ارائه شده بصورت برگه، با کد IEEE802.21 را مطالعه نمایند). این فن آوریها یا تکنولوژیهای دسترسی میتوانید شامل:

Wi-Fi (Wireless Fidelity) IEEE 802.11b – شبکه نمودن بصورت بی سیم،

سیستم جهانی ارتباطات راه دور تلفن همراه (Universal Mobile Telecommunication System – UMTS)       

نرخهای پیشرفتهء دیتا برای توسعه جهانی (Enhanced Data Rates for Global Evolution – EDGE)  

یا هر فن آوری آینده دسترسی باشند.

مورد دیگری که در این مفهوم شامل شده: رادیو یا بی سیم هوشمند (Smart Radio) نیز می باشد (که به عنوان فن آوری رادیو یا بی سیم شناختی یا ادراکی [Cognitive] نیز شناخته شده است.)، که بصورت کارآ و موثری بکارگیری طیف (منظور طیف رادیویی)، قدرت انتقال (منظور انتقال دیتا) و همینطور بکارگیری پروتکل های مسیر دهی توری (Mesh Routing) را جهت ایجاد یک شبکه فراگیر مدیریت نماید.   بطور کلی، در نتیجهء تغییرات انجام گرفته، در طی چارچوب زمانی 10 تا 15 ساله، یک نسل جدید تعریف گردیده است. از اینرو نسل چهارم (4G) به هر موردی که در فاصله زمانی 2010 تا 2015 گسترش یابد، اشاره میکند. البته با این فرض که محدودهء زمانی گسترش نسل سوم (3G) بین سالهای 2000 تا 2009 خواهد بود.  از اینرو شرکتهای فراهم کنندهء ارتباطات راه دور در حال برنامه ریزی میباشند که نسل چهارم (4G) را زودتر آماده و به بازار ارائه دهند (احتمالا" تا سال 2008)بطور نمونه، یک استاندارد جدید به معنای یک میانجی یا (رابط – هوایی)  جدید با نرخهای بالاتر ارسال و دریافت دیتا که البته مختصرترین تعریف آن می باشد، است، که برخی تغییرات را در روش دریافت و ارسال دیتا بصورت " انتها به انتها – End to End ": شبکه هایی می باشند که در آنها ابتداء بسته های حاوی دیتا تحویل داده میشوند و سپس سیستم دریافت کننده آگاه میگردد، در اختیار می گذارد. بطور ایده آل، نسل چهارم (4G) برای استفاده کنندگان یا کاربرانش، هم صوت و هم تصویر را با کیفیت بالا در زمان تقاضای کاربر، فراهم مینماید. برنامه کاربردی نسل چهارم (4G) که رقبایش را کنار زده و خود جانشین آنها گردد یا بعبارتی " Killer Application "، هنوز مشخص نشده. در ضمن سرعت ارسال و دریافت تصاویر ویدیویی یکی از بزرگترین تفاوتهای بین نسل چهارم (4G) و نسل سوم (3G) می باشد. نسل چهارم ممکن است از تسهیم سازی تقسیم فرکانس متعامد (Orthogonal Frequency Division Multiplexing – OFDM) و همچنین دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانس متعامد (Orthogonal Frequency Division Multiple Access – OFDMA) جهت بهینه سازی تخصیص منابع شبکه از چندین کاربر استفاده نماید . دستگاهها و وسایل نسل چهارم میتوانند از گیرنده هایی  بصورت رادیویی یا بی سیم تعریف شده توسط نرم افزار ( Software Defined Radio)  که برای استفاده بهتر از پهنای باند موجود و همینطور به استفاده همزمان چندین کانال اجازه می دهند، استفاده نمایید.

علارغم شبکه های نسل سوم (3G)، که شبکه های بسته ای سوئیچ شده و همچنین مدار سوئیچ شده شلوغ و در هم آمیخته می باشند، نسل چهارم (4G) فقط بر پایهء بسته سوئیچ شده (Packet Switched) است. این مسئله به انتقال دیتا با تاخیر کم اجازه می دهد و آن را امکان پذیر میسازد.

برطبق مطالعات و بررسی های انجام گرفته توسط شرکت Visant Strategies  (که در روزنامهء Wireless Week در اول فوریه 2006 درج شده بود) چندین رقیب در این زمینه وجود خواهند داشت و این شرکت (Visant Strategies) طرح ریزی های زیر را در رابطه با این مسئله به شرح زیر ارائه داده:

بکارگیری WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) یا " روش تعامل متقابل برای دسترسی به ریز امواج یا مایکرو ویوها که 2/7 میلیون واحد را تا سال 2010، به خود اختصاص خواهد داد." 

بکارگیری Flash-OFDM (Flash- Orthogonal Frequency Division Multiplexing) یا    " روش تسهیم سازی با تقسیم فرکانس متعامد با استفاده از تکنولوژی مسیردهی رادیویی (Radio Router Technology) " – که 13 میلیون مشترک در سال 2010 را به خود اختصاص خواهد داد.

بکارگیری  UMTS-FDD (Universal Mobile Telecommunications System – Frequency Division Duplex) یا " روش سیستم ارتباطات راه دور جهانی موبایل (متحرک) – با تقسیم فرکانس مضاعف " – که به میزان 2میلیارد دلار در سال 2010 ارزش گذاری شده .

موج های رادیو

موج های رادیویی یک فرمی از اشعه الکترومغناطیس هستند، و به وجود می آیند وقتی یک شارژ الکتریکی موضوع شتاب با یک فرکانس که در فرکانس رادیو قرار دارد و قسمتی از طیف الکترومغناطیسی است. این یک تیررس از مقداری هرتز دربرابر مقداری گیگا هرتز. اشعه الکترومغناطیس (تکثیر) حرکت می کنند توسط نوسان الکتریکی و زمینه های مغناطیسی که از هوا و خلاء فضا به خوبی عبور می کند و نیاز به وسیله برای حرکت و جابجایی ندارد.
توسط تفاضل، دیگر اشعه های الکترومغناطیسی با فرکانس های بیشتر ازRF اشعه گاما، اشعه ایکس و مادون قرمز، ماورای بنفش و روشنایی قابل دیدن هستند.
وقتی موجهای رادیو از یک سیم عبور می کنند، نوسان الکتریکی آنها یا زمینه ی مغناطیسی (بستگی به جنس سیم دارد) که ولتاژ را زیاد می کند. که این می تواند به صدا یا علامت های دیگر که حاوی اطلاعات هستند تغییر فرم دهد.
با وجود اینکه کلمه ‘‘رادیو’‘ برای توضیح این پدیده به کار می رود، وسایل ارتباطی که ما می شناسیم تلویزیون، رادیو، رادار و موبایل، همه در زیر مجموعه ی فرکانس های رادیو قرار دارند. رادیو-طیف مغناطیسی

کشف

پایه تئوریک تکثیر موجهای الکترومغناطیس ابتدا در سال 1873م توسط جیمز کلرک مکس ول شرح داده شد در مقاله اش به جامعه اشرافی ‘‘تئوری حرکتی زمینه ی الکترومغناطیس’‘ که موضوع کار او در بین سالهای 1861م و 1865م بود.
هیزیچ رادولف هرتز بین سالهای 1886م و 1888م بود که تئوری مکس ول را نقض کرد و نشان داد که اشعه ی رادیو تمام جزئیات موجها را دارا می باشد (امروزه هرتزین نامیده می شود)، و کشف کرد که معادله ی الکترومغناطیس می تواند با معادله متفاوتی دوباره فرمول نویسی شود فرمول موج

تاریخ و اختراع

هویت مخترع رادیو، در آن زمان به نام تلگراف بی سیم شناخته شده بود، ادامه دارد. ادعاها می شد که ناتان استابل فیلد رادیو اختراع کرد قبل از تسلا یا مارکونی. اما به نظر می رسید که وسایل توسط القاء کار می کند.

در سال 1893م در خیابان لوئیس، میسوری، نیکولا تسلا. اولین نمایش عمومی از ارتباط رادیو را انجام داد. نشان دادن آموزشگاه فرانکلین در فیلادلفیا و شرکت ملی برق الکتریکی، او موضوعات مدیران ارتباطی رادیو را تشریح کرد و نشان داد. تجهیزاتی که او استفاده می کرد شامل عناصری بود که در سیستمهای رادیو استفاده می شد قبل از توسعه ی تیوب خلاء. او ضرورتاً از دریافت کننده های مغناطیسی استفاده کرد hHp://www.tesla society. Com/ teobrec.pdf برخلاف منسجمان توسط مارکونی و دیگر آزمایشگرها استفاده شد. و در سال 1894 فیزیکدان انگلیسی سرالیورلوژ احتمال استفاده از علائم را نشان داد و در استفاده از موج رادیو از یک وسیله تخصصی به نام ‘‘اتصال گر’‘ استفاده کرد، یک تیوپ پر از آهن که توسط تسیستوکل کالزچی-انستی اختراع شد در ایتالیا 1884. ادوارد برانلی از فرانسه و فیزیکدان از روسیه که بعداً استفاده ی از اتصال گر را توسعه دادند. پوپوف یک وسیله ی و سیستم ارتباطی تمرینی را تولید کرد که آن را براساس اتصال گر تولید کرد، همیشه توسط هم کشوریانش برای اختراع رادیو مورد توجه قرار می گرفت. فیزیکدان هندی یاگدیش چاندرا بوز. در یک مکان عمومی استفاده ی از موجهای رادیو را نشان داد در نوامبر 1894 در کلکته، ولی او از این کارش لذت کافی را نبرد . در سال 1896م گاگلیلمو مارکونی برای اولین تولید رادیو به این صورت در دنیا، جایزه گرفت در انگلستان امتیاز 12039، ‘‘توسعه در ارسال و پخش کردن سیگنالها و ضربه های الکتریکی و در ابزارها’‘. در سال 1897 در آمریکا بعد از تولیدات در تاریخ رادیو اختراع کننده و صاحب امتیاز را نیکولا تسلا خواندند.

اداره امتیاز آمریکا این نظریه را در سال (1904) عوض کرد، مارکونی را به عنوان صاحب امتیاز رادیو دانست، که توسط حامی مالی مارکونی در آمریکا انجام گرفت، که شامل توماس ادیسون و اندرو کارنجی.در سال(1909) مارکونی، با کارل فردیناند براون، که جایزه ی نوبل فیزیک برای توسعه دادن تلگراف بی سیمی دریافت کرد. در هر حال امتیاز تسلا (شماره ی ‘‘645576’‘) در سال (1943) توسط دادگاه عالی آمریکا به ثبت رسید. عقاید بر روی حقیقت ما ند که قبل از شروع امتیاز مارکونی کارهایی قبل از آن در مورد اختراع رادیو صورت گرفته بود. بعضی عقاید بر این بود که به طور نسبتاً او این کار را برای دلایل مالی انجام داد، به دلتمردان آمریکا اجازه دادند که از خسارت دادن به کمپانی مارکونی در جنگ جهانی اول دوری کنند.

مارکونی اول کارخانه ی ‘‘بی سیم’‘ را در خیابان حال تأسیس نمود. شلمز فورد، انگلستان در سال 1898م، که حدود50 نفر را استخدام کرد. در حدود1900، وارون کلیف تور را تأسیس کرد که سرویسها را امکانات می داد و تبلیغ می کرد. در سال1903 میلادی، ساختمان تور نزدیک به تمام شدن بود. تئوریهای زیادی بود که چگونه تسلا به اهداف سیستمهای بی سیم دست یافت (با گزارش، 200ک و). تسلا ادعا کرد که واردن کلیف، یک بخشی از سیستم جهانی اتصال، اجازه دادند که فرستنده ی چند کانالی اطلاعات را امنیت بدهند.

اختراع بزرگ بعدی تیوب خلاء، که توسط یک گروه از مهندسان وستینگ هاوس اختراع شد. در کریسمس 1906، رینالد فسندن اولین صدای رادیو را در تاریخ پخش کردن برنت راک ماساچوست. کشتیها در دریا یک صدایی از رادیو شنیدند که فسندن در حال خواندن شعر’‘ای شب مقدس’‘ و پیامی را از کتاب مقدس خواند. اولین برنامه ی رادیویی در 31 آگوست در سال 1920م توسط ایستگاه 8 م ک در دیترویت، میچیگان پخش شد. اولین صدای منظم بی سیم جهانی در سال 1922م از گاگلیلمو مارکون مرکز تحقیقات در رقیل نزدیک شلمز فورد، انگلستان، که اولین مکان کارخانه ‘‘بی سیم’‘ جهانی بود.
رادیوهای اولیه قدرت پخش را توسط میکروفن کربنی زیاد کردند. در حالی که بعضی رادیوها از بعضی انواع تقویت در صدامت و یا باتری استفاده می کردند. در اواسط 1920م دریافت کننده های معمولی مثلکریستال ست وجود داشت. در سال1920. تیوب خلاء را تقویت کردند که باعث تحول عظیمی در دریافت کننده رادیو و پخش کننده رادیو به وجود آمد.

توسعه در قرن20

نیروی هوایی از رادیو تبلیغاتی برای هدایت هواپیما استفاده می کرد. این موضوع همچنان تا سال1960م ادامه داشت وقتی که سیستم در نهایت جهانی شد.
در اوایل سال1930م، گروه تنها و تغییر فرکانس که توسط کارفرماهایی آماتور رادیو اختراع شد. رادیو عکسهای قابل دیدن را مثل تلویزیون پخش می کرد در اوایل سال1920، پخش های استاندارد و متداول در آمریکای شمالی و اروپا در سال1940 شروع به کار کرد.
در سال1960 سانی اولین رادیوی ترانزسیتوری را معرفی کرد، به اندازه ای کوچک بود که در یک جیب جا می گرفت و با یک باتری به راحتی قابل حمل بود. در بیست سال بعدی، ترانزسیتورها جایگزین تیوب ها شدند به غیر از استفاده قدرت های بالا، یا فرکانس بالا.
در سال 1963 تلویزیون رنگی به وجود آمد و اولین رادیو ماهواره ارتباطی، تل استاره شروع به کار کرد. در اواخر سال1960 تلفن راه دور آمریکا سیستم خود را دیجیتال کرد، از رادیوی دیجیتال برای بسیاری از این ارتباطات استفاده کرد.
در سال1970 لوران سیستم ارتباطی اولیه رادیو شمار آمد. به زودی آمریکا آزمایشاتی با ماهواره ارتباطی انجام داد، که به اختراع و راه اندازی گروه منتهی شد در سال1987.
در اوایل سال1990 رادیو آماتور آزمایشگران شروع به استفاده از کامپیوترهای شخصی با کارت صوتی برای پیشرفت سیگنالهای رادیو کردند. در سال1994، ارتش آمریکا راه اندازی شد و در این پروژه موفق شدند و رادیوی نرم افزار ساختند که می توانست یک رادیوی متفاوتی در پرواز با تغییر نرم افزار باشد.
نمایش دیجیتالی در صدا در سال1990 راه اندازی شد.

استفاده هایی از رادیو

استفاده های اولیه آن بیشتر در نیروی دریایی بود، برای فرستادن پیام های که مورس بین کشتی و خشکی به کار می رفت. امروزه، رادیو شکل های متعددی دارد، شامل سیستم بی سیم، ارتباط همراه در انواع گوناگون، به خوبی رادیوصدا. بیشتر در موردتاریخ رادیو مطالعه کنید.
قبل از اختراع تلویزیون، رادیو فقط شامل اخبار و موسیقی نبود، بلکه قصه ها، طنزها، شوهای مختلف، و فرم بسیاری از نمایش را دارا بود. رادیو در بین نمایش های دراماتیک بی نظیر بود زیرا فقط از صدا استفاده می شد. برای اطلاعات بیشتر، برنامه رادیو را مطالعه کنید.
استفاده های متعددی از رادیو وجود دارد:

*صوتی
موج رادیو که صحبت ها و موزیک را در یک فرکانس متوسط می فرستد( ). رادیوی از دامنه متغیر استفاده می کند. در حالی صداهای بلند در میکروفن سبب نوسان بیشتری در قدرت نمایش می شود در حالی که فرکانس نمایش بدون تغییر باقی می ماند. نمایش ها توسط آمار مورد تأثیر قرار می گیرند زیرا روشنایی و منابع دیگر رادیو موجهای رادیویی خود را به یکی از نمایش دهنده ها اضافه می کند.
موج رادیو که صحبت و موزیک می فرستد، با توانایی بیشتر نسبت به در تغییر فرکانس، صداهای بلند در میکروفن باعث می شود تا فرکانس نمایشگر نوسان بیشتری داشته باشد، و قدرت نمایشگر بی تغییر باقی می ماند. نمایش داده می شود در فرکانس بسیار بالا( ). به فضای فرکانس رادیویی بیشتری نسبت به نیاز دارد و در فرکانس بالا فرکانسهای بیشتری قابل دسترس می باشند، بنابراین جایگاه های زیادی وجود دارد که هر کدام حاوی اطلاعاتی می باشند. موضوع دیگر این است که موجهای کوتاه رادیو خیلی بهتر عمل می کنند، که در یک خط مستقیم سیر می کنند که بازتابی نسبت به زمین ندارند توسط (یونسیفر) که در یک تیررس دریافت کوتاهتری نتیجه می شود. دریافت کننده های به صورت افکت متمرکز قرار می گیرند، که سبب می شوند که رادیو فقط سیگنالهای قوی را وقتی سیگنالهای زیادی روی یک فرکانس قرار می گیرد، دریافت کنند.
سرویسهای سیگنالهای دوگانه هستند که «روی شانه» را نشان می دادند که در مدت طولانی با یک برنامه مهم طول کشید. سرویس دهنده های مخصوص نیاز به بکارگیری و بهره برداری از این سرویسها دارند. کانال های مشابه ممکن است به صورت برنامه های متصل باقی بمانند، مثل خواندن سرویسها برای نابینایان، موزیک پشت صحنه یا سیگنالهای صدای استدیو. در بعضی مناطق شهری بسیار شلوغ، برنامه های این کانال ممکن است به صورت برنامه رادیویی زبان خارجی متناوب باشد برای گروه ها و اغشار مختلف.
رادیوی صدای هوانوردی از رادیو استفاده می کند. از استفاده می کنند بنابراین ایستگاه های مختلف روی یک کانال را می توان دریافت کرد. (استفاده از باعث می شود تا ایستگاه های قویتر مانع از دریافت ایستگاه های ضعیفتر شوند با توجه به افکت متمرکز. بشقاب پرنده اغلب بسیار بالا است که رادیوی آن می تواند صدها مایل را به خوبی ببیند، با اینکه آنها از استفاده می کنند.

رادیوی نیروی دریایی یا دریانوردها می توانند از موج کوتاه و فرکانس بالا استفاده کنند( ) اسپکتروم رادیو برای هر تیررس رادیو یارادیو

فیبر نوری یكی از محیط های انتقال داده با سرعت بالا است . امروزه از فیبر نوری در موارد متفاوتی نظیر: شبكه های تلفن شهری و بین شهری ، شبكه های كامپیوتری و اینترنت استفاده بعمل می آید. فیبرنوری رشته ای از تارهای شیشه ای بوده كه هر یك از تارها دارای ضخامتی معادل تار موی انسان را داشته و از آنان برای انتقال اطلاعات در مسافت های طولانی استفاده می شود.

مبانی فیبر نوری

فیبر نوری ، رشته ای از تارهای بسیار نازك شیشه ای بوده كه قطر هر یك از تارها نظیر قطر یك تار موی انسان است . تارهای فوق در كلاف هائی سازماندهی و كابل های نوری را بوجود می آورند. از فیبر نوری بمنظور ارسال سیگنال های نوری در مسافت های طولانی استفاده می شود.

یك فیبر نوری از سه بخش متفاوت تشكیل شده است :
هسته (Core)  هسته نازك شیشه ای در مركز فیبر كه سیگنا ل های نوری در آن حركت می نمایند.

            روكش (Cladding)  بخش خارجی فیبر بوده كه دورتادور هسته را احاطه كرده و باعث برگشت نورمنعكس شده به هسته می گردد.
            بافر رویه (Buffer Coating) روكش پلاستیكی كه باعث حفاظت فیبر در مقابل رطوبت و سایر موارد آسیب پذیر ، است .
صدها و هزاران نمونه از رشته های نوری فوق در دسته هائی سازماندهی شده و كابل های نوری را بوجود می آورند. هر یك از كلاف های فیبر نوری توسط یك روكش هائی با نام Jacket محافظت می گردند. فیبر های نوری در دو گروه عمده ارائه می گردند:
            فیبرهای تك حالته (Single-Mode)  بمنظور ارسال یك سیگنال در هر فیبر استفاده می شود نظیر : تلفن 
            فیبرهای چندحالته (Multi-Mode)  بمنظور ارسال چندین سیگنال در یك فیبر استفاده می شود نظیر : شبكه های كامپیوتری
 

فیبرهای تك حالته دارای یك هسته كوچك  تقریبا" ۹ میكرون قطر  بوده و قادر به ارسال نور لیزری مادون قرمز ( طول موج از ۱۳۰۰ تا ۱۵۵۰ نانومتر) می باشند. فیبرهای چند حالته دارای هسته بزرگتر ( تقریبا" ۵ / ۶۲ میكرون قطر ) و قادر به ارسال نورمادون قرمز از طریق LED می باشند.
 

ارسال نور در فیبر نوری
فرض كنید ، قصد داشته باشیم با استفاده از یك چراغ قوه یك راهروی بزرگ و مستقیم را روشن نمائیم . همزمان با روشن نمودن چراغ قوه ، نور مربوطه در طول مسیر مسفقیم راهرو تابانده شده و آن را روشن خواهد كرد. با توجه به عدم وجود خم و یا پیچ در راهرو در رابطه با تابش نور چراغ قوه مشكلی وجود نداشته و چراغ قوه می تواند ( با توجه به نوع آن ) محدوده مورد نظر را روشن كرد. در صورتیكه راهروی فوق دارای خم و یا پیچ باشد ، با چه مشكلی برخورد خواهیم كرد؟ در این حالت می توان از یك آیینه در محل پیچ راهرو استفاده تا باعث انعكاس نور از زاویه مربوطه گردد.در صورتیكه راهروی فوق دارای پیچ های زیادی باشد ، چه كار بایست كرد؟ در چنین حالتی در تمام طول مسیر دیوار راهروی مورد نظر ، می بایست از آیینه استفاده كرد. بدین ترتیب نور تابانده شده توسط چراغ قوه (با یك زاویه خاص) از نقطه ای به نقطه ای دیگر حركت كرده ( جهش كرده و طول مسیر راهرو را طی خواهد كرد). عملیات فوق مشابه آنچیزی است كه در فیبر نوری انجام می گیرد.
نور، در كابل فیبر نوری از طریق هسته (نظیر راهروی مثال ارائه شده ) و توسط جهش های پیوسته با توجه به سطح آبكاری شده ( Cladding) ( مشابه دیوارهای شیشه ای مثال ارائه شده ) حركت می كند.( مجموع انعكاس داخلی ) . با توجه به اینكه سطح آبكاری شده ، قادر به جذب نور موجود در هسته نمی باشد ، نور قادر به حركت در مسافت های طولانی می باشد. برخی از سیگنا ل های نوری بدلیل عدم خلوص شیشه موجود ، ممكن است دچار نوعی تضعیف در طول هسته گردند. میزان تضعیف سیگنال نوری به درجه خلوص شیشه و طول موج نور انتقالی دارد. ( مثلا" موج با طول ۸۵۰ نانومتر بین ۶۰ تا ۷۵ درصد در هر كیلومتر ، موج با طول ۱۳۰۰ نانومتر بین ۵۰ تا ۶۰ درصد در هر كیلومتر ، موج با طول ۱۵۵۰ نانومتر بیش از ۵۰ درصد در هر كیلومتر)
سیستم رله فیبر نوری
بمنظور آگاهی از نحوه استفاده فیبر نوری در سیستم های مخابراتی ، مثالی را دنبال خواهیم كرد كه مربوط به یك فیلم سینمائی و یا مستند در رابطه با جنگ جهانی دوم است . در فیلم فوق دو ناوگان دریائی كه بر روی سطح دریا در حال حركت می باشند ، نیاز به برقراری ارتباط با یكدیگر در یك وضعیت كاملا" بحرانی و توفانی را دارند. یكی از ناوها قصد ارسال پیام برای ناو دیگر را دارد.كاپیتان ناو فوق پیامی برای یك ملوان كه بر روی عرشه كشتی مستقر است ، ارسال می دارد. ملوان فوق پیام دریافتی را به مجموعه ای از كدهای مورس ( نقطه و فاصله ) ترجمه می نماید. در ادامه ملوان مورد نظر با استفاده از یك نورافكن اقدام به ارسال پیام برای ناو دیگر می نماید. یك ملوان بر روی عرشه كشتی دوم ، كدهای مورس ارسالی را مشاهده می نماید. در ادامه ملوان فوق كدهای فوق را به یك زبان خاص ( مثلا" انگلیسی ) تبدیل و آنهارا برای كاپیتان ناو ارسال می دارد. فرض كنید فاصله دو ناو فوق از یكدیگر بسار زیاد ( هزاران مایل ) بوده و بمنظور برقرای ارتباط بین آنها از یك سیتستم مخابراتی مبتنی بر فیبر نوری استفاده گردد.
سیتستم رله فیبر نوری از عناصر زیر تشكیل شده است :
 

  فرستنده . مسئول تولید و رمزنگاری سیگنال های نوری است .
  فیبر نوری مدیریت سیكنال های نوری در یك مسافت را برعهده می گیرد.
  بازیاب نوری . بمنظور تقویت سیگنا ل های نوری در مسافت های طولانی استفاده می گردد.
  دریافت كننده نوری . سیگنا ل های نوری را دریافت و رمزگشائی می نماید.
 

در ادامه به بررسی هر یك از عناصر فوق خواهیم پرداخت .
فرستنده
وظیفه فرستنده، مشابه نقش ملوان بر روی عرشه كشتی ناو فرستنده پیام است . فرستنده سیگنال های نوری را دریافت و دستگاه نوری را بمنظور روشن و خاموش شدن در یك دنباله مناسب ( حركت منسجم ) هدایت می نماید. فرستنده ، از لحاظ فیزیكی در مجاورت فیبر نوری قرار داشته و ممكن است دارای یك لنز بمنظور تمركز نور در فیبر باشد. لیزرها دارای توان بمراتب بیشتری نسبت به LED می باشند. قیمت آنها نیز در مقایسه با LED بمراتب بیشتر است . متداولترین طول موج سیگنا ل های نوری ، ۸۵۰ نانومتر ، ۱۳۰۰ نانومتر و ۱۵۵۰ نانومتر است .
بازیاب تقویت كننده  نوری
همانگونه كه قبلا" اشاره گردید ، برخی از سیگنال ها در مواردیكه مسافت ارسال اطلاعات طولانی بوده ( بیش از یك كیلومتر ) و یا از مواد خالص برای تهیه فیبر نوری ( شیشه ) استفاده نشده باشد ، تضعیف و از بین خواهند رفت . در چنین مواردی و بمنظور تقویت ( بالا بردن ) سیگنا ل های نوری تضعیف شده از یك یا چندین " تقویت كننده نوری " استفاده می گردد. تقویت كننده نوری از فیبرهای نوری متععدد بهمراه یك روكش خاص (doping) تشكیل می گردند. بخش دوپینگ با استفاده از یك لیزر پمپ می گردد . زمانیكه سیگنال تضعیف شده به روكش دوپینگی می رسد ، انرژی ماحصل از لیزر باعث می گردد كه مولكول های دوپینگ شده، به لیزر تبدیل می گردند. مولكول های دوپینگ شده در ادامه باعث انعكاس یك سیگنال نوری جدید و قویتر با همان خصایص سیگنال ورودی تضعیف شده ، خواهند بود.تقویت كننده لیزری
دریافت كننده نوری
وظیفه دریافت كننده ، مشابه نقش ملوان بر روی عرشه كشتی ناو دریافت كننده پیام است. دستگاه فوق سیگنال های دیجیتالی نوری را اخذ و پس از رمزگشائی ، سیگنا ل های الكتریكی را برای سایر استفاده كنندگان ( كامپیوتر ، تلفن و ... ) ارسال می نماید. دریافت كننده بمنظور تشخیص نور از یك "فتوسل" و یا "فتودیود" استفاده می كند.
مزایای فیبر نوری
فیبر نوری در مقایسه با سیم های های مسی دارای مزایای زیر است :
· ارزانتر. هزینه چندین كیلومتر كابل نوری نسبت به سیم های مسی كمتر است .
· نازك تر. قطر فیبرهای نوری بمراتب كمتر از سیم های مسی است .
· ظرفیت بالا. پهنای باند فیبر نوری بمنظور ارسال اطلاعات بمراتب بیشتر از سیم مسی است .
· تضعیف ناچیز. تضعیف سیگنال در فیبر نوری بمراتب كمتر از سیم مسی است .
· سیگنال های نوری . برخلاف سیگنال های الكتریكی در یك سیم مسی ، سیگنا ل ها ی نوری در یك فیبر تاثیری بر فیبر دیگر نخواهند داشت .
· مصرف برق پایین . با توجه به سیگنال ها در فیبر نوری كمتر ضعیف می گردند ، بنابراین می توان از فرستنده هائی با میزان برق مصرفی پایین نسبت به فرستنده های الكتریكی كه از ولتاژ بالائی استفاده می نمایند ، استفاده كرد.
· سیگنال های دیجیتال . فیبر نور ی مناسب بمنظور انتقال اطلاعات دیجیتالی است .
· غیر اشتعال زا . با توجه به عدم وجود الكتریسیته ، امكان بروز آتش سوزی وجود نخواهد داشت .
· سبك وزن . وزن یك كابل فیبر نوری بمراتب كمتر از كابل مسی (قابل مقایسه) است.
· انعطاف پذیر . با توجه به انعظاف پذیری فیبر نوری و قابلیت ارسال و دریافت نور از آنان، در موارد متفاوت نظیر دوربین های دیجیتال با موارد كاربردی خاص مانند : عكس برداری پزشكی ، لوله كشی و ...استفاده می گردد.
با توجه به مزایای فراوان فیبر نوری ، امروزه از این نوع كابل ها در موارد متفاوتی استفاده می شود. اكثر شبكه های كامپیوتری و یا مخابرات ازراه دور در مقیاس وسیعی از فیبر نوری استفاده می نمایند.