چکیده

از كجا مرور تاريخي اين موضوع را شروع كنيم؟! نورهميشه با ما بوده است . مخابرات با استفاده از نور در اوائل دوران پيشرفت بشري ، از زماني كه بشر ابتدا با استفاده از علامت دادن با دست پيام خود را ارسال مي‌كرد، شروع شده است . اين خود بطور بديهي يك نوع مخابرات نوري است و در تاريكي قابل اجرا نمي‌باشد . درخلال روز ،منبع نور براي سيستم مورد مثال خورشيد است . اطلاعات از فرستنده به گيرنده روي پرتو نور خورشيد حمل مي‌گردد . نور برحسب حركات دست تغيير وضعيت داده و يا مدوله مي‌گردد . چشم پيام را آشكار كرده و مغز پردازش لازم را روي آن انجام مي‌دهد . در اين سيستم ، انتقال اطلاعات كُند ، ميزان اطلاعات قابل انتقال در يك زمان معين محدود و احتمال خطا زياد است . سيستم نوري ديگري كه براي مسيرهاي طولاني‌تر مفيد است ارسال علائم دودي است . پيام با استفاده از تغيير شكل دود حاصل از آتش ارسال مي‌گرديده است. در اين سيستم به طرح و يادگيري يك رمز بين فرستنده و دريافت‌كننده نياز مي‌باشد. اين سيستم با سيستمهاي جديد مخابرات ديجيتال كه درآن از رمزهاي پالسي استفاده مي‌شود قابل قياس است .

در سال 1880 الكساندر گراهام بل يك سيستم مخابرات نوري به نام فوتوفونرا اختراع كرد . در اين سيستم ، بل از آئينه نازك كه توسط صدا به لرزه در مي‌آيد استفاده نمود . نور خورشيد منعكسه از اين آئينه اطلاعات را حمل مي‌كند . در گيرنده ، اين نور خورشيد مدوله شده به سلنيوم هادي نور اصابت مي‌كند و در آن به يك سيگنال الكتريكي تبديل مي‌شود . اين سيگنال الكتريكي در يك تلفن مجدداً به سيگنال صوتي تبديل مي‌گردد . با وجودي كه سيستم فوق نسبتاً خوب كار مي‌كرد هرگز يك موفقيت تجارتي كسب نكرد . ابداع لامپهاي ساخته بشر منجر به ساخت سيستمهاي مخابراتي ساده مثل چراغهاي چشمك زن بين دو كشتي و يا بين كشتي و ساحل ، چراغهاي راهنماي اتومبيلها ويا چراغهاي راهنمائي گرديد . در واقع هر نوع چراغ راهنما در اصل يك سيستم مخابرات نوري است .

تمام سيستمهاي شرح داده شده فوق داراي ظرفيت اطلاعاتي كمي هستند . يك جهش اساسي كه منجر به ايجاد سيستمهاي مخابرات نوري با ظرفيت زياد شد كشف ليزر بود كه اولين نوع آن در سال 1960 ساخته شد . ليزر يك منبع انتشار نور با عرض باند كم مناسب ، قابل استفاده به عنوان حامل اطلاعات را فراهم مي‌آورد . ليزرها قابل قياس با منابع فركانس راديوئي مورد استفاده در مخابرات معمولي هستند . سيستمهاي مخابرات نوري هدايت نشده (بدون تار) كمي بعد از كشف ليزر توسعه يافتند . مخابره اطلاعات توسط پرتوهاي نوري كه در جو سير مي‌كنند به آساني انجام گرديد . نقاط ضعف عمده اين سيستمها عبارتند از :نياز به يك جوّ شفاف ، نياز به داشتن ديد و مسير مستقيم به فرستنده و گيرنده ، و احتمال آسيب رسيدن به چشم بيننده‌اي كه به طور ناآگاهانه ممكن است به پرتو نگاه كند . موارد استفاده اوليه سيستمهاي نوري ، هر چند محدود ، باعث ايجاد علاقه به سيستمهاي نوري شد كه بتواند پرتو نور را هدايت كند و بر معايب ذكر شده در ارسال هدايت نشده نور غلبه نمايد .

بعلاوه ، پرتو هدايت شده مي‌تواند در گوشه‌ها (انحراف مسير) خم شود و خطوط انتقال آن مي‌توانند در زير زمين كار گذاشته شوند . كارهاي اوليه انجام شده روي سيستمهاي ليزري جوي اكثر اصول نظري و خيلي از ادوات لازم براي مخابرات نوري را فراهم نموده‌اند . در خيلي از موارد ديودهاي نورگسيل (LED ) كه به باريكي ليزر هم نيستند مناسب مي‌باشند .

در سالهاي 1960 جزء كليدي در سيستمهاي عملي تاري ، يعني يك تار با كارائي مناسب ، وجود نداشت . هر چند كه ثابت شده بود نور مي‌تواند توسط يك تار شيشه‌اي هدايت شود ، تارهاي شيشه‌اي موجود بيش از اندازه نور را تضعيف مي‌نمود . در سال 1970 اولين تار واقعي با افت كم ساخته شد و مخابرات تار نوري عملي گرديد . اين موضوع درست 100 سال پس از آزمايش جان‌تيندال فيزيكدان انگليسي بود كه به مجمع سلطنتي نشان داد كه نور مي‌تواند در طول يك مسير منحني در بخار آب هدايت شود . هدايت نور توسط تارهاي شيشه‌اي و توسط بخار آب شواهدي بر يك پديده واحد هستند ( پديده انعكاس داخلي كلي).

مقدمه

يك گرايش از مهندسي برق است كه خود به دو زير مجموعه ميدان و امواج و سيستم تقسيم مي‌شود. در گرايش سيستم هدف فرستادن اطلاعات از يك نقطه به نقطه‌اي ديگر است. اطلاعات معمولاً به صورت سيگنال‌هاي الكترونيكي وارد " فرستنده " مي‌شوند، با روشهاي مختلف به "گيرنده" انتقال پيدا مي‌كنند، و سپس دوباره به سيگنالهاي الكترونيكي حامل اطلاعات فرستاده شده تبديل مي‌گردند. مديومهاي ( محيط‌هاي ، كانالهاي ، رسانه‌هاي ) انتقال سيگنالها از فرستنده به گيرنده شامل سيم مسي ( زوج سيم ، كابل هم محور )، امواج راديويي ( بي‌سيم )، موجبرها ،و فيبرنوري مي‌شوند.

سيگنالها و سيستم‌هاي مخابراتي به دو نوع تقسيم مي‌شوند : آنالوگ و ديجيتال. سيگنال‌هاي آنالوگ داراي مقادير پيوسته در زمانهاي پيوسته هستند، در حالي كه سيگنالهاي ديجيتال فقط در زمانهاي معيني ( samples ) داراي مقادير گسسته ( مثلاً 0يا 1 ) هستند. راديوهاي AM و FM و تلفن‌هاي شهري نمونه‌هايي از سيستم‌هاي مخابراتي آنالوگ هستند. مودم‌هاي كامپيوتر، تلفنهاي همراه جديد، و بسياري از دستگاههاي جديد ديگر مخابراتي با سيگنالهاي ديجيتال كار مي‌كنند.

اهداف اصلي مهندسي مخابرات عبارتند از فرستادن اطلاعات با بالاترين سرعت ممكن (براي‌سيسم‌هاي ديجيتال ) ، پايين ترين آمار خطا ، و كمترين ميزان مصرف از منابع (انرژي و پهناي باند). براي دستيابي به اين اهداف و تجزيه و تحليل عملكرد سيستم‌هاي مخابراتي ، اين رشته مهندسي از آمار و احتمالات بهره فراواني مي‌گيرد .