OPTİK LİF HABERLEŞMESİNDE GELİŞMELER VE DALGABOYU BÖLMELİ ÇOĞULLAMA

Adnan CORA<*>

1. OPTİK LİF (optlc fiber) TEKNOLOJİSİNİN TARİHÇESİ ve ÖZELLİKLERİ

Optik lif (optic fiber) teknolojisi, 1970'de Cor ning firmasının düşük kayıplı (20 d B/km) o zaman için ilk lifi gerçekleştirdiği ve oda sıcaklığında çalışan bir katıhal laser diyodunun Amerika'da Bell Laboratuvarları tarafından elde edildiği nin açıklanmasıyla mümkün olmuştu.

Bu iki gelişme, Charles K. Kao'nun 1966'da yaptığı çalış

mayı ispatlamaya yardım etti, yani cam lifler ve modüleli

kızılötesi (infrared) radyasyon kullanarak işaretleri

uzağa iltemek mümkün olacaktı (1). Bundan sonra,

DEVELOPMENT in FİBER OPTIC COMMUNICATIONS and WAVELENGTH DMSION MULTIPLEXING

1970'lerin sonlarında ilk optik lifli sistemler kuruldu, 1980'lerin ilk yıllarında da 850 nm'lık pencereli cihazlarla birlikte çok modlu olarak kullanılmaya başlandı (2).

Bugün için bu teknoloji o kadar gelişti ve gelişmeğe

SVMMARY: in thi» paper, developmenta in fiber optie

devam ediyor ki P İ M M y firması 1985 yılında, saçınım kaydırmalı tek modlu bir Uf (dispersion shifted rnonomod

communication» technology and a» one oftheae fiber) ve karmaşık yerin» tek frekanslı basit bir laser kul

••*•*•

developmenta the Wavelength Diviaion

lanarak 1300 Mbit/s hızında 107 km boyunca hatasız

MuUiptoting i» diacuaaed. in Seetion 1. hiatoricol veri (data) iletimi gerçekleştirdiklerini açıklamıştır

development of the optic fiber i» given in brief, (3).Şekil Vden de açıkça, optik lifin henüz gerçekleştiril

mdvantagea gained över the aUernaHve

memiş potansiyel içinde en büyük paya sahip olduğu,

tranamiaalon ayatema, light aourcea in the optie görü!mektedir(4).

fiber communıcatıon, operating modea of auch a ayatem and comparuion of the ayatemn

1.1. Niçin Optik Lif?

udth aingle and double fiber» i» alao given.

Daha önceleri, işaretlerin bir yerden diğerine iletilmesi

Seetion 2. ahortly givea the aUernaHve

için radyo yayına, tek alternatif metalik kablo idi, halbu

teehiniquea of the WDM. Seetion 8. deala unth ki bugün üç ana sebepten dolayı optik lif haberleşmesi

the typea of optie fiber, aelecÜon of the fiber and metalik kablo piyasasına akın etmeye devam edecektir.

V*.

multiplexing ofÜght firat After Oton, in thi» Seetion, an application ofthe WDM ay »tem ia fKplained, typea of the WDM device» oa active

Bu sebepler şunlardır: (i) GHz mertebesindeki frekanslarda laserlerin geliştiril

İ

tBmdpaaaive componenta and aome examplea of mlready inatalled and aueeeafuUy toorking WDM

mesi, bunların fiyatlarındaki çok çabuk düşjş, meta lik iletkenlerin bu frekansları taşıma imkânırın olma

II

ayatema ore mentioned. Finally, in the fourth

ması ve dijital devreler için VLSI (Very Large Scale

amd #fce loat aection, new trend» and proapecüvea

Integration) tekniklerinin geliştirilmesi

of the WDM, in the future, are »ummarized.

(ii) Fiyatların düşüşü ve kalitesi yüksek optik liflerin

imalinin artması

(*) Karadeniz Teknik Üniversitesi. Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü

fiii) Tek bir optik lif hattının yüzlerce genişbandlı kanalı taşıma imkânı vaadeden bağdaşık (cohererıt) ışık modülasyonunun gelecekteki belirtileri.

376 ELEKTRİK MÜHENDtSLlĞI

MJublex çalışmada veri (data) farklı iki optik dalgaboyu kullanılarak tek bir lif üzerinden iki yönde de iletilebilir. „

Bütün bunlara rağmen, metalik kabloların verecek daha

\ birçok şeyleri vardır ve telekomünikasyon trafiğinin önemli bir kısmını taşımaya devam edeceklerdir.

bps

10,12

İl

10,11

Şskll 1 :

Çeşitli iletim

ortamları için 108 mevcut veri

oranları ve mutlak sınırlar 107

(Kaynak Alman PTT Teşkilatı, 106

Deutsche

Bundespost).

ffl

öte yandan, fiyat konusu bir tarafa bırakılacak olursa, optik lif haberleşmesinin geniş bir spektrum için birçok sebepten dolayı bu yarışı kazandığı görülür. Bunlardan bazıları şunlardır:

* Bandgenişliğl: Optik lif kablolar bilgi (information) taşımak için çok yüksek kapasiteye imkân verirler. Bu oran birkaç yüz Mbit/s mertebesinde olabilir.

* Zayıflama: Optik lifler, onlarca km'lık büyük mesa feler boyunca verimli bir haberleşmeyi düşük bir zayıf lama ile sağlarlar.

* Gürültü muafiyeti: Optik lif kablolar bilgiyi ışık ola rak ilettiği için ne elektromagnetik girişim (interferen ce) üretir, ne de elektromagnetik girişimden etkilenir ler. Bu durum optik liflerin fabrika vs. gibi gürültülü yerlerde rahatça kullanılmasını sağlar.

* Güvenlik: Konuşmayı kesmeksizin bir optik kab loya saplantı yapmak kolay değildir. Bu nedenle optik lif kötü maksatlı kesmelere karşı emniyetlidir.

* Y alıtım: Linklerde yüksek gerilimli cihazlara karşı sonsuz yalıtım bir avantajdır ve kendiliğinden em niyetli endüstriyel alanlar için haberleşme sistemleri nin tasarımında çok önemlidir.

* Hafiflik ve İncelik (5).

210 375 ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ

1.2.OPTİK LİF SİSTEMLERİNDE IŞIK KAY NAKLARI

LED'ler veya LASER'ler? Bu iki tip optik kaynak arasın daki seçim, sistemin gerekleri tarafından belirlenecektir. Genel olarak laserler sahip oldukları yüksek performans dolayısıyla genişbandlı uzak mesafe (Long haul) haber leşmesi linkleri için tercih edilmektedir. Sürücü ve kont rol devrelerinin nisbeten basitliği, dolayısıyla da kısa me safeli (Short haul) darbandlı sistemlerde LED'ler avantajlıdır.

Laserler, * Yönlü emisyon. * Milivvattlar mertebesinden 10W'a kadar yüksek çıkış güçleri, * Yüksek tepke hızları (yükselme zamanı) tipik olarak 1 ms, gibi özellikleriyle bilinir.

Laserlerin eksikleri ise, * Pahalı, * Son derece ısıya hassas ve * Nisbeten kısa ömürlü oluşlarıdır.

Her nekadar bilinenlere dayanılarak yapılan tahmine göre ömürleri 100 000 saat olabilirse de birçok imalatçı bu se viyede bir garanti veremez.

Ledler, * Uzunömürlüdürier 106saat * Güç sarfiyatları azdır, * Basitçe kurulabilirler ve * Nisbeten ucuzdurlar.

Ledlerin dezavantajları ise, * Düşük güçlü olmaları mikrowattlar ile miliwattlar mer tebesinde * Daha düşük tepke süresine sahip oluşları en iyi du rumda birkaç ns dir.

Bazı kenar yayınlı (edge emmitting) LED'lerin çıkış gücü, başlatma ve modülasyon verimleri bir laserinkine yak laşabilir.

1.3. Optik Lif Sistemi İşletme Modları Klâsik optik lif haberleşme sistemleri, ışığın life doğru gönderildiği bir optik kaynağa (veya vericiye) ve alıcı ta rafta da aynı şekilde belirli bir dalgaboyuhdaki ışığı de tekte eden bir optik detektöre (veya alıcıya) ihtiyaç gösterir (6).

Optik haberleşme sistemleri Şekil 2'de görüldüğü gibi, noktadan noktaya(simplex), her iki yönde (duplex) ve her iki yönde çoğullamalı (multiplex) çalışma şekillerin den birinde olabilir. Duplex çalışmada veri (data) farklı iki . optik dalgaboyu kullanılarak tek bir lif üzerinden iki yönde de iletilebilir. Çoğullamalı çalışmada ise veri, sis temin toplam kapasitesini artıracak şekilde aynı yönde iletilebilir. Çoğullamalı sistemin önemi ise, her bir çoğulla ma kanalının, tek bir lifin GHz'ler mertebesinde olan top

trBir dalgaboyu alma, bir dalgaboyu da iletim için kullanılabilecek iki ayrı dalgaboyuna sahip tek lifli bir sistem kullanılarak bütün şebekinin maliyeti azaltılabilir,.

Şekil 2: Optik Lif

Sistemi İşletme Modtott

' lam bandgenişliğine giriş yapma imkanının olmasıdır. Çoğullama teknikleri çok yüksek hızlı bir veri iletimi için potansiyel oluştururlar. Her ne "kadar Şekil 2'de veri ileti mi sadece tek yönlü imiş gibi gösterilmişse de birçok sis temde çoğullayıcı (multiplexer) ve seçici (demultiplexer) cihazları karşılıklı (reciprocal) bir tarzda çalışan aynı ci hazlardır. Bu cihazların nasıl çalıştıkları ilerideki bölüm lerde, bu yazının esas konusu olan Dalgaboyu Bölmeli Çoğullama (VVavelength Division Multiplexing) da anla tılırken ayrıntılı olarak incelenecektir.

1.4. Tek ve Çift Lif Sistemlerinin Mukayesesi Rekabete dayalı olan bu piyasada da kullanıcılar genel likle servis kalitesi ve fiyatla ilgilenmektedirler. Alışılmış çift lif sisteminin kullanılmasında, her bir yönde iletim için bir Nf gerekir. Halbuki, bir dalgaboyu alma, bir dalgaboyu da iletim için kullanılabilecek iki ayrı dalgaboyuna sahip tek lifli bir sistem kullanılarak bütün şebekenin maliyeti azaltılabilir. Tek lif metodu, kullanılan özel optik eleman ların ve komponetlerin yüksek fiyatlı oluşu nedeniyle pa halıya maloluyor ve WDM (dalgaboyu bölmeli çoğullama) sadece uzak mesafe (longhaul) sistemlerinde kullanı lıyor ve lokal veri haberleşmesi için çok pahalı oluyordu. Tipik bir noktadan noktaya veri iletim linki tesisinde top lam şebeke maliyeti her iki uçtaki çoğullayıcıları, ana dağıtım çerçevelerini (main distribution frames, MDF), optik lif kabloları (iç ve dış), konnektörler ve eklemeler (iş gücü dahil), yamama kabbları ve tesis aksesuarlarını ikapsar <7). Son birkaç yılda güvenilirliği giderek artan tek modlu (single mode) lifler ve ilgili komponentlerin ge liştirilmesiyle koaxiyel ve çok modlu (multi mode) sis temlerin karşısına çıkılmıştır. Tek modlu teknolojiden sağlanan faydalar şunlardır:

* Band genişliği yüksektir, * Kayıplar çok düşüktür, 1300 nm'de yaklaşık 0,3dB/ * km '* Optik kablolar 7 kmye kadar uzunlukta imal edilebil ' inektedirler,

* Eritme ekleme teknikleri çok düşük zayıflatma ver mektedirler, ekleme başına tipik olarak 0,1 dB

* Düşük gürültülü ve hassas pin FEPli alıcı modülleri di zayn edilebilmektedir.

Tek lifli sistemin bir faydası da servis elemanlarının tek bir lif ile uğraşacak olmalarından dolayı tesis ve bakım kolaylığıdır. Bundan başka bir avantaj da bu yaklaşımı mevcut şebekelere uygulayarak, yeni kablo tesisine para yatırmaksızın toplam sistem kapasitesinin iki katına çıkarma imkânının olmasıdır. Bu metodla ilgili tek eksik lik, ünitelerin çiftler halinde çalışmasının gerektiğidir (yani herbiri farklı dalgaboyunda ileten iki tip ünite vardır). Sağladığı maddi tasarruflar ve avantajları gözönüne alındığında bu, küçük bir problemdir.

2. DALGABOY U BÖLMELİ ÇOÛULLAMAY A (W DM) ALTERNATİF TEKNİKLER

Dalgaboyu Bölmeli Çoğullama (WDM) şüphesiz, Bölüm 1,3'de bahsedilen multiplex çalışma modlarırıdan sadece biridir. Bu bölümde WDM'e alternatif çoğullama şekilleri kısaca verilecek, Bölüm 3'de Dalgaboyu Bölmeli Çoğulla ma'nın üstünlükleri ve nasıl gerçekleştirilciği anlatıla caktır. Mevcut optik lifli haberleşme linklerinin birçoğu, fiziksel olarak birbirinden ayrı herbiri bir yönde olmak üzere iki ayrı lif kullanarak iki yönlü (bidirectional) iletimi gerçekleştirir. Tek bir lif üzerinden iki yönde veri (data) iletimi için maliyeti azaltmak ve şebeke topolojisini basit leştirmek üzere çeşitli teknikler geliştirilmiştir. Bunların başlıcaları şunlardır:

2.1. Kuplörlü Tek Dalgaboyu Bu metod, her iki uçta kuplörler kullanarak iki iletim yolu nu birbirinden ayırıp duplex (aynı anda her iki yönde) ileti mi gerçekleştiren en basit yoldur. Fakat bu teknik yan sımalar, geriye saçınım (baçkseattering) ve tabiatında var olan 3 4 dB'lık kuplaj kayıplarından dolayı ki bu fak törler pratik mesafeyi büyük ölçüde sınırlar, zayıf işaret gürültü (S/N) oranına sahiptir.

2.2. Yarıiletken Eklemli Alıcı Verlcl Hem ışık kaynağı hem de fotodetektör olarak bir LED'i al ternatif bir şekilde kullanan yeni bir tekniktir Basit, ucuz optik sistemler, düşük alıcı hassasiyeti, daha karmaşık elektronik, azalan hız ve yarı duplex (iki yönlü fakat aynı anda olmayan) çalışma nedeniyle meydana gelen gecik meye sahiptir.

375 ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ

"Haberleşme sistemlerinde abone hattı ve santrallararası ana hat olmak üzere birbirinden ayırdedilebilen iki ana bölge vardır. „

3. DALGABOY U BÖLMEÜ ÇOĞULLAMA (W DM) TEKNOLOJİSİ

Bu bölümde, birleşik geniş bandlı bir optik şebekenin ku ruluşunda "dalgaboyu bölmeli çoğullama" nın önemi an latılacak ve bunun nasıl gerçekleştirileceği gösterilecek tir.

Esas gaye olabildiği kadar fazla sayıda farklı servisi tek bir şebeke halinde birleştirmektir. Çünkü, genel olarak çok sayıda küçük ve belirli özelliğe sahip şebekeler daha masraflıdır. Aboneler ve santraller arasındaki farklı ortalama mesafeler (telefon için 2.3 km ve veri servisleri için 50 km) başlangıçta bu gayretleri karmaşıklaştıra çaktır (8).

3 . 1 . Optik Lif Tipleri ve Optik Lifin Seçimi Optik lifler kırılma indisi tiplerine göre gradyan indisli (graded index), basamak indisli (step index) ve özel tip ler olmak üzere üç sınıfa ayrılırlar. İşaretlerin lifteki pro pagasyon şekline göre (mode) de çok modlu lifler (multi mode fibers) ve tek modlu lifler (mono mode fibers) olmak üzere ikiye ayrılır. Şekil 3 temel lif tiplerini ve bun

ların transmisyon karakteristiklerini göstermektedir. Lif tiplerine ait bağıntılar, band genişliği, zayıflama, saçınım (dispersiyon), kayıplar gibi iletim (transmission) özellik leriyle, çekirdek ve çeper yarıçapı, maksimi m alış açısı ve sayısal açıklık (numerical aperture) gibi yapısal öze likleri burada sadece W DM teknolojisini ilgilendirdiği ka darıyla ele alınacaktır. Bu konularda ayrıntılı bilgi Ref. 9'da veya konuyla ilgili herhangi bir kitapta bulunabilir.

Uzak mesafe şebekesinde lif kullanıldığında bu, tek mod olacaktır. Tesisin kolay ve komponent fiyatlarının ucuz oluşu dolayısıyla, gelecekte abone linkinde gradyan in disli lif (graded index fiber) kullanılması farzodilmektedir. Bir sonraki bölümde, Siemens tarafından gerçekleştirilen tek mod'lu multiplexer demultiplexer örneğinde de görü leceği gibi, abonenin tesis maliyetini en aza indirmek için kanalları tek lif üzerinde aşağıya veya yukarıya doğru sıralamak kabul edilmiş bir uygulamadır. Bu, farklı dalga boylu optik kaynaklara ve optik ikileyiciler (duplexers) kullanılarak gerçekleştirilebilir. Gradyan indisli lifin band genişliğinin maksimum iletim oranını sınırlaması ve W DM projesinin daha sonraki merhalelerde sistemin genişme sine imkân vermesi gibi bazı nedenlerden dolayı, abone . hattında optik çoğullama elektriksel çoğullamaya tercih edilir.

Haberleşme sistemlerinde abone hattı ve santrallararası ana hat olmak üzere birbirinden ayırdedilebilen iki ana bölge vardır. Darbandlı Entegre Servisler Dijital Şebekesi (ISDNJntegrated Services Digital Network) için iletim oranı 64 kbit/s olarak belirlenmiştir. Genişbandlı servis ler için iletim oranı incelenmektedir. Bununla birlikte, yüksek kaliteli video iletimi için bu oran 140 Mbit/s ola

Lif tipi

kırılma indisi prefili »(T)

karakteristik 'ışınpropagasyonu'

iletim karakteristikleri

basamak

2OC

indisli

Çok modlu gradyan indisli

' ' )—

20c

Tek modlu / " r \ basamak_ /_ . A _ . \ indisli T" f~ J

W

375 ELEKTRIK MÜHENDISLIĞI

ŞakH 3: Temel Optik Uf Tipleri (Ref. 9)

giriş

çıkış —*

çaktır. Uzak mesafe şebekelerinde halen kullanılmakta olan ve yakın gelecekte kullanılacak olan iletim oranları 140 Mbit/s ve 565 Mbit /s dir.

3.2. Dalgaboyu Bölmeli Çoğullama İçin Optik Kaynaklar ve Işığın Çoğullanması

Dalgaboyu Bölmeli Çoğullama ışığın çoğullaması olduğu için bu bölümde de ışığın çoğullanması incelenecektir. Tek ve çift lifli sistemlerin incelenmesinde de görüldüğü gibi WDM, son yıllarda tek ve monomod (single and mono mode) liflerde optik lif sisteminin toplam kapasite sini artıran ve sistemin yapısını genişleten bir çözüm yolu ortaya koymuştur. WDM için halen kullanılmakta olan optik kaynaklar yayılım (emisyon) spektrumu birkaç nanometre olan "laser" diyotlarıdır. Böylece birkaç ka nalın, komşu kanallar arasında yeleri kadar karşılıklı geçiş (crosstalk) zayıflamasına sahip olan optik lifin btr iletim penceresine yerleştirilmesine imkân verir. Bugü nün laser diyotları 800 900 nm aralığında farklı dalgaboy larında laser diyotlardır. İkinci pencerede 1200 ve 1300 nm'de iki kanal VVDM'e imkân veren laser diyotlarda mev cuttur. LED'ler, daha önce bahsedildiği gibi, emisyon sperktrumlarının geniş (50 100 nm) olmasından dolayı dezavantajlıdırlar. Çünkü, karşılıklı geçişden de bugün için çok az bir rol oynamaktadırlar. İlk pencerede lifin dalgaboyu ile zayıflamasının değişimi yaklaşık 1,8 dB/ km'dir. İkinci pencerede 1100 ve 1350 nm arasında bu oran 1 dB'den daha azdır. Bu aralık W DM için kullanılabi lir. Tek modlu lifler için kesim dalgaboyu (genellikle) 1210 nm civarındadır. Şekil 4'den de görüldüğü gibi elde edile bilir pencere aralığı 1210 ve 1350 nm arasına indirilmek tedir. Her WDM kanalının optik lifin bütün band genişliği ne giriş imkânının olması, WDM'in telekomünikasyon endüstrisinden büyük ilgi görmesine sebep olmuştur.

Dalgaboyu Bölmeli Çoğullamayı gerçekleştirmek için bir kaç kriterin yerine getirilmesi lâzımdır. Bunlar;

"Her WDM kanalının optik lifin bütün band genişliğine giriş imkânının olması WDM'in telekomünikasyon endüstrisinden büyük ilgi görmesine sebep olmuştur, n

1) Çıkış seviyeleri arasındaki karşılıklı geçiş zayıflaması (cross talk) nm < 30 dB olması, 2) Cihazların en az miktarda arayagirme kaybına (inser tion loss) sahip olması ve 3) Kanallararasında en az geçiş kaybı olacak şekilde (inter channel crosstalk) dizayn edilmeleridir (10).

3.3. ÖRNEK BİR DALGABOY U BÖLMELİ ÇOĞULLAMANIN GERÇEKLEŞTİRİLMESİ

Aslında WDM farklı dalgaboylarındaki birkaç optik kay nağın karıştırılması, life doğru eşzamanlı (simultaneous . ly) bir şekilde yayılması (propagation) ve alıcıda detek siyondan önce farklı dalgaboylarına ayrılmasıyla (demultiplexing) gerçekleştirilir. Şekil 5 Siemens tarafın dan gerçekleştirilen dört dalga boyu kanalı için girişim filtreli tekmodlu çoğullayıcı/seçicinin (multiplexer/ demultiplexer) şematik yapısını göstermektedir. Optik haberleşme sistemlerinde dağıtım tipi seçicilerin (grating demultiplexer) kulanılması ilk defa 1977'de W.J. Tomlin son tarafından teklif edilmişti. Daha sonra yine aynı yıl Tomlinson WDM için fiziksel potansiyeli de ortaya koy muştu (11).

Çoğullayıcı/seçici 1,3u. m civarında iki kanal ve 1,5u. m civarında da iki kanal olmak üzere toplam dört kanalın eş zamanlı olarak (simultaneously) iletimi için dizayn edil miştir. Standart tek modlu lifler en düşük saçılımı, 1,3u, m

zayıflama,dB

fc#ara

duplexer

1l\1 X i\ 25

20 15

/ II

i /

/ 1\ 1\ /

10 5

±/

/ \/

11 / /

Şekil 4: Dört Kanalı

0 sKÎ^ 1210 1230

Bir Çoğullayıcının

spektral

karakteristikleri

1250 1270 1290 dalgaboyu s om

1310 1330 1350

375 ELEKTRltt i5 J.O

"Bugün elde edilebilir iki sınıf WDM cihazı bulunmaktadır.

Bunlar aktif ve pasif cihazlardır. t,

için k u p l ö r ve dağıt ım ızgarası (dlfraction gra

tlng) gibi pasif elemanlar kullanılır. Şehirlerarası yollar

için VVDM'in maliyet açısından cazipliği bunun gibi enteg

re tekniklerin kullanılmasını gerektirir.

Ag

Ao

A^|Ao ^ g ^ 4

V

s,

r ıI4^W 1 " V

Fı A7rf V

"1^ ı—ı *"

"1

—* Demultiplexer

AH AO Ag A,^ A.= Işık Dalga Boyu

• Multiplexer

F= Girişim Filitresi

Şekli 5: Siemens tarafından gerçekleştirilen dört dalga boyu kanalı girişim filtreli tekmodlubir multiplexer/demultiplexerin şematik gösterilimi

ve en düşük araya girme kaybını da 1,5 u. m metre civa rında verirler. Halen mevcut laser diyotlarını kullanarak iki kısa dalgaboyu kanallarının herbirinden 565 Mbit/s'lik veri oranı ve iki uzun dalgaboyu kanallarının herbirinden de 140 Mbit/s'lik veri iletimi mümkün olacaktır. Böylece, tek bir lif üzerinden iletilecek veri oranı 1,4 Gbit/s ola caktır. Şekilden görüldüğü gibi üç adet dalgaboyu seçici li girişim giltreleri F1t F2, ve F3'den herbiri farklı spektral responsa sahiptir ve kaskad (kademeli) bir şekilde dü zenlenmişlerdir. Bütün kollarda aynı tip lif kullanıldığı için aynı eleman (komponent) hem çoğullayıcı hem de seçici olarak kullanılabilir. Üç adet girişim filtresinden herbiri kısa dalgayı geçiren kenar filtresidir (short vvave pass edge filter). Filtrelerin kesim dalgaboyları, yani geçirdiği band ve zayıflattığı band arasındaki geçiş, F, > F2 > F3 şeklinde düzenlenmiştir ki burada F3 en kısa kesim dal gaboyu filtredir. Bu şekilde seçici (demultiplexer) olarak kullanıldığında en uzun dalgaboyu laser diyodundan (X4) radyasyon iletim hattının sonunda F1 filtresi ile yansıtılır. En kısa dalgaboyundaki (A.1) radyasyon üç filtrenin hep sinden geçmelidir, kademeli filtre X1« 128$ nm, X2= 1355 nm X3= 1480 nm ve X, 4 1560 nm dalgaboyları için dizayn edilmiştir (12).., ;> .. ' " ; . '

3.4. W DM Clhazlarınm Ç&şitleri Bugün elde edilebilir iki sınıf WDM cihazı bulunmaktadır. Bunlar aktif ve pasif cihazlardır. Aktif cihazlar sınıfından olan laser ve LEO'lerin her ikisi d© WDM sistemlerine uy gunlukları bakımından önceki bölümlerde incelenmiştir. Bununla birlikte hiçbirisi, sınırlı çıkış ^gücü ve optik kay nakların düşük güvenirliği gibi probJemler dolayısıyla, ti cari olarak çok uygun değildir.Bunun yerine daha elve rişli bir WDM metodu, çoklu dalgaboylu optik kaynak düzenlemeleriflJaMnonolitik inlegrasyonunu ihtiva eden bir metoddur. Bu teknikte çoğullamayı gerçekleştirmek

RİK Ğ»

Pasif cihazlar iki ana altgruba ayrılır. Bunlar, açısal ola rak saçınım yapan cihazlar (angularly dispersive devi ces) ve dielektrik incefilm filtre cihazları (dielectric thin film filter DTF devices) dır. Birinci grup cihazlar, bir dağıtım ızgarası (difraction component) veya bir prizma gibi tek bir saçınım elemanı (dispersive component) kul lanarak birkaçkanalı çoğullayabilir. Bu düzenlerden dağıtım ızgarası, düşük arayagirme kaybı (insertion toss) ve 30 dB'den daha küçük kanallararası geçiş seviyesi (inter channel crosstalk level) ile en cazip alternatiftir. Prizma tipi çoğullayıcılar, fiyat ve üretim güçlükleri do layısıyla sınırlı ve ticari potansiyele sahiptir. Her iki tipin bir dezavantajı, bunların ikisinin de aynı zamanda en çok kullanılan dalgabovu pencerelerinde (780 900 nm ve 1250 1350 nm) uygulanamamalarıdır. VVDM'de çoğul layıcı ve seçicilerin (multiplexer/demultiplexer) filtre veya dağıtım ızgarası kullanması Şekil 6.a ve b'de göste rilmiştir

Lif düzeneği

GRIN mercek prizma ızgara

Şekil 6: Ikileyici filtre (duplexer filter) ve (b) dağıtın tipi bir çoğullayıcınm şeması

Dalgaboyu 1 'i yansıtan ve dalgaboyu 2'yi geçiren kesim filtresi ve mercekler yardımıyla her iki kanal gidiş lifi üze rine yansıtılır. 140 Mbit/s de yaklaşık 60 dB olması gere ken karşılıklı geçiş zayıflaması çok katlı girişim filtrele riyle (multilayer interference filtres) gerçekleştirilir. Şekil 6. b aynı zamanda dağıtım tipi bir çoğullayıcımn basitleş tirilmiş bir şeklini göstermektedir. Geliş ve gidiş lifleri tek bir lif dizisinde birleştirilmiştir. Yansıtma, dağıtım ızga rasına bitiştirilen bir mercek vasıtasıyla yapılmaktadır. Şekil 7'de ise bir ikileyicinin (duplexer) görünüşü ve ile tim karakteristiği gösterilmiştir (13). 0,85u m ve 1,3u m civarındaki spektrum aralığı için tasarlanan bir optik dup lexerin tipik optik karakteristikleri burada özetlenmiştir. WDM sisteminin prensipleri ve kullanılan cihazlar hakkın da daha geniş bilgi Ref. 6,8 ve 11 'de bulunabilir.

3.5.Hal«n Kurulu WDM Sistemleri

Daha şimdiden birçok WDM sistemi kurulmuş ve başa rıyla çalışmaktadır. İngiltere, Federal Almanya, Danimar ka, İskandinav ülkeleri ve ABD bu sistemi kuran ülkele rin başında gelmektedirler. Meselâ, Berlin'de 50 adet 4 kanallı sistem duplex bjr şekilde (aynı anda iki yönlü) yak laşık 5 yıldır çalışmaktadır. WDM sistemi İskandinav ülkelerinde bir dağ tepesindeki anten istasyonunu bir dağıtım merkezine bağlamada CATV (Cable TV) ana

"Abone çevriminde optik lif teknolojileri hızla gelişmekte fakat henüz olgunluğa erişmiş değildir. „ bağlantı için kullanılmaktadır. Bütün bu sistemler 1. ve 2. pencerede gradyan indisli lifle çalışmaktadır. Siemens'in 3 kanallı sistemi bir kanalını (565 Mbit/s) ikinci pencere de, iki kanalı da (140 Mbit/s) optik lifin üçüncü pencere sinde çalıştırmaktadır. Bölüm 3.3'de anlatılan 4 kanallı sistemle birlikte bu sistem 36 km'lik mesafe boyunca tekrarlayıcısız (repetörsüz) iletim yapmaktadır. Son za manlarda Bell Laboratuvarları 10 kanallı 1500 nm ve tek modda 20,06 Gbit/s lik toplam iletim oranında 68,3 knTyi birleştiren bir laboratuvar denemesini gerçekleştirdikleri ni açıklamışlardır. Şekil 8 genişbandlı bir haberleşme şe bekesinde üç kanallı WDM kuplörlü bir uygulamada abone hattının bağlantısını göstermektedir (14).

vericiye

verici Lif Gelişim filtresi

Alıcıya

Alıcı Lif İletim Lifi

2. Aboneye

karıştırma zayıflaması

verici > kendi alıcısı

iletim kaybı

iletim lifi *alıcı

700 800 1000 1200 1400

dalgaboyu

...

Şe k i l 7 : Optik duplexehn temel kavramı (a) ve iletim karakteristikleri (b)

Akan*

Santral

Şekil 8 : Oç kanallı WDM kuplör uygulamalı geniş bandı bir haberleşme şebekesinde abone giriş hattını bağlantı şeması.

4. SONUÇ ve GELECEKTE BEKLENENLER

Abone çevriminde optik lif teknolojileri hızla gelişmekte fakat henüz olgunluğa erişmiş değildir. Gelecekte lokal çevrime abone girişi problemi, milletlararası seminerler de, atölyelerde ve standardizasyon forumlarında yoğun müzakerelere konu olmaktadır. Bu konuda birkaç görüş vardır. Bir görüşe göre, aboneye yaklaşık 150 Mbit/s'lik bir band genişliği verilmeli ve video konferans, veri (data) ve ses (voice) servisleri için kullanılmalıdır. Diğer bir görüş de dağıtım modu şeklinde üç video kanalı ve video teleforfveya videokonferans için etkilemeli (inte ractive) bir kanal sağlayan 600 Mbit/s tahsisini öngörmektedir.

215 375 ELEKTRİK

MÜHENDİSLİĞİ

Bu abone girişlerinin anahtarlanmaları da gerekecektir. Hızlı devre veya paket transfer modları gibi bazı geniş bandlı anahtarlama kavramları da incelenmektedir. Bu incelemelerin sonucu ne olursa olsun, şurası açıktır ki optik lif haberleşmesi geleceğin lokal haberleşme dağıtım şebekelerinde önemli rol oynayacaktır.

Ana devre ve jonksiyon şebekelerindeki gelişmenin bir sonraki aşaması daha yüksek veri oranlarına çıkmak olacaktır. İleriye doğru bakarak, birbirine bağdaşık (co herent) iletim sistemlerinin 200 km'ye kadar hatta daha da ilerisine kadar tekrarlayıcısız (reptörsüz) iletim sağ layabilecekleri söylenebilir.

KAYNAKLAR (1) Lambert, G., "Cableand ftbre must live together" Communications Engineering International, Vol. 7 No. 2s. 18,19, 23,25, March 1985.

(2) Viklund,B., 'Tiber optics in the local loop" Telecom munications, Vol. 21, No.S s.68, 72, May 1987.

(3) Lambert, G., adı geçen makale.

(4) Lilley, J., "Cable and fiber optics" Communitactions Engineering International, Vol. 10, No.2 s.21, 22,27,29,31,33, March 1987.

(5) Dance, M., and Lambert, G., 'Ktptical fiber for tele coms the long haul" Communications Engineering International, Vol.7, No.2 s.27, 29,31,35, March 1985.

(6) Senior,J., "Wavelength division in optica! fiber net ıvorks" Communications International, Vol. 15, No.4 s.52, 53, 54, 59, April 1988.

(7) Holz, Y., "Multiplexing local data on sinfle fiber" Communications International, Vol. 14, No.7 s.47, 48, July 1987.

(8) Rohrbeck, W., "Wavelength division multiplexing a possible approach to optical broadband netıvorks" Communications Engineering International, Vol.8 s.57, 59,61, 65, October 1986.

(9) Rittich, D., Storm, H., Wiesmann, T., et at. "Princip les ofOptical Communications" ANT Telecommuni cations Reports Vol.3 s.5 34, December 191:6.

(10) Lilley.J., "Fiber Optics:slowly breaking new ground" Communications Engineering Internatio nal, Vol.10, No.l s.9, 12,13,15,17, 18,19,21,23, February 1988.

(11) Winzer, G., "Principles ofYfavelength Division Multiplexing" Procedings of Optoelectronics in Tele Communications and Measurement System, 1982 Lau sanne, Suıitzerland, s.89 111.

(12) Mahlein, H.F., and Reicheİt, A., "Micro optical sing le mode Multi DemultipexerforFour Watelength Channel", Siemens Telecom Report 5/85, Vol. 8 Sep tember I October s. 290 294.

(13) Krumpholz,D., '9tultiplex techniques increase fiber optic capability" Com. Eng. International Vol.7 No.2, March 1985, s.29.

(14) Mahlke, G., and Gössing.P., "Fiber Optic Cables" Sie

mens 1987 s.202 204.

OTOMASY ON VE ENDÜSTRİY EL KONTROL SAY ISI İÇİN DUY URU

OlCT olfi: kontrol :çin kendinizi bu kadar zorlamayın .

"Otomasyon ve Endüstriyel Kontrol" sayılarımız için 374. sayımızda içeriğini ayrıntılı olarak açıkladığımız "mini sektör kataloğıTna girecek firma tanıtımları Oda'mıza ulaşmaya başlamıştır. İlgilenen firma ve kuruluşların tanıtım yazılarını en geç 30 Kasım'a kadar göndermeleri gerekmektedir.

Not: Geçen sayımızda tarih bir dizgi hatası nedeniyle 30 Kasım yerine 1 Kasım olarak çıkmıştır. Özür dileriz.

216 375 ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ