1. История развития линий связи

Линии связи возникли одновременно с появлением электрического телеграфа. Первые линии связи были кабельными. Однако вследствие несовершенства конструкции кабелей подземные кабельные линии связи вскоре уступили место воздушным. Первая воздушная линия большой протяженности была построена в 1854 г. между Петербургом и Варшавой. В начале 70-х годов прошлого столетия была построена воздушная телеграфная линия от Петербурга до Владивостока длиной около 10 тыс. км. В 1939 г. была пущена в эксплуатацию величайшая в мире по протяженности высокочастотная телефонная магистраль Москва-Хабаровск длиной 8300 км.

Создание первых кабельных линий связано с именем русского ученого П.Л. Шиллинга. Еще в 1812 г. Шиллинг в Петербурге демонстрировал взрывы морских мин, использовав для этой цели созданный им изолированный проводник.

В 1851 г. одновременно с постройкой железной дороги между Москвой и Петербургом был проложен телеграфный кабель, изолированный гуттаперчей. Первые подводные кабели были проложены в 1852 г. через Северную Двину и в 1879 г. через Каспийское море между Баку и Красноводском. В 1866 г. вступила в строй кабельная трансатлантическая магистраль телеграфной связи между Францией и США.

В 1882-1884 гг. в Москве, Петрограде, Риге, Одессе были построены первые в России городские телефонные сети. В 90-х годах прошлого столетия на городских телефонных сетях Москвы и Петрограда были подвешены первые кабели, насчитывающие до 54 жил. В 1901 г. началась постройка подземной городской телефонной сети.

Первые конструкции кабелей связи, относящиеся к началу XX века, позволили осуществлять телефонную передачу на небольшие расстояния. Это были так называемые городские телефонные кабели с воздушно-бумажной изоляцией жил и парной их скруткой. В 1900-1902 гг. была

сделана успешная попытка повысить дальность передачи методами искусственного увеличения индуктивности кабелей путем включения в цепь катушек индуктивности (предложение Пупина), а также применения токопроводящих жил с ферромагнитной обмоткой (предложение Крарупа). Такие способы на том этапе позволили увеличить дальность телеграфной и телефонной связи в несколько раз.

Важным этапом в развитии техники связи явилось изобретение, а начиная с 1912-1913 гг. освоение производства электронных ламп. В 1917 г. В.И. Коваленковым был разработан и испытан на линии телефонный усилитель на электронных лампах. В 1923 г. была осуществлена телефонная связь с усилителями на линии Харьков-Москва- Петроград.

В 30-х годах началось развитие многоканальных систем передачи. В последующем стремление расширить спектр передаваемых частот и увеличить пропускную способность линий привело к созданию новых типов кабелей, так называемых коаксиальных. Но массовое изготовление их относится лишь к 1935 г., к моменту появления новых высококачественных диэлектриков типа эскапона, высокочастотной керамики, полистирола, стирофлекса и т.д. Эти кабели допускают передачу энергии при частоте токов до нескольких миллионов герц и позволяют производить по ним передачу телевизионных программ на большие расстояния. Первая коаксиальная линия на 240 каналов ВЧ телефонирования была проложена в 1936 г. По первым трансатлантическим подводным кабелям, проложенным в 1856 г., организовывали лишь телеграфную связь, и только через 100 лет, в 1956 г., была сооружена подводная коаксиальная магистраль между Европой и Америкой для многоканальной телефонной связи.

В 1965-1967 гг. появились опытные волноводные линии связи для передачи широкополосной информации, а также криогенные сверхпроводящие кабельные линии с весьма малым затуханием. С 1970 г. активно развернулись работы по созданию световодов и оптических кабелей, использующих видимое и инфракрасное излучения оптического диапазона волн.

Создание волоконного световода и получение непрерывной генерации полупроводникового лазера сыграли решающую роль в быстром развитии волоконно-оптической связи. К началу 80-х годов были разработаны и испытаны в реальных условиях волоконно-оптические системы связи. Основные сферы применения таких систем - телефонная сеть, кабельное телевидение, внутри объектовая связь, вычислительная техника, система контроля и управления технологическими процессами и т.д.

В России и других странах проложены городские и междугородные волоконно- оптические линии связи. Им отводится ведущее место в научно-техническом прогрессе отрасли связи.

2. Конструкция и характеристика оптических кабелей связи

Разновидности оптических кабелей связи

Оптический кабель состоит из скрученных по определенной системе оптических волокон из кварцевого стекла (световодов), заключенных в общую защитную оболочку. При необходимости кабель может содержать силовые (упрочняющие) и демпфирующие элементы.

Существующие ОК по своему назначению могут быть классифицированы на три группы: магистральные, зоновые и городские. В отдельные группы выделяется подводные, объектовые и монтажные ОК.

Магистральные ОК предназначаются для передачи информации на большие расстояния и значительное число каналов. Они должны обладать малыми затуханием и дисперсией и большой информационно- пропускной способностью. Используется одномодовое волокно с размерами сердцевины и оболочки 8/125 мкм. Длина волны 1,3...1,55 мкм.

Зоновые ОК служат для организации многоканальной связи между областным центром и районами с дальностью связи до 250 км. Используются градиентные волокна с размерами 50/125 мкм. Длина волны 1,3 мкм.

Городские ОК применяются в качестве соединительных между городскими АТС и узлами связи. Они рассчитаны на короткие расстояния (до |10 км) и большое число каналов. Волокна-градиентные (50/125 мкм). Длина волны 0,85 и 1,3 мкм. Эти линии, как правило, работают без промежуточных линейных регенераторов.

Подводные ОК предназначаются для осуществления связи через большие водные преграды. Они должны обладать высокой механической прочностью на разрыв и иметь надежные влагостойкие покрытия. Для подводной связи также важно иметь малое затухание и большие длины регенерационных участков.

Объектовые ОК служат для передачи информации внутри объекта. Сюда относятся учрежденческая и видеотелефонная связь, внутренняя сеть кабельного телевидения, а также бортовые информационные системы подвижных объектов (самолет, корабль и др.).

Монтажные ОК используются для внутри- и межблочного монтажа аппаратуры. Они выполняются в виде жгутов или плоских лент.

Оптические волокна и особенности их изготовления

Основным элементом ОК является оптическое волокно (световод), выполненное в виде тонкого стеклянного волокна цилиндрической формы, по которому передаются световые сигналы с длинами волны 0,85...1,6 мкм, что соответствует диапазону частот (2,3...1,2) 1014 Гц.

Световод имеет двухслойную конструкцию и состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления. Сердцевина служит для передачи электромагнитной энергии. Назначение оболочки - создание лучших условий отражения на границе “сердцевина - оболочка” и защита от помех из окружающего пространства.

Сердцевина волокна, как правило, состоит из кварца, а оболочка может быть кварцевая или полимерная. Первое волокно называется кварц-кварц, а второе кварц-полимер (кремнеор-ганический компаунд). Исходя из физико-оптических характеристик предпочтение отдается первому. Кварцевое стекло обладает следующими свойствами: показатель преломления 1,46, коэффициент теплопроводности 1,4 Вт/мк, плотность 2203 кг/м3.

Снаружи световода располагается защитное покрытие для предохранения его от механических воздействий и нанесения расцветки. Защитное покрытие обычно изготавливается двухслойным: вначале кремнеорганический компаунд (СИЭЛ), а затем-эпоксидакрылат, фторопласт, нейлон, полиэтилен или лак. Общий диаметр волокна 500...800 мкм

В существующих конструкциях ОК применяются световоды трех типов: ступенчатые с диаметром сердцевины 50 мкм, градиентные со сложным (параболическим) профилем показателя преломления сердцевины и одномодовые с тонкой сердцевиной (6...8 мкм)

По частотно-пропускной способности и дальности передачи лучшими являются одномодовые световоды, а худшими - ступенчатые.

Важнейшая проблема оптической связи - создание оптических волокон (ОВ) с малыми потерями. В качестве исходного материала для изготовления ОВ используется кварцевое стекло, которое является хорошей средой для распространения световой энергии. Однако, как правило, стекло содержит большое количество посторонних примесей, таких как металлы (железо, кобальт, никель, медь) и гидроксильные группы (ОН). Эти примеси приводят к существенному увеличению потерь за счет поглощения и рассеяния света. Для получения ОВ с малыми потерями и затуханием необходимо избавиться от примесей, чтобы было химически чистое стекло.

В настоящее время наиболее распространен метод создания ОВ с малыми потерями путем химического осаждения из газовой фазы.

Получение ОВ путем химического осаждения из газовой фазы выполняется в два этапа: изготовляется двухслойная кварцевая заготовка и из нее вытягивается волокно. Заготовка изготавливается следующим образом

Во внутрь полой кварцевой трубки с показателем преломления длиной 0,5...2 м и диаметром 16...18 мм подается струя хлорированного кварца и кислорода. В результате химической реакции при высокой температуре (1500...1700° С) на внутренней поверхности трубки слоями осаждается чистый кварц. Таким образом, заполняется вся внутренняя полость трубки, кроме самого центра. Чтобы ликвидировать этот воздушный канал, подается еще более высокая температура (1900° С), за счет которой происходит схлопывание и трубчатая заготовка превращается в сплошную цилиндрическую заготовку. Чистый осажденный кварц затем становится сердечником ОВ с показателем преломления, а сама трубка выполняет роль оболочки с показателем преломления. Вытяжка волокна из заготовки и намотка его на приемный барабан производятся при температуре размягчения стекла (1800...2200° С). Из заготовки длиной в 1 м получается свыше 1 км оптического волокна.

Достоинством данного способа является не только получение ОВ с сердечником из химически чистого кварца, но и возможность создания градиентных волокон с заданным профилем показателя преломления. Это осуществляется: за счет применения легированного кварца с присадкой титана, германия, бора, фосфора или других реагентов. В зависимости от применяемой присадки показатель преломления волокна может изменяться. Так, германий увеличивает, а бор уменьшает показатель преломления. Подбирая рецептуру легированного кварца и соблюдая определенный объем присадки в осаждаемых на внутренней поверхности трубки слоях, можно обеспечить требуемый характер изменения по сечению сердечника волокна.

Конструкции оптических кабелей

Конструкции ОК в основном определяются назначением и областью их применения. В связи с этим имеется много конструктивных вариантов. В настоящее время в различных странах разрабатывается и изготавливается большое число типов кабелей.

Однако все многообразие существующих типов кабелей можно подразделять на три группы

кабели повивной концентрической скрутки

кабели с фигурным сердечником

плоские кабели ленточного типа.

Кабели первой группы имеют традиционную повивную концентрическую скрутку сердечника по аналогии с электрическими кабелями. Каждый последующий повив сердечника по сравнению с предыдущим имеет на шесть волокон больше. Известны такие кабели преимущественно с числом волокон 7, 12, 19. Чаще всего волокна располагаются в отдельных пластмассовых трубках, образуя модули.

Кабели второй группы имеют в центре фигурный пластмассовый сердечник с пазами, в которых размещаются ОВ. Пазы и соответственно волокна располагаются по геликоиде, и поэтому они не испытывают продольного воздействия на разрыв. Такие кабели могут содержать 4, 6, 8 и 10 волокон. Если необходимо иметь кабель большой емкости, то применяется несколько первичных модулей.

Кабель ленточного типа состоит из стопки плоских пластмассовых лент, в которые вмонтировано определенное число ОВ. Чаще всего в ленте располагается 12 волокон, а число лент составляет 6, 8 и 12. При 12 лентах такой кабель может содержать 144 волокна.

В оптических кабелях кроме ОВ, как правило, имеются следующие элементы:

силовые (упрочняющие) стержни, воспринимающие на себя продольную нагрузку, на разрыв;

заполнители в виде сплошных пластмассовых нитей;

армирующие элементы, повышающие стойкость кабеля при механических воздействиях;

наружные защитные оболочки, предохраняющие кабель от проникновения влаги, паров вредных веществ и внешних механических воздействий.

В России изготавливаются различные типы и конструкций ОК. Для организации многоканальной связи применяются в основном четырех- и восьмиволоконные кабели.

Представляют интерес ОК французского производства. Они, как правило, комплектуются из унифицированных модулей, состоящих из пластмассового стержня диаметром 4 мм с ребрами по периметру и десяти ОВ, расположенных по периферии этого стержня. Кабели содержат 1, 4, 7 таких модулей. Снаружи кабели имеют алюминиевую и затем полиэтиленовую оболочку.

Краткое описание

Центральный офис компании расположен в столице Казахстана - городе Астана. В компании работают около 30 тысяч человек. АО «Казахтелеком» имеет региональные подразделения в каждой области страны и обеспечивает предоставление услуг связи по всей территории страны.

Оглавление

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
Глава 1.Общая характеристика предприятия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
1.Историческая справка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.Организационная структура предприятия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3.Организация производственного процесса. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
4.Основные экономические и финансовые показатели. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Глава 2.Маркетинговое исследование ОАО «Ростелеком» . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 12
Глава 3.Выводы и предложения по всей основной части отчёта. . . . . . . . . . . . . . .17
Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

РАЗВИТИЕ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА – РАЗВИТИЕ СВЯЗИ

Потребность в общении , в передаче и хранении информации возникла и развивалась вместе с развитием человеческого общества .Сегодня уже можно утверждать , что информационная сфера деятельности человека является определяющим фактором интеллектуальной, экономической и оборонной возможностей человеческого общества , государства . Зародившись в те времена , когда стали проявляться самые ранние признаки человеческой цивилизации , средства общения между людьми (средства связи)непрерывно совершенствовались в соответствии с изменением условий жизни , с развитием культуры и техники .

Это же относиться и к средствам записи и обработки информации . Сегодня все эти средства стали неотъемлемой частью производственного процесса и нашего быта .

С древнейших времен звук и свет служили людям для передачи сообщений на дальние расстояния

На заре своего развития человек, предупреждая своих соплеменников об опасности или сзывая на охоту, подавал сигналы криком или стуком. Звук – основа нашего речевого общения. Но если расстояние между собеседниками велико и силы голоса не хватает, требуются вспомогательные средства. Поэтому человек начал использовать “технику”- свистки, рога животных, факелы, костры, барабаны, гонги, а после изобретения пороха-выстрелы и ракеты. Появились специальные люди-гонцы, герольды, - которые переносили и передавали сообщения, оглашали народу волю владык. В Южной Италии кое-где по берегу моря до последнего времени сохранялись развалины сторожевых постов, с которых посредством колокольного звона передавались известия о приближении норманнов и сарацинов.

С незапамятных времен в качестве носителя информации применяется и свет.

Первыми “ системами ” связи стали сторожевые посты , располагавшиеся вокруг поселений на специально построенных вышках или башнях , а иногда просто на деревьях . При приближении неприятеля зажигался костер тревоги . Увидев огонь , зажигали костер часовые на промежуточном посту , и неприятелю не удавалось застать жителей врасплох . Для гонцов создаются станции смены лошадей . Маяки и ракеты до сих пор несут свою “ информационную службу ” на море и в горах .

Археологи, изучавшие памятники материальной культуры Древнего Рима, обнаруживали высеченные на камнях изображения сигнальных башен, с зажженными на них факелами. Такие башни устраивались также в Великой Китайской стене. До нас дошла легенда трехтысячелетней давности о том, как огни костров, зажженных на вершинах гор, в ту же ночь донесли Клитемнестре, супруге Агамемнона, предводителя греков в Троянской войне, весть о падении Трои. За 250 лет до нашего летосчисления в походах Ганнибала сигнальные огни уже не были чем-то необычным, и даже сегодня, в наш технический век, мы не можем от них отказаться.

В Древнем Китае важные сообщения передавали с помощью разнообразных гонгов, а коренные жители Африки и Америки пользовались барабанами. Мерный гул тамтамов сопровождал экспедиции по исследованию черного континента : племена предупреждали друг друга о приближении и намерениях пришельцев. И даже сегодня, когда развивающиеся народы Африки успешно овладевают современными средствами связи, барабан все еще не утратил своего значения. На железнодорожном транспорте и по сей день, когда требуется экстренно остановить поезд, тоже используют звуковые сигналы : на рельсы на небольшом расстоянии друг от друга кладут три петарды, которые с шумом взрываются под колесами.

Необходимость передавать не только отдельные сигналы типа “ тревога ”, но и различные сообщения привела к применению “ кодов ”, когда разные сообщения различались , например , числом и расположением костров , числом и частотой свистков или ударов в барабан и т . п . Греки во втором веке до нашей эры использовали комбинации факелов для передачи сообщений “ по буквам ”.На море широкое применение нашли сигнальные флаги различной формы и цвета , причем сообщение определяется не только самими флагами, но и их взаимным расположением , а также “ семафор ” -передача сообщений изменением расположения рук с флажками (днем) или фонарями (ночью).Потребовались люди , знающие “ язык ” флагов или семафора , умеющие передавать и принимать переданные сообщения.

Наряду с развитием способов передачи сигналов с использованием звука и света шло развитие способов и средств записи и запоминания информации. Сначала это были просто различные зарубки на деревьях и стенах пещер. По рисункам, выбитым на стенах пещер более трех тысяч лет назад, мы сейчас можем составить представление об отдельных сторонах жизни наших предков в те далекие времена. Постепенно совершенствовались как форма записи, так и средства ее осуществления. От серии примитивных рисунков человек постепенно переходит к клинописи и иероглифам, а затем - и к фонетическому письму по буквам.

Каким бы видом транспорта ни пользовался житель современного города – наземным или подземным, - он во власти “ сигнальных огней ” светофора. Конечно , сегодня зажечь такой “ сигнальный огонь » - дело несложное , но так ли уж далеки современные светосигнальные устройства , регулирующие движение метро и наземных транспортных потоков , от огней , которые возвестили о падении Трои ?

Звук и свет были и остаются важными средствами передачи информации и несмотря на свою примитивность, огневая и звуковая сигнализация служили людям в течение многих столетий. За это время делались попытки усовершенствовать приемы сигнализации, но широкого практического применения они не получили.

Два таких способа рассмотрены в книге греческого историка Полибия. Первый из них заключался в следующем.

Изготавливались два совершенно одинаковых глиняных сосуда высотой 1.5м и шириной 0.5м. В нижней их части делались отверстия одного сечения, снабженные кранами. Сосуды наполнялись водой ; по поверхности воды в каждом сосуде плавал пробковый диск с прикрепленной к нему стойкой. На стойке имелись деления или зарубки, соответствующие наиболее часто повторяющимся событиям. Сосуды устанавливались на станциях отправления и назначения. Как только поднимался факел, на обоих пунктах одновременно открывались краны, вода вытекала, и поплавки со стойками опускались до определенного уровня. Тогда на передающем пункте снова поднимали факел, краны закрывались и на приемной станции читались те сведения, которые требовалось сообщить.

Этот способ был мало удобен.

Другой способ, описанный в той же книге, оказался более полезным. Его изобретение приписывается александрийским инженерам Клеоксену и Демоклиту. В пунктах, между которыми требовалось установить связь, сооружалась каменная или деревянная стена в виде небольшой крепости, состоящей из двух отделений. В стенах устраивались отверстия или гнезда, в которые вставлялись горящие факелы. Гнезд было 10 – по пяти в отделении. Для сигнализации был составлен код. Весь греческий алфавит делился на пять групп ; в порядке алфавитного расположения в первую входили буквы от  до ; во вторую – от  до ; в третью – от  до ; в четвертую – от  до  и в пятую – от  до . Каждая группа записывалась на отдельной дощечке. Для передачи какой-либо буквы нужно было сообщить два числа : номер группы или дощечки, и место, занимаемое ею в этой группе. Первому числу соответствовало кол-во факелов, выставленных в левом отделении, второму – факелы правого отделения. Теоретически этот способ сигнализации казался совершенным, однако, на практике он большого успеха не имел. Трудно сказать, насколько широкое распространение получила в те времена эта система, но используемый ею код сыграл значительную роль в дальнейшем развитии средств сигнализации. Таблица, получившая название по имени автора “ таблица Полибия ” , стала в дальнейшем неотъемлемой частью многих телеграфных устройств, а принцип ее составления сохранился в кодированных передачах и до наших дней.

ПЕРВЫЕ СРЕДСТВА СИГНАЛИЗАЦИИ НА РУСИ

Древнерусское государство, возникшее более тысячи лет назад, подвергалось частым разорительным набегам со стороны разных воинствующих племен, и это заставляло наш народ постоянно заботиться о защите своих земель и жилищ. Там, где основывались поселения, возводились всевозможные оборонительные укрепления, рылись глубокие рвы, сооружались насыпи и устраивались специальные сторожевые посты, с которых подавались сигналы о приближении какой-либо опасности.

К сожалению, история почти не сохранила вещественных и литературных памятников, дающих представление об организации средств связи у наших предков. Археологи предполагают, что в России для этих целей также применялись линии сигнальных костров, подобно тем, которые имели место в Греции, Риме и Персии. Первые поселения возникли, как правило, на землях, удобных для обработки. Вокруг таких поселений возводились оборонительные укрепления. На юге России до сих пор можно встретить такие возвышенности или холмы, называемые иногда курганами.

Огонь, иногда дым в течение долгих столетий оставались неизменными способами сигнализации. Формы же организации сторожевой службы со временем, конечно, менялись вместе с изменяющимися условиями общественной жизни людей.

Широкое распространение огневая сигнализация получила после свержения татарского ига и образования единого русского государства. С этого времени для обеспечения безопасности государства начинают сооружаться специальные оборонительные линии, тянувшиеся вдоль государственной границы. Вдоль границы через определенные интервалы располагались сторожевые посты, с которых велось постоянное наблюдение за всеми движениями врага. О малейшей опасности немедленно давали знать воеводам. В качестве средств сигнализации все также использовались огонь, дым, звон колокола. Эта сигнальная служба предназначалась только для обеспечения государственной безопасности. Внутри страны связь обычно осуществлялась с помощью пеших и конных гонцов и вестовых, которые специально содержались при императоре и при некоторых государственных учреждениях. Частные же лица при надобности сообщались между собой за счет своих личных средств.

Несколько позднее в России зародился новый способ сообщений, так называемая ямская гоньба. Слово “ ям ” было занесено к нам татарами. Татары, очевидно в свою очередь, позаимствовали это слово у китайцев, у которых по всем дорогам имелись особые станции с домами для пристанищ, называемые ”Jamb” – почтовые дома. По примеру китайцев, почтовые станции стали устраивать и татары в своей Орде. В начале XVI века по некоторым наиболее важным в военном отношении дорогам были учреждены станции, которыми заведовали ямщики. На их обязанности лежало своевременное предоставление проезжающим проводников, лошадей и фуража.

В царствование Ивана Грозного насчитывалось уже 300 таких станций. Почти до середины XIX века ямская гоньба была единственным и незаменимым средством сообщений. Только в 70-80 годах прошлого века, когда началось широкое строительство железных дорог, ямская гоньба как средство связи прекратила свое существование.

ТЕЛЕГРАФ ШАППА

В XVII и XVIII веках, когда получили заметное развитие наука, техника и промышленность, стали прокладываться новые торговые пути и завязываться тесные политические и экономические взаимоотношения между народами, появляется острая потребность в создании более совершенных и быстродействующих средств связи. Вполне понятно поэтому, что первые проекты сооружения новых сигнальных установок зародились, прежде всего, в таких странах, как Англия и Франция, значительно дальше продвинувшихся в своем развитии.

Особую известность среди первых изобретателей специальной сигнальной аппаратуры приобрел английский ученый Роберт Гук, которого часто называют основателем оптической телеграфии. Его аппарат состоял из деревянной рамы, один угол которой обшивался досками и служил загородкой. За загородкой скрывались предметы особой формы, обозначавшие различные буквы или фразы. При передаче сообщений каждый такой предмет выдвигался в пустой угол рамы и мог быть видимым на другой станции. Для чтения сигналов Гук предложил использовать незадолго до этого изобретенные зрительные трубы, ставшие затем неотъемлемой частью всех сигнальных устройств.

В 1684 году Гук сделал доклад о своем изобретении на заседании Английского королевского общества, а вскоре после этого подробное описание аппарата было помещено в “ ТРУДАХ ” общества. Сигнальная система Гука использовалась в отдельных случаях довольно продолжительное время, а в английском флоте сохранилась почти до конца XVIII века.

Несколькими годами позже после изобретения Гука подобное же устройство предложил французский физик Амонтон. Однако первые его опыты прошли неудачно, и в дальнейшем, несмотря на все попытки усовершенствовать свое изобретение, Амонтон не получил поддержки со стороны влиятельных особ. Такая же участь постигла и многих других изобретателей, среди которых следует упомянуть имена Кесслера, Готей, Лехера, чьи идеи в той или иной степени нашли применение в практике сигнализации лишь много лет спустя.

Аппарат Кесслера представлял собой пустую бочку, в которой помещалась лампа, снабженная рефлектором, отражающим свет в требуемом направлении. С помощью особых дверец можно было получать комбинации кратковременных и длительных миганий света и передавать всю азбуку. Именно этот принцип сигнализации и был положен в основу военных сигнальных аппаратов, так называемых гелиографов.

Не менее интересным по замыслу был акустический телеграф, предложенный в 1782 г. французским монахом Готеем, в котором звук передавался по чугунным трубам, уложенным в землю. Опыты прошли успешно, но практического применения эта система не получила, так как правительство сочло такое сооружение слишком дорогим и разорительным для государственной казны. Много лет спустя подобная идея была реализована при организации сторожевой сигнализации на первых железных дорогах ; только вместо труб прокладывались металлические проводники, по которым распространялся условный звон колокола, оповещавший сторожевые посты о движении поезда.

Несколько позднее в различных странах было предложено много всевозможных систем сигнализации на дальние расстояния, но почти ни одна из них не нашла практического применения. И только в конце XVIII века как бы в завершении всех высказанных идей появилось замечательное изобретение Клода Шаппа.

Клод Шапп родился в 1763 году в местечке Брюлоне во Франции. После окончания духовного училища он получил место священного служителя в небольшом приходе. В свободное от службы время Шапп занимался физическими исследованиями, которыми он увлекался с детства. Одна мысль особенно занимала его воображение – создание машины для передачи сообщений. Из всех способов сигнализации, которые предлагались в прошлом, наибольший интерес вызвала система с двумям одинаковыми сосудами, описанная Полибием. Шапп решил, что сама идея, заложенная в основе этой системы, может быть использована для создания более совершенного устройства.

Вместо сосудов он предложил установить на станциях с одинаковым ходом часы, на циферблате которых вместо цифр были бы нанесены 24 буквы. Начальное положение стрелок определялось заранее. По условному знаку часы одновременно пускали в ход. При этом с приемной станции должны были наблюдать за манипуляциями на передающей станции. Появлявшийся там сигнал означал, что нужно заметить на циферблате ту букву, против которой в данный момент находилась стрелка. Нужно сказать, что публичные опыты, которые Шапп провел с этими приборами в 1791 году в местечке Парсэ, прошли с успехом. Но, несмотря на это, изобретатель вскоре сам разочаровался в своих аппаратах, убедившись в невозможности их применения для передачи сообщений на расстояние более 12 – 15 верст. Продолжая усовершенствовать свое устройство, Шапп разработал еще ряд конструкций сигнальных аппаратов, из которых наиболее удачный в 1792 году он привез в Париж. Благодаря ходатайству своего старшего брата Урбана Шаппа, депутата Законодательного собрания, Клод Шапп получил правительственное разрешение на проведение испытания своего аппарата и стал тщательно к ним готовиться. Для размещения своих приборов он избрал три пункта : Менимольтон, Экуан и Сен-Мартен-де-Тертр, расстояние между которыми равнялось 3 милям. Когда закончилось оборудование станций и был подготовлен обслуживающий персонал, французское правительство назначило экспертную комиссию для оценки возможностей предлагаемого изобретения. В состав комиссии вошел известный в то время физик Г. Ромм, который, ознакомившись с описанием системы сигнализации Шаппа, заинтересовался ее идеей и дал весьма одобрительный отзыв. В своем донесении правительству от 4 апреля 1893 г. Ромм писал : “ Во все времена чувствовали необходимость в быстром и верном способе сообщения на дальние расстояния. Особенно во времена войн, на сухом пути и на море чрезвычайно важно извещать немедленно о множестве событий и случаев, передавать приказания, давать знать о помощи осажденным городам или окруженным неприятелем отрядам и пр. В истории не раз упоминается об изобретенных с такой целью способах, но они большей частью были оставлены по своей неполноте и по трудностям исполнения ”.

Оценивая изобретение Шаппа, Ромм признал весьма остроумным “ способ писать в воздухе, выставляя немногочисленные буквы, простые, как прямая линия, по которой они составлены, ясно различимые одна от другой и передаваемые быстро на большие расстояния… ”

Одобрив в целом изобретение Шаппа, комиссия рекомендовала продолжать опыты.

Свой прибор Шапп первоначально назвал “ ташиграфом ” , т.е. “ скорописцем ” , но затем по совету некоторых из членов комиссии переименовал его в “ телеграф ” , или дальнописец, и с тех пор это название сохранилось за всеми подобными аппаратами до настоящего времени.

12 июля 1793 года состоялся официальный смотр аппарата Шаппа. Испытания продолжались в течение трех дней и приборы работали удивительно точно и быстро. В результате французское правительство вынесло решение о немедленной постройке телеграфной линии Париж-Лилль, протяженность которой должна была составить 60 миль. Строительство поручалось Клоду Шаппу, которому по этому случаю было присвоено первое в мире звание телеграфного инженера, и продолжалось около года.

Для оборудования промежуточных пунктов выбирались возвышенные места, на которых возводились небольшие здания с двумя окнами, расположенными так, чтобы из них можно было видеть ближайшие пункты.

На особой платформе такого здания устанавливался высокий шест, к которому прикреплялась горизонтальная рама, получившая название “ регулятора ” , длиною от 9 до 14 футов и шириною от 9 до 13 дюймов. Эта рама могла свободно вращаться вокруг своей оси и принимать разнообразные положения : вертикальное, горизонтальное, наклонное по направлению справа налево и обратно. На ее концах имелись рейки, называемые индикаторами или крыльями, длина которых определялась в 6 футов. Рейки также могли вращаться вокруг своих осей и занимать самые различные положения относительно регулятора.

Из всех возможных положений избрали семь, которые можно было наиболее легко распознать, а именно : два вертикальных, одно горизонтальное, два под углом 45 сверху и два под тем же углом снизу. Эти семь комбинаций одного индикатора с семью такими же другого давали 49 сигналов, а так как последние могли соединяться с четырьмя положениями регулятора, то аппарат Шаппа давал 196 отчетливых фигур. Из них было отобрано 98 наиболее легкораспознаваемых и с их помощью передача известий велась на сравнительно далекое расстояние.

Все движения аппарата осуществлялись одним человеком, посредством шнурка или металлического шарнира. На каждой станции имелись две подзорных трубы, вмонтированные в стену и направленные таким образом, что в поле зрения постоянно находились два ближайших телеграфа. Для лучшей видимости аппараты были окрашены черной краской. Дальность действия зависела от условий местности ; при ровной поверхности промежуточные станции устанавливались через 28-30 верст, в горах это расстояние несколько уменьшалось. Сигнализация производилась с помощью цифрового кода из специально составленного “ телеграфического ” словаря. Каждая комбинация знаков соответствовала определенному числу, от1 до 92. В словаре имелось 92 страницы, на каждой из которых было записано 92 слова. При передаче известий сообщались числа, причем первое число означало номер страницы, а второе- порядковый номер слова. Пользуясь таким словарем, можно было довольно быстро передать любое из 8464 слов, записанных в нем. Но так как в депешах очень часто встречались одни и те же фразы, то для ускорения передачи была еще составлена книга фраз, в которой также имелось 92 страницы, с 92 фразами на каждой. Поэтому, помимо 8464 слов можно было передать и 8464 фразы. В последнем случае передавалось уже трехзначное число, в котором первая цифра указывала на то, что нужно пользоваться книгой фраз.

15 августа 1794 года в ходе войны Французской Республики против Австрии линия впервые продемонстрировала свои возможности : известие о том, что Ле-Кесне снова в руках революционных войск, достигла столицы через час.

Простота устройства телеграфа, быстрота и точность его работы побудили Конвент принять решение о постройке во Франции нескольких телеграфных линий и соединить столицу со всеми пограничными пунктами. В 1798 г. была открыта линия Париж-Страсбург-Брест , в 1803 г. линия Париж-Лилль была продолжена до Дюнкерта и Брюсселя. В 1803 г. по распоряжению Наполеона была построена линия Париж- Милан, продолженная в 1810 г. до Венеции. В 1809-1810 гг. телеграф соединил Антверпен и Булонь, Амстердам и Брюссель. В 1823 г. вступила в действие телеграфная линия Париж-Баионнь. О быстроте сообщений на этих линиях можно судить по данным таблицы :

Пункты передачи

Несмотря на сравнительную простоту сооружения и его эксплуатации, телеграф имел свои существенные недостатки. Во-первых, его работа в сильной мере зависела от всяких изменений, происходящих в атмосфере, и, во-вторых, он был совершенно неприспособлен к работе в ночное время.

Шапп подсчитал, что его препарат может действовать только 2190 часов в год, т.е. в среднем это составляло примерно 6 часов в сутки. Чтобы повысить “ работоспособность ” телеграфа, Шапп и его сотрудники очень много потрудились над приспособлением его к ночной службе. Были испробованы самые различные способы и горючие материалы, но удовлетворительных результатов достичь не удалось. Смола и сало выделяли при горении много копоти, окутывавшей и скрывавшей знаки телеграфа. Жидкое горючее, например масло, также оказалось неподходящим, так как от постоянного движения крыльев аппарата пламя колыхалось и гасло. Использование же газа было связано с большими техническими трудностями. Самому Шаппу эту задачу решить так и не удалось. Но несмотря на имевшиеся недостатки, его телеграф получил широкое распространение и применялся во Франции вплоть до 1855 г.

Большую популярность система Шаппа приобрела и в других странах, но изобретателю не суждено было стать свидетелем столь полной реализации его технических идей. Он умер 23 июля 1805 года.

Сигнальные аппараты Шаппа в том виде, в каком они были предложены самим изобретателем, или несколько видоизмененные, нашли широкое применение во многих других государствах. Более чем полстолетия они служили единственным быстродействующим способом сообщений и вошли в историю телеграфии как оптические средства связи. В 1795 г. аппараты системы Шаппа были установлены в Испании и Италии. Вскоре подобный же телеграф, но немного измененной конструкции появился в Англии и Швеции. Последняя система, разработанная английским лордом Мурреем, имела следующее устройство : на платформе высокого здания сооружалась четырехугольная рама, в которой двумя рядами помещались шесть восьмигранных дощечек. Каждая такая дощечка могла занимать два положения : одно,- когда она обращалась к наблюдателю всей плоскостью, и другое,- когда она путем поворота ее на 90 обращалась к наблюдателю ребром и в отдалении становилась невидимой для глаза. Вращение дощечками производилось с помощью специального механизма, размещавшегося в нижней части помещения. Комбинируя различным образом расположения этих дощечек, можно было получить 64 знака. Первая линия, оборудованная такими устройствами, соединяла Лондон, Дувр и Портсмут.

В Швеции вначале применялся точно такой же аппарат, но в течение весьма короткого времени он был усовершенствован Эндельранцем, предложившим вместо шести дощечек устроить десять. При таком количестве дощечек появлялась возможность передать уже 1024 знака. В 1796 г. в Швеции действовали три линии оптического телеграфа, из которых одна соединяла такие важные пункты, как Стокгольм, Траненберг и Дротнингольм.

Обе системы- английская и шведская- имели преимущество перед способом Шаппа, заключающееся в том, что легко могли быть приспособлены к работе в ночное время. Для этого оказывалось достаточным позади дощечек помещать лампы, свет от которых был виден довольно далеко, как только дощечки открывались. Телеграфировать при этом приходилось, конечно, в обратном порядке, т.е. днем сигналы подавались появлением в раме дощечек, а ночью их исчезновением. Как только новый телеграф доказал на практике свою жизнеспособность, английское правительство позаботилось об устройстве подобных линий сигнализации и в своих колониях. В Индии первая линия оптического телеграфа, построенная в 1823 г. соединила Калькутту с крепостью Шунар. Примерно в это же время стала действовать подобная линия в Египте между Александрией и Каиром, где требовалось 40 мин., чтобы передать знак из одного города в другой через 19 промежуточных станций.

В Пруссии оптический телеграф был введен только в 1832 г. В окрестностях Берлина, в Потсдаме, есть гора, которая называется Телеграфенберг. Свое название она получила со времен строительства оптической телеграфной линии . Первая линия, которая состояла из 61 станции соединяла Берлин с Триром, проходя через такие пункты как Потсдам, Магдебург, Кельн, Кобленц. По своему устройству прусский оптический телеграф более приближался к телеграфу Шаппа, чем к английскому. Он состоял из мачты с шестью подвижными линейками. Каждая такая линейка, или как ее иногда называли “ крыло ” , могла принимать четыре положения : под углом к мачте в 0, 45, 90 и 135. Комбинируя различные положения шестилинеек, можно было получить 4096 знаков. Недостатком этого аппарата была неприспособленность его к ночной работе.

Изобретение Шаппа явилось величайшим событием для того времени. Об успешном применении аппарата писала вся западноевропейская печать. Вести об этом скоро дошли и до России. В конце 1794 г. столичная газета “ Петербургские ведомости ” , сообщая о ходе военных действий во Франции, попутно отмечала успех нового изобретения, сыгравшего большую роль при взятии французской крепости Конде.

Этот факт не мог остаться незамеченным для русских правящих кругов. Возможностями такой “ дальнопишущей машины ” заинтересовалась сама императрица Екатерина Вторая. Как правительница огромного государства она правильно оценила все значение изобретения. Потребовав к себе самого искусного механика академической мастерской, она приказала ему построить точно такую же машину.

Этим механиком оказался Иван Петрович Кулибин, прославившийся в народе за свои хитроумные и полезные изобретения. В том же 1794 г. Кулибин разработал механизм оптического телеграфа, систему передачи сигналов и оригинальный код. Однако царское правительство не воспользовалось его изобретением и только значительно позже под давлением военно-политических событий приступило к постройке оптического телеграфа, который связал Петербург с Шлиссельбургом(1824 г.), Кронштадтом(1834 г.), Царским Селом(1835 г) и Гатчиной(1835 г.).

Самая длинная в мире (1200 км) линия оптического телеграфа была открыта в 1839 г. между Петербургом и Варшавой.

Но несмотря на столь широкое распространение, оптический телеграф уже не мог удовлетворить нарастающих потребностей человечества в связи и был обречен на постепенное исчезновение.

В начале XIX века начали предприниматься попытки использовать электричество для передачи сообщений. Это и предопределило тенденции дальнейшего развития связи.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Давыдов, Городницкий, Толчан “ Сети электросвязи ” ,Связь, 1977

2.Румпф “ От барабана до компьютера ” , Наука

3.Титова “ История развития энергетики, связи и электричества ”

Реферат на тему :

“ История развития средств связи

до открытия электричества ”

Студента ФАКС

Группа ВТ-72

Зуева Николая.

по истории техники

История развития проводной многоканальной электросвязи

Выполнил: Никитин Д. А., асп. каф. МСП

Проверил: доц. Коротин В. Е.

Введение.............................................................................................................................................. 3

1.. Зарождение техники многоканальной электросвязи. Простейшие методы разделения сигналов 5

2.. Аналоговые системы передачи.................................................................................................... 8

3.. Цифровые системы передачи плезиохронной цифровой иерархии....................................... 14

4.. Цифровые системы передачи синхронной цифровой иерархии............................................ 18

5.. Мультиплексирование с разделением по длинам волн. Оптические транспортные сети... 21

Заключение....................................................................................................................................... 27

Список использованных источников............................................................................................. 28

Изначально электрическая связь была проводной. Лишь в конце XIX века была открыта и использована возможность связи без проводов, посредством электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве. К настоящему времени беспроводные технологии получили исключительно широкое распространение. Однако, несмотря на использование самых современных средств и методов обработки сигналов, беспроводные средства связи проигрывают по пропускной способности кабельным линиям и вряд ли когда-нибудь их превзойдут. Это связано с тем, что электромагнитный сигнал, распространяющийся в закрытой направляющей системе (в кабеле), находится в гораздо более выгодных условиях, чем радиосигнал в открытом пространстве. На него практически не оказывают воздействия сигналы других линий, он не подвержен влиянию погодных условий, искажениям за счет многолучевого распространения и т. д.

Вместе с тем, оборудование кабельной линии связи – чрезвычайно трудоемкое и дорогостоящее мероприятие. Многие километры кабеля необходимо закопать в землю либо проложить по каналам кабельной канализации. Дополнительные трудности возникают при преодолении водных преград, автомобильных и железных дорог. Также следует учесть, что на протяжении большей части истории электросвязи использовались исключительно металлические кабели, для изготовления которых применялись такие дорогостоящие металлы, как медь и свинец.

Все эти проблемы уже на самых ранних этапах развития средств проводной связи привели к необходимости повышать эффективность использования линейно-кабельных сооружений за счет передачи одновременно нескольких сигналов по одной паре проводов. Разработка таких способов положила начало созданию аппаратуры уплотнения, или мультиплексирования. Технологии уплотнения в ходе своего развития прошли несколько этапов и к настоящему времени обеспечили создание мощной глобальной сети типовых каналов и трактов, то есть так называемой первичной, или транспортной, сети. Истории развития этих технологий и посвящена настоящая работа.

1 Зарождение техники многоканальной электросвязи. Простейшие методы разделения сигналов

Первые попытки повышения эффективности использования линий связи относятся к первой половине XIX века. Единственным существовавшим тогда видом электрической связи была телеграфия. В 1838 г. немецкий ученый Карл Штейнгель предложил для коротких линий в качестве второго провода цепи использовать землю или воду. Пять лет спустя Б. С. Якоби показал, что этот метод пригоден и для длинных линий. Это решение позволило вдвое повысить пропускную способность металлических проводников .

В 1860–1870 гг. применялись системы дуплексного, диплексного и квадруплексного телеграфирования. При дуплексном телеграфировании по одному проводу во встречных направлениях посылались две телеграммы. Разделение направлений приема и передачи осуществлялось при помощи развязывающих устройств (дифференциальных схем). Наиболее совершенная схема дуплексного телеграфирования была предложена американским инженером Дж. Стирнсом в 1871 г. При диплексном способе обе телеграммы посылались в одном направлении. В 1858–1859 гг. известный российский математик З. Я. Сло­ним­ский предложил схему квадруплексного телеграфирования – самый эффек­тив­ный, хотя и самым сложный из подобных методов. В этом случае по одному проводу передавались четыре телеграммы – по две во встречных направлениях. Практически эта схема была реализована лишь в 1874 г. Т. А. Эдисоном .

В 1876 г. французский изобретатель Ж. Бодо предложил способ многократного телеграфирования, позволявший работать по одной линии сразу нескольким телеграфным аппаратам. На передающей и приемной станциях устанавливались абсолютно одинаковые устройства – распределители, которые представляли собой круглые диски с укрепленными на них неподвижными контактами – ламелями. К каждой ламели подключался свой телеграфный аппарат. Кроме того, на диске имелся один подвижный контакт – щетка. Этот контакт был связан с телеграфным проводом и приводился в движение мотором. Вращаясь вокруг своей оси, щетка поочередно касалась каждой ламели и таким образом соединяла телеграфные аппараты с проводом .

В своей системе Бодо реализовал принцип временного разделения каналов, который лежит в основе практически всей современной цифровой связи.

В XIX веке предпринимались также попытки использовать явление механического резонанса для избирательного приема токов различных частот. В 1860 г. французский учитель физики Эдмонд Лаборд подобрал несколько пар гибких металлических пластинок и настроил передающую и приемную пластинки каждой пары в резонанс на собственную частоту.

Более совершенную схему предложил в 1869 г. профессор физики Харьковского университета Григорий Иванович Морозов. В его схеме предусматривались жидкостный передатчик и электромагнитный приемник. В сосуд с жидкостью опускались две металлические пластинки – подвижная и неподвижная. Ток от батареи подводился к подвижной пластинке. При ее колебаниях изменялись сопротивление слоя жидкости и, соответственно, сила тока, идущего в линию от неподвижной пластинки. Постоянный ток превращался в пульсирующий соответственно частоте колебаний пластинки. Приемник состоял из двух стержневых электромагнитов, над которыми располагался якорь в виде железной пластинки, настроенной в резонанс с подвижной пластинкой передатчика. Если по линии посылать одновременно сигналы от нескольких передатчиков, то каждый приемник реагирует на сигналы только своего передатчика и воспроизводит исходный сигнал. Ни схема Лаборда, ни схема Морозова так и не были реализованы .

Первые телефонные линии, также как и телеграфные, были воздушными и работали по однопроводной системе. По причине взаимных и внешних влияний пришлось отказаться от несимметричных однопроводных цепей и перейти на симметричные – двухпроводные цепи. Скрутка изолированных жил в пары начала применяться в 1882 г. Законодательно решение о переходе на двухпроводные телефонные цепи было принято на втором Международном электротехническом конгрессе, состоявшемся в Париже в 1889 г.

В 1882 г. инженер фирмы Siemens Brothers в Лондоне Франк Джекоб показал, что на каждых двух парах жил в кабеле можно получить, кроме двух физических цепей, еще одну – третью цепь путем включения на концах линии специальных дифферен­циальных трансформаторов. Эта третья цепь была названа фан­томной, или призрачной. Физически она не сущест­вует: ее прямым проводом служат обе жилы первой пары, а об­ратным проводом – обе жилы второй пары. В отечественной послевоенной литературе фантомные цепи были переименованы в искусственные. Благодаря дифференциальным трансформаторам, разговоры по искус­ственной цепи не оказывают влияния на разговоры по основ­ным цепям. В результате, вместо двух по линии можно было од­новременно вести три телефон­ных разговора; следовательно, эффективность ее использования возросла на 50 %. Это был исто­рически первый шаг на пути уп­лотнения физических цепей.

Идею использования диффе­ренциальных трансформаторов применил в одно время с Джекобом и Пикар в своей схеме од­новременного телефонирования и телеграфирования по одной двухпроводной цепи. К средним точкам вторичных обмоток диф­ференциальных трансформато­ров подводились провода от двух телеграфных аппаратов. При работе телеграфных аппаратов че­рез дифференциальные обмотки трансформаторов проходят токи разных направлений, и влияние их на вторичные (линейные) обмотки трансформаторов будут взаимно уничтожаться. Благодаря этому телеграфная передача не создает помех ни в одной ни в другой телефонной цепи. В тот же период – в начале 1880-х гг. – были разработаны схемы одновременного телефонирования и телеграфирования бельгийским инжене­ром Риссельбергеи независимо от него капитаном русской армии Григорием Гри­горьевичем Игнатьевым.

В 1886 г. Сидней Шелбурнв Нью-Йорке предложил скручивать одновременно четыре жилы, но составлять цепи не из рядом лежащих, а из проти­волежащих жил, расположенных по диагонали образованного в поперечном сечении квадрата. Такая четверка напоминает четырехлучевую звезду и называется звездной. Она обеспе­чивает более устойчивую цилин­дрическую форму кабеля, а также удобство формирования искусст­венных цепей. Но главное достоинство звездной четверки в том, что расстояние между диагональ­но расположенными жилами в 1,4 раза больше, чем между рядом ле­жащими. Следовательно, несколь­ко уменьшается электрическая емкостьцепи, а значит, и ее коэффициент затуха­ния.В результате незначительно, но все же возрастает дальность связи.

Решающего влияния на эффективность использования телефонных линий эти по­лезные усовершенствования не оказали. Успех был достигнут в XX веке на базе дос­тижений радиотехники и электроники .

2 Аналоговые системы передачи

Простейшие методы разделения сигналов позволили до определенных пределов повысить эффективность использования линейных сооружений связи. Однако к началу XX века эти методы себя исчерпали. Требовалось увеличить число каналов, одновременно передаваемых по одной паре проводов, а также дальность связи. Так как дальность проводной связи ограничена из-за затухания в кабеле, необходимо было периодически усиливать сигнал по мере его ослабления.

Предпосылкой к созданию промежуточных усилителей стало изобретение в 1904 г. английским физиком и радиотехником Джоном Флемингом первой двухэлектродной электронной лампы – диода. Первая практически пригодная схема промежуточного телефонного лампового электронного усилителя была предложена в 1912 г. американцами А. Кэмпбелом и К. Вагнером. В 1913–1914 гг. в США была сооружена первая междугородная кабельная магистраль длиной 730 км с применением промежуточных усилителей .

В России большие заслуги в создании и совершенствовании промежуточных усилителей («телефонных трансляций», как они тогда назывались по аналогии с телеграфными трансляциями) принадлежат Валентину Ивановичу Коваленкову (1884–1960) – одному из крупнейших советских специалистов в области проводной электросвязи, члену-корреспонденту АН СССР, генерал-майору инженерно-технической службы, лауреату Государственной премии СССР. В 1915 г. он продемонстрировал макеты ламповых телефонных трансляторов на Всероссийском съезде инженеров-электриков. Свои первые патенты на телефонные трансляции, разработанные в период 1915–1918 гг. он получил в августе 1919 г. Предложенная Коваленковым идея усилителя двухстороннего действия с дифференциальной системой до настоящего времени остаётся основой построения дуплексных усилителей каналов тональной частоты .

Первый телефонный транслятор системы Коваленкова (1922) был установлен в Бологом и обеспечивал уверенную связь Петрограда с Москвой. В 1924 г. трансляции, изготовленные в Петроградской научно-испытательной станции, были установлены на линии Петроград–Харьков. В этом же году завод «Красная заря» начал промышленный выпуск телефонных трансляций. К 1927 г. на междугородных телефонных линиях связи их действовало свыше пятидесяти. Использование трансляций позволило организовать магистрали связи весьма большой протяженности (Москва – Тбилиси, Москва – Магнитогорск и др.)

Телефонные трансляции двустороннего действия обеспечили увеличение дальности связи до 2500–3000 км по медным цепям, до 500–600 км – по стальным и до 1000 км – по кабельным пупинизированным цепям .

Расширение междугородных телефонных магистралей поставило на очередь вопрос об улучшении техники передачи междугородных разговоров. Важнейшее зна­чение имело внедрение аппаратуры высокочастотного телефонирования (уплотнения) по воздушным линиям связи. Это позволило по одной паре медных проводов передавать одновременно несколько телефонных разгово­ров, что повысило эффективность использования доро­гостоящих линейных сооружений.

Наиболее ранние образцы аппаратуры высокочастотного телефонирования представляли собой фактически радиоаппаратуру, приспособленную для работы по кабелям. Первые опыты передачи разговорных сигналов по проводам методом радиосвязи были осуществлены в нашей стране проф. П. В. Шма­ко­вым совместно с инженером Г. А. Куприяновым в 1922 году. В 1922–1923 гг. в Нижегородской лаборатории инженером А. Ф. Шориным проводились первые опыты в деле применения методов радиосвязи для передачи телеграфных сигналов.

Первая отечественная одноканальная аппаратура высокочастотного телефони­рования для медных цепей была разработана и изго­товлена в 1926 г. сотрудниками Ленинградской науч­но-испытательной станции под руководством П. А. Азбукина и установлена на линии Ленинград – Бологое На этой же линии были осуществлены первые опыты, связанные с получением нескольких телеграфных связей вместо одной телефонной. Для этого была применена так называемая система тонального частотного телеграфирования .

В 1927 г. была создана аппаратура высокочастотного телефонирования (типа ОСА-406), позволившая осуществлять по одной медной цепи три телефонных разговора.

Широкое промышленное производство аппаратуры уплотнения в СССР началось с разработки в 1934 г. трехканальной аппаратуры СМТ-34. Эта аппаратура двухполосной системы с передачей в линию несущей ча­стоты работала в полосе частот 10,4–40 кГц. В 1935 г. отечественная промышленность начала выпускать трехканальную аппаратуру уплотнения цепей типа ОСМТ-35, работающую в спектре 6–30 кГц без пере­дачи в линию несущей частоты. В аппаратуре были установлены автоматическая регулировка усиления. Аппаратура обеспечивала более высокое качество передачи и большую дальность действия .

К концу 30-х годов аппаратурой уплотнения было оборудовано большинство междугородных телефонных линий. В этот же период высокочастотные каналы начинают использоваться для передачи нетелефонной информации, прежде всего, для многократного телеграфирования и фототелеграфирования .

В 1939 г. вступила в эксплуатацию самая длинная в мире междугородная телефонная линия Москва–Хабаровск протяженностью около 9 тыс. км, продолжен­ная затем до Владивостока. С вводом в строй этой магистрали была установлена связь с крупными промышленными центрами Востока: Хабаровском, Владивостоком, а в дальнейшем с Магаданом, Южно-Сахалинском и другими городами.

В 1939-1940 гг. специалисты Центрального научно-исследовательского института связи и завода «Красная заря» разработали первую отечественную 12-канальную систему высокочастотного телефонирования по медным цепям воздушных линий связи. Внедрение этой аппаратуры позволило значительно увеличить пропуск­ную способность междугородных телефонных линий. В период Великой Отечественной войны эта аппаратура успешно обеспечивала связь на магистрали Москва–Ленинград.

В 1949 г. начался промышленный выпуск трехканальной аппаратуры высокочастотного телефонирования В-3 для уплотнения воздушных цепей из цветных металлов. Аппаратура, работающая в диапазоне частот 6–27 кГц, рассчитана на организацию связи по линиям протяженностью до 10 тыс. км. Эта аппаратура получила широкое распространение на воздушных линиях междугородной телефонной сети.

В 1965 г. промышленно­стью был организован выпуск аппаратуры В-3-3 для уплот­нения цепей из цветных ме­таллов и стальных цепей на магистральных и областных связях. Аппаратура была выполнена на транзисторах и позволяла организовать четыре канала – три канала ВЧ и один канал служебной связи. По сдвоенным каналам В-3-3 можно было организовать передачу программ вещания с по­мощью аппаратуры АВ-2/3. Диапазон частот (4–31 кГц) в этой аппаратуре шире, чем в В-3. Максимальная дальность передачи по медным цепям – 2500 км, по стальным цепям – 150 км.

В 1951 г. начался серийный выпуск аппаратуры В-12, работавшей в диапазоне частот 36-143 кГц и обеспечивавшей получение двенадцати телефонных каналов при уплотнении медных и биметаллических воз­душных цепей. Аппаратура была рассчитана на организацию связей протяженностью до 10 тыс. км. По каждому ка­налу аппаратуры В-12 можно было организовать передачу фототелеграмм, 16 каналов тонального телеграфа, а по двум объединенным каналам с помощью специальной аппаратуры – передачу программ вещания.

Модифицированная аппаратура В-12-2 (1956–1957 гг.) вместе с генераторным оборудованием зани­мала две стойки (вместо восьми стоек – в аппарату­ре В-12). Уменьшение габаритов аппаратуры позволило на существующих междугородных станциях устанавли­вать большее количество комплектов аппаратуры уплотнения.

В 1951 г. была разработана аппаратура К-12, работаю­щая в диапазоне 12–60 кГц. С помощью этой аппара­туры по двухкабельной линии можно было организовать 12 телефонных каналов по двум парам.

На смену системе К-12 пришла аппаратура К-24, разработанная в 1953 г., которая позволила вдвое уве­личить использование пар кабеля. Аппаратура К-24 ра­ботает в диапазоне частот 12-108 кГц.

В 1957 г. была разработана шестидесятиканальная аппаратура К-60, работающая по двухкабельной системе в диапазоне частот 12–252 кГц и позволяющая осуществлять одновременную передачу 60 телефонных разговоров по двум парам на расстояние до 5 тыс. км . В конце 50-х годов в ГДР была разработана аппаратура, подобная К-60, на электронных лампах – V-60-S. В 1965 - 1966 годах, не без участия СССР, промышленностью ГДР были разработаны образцы аппаратуры типа V-60-E на транзисторах .

Начиная с середины 50-х гг. в аппаратуре систем передачи применяются полупроводниковые приборы. Аппаратура К-24П и К-60П была выполнена полностью на полупроводниках.

Первая отечественная система связи для уплотнения коаксиальных линий связи К-1920 была создана в 1959–1960 гг. С помощью этой системы можно организовать 1920 телефонных каналов или же 300 телефонных каналов и одновременно одну телевизионную передачу. Кроме того, по каналам этой системы можно обеспечить телеграфный обмен, передачу программ вещания, фототелеграфных сообщений, а также данных. Система занимает диапазон частот 312–8524 кГц.

Для уплотнения малогабаритного коаксиального кабеля была предназначена система К-300. Она позволяет организовать 300 телефонных каналов в спектре частот 60–1300 кГц. Для использования на внутриобластных связях была создана система К-120, работавшая в спектре до 1300 кГц .

Следует отметить, что в начальный период при разработке различных систем разрабатывалась отдельная оконечная аппаратура уплотнения. Так были разработаны комплекты аппаратуры для систем В-12, К-12, К-24, К-60, К-1920 (первый выпуск). Такое разнообразие типов оборудования с различным конструктивным и электрическим решением аналогичных узлов приводило к усложнению эксплуатации аппаратуры и значительному разбросу параметров каналов и групповых трактов различных систем. Поэтому уже при проектировании аппаратуры К-300 была поставлена задача создания унифицированной оконечной аппаратуры для всех многоканальных систем передачи .

Впоследствии были созданы системы передачи К-3600, К-5400, К-10800. Две последние из них так и не получили распространения.

Все рассмотренные аналоговые системы передачи были основаны исключительно на принципе частотного разделения каналов (ЧРК), хотя метод временного разделения каналов и виды импульсной модуляции (амплитудно-импульсная, широтно-импульсная, фазово-импульсная) были известны еще в 30-е годы и изучались. Связано это было с тем, что аналоговая система передачи с амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ) и временным разделением каналов (ВРК) требовала гораздо более широкую полосу частот по сравнению с системой передачи с ЧРК той же емкости, поскольку при использовании в качестве сигнала-переносчика последовательности прямоугольных импульсов спектр группового сигнала оказывался очень широким (теоретически бесконечным). Неизбежное ограничение спектра, как и вообще любые линейные искажения группового сигнала, приводили бы к межканальным переходам, имеющим характер внятного переходного разговора.

В аналоговых системах передачи применялись следующие разновидности амплитудной модуляции (АМ):

АМ с двумя боковыми полосами частот и несущей частотой,

АМ с одной боковой полосой частот и несущей частотой,

АМ с двумя боковыми полосами частот без несущей частоты (АМ ДБП),

АМ с несимметричными боковыми полосами частот.

Наилучшим по мощностным показателям, а также с точки зрения рациональности использования частотного ресурса, хотя и самым сложным в реализации, оказался метод АМ ОБП. Именно этот вид модуляции использовался в подавляющем большинстве аналоговых систем передачи.

Аналоговые системы передачи сыграли огромную роль в создании всемирной телекоммуникационной сети. Можно с уверенностью утверждать, что без изобретения методов уплотнения каналов междугородная телефонная связь если бы и существовала, то была бы недоступна рядовым пользователям. Однако аналоговые системы передачи обладали серьезными недостатками, основные из которых следующие:

Эффект накапливания в канале помех, шумов и искажений с увеличением расстояния, существенно снижающий качество связи;

Дороговизна аппаратуры, связанная с высочайшими требованиями к стабильности частот задающих генераторов, линейности амплитудных характеристик усилителей, амплитудно-частотным характеристикам электрических фильтров и т. д.;

Трудоемкость эксплуатации, наличие только самых примитивных средств встроенного контроля;

Большие габариты, масса, высокое энергопотребление;

Трудность передачи данных по аналоговым каналам.

Устранить эти недостатки в рамках аналоговой технологии оказалось невозможно, в результате чего аналоговые системы передачи себя изжили, уступив место цифровым системам передачи. Тем не менее, во всем мире все еще эксплуатируется большое количество аналоговых систем, а методы частотного разделения каналов в настоящее время применяются в новейших волоконно-оптических системах передачи с разделением по длинам волн (WDM), а также в высокоэффективных системах «последней мили» xDSL.

3 Цифровые системы передачи плезиохронной цифровой иерархии

В начале XX в. великий русский ученый В. А. Котельников доказал свою знаменитую теорему о дискретизации, показав принципиальную возможность представления непрерывного сигнала в виде последовательности отсчетов, взятых через определенный промежуток времени, и полного восстановления по этой последовательности исходного сигнала. В 1937 году французский инженер А. Ривс предложил принципы импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Импульсные методы модуляции интенсивно развивались в связи с развитием радиолокации начиная с 40-х годов. Таким образом, предпосылки к созданию цифровых систем передачи были созданы еще в первой половине XX века.

Тем не менее, вплоть до 60-х (в России – до 70-х) годов все системы передачи были аналоговыми. Опытная 96-канальная система с ИКМ была создана в первые годы после Второй мировой войны. Но цифровое оборудование было исключительно громоздким, поэтому цифровая связь не находила широкого применения вплоть до конца 50-х годов. Настоящее развитие импульсно-кодовые методы передачи получили лишь начиная с 1956 г., после изобретения транзистора (1948 г.) и разработки первого поколения электронных цифровых вычислительных машин.

Первая коммерческая цифровая система передачи голоса, использовавшая импульсно-кодовую модуляцию и временное разделение каналов, была создана компанией Bell Systems (США) в Чикаго в 1962 г. Система позволяла организовать 24 телефонных канала и работала по медному кабелю, соединявшему офисы компании. Для организации одного телефонного канала требовался цифровой поток со скоростью 64 кбит/с. С учетом того, что 8 кбит/с требовалось для служебных целей, суммарная скорость цифрового потока составляла 1544 кбит/с.

Этот цифровой поток впоследствии был назван каналом DS1, или T1. В США канал со скоростью 1544 кбит/с был принят в качестве первого уровня иерархии цифровых потоков. Это было уже время появления ЭВМ третьего поколения, принесших с собой концепцию каналов ввода-вывода с развитой системой мультиплексоров ввода-вывода, используемых для организации коммерческих сетей передачи данных. Также получали распространение локальные вычислительные сети для объединения компьютеров.

Однако только стремительное развитие микропроцессорной техники (в частности, появление первого микропроцессора фирмы Intel) сделало возможным реальное внедрение цифровых технологий в системы связи. Результатом стало широкое распространение и развитие компьютерных сетей, что дало толчок к созданию сетей передачи голоса и данных с ИКМ.

Развитие цифровых телефонных сетей шло в направлении все большего уплотнения каналов. Это достигалось, с одной стороны, за счет мультиплексирования каналов T1 в сигналы с более высокими скоростями. С другой стороны, применение более эффективных, чем традиционная ИКМ, методов кодирования речевых сигналов (например, дельта-модуляции, дифференциальной импульсно-кодовой модуляции, как неадаптивной, так и адаптивной) позволило уменьшить скорость цифрового потока, требуемую для организации одного телефонного канала и тем самым разместить в одном канале со скоростью 64 кбит/с не один, а несколько телефонных каналов .

Развитие схем мультиплексирования привело к созданию трех иерархий цифровых систем передачи – европейской, североамериканской и японской. Европейская иерархия основывается на первичном цифровом потоке E1, имеющем скорость 2048 кбит/с. При объединении четырех потоков E1 формируется поток E2, имеющий скорость 8448 кбит/с. Поток E3 (34368 кбит/с) получается мультиплексированием четырех потоков E2. Аналогично, потоком четвертого уровня (E4) является сигнал со скоростью 139264 кбит/с, а скорость потока E5 составляет 564992 кбит/с.

В Северной Америке, как уже отмечалось, в качестве первичного сигнала используется поток со скоростью 1544 кбит/с. Сигналы более высоких уровней североамериканской иерархии имеют скорости 6312, 44736 и 274176 кбит/с. Японский вариант иерархии на первых двух уровнях совпадает с американским стандартом (скорости стандартных потоков составляют 1544, 6312, 32064, 97728 кбит/с) .

Объединение цифровых потоков производилось, в основном, побитовым способом. Требования к нестабильности генераторного оборудования были существенно ослаблены по сравнению с аналоговыми системами передачи, что порождало необходимость предусматривать специальные механизмы для согласования скоростей компонентных (объединяемых) и агрегатного (группового) сигналов. Традиционно согласование скоростей подразделялось на положительное, отрицательное и двустороннее и достигалось либо за счет вставки балластных символов (эта процедура называлась стаффингом), либо, наоборот, путем изъятия одного символа из цифрового потока и передачи его по отдельному специально отведенному цифровому каналу. Для управления процессом в цикле группового сигнала также предусматривались биты для команд согласования скоростей .

Так как цифровые системы передачи были рассчитаны на синхронизацию от различных задающих генераторов и допускали некоторое расхождение частот, эта технология получила название ПЦИ – плезиохронная, т. е. почти синхронная, цифровая иерархия (PDH, Plesiochronous Digital Hierarchy).

В СССР был принят европейский вариант иерархии. Для сельских сетей связи были разработаны системы передачи ИКМ-15 и ЗОНА-15. На городских сетях применялась система ИКМ-30. Для зоновых и местных сетей была создана аппаратура ИКМ-120. Системы более высокого уровня – ИКМ-480 и ИКМ-1920 нашли свое применение на магистральных и зоновых сетях .

Изначально цифровые системы передачи были разработаны для линий связи, в которых средой распространения групповых сигналов являлись либо металлический кабель, либо радиорелейные линии. В этих системах длина регенерационного участка для E1 – E2 не превышала 5 км, а для E4 – 1,5…2 км. Внедрение систем передачи, работающих по оптическому волокну, позволило многократно увеличить длину регенерационного участка.

В 80-х годах в Советском Союзе была разработана и производилась аппаратура волоконно-оптических систем передачи «Соната-2», предназначенная для использования на городских сетях в качестве соединительных линий между узлами связи. Эта аппаратура позволяла по одной паре многомодовых оптических волокон передавать 120 телефонных каналов со скоростью 8448 кбит/с. Для уплотнения соединительных линий также выпускалось оборудование ИКМ-120-5. Эта аппаратура выпускалась в двух вариантах: КЛТ-26 (работавший в первом окне прозрачности на длине волны 850 нм) и КЛТ-24 (во втором окне прозрачности на длине волны 1300 нм).

Для работы во внутризоновых сетях была предназначена аппаратура «Сопка-2». Данная аппаратура также обеспечивала образование потока 8448 кбит/с и по структурной схеме, устройствам телеконтроля и служебной связи мало отличалась от «Сонаты-2» и ИКМ-120-5.

До 2001 года отечественной промышленностью выпускалась аппаратура для передачи по одномодовому оптическому волокну сигналов E2 – ОЛТ-025 (завод «Морион», г. Пермь) и ТО-41 (АО НПП РОТЕК). Эта аппаратура производилась на современном технологическом уровне, в ней были применены современные электронные и квантово-оптические элементы с большим ресурсом и высокой надежностью. Конструктивно аппаратура была выполнена в нескольких вариантах .

Для внутризоновых сетей кроме аппаратуры «Сопка-2» производилась также аппаратура «Сопка-3», предназначенная для передачи 480 телефонных каналов в двоичном цифровом потоке со скоростью 34368 кбит/с (E3). Для организации потока E4 по оптическому волокну была предназначена аппаратура «Сопка-4». Впоследствии характеристики волоконно-оптических систем передачи были улучшены. Появились системы «Сопка-2м», «Сопка-3м», «Сопка-4м».

По мере развития телекоммуникационных сетей и появления новых требований к системам передачи стали проявляться недостатки плезиохронной цифровой иерархии. Использование процедуры согласования скоростей приводила к невозможности выделения компонентных потоков из агрегатного без его полного демультиплексирования. Например, для вывода потока E1 из потока E4 необходимо провести полное демультиплексирование на потоки E3, затем разделить необходимый поток E3 на потоки E2, после чего демультиплексировать поток E2 до уровня E1. Это требовало в пунктах выделения и транзита устанавливать большое количество оборудования.

Другой недостаток ПЦИ заключается в том, что нарушение синхронизма в групповом сигнале ЦСП более высокого уровня приводит к нарушению синхронизма во всех компонентных потоках, а восстановление синхронизма при этом должно осуществляться последовательно от высших ступеней иерархии к низшим, что требует относительно большого времени.

Наконец, плезиохронная цифровая иерархия обладает слабыми возможностями в организации служебных каналов для целей контроля и управления потоком в сети и практически полное отсутствие средств маршрутизации потоков нижних уровней .

Указанные недостатки были преодолены в новой технологии, получившей название SDH (Synchronous Digital Hierarchy, синхронная цифровая иерархия). Однако системы ПЦИ до сих пор существуют в большом количестве и продолжают эксплуатироваться. Фирмы-производители предлагают на рынке телекоммуникационного оборудования множество наименований изделий, работающих по этой технологии.

4 Цифровые системы передачи синхронной цифровой иерархии

Недостатки, присущие цифровым системам передачи плезиохронной цифровой иерархии, потребовали создание новой технологии транспортной сети. В связи с этим перед разработчиками встали следующие задачи:

Необходимо было унифицировать иерархию скоростей цифровых потоков и продолжить его за пределы, регламентированные стандартами ПЦИ;

Новая технология должна была позволять вводить и выводить компонентные потоки без полного демультиплексирования группового сигнала, для чего компонентные потоки должны занимать строго определенное положение в цикле;

Необходимо было разработать новые структуры циклов, которые бы позволили организовать не только примитивную сигнализацию, но и маршрутизацию потоков;

Технология должна была обеспечить в пределах иерархии возможность управления сетями с топологией любой сложности;

Интерфейсы транспортной сети должны быть стандартизованы, чтобы обеспечивалась возможность совместной работы оборудования различных фирм-производителей.

В начале 80-х годов американскими инженерами было предложено:

Использовать синхронный режим работы сети вместо плезиохронного или асинхронного;

Побитовое объединение компонентных потоков заменить побайтовым;

Использовать известную технологию инкапсуляции данных в пакеты (концепция виртуальных контейнеров);

В качестве первичной скорости принять значение 50,688 Мбит/с, установить период следования циклов равным 125 мкс, принять структуру цикла, состоящую из трех строк по 264 столбца. Такие параметры позволили продолжить американскую ветвь ПЦИ (1,5 – 6 – 45 Мбит/с);

Включить в иерархию достаточное число уровней сигналов;

Ориентироваться на использование оптического волокна в качестве среды распространения сигнала.

В 1984-86 гг., рассмотрев ряд альтернатив, комитет Т1 (США) предложил использовать поток со скоростью 50,688 Мбит/с в качестве основного синхронного транспортного сигнала (STS-1). Однако впоследствии комитет SONET принял решение разработать синхронную цифровую иерархию, в которой скорость первичного сигнала была равна 51,84 Мбит/с. При этом была учтена неудача применения кросс-мультиплексирования PDH-иерархий, а также принято во внимание наличие европейского варианта SDH, в котором скорость синхронного транспортного модуля первого уровня (STM-1) составляла 155,52 Мбит/с. В результате появилась возможность путем разработки развитых схем мультиплексирования и кросс-мультиплексирования предложить универсальный набор виртуальных контейнеров (VC), позволивших инкапсулировать все форматы циклов стандартных американской и европейской плезиохронных иерархий. Таким образом, скорость сигнала STM-1 стала равна скорости сигнала ОС-3 системы SONET.

В 1989 г. в Синей книге МККТТ были изложены основные стандарты синхронной цифровой иерархии (рекомендации G.707 – G.709). Аналогичные стандарты для сетей SONET были выпущены ANSI и Bellcore.

Первоначальная редакция стандартов SDH допускала очень большое число вариантов мультиплексирования при формировании сигнала STM-1. Однако уже во второй редакции (1991 г.) некоторые варианты были отменены. В частности, из числа стандартных поддерживаемых компонентных потоков был исключен вторичный цифровой поток европейской ПЦИ (8448 кбит/с). В результате схема мультиплексирования была значительно упрощена. В 1993 году была выпущена третья редакция стандартов .

Технология синхронной цифровой иерархии показала свою жизнеспособность и непрерывно совершенствовалась. Она нашла свое применение не только на волоконно-оптических линиях связи, но и на радиорелейных линиях. Со временем выяснилось, что скорость 155520 кбит/с (скорость синхронного транспортного модуля первого уровня) во многих случаях является избыточной. Появилась потребность продолжить ряд стандартных скоростей не только в сторону увеличения, но и в сторону уменьшения, сохранив при этом все достоинства технологии SDH. В результате в 1999 г. была принята очередная редакция рекомендации G.708, в которой в общую схему мультиплексирования был включен сигнал STM-0 (51,84 Мбит/с, соответствует сигналу первого уровня сети SONET), а также сигналы «суб-STM» sSTM-2n и sSTM-1k (k=1, 2, 4, 8, 16; n=1, 2, 4). Таким образом, появилась возможность передавать даже одиночный виртуальный контейнер VC-12 (содержащий один поток 2 Мбит/с) с возможностью сквозного контроля и управления в пределах всей сети.

Набор стандартных контейнеров для отображения полезной нагрузки до некоторой степени ограничивал множество компонентных сигналов, которые можно было передавать по сети SDH. Между тем, хотя технология разрабатывалась в первую очередь в расчете на передачу сигналов плезиохронных иерархий, существовала потребность в передаче и других видов сигналов (например, ячеек ATM, трафика компьютерных сетей и т. п.) Чтобы сделать технологию SDH действительно универсальной, были разработаны методы смежной и виртуальной конкатенации (объединения) виртуальных контейнеров. Конкатенированные виртуальные контейнеры VC-n-Xc образуют тракты со скоростью, в X раз превышающей скорость одиночных виртуальных контейнеров VC-n .

В настоящее время SDH является самой распространенной технологией транспортной сети. Производителями телекоммуникационного оборудования выпускается огромное число наименований аппаратуры синхронной цифровой иерархии. Можно сказать, что SDH – это сегодняшний день транспортных сетей. Большой потенциал технологии, наличие путей ее дальнейшего совершенствования в соответствии с требованиями времени позволяют предположить, что синхронная иерархия, скорее всего, в ближайшие годы будет сохранять лидирующее положение.

На сегодняшний день существует оборудование SDH, позволяющее передавать сигналы со скоростями вплоть до 40 Гбит/с (STM-256). Такие скорости вполне удовлетворяют сегодняшние потребности в пропускной способности, а в большинстве случаев даже оказываются избыточными. Дальнейшее увеличение скорости цифрового сигнала сопряжено с серьезными техническими трудностями и экономически нецелесообразно.

Однако успехи оптоволоконной технологии позволили значительно повысить эффективность использования линий оптического кабеля за счет передачи цифровых потоков одновременно на нескольких оптических несущих. Эта технология получила название WDM (Wave Division Multiplexing), то есть разделение по длинам волн, или спектральное уплотнение.

5 Мультиплексирование с разделением по длинам волн. Оптические транспортные сети

Рост потребностей в увеличении объемов связи как с точки зрения увеличения скорости передачи информации, так и охвата новых регионов привел к появлению и становлению новых волоконно-оптических технологий, в частности технологий спектрального (частотного) мультиплексирования (уплотнения) каналов, получивших название WDM- и DWDM-технологий. Эти технологии позволяют в сотни раз увеличить пропускную способность волоконно-оптических каналов и сетей связи; их применение, вместе с технологиями временного уплотнения (TDM), позволило достичь терабитных скоростей передачи информации по одному оптическому волокну.

Повышать пропускную способность оптического волокна в уже проложенном кабеле в принципе можно двумя способами: либо повысить скорость передачи в канале за счет применения более быстрого временного уплотнения (TDM), либо увеличить число спектральных каналов, по которым осуществляется передача сигнала по одному волокну за счет применения WDM-технологии.

Реализация первого варианта, особенно в сетях дальней связи, использующих синхронную цифровую иерархию (SONET/SDH), связана с рядом трудностей. В настоящее время на практике реализованы и используются TDM-каналы со скоростями передачи информации до 40 Гбит/с, однако дальнейшее увеличение скоростей технически труднодостижимо и приводит к резкому удорожанию оконечной аппаратуры.

Кроме этого, в большинстве случаев уже проложенное оптическое волокно не позволяет передавать информацию со скоростями более 10 Гбит/с, поскольку при его прокладке в составе волоконного кабеля не принимался во внимание ряд существенных эффектов, проявляющихся в волокне при таких скоростях передачи информации. Во первых, из-за наличия дисперсии в волокне, которая приводит к уширению световых импульсов и, следовательно, к ограничению скорости передачи информации. В одномодовом волокне полная дисперсия состоит из хроматической и поляризационно-модовой (ПМД). Величину хроматической дисперсии в принципе можно снизить путем включения в линию отрезков волокна с противоположным знаком дисперсии. Величина ПМД обусловлена отклонениями поперечного сечения световедущей жилы волокна от круглой формы, возникающими из-за несовершенств технологии, и носит случайный характер, а поэтому и не всегда может быть скомпенсирована. Во вторых, с ростом скорости передачи падает чувствительность фотоприемных устройств и глубина модуляции несущего светового сигнала информационным сигналом и, как следствие этого, отношение сигнал/шум в линии. Для компенсации этих эффектов необходимо устанавливать дополнительные усилители и регенераторы оптических сигналов. Все это так или иначе приводит к усложнению оптической аппаратуры и повышению ее стоимости.

Существует другой путь увеличения информационной емкости или скорости передачи информации ВОЛС. Это – применение спектрального мультиплексирования, WDM-технологии. Системы, использующие WDM, основаны на способности оптического волокна одновременно пропускать широкий спектр оптического излучения или набор большого числа не интерферирующих и не взаимодействующих между собой длин волн. Каждая длина волны или определенный диапазон длин волн этого спектра может служить независимым оптическим каналом для передачи информации по волокну .

На заре развития технологии WDM процессу стандартизации ее основных параметров: шага между несущими, длины и числа пролетов (секций), бюджета оптической мощности – уделялось мало внимания, так как эта технология использовала в качестве источника сигнала выходной сигнал мультиплексора SDH, а длина пролета была привязана к длине одной из стандартных секций SDH. Поэтому среди систем WDM в то время можно было встретить системы с двумя каналами (1310 и 1550 нм, где разнос 240 нм диктовался только желанием сопрячь системы SDH, работающие с двумя стандартными несущими) или 5–7 каналами с шагом 3,2 или 1,6 нм, длина пролета и бюджет мощности которых не нормировался. О классификации самих систем WDM не было и речи.

Однако бурное развитие WDM привело к появлению первого, хотя и временного (класса draft) стандарта Международного союза электросвязи (1997), который впоследствии был одобрен (10.98) и опубликован в 1999 году как стандарт для многоканальных систем SDH с оптическими усилителями G.692. Этот стандарт рекомендовал использовать частотный план с шагом несущих 100 ГГц (0,8 нм) и больше, хотя в разработках новых систем WDM, которые уже именовались как плотные WDM, или DWDM, уже использовался шаг 50 ГГц (0,4 нм). Результатом дальнейшего развития оптической интегральной схемотехники стало уменьшение шага между несущими последовательно до 50, 25 и 12,5 ГГц, о чем в момент разработки первого стандарта можно было только мечтать.

Однако затем интенсивный путь развития систем DWDM (с точки зрения уменьшения шага между несущими частотами) зашел в тупик, так как к следующему этапу – уменьшению шага до 6,25 ГГц – будет очень трудно перейти не только из-за физических ограничений (температурной нестабильности частот несущих), но и из-за существенного удорожания таких сверхплотных систем WDM (HDWDM). Выходом из этого экономического тупика явилось использование нового класса систем WDM – разреженных систем WDM, или CWDM, которые используют очень большой и фиксированный шаг между несущими – 20 нм – и очень дешевые средства выделения этих несущих: многослойные тонкопленочные оптические фильтры. Реализация такого решения стала возможной благодаря резкому расширению оптической полосы использования систем WDM: от 1270 до 1610 нм, что было обусловлено успехами в области создания ОВ, не имеющего пика поглощения на частоте 1383 нм.

Первоначально несущие WDM использовались только для передачи трафика систем SDH. Системам WDM была уготована роль магистральных транспортных систем, работающих по схеме точка-точка. Однако каждая несущая в системах WDM принципиально могла передавать поток цифровых сигналов, сформированный по законам любой синхронной (для глобальных сетей) или асинхронной (для локальных сетей) технологии. Последнее объясняется тем, что она дает технологиям ЛВС физический уровень модели взаимодействия открытых систем OSI. В результате одна несущая может передавать АТМ или IP, или Ethernet трафик ЛВС, другая – трафик SDH или PDH глобальных сетей и т.д. Для этого нужно лишь промодулировать конкретную несущую WDM соответствующим сигналом, т.е. иметь соответствующий интерфейс на входе систем WDM, которые считаются прозрачными для внешнего модулирующего сигнала, обеспечивающими ему передачу через физический уровень в канал связи (среду передачи).

Таким образом, технология WDM обеспечивает технологиям ATM, Ethernet и IP физический интерфейс для выхода на физический уровень и далее в оптическую среду передачи. Производители оборудования «старых глобальных технологий» SDH/SONET, желая продлить его моральный срок службы, также разработали все необходимые интерфейсы, используя свою альтернативу выхода на физический уровень и в среду передачи. Эта альтернатива основана на технике инкапсуляции ячеек АТМ или кадров/пакетов Ethernet и IP в виртуальные контейнеры SDH или виртуальные трибы SONET. Данная техника в настоящее время объединена под общим названием MSPP (Multiservice Pro­vi­sio­ning Platform) – платформа мультисервисного обеспечения. Она позволяет использовать одну сеть SDH/SONET для передачи разнородного трафика путем использования различных интерфейсных карт с мультисервисными протоколами и процедурами инкапсуляции такого трафика. Это продлевает жизнь технологиям SDH/SONET и увеличивает их конкурентоспособность по отношению к WDM, что важно, учитывая малую распространенность сетей WDM в России.

Ясно, что при прочих равных условиях использование WDM имеет очевидные преимущества в передаче трафика ATM, Ethernet и IP, так как не требует инкапсуляции ячеек/кадров/пакетов в промежуточный модуль (STM/STS), что упрощает процедуру обработки трафика, уменьшает общую длину заголовков, повышая процент информационной составляющей трафика и эффективность передачи в целом.

Системы со спектральным уплотнением подразделяются на:

Разреженные WDM – CDWM – системы с шагом по длине волны 20 нм, работающие в полосе 1270–1610 нм;

Обычные WDM – WDM-системы с шагом несущих по частоте более 200 ГГц, позволяющие мультиплексировать не более 16 каналов;

Плотные WDM – DWDM-системы с шагом несущих по частоте от 200 до 50 ГГц;

Высокоплотные WDM – HDWDM-системы с шагом по частоте меньше 50 (25 и 12,5) ГГц; эта градация систем стандартами не предусмотрена, но часто используется в публикациях специалистов.

В настоящее время еще используется определенное количество 4–8-канальных систем WDM. Их можно условно отнести к системам второго поколения (кроме некоторых). В 1997–1999 годы были разработаны системы третьего поколения, основанные на стандартном частотном плане и имеющие 32, 64, 128 или больше каналов. В настоящее время начался этап их повсеместного внедрения. Характерная особенность этого этапа – использование принципа «увеличение числа каналов по мере роста трафика». Такой подход учитывается разработкой интерфейсных карт, рассчитанных на различное число портов (4, 8, 16), или возможностью установки нужного числа однотипных карт с фиксированным числом портов. Этим обуславливается и то, что системы, формально анонсированные как 160/320-канальные, фактически реализуются как 4-8-16-канальные с возможностью последующего наращивания числа каналов .

В России к строительству DWDM-сетей приступили только в XXI веке. В начале 2001 г. петербургская компания «Раском» объявила о старте проекта, который предусматривал увеличение пропускной способности ее базовой ВОЛС до уровня STM-64 (10 Гбит/с). Уже в июле этого же года были введены в эксплуатацию система передачи и оборудование линейного тракта DWDM на участке Москва – Санкт-Петербург. В состав участка кроме оконечных станций входили один регенерационный и шесть усилительных пунктов. Общая длина линии составляет 690 км, продолжительность усилительного участка – 96 км, регенерационного – 345 км. А ровно через год, в июле 2002 был введен в эксплуатацию участок Санкт-Петербург – граница с Финляндией. В результате суммарная потенциальная пропускная способность магистральной сети «Раском» возросла до 15 Тбит/с.

Первое время технология DWDM в России применялась только при строительстве магистральных сетей передачи данных или для создания одной-двух линий связи между городами. И только в 2005 году была построена первая региональная сеть – зоновая мультисервисная DWDM-сеть ОАО «Таттелеком». Имевшаяся на тот момент в распоряжении ОАО «Таттелеком» сеть SDH на основе каналов уровня STM-4 с растущим трафиком уже не справлялась, и в 2003 г. ОАО «Таттелеком» объявило конкурс на проведение модернизации своей транспортной сети. Победителем конкурса была признана китайская компания Huawei Technologies. В сентябре 2005 г. модернизация сети была завершена.

В кольце DWDM транслируются семь длин волн, которые могут нести 10 защищенных (20 незащищенных) каналов Gigabit Ethernet, а также одно кольцо STM-16. Еще один уровень STM-16 несет независимое кольцо SDH. На основе технологии DWDM также построено семь оптических каналов Gigabit Ethernet: два канала Казань – Набережные Челны, каналы Казань – Нижнекамск, Казань – Альметьевск, Казань – Лениногорск, Казань – Елабуга, Казань – Чистополь. Независимое кольцо SDH выполняет функцию вывода в узлах потоков E1, поскольку эти потоки напрямую, без дорогого дополнительного оборудования с DWDM не выводятся.

Самая протяженная сеть DWDM в России находится в собственности ЗАО «Компания ТрансТелеКом». Компания начала построение сети DWDM в 2004 г., а 24 декабря 2004 г. органами Госсвязьнадзора было выдано разрешение на эксплуатацию первого участка сети Каменногорск – Санкт-Петербург – Москва длиной более 900 км. В ноябре 2005 г. был закончен третий этап строительства сети, и ее общая протяженность достигла 18 925 км.

Сеть «ТрансТелеКом» в настоящее время состоит из трех географических участков, которые строились поэтапно:

Каменногорск – Санкт-Петербург – Москва – Екатеринбург – Входная – Тайшет – Карымская – общей протяженностью около 8,7 тыс. км;

Выборг – Санкт-Петербург – Вологда – Ярославль – Москва – Самара – Челябинск – Омск – общей протяженностью около 6 тыс. км;

Омск – Барнаул – Иркутск – Тайшет – Карымская – общей протя­жен­нос­тью около 6 тыс. км.

В ближайшее время она будет увеличена еще на два участка:

Москва – Курск – Воронеж – Ростов-на-Дону – Волгоград – Саратов – Сызрань – Самара – общей протяженностью около 3,5 тыс. км;

БАМ – Хабаровск – Владивосток – общей протяженностью около 2,2 тыс. км.

Таким образом, сегодня «ТрансТелеКом» обладает самой разветвленной, протяженной и, что особенно важно, географически резервированной сетью DWDM в России.

Кроме упомянутых, существуют операторы, владеющие большими магистралями с использованием технологии DWDM.

Национальный оператор дальней связи «Ростелеком» обладает несколькими DWDM-магистралями. Это «Балтийская кабельная сеть» (БСК), построенная в партнерстве с TeliaSonera International Carrier, основное предназначение которой – присоединение мощностей «Ростелекома» к телекоммуникационным ресурсам стран Европы и увеличение мощности национальной сети. БКС включает в себя два основных участка: российский – Москва – Санкт-Петербург – Кингисепп и международный – Кингисепп – Логи – Котка. Сеть построена на оборудовании компании NEC в 2002 г.

В январе 2003 г. вступила в строй DWDM-магистраль «Ростелекома» Москва – Самара. На этом участке установлено оборудование, которое в максимальной конфигурации позволит «Ростелекому» пропускать 320 Гбит/с. В сентябре 2004 г. «Ростелеком» завершил внедрение DWDM на сетях Москва – Хабаровск и Москва – Новороссийск. В мае 2005 г. «Ростелеком» подписал контракт с компанией Alcatel, предусматривающий модернизацию волоконно-оптической сети «Ростелекома» на юге Российской Федерации.

Другим оператором является ЗАО «Сонера Рус», дочерняя компания Sonera Telecom, владеющее сетью Москва – Санкт-Петербург – Финляндия. Магистраль была полностью введена в эксплуатацию в марте 2002 г. и является российским сегментом единой международной магистральной сети Sonera, работающей по единым принципам с обеспечением полной прозрачности на всем протяжении и стопроцентным физическим резервированием линейной части. Ее пропускная способность на момент постройки была эквивалентна 8 каналам STM-16.

Строительство DWDM-магистралей идет нарастающими темпами. При этом если первые проекты были нацелены скорее на соединение российского сегмента Интернета с международной сетью высокоскоростными каналами, то теперь цели и задачи изменились. На первый план выходит задача обеспечения высококачественной связью всех развитых регионов России. Кроме того, обострение конкуренции на рынке междугородной связи подталкивает операторов к созданию таких сетей. Увеличение количества больших проектов в области корпоративных сетей и сетей государственных министерств и ведомств вынуждает провайдеров увеличивать емкость своих магистралей с целью создания наиболее благоприятных условий для клиентов .

С момента своего возникновения техника многоканальной электросвязи прошла несколько этапов, непрерывно совершенствуясь. На смену простейшим системам многократного телеграфирования и телефонирования в начале XX века пришли аналоговые системы передачи, благодаря которым фактически и была создана междугородная и международная сеть связи. Развиваясь по пути увеличения числа каналов и расширения используемой полосы частот, эта технология к 70–80-м годам достигла своего апогея, после чего постепенно была вытеснена цифровыми системами передачи плезиохронной цифровой иерархии.

Преимущества цифровой техники привели к тому, что плезиохронная иерархия стала основной технологией транспортной сети. Появление волоконной оптики открыло новый этап в развитии техники систем передачи – началось бурное развитие волоконно-оптических линий связи, которые к настоящему времени практически вытеснили линии, работающие по металлическому кабелю.

Следующим важным этапом эволюции технологий транспорта стало появление аппаратуры синхронной цифровой иерархии. Эта технология вывела на новый уровень услуги, предоставляемые транспортной сетью, а также управление и обслуживание в самой сети. Развитость средств встроенного контроля, телеметрии, маршрутизации сделала возможным управление телекоммуникационной сетью посредством специальной сети управления и обслуживания с помощью компьютерной техники. За счет применения систем резервирования и автоматического защитного переключения повысилась надежность сети.

Увеличение скоростей цифровых потоков к настоящему времени остановилось на отметке 40 Гбит/с, так как дальнейший рост связан с существенными техническими трудностями и на сегодняшний день экономически не оправдан. Большая эффективность использования пропускной способности оптического кабеля была достигнута за счет применения на новом технологическом уровне старой идеи частотного разделения каналов и создания технологии спектрального уплотнения. Оптические несущие в DWDM-системах могут передавать трафик любой природы – сигналы SDH, ATM, Ethernet, пакеты IP и т. п.

В ближайшем будущем следует ожидать дальнейшего развития волоконно-оптической техники в направлении создания полностью оптических сетей. В этих сетях передача сигналов, обработка, регенерация, коммутация и т. д. осуществляется без преобразования оптического сигнала в электрический.

1 Шарле Д. Л. Хет-трик в матче с Атлантикой. Люди и события в истории электротехники и электросвязи. – М.: МЦНТИ, ООО «Мобильные коммуникации», 2002. – (Сер. «История электросвязи и радиотехники»).

2 Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие. В 3 томах. Том 1 – Современные технологии / под ред. В. П. Шувалова. – Изд. 3-е, испр. и доп. – М.: Горячая линия–Телеком, 2003.

3 Курицын С. А. Основы построения телекоммуникационных систем передачи: Учебное пособие. – СПб.: Информационный центр «Выбор», 2004.

4 Техника дальней связи / Н. Е. Плешков и др. – Л.: ВКАС им. С. М. Буденного, 1951.

5 Резников М. Р. 50 лет советской связи. – М.: Связь, 1967.

6 Система многоканальной связи К-1920 / Берлин З. Ю. и др. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Связь, 1968.

7 Мухин С. В. История развития каналообразующей аппаратуры в нашей стране ()

8 Унифицированное высокочастотное оборудование для оконечных станций дальней связи / ред. Е. В. Комарова, В. К. Старикова. – М.: Связь, 1966.

9 Гуревич В. Э. и др. Импульсно-кодовая модуляция в многоканальной телефонной связи. – М.: Связь, 1973.

10 Слепов Н. Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи. – М.: Радио и связь, 2000.

11 Скляров О. К. Волоконно-оптические сети и системы связи. – М.: СОЛОН-Пресс, 2004.

12 Кулева Н. Н., Федорова Е. Л. Архитектурное представление сетевых слоев в процессах мультиплексирования в транспортных сетях SDH / СПбГУТ. – СПб, 2004.

13 Потапов В. Т. DWDM-технологии - основа терабитных коммуникаций оптических сетей будущего // Фотон-Экспресс, №9, 2001.

14 Слепов Н. Особенности современной технологии WDM // Электроника НТБ, №6, 2004.

15 Лихачев Н. Технология DWDM на отечественных линиях связи // Connect! Мир связи, №2, 2006.

(Документ)

Гитин В.Я., Кочановский Л.Н. Волоконно-оптические системы передачи (Документ)

Лекции - Волоконно-оптические системы передачи (Лекция)

Шарварко В.Г. Волоконно-оптические линии связи (Документ)

Дегтярев А.И., Тезин А.В. Волоконно-оптические системы передачи (Документ)

Фокин В.Г. Волоконно-оптические системы передачи (Документ)

Иванов В.А. Лекции: Измерения на волоконно-оптических системах передачи (Документ)

Окоси Т. Волоконно-оптические датчики (Документ)

n1.doc

Содержание

1. 
   Введение
2. 
   Основная часть

1. 
   История развития линий связи
2. 
   Конструкция и характеристика оптических кабелей связи
   1. 
      
   2. 
      Оптические волокна и особенности их изготовления
   3. 
      Конструкции оптических кабелей
3. 
   Основные требования к линиям связи
4. 
   Достоинства и недостатки оптических кабелей
5. 
   

1. 
   Вывод
2. 
   Список литературы

Введение
Сегодня, как никогда ранее, регионы стран СНГ нуждаются в связи, как в количественном, так и в качественном плане. Руководители регионов в первую очередь озабочены социальным аспектом этой проблемы, ведь телефон-это предмет первой необходимости. Связь влияет и на экономическое развитие региона, его инвестиционную привлекательность. Вместе с тем операторы электросвязи, тратящие массу сил и средств на поддержку дряхлеющей телефонной сети, все же изыскивают средства на развитие своих сетей, на оцифрование, внедрение оптоволоконных и беспроводных технологий.

В данный момент времени сложилась ситуация, когда практически все крупнейшие российские ведомства проводят масштабную модернизацию своих телекоммуникационных сетей.

За последний период развития в области связи, наибольшее распространение получили оптические кабели (ОК) и волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) которые по своим характеристикам намного превосходят все традиционные кабели системы связи. Связь по волоконно-оптическим кабелям, является одним из главных направлений научно-технического прогресса. Оптические системы и кабели используются не только для организации телефонной городской и междугородней связи, но и для кабельного телевидения, видеотелефонирования, радиовещания, вычислительной техники, технологической связи и т.д.

Применяя волоконно-оптическую связь, резко увеличивается объем передаваемой информации по сравнению с такими широко распространенными средствами, как спутниковая связь и радиорелейные линии, это объясняется тем, что волоконно-оптические системы передачи имеют более широкую полосу пропускания.

Для любой системы связи важное значение имеют три фактора:

Информационная емкость системы, выраженная в числе каналов связи, или скорость передачи информации, выраженная в бит в секунду;

Затухание, определяющее максимальную длину участка регенерации;

Стойкость к воздействию окружающей среды;

Важнейшим фактором в развитии оптических систем и кабелей связи явилось появление оптического квантового генератора - лазера. Слово лазер составлено из первых букв фразы Light Amplification by Emission of Radiation - усиление света с помощью индуцированного излучения. Лазерные системы работают в оптическом диапазоне волн. Если при передачи по кабелям используются частоты - мегагерцы, а по волноводам - гигагерцы, то для лазерных систем используется видимый и инфракрасный спектр оптического диапазона волн (сотни гигагерц).

Направляющей системой для оптоволоконных систем связи являются диэлектрические волноводы, или волокна, как их называют из-за малых поперечных размеров и метода получения. В то время когда был получен первый световод, затухание составляло порядка 1000 дб/км это объяснялось потерями из-за различных примесей присутствующих в волокне. В 1970 г. были созданы волоконные световоды с затуханием 20 дб/км. Сердечник этого световода был изготовлен из кварца с добавкой титана для увеличения коэффициента преломления, а оболочкой служил чистый кварц. В 1974г. затухание было снижено до 4 дб/км, а в 1979г. Получены световоды с затуханием 0,2дб/км на длине волны 1,55мкм.

Успехи в технологии получения световодов с малыми потерями стимулировали работы по созданию оптоволоконных линий связи.

Оптоволоконные линии связи по сравнению с обычными кабельными линиями имеют следующие преимущества:

Высокая помехоустойчивость, нечувствительность к внешним электромагнитным полям и практически отсутствие перекрестных помех между отдельными волокнами, уложенными вместе в кабель.

Значительно большая широкополосность.

Малая масса и габаритные размеры. Что уменьшает стоимость и время прокладки оптического кабеля.

Полная электрическая изоляция между входом и выходом системы связи, поэтому не требуется общее заземление передатчика и приемника. Можно производить ремонт оптического кабеля, не выключая оборудования.

Отсутствие коротких замыканий, вследствие чего волоконные световоды могут быть использованы для пересечения опасных зон без боязни коротких замыканий, являющихся причиной пожара в зонах с горючими и легковоспламеняющимися средами.

Потенциально низкая стоимость. Хотя волоконные световоды изготавливаются из ультра чистого стекла, имеющего примеси меньше чем несколько частей на миллион, при массовом производстве их стоимость не велика. Кроме того, в производстве световодов не используются такие дорогостоящие металлы, как медь и свинец, запасы которых на Земле ограничены. Стоимость же электрических линий коаксиальных кабелей и волноводов постоянно увеличивается как с дефицитом меди, так и с удорожанием энергетических затрат на производство меди и алюминия.

В мире вырос огромный прогресс в развитии оптоволоконных линий связи (ОВЛС). В настоящее время оптоволоконные кабели и системы передачи для них, выпускаются многими странами мира.

Особое внимание у нас и за рубежом уделяется созданию и внедрению одномодовых систем передачи по оптическим кабелям, которые рассматриваются как наиболее перспективное направление развития техники связи. Достоинством одномодовых систем является возможность передачи большого потока информации на требуемые расстояния при больших длинах регенерационных участков. Уже сейчас имеются оптоволоконные линии на большое число каналов с длиной регенерационного участка 100... 150 км. Последнее время в США ежегодно изготовляется по 1,6 млн. Км. оптических волокон, причем 80% из них - в одноподовом варианте.

Получили широкое применение современные отечественные оптоволоконные кабели второго поколения, выпуск которых освоен отечественной кабельной промышленностью к ним, относятся кабели типа:

ОКК - для городских телефонных сетей;

ОКЗ - для внутризональных;

ОКЛ - для магистральных сетей связи;

Оптоволоконные системы передачи применяются на всех участках первичной сети ВСС для магистральной, зональной и местной связи. Требования, которые предъявляются к таким системам передачи, отличаются числом каналов, параметрами и технико-экономическими показателями.

На магистральной и зональных сетях применяются цифровые оптоволоконные системы передачи, на местных сетях для организации соединительных линий между АТС также применяются цифровые оптоволоконные системы передачи, а на абонентском участке сети могут использоваться как аналоговые (например, для организации канала телевидения), так и цифровые системы передачи.

Максимальная протяженность линейных трактов магистральных систем передачи составляет 12500 км. При средней длине порядка 500 км. Максимальная протяженность линейных трактов систем передачи внутризоновой первичной сети может быть не более 600 км. При средней длине 200 км. Предельная протяженность городских соединительных линий для различных систем передачи составляет 80...100 км.
У человека имеется пять органов чувств, но один из них особенно важен - это зрение. Глазами человек воспринимает большую часть информации об окружающем его мире в 100 раз больше, чем посредством слуха, не говоря уже об осязании, обонянии и вкусе.

использовал огонь, а затем различные виды искусственных световых источников для подачи сигналов. Теперь в руках человека был как световой источник, так и процесс модуляции света. Он фактически построил то, что сегодня мы называем оптической линией связи или оптической системой связи, включающей передатчик (источник), модулятор, оптическую кабельную линию и приемник (глаз). Определив в качестве модуляции преобразование механического сигнала в оптический, например открытие и закрытие источника света, мы можем наблюдать в приемнике обратный процесс - демодуляцию: преобразование оптического сигнала в сигнал другого рода для дальнейшей обработки в приемнике.

Такая обработка может представлять собой, например, превращение

светового образа в глазу в последовательность электрических импульсов

нервной системы человека. Головной мозг включается в процесс обработки как последнее звено цепи.

Другим, очень важным параметром, используемым при передаче сообщений, является скорость модуляции. Глаз в этом отношении имеет ограничения. Он хорошо приспособлен к восприятию и анализу сложных картин окружающего мира, но не может следить за простыми колебаниями яркости, когда они следуют быстрее 16 раз в секунду.

История развития линий связи

Линии связи возникли одновременно с появлением электрического телеграфа. Первые линии связи были кабельными. Однако вследствие несовершенства конструкции кабелей подземные кабельные линии связи вскоре уступили место воздушным. Первая воздушная линия большой протяженности была построена в 1854 г. между Петербургом и Варшавой. В начале 70-х годов прошлого столетия была построена воздушная телеграфная линия от Петербурга до Владивостока длиной около 10 тыс. км. В 1939 г. была пущена в эксплуатацию величайшая в мире по протяженности высокочастотная телефонная магистраль Москва-Хабаровск длиной 8300 км.

Создание первых кабельных линий связано с именем русского ученого П. Л. Шиллинга. Еще в 1812 г. Шиллинг в Петербурге демонстрировал взрывы морских мин, использовав для этой цели созданный им изолированный проводник.

В 1851 г. одновременно с постройкой железной дороги между Москвой и Петербургом был проложен телеграфный кабель, изолированный гуттаперчей. Первые подводные кабели были проложены в 1852 г. через Северную Двину и в 1879 г. через Каспийское море между Баку и Красноводском. В 1866 г. вступила в строй кабельная трансатлантическая магистраль телеграфной связи между Францией и США,

В 1882-1884 гг. в Москве, Петрограде, Риге, Одессе были построены первые в России городские телефонные сети. В 90-х годах прошлого столетия на городских телефонных сетях Москвы и Петрограда были подвешены первые кабели, насчитывающие до 54 жил. В 1901 г. началась постройка подземной городской телефонной сети.

Первые конструкции кабелей связи, относящиеся к началу XX века, позволили осуществлять телефонную передачу на небольшие расстояния. Это были так называемые городские телефонные кабели с воздушно-бумажной изоляцией жил и парной их скруткой. В 1900-1902 гг. была сделана успешная попытка повысить дальность передачи методами искусственного увеличения индуктивности кабелей путем включения в цепь катушек индуктивности (предложение Пупина), а также применения токопроводящих жил с ферромагнитной обмоткой (предложение Крарупа). Такие способы на том этапе позволили увеличить дальность телеграфной и телефонной связи в несколько раз.

Важным этапом в развитии техники связи явилось изобретение, а начиная с 1912-1913 гг. освоение производства электронных ламп. В 1917 г. В. И. Коваленковым был разработан и испытан на линии телефонный усилитель на электронных лампах. В 1923 г. была осуществлена телефонная связь с усилителями на линии Харьков-Москва-Петроград.

В 30-х годах началось развитие многоканальных систем передачи. В последующем стремление расширить спектр передаваемых частот и увеличить пропускную способность линий привело к созданию новых типов кабелей, так называемых коаксиальных. Но массовое изготовление их относится лишь к 1935 г., к моменту появления новых высококачественных диэлектриков типа эскапона, высокочастотной керамики, полистирола, стирофлекса и т. д. Эти кабели допускают передачу энергии при частоте токов до нескольких миллионов герц и позволяют производить по ним передачу телевизионных программ на большие расстояния. Первая коаксиальная линия на 240 каналов ВЧ телефонирования была проложена в 1936 г. По первым трансатлантическим подводным кабелям, проложенным в 1856 г., организовывали лишь телеграфную связь, и только через 100 лет, в 1956 г., была сооружена подводная коаксиальная магистраль между Европой и Америкой для многоканальной телефонной связи.

В 1965-1967 гг. появились опытные волноводные линии связи для передачи широкополосной информации, а также криогенные сверхпроводящие кабельные линии с весьма малым затуханием. С 1970 г. активно развернулись работы по созданию световодов и оптических кабелей, использующих видимое и инфракрасное излучения оптического диапазона волн.

Создание волоконного световода и получение непрерывной генерации полупроводникового лазера сыграли решающую роль в быстром развитии волоконно-оптической связи. К началу 80-х годов были разработаны и испытаны в реальных условиях волоконно-оптические системы связи. Основные сферы применения таких систем - телефонная сеть, кабельное телевидение, внутри объектовая связь, вычислительная техника, система контроля и управления технологическими процессами и т. д.

В России и других странах проложены городские и междугородные волоконно-оптические линии связи. Им отводится ведущее место в научно-техническом прогрессе отрасли связи.
Конструкция и характеристика оптических кабелей связи
Разновидности оптических кабелей связи

Оптический кабель состоит из скрученных по определенной системе оптических волокон из кварцевого стекла (световодов), заключенных в общую защитную оболочку. При необходимости кабель может содержать силовые (упрочняющие) и демпфирующие элементы.

Существующие ОК по своему назначению могут быть классифицированы на три группы: магистральные, зональные и городские. В отдельные группы выделяется подводные, объектовые и монтажные ОК.

Магистральные ОК предназначаются для передачи информации на большие расстояния и значительное число каналов. Они должны обладать малыми затуханием и дисперсией и большой информационно-пропускной способностью. Используется одномодовое волокно с размерами сердцевины и оболочки 8/125 мкм. Длина волны 1,3...1,55 мкм.

Зональные ОК служат для организации многоканальной связи между областным центром и районами с дальностью связи до 250 км. Используются градиентные волокна с размерами 50/125 мкм. Длина волны 1,3 мкм.

Городские ОК применяются в качестве соединительных между городскими АТС и узлами связи. Они рассчитаны на короткие расстояния (до |10 км) и большое число каналов. Волокна - градиентные (50/125 мкм). Длина волны 0,85 и 1,3 мкм. Эти линии, как правило, работают без промежуточных линейных регенераторов.

Подводные ОК предназначаются для осуществления связи через большие водные преграды. Они должны обладать высокой механической прочностью на разрыв и иметь надежные влагостойкие покрытия. Для подводной связи также важно иметь малое затухание и большие длины регенерационных участков.

Объектовые ОК служат для передачи информации внутри объекта. Сюда относятся учрежденческая и видеотелефонная связь, внутренняя сеть кабельного телевидения, а также бортовые информационные системы подвижных объектов (самолет, корабль и др.).

Монтажные ОК используются для внутри- и межблочного монтажа аппаратуры. Они выполняются в виде жгутов или плоских лент.
Оптические волокна и особенности их изготовления

Основным элементом ОК является оптическое волокно (световод), выполненное в виде тонкого стеклянного волокна цилиндрической формы, по которому передаются световые сигналы с длинами волны 0,85...1,6 мкм, что соответствует диапазону частот (2,3...1,2) 10 14 Гц.

Световод имеет двухслойную конструкцию и состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления. Сердцевина служит для передачи электромагнитной энергии. Назначение оболочки - создание лучших условий отражения на границе “сердцевина - оболочка” и защита от помех из окружающего пространства.

Сердцевина волокна, как правило, состоит из кварца, а оболочка может быть кварцевая или полимерная. Первое волокно называется кварц-кварц, а второе кварц-полимер (кремнеор-ганический компаунд). Исходя из физико-оптических характеристик предпочтение отдается первому. Кварцевое стекло обладает следующими свойствами: показатель преломления 1,46, коэффициент теплопроводности 1,4 Вт/мк, плотность 2203 кг/м 3 .

Снаружи световода располагается защитное покрытие для предохранения его от механических воздействий и нанесения расцветки. Защитное покрытие обычно изготавливается двухслойным: вначале кремнеорганический компаунд (СИЭЛ), а затем-эпоксидакрылат, фторопласт, нейлон, полиэтилен или лак. Общий диаметр волокна 500...800 мкм

В существующих конструкциях ОК применяются световоды трех типов: ступенчатые с диаметром сердцевины 50 мкм, градиентные со сложным (параболическим) профилем показателя преломления сердцевины и одномодовые с тонкой сердцевиной (6...8 мкм)
По частотно-пропускной способности и дальности передачи лучшими являются одномодовые световоды, а худшими - ступенчатые.

Важнейшая проблема оптической связи - создание оптических волокон (ОВ) с малыми потерями. В качестве исходного материала для изготовления ОВ используется кварцевое стекло, которое является хорошей средой для распространения световой энергии. Однако, как правило, стекло содержит большое количество посторонних примесей, таких как металлы (железо, кобальт, никель, медь) и гидроксильные группы (ОН). Эти примеси приводят к существенному увеличению потерь за счет поглощения и рассеяния света. Для получения ОВ с малыми потерями и затуханием необходимо избавиться от примесей, чтобы было химически чистое стекло.

В настоящее время наиболее распространен метод создания ОВ с малыми потерями путем химического осаждения из газовой фазы.

Получение ОВ путем химического осаждения из газовой фазы выполняется в два этапа: изготовляется двухслойная кварцевая заготовка и из нее вытягивается волокно. Заготовка изготавливается следующим образом
Во внутрь полой кварцевой трубки с показателем преломления длиной 0,5...2 м и диаметром 16...18 мм подается струя хлорированного кварца и кислорода. В результате химической реакции при высокой температуре (1500...1700° С) на внутренней поверхности трубки слоями осаждается чистый кварц. Таким образом, заполняется вся внутренняя полость трубки, кроме самого центра. Чтобы ликвидировать этот воздушный канал, подается еще более высокая температура (1900° С), за счет которой происходит схлопывание и трубчатая заготовка превращается в сплошную цилиндрическую заготовку. Чистый осажденный кварц затем становится сердечником ОВ с показателем преломления , а сама трубка выполняет роль оболочки с показателем преломления . Вытяжка волокна из заготовки и намотка его на приемный барабан производятся при температуре размягчения стекла (1800...2200° С). Из заготовки длиной в 1 м получается свыше 1 км оптического волокна.
Достоинством данного способа является не только получение ОВ с сердечником из химически чистого кварца, но и возможность создания градиентных волокон с заданным профилем показателя преломления. Это осуществляется: за счет применения легированного кварца с присадкой титана, германия, бора, фосфора или других реагентов. В зависимости от применяемой присадки показатель преломления волокна может изменяться. Так, германий увеличивает, а бор уменьшает показатель преломления. Подбирая рецептуру легированного кварца и соблюдая определенный объем присадки в осаждаемых на внутренней поверхности трубки слоях, можно обеспечить требуемый характер изменения по сечению сердечника волокна.

Конструкции оптических кабелей

Конструкции ОК в основном определяются назначением и областью их применения. В связи с этим имеется много конструктивных вариантов. В настоящее время в различных странах разрабатывается и изготавливается большое число типов кабелей.

Однако все многообразие существующих типов кабелей можно подразделять на три группы

1. 
   кабели повивной концентрической скрутки
2. 
   кабели с фигурным сердечником
3. 
   плоские кабели ленточного типа.

Кабели первой группы имеют традиционную повивную концентрическую скрутку сердечника по аналогии с электрическими кабелями. Каждый последующий повив сердечника по сравнению с предыдущим имеет на шесть волокон больше. Известны такие кабели преимущественно с числом волокон 7, 12, 19. Чаще всего волокна располагаются в отдельных пластмассовых трубках, образуя модули.

Кабели второй группы имеют в центре фигурный пластмассовый сердечник с пазами, в которых размещаются ОВ. Пазы и соответственно волокна располагаются по геликоиде, и поэтому они не испытывают продольного воздействия на разрыв. Такие кабели могут содержать 4, 6, 8 и 10 волокон. Если необходимо иметь кабель большой емкости, то применяется несколько первичных модулей.

Кабель ленточного типа состоит из стопки плоских пластмассовых лент, в которые вмонтировано определенное число ОВ. Чаще всего в ленте располагается 12 волокон, а число лент составляет 6, 8 и 12. При 12 лентах такой кабель может содержать 144 волокна.

В оптических кабелях кромеОВ, как правило, имеются следующие элементы:

• 
  силовые (упрочняющие) стержни, воспринимающие на себя продольную нагрузку, на разрыв;
• 
  заполнители в виде сплошных пластмассовых нитей;
• 
  армирующие элементы, повышающие стойкость кабеля при механических воздействиях;
• 
  наружные защитные оболочки, предохраняющие кабель от проникновения влаги, паров вредных веществ и внешних механических воздействий.

В России изготавливаются различные типы и конструкций ОК. Для организации многоканальной связи применяются в основном четырех- и восьмиволоконные кабели.

Представляют интерес ОК французского производства. Они, как правило, комплектуются из унифицированных модулей, состоящих из пластмассового стержня диаметром 4 мм с ребрами по периметру и десяти ОВ, расположенных по периферии этого стержня. Кабели содержат 1, 4, 7 таких модулей. Снаружи кабели имеют алюминиевую и затем полиэтиленовую оболочку.
Американский кабель, широко используемый на ГТС, представляет собой стопку плоских пластмассовых лент, содержащих по 12 ОВ. Кабель может иметь от 4 до 12 лент, содержащих 48- 144 волокна.

В Англии построена опытная линия электропередачи с фазными проводами, содержащими ОВ для, технологической связи вдоль ЛЭП. В центре провода ЛЭП располагаются четыре ОВ.

Применяются также подвесные ОК. Они имеют металлический трос, встроенный в кабельную оболочку. Кабели предназначаются для подвески по опорам воздушных линий и стенам зданий.

Для подводной связи проектируются ОК, как правило, с наружным броневым покровом из стальных проволок (рис.11). В центре располагается модуль с шестью ОВ. Кабель имеет медную или алюминиевую трубку. По цепи “трубка-вода” подается ток дистанционного питания на подводные необслуживаемые усилительные пункты.

Основные требования к линиям связи

В общем виде требования, предъявляемые высокоразвитой современной техникой электросвязи к междугородным линиям связи, могут быть сформулированы следующим образом:

• 
  осуществление связи на расстояния до 12500 км в пределах страны и до 25 000 для международной связи;
• 
  широкополосность и пригодность для передачи различных видов современной информации (телевидение, телефонирование, передача данных, вещание, передача полос газет и т. д.);
• 
  защищенность цепей от взаимных и внешних помех, а также от грозы и коррозии;
• 
  стабильность электрических параметров линии, устойчивость и надежность связи;
• 
  экономичность системы связи в целом.

Кабельная линия междугородной связи представляет собой сложное техническое сооружение, состоящее из огромного числа элементов. Так как линия предназначена для длительной работы (десятки лет) и на ней должна быть обеспечена бесперебойная работа сотен и тысяч каналов связи, то ко всем элементам линейно-кабельного оборудования, и в первую очередь к кабелям и кабельной арматуре, входящим в линейный тракт передачи сигналов, предъявляются высокие требования. Выбор типа и конструкции линии связи определяется не только процессом распространения энергии вдоль линии, но и необходимостью защитить расположенные рядом ВЧ цепи от взаимных мешающих влияний. Кабельные диэлектрики выбирают исходя из требования обеспечения наибольшей дальности связи в каналах ВЧ при минимальных потерях.

В соответствии с этим кабельная техника развивается в следующих направлениях:

• 
  Преимущественное развитие коаксиальных систем, позволяющих организовать мощные пучки связи и передачу программ телевидения на большие расстояния по однокабельной системе связи.
• 
  Создание и внедрение перспективных ОК связи, обеспечивающих получение большого числа каналов и не требующих для своего производства дефицитных металлов (медь, свинец).
• 
  Широкое внедрение в кабельную технику пластмасс (полиэтилена, полистирола, полипропилена и др.), обладающих хорошими электрическими и механическими характеристиками и позволяющих автоматизировать производство.
• 
  Внедрение алюминиевых, стальных и пластмассовых оболочек вместо свинцовых. Оболочки должны обладать герметичностью и обеспечивать стабильность электрических параметров кабеля в течение всего срока службы.
• 
  Разработка и внедрение в производство экономичных конструкций кабелей внутризоновой связи (однокоаксиальных, одночетверочных, безбронных).
• 
  Создание экранированных кабелей, надежно защищающих передаваемую по ним информацию от внешних электромагнитных влияний и грозы, в частности кабелей в двухслойных оболочках типа алюминий - сталь и алюминий - свинец.
• 
  Повышение электрической прочности изоляции кабелей связи. Современный кабель должен обладать одновременно свойствами как высокочастотного кабеля, так и силового электрического кабеля, и обеспечивать передачу токов высокого напряжения для дистанционного электропитания необслуживаемых усилительных пунктов на большие расстояния.

Достоинства оптических кабелей и область их применения

Наряду с экономией цветных металлов, и в первую очередь меди, оптические кабели обладают следующими достоинствами:

• 
  широкополосность, возможность передачи большого потока информации (несколько тысяч каналов);
• 
  малые потери и соответственно большие длины трансляционных участков (30...70 и 100 км);
• 
  малые габаритные размеры и масса (в 10 раз меньше, чем электрических кабелей);
• 
  высокая защищенность от внешних воздействий и переходных помех;
• 
  надежная техника безопасности (отсутствие искрения и короткого замыкания).

К недостаткам оптических кабелей можно отнести:

• 
  подверженность волоконных световодов радиации, за счет которой появляются пятна затемнения и возрастает затухание;
• 
  водородная коррозия стекла, приводящая к микротрещинам световода и ухудшению его свойств.

Достоинства и недостатки оптоволоконной связи
Достоинства открытых систем связи:

1. 
   Более высокое отношение мощности принимаемого сигнала к излучаемой мощности при меньших апертурах антенн передатчика и приемника.
2. 
   Лучшее пространственное разрешение при меньших апертурах антенн передатчика и приемника
3. 
   Очень малые габариты передающего и приемного модулей, используемых для связи на расстояния до 1 км
4. 
   Хорошая скрытность связи
5. 
   Освоение неиспользуемого участка спектра электромагнитных излучений
6. 
   Отсутствие необходимости получения разрешение на эксплуатацию системы связи

Недостатки открытых систем связи:

1. 
   Малая пригодность для радио вещания из-за высокой направленности лазерного пучка.
2. 
   Высокая требуемая точность наведения антенн передатчика и приемника
3. 
   Низкий КПД оптических излучателей
4. 
   Сравнительно высокий уровень шума в приемнике, частично обусловленный квантовой природой процесса детектирования оптического сигнала
5. 
   Влияние характеристик атмосферы на надежность связи
6. 
   Возможность отказов аппаратуры.

Достоинства направляющих систем связи:

1. 
   Возможность получений световодов с малыми затуханием и дисперсией, что позволяет сделать большим расстояния между ретрансляторами (10 … 50 км)
2. 
   Малый диаметр одноволоконного кабеля
3. 
   Допустимость изгиба световода под малыми радиусами
4. 
   Малая масса оптического кабеля при высокой информационной пропускной способности
5. 
   Низкая стоимость материала световода
6. 
   Возможность получения оптический кабелей, не обладающих электропроводностью и индуктивностью
7. 
   Пренебрежимо малые перекрестные помехи

1. 
   Высоко скрытость связи: ответвление сигнала возможно только при непосредственном подсоединении к отдельному волокну
2. 
   Гибкость в реализации требуемой полосы пропускания: световоды различных типов позволяет заменить электрические кабели в цифровых системах связи всех уровней иерархии
3. 
   Возможность постоянного усовершенствования системы связи

Недостатки направляющих систем связи:

1. 
   Трудность соединения (сращивания) оптических волокон
2. 
   Необходимость прокладки дополнительных электропроводящих жил в оптическом кабеле для обеспечения электропитания дистанционно управляемой аппаратуры
3. 
   Чувствительность оптического волокна к воздействию воды при ее попадании в кабель
4. 
   Чувствительность оптического волокна к воздействию ионизирующего излучения
5. 
   Низкий КПД источников оптического излучения при ограниченной мощности излучения
6. 
   Трудности реализации режима многостанционного (параллельного) доступа с помощью шины с временным разделением каналов
7. 
   Высокий уровень шума в приемнике

Направления развития и применения волоконной оптики

Открылись широкие горизонты практического применения ОК и оптоволоконных систем передачи в таких отраслях народного хозяйства, как радиоэлектроника, информатика, связь, вычислительная техника, космос, медицина, голография, машиностроение, атомная энергетика и др. Волоконная оптика развивается по шести направлениям:

1. 
   многоканальные системы передачи информации;
2. 
   кабельное телевидение;
3. 
   локальные вычислительные сети;
4. 
   датчики и системы сбора обработки и передачи информации;
5. 
   связь и телемеханика на высоковольтных линиях;
6. 
   оборудование и монтаж мобильных объектов.

Многоканальные ВОСП начинают широко использоваться на магистральных и зональных сетях связи страны, а также для устройства соединительных линий между городскими АТС. Объясняется это большой информационной способностью ОК и их высокой помехозащищенностью. Особенно эффективны и экономичны подводные оптические магистрали.

Применение оптических систем в кабельном телевидении обеспечивает высокое качество изображения и существенно расширяет возможности информационного обслуживания индивидуальных абонентов. В этом случае реализуется заказная система приема и предоставляется возможность абонентам получать на экране своих телевизоров изображения газетных полос, журнальных страниц и справочных данных из библиотеки и учебных центров.

На основе ОК создаются локальные вычислительные сети различной топологии (кольцевые, звездные и др.). Такие сети позволяют объединять вычислительные центры в единую информационную систему с большой пропускной способностью, повышенным качеством и защищенностью от несанкционированного допуска.

В последнее время появилось новое направление в развитии волоконно-оптической техники - использование среднего инфракрасного диапазона волн 2...10 мкм. Ожидается, что потери в этом диапазоне не будут превышать 0,02 дБ/км. Это позволит осуществить связь на большие расстояния с участками регенерации до 1000 км. Исследование фтористых и халькогенидных стекол с добавками циркония, бария и других соединений, обладающих сверхпрозрачностью в инфракрасном диапазоне волн, дает возможность еще больше увеличить длину регенерационного участка.

Ожидаются новые интересные результаты в использовании нелинейных оптических явлений, в частности соли тонного режима распространения оптических импульсов, когда импульс может распространяться без изменения формы или периодически менять свою форму в процессе распространения по световоду. Использование этого явления в волоконных световодах позволит существенно увеличить объем передаваемой информации и дальность связи без применения ретрансляторов.

Весьма перспективна реализация в ВОЛС метода частотного разделения каналов, который заключается в том, что в световод одновременно вводится излучение от нескольких источников, работающих на разных частотах, а на приемном конце с помощью оптических фильтров происходит разделение сигналов. Такой метод разделения каналов в ВОЛС получил название спектрального уплотнения или мультиплексирования.

При построении абонентских сетей ВОЛС кроме традиционной структуры телефонной сети радиально-узлового типа предусматривается организация кольцевых сетей, обеспечивающих экономию кабеля.

Можно полагать, что в ВОСП второго поколения усиление и преобразование сигналов в регенераторах будут происходить на оптических частотах с применением элементов и схем интегральной оптики. Это упростит схемы регенерационных усилителей, улучшит их экономичность и надежность, снизит стоимость.

В третьем поколении ВОСП предполагается использовать преобразование речевых сигналов в оптические непосредственно с помощью акустических преобразователей. Уже разработан оптический телефон и проводятся работы по созданию принципиально новых АТС, коммутирующих световые, а не электрические сигналы. Имеются примеры создания многопозиционных быстродействующих оптических переключателей, которые могут использоваться для оптической коммутации.

На базе ОК и цифровых систем передачи создается интегральная сеть многоцелевого назначения, включающая различные виды передачи информации (телефонирование, телевидение, передача данных ЭВМ и АСУ, видеотелефон, фототелеграф, передача полос газет, сообщений из банков и т. д.). В качестве унифицированного принят цифровой канал ИКМ со скоростью передачи 64 Мбит/с (или 32 Мбит/с).

Для широкого применения ОК и ВОСП необходимо решить целый ряд задач. К ним прежде всего относятся следующие:

• 
  проработка системных вопросов и определение технико-экономических показателей применения ОК на сетях связи;
• 
  массовое промышленное изготовление одномодовых волокон, световодов и кабелей, а также оптоэлектронных устройств для них;
• 
  повышение влагостойкости и надежности ОК за счет применения металлических оболочек и гидрофобного заполнения;
• 
  освоение инфракрасного диапазона волн 2...10 мкм и новых материалов (фторидных и халькогенидных) для изготовления световодов, позволяющих осуществлять связь на большие расстояния;
• 
  создание локальных сетей для вычислительной техники и информатики;
• 
  разработка испытательной и измерительной аппаратуры, рефлектометров, тестеров, необходимых для производства ОК, настройки и эксплуатации ВОЛС;
• 
  механизация технологии прокладки и автоматизация монтажа ОК;
• 
  совершенствование технологии промышленного производства волоконных световодов и ОК, снижение их стоимости;
• 
  исследование и внедрение солитонового режима передачи, при котором происходит сжатие импульса и снижается дисперсия;
• 
  разработка и внедрение системы и аппаратуры спектрального уплотнения ОК;
• 
  создание интегральной абонентской сети многоцелевого назначения;
• 
  создание передатчиков и приемников, непосредственно преобразующих звук в свет и свет в звук;
• 
  повышение степени интеграции элементов и создание быстродействующих узлов каналообразующей аппаратуры ИКМ с применением элементов интегральной оптики;
• 
  создание оптических регенераторов без преобразования оптических сигналов в электрические;
• 
  совершенствование передающих и приемных оптоэлектронных устройств для систем связи, освоение когерентного приема;
• 
  разработка эффективных методов и устройств электропитания промежуточных регенераторов для зональных и магистральных сетей связи;
• 
  оптимизация структуры различных участков сети с учетом особенностей применения систем на ОК;
• 
  совершенствование аппаратуры и методов для частотного и временного разделения сигналов, передаваемых по световодам;
• 
  разработка системы и устройств оптической коммутации.

Вывод
В настоящее время открылись широкие горизонты практического применения ОК и оптоволоконных систем передачи в таких отраслях народного хозяйства, как радиоэлектроника, информатика, связь, вычислительная техника, космос, медицина, голография, машиностроение, атомная энергетика и др.

Волоконная оптика развивается по многим направлениям и без нее современное производство и жизнь не представляются возможными.

Применение оптических систем в кабельном телевидении обеспечивает высокое качество изображения и существенно расширяет возможности информационного обслуживания индивидуальных абонентов.

Волоконно-оптические датчики способны работать в агрессивных средах, надежны, малогабаритны и не подвержены электромагнитным воздействиям. Они позволяют оценивать на расстоянии различные физические величины (температуру, давление, ток и др.). Датчики используются в нефтегазовой промышленности, системах охранной и пожарной сигнализации, автомобильной технике и др.

Весьма перспективно применение ОК на высоковольтных линиях электропередачи (ЛЭП) для организации технологической связи и телемеханики. Оптические волокна встраиваются в фазу или трос. Здесь реализуется высокая защищенность каналов от электромагнитных воздействий ЛЭП и грозы.

Легкость, малогабаритность, невоспламеняемость ОК сделали их весьма полезными для монтажа и оборудования летательных аппаратов, судов и других мобильных устройств.
Список литературы

1. 
   Оптические системы связи / Дж. Гауэр – М.: Радио и связь, 1989;
2. 
   Линии связи / И. И. Гроднев, С. М. Верник, Л. Н. Кочановский. - М.: Радио и связь, 1995;
3. 
   Оптические кабели / И. И. Гроднев, Ю. Т. Ларин, И. И. Теумен. - М.: Энергоиздат, 1991;
4. 
   Оптические кабели многоканальных линий связи / А. Г. Мурадян, И. С. Гольдфарб, В. Н. Иноземцев. - М.: Радио и связь, 1987;
5. 
   Волоконные световоды для передачи информации / Дж. Э. Мидвинтер. - М.: Радио и связь, 1983;
6. 
   Волоконно-оптические линии связи / И. И. Гроднев. - М.: Радио и связь, 1990

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Краткий обзор развития линий связи

Линии связи возникли одновременно с появлением электрического телеграфа. Первые линии связи были кабельными. Однако вследствие несовершенства конструкции кабелей подземные кабельные линии связи вскоре уступили место воздушным. Первая воздушная линия большой протяженности была построена в 1854 г. между Петербургом и Варшавой. В начале 70-х годов прошлого столетия была построена воздушная телеграфная линия от Петербурга до Владивостока длиной около 10 тыс. км. В 1939 г. была пущена в эксплуатацию величайшая в мире по протяженности высокочастотная телефонная магистраль Москва--Хабаровск длиной 8300 км.

Создание первых кабельных линий связано с именем русского ученого П.Л. Шиллинга. Еще в 1812 г. Шиллинг в Петербурге демонстрировал взрывы морских мин, использовав для этой цели созданный им изолированный проводник.

В 1851 г. одновременно с постройкой железной дороги между Москвой и Петербургом был проложен телеграфный кабель, изолированный гуттаперчей. Первые подводные кабели были проложены в 1852 г. через Северную Двину и в 1879 г. через Каспийское море между Баку и Красноводском. В 1866 г. вступила в строй кабельная трансатлантическая магистраль телеграфной связи между Францией и США.

В 1882--1884 гг. в Москве, Петрограде, Риге, Одессе были построены первые в России городские телефонные сети. В 90-х годах прошлого столетия на городских телефонных сетях Москвы и Петрограда были подвешены первые кабели, насчитывающие до 54 жил. В 1901 г. началась постройка подземной городской телефонной сети.

Первые конструкции кабелей связи, относящиеся к началу XX века, позволили осуществлять телефонную передачу на небольшие расстояния. Это были так называемые городские телефонные кабели с воздушно-бумажной изоляцией жил и парной их скруткой. В 1900--1902 гг. была сделана успешная попытка повысить дальность передачи методами искусственного увеличения индуктивности кабелей путем включения в цепь катушек индуктивности (предложение Пупина), а также применения токопроводящих жил с ферромагнитной обмоткой (предложение Крарупа). Такие способы на том этапе позволили увеличить дальность телеграфной и телефонной связи в несколько раз.

Важным этапом в развитии техники связи явилось изобретение, а начиная с 1912--1913 гг. освоение производства электронных ламп. В 1917 г. В.И. Коваленковым был разработан и испытан на линии телефонный усилитель на электронных лампах. В 1923 г. была осуществлена телефонная связь с усилителями на линии Харьков--Москва--Петроград.

В 30-х годах началось развитие многоканальных систем передачи. В последующем стремление расширить спектр передаваемых частот и увеличить пропускную способность линий привело к созданию новых типов кабелей, так называемых коаксиальных. Но массовое изготовление их относится лишь к 1935 г., к моменту появления новых высококачественных диэлектриков типа эскапона, высокочастотной керамики, полистирола, стирофлекса и т.д. Эти кабели допускают передачу энергии при частоте токов до нескольких миллионов герц и позволяют производить по ним передачу телевизионных программ на большие расстояния. Первая коаксиальная линия на 240 каналов ВЧ телефонирования была проложена в 1936 г. По первым трансатлантическим подводным кабелям, проложенным в 1856 г., организовывали лишь телеграфную связь. И только через 100 лет, в 1956 г., была сооружена подводная коаксиальная магистраль между Европой и Америкой для многоканальной телефонной связи.

В 1965--1967 гг. появились опытные волноводные линии связи для передачи широкополосной информации, а также криогенные сверхпроводящие кабельные линии с весьма малым затуханием. С 1970 г. активно развернулись работы по созданию световодов и оптических кабелей, использующих видимое и инфракрасное излучения оптического диапазона волн.

Создание волоконного световода и получение непрерывной генерации полупроводникового лазера сыграли решающую роль в быстром развитии волоконно-оптической связи. К началу 80-х годов были разработаны и испытаны в реальных условиях волоконно-оптические системы связи. Основные сферы применения таких систем -- телефонная сеть, кабельное телевидение, внутриобъектовая связь, вычислительная техника, система контроля и управления технологическими процессами и т.д.

В Украине и других странах проложены городские и междугородные волоконно-оптические линии связи. Им отводится ведущее место в научно-техническом прогрессе отрасли связи.

2. Линии связи и основные свойства ВОЛС

На современном этапе развития общества в условиях научно-технического прогресса непрерывно возрастает объем информации. Как показывают теоретические и экспериментальные (статистические) исследования, продукция отрасли связи, выражающаяся в объеме передаваемой информации, возрастает пропорционально квадрату прироста валового продукта народного хозяйства. Это определяется необходимостью расширения взаимосвязи между различными звеньями народного хозяйства, а также увеличением объема информации в технической, научной, политической и культурной жизни общества. Повышаются требования к скорости и качеству передачи разнообразной информации, увеличиваются расстояния между абонентами. Связь необходима для оперативного управления экономикой и работы государственных органов, для повышения обороноспособности страны и удовлетворения культурно-бытовых потребностей населения.

В эпоху научно-технической революции связь стала составным звеном производственного процесса. Она используется для управления технологическими процессами, электронно-вычислительными машинами, роботами, промышленными предприятиями т.д. Непременным и одним из наиболее сложных и дорогостоящих элементов связи являются линии связи (ЛС), по которым передаются информационные электромагнитные сигналы от одного абонента (станции, передатчика, регенератора и т.д.) к другому (станции, регенератору, приемнику и т.д.) и обратно. Очевидно, что эффективность работы систем связи во многом предопределяется качеством ЛС, их свойствами и параметрами, а также зависимостью этих величин от частоты и воздействия различных факторов, включая мешающие влияния сторонних электромагнитных полей.

Различают два основных типа ЛС: линии в атмосфере (радиолинии РЛ) и направляющие линии передачи (линии связи).

Отличительной особенностью направляющих линий связи является то, что распространение сигналов в них от одного абонента (станции, устройства, элемента схемы и т.д.) к другому осуществляется только по специально созданным цепям и трактам ЛС, образующим направляющие системы, предназначенные для передачи электромагнитных сигналов в заданном направлении с должными качеством и надежностью.

В настоящее время по линиям связи передаются сигналы от постоянного тока до оптического диапазона частот, а рабочий диапазон длин волн простирается от 0,85 мкм до сотен километров.

Различают три основных типа ЛС: кабельные (КЛ), воздушные (ВЛ), волоконно-оптические (ВОЛС). Кабельные и воздушные линии относятся к проводным линиям, у которых направляющие системы образуются системами “проводник--диэлектрик”, а волоконно-оптические линии представляют собой диэлектрические волноводы, направляющая система которых состоит из диэлектриков с различными показателями преломления.

Волоконно-оптические линии связи представляют собой системы для передачи световых сигналов микроволнового диапазона волн от 0,8 до 1,6 мкм по оптическим кабелям. Этот вид линий связи рассматривается как наиболее перспективный. Достоинствами ВОЛС являются низкие потери, большая пропускная способность, малые масса и габаритные размеры, экономия цветных металлов, высокая степень защищенности от внешних и взаимных помех.

3. Основные требования к линиям связи

кабельный оптический телефонный микроволновой

В общем виде требования, предъявляемые высокоразвитой современной техникой электросвязи к междугородным линиям связи, могут быть сформулированы следующим образом:

· осуществление связи на расстояния до 12500 км в пределах страны и до 25 000 для международной связи;

· широкополосность и пригодность для передачи различных видов современной информации (телевидение, телефонирование, передача данных, вещание, передача полос газет и т. д.);

· защищенность цепей от взаимных и внешних помех, а также от грозы и коррозии;

· стабильность электрических параметров линии, устойчивость и надежность связи;

· экономичность системы связи в целом.

Кабельная линия междугородной связи представляет собой сложное техническое сооружение, состоящее из огромного числа элементов. Так как линия предназначена для длительной работы (десятки лет) и на ней должна быть обеспечена бесперебойная работа сотен и тысяч каналов связи, то ко всем элементам линейно-кабельного оборудования, и в первую очередь к кабелям и кабельной арматуре, входящим в линейный тракт передачи сигналов, предъявляются высокие требования. Выбор типа и конструкции линии связи определяется не только процессом распространения энергии вдоль линии, но и необходимостью защитить расположенные рядом ВЧ цепи от взаимных мешающих влияний. Кабельные диэлектрики выбирают исходя из требования обеспечения наибольшей дальности связи в каналах ВЧ при минимальных потерях.

В соответствии с этим кабельная техника развивается в следующих направлениях:

1. Преимущественное развитие коаксиальных систем, позволяющих организовать мощные пучки связи и передачу программ телевидения на большие расстояния по однокабельной системе связи.

2. Создание и внедрение перспективных ОК связи, обеспечивающих получение большого числа каналов и не требующих для своего производства дефицитных металлов (медь, свинец).

3. Широкое внедрение в кабельную технику пластмасс (полиэтилена, полистирола, полипропилена и др.), обладающих хорошими электрическими и механическими характеристиками и позволяющих автоматизировать производство.

4. Внедрение алюминиевых, стальных и пластмассовых оболочек вместо свинцовых. Оболочки должны обладать герметичностью и обеспечивать стабильность электрических параметров кабеля в течение всего срока службы.

5. Разработка и внедрение в производство экономичных конструкций кабелей внутризоновой связи (однокоаксиальных, одночетверочных, безбронных).

6. Создание экранированных кабелей, надежно защищающих передаваемую по ним информацию от внешних электромагнитных влияний и грозы, в частности кабелей в двухслойных оболочках типа алюминий -- сталь и алюминий -- свинец.

7. Повышение электрической прочности изоляции кабелей связи. Современный кабель должен обладать одновременно свойствами как высокочастотного кабеля, так и силового электрического кабеля, и обеспечивать передачу токов высокого напряжения для дистанционного электропитания необслуживаемых усилительных пунктов на большие расстояния.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Тенденция развития оптических сетей связи. Анализ состояния внутризоновой связи Республики Башкортостан. Принципы передачи информации по волоконно-оптическим линиям связи. Выбор оборудования, оптического кабеля, организация работ по строительству.

дипломная работа , добавлен 20.10.2011


Общая характеристика волоконно-оптической связи, ее свойства и области применения. Проектирование кабельной волоконно-оптической линии передач (ВОЛП) способом подвески на опорах высоковольтной линии передачи. Организация управления данной сетью связи.

курсовая работа , добавлен 23.01.2011


Этапы развития различных средств связи: радио, телефонной, телевизионной, сотовой, космической, видеотелефонной связи, интернета, фототелеграфа (факса). Виды линии передачи сигналов. Устройства волоконно-оптических линий связи. Лазерная система связи.

презентация , добавлен 10.02.2014


Основная задача развития электрической связи. Расчет характеристик передачи по оптическим волокнам. Строительство волоконно-оптической линии связи, монтаж оптического кабеля и работа с измерительными приборами. Охрана труда и техника безопасности.

дипломная работа , добавлен 24.04.2012


История развития линий связи. Разновидности оптических кабелей связи. Оптические волокна и особенности их изготовления. Конструкции оптических кабелей. Основные требования к линиям связи. Направления развития и особенности применения волоконной оптики.

контрольная работа , добавлен 18.02.2012


Волоконно-оптические линии связи как понятие, их физические и технические особенности и недостатки. Оптическое волокно и его виды. Волоконно-оптический кабель. Электронные компоненты систем оптической связи. Лазерные и фотоприемные модули для ВОЛС.

реферат , добавлен 19.03.2009


Структура оптического волокна. Виды оптоволоконных кабелей. Преимущества и недостатки волоконно-оптической линии связи. Области ее применения. Компоненты тракта передачи видеонаблюдения. Мультиплексирование видеосигналов. Инфраструктура кабельной сети.

курсовая работа , добавлен 01.06.2014


Волоконно-оптическая линия связи как вид системы передачи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, знакомство с особенностями проектирования. Анализ этапов расчета параметров кабеля и длины регенерационного участка.

курсовая работа , добавлен 28.04.2015


История разработки световодных систем и их опытной эксплуатация на железнодорожном транспорте. Рассмотрение возможности создания высокоскоростной волоконно-оптической линии внутризоновой связи, которая соединяет по кольцевой схеме районные центры.

курсовая работа , добавлен 05.04.2011


Характеристика проводных (воздушных) линий связи как проводов без изолирующих или экранирующих оплеток, проложенных между столбами в воздухе. Конструкция кабельных линий и применение волоконной оптики. Инфракрасные беспроводные сети для передачи данных.