История развития проводной многоканальной электросвязи. Реферат - Волоконно-оптические системы передачи - файл n1.doc

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

История развития линий связи в России Первая ВЛ большой протяженностью была построена между Петербургом и Варшавой в 1854г В 1870х г введена в эксплуатацию Воздушная линия связи от Петербурга до Владивостока L=10 тыс. км. В 1939 г введена в эксплуатацию высокочастотная линия связи от Москвы до Хабаровска L=8 300 тыс. км. В 1851 г был проложен телеграфный кабель от Москвы до Петербурга изолированный гуттаперчевой лентой. В 1852 г был проложен первый подводный кабель через Северную Двину В 1866 г введена в эксплуатацию кабельная трансатлантическая магистраль телеграфной связи между Францией и США

История развития линий связи в России В гг в России построены первые воздушные городские телефонные сети (кабель насчитывал до 54жил с воздушно- бумажной изоляцией) В 1901г в России началось строительство подземной городской телефонной сети С 1902 по 1917 гг для увеличения дальности связи использовали ТПЖ с ферромагнитной обмоткой для искусственного увеличения индуктивности. С 1917 гг 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. С начала 30-х годов начали развиваться многоканальные системы передачи на основе коаксиальных кабелей.

История развития линий связи в России В 1936г была введена в эксплуатацию первая коаксиальная ВЧ телефонная линия на 240 каналов. В 1956г была сооружена подводная коаксиальная телефонная и телеграфная магистраль между Европой и Америкой. В 1965г появились первые опытные волноводные линии и криогенные кабельные линии с весьма малым затуханием. К началу 80-х гг были разработаны и испытаны в реальных условиях волоконно-оптические системы связи.

Виды линий связи (ЛС) и их свойства Различают два основных типа ЛС: - линии в атмосфере (радиолинии РЛ) - направляющие линии передачи (линии связи). типовые диапазоны длин волн и радиочастот Сверхдлинные волны (СДВ) Длинные волны (ДВ) Средние волны (СВ) Короткие волны (КВ) Ультракороткие волны (УКВ) Дециметровые волны (ДЦМ) Сантиметровые волны (СМ) Миллиметровые волны (ММ) Оптический диапазон км (кГц) км (кГц) 1,0... 0,1 км (0, МГц) м (МГц) м (МГц) ,1 м (0, ГГц) см (ГГц) мм (ГГц) ,1 мкм

Основными недостатками РЛ (радиосвязи) являются: -зависимость качества связи от состояния среды передачи и сторонних электромагнитных полей; -низкая скорость; недостаточно высокая электромагнитная совместимость в диапазоне метровых волн и выше; -сложность аппаратуры передатчика и приемника; - узкополосность систем передачи, особенно на длинных волнах и выше.

С целью уменьшения недостатков РЛ применяют более высокие частоты (сантиметровые, оптические диапазоны) дециметровый миллиметровый диапазон. Это цепь ретрансляторов, устанавливаемых через каждые 50 км-100км. РРЛ позволяют получать число каналов () на расстояния (до км); Эти линии в меньшей степени подвержены помехам, обеспечивают достаточно устойчивую и качественную связь, но степень защищенности передачи по ним недостаточна. Радиорелейные линии (РРЛ)

Сантиметровый диапазон волн. СЛ позволяют осуществлять многоканальную связь на «бесконечном» расстоянии; Спутниковые линии связи (СЛ) Достоинства СЛ -большая зона действия и передачи информации на значительные расстояния. Недостаток СЛ -высокая стоимость запуска спутника и сложность организации дуплексной телефонной связи.

Достоинства направляющих ЛС -высокое качество передачи сигналов, -высокая скорость передачи, -большая защищенность от влияния сторонних полей, -относительная простота оконечных устройств. Недостатки направляющих ЛС -высокая стоимость капитальных и эксплуатационных расходов, -относительная длительность установления связи.

РЛ и ЛС не противоставляются, а дополняют друг друга 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. -кабельные (КЛ) -воздушные (ВЛ) -волоконно-оптические (ВОЛС). Основные типы направленных ЛС:

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЛИНИЯМ СВЯЗИ -осуществление связи на расстояния до км в пределах страны и до 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.

Современное развитие кабельной техники 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, небронированных). 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.

Страница 32 из 32 История развития телекоммуникационных систем и компьютерных сетей

История развития телекоммуникационных систем и компьютерных сетей

Вычислительная и телекоммуникационная технологии

Компьютерная сеть (Вычислительная сеть) - это совокупность компьютеров, соединенных линиями связи. Линии связи образованы кабелями или проводами, p-каналами и оптическими коммуникационными устройствами. Все сетевое оборудование работает под управлением системного и прикладного программного обеспечения.

Сеть - network - взаимодействующая совокупность объектов, образуемых устройствами передачи и обработки данных.

Компьютерные сети, отнюдь не являются единственным видом сетей, созданным человеческой цивилизацией. Даже водопроводы Древнего Рима можно рассматривать как один из наиболее древних примеров сетей, покрывающих большие территории и обслуживающих многочисленных клиентов. Другой, менее экзотический пример - электрические сети. В них легко можно найти аналоги компонентов любой территориальной компьютерной сети: источникам информационных ресурсов соответствуют электростанции, магистралям - высоковольтные линии электропередач, сетям доступа - трансформаторные подстанции, клиентским терминалам - осветительные и бытовые электроприборы.

С одной стороны, сети представляют собой частный случай распределенных вычислительных систем, в которых группа компьютеров согласованно выполняет набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме. С другой стороны, компьютерные сети могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах

Рассмотрим основные этапы развития телекоммуникационных сетей.

В середине XX в. основными системами коммуникации (лат. communico - делаю общим) между людьми, занятыми в экономике, не считая привычные почтовые письма, были телеграф, телефон и радиосвязь . Телевидение находилось на этапе своего становления. Посредством телеграфных, телефонных сетей и радиосетей осуществлялась передача информационных потоков, но обработка переданной информации целиком возлагалась на человека.

Настоящим прорывом в науке, технике, экономике и социальной жизни стало изобретение компьютера. На первых этапах своего развития (до 70-х гг. XX в.) компьютерная техника использовалась исключительно для обработки информации, а сбор и передача информации осуществлялись с помощью телекоммуникационных систем и сетей, основой которых являлись вышеупомянутые телеграфные, телефонные сети и радиосети.

После создания компьютерных сетей, представляющих собой совокупность компьютеров и объединяющих их каналов связи, сбор, передача и обработка информации стали осуществляться с помощью компьютерной техники. Два эволюционных пути - развитие телекоммуникаций и вычислительной техники - привели их к закономерному соединению .

Телекоммуникационные системы и сети являются по сравнению с компьютерными сетями «старожилами», и первыми из них были телеграфные и телефонные сети.

Телеграф (греч. tele - далеко и grapho - пишу) был изобретен в середине XIX в. и предназначался для передачи сообщений на расстояние при помощи электрических сигналов, символов и букв. Самый заметный вклад в развитие телеграфа внесли такие ученые, как К. Штейнгейль, В. Сименс, С. Морзе, Ж. Бодо и др.

В 1838 г. в Мюнхене немецкий ученый К. Штейнгейль построил первую телеграфную линию длиною в 5000 м.

В 1843 г. шотландский физик А. Бэйн продемонстрировал и запатентовал собственную конструкцию электрического телеграфа, которая позволяла передавать изображения по проводам. Аппарат А. Бэйна считается первой примитивной факс-машиной.

В 1866 г. был проложен трансатлантический телеграфный кабель по дну океана между Америкой и Европой, а в 1870 г. фирма «Сименс» протянула индоевропейскую телеграфную линию длиною в 11 тыс. км.

В конце XIX в. в Европе было протянуто 2840 тыс. км подземного кабеля телеграфных линий, в США - свыше 4 млн км, в России протяженность телеграфных линий составляла 300 тыс. км. Общая протяженность телеграфных линий в мире в начале XX в. составила около 8 млн км.

К середине XX в. в Европе были созданы телеграфные сети, получившие название Telex (TELEgraph + EXchange). Несколько позже в США также была создана национальная сеть абонентского телеграфа, подобная Telex и получившая наименование TWX (Telegraph Wide area eXchapge).

Сети международного абонентского телеграфа* постоянно расширялись, и к 1970 г. сеть Telex объединяла абонентов более чем из 100 стран мира.

В наши дни возможность обмена сообщениями по сети Telex сохранена во многом благодаря электронной почте сети Интернет. На территории бывшего СССР телеграфная связь существует и поныне. Телеграфные сообщения передаются и принимаются при помощи специальных устройств - телеграфных модемов, сопряженных в узлах связи с персональными компьютерами операторов. Телеграфная связь используется в основном для передачи телеграфной корреспонденции, поступающей от государственных предприятий, учреждений и частных лиц, ведения документальных переговоров, передачи статистических данных и различной цифровой информации между предприятиями.

Тем не менее в некоторых странах национальные операторы сочли телеграф устаревшим видом связи и свернули все операции по отправке и доставке телеграмм. В Нидерландах телеграфная связь прекратила работу в 2004 г. В январе 2006 г. старейший американский национальный оператор Western Union объявил о полном прекращении обслуживания населения по отправке и доставке телеграфных сообщений. В то же время в Канаде, Бельгии, Германии, Швеции, Японии некоторые компании все еще поддерживают сервис по отправке и доставке традиционных телеграфных сообщений.

Исторически телефонные сети появились несколько позже телеграфных.

Первые слова были сказаны по телефону (греч. tele - далеко и phone - голос) 10 марта 1876 г. и принадлежали они шотландскому изобретателю, преподавателю школы глухонемых Александру Грэму Беллу: «Мистер Ватсон, зайдите, я хочу Вас видеть». Дальность действия этой телефонной линии внутри здания составляла 12 м. Следует отметить, что вначале телефон был недооценен специалистами телеграфной связи, воспринявшими телефон за «никому ненужную лабораторную игрушку*. Данная экспертная оценка являлась примером крупнейшей и грубейшей ошибки за всю историю телекоммуникационного бизнеса. Через несколько лет телефон и телефонные сети стали развиваться стремительными темпами.

В 1878 г. компанией Bell Telephone, организованной А.Г. Беллом в Нью-Хевене (штат Коннектикут, США), была построена первая в мире телефонная станция и выпущен первый телефонный справочник объемом в 21 страницу, а уже в следующем году эта же компания начала строительство телефонной сети объемом на 56 тыс. абонентов.

Первая в России междугородная телефонная сеть заработала в 1880 г. на Царскосельской железной дороге. Оценив преимущества нового вида связи, российские предприниматели стали обращаться с ходатайствами к правительству о выдаче разрешения на строительство телефонных линий.

Первые абоненты телефонных станций соединялись вручную и вызвать абонента можно было, назвав требуемый номер телефонистке. В 10-х гг. XX в. автоматические телефонные станции (АТС) постепенно стали вытеснять телефонисток, соединявших абонентов вручную. Появились телефопные аппараты с дисковым набором номеров. Первая АТС в СССР появилась только в 1924 г. в Кремле и обслуживала 200 абонентов. Городская московская АТС на 15 тыс. абонентов начала работать в 1930 г. К началу Второй мировой войны в СССР насчитывалось более 1 млн абонентов.

После Второй мировой войны развитие телефонных сетей получило новый импульс. В 1951 г. в США впервые АТС стали использоваться не только для соединения в пределах одного города, но на междугородних линиях. В СССР такая АТС впервые была введена в эксплуатацию в 1958 г. между Москвой и Ленинградом.

В 1956 г., спустя 90 лет после прокладки первой телеграфной кабельной линии через Атлантику, закончилась прокладка первой трансатлантической телефонной линии связи, соединившей Великобританию и США (через Канаду).

В 50-60-е гг. XX в. разрабатывались основные методы цифровой передачи сигнала, в том числе голоса, велись работы по созданию радио- и видеотелефонии, мобильной телефонной связи.

В 1978 г. в Бахрейне начала эксплуатацию коммерческая система сотовой телефонной связи, которая считается первой реальной системой сотовой связи в мире.

80-90-е гг. XX в. характеризовались интенсивным внедрением цифровых методов передачи голоса и соответствующих телефонных сетей, использованием спутниковой связи, мобильной сотовой связи, а также широчайшим использованием компьютеров для обеспечения функционирования телефонных сетей.

Работы в области радиосвязи начались с тех пор, когда немецкий ученый Г. Герц в 1888 г. открыл способ создания и обнаружения электромагнитных радиоволн. 25 апреля 1895 г.

русский ученый А.С. Попов сделал доклад, посвященный методу использования излученных электромагнитных волн для беспроводной передачи электрических сигналов, содержащих информацию. В марте 1896 г. ученый провел эксперимент, он передал радиограмму с двумя словами «Генрих Герц» на 250 м. Через несколько лет в Кронштадте, не подавая заявку на патент, он наладил выпуск принимающей и передающей аппаратуры. Предприимчивый итальянец Г. Маркони заинтересовался новым изобретением. В июле 1898 г. он подал патент в Англии, предъявив подобное устройство, чуть усложнив схемы А.С. Попова. Приоритет открытия радио остался в истории человечества за Г. Маркони.

В 1898 г. Г. Маркони организовал радиосвязь между Францией и Англией, а в 1901 г. ему удалось передать сигналы со станции в Англии на станцию в Ньюфаунленде, США. В начале своего становления радиосвязь использовалась для передачи телеграфных сообщений, не учитывая возможностей радио по передаче звука.

В 1915 г. был осуществлен исторический эксперимент, когда по радио успешно были переданы речевые сигналы из Арлингтона (штат Вирджиния) в Париж. Следует отметить, что Г. Маркони предпочел, чтобы краеугольным камнем его беспроволочного телеграфа оставалась азбука Морзе, так как для беспроволочной передачи речи он не видел никакого полезного применения.

В 1920 г. американский радиолюбитель Конрад сконструировал радиостанцию для работы в режиме «телефон» и впервые в мире начал вести вещательные передачи.

В первой половине XX в, после разработки учеными и инженерами более совершенной усилительной аппаратуры, антенных устройств, а также методов передачи и приема радиосигналов радиосвязь стала стремительно развиваться.

Вторая половина XX в. характеризовалась совершенствованием радиоаппаратуры, разработкой цифровых методов радиосвязи, а также использованием спутниковых систем радиосвязи.

Что касается телевидения («радио с изображением»), то идеи создания электрической системы для передачи подвижного изображения на расстояние высказывались еще в 70-е гг.

XIX в. Основывались эти идеи на чисто теоретических выводах, так как возможности физических экспериментов в ту пору были ничтожны. Однако в середине 20-х гг. XX в. промышленно-техническая база развилась настолько, что впервые появилась возможность практической реализации теоретических принципов телевидения.

Идеям и экспериментам по передаче на расстояние подвижного изображения предшествовали идеи и эксперименты по передаче изображения неподвижного.

В 20-е гг. XX в. развитие электронного телевидения проходило в борьбе с противодействием сторонников механического телевидения (с использованием вращающихся механизмов для получения развертки на экране), пессимистически оценивавших перспективы электронных систем из-за больших технических трудностей, связанных с их созданием. Но идея электронного телевидения как самая прогрессивная оказалась наиболее жизненной.

Отцом современного электронного телевидения стал В.К. Зворыкин, эмигрировавший после гражданской войны в США. В 1931 г. он изобрел электронно-лучевую трубку, которую назвал иконоскопом. Изобретение иконоскопа явилось поворотным пунктом в истории телевидения, определившим направление его дальнейшего развития; он обеспечивал телевизионные передачи с большим числом строк.

Первые передачи телевизионных изображений по радиоканалу в СССР были произведены в апреле-мае 1931 г. Они были осуществлены, однако, с разложением изображения на строки по механической системе, т.е. развертка изображения на элементы проводилась с помощью вращающегося диска.

Исследования в области передающих и приемных электронно-лучевых трубок, схем развертывающих устройств, усилителей, телевизионных передатчиков и приемников, достижения в области радиоэлектроники подготовили переход к электронным системам телевидения.

В СССР летом 1938 г. первым заработал опытный Ленинградский телецентр, а в Москве, на Шаболовке, было построено специальное здание; телевизионное оборудование и передатчик заказаны в США, там же прошли стажировку ведущие специалисты. В итоге в стране появился первый Московский телецентр, принятый в постоянную эксплуатацию в декабре 1938 г.

В 1953 г. в США началось регулярное цветное телевизионное вещание, но из-за большой стоимости цветных телевизоров оно стало массовым только через 12-15 лет (первые.10 млн телевизоров были проданы к 1966 г.). В СССР регулярное вещание в цвете началось только в 1967 г., передачи Центрального телевидения стали цветными в 1977 г., а цветное оборудование получило периферийные телецентры в 1987 г.

В начале 90-х гг. XX в. были начаты исследования по передаче цифрового сигнала по эфирным каналам связи. Эта технология за короткий срок получила признание. В настоящее время ее используют более 300 компаний - производителей телевизионной электроники.

Наряду с эфирным телевидением в мире велись работы по созданию систем кабельного телевидения . Первая система кабельного телевидения в США была построена в 1952 г. в г. Лансфорде для приема передач от ближайшего телецентра в г. Филадельфии. Причиной возникновения кабельного телевидения в США в 1948 г. стала приостановка выдачи лицензий на новые телевизионные передающие станции почти на четыре года. Однако благодаря высокому качеству и помехозащищенности кабельное телевидение стало основным видом телевидения в крупных городах.

В 1960 - 1970-е гг. в СССР в соответствии с концепциями развития телевизионного вещания была создана огромная, практически тотальная система коллективного приема телевидения - почти 80 % телезрителей в городах получали телевидение по коаксиальному кабелю.

В последние годы кабельное телевидение стало одним из наиболее динамично развивающихся направлений телекоммуникационных сетей. Преимуществом телевизионных кабельных сетей является, что что они могут использоваться также для доступа к глобальной сети Интернет или передачи информации с приборов учета энергии и воды.

Рассмотренные выше радио- и телевизионные системы с использованием радиоканалов для передачи данных являются основными элементами беспроводных телекоммуникационных систем, включающих спутниковые системы и системы мобильной сотовой связи.

История развития компьютерных сетей

Компьютерные сети являются логическим результатом эволюции развития компьютерных технологий. Постоянно возрастающие потребности пользователей в вычислительных ресурсах обусловили попытки специалистов компьютерных технологий объединить в единую систему отдельные компьютеры.

Обратимся сначала к компьютерному корню вычислительных сетей. Первые компьютеры 50-х годов - большие, громоздкие и дорогие - предназначались для очень небольшого числа избранных пользователей. Часто эти монстры занимали целые здания. Такие компьютеры не были предназначены для интерактивной работы пользователя, а использовались в режиме пакетной обработки.

Системы пакетной обработки, как правило, строились на базе мэйнфрейма - мощного и надежного компьютера универсального назначения. Пользователи подготавливали перфокарты, содержащие данные и команды программ, и передавали их в вычислительный центр (рис.).

Операторы вводили эти карты в компьютер, а распечатанные результаты пользователи получали обычно только на следующий день. Таким образом, одна неверно набитая карта означала как минимум суточную задержку. Конечно, для пользователей интерактивный режим работы, при котором можно с терминала оперативно руководить процессом обработки своих данных, был бы удобней. Но интересами пользователей на первых этапах развития вычислительных систем в значительной степени пренебрегали. Во главу угла ставилась эффективность работы самого дорогого устройства вычислительной машины - процессора, даже в ущерб эффективности работы ис­пользующих его специалистов.

В начале 60-х гг. XX в. стали развиваться интерактивные (с вмешательством пользователя в вычислительный процесс) многотерминальные системы разделения времени. В таких системах мощный центральный компьютер (мэйнфрейм) отдавался в распоряжение нескольких пользователей. Каждый пользователь получал в свое распоряжение терминал (монитор с клавиатурой без системного блока), с помощью которого он мог вести диалог с компьютером. Компьютер по очереди обрабатывал программы и данные, поступающие с каждого терминала. Поскольку время реакции компьютера на запрос каждого терминала было достаточно мало, то пользователи практически не замечали параллельную работу нескольких терминалов и у них создавалась иллюзия монопольного пользования компьютером. Терминалы, как правило, рассредоточивались по всему предприятию, и функции ввода-вывода информации были распределенными, но обработка информации проводилась только центральным компьютером.

Такие многотерминальные централизованные системы внешне напоминали локальные вычислительные сети, до создания которых в действительности нужно было пройти еще большой путь. Сдерживающим фактором для развития компьютерных сетей был прежде всего экономический фактор. Из-за высокой в то время стоимости предприятия не могли приобрести сразу несколько компьютеров, а значит и объединить в вычислительную сеть было нечего.

Первые сети - глобальные

Развитие компьютерных сетей началось с решения более простой задачи - доступа к компьютеру с терминалов, удаленных от него на многие сотни, а то и тысячи километров. Терминалы в этом случае соединялись с компьютером через телефонные сети с помощью специальных устройств - модемов. Следующим этапом в развитии компьютерных сетей стали соединения через модем не только «терминал-компьютер», но и «компьютер-компьютер». Компьютеры получили возможность обмениваться данными в автоматическом режиме, что является базовым механизмом любой компьютерной сети. Тогда впервые появились в сети возможности обмена файлами, синхронизации баз данных, использования электронной почты, т.е. службы, являющиеся в настоящее время традиционными сетевыми сервисами. Такие компьютерные сети получили название глобальных компьютерных сетей.

Глобальные сети ( Wide Area Networks , WAN ) – сети объединяющие территориально рассредоточенные компьютеры, возможно находящиеся в различных городах и странах.

Именно при построении глобальных сетей были впервые предложены и отработаны многие основные идеи, лежащие в основе современных вычислительных сетей. Такие, например, как многоуровневое построение коммуникационных протоколов, концепции коммутации и маршрутизации пакетов.

Глобальные компьютерные сети очень многое унаследовали от других, гораздо более старых и распространенных глобальных сетей - телефонных. Главное технологическое новшество, которое привнесли с собой первые глобальные компьютерные сети, состояло в отказе от принципа коммутации каналов, на протяжении многих десятков лет успешно использовавшегося в телефонных сетях.

Выделяемый на все время сеанса связи составной телефонный канал, передающий информацию с постоянной скоростью, не мог эффективно использоваться пульсирующим трафиком компьютерных данных, у которого периоды интенсивного обмена чередуются с продолжительными паузами. Натурные эксперименты и математическое моделирование показали, что пульсирующий и в значительной степени не чувствительный к задержкам компьютерный трафик гораздо эффективней передается сетями, работающими по принципу коммутации пакетов, когда данные разделяются на небольшие порции - пакеты, - которые самостоятельно перемещаются по сети благодаря наличию адреса конечного узла в заголовке пакета.

Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, то в первых глобальных сетях часто использовались уже существующие каналы связи, изначально предназначенные совсем для других целей. Например, в течение многих лет глобальные сети строились на основе телефонных каналов тональной частоты, способных в каждый момент времени вести передачу только одного разговора в аналоговой форме. Поскольку скорость передачи дискретных компьютерных данных по таким каналам была очень низкой (десятки килобит в секунду), набор предоставляемых услуг в глобальных сетях такого типа обычно ограничивался передачей файлов, преимущественно в фоновом режиме, и электронной почтой. Помимо низкой скорости такие каналы имеют и другой недостаток - они вносят значительные искажения в передаваемые сигналы. Поэтому протоколы глобальных сетей, построенных с использованием каналов связи низкого качества, отличаются сложными процедурами контроля и восстановления данных.

Исторически первые компьютерные сети были созданы агентством по защите прогрессивных исследовательских проектов DARPA по заданию военного ведомства США. В 1964 г. были разработаны концепция и архитектура первой в мире компьютерной сети ARPAnet(от англ. Advanced Research Projects Agency Network), в 1967 г. впервые было введено понятие «протокол компьютерной сети». В сентябре 1969 г. произошла передача первого компьютерного сообщения между компьютерными узлами Калифорнийского и Стенфордского университетов. В 1977 г. сеть ARPANET насчитывала 111 узлов, в 1983 - 4 тыс. Сеть объединяла компьютеры разных типов, работавших под управлением различных операционных систем с дополнительными модулями, реализовавшими коммуникационные протоколы, общие для всех компьютеров сети. Такие операционные системы считаются первыми сетевыми операционными системами. Сеть ARPANET прекратила свое существование в 1989 г.

Прогресс глобальных компьютерных сетей во многом определялся прогрессом телефонных сетей.

С конца 60-х годов в телефонных сетях все чаще стала применяться передача голоса в цифровой форме.

Это привело к появлению высокоскоростных цифровых каналов, соединяющих автоматические телефонные станции (АТС) и позволяющих одновременно пере­давать десятки и сотни разговоров. Была разработана специальная технология для создания так называемых первичных, или опорных, сетей. Такие сети не предоставляют услуг конечным пользователям, они являются фундаментом, на котором строятся скоростные цифровые каналы «точка-точка», соединяющие оборудование других, так называемых наложенных сетей, которые уже работа­ют на конечного пользователя.

Сначала технология первичных сетей была исключительно внутренней технологией телефонных компаний. Однако со временем эти компании стали сдавать часть своих цифровых каналов, образованных в первичных сетях, в аренду пред­приятиям, которые использовали их для создания собственных телефонных и глобальных компьютерных сетей. Сегодня первичные сети обеспечивают скоро­сти передачи данных до сотен гигабит (а в некоторых случаях до нескольких терабит) в секунду и густо покрывают территории всех развитых стран.

К концу 1970-х годов сеть APRAnet насчитывала уже около 200 оконечных сис­тем. Через 10 лет число хостов в Интернете, уже объединявшем множество других компьютерных сетей, достигло 100 тысяч. Таким образом, 1980-е годы характери­зуются стремительным распространением созданных ранее сетевых технологий.

В начале 80-х происходило активное объединение локальных сетей университе­тов в крупные региональные сети. Примерами могут служить сеть B1TNET, обес­печивавшая обмен файлами и электронной почтой между университетами на се­веро-западе США, CSNET, объединившая исследователей в области сетевых технологий независимо от APRAnet, и др. В 1986 году была разработана сеть NSFNET, позволившая получить доступ к вычислительным ресурсам суперком­пьютеров. Начальная скорость магистрали, составившая 56 Кбит/с, к концу деся­тилетия выросла до 1,5 Мбит/с. Магистраль NSFNET позволила объединить меж­ду собой региональные компьютерные сети США.

В 1980-е годы APRAnet уже содержала многие из компонентов, которые составля­ют основу современного Интернета. 1 января 1983 года стандартный протокол NCP, предназначенный для обмена данными между хостами, был заменен стеком про­токолов TCP/IP (RFC 801). С этого времени стек TCP/IP используется всеми хостами Интернета. В конце 80-х в протокол TCP были внесены значительные усовершенствования, направленные на обеспечение оконечными системами конт­роля переполнения. Кроме того, была разработана система доменных имен (Domain Name System, DNS), связавшая мнемонические имена Интернет-ресурсов с их 32-разрядными адресами (RFC 1034).

Параллельно с развитием APRAnet в США во Франции в начале 1980-х годов воз­ник проект Minitel, имевший поддержку со стороны правительства Франции и поставивший перед собой амбициозную цель - связать все сети в единую компь­ютерную сеть. Система, разработанная Minitel, представляла собой открытую ком­пьютерную сеть с коммутацией пакетов (протокол Х.25 с поддержкой виртуаль­ного канала), состоявшую из Minitel-серверов и недорогих пользовательских терминалов со встроенными низкоскоростными модемами. Большой успех при­шел к проекту Minitel после того, как французское правительство объявило о раз­даче бесплатных терминалов всем желающим для домашнего пользования. Сеть Minitel содержала как бесплатные, так и платные информационные ресурсы. В зените своей популярности в середине прошлого десятилетия Minitel поддерживала более чем 20 000 видов обслуживания - от удаленных банковских операций до организации доступа к специализированным исследовательским базам данных.

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.

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.