AdInf3 (1017131), страница 4
Текст из файла (страница 4)
города буквально
покрылись густой сетью проводов, затмивших дневной свет на улицах. Упрятать эту ставшую уже уродливой для городов паутину проводов помог кабель. В России первый кабель был проложен в 1885 г. Сначала это была простая скрутка изолированных проводов, затем уже продуманная инженерная конструкция пучка проводов, заключенных в прочную оболочку, В 1891 г. был проложен первый морской телефонный кабель между Англией и Францией. Кабель стал основной артерией связи. Однако не следует забывать, что кабель всегда был дорогостоящим средством передачи, так как для его изготовления требовались медь, свинец, специальные изоляционные материалы, создание герметичности и т. п. Кроме того, кабельная линия требует наличия усилительных пунктов.
Можно представить как облегченно вздохнули специалисты, когда в начале XX в. было изобретено радио. Теперь эфир заменит кабель. К сожалению, радио как беспроволочный вид связи не свободно от недостатков. Атмосферные и промышленные помехи, возможности подслушивания, взаимное влияние радиостанций, замирания на коротких волнах - все это снижало качество передач и делало их ненадежными. Конечно же, для связи с подвижными объектами - самолетами, кораблями, автомобилями - радио остается вне конкуренции.
Освоение диапазона ультракоротких волн позволило создать радиорелейные линии, практически заменившие высокочастотный кабель. Рождение спутниковых систем связи полностью решило задачу передачи больших потоков информации на большие расстояния. Кабель можно было бы сдать в музей.
И все же эра кабеля не закончилась. Появившиеся в последнее время новые технологии изготовления высокочастотных кабелей и создание оптического кабеля может в скором времени существенно изменить структуру систем передачи информации. Благодаря огромной пропускной способности оптический кабель становится незаменимым в информационно-вычислительных сетях, где требуется передавать большие объемы информации с исключительно высокой надежностью, в местных телевизионных сетях и локальных вычислительных сетях. Ожидается, что в скором времени оптический кабель будет дешев в изготовлении и свяжет между собой крупные города и вычислительные центры. Кабель, теперь уже оптический, становится снова популярным.
Разработка в 1960 - 1961 гг. лазера - источника когерентного излучения в световом диапазоне - стимулировала широкий интерес к использованию света для передачи информации. Поскольку лазер (Laser -Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - оптический квантовый генератор) является источником монохроматического света (в отличие от света обычной лампочки), он дает возможность осуществлять направленное излучение, модулируемое как обычная несущая на радиочастоте.
Если гармоническое излучение имеет частоту 10 МГц и имеется способ модуляции, позволяющий сделать полосу излучения по крайней мере 0,1 % от несущей (сравните с телевидением, где на несущей 100 МГц передается телевизионный сигнал с полосой около 5 МГц, т. е. соотношение полосы к несущее составляет 5 %), то при этом полоса излучения составит 1000 МГц. Действительно, если полоса высококачественного цифрового телевизионного сигнала равна 100 МГц, то в полосе 1000 ГГц можно разместить 10 тыс. цифровых телевизионных каналов.
Передавать информацию с помощью световой несущей можно двумя способами: в атмосфере и по искусственному проводнику света - световоду. Предпочтительней, естественно, является второй способ, его мы и рассмотрим.
Световод представляет собой широкополосную передающую среду. Толщина световода незначительна - он тоньше человеческого волоса. Это позволяет упаковывать огромное число световодов в структуру с малым поперечным сечением и получать компактный оптический кабель, размеры которого даже необходимо искусственно увеличивать для удобства обращения с ним. Существует большое число разновидностей оптических волокон. Их классифицируют по применяемым материалам (например, группа кварцевых стекол), структуре (с плавным или ступенчатым изменением показателя преломления), передаваемым модам (многомодовые, одномодовые).
Световод состоит из сердцевины с большим показателем преломления, по которому переносится основная часть светового потока, и
преимущественно в области сердцевины благодаря полному отражению от
границы раздела сердцевина - оболочка.
В световодах из многомодового волокна существуют два типа световых потоков: поток, распространяющийся вдоль продольной оси
траектории. В световодах из одномодового волокна существует только поток продольного направления. На рис. 11 показаны три основных типа применяемых оптических волокон.
Считают, что применительно к оптической связи оптимально использование следующих длин волн: 0,85; 1,05; 1,3; 1,6 мкм, а для передачи в атмосфере - 10 мкм.
Для получения волоконного, световода должна быть изготовлена сложная структура. Выбор материалов для изготовления оптического волокна определяется рядом требований. Во-первых, материал должен обладать способностью вытягиваться в тонкую нить, быть прозрачными иметь разные показатели преломления сердцевины и оболочки. Подходящими материалами являются пластмассы и стекла. Во-вторых, из-за требований малого затухания световых волн в световоде (по крайней мере, менее 20 дБ/км) работа по выбору материалов для световодов является одной из важнейших. Пластмассы вследствие больших молекул и наличия в их структуре водорода вызывают рассеяние и поглощение распространяющегося сигнала. У стекла есть свои недостатки, основной из которых связан с трудностями получения его высокой химической чистоты.
Стекла являются смесями, и число их разновидностей огромно. Наиболее подходящими для оптических волокон оказывается оксидное стекло и одна из его разновидностей - кварцевое. Исходными материалами для изготовления волокон являются корбонаты натрия и кальция, борная кислота, кремнезем (песок) и окись свинца. От состава стекла зависят вязкость, показатель переломления и коэффициент теплового расширения. Волокна обычно получают из кварцевого стекла с высоким содержанием SIO2 по методу, основанному на химическом осаждении материала из газовой фазы.
Волокно слишком хрупкая нить, чтобы им пользоваться непосредственно. На его основе изготовляют оптический кабель. Один из вариантов конструкции кабеля таков: в центре сечения располагаются стальные нити, служащие упрочняющими элементами, как правило они покрываются оболочкой, затем по периметру укладываются оптические волокна с полимерной защитой (см. рис. 10, б).
В качестве источника света обычно используется лазер на арсениде галлия с длиной волны излучения 0,84 мкм и средней мощностью от 1 до 10 мВт. Это излучение находится в невидимой части спектра (видимый диапазон спектра занимает область от 0,4 мкм -фиолетовый цвет, до 0,8 мкм-красный цвет). Кроме источника света в передающее устройство входит модулятор. На приемном конце линии сигналы детектируются фотодиодом; для
исключения ошибок часто применяется помехоустойчивое кодирование.
Технология производства световодов и соответствующей приемопередающей аппаратуры развивается быстрыми темпами. Существует еще одно направление в волоконной оптике - волоконные световоды среднего инфракрасного диапазона. Потери в этих световодах примерно ОД - 0,01 дБ/км в области длин волн 2 - 15 мкм.
Спутниковая связь
Идея использования космического пространства давно волновала лучшие умы человечества. Пока не могли вывести на околоземную орбиту летательный аппарат с отражателем на борту, космическая связь оставалась мечтой. Правда, было предложение использовать в качестве отражателя Луну, но этот проект имел ряд недостатков, и главным из них был слишком малый уровень отраженных сигналов.
Сейчас трудно восстановить, кому первому принадлежит идея спутниковой связи. Считается, что использование геостационарного спутника для целей радиовещания было предложено американцем А. Кларком в 1945 г. Его предложенщо суждено было ожидать начала космической эры, которая открылась с запуском советского спутника в 1957 г. Первый спутник связи с пассивным отражателем Score был запущен в 1958 г. В США. Связь через активные спутниковые ретрансляторы
осуществилась позже: с 1962 г. Через спутник Telsar и с 1963 г.через первый геостационарный спутник Syncom. Первый спутник связи Early Bird международной системы Intelsat был выведен на орбиту 6 апреля 1965 г., а 23 апреля 1965 г. был запущен советский спутник связи "Молния-1" для ретрансляции информации. Началось практическое освоение космического пространства для передачи информации на большие расстояния.
Преимущества спутниковой связи были сразу же по достоинству оценены. Линия связи через спутниковый ретранслятор обладает большой пропускной способностью, перекрывает огромные расстояния, вследствие низкого уровня помех может передавать информацию с высокой надежностью. Эти достоинства делают спутниковую связь уникальным и эффективным средством передачи информации.
Спутниковая система состоит из множества наземных станций и ретранслятора, находящегося на спутнике. При движении спутника относительно Земли наземные станции должны следить за его движением, пока он не скроется за горизонтом. При этом связь нарушается или же на
небосклоне появляется другой спутник, принимающий эстафету у предыдущего.
Особый интерес представляет геостационарная орбита - круговая орбита, находящаяся в экваториальной плоскости и удаленная от поверхности Земли на расстояние около 36 тыс. км. В случае, когда направление движения спутника на этой орбите совпадает с направлением вращения Земли, спутник оказывается неподвижным относительно наземного наблюдателя. Такой спутник называют геостационарным Геостационарная орбита уникальна, другой такой орбиты не существует.
Преимущества связи через геостационарный спутник прежде всего состоят в том, что передача и прием сигналов возможны при неподвижных антеннах наземных станций, а высота геостационарной орбиты такова, что спутник "видит" почти третью часть поверхности земного шара.
В то же время вследствие большой высоты орбиты на спутнике необходимо иметь антенны с большим усилением для компенсации потерь а распространение радиоволн. Кроме того, требуется удерживать спутник точно на орбите, для чего на спутнике необходимо иметь %^. корректирующие двигатели и соответствующие системы управления, работающие по командам с Земли. Периодически включаемые реактивные двигатели компенсируют отклонения стационарного спутника от занимаемой позиции. Обычно запаса топлива хватает на 5 - 7 лет, что и определяет срок функционирования спутника.
Особую важность для потребителей представляет
использование спутниковых систем для передачи данных, связи между компьютерами, связи между банками и учреждениями, сбора данных, распределения телевизионных программ. В качестве ориентира скажем, что диалог терминалов создает пиковый трафик 2400 бит/с, передача математических программ 50 кбит/с, передача массивов данных 1 Мбит/с при допустимой вероятности ошибки примерно 1010.
Важнейшим отличием спутниковых систем связи от традиционных видов связи является возможность осуществления глобальной связи в широкой полосе частот, т. е. с высокой скоростью как с неподвижными, так и с подвижными объектами, находящимися практически в любой точке
земного шара.
Использование спутников для связи продолжает расширяться по мере развития наземных информационных служб. Многие страны создают собственные национальные системы спутниковой связи. Значительная часть информационной нагрузки в недавнее время обеспечивалась международными системами Intelsat и Интерспутник. Почти весь трафик приходится на геостационарные спутники.
Потребности в спутниковых линиях продолжают расти, поскольку при дальности свыше 800 км спутниковые каналы становятся экономически более выгодными по сравнению с другими видами дальней связи. Ниже мы
кратко рассмотрим некоторые наиболее важные принципы, используемые в спутниковых системах для передачи информации.
Сначала о ретрансляции информации. Особенность спутникового ретранслятора состоит в том, что непосредственный доступ к нему имеет сразу множество наземных станций, поэтому ретранслятор спутника работает в режиме так называемого многостанционного доступа.
Ретрансляторы не одинаковы по своим функциям. Наиболее простые усиливают принимаемые сигналы и излучают их на Землю на другой несущей частоте. Более сложные имеют несколько антенн, что обеспечивает передачу сигналов на Землю после необходимого усиления в заданном пространственном луче. Коммутация сигналов в соответствующие лучи производится специальной коммутирующей матрицей. И наконец, существуют ретрансляторы, осуществляющие демодуляцию сигналов, формирование новых сигналов и последующую модуляцию и излучение сформированного сигнала на Землю. Такие ретрансляторы называют ретрансляторами с обработкой сигналов.
Ретранслятор первого типа самый простой, он усиливает сигналы и осуществляет частотное преобразование (чтобы приемник и передатчик регранслятора не мешали друг другу, они должны работать на разных часютах). Обычно частота сигналов передатчика ниже частоты несущей
принимаемых сигналов.
Ретранслятор второго типа с коммутирующей матрицей "освещает" различные участки Земли и передает по командам с Земли информацию в нужных направлениях. Отметим, что большое число остронаправленных лучей можно получить относительно несложным путем с помощью одной антенны, имеющей несколько облучателей и фокальной плоскости. Переходсигналов из одного пространственного канала другой осуществляет коммутирующая матрица. Наиболее быстро матрица должна работать в случае передачи сигналов с временным разделением, когда каждому каналу отведен короткий временной интервал. Коммутирующая матрица составляет для каждого интервала определюнную конфигурацию соединений.
В ретрансляторе третьего типа обработка сигналов обычно сочетается с коммутацией лучей. Коммутация каналов в ретрансляторе напоминает работу автоматической телефонной станции. Спутник с ретрансляторами такого рода рассматривается как наиболее перспективный. Он позволяет уменьшить влияние помех, более эффективно использовать спутниковые каналы.
Наиболее серьезной проблемой для спутниковой системы является проблема многостанционного доступа. Сущность его состоит в том, что каждая наземная станция имеет возможность пользоваться ретранслятором для. передачи своих сигналов независимо от работы другой станции и устанавливать связь через спутник с любой наземной станцией данной системы. Это придает всей системе гибкость в работе, однако накладывает на ретранслятор ряд дополнительных функций.
Многостанционный доступ можно организовать так, что между каждой парой станций будет закреплена линия. Возможен, однако, и многостанционный доступ по требованию, когда связь организуется в порядке очереди при наличии свободной линии.
Так как принципиально сигналы можно различать по частоте, по времени, в пространстве, а также по форме при использовании кодированных сигналов можно организовать четыре вида доступа: частотный многостанционный доступ (ЧМД), временной многостанционный доступ (ВМД), пространственный многостанционный доступ (ПМД), кодовый многостанционный доступ (КМД). В основе этих видов доступа лежат соответствующие принципы разделения сигналов.
При цифровом методе передачи и использовании микропроцессорной техники наилучшим решением проблемы передачи больших потоков
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
