1-5.Краткий обзор основных технологий в области цифровой связи
1-5.Краткий обзор основных технологий в области цифровой связи |
Современные системы передачи информации используют множество различных технологий, количество которых стремительно увеличивается. Однако наибольшее развитие получили:
· системы связи по электрическим кабелям (КСС);
· волоконно-оптические системы связи (ВОЛС);
· системы связи с искусственными спутниками Земли (ИСЗ);
· узкополосные и широкополосные наземные системы радиосвязи;
· оптические системы связи открытого распространения.
В этом перечне системы связи разделяются на группы кабельных (ВОЛС и КСС) и беспроводных систем.
Системы связи по электрическим кабелям получили наибольшее распространение в распределительных сетях (например в системах кабельного телевидения) и системах дальней связи, однако высокая стоимость исходных материалов (цветных и драгоценных металлов), наряду с относительно небольшой полосой пропускания, делают проблематичным конкурентоспособность подобных устройств в будущем. Общими недостатками кабельных структур являются: большое время строительства, связанное с земляными или подводными работами, подверженность воздействию природных катаклизмов, актов вандализма и терроризма и все возрастающая стоимость прокладочных работ. Работы по развертыванию проводных систем трудоемки, а в некоторых местах, особенно исторической части городов, в охраняемых районах или при сложном рельефе, практически неосуществимы. А связанные с ними неудобства для жителей, нарушения работы транспорта, поврежденные дороги и прочие сопутствующие проблемы, усложняют и без того непростые процедуры согласования с различными инстанциями и уменьшают экономические выгоды.
Важным же достоинством беспроводных систем является малое время развертывания. Это, в частности, связано с тем, что отпадает необходимость в рытье траншей, укладывании кабеля, а также внутренней разводке кабелей и проводов в зданиях. Инвестиции требуются для создания любой системы, другое дело, как они распределены во времени и как быстро можно ожидать получения доходов от эксплуатации. Беспроводные системы могут вводиться в эксплуатацию поэтапно. Проводная же система требует создания всей инфраструктуры единовременно. Начало получения доходов в беспроводных системах совпадает с запуском первого фрагмента, и дальнейшее развитие системы фактически финансируется самими пользователями. Кроме того, положительный пример в виде работающей структуры, позволяет, в обмен на будущие льготы, привлечь и средства потенциальных абонентов. Это резко снижает финансовые риски инвесторов и позволяет более уверенно смотреть в будущее. При одновременном начале работ, полной окупаемости беспроводной телекоммуникационной системы можно достичь раньше, чем будет запущена проводная.
На рис.1-5-1 показана условная диаграмма областей применения различных телекоммуникационных систем, относящихся к цифровым технологиям. Две большие основные области применения: систем связи с искусственными спутниками Земли (ИСЗ) и волоконно-оптических систем связи (ВОЛС).
К характерным особенностям систем связи с ИСЗ относятся возможности передачи относительно небольших объемов информации (со скоростью до 10 - 60 Мбит/c) на очень большие дальности, перекрывая значительные площади земной поверхности (вплоть до построения глобальных систем). Ограничение передаваемых объемов информации определяется лимитированием мощностейи диаграмм направленности излучаемых сигналов в целях обеспечения приемлемой электромагнитной обстановки на Земле.
Волоконно-оптические системы связи (ВОЛС) позволяют надежно передавать наибольшие объемы информации (скорость передачи цифровых потоков превысила терабит в секунду) на расстояния до нескольких тысяч километров. Однако, с уменьшением расстояний экономический эффект от внедрения ВОЛС может уменьшаться и требуется проводить тщательный анализ в каждом конкретном случае.
Наземные беспроводные системы среди современных методов передачи информации играют весьма значительную роль, успешно конкурируя с волоконно-оптическими и спутниковыми структурами, особенно для связи на небольшие расстояния. Произошли революционные перемены в технологических решениях в области наземных радиосредств. Связь на расстояния до нескольких тысяч километров обеспечивают микроволновые радиорелейные системы связи, скорость работы которых превышает сотни мегабит в секунду.
Появились цифровые радиорелейные структуры, позволяющие организовывать передачу цифровых потоков STM-4 (622 Мбит/с) в полосе частот 40 МГц
Рис. 1-5-1
Для связи на небольшие расстояния (до нескольких десятков километров) в массовом масштабе преимущественное развитие получают системы доступа и распределения информации. К таким системам относятся узкополосные и широкополосные системы радиосвязи, а также оптические телекоммуникационные системы открытого распространения.
Радиосистемы подразделяются по современной терминологии на узкополосные и широкополосные. Различие заключается, прежде всего, в структуре применяемых несущих колебаний. Традиционные радиосредства, которые и относятся к группе узкополосных, используют в качестве несущего сигнала одночастотные гармонические колебания. Для обеспечения возможности работы многих пользователей в выделенных диапазонах частот в таких системах стремятся сделать полосу частот передаваемых сигналов как можно меньше. В широкополосных системах связи в качестве несущих колебаний применяются широкополосные псевдослучайные сигналы. При этом сигнал каждого пользователя занимает весь выделенный участок диапазона частот, а отделение отдельных сигналов проводится кодовыми методами.
К характерной особенности современных радиосредств можно отнести переход на все более высокочастотные участки радиодиапазона от 2 до 100 ГГц. При этом обеспечивается передача достаточно больших объемов информации на расстоянии прямой видимости. При этом частоты нижних участков диапазона проходят через атмосферу лучше и, к примеру, в диапазоне 2 ГГц могут перекрыть расстояние вплоть до 90 км, а радиосистема с той же мощностью передатчика в диапазоне 38 ГГц обеспечит протяженность не более чем 5-7 км.
Одно из названий наземных систем работающих в диапазонах 2-100 ГГц - микроволновая связь. К ним относятся радиорелейные линии и сети связи прямой видимости, системы распределения информации, радиомосты и некоторые сотовые структуры.
Современная аппаратура для радиорелейных линий и сетей связи прямой видимости выпускается на диапазоны частот 2, 4, 6, 8, 11, 13, 15, 17, 23, 27, 38 ГГц и выше. Несколько десятков фирм в мире, таких как Ericsson, Siemens, Nokia, Nera, Harris, MRC, Alcatel и др. производят сотни вариантов оборудования для микроволновой связи. В последние годы, в России, так же развернуто производство цифровых радиорелейных систем связи малой и средней емкости: Радан, Радиан, Радиус, Эриком, «Бист», Sandra, Просвет, Перевал, Антерум, Микран - вот малая часть названий оборудования отечественного производства.
Оптические системы связи открытого распространения, разработанные в последние годы, подразделяются на инфракрасные и лазерные. Эти системы позволяют передавать значительные объемы информации на малые расстояния (сотни и тысячи метров). Небольшая дальность объясняется влиянием тумана, дождя, снега, смога, града и различных естественных и искусственных препятствий. Лучшие системы позволяют передавать цифровые потоки со скоростью 155 Мбит/с на расстояние до 4-5 км при любых погодных условиях (например, системы Canobeam, Lightpoint), концентрируя сигнал в чрезвычайно плотный луч и применяя автоматический поиск и юстировку системы, которая удерживает луч света в апертуре антенны (www.canon.com, www.lightpointcom.com). К важнейшему преимуществу инфракрасного и лазерного оборудования можно отнести то, что оно применимо везде, без всяких лицензий или разрешений в отличие от других систем.
