Телеграф исторически самый старый вид электросвязи. Ему почти два столетия. История его создания связана с именами известных ученых и изобретателей разных стран: Шиллингом и Якоби (Россия), Бодо (Франция), Уитстоном (Англия), Морзе (США). Почтовая связь перестала удовлетворять запросам времени, а труды физиков в области электричества подготовили почву для создания устройств и методов передачи сообщений при помощи электрических сигналов.

Телеграф любой системы - это передача сообщений в виде дискретных сигналов по проводной линии связи с последующей обязательной их записью на приемном пункте (телеграмма). Запись может производиться в виде знаков кода (система Морзе) или в буквенно-цифровом виде после автоматического декодирования в буквопечатающих телеграфных аппаратах. Простейшим аппаратом со времен его изобретения (1837 г.) и до сего времени является аппарат Морзе. Его передатчик представляет собой контакт в электрической цепи, состоящей из батареи, линии связи и приемного электромагнита. Замыкание контакта приводило к срабатыванию электромагнита на то время, когда контакт замкнут, и отпусканию, когда контакт размыкался. В коде Морзе, который он предложил вместе со своим аппаратом, есть только два вида сигналов: точка и тире . Тире в 3 раза продолжительнее точки. Комбинация точек и тире позволила закодировать все буквы алфавита, цифры, знаки препинания и служебные сигналы связи. Этот код используется во многих случаях, а комбинация SOS стала международным сигналом бедствия:

Сейчас телеграфная связь, основным преимуществом которой является документирование сообщений, повсеместно вытесняется своим детищем - факсимильной связью, которая возникла на базе одного из видов телеграфной связи - фототелеграфа.

Объем информации, проходящей по телеграфной сети, значительно сократился, но телеграф еще не прекратил своего существования. Используя новейшие достижения техники в модернизации аппаратуры, телеграфная связь продолжает жить в составе сетей электросвязи.

Телефон качественно превзошел телеграф. В 1876 году американский изобретатель Александр Грехем Белл запатентовал (на несколько часов раньше своего соотечественника Грейса) устройство, способное преобразовать человеческий голос в электрический сигнал, передать его на значительное расстояние по проводам и восстановить нормальное звучание голоса на приемном конце линии.

Белл не представлял себе, какого могущественного джина выпустил из кувшина . Из экзотической новинки телефон превратился в предмет первой необходимости в повседневной жизни. Количество телефонов в мире сейчас превышает 900 миллионов, а телефонная сеть - самая большая составляющая всемирной сети электросвязи.

По сравнению с телеграфом телефон имеет неоспоримое преимущество: естественный разговор двух (а теперь и большего числа) собеседников. А самый молодой из видов телефонной связи - видеотелефон предоставляет нам возможность еще и видеть своего собеседника.

Радио было изобретено в 1895 году. С момента изобретения средства беспроводной передачи информации - радио - оно стало предметом спора между Россией и почти всем остальным миром о принадлежности этого изобретения Попову или Мар-кони. По справедливости следует считать изобретателем А.С.Попова, а пальму первенства внедрения радио в сферу связи отдать Г.Маркони, много сделавшему для распространения радиосвязи по всем мире.

Радиосвязь в начале пути своего развития стала конкурентом телеграфа, обеспечивая связь с подвижными объектами (в первую очере.иь. с кораблями). Радиотелеграф с 10-х годов нашего века стал одним из важнейших средств связи на дальние расстояния, особенно в труднодоступных местностях.

Дальнейшее совершенствован ие аппаратуры радиосвязи, а особенно изобретение электровакуумных выпрямительных и усилительных приборов (радиоламп), создало возможность беспроводной передачи на большие расстояния человеческого голоса и другой звуковой информации. С этого времени (20-е годы) радио разделилось на две самостоятельные ветви: радиосвязь и радиовещание. Эти ветви развивались параллельно, заимствуя лучшее друг у друга. Этот процесс продолжается и сегодня. Все, что обеспечивает электросвязь сейчас, делает и радио: передача дискретных (прерывистых) сигналов, передача речи, передача неподвижных изображений, передача видеосигналов. Все это возможно осуществить и по радиолиниям связи на соответствующих длинах волн (от тысяч метров до сантиметров).

Принцип радиосвязи заключается в следующем: источник электромагнитного излучения (передатчик) возбуждает в пространстве (даже в вакууме) электромагнитную волну, распространяющуюся, в принципе, во всех направлениях. Если на пути этой волны встречается заземленный проводник, то в нем индуцируется ток соответствующей частоты. А если между этим проводником (антенной) и землей включить резонансный контур (подобранные индуктивность L и емкость С), то можно существенно

увеличитьэтотток. Когда на передатчике исходный электрический сигнал (несущая частота) будет подвергнут каким-либо изменениям (по амплитуде, частоте или фазе), то на приемных концах их можно будет выделить, и таким образом получить посылаемое сообщение.

Первым источником электромагнитного излучения на передаче послужил искровой электрический разряд. Поэтому первые радиопередатчики назывались искровыми . Мощность такого разряда могла достигать сотен ватт при длинах волн до нескольких тысяч метров и дальности связи - сотни километров.

По мере того, как радиофизика более точно постигала законы распространения электромагнитных волн в пространстве, а техника создавала новые, более совершенные устройства, радиосвязь осваивала все новые и новые диапазоны радиоволн. Сейчас диапазон используемых волн от 10 километров (сверхдлинноволновая радиосвязь с объектами, находящимися под водой) до нескольких сантиметров.

Несколько слов о второй ветви радио - радиовещании. Газета без бумаги и без расстояний - это определение радиовещания справедливо и сегодня. Радиовещание возникло в середине 20 годов и сразу стало в первый ряд средств массовой информации (СМИ), благодаря возможности одновременного охвата огромной аудитории и очень высокой оперативности. Сейчас в мире существуют десятки тысяч радиовещательных станций, обеспечивающих информацией практически все население Земли, включая и тех людей, которые не умеют читать. Голос диктора доносит до нас новости, едва они возникают, и мы через радиоприемник как бы связаны со всем миром. Радиовещание вместе с телевидением занимают достойное место во всемирной сети электросвязи, и в обозримом будущем их роль и влияние на человечество будут только возрастать.

Телевидение и видеотелефон подтвердили истину: Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать . Видимо она и послужила стимулом в одном из выдающихся изобретений человека в области передачи информации - телевидения.

Этот вид электросвязи дает нам возможность непосредственного наблюдения за событиями, происходящими зачастую за десятки тысяч километров от нас (например, в Австралии или в Америке).

Работы по исследованию возможности передачи на расстояние изображений начались практически одновременно с возникновением электросвязи. Передача неподвижных изображений была внедрена на сети уже к середине 20-х годов. Это был фототелеграф с механическими устройствами развертки и вакуумными фотоэлементами в качестве преобразователей светового сигнала в электрический. Об-

ратное преобразование осуществлялось специальными лампами накаливания. Эта система была непригодна для передачи подвижных изображений из-за очень малой скорости развертки (движения светового луча по изображению).

В начале 30-х годов была сделана попытка передать подвижное изображение по радио с помощью также механической развертки с использованием изобретения инженера Нипкова - диска Нипкова. Эта попытка была успешной, но изображение на приеме было очень малым по размеру и тусклым. Его мог наблюдать только один человек. Крометого, этот способ не обеспечивал передачу подвижных изображений. В середине 30-х годов, благодаря применению электронно-лучевых трубок, в США, Германии и СССР почти одновременно были проведены работы по практической передаче подвижных изображений с помощью радиосредств. С конца 30-х годов телевидение, в его почти современном виде, заняло свое место в сети электросвязи и в СМИ.

Телевизионные сети в начале своего развития были только местными, но по мере развития и совершенствования средств электросвязи ареал их действия все больше расширялся. Сейчас он достиг глобальных масштабов, используя для вешания почти все виды линий связи.

На базе достижений телевидения был разработан и новый вид индивидуальной связи - видеотелефон, который сейчас все шире внедряется в сеть. Принципиальное отличие видеотелефона от телевидения состоитвтом, что видеотелефон нетребует передачи изображения с быстрыми изменениями, нам достаточно видеть лицо собеседника, его мимику и жесты. А это возможно обеспечить, используя значительно более узкую полосу частот, чем при передачах быстрых изображений.

Так, для телевидения со стандартом передачи 25 кадров (50 полукадров) в секунду с 625 строками в каждом из них требуется полоса частот шириной около 6 МГц, а для видеотелефона с примерно половинными значениями частоты кадров и количества строк достаточно полосы в несколько сотен килогерц. Экран видеотелефона имеет небольшие, по сравнению с телевизионными кинескопами, размеры: 7,5... 15 сантиметров по диагонали (от 3 до 6 дюймов), а его яркость и контрастность достаточны для хорошего восприятия изображения на расстоянии 1...1,5 метра.

Сети видеотелефонной связи функционируют в США, Великобритании, Франции. Сейчас ведутся разработки, направленные на еше большее сужение полосы частот видеотелефона за счет цифровой обработки видеосигнала. Это позволит значительно приблизить видеотелефон к массовому потребителю и снизить его стоимость.

Передача данных - это самый молодой из видов электросвязи, возникший и получивший невиданно быстрое развитие, благодаря широкому распространению в мире электронно-вычислительных машин (ЭВМ) различного назначения, от крупнейших вычислительных комплексов с огромными базами данных (сотни и тысячи миллиардов элементарных единиц информации - бит) до скромных персоналок в квартирах и небольших офисах.

Появился новый потребитель, и потребовался новый вид связи. Старый добрый телеграф оказался слишком неповоротливым для этой новой клиентуры. Его предельная скорость передачи не превышала нескольких сотен элементарных посылок в секунду (Бод), а для даже очень маломощных ЭВМ с тактовыми частотами 4...8 МШ требовалось вводить информацию и выводить результат ее обработки несравненно быстрее. Для мощных машин скоростьввода/выводадолжнабытьещевыше.если мы хотим их производительно использовать (более 200 МГц). Это особенно важно, если нужно обеспечить межмашинную связь в реальном масштабе времени.

Современные устройства передачи данных и сети электросвязи в состоянии обеспечить скорости передачи от нескольких сотен до миллионов бод. Устройства для обычного абонентского участка - модемы и факс-модемы - обеспечивают скорости до 28 ООО Бод, а если до абонента доведен основной цифровой канал (ОЦК), то скорость передачи данных может возрасти до 56000 Бод.

Если ранее в СССР сеть передачи данных представлялась отдельным звеном общегосударственной сети электросвязи, не связанным с сетью общего пользования, то сейчас в СНГ имеет место общемировая точка зрения на этот вид связи, как органическую часть общедоступной сети. Это значительно повысило требования ко всем участкам сети, а также к устройствам, которые обеспечивают передачу данных. Объемы информации, которая передается по сети передачи данных, возрастают более высокими темпами, чем в других сетях, а современные ЭВМ требуют все более высоких скоростей передачи. Все это способствует разработке новых, более совершенных методов и средств, применяемых в электросвязи.

Интернет - сеть компьютерных сетей, соединенная проводами, телефонными линиями, радио и спутниковой связью. Сейчас Интернет охватывает весь земной шар, и никто не сможет сказать точно, сколько миллионов компьютеров объединены этой информационной магистралью. У этой сети нет официального начальства или организации, разрабатывающий правила пользования, хотя эти правила существуют. Каждый компьютер сети имеет собственное имя.

Вы можете подключить свой персональный компьютер к Интернет через провайдера (представителя услуги интернет) по телефонной сети при помощи модема - это довольно просто.

Информация, которую можно найти в Интернет, очень разнообразна -:- тексты, картинки, программы, видеоклипы, звуки и т.д.

Основные услуги Интернет:

- Электронная почта (e-mail) - прием и передача текстовых сообщений - наиболее распространенная услуга. При помощи e-mail можно иметь доступ практически к любым услуиам Интернет

- WWW (Word Wide Web) - информация на любую тему (текст, изображения, звук), оформленный и виде красочного гипертекста. Отметив заинтересовавшее Вас слово, Вы попадаете на соответствующую страничку WWW.

- Конференции Usenet -тысячи групп, объединенные общностью интересов, обменивающихся новостями. Круг интересов очень разнообразен: здесь можно найти почти все.

- IRC - передача разговора, компьютерная телефония, видеоконференции.

- File transfer protokol (ftp) - передача файлов. Существуют целые библиотеки разнообразной информации и программ.

- Telnet - возможность подключения в файловую систему другого компьютера.

Интеграция - объединение всех видов передачи информации - тенденция нашего времени. В пор-ледние десятилетия, когда в сеть электросвязи на всех ее участках началось крупномасштабное внедрение цифровых систем передачи информации и цифровых коммутационных узлов, создалась возможность организации интегрированного (объединенного) вида электросвязи. В ней абоненту может быть предоставлен любой из перечисленных ранее видов связи при условии, что его абонентский терминал и абонентская линия обеспечат соответствующий стык с сетью.

В этом случае совершенно безразлично, что будет передаваться: речь, видеозапись, данные или телеграмма. При выполнении определенных технических требований и установленного протокола взаимодействия интегрированная система предоставит пользователю соединение, которое полностью удовлетворит поставленным требованиям.

Эта система получила название цифровой сети интегрированного обслуживания - ЦСИО, а в английской транскрипции ISDN. В настоящее время на территории СНГ уже есть несколько региональных сетей, получивших доступ к ЦСИО.

ГЛАВА 1

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ТЕЛЕФОННОЙ СЕТИ

1.1. Линии связи - основа сети

Как утверждает практика - лучший критерий оценки любой теории - для того, чтобы связать сеть нужна, как минимум, веревка. Такой веревкой в сети электросвязи являются линии связи. Они различны по виду среды распространения и месту применения в сети. Первыми в исторической последовательности практического использования стали линии связи на основе металлических (в основном, медных) проводов, обеспечивавших передачу сигналов постоянным током на значительные расстояния. Как это не удивительно, но первые опыты телеграфной связи проводились на линиях, которые по своей конструкции .могут быть отнесены к кабельным. Но в силу несовершенства изолирующих материалов (на рубеже XVIH - XIX вв.) и громоздкости таких конструкций специалисты стали использовать голые провода, разделив их очень простым и дешевым изолятором - воздухом.

Воздушные линии связи (ВЛС) предельно просты по консфукции: деревянный (реже металлический) столб - опора, на которой укреплены фарфоровые изоляторы, к которым крепятся провода. Расстояние между опорами, в зависимости от климата местности, может составлять от 20 до сотен метров (например, при переходах через реки или ущелья в горах). Высота опор зависит от количества проводов на линии и способа крепления изоляторов к

опоре. Существует два типа ВЛС, их конструкции показаны на рис. 1.1 и 1.2.

Основной древесной породой для опор и траверз является сосна, реже лиственница или другие хвойные породы. Для предотвращения гниения древесину пропитываютспециальными антисептически ми веществами (например, креозотом). Подземную часть опоры дополнительно защищают от грызунов и древоточцев обмазкой защитно-отпугивающими веществами. До 50-х годов ВЛС преобладапи во всем мире. Еще сегодня сельская телефонная сеть России и Украины и даже местные сети сельскохозяйственных штатов США продолжают использовать ВЛС, как наиболее дешевые и ремонтопригодные.

В свое время на базе ВЛС строились и эксплуа-тировалисьлинии междугородной и международной связи протяженностью многие тысячи километров - Индо-европейский телеграф, линия Москва-Хабаровск и т.п. С конца XIXстолетия ВЛС широко использовались в телефонных сетях крупных городов с несколько измененной, по сравнению с описанными, конструкцией. Вместо деревянных опор использовались металлическиетрубчатыестойки с металлическими траверзами. До наших дней эти конструкции сохранились в некоторых городских трансляционных сетях.

фарфоровый изолятор

опора

опора

Рис. 1.1. Опора ВЛС крюкового профиля

Рис. 1.2. Опора ВЛС граверзного профиля

Кабельные линии связи своим названием обязаны английскому слову cabel . В дословном переводе это слово значит то же, что и слово канат - веревка, свитая из многих жгутов волокон, также свитых вместе.

В отличие от каната, кабель представляет собой один или много (досотен) жгутов изолированных друг от друга проводов, свитых по строго определенным правилам и заключенных в общую оболочку.

Основу любого кабеля связи составляют элементарные жгуты - пары или четверки одинаковых по сечению медных или алюминиевых проводов, каждый из которых изолирован друг от друга. Такие кабели носят название симметричных и используются на всех участках сети электросвязи: от абонентских линий местной телефонной сети до международных линий связи. Диаметр проводов (жил) таких кабелей, в зависимости от участка применения и металла жил, может изменяться в пределах от0,32 до 1,8 мм. Количество пар проводов может достигать 1400 в низкочастотных кабелях крупных городских сетей. Оно может быть и очень малым в кабелях абонентской проводки в западном стандарте (кабели AWG имеют емкость 2 пары).

По виду передаваемых сигналов, кабели подразделяются на низкочастотные (сигналы с частотой до нескольких килогерц) и высокочастотные (сигналы с частотой больще 12 кГц).

Предельные частоты сигналов для таких кабелей связи составляют до 4 М Гц. На двух парах проводов (каждая в отдельном кабеле) можно организовать более 1000 одновременных телефонных связей (каналов), разнесенных по частоте.

свинцовая оболочка поясная изоляция

повив

элементарный пучек 10x2 пара

токопроводящая жила

Особняком в семействе кабелей с металлическими проводами стоят коаксиальные (несимметричные) кабели. В них пара проводов представляет собой два цилиндра, имеющих общую ось и размещенных один внутри другого. Такая конструкция Вам наверняка знакома, если Вы хотя бы один раз меняли антенный щтеккер Вашего телевизора. Антенный кабель телевизора - коаксиальный, но его наружный цилиндр не сплошной, а сплетен из тонких голых медных проводов. Между внешним и внут-ренним проводником находится изолятор. В телевизионном кабеле он сплошной, но в кабелях связи изолятор выполняется либо в виде отдельных шайб, одетых на внутренний проводник, либо в виде спирали, навитой на него с определенным шагом.

Обычно в коаксиальном кабеле располагается от 4 до 12 таких пар проводников, причем они могут отличаться друг от друга своими диаметрами. Стандартным является соотношение диаметров внутреннего и внешнего проводников 2,6/9,5 мм (для медных), но могут использоваться пары и меньших (1,44/5,2 мм) и больших (5/18 мм) диаметров. Частотный диапазон таких кабелей составляет десятки мегагерц. Примеры конструкций симметричного низкочастотного и коаксимального кабелей показаны на рис. 1.3 и 1.4.

Оболочка кабелей связи вначале выполнялась только из свинца из-за его эластичности, термо- и водостойкости и легкости изготовления. Сейчас кабельные оболочки большинства типов кабелей выполняются из различных пластикатов. в основном на базе поливинилов, а также из алюминия и даже из стали. Изоляция жил в низкочастотных кабелях может выполняться из бумаги и винилов, а высокочастотных, в том числе и коаксиальных, из стирофлексов, подвергнутых специальной радиационной обработке (старению).

Кабельные линии связи сейчас доминируют практически во всем мире, и по ним проходит наибольшее количество сообщений всех видов электросвязи.

изолирующая шайба

центр, жила коакс. пары

наружный проводник

свинцовая поясная оболочка изоляция

изоляция коаксиальной /

пары симметричная четверка жил

Рис. 1.3. Конструкция симметричного низкочастотного кабеля со свинцовой оболочкой

Рис. 1.4. Конструкция коаксиального кабеля марки КМГ-4

Термин радиолинии возникодновременно с изобретением радио и его использованием для передачи информации на большие, по сравнению с проводными линиями того времени, расстояния.

Радиосвязь довольно долгое время развивалась самостоятельно, используя ряд несомненных преимуществ: большие расстояния и возможность связи с объектами, которые перемещаются (корабли, летательные аппараты, автомобили и т.п.). Совершенствование средств радиосвязи и освоение сначала коротких, а затем и ультракоротких волн, оказало большое влияние и на развитие электросвязи в целом, так как многие из устройств радиосвязи нашли применение и широко используются в технике проводной связи.

Однако полномасштабное внедрение радиолиний в сеть электросвязи можно отнести к второй половине 50-х годов, когда началось строительство наземных радиорелейных линий прямой видимости. Эти линии, используя диапазон дециметровых, а затем и сантиметровых волн, могут обеспечить качественную передачу сигнала на расстояния в несколько десятков километров. В зависимости от рельефа местности и высоты мачты, на которой располагаются приемные и передающие антенны, это расстояние может достигать 50-60 км. На каждом ретрансляционном пункте радиорелейной линии связи (РРЛС) радиосигнал усиливается и преобразовывается таким образом, чтобы исключить влияние одного участка РРЛС на соседние. Дальность связи на таких линиях может составлять тысячи километров, а количество организованных каналов связи исчисляется несколькими тысячами.

Качество связи на РРЛС зависит от метеоусловий (туман, снег) и внешних электромагнитных вли-

яний (северные сияния, магнитные бури), поэтому их сложно применять в северных широтах и местах с неустойчивым климатом. Основное преимущество таких линий - меньшая стоимость строительства и меньшая площадь занимаемой земли, что очень важно для развитых сельскохозяйственных районов.

В последние годы в сеть электросвязи все больше и больше внедряются спутниковые и космические линии связи. Принцип их работы такой же, как и у РРЛС прямой видимости, но ретрансляционные станции находятся на искусственных спутниках Земли (ИСЗ). Особенность использования такихлиний для связи двух наземных пунктов друг с другом заключается в том, что сигналу здесь приходится преодолевать значительно большие расстояния, из-за чего становится ощутимым эффект эхо. Так как высота орбиты стационарного ИСЗ более 36 тысяч километров, и сигналу приходится преодолевать его дважды, становится ощутимым и время распространения - около 0,25 с. Поэтому во время телефонного разговора потакой линии не следует перебивать друг друга, а дать собеседнику выговориться до конца и лишь потом отвечать.

Несмотря на высокую стоимость запуска ИСЗ на орбиту (до 100 млн. долларов США) и относительно небольшой срок их службы (5-7 лет), эти линии довольно успешно конкурируют с наземными. С каждым годом объем информации, который через них передается, возрастает. Организация связи с помощью радиолиний различных типов предстаапена на рис. 1.5.

Удельный v&c радиолиний во всемирной сети электросвязи с каждым годом 1юзрастает, особенно за счет местных сетей, где вьюокими темпами внедряются системы сотовой связи, использующие диапазоны частотой 0.9...1.8 ГШ (длины волн 3,33. .1,66 дециметра).

Рис. 1.5. Радиолинии связи

а) Радиорелейная линия 1,4- Конечные пункты РРЛС 2, 3 - Промежуточные пункты РРЛС, осуществляющие преобразование и усиление сигнала

б) Топосферная радиолиния 1,2 - Приемопередающие станции 3 - Топосферный слой атмосферы Земли

в) Спутниковая радиолиния 1,2- Приемо-передающие пункты

3 - Стационарные ИСЗ

4 - Зона уверенного приема сигнала

с ИСЗ

Волоконно-оптические линии (ВОЛС) сравнител ь-но молоды. Хотя световые сигналы использовались людьми еще в доисторические времена в виде костров на вершинах холмов или дымовых сигналов. Затем пришло время гелиографов, оптических телеграфов. И сейчас световые сигналы широко используются на флоте и для визуальной сигнализации в различных случаях.

Однако для целей связи (в современном ее понимании) обычный свет неприменим, ведь источники такого света - электромагнитного излучения с длинами волн от 1 нанометра до 1 миллиметра - излучают его неравномерно по времени и практически во всем диапазоне длин волн. Это обусловлено структурой самого источника (лампы с нитью накала, газонаполненные лампы, электрическая дуга и т.д.) и особенностями физических процессов, происходящих в них.

Использовать световое излучение в полной мере для целей связи стало возможным лишь после изобретения лазера - источника, который дает высокостабильный по длине волны и мощности световой луч. Физики называюттакойлуч/соге/;еи/пн()Ы;. Чтобылуч-ше понять особенности элхэго излучения, позволим себе такое сравнение: ярмарочная толпа с хаотическим движением ее посетителей и действия воинского строя, где все выполняется по единой команде одновременно. Только сигнал такой структуры способен переносить огромный объе.м информации, обеспечивая при этом необходимое соотношение между полезным сигналом и помехами.

Опыты по созданию оптических линий связи начались еще в 60-х годах, но внедрение их в сферу электросвязи стало возможным к концу 70-х годов.

Были сконструированы маломощные лазеры непрерывного излучения, а затем и подобрана подходящая среда распространения такого сигнала. Этой средой стали волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), защищенные от внешних влияний гонкие стеклянные волокна - световоды.

Световое излучение распространяется по такому волокну благодаря многократным отражениям от границы двух слоев стеюта разной прозрачности (с разными коэффициентами преломления, как говорят физики). Конструкция световодного волокна и схема ВОЛС приведены на рис. 1.6.

Качество связи на таких линиях очень сильно зависит как от однородности стеклянного волокна по всей его длине, так и от количества стыков и качества их выполнения. Поэтому при производстве волокна соблюдаются чрезвычайные меры по чистоте исходного материала (кварцевого песка) и точности исполнения технологических процессов. Для стыковки волокон применяются устройства, обеспечивающие точную обрезку и сварку в стык ю-локон.

ВОЛС в состоянии обеспечить передачу многих сотен тысяч телефонных или сотни телевизионных каналов связи одновременно на большие расстояния (с использованием промежуточных пунктов). ВОЛС не подвержены влиянию посторонних электромагнитных процессов (электрических разрядов, магнитных бурь, работы всякого рода радиостанций и тп.). Экономически их использование выгодно, ведь в них не применяются дефицитные цветные металлы.

В настоящее время ВОЛС используются на всех участках всемирной сети электросвязи - от абонентских до межконтинентальных. Оптические волокна объединяются в кабели. Количество 1ЮЛОКОН в одном кабеле может быть от 2 до нескольких десятков.

а) ВОЛС - принцип действия:

1 - источник излучения (упрашшсмый лазер);

2 - источник сигнала;

3 - приемник излучения (фоточувстни гсльнос

устройство);

4 - приемник сигнала;

5 - световолный тракт;

6 - полупрозрачное стекло (фвнииа отражения);

7 - световой луч.

б) Разрез волокна:

1 - световодное стекло;

2 - полупрозрачное стекло;

3 - защитный слой (пластикат).

в) Конструкния волоконно-оптического кабеля:

1 - оптические волокна;

2 - стальной трос, обеспечивающий прочность;

3 - пластикат.

Рис. 1.6. Световодная линия

1.2. Основы построения сетей электросвязи

Базовые принципы построения сетей электросвязи рассмотрим коротко. Сеть электросвязи - это комплекс технических средств, используя которые по определенному протоколу взаимодействия абонент этой сети может передать сообщение другому абоненту. Это сообщение может быть передано в реальном времени (непосредственно), но может быть и неодновременным, т.е. запаздывающим. Однако оба эти случая едины в том, что для передачи сообщения требуется определить пути, по которым пройдет сообщение, и выполнить процедуры соединения на нескольких отдельных узлах сети разного уровня.

Самым простым решением этой проблемы видится такая схема сети, в которой каждый ее абонент связан непосредственно со всеми остальными. Эта схема так и называется: каждый с каждым (рис.1.7.а). Она не требует промежуточных узлов, в которых нужно осуществлять коммутацию. Вспомним, что в мире более 900 млн. только телефонов, и попробуем представить себе, как к Вашему аппарату подтянуть 899 999 999 пар проводов, не говоря уже о том, как обеспечить нормальную слышимость между Вами и абонентом, например, в Новой Зеландии. Практически это невозможно. Такой принцип построения сети между отдельными абонентами встречается очень редко в некоторых производственных сетях. Однако этот принцип нашел практическое воплощение в организации связи между достаточно крупными узлами сети электросвязи.

Более экономичным и гибким оказался следующий принцип: достаточно больщая группа абонен-

тов (сейчас до 30 тысяч) включена в один узел, и каждый из них может получить соединение с любым другим через этот узел. Эта схема носит название радиальной (рис. 1.7.6) и используется на самом нижнем уровне сетей электросвязи - местной сети (телефонной, телексной, передачи данных, кабельного телевидения, проводного вещания и т.п.). Основным критерием качества работы такой схемы является количество одновременных соединений, которое может осуществить центральный узел этой сети. Современные автоматические телефонные станции различных систем могут одновременно обеспечить связью от 25 до 100% абонентов.

При построении сетей электросвязи используется и такой принцип, когда каждый из пунктов связан с двумя другими, и вся эта цепь замкнута в кольцо. Этот принцип так и назван кольцевым (рис. 1.7.в). Не следует забывать и о самом простом принципе - линейном - когда все пункты находятся на одной линии. Графическое изображение этой сети показано на рис 1.7.г

Теперь можно представить себе сложную сеть, построенную из различных комбинаций перечисленных выше принципов. Еще более сложной будет сеть, если мы учтем иерархию ее звеньев. Исторически сложилось так, что формирование современной сети электросвязи начиналось везде одинаково, с местных телефон ных сетей, к рассмотрению которых мы и приступим.

Рис. 1.7. Типовое построение сетей а - каждый с каждым, б - радиальный с узлом, в - кольцевой г - линейный

Местные сети - базовое звено вышестоящих сетей, самый нижний, но наиболее важный уровень любой сети электросвязи. Ее технические средства обеспечивают непосредственное удовлетворение потребностей пользователей в связи, она обеспечивает основной доход предприятий электросвязи. Буде.м рассматривать местные сети на примере телефонной сети. Местные телефонные сети имеют две разновидности:

- городские телефонные сети (ГТС);

- сельские телефонные сети (СТС).

Это деление сложилось и утвердилось в силу специфических отличий городов и сельских .местностей, заключающихся в следующем:

- плотность населения в городах гораздо выше, чем в сельской местности;

- протяженность абонентских линий (АЛ) на СТС в несколько раз больше, че.м на ГТС;

- емкость одной АТС на ГТС может достигать нескольких десятков тысяч номеров, а СТС может иметь несколько десятков;

- в городах, особенно в больших, практически невозможно использовать воздушные лин ии, а в СТС они еще широко используются.

Первыми рассмотрим ГТС и их самый нижний уровень - районные АТС. На этом участке сети используется только один принцип построения - радиальный с узлом . Все АЛ этой станции сходятся к ней со всего ее района обслуживания непосредствен но или, в последнее время особенно, через так называемые выносы (цифровые АТС) и подстанции (электромеханические АТС).

Абонентская емкость такой сети при четырехзначной (0001 ...9999) нумерации и принятой в СНГ системе нумерации спецслужб (первый знак О ) выхода на междугородную сеть ( 8 ) может быть не более 8000 номеров. Но четырехзначной абонентской нумерации на территории СНГ и большинства стран мира нет. Поскольку требуется обеспечить стандартную систему, то для местной сети минимальной емкостью выбрано 100 тысяч, что дает 5 знаков абонентского номера. Первый знак не может быть (по причинам, изложенным выше) ни О , ни 8 и дает номер станции, а четыре последующих знака - номер абонента. Таким образом, в восьми станциях могут быть абсолютно одинаковые номера абонентов, отличающиеся только по первому знаку.

Если количество абонентов телефонной сети города достигает предельного значения (8000, 80 ООО, 800000 абонентов), то следует переходить к большей по знакам системе нумерации, а следовательно, к более сложной по построению сети ГТС.

В такой сети появляются узлы более высокого ранга (уровня) - узловые станции. Сети с количеством абонентов до 800 ООО, в принципе, могут не иметь таких узлов, но тогда все районные АТС дол-

жны быть связаны друг с другом по принципу каждая с каждой . Это экономически невыгодно из-за больших затрат на строительство соединительных линий (низкочастотный кабель достаточно большой емкости или дорогой высокочастотный с каналооб-разующей аппаратурой) и низким коэффициентом их использования. Эта схема построения сети очень консервативна, а в случае ее реконструкции затраты могут быть сравнимы с новым строительством.

Дальнейшее расширение сети (шестизначная нумерация) без узлов невозможно. В каждом стотысячном звене такой сети выход на другое такое же звено обеспечивают исходящие (УИС) и входящие (УВС) узлы. Они же обеспечивают связь и своих районных АТС друг с другом.

УИС и УВС соединяются каждый с каждым и с автоматической междугородной телефонной станцией. В такой схеме построения сети практически используются все базовые принципы. Схема такой сети (с семизначной абонен тской нумерацией) приведена на рис. 1.8. Такая нумерация соответствует емкости местной сети 8000 000 номеров и является предельной не только для местной, но и для более высокой по уровню зоновой сети.

А теперь о второй разновидности местной сети - сельской (СГС). Сельская телефонная сеть строится несколько по- другому, чем городская. Если основным низовым узлом на ГТС является районная АТС, то на СТС узлом нижнего звена является оконечная станция (ОС). Такие станции располагаются в небольших населенных пунктах, и их емкость может колебаться в пределах от нескольких десятков номеров до примерно 200. ОС могут быть любой системы, которая в состоянии поддерживать взаимодействие с вышестоящим звеном и обеспечивать связь своих абонентов не только в пределах населенного пункта.

Следующим звеном СТС являются узловые станции (УС), которые обеспечивают нескольким ОС связь друг с другом, а также со следующим в иерар-

Рис. 1.8. Схема районированной ГТС с УВС и УИС

хии узлом. УС является одновременно и оконечной для своего населенного пункта. Емкость УС - несколько сотен номеров.

Наивысшим узлом СТС является центральная станция, которая располагается обычно в центре административного района или равного по уровню административной территориальной единицы.

Емкость УС не превышает восьми тысяч номеров. Она выполняет функции оконечной для абонентов административного центра и узловой для близлежащих ОС. Каждая УС связана с автоматической междугородной станцией своей зоны и обеспечивает выход всех абонентов своей СТС на междугородную и международную сети.

Примерная схема организации СТС приведена на рис. 1.9.

Зоновая сеть является высшим по отношению к местным сетям (ГТС и СТС) и может включать в свой состав несколько десятков таких сетей.

Зона охватывает значительно большую территорию и обслуживает административные образования более высокого ранга, вплоть до целых стран (например, страны Балтии, Молдова, Словакия и т.п.). Зона может обслуживать и один город (Москва) или даже часть города (Нью-Йорки Бруклин). Все зависит от плотности телефонной сети в данном регионе. На территории бывшего СССР существовала 171 зона общегосударственной сети. В России - 81 зона. Остальные разбежались по странам СНГ и Балтии. На Украине - 27 зон.

Центром зоны является зоновая АМТС, которая обеспечивает связь между собой всех ГТС и СТС своей территории, а также их выход на общегосударственную или международную сеть.

Для того, чтобы чрезмерно не загружать зоновую АМТС внутризоновыми соединениями, в зоне мо-

гут создаваться вспомогательные узлы коммутации (УАК). Они обеспечивают связь между теми местными сетями, которые испытывают друг к другу большое тяготение.

Примерная схема организации зоновой сети телефонной связи представлена на рис. 1.10.

Общегосударственная сеть может включать в свой состав от одной до нескольких сотен зоновых сетей. Построение такой сети зависит от телефонной плотности в разных регионах, взаимного тяготения регионов, конфигурации территориальных образований и их размеров и т.п.

Для более эффективного использования линий связи на сетях стран строятся специальные коммутационные узлы, функции которых отличны от АМТС. Если основной функцией АМТС в зоне является обеспечение выхода на междугородную сеть абонентов зоны, то функцией узла коммутации является обеспечение связи между АМТС разных зон. Местом расположения АМТС является обычно достаточно крупный административный центр, а узел коммутации, как правило, располагается в местах пересечения мощных линий связи, что в силу многих причин выполняется вдали от больших городов.

Узлы автоматической коммутации (УАК)также имеют свою иерархию. УАК второго ранга (УАК2)-более низкое звено - охватывает несколько зон, а УАК первого ранга (УАК1) - несколько регионов УАК2.

На сети страны может быть несколько УАК1, которые соединяются друг с другом по принципу каждый с каждым . В том случае, когда между некоторыми регионами УАК2 существует значительное взаимное тяготение, то между ними организуется непосредственная связь, чтобы эта нагрузка не проходила через УАК1. Такой же прием используется и в случаях взаимного тяготения друг к другу зоновых АМТС.

К зоновой АМТС ОСОЗ

Рис. 1.9. Схема организации СТС

Рис. 1.10. Схема построения зоновой сети