3.1. Общие свойства физического слоя
Известно, что ядро ‑ физический слой телекоммуникационной транспортной сети (ТТС) представляют три направляющие среды передачи:
радиоэфир ‑ открытое пространство;
металлические (медные, биметаллические и стальные) проводные линии на основе симметричных, коаксиальных кабелей связи и ПВЛС;
волоконно-оптические линии связи (ВОЛС).
Эти три направления имеют достаточно большое число различных видов [4, 16]:
1. Открытое пространство:
1.1. Радиолинии;
1.2. Радиорелейные линии;
1.3. Cпутниковые системы связи;
1.4. Aтмосферные оптические линии связи.
2. Металлические проводные:
2.1. ПВЛС – постоянные воздушные линии связи (стальные, медные, биметаллические);
2.2. Cимметричные кабельные линии, симметричная пара / "витая пара";
2.3. Kоаксиальные кабельные линии связи;
2.4. Волноводные линии, линии поверхностной волны;
2.5. Использующие эффект сверхпроводимости.
3. Волоконно-оптические линии связи.
Средства электросвязи и в открытом пространстве и в металлических и волоконных направляющих системах ‑ линиях используют весь спектр от сверхнизких частот до частот оптического диапазона. Сведения об использовании электромагнитного диапазона различными транспортными технологиями можно найти, например, в [16].
Системы, использующие открытое пространство, требуют отдельного рассмотрения. Волноводные линии и линии, использующие сверхпроводимости в силу их ограниченного применения не рассматриваются.
В табл. 1.1 приведены основные типы направляющих сред: воздушные и кабельные линии связи с указанием диапазона частот или скорости цифрового потока, и числа каналов МСП, которые практически использовались на данных линиях связи.
Из табл. 1.1 можно видеть, что на ПВЛС цифровые системы передачи (ЦСП) вообще не используются, на кабельных линиях связи (КЛС) с металлическими проводниками аналоговые многоканальные системы передачи с частотным разделением каналов (АСП / МСП с ЧРК) превосходят ЦСП по числу организуемых каналов.
Табл. 1
В АСП / МСП с ЧРК
значительно эффективней использовался
частотный диапазон, что очень важно в
КЛС, имеющих частотно-зависимые
характеристики
коэффициента
затухания ‑ α, дБ/км,
в которых
затухание сигнала увеличивается примерно
пропорционально
корню квадратному от частоты сигнала,
т. е.:
подобно
фильтру нижних частот, а защищенность
между соседними парами с ростом частоты
понижается и т. д.
Для теории "дальней связи", "многоканальной телефонии" и т. д. этого периода характерны классические задачи передачи сообщений:
повышение пропускной способности или более эффективное использование передающей среды;
повышение помехозащищенности, борьба с "внутренними" и "внешними" помехами, по причине низкой помехоустойчивостью передающих сред.
Ситуация меняется коренным образом с появлением волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП). В 1970 г. компания Corning Class Woob изготовила оптическое волокно (ОВ) с α, дБ/км порядка 20 дБ/км и в течение 10 лет практически довела α, дБ/км ОВ до теоретического предела 0,2 дБ/км. Не рассматривая историю ОВ, покажем только предлагаемую к настоящему времени потенциальную пропускную способность одномодового оптического волокна (ООВ) ‑ рис. 1.7.
Потенциальная пропускная способность ООВ оценивается примерно в 60 ТГц [4]. Некоторые исследователи называют цифры в 100 и даже 1000 ТГц.
Пример 3.1. Ориентировочно оценим ширину полосы оптического диапазона от λ1= 1200 нм до λ2 = 1620 нм. Зная величину скорости света в вакууме с = 2,997×108 м/с, (округленно 3×108 м/с) из формулы f = с/ λ, для λ1 и λ2 получим соответственно f1 = 250 ТГц и f2= 185 ТГц. Следовательно, интервал между частотами ΔF ≈ f1 ‑ f2 = 65 ТГц Для сравнения: весь диапазон частот от звукового диапазона до верхней частоты диапазона СВЧ составляет только 30 ГГц, а ультра СВЧ — 300 ГГц (см., например, [17]), т. е. в 2000...200 раз меньше оптического |
Рис. 1.7. Характеристика коэффициента затухания оптического волокна
Волоконно-оптическая среда, наряду с высокой пропускной способностью, обладает прекрасными передающими свойствами, т. е. исключительно малой величиной затухания, незначительными линейными и нелинейными искажениями и высокой защищенностью от внешних влияний. В связи с этим упомянутые традиционные задачи техники связи незаметно ушли на второй план, выдвигая на передний фронт задачи освоения пропускной способности оптического волокна.
За 20 лет коммерческое использование пропускной способности волокна возросло в 10 000 раз (рис. 1.8). Анализ прогнозов показывает [5], что фактические сроки освоения пропускной способности опережали предсказанные на 3-4 года, а иногда на 8 лет.
Рис. 1.8. Рост освоения пропускной способности оптического волокна на протяжении 1980…2003 гг.
(значения пропускной способности: М = 106 бит/с; Г = 109 бит/с, Т = 1012 бит/с)
В настоящее время стратегическое направление развития транспортных технологий в базовой ТТС и сетях доступа определяется использованием двух сред ‑ открытого пространства в радио и световом диапазоне и ВОЛС.