Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Юго-Западный государственный университет» (ЮЗГУ)

Факультет информатики и вычислительной техники

Кафедра Телекоммуникации

Конспект лекций

по дисциплине «Системы и сети связи с подвижными объектами»

для направления образования 210400.62 - «Телекоммуникации»,

специальности 210402.65 «Средства связи с подвижными объектами»

Составитель преп. А.Е.Севрюков

Курск 2011

Тема1: «Классификация телекоммуникационных систем»

Вопросы: 1.Общие принципы построения систем радиосвязи

  2. Классификация СССПО

Под телекоммуникационными системами (ТС) принято понимать структуры и средства,  предназначенные для передачи больших объёмов информации (как правило, в цифровой форме) посредством специально проложенных линий связи или радиоэфира. При этом предполагается обслуживание значительного количества пользователей систем (от нескольких тысяч). Телекоммуникационные системы включают такие структуры передачи информации, как телевещание (коллективное, кабельное, спутниковое, сотовое), телефонные сети общего пользования (ТфОП), сотовые системы связи (в том числе макро- и микро- сотовые), системы персонального вызова, спутниковые системы связи и навигационное оборудование, волоконные сети передачи информации.

Следует отметить, что основным требованием к системам связи является отсутствие факта прерывания связи, но допускается некоторое ухудшение качества передаваемого сообщения и ожидание установления связи.

Типы телекоммуникационных систем

По назначению телекоммуникационные системы группируются следующим образом:

-      системы телевещания;

-      системы связи (в т.ч. персонального вызова);

-      компьютерные сети.

По типу используемой среды передачи информации:

-      кабельные (традиционные медные);

-      оптоволоконные;

-      эфирные;

-      спутниковые.

По способу передачи информации:

-      аналоговые;

-      цифровые.

Системы связи подразделяются по мобильности на:

-      стационарные (традиционные абонентские линии);

-      подвижные.

Подвижные системы связи подразделяются по принципу охвата зоны обслуживания:

-      на микросотовые - DECT;

-      сотовые - NMT-450, D-AMPS, GSM, CDMA;

-      транкинговые (макросотовые, зоновые) – TETRA, SmarTrunk;

-      спутниковые.

Вопрос 2. Классификация ссспо

Для обмена информацией между подвижными объектами на суше, в морском и воздушном пространстве, в космосе используются системы связи с подвижными объектами, в которых обычно система подвижной радиосвязи интегрируется со стационарной сетью связи общего пользования.

В дальнейшем под ССПО будем понимать совокупность техниче­ских средств (радиооборудование, коммутационное оборудование, со­единительные линии и сооружения), с помощью которых можно предос­тавлять подвижным абонентам (ПА) связь между собой и с абонентами телефонной сети общего пользования (ТФ-ОП).

Системы связи с подвижными объектами принято классифицировать (по виду подвижных объектов) на морские, воздушные и сухопутные.

По принципам построения сухопутных ССПО различают ССПО с большими (вплоть до зоны "освещения" спутником) и малыми зонами обслуживания. Они могут быть радиальными, радиально-зоновыми и территориальными.

Радиальными называются системы, обеспечивающие связь абонентов на большой территории. Свободный доступ ПА ко всем часто­там, имеющимся в системе, позволяет рационально использовать час­тотный ресурс. Однако следует учитывать, что во время сеанса связи ПА занимает дуплексный частотный канал и другие абоненты, находя­щиеся от него даже на большом расстоянии, не имеют возможности использовать этот канал до окончания сеанса связи данного ПА. В ра­диальных системах, как правило, не удается создать равномерную на­пряженность электромагнитного поля от передатчика базовой станции на всей обслуживаемой территории и, следовательно, обеспечить оди­наковое качество связи абонентов. Поэтому радиальные системы ис­пользуются при небольшом числе пользователей системы и с ограни­ченным выходом на ТФ-ОП.

Радиально-зоновые системы позволяют организовать территори­альную систему радиосвязи, как, например, местные зоновые системы радиосвязи, радиальные системы радиосвязи вдоль транспортных ма­гистралей, радиоудлинители телефонных линий для труднодоступных малонаселенных районов.

Территориальные системы имеют сотовую структуру, в которой вся обслуживаемая территория разбивается на небольшие по площади зо­ны, что позволяет обеспечить одинаковое качество связи на всей тер­ритории. В системе имеется возможность повторного использования частот в различных зонах, благодаря чему существенно, по сравнению с радиальными системами, повышается эффективность использования частотного ресурса. Для управления системой требуется разветвлен­ная система проводных и волоконно -оптических каналов связи.

По назначению сухопутные ССПО могут быть системами общего пользования, автономными, специализированными и аварийными.

Сухопутные ССПО общего пользования (ССПО-ОП) предназначе­ны для обслуживания абонентов, независимо от их ведомственной при­надлежности и позволяют им осуществлять выход на другие системы связи общего пользования. Они могут быть сетями радиотелефонной связи и персонального радиовызова. Радиотелефонная ССПО-ОПобеспечивает связь ПА между собой с автоматическим поиском сво­бодного канала, а также с абонентами ТФ-ОП. Система персонального радиовызова обеспечивает передачу кодированных или речевых сооб­щений от абонента ТФ-ОП к ПА и позволяет передать сообщение ПА от любого абонента ТФ-ОП.

Автономные ССПО являются автономные радиотелефонные сис­темы, автономные, системы дистанционного управления ПО, диспет­черские системы персонального радиовызова, системы радиосвязи личного пользования. Автономные системы обладают ограниченным радиусом действия и, как правило, не имеют выхода в ТФ-ОП. К авто­номным системам относят системы радиосвязи, обеспечивающие связь между руководителем работ и подчиненными (в строительстве, про­мышленности и др.), вызов сотрудников через диспетчера в пределах предприятий, строек и др., дистанционное управление ПО в тех случа­ях, когда присутствие человека на ПО опасно или нецелесообразно.

К специализированным сухопутным ССПО относятся диспетчер­ские радиотелефонные системы и радиосистемы передачи данных. Это первые по времени появления (в конце 50-х гг.) и наиболее распро­страненные системы. Диспетчерские радиотелефонные системы обес­печивают связь только внутри определенной службы, позволяют, по­мимо индивидуального вызова, осуществлять групповой вызов, имеют ограниченное время переговоров и обеспечивают выход на ТФ-ОП че­рез диспетчера. Подобные системы нашли широкое распространение на транспорте, в строительстве, в скорой помощи и т.д. Радиосистемы передачи данных обслуживают автоматизированные системы управле­ния производством, технологическими процессами, материально-техническим снабжением, банковские структуры и др. и применяются при необходимости передачи большого объема информации ПО.

Системы аварийной сухопутной подвижной радиосвязи предназна­чены:

- для контроля за состоянием ПО и предотвращения аварийных си­туаций (диспетчерская аварийная ССПО);

оказания помощи при возникновении аварийных ситуаций с ПО (техническая аварийная ССПО), позволяющая вызвать службы право­порядка, охраны, технической и медицинской помощи и т.д.;

- поиска и оказания помощи людям, попавшим в аварийную ситуа­цию (спасательная аварийная ССПО);

- определения координат ПО на территории, обслуживаемой сис­темой (автоматические системы определения местонахождения).

По типам используемых каналов ССПО классифицируются на ана­логовые и цифровые, а по видам передаваемой информации на спе­циализированные (например, радиопереговорные, пакетные, диспетчерские, персо­нального радиовызова и др.) и интегральные. Сухопутные ССПО, в первую очередь ССПО-ОП, могут иметь централизованное либо распределённое управление.

2.1. Классификация СПС РФ

Для нашего времени характерно широкое распространение сис­тем второго поколения и начало развития систем третьего поколе­ния, системы первого поколения постепенно снимаются с эксплуа­тации.

На рисунке представлена классификация сетей подвижной связи Российской Федерации. В РФ сети подвижной связи общего пользова­ния являются частью Взаимоувязанной сети связи (ВСС). В них включены наземные и спутниковые сети подвижной связи общего пользования, с помощью которых абонентам сети предоставляются различные услуги электросвязи, включая связь с абонентами телефонной сети общего пользования (ТФОП) Абоненты получают :доступ в свою сеть с помощью подвижных абонентских термина­лов, которые будем называть абонентскими станциями (АС), по радиоканалу между АС и базовой станцией (БС). Так организована сетъ доступа. Между БС создается транспортная сеть с помощью радиолиний или кабельных линий связи. Сети доступа и транс­фертные сети вместе образуют сеть подвижной связи. Взаимодействие с ТФОП возможно на любом иерархическом уровне: местном, внутризоновом и междугородном.

Рис. 1 Классификация сетей подвижной связи РФ

Наземные сети подвижной связи рассматриваются как основа сетей подвижной связи общего пользования. В тех регионах РФ, где возможен доступ одновременно в обе сети (наземные и спутни­ковые), абоненту преимущественно предоставляется канал связи через наземную сеть, а при выходе из зоны обслуживания назем­ной сети - через спутниковую сеть.

Спутниковые сети подвижной связи в первую очередь должны предоставлять услуги международной и междугородной связи. При этом спутниковые сети также могут поддерживать внутризоновую и местную связь. Спутниковые сети подвижной связи РФ классифи­цированы по видам используемых орбит искусственных спутников Земли (ИСЗ).

Наземные сети разделяют на федеральные и региональные. На основе цифрового стандарта GSM-900 и WCDMA, которые были приняты в качестве федеральных, в РФ организованы федеральные сети. Абоненты этих сетей могут связываться друг с другом через ТФОП.

Региональные сети рассматриваются как дополнение или вре­менное замещение федеральных сетей, но при условии, что они не будут сдерживать развитие последних. Каждая региональная сеть обслуживает только своих абонентов.

В качестве региональных выступают сотовые сети стандартов GSM-900 и WCDMA, радиальные и радиально-зоновые сети, включая транкинговые. Несколько радиальных линий связи можно объеди­нить через центральную коммутационную станцию в радиально-эоновую структуру. Транкинговая сеть организуется на базе специ­альных систем радиосвязи, обеспечивающих многостанционный доступ к небольшому числу радиоканалов с ограниченным выходом в ТФОП либо без выхода в эту сеть, и используется в первую оче­редь для обслуживания абонентов ведомственных сетей.

К региональным наземным сетям относятся также сети персо­нального радиовыэова (СПРВ). Персональный радиовыэов (пейджинг) — это услуга электросвязи, заключающаяся в односторонней передаче коротких сообщений на ограниченной территории по ра­диоканалу. Региональные СПРВ должны включаться в ТФОП на ме­стном уровне. Региональные СПРВ могут быть объединены в феде­ральные. Существуют стандарты для общеевропейской СПРВ

Сотовые структуры принято классифицировать по размерам сот: макросотовые с радиусом R >500м, микросотовые с радиусом 100 м < R < 500м и пикосотовые, для которых радиус R < 100 м.

Системы подвижной связи

Сотовые системы подвижной связи (СПС), сети персонального радиовызова (СПР) и системы спутниковой связи предназначены для передачи данных и обеспечения подвижных и стационарных объектов телефонной связью. Передача данных подвижному абоненту резко расширяет его возможности, посколь­ку, кроме телефонных, он может принимать телексные и факсимильные сообщения, различ­ного рода графическую информацию и пр. Увеличение объема информации требует сокращения времени на ее передачу и получение, в следствие чего наблюдается устой­чивый рост производства мобильных средств радиосвязи (пейджеров, сотовых радиотелефо­нов, спутниковых пользовательских терминалов).

Основное преимущество СПС: подвижная связь позволяет абоненту полу­чать услуги связи в любой точке в пределах зон действия наземных или спутниковых сетей; благодаря прогрессу в технологии производства средств связи созданы малогабаритные уни­версальные абонентские терминалы (AT). СПС представляют потребителям возможность выхода в те­лефонную сеть общего пользования (ТфОП), передачу компьютерных  данных.

К сетям подвижной связи относятся: сети сотовой подвиж­ной связи (ССПС); сети транкинговой связи (СТС); сети персонального радиовызова (СПР); сети персональной спутниковой (мобильной) связи.

Сети сотовой подвижной связи

Среди современных телекоммуникационных средств наиболее стремительно развива­ются сети сотовой радиотелефонной связи. Их внедрение позволило решить проблему эко­номичного использования выделенной полосы радиочастот путем передачи сообщений на одних и тех же частотах, но в разных зонах (сотах) и увеличить пропускную способность телекоммуникационных се­тей. Свое название они получили в соответствии с сотовым принципом организации связи, согласно которому зона обслуживания делится на ячейки (соты).

Система сотовой связи - это сложная и гибкая техническая система, допускающая большое разнообразие по вариантам конфигурации и набору выполняемых функций. Она может обеспечивать передачу речи и других видов информации. Для передачи речи, в свою очередь, может быть реали­зована обычная двухсторонняя и многосторонняя телефонная связь (конференцсвязь - с уча­стием в разговоре более двух абонентов одновременно), голосовая почта. При организации обычного телефонного разговора возможны режимы автодозвона, ожидания вызова, переад­ресации (условной или безусловной) вызова и пр.

Современные технологии позволяют обеспечить абонентам ССС высокое качество речевых сообщений, надежность и конфиденциальность связи, миниатюр­ность радиотелефонов, защиту от несанкционированного доступа.

Сети транкинговой связи

Сети транкинговой связи в некоторой степени близки к сотовым: это также сети на­земной радиотелефонной подвижной связи, обеспечивающие мобильность абонентов в пределах достаточно большой зоны обслуживания. Основ­ное отличие состоит в том, что СТС проще по принципам построения и предоставляют або­нентам меньший набор услуг, но за счет этого они дешевле сотовых. СТС имеют значительно меньшую емкость, чем сотовые, и принципиально ориентированы на ведомственную (корпоративную) мо­бильную связь. Основное применение СТС - корпоративная (служебная, ведомственная) связь, на­пример, оперативная связь пожарной службы с числом выходов (каналов) «в город», значи­тельно меньшим числа абонентов системы. Основными требованиями к СТС являются: обеспечение связи в заданной зоне обслуживания независимо от местоположения подвижных абонентов (МА); возможность взаимодействия отдельных групп абонентов и организации циркулярной связи; оперативность управления связью, в том числе на различных уровнях; обеспечение связи через центры управления; возможность приоритетного установления каналов связи; низкие энергетические затраты подвижной станции (ПС); конфиденциальность разговоров.

Название транкинговой связи происходит от английского trunk (ствол) и отражает то обстоятельство, что ствол связи в такой системе содержит несколько физических (как прави­ло, частотных) каналов, каждый из которых может быть предоставлен любому из абонентов системы. Указанная особенность отличает СТС от предшествовавших ей систем двухсторон­ней радиосвязи, в которых каждый абонент имел возможность доступа лишь к одному кана­лу, но последний должен был поочередно обслуживать ряд абонентов. СТС по сравнению с такими системами обладают значительно более высокой емкостью (пропускной способно­стью) при тех же показателях качества обслуживания.

Если использовать аналогию с сотовой связью, то в простейшем случае СТС - это од­на ячейка сотовой системы, но при несколько специфическом (узком) наборе услуг. Сотовая сеть всегда строится в виде множества ячеек, замыкающихся на общий центр коммутации (ЦК), с передачей обслуживания из ячейки в ячейку по мере перемещения абонента. При необходи­мости наращивания емкости сотовой сети производится дополнительное дробление ячеек с соответствующей модификацией частотного плана (распределения частот по ячейкам). В СТС, заведомо идущей на функционирование с ограниченной емкостью, обычно стремятся предельно увеличить зону действия. Практически, радиус ячейки СТС может достигать 40-50 км и более. Отсюда вытекает большая по сравнению с сотовой связью мощность передатчи­ка, больший расход энергии источника питания, большие габариты и масса абонентского оборудования.

Даже если СТС строится в виде нескольких ячеек (многозоновая система), это делает­ся в первую очередь с целью расширения зоны действия, а не ради повышения емкости; при этом раз­меры ячеек (зон) остаются достаточно большими. Централизованное управление совокупно­стью зон остается при этом ограниченным, как и передача обслуживания из зоны в зону, ко­торая (если она вообще реализуется) приводит к кратковременному прерыванию связи.

Для повышения пропускной способности обычно накладываются ограничения на дли­тельность разговора, а специфика корпоративной связи находит отражение в системе при­оритетов пользователей, учитываемых при предоставлении канала связи в условиях очереди, и в объединении абонентов в группы с возможностью диспетчерского вызова одновременно всех абонентов группы. Та же специфика обусловливает более высокие, в среднем, по сравне­нию с сотовой связью, требования к оперативности и надежности установления связи. Кроме речевой информации в СТС возможна передача и некоторых других видов информации, в част­ности, цифровой - управления, телеметрии, охранной сигнализации и др.

Общей тенденцией развития профессиональных систем подвижной радиосвязи являет­ся переход от аналоговых стандартов к единым международным цифровым стандартам, обеспечивающим конфиденциальность и повышенное качество связи, более эффективное использование частотного диапазона, роуминг для всех абонентов и возможность передачи данных с высокой скоростью.

Сети персонального радиовызова

Сети персонального радиовызова (СПР), или пейджинговые сети (paging - вызов), - это сети односторонней мобильной связи, обеспечивающие передачу коротких сообщений из центра системы (с пейджингового терминала) на миниатюрные абонентские приемники (пейджеры).

В простейшем случае СПР состоит из пейджингового терминала (ПТ), базовой стан­ции (БС) и пейджеров. Терминал, включающий пульт оператора и контроллер системы, вы­полняет все функции управления системой. БС состоит из радиопередатчика и антенно-фидерного устройства, и обеспечивает передачу пейджинговых сигналов на всю зону дейст­вия системы, радиус которой может составлять до 100 км. Пейджеры осуществляют прием тех сообщений, которые им адресованы. В более сложных случаях СПР может иметь не­сколько радиопередатчиков, по возможности равномерно распределенных в пределах зоны действия, что позволяет более надежно обеспечить связью всю зону.

В СПР могут передаваться сообщения четырех типов: тональные, цифровые, буквенно-цифровые, речевые. Тональные сообщения были единственным типом сообщений в ранних моделях пейджеров. Цифровое сообщение может содержать номер телефона, по ко­торому следует позвонить. Наиболее распространена передача текстового сообщения длиной до 100-200 символов. Сообще­ние отображается на дисплее пейджера, который может иметь от одной до восьми строк, до 12-20 символов в строке, длинные сообщения отображаются по частям. Передача речевых сообщений широкого распространения пока не получила. Вызов абонента, т.е. адресация со­общения, может осуществляться одним из трех способов: индивидуально, нескольким абонентам (общий вызов) или группе абонентов (групповой вызов (ГВ)). В первом случае вызов адресуется конкретному абоненту по его индивидуальному номеру, во втором - нескольким абонентам с последовательной передачей их индивидуальных номеров, в третьем - вызов адресуется одновременно группе абонентов по общему групповому номеру. Сообщения, подлежащие передаче, также вводятся в систему одним из трех способов: голосом через телефонную сеть и оператора пейджинговой связи; через телефонную сеть с тональным набором - сообщение набирается на клавиатуре телефонного аппарата и проходит сразу на пейджинговый терминал, минуя оператора; с компьютера (через телефонную сеть) с набором сообщения на компьютере и выходом непосредственно на ПТ.

К недостаткам пейджинговой связи следует отнести передачу сообщения вне реального времени: сообщение передается не в момент его выдачи отправителем, а в порядке очереди с анало­гичными сообщениями других отправителей; практически задержка от момента получе­ния сообщения до его передачи в эфир невелика - обычно она не превышает нескольких ми­нут. Следует иметь так же в виду, что в случае передачи сообщения на пейджер, находящийся на момент передачи в «теневой» зоне, сообщение будет потеряно (не получено абонентом).

Асинхронность (очерёдность) передачи сообщений в сочетании с краткостью последних, передаваемых, как правило, только в одну сторо­ну, обеспечивается весьма эффективное использование канала связи, по меньшей мере, на два порядка более эффективное (по числу обслуживаемых абонентов), чем в сотовой связи, даже с учетом повторного использования частот в последней. В результате пейджинг оказывается технически проще и экономичнее сотовой связи, т.е., в конечном итоге, значительно дешевле для абонента.

Кроме сообщений, предназначенных конкретным абонентам или группам абонентов, в пейджинговых системах обычно организуется своеобразный общий информационный канал, содержащий оперативную информацию о биржевых новостях, погоде, обстановке на дорогах и т.п. В пейджерах, как правило, предусматривается ряд дополнительных услуг: часы, кален­дарь, возможность регулировки типа и громкости звукового сигнала, сохранение в памяти полученных ранее сообщений с возможностью их повторного чтения и др.

Сети персонального радиовызова предоставляют услуги удобного и относительно де­шевого вида мобильной связи, но с существенными ограничениями: связь односторонняя, не в реальном времени и только в виде коротких сообщений. СПР получили в мире довольно широкое распространение - в целом, того же порядка, что и сети сотовой связи, хотя их распространенность в разных странах существенно различается.

Сети мобильной спутниковой связи

Наряду со ставшими уже общедоступными СПС (персонального радиовызова и сото­выми), все более активно развиваются сети спутниковой связи. Актуальными являются следующие области применения мобильной спутниковой связи:

-      расширение сотовых сетей;

-      использование спутниковой связи в районах, где развертывание СПС нецелесообразно, например, из-за низкой плот­ности населения;

-      использование спутниковой связи в дополнение к существующей сотовой, например, для обеспечения роуминга при несовместимости стан­дартов, или в каких-либо чрезвычайных ситуациях;

-      стационарная беспроводная связь в районах с малой плотностью населения при отсутствии СПС и проводной связи;

-      при передаче информации в глобальном масштабе (акваториях Мирового океана, местах разрывов на­земной инфраструктуры и т.д.).

В частности, при удалении абонента за пределы зоны обслуживания местных сотовых сетей спутниковая связь играет ключевую роль, поскольку она не имеет ограничений по при­вязке абонента к конкретной местности. Во многих регионах мира спрос на услуги подвижной связи может быть эффективно удовлетворен только с помощью спутниковых систем.

Спутниковая связь достаточно органично сочетается с сотовой. Прак­тически во всех СПСС предусматривается довольно высокая степень интеграции с сотовой связью; в частности, кроме AT, предназначенных для спутниковых систем, предполагается создание двухрежимных терминалов, предназначенных для работы в спутниковой системе и в каком-либо из сотовых стандартов.

Для абонента пользование спутниковым терминалом не требует специальных знаний. Набор номера производится пользователем с помощью клавиа­туры, как и при пользовании обычным телефоном. Система автоматически выделяет свобод­ный канал и закрепляет его за собеседниками на время разговора. Как правило, используется уплотнение (временное, частное или кодовое), хорошо зарекомендовавшее себя в многока­нальной связи.

Безусловно, оборудование (не только абонентское) сетей спутниковой связи является более дорогим, чем у ССС, соответственно, и значительно выше абонентская плата. Некоторое неудобство представляет и задержка речевого сигнала в силу удаленности базовой (спутниковой) станции (порядка 36 000 км), составляющая доли секунды.

Различные СПСС обладают своими особенностями, обусловленными, главным обра­зом, характеристиками их орбитальных группировок, но в сфере пользовательских характе­ристик и предоставляемых услуг они имеют много общего (как между собой, так и с назем­ными сотовыми системами). Передача всех видов информации ведется в цифровой форме со скоростями от 1200 до 9600 бит/с. Телефонный режим организуется с помощью встроенных в AT устройств преобразования скорости передачи сигналов. Кроме дуплексной телефонной связи, персональные AT позволяют подключать компьютер и поддерживают разнообразный набор услуг, таких, как передача факсимильных сообщений, электронная и голосовая почта, персональный вызов и приоритетное обслуживание, шифрование, а также определение ме­стоположения абонента.

Волоконно-оптические сети

Волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) - это вид системы передачи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под назва­нием "оптическое волокно". Волоконно-оптическая сеть - это информационная сеть, связую­щими элементами между узлами которой являются волоконно-оптические линии связи. Тех­нологии волоконно-оптических сетей, помимо вопросов волоконной оптики, охватывают также вопросы, касающиеся электронного передающего оборудования, его стандартизации, прото­колов передачи, вопросы топологии сети и общие вопросы построения сетей.

Преимущества ВОЛС

Широкая полоса пропускания - обусловлена чрезвычайно высокой частотой несущей 1014 ГГц. Это дает потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько терабит в секунду. Большая полоса пропускания - это одно из наиболее важных преимуществ оптического волокна над медной или любой другой средой передачи информации.

Малое затухание светового сигнала в волокне. Выпускаемое в настоящее время отече­ственными и зарубежными производителями промышленное оптическое волокно имеет зату­хание 0,2-0,3 дБ на длине волны 1,55 мкм в расчете на один километр. Малое затухание и небольшая дисперсия позволяют строить участки линий без ретрансляции протяженностью до 100 км и более.

Низкий уровень шумов в волоконно-оптическом кабеле позволяет увеличить полосу пропускания путем передачи различной модуляции сигналов с малой избыточностью кода.

Высокая помехозащищенность. Поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих мед­ных кабельных систем и электрического оборудования, способного индуцировать электромаг­нитное излучение (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.). В много­волоконных кабелях также не возникает проблемы перекрестного влияния электромагнитного излучения, присущей многопарным медным кабелям.

Малый вес и объем. Волоконно-оптические кабели (ВОК) имеют меньший вес и объем по сравнению с медными кабелями в расчете на одну и ту же пропускную способность. На­пример, 900-парный телефонный кабель диаметром 7,5 см может быть заменен одним во­локном диаметром 0,1 см. Если волокно "одеть" во множество защитных оболочек и покрыть стальной ленточной броней, диаметр такого ВОК будет 1,5 см, что в несколько раз меньше рассматриваемого телефонного кабеля.

Высокая защищенность от несанкционированного доступа. Поскольку ВОК практически не излучает в радиодиапазоне, то передаваемую по нему информацию трудно подслушать, не нарушая приема-передачи. Системы мониторинга (непрерывного контроля) целостности оп­тической линии связи, используя свойства высокой чувствительности волокна, могут мгновен­но отключить "взламываемый" канал связи и подать сигнал тревоги. Сенсорные системы, ис­пользующие интерференционные эффекты распространяемых световых сигналов (как по раз­ным волокнам, так и разной поляризации) имеют очень высокую чувствительность к колеба­ниям, к небольшим перепадам давления. Такие системы особенно необходимы при созда­нии линий связи в правительственных, банковских и некоторых других специальных службах, предъявляющих повышенные требования к защите данных.

Гальваническая развязка элементов сети. Данное преимущество оптического волокна заключается в его изолирующем свойстве. Волокно помогает избежать электрических "зе­мельных" петель, которые могут возникать, когда два сетевых устройства неизолированной вычислительной сети, связанные медным кабелем, имеют заземления в разных точках здания, например, на разных этажах. При этом может возникнуть большая разность потенциалов, что способно повредить сетевое оборудование. Для волокна этой проблемы просто нет.

Взрыво- и пожаробезопасность. Из-за отсутствия искрообразования оптическое волок­но повышает безопасность сети на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях, при обслуживании технологических процессов повышенного риска.

Экономичность ВОК. Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет дву­окись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от ме­ди. В настоящее время стоимость волокна по отношению к медной паре соотносится как 2:5. При этом ВОК позволяет передавать сигналы на значительно большие расстояния без ретрансляции. Количество повторителей на протяженных линиях сокращается при использо­вании ВОК. При использовании солитонных систем передачи достигнуты дальности в 4000 км без регенерации (то есть, только с использованием оптических усилителей на промежуточных узлах) при скорости передачи выше 10 Гбит/с.

Длительность срока эксплуатации. Со временем волокно испытывает деградацию. Это оз­начает, что затухание в проложенном кабеле постепенно возрастает. Однако, благодаря со­вершенству современных технологий производства оптических волокон, этот процесс значительно замедлен, и срок службы ВОК составляет примерно 25 лет. За это время может смениться несколько поколений/стандартов приемо-передающих систем.

Удаленное электропитание. В некоторых случаях требуется удаленное электропитание узла информационной сети. Оптическое волокно не способно выполнять функции силового кабеля. Однако в этих случаях можно использовать смешанный кабель, когда наряду с опти­ческими волокнами кабель оснащается медным проводящим элементом. Такой кабель широ­ко используется как в России, так и за рубежом.

Несмотря на многочисленные преимущества перед другими способами передачи ин­формации, волоконно-оптические сети имеют также и недостатки, главным образом из-за дороговизны прецизионного монтажного оборудования и надежности лазерных источников излучения. Многие из недостатков, вероятнее всего, будут нивелированы с приходом новых конкурентоспособных технологий в волоконно-оптические сети.

Недостатки ВОЛС

Стоимость интерфейсного оборудования. Электрические сигналы должны преобразовы­ваться в оптические, и наоборот. Цена на оптические передатчики и приемники остается пока еще довольно высокой. При создании оптической линии связи также требуются высокона­дежное специализированное пассивное коммутационное оборудование, оптические соедини­тели с малыми потерями и большим ресурсом на подключение-отключение, оптические разветвители, аттенюаторы.

Монтаж и обслуживание оптических линий. Стоимость работ по монтажу, тестированию и поддержке волоконно-оптических линий связи также остается высокой. Если же поврежда­ется ВОК, то необходимо осуществлять сварку волокон в месте разрыва и защищать этот участок кабеля от воздействия внешней среды. Производители тем временем поставляют на рынок все более совершенные инструмен­ты для монтажных работ с ВОК, снижая цену на них.

Требование специальной защиты волокна. Прочно ли оптическое волокно? Теоретиче­ски - да. Стекло, как материал, выдерживает колоссальные нагрузки с пределом прочности на разрыв выше 1ГПа (109 Н/м2). Это, казалось бы, означает, что волокно в единичном коли­честве с диаметром 125 мкм выдержит вес гири в 1 кг. К сожалению, на практике это не дос­тигается. Причина в том, что оптическое волокно, каким бы совершенным оно ни было, имеет микротрещины, которые инициируют разрыв. Для повышения надежности оптическое волокно при изготовлении покрывается специальным лаком на основе эпоксиакрилата, а сам оптиче­ский кабель упрочняется, например, нитями на основе кевлара (kevlar). Если требуется удов­летворить еще более жестким условиям на разрыв, кабель может упрочняться специальным стальным тросом или стеклопластиковыми стержнями. Но все это влечет увеличение стоимо­сти оптического кабеля.

Преимущества от применения волоконно-оптических линий связи настолько значитель­ны, что, несмотря на перечисленные недостатки оптического волокна, дальнейшие перспекти­вы развития технологии ВОЛС в информационных сетях более чем очевидны.

ЛЕКЦИЯ 2. РУКОВОДЯЩИЕ ДОКУМЕНТЫ В ОБЛАСТИ СИСТЕМ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ

Учебные вопросы:

1. Стандартизация в области электротехники и радиоэлектроники

2. Международный регламент радиосвязи.

3. Международные, федеральные и региональные стандарты на цифровые и аналоговые СПР общего, персонального и корпоративного пользования, применяемые в России.