Історія розвитку, основні властивості та вимоги до ліній зв'язку. Історія розвитку зв'язку

(Документ)

Гітін В.Я., Кочановський Л.М. Волоконно-оптичні системи передачі (Документ)

Лекції - Волоконно-оптичні системи передачі (Лекція)

Шарварко В.Г. Волоконно-оптичні лінії зв'язку (Документ)

Дегтярьов А.І., Тезін А.В. Волоконно-оптичні системи передачі (Документ)

Фокін В.Г. Волоконно-оптичні системи передачі (Документ)

Іванов В.А. Лекції: Вимірювання на волоконно-оптичних системах передачі (Документ)

Окоси Т. Волоконно-оптичні датчики (Документ)

n1.doc

Зміст

Вступ
Основна частина

Історія розвитку ліній зв'язку
Конструкція та характеристика оптичних кабелів зв'язку
2. Оптичні волокна та особливості їх виготовлення
3. Конструкції оптичних кабелів
Основні вимоги до ліній зв'язку
Переваги та недоліки оптичних кабелів

Висновок
Список літератури

Вступ
Сьогодні, як ніколи раніше, регіони країн СНД потребують зв'язку, як кількісного, так і якісного плану. Керівники регіонів насамперед стурбовані соціальним аспектом цієї проблеми, адже телефон – це предмет першої необхідності. Зв'язок впливає і на економічний розвитокрегіону, його інвестиційну привабливість Разом з тим оператори електрозв'язку, що витрачають масу сил і коштів на підтримку телефонної мережі, що старіє, все ж таки вишукують кошти на розвиток своїх мереж, на оцифрування, впровадження оптоволоконних і бездротових технологій.

На даний час склалася ситуація, коли практично всі найбільші російські відомства проводять масштабну модернізацію своїх телекомунікаційних мереж.

За останній період розвитку в галузі зв'язку, найбільшого поширення набули оптичні кабелі (ОК) та волоконно-оптичні системи передачі (ВОСП) які за своїми характеристиками набагато перевершують усі традиційні кабелі системи зв'язку. Зв'язок по волоконно-оптичних кабелях є одним з головних напрямів науково-технічного прогресу. Оптичні системи та кабелі використовуються не тільки для організації телефонного міського та міжміського зв'язку, але й для кабельного телебачення, відеотелефонування, радіомовлення, обчислювальної техніки, технологічного зв'язку тощо.

Застосовуючи волоконно-оптичний зв'язок, різко збільшується обсяг інформації, що передається в порівнянні з такими широко поширеними засобами, як супутниковий зв'язок і радіорелейні лінії, це пояснюється тим, що волоконно-оптичні системи передачі мають ширшу смугу пропускання.

Для будь-якої системи зв'язку важливе значення мають три фактори:

Інформаційна ємність системи, виражена серед каналів зв'язку, або швидкість передачі, виражена в біт за секунду;

Згасання, що визначає максимальну довжину ділянки регенерації;

Стійкість до дії довкілля;

Найважливішим чинником у розвитку оптичних систем і кабелів зв'язку стало поява оптичного квантового генератора - лазера. Слово лазер складено з перших букв фрази Light Amplification by Emission of Radiation – посилення світла за допомогою індукованого випромінювання. Лазерні системи працюють у оптичному діапазоні хвиль. Якщо передачі за кабелями використовуються частоти - мегагерцы, а, по хвилеводам - гігагерці, то лазерних систем використовується видимий і інфрачервоний спектр оптичного діапазону хвиль (сотні гігагерц).

Напрямною системою для оптоволоконних систем зв'язку є діелектричні хвилеводи, або волокна, як їх називають через малі поперечні розміри і метод отримання. У той час, коли був отриманий перший світловод, загасання становило близько 1000 дб/км, це пояснювалося втратами через різні домішки присутніх у волокні. У 1970 р. було створено волоконні світловоди із загасанням 20 дБ/км. Серце цього світловода було виготовлено з кварцу з добавкою титану збільшення коефіцієнта заломлення, а оболонкою служив чистий кварц. У 1974р. згасання було знижено до 4 дб/км, а 1979г. Отримано світловоди із загасанням 0,2 дб/км на довжині хвилі 1,55 мкм.

Успіхи у технології отримання світловодів з малими втратами стимулювали роботи зі створення оптоволоконних ліній зв'язку.

Оптоволоконні лінії зв'язку порівняно із звичайними кабельними лініями мають такі переваги:

Висока стійкість до перешкод, нечутливість до зовнішніх електромагнітних полів і практично відсутність перехресних перешкод між окремими волокнами, укладеними разом в кабель.

Значно більша широкосмуговість.

Мала маса та габаритні розміри. Що зменшує вартість та час прокладання оптичного кабелю.

Повна електрична ізоляція між входом та виходом системи зв'язку, тому не потрібне загальне заземлення передавача та приймача. Можна проводити ремонт оптичного кабелю, не вимикаючи обладнання.

Відсутність коротких замикань, внаслідок чого волоконні світловоди можуть бути використані для перетину небезпечних зонбез остраху коротких замикань, що є причиною пожежі в зонах з горючими і легкозаймистими середовищами.

Потенційно низька вартість. Хоча волоконні світловоди виготовляються з ультра чистого скла, що має домішки менше кількох частин на мільйон, при масовому виробництві їх вартість не велика. Крім того, у виробництві світловодів не використовуються такі дорогі метали, як мідь та свинець, запаси яких на Землі обмежені. Вартість електричних ліній коаксіальних кабелів і хвилеводів постійно збільшується як з дефіцитом міді, так і з подорожчанням енергетичних витрат на виробництво міді та алюмінію.

У світі виріс величезний прогрес у розвитку оптоволоконних ліній зв'язку (ОВЛЗ). В даний час оптоволоконні кабелі та системи передачі для них випускаються багатьма країнами світу.

Особлива увага у нас і за кордоном приділяється створенню та впровадженню одномодових систем передачі по оптичних кабелях, які розглядаються як найбільш перспективний напрямокрозвитку техніки зв'язку. Перевагою одномодових систем є можливість передачі великого потоку інформації на необхідні відстані при великих довжинах регенераційних ділянок. Вже зараз є оптоволоконні лінії на велику кількість каналів із довжиною регенераційної ділянки 100 ... 150 км. Останнім часом США щорічно виготовляється по 1,6 млн. км. оптичних волокон, причому 80% їх - в одноподовом варіанті.

Набули широкого застосування сучасні вітчизняні оптоволоконні кабелі другого покоління, випуск яких освоєний вітчизняною кабельною промисловістю до них, відносяться кабелі типу:

ОКК – для міських телефонних мереж;

ОКЗ – для внутрішньозональних;

ОКЛ – для магістральних мереж зв'язку;

Оптоволоконні системи передачі застосовуються на всіх ділянках первинної мережі ВСС для магістрального, зонального та місцевого зв'язку. Вимоги, які пред'являються до таких систем передачі, відрізняються кількістю каналів, параметрами та техніко-економічними показниками.

На магістральній та зональних мережах застосовуються цифрові оптоволоконні системи передачі, на місцевих мережах для організації з'єднувальних ліній між АТС також застосовуються цифрові оптоволоконні системи передачі, а на абонентській ділянці мережі можуть використовуватись як аналогові (наприклад, для організації каналу телебачення), так і цифрові системи передачі .

Максимальна довжина лінійних трактів магістральних систем передачі становить 12 500 км. При середньої довжиниблизько 500 км. Максимальна довжина лінійних трактів систем передачі внутрішньозонової первинної мережі може бути не більше 600 км. За середньої довжини 200 км. Гранична довжина міських з'єднувальних ліній до різних систем передачі становить 80...100 км.
Людина має п'ять органів чуття, але з них особливо важливий - це зір. Очима людина сприймає більшу частину інформації про навколишній світ у 100 разів більше, ніж за допомогою слуху, не кажучи вже про дотик, нюх і смак.

використав вогонь, а потім різні види штучних світлових джерел для подачі сигналів. Тепер у руках людини було як світлове джерело, і процес модуляції світла. Він фактично побудував те, що сьогодні ми називаємо оптичною лінією зв'язку або оптичною системою зв'язку, що включає передавач (джерело), модулятор, оптичну кабельну лінію та приймач (око). Визначивши як модуляцію перетворення механічного сигналу в оптичний, наприклад відкриття і закриття джерела світла, ми можемо спостерігати в приймачі зворотний процес - демодуляцію: перетворення оптичного сигналу на сигнал іншого роду для подальшої обробки в приймачі.

Така обробка може являти собою, наприклад, перетворення

світлового образу в оці в послідовність електричних імпульсів

нервової системи людини. Головний мозок включається у процес обробки як остання ланка ланцюга.

Іншим дуже важливим параметром, що використовується при передачі повідомлень, є швидкість модуляції. Око у цьому плані має обмеження. Він добре пристосований до сприйняття та аналізу складних картин навколишнього світу, але не може стежити за простими коливаннями яскравості, коли вони йдуть швидше 16 разів на секунду.

Історія розвитку ліній зв'язку

Лінії зв'язку виникли одночасно із появою електричного телеграфу. Перші лінії зв'язку були кабельними. Проте внаслідок недосконалості конструкції кабелів підземні кабельні лінії зв'язку незабаром поступилися місцем повітряним. Перша повітряна лінія великої протяжності була побудована 1854 р. між Петербургом та Варшавою. На початку 70-х років минулого століття було побудовано повітряну телеграфну лінію від Петербурга до Владивостока завдовжки близько 10 тис. км. У 1939 р. була пущена в експлуатацію найбільша у світі за довжиною високочастотна телефонна магістраль Москва-Хабаровськ завдовжки 8300 км.

Створення перших кабельних ліній пов'язані з ім'ям російського вченого П. Л. Шиллінга. Ще 1812 р. Шилінг у Петербурзі демонстрував вибухи морських мін, використавши цієї мети створений ним ізольований провідник.

У 1851 р. одночасно з будівництвом залізниці між Москвою та Петербургом було прокладено телеграфний кабель, ізольований гуттаперчею. Перші підводні кабелі були прокладені в 1852 через Північну Двіну і в 1879 через Каспійське море між Баку і Красноводськом. У 1866 р. вступила в дію кабельна трансатлантична магістраль телеграфного зв'язку між Францією та США,

У 1882-1884 pp. у Москві, Петрограді, Ризі, Одесі були побудовані перші у Росії міські телефонні мережі. У 90-х роках минулого століття на міських телефонних мережах Москви та Петрограда були підвішені перші кабелі, що налічують до 54 жил. У 1901 р. почалося будівництво підземної міської телефонної мережі.

Перші конструкції кабелів зв'язку, що стосуються початку XX століття, дозволили здійснювати телефонну передачу на невеликі відстані. Це були так звані міські телефонні кабелі з повітряно-паперовою ізоляцією жив та парним їх скручуванням. У 1900-1902 рр. було зроблено успішну спробу підвищити дальність передачі методами штучного збільшення індуктивності кабелів шляхом включення в ланцюг котушок індуктивності (пропозиція Пупина), а також застосування струмопровідних жил з феромагнітною обмоткою (пропозиція Крарупа). Такі способи на тому етапі дозволили збільшити дальність телеграфного та телефонного зв'язку у кілька разів.

Важливим етапом у розвитку техніки зв'язку з'явився винахід, а починаючи з 1912-1913 років. освоєння виробництва електронних ламп. У 1917 р. В. І. Коваленкова було розроблено та випробувано на лінії телефонний підсилювач на електронних лампах. У 1923 р. було здійснено телефонний зв'язок із підсилювачами на лінії Харків-Москва-Петроград.

У 30-х роках розпочався розвиток багатоканальних систем передачі. У подальшому прагнення розширити спектр частот, що передаються, і збільшити пропускну здатність ліній призвело до створення нових типів кабелів, так званих коаксіальних. Але масове виготовлення їх відноситься лише до 1935, до моменту появи нових високоякісних діелектриків типу ескапона, високочастотної кераміки, полістиролу, стирофлексу і т. д. Ці кабелі допускають передачу енергії при частоті струмів до декількох мільйонів герц і дозволяють виробляти по них передачу телевізійних програмвеликі відстані. Перша коаксіальна лінія на 240 каналів ВЧ телефонування була прокладена в 1936 р. За першими трансатлантичними підводними кабелями, прокладеними в 1856 р., організовували лише телеграфний зв'язок, і тільки через 100 років, в 1956 р., була споруджена підводна коаксіальна Америка для багатоканального телефонного зв'язку.

У 1965-1967 pp. з'явилися досвідчені хвилеводні лінії зв'язку передачі широкосмугової інформації, і навіть кріогенні надпровідні кабельні лінії з дуже малим згасанням. З 1970 р. активно розгорнулися роботи зі створення світловодів та оптичних кабелів, що використовують видиме та інфрачервоне випромінювання оптичного діапазону хвиль.

Створення волоконного світловоду та отримання безперервної генераціїнапівпровідникового лазера відіграли вирішальну роль у швидкому розвитку волоконно-оптичного зв'язку. На початку 80-х були розроблені та випробувані в реальних умовах волоконно-оптичні системи зв'язку. Основні сфери застосування таких систем - телефонна мережа, кабельне телебачення, всередині об'єктовий зв'язок, обчислювальна техніка, система контролю та управління технологічними процесами тощо.

У Росії та інших країнах прокладено міські та міжміські волоконно-оптичні лінії зв'язку. Їм відводиться провідне місце у науково-технічний прогресгалузі зв'язку.
Конструкція та характеристика оптичних кабелів зв'язку
Різновиди оптичних кабелів зв'язку

Оптичний кабель складається із скручених за певною системою оптичних волокон із кварцового скла (світловодів), укладених у загальну захисну оболонку. При необхідності кабель може містити силові (зміцнюючі) та демпфуючі елементи.

Існуючі ОК за своїм призначенням можуть бути класифіковані на три групи: магістральні, зональні та міські. В окремі групи виділяється підводні, об'єктові та монтажні ОК.

Магістральні ОК призначаються передачі інформації на великі відстані і значну кількість каналів. Вони повинні володіти малими згасанням та дисперсією та великою інформаційно-пропускною здатністю. Використовується одномодове волокно з розмірами серцевини та оболонки 8/125 мкм. Довжина хвилі 1,3...1,55 мкм.

Зональні ОК служать для організації багатоканального зв'язку між обласним центромта районами з дальністю зв'язку до 250 км. Використовуються градієнтні волокна розмірами 50/125 мкм. Довжина хвилі 1,3 мкм.

Міські ОК застосовуються як сполучні між міськими АТС і вузлами зв'язку. Вони розраховані короткі відстані (до |10 км) і велика кількість каналів. Волокна – градієнтні (50/125 мкм). Довжина хвилі 0,85 та 1,3 мкм. Ці лінії, зазвичай, працюють без проміжних лінійних регенераторів.

Підводні ОК призначаються здійснення зв'язку через великі водні перешкоди. Вони повинні мати високу механічну міцність на розрив і мати надійні вологостійкі покриття. Для підводного зв'язку також важливо мати мале згасання та великі довжини регенераційних ділянок.

Об'єктові ОК служать передачі інформації всередині об'єкта. Сюди належать установчий та відеотелефонний зв'язок, внутрішня мережа кабельного телебачення, а також бортові інформаційні системи рухомих об'єктів (літак, корабель та ін.).

Монтажні ОК використовуються для внутрішньо-і міжблочного монтажу апаратури. Вони виконуються у вигляді джгутів або плоских стрічок.
Оптичні волокна та особливості їх виготовлення

Основним елементом ОК є оптичне волокно (світловод), виконане у вигляді тонкого скляного волокна циліндричної форми, яким передаються світлові сигнали з довжинами хвилі 0,85...1,6 мкм, що відповідає діапазону частот (2,3...1 ,2) 1014 Гц.

Світловод має двошарову конструкцію і складається з серцевини та оболонки з різними показниками заломлення. Серцевина служить передачі електромагнітної енергії. Призначення оболонки - створення кращих умов віддзеркалення межі “серцевина - оболонка” і захист від перешкод із навколишнього простору.

Серцевина волокна, як правило, складається з кварцу, а оболонка може бути кварцова або полімерна. Перше волокно називається кварц-кварц, а друге кварц-полімер (кремнеорганічний компаунд). З фізико-оптичних характеристик перевага надається першому. Кварцове скло має такі властивості: показник заломлення 1,46, коефіцієнт теплопровідності 1,4 Вт/мк, щільність 2203 кг/м 3 .

Зовні світловода розташовується захисне покриття для запобігання його механічним впливам і нанесення забарвлення. Захисне покриття зазвичай виготовляється двошаровим: спочатку кремнеорганічний компаунд (СІЕЛ), а потім епоксидакрилат, фторопласт, нейлон, поліетилен або лак. Загальний діаметрволокна 500...800 мкм

У існуючих конструкціях ОК застосовуються світловоди трьох типів: ступінчасті з діаметром серцевини 50 мкм, градієнтні зі складним (параболічним) профілем показника заломлення серцевини та одномодові з тонкою серцевиною (6...8 мкм)
За частотно-пропускною здатністю та дальністю передачі найкращими є одномодові світловоди, а гіршими – ступінчасті.

Найважливіша проблема оптичного зв'язку - створення оптичних волокон (ВВ) із малими втратами. В якості вихідного матеріалуДля виготовлення ОВ використовується кварцове скло, яке є добрим середовищем для поширення світлової енергії. Однак, як правило, скло містить велику кількість сторонніх домішок, таких як метали (залізо, кобальт, нікель, мідь) та гідроксильні групи (ВІН). Ці домішки призводять до суттєвого збільшення втрат за рахунок поглинання та розсіювання світла. Для отримання ВВ з малими втратами та згасанням необхідно позбавитися домішок, щоб було хімічно чисте скло.

В даний час найбільш поширений метод створення ВВ з малими втратами шляхом хімічного осадження газової фази.

Одержання ВВ шляхом хімічного осадження з газової фази виконується у два етапи: виготовляється двошарова кварцова заготовка та з неї витягується волокно. Заготівля виготовляється в такий спосіб
Усередину порожнистої кварцової трубки з показником заломлення довжиною 0,5...2 м і діаметром 16...18 мм подається струмінь хлорованого кварцу та кисню. В результаті хімічної реакціїпри високій температурі (1500 ... 1700 ° С) на внутрішній поверхні трубки шарами осаджується чистий кварц. Таким чином, заповнюється вся внутрішня порожнина трубки, крім центру. Щоб ліквідувати цей повітряний канал, подається ще більш висока температура (1900 ° С), за рахунок якої відбувається схлопування і трубчаста заготовка перетворюється на суцільну заготовку циліндричну. Чистий обложений кварц потім стає осердям ВВ з показником заломлення , а сама трубка виконує роль оболонки з показником заломлення . Витяжка волокна із заготівлі та намотування його на приймальний барабан виробляються при температурі розм'якшення скла (1800...2200° С). Із заготівлі довжиною 1 м виходить понад 1 км оптичного волокна.
Перевагою даного способу є не тільки одержання ВВ із сердечником із хімічно чистого кварцу, а й можливість створення градієнтних волокон із заданим профілем показника заломлення. Це здійснюється за рахунок застосування легованого кварцу з присадкою титану, германію, бору, фосфору або інших реагентів. Залежно від присадки, що застосовується, показник заломлення волокна може змінюватися. Так, германій збільшує, а бор зменшує показник заломлення. Підбираючи рецептуру легованого кварцу і дотримуючись певного обсягу присадки в шарах, що осаджуються на внутрішній поверхні трубки, можна забезпечити необхідний характер зміни по перерізу сердечника волокна.

Конструкції оптичних кабелів

Конструкції ОК переважно визначаються призначенням і сферою їх застосування. У зв'язку з цим є багато конструктивних варіантів. В даний час у різних країнахрозробляється та виготовляється велика кількість типів кабелів.

Однак все різноманіття існуючих типів кабелів можна поділяти на три групи

кабелі повивного концентричного скручування
кабелі з фігурним сердечником
плоскі кабелі стрічкового типу.

Кабелі першої групи мають традиційне повивне концентричне скручування сердечника за аналогією з електричними кабелями. Кожен наступний повив сердечника в порівнянні з попереднім має на шість волокон більше. Відомі такі кабелі переважно з числом волокон 7, 12, 19. Найчастіше волокна розташовуються в окремих пластмасових трубках, утворюючи модулі.

Кабелі другої групи мають у центрі фігурний пластмасовий осердя з пазами, в яких розміщуються ОВ. Пази і відповідно волокна розташовуються по гелікоїді, і тому вони не зазнають поздовжньої дії на розрив. Такі кабелі можуть містити 4, 6, 8 та 10 волокон. Якщо необхідно мати кабель великої ємності, застосовується кілька первинних модулів.

Кабель стрічкового типу складається з стопки плоских пластмасових стрічок, в які вмонтовано певну кількість ВВ. Найчастіше стрічці розташовується 12 волокон, а число стрічок становить 6, 8 і 12. При 12 стрічках такий кабель може містити 144 волокна.

В оптичних кабелях крім ОВ , як правило, є такі елементи:

силові (зміцнюючі) стрижні, що сприймають він поздовжнє навантаження, на розрив;
заповнювачі у вигляді суцільних пластмасових ниток;
армуючі елементи, що підвищують стійкість кабелю під час механічних впливів;
зовнішні захисні оболонки, що оберігають кабель від проникнення вологи, парів шкідливих речовинта зовнішніх механічних впливів.

У Росії виготовляються різні типи та конструкцій ОК. Для організації багатоканального зв'язку застосовуються в основному чотири-і восьмиволоконні кабелі.

Представляють інтерес ОК французького виробництва. Вони, як правило, комплектуються з уніфікованих модулів, що складаються з пластмасового стрижня діаметром 4 мм з ребрами по периметру та десяти ОВ, що розташовані на периферії цього стрижня. Кабелі містять 1, 4, 7 таких модулів. Зовні кабелі мають алюмінієву та потім поліетиленову оболонку.
Американський кабель, що широко використовується на ГТС, є стопкою плоских пластмасових стрічок, що містять по 12 ОВ. Кабель може мати від 4 до 12 стрічок, що містять 48-144 волокна.

В Англії побудована дослідна лінія електропередачі з фазними проводами, що містять ВВ для технологічного зв'язку вздовж ЛЕП. У центрі дроту ЛЕП розташовуються чотири ВВ.

Також застосовуються підвісні ОК. Вони мають металевий трос, вбудований у кабельну оболонку. Кабелі призначаються для підвіски по опорах повітряних ліній та стінам будівель.

Для підводного зв'язку проектуються ОК, як правило, із зовнішнім броньовим покривом із сталевих дротів (рис.11). У центрі розташовується модуль із шістьма ВВ. Кабель має мідну чи алюмінієву трубку. По ланцюгу “трубка-вода” подається струм дистанційного живлення на підводні підсилювальні пункти, що не обслуговуються.

Основні вимоги до ліній зв'язку

У загальному вигляді вимоги, які пред'являються високорозвиненою сучасною технікою електрозв'язку до міжміських ліній зв'язку, можуть бути сформульовані таким чином:

здійснення зв'язку на відстані до 12500 км у межах країни та до 25 000 для міжнародного зв'язку;
широкосмуговість та придатність для передачі різних видівсучасної інформації (телебачення, телефонування, передача даних, мовлення, передача шпальт газет тощо);
захищеність ланцюгів від взаємних та зовнішніх перешкод, а також від грози та корозії;
стабільність електричних параметрів лінії, стійкість та надійність зв'язку;
економічність системи зв'язку загалом.

Кабельна лінія міжміського зв'язку є складною технічною спорудою, що складається з величезної кількості елементів. Так як лінія призначена для тривалої роботи (десятки років) і на ній повинна бути забезпечена безперебійна робота сотень і тисяч каналів зв'язку, то до всіх елементів лінійно-кабельного обладнання, і в першу чергу до кабелів і арматури, що входять в лінійний тракт передачі сигналів , Висуваються високі вимоги. Вибір типу і конструкції лінії зв'язку визначається не тільки процесом поширення енергії вздовж лінії, але й необхідністю захистити розташовані поряд ВЧ ланцюги від взаємних впливів, що заважають. Кабельні діелектрики вибирають, виходячи з вимоги забезпечення найбільшої дальності зв'язку в каналах ВЧ при мінімальних втратах.

Відповідно до цього кабельна техніка розвивається у таких напрямках:

Переважний розвиток коаксіальних систем, що дозволяють організувати потужні пучки зв'язку та передачу програм телебачення на великі відстані за однокабельною системою зв'язку.
Створення та впровадження перспективних ОК зв'язку, що забезпечують отримання великої кількості каналів і не потребують свого виробництва дефіцитних металів (мідь, свинець).
Широке впровадження в кабельну техніку пластмас (поліетилену, полістиролу, поліпропілену та ін.), що володіють хорошими електричними та механічними характеристиками та дозволяють автоматизувати виробництво.
Використання алюмінієвих, сталевих та пластмасових оболонок замість свинцевих. Оболонки повинні мати герметичність і забезпечувати стабільність електричних параметрів кабелю протягом усього терміну служби.
Розробка та впровадження у виробництво економічних конструкцій кабелів внутрішньозонового зв'язку (однокоаксіальних, одночетвіркових, безбронних).
Створення екранованих кабелів, що надійно захищають інформацію, що передається по них, від зовнішніх електромагнітних впливів і грози, зокрема кабелів у двошарових оболонках типу алюміній - сталь і алюміній - свинець.
Підвищення електричної міцності ізоляції кабелів зв'язку. Сучасний кабель повинен мати одночасно властивості як високочастотного кабелю, так і силового електричного кабелю, і забезпечувати передачу струмів високої напруги для дистанційного електроживлення підсилювальних пунктів, що не обслуговуються, на великі відстані.

Переваги оптичних кабелів та область їх застосування

Поряд з економією кольорових металів, і в першу чергу міді, оптичні кабелі мають такі переваги:

широкосмуговість, можливість передачі великого потоку інформації (кілька тисяч каналів);
малі втрати та відповідно великі довжини трансляційних ділянок (30...70 та 100 км);
малі габаритні розміри та маса (у 10 разів менше, ніж електричних кабелів);
висока захищеність від зовнішніх впливів та перехідних перешкод;
надійна техніка безпеки (відсутність іскріння та короткого замикання).

До недоліків оптичних кабелів можна віднести:

схильність волоконних світловодів радіації, за рахунок якої з'являються плями затемнення та зростає згасання;
воднева корозія скла, що призводить до мікротріщин світловода та погіршення його властивостей.

Переваги та недоліки оптоволоконного зв'язку
Переваги відкритих систем зв'язку:

Більш високе відношення потужності сигналу до випромінюваної потужності при менших апертурах антен передавача і приймача.
Кращий просторовий дозвіл при менших апертурах антен передавача та приймача
Дуже малі габарити передавального та приймального модулів, що використовуються для зв'язку на відстані до 1 км.
Хороша скритність зв'язку
Освоєння ділянки спектра електромагнітних випромінювань, що не використовується.
Відсутність необхідності отримання дозволу на експлуатацію системи зв'язку

Недоліки відкритих систем зв'язку:

Мала придатність для радіо мовлення через високу спрямованість лазерного пучка.
Висока необхідна точність наведення антен передавача та приймача
Низький ККД оптичних випромінювачів
Порівняно високий рівень шуму в приймачі, частково зумовлений квантовою природою процесу детектування оптичного сигналу
Вплив характеристик атмосфери на надійність зв'язку
Можливість відмови апаратури.

Переваги напрямних систем зв'язку:

Можливість отримання світловодів з малими згасанням та дисперсією, що дозволяє зробити більшою відстані між ретрансляторами (10...50 км)
Малий діаметр одноволоконного кабелю
Допустимість вигину світловода під малими радіусами
Мала маса оптичного кабелю за високої інформаційної пропускної спроможності
Низька вартість матеріалу світловоду
Можливість отримання оптичних кабелів, що не мають електропровідності та індуктивності.
Зневажливо малі перехресні перешкоди

Висока прихованість зв'язку: відгалуження сигналу можливе лише при безпосередньому приєднанні до окремого волокна
Гнучкість у реалізації необхідної лінії пропускання: світловоди різних типів дозволяє замінити електричні кабелі в цифрових системах зв'язку всіх рівнів ієрархії.
Можливість постійного вдосконалення системи зв'язку

Недоліки напрямних систем зв'язку:

Складність зрощування оптичних волокон
Необхідність прокладання додаткових електропровідних жил в оптичному кабелі для забезпечення електроживлення дистанційно керованої апаратури
Чутливість оптичного волокна до впливу води при попаданні в кабель
Чутливість оптичного волокна до впливу іонізуючого випромінювання
Низький ККД джерел оптичного випромінювання при обмеженій потужності випромінювання
Проблеми реалізації режиму багатостанційного (паралельного) доступу за допомогою шини з тимчасовим поділом каналів
Високий рівень шуму у приймачі

Напрями розвитку та застосування волоконної оптики

Відкрилися широкі горизонти практичного застосуванняОК та оптоволоконних систем передачі в таких галузях народного господарства, як радіоелектроніка, інформатика, зв'язок, обчислювальна техніка, космос, медицина, голографія, машинобудування, атомна енергетика та ін. Волоконна оптика розвивається за шістьма напрямками:

багатоканальні системи передачі;
кабельне телебачення;
локальні обчислювальні мережі;
датчики та системи збору обробки та передачі інформації;
зв'язок та телемеханіка на високовольтних лініях;
обладнання та монтаж мобільних об'єктів.

Багатоканальні ВОСП починають широко використовуватися на магістральних та зональних мережах зв'язку країни, а також для влаштування з'єднувальних ліній між міськими АТС. Пояснюється це великою інформаційною спроможністю ОК та їх високою перешкодою. Особливо ефективні та економічні підводні оптичні магістралі.

Застосування оптичних систем у кабельному телебаченні забезпечує висока якістьзображення та суттєво розширює можливості інформаційного обслуговування індивідуальних абонентів. У цьому випадку реалізується рекомендована система прийому та надається можливість абонентам отримувати на екрані своїх телевізорів зображення газетних шпальт, журнальних сторінок та довідкових даних з бібліотеки та навчальних центрів.

За підсумками ОК створюються локальні обчислювальні мережі різної топології (кільцеві, зіркові та інших.). Такі мережі дозволяють об'єднувати обчислювальні центри в єдину інформаційну систему з великою пропускною здатністю, підвищеною якістюта захищеністю від несанкціонованого допуску.

Останнім часом з'явився новий напрямок у розвитку волоконно-оптичної техніки - використання середнього інфрачервоного діапазонухвиль 2...10 мкм. Очікується, що втрати в цьому діапазоні не перевищуватимуть 0,02 дБ/км. Це дозволить здійснити зв'язок великі відстані з ділянками регенерації до 1000 км. Дослідження фтористого та халькогенідного скла з добавками цирконію, барію та інших сполук, що мають надпрозорість в інфрачервоному діапазоні хвиль, дає можливість ще більше збільшити довжину регенераційної ділянки.

Очікуються нові цікаві результати у використанні нелінійних оптичних явищ, зокрема солі тонного режиму поширення оптичних імпульсів, коли імпульс може поширюватися без зміни форми або періодично змінювати свою форму в процесі розповсюдження світловодом. Використання цього явища в волоконних світловодах дозволить суттєво збільшити обсяг інформації, що передається, і дальність зв'язку без застосування ретрансляторів.

Дуже перспективна реалізація у ВОЛЗ методу частотного поділу каналів, який у тому, що світловод одночасно вводиться випромінювання від кількох джерел, які працюють різних частотах, але в приймальному кінці з допомогою оптичних фільтрів відбувається поділ сигналів. Такий метод поділу каналів у ВОЛЗ отримав назву спектрального ущільнення або мультиплексування.

При побудові абонентських мереж ВОЛЗ крім традиційної структури телефонної мережі радіально-вузлового типу передбачається організація кільцевих мереж, які забезпечують економію кабелю.

Можна вважати, що у ВОСП другого покоління посилення та перетворення сигналів у регенераторах відбуватимуться на оптичних частотах із застосуванням елементів та схем інтегральної оптики. Це спростить схеми регенераційних підсилювачів, покращить їх економічність та надійність, знизить вартість.

У третьому поколінні ВОСП передбачається використовувати перетворення мовних сигналів на оптичні безпосередньо за допомогою акустичних перетворювачів. Вже розроблено оптичний телефон та проводяться роботи зі створення принципово нових АТС, що комутують світлові, а не електричні сигнали. Є приклади створення багатопозиційних оптичних перемикачів, що швидкодіють, які можуть використовуватися для оптичної комутації.

На базі ОК та цифрових систем передачі створюється інтегральна мережа багатоцільового призначення, що включає різні види передачі інформації (телефонування, телебачення, передача даних ЕОМ та АСУ, відеотелефон, фототелеграф, передача шпальт газет, повідомлень з банків тощо). Як уніфікований прийнятий цифровий канал ІКМ зі швидкістю передачі 64 Мбіт/с (або 32 Мбіт/с).

Для широкого застосування ОК і ВОСП необхідно вирішити низку завдань. До них передусім належать такі:

опрацювання системних питань та визначення техніко-економічних показників застосування ОК на мережах зв'язку;
масове промислове виготовлення одномодових волокон, світловодів та кабелів, а також оптоелектронних пристроїв для них;
підвищення вологостійкості та надійності ОК за рахунок застосування металевих оболонок та гідрофобного заповнення;
освоєння інфрачервоного діапазону хвиль 2...10 мкм та нових матеріалів (фторидних та халькогенідних) для виготовлення світловодів, що дозволяють здійснювати зв'язок на великі відстані;
створення локальних мереж для обчислювальної техніки та інформатики;
розробка випробувальної та вимірювальної апаратури, рефлектометрів, тестерів, необхідних для виробництва ОК, налаштування та експлуатації ВОЛЗ;
механізація технології прокладання та автоматизація монтажу ОК;
вдосконалення технології промислового виробництва волоконних світловодів та ОК, зниження їх вартості;
дослідження та використання солітонового режиму передачі, при якому відбувається стиснення імпульсу та знижується дисперсія;
розробка та впровадження системи та апаратури спектрального ущільнення ОК;
створення інтегральної абонентської мережі багатоцільового призначення;
створення передавачів і приймачів, що безпосередньо перетворюють звук у світло і світло в звук;
підвищення ступеня інтеграції елементів та створення швидкодіючих вузлів каналоутворювальної апаратури ІКМ із застосуванням елементів інтегральної оптики;
створення оптичних регенераторів без перетворення оптичних сигналів на електричні;
вдосконалення передавальних та приймальних оптоелектронних пристроїв для систем зв'язку, освоєння когерентного прийому;
розробка ефективних методів та пристроїв електроживлення проміжних регенераторів для зональних та магістральних мереж зв'язку;
оптимізація структури різних ділянок мережі з урахуванням особливостей застосування систем ОК;
вдосконалення апаратури та методів для частотного та тимчасового поділу сигналів, що передаються по світловодах;
розробка системи та пристроїв оптичної комутації.

Висновок
В даний час відкрилися широкі горизонти практичного застосування ОК та оптоволоконних систем передачі в таких галузях народного господарства, як радіоелектроніка, інформатика, зв'язок, обчислювальна техніка, космос, медицина, голографія, машинобудування, атомна енергетика та ін.

Волоконна оптика розвивається за багатьма напрямами і без неї сучасне виробництво і життя неможливо.

Застосування оптичних систем у кабельному телебаченні забезпечує високу якість зображення та суттєво розширює можливості інформаційного обслуговування індивідуальних абонентів.

Волоконно-оптичні датчики здатні працювати в агресивних середовищах, надійні, малогабаритні та не схильні до електромагнітних впливів. Вони дозволяють оцінювати на відстані різні фізичні величини(температуру, тиск, струм та ін.). Датчики використовуються в нафтогазовій промисловості, системах охоронної та пожежної сигналізації, автомобільної техніки та ін.

Дуже перспективним є застосування ОК на високовольтних лініях електропередачі (ЛЕП) для організації технологічного зв'язку та телемеханіки. Оптичні волокна вбудовуються у фазу чи трос. Тут реалізується висока захищеність каналів від електромагнітних впливів ЛЕП та грози.

Легкість, малогабаритність, незаймистість ОК зробили їх дуже корисними для монтажу та обладнання літальних апаратів, суден та інших мобільних пристроїв.
Список літератури

Оптичні системи зв'язку / Дж. Гауер - М.: Радіо і зв'язок, 1989;
Лінії зв'язку / І. І. Гроднєв, С. М. Вернік, Л. Н. Кочановський. - М: Радіо і зв'язок, 1995;
Оптичні кабелі / І. І. Гроднєв, Ю. Т. Ларін, І. І. Теумен. - М: Енерговидав, 1991;
Оптичні кабелі багатоканальних ліній зв'язку / О. Г. Мурадян, І. С. Гольдфарб, В. Н. Іноземців. - М: Радіо і зв'язок, 1987;
Волоконні світловоди передачі інформації / Дж. Еге. Мідвінтер. - М: Радіо і зв'язок, 1983;
Волоконно-оптичні лінії зв'язку / І. І. Гроднєв. - М: Радіо і зв'язок, 1990

Історія розвитку ліній зв'язку в Росії Перша ПЛ великою протяжністю була побудована між Петербургом і Варшавою в 1854 р. У 1870-х р введена в експлуатацію Повітряна лінія зв'язку від Петербурга до Владивостока L = 10 тис. км. У 1939 р введено експлуатацію високочастотна лінія зв'язку від Москви до Хабаровська L=8 300 тис. км. У 1851 р. було прокладено телеграфний кабель від Москви до Петербурга ізольований гуттаперчевою стрічкою. У 1852 р. був прокладений перший підводний кабель через Північну Двіну. У 1866 р. введена в експлуатацію кабельна трансатлантична магістраль телеграфного зв'язку між Францією та США.

Історія розвитку ліній зв'язку в Росії У рр. в Росії побудовані перші повітряні міські телефонні мережі (кабель налічував до 54жил з повітряно-паперовою ізоляцією) У 1901р. обмоткою для штучного збільшення індуктивності. З 1917 р. було розроблено та випробувано на лінії телефонний підсилювач на електронних лампах, у 1923 р. було здійснено телефонний зв'язок із підсилювачами на лінії Харків-Москва-Петроград. З початку 1930-х почали розвиватися багатоканальні системи передачі з урахуванням коаксіальних кабелів.

Історія розвитку ліній зв'язку в Росії У 1936 р. була введена в експлуатацію перша коаксіальна ВЧ телефонна лінія на 240 каналів. У 1956 р. була споруджена підводна коаксіальна телефонна та телеграфна магістраль між Європою та Америкою. У 1965 р. з'явилися перші досвідчені хвилеводні лінії та кріогенні кабельні лінії з дуже малим згасанням. На початку 80-х рр. були розроблені та випробувані в реальних умовах волоконно-оптичні системи зв'язку.

Види ліній зв'язку (ЛЗ) та їх властивості Розрізняють два основні типи ЛЗ: - лінії в атмосфері (радіолінії РЛ) - напрямні лінії передачі (лінії зв'язку). типові діапазони довжин хвиль і радіочастот Наддовгі хвилі (СДВ) Довгі хвилі (ДВ) Середні хвилі (СВ) Короткі хвилі (КВ) Ультракороткі хвилі (УКХ) Дециметрові хвилі (ДЦМ) Сантиметрові хвилі (СМ) Міліметрові хвилі (ММ) Оптичний діапазон км кГц) км (кГц) 1,0... 0,1 км (0, МГц) м (МГц) м (МГц), 1 м (0, ГГц) см (ГГц) мм (ГГц), 1 мкм

Основними недоліками РЛ (радіозв'язку) є: -залежність якості зв'язку від стану середовища передачі та сторонніх електромагнітних полів; -Низька швидкість; недостатньо висока електромагнітна сумісність у діапазоні метрових хвиль та вище; -складність апаратури передавача та приймача; - Вузькосмуговий систем передачі, особливо на довгих хвилях і вище.

З метою зменшення недоліків РЛ застосовують вищі частоти (сантиметрові, оптичні діапазони) дециметровий міліметровий діапазон. Це ланцюг ретрансляторів, що встановлюються через кожні 50 км-100 км. РРЛ дозволяють отримувати кількість каналів () на відстані (до км); Ці лінії меншою мірою схильні до перешкод, забезпечують досить стійкий і якісний зв'язок, але ступінь захищеності передачі по них недостатня. Радіорелейні лінії (РРЛ)

Сантиметровий спектр хвиль. СЛ дозволяють здійснювати багатоканальний зв'язок на «нескінченній» відстані; Супутникові лінії зв'язку (СЛ) Переваги СЛ - велика зона дії та передачі на значні відстані. Недолік СЛ - висока вартість запуску супутника та складність організації дуплексного телефонного зв'язку.

Переваги напрямних ЛЗ - висока якість передачі сигналів, - висока швидкість передачі, - велика захищеність від впливу сторонніх полів, - відносна простота кінцевих пристроїв. Недоліки напрямних ЛЗ - висока вартість капітальних та експлуатаційних витрат, - відносна тривалість встановлення зв'язку.

РЛ і ЛЗ не протиставляються, а доповнюють один одного В даний час лініями зв'язку передаються сигнали від постійного струму до оптичного діапазону частот, а робочий діапазон довжин хвиль простягається від 0,85 мкм до сотень кілометрів. -кабельні (КЛ) -повітряні (ПЛ) -волоконно-оптичні (ВОЛЗ). Основні типи спрямованих ЛЗ:

ОСНОВНІ ВИМОГИ ДО ЛІНІЙ ЗВ'ЯЗКУ -здійснення зв'язку на відстані до км у межах країни та до міжнародного зв'язку; -широкополосність і придатність передачі різних видів сучасної інформації (телебачення, телефонування, передача даних, мовлення, передача шпальт газет тощо. буд.); -захищеність ланцюгів від взаємних та зовнішніх перешкод, а також від грози та корозії; -стабільність електричних параметрів лінії, стійкість та надійність зв'язку; -Економічність системи зв'язку в цілому.

Сучасний розвитоккабельної техніки 1. Переважний розвиток коаксіальних систем, що дозволяють організувати потужні пучки зв'язку та передачу програм телебачення на великі відстані за однокабельною системою зв'язку. 2.Створення та використання перспективних ОК зв'язку, які забезпечують отримання великої кількості каналів і потребують свого виробництва дефіцитних металів (мідь, свинець). 3. Широке впровадження в кабельну техніку пластмас (поліетилену, полістиролу, поліпропілену та ін.), що володіють хорошими електричними та механічними характеристиками та дозволяють автоматизувати виробництво.

4. Впровадження алюмінієвих, сталевих та пластмасових оболонок замість свинцевих. Оболонки повинні мати герметичність і забезпечувати стабільність електричних параметрів кабелю протягом усього терміну служби. 5. Розробка та впровадження у виробництво економічних конструкцій кабелів внутрішньозонового зв'язку (однокоаксіальних, одночетвіркових, неброньованих). 6. Створення екранованих кабелів, що надійно захищають інформацію, що передається по них, від зовнішніх електромагнітних впливів і грози, зокрема кабелів у двошарових оболонках типу алюміній сталь і алюміній свинець.

7. Підвищення електричної міцності ізоляції кабелів зв'язку. Сучасний кабель повинен мати одночасно властивості як високочастотного кабелю, так і силового електричного кабелю, і забезпечувати передачу струмів високої напруги для дистанційного електроживлення підсилювальних пунктів, що не обслуговуються, на великі відстані.

з історії техніки

Історія розвитку провідного багатоканального електрозв'язку

Виконав: Нікітін Д. А., асп. кав. МСП

Перевірив: доц. Коротін Ст.

Вступ................................................. .................................................. ........................................... 3

1.. Зародження техніки багатоканального електрозв'язку. Найпростіші методи поділу сигналів 5

2.. Аналогові системи передачі ............................................ .................................................. ...... 8

3.. Цифрові системи передачі плезіохронної цифрової ієрархії 14

4.. Цифрові системи передачі синхронної цифрової ієрархії......................................... ... 18

5.. Мультиплексування з розподілом по довжинах хвиль. Оптичні транспортні мережі... 21

Висновок................................................. .................................................. .................................... 27

Список використаних джерел............................................... .............................................. 28

Спочатку електричний зв'язок був провідним. Лише в наприкінці XIXстоліття була відкрита і використана можливість зв'язку без проводів, за допомогою електромагнітних хвиль, що розповсюджуються у вільному просторі. На сьогодні бездротові технології набули виключно широкого поширення. Однак, незважаючи на використання найсучасніших засобів і методів обробки сигналів, бездротові засоби зв'язку програють за пропускною спроможністю кабельним лініям і навряд чи колись їх перевершать. Це пов'язано з тим, що електромагнітний сигнал, що розповсюджується в закритій направляючій системі (в кабелі), знаходиться в набагато вигідніших умовах, ніж радіосигнал у відкритому просторі. На нього практично не впливають сигнали інших ліній, він не схильний до впливу погодних умов, спотворень за рахунок багатопроменевого поширення і т.д.

Водночас, обладнання кабельної лінії зв'язку – надзвичайно трудомісткий та дорогий захід. Багато кілометрів кабелю необхідно закопати в землю або прокласти каналами кабельної каналізації. Додаткові труднощі виникають при подоланні водних перешкод, автомобільних та залізниць. Також слід врахувати, що протягом більшої частини історії електрозв'язку використовувалися виключно металеві кабелі, для виготовлення яких застосовувалися такі дорогі метали, як мідь та свинець.

Всі ці проблеми вже на ранніх етапах розвитку коштів провідного зв'язкусприяли необхідності підвищувати ефективність використання лінійно-кабельних споруд за рахунок передачі одночасно кількох сигналів по одній парі проводів. Розробка таких способів започаткувала створення апаратури ущільнення, або мультиплексування. Технології ущільнення в ході свого розвитку пройшли кілька етапів і до теперішнього часу забезпечили створення потужної глобальної мережі типових каналів і трактів, тобто так званої первинної або транспортної мережі. Історії розвитку цих технологій та присвячена справжня робота.

1 Зародження техніки багатоканального електрозв'язку. Найпростіші методи поділу сигналів

Перші спроби підвищення ефективності використання ліній зв'язку відносяться до першої половини XIX ст. Єдиним видом електричного зв'язку, що існував тоді, була телеграфія. 1838 р. німецька вчений КарлШтейнгель запропонував для коротких ліній як другий дроти ланцюга використовувати землю чи воду. Через п'ять років Б. С. Якобі показав, що цей метод придатний і для довгих ліній. Це рішення дозволило вдвічі підвищити пропускну здатність металевих провідників.

У 1860–1870 pp. застосовувалися системи дуплексного, диплексного та квадруплексного телеграфування. При дуплексному телеграфуванні по одному дроту у зустрічних напрямках надсилалися дві телеграми. Поділ напрямків прийому та передачі здійснювалося за допомогою пристроїв, що розв'язують (диференціальних схем). Найбільш досконала схема дуплексного телеграфування була запропонована американським інженером Дж. Стірнс в 1871 р. При диплексному способі обидві телеграми посилалися в одному напрямку. У 1858–1859 pp. відомий російський математик З. Я. Слонімський запропонував схему квадруплексного телеграфування – найефективніший, хоча найскладніший з подібних методів. У цьому випадку по одному дроту передавалися чотири телеграми – по дві у зустрічних напрямках. Практично ця схема була реалізована лише у 1874 р. Т. А. Едісоном.

У 1876 р. французький винахідник Ж. Бодо запропонував спосіб багаторазового телеграфування, що дозволяв працювати по одній лінії відразу кількох телеграфних апаратів. На передавальній та приймальній станціях встановлювалися абсолютно однакові пристрої – розподільники, які являли собою круглі диски із укріпленими на них нерухомими контактами – ламелями. До кожної ламелі підключався свій телеграфний апарат. Крім того, на диску був один рухливий контакт – щітка. Цей контакт був пов'язаний з телеграфним проводом і рухався мотором. Обертаючись навколо своєї осі, щітка по черзі торкалася кожної ламелі і таким чином з'єднувала телеграфні апарати з проводом.

У своїй системі Бодо реалізував принцип тимчасового поділу каналів, який лежить в основі практично всього сучасного цифрового зв'язку.

У ХІХ столітті робилися спроби використати явище механічного резонансу для вибіркового прийому струмів різних частот. У 1860 р. французький вчительФізики Едмонд Лаборд підібрав кілька пар гнучких металевих пластинок і налаштував передавальну та приймальну платівки кожної пари в резонанс на власну частоту.

Більш досконалу схему запропонував 1869 р. професор фізики Харківського університетуГригорій Іванович Морозов. У його схемі передбачалися рідинний передавач та електромагнітний приймач. У посудину з рідиною опускалися дві металеві пластинки - рухлива та нерухома. Струм від батареї підводився до рухомої платівки. При її коливаннях змінювалися опір шару рідини і відповідно сила струму, що йде в лінію від нерухомої пластинки. Постійний струм перетворювався на пульсуючий відповідно до частоти коливань пластинки. Приймач складався з двох стрижневих електромагнітів, над якими розташовувався якір у вигляді залізної платівки, налаштованої в резонанс з рухомою платівкою передавача. Якщо по лінії посилати одночасно сигнали від кількох передавачів, кожен приймач реагує на сигнали лише свого передавача і відтворює вихідний сигнал. Ні схема Лаборда, ні схема Морозова не були реалізовані .

Перші телефонні лінії, як і телеграфні, були повітряними і працювали за однопровідною системою. Через взаємні та зовнішні впливи довелося відмовитися від несиметричних однопровідних ланцюгів і перейти на симетричні – двопровідні ланцюги. Скрутка ізольованих жив у пари почала застосовуватися у 1882 р. Законодавчо рішення про перехід на двопровідні телефонні ланцюги було прийнято на другому Міжнародному електротехнічному конгресі, що відбувся у Парижі у 1889 р.

У 1882 р. інженер фірми Siemens Brothers у Лондоні Франк Джекоб показав, що у кожних двох парах жив у кабелі можна отримати, крім двох фізичних ланцюгів, ще одне – третій ланцюг шляхом включення на кінцях лінії спеціальних диференціальних трансформаторів. Цей третій ланцюг був названий фантомним, або примарним. Фізично вона немає: її прямим проводом служать обидві жили першої пари, а зворотним проводом – обидві жили другої пари. У вітчизняній повоєнній літературі фантомні ланцюги було перейменовано на штучні. Завдяки диференціальним трансформаторам, розмови по штучному ланцюгу не впливають на розмови з основних ланцюгів. У результаті замість двох по лінії можна було одночасно вести три телефонні розмови; отже, ефективність її використання зросла на 50%. То справді був історично перший крок шляху ущільнення фізичних ланцюгів.

Ідею використання диференціальних трансформаторів застосував одночасно з Джекобом і Пікар у своїй схемі одночасного телефонування та телеграфування по одному двопровідному ланцюгу. До середніх точок вторинних обмоток диференціальних трансформаторів підводилися дроти від двох телеграфних апаратів. Працюючи телеграфних апаратів через диференціальні обмотки трансформаторів проходять струми різних напрямів, і їх на вторинні (лінійні) обмотки трансформаторів будуть взаємно знищуватися. Завдяки цьому телеграфна передача не створює перешкод у жодному ні в іншому телефонному ланцюзі. У цей період – на початку 1880-х гг. – були розроблені схеми одночасного телефонування та телеграфування бельгійським інженером Ріссельбергії незалежно від нього капітаном російської армії Григорієм Григоровичем Ігнатьєвим.

У 1886 р. Сідней Шелбурн в Нью-Йорку запропонував скручувати одночасно чотири жили, але складати ланцюги не з лежачих, а з протилежних жил, розташованих по діагоналі утвореного в поперечному перерізі квадрата. Така четвірка нагадує чотирипроменеву зірку і називається зірковою. Вона забезпечує стійкішу циліндричну форму кабелю, а також зручність формування штучних ланцюгів. Але головна перевага зіркової четвірки в тому, що відстань між діагонально розташованими жилами в 1,4 рази більша, ніж між лежачими. Отже, дещо зменшується електрична ємність ланцюга, а значить, і її коефіцієнт загасання. У результаті незначно, але все ж таки зростає дальність зв'язку.

Вирішального впливу ефективність використання телефонних ліній ці корисні вдосконалення не надали. Успіху було досягнуто в XX столітті на базі досягнень радіотехніки та електроніки.

2 Аналогові системи передачі

Найпростіші методи поділу сигналів дозволили до певних меж підвищити ефективність використання лінійних споруд зв'язку. Проте на початку ХХ століття ці методи себе вичерпали. Потрібно збільшити кількість каналів, що одночасно передаються по одній парі проводів, а також дальність зв'язку. Так як дальність провідного зв'язку обмежена через згасання в кабелі, необхідно періодично посилювати сигнал у міру його ослаблення.

Передумовою до створення проміжних підсилювачів став винахід у 1904 р. англійським фізиком та радіотехніком Джоном Флемінгом першої двоелектродної електронної лампи – діода. Перша практично придатна схема проміжного телефонного лампового електронного підсилювача була запропонована в 1912 американцями А. Кемпбелом і К. Вагнером. У 1913–1914 pp. у США була споруджена перша міжміська кабельна магістраль завдовжки 730 км із застосуванням проміжних підсилювачів.

У Росії великі заслуги у створенні та вдосконаленні проміжних підсилювачів («телефонних трансляцій», як вони тоді називалися за аналогією з телеграфними трансляціями) належать Валентину Івановичу Коваленкову (1884–1960) – одному з найбільших радянських фахівців у галузі провідного електрозв'язку, члену-кореспонденту СРСР, генерал-майор інженерно-технічної служби, лауреат Державної премії СРСР. У 1915 р. він продемонстрував макети лампових телефонних трансляторів на Всеросійському з'їзді інженерів-електриків. Свої перші патенти на телефонні трансляції, розроблені у період 1915–1918 років. він отримав у серпні 1919 р. Запропонована Коваленковым ідея підсилювача двосторонньої дії з диференціальною системою досі залишається основою побудови дуплексних підсилювачів каналів тональної частоти.

Перший телефонний транслятор системи Коваленкова (1922) було встановлено Бологом і забезпечував впевнений зв'язок Петрограда з Москвою. У 1924 р. трансляції, виготовлені у Петроградській науково-випробувальній станції, було встановлено лінії Петроград–Харків. Цього ж року завод «Червона зоря» розпочав промисловий випуск телефонних трансляцій. До 1927 р. на міжміських телефонних лініях зв'язку їх діяло понад п'ятдесят. Використання трансляцій дозволило організувати магістралі зв'язку дуже великої протяжності (Москва – Тбілісі, Москва – Магнітогорськ та ін.)

Телефонні трансляції двосторонньої дії забезпечили збільшення дальності зв'язку до 2500–3000 км за мідними ланцюгами, до 500–600 км – за сталевими та до 1000 км – за кабельними попунізованими ланцюгами .

Розширення міжміських телефонних магістралей поставило на чергу питання поліпшення техніки передачі міжміських розмов. Найважливіше значення мало використання апаратури високочастотного телефонування (ущільнення) повітряними лініями зв'язку. Це дозволило по одній парі мідних проводів передавати одночасно кілька телефонних розмов, що підвищило ефективність використання дорогих лінійних споруд.

Найбільш ранні зразки апаратури високочастотного телефонування були фактично радіоапаратуру, пристосовану для роботи по кабелях. Перші досліди передачі розмовних сигналів з проводів шляхом радіозв'язку було здійснено нашій країні проф. П. В. Шмаковим спільно з інженером Г. А. Купріяновим у 1922 році. У 1922–1923 pp. в Нижегородській лабораторії інженером А. Ф. Шоріним проводилися перші досліди щодо застосування методів радіозв'язку передачі телеграфних сигналів.

Перша вітчизняна одноканальна апаратура високочастотного телефонування для мідних ланцюгів була розроблена та виготовлена в 1926 р. співробітниками Ленінградської науково-випробувальної станції під керівництвом П. А. Азбукіна та встановлена на лінії Ленінград – Бологе. На цій же лінії були здійснені перші досліди, пов'язані з отриманням декількох телеграфних зв'язків замість одного телефонного. Для цього було застосовано так звану систему тонального частотного телеграфування.

У 1927 р. була створена апаратура високочастотного телефонування (типу ОСА-406), що дозволила здійснювати по одному мідному ланцюзі три телефонні розмови.

Широке промислове виробництво апаратури ущільнення СРСР розпочалося з розробки в 1934 р. трехканальной апаратури СМТ-34. Ця апаратура двосмугової системи з передачею до лінії несучої частоти працювала у смузі частот 10,4–40 кГц. У 1935 р. вітчизняна промисловість почала випускати триканальну апаратуру ущільнення ланцюгів типу ОСМТ-35, що працює у спектрі 6–30 кГц без передачі до лінії несучої частоти. В апаратурі було встановлено автоматичне регулювання посилення. Апаратура забезпечувала більш високу якість передачі та більшу дальність дії.

До кінця 30-х років апаратурою ущільнення було обладнано більшість міжміських телефонних ліній. У цей період високочастотні канали починають використовуватися передачі нетелефонної інформації, передусім, для багаторазового телеграфування і фототелеграфирования .

У 1939 р. вступила в експлуатацію найдовша у світі міжміська телефонна лінія Москва-Хабаровськ протяжністю близько 9 тис. км, продовжена потім до Владивостока. З введенням у лад цієї магістралі було встановлено зв'язок із великими промисловими центрами Сходу: Хабаровському, Владивостоком, а надалі з Магаданом, Южно-Сахалинском та інші міста.

У 1939-1940 pp. фахівці Центрального науково-дослідного інституту зв'язку та заводу «Червона зоря» розробили першу вітчизняну 12-канальну систему високочастотного телефонування з мідних ланцюгів повітряних ліній зв'язку. Використання цієї апаратури дозволило значно збільшити пропускну спроможність міжміських телефонних ліній. У період Великої Вітчизняної війниця апаратура успішно забезпечувала зв'язок на магістралі Москва-Ленінград.

У 1949 р. розпочався промисловий випуск триканальної апаратури високочастотного телефонування В-3 для ущільнення повітряних ланцюгів із кольорових металів. Апаратура, що працює в діапазоні частот 6-27 кГц, розрахована на організацію зв'язку лініями протяжністю до 10 тис. км. Ця апаратура набула широкого поширення на повітряних лініях міжміської телефонної мережі.

У 1965 р. промисловістю було організовано випуск апаратури В-3-3 для ущільнення ланцюгів із кольорових металів та сталевих ланцюгів на магістральних та обласних зв'язках. Апаратура була виконана на транзисторах і дозволяла організувати чотири канали – три канали ВЧ та один канал службового зв'язку. Здвоєними каналами В-3-3 можна було організувати передачу програм мовлення за допомогою апаратури АВ-2/3. Діапазон частот (4–31 кГц) у цій апаратурі ширший, ніж у В-3. Максимальна дальність передачі мідними ланцюгами – 2500 км, сталевими ланцюгами – 150 км.

У 1951 р. розпочався серійний випуск апаратури В-12, що працювала в діапазоні частот 36-143 кГц і забезпечувала отримання дванадцяти телефонних каналів при ущільненні мідних та біметалевих повітряних ланцюгів. Апаратура була розрахована на організацію зв'язків завдовжки до 10 тис. км. По кожному каналу апаратури В-12 можна було організувати передачу фототелеграм, 16 каналів тонального телеграфу, а двома об'єднаними каналами з допомогою спеціальної апаратури – передачу програм мовлення.

Модифікована апаратура В-12-2 (1956–1957 рр.) разом із генераторним обладнанням займала дві стійки (замість восьми стояків – в апаратурі В-12). Зменшення габаритів апаратури дозволило на існуючих міжміських станціях встановлювати більше комплектів апаратури ущільнення.

У 1951 р. була розроблена апаратура К-12, що працює в діапазоні 12-60 кГц. За допомогою цієї апаратури за двокабельною лінією можна було організувати 12 телефонних каналів по двох парах.

На зміну системі К-12 прийшла апаратура К-24, розроблена 1953 р., що дозволила вдвічі збільшити використання пар кабелю. Апаратура К-24 працює у діапазоні частот 12-108 кГц.

У 1957 р. була розроблена шістдесятиканальна апаратура К-60, що працює за двокабельною системою в діапазоні частот 12-252 кГц і що дозволяє здійснювати одночасну передачу 60 телефонних розмов по двох парах на відстань до 5 тис. км. Наприкінці 50-х років у НДР була розроблена апаратура, подібна до К-60, на електронних лампах – V-60-S. У 1965 – 1966 роках, не без участі СРСР, промисловістю НДР були розроблені зразки апаратури типу V-60-E на транзисторах.

Починаючи з середини 50-х років. в апаратурі систем передачі використовуються напівпровідникові прилади. Апаратура К-24П та К-60П була виконана повністю на напівпровідниках.

Перша вітчизняна система зв'язку для ущільнення коаксіальних ліній зв'язку К-1920 була створена у 1959–1960 роках. За допомогою цієї системи можна організувати 1920 телефонних каналів або 300 телефонних каналів і одночасно одну телевізійну передачу. Крім того, каналами цієї системи можна забезпечити телеграфний обмін, передачу програм мовлення, фототелеграфних повідомлень, а також даних. Система займає діапазон частот 312-8524 кГц.

Для ущільнення малогабаритного коаксіального кабелю було призначено систему К-300. Вона дозволяє організувати 300 телефонних каналів у діапазоні частот 60–1300 кГц. Для використання на внутрішньообласних зв'язках було створено систему К-120, яка працювала у спектрі до 1300 кГц.

Слід зазначити, що в початковий періодрозробки різних систем розроблялася окрема кінцева апаратура ущільнення. Так було розроблено комплекти апаратури для систем В-12, К-12, К-24, К-60, К-1920 (перший випуск). Така різноманітність типів обладнання з різним конструктивним та електричним рішенням аналогічних вузлів призводила до ускладнення експлуатації апаратури та значного розкиду параметрів каналів та групових трактів різних систем. Тому вже при проектуванні апаратури К-300 було поставлено завдання створення уніфікованої кінцевої апаратури для всіх багатоканальних систем передачі.

Згодом було створено системи передачі К-3600, К-5400, К-10800. Дві останні з них так і не набули поширення.

Всі розглянуті аналогові системи передачі були засновані виключно на принципі частотного поділу каналів (ЧРК), хоча метод тимчасового поділу каналів та види імпульсної модуляції (амплітудно-імпульсна, широтно-імпульсна, фазово-імпульсна) були відомі ще в 30-ті роки та вивчалися. Пов'язано це було з тим, що аналогова система передачі з амплітудно-імпульсною модуляцією (АІМ) та тимчасовим поділом каналів (ВРК) вимагала набагато ширшу смугу частот у порівнянні з системою передачі з ЧРК тієї ж ємності, оскільки при використанні сигналом-переносником Послідовності прямокутних імпульсів спектр групового сигналу виявлявся дуже широким (теоретично нескінченним). Неминуча обмеження спектра, як і взагалі будь-які лінійні спотворення групового сигналу, призводили б до міжканальних переходів, що мають характер виразної перехідної розмови.

В аналогових системах передачі застосовувалися такі різновиди амплітудної модуляції (АМ):

АМ з двома бічними смугами частот і несучою частотою,

АМ з однією бічною смугою частот і несучою частотою,

АМ із двома бічними смугами частот без несучої частоти (АМ ДБП),

АМ з несиметричними бічними смугами частот.

Найкращим за показниками потужності, а також з точки зору раціональності використання частотного ресурсу, хоча і найскладнішим у реалізації, виявився метод АМ ОБП. Саме цей вид модуляції використовувався у переважній більшості аналогових систем передачі.

Аналогові системи передачі зіграли величезну роль створенні всесвітньої телекомунікаційної мережі. Можна з упевненістю стверджувати, що без винаходу методів ущільнення каналів міжміський телефонний зв'язок якби існувала, то була б недоступна рядовим користувачам. Однак аналогові системи передачі мали серйозні недоліки, основні з яких такі:

Ефект накопичення в каналі перешкод, шумів та спотворень зі збільшенням відстані, що істотно знижує якість зв'язку;

Дорожнеча апаратури, пов'язана з найвищими вимогами до стабільності частот генераторів, що задають, лінійності амплітудних характеристик підсилювачів, амплітудно-частотним характеристикам електричних фільтрів і т. д.;

Трудомісткість експлуатації, наявність лише найпримітивніших засобів вбудованого контролю;

Великі габарити, маса, високе енергоспоживання;

Трудність передачі за аналоговими каналами.

Усунути ці недоліки в рамках аналогової технології виявилося неможливо, в результаті чого аналогові системи передачі себе зжили, поступившись місцем цифровим системам передачі. Тим не менш, у всьому світі все ще експлуатується велика кількість аналогових систем, а методи частотного поділу каналів в даний час застосовуються в новітніх волоконно-оптичних системах передачі з поділом по довжинах хвиль (WDM), а також високоефективних системах «останньої милі» xDSL .

3 Цифрові системи передачі цифрової плезіохронної ієрархії

На початку XX ст. Великий російський учений У. А. Котельников довів свою знамениту теорему про дискретизації, показавши важливу можливість уявлення безперервного сигналу як послідовності відліків, узятих через певний проміжок часу, і відновлення по цій послідовності вихідного сигналу. У 1937 році французький інженер А. Рівс запропонував принципи імпульсно-кодової модуляції (ІКМ). Імпульсні методи модуляції інтенсивно розвивалися у зв'язку з розвитком радіолокації, починаючи з 40-х років. Таким чином, передумови створення цифрових систем передачі були створені ще в першій половині XX століття.

Тим не менш, аж до 60-х (у Росії - до 70-х) років всі системи передачі були аналоговими. Досвідчена 96-канальна система з ІКМ була створена у перші роки після Другої світової війни. Але цифрове обладнання було виключно громіздким, тому цифровий зв'язок не знаходила широкого застосування до кінця 50-х років. Справжній розвиток імпульсно-кодові методи передачі отримали лише починаючи з 1956, після винаходу транзистора (1948) і розробки першого покоління електронних цифрових обчислювальних машин.

Перша комерційна цифрова система передачі голосу, що використовувала імпульсно-кодову модуляцію та тимчасовий поділ каналів, була створена компанією Bell Systems (США) у Чикаго в 1962 р. Система дозволяла організувати 24 телефонні канали та працювала по мідному кабелю, що з'єднував офіси компанії. Для організації одного телефонного каналу був потрібний цифровий потік зі швидкістю 64 кбіт/с. З урахуванням того, що 8 кбіт/с потрібно для службових цілей, сумарна швидкість цифрового потокустановила 1544 кбіт/с.

Цей цифровий потік був названий каналом DS1, або T1. У США канал зі швидкістю 1544 кбіт/с був прийнятий як перший рівень ієрархії цифрових потоків. Це був час появи ЕОМ третього покоління, які принесли з собою концепцію каналів введення-виведення з розвиненою системою мультиплексорів введення-виведення, що використовуються для організації комерційних мереж передачі даних. Також набули поширення локальні обчислювальні мережі для об'єднання комп'ютерів.

Однак лише стрімкий розвиток мікропроцесорної техніки (зокрема, поява першого мікропроцесора фірми Intel) уможливило реальне впровадження цифрових технологій у системи зв'язку. Результатом стало широке поширення та розвиток комп'ютерних мереж, що дало поштовх до створення мереж передачі голосу та даних з ІКМ.

Розвиток цифрових телефонних мереж йшло у напрямку дедалі більшого ущільнення каналів. Це досягалося, з одного боку, за рахунок мультиплексування каналів T1 сигнали з більш високими швидкостями. З іншого боку, застосування більш ефективних, ніж традиційна ІКМ, методів кодування мовних сигналів (наприклад, дельта-модуляції, диференціальної імпульсно-кодової модуляції як неадаптивної, так і адаптивної) дозволило зменшити швидкість цифрового потоку, необхідну для організації одного телефонного каналу і тим розмістити в одному каналі зі швидкістю 64 кбіт/с не один, а кілька телефонних каналів .

Розвиток схем мультиплексування спричинило створення трьох ієрархій цифрових систем передачі – європейської, північноамериканської та японської. Європейська ієрархія ґрунтується на первинному цифровому потоці E1, що має швидкість 2048 кбіт/с. При поєднанні чотирьох потоків E1 формується потік E2, що має швидкість 8448 кбіт/с. Потік E3 (34368 кбіт/с) виходить мультиплексуванням чотирьох потоків E2. Аналогічно потоком четвертого рівня (E4) є сигнал зі швидкістю 139264 кбіт/с, а швидкість потоку E5 становить 564992 кбіт/с.

У Північній Америці, як зазначалося, як первинного сигналу використовується потік зі швидкістю 1544 кбіт/с. Сигнали вищих рівнів північноамериканської ієрархії мають швидкості 6312, 44736 і 274176 кбіт/с. Японський варіант ієрархії перших двох рівнях збігається з американським стандартом (швидкості стандартних потоків становлять 1544, 6312, 32064, 97728 кбіт/с) .

Об'єднання цифрових потоків проводилося, переважно, побітовим способом. Вимоги до нестабільності генераторного обладнання були суттєво ослаблені порівняно з аналоговими системами передачі, що породжувало необхідність передбачати спеціальні механізми для узгодження швидкостей компонентних (об'єднуваних) та агрегатного (групового) сигналів. Традиційно узгодження швидкостей поділялося на позитивне, негативне та двостороннє і досягалося або за рахунок вставки баластових символів (ця процедура називалася стафінгом), або, навпаки, шляхом вилучення одного символу з цифрового потоку та передачі його окремим спеціально відведеним цифровим каналом. Для управління процесом у циклі групового сигналу також передбачалися біти для команд узгодження швидкостей.

Так як цифрові системи передачі були розраховані на синхронізацію від різних генераторів, що задають, і допускали деяке розбіжність частот, ця технологія отримала назву ПЦІ - плезіохронна, тобто майже синхронна, цифрова ієрархія (PDH, Plesiochronous Digital Hierarchy).

У був прийнятий європейський варіант ієрархії. Для сільських мереж зв'язку були розроблені системи передачі ІКМ-15 та ЗОНА-15. На міських мережах застосовувалася система ІКМ-30. Для зонових та місцевих мереж було створено апаратуру ІКМ-120. Системи вищого рівня – ІКМ-480 та ІКМ-1920 знайшли своє застосування на магістральних та зонових мережах.

Спочатку цифрові системи передачі були розроблені для ліній зв'язку, в яких середовищем поширення групових сигналів були металевий кабель, або радіорелейні лінії. У цих системах довжина регенераційної ділянки для E1 – E2 не перевищувала 5 км, а E4 – 1,5…2 км. Використання систем передачі, що працюють по оптичному волокну, дозволило багаторазово збільшити довжину регенераційної ділянки.

У 80-х роках у Радянському Союзі була розроблена та вироблялася апаратура волоконно-оптичних систем передачі «Соната-2», призначена для використання на міських мережах як сполучні лінії між вузлами зв'язку. Ця апаратура дозволяла по одній парі багатомодових оптичних волокон передавати 120 телефонних каналів зі швидкістю 8448 кбіт/с. Для ущільнення з'єднувальних ліній випускалося також обладнання ІКМ-120-5. Ця апаратура випускалася у двох варіантах: КЛТ-26 (який працював у першому вікні прозорості на довжині хвилі 850 нм) та КЛТ-24 (у другому вікні прозорості на довжині хвилі 1300 нм).

Для роботи у внутрішньозонових мережах була призначена апаратура "Сопка-2". Дана апаратура також забезпечувала утворення потоку 8448 кбіт/с та за структурною схемою, пристроями телеконтролю та службового зв'язку мало відрізнялася від «Сонати-2» та ІКМ-120-5.

До 2001 року вітчизняною промисловістю випускалася апаратура для передачі по одномодовому оптичному волокну сигналів E2 – ОЛТ-025 (завод «Моріон», м. Перм) та ТО-41 (АТ НВП РОТЕК). Ця апаратура вироблялася на сучасному технологічному рівні, в ній були застосовані сучасні електронні та квантово-оптичні елементи з великим ресурсом та високою надійністю. Конструктивно апаратура була виконана у кількох варіантах.

Для внутрішньозонових мереж, крім апаратури «Сопка-2», вироблялася також апаратура «Сопка-3», призначена для передачі 480 телефонних каналів у двійковому цифровому потоці зі швидкістю 34368 кбіт/с (E3). Для організації потоку E4 оптичного волокна була призначена апаратура «Сопка-4». Згодом характеристики волоконно-оптичних систем передачі було покращено. З'явилися системи "Сопка-2м", "Сопка-3м", "Сопка-4м".

У міру розвитку телекомунікаційних мереж та появи нових вимог до систем передачі стали виявлятися недоліки плезіохронної цифрової ієрархії. Використання процедури узгодження швидкостей призводило до неможливості виділення компонентних потоків з агрегатного без повного демультиплексування. Наприклад, для виведення потоку E1 з потоку E4 необхідно провести повне демультиплексування потоки E3, потім розділити необхідний потік E3 на потоки E2, після чого демультиплексувати потік E2 до рівня E1. Це вимагало в пунктах виділення та транзиту встановлювати велику кількість обладнання.

Інший недолік ПЦІ полягає в тому, що порушення синхронізму в груповому сигналі ЦСП вищого рівня призводить до порушення синхронізму у всіх компонентних потоках, а відновлення синхронізму при цьому має здійснюватися послідовно від вищих щаблів ієрархії до нижчих, що вимагає значного часу.

Нарешті, плезіохронна цифрова ієрархія має слабкі можливості в організації службових каналів для контролю та управління потоком в мережі і практично повна відсутність засобів маршрутизації потоків нижніх рівнів.

Зазначені недоліки були подолані у новій технології, що отримала назву SDH (Synchronous Digital Hierarchy, синхронна цифрова ієрархія). Однак системи ПЦІ досі існують у великій кількості та продовжують експлуатуватися. Фірми-виробники пропонують на ринку телекомунікаційного обладнання безліч найменувань виробів, що працюють за цією технологією.

4 Цифрові системи передачі синхронної цифрової ієрархії

Недоліки, властиві цифровим системам передачі цифрової плезіохронної ієрархії, зажадали створення нової технології транспортної мережі. У зв'язку з цим перед розробниками постали такі завдання:

Необхідно було уніфікувати ієрархію швидкостей цифрових потоків та продовжити його за межі, регламентовані стандартами ПЦІ;

Нова технологія повинна була дозволяти вводити та виводити компонентні потоки без повного демультиплексування групового сигналу, для чого компонентні потоки повинні займати строго певне положення у циклі;

Необхідно було розробити нові структури циклів, які б дозволили організувати як примітивну сигналізацію, а й маршрутизацію потоків;

Технологія мала забезпечити в межах ієрархії можливість управління мережами з топологією будь-якої складності;

Інтерфейси транспортної мережі мають бути стандартизовані, щоб забезпечувалась можливість спільної роботи обладнання різних фірм-виробників.

На початку 80-х років американськими інженерами було запропоновано:

використовувати синхронний режим роботи мережі замість плезіохронного або асинхронного;

Побітове поєднання компонентних потоків замінити побайтовим;

Використовувати відому технологію інкапсуляції даних у пакети (концепція віртуальних контейнерів);

Як первинну швидкість прийняти значення 50,688 Мбіт/с, встановити період проходження циклів рівним 125 мкс, прийняти структуру циклу, що складається з трьох рядків по 264 стовпці. Такі параметри дозволили продовжити американську гілку ПЦІ (1,5 – 6 – 45 Мбіт/с);

Включити до ієрархії достатню кількість рівнів сигналів;

Орієнтуватися використання оптичного волокна як середовище поширення сигналу.

У 1984-86 рр., розглянувши низку альтернатив, комітет Т1 (США) запропонував використовувати потік зі швидкістю 50,688 Мбіт/с як основний синхронний транспортний сигнал (STS-1). Однак згодом комітет SONET прийняв рішення розробити синхронну цифрову ієрархію, в якій швидкість первинного сигналу дорівнювала 51,84 Мбіт/с. При цьому було враховано невдачу застосування крос-мультиплексування PDH-ієрархій, а також прийнято до уваги наявність європейського варіанту SDH, в якому швидкість синхронного транспортного модуля першого рівня (STM-1) становила 155,52 Мбіт/с. В результаті з'явилася можливість шляхом розробки розвинених схем мультиплексування та крос-мультиплексування запропонувати універсальний набір віртуальних контейнерів (VC), що дозволили інкапсулювати усі формати циклів стандартних американської та європейської плезіохронних ієрархій. Таким чином, швидкість сигналу STM-1 дорівнювала швидкості сигналу ОС-3 системи SONET.

У 1989 р. у Синій книзі МККТТ було викладено основні стандарти синхронної цифрової ієрархії (рекомендації G.707 – G.709). Аналогічні стандарти для мереж SONET були випущені ANSI та Bellcore.

Початкова редакція стандартів SDH допускала дуже багато варіантів мультиплексування при формуванні сигналу STM-1. Проте вже у другій редакції (1991 р.) деякі варіанти було скасовано. Зокрема, серед стандартних підтримуваних компонентних потоків було виключено вторинний цифровий потік європейської ПЦІ (8448 кбіт/с). У результаті схема мультиплексування значно спрощена. У 1993 році було випущено третю редакцію стандартів.

Технологія синхронної цифрової ієрархії показала свою життєздатність і безперервно вдосконалювалася. Вона знайшла своє застосування як на волоконно-оптичних лініях зв'язку, а й на радіорелейних лініях. Згодом з'ясувалося, що швидкість 155520 кбіт/с (швидкість синхронного транспортного модуля першого рівня) у багатьох випадках є надмірною. З'явилася потреба продовжити ряд стандартних швидкостей не тільки у бік збільшення, а й у бік зменшення, зберігши при цьому всі переваги технології SDH. В результаті в 1999 р. була прийнята чергова редакція рекомендації G.708, в якій до загальної схеми мультиплексування був включений сигнал STM-0 (51,84 Мбіт/с, відповідає сигналу першого рівня мережі SONET), а також сигнали суб-STM » sSTM-2n та sSTM-1k (k=1, 2, 4, 8, 16; n=1, 2, 4). Таким чином, з'явилася можливість передавати навіть одиночний віртуальний контейнер VC-12 (що містить потік 2 Мбіт/с) з можливістю наскрізного контролю та управління в межах всієї мережі.

Набір стандартних контейнерів для відображення корисного навантаження деякою мірою обмежував безліч компонентних сигналів, які можна було передавати через мережу SDH. Тим часом, хоча технологія розроблялася в першу чергу з розрахунку на передачу сигналів плезіохронних ієрархій, існувала потреба в передачі та інших видів сигналів (наприклад, осередків ATM, трафіку комп'ютерних мереж тощо). Щоб зробити технологію SDH дійсно універсальною, були розроблені методи суміжної та віртуальної конкатенації (об'єднання) віртуальних контейнерів. Конкатеновані віртуальні контейнери VC-n-Xc утворюють тракти зі швидкістю, що в X разів перевищує швидкість одиночних віртуальних контейнерів VC-n .

В даний час SDH є найпоширенішою технологією транспортної мережі. Виробниками телекомунікаційного устаткування випускається безліч найменувань апаратури синхронної цифрової ієрархії. Можна сказати, що SDH – це сьогоднішній день транспортних мереж. Великий потенціал технології, наявність шляхів її подальшого вдосконалення відповідно до вимог часу дозволяють припустити, що синхронна ієрархія, швидше за все, найближчими роками зберігатиме лідируючу позицію.

На сьогоднішній день існує обладнання SDH, що дозволяє передавати сигнали зі швидкостями до 40 Гбіт/с (STM-256). Такі швидкості цілком задовольняють сьогоднішні потреби у пропускній спроможності, а найчастіше навіть виявляються надмірними. Подальше збільшення швидкості цифрового сигналу пов'язане з серйозними технічними труднощами та економічно недоцільним.

Проте успіхи оптоволоконної технології дозволили значно підвищити ефективність використання ліній оптичного кабелю з допомогою передачі цифрових потоків одночасно кількох оптичних несучих. Ця технологія отримала назву WDM (Wave Division Multiplexing), тобто поділ довжин хвиль, або спектральне ущільнення.

5 Мультиплексування з розподілом по довжинах хвиль. Оптичні транспортні мережі

Зростання потреб у збільшенні обсягів зв'язку як з точки зору збільшення швидкості передачі інформації, так і охоплення нових регіонів призвело до появи та становлення нових волоконно-оптичних технологій, зокрема технологій спектрального (частотного) мультиплексування (ущільнення) каналів, що отримали назву WDM- та DWDM -технологій. Ці технології дозволяють у сотні разів збільшити пропускну здатність волоконно-оптичних каналів та мереж зв'язку; їх застосування разом з технологіями тимчасового ущільнення (TDM) дозволило досягти терабітних швидкостей передачі інформації по одному оптичному волокну.

Підвищувати пропускну здатність оптичного волокна у вже прокладеному кабелі в принципі можна двома способами: або підвищити швидкість передачі в каналі за рахунок застосування більш швидкого тимчасового ущільнення (TDM), або збільшити кількість спектральних каналів, якими здійснюється передача сигналу по одному волокну за рахунок застосування WDM -технології.

Реалізація першого варіанту, особливо у мережах телекомунікації, використовують синхронну цифрову ієрархію (SONET/SDH), пов'язані з низкою труднощів. В даний час на практиці реалізовані і використовуються TDM-канали зі швидкостями передачі інформації до 40 Гбіт/с, проте подальше збільшення швидкостей технічно важко досягти і призводить до різкого подорожчання кінцевої апаратури.

Крім цього, в більшості випадків вже прокладене оптичне волокно не дозволяє передавати інформацію зі швидкостями більше 10 Гбіт/с, оскільки при його прокладанні у складі волоконного кабелю не бралося до уваги ряд суттєвих ефектів, що виявляються в волокні за таких швидкостей передачі інформації. По-перше, через наявність дисперсії у волокні, що призводить до розширення світлових імпульсів і, отже, обмеження швидкості передачі. В одномодовому волокні повна дисперсія складається з хроматичної та поляризаційно-модової (ПМД). Величину хроматичної дисперсії в принципі можна знизити шляхом включення до лінії відрізків волокна з протилежним знаком дисперсії. Величина ПМД обумовлена відхиленнями поперечного перерізу світлознавчої жили волокна від круглої форми, що виникають через недосконалість технології, і носить випадковий характер, а тому і не завжди може бути компенсована. По-друге, зі зростанням швидкості передачі падає чутливість фотоприймальних пристроїв і глибина модуляції несучого світлового сигналу інформаційним сигналом і, як наслідок цього, відношення сигнал/шум в лінії. Для компенсації цих ефектів необхідно встановлювати додаткові підсилювачі та регенератори оптичних сигналів. Все це так чи інакше призводить до ускладнення оптичної апаратури та підвищення її вартості.

Існує інший шлях збільшення інформаційної ємності чи швидкості передачі ВОЛЗ. Це застосування спектрального мультиплексування, WDM-технології. Системи, що використовують WDM, засновані на здатності оптичного волокна одночасно пропускати широкий спектр оптичного випромінювання або набір великої кількості довжин хвиль, що не інтерферують і не взаємодіють між собою. Кожна довжина хвилі або певний діапазон довжин хвиль цього спектра може бути незалежним оптичним каналом передачі інформації по волокну .

На зорі розвитку технології WDM процесу стандартизації її основних параметрів: кроку між несучими, довжини та числа прольотів (секцій), бюджету оптичної потужності – приділялося мало уваги, так як ця технологія використовувала як джерело сигналу вихідний сигнал мультиплексора SDH, а довжина прольоту була прив'язана до довжини однієї із стандартних секцій SDH. Тому серед систем WDM у той час можна було зустріти системи з двома каналами (1310 і 1550 нм, де рознос 240 нм диктувався лише бажанням сполучити системи SDH, що працюють з двома стандартними несучими) або 5-7 каналами з кроком 3,2 або 1, 6 нм, довжина прольоту та бюджет потужності яких не нормувався. Про класифікацію самих систем WDM не було й мови.

Проте бурхливий розвиток WDM призвів до появи першого, хоч і тимчасового (класу draft) стандарту Міжнародного союзу електрозв'язку (1997), який згодом був схвалений (10.98) і опублікований в 1999 як стандарт для багатоканальних систем SDH з оптичними підсилювачами G.692. Цей стандарт рекомендував використовувати частотний план з кроком несучих 100 ГГц (0,8 нм) і більше, хоча в розробках нових систем WDM, які вже називалися щільними WDM, або DWDM, вже використовувався крок 50 ГГц (0,4 нм). Результатом подальшого розвиткуоптичної інтегральної схемотехніки стало зменшення кроку між несучими послідовно до 50, 25 і 12,5 ГГц, що у момент розробки першого стандарту можна було лише мріяти.

Однак потім інтенсивний шлях розвитку систем DWDM (з точки зору зменшення кроку між несучими частотами) зайшов у глухий кут, тому що до наступного етапу - зменшення кроку до 6,25 ГГц - буде дуже важко перейти не тільки через фізичні обмеження (температурної нестабільності частот) несучих), але й через суттєве подорожчання таких надщільних систем WDM (HDWDM). Виходом з цього економічного глухого кута стало використання нового класу систем WDM – розріджених систем WDM, або CWDM, які використовують дуже великий і фіксований крок між несучими – 20 нм – і дуже дешеві засоби виділення цих несучих: багатошарові тонкоплівкові оптичні фільтри. Реалізація такого рішення стала можливою завдяки різкому розширенню оптичної смуги використання систем WDM: від 1270 до 1610 нм, що було зумовлено успіхами в галузі створення ОВ, що не має піку поглинання на частоті 1383 нм.

Спочатку несучі WDM використовувалися лише передачі трафіку систем SDH. Системам WDM було призначено роль магістральних транспортних систем, які працюють за схемою точка-точка. Однак кожна система, що несе в системах WDM, принципово могла передавати потік цифрових сигналів, сформований за законами будь-якої синхронної (для глобальних мереж) або асинхронної (для локальних мереж) технології. Останнє пояснюється тим, що вона дає технологіям ЛОМ фізичний рівень моделі взаємодії відкритих систем OSI. В результаті одна несуча може передавати АТМ або IP, або Ethernet трафік ЛОМ, інша – трафік SDH або PDH глобальних мереж тощо. І тому необхідно лише промодулировать конкретну несучу WDM відповідним сигналом, тобто. мати відповідний інтерфейс на вході систем WDM, які вважаються прозорими для зовнішнього модулюючого сигналу, що забезпечують йому передачу через фізичний рівень канал зв'язку (середу передачі).

Таким чином, технологія WDM забезпечує технологіям ATM, Ethernet та IP фізичний інтерфейс для виходу на фізичний рівень і далі оптичне середовище передачі. Виробники обладнання «старих глобальних технологій» SDH/SONET, бажаючи продовжити його моральний термін служби, також розробили всі необхідні інтерфейси, використовуючи свою альтернативу виходу на фізичний рівень та середовище передачі. Ця альтернатива заснована на техніці інкапсуляції осередків АТМ або кадрів/пакетів Ethernet та IP у віртуальні контейнери SDH або віртуальні триби SONET. Дана техніка в даний час об'єднана під загальною назвою MSPP (Multiservice Provisioning Platform) – платформа мультисервісного забезпечення. Вона дозволяє використовувати одну мережу SDH/SONET для передачі різнорідного трафіку шляхом використання різних інтерфейсних карток з мультисервісними протоколами та процедурами інкапсуляції такого трафіку. Це продовжує життя технологіям SDH/SONET і збільшує їхню конкурентоспроможність по відношенню до WDM, що важливо, враховуючи малу поширеність мереж WDM в Росії.

Зрозуміло, що за інших рівних умов використання WDM має очевидні переваги у передачі трафіку ATM, Ethernet та IP, оскільки не вимагає інкапсуляції осередків/кадрів/пакетів у проміжний модуль (STM/STS), що спрощує процедуру обробки трафіку, зменшує загальну довжину заголовків , Підвищуючи відсоток інформаційної складової трафіку та ефективність передачі в цілому.

Системи зі спектральним ущільненням поділяються на:

Розріджені WDM - CDWM - системи з кроком по довжині хвилі 20 нм, що працюють у смузі 1270-1610 нм;

Звичайні WDM – WDM-системи з кроком несучих за частотою понад 200 ГГц, що дозволяють мультиплексувати трохи більше 16 каналів;

Щільні WDM – DWDM-системи з кроком, що несуть за частотою від 200 до 50 ГГц;

Високощільні WDM - HDWDM-системи з кроком по частоті менше 50 (25 і 12,5) ГГц; цю градацію систем стандартами не передбачено, але часто використовується в публікаціях фахівців.

В даний час ще використовується певна кількість 4-8-канальних систем WDM. Їх можна умовно зарахувати до систем другого покоління (крім деяких). У 1997–1999 роки було розроблено системи третього покоління, засновані на стандартному частотному плані і мають 32, 64, 128 чи більше каналів. Нині розпочався етап їхнього повсюдного впровадження. Характерна риса цього етапу – використання принципу «збільшення числа каналів зі зростанням трафіку». Такий підхід враховується розробкою інтерфейсних карт, розрахованих різне число портів (4, 8, 16), чи можливістю установки потрібного числа однотипних карт із фіксованим числом портів. Цим обумовлюється і те, що системи, формально анонсовані як 160/320-канальні, фактично реалізуються як 4-8-16-канальні з можливістю подальшого нарощування каналів.

У Росії будівництво DWDM-мереж приступили тільки в XXI столітті. На початку 2001 р. петербурзька компанія «Раском» оголосила про старт проекту, який передбачав збільшення пропускної спроможності її базової ВОЛЗ рівня STM-64 (10 Гбіт/с). Вже в липні цього ж року було введено в експлуатацію систему передачі та обладнання лінійного тракту DWDM на ділянці Москва – Санкт-Петербург. До складу ділянки крім кінцевих станцій входили один регенераційний та шість підсилювальних пунктів. Загальна довжина лінії становить 690 км, тривалість підсилювальної ділянки – 96 км, регенераційної – 345 км. А через рік, у липні 2002 був введений в експлуатацію ділянку Санкт-Петербург – кордон з Фінляндією. В результаті сумарна потенційна пропускна спроможність магістральної мережі "Раском" зросла до 15 Тбіт/с.

Спочатку технологія DWDM в Росії застосовувалася тільки при будівництві магістральних мереж передачі даних або для створення однієї-двох ліній зв'язку між містами. І лише у 2005 році було побудовано першу регіональну мережу – зонову мультисервісну DWDM-мережу ВАТ «Таттелеком». Мережа SDH, що була на той момент у розпорядженні ВАТ «Таттелеком», на основі каналів рівня STM-4 з зростаючим трафіком вже не справлялася, і в 2003 р. ВАТ «Таттелеком» оголосило конкурс на проведення модернізації своєї транспортної мережі. Переможцем конкурсу було визнано китайську компанію Huawei Technologies. У вересні 2005 р. модернізацію мережі було завершено.

У кільці DWDM транслюються сім довжин хвиль, які можуть нести 10 захищених (20 незахищених) каналів Gigabit Ethernet, а також одне кільце STM-16. Ще один рівень STM-16 несе незалежне кільце SDH. На основі технології DWDM також побудовано сім оптичних каналів Gigabit Ethernet: два канали Казань – Набережні Човни, канали Казань – Нижньокамськ, Казань – Альметьєвськ, Казань – Леніногірськ, Казань – Єлабуга, Казань – Чистополь. Незалежне кільце SDH виконує функцію виведення у вузлах потоків E1, оскільки ці потоки безпосередньо без дорогого додаткового обладнання з DWDM не виводяться.

Найдовша мережа DWDM у Росії перебуває у власності ЗАТ «Компанія ТрансТелеКом». Компанія розпочала побудову мережі DWDM у 2004 р., а 24 грудня 2004 р. органами Держзв'язнагляду було видано дозвіл на експлуатацію першої ділянки мережі Кам'яногірськ – Санкт-Петербург – Москва завдовжки понад 900 км. У листопаді 2005 р. було закінчено третій етап будівництва мережі, та її загальна довжина досягла 18 925 км.

Мережа «ТрансТелеКом» в даний час складається з трьох географічних ділянок, що будувались поетапно:

Кам'яногірськ – Санкт-Петербург – Москва – Єкатеринбург – Вхідна – Тайшет – Каримська – загальною довжиною близько 8,7 тис. км;

Виборг - Санкт-Петербург - Вологда - Ярославль - Москва - Самара - Челябінськ - Омськ - загальною довжиною близько 6 тис. км;

Омськ – Барнаул – Іркутськ – Тайшет – Каримська – загальною довжиною близько 6 тис. км.

Найближчим часом її буде збільшено ще на дві ділянки:

Москва – Курськ – Воронеж – Ростов-на-Дону – Волгоград – Саратов – Сизрань – Самара – загальною довжиною близько 3,5 тис. км;

БАМ – Хабаровськ – Владивосток – загальною довжиною близько 2,2 тис. км.

Таким чином, сьогодні «ТрансТелеКом» має саму розгалужену, протяжну і, що особливо важливо, географічно резервовану мережу DWDM в Росії.

Крім згаданих, існують оператори, які мають великі магістралі з використанням технології DWDM.

Національний оператор телекомунікації «Ростелеком» володіє декількома DWDM-магістралями. Це «Балтійська кабельна мережа» (БСК), побудована у партнерстві з TeliaSonera International Carrier, основне призначення якої – приєднання потужностей «Ростелекому» до телекомунікаційних ресурсів країн Європи та збільшення потужності національної мережі. БКС включає дві основні ділянки: російський – Москва – Санкт-Петербург – Кінгісепп і міжнародний – Кінгісепп – Логи – Котка. Мережа побудована на устаткуванні компанії NEC у 2002 р.

У січні 2003 р. вступила в дію DWDM-магістраль «Ростелекому» Москва – Самара. На цій ділянці встановлено обладнання, яке у максимальній конфігурації дозволить «Ростелекому» пропускати 320 Гбіт/с. У вересні 2004 р. "Ростелеком" завершив використання DWDM на мережах Москва - Хабаровськ і Москва - Новоросійськ. У травні 2005 р. "Ростелеком" підписав контракт з компанією Alcatel, що передбачає модернізацію волоконно-оптичної мережі "Ростелекому" на півдні Російської Федерації.

Іншим оператором є ЗАТ "Сонера Рус", дочірня компанія Sonera Telecom, що володіє мережею Москва - Санкт-Петербург - Фінляндія. Магістраль була повністю введена в експлуатацію в березні 2002 р. і є російським сегментом єдиної міжнародної магістральної мережі Sonera, що працює за єдиними принципами із забезпеченням повної прозорості на всьому протязі та стовідсотковим фізичним резервуванням лінійної частини. Її пропускна здатність на момент будівництва була еквівалентна 8 каналів STM-16.

Будівництво DWDM-магістралей йде наростаючими темпами. При цьому якщо перші проекти були націлені скоріше на поєднання російського сегменту Інтернету з міжнародною мережею високошвидкісними каналами, тепер цілі і завдання змінилися. На перший план виходить завдання забезпечення високоякісного зв'язку всіх розвинених регіонів Росії. Крім того, загострення конкуренції на ринку міжміського зв'язку підштовхує операторів до створення таких мереж. Збільшення кількості великих проектів у галузі корпоративних мереж та мереж державних міністерств та відомств змушує провайдерів збільшувати ємність своїх магістралей з метою створення найбільш сприятливих умов для клієнтів.

З моменту свого виникнення техніка багатоканального електрозв'язку пройшла кілька етапів безперервно вдосконалюючись. На зміну найпростішим системам багаторазового телеграфування та телефонування на початку XX століття прийшли аналогові системи передачі, завдяки яким фактично і було створено міжміську та міжнародну мережу зв'язку. Розвиваючись шляхом збільшення числа каналів і розширення смуги частот, ця технологія до 70-80-х років досягла свого апогею, після чого поступово була витіснена цифровими системами передачі плезіохронної цифрової ієрархії.

Переваги цифрової техніки призвели до того, що плезіохронна ієрархія стала основною технологією транспортної мережі. Поява волоконної оптики відкрило новий етап у розвитку техніки систем передачі – почався бурхливий розвиток волоконно-оптичних ліній зв'язку, які на сьогодні практично витіснили лінії, що працюють за металевим кабелем.

Наступним важливим етапомеволюції технологій транспорту стала поява апаратури синхронної цифрової ієрархії Ця технологія вивела на новий рівень послуги, що надаються транспортною мережею, а також управління та обслуговування у мережі. Розвитість засобів вбудованого контролю, телеметрії, маршрутизації уможливила управління телекомунікаційною мережею за допомогою спеціальної мережі управління та обслуговування за допомогою комп'ютерної техніки. За рахунок застосування систем резервування та автоматичного захисного перемикання підвищилася надійність мережі.

Збільшення швидкостей цифрових потоків досі зупинилося на позначці 40 Гбіт/с, оскільки подальше зростання пов'язані з суттєвими технічними труднощами і сьогодні економічно не виправданий. Велику ефективність використання пропускної здатності оптичного кабелю було досягнуто за рахунок застосування на новому технологічному рівні старої ідеїчастотного поділу каналів та створення технології спектрального ущільнення. Оптичні несуть у DWDM-системах можуть передавати трафік будь-якої природи – сигнали SDH, ATM, Ethernet, пакети IP тощо.

У найближчому майбутньому слід очікувати на подальший розвиток волоконно-оптичної техніки в напрямку створення повністю оптичних мереж. У цих мережах передача сигналів, обробка, регенерація, комутація тощо здійснюється без перетворення оптичного сигналу в електричний.

1 Шарле Д. Л. Хет-трік у матчі з Атлантикою. Люди та події в історії електротехніки та електрозв'язку. – М.: МЦНТІ, ТОВ «Мобільні комунікації», 2002. – (Сер. «Історія електрозв'язку та радіотехніки»).

2 Телекомунікаційні системи та мережі: Навчальний посібник. У 3 томах. Том 1 - Сучасні технології / за ред. В. П. Шувалова. - Вид. 3-тє, испр. та дод. - М.: Гаряча лінія-Телеком, 2003.

3 Куріцин С. А. Основи побудови телекомунікаційних систем передачі: Навчальний посібник. - СПб.: Інформаційний центр "Вибір", 2004.

4 Техніка телекомунікації / Н. Є. Плешков та ін – Л.: ВКАС ім. С. М. Будьонного, 1951.

5 Резніков М. Р. 50 років радянського зв'язку. - М.: Зв'язок, 1967.

6 Система багатоканального зв'язку К-1920 / Берлін З. Ю. та ін - Вид. 2-ге, перероб. та дод. - М.: Зв'язок, 1968.

7 Мухін С. В. Історія розвитку каналоутворювальної апаратури в нашій країні ()

8 Уніфіковане високочастотне обладнання для кінцевих станцій телекомунікації / ред. Є. В. Комарова, В. К. Старікова. - М.: Зв'язок, 1966.

9 Гуревич В. Е. та ін Імпульсно-кодова модуляція в багатоканальному телефонному зв'язку. - М.: Зв'язок, 1973.

10 Слєпов Н. Н. Сучасні технології цифрових оптоволоконних мереж зв'язку. - М.: Радіо і зв'язок, 2000.

11 Скляров О. К. Волоконно-оптичні мережі та системи зв'язку. - М.: СОЛОН-Прес, 2004.

12 Кульова Н. Н., Федорова Є. Л. Архітектурне подання мережевих шарів у процесах мультиплексування в транспортних мережах SDH/СПбГУТ. - СПб, 2004.

13 Потапов В. Т. DWDM-технології - основа терабітних комунікацій оптичних мереж майбутнього // Фотон-експрес, №9, 2001.

14 Слєпов Н. Особливості сучасної технології WDM // Електроніка НТВ, №6, 2004.

15 Лихачов Н. Технологія DWDM на вітчизняних лініях зв'язку // Connect! Світ зв'язку, №2, 2006.

Сторінка 32 з 32 Історія розвитку телекомунікаційних систем та комп'ютерних мереж

Історія розвитку телекомунікаційних систем та комп'ютерних мереж

Обчислювальна та телекомунікаційна технології

Комп'ютерна мережа (Обчислювальна мережа) - це сукупність комп'ютерів, з'єднаних лініями зв'язку. Лінії зв'язку утворені кабелями або проводами, p-каналами та оптичними комунікаційними пристроями. Все мережеве обладнання працює під управлінням системного та прикладного програмного забезпечення.

Мережа - network - взаємодіюча сукупність об'єктів, що утворюються пристроями передачі та обробки даних.

Комп'ютерні мережі аж ніяк не є єдиним видом мереж, створеним людською цивілізацією. Навіть водопроводи Стародавнього Риму можна розглядати як один із найдавніших прикладів мереж, що покривають великі території та обслуговують численних клієнтів. Інший, менш екзотичний приклад – електричні мережі. У них легко можна знайти аналоги компонентів будь-якої територіальної комп'ютерної мережі: джерелам інформаційних ресурсів відповідають електростанції, магістралям – високовольтні лінії електропередач, мережам доступу – трансформаторні підстанції, клієнтським терміналам – освітлювальні та побутові електроприлади.

З одного боку, мережі є окремий випадок розподілених обчислювальних систем, у яких група комп'ютерів узгоджено виконує набір взаємопов'язаних завдань, обмінюючись даними в автоматичному режимі. З іншого боку, комп'ютерні мережі можна як засіб передачі на великі відстані, навіщо у яких застосовуються методи кодування і мультиплексування даних, отримали розвиток у різних телекомунікаційних системах

Розглянемо основні етапи розвитку телекомунікаційних мереж.

У середині XX ст. основними системами комунікації (лат. communico - роблю загальним) між людьми, зайнятими в економіці, крім звичних поштових листів, були телеграф, телефон та радіозв'язок. Телебачення було на етапі свого становлення. За допомогою телеграфних, телефонних мереж і радіомереж здійснювалася передача інформаційних потоків, але обробка переданої інформації повністю покладалася на людину.

Справжнім проривом у науці, техніці, економіці та соціальному житті став винахід комп'ютера. На перших етапах свого розвитку (до 70-х рр. XX ст.) комп'ютерна техніка використовувалася виключно для обробки інформації, а збір та передача інформації здійснювалися за допомогою телекомунікаційних систем та мереж, основою яких були вищезгадані телеграфні, телефонні мережі та радіомережі.

Після створення комп'ютерних мереж, що являють собою сукупність комп'ютерів і каналів зв'язку, що їх об'єднують, збір, передача і обробка інформації стали здійснюватися за допомогою комп'ютерної техніки. Два еволюційні шляхи - розвиток телекомунікацій та обчислювальної техніки - привели їх до закономірного з'єднання.

Телекомунікаційні системи та мережі є порівняно з комп'ютерними мережами «старожилами», і першими з них були телеграфні та телефонні мережі.

Телеграф (грец. tele – далеко і grapho – пишу) був винайдений у середині XIX ст. та призначався для передачі повідомлень на відстань за допомогою електричних сигналів, символів та літер. Найпомітніший внесок у розвиток телеграфу зробили такі вчені, як К. Штейнгейль, У. Сіменс, З. Морзе, Ж. Бодо та інших.

У 1838 р. у Мюнхені німецький вчений К. Штейнгейль побудував першу телеграфну лінію завдовжки 5000 м-коду.

У 1843 р. шотландський фізик А. Бейн продемонстрував і запатентував власну конструкцію електричного телеграфу, яка дозволяла передавати зображення проводами. Апарат А. Бейна вважається першою примітивною факсмашиною.

У 1866 р. було прокладено трансатлантичний телеграфний кабель дном океану між Америкою та Європою, а 1870 р. фірма «Сіменс» простягла індоєвропейську телеграфну лінію довжиною 11 тис. км.

Наприкінці ХІХ ст. у Європі було протягнуто 2840 тис. км підземного кабелю телеграфних ліній, США - понад 4 млн км, у Росії протяжність телеграфних ліній становила 300 тис. км. Загальна довжина телеграфних ліній у світі на початку XX ст. становила близько 8 млн км.

На середину XX в. в Європі були створені телеграфні мережі, які отримали назву Telex (TELEgraph + EXchange). Дещо пізніше в США також була створена національна мережа абонентського телеграфу, подібна до Telex і названа TWX (Telegraph Wide area eXchapge).

Мережі міжнародного абонентського телеграфу постійно розширювалися, і до 1970 р. мережа Telex об'єднувала абонентів більш ніж зі 100 країн світу.

У наші дні можливість обміну повідомленнями по мережі Telex збережена багато в чому завдяки електронній пошті Інтернету. На території колишнього СРСР телеграфний зв'язок існує й досі. Телеграфні повідомлення передаються та приймаються за допомогою спеціальних пристроїв – телеграфних модемів, пов'язаних у вузлах зв'язку з персональними комп'ютерами операторів. Телеграфний зв'язок використовується в основному для передачі телеграфної кореспонденції, що надходить від державних підприємств, установ та приватних осіб, ведення документальних переговорів, передачі статистичних даних та різної цифрової інформації між підприємствами.

Проте в деяких країнах національні оператори визнали телеграф застарілим видом зв'язку і згорнули всі операції з відправлення та доставки телеграм. У Нідерландах телеграфний зв'язок припинив роботу у 2004 р. У січні 2006 р. найстаріший американський національний оператор Western Union оголосив про повне припинення обслуговування населення щодо відправлення та доставки телеграфних повідомлень. У той же час у Канаді, Бельгії, Німеччині, Швеції, Японії деякі компанії все ще підтримують сервіс з відправлення та доставки традиційних телеграфних повідомлень.

Історично телефонні мережі з'явилися трохи пізніше за телеграфні.

Перші слова були сказані по телефону (грец. tele – далеко і phone – голос) 10 березня 1876 р. і належали вони шотландському винахіднику, викладачеві школи глухонімих Олександру Грему Беллу: «Містер Ватсон, зайдіть, я хочу Вас бачити». Дальність дії цієї телефонної лініївсередині будівлі становила 12 м. Слід зазначити, що спочатку телефон недооцінили фахівці телеграфного зв'язку, які сприйняли телефон за «нікому непотрібну лабораторну іграшку». Ця експертна оцінка була прикладом найбільшої та грубої помилки за всю історію телекомунікаційного бізнесу. Через кілька років телефон та телефонні мережі стали розвиватися стрімкими темпами.

У 1878 р. компанією Bell Telephone, організованою А.Г. Беллом у Нью-Хевені (штат Коннектикут, США), була побудована перша у світі телефонна станція і випущений перший телефонний довідник обсягом у 21 сторінку, а вже наступного року ця компанія розпочала будівництво телефонної мережі обсягом на 56 тис. абонентів.

Перша Росії міжміська телефонна мережу запрацювала в 1880 р. на Царскосельской залізниці. Оцінивши переваги нового виду зв'язку, російські підприємці почали звертатися з клопотанням до уряду про видачу дозволу на будівництво телефонних ліній.

Перші абоненти телефонних станцій з'єднувалися вручну і викликати абонента можна було, назвавши номер телефоністці. У 10-х роках. XX ст. автоматичні телефонні станції (АТС) поступово почали витісняти телефоністок, що з'єднували абонентів вручну. З'явилися телефопні апарати з набором номерів. Перша АТС у СРСР з'явилася лише у 1924 р. у Кремлі та обслуговувала 200 абонентів. Міська московська АТС на 15 тис. абонентів почала працювати у 1930 р. На початок Другої світової війни у СРСР налічувалося понад 1 млн абонентів.

Після Другої світової війни розвиток телефонних мереж набув нового імпульсу. У 1951 р. у США вперше АТС стали використовуватися не тільки для з'єднання в межах одного міста, але на міжміських лініях. У СРСР така АТС вперше була введена в експлуатацію у 1958 р. між Москвою та Ленінградом.

У 1956 р., через 90 років після прокладання першої телеграфної кабельної лініїчерез Атлантику, закінчилася прокладання першої трансатлантичної телефонної лінії зв'язку, що з'єднала Великобританію та США (через Канаду).

У 50-60-ті роки. XX ст. розроблялися основні методи цифрової передачісигналу, у тому числі голоси, велися роботи зі створення радіо- та відеотелефонії, мобільного телефонного зв'язку.

У 1978 р. у Бахрейні розпочала експлуатацію комерційна система стільникового телефонного зв'язку, яка вважається першою реальною системою стільникового зв'язку у світі.

80-90-ті роки. XX ст. характеризувались інтенсивним впровадженням цифрових методів передачі голосу та відповідних телефонних мереж, використанням супутникового зв'язку, мобільного стільникового зв'язку, а також широким використанням комп'ютерів для забезпечення функціонування телефонних мереж.

Роботи в області радіозв'язку почалися з того часу, коли німецький вчений Г. Герц у 1888 р. відкрив спосіб створення та виявлення електромагнітних радіохвиль. 25 квітня 1895 р.

Російський вчений А.С. Попов зробив доповідь, присвячену методу використання випромінюваних електромагнітних хвиль для бездротової передачі електричних сигналів, що містять інформацію. У березні 1896 р. вчений провів експеримент, він передав радіограму з двома словами «Генріх Герц» на 250 м. Через кілька років у Кронштадті, не подаючи заявку на патент, він налагодив випуск апаратури, що приймає і передає. Заповзятливий італієць Г. Марконі зацікавився новим винаходом. У липні 1898 р. він подав патент в Англії, пред'явив такий пристрій, трохи ускладнивши схеми А.С. Попова. Пріоритет відкриття радіо залишився історія людства за Р. Марконі.

У 1898 р. Р. Марконі організував радіозв'язок між Францією та Англією, а 1901 р. йому вдалося передати сигнали зі станції в Англії на станцію в Ньюфаунленді, США. На початку свого становлення радіозв'язок використовувався передачі телеграфних повідомлень, не враховуючи можливостей радіо з передачі звуку.

У 1915 р. було здійснено історичний експеримент, коли по радіо успішно було передано мовні сигнали з Арлінгтона (штат Вірджинія) до Парижа. Слід зазначити, що Г. Марконі вважав за краще, щоб наріжним каменем його бездротового телеграфу залишалася абетка Морзе, тому що для бездротової передачі мови він не бачив жодного корисного застосування.

У 1920 р. американський радіоаматор Конрад сконструював радіостанцію для роботи в режимі «телефон» і вперше у світі почав вести трансляції.

У першій половині XX ст, після розробки вченими та інженерами більш досконалої підсилювальної апаратури, антенних пристроїв, а також методів передачі та прийому радіосигналів радіозв'язок став стрімко розвиватися.

Друга половина XX ст. характеризувалася вдосконаленням радіоапаратури, розробкою цифрових методів радіозв'язку, і навіть використанням супутникових систем радіозв'язку.

Що стосується телебачення («радіо із зображенням»), то ідеї створення електричної системи передачі рухомого зображення на відстань висловлювалися ще 70-ті гг.

ХІХ ст. Грунтувались ці ідеї на суто теоретичних висновках, оскільки можливості фізичних експериментів на той час були нікчемні. Однак у середині 20-х років. XX ст. промислово-технічна база розвинулася настільки, що вперше з'явилася можливість практичної реалізації теоретичних принципів телебачення.

Ідеям та експериментам щодо передачі на відстань рухомого зображення передували ідеї та експерименти з передачі зображення нерухомого.

У 20-ті роки. XX ст. розвиток електронного телебачення відбувався боротьби з протидією прибічників механічного телебачення (з допомогою обертових механізмів отримання розгортки на екрані), песимістично оцінювали перспективи електронних систем через великі технічні труднощі, що з їх створенням. Але ідея електронного телебачення як найпрогресивніша виявилася найбільш життєвою.

Батьком сучасного електронного телебачення став В.К. Зворикін, який емігрував після громадянської війни до США. У 1931 році він винайшов електронно-променеву трубку, яку назвав іконоскопом. Винахід іконоскопа стало поворотним пунктом історія телебачення, визначив напрям його розвитку; він забезпечував телевізійні передачі із великою кількістю рядків.

Перші передачі телевізійних зображень по радіоканалу в СРСР були зроблені в квітні-травні 1931 р. Вони були здійснені, проте, з розкладанням зображення рядки по механічній системі, тобто. розгортка зображення на елементи проводилася за допомогою диска, що обертається.

Дослідження в галузі передавальних та приймальних електронно-променевих трубок, схем розгортаючих пристроїв, підсилювачів, телевізійних передавачів та приймачів, досягнення в галузі радіоелектроніки підготували перехід до електронних систем телебачення.

У СРСР влітку 1938 р. першим запрацював досвідчений Ленінградський телецентр, а в Москві, на Шаболівці, було збудовано спеціальну будівлю; телевізійне обладнання та передавач замовлено у США, там же пройшли стажування провідні фахівці. У результаті країні виник перший Московський телецентр, прийнятий у постійну експлуатацію у грудні 1938 р.

У 1953 р. у США почалося регулярне кольорове телевізійне мовлення, але через велику вартість кольорових телевізорів воно стало масовим лише через 12-15 років (перші.10 млн телевізорів було продано до 1966 р.). У СРСР регулярне мовлення у кольорі почалося лише у 1967 р., передачі Центрального телебачення стали кольоровими у 1977 р., а кольорове обладнання отримало периферійні телецентри у 1987 р.

На початку 90-х років. XX ст. було розпочато дослідження з передачі цифрового сигналу ефірними каналами зв'язку. Ця технологія за короткий термін здобула визнання. Нині її використовують понад 300 компаній – виробників телевізійної електроніки.

Поряд з ефірним телебаченням у світі велися роботи зі створення систем кабельного телебачення . Перша система кабельного телебачення в США була побудована в 1952 р. в Лансфорді для прийому передач від найближчого телецентру у Філадельфії. Причиною виникнення кабельного телебачення США в 1948 р. стало призупинення видачі ліцензій нові телевізійні передавальні станції майже чотири роки. Однак завдяки високій якості та перешкодозахищеності кабельне телебачення стало основним видом телебачення у великих містах.

У 1960 - 1970-ті рр. в СРСР відповідно до концепцій розвитку телевізійного мовлення було створено величезну, практично тотальну систему колективного прийому телебачення - майже 80 % телеглядачів у містах отримували телебачення по коаксіальному кабелю.

В останні роки кабельне телебачення стало одним з напрямків телекомунікаційних мереж, що найбільш динамічно розвиваються. Перевагою телевізійних кабельних мереж є те, що вони можуть використовуватися також для доступу до глобальної мережі Інтернет або передачі інформації з приладів обліку енергії та води.

Розглянуті вище радіо- та телевізійні системи з використанням радіоканалів для передачі даних є основними елементами бездротових телекомунікаційних систем, що включають супутникові системи та системи мобільного стільникового зв'язку.

Історія розвитку комп'ютерних мереж

Комп'ютерні мережі є логічним результатом розвитку комп'ютерних технологій. Постійно зростаючі потреби користувачів у обчислювальних ресурсах зумовили спроби фахівців комп'ютерних технологійоб'єднати у єдину систему окремі комп'ютери.

Звернемося спочатку до комп'ютерного кореня обчислювальних мереж. Перші комп'ютери 50-х років - великі, громіздкі та дорогі - призначалися для дуже небагатьох обраних користувачів. Часто ці монстри займали цілі будинки. Такі комп'ютери були призначені для інтерактивної роботи користувача, а використовувалися як пакетної обробки.

Системи пакетної обробки,як правило, будувалися на базі мейнфрейму - потужного та надійного комп'ютера універсального призначення. Користувачі готували перфокарти, що містять дані та команди програм, та передавали їх до обчислювального центру (рис.).

Оператори вводили ці карти на комп'ютер, а роздруковані результати користувачі отримували зазвичай лише наступного дня. Таким чином, одна неправильно набита карта означала щонайменше добову затримку. Звичайно, для користувачів інтерактивний режим роботи, при якому можна з терміналу оперативно керувати процесом обробки своїх даних, було б зручніше. Але інтересами користувачів на перших етапах розвитку обчислювальних систем значною мірою нехтували. На чільне місце ставилася ефективність роботи найдорожчого пристрою обчислювальної машини - процесора, навіть на шкоду ефективності роботи фахівців, що його використовують.

На початку 60-х років. XX ст. стали розвиватися інтерактивні (з втручанням користувача в обчислювальний процес) багатотермінальні системи розподілу часу. У таких системах потужний центральний комп'ютер (мейнфрейм) віддавався у розпорядження кількох користувачів. Кожен користувач отримував своє розпорядження термінал (монітор з клавіатурою без системного блоку), за допомогою якого він міг вести діалог з комп'ютером. Комп'ютер по черзі обробляв програми та дані, що надходять із кожного терміналу. Оскільки час реакції комп'ютера на запит кожного терміналу було мало, то користувачі мало помічали паралельну роботу кількох терміналів і вони створювалася ілюзія монопольного користування комп'ютером. Термінали, як правило, розосереджувалися по всьому підприємству, і функції введення-виведення інформації були розподіленими, але обробка інформації проводилася лише центральним комп'ютером.

Такі багатотермінальні централізовані системи зовні нагадували локальні обчислювальні мережі, до створення яких насправді потрібно було пройти великий шлях. Стримуючим чинником у розвиток комп'ютерних мереж був передусім економічний чинник. Через високу на той час вартість підприємства не могли придбати відразу кілька комп'ютерів, а отже й об'єднати в обчислювальну мережу не було чого.

Перші мережі – глобальні

Розвиток комп'ютерних мереж почалося з вирішення простішого завдання - доступу до комп'ютера з терміналів, віддалених від нього на багато сотень, а то й тисячі кілометрів. Термінали у разі з'єднувалися з комп'ютером через телефонні мережі з допомогою спеціальних пристроїв - модемів. Наступним етапом у розвитку комп'ютерних мереж стали з'єднання через модем як «термінал-комп'ютер», а й «комп'ютер-комп'ютер». Комп'ютери отримали можливість обмінюватись даними в автоматичному режимі, що є базовим механізмом будь-якої комп'ютерної мережі. Тоді вперше з'явилися у мережі можливості обміну файлами, синхронізації баз даних, використання електронної пошти, тобто. служби, що у час традиційними мережевими сервісами. Такі комп'ютерні мережі отримали назву глобальних мереж.

Глобальні мережі ( Wide Area Networks , WAN ) – мережі, що об'єднують територіально розосереджені комп'ютери, які, можливо, знаходяться в різних містах і країнах.

Саме при побудові глобальних мереж було вперше запропоновано та відпрацьовано багато основних ідей, що лежать в основі сучасних обчислювальних мереж. Такі, наприклад, як багаторівневе побудова комунікаційних протоколів, концепції комутації та маршрутизації пакетів.

Глобальні комп'ютерні мережі дуже багато успадкували від інших, набагато старіших і найпоширеніших глобальних мереж - телефонних. Головне технологічне нововведення, яке привнесли з собою перші глобальні комп'ютерні мережі, полягало у відмові від принципу комутації каналів, який протягом багатьох десятків років успішно використовувався в телефонних мережах.

Виділений на весь час сеансу зв'язку складовий телефонний канал, що передає інформацію з постійною швидкістю, не міг ефективно використовуватися пульсуючим трафіком комп'ютерних даних, у якого періоди інтенсивного обміну чергуються з тривалими паузами. Натурні експерименти та математичне моделювання показали, що пульсуючий і значною мірою не чутливий до затримок комп'ютерний трафік набагато ефективніше передається мережами, що працюють за принципом комутації пакетів, коли дані поділяються на невеликі порції - пакети, які самостійно переміщуються по мережі завдяки наявності адреси кінцевого вузла у заголовку пакета.

Оскільки прокладання високоякісних ліній зв'язку великі відстані обходиться дуже дорого, то перших глобальних мережах часто використовувалися вже існуючі канали зв'язку, спочатку призначені зовсім інших цілей. Наприклад, протягом багатьох років глобальні мережі будувалися на основі телефонних каналів тональної частоти, здатних у кожний момент часу вести передачу лише однієї розмови в аналоговій формі. Оскільки швидкість передачі дискретних комп'ютерних даних по таких каналах була дуже низькою (десятки кілобіт за секунду), набір послуг у глобальних мережах такого типу зазвичай обмежувався передачею файлів, переважно у фоновому режимі, та електронною поштою. Крім низької швидкості такі канали мають і інший недолік - вони вносять значні спотворення в сигнали, що передаються. Тому протоколи глобальних мереж, побудованих з допомогою каналів зв'язку низької якості, відрізняються складними процедурами контролю та відновлення даних.

Історично перші комп'ютерні мережі були створені агентством захисту прогресивних дослідницьких проектів DARPA за завданням військового відомства США. У 1964 р. було розроблено концепцію та архітектуру першої у світі комп'ютерної мережі ARPAnet (від англ. Advanced Research Projects Agency Network), у 1967 р. вперше було введено поняття «протокол комп'ютерної мережі». У вересні 1969 р. відбулася передача першого комп'ютерного сполучення між комп'ютерними вузлами Каліфорнійського та Стенфордського університетів. У 1977 р. мережа ARPANET налічувала 111 вузлів, у 1983 - 4 тис. Мережа об'єднувала комп'ютери різних типів, що працювали під управлінням різних операційних систем з додатковими модулями, що реалізували комунікаційні протоколи, загальні всім комп'ютерів мережі. Такі операційні системи вважаються першими мережевими операційними системами. Мережа ARPANET припинила своє існування у 1989 р.

Прогрес глобальних комп'ютерних мереж багато в чому визначався прогресом телефонних мереж.

З кінця 60-х років у телефонних мережах все частіше стала застосовуватись передача голосу у цифровій формі.

Це призвело до появи високошвидкісних цифрових каналів, що з'єднують автоматичні телефонні станції (АТС) і дозволяють одночасно передавати десятки та сотні розмов. Було розроблено спеціальну технологію для створення так званих первинних,або опорних, мереж.Такі мережі не надають послуг кінцевим користувачам, є фундаментом, на якому будуються швидкісні цифрові канали «точка-точка», що з'єднують обладнання інших, так званих накладених мереж,які вже працюють на кінцевого користувача.

Спочатку технологія первинних мереж була виключно внутрішньою технологією телефонних компаній. Однак згодом ці компанії стали здавати частину своїх цифрових каналів, утворених у первинних мережах, в оренду підприємствам, які використовували їх для створення власних телефонних та глобальних комп'ютерних мереж. Сьогодні первинні мережі забезпечують швидкості передачі даних до сотень гігабіт (а в деяких випадках до кількох терабіт) за секунду та густо покривають території всіх розвинених країн.

До кінця 1970-х років мережа APRAnet налічувала вже близько 200 кінцевих систем. Через 10 років число хостів в Інтернеті, що вже об'єднувало багато інших комп'ютерних мереж, досягло 100 тисяч. Отже, 1980-ті роки характеризуються стрімким поширенням створених раніше мережевих технологій.

На початку 80-х відбувалося активне об'єднання локальних мереж університетів у великі регіональні мережі. Прикладами можуть служити мережа B1TNET, що забезпечувала обмін файлами та електронною поштою між університетами на північному заході США, CSNET, що об'єднала дослідників у галузі мережевих технологій незалежно від APRAnet, та ін. У 1986 році була розроблена мережа NSFNET, що дозволила отримати доступ до обчислювальних ресурсів . Початкова швидкість магістралі, що становить 56 Кбіт/с, до кінця десятиліття зросла до 1,5 Мбіт/с. Магістраль NSFNET дозволила поєднати між собою регіональні комп'ютерні мережі США.

У 1980-ті роки APRAnet вже містила багато компонентів, які становлять основу сучасного Інтернету. 1 січня 1983 року стандартний протокол NCP, призначений обмінюватись даними між хостами, було замінено стеком протоколів TCP/IP (RFC 801). З цього часу стек TCP/IP використовується всіма хостами Інтернету. Наприкінці 80-х протокол TCP були внесені значні вдосконалення, створені задля забезпечення кінцевими системами контролю переповнення. Крім того, була розроблена система доменних імен (Domain Name System, DNS), яка зв'язала мнемонічні імена Інтернет-ресурсів з їхніми 32-розрядними адресами (RFC 1034).

Паралельно з розвитком APRAnet у США у Франції на початку 1980-х років виник проект Minitel, який мав підтримку з боку уряду Франції та поставив перед собою амбітну мету – зв'язати всі мережі у єдину комп'ютерну мережу. Система, розроблена Minitel, являла собою відкриту комп'ютерну мережу з комутацією пакетів (протокол Х.25 з підтримкою віртуального каналу), що складалася з Minitel-серверів і недорогих терміналів користувача з вбудованими низькошвидкісними модемами. Великий успіх прийшов до проекту Minitel після того, як французький уряд оголосив про роздачу безкоштовних терміналів усім охочим для домашнього користування. Мережа Minitel містила як безкоштовні, і платні інформаційні ресурси. У зеніті своєї популярності в середині минулого десятиліття Minitel підтримувала більш ніж 20 000 видів обслуговування – від віддалених банківських операцій до організації доступу до спеціалізованих дослідницьких баз даних.

Ступінь розвитку суспільства багато в чому визначається станом телекомунікацій (електрозв'язку).

Електрозв'язок забезпечує випромінювання, передачу та прийом знаків, письмового тексту, зображень та звуків, повідомлень та сигналів будь-якого роду по проводах, радіо, оптичних або інших електромагнітним системам. У електрозв'язку оперують з електричним сигналом, для передачі повідомлень (мови, музики, текстів, документів, зображень рухомих і нерухомих об'єктів) на відстань (чи запису на магнітну стрічку, оптичний диск) їх необхідно перетворити на електричні сигнали, тобто. у електромагнітні коливання. Без засобів телекомунікацій неможливо уявити як промисловість, науку, оборону, а й побут людини. Навіть найцінніша інформація марна, якщо немає каналів зв'язку для її передачі та прийому. Кількість вироблених у світі лише побутових радіоелектронних апаратів давно перевищила кількість жителів планети. І це при тому, що електрозв'язок, комп'ютерна техніка та радіоелектроніка розвивалися в основному останні 50 років, багато видів систем зв'язку та побутових апаратів з'явилися в останнє десятиліття, а деякі – буквально останніми роками.

Якщо транспорт є засобом для переміщення вантажів і людей, то системи та мережі телекомунікацій – транспортом для перевезення будь-якої інформації за допомогою електромагнітних хвиль. Однак, якщо перший тип транспорту на увазі і тому в центрі уваги, то другий в основному прихований і більшості представляється якимось простим засобом передачі телеграм або ведення телефонних розмов. Адже ніхто не замислюється (за винятком фахівців), як можуть одночасно працювати сотні тисяч передавачів середньої і великої потужності і більше мільярда малої, як за допомогою мініатюрного мобільного апарату можна передавати промову, дані, зображення (поки середньої чіткості) майже в будь-яку точку нашої планети, визначити своє місце розташування та провести необхідні комп'ютерні розрахунки.

Кожен із напрямків розвитку техніки передачі повідомлень (телеграфія, телефонія, передача даних, факсимільний зв'язок, телебачення, звукове мовлення тощо) та пристрої для їх прийому (телеграфні апарати, телефони, факси, телевізори, радіоприймачі тощо) має свою історію винаходу, створення та експлуатації. Відомі імена багатьох винахідників, але в ряді випадків важко приписати будь-кому одному першість у винаході тих чи інших технічних засобів передачі та прийому повідомлень. Відзначимо лише найвидатніші віхи у розвитку цих галузей техніки.

В 1792 була побудована (французькі винахідники брати К. та І. Шапп) перша лінія семафорної передачі сигналів, що зв'язала Париж і Лілль (225 км). Сигнал проходив весь шлях за 2 хв. Прилад передачі повідомлень називався «тахіграф» (буквально скорописач), та був – «телеграф».

Оптичний телеграф був ланцюжок веж, розташованих на вершинах пагорбів, на відстані прямої видимості. На кожній вежі встановлювався вертикальний стовп із трьома закріпленими перекладинами: однією довгою горизонтальною та двома короткими, рухомо прикріпленими до її кінців. За допомогою спеціальних механізмів перекладини змінювали своє місце так, що можна було утворити різні фігури. Шапп вибрав 8400 найчастіше вживаних слів і розташував їх у кодовій книзі на 92 сторінках по 92 слова на кожній. З вежі на вежу передавався спочатку номер сторінки, потім номер слова на ній.

Телеграф Шаппа був широко поширений у 19 ст. У 1839-54 рр. діяла найдовша у світі лінія оптичного телеграфу Петербург – Варшава (149 станцій, 1200 км). По ній телеграма, що містить 100 сигналів символів, передавалася за 35 хв. Оптичний телеграф різних конструкційбув в експлуатації близько 60 років, хоча й не забезпечував (через погодні умови) високу надійність та достовірність.

Відкриття в галузі електрики сприяли тому, що поступово телеграф із оптичного перетворювався на електричний. У 1832 р. російський учений П. Л. Шиллінг продемонстрував у Петербурзі перший світі практично придатний електромагнітний телеграф. Перші подібні лінії зв'язку забезпечували передачу 30 слів за хвилину. Істотний внесок у цю область зробили американський винахідникС. Морзе (1837 р. запропонував код

– абетку Морзе, а 1840г. створив самохарчовий апарат, що застосовувався потім на телеграфних лініях всіх країн більше ста років), російський вчений Б. С. Якобі (1839 р. запропонував літературний апарат, 1840 р. - електрохімічний спосіб запису), англійський фізик Д. Юз (1855 р. розробив оригінальний варіант електромеханічного літературного апарату), німецький електротехнік і підприємець Е. Сіменс (1844 р. удосконалив апарат Б. С. Якобі), французький винахідник Ж. Бодо (1874 р. запропонував метод передачі кількох сигналів по одній фізичній лінії. – тимчасове ущільнення, найбільшого практичного поширення набули апарати Бодо дворазового телеграфування, що працювали майже до середини XX ст зі швидкістю 760 знаків за хвилину, на честь заслуг Бодо у 1927 р. його ім'ям названа одиниця швидкості телеграфування – бод), італійський фізикДж. Казеллі (1856 р. запропонував спосіб фототелеграфування і здійснив їх у Росії 1866 р. лінії Петербург – Москва). Цікаво відзначити, більшість творців телеграфних апаратів були всебічно розвиненими особистостями. Так, Петро Львович Шиллінг був військовим інженером, сходознавцем і дипломатом, згодом – членом Петербурзької академії наук; Самуель Морзе у 1837 р. був професором живопису Нью-Йоркського університету. У 1866 р. було завершено роботу з прокладання першого кабелю через Атлантичний океан. Згодом всі континенти були з'єднані кількома підводними лініями зв'язку, у тому числі на волоконно-оптичному кабелі.

У 1876 р. американський винахідник А. Г. Белл отримав патент на перший практично придатний телефон, а в 1878 р. в Нью-Хейвені

(США) було введено першу телефонну станцію. У Росії перші міські телефонні станції з'явилися 1882 р. у Петербурзі, Москві, Одесі та Ризі. Автоматична телефонна станція (АТС) з кроковим шукачем введена в

1896 (м. Огаста, США.). У 1940-х роках. було створено координатні АТС, у 1960-х – квазіелектронні, а 1970-х з'явилися перші зразки електронних АТС. Розвиток електрозв'язку йшло паралельно за багатьма напрямами: телеграфія, телефонія, провідне звукове мовлення, радіомовлення, радіозв'язок, факсимільний зв'язок, телебачення, передача даних, стільниковий радіозв'язок, персональний супутниковий і т.д.

Протягом 1906 – 1916 pp. були винайдені різні вакуумні електронні лампи (Лі де Форест – США, Р. Лібен – Німеччина, В.І. Коваленко – Росія та ін.), що стало поштовхом для створення генераторів незагасаючих електричних коливань (на відміну від іскрових, що застосовувалися до цього в радіопередавачах). затухаючих коливань), підсилювачів, модуляторів та інших пристроїв, без яких не обходиться жодна система передачі.

Підсилювачі електричних сигналів дозволили збільшити дальність провідного телефонного зв'язку завдяки використанню проміжних підсилювачів, а розробка високодобротних електричних фільтрів відкрила шлях створення багатоканальних систем передачі з частотним поділом каналів.

Розвиток телефонії сприяло впровадженню дротового звукового мовлення, у якому звукові програми передаються окремими від телефонних проводів. Однопрограмне провідне мовлення вперше було розпочато в Москві в 1925 р. введенням вузла потужністю 40 Вт, який обслуговував 50 гучномовців, встановлених на вулицях. З 1962 р. впроваджується 3-програмне провідне мовлення, у якому дві додаткові програми передаються одночасно з першою методом амплітудної модуляції несучих із частотами 78 і 120 кГц. У низці країн ведуться передачі додаткових звукових програм телефонними мережами.

Теоретичні та експериментальні дослідження багатьох учених, насамперед М. Фарадея, Д. Максвелла та Г. Герца, які створили теорію електромагнітних коливань, стали основою широкого застосування електромагнітних хвиль, зокрема до створення бездротових, тобто. радіосистем передачі. Важливий крок в історії електрозв'язку – винахід радіо А. С. Поповим у 1895 р. та бездротового телеграфу Г. Марконі у 1896–97 рр. Перша у світі смислова радіограма, віддана 12 березня 1896 А.С. Попова, містила всього два слова «Heinrich Hertz», як данина пошани пам'яті великого вченого, що відкрив двері у світ радіо. З цього часу почалося використання електромагнітних хвиль все більш високих частот передачі повідомлень. Це послужило поштовхом для організації радіомовлення та появи радіомовних приймачів – перших побутових радіоелектронних апаратів. Перші радіомовні передачі розпочато 1919–20 гг. з Нижегородської радіолабораторії та з досвідчених радіомовних станцій Москви, Казані та інших міст. До того ж

часу належить початок регулярних передач радіомовлення США (1920 р.)

в Пітсбурзі та Західній Європі (1922 р.) у Лондоні.

У нашій країні регулярне радіомовлення розпочато понад 65 років тому і ведеться зараз на довгих, середніх та коротких хвилях методом амплітудної модуляції, а також в УКХ діапазоні (метрові хвилі) методом частотної модуляції. Стереофонічні програми передаються в діапазоні УКХ. Розвиток радіомовлення йде шляхом впровадження цифрових технологій у всі сфери підготовки програм, передачі, запису та прийому. У ряді країн запроваджено системи цифрового радіомовлення за стандартами DRM та DAB.

У 1935 р. між Нью-Йорком і Філадельфією (відстань 150 км) було споруджено радіолінію на 5 телефонних каналів, що працювала в діапазоні метрових хвиль, що стійко розповсюджуються в межах прямої видимості. Вона являла собою ланцюжок приймально-передаючих радіостанцій (двох кінцевих і двох (через 50 км) проміжних – релейних) віддалених один від одного на відстані прямої видимості їх антен. Так з'явився новий вид радіозв'язку – радіорелейний зв'язок, у якому надалі перейшли на діапазони дециметрових та сантиметрових хвиль. Відмінною особливістю радіорелейних систем передачі є можливість одночасної роботи величезної кількостітаких систем в тому самому частотному діапазоні без взаємних перешкод, що пояснюється можливістю застосування гостронаправлених антен (з вузькою діаграмою спрямованості).

Для збільшення відстані між станціями їх антени встановлюють на щоглах або вежах заввишки 70 – 100 м і, наскільки можна, на піднесених місцях. У цих діапазонах можна передавати великі обсяги інформації, до того ж тут малий рівень атмосферних та індустріальних перешкод. Радіорелейні системи швидше розгортаються (будуються), дають більшу економію кольорових металів у порівнянні з кабельними (коаксіальними) лініями. Незважаючи на сильну конкуренцію з боку волоконнооптичних та супутникових систем, радіорелейні системи у багатьох випадках незамінні – для передачі будь-якого повідомлення (частіше телевізійних зображень) з рухомого засобу на приймальну станцію вузьким пучком радіохвиль. Сучасні радіорелейні системи переважно цифрові.

У 1947 з'явилося перше повідомлення про цифрову систему передачі зімпульсно-кодовою модуляцією (ІКМ), розробленою фірмою «Белл» (США). Оскільки вона була виконана на лампах (транзистори ще не існували), то була дуже громіздкою, споживала багато електроенергії та мала низьку надійність. Тільки в 1962 р. впроваджено в експлуатацію цифрову багатоканальну систему телекомунікацій (МСТК) з тимчасовим поділом каналів (ІКМ-24). Сьогодні цифрові МСТК та відповідні мережі будуються на основі синхронної цифрової SDH – СЦІ ієрархії (з базовою швидкістю 155,52 Мбіт/с – STM-1, решта STM-n, що становлять основу апаратури СЦІ, забезпечують інформаційний обмін зі швидкостями, кратними базовою) та на волоконно-оптичному кабелі.

У 1877-80 pp. М. Сенлеком (Франція), А. де Пайва (Португалія) та П. І. Бахметьєвим (Росія) запропоновані перші проекти систем механічного

телебачення. Створенню телебачення сприяли відкриття багатьох вчених та дослідників: А. Г. Столетов встановив у 1888-90 рр.. основні закономірності фотоефекту; К. Браун (Німеччина) винайшов у 1897 р. електронно-променеву трубку; Лі де Форест (США) створив у 1906 р. триелектродну лампу, істотний внесок внесли також Дж. Берд (Англія), Ч. Ф. Дженкінс (США) та Л. С. Термен (СРСР), які здійснили перші проекти систем телебачення з механічною. розгорткою протягом 1925-26 гг. Початком ТБ-мовлення в країні за системою механічного телебачення з диском Нипкова (30 рядків і 12,5 кадрів/с) вважається 1931 р. Через вузьку смугу частот, яку займає сигнал цієї системи, він передавався за допомогою радіомовних станцій у діапазонах довгих і середніх хвиль . Перші досліди у системі електронного телебачення було проведено 1911 р. російським ученим Б. Л. Розінгом. Істотний внесок у становлення електронного телебачення зробили також: А. А. Чернишов, Ч. Ф. Дженкінс. А. П. Константинов, С. І. Катаєв, В. До Зворикін, П. В. Шмаков, П. В. Тимофєєв і Г. В. Брауде, що запропонували оригінальні проекти різних трубок, що передають. Це дозволило створити у 1937 р. перші в країні телецентри – у Ленінграді (на 240 рядків) та Москві (на 343 рядки, а з 1941 р. – на 441 рядок). З 1948 р. розпочато мовлення системою електронного телебачення з розкладанням на 625 рядків і 50 полів/с, т. е. за стандартом, прийнятий нині більшістю країн світу (у США 1940 р. прийнято стандарт на 525 рядків і 60 полів/ с).

Роботи багатьох вчених та винахідників з передачі кольорових зображень (А. А. Полумордвінов запропонував у 1899 р. перший проект кольорової ТВ-системи, І. А. Адаміан у 1926 р. – триколірну послідовну систему) стали основою для створення різних систем кольорового телебачення. Перед дослідниками та розробниками системи кольорового телебачення (ЦТВ) для цілей мовлення стояло складне завдання: створити систему, яка була б взаємно-сумісною з існуючою системою чорно-білого ТБ. Для цього сигнал ЦТВ повинен прийматись чорно-білими телевізорами у чорно-білому вигляді, а сигнал чорно-білого ТБ – кольоровими телевізорами також у чорно-білому вигляді. Довгі роки були потрібні для успішного вирішення цієї проблеми. Наприкінці 1953 р. США було розпочато мовлення за системою ЦТВ NTSC (на ім'я розробив її національного комітету ТВ систем). У цій системі формується повний кольоровий сигнал ТБ у вигляді суми сигналу яскравості і кольоровості. Останній являє собою колірну піднесучу, промодуліровану двома кольоровими сигналами методом квадратурної модуляції. Сам метод передачі двох будь-яких повідомлень на одній піднесучій (зі зрушенням по фазі на 90 °) був запропонований у 40-х роках XX століття радянським вченим Г. Момотом.

Однак, незважаючи на інженерну простоту побудови кодуючого і декодуючого пристроїв, система NTSC не набула широкого поширення через жорсткі вимоги до характеристик апаратури і каналів зв'язку. Потрібно було 14 років для розробки інших систем ЦТВ (PAL та SECAM), які менш чутливі

до спотворень сигналів у каналі передачі. Система PAL була запропонована у Німеччині, а SECAM – у Франції. Прийнятий для цілей мовлення стандарт SECAM доопрацьований спільними зусиллями радянських і французьких учених. Системи ЦТВ NTSC, PAL і SECAM отримали назву композитних (від composite – складовий, складний сигнал) на відміну від компонентних систем, в яких сигнали яскравості та кольорові (компоненти) передаються окремо.

У В даний час ТБ мовлення у світі ведеться за трьома зазначеними аналоговими системами у відведених ділянках метрових і дециметрових хвиль; при цьому зображення передається методом амплітудної модуляції несучої, а звуковий супровід – методом частотної модуляції іншої несучої (тільки в одному стандарті (L) застосовується амплітудна модуляція). Аналогове мовлення поступово витісняється цифровим. Кількість цифрових ТБ програм за стандартом DVB-S, які можна приймати із супутників значно перевершило кількість аналогових. На різні космічні орбітизапущено тисячі штучних супутників Землі, за допомогою яких здійснюються: багатопрограмне безпосереднє ТБ

– і радіомовлення, радіозв'язок, визначення місцезнаходження (координат) об'єктів, оповіщення про лихоліття, персональний супутниковий зв'язок та багато інших функцій.

У США з 1998 р. розпочато перехід на цифрове телебачення високої парності (ТВЧ) за стандартом ATSC (допускається 18 варіантів, що відрізняються кількістю рядків розкладання – від 525 до 1125, видом розгортки та частотою полів (кадрів)). У Європі немає такої категоричності у переході на цифровий ТВЧ, оскільки вважається, що потенціал стандарту на 625 рядків повністю ще не вичерпано. Тим не менш, апаратура за стандартом ТВЧ (1250 рядків) проводиться (особливо для зйомки кінофільмів) та ведуться окремі передачі.

Для доставки ТВ програм населенню застосовуються радіосистеми: наземні в МВ та ДМВ діапазонах, супутникові безпосереднього прийому, мікрохвильові стільникові (MMDS, LMDS, MVDS), а також системи кабельного ТБ (коаксіальні, волоконно-оптичні, гібридні). Все більшої ваги набувають системи КТВ (з доступів до мережі Інтернет, для замовляння ТБ програм та отримання інших послуг).

Досвідчена система чорно-білого та кольорового стереотелебачення створена в I960 – 70-х роках. колективом під керівництвом П. В. Шмакова у Ленінграді. Впровадження стереотелебачення у мовлення стримується переважно відсутністю ефективного, порівняно дешевого та простого пристроювідображення (екрана). Висловлене свого часу П.В. Шмакова пропозиція про використання літальних апаратів для ретрансляції ТБ програм на великі території набула широкого поширення в супутникових системах радіозв'язку та ТБ мовлення. Початок цього було покладено

в 1965 р. коли в СРСР було запущено штучний супутникземлі (ШСЗ)«Блискавка-1» з приймально-передавальною ретрансляційною апаратурою. Сьогодні на різних орбітах навколо Землі обертаються кілька тисяч ШСЗ, які мають

різне призначення. Для безпосереднього прийому ТВ програм з ШСЗ оптимальною є геостаціонарна орбіта, обертаючись за якою ШСЗ виявляється як би нерухомим щодо будь-якої точки Землі в межах радіовидимості. З їх допомогою не лише ретранслюється ТБ програми (кілька сотень над країнами Європи), а й програми звукового мовлення, здійснюється персональний радіозв'язок та широкосмуговий доступ до Інтернету, а також низка інших функцій.

Визначним відкриттям 20 ст. є створення транзистора в 1948 р. У. Шоклі, У. Браттейном та Дж. Бардіном, які отримали Нобелівську премію 1956 р. напівпровідникової електронікиособливо поява інтегральних схем визначили бурхливий розвиток всіх технічних засобів передачі повідомлень електричними засобамита відповідних пристроїв для їх прийому та запису. Крім стаціонарних радіоприймачів та телевізорів з'явилися переносні та автомобільні та навіть персональна «кишенькова» відеоапаратура.

Роботи радянських вчених Н.Г. Басова, А.М. Прохорова та американського вченого Ч. Таунса, які також отримали Нобелівську премію, дозволили у 1960 р. створити лазер – високоефективне джерело оптичного випромінювання. Волоконно-оптичні системи передачі (ВОСП) з використанням напівпровідникових лазерних діодів та волоконних світловодів стали реальністю з 1970 р., коли в США було отримано надчисте скло. ВОСП відкрили нову еру в техніці зв'язку по напрямних лініях. Через нечутливість до електромагнітних перешкод, скритності, малого ослаблення оптичних сигналів, що передаються (менше 0,01 дБ/км), великої пропускної спроможності (понад 40 Гбіт/с) вони не мають конкурентів серед існуючих фізичних ліній передачі. Винятки становлять фідерні лінії (коаксіальний кабель або хвилевід), що застосовуються для подачі високочастотних модульованих коливань на радіопередаючі станції. Будуються фотонні мережі, тобто. повністю оптичні, а також пасивні, які не містять електричних або оптичних підсилювачів.

У нашій країні створена досить розвинена магістральна мережа для передачі будь-яких видів інформації поволоконно-оптичних ліній зв'язку з виходом на міжнародні лінії.

У 1956 був створений перший професійний відеомагнітофон (ВМ) для запису на магнітну стрічку кольорових ТВ зображень (США, ф. «Ampex», яку очолював виходець з Росії), його вага становила 1,5 тонни. Сьогодні відеокамера (ТВ передаюча камера із вбудованим відеомагнітофоном) з розширеними функціями поміщається на долоні. З 1969 р. розпочато освоєння побутового магнітного відеозапису, а також виробництво малогабаритних студійних ВМ, а потім відеокамер. Великий попит на ВМ викликав конкурентну боротьбу серед фірм виробників (переважно з Японії).

У на початку випускалися ВМ аналогових форматів: U-matic, VCR (1970); Betamax, VCR-LR, VHS (1975); Betacam, Video-2000 (1979); S-VHS (1981

р), Video-8 (1988 р.). Але вже 1986 р. з'явився перший формат (D-1) цифрового відеозапису на магнітну стрічку сигналів ЦТВ, а потім D-2 (1987 р.), D-3

(1990 р.) та D-5 (1993 р.). Ці ВМ були розраховані запис цифрових потоків без стиску зі швидкостями 225, 127, 125 і 300 Мбіт/с відповідно: D-1 і D-5 – компонентних, D-2 і D-3 – композитних сигналів. Успішна реалізація алгоритмів стиснення – усунення надмірності у ТВ зображеннях (сімейство MPEG стандартів) у багато разів скоротили швидкість цифрового потоку, застосування методів завадостійкого кодування та спектральноефективних багатопозиційних способів модуляції відкрили шлях для впровадження цифрового ТВ мовлення: з'явилася можливість у стандартному ТБ радіокана для вітчизняного стандарту та більшості інших), замість однієї аналогової, передати 5 – 6 цифрових ТВ програм зі стереофонічним звуковим супроводом та додатковою інформацією. Це було враховано під час розробки нових форматів цифрового запису на магнітну стрічку як компонентних сигналів стандартної чіткості

(Betacam SX, Digital Betacam, D-7 (DVSPRO), DVSPRO50, D-9 (Digitals), DVCAM, MPEG IMX та ін), так і високої (D5-HD, D-6, CAM-HD, DVSPROHD та ін). Творцями більшості форматів є японські фірми, як і розробниками трьох стандартів для запису цифрових звукових сигналів на магнітну стрічку R-DAT (1981 р.), S-DAT (1982 р.) та диск, що стирається – Е-DAT (1984 р.).

Спільним зусиллями Philips та Sony у 1977 р. розроблено цифровий варіант платівки – компакт-диск для відтворення на лазерному програвачі. Приблизно з 1985 р. розпочато виробництво DVD-дисків (одношарових, двошарових, односторонніх і двосторонніх, що одноразово і багаторазово перезаписуються) та відповідної апаратури. З'явилися портативні ТВ камери із пристроєм запису на оптичний DVD-диск. Почалася ера безстрічкової підготовки та виробництва ТВ програм із зберіганням інформації на дискових накопичувачах, відеосервірах із широким застосуванням програмно-керованих комплексів.

Сучасне суспільство неможливо уявити як без засобів телекомунікацій, а й без персональних комп'ютерів, локальних, корпоративних мереж передачі і глобальної мережі Інтернет. Відбулася інтеграція всіх видів телекомунікацій та комп'ютерних технологій. Цифрові мережі та системи програмно керуються та синхронізуються; цифрові сигнали частіше обробляються з допомогою мікропроцесорів, сигнальних процесів і формуються програмно (напр., COFDM – метод модуляції та частотного ущільнення кількох тисяч ортогональних несучих реалізується програмно, оскільки апаратурно важко здійснимо, а він широко застосовується у багатьох цифрових радіосистемах передачі).

Починалося все з найпростіших пристроїв, які надавали допомогу людині у проведення тих чи інших розрахунків (бухгалтерські рахунки, арифмометр, калькулятор). Перші електронні обчислювальні машиниі було створено на вирішення розрахункових завдань із великим обсягом обчислень.

За законом Міністерства оборони США у період із 1942 по 1946 р.р. у Пенсільванському університеті створювалася ЕОМ ENIAC (Electronic Numerical

Integrator and Automatic Calculator – електронний обчислювальний інтегратор та автоматичний обчислювач), що використовувалась у балістичній лабораторії. Обладнання розміщувалося в багатьох шафах, займало велике приміщення (~ 80м2 ), вражало своїми розмірами та вагою (30 тонн, 18 тисяч електронних ламп), вкрай низькою продуктивністю (10 – 20 тисяч операцій на секунду) – на перемноження двох чисел йшло 3 мілісекунди. Власнику ноутбука це важко повірити. До першого покоління належить і ЕОМ МЭСМ, створена 1946 – 1947 р.р. у СРСР.

Друге покоління (1960 – 1969 рр.) розроблялося із застосуванням напівпровідникових приладів (IBM – 701, США; БЭСМ-4, БЭСМ-6, СРСР). Швидкодія збільшилася до 100-500 тис. оп/с, але розміри були ще більшими. Третє покоління ЕОМ (IBM – 360, США; EC-1030, EC-1060,

СРСР) створювалися 1970–1979 р.р. на мікросхемах з малим ступенем інтеграції з використанням операційних систем та режиму поділу часу. Основне призначення – автоматизовані системи керування, науково-технічні завдання, системи автоматизованого проектування. На великих інтегральних схемах і мікропроцесорах будувалися ЕОМ четвертого покоління (1980 – 1989 рр.) зі швидкодією в десятки і сотні мил.оп/с (ILLIAC4, CRAY, США; Ельбрус, ПС-2000, СРСР та інших.). Розширювалася і сфера їх застосування – складні виробничі та соціальні завдання, управління, автоматизовані робочі місця, комунікації.

Поруч із створенням великих ЕОМ інтенсивно розвивався клас микроЭВМ – персональних комп'ютерів (ПК). Перша мікроЕОМ з'явилася в 1971 р. у США на основі 4-розрядного мікропроцесора, що дозволило різко зменшити масу та габарити обчислювальних пристроїв. Як і у разі великих ЕОМ, персональні комп'ютери першого покоління були апаратно та програмно несумісні. З появою 1981 р. ПК фірми IBM ситуація стала змінюватися у бік створення сумісних ПК, мають значно більшу розрядність і точність обчислень. Величезний попит на швидкодіючі ПК з розширеними функціональними можливостями був стимулом для вдосконалення мікропроцесорів, розрядність яких збільшилася від 4 в 1971 до 32 в 1986, а тактова частота - від 0,5 до 25 МГц. Сучасні процесори мають 64 розряди при тактовій частоті понад 4 ГГц.

Розвиток радіозв'язку йшло шляхом освоювання діапазонів дедалі вищих частот, у яких можна передавати значно більший обсяг інформації. Залишалося багато невирішених проблемз ефективного стиснення переданих сигналів, перешкодостійкого кодування та створення спектрально-ефективних методів цифрової модуляції, покриття великих територій багатопрограмним мовленням. Невирішеним було завдання забезпечення двостороннього радіозв'язку з абонентом, який перебуває в дорозі, або не має виходу на телефонну мережу загального користування. Відомчі системи професійного рухомого радіотелефонного зв'язку (для «швидкої допомоги», управління дорожнім та повітряним рухом тощо) були створені ще в 70 роках ХХ століття (вітчизняні системи «Алтай», «Льон»,

"Вілія" та ін.). Вони являли собою телевізійні приймально-передавальні радіостанції і тому не були розраховані на масове використання. Для цього потрібно зробити їх портативними та легкими, а також в умовах обмеженого частотного ресурсу знайти способи багаторазового використання одних і тих самих частот різними абонентами.

Першими з'явилися системи одностороннього радіозв'язку – пейджингові системи (персонального радіовиклику). Вони дозволяють надсилати короткі текстові повідомлення будь-якому власнику портативного приймача – пейджера. Відображення буквено-цифрових символів, що приймаються, здійснюється на маленькому екрані (індикаторі) приймача. Текст таких повідомлень із зазначенням номера абонента передавався спочатку телефонною лінією на базову станцію, а звідти вже оператор передавав його на пейджер одержувача. Тоді це було великим досягненням. Надалі з'явилася можливість як отримувати повідомлення, а й відповідати ними кількома стандартними фразами, зашитими на згадку про пейджера.

Так зароджувалися системи стільникового рухомого радіозв'язку, основний принцип яких – стільникова побудова та розподіл частот. Територія обслуговування ділиться на велику кількість невеликих осередків («сот» – шестикутників) радіусом R від 1,5 до 3 км, які обслуговує окрема базова радіостанція малої потужності. Сукупність, наприклад, семи осередків утворює кластер з відповідними номерами частот, що використовуються. У розташованих поруч кластерах застосовуються самі частоти, але присвоєні сотам отже відстань між центрами сот (різних кластерів) з однаковими частотами дорівнює 4,5R – достатню для виключення взаємного впливу.

Перші СПР були аналоговими, потім – цифровими. Поступово розширювалися та його функціональні можливості – від двосторонньої передачі лише промови до передачі, нерухомих і рухливих зображень (поки середньої якості). Зона обслуговування також збільшувалася – від невеликої території міста до держави загалом, а за наявності міжнародних угод – і території інших країн. До кінця 1996 р. (10 років тому) кількість абонентів СПР у світі становила трохи більше 15 млн. Сьогодні тільки в нашій країні понад 4 млн. абонентів, у світі їх стало понад 2 млрд.

Необхідно відзначити ще одне досягнення кінця ХХ століття – створення сімейства стандартів xDSL (Digital Subscribez Line – цифрова абонентська лінія), розроблених для суттєвого підвищення пропускної спроможності крученої мідної пари, яка використовується на абонентській ділянці до АТС (що отримала назву «остання миля»). Застосування нових видів багатопозиційної модуляції дозволяє вузькосмуговою мідною парою передавати великі обсяги інформації: у варіанті ADSL – від абонента до АТС – зі швидкістю 16 – 640 кбіт/с, до абонента – 6 Мбіт/с на відстань 2,7 км, а у варіанті VDSL - забезпечується передача зі швидкістю 52 Мбіт / с (АТС - абонент) на відстань до 300 м. Ще недавно вважалося, що по такому каналу взагалі не можна передавати ТВ сигнал. Таким чином, з

За допомогою технології VDSL можна передавати до 10 цифрових телевізійних програм (по 5 Мбіт/с на програму) мовної якості, що є колосальним досягненням.