Длина волны в пространстве (м)

	Рис. 4.13. Спектры электромагнитных волн, используемых для связи

 

При этом используется следующая аббревиатура:

· ELF – Extremely Low Frequency (сверхнизкая чистота);

· VF – Voice Frequency (тональная частота);

· VLF – Very Low Frequency (очень низкая частота);

· LF – Low Frequency (низкая частота / «длинные волны»);

· MF – Medium Frequency (промежуточная частота / «средние волны»);

· HF – High Frequency (высокая частота / «короткие волны»);

· VHF – Very High Frequency (очень высокая частота);

· UHF – Ultrahigh Frequency (ультравысокая частота);

· SHF – Superhigh Frequency (сверхвысокая частота);

· EHF – Extremely High Frequency (крайне высокая чистота).

Проводные линии электросвязи

В табл. 4.3 собраны параметры наиболее распространённых проводных линий электросвязи, предназначенных для передачи данных на большие расстояния.

Витая пара является самой дешёвой и распространённой средой передачи данных. Она состоит из двух изолированных медных проводов, свитых друг с другом. Витая пара широко используется внутри зданий для объединения компьютеров в локальные сети, использующие скорость передачи данных около 10 Мбит/с.

Таблица 2.3

Наименование	Диапазон частот кГц	Характерное значение	Длина плеча км
затухание дБ/км на 1 кГц	задержка мкс/км
Витая пара (с загрузкой)	0 - 3,5	0,2
Витая пара (многопарная)	0 – 1х103	3,0
Коаксиальный кабель	0 – 500х103	7,0		1 - 9
Оптическое волокно	180-370х106	0,2 - 0,5

 

Обычно несколько витых пар объединяются в кабель, обёрнутый в плотную защитную оболочку. Скручивание пары приводит к снижению перекрёстных помех от соседних проводов пары. Шаг скрутки лежит в пределах от 5 до 15 см. Толщина проводов пары лежит в пределах 0,4–0,9 мм.

В 1991 году ассоциация электронной промышленности опубликовала стандарт EIA – 568, который определяет использование экранированной пары для передачи данных внутри здания. Согласно этому стандарту различают три категории неэкранированной витой пары по ширине полосы пропускания:

· Категория 3 – менее 16 МГц;

· Категория 4 – менее 20 МГц;

· Категория 3 – менее 100 МГц.

Как видно из рисунка, изолированные проводники симметричного кабеля помещены в металлическую трубку, служащую экраном, защищающим проводники от помех различных внешних электромагнитных полей. Поверх экрана имеется изолирующая оболочка, предохраняющая кабель от влияния агрессивных сред.

Кабельные линии связи сегодня являются основным типом проводных линий. По конструкции и взаимному расположению проводников различают симметричные и коаксиальные кабели. Основными элементами кабелей являются токопроводящие жилы (пара проводов), образующие электрическую цепь. На рис. 4.14 показана конструкция однопарных симметричного и коаксиального кабелей.

 

 

Рис.4.14. Однопарные кабели связи: а – симметричный; б – коаксиальный

В коаксиальных кабелях взаимное расположение проводников обеспечивается с помощью специальной арматуры, изготавливаемой из диэлектрического материала. Внеш­ний проводник пары имеет изолирующую оболочку. В симметрич­ных кабелях цепи образуются с помощью одинаковых по конструк­ции изолированных проводников. Электрические цепи в коаксиаль­ных кабелях образуются двумя цилиндрическими проводниками с совмещенными осями, причем один проводник (сплошной ци­линдр) расположен внутри другого, полого.

Для создания унифицированных линий связи используются комбинированные междугородные кабели, содержащие симметрические, коаксиальные пары и бронированную оболочку. В качестве примера на рис. 4.15 приводится междугородний кабель КМБ – 8/6.

По условиям прокладки и эксплуатации различают подзем­ные, подвесные и подводные кабели.

Оптическое волокно. По волоконно-оптическим линиям принципиально можно организовать передачу до миллиона телефонных сигналов одновременно. Внешне оптические кабели мало отличаются от традиционных кабелей связи. Однако вместо токопроводящих металлических жил в них применяются тонкие (диаметром 125... 150 мкм) двухслойные стеклянные волокна – световоды, которые являются средой, по которой передаются сигналы электросвязи в оптическом диапазоне частот (10" - I0¹⁵ Гц).

Принцип распространения светового луча вдоль двухслойного волокна показан на рис. 4.16.

Рис. 4.15. Комбинированный междугородный кабель КМБ-8/6

 

Двухслойное волокно

Передатчик

Приёмник

 

Рис. 4.16. Принцип распространения светового луча по стекловолокну

 

Луч распространяется по внутрен­нему слою волокна (сердечнику) за счет последовательного и пол­ного отражения от границы раздела диэлектрических слоев. В опти­ческом кабеле (рис. 4.17) стекловолокна свободно помешаются внутри полиэтиленовых трубок, скрученных вокруг прочного пласт­массового сердечника.

 

 

	1 – стекловолокно; 2 – полиэтиленовая трубка; 3 – пластмассовый сердечник; 4 – полиэтиленовая оболочка; 5 – внешний покров.

 

 

Рис. 4.17. Оптический кабель

 

Оптические кабели, как и обычные, имеют защитные полиэтиленовые оболочки и различные внешние покровы.

Их можно прокладывать в земле, воде, помещениях и т. д. Они нечувствительны к электромагнитным помехам и поэтому не нуж­даются в металлических экранах. Очень существенным достоинст­вом волоконно-оптических линий является отсутствие в их конструк­ции дефицитных материалов; меди, алюминия, свинца и другие. Волокно изготовлено из кварца.

Оптические волокна очень компактны и легки. Системы связи на их основе устойчивы к электромагнитным помехам, а передаваемая по световому волокну информация защищена от несанкционированного доступа.

Важное свойство оптического волокна – долговечность.

Применяются два вида волокна: одномодовое и многомодовое.
Свое название волокна получили от способа распространения излучения в них. Волокно состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления.

В одномодовом волокне диаметр световодной жилы порядка 8-10 мкм, то есть сравним с длиной световой волны. При такой геометрии в волокне может распространяться только один луч (одна - мода).

В многомодовом волокне размер световодной жилы порядка 50-60 мкм, что делает возможным распространение большого числа лучей (много - мод). Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. В оптических лабораториях США разрабатываются самые "прозрачные", так называемые фтороцирконатные волокна с теоретическим пределом порядка 0,02 дБ/кмна длине волны 2,5 мкм.Лабораторные исследования показали, что на основе таких волокон могут быть созданы линии связи с регенерационными участками через 4 600 км при скорости передачи порядка 1 Гбит/с.

Оптические волокна имеют диаметр около 1 – 0,2 мм, то есть очень компактны и легки, что делает их перспективными для использования в авиации, приборостроении, в кабельной технике.

Стеклянные волокна – неметаллические, поэтому при строительстве систем связи автоматически достигается гальваническая развязка сегментов. Такие кабели можно монтировать на мачтах существующих линий электропередач, как отдельно, так и встроенные в фазовый провод, экономя значительные средства на прокладку кабеля через реки и другие преграды.

Волоконно-оптические линии связи нельзя подслушать неразрушающим способом. Всякие воздействия на волокно могут быть зарегистрированы методом мониторинга (непрерывного контроля) целостности линии.

Время жизни волокна, то есть сохранение им своих свойств в определенных пределах, превышает 25 лет, что позволяет проложить оптико-волоконный кабель один раз и, по мере необходимости, наращивать пропускную способность канала путем замены приемников и передатчиков на более быстродействующие.

Недостатки ВОЛС:

· требуются активные высоконадежные элементы, преобразующие электрические сигналы в свет и свет в электрические сигналы;

· необходимы оптические коннекторы (соединители) с малыми оптическими потерями и большим ресурсом на подключение-отключение. Точность изготовления таких элементов линии должна соответствовать длине волны излучения, то есть погрешности должны быть порядка доли микрона;

· для монтажа оптических волокон требуется дорогостоящее технологическое оборудование (инструменты для оконцовки, коннекторы, тестеры, муфты и спайс–кассеты);

· Обладая главными патентами, американские фирмы (в первую очередь это относится к фирме «CORNING GLASS») оказывают влияние на производство и рынок компонентов ВОЛС во всем мире благодаря заключению лицензионных соглашений с другими фирмами и созданию совместных предприятий.

На сегодня в мире несколько десятков фирм, производящих оптические кабели различного назначения. Наиболее известные из них:

· AT&T;

· General Cable Company (США);

· Siecor (ФРГ);

· BICC Cable (Великобритания);

· Les cables de Lion (Франция);

· Nokia (Финляндия);

· NTT, Sumitomo (Япония);

· Pirelli (Италия).

Определяющими параметрами при производстве ВОК являются условия эксплуатации и пропускная способность линии связи.

В качестве примера оборудования ВОЛС рассмотрим – оптический мультиплексор 16Е1+Gigabit Ethernet 1000Base-T.

Назначение: оптический мультиплексор позволяет организовывать одновременную передачу от 1 до 16 потоков Е1 и канала Gigabit Ethernet 1000Base-T full-duplex по оптоволоконному тракту.