Используемые для передачи информации физические среды

Используемые для передачи информации физические среды фактически представляют то, по чему передается сигнал от одной точки сети до другой. Сигнал, который передается по физической среде, может представлять речь либо данные, сигналы управления сети, либо любую возможную комбинацию из этих сигналов. Каждая среда имеет свои собственные преимущества и недостатки. Хотя в современном мире можно найти различные типы сред, которые могут использоваться для передачи сигнала, все их можно разбить на три основные категории: проводные средства связи, радиосредства и оптоволоконные.

Проводные средства связи.Кабель, состоящий из множества попарно свитых проводников, коаксиальный кабель, а также воздушные линии связи являются наиболее распространенными и используемыми на практике техническими средствами (или средой), которые можно найти не только в абонентских линиях связи или межстанционных сетях, они также используются в линиях дальней связи. Провод является старейшим и наиболее простым представителем используемых физических сред, как это показано на рис. 1.22, но до сих пор он остается основой построения всех сетей связи.

Рис. 1.22.Типичные представители проводных средств связи

Полная замена кабелей связи может произойти, по ряду оценок, только через несколько десятилетий.

Но провод имеет и ряд серьезных недостатков. Прежде всего, он дорог, имеет значительные удельные массу и объем. Высокая стоимость монтажа и замены кабелей дальней связи делает достаточно проблематичной проблему выбора носителя, особенно если использовать современные физические среды.

Помимо этого проводниковый носитель очень восприимчив к воздействию со стороны окружающей среды, он подвержен, например, коррозии, помехам различного рода, броскам напряжения.

Радиосредства.Радиоканалы, или каналы беспроводной связи, включают спутниковые и наземные средства связи, использующие УКВ диапазон. Они имеют ряд преимуществ перед проводной связью при организации сетей межстанционной и дальней связи. Стандартный СВЧ канал связи может обрабатывать более 40 тыс. голосовых каналов в аналоговой форме. Сеть может быть легко реконструирована или изменена без необходимости перекладки огромных количеств медных или оптоволоконных кабелей. Обслуживание радиосистем также дешевле по сравнению с проводными сетями.

К негативным моментам их применения относятся огромные капитальные затраты на здания и сооружения, оборудование и земельные участки. Работа радиосистем также подвержена влиянию атмосферы, она зависит от проблем, связанным с распространением радиоволн УКВ диапазона. Отражение, преломление, дифракция, экранирование, помехи и влияние сигналов от других источников электромагнитного излучения могут привести к ослаблению или искажению радиосигнала при его прохождении через атмосферу Земли. На рис. 1.23 изображен типичный канал радиорелейной связи.

Рис. 1.23.Пример построения радиорелейной линии связи

Волновод заполняет разрыв между проводами и радио. Он обладает свойством передавать СВЧ сигнал через пустотелый металлический проводник (волновод) — внешне больше похожий на кабель. Волновод имеет все преимущества передачи радиосигнала, при этом защищает его от атмосферного воздействия, которое может привести к искажению сигнала. Он также обеспечивает такую же ширину пропускания, что и открытый СВЧ радиоканал, потери при прохождения сигнала в волноводе незначительны. На рис. 1.24 приводятся два наиболее распространенных типа волноводов.

Рис. 1.24.Разновидности волноводов, используемых для передачи сигнала

К сожалению, несмотря на все преимущества, волновод намного дороже и гораздо сложнее при монтаже и эксплуатации по сравнению с проводными средствами.

Как правило, использование таких систем ограничивается очень небольшими расстояниями передачи сигнала. Самые незначительные механические повреждения или коррозия волновода приводят к значительному увеличению потерь при прохождении сигнала.

Оптоволоконный кабель.Оптическое волокно, или оптоволоконный кабель, представляетновый шаг в развитии средств телекоммуникаций и представляет возможность использовать новую физическую среду для распространения сигнала. Оптическое волокно, или световод, изготавливают с использованием высококачественных стеклянных нитей, окруженных оболочкой из специального материала, имеющего несколько более низкий показатель преломления. Для создания же локальных сетей межкомпьютерной связи с небольшими транзитными участками часто используют пластиковое волокно.

Световой поток, направленный в оптическое волокно, распространяется по световоду, отражаясь от границы раздела между световодом и его внешней оболочкой. На рис. 1.25 схематически изображен разрез оптоволоконного кабеля и распространение в нем светового потока.

Рис. 1.25.Конструкция оптоволоконного кабеля и распространение в нем света

Оптоволоконные кабели обладают рядом весьма существенных преимуществ. Прежде всего, они имеют небольшую относительную массу и малый диаметр поперечного сечения, но при этом обладают удивительной прочностью на разрыв. Стандартный оптоволоконный кабель может предавать сигнал на огромные расстояния с ослаблением сигнала менее чем 0,3 дБ на один километр расстояния. Усилители сигнала могут располагаться на расстоянии около 20 миль (32 км). Оптическое волокно обеспечивает широкую полосу пропускания сигнала, ряд образцов оптоволоконного кабеля могут передавать одновременно более 30 тыс. голосовых каналов. Для передачи сигнала не используется электрический ток, поэтому в них отсутствуют электрические помехи, паразитные контуры заземления, перекрестные помехи, наложение сигналов. Все эти преимущества делают оптоволоконный кабель идеальным для применения в дальних магистральных линиях связи.

Вполне естественно, что у оптоволоконного кабеля есть и недостатки. Из соображений безопасности и надежности особые меры предосторожности должны соблюдаться как при прокладке кабеля, так и в местах его соединения, что значительно увеличивает стоимость монтажных работ.

Использование оптоволоконного кабеля для передачи большого количества телефонных разговоров означает, что в случае его повреждения из строя одновременно выйдет большое количество каналов связи.

Для предотвращения этого в дальних линиях связи используют второй дублирующий кабель, проложенный по иному маршруту, чем основной, хотя такое решение нельзя признать экономически обоснованным при использовании оптоволоконных кабелей связи в ряде городских территорий. Однако, несмотря на эти недостатки, оптоволоконные кабельные системы связи продолжают расти и развиваться.