Спектральное разделение каналов (WDM).

Сегодня скорость передачи по каналу дальней связи, на которую может рассчитывать пользователь, составляет около 2,4 Гбит/с, а в отдельных случаях - 10 Гбит/с. Это означает, что из 60 ТГц потенциальной полосы пропускания канала на практике используется не более 20 ГГц. Если же разделить общую полосу пропускания на множество частотных каналов, скорость передачи каждого из которых сохранится на прежнем уровне, то объем данных, передаваемых по волокну в единицу времени, увеличится. Именно этот подход реализован в технологии WDM. Технология плотного спектрального разделения получила название DWDM. Сегодня развитие этого метода продолжает оставаться одним из главных направлений дальнейшего повышения пропускной способности ВОСП.

 

Многоканальная передача по волокну (TX - передатчик, RX - приемник, ОУ - линейный оптический усилитель)

Здесь n входных потоков данных модулируют (модуляция основной полосой) с помощью оптических модуляторов Mi оптические несущие с длинами волн li. Модулированные несущие мультиплексируются с помощью мультиплексора WDM Mux в агрегатный поток, который после усиления (с помощью бустера или мощного усилителя – МУ) подается в ОВ. На приемном конце поток с выхода ОВ усиливается предварительным усилителем – ПУ, демультиплексируется, т.е. разделяется на составляющие потоки – модулированные несущие l i, которые детектируются с помощью детекторов Дi (на входе которых могут дополнительно использоваться полосовые фильтры Фi для уменьшения переходных помех и увеличения тем самым помехоустойчивости детектирования), и, наконец, демодулируются демодуляторами ДMi, формирующими на выходе исходные кодированные цифровые импульсные последовательности. Кроме МУ и ПУ в системе могут быть использованы и линейные усилители – ЛУ (как рассматривалось выше). Волновой мультиплексор объединяет сигналы с разными несущими из нескольких входных волокон и передает их по одному магистральному волокну. Мультиплексирование выполняется пассивными устройствами, функционирование которых основывается на известных явлениях физической оптики - дисперсии, дифракции, интерференции. Обратную операцию реализует волновой демультиплексор: он выделяет одноканальные потоки из многоканального трафика и направляет их в отдельные волокна. Чаще всего оптические усилители находятся в десятках километров друг от друга; некоторые WDM-системы дают возможность довести это расстояние до 120 км.

Существующие средства мультиплексирования/демультиплексирования позволяют вводить канальные потоки в многоканальный поток или выделять (выводить) из него заданные каналы без повторного мультиплексирования/демультиплексирования остальных каналов. Эти устройства, называемые мультиплексорами ввода/вывода (ADM), служат для связи местных сетей с опорными. Следует отметить, что WDM не исключает мультиплексирования по времени: обычно пропускная способность канала делится между его подканалами на основе временного разделения (TDM) c использованием технологии SONET/SDH, а скорости в каналах соответствуют определенному уровню иерархии SONET/SDH. В связи с этим возникает задача сопряжения волнового мультиплексора (демультиплексора) с аппаратурой SONET/SDH, причем выпускаемой различными производителями. Ее решение затрудняется отсутствием стандартов на технологию WDM.

Если длины волн передатчиков SONET/SDH и несущих в каналах мультиплексора различаются, то между данными устройствами устанавливают многоканальный конвертор. Если же длины волн совпадают, применяется WDM без преобразования длин волн.

Если упрощенно представить многоуровневую модель взаимодействия основных технологий SDH/SONET, ATM, IP (без учета возможности переноса IP через ATM), осуществляющих транспортировку сигнала в глобальных цифровых сетях, и WDM, то до появления последней она имела вид, представленный на рис. 1а. Модель состояла из трех уровней и оптической среды передачи и показывала, что для транспортировки трафика верхнего уровня (ATM и IP) по оптической среде передачи он должен быть размещен в транспортные модули STM-N/OC-n технологий SDH/SONET, способные, используя физический интерфейс этих технологий, пройти через физический уровень в оптическую среду передачи.

 

Отсюда была ясна необходимость создания технологий инкапсуляции ячеек АТМ, например, в виртуальные контейнеры SDH (ATM over SDH), или пакетов IP в виртуальные трибы SONET (IP over SONET). Этим и занимались соответствующие подкомитеты по стандартизации в таких институтах, как ANSI, ISO, ITU-T и ETSI, разрабатывая стандарты на указанные технологии. После появления систем WDM модель принимает вид, представленный на рис. 1б. Теперь модель имеет четыре уровня, не считая оптической среды передачи. Появился промежуточный уровень WDM, который, как и SDH/SONET, обеспечивает физический интерфейс, позволяющий через физический уровень выйти в оптическую среду передачи не только технологии SDH/SONET, но и технологиям ATM и IP.

В последнем случае не требуется инкапсуляции ячеек ATM или пакетов IP в промежуточный транспортный модуль технологий SDH/SONET. Волновое мультиплексирование первоначально было направлено на объединение двух основных несущих 1310 нм и 1550 нм (2-го и 3-го окон прозрачности) в одном оптоволокне, что позволяло удвоить емкость системы и было оправдано всей историей развития ВОЛС. Многие стандартные системы SDH предлагают это сейчас, как один из вариантов конфигурации. Ряд исследователей называет такие системы широкополосными WDM (разнос по длине волны – 240 нм) в противовес узкополосным WDM (разнос в которых был на порядок ниже – 24-12 нм, что давало возможность разместить в 3 окне (1550 нм) 4 канала).

 

 

Радиорелейная связь.

Радиорелейная связь - радиосвязь по линии, образованной цепочкой приемо-передающих (ретрансляционных) радиостанций. Осуществляется обычно на деци- и сантиметровых волнах. Антенны станций линии радиорелейной связи устанавливают на мачтах (башнях) высотой 70-100 м; антенны соседних станций обычно находятся в пределах прямой видимости (на равнине 40-50 км).

Принцип радиорелейной связи заключается в создании системы ретрансляционных станций, расположенных на расстоянии, обеспечивающем устойчивую работу. Простейшая топология радиорелейной линии связи представляет собой два устройства, передающих информацию между двумя пунктами. В более сложных случаях строятся ответвления от основной линии или создаются сети распределения информации между регионами, населенными пунктами или непосредственно между потребителями.

Компромиссным решением при построении широкополосных систем связи, предназначенных для работы на больших дальностях, является применение радиорелейных линий связи (РРЛ). Радиорелейные линии представляют собой цепочку ретрансляторов, обеспечивающих поочередную передачу радиосигналов между оконечными станциями. Различают два вида радиорелейных систем передачи (РРСП) - РРСП прямой видимости, станции которых размещаются на расстоянии прямой видимости, и тропосферные РРСП, использующие рассеяние и отражение радиоволн в нижних областях атмосферы при взаимном расположении станций далеко за пределами прямой видимости.

Радиорелейные линии (РРЛ) связи наряду с кабельными и спутниковыми образуют базовую сеть передачи взаимоувязанной сети России. Радиорелейные линии связи предназначены для высококачественной передачи всех видов. Линии используются как при построении первичной сети общего пользования, так и при организации частных сетей, включая ведомственные и коммерческие, взаимодействующие с первичной сетью. В зависимости от среды распространения радиоволн радиорелейные линии подразделяются на линии прямой видимости и тропосферные. В первом случае расстояние между соседними станциями РРЛ составляет обычно 40…50 км, с увеличением рабочего диапазона частот это расстояние сокращается до нескольких километров. В тропосферных РРЛ используются радиоволны, рассеиваемые в нижней области атмосферы – тропосфере. Соседние станции тропосферных РРЛ находятся друг от друга вне пределов прямой видимости. Длина участков составляет 250…350 км, иногда – до 700 км и более. Тропосферные РРЛ используются для организации ответвлений в удаленные на 150-400 км малодоступные населенные пункты и к промышленным объектам, а также для организации обходных путей при повреждении основных линий связи.

На всех станциях одной РРЛ, как правило, устанавливают однотипные приемники и передатчики СВЧ. В большинстве радиорелейных систем Пр и П на ПРС соединяют по ПЧ. Цепочка таких передатчиков и приемников СВЧ на радиорелейном участке образует высокочастотный (ВЧ) ствол. Этот ствол является универсальным, так как по нему можно организовать передачу различных сообщений. Для чего на ОРС и УРС к ВЧ стволу подключают Мд и Дм и соответствующие оконечные устройства. Последние входят в состав модема. Если по ВЧ стволу передают МТС методом аналоговой модуляции, то такой ствол называют телефонным (ТФ). Кроме него методом аналоговой ЧМ организуют телевизионные (ТВ) стволы, по которым передают ТВ программы. Цифровой (ЦФ) ствол организуют, подавая на модулятор РРС цифровой сигнал

Сигнал, подаваемый на модулятор, называют групповым сигналом ствола, а спектр его - линейным спектром, В аналого-цифровых (АЦФ) стволах ГС составляют из МТС и цифрового сигнала.

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ РРЛ:

РРЛ связь – это особый вид радиосвязи на УКВ волнах с многократной ретрансляцией сигнала. К УКВ радиоволнам относятся волны длиной короче 10 м, что соответствует частотам выше 30 МГц. Полоса частот, соответствующих диапазону УКВ, очень широкая, и в этом диапазоне можно разместить гораздо большее число радиостанций, работающих без взаимных помех, чем в диапазонах более длинных волн. В диапазоне УКВ полоса частот приемопередающего оборудования может быть сделана очень широкой. Важной особенностью диапазона УКВ является практическое отсутствие на этих волнах внешних помех: атмосферных и промышленных. Единственным видом помех, существующим в диапазоне УКВ, являются собственные шумы в радиоприемниках.

Таким образом, применение УКВ для организации связи обеспечивает: - возможность передачи сигналов, занимающих очень широкую полосу частот (ТV, многоканальных ТЛФ); отсутствие внешних помех; - возможность осуществления устойчивой связи при малой мощности передатчика, благодаря применению направленных антенн. Недостатком радиосвязи на УКВ является ограниченная дальность. УКВ радиоволны, особенно дециметровые и сантиметровые, не отражаются от ионосферы и очень слабо огибают препятствия, поэтому дальность радиосвязи на этих волнах ограничена. При малой мощности передатчиков устойчивая связь на дециметровых и сантиметровых волнах возможна в пределах прямой видимости. За пределами прямой видимости напряженность поля очень быстро падает с увеличением расстояния между станциями, и связь становится ненадежной. Вследствие этой особенности распространения волн, дальняя связь на УКВ возможна только с помощью ретрансляционных или радиорелейных линий. Антенны соседних станций располагают в пределах прямой видимости (за исключением тропосферных станций). Для увеличения длины интервала между станциями антенны устанавливают как можно выше — на мачтах (башнях) высотой 10—100 м (радиус видимости — 40-50 км) и на высоких зданиях. Станции могут быть как стационарными, так и подвижными (на автомобилях).

Принципиальным отличием радиорелейной станции от иных радиостанций является дуплексный режим работы, то есть приём и передача происходят одновременно (на разных несущих частотах).

Протяженность наземной линии радиорелейной связи — до 10000 км, ёмкость — до нескольких тысяч каналов тональной частоты в аналоговых линиях связи, и до 622 мегабит в цифровых линиях связи. В общем случае, протяжённость и ёмкость (скорость передачи данных) находятся в обратно пропорциональной зависимости друг от друга: как правило, чем больше расстояние, тем ниже скорость, и наоборот.

Конструктивное исполнение:

В диапазонах частот до 10 ГГц приемопередающая аппаратура, как правило, выполняется в виде достаточно громоздких стоек, располагающихся в аппаратных помещениях. Связь с антеннами осуществляется фидерными волноводами, имеющими значительную длину и, следовательно, вносящими существенные потери. Переход к диапазонам частот выше 10 ГГц существенно изменил конструктивное выполнение аппаратуры. Аппаратура, работающая в диапазоне выше 10 ГГц, имеет небольшие габариты и располагается на вершине антенной опоры, объединенная в единый блок с антенной.На РРЛ имеется несколько видов станций.1. Оконечная станция (OC)2. Промежуточная станция (ПС)3. Узловые станции (УС). Цепочку радиорелейной линии составляют радиорелейные станции трех типов: оконечные радиорелейные станции (ОРС), промежуточные радиорелейные станции (ПРС), узловые радиорелейные станции (УРС). На оконечной радиорелейной станции начинается и заканчивается тракт передачи. Аппаратура ОРС осуществляет преобразование сигналов, поступающих от разных источников информации (телефонные сигналы от междугородней телефонной станции, телевизионные сигналы от междугородней телевизионной аппаратной и т.д.) в сигналы, передаваемые по радиорелейной линии, а также обратное преобразование сигналов, приходящих по РРЛ, в сигналы телерадиовещания или телефонии. Радиосигналы ОРС с помощью передающего устройства и антенны излучаются в направлении следующей, обычно промежуточной, радиорелейной станции. Промежуточные радиорелейные станции предназначены для приема сигналов от предыдущей станции радиорелейной линии, усиления этих сигналов и излучения в направлении последующей станции РРЛ.ПРИЕМУЩЕСТВА. Радиорелейные линии связи требуют гораздо меньших затрат и времени на развертывание, чем ВОЛС, они могут быть проложены оперативно в сложных географических условиях. РРЛ наиболее эффективны при развертывании разветвленных цифровых сетей в больших городах и индустриальных зонах, где прокладка ВОЛС слишком дорога или вовсе невозможна, а качество передачи информации по современным РРЛ не уступает ВОЛС.