1.3. АРХИТЕКТУРА СИСТЕМ СВЯЗИ

Ниже будут рассматриваться физические процессы, происходящие в оптических системах связи и их компонентах, однако полезно знать структурные схемы различных систем связи, определяемые разными требованиями, к ним предъявляемыми. Легко выделить следующие четыре типа систем (каналов) связи:

1. Индивидуальные линии между двумя абонентами, например линии телеметрии, полевых телефонных аппаратов.

2. Системы радио- и телевизионного вещания, обеспечивающие передачу информации от одного или нескольких источников одновременно многим получателям.

3. Соединительные линии с ограниченным числом требуемых переключений. Это либо каналы, соединяющие много приемников с малым числом источников информации, например обеспечивающие доступ пользователя к банкам данных или к библиотекам телевизионных кинофильмов; либо каналы, соединяющие многие источники информации с малым числом получателей, например используемые в системах дистанционного управления, когда оператор может по желанию выбрать или ограничить поступающую к нему, информацию.

4. Коммутируемые линии, в которых каждое оконечное устройство может быть по выбору соединено с любым другим оконечным устройством для осуществления односторонней или двусторонней связи (например, телефонные системы, осуществляющие соединение абонентов с помощью одной либо нескольких телефонных станций) или информационные сети, использующие шину параллельного доступа.

В каждой из рассмотренных систем информация может передаваться как по закрытым, так и открытым каналам связи.

Необходимо знать, что спектр электромагнитных излучений обладает ограниченными ресурсами, поэтому его нужно экономно и эффективно использовать. Применение для связи электромагнитных волн видимого и инфракрасного диапазонов будет означать введение в эксплуатацию не используемой до настоящего времени части электромагнитного спектра. Имеет место и дополнительное преимущество

данного участка спектра, состоящее в том, что в оптическом канале значительно легче сформировать узкие диаграммы направленности антенн, чем в радио- и СВЧ диапазонах. Благодаря этому можно применять одни и те же частоты в близко расположенных в пространстве оптических каналах связи при малой вероятности возникновения перекрестных помех. Аналогичные преимущества достигаются и при использовании направленного распространения световых волн, поскольку оптические волокна имеют значительно меньшие размеры, чем эквивалентные электрические кабели. Рисунок 1.6 хорошо иллюстрирует сказанное, что и дало основание некоторым авторам говорить о пространственном разделении каналов связи.

Как прямое следствие этого полезного свойства возникли две серьезные проблемы для оптических линий связи, в которых использовано свободное распространение волн. Первая связана с необходимостью весьма точного наведения передающей и приемной антенн друг на друга, а вторая — с необходимостью применения методов расширения светового пучка, если оптический сигнал предназначен для радиовещания на большую площадь.

Рис. 1.6. Стандартные кабелн диаметром 3,5" (симметричный кабель 320 пар проводников и коаксиальный кабель на 20 пар проводников) и оптический кабель из пяти волокон. Каждый из кабелей имеет приблизительно одинаковую информационную пропускную способность (с разрешения STL - Standard Teleconumication Labs.|

В районах с большой плотностью электромагнитных излучений целесообразно ограничивать использование открытой передачи в эфир только там, где это необходимо. Например, когда одно или более оконечных устройств системы связи должны быть подвижными. Однако показано, что единственной областью, где открытая передача имеет большие экономические преимущества по сравнению с направляющими системами, является радиовещание. При этом следует учитывать ограничения, связанные с взаимным влиянием каналов. Так, в Великобритании имеется четыре независимых телевизионных канала, а в некоторых районах США можно принимать до 8 или 10 телевизионных программ. Трудно представить, каким образом можно значительно увеличить число телевизионных каналов, если использовать только свободное распространение радиоволн. Необходимо также учесть связанные с этим скрытые издержки. В настоящее время для радиовещания отведена подавляющая часть спектра радиоволн вплоть до частот 1 ГГц. Часть спектра, оставшаяся для пользователей, нуждающихся в подвижной связи (полиция, такси, личная и служебная радиосвязь, управление воздушным движением, радиотелефон) весьма незначительна и совершенно не удовлетворяет потребностям.

Не будем углубляться в обсуждение этого важного вопроса, поскольку нашей целью является рассмотрение возможных применений в будущем оптических каналов связи. Уже сегодня ясно, что оптические линии связи как направляющие, так и открытые, наилучшим образом подходят для абонентских линий связи, т. е. для первого из четырех перечисленных выше типов систем связи. Поскольку в более сложной системе может потребоваться маршрутизация и коммутация информации, то эти операции должны быть обеспечены традиционной электрической или электронной аппаратурой, для осуществления которых оптические сигналы необходимо преобразовать в электрические. Когда оптические каналы связи будут включены в состав стандартной телефонной системы (системы четвертого типа по приведенной выше классификации), тогда они лучше всего могут быть использованы для связи между телефонными станциями или между телефонной станцией и пользователем.

Вопрос о том, в каком масштабе оптические волокна будут использованы в телефонных сетях разного уровня, остается дискуссионным. Однако уже сейчас ясно, что наибольшие экономические выгоды они обеспечат в каналах связи с высокой информационной пропускной способностью, используемых в системах обмена более высокого уровня иерархии. Вместе с тем кажется вероятным, что когда технология изготовления оптических волокон станет более простой и дешевой, они найдут применение и в системах связи самого низкого уровня, например в качестве местных линий связи между телефонными станциями и абонентами. Тот факт, что эти волоконно-оптические линии связи будут иметь, как мы увидим, значительно большую информационную пропускную способность, чем их электрические аналоги (по-вндимому, в тысячу раз), поставит Министерство связи перед

дилеммой. При широком использовании оптических волокон информационная пропускная способность линий связи станет практически неограниченной по существующим стандартам. Однако обеспечение адекватного увеличения емкости телефонной станции яляется более сложной и очень дорогой задачей. Это обстоятельство, наряду с большими средствами, вложенными в существующие местные линии связи, составляют два серьезных препятствия на пути широкого использования местных широкополосных каналов, интегрированных с существующей системой телефонной связи. Вероятно, было бы хорошо, если бы некоторые организации, такие как Министерство путей сообщения или Министерство электроснабжения, которые могут проявить особый интерес к созданию таких каналов, создали бы свои собственные независимые оптические информационные сети.