Вся история развития кабельных систем связи обусловлена проблемой увеличения объема информации, передаваемой по проводному каналу связи. Объем передаваемой информации определяется полосой пропускания. Установлено, что чем выше частота колебаний электрического тока или радиоволны, тем выше скорость передачи информации. Для того чтобы передать в закодированном виде любую букву алфавита, необходимо использовать 7—8 бит информации. Таким образом, если для передачи текста применять проводную связь с частотой 20 кГц, то стандартную книгу объемом 400—500 страниц можно будет «передать» примерно за 1,5—2 часа. При передаче по линии с частотой 32 МГц та же процедура займет лишь 2—3 секунды.
Развитие электрических систем передачи информации началось с изобретения Павлом Шиллингом в 1832 г. телеграфной линии с использованием иголок. В качестве линии связи использовался медный провод. Эта линия обеспечивала скорость передачи информации 3 бит/с (⅓ буквы).
Первая телеграфная линия Морзе (1844 г.) обеспечивала скорость 5 бит/с (½ буквы).
Изобретение в 1860 г. печатающей телеграфной системы обеспечивало скорость 10 бит/с (1 буква).
В 1874 г. система шестикратного телеграфного аппарата Жана Бодо уже обеспечивала скорость передачи 100 бит/с (10 букв).
Первые телефонные линии, построенные на основе телефона, изобретенного в 1876 г. Александром Беллом, обеспечивали скорость передачи информации 1000 бит/с, или 1 кбит/с (100 букв).
Первая телефонная цепь была однопроводной с телефонными аппаратами, включенными на ее концах. Данный принцип требовал большого количества не только соединительных линий, но и самих телефонных аппаратов. Это простое устройство в 1878 г. было заменено первым коммутатором, который позволил осуществить соединение нескольких телефонных аппаратов через единое коммутационное поле.
До 1900 г. используемые однопроводные цепи с заземленным проводом были заменены двухпроводными линиями передачи. Несмотря на то, что к этому времени уже был изобретен коммутатор, каждый абонент имел свою линию связи. Необходим был способ, позволяющий увеличить количество каналов без прокладки дополнительных тысяч километров проводов.
Первая коммерческая система уплотнения была создана в США. В 1918 г. между Балтимором и Питсбургом начала работать четырехканальная система с частотным разделением каналов.
До Второй мировой войны большинство разработок было направлено на увеличение эффективности систем уплотнения воздушных линий и многопарных кабелей, поскольку по этим двум средам передачи были организованы почти все телефонные цепи.
Изобретение в 1920 г. 6―12-канальных систем передачи позволили увеличить скорость передачи информации в заданной полосе частот до 10 кбит/с (1000 букв). Верхние граничные частоты воздушных и многопарных кабельных линий составляли соответственно 150 и 600 кГц. Потребности передачи больших объемов информации требовали создания широкополосных систем передачи.
В 30—40-х гг. ХХ в. были внедрены коаксиальные кабели. Между городами, находящимися на Атлантическом и Тихоокеанском побережьях США, фирмой «Bell System» была введена в эксплуатацию коаксиально-кабельная система «L1». Эта система позволила увеличить полосу пропускания частот линейного тракта до 1,3 МГц, что обеспечивало передачу информации по 600 каналам.
После Второй мировой войны велись активные разработки по совершенствованию таких систем. Если первоначально коаксиальные цепи прокладывались отдельно, то вскоре начали объединять несколько коаксиальных кабелей в общей защитной оболочке.
Коаксиальные кабельные системы большой емкости в конце ХХ в. обычно применялись для связи между близко расположенными центрами с высокой плотностью населения. Однако стоимость монтажа таких систем была высока из-за незначительного расстояния между промежуточными усилителями и вследствие большой стоимости кабеля и его прокладки.
Волоконно-оптические системы связи
Электромагнитные излучения, в том числе радиоволны и видимый свет, имеют двойственную структуру и ведут себя то как волнообразный процесс в непрерывной среде, то как поток частиц, получивших название фотонов, или квантов. Каждый квант обладает определенной энергией.
Представление о свете как о потоке частиц впервые ввел Ньютон. В 1905 г. Альберт Эйнштейн, на основе теории Макса Планка, возродил в новой форме корпускулярную теорию света, которая сейчас называется квантовой теорией света. В 1917 г. он теоретически предсказал явление вынужденного или индуцированного излучения, на базе использования которого впоследствии и были созданы квантовые усилители.
В 1953 г. идею о квантовом усилителе выдвинул Джозеф Вебер.
В 1954 г. Николай Басов и Александр Прохоров предложили проект молекулярного газового генератора и усилителя с теоретическим обоснованием.
Одновременно с ними к идее аналогичного генератора пришли американские изобретатели Джеймс Гордон, Герберт Цейгер и Чарльз Таунс, которые в 1954 г. сообщили о создании квантового генератора, работающего на пучке молекул аммиака.
В 1956 г. американский физик Николас Бломберген установил возможность построения квантового усилителя на твердом парамагнитном веществе. Все квантовые генераторы и усилители, построенные до 1960 г., работали в диапазоне сверхвысоких частот и получили название мазеров.
После создания первых мазеров и лазеров начались работы, направленные на их использование в системах связи.
Волоконная оптика как направление техники возникла в начале 50-х гг. В это время научились делать тонкие двухслойные волокна из различных прозрачных материалов (стекла, кварца и др.). Учеными было доказано, что если соответствующим образом выбрать оптические свойства внутренней («сердечника») и наружной («оболочки») частей такого волокна, то луч света, введенный через торец в сердечник, будет только по нему и распространяться, отражаясь от оболочки. Даже если волокно изогнуть (но не слишком резко), луч будет послушно удерживаться внутри сердечника. Таким образом, световой луч, попадая в оптическое волокно, способен распространяться по любой криволинейной траектории. Налицо полная аналогия с электрическим током, текущим по металлическому проводу, поэтому двухслойное оптическое волокно часто называют световодом. Стеклянные или кварцевые волокна в 2―3 раза толще человеческого волоса, очень гибкие (их можно наматывать на катушку) и прочные (прочнее стальных нитей того же диаметра).
В 1966 г. была высказана идея использования волоконных световодов для связи. Технологический поиск завершился успехом в 1970 г. Сверхчистое кварцевое волокно смогло пропустить световой луч на расстояние до 2 км. По сути, в том же году идеи лазерной связи и возможности волоконной оптики соединились, началось стремительное развитие волоконно-оптической связи: появление новых методов изготовления волокон, создание необходимых элементов, таких как миниатюрные лазеры, фотоприемники, оптические разъемные соединители и т. п.
Уже в 1973—1974 гг. расстояние, которое луч мог пройти по волокну, достигло 20 км, а к началу 80-х годов превысило 200 км. К этому времени скорость передачи информации по волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС) возросла до невиданных ранее значений — до нескольких миллиардов бит/с. Дополнительно выяснилось, что ВОЛС имеют не только сверхвысокую скорость передачи информации, но и обладают целым рядом других достоинств.
Световой сигнал не подвержен действию внешних электромагнитных помех. Более того, его невозможно подслушать, то есть перехватить. У волоконных световодов — отличные массогабаритные показатели. Применяемые материалы имеют малую удельную массу, им не нужны тяжелые металлические оболочки. Прокладка, монтаж и эксплуатация отличались простотой процесса. Волоконные световоды можно было закладывать в обычную подземную кабельную канализацию, монтировать на высоковольтных линиях электропередачи или силовых сетях электропоездов и вообще совмещать их с любыми другими коммуникациями. Характеристики ВОЛС не зависят от их длины, включения или отключения дополнительных линий — в электрических же цепях все это не так, и каждое подобное изменение требует кропотливой настроечной работы. В волоконных световодах в принципе невозможно искрение, и это открывает перспективу использования их на различных производствах, в том числе и взрывоопасных.
В настоящее время оптические линии связи доминируют во всех телекоммуникационных системах, начиная от магистральных сетей до домовой распределительной сети. Благодаря развитию оптико-волоконных линий связи активно внедряются мультисервисные системы, позволяющие довести до конечного потребителя в одном кабеле телефонию, телевидение и Интернет.
Главная 
