История развития проводной многоканальной электросвязи

РЕФЕРАТ
по истории техники
История развития проводноймногоканальной электросвязи
Выполнил: Никитин Д. А., асп. каф.МСП
Проверил: доц. Коротин В. Е.
Содержание
 TOC o «1-3» t «Заг. стр.эл-та;1» Введение… PAGEREF_Toc163815363 h 3
1… Зарождение техники многоканальной электросвязи. Простейшиеметоды разделения сигналов         PAGEREF_Toc163815364 h 5
2… Аналоговые системы передачи… PAGEREF_Toc163815365 h 8
3… Цифровые системы передачи плезиохронной цифровой иерархии… PAGEREF_Toc163815366 h 14
4… Цифровые системы передачи синхронной цифровой иерархии… PAGEREF_Toc163815367 h 18
5… Мультиплексирование с разделением по длинам волн.Оптические транспортные сети… PAGEREF_Toc163815368 h 21
Заключение… PAGEREF_Toc163815369 h 27
Список использованныхисточников… PAGEREF_Toc163815370 h 28
Введение
С изобретением в 1835 годуэлектрического телеграфа в истории человечества началась новая эпоха – эпохаэлектросвязи. Менее чем за 200 лет телекоммуникационные технологии прошлиогромный путь – от громоздких и неуклюжих устройств, которыми моглипользоваться лишь государственные организации и немногие наиболее обеспеченныечастные лица, до глобальной инфраструктуры, обеспечивающей связь на всем земномшаре между самыми отдаленными его уголками. Огромная скорость, с которойраспространяются электромагнитные волны, позволяет за ничтожные доли секундыпреодолевать расстояния в десятки тысяч километров, передавая все видыинформации: звук, неподвижные и подвижные изображения, компьютерные данные и т.д.
Изначальноэлектрическая связь была проводной. Лишь в конце XIXвека была открыта и использована возможность связи безпроводов, посредством электромагнитных волн, распространяющихся в свободномпространстве. К настоящему времени беспроводные технологии получилиисключительно широкое распространение. Однако, несмотря на использование самыхсовременных средств и методов обработки сигналов, беспроводные средства связипроигрывают по пропускной способности кабельным линиям и вряд ли когда-нибудьих превзойдут. Это связано с тем, что электромагнитный сигнал, распространяющийсяв закрытой направляющей системе (в кабеле), находится в гораздо более выгодныхусловиях, чем радиосигнал в открытом пространстве. На него практически неоказывают воздействия сигналы других линий, он не подвержен влиянию погодныхусловий, искажениям за счет многолучевого распространения и т. д.
Вместе стем, оборудование кабельной линии связи – чрезвычайно трудоемкое и дорогостоящеемероприятие. Многие километры кабеля необходимо закопать в землю либо проложитьпо каналам кабельной канализации. Дополнительные трудности возникают припреодолении водных преград, автомобильных и железных дорог. Также следуетучесть, что на протяжении большей части истории электросвязи использовалисьисключительно металлические кабели, для изготовления которых применялись такиедорогостоящие металлы, как медь и свинец.
Все этипроблемы уже на самых ранних этапах развития средств проводной связи привели кнеобходимости повышать эффективность использования линейно-кабельных сооруженийза счет передачи одновременно нескольких сигналов по одной паре проводов. Разработкатаких способов положила начало созданию аппаратуры уплотнения, или мультиплексирования.Технологии уплотнения в ходе своего развития прошли несколько этапов и кнастоящему времени обеспечили создание мощной глобальной сети типовых каналов итрактов, то есть так называемой первичной, или транспортной, сети. Историиразвития этих технологий и посвящена настоящая работа.1    
Первые попытки повышения эффективности использования линийсвязи относятся к первой половине XIXвека. Единственным существовавшимтогда видом электрической связи была телеграфия. В 1838 г. немецкий ученый КарлШтейнгель предложил для коротких линий в качестве второго провода цепииспользовать землю или воду. Пять лет спустя Б. С. Якоби показал, что этотметод пригоден и для длинных линий. Это решение позволило вдвое повысить пропускнуюспособность металлических проводников [1].
В 1860–1870 гг. применялись системы дуплексного, диплексногои квадруплексного телеграфирования. При дуплексном телеграфировании по одномупроводу во встречных направлениях посылались две телеграммы. Разделениенаправлений приема и передачи осуществлялось при помощи развязывающих устройств(дифференциальных схем). Наиболее совершенная схема дуплексноготелеграфирования была предложена американским инженером Дж. Стирнсом в 1871 г. При диплексномспособе обе телеграммы посылались в одном направлении. В 1858–1859 гг.известный российский математик З. Я. Сло­ним­ский предложил схемуквадруплексного телеграфирования – самый эффек­тив­ный, хотя и самым сложный изподобных методов. В этом случае по одному проводу передавались четыретелеграммы – по две во встречных направлениях. Практически эта схема былареализована лишь в 1874 г.Т. А. Эдисоном [1].
В 1876 г.французский изобретатель Ж. Бодо предложил способ многократного телеграфирования,позволявший работать по одной линии сразу нескольким телеграфным аппаратам. Напередающей и приемной станциях устанавливались абсолютно одинаковые устройства– распределители, которые представляли собой круглые диски с укрепленными наних неподвижными контактами – ламелями. К каждой ламели подключался свойтелеграфный аппарат. Кроме того, на диске имелся один подвижный контакт –щетка. Этот контакт был связан с телеграфным проводом и приводился в движениемотором. Вращаясь вокруг своей оси, щетка поочередно касалась каждой ламели и такимобразом соединяла телеграфные аппараты с проводом [2].
В своей системе Бодо реализовал принцип временногоразделения каналов, который лежит в основе практически всей современной цифровойсвязи.
В XIXвеке предпринимались также попытки использовать явлениемеханического резонанса для избирательного приема токов различных частот. В 1860 г. французский учительфизики Эдмонд Лаборд подобрал несколько пар гибких металлических пластинок инастроил передающую и приемную пластинки каждой пары в резонанс на собственнуючастоту.
Более совершенную схему предложил в 1869 г. профессор физикиХарьковского университета Григорий Иванович Морозов. В его схемепредусматривались жидкостный передатчик и электромагнитный приемник. В сосуд сжидкостью опускались две металлические пластинки – подвижная и неподвижная. Токот батареи подводился к подвижной пластинке. При ее колебаниях изменялисьсопротивление слоя жидкости и, соответственно, сила тока, идущего в линию от неподвижнойпластинки. Постоянный ток превращался в пульсирующий соответственно частотеколебаний пластинки. Приемник состоял из двух стержневых электромагнитов, надкоторыми располагался якорь в виде железной пластинки, настроенной в резонанс сподвижной пластинкой передатчика. Если по линии посылать одновременно сигналыот нескольких передатчиков, то каждый приемник реагирует на сигналы только своегопередатчика и воспроизводит исходный сигнал. Ни схема Лаборда, ни схемаМорозова так и не были реализованы [1].
Первые телефонные линии, также как и телеграфные, быливоздушными и работали по однопроводной системе. По причине взаимных и внешнихвлияний пришлось отказаться от несимметричных однопроводных цепей и перейти насимметричные – двухпроводные цепи. Скрутка изолированных жил в пары началаприменяться в 1882 г.Законодательно решение о переходе на двухпроводные телефонные цепи было принятона втором Международном электротехническом конгрессе, состоявшемся в Париже в 1889 г.
В 1882 г.инженер фирмы SiemensBrothersв Лондоне Франк Джекоб показал, что на каждых двух парах жилв кабеле можно получить, кроме двух физических цепей, еще одну – третью цепьпутем включения на концах линии специальных дифферен­циальных трансформаторов.Эта третья цепь была названа фан­томной, или призрачной. Физически она не сущест­вует:ее прямым проводом служат обе жилы первой пары, а об­ратным проводом – обе жилывторой пары. В отечественной послевоенной литературе фантомные цепи были переименованыв искусственные. Благодаря дифференциальным трансформаторам, разговоры по искус­ственнойцепи не оказывают влияния на разговоры по основ­ным цепям. В результате, вместодвух по линии можно было од­новременно вести три телефон­ных разговора; следовательно,эффективность ее использования возросла на 50 %. Это был исто­рически первыйшаг на пути уп­лотнения физических цепей.
Идею использования диффе­ренциальных трансформаторовприменил в одно время с Джекобом и Пикар в своей схеме од­новременноготелефонирования и телеграфирования по одной двухпроводной цепи. К среднимточкам вторичных обмоток диф­ференциальных трансформато­ров подводились проводаот двух телеграфных аппаратов. При работе телеграфных аппаратов че­рездифференциальные обмотки трансформаторов проходят токи разных направлений, ивлияние их на вторичные (линейные) обмотки трансформаторов будут взаимноуничтожаться. Благодаря этому телеграфная передача не создает помех ни в однойни в другой телефонной цепи. В тот же период – в начале 1880-х гг. – былиразработаны схемы одновременного телефонирования и телеграфирования бельгийскиминжене­ром Риссельберге инезависимо от него капитаном русской армии Григорием Гри­горьевичем Игнатьевым.
В 1886 г.Сидней Шелбурн вНью-Йорке предложил скручивать одновременно четыре жилы, но составлять цепи неиз рядом лежащих, а из проти­волежащих жил, расположенных по диагонали образованногов поперечном сечении квадрата. Такая четверка напоминает четырехлучевую звездуи называется звездной. Онаобеспе­чивает более устойчивую цилин­дрическую форму кабеля, а также удобствоформирования искусст­венных цепей. Но главное достоинство звездной четверки втом, что расстояние между диагональ­но расположенными жилами в 1,4 раза больше,чем между рядом ле­жащими. Следовательно, несколь­ко уменьшается электрическая емкость цепи, азначит, и ее коэффициент затуха­ния.В результате незначительно, но все же возрастает дальность связи.
Решающего влияния на эффективность использования телефонныхлиний эти по­лезные усовершенствования не оказали. Успех был достигнут в XX веке на базе дос­тиженийрадиотехники и электроники [1].2    
Простейшие методы разделения сигналов позволили доопределенных пределов повысить эффективность использования линейных сооруженийсвязи. Однако к началу XXвека эти методы себя исчерпали. Требовалось увеличить числоканалов, одновременно передаваемых по одной паре проводов, а также дальностьсвязи. Так как дальность проводной связи ограничена из-за затухания в кабеле,необходимо было периодически усиливать сигнал по мере его ослабления.
Предпосылкой к созданию промежуточных усилителей сталоизобретение в 1904 г.английским физиком и радиотехником Джоном Флемингом первой двухэлектродной электроннойлампы – диода. Первая практически пригодная схема промежуточного телефонноголампового электронного усилителя была предложена в 1912 г. американцамиА. Кэмпбелом и К. Вагнером. В 1913–1914 гг. в США была сооруженапервая междугородная кабельная магистраль длиной 730 км с применениемпромежуточных усилителей [1].
В России большие заслуги в создании и совершенствованиипромежуточных усилителей («телефонных трансляций», как они тогда назывались поаналогии с телеграфными трансляциями) принадлежат Валентину Ивановичу Коваленкову(1884–1960) – одному из крупнейших советских специалистов в области проводнойэлектросвязи, члену-корреспонденту АН СССР, генерал-майоруинженерно-технической службы, лауреату Государственной премии СССР. В 1915 г. он продемонстрировалмакеты ламповых телефонных трансляторов на Всероссийском съездеинженеров-электриков. Свои первые патенты на телефонные трансляции, разработанныев период 1915–1918 гг. он получил в августе 1919 г. ПредложеннаяКоваленковым идея усилителя двухстороннего действия с дифференциальной системойдо настоящего времени остаётся основой построения дуплексных усилителей каналовтональной частоты [1, 3].
Первый телефонный транслятор системы Коваленкова (1922) былустановлен в Бологом и обеспечивал уверенную связь Петрограда с Москвой. В 1924 г. трансляции, изготовленныев Петроградской научно-испытательной станции, были установлены на линии Петроград–Харьков.В этом же году завод «Красная заря» начал промышленный выпуск телефонныхтрансляций. К 1927 г.на междугородных телефонных линиях связи их действовало свыше пятидесяти. Использованиетрансляций позволило организовать магистрали связи весьма большой протяженности(Москва – Тбилиси, Москва – Магнитогорск и др.)
Телефонные трансляции двустороннего действия обеспечилиувеличение дальности связи до 2500–3000 км по медным цепям, до 500–600 км – постальным и до 1000 км– по кабельным пупинизированным цепям [4].
Расширение междугородных телефонных магистралей поставило наочередь вопрос об улучшении техники передачи междугородных разговоров. Важнейшеезна­чение имело внедрение аппаратуры высокочастотного телефонирования(уплотнения) по воздушным линиям связи. Это позволило по одной паре медныхпроводов передавать одновременно несколько телефонных разгово­ров, что повысилоэффективность использования доро­гостоящих линейных сооружений.
Наиболее ранние образцы аппаратуры высокочастотноготелефонирования представляли собой фактически радиоаппаратуру, приспособленнуюдля работы по кабелям. Первые опыты передачи разговорных сигналов по проводамметодом радиосвязи были осуществлены в нашей стране проф. П. В. Шма­ко­вымсовместно с инженером Г. А. Куприяновым в 1922 году. В 1922–1923 гг.в Нижегородской лаборатории инженером А. Ф. Шориным проводилисьпервые опыты в деле применения методов радиосвязи для передачи телеграфных сигналов.
Первая отечественная одноканальная аппаратуравысокочастотного телефони­рования для медных цепей была разработана и изго­товленав 1926 г.сотрудниками Ленинградской науч­но-испытательной станции под руководством П. А.Азбукина и установлена на линии Ленинград – Бологое На этой же линии былиосуществлены первые опыты, связанные с получением нескольких телеграфных связейвместо одной телефонной. Для этого была применена так называемая систематонального частотного телеграфирования [4].
В 1927 г.была создана аппаратура высокочастотного телефонирования (типа ОСА-406),позволившая осуществлять по одной медной цепи три телефонных разговора.
Широкое промышленное производство аппаратуры уплотнения вСССР началось с разработки в 1934 г. трехканальной аппаратуры СМТ-34. Эта аппаратурадвухполосной системы с передачей в линию несущей ча­стоты работала в полосечастот 10,4–40 кГц. В 1935 г.отечественная промышленность начала выпускать трехканальную аппаратурууплотнения цепей типа ОСМТ-35, работающую в спектре 6–30 кГц без пере­дачи влинию несущей частоты. В аппаратуре были установлены автоматическая регулировкаусиления. Аппаратура обеспечивала более высокое качество передачи и большуюдальность действия [5].
К концу 30-х годов аппаратурой уплотнения было оборудованобольшинство междугородных телефонных линий. В этот же период высокочастотныеканалы начинают использоваться для передачи нетелефонной информации, преждевсего, для многократного телеграфирования и фототелеграфирования [6].
В 1939 г.вступила в эксплуатацию самая длинная в мире междугородная телефонная линияМосква–Хабаровск протяженностью около 9 тыс. км, продолжен­ная затем до Владивостока.С вводом в строй этой магистрали была установлена связь с крупными промышленнымицентрами Востока: Хабаровском, Владивостоком, а в дальнейшем с Магаданом, Южно-Сахалинскоми другими городами.
В 1939-1940 гг. специалисты Центральногонаучно-исследовательского института связи и завода «Красная заря» разработалипервую отечественную 12-канальную систему высокочастотного телефонирования помедным цепям воздушных линий связи. Внедрение этой аппаратуры позволилозначительно увеличить пропуск­ную способность междугородных телефонных линий. Впериод Великой Отечественной войны эта аппаратура успешно обеспечивала связь намагистрали Москва–Ленинград.
В 1949 г.начался промышленный выпуск трехканальной аппаратуры высокочастотноготелефонирования В-3 для уплотнения воздушных цепей из цветных металлов. Аппаратура,работающая в диапазоне частот 6–27 кГц, рассчитана на организацию связи полиниям протяженностью до 10 тыс. км. Эта аппаратура получила широкое распространениена воздушных линиях междугородной телефонной сети.
В 1965 г.промышленно­стью был организован выпуск аппаратуры В-3-3 для уплот­нения цепейиз цветных ме­таллов и стальных цепей на магистральных и областных связях.Аппаратура была выполнена на транзисторах и позволяла организовать четыреканала – три канала ВЧ и один канал служебной связи. По сдвоенным каналам В-3-3можно было организовать передачу программ вещания с по­мощью аппаратуры АВ-2/3.Диапазон частот (4–31 кГц) в этой аппаратуре шире, чем в В-3. Максимальнаядальность передачи по медным цепям – 2500 км, по стальным цепям– 150 км.
В 1951 г.начался серийный выпуск аппаратуры В-12, работавшей в диапазоне частот 36-143кГц и обеспечивавшей получение двенадцати телефонных каналов при уплотнениимедных и биметаллических воз­душных цепей. Аппаратура была рассчитана наорганизацию связей протяженностью до 10 тыс. км. По каждому ка­налу аппаратурыВ-12 можно было организовать передачу фототелеграмм, 16 каналов тональноготелеграфа, а по двум объединенным каналам с помощью специальной аппаратуры –передачу программ вещания.
Модифицированная аппаратура В-12-2 (1956–1957 гг.) вместе сгенераторным оборудованием зани­мала две стойки (вместо восьми стоек – ваппарату­ре В-12). Уменьшение габаритов аппаратуры позволило на существующих междугородныхстанциях устанавли­вать большее количество комплектов аппаратуры уплотнения.
В 1951 г.была разработана аппаратура К-12, работаю­щая в диапазоне 12–60 кГц. С помощьюэтой аппара­туры по двухкабельной линии можно было организовать 12 телефонныхканалов по двум парам.
На смену системе К-12 пришла аппаратура К-24, разработаннаяв 1953 г.,которая позволила вдвое уве­личить использование пар кабеля. Аппаратура К-24 ра­ботаетв диапазоне частот 12-108 кГц.
В 1957 г.была разработана шестидесятиканальная аппаратура К-60, работающая подвухкабельной системе в диапазоне частот 12–252 кГц и позволяющая осуществлятьодновременную передачу 60 телефонных разговоров по двум парам на расстояние до5 тыс. км [5]. В конце 50-х годов в ГДР была разработана аппаратура, подобнаяК-60, на электронных лампах – V-60-S. В 1965 — 1966 годах, не безучастия СССР, промышленностью ГДР были разработаны образцы аппаратурытипа V-60-E на транзисторах [7].
Начиная с середины 50-х гг. в аппаратуре систем передачиприменяются полупроводниковые приборы. Аппаратура К-24П и К-60П была выполненаполностью на полупроводниках.
Первая отечественная система связи для уплотнениякоаксиальных линий связи К-1920 была создана в 1959–1960 гг. С помощью этойсистемы можно организовать 1920 телефонных каналов или же 300 телефонныхканалов и одновременно одну телевизионную передачу. Кроме того, по каналам этойсистемы можно обеспечить телеграфный обмен, передачу программ вещания,фототелеграфных сообщений, а также данных. Система занимает диапазон частот312–8524 кГц.
Для уплотнения малогабаритного коаксиального кабеля былапредназначена система К-300. Она позволяет организовать 300 телефонных каналовв спектре частот 60–1300 кГц. Для использования на внутриобластных связях быласоздана система К-120, работавшая в спектре до 1300 кГц [5].
Следует отметить, что в начальный период при разработкеразличных систем разрабатывалась отдельная оконечная аппаратура уплотнения. Такбыли разработаны комплекты аппаратуры для систем В-12, К-12, К-24, К-60, К-1920(первый выпуск). Такое разнообразие типов оборудования с различным конструктивными электрическим решением аналогичных узлов приводило к усложнению эксплуатацииаппаратуры и значительному разбросу параметров каналов и групповых трактовразличных систем. Поэтому уже при проектировании аппаратуры К-300 былапоставлена задача создания унифицированной оконечной аппаратуры для всехмногоканальных систем передачи [8].
Впоследствии были созданы системы передачи К-3600, К-5400,К-10800. Две последние из них так и не получили распространения.
Все рассмотренные аналоговые системы передачи были основаныисключительно на принципе частотного разделения каналов (ЧРК), хотя метод временногоразделения каналов и виды импульсной модуляции (амплитудно-импульсная,широтно-импульсная, фазово-импульсная) были известны еще в 30-е годы иизучались. Связано это было с тем, что аналоговая система передачи самплитудно-импульсной модуляцией (АИМ) и временным разделением каналов (ВРК) требовалагораздо более широкую полосу частот по сравнению с системой передачи с ЧРК тойже емкости, поскольку при использовании в качестве сигнала-переносчикапоследовательности прямоугольных импульсов спектр группового сигнала оказывалсяочень широким (теоретически бесконечным). Неизбежное ограничение спектра, как ивообще любые линейные искажения группового сигнала, приводили бы к межканальнымпереходам, имеющим характер внятного переходного разговора.
В аналоговых системах передачи применялись следующиеразновидности амплитудной модуляции (АМ):
–        
–        
–        
–        
–        
Наилучшим по мощностным показателям, а также с точки зрениярациональности использования частотного ресурса, хотя и самым сложным в реализации,оказался метод АМ ОБП. Именно этот вид модуляции использовался в подавляющембольшинстве аналоговых систем передачи.
Аналоговые системы передачи сыграли огромную роль в созданиивсемирной телекоммуникационной сети. Можно с уверенностью утверждать, что безизобретения методов уплотнения каналов междугородная телефонная связь если бы исуществовала, то была бы недоступна рядовым пользователям. Однако аналоговыесистемы передачи обладали серьезными недостатками, основные из которыхследующие:
–        
–        
–        
–        
–        
Устранить эти недостатки в рамках аналоговой технологииоказалось невозможно, в результате чего аналоговые системы передачи себяизжили, уступив место цифровым системам передачи. Тем не менее, во всем мире всееще эксплуатируется большое количество аналоговых систем, а методы частотногоразделения каналов в настоящее время применяются в новейшихволоконно-оптических системах передачи с разделением по длинам волн (WDM), а также ввысокоэффективных системах «последней мили» xDSL.3    
В начале XXв. великий русский ученый В. А. Котельниковдоказал свою знаменитую теорему о дискретизации, показав принципиальнуювозможность представления непрерывного сигнала в виде последовательностиотсчетов, взятых через определенный промежуток времени, и полного восстановленияпо этой последовательности исходного сигнала. В 1937 году французский инженерА. Ривс предложил принципы импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Импульсныеметоды модуляции интенсивно развивались в связи с развитием радиолокацииначиная с 40-х годов. Таким образом, предпосылки к созданию цифровых системпередачи были созданы еще в первой половине XX века.
Тем не менее, вплоть до 60-х (в России – до 70-х) годов всесистемы передачи были аналоговыми. Опытная 96-канальная система с ИКМ быласоздана в первые годы после Второй мировой войны. Но цифровое оборудование былоисключительно громоздким, поэтому цифровая связь не находила широкого применениявплоть до конца 50-х годов. Настоящее развитие импульсно-кодовые методыпередачи получили лишь начиная с 1956 г., после изобретения транзистора (1948 г.) и разработкипервого поколения электронных цифровых вычислительных машин.
Первая коммерческая цифровая система передачи голоса,использовавшая импульсно-кодовую модуляцию и временное разделение каналов, быласоздана компанией BellSystems(США) в Чикаго в 1962 г. Система позволяла организовать 24телефонных канала и работала по медному кабелю, соединявшему офисы компании.Для организации одного телефонного канала требовался цифровой поток соскоростью 64 кбит/с. С учетом того, что 8 кбит/с требовалось для служебныхцелей, суммарная скорость цифрового потока составляла 1544 кбит/с. [9, 10]
Этот цифровой поток впоследствии был назван каналом DS1, или T1. В США канал со скоростью1544 кбит/с был принят в качестве первого уровня иерархии цифровых потоков.Это было уже время появления ЭВМ третьего поколения, принесших с собой концепциюканалов ввода-вывода с развитой системой мультиплексоров ввода-вывода, используемыхдля организации коммерческих сетей передачи данных. Также получали распространениелокальные вычислительные сети для объединения компьютеров.
Однако только стремительное развитие микропроцессорнойтехники (в частности, появление первого микропроцессора фирмы Intel) сделало возможным реальноевнедрение цифровых технологий в системы связи. Результатом стало широкоераспространение и развитие компьютерных сетей, что дало толчок к созданию сетейпередачи голоса и данных с ИКМ.
Развитие цифровых телефонных сетей шло в направлении всебольшего уплотнения каналов. Это достигалось, с одной стороны, за счетмультиплексирования каналов T1в сигналы с более высокими скоростями. С другой стороны, применение болееэффективных, чем традиционная ИКМ, методов кодирования речевых сигналов(например, дельта-модуляции, дифференциальной импульсно-кодовой модуляции, какнеадаптивной, так и адаптивной) позволило уменьшить скорость цифрового потока,требуемую для организации одного телефонного канала и тем самым разместить водном канале со скоростью 64 кбит/с не один, а несколько телефонных каналов [10].
Развитие схем мультиплексирования привело к созданию трехиерархий цифровых систем передачи – европейской, североамериканской и японской.Европейская иерархия основывается на первичном цифровом потоке E1, имеющем скорость2048 кбит/с. При объединении четырех потоков E1 формируется поток E2, имеющий скорость 8448 кбит/с.Поток E3 (34368 кбит/с)получается мультиплексированием четырех потоков E2. Аналогично, потоком четвертогоуровня (E4) являетсясигнал со скоростью 139264 кбит/с, а скорость потока E5 составляет 564992 кбит/с.
В Северной Америке, как уже отмечалось, в качествепервичного сигнала используется поток со скоростью 1544 кбит/с. Сигналыболее высоких уровней североамериканской иерархии имеют скорости 6312, 44736 и274176 кбит/с. Японский вариант иерархии на первых двух уровнях совпадаетс американским стандартом (скорости стандартных потоков составляют 1544, 6312,32064, 97728 кбит/с) [3].
Объединение цифровых потоков производилось, в основном,побитовым способом. Требования к нестабильности генераторного оборудования былисущественно ослаблены по сравнению с аналоговыми системами передачи, чтопорождало необходимость предусматривать специальные механизмы для согласованияскоростей компонентных (объединяемых) и агрегатного (группового) сигналов.Традиционно согласование скоростей подразделялось на положительное,отрицательное и двустороннее и достигалось либо за счет вставки балластныхсимволов (эта процедура называлась стаффингом), либо, наоборот, путем изъятияодного символа из цифрового потока и передачи его по отдельному специальноотведенному цифровому каналу. Для управления процессом в цикле групповогосигнала также предусматривались биты для команд согласования скоростей [10].
Так как цифровые системы передачи были рассчитаны насинхронизацию от различных задающих генераторов и допускали некотороерасхождение частот, эта технология получила название ПЦИ – плезиохронная,т. е. почти синхронная, цифровая иерархия (PDH, PlesiochronousDigitalHierarchy).
В СССР был принят европейский вариант иерархии. Для сельскихсетей связи были разработаны системы передачи ИКМ-15 и ЗОНА-15. На городскихсетях применялась система ИКМ-30. Для зоновых и местных сетей была созданааппаратура ИКМ-120. Системы более высокого уровня – ИКМ-480 и ИКМ-1920 нашлисвое применение на магистральных и зоновых сетях [3].
Изначально цифровые системы передачи были разработаны длялиний связи, в которых средой распространения групповых сигналов являлись либометаллический кабель, либо радиорелейные линии. В этих системах длинарегенерационного участка для E1– E2 не превышала 5 км, а для E4 – 1,5…2 км. Внедрениесистем передачи, работающих по оптическому волокну, позволило многократноувеличить длину регенерационного участка.
В 80-х годах в Советском Союзе была разработана ипроизводилась аппаратура волоконно-оптических систем передачи «Соната-2»,предназначенная для использования на городских сетях в качестве соединительныхлиний между узлами связи. Эта аппаратура позволяла по одной паре многомодовыхоптических волокон передавать 120 телефонных каналов со скоростью8448 кбит/с. Для уплотнения соединительных линий также выпускалось оборудованиеИКМ-120-5. Эта аппаратура выпускалась в двух вариантах: КЛТ-26 (работавший впервом окне прозрачности на длине волны 850 нм) и КЛТ-24 (во втором окнепрозрачности на длине волны 1300 нм).
Для работы во внутризоновых сетях была предназначенааппаратура «Сопка-2». Данная аппаратура также обеспечивала образование потока8448 кбит/с и по структурной схеме, устройствам телеконтроля и служебнойсвязи мало отличалась от «Сонаты-2» и ИКМ-120-5.
До 2001 года отечественной промышленностью выпускаласьаппаратура для передачи по одномодовому оптическому волокну сигналов E2 – ОЛТ-025 (завод «Морион»,г. Пермь) и ТО-41 (АО НПП РОТЕК). Эта аппаратура производилась на современномтехнологическом уровне, в ней были применены современные электронные иквантово-оптические элементы с большим ресурсом и высокой надежностью.Конструктивно аппаратура была выполнена в нескольких вариантах [11].
Для внутризоновых сетей кроме аппаратуры «Сопка-2»производилась также аппаратура «Сопка-3», предназначенная для передачи 480телефонных каналов в двоичном цифровом потоке со скоростью 34368 кбит/с (E3). Для организации потока E4 по оптическому волокну былапредназначена аппаратура «Сопка-4». Впоследствии характеристикиволоконно-оптических систем передачи были улучшены. Появились системы«Сопка-2м», «Сопка-3м», «Сопка-4м».
По мере развития телекоммуникационных сетей и появленияновых требований к системам передачи стали проявляться недостатки плезиохроннойцифровой иерархии. Использование процедуры согласования скоростей приводила кневозможности выделения компонентных потоков из агрегатного без его полногодемультиплексирования. Например, для вывода потока E1 из потока E4 необходимо провести полноедемультиплексирование на потоки E3,затем разделить необходимый поток E3 на потоки E2,после чего демультиплексировать поток E2 до уровня E1.Это требовало в пунктах выделения и транзита устанавливать большое количествооборудования.
Другой недостаток ПЦИ заключается в том, что нарушениесинхронизма в групповом сигнале ЦСП более высокого уровня приводит к нарушениюсинхронизма во всех компонентных потоках, а восстановление синхронизма при этомдолжно осуществляться последовательно от высших ступеней иерархии к низшим, чтотребует относительно большого времени.
Наконец, плезиохронная цифровая иерархия обладает слабымивозможностями в организации служебных каналов для целей контроля и управленияпотоком в сети и практически полное отсутствие средств маршрутизации потоковнижних уровней [3, 10].
Указанные недостатки были преодолены в новой технологии,получившей название SDH(SynchronousDigitalHierarchy,синхронная цифровая иерархия). Однако системы ПЦИ до сих пор существуют