Новые технологии передачи и хранения информации

4G - четвёртое поколение  мобильной связи, характеризующееся  высокой скоростью передачи данных  и повышенным качеством голосовой  связи.

К четвёртому поколению относятся  технологии, позволяющие осуществлять передачу данных со скоростью, превышающей 100 мбит/с. Примерами технологий 4G являются Wi-Fi и WiMax, имеющие теоретический  предел скорости передачи в 1 гбит/с. Для  сравнения максимальная скорость передачи через GSM (2G) составляет 240 кбит/с, а в 3G - около 10 мбит/с.

4G основан на протоколах  пакетной передачи данных. Для  пересылки данных используется  протокол IPv6. Для передачи данных  используются частоты 40 и 60 GHz. Для чёткого приёма и передачи планируют применять адаптивные антенны, которые смогут подстраиваться под конкретную базовую станцию.

Международный союз телекоммуникаций определяет технологию 4G как технологию беспроводной коммуникации, которая  позволяет достичь скорости передачи данных до 1 Гбит/с в условиях движения источника или приемника и  до 100 Мбит/с в условиях обмена данными  между двумя мобильными устройствами. Пересылка данных в 4G осуществляется по протоколу IPv6 (IP версии 6). Это заметно  облегчает работу сетей, особенно если они различных типов.

Для обеспечения необходимой  скорости используются частоты 40 и 60 GHz. Создатели приемопередающего оборудования для 4G применили испытанный в цифровом вещании прием - технологию мультиплексирования  с ортогональным разделением  частот OFDM. Такая методика манипулирования  сигналом позволяет значительно  “уплотнить” данные без взаимных помех и искажений. При этом происходит разбиение по частотам с соблюдением  ортогональности: максимум каждой несущей  волны приходится на тот момент, когда соседние имеют нулевое  значение. Этим исключается их взаимодействие, а также более эффективно используется частотный спектр - не нужны защитные “противоинтерференционные” полосы. Для передачи сигнала применяется  модуляция со сдвигом фазы (PSK и  ее разновидности), при которой пересылается больше информации за отрезок времени, или квадратно амплитудная (QAM), более  современная и позволяющая выжать максимум из пропускной способности  канала. Конкретный тип выбирается в зависимости от требуемой скорости и условий приема. Сигнал разбивается  на определенное количество параллельных потоков при передаче и собирается при приеме.

Принят единый стандарт передачи данных в рамках LTE сетей

Большое количество операторов мобильной связи, а также производителей телефонов договорились об использовании  общего стандарта для передачи голосовых  сообщений и SMS в сети LTE (Long Term Evolution). Среди участников соглашения присутствуют AT&T, Orange, Telefonica, TeliaSonera, Verizon, Vodafone, Alcatel-Lucent, Ericsson, Nokia Siemens Networks, Nokia, Samsung Electronics и Sony Ericsson. Компании работали над единым набором правил в рамках инициативы One Voice, которая позволит обеспечить совместимость между различными провайдерами и мобильными устройствами.

Использование единого стандарта  даст возможность компаниям обеспечивать стабильный роуминг, Это необходимо для обеспечения плавного перехода от сетей GSM и HSDPA к стандарту Long Term Evolution. Многие компании уже анонсировали модемы для этого типа сетей, использующие дополнительные скоростные возможности  каналов, которые, теоретически, составляют 326,4 Мбит/с на закачку, и 172,8 Мбит/с  на отдачу.

2. Оптоволоконная связь

Оптоволоконная связь - вид проводной электросвязи, использующий в качестве носителя информационного сигнала электромагнитное излучение оптического (ближнего инфракрасного) диапазона, а в качестве направляющих систем - волоконно-оптические кабели. Благодаря высокой несущей частоте и широким возможностям мультиплексирования, пропускная способность волоконно-оптических линий многократно превышает пропускную способность всех других систем связи и может измеряться терабитами в секунду. Малое затухание света в оптическом волокне обуславливает возможность применения волоконно-оптической связи на значительных расстояниях без использования усилителей. Волоконно-оптическая связь свободна от электромагнитных помех и недоступна для несанкционированного использования - перехватить сигнал, передаваемый по оптическому кабелю, невозможно.

В основе волоконно-оптической связи лежит явление полного  внутреннего отражения электромагнитных волн на границе раздела диэлектриков с разными показателями преломления. Оптическое волокно состоит из двух элементов сердцевины, являющейся непосредственным световодом, и оболочки. Показатель преломления сердцевины несколько  больше показателя преломления оболочки, благодаря чему луч света, испытывая  многократные переотражения на границе  сердцевина-оболочка, распространяется в сердцевине, не покидая её.

Волоконно-оптическая связь  находит всё более широкое  применение во всех областях - от компьютеров и бортовых космических, самолётных и корабельных систем, до систем передачи информации на большие расстояния, например, в настоящее время успешно используется волоконно-оптическая линия связи Западная Европа - Япония, большая часть которой проходит по территории России. Кроме того, увеличивается суммарная протяжённость подводных волоконно-оптических линий связи между континентами.

Волокно в каждый дом (англ. Fiber to the premises, FTTP или Fiber to the home, FTTH) - термин, используемый телекоммуникационными  провайдерами, для обозначения широкополосных телекоммуникационных систем, базирующихся на проведении волоконного канала и  его завершения на территории конечного  пользователя путём установки терминального  оптического оборудования для предоставления комплекса телекоммуникационных услуг, включающего:

• высокоскоростной доступ в Интернет;
• услуги телефонной связи;
• услуги телевизионного приёма.

Стоимость использования  волоконно-оптической технологии уменьшается, что делает данную услугу конкурентоспособной  по сравнению с традиционными  услугами. Прогноз KMI Research оценивает  объём рынка FTTP, включая оборудование, кабельные системы в 28 миллиардов рублей к 2009 году.

С каждым годом оптоволокно, оптоволоконные системы связи все  больше вытесняют привычные кабельные (коаксиальные, витые пары) средства связи и передачи информации. Оптоволокно  — это стеклянная или пластиковая  нить, используемая для переноса света  внутри себя посредством полного внутреннего отражения.

Оптоволоконные средства связи - это вид связи, при котором  информация передается по оптическому  проводнику с помощью световых импульсов. Оптический проводник состоит из сердцевины (более плотного кварцевого стекла), по которой, собственно говоря, и передается информация, внешней  оболочки (менее плотного кварцевого стекла) и защитного слоя. Главными же источниками светового сигнала являются либо светодиоды, либо лазеры.

Главным преимуществом использования  оптоволоконной системы связи является высокая скорость передачи информации, которая равна 1Тбит/сек (т.е. одновременно можно передавать телефонные звонки 10 млн человек + еще 1 млн. видеосигналов), что особенно важно при построении высокоскоростной сети интернет.

В последние годы оптоволоконные системы стали чаще применяться  для высокоскоростной передачи аналоговых и цифровых видеосигналов не только в системах кабельного телевидения, но и в территориально-распределенных системах видеонаблюдения. Обладая  низкими потерями, оптоволоконная линия  связи способна транслировать видеосигналы на расстояния до десятков километров без использования промежуточных  усилителей. Как правило, частота  передачи видеосигнала через оптоволоконные системы составляет более 10 миллиардов бит/с и, в ряде случаев, может  превышать потребности в скорости и объеме передаваемой информации, необходимой для решения конкретных задач видеонаблюдения. Поэтому  оптоволоконные системы чаще всего  используются на особо ответственных  объектах видеонаблюдения, либо для  передачи больших объемов информации, в том числе и видеосигналов.

Современное оптоволокно, используемое в оптоволоконных системах, представляет собой прозрачные стеклянные волокна, которые проводят свет от одного конца  до другого с минимальными потерями, благодаря эффекту полного внутреннего  отражения. Конструктивно, такое оптоволокно  состоит из ядра, оптической оболочки и защитной оболочки. Ядро и оптическая оболочка обычно выполнены из стекла, реже - пластика, защитная оболочка, как  правило, из пластика. Ядро оптоволокна  пропускает световой сигнал, а оптическая оболочка обеспечивает полное внутреннее отражение света в ядре и его  прохождение по всей длине. Защитная оболочка предназначена для защиты ядра и оптической оболочки от внешних  воздействий. Толщина оптоволокна  сопоставима с толщиной человеческого  волоса (125 мкм – оптоволокно, 85 мкм  – волос).

Как правило, оптоволоконная система включает передатчик видеосигнала, преобразующий электрические видеосигналы в оптическое излучение, приемник видеосигнала, преобразующий оптическое излучение обратно в электрические видеосигналы и собственно оптическое волокно, соединяющее передатчик и приемник. Обладая чрезвычайно низкими потерями, оптоволоконные системы могут передавать видеосигналы на расстояния до нескольких десятков километров без использования промежуточных усилителей, намного превосходя по этому параметру коаксиальные и проводные системы передачи видеосигналов. Другой особенностью оптоволоконных систем является их высокая пропускная способность, которая обусловлена высокой частотой колебаний световых волн, распространяющихся по оптоволокну. Скорость передачи видеосигналов через оптоволоконные системы ограничивается только пропускной способностью передающего и приемного модуля системы, и может составлять более 10 миллиардов бит/с.

Все оптоволоконные системы  имеют примерно одинаковую структуру. На передающем конце оптоволоконной линии находится светодиод или  лазерный диод, излучение которого модулируется по амплитуде передаваемым сигналом, поступающим от источника  информации. В качестве передаваемого  сигнала может выступать видеосигнал  от телекамеры, сигнал управления поворотным устройством телекамеры, аудиосигнал  и другие сигналы, подлежащие передаче. Прежде чем направить такой сигнал на излучающий светодиод, он предварительно модулируется в амплитудном, частотном  или импульсном модуляторе. Использование  в оптоволоконной системе такого модулятора в передатчике в паре с демодулятором приемника позволяет  одновременно передавать по оптоволокну  несколько сигналов различного типа.

При передаче световое излучение  лазерного диода модулируется по яркости в такт с передаваемым сигналом модулятора. Оптическое излучение  передается по оптоволоконной линии  на приемный модуль, где установлен фотодиод, преобразующий модулированный по яркости свет в электрические  колебания. После детектирования модулированного  оптического видеосигнала он поступает  на демодулятор, который разделяет  принятый комбинированный сигнал на сигналы отдельных передаваемых каналов. Вид модуляции оптического сигнала и количество одновременно передаваемых по оптоволоконной линии сигналов выбирается, исходя из решения конкретных технических задач.

Одним из преимуществ, отличающих оптоволоконные системы, является абсолютная защищенность оптоволокна от электрических  помех, наводок и полное отсутствие излучения во вне. Это объясняется  тем, что в оптическом канале связи  для передачи информации используется световой сигнал, никак не взаимодействующий  с электромагнитными полями, а  само оптоволокно является диэлектриком и по своей природе не может  никак взаимодействовать с электрическими и магнитными полями. Несмотря на чрезвычайно  малый диаметр, оптическое волокно  может выпускаться в прочной  внешней оболочке, выдерживающей  большие механические нагрузки, а  также гарантирующей длительную работу в сырых помещениях и агрессивных  средах. Некоторые типы оптических кабелей допускают их прокладку  непосредственно в земле, что  резко удешевляет и ускоряет монтажные  работы. Все оптоволоконные системы  отличаются повышенным уровнем безопасности, так как передаваемый сигнал не излучается за пределы оптического волокна  и к нему невозможно подключиться для несанкционированного перехвата.

Для передачи по одному оптоволокну  одновременно нескольких независимых  сигналов применяются методы временного и частотного уплотнения сигналов. Для этого в оптоволоконные системы  наиболее часто устанавливают оптические мультиплексоры с частотным (спектральным) разделением каналов, которые объединяют несколько передаваемых сигналов в  один. Каждый источник сигнала передается лучами с различными длинами волн. Эти лучи проходят по оптоволоконной линии независимо и не взаимодействуют  друг с другом. Такой вид модуляции  называется WDM (wavelength division multiplexing). Он повышает пропускную способность оптоволоконной системы и позволяет осуществлять одновременную двунаправленную передачу информации.

Другие виды модуляции  оптического сигнала, которые используют оптоволоконные системы:

• частотно модулированное частотное мультиплексирование FM-FDM (frequency-modulated frequency division multiplexing),
• амплитудная модуляция с частично подавленной боковой полосой, частотное мультиплексирование AVSB-FDM (amplitude vestigial sideband modulation, Frequency division multiplexing) - обеспечивает одновременную передачу по одной оптоволоконной линии до 80 каналов.

Существует несколько  типов оптических волокон, обладающих различными свойствами. Они отличаются друг от друга зависимостью коэффициента преломления от радиуса центрального волокна. На рисунке 1 показаны три разновидности  волокна (А, Б и В). Буквами А  и Б помечен мультимодовый  вид волокон. Тип Б имеет меньшую  дисперсию времени распространения  и по этой причине вносит меньшие  искажения формы сигнала. Установлено, что, придавая световым импульсам определенную форму (обратный гиперболический косинус), дисперсионные эффекты можно  полностью исключить. При этом появляется возможность передавать импульсы на расстояние в тысячи километров без  искажения их формы. Такие импульсы называются солитонами. При современных  же технологиях необходимо использовать повторители через каждые 30 км (против 5 км для медных проводов). По сравнению  с медными проводами оптоволоконные кабели несравненно легче. Так одна тысяча скрученных пар при длине 1 км весит 8 тонн, а два волокна  той же длины, обладающие большей  пропускной способностью, имеют вес 100кг. Это обстоятельство открывает  возможность укладки оптических кабелей вдоль высоковольтных линий  связи, подвешивая или обвивая их вокруг проводников.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в данном реферате мы рассмотрели современные технологии передачи (3g и 4g связь, оптоволоконная связь) и хранения информации (Blu-Ray и SSD). Узнали что технологии передачи и хранения информации не стоят на месте, а развиваются семимильными шагами, при этом увеличивается как емкость хранения информации так и скорость передачи.