Что такое электрическая связь. Виды электросвязи, понятие сети, службы и услуги электросвязи. Почему развитие электросвязи началось с телеграфии

Все виды электросвязи по типу передаваемых сообщений могут быть разделены на предназначенные для передачи звуковых и оптических сообщений. Основной объем передаваемых сообщений (основной трафик) составляет телефонная связь. Телефонная связь - вид электросвязи, обеспечивающий передачу и прием речевых сообщений. Для организации связи используется типовой канал тональной частоты (КТЧ), спектр которого составляет 0,3...3,4 кГц. Спектр речевого сигнала Телефонный (речевой) сигнал образуется при помощи микрофона, в котором звуковые колебания преобразуются в электрический сигнал. Звуки речи образуются в результате прохождения воздушного потока из легких через голосовые связки и полости рта и носа. Каждый звук содержит определенный спектр частот, каждому гласному и согласному звуку соответствует определенная область резонанса (повышенная мощность), называемая формантой. Из графика (рис. 4) видно, что форманта буквы «а» находится в спектре частот, близких к частоте 950 Гц, а форманта буквы «е» находится в спектре частот, близких к частоте 690 Гц. Установлено экспериментально, что все остальные форманты гласных и согласных звуков, из которых складывается речь, не выходят за пределы спектра 0,3 - 3,4 кГц и 90% слогов и 99% фраз в этом спектре восстанавливаются без искажений. Частота колебаний основного тона речи находится в пределах от 0,05 - 0,0 8 кГц (самый низкий мужской) до 0,2 – 0,25 кГц (самый высокий женский или детский). Частота колебаний основного тона лежит в пределах от 50… 80 Гц (бас) до 200… 250 Гц (детский и женский голоса).

Частотный спектр речи лежит в пределах: от 0,05 – 0,1 кГц до 8 - 10 кГц (рис. 5)

Мембрана U, В Форманты

Угольный порошок Е А

Линия

Звук Микрофон Батарея 0 0,3 0,69 0,95 3,4 7 кГц

Частоты

Рис. 5 . Формирование спектра речевого сигнала

Любое подвижное изображение – это, как правило, смена через каждые 40 мс одного неподвижного изображения другим, т.е. 25 кадров в 1 с. За время между сменой кадров "просматривается" все неподвижное изображение (625 строк, 833 элемента в каждой строке), содержащее полмиллиона элементарных площадок, или элементов, т.е. каждый элемент просматривается в течение полумиллионной доли от отведенных на просмотр всего кадра 40 мс (две десятимиллиардных доли секунды). При этом человеческий глаз "видит" то, чего уже нет на экране, еще 0,1с. На самом же деле никакого изображения нет на экране, есть только светящаяся точка, бегущая по строкам (экрану) с невероятной скоростью. Светящуюся точку перемещает электронный луч, который сфокусирован с помощью специальных электрических линз и способен отклоняться под действием магнитного поля и развертывать изображение.

Конструкция электронно-лучевой трубки имитирует глаз: объектив – хрусталик, диафрагма – зрачок, искусственная сетчатка из серебряно-цезиевого сплава – сетчатка глаза, но в очень примитивном виде, т.к. она содержит всего 0,5 млн. фоторецепторов, а это намного меньше, чем у глаза.

На основании вышесказанного ширина спектра телевизионного сигнала:

625 строк х 833 элементов в строке = 520 625 элементов в кадре;

25 кадров х 520 625 = 13 015 625 элементов,

следовательно, переход с черного на белое, или наоборот, происходит примерно 6,5 млн. раз в секунду, т.е. 6,5 МГц – верхняя граница ширины спектра телевизионного сигнала, нижней принято считать нижнюю границу звукового сигнала – 0,05 к Гц . Ширина полосы видеосигнала, занимаемая каналом ТВ; составляет 0,05 - 6,5 МГц, динамический диапазон ТВ - сигнала D c ≈ 40 дБ. Для организации одного канала ТВ требуется 1620 каналов ТЧ.

При передаче данных осуществляется передача и прием сообщений в цифровой форме для обработки вычислительными машинами - компьютерами. Условно различают низкоскоростную передачу (до 64 кбит/с), среднескоростную (2 Мбит/с) и высокоскоростную (от 2 Мбит/с).

Передача газетных полос для децентрализованной печати по каналам электросвязи - это разновидность факсимильной связи, обеспечивающая передачу газетных полос (неподвижных черно-белых изображений). Для передачи газет применяются высокоскоростные факсимильные аппараты с шириной светового пятна 0,05 мм (в обычном случае 0,1 - 0,2 мм). Это требует повышенную скорость развертки (в обычном режиме – 60 строк в мин.), спектр факсимильного сигнала при передаче газетных полос расширен до 180 кГц.

Видеотелефонная связь - вид электросвязи, обеспечивающий одновременную передачу речевых сообщений и изображений говорящих; требуется наличие двух типовых каналов: изображения и речевого телефонного канала тональной частоты.

Виды электросвязи, обеспечивающие передачу сообщений, записанных на носители, и прием этих сообщений с записью на носителе, называются документальной связью (передача данных, факсимильная связь и т.д.)

В зависимости от назначения сообщений виды электросвязи могут быть классифицированы на предназначенные для передачи сообщений индивидуального и массового характера. Телефонная, факсимильная, передача данных - эти виды связи используются для передачи индивидуальных сообщений. Сети телевизионного вещания, звукового вещания, видеотелефонной связи, передачи газетных полос предназначены для передачи массовых сообщений (рис. 6).

В зависимости от временного режима доставки сообщений виды электросвязи могут быть разделены на предназначенные для работы в реальном времени:

Телеконференция реального времени;

Видеоконференция (видеотелефония);

Рис. 6. Современные виды электросвязи

Аудиотелеконференции;

Звуковое вещание и телевизионное вещание (прямые репортажи) и осуществляющие отложенную доставку сообщений:

Электронные документы - электронная почта, персональный радиовызов, телеконференции;

Документы - факс, телеграммы;

Видео по запросу;

Речевая почта;

Звуковое вещание и телевизионное вещание (записанные программы);

Передача газет;

В трафике реального времени допустимая задержка информации не должна превышать 0,1 с. В трафике отложенной доставки допускается временная задержка при передаче изображений 30 с, 50 с - при передаче голосовых данных, 100...150 с - при передаче аудиоинформации, так как временная задержка приводит к заметным искажениям передаваемой информации.

Приведенная на рис. 6 классификация достаточно условна, поскольку в последнее время наметилась тенденция объединения видов электросвязи в единую интегральную систему на основе цифровых методов передачи и коммутации для передачи всех видов сообщений.

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА. ИСТОРИЯ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ

ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ , связь, при к-рой передача информации любого вида (речевой, буквенно-цифровой, зрительной и т. д.) осуществляется электрич. сигналами, распространяющимися по проводам, или радиосигналами. В соответствии со способами передачи (переноса) сигналов различают проводную связь и радиосвязь; в различных системах Э. первую часто используют в сочетании с разновидностями второй (напр., с радиорелейной связью, спутниковой связью). По классификации, принятой Междунар. союзом электросвязи, к Э. относят, кроме того, передачу информации при помощи оптических (см. Оптическая связь) или др. электромагнитных систем связи. По характеру передаваемых сообщений Э. подразделяется на след. осн. виды: телефонная связь, обеспечивающая ведение телеф. переговоров между людьми; телеграфная связь, предназначенная для передачи буквенно-цифровых сообщений - телеграмм; факсимильная связь, при к-рой передаётся графическая информация - неподвижные изображения текста или таблиц, чертежей, схем, графиков, фотографий и т. п.; передача данных (телекодовая связь), целью к-рой является передача информации, представленной в формализованном виде (знаками или непрерывными функциями), для обработки этой информации ЭВМ или уже обработанной ими; видеотелефонная связь (см. Видеотелефон), служащая для одновременной передачи речевой и зрительной информации. При помощи технич. средств Э. осуществляются также проводное вещание, радиовещание (звуковое вещание) и телевизионное вещание (см. Телевидение).

Для установления Э. между отправителем (источником сообщений) и получателем (приёмником сообщений) служат: оконечные аппараты - передающий и приёмный; канал связи, образуемый с помощью одной или неск. включённых последовательно систем передачи; кроме того, вследствие наличия большого кол-ва оконечных передающих и приёмных аппаратов и необходимости их всевозможных попарных соединений для opr-ции непрерывного (сквозного) канала между ними, используется система коммутац. устройств, состоящая из одной или неск. коммутац. станций и узлов.

Оконечные аппараты. Оконечный передающий аппарат служит для преобразования сигнала исходной формы (звуков речи; знаков текста телеграмм; знаков, записанных в закодированном виде на перфоленте или к.-л. др. носителе информации; изображений объектов и т. д.) в электрич. сигнал. В телеф. связи и радиовещании для электроакустич. преобразований применяют микрофон. В телегр. связи кодовые комбинации знаков текста телеграмм преобразуют в серии электрич. импульсов; такое преобразование осуществляется либо непосредственно (при использовании стартстопного телеграфного аппарата), либо с предварит, записью знаков на перфоленту (при использовании трансмиттера). В факсимильной связи преобразование светового потока переменной яркости, отражённого от оригинала, в электрич. импульсы производится факсимильным аппаратом, Информацию о распределении светотеней к.-л. объекта телевиз. передачи преобразуют в видеосигнал при помощи телевизионной передающей камеры (телекамеры).

Оконечный приёмный аппарат служит для приведения принимаемых электрич. сигналов к форме, удобной для их восприятия приёмником сообщений. При Э. мн. видов оконечные аппараты содержат как передающие, так и приёмные устройства. В первую очередь это относится к такой Э., к-рая обеспечивает двухсторонний (обычно дуплексный; см. Дуплексная связь) обмен сообщениями. Так, телефонный аппарат, как правило, содержит микрофон и телефон, объединённые в одном конструктивном узле - микротелефонной трубке. В радиовещании и телевиз. вещании передающие и приёмные оконечные аппараты разделены, причём сигналы от одного передающего устройства принимаются сразу мн. оконечными аппаратами - радиоприёмниками и телевизорами.

Канал связи; многоканальные системы передачи. Канал связи (канал электросвязи) - технич. устройства и физ. среда, в к-рых электрич. сигналы распространяются от передатчика к приёмнику. Технич. устройства (модуляторы, демодуляторы, усилители электрических колебаний, кодирующие устройства, дешифраторы и т. д.) размещают в оконечных и промежуточных пунктах линий связи (кабельных, радиорелейных и т. д.). Система передачи информации - каналообразующая аппаратура и др. устройства, обеспечивающие в совокупности образование множества каналов связи в одной линии связи (см. также Линии связи уплотнение).

Используемые в Э. каналы связи подразделяются на аналоговые и дискретные. Аналоговые каналы служат для передачи непрерывных электрич. сигналов (примеры таких сигналов: напряжения и токи, получающиеся при электроакустич. преобразованиях звуков речи, музыки, при развёртке изображений). Возможность передачи через данный канал связи непрерывных сигналов от того или иного источника обусловлена прежде всего такими характеристиками канала, как полоса пропускания частот и допустимая макс, мощность передаваемых сигналов. Кроме того, поскольку любой канал подвержен различного рода помехам (см. Помехи в проводной связи, Помехи радиоприёму, Помехоустойчивость), то он характеризуется также минимальной мощностью электрич. сигнала, к-рая должна в заданное число раз превышать мощность помех. Отношение макс, мощности сигналов, пропускаемых каналом, к минимальной наз. динамическим диапазоном канала связи.

Дискретные каналы служат для передачи импульсных сигналов. Такие каналы обычно характеризуются скоростью передачи информации (измеряемой в бит/сек) и верностью передачи. Дискретные каналы могут быть также использованы для передачи аналоговых сигналов и, наоборот, аналоговые каналы - для передачи импульсных сигналов. Для этого сигналы преобразуются; аналоговые в импульсные с помощью аналого-дискретных (цифровых) преобразователей, а импульсные в аналоговые с помощью дискретно(цифро)-аналоговых преобразователей. На рис. 1 показаны возможные способы сочетания источников аналоговых и дискретных сигналов с аналоговыми и дискретными каналами связи.

Используемые в Э. системы передачи обычно обеспечивают одновременную и независимую передачу сообщений от мн. источников к такому же числу приёмников. В таких системах многоканальной связи общая линия связи уплотняется неск. десятками - неск. тыс. индивидуальных каналов. Наибольшее распространение (1978) получили многоканальные системы с частотным разделением аналоговых каналов. При построении таких систем передачи каждому каналу связи отводится определённый участок области частот в полосе пропускания линейного тракта передачи, общего для всех передаваемых сообщений (см. рис., том 16, стр. 368, внизу). Для переноса спектра сигнала в участок, отведённый ему в полосе частот группового тракта (частотного преобразования сигнала), используют амплитудную или частотную модуляцию (см. также Модуляция колебаний) групп "несущих" синусоидальных токов. При амплитудной модуляции (AM) в соответствии с передаваемым сообщением изменяется амплитуда гармонич. колебаний тока несущей частоты. В результате на выходе модулирующего устройства (модулятора) создаются колебания, в спектре к-рых кроме составляющей несущей частоты (несущей) имеются две боковые полосы. Поскольку каждая из боковых полос содержит полную информацию об исходном (модулирующем) сигнале, то в линию связи пропускают только одну из них, а другую и несущую подавляют с помощью полосно-пропускающих электрических фильтров или иных устройств (см. Однополосная модуляция, Однополосная связь). При частотной модуляции (ЧМ) в соответствии с передаваемым сообщением изменяется несущая частота. Системы с ЧМ обладают большей по сравнению с системами с AM помехоустойчивостью, однакоэто преимущество реализуется лишь при достаточно большой девиации частоты, для чего необходима широкая полоса частот. Поэтому, напр., в радиосистемах ЧМ применяют гл. обр. в диапазоне метровых (и более коротких) волн, где на каждый индивидуальный канал приходится полоса частот, в 10-15 раз большая, чем в системах с AM, работающих на более длинных волнах. В радиорелейных линиях нередко используют сочетание AM с ЧМ; с помощью AM создаётся нек-рый промежуточный спектр, к-рый затем переводится в линейный диапазон частот с помощью ЧМ.

Для передачи сообщений различного вида требуются каналы с определённой шириной полосы пропускания. Характерная особенность совр. системы передачи - возможность организации в одной и той же системе каналов, применяемых для различных видов Э. При этом в качестве стандартного канала используется телефонный канал, наз. каналом тональной частоты (ТЧ). Он занимает полосу частот 300-3400 гц. Для упрощения фильтрующих устройств, разделяющих соседние каналы, каналы ТЧ отделяются друг от друга защитными частотными интервалами и занимают (с учётом этих интервалов) полосу 4 кгц. Кроме передачи сигналов речи, каналы ТЧ используются также в факсимильной связи, низкоскоростной передаче данных (от 600 до 9600 бит/сек) и нек-рых др. видах Э. Учитывая большой удельный вес каналов ТЧ в сетях Э., их принимают за основу при создании как широкополосных (> 4 кгц), так и узкополосных (<4 кгц) каналов. Напр., в радиовещании применяется канал с полосой, втрое (иногда вчетверо) превышающей полосу канала ТЧ; для высокоскоростной передачи данных между ЭВМ, передачи изображений газетных полос и др. употребляются каналы, в 12, 60 и даже 300 раз более широкие; сигналы программ телевиз. вещания передаются через каналы с полосой, в 1600 раз превышающей полосу канала ТЧ (что составляет примерно 6 Мгц). На базе канала ТЧ (посредством его т. н. вторичного уплотнения) создаются каналы для телеграфирования с полосами пропускания 80, 160 или 320 гц, со скоростями передачи (соответственно) 50, 100 или 200 бит/сек. Линии радиорелейной связи позволяют создать 300, 720, 1920 каналов ТЧ (в каждой паре высокочастотных стволов); линии связи через- ИСЗ - от 400 до 1000 и более (в каждой паре стволов). Проводные линии связи, используемые в системах передачи с частотным разделением каналов, характеризуются след, числом каналов ТЧ: симметричные кабели 60 (в расчёте на две пары проводов); коаксиальные кабели - 1920, 3600 или 10 800 (на каждую пару коаксиальных трубок). Возможно создание систем с ещё большим числом каналов.

С целью увеличения дальности связи посредством уменьшения влияния шумов (накапливаемых по мере прохождения сигнала в линии) в проводных системах передачи с частотным разделением каналов используют усилители, общие для всех сигналов, передаваемых в каждом линейном тракте, и включаемые на определённом расстоянии друг от друга. Расстояние между усилителями зависит от числа каналов: для мощных проводных систем (10 800 каналов) оно составляет 1,5 км, для маломощных (60 каналов) - 18 км. В системах радиорелейной связи сооружают ретрансляционные станции в среднем на расстоянии 50 км одна от другой.

Наряду с системами передачи с частотным разделением каналов с 70-х гг. 20 в. началось внедрение систем, в к-рых каналы разделяются во времени на основе методов импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), дельта-модуляции и др. При ИКМ каждый из передаваемых аналоговых сигналов преобразуется в последовательность импульсов, образующих определённые кодовые группы (см. Код, Кодирование). Для этого в сигнале через заданные промежутки времени (равные половине "периода, соответствующего макс, частоте изменения сигнала) вырезаются узкие импульсы (рис. 2,а). Число, характеризующее высоту каждого вырезанного импульса, передаётся 8-значным кодом за время, не превышающее протяжённость (ширину) импульса (рис. 2,6). В промежутках времени между передачей кодовых групп данного сообщения линия свободна и может быть использована для передачи кодовых групп др. сообщений. На приёмном конце линии производится обратное преобразование кодовых комбинаций в последовательность импульсов различной высоты (рис. 2,в), из к-рых с определённой степенью точности может быть восстановлен исходный аналоговый сигнал (рис. 2,г). При дельта-модуляции аналоговый сигнал сначала преобразуется в ступенчатую функцию (рис. 3,а), причём кол-во ступенек на период, соответствующий макс, частоте изменения сигнала, в различных системах составляет 8-16. Передаваемая в линию последовательность импульсов отображает ход ступенчатой функции в изменении знака производной сигнала: возрастающие участки аналоговой функции (характеризующиеся положительной производной) отображаются положит, импульсами, спадающие участки (с отрицат. производной) - отрицательными (рис. 3,6). В промежутках между этими импульсами располагаются импульсы, образованные от др. сигналов. При приёме импульсы каждого сигнала выделяются и интегрируются, в результате с заданной степенью точности восстанавливается исходный аналоговый сигнал (рис. 3,в).

Каналы ИКМ и дельта-модуляции (без оконечных аналого-цифровых преобразующих устройств) - дискретные и часто используются непосредственно для передачи дискретных сигналов. Осн. достоинством систем с временным разделением каналов является отсутствие накопления шумов в линии; искажение формы сигналов при их прохождении устраняется с помощью регенераторов, устанавливаемых на определённом расстоянии друг от друга (аналогично усилителям в системах с частотным разделением). Однако в системах с временным разделением существует шум 4 квантования", возникающий при преобразовании аналогового сигнала в последовательность кодовых чисел, характеризующих этот сигнал лишь с точностью до единицы. Шум "квантования", в отличие от обычного шума, не накапливается по мере прохождения сигнала в линии.

К сер. 70-х гг. разработаны системы с ИКМ на 30, 120 и 480 каналов; находятся в стадии разработки системы на неск. тыс. каналов. Развитие систем передачи с разделением каналов во времени стимулируется тем, что в них широко используют элементы и узлы ЭВМ, и это в конечном счёте приводит к удешевлению таких систем как в проводной связи, так и радиосвязи. Весьма перспективны импульсные системы передачи на основе находящихся в стадии разработки волноводных и световодных линий связи (число каналов ТЧ может достигать 10 5 в волноводной трубе диаметром примерно 60 мм или в паре стеклянных световодных нитей диаметром 30-70 мкм).

Системы коммутационных устройств. Применяемые в Э. системы коммутац. устройств бывают двух типов: узлы и станции коммутации каналов (КК), позволяющие при конечном числе каналов создавать временное прямое соединение через канал связи любого источника с любым приёмником (после окончания переговоров соединение разрывается, а освободившийся канал используется для орг-ции др. соединения); узлы и станции коммутации сообщений (КС), используемые в Э. тех видов, в к-рых допустима задержка (накопление) передаваемых сообщений во времени. Задержка бывает необходима при невозможности их немедленной передачи вызываемому абоненту из-за отсутствия в данный момент свободного канала либо занятости вызываемой абонентской установки. Узлы и станции КК, применяемые в Э. наиболее массовых видов - телефонной и телеграфной,- представляют собой телефонные станции или телеграфные станции, а также телеф. или телегр. узлы связи, размещаемые в определённых пунктах телефонной сети или телеграфной сети. Станции и узлы КК различаются в зависимости от выполняемых ими функций и их расположения в сети. Напр., в телеф. сети существуют такие автоматич. телеф. станции (АТС), как сельские, городские, междугородные, а также различные коммутационные узлы: узлы автоматической коммутации, узлы входящих и исходящих сообщений и другие. Характерной особенностью узлов является то, что они связывают между собой различные АТС. Любая совр. станция или узел КК содержит комплекс управляющих устройств, построенных на базе электромеханич. или электронных приборов, и коммутац. устройств, к-рые под воздействием сигналов управления осуществляют соединение или разъединение соответствующих каналов (рис. 4). В наиболее распространённых (1978) системах КК устройства управления строятся на основе электромеханич. реле, а коммутац. устройства - на основе многократных координатных соединителей. Такие станции и узлы наз. координатными.

Системы КС используются преим. в телеграфной связи и при передаче данных. Дополнительно к управляющим и коммутирующим устройствам в системах КС имеются устройства для накопления передаваемых сигналов. В процессе прохождения сигналов от передатчика к приёмнику в системах КС осуществляются такие технологич. операции с накапливаемыми сообщениями, как изменение порядка их следования к абонентам (с учётом возможных приоритетов, т. е. преимущественного права на передачу), приём сообщений по каналу одного типа (характеризующемуся одной скоростью передачи), а передача - по каналу др. типа (с др. скоростью) и ряд дополнит, операций в соответствии с заданным алгоритмом работы. В нек-рых случаях могут создаваться комбинированные узлы КС и КК, позволяющие обеспечить наиболее благоприятные режимы передачи сообщений и использования сетей Э.

Для развития совр. коммутац. станций и узлов характерны тенденции использования в коммутац. устройствах быстродействующих миниатюрных герметизированных контактов (напр., герконов) для реализации соединений, а для управления процессами соединений - специализированных ЭВМ. Коммутац. станции и узлы такого типа получили название квазиэлектронных. Введение ЭВМ позволяет предоставлять абонентам дополнит, услуги: возможность применения сокращённого (с меньшим кол-вом знаков) набора номеров наиболее часто вызываемых абонентов; установку аппаратов на "ожидание", если номер вызываемого абонента занят; переключение соединения с одного аппарата на другой и т. д. С внедрением систем передачи с временным разделением каналов намечается возможность перехода к чисто электронным (без механич. контактов) станциям и узлам коммутации. В таких системах коммутируются непосредственно дискретные каналы (без преобразования дискретных сигналов в аналоговые). В результате происходит объединение (интеграция) процессов передачи и коммутации, что служит предпосылкой к созданию интегральной сети связи, в к-рой сообщения всех видов передаются и коммутируются едиными методами. В СССР Э. развивается в рамках разработанной и планомерно внедряемой Единой автоматизированной сети связи (ЕАСС). ЕАСС представляет собой комплекс технич. средств связи, взаимодействующих посредством использования общей - "первичной" - сети каналов, на основе к-рой с помощью коммутац. станций и узлов и оконечных аппаратов создаются различные "вторичные" сети, обеспечивающие орг-цию Э. всех видов.

Лит.: Чистяков Н. И., X л ы т ч и е в С. М., Малочинскнй О. М., Радиосвязь и вещание, 2 изд., М., 1968; Многоканальная связь, под ред. И. А. Аболица, М., 1971; Автоматическая коммутация и телефония, под ред. Г. Б. Метельского, ч. 1-2, М., 1968-69; Емельянов Г. А.,

Шварцман В. О., Передача дискретной информации и основы телеграфии, М., 1973; Румпф К.-Г., Барабаны, телефон, транзисторы, пер. с нем., М., 1974; Лившиц Б. С., Мамонтова Н. П., Развитие систем автоматической коммутации каналов, М., 1976; Давыдов Г. Б., Р ог и н с к и и В. Н., Т о л ч а н А. Я., Сети электросвязи, М., 1977; Давыдов Г. Б., Электросвязь и научно-технический прогресс‘ М., 1978. Г. Б. Давыдов.

Термин «электросвязь» обозначает любой вид передачи информации на разные расстояния с помощью электромагнитных импульсов. К ним, импульсам, относятся радиоволны, ток в проводах и свет в оптических кабелях. Ну и ещё такая мелочь как инфракрасный луч пульта управления телевизором. Мы же поговорим не о пустяках, а о самых что ни есть глобальных вещах - о том, как электромагнетизм служит человечеству и зачем это всё нужно.

История

История началась в 1792-м - француз Клод Шапп (Claude Chappe) придумал световой телеграф. Это когда шторки на фонаре открываются и закрываются таким образом, чтобы формировать точки и тире азбуки Морзе (правда, деятельность Сэмьюэля Морзе - это уже девятнадцатое столетие). Такая система применяется на кораблях по сей день.

Проводной телеграф появился в 1832-м в России, его изготовил изобретатель Павел Львович Шиллинг. Через пять лет в США патент на аналогичный аппарат получил вышеупомянутый Морзе. В смысле, в 1837-м. Тогда же началось создание азбуки из точек и тире.

Термин «телефон» придумал Шарль Бурсель в 1854-м. И толковую теорию составил, даже диссертацию написал. Вот только воплотить идею в жизнь так и не смог. А запатентовал устройство Александр Белл в 1876-м, хотя аналогичные разработки вели и другие конструкторы. Но такова жизнь: у кого патент, тот и прав, даже в ущерб справедливости.

Радио изобрёл Никола Тесла. Продемонстрировал в 1891-м, задолго до Попова и Маркони. Если в попавшемся вам учебнике написано иное, то это плохая книжка. Верховный суд США в 1943-м подтвердил приоритет Теслы.

Ну а от радио было уже недалеко и до телевидения. Его изобрёл русский физик Борис Розинг. Опыты начал в 1897-м, а в 1907-м сконструировал первую систему передачи изображений. Продвижение прогресса продолжил Владимир Зворыкин, эмигрировавший из Советской России в США. Приложили усилия и другие инженеры. В общем, становление телевещания началось в 20-30-е годы минувшего столетия.

Потом появились компьютеры (в середине 20-го века) и родился интернет (в 70-х его годах). Не мудрствуя лукаво, цифровые данные начали передавать по уже готовым каналам - телефонным проводам и посредством спутников. Правда, пришлось дополнительно прокладывать оптоволоконные линии.

Классификация

Классификация разновидностей электросвязи подразумевает наличие разных категорий. Рассмотрим их вкратце.

По назначению передаваемой информации связь бывает:

1. индивидуальная, когда связываются с кем-то одним, конфиденциально;
2. массовая, когда что-то транслируется для всех, кому не лень включить телевизор, радиоприёмник или компьютер.

По способу передачи сигнала:

1. электрическая - по проводам;
2. оптическая - по оптоволоконному кабелю, ну или с помощью светового телеграфа;
3. радиосвязь - это радио, телевидение, 3G, Wi-Fi , Bluetooth.

По типу линий связи, которые делятся на:

1. наземные (провода на столбах);
2. подземные (закопанные провода);
3. подводные (межконтинентальные кабели на дне океана);
4. воздушные (волны радиостанций);
5. космические (спутниковые, тоже радиоволны, разумеется).

По типу передаваемой информации:

1. звуковая телефонная (аналоговая, мобильная и VoIP);
2. звуковая радиовещательная, тоже аналоговая и цифровая ;
3. телеграфная (вероятно, кто-то где-то до сих пор пользуется);
4. факсимильная (говорят, ещё применяется);
5. телевизионная (видео), аналоговое вещание пока существует, доживает последние годы;
6. передача цифровых данных (каких-нибудь файлов, веб-страниц).

Кроме того, электросвязь бывает осуществляемой непосредственно или с помощью ретрансляторов (радиорелейная). Телевышки-ретрансляторы есть практически во всех городах. Спутники - тоже ретрансляторы.

Общие принципы действия

Сначала берётся что-то реальное , аналоговое. Например, звук. Микрофон преобразовывает его в первичные электрические сигналы. Таковые могут оставаться аналоговыми, а могут и оцифровываться. Затем для транспортировки всё превращается во вторичные сигналы - радиоволны, пакеты данных, световые импульсы в оптическом волокне.

Приёмное устройство получает вторичные сигналы и превращает их обратно в первичные. Электромагнитные колебания (радиоволны) снова становятся электрическим током звуковых частот, пакеты с цифровыми данными складываются в единый поток.

Восстановленный первичный сигнал преобразуется в физический звук - в такой же, каким он был при попадании в микрофон на передающей стороне. Ну, или примерно такой же, в зависимости от помех , возможностей аппаратуры или сжатия данных с потерями качества.

То есть, для аналогового способа передачи цепочка выглядит примерно так: «реальное - электронное первичное - вторичное для транспортировки - снова первичное - восстановленное реальное» .

Для цифрового: «реальное - электронное первичное аналоговое - первичное цифровое - вторичное цифровое для транспортировки - снова первичное цифровое - опять аналоговое - восстановленное реальное» .

С цифровым управляется программное обеспечение, а конвертирует в него и обратно аналого-цифровой (и цифро-аналоговый) преобразователь. Таковой имеется в каждом мобильном телефоне и компьютере.

«Тёплый ламповый звук»

Немножко теории для меломанов, полагающих, что аналоговые средства сохранения, передачи и воспроизведения музыки лучше цифровых.

Во-первых, дискретизация звука 44.1 килогерц не может восприниматься на слух. Почему? Ну, хотя бы из-за того, что динамики и наушники не выдают больше двадцати этих самых килогерц. То есть, звуковой поток, восстановленный из цифровых данных, является непрерывным и самым что ни есть аналоговым.

Во-вторых, многие слушают FM-радиостанции, не жалуясь на звук. Но при этом ругают формат mp3 , даже в его максимальном качестве (с битрейтом 320 кбит/сек).

Так вот, mp3 в наилучшей ипостаси способен выдавать полосу частот 20 - 16 000 герц. А стандарт FM-вещания: 30 - 15 000 герц. То есть, значительно хуже.

Более того, телевидение выдаёт точно такую же полосу звуковых частот, как и радио FM. Однако все смотрят концертные программы, слушают музыку и не возмущаются.

Заключение

Что из всего вышеизложенного имеет хоть какую-то практическую ценность для обычного потребителя, зависит от местности проживания, качества приёма сигнала эфирного вещания и доступа к интернету. Иногда целесообразно подключаться к кабельным телеканалам, иногда достаточно купить цифровую приставку (тем более что аналоговое телевидение скоро исчезнет), а в некоторых случаях удобнее слушать интернет-радио и смотреть трансляции онлайн.

Путешественникам и морякам не обойтись без спутниковой связи. Да и дома «тарелка» не может не радовать широтой выбора. Разнообразие вариантов - это всегда хорошо.

Предыдущие публикации:

Материал из Юнциклопедии

Век научно-технической революции характеризуется информационным взрывом, т. е. огромным количеством самой разнообразной информации. Чтобы передать какую-либо информацию (звук, изображение, текст телеграммы, дифровые данные для ЭВМ) по сети электрической связи, необходимо сначала превратить ее в электрические сигналы, затем направить их через линию связи, а на другом конце линии преобразовать полученные сигналы снова в информацию. Преобразование передаваемой информации в электрические сигналы и последующая «расшифровка» принятых сообщений происходят в аппаратах связи, например в телефонном, телеграфном, в передающем и приемном устройствах радиовещания или телевидения, которые включаются на концах линии связи и поэтому называются оконечными.

Передающий и приемный оконечные аппараты расположены в различных пунктах. Нет необходимости постоянно связывать эти пункты прямой линией связи: достаточно установить коммутационную (соединительную) станцию, которая бы соединяла линии связи, идущие от аппаратов, лишь на время передачи и приема сигналов. Такими коммутационными станциями являются автоматические телефонные станции (АТС), объединяющие тысячи телефонов и быстро находящие номер каждого из них, и автоматические телеграфные станции, в которых поступающие от отправителей телеграммы могут при необходимости накапливаться, сортироваться по их важности, а уж затем, через некоторое время, посылаться дальше.

Линии связи появились в середине XIX в. когда заработал электрический телеграф. Телеграфные линии связи изготавливали из железной или медной проволоки и подвешивали на столбах, прикрепляя к изоляторам. Чтобы передать больше сообщений, на каждый столб подвешивалось несколько десятков проводов. Позднее покрытые резиновой изоляцией провода стали собирать в толстые жгуты, заключая их для предохранения от повреждений в оболочку. Так «были созданы кабельные линии связи (см. Кабель). Когда изобрели телефон, то сначала пользовались уже существовавшими телеграфными линиями. Только со временем стало ясно, что для передачи телеграмм и для телефонных разговоров надо иметь линии связи разного «качества», так как их электрические сигналы состоят из токов различных частот, или, как говорят, имеют разную полосу частот.

странственные радиоволны могут прийти к радиоприемнику разными путями; 14 - междугородный кабель связи с промежуточными усилительными пунктами; 15 - кабель для приема телефонной, телеграфной и телевизионной информации от спутника связи; 16, 17, 18 - кабели для передачи информации по телефону, телеграфу, телевидению; 19 - длинноволновая радиосвязь с кораблем. При передаче телеграфных сигналов требуется полоса частот всего 50-100 Гц, для телефонной связи - примерно 3 кГц (точнее, от 300 до 3400 Гц); для хорошей передачи музыки - 20 кГц; огромную полосу частот - примерно 6 МГц занимает телевизионный сигнал. Простейшая линия электрической связи - это пара изолированных друг от друга медных проводников. Медь - ценный металл, используемый во многих отраслях народного хозяйства. Чтобы сэкономить дефицитный металл, инженеры предложили по одной и той же паре проводов передавать не одно, а несколько сообщений - телефонных разговоров, телеграмм и т. п. С этой целью была создана многоканальная связь, которая позволяет передавать по одной линии связи одновременно и независимо друг от друга множество электрических сигналов. Но передавать по одной линии множество электрических сигналов с различной информацией без особых «хитростей» нельзя, так как все сигналы имеют одинаковые или почти одинаковые (причем относительно низкие) частоты и, следовательно, будут мешать друг другу: каждый из переданных сигналов будет приниматься каждым приемником, вместо того чтобы быть принятым только «своим». Секрет многоканальной связи заключается в том, что каждый сигнал в передатчике модулирует (т. е. изменяет амплитуды, частоты или фазы колебаний) «свой», отличающийся от других по частоте высокочастотный ток. Таким образом, модулированные разными сигналами информации высокочастотные токи могут одновременно передаваться по одной линии, не мешая друг другу и «перенося» каждый «свой» сигнал информации, т. е. в линии как бы создается много отдельных, не мешающих друг другу каналов передачи. Каждый приемник с помощью включенного на его входе электрического фильтра (см. Фильтр электрический) принимает только «свой» модулированный высокочастотный ток, а детектор приемника вновь превращает этот ток в сигнал исходной информации. Существует и другой метод многоканальной связи, когда сигналы отдельных каналов передаются по линии в различные промежутки времени и на приеме разделяются соответствующим распределителем. Для того чтобы непрерывные во времени сигналы (например, телефонные, вещательные и др.) могли передаваться таким методом, эти сигналы сначала дискретизируют во времени, т. е. каждый сигнал заменяют последовательностью отдельных его (дискретных) значений; затем эти значения кодируют, т. е. каждое из них заменяют соответствующей его величине комбинацией импульсов «1» и «0», аналогично комбинациям импульсов буквопечатающего телеграфного кода (см. Телеграфная связь). Чем больше создается различных каналов по одной линии, тем меньше продолжительность каждого импульса всех передаваемых сигналов всех каналов, поэтому тем шире должна быть полоса частот, которая используется в линии, чтобы импульсы передавались по ней без искажений. Количество отдельных каналов передачи, которые таким образом могут быть созданы на линиях связи различного типа, определяется тем, токи каких частот хорошо передаются по этим линиям. Токи одних частот могут быть использованы для многоканальной связи в различных кабелях, а токи других - в радиорелейных линиях, волноводах и световодах, линиях, использующих искусственные спутники Земли. Для примера можно сказать, что уже сегодня по одной паре коаксиального кабеля можно организовать свыше 10 тыс. одновременных телефонных разговоров, примерно столько же - по радиорелейным линиям и линиям, использующим искусственные спутники Земли; по волноводным линиям могут одновременно разговаривать до сотни тысяч абонентов и еще больше - по световодам. Электрические сигналы по мере их продвижения по линии связи постепенно ослабевают. На языке связистов это явление называется затуханием. Чтобы поддержать уровень сигналов, прибегают к их усилению с помощью усилителей, которые устанавливают через равные промежутки вдоль всей линии связи. Большинство усилителей управляется и снабжается электрической энергией с помощью дистанционного управления. Совокупность различных линий связи - кабельных, радиорелейных, волноводов, линий связи через искусственные спутники Земли и линий радиосвязи, на длинных, средних и коротких волнах, а также всех оконечных аппаратов и всех коммутационных станций - образует Единую автоматизированную систему связи (ЕАСС).

«Цепи и сигналы электросвязи» – базовый курс в системе подготовки современного инженера в области электрорадиотехники и радиоэлектроники. Его целью является изучение фундаментальных закономерностей, связанных с получением сигналов, их передачей по каналам связи, обработкой и преобразованием в радиотехнических цепях.

Круг вопросов, которые охватывает данный курс, весьма обширен. В него входят, во-первых, вопросы теории сигналов:

· спектральный и корреляционный анализ информационных и управляющих сигналов;

· особенности спектрального и корреляционного анализа узкополосных радиосигналов, введение понятий комплексного и аналитического сигналов;

· основы теории дискретных и цифровых сигналов;

· статистический анализ случайных сигналов и помех, изучаемый в едином комплексе с детерминированными сигналами.

Во-вторых, в курс «Цепи и сигналы электросвязи» входит теория преобразования перечисленных выше сигналов в линейных цепях – апериодических и частотно-избирательных.

В-третьих, в него входят основные положения теории нелинейных и параметрических устройств и преобразования в них сигналов.

Большое значение приобрели вопросы теории цифровой обработки сигналов, оптимальной обработки сигналов на фоне помех и основные положения теории синтеза радиотехнических цепей – аналоговых и цифровых.

Таким образом, в результате изучения дисциплины студент должен знать:

· основные понятия: информация, сообщение, сигнал,

· структуру построения системы электросвязи,

· виды электросвязи,

· назначение и структуру канала связи,

· сущность основных физических процессов при передаче информации с помощью электрических сигналов,

· виды сигналов, их параметры,

· физические характеристики сигналов,

· математические модели, отображающие периодические сигналы,

· спектры периодических сигналов,

· спектры непериодических сигналов;

а также уметь:

· пояснить структуру одноканальной системы связи,

· пояснить принцип действия основных видов преобразователей сообщения в сигнал и сигнала в сообщение,

· исследовать спектральный состав сигналов,

· математически и графически представить различные виды сигналов,

· построить временные и спектральные диаграммы по параметрам сигналов,

· провести лабораторные исследования спектров периодических и непериодических сигналов.

Изучение курса необходимо начать с основных понятий электросвязи – информации, сообщения и сигнала.

Понятия информации и сообщения употребляются довольно часто. Эти близкие по смыслу значения сложны и дать их точное определение нелегко. Слово «информация» происходит от латинского «informatio» – разъяснение, ознакомление, осведомленность. Обычно под информацией понимают совокупность сведений, данных о каких-либо событиях, явлениях или предметах. Мы живем в информационном мире. Все, что мы видим, слышим, помним, знаем, переживаем, – все это различные формы информации. Совокупность сведений, данных становится знанием лишь после их интерпретации с учетом ценности и содержания этих сведений. Следовательно, информацию в широком смысле можно определить как совокупность знаний об окружающем нас мире. В таком понимании информация является важнейшим ресурсом научно-технического и социально-экономического развития общества. В отличие от материального и энергетического ресурсов, информационный ресурс не уменьшается при потреблении, накапливается со временем, сравнительно легко и просто с помощью технических средств обрабатывается, хранится и передается на значительные расстояния.

Таким образом, под информацией понимается вся совокупность сведений о событиях, процессах и фактах, имеющих место в живой и неживой природе и предназначенных для обработки, хранения и передачи.

Для передачи или хранения информации используют различные знаки (символы), позволяющие выразить (представить) ее в некоторой форме. Этими знаками могут быть слова и фразы в человеческой речи, жесты и рисунки, формы колебаний, математические знаки и т.п. Так, при телеграфной передаче сообщением является текст телеграммы, представляющий собой последовательность отдельных знаков – букв и цифр. При разговоре по телефону сообщением является непрерывное изменение во времени звукового давления, отображающее не только содержание, но и интонацию, тембр, ритм и иные свойства речи. При передаче движущихся изображений в телевизионных системах сообщение представляет собой изменение во времени яркости элементов изображения. Поэтому форма, в которой человек получает информацию, может быть разной.

Сообщение – это форма представления информации.

Передача сообщений на расстояние осуществляется с помощью какого-либо материального носителя (бумаги, магнитной ленты и т.д.) или физического процесса (звуковых или электромагнитных волн, тока и т.д.).

Физический процесс, отображающий передаваемое сообщение и распространяющийся в определенном направлении называется сигналом .

В качестве сигнала можно использовать любой физический процесс, изменяющийся в соответствии с передаваемым сообщением. В современных системах связи чаще всего используют электрические сигналы. Физической величиной, определяющей такой сигнал, является ток или напряжение.

Электрическое колебание, содержащее сообщение называется электрическим сигналом .

Сигналы формируются путем изменения тех или иных параметров физического носителя в соответствии с передаваемым сообщением. Этот процесс (изменения параметров носителя) принято называть модуляцией. Все преобразования сигналов будут рассмотрены в следующих разделах курса.

Совокупность технических средств, для передачи сообщений от источника к потребителю называется системой связи .

Рассмотрим принцип построения простейшей одноканальной системы связи, приведенной на рисунке 1. Разберем назначение отдельных элементов схемы, представленной на этом рисунке.

Источником сообщений и получателем в одних системах связи может быть человек, в других – различного рода устройства.

Преобразователь сообщения в сигнал – преобразует звуковой сигнал или сигнал изображения в электрический сигнал.

В передатчике первичный сигнал (обычно низкочастотный) превращается во вторичный (высокочастотный) сигнал , пригодный для передачи по используемому каналу. Это преобразование осуществляется посредством модуляции.

Линией связи называется физическая среда и совокупность аппаратных средств, используемых для передачи сигналов от передатчика к приемнику. В системах электрической связи – это, прежде всего, кабель или волновод, в системах радиосвязи – область пространства, в которой распространяются электромагнитные волны от передатчика к приемнику. При передаче канальный сигнал может искажаться, так как на него могут накладываться помехи .

Приемник обрабатывает принятое колебание , представляющее собой сумму пришедшего искаженного сигнала и помехи , и восстанавливает по нему переданный сигнал (он также будет несколько искаженным).

Преобразователь сигнала в сообщения преобразует сигнал в сообщение , которое с некоторой погрешностью отображает переданное сообщение a . Другими словами, приемник должен на основе анализа колебания определить, какое из возможных сообщений передавалось. Поэтому приемное устройство является одним из наиболее ответственных и сложных элементов системы связи.

По виду передаваемых сообщений различают следующие системы связи:

· передача речи (телефония);

· передача текста (телеграфия);

· передача неподвижных изображений (факсимильная связь);

· передача подвижных изображений (телевидение), телеизмерение, телеуправление;

· передача данных.

По назначению телефонные и телевизионные системы делятся на:

· вещательные, отличающиеся высокой степенью художественности воспроизведения сообщений;

· профессиональные, имеющие специальное применение (служебная связь, промышленное телевидение и т.п.).

В системе телеизмерения физическая величина, подлежащая измерению (температура, давление, скорость и т.п.), с помощью датчиков преобразуется в первичный электрический сигнал, поступающий в передатчик. На приемном конце переданную физическую величину или ее изменения выделяют из сигнала и наблюдают или регистрируют с помощью записывающих приборов. В системе телеуправления осуществляется передача команд для автоматического выполнения определенных действий. Нередко эти команды формируются автоматически на основании результатов измерения, переданных телеметрической системой.

Внедрение высокоэффективных ЭВМ привело к необходимости быстрого развития систем передачи данных, обеспечивающих обмен информацией между вычислительными средствами и объектами автоматизированных систем управления. Этот вид электросвязи по сравнению с телеграфной отличается более высокими требованиями к скорости и верности передачи информации.

Теперь разберем понятие канала связи. Каналом связи называется совокупность средств, обеспечивающих передачу сигнала от некоторой точки A системы до точки B (рисунок 2). Точки A и B могут быть выбраны произвольно, главное, чтобы между ними проходил сигнал. Часть системы связи, расположенная до точки A, является источником сигнала для этого канала. Если сигналы, поступающие на вход канала и снимаемые с его выхода, являются дискретными (по уровням), то канал называется дискретным .

Если входные и выходные сигналы канала являются непрерывными (по уровню), то и канал называется непрерывным . Встречаются также дискретно-непрерывные и непрерывно-дискретные каналы, на вход которых поступают дискретные сигналы, а с выхода снимаются непрерывные, или наоборот.

Следует отметить, что некоторые блоки на схеме рисунка 2 не обозначены, так как их структура зависит от вида системы связи и типа канала.

Типы каналов, по которым передаются сигналы, многочисленны и разнообразны. Различают каналы проводной связи (воздушные, кабельные, оптические и др.) и каналы радиосвязи .

Кабельные линии связи являются основой магистральных сетей дальней связи, по ним осуществляется передача сигналов в диапазоне частот от десятков кГц до сотен МГц. Весьма перспективными являются волоконно-оптические линии связи. Они позволяют в диапазоне 600 – 900 ТГц обеспечить очень высокую пропускную способность (сотни телевизионных каналов или сотни тысяч телефонных каналов).

Наряду с проводными линиями связи широко используются радиолинии различных диапазонов (от сотен кГц до десятков ГГц). Эти линии более экономичны и незаменимы для связи с подвижными объектами. Широкое распространение для многоканальной радиосвязи получили радиорелейные линии (РРЛ) метрового, дециметрового и сантиметрового диапазонов на частотах от 60 МГц до 15 ГГц. Все большее применение находят спутниковые линии связи – РРЛ с ретранслятором на искусственном спутнике Земли (ИСЗ). Для этих линий (систем) связи отведены диапазоны частот 4 – 6 и 11 – 275 ГГц. Большая дальность при одном ретрансляторе на спутнике, гибкость и возможность организации глобальной связи – важные преимущества спутниковых систем.