Виды и принципы действия электросвязи. Мультимедийные технологии. Закономерности развития электросвязи Электрическая связь
Телефонная и телеграфная сети
Итак, электрическая связь позволяет людям передавать информацию по линиям связи или без них на любые расстояния через телефонную и телеграфную сети электросвязи, через сети радиовещания и телевидения.
Как протянуть, например, линии телефонной связи, чтобы можно было соединить каждый телефонный аппарат с любым другим? Для этого каждый аппарат подсоединяется к ближайшей станции связи. Несколько станций, расположенных недалёко друг от друга, присоединены линиями связи к одной центральной станции, называемой узлом связи. А узлы соединены линиями, каждый с каждым. Так образуется сеть телефонной связи.
В этой сети каждый абонент (т. е. владелец телефонного аппарата) может соединиться с другим абонентом, пройдя через свою станцию, через узлы связи и через другую станцию. Количество линий, соединяющих между собой станции и узлы, значительно меньше числа абонентов. Ведь одновременно разговаривает только часть абонентов.)
Соединение абонентов друг с другом осуществляется на станциях. Естественно, что при этом каждому телефонному аппарату должен быть присвоен номер, который отличался бы от всех других.; Раньше на станциях сидели телефонистки, которые отвечали абоненту, как только он снимал трубку, и соединяли его с другим абонентом. Теперь станция стала автоматической и называется АТС - автоматическая телефонная станция. Когда человек снимает трубку телефонного аппарата и набирает номер, он приводит в действие большое количество механизмов, расположенных на многих станциях и узлах связи. Аналогичным образом строится сеть телеграфной связи, только здесь друг с другом соединяются телеграфные аппараты.
Для создания сети электросвязи надо иметь:
1) аппараты, которые преобразуют информацию (звук, текст телеграммы, изображение) в электрические сигналы или, наоборот, электрические сигналы превращают в информацию (их называют оконечными);
2) проводные или радиолинии связи, которые позволяют передавать электрические сигналы на далекое расстояние;
3) автоматические коммутационные станции, оборудованные специальными устройствами, соединяющими абонентов друг с другом.
Оконечные аппараты
Телеграфные аппараты
Телеграфный аппарат Морзе был одним из первых устройств, позволивших передать сообщение на далекое расстояние. В этом аппарате каждая буква передается с помощью ключа, к контакту которого подключена электрическая батарея и линия связи.) Нажал ключ - и в линию пошел ток, отпустил -ток прекратился" (рис. 1). На другом конце линия подсоединяется к электромагниту, который при прохождении через него тока притягивает к себе рычаг, на конце которого сидит колесико, погруженное в жидкую краску. Около колесика специальным пружинным механизмом (как в часах) протягивается лента. Нажал ключ - пошел ток, рычаг притянулся, колесико отпечатало след на ленте. Быстро отпустил ключ - получилась точка, задержался немного -получилось тире. Каждая буква алфавита обозначается кодовой комбинацией из точек и тире, образующих всем известную азбуку Морзе. Чтобы быстрее передать сообщение, самые распространенные в тексте буквы обозначаются самой короткой комбинацией. Например, буква Е (самая распространенная буква в английском языке) обозначена одной точкой. Буква III, которая встречается редко, обозначена четырьмя тире. Аппарат Морзе прожил свыше 100 лет, а его код все еще очень нужен людям. Ведь сигналы бедствия на море до сих пор передаются азбукой. Морзе.
Три точки - три тире - три точки (SOS) - этот сигнал знают все люди на Земле.
Современный телеграфный аппарат, применяемый на автоматических телеграфных станциях, называется телетайп, т. е. "печатающий на расстоянии". Он, конечно, отличается от аппарата Морзе. В нем нет ключа, а имеется клавиатура, такая же, как у пишущей машинки, и вместо точек и тире аппарат печатает сразу буквы. Интересно отметить, что Б. С. Якоби еще в 1850 г. построил буквопечатающий аппарат. Но он опередил время - только в XX в. такие аппараты нашли применение.
Телеграфные аппараты бывают разных конструкций, однако их можно разделить на два основных типа: одни печатают буквы на ленте - ленточные аппараты, а другие - прямо на листе бумаги, намотанном на рулон,- это рулонные аппараты (рис. 2). В современных аппаратах вместо азбуки Морзе используется другой - пятизначный код. Каждая буква изображается набором точек (импульсов тока) или пропусков между точками. Сумма точек или пропусков всегда равна 5. Если обозначить точку "1", а пропуск - "0", то буква Б выглядит так: 10011, буква X - 00101 и т. д. Легко подсчитать, что этим кодом можно передать 32 буквы. Чтобы передать в линию импульсы тока, соответствующие каждой букве, под клавишами аппарата имеется 5 подвижных стальных линеек с зубьями, как у пилы. При этом некоторые зубья на линейках отсутствуют. Линейки расположены так, что клавиша, опускаясь, нажимает сразу на все 5 линеек. Когда под клавишу попадает зуб, то линейка сдвигается в сторону. Если зуба нет, то линейка остается на месте. Линейка, которая сдвинулась в сторону, нажимает на пружинку и включает ток.
Рис. 1. Принцип действия аппарата Морзе.
Рис. 2 Современный рулонный телеграфный аппарат (без кожуха).
Расположение зубьев соответствует кодовой комбинации каждой буквы. Каждой единице кодовой комбинации буквы соответствует зуб, нулю - отсутствие "зуба". Специальный "распределитель" по очереди подключает линию к пружинкам и создает импульсы тока. Эти импульсы идут в линию и попадают в электромагниты приемного аппарата. Специальное сложное электромеханическое устройство "расшифровывает" эти импульсы, заставляя печатающий механизм печатать соответствующую букву на рулоне бумаги или на ленте.
Телефонные аппараты
Главные части любого телефонного аппарата -микрофон, телефон и номеронабиратель (рис. 5).
Микрофон преобразует звуковые волны в колебания электрического тока, а телефон эти электри-"ческие колебания преобразует опять в звуковые волны.
Микрофон - это металлическая коробка с угольным порошком. Сверху коробка закрыта тонкой пластинкой (мембраной), сделанной из проводящего электрический ток материала. Пластинка изолирована от коробки и лежит прямо на порошке. Действие микрофона основано на свойстве угольного порошка менять электрическое сопротивление в зависимости от давления, с которым его сжимают. Звуковые волны речи заставляют колебаться мембрану, и она сильнее или слабее сдавливает порошок. Если к микрофону (рис. 4, а) присоединить электрическую батарею так, чтобы ток проходил через порошок, то сила тока будет изменяться в зависимости от сопротивления порошка. Звуковые волны превратились в электрические колебания.
Чтобы эти колебания преобразовать обратно в звуковые, применяется телефон. Он представляет собой электромагнит, около которого находится стальная мембрана. В зависимости от силы тока она притягивается к электромагниту то сильнее, то слабее и создает воздушные колебания (рис. 4, б).
Телефон в аппарате подключен через трансформатор. Микрофон подключен к " середине первичной обмотки трансформатора и питается током от батареи на станции, когда рычаг поднят. Когда рычаг телефона нажат (опущен вниз), телефон и микрофон от линии отключены, а к линии в это время подключен звонок, который звонит, когда с линии поступает сигнал вызова (рис. 6).
Рис. 4. Принцип действия телефонного аппарата.
Рис. 5. Телефонные аппараты с дисковым номеронабирателем.
Рис. 6. Упрощенная электрическая схема телефонного аппарата.
Рис. 7. Штриховой фототелеграфный аппарат.
Когда трубку снимают, рычаг поднимается и в линию включается и телефон и микрофон, абонент может разговаривать с другим абонентом. Для вызова другого абонента в телефонном аппарате имеется номеронабиратель. Когда его диск повернут по часовой стрелке, контакт 1 замыкается и отключает микрофон и телефон от линии. Когда номеронабиратель под воздействием пружины возвращается в исходное положение, контакт 2 разомкнется и замкнется столько раз, сколько единиц в цифре, которая будет набрана. А в результате этого ток в линии будет состоять из коротких импульсов, число которых равно набранной цифре. В будущем набор номера будет осуществляться не диском, а кнопками, причем каждая кнопка будет посылать в линию ток определенной частоты (рис. 3).
Фототелеграфные аппараты
Фототелеграфный аппарат передает на далекие расстояния неподвижные изображения - рисунки, фотографии, письменные тексты и др. Принцип его работы идентичен принципу телевизионной передачи. Как и в телевидении, изображение раскладывается на большое количество мелких точек, и эти точки последовательно, одна за другой, превращаются в электрические сигналы, передаваемые в ли-нию. Для этого в передающем аппарате фототелеграмму закрепляют на вращающемся барабане и освещают узким - диаметром до 0,2 мм - пучком света (рис. 8). Луч света за каждый оборот барабана сдвигается на 0,2 мм и таким образом последовательно "обходит" все изображение. Любое изображение состоит из светлых и темных частей. От светлых частей луч отражается лучше, от темных -хуже, т. е. при прохождении луча по изображению яркость отраженного света все время изменяется. Отраженный луч попадает на фотоэлемент, который изменяет силу тока в цепи в зависимости от его яркости. На выходе фотоэлемента электрический сигнал представляет собой серию различных по амплитуде импульсов, и каждый из этих импульсов соответствует определенной точке фототелеграммы.
Рис. 8. Фототелеграфный передающий аппарат.
Рис. 9. Фототелеграфный приемный аппарат.
После усиления сигнал поступает в линию связи и по ней попадает на специальную осветительную лампу в приемном аппарате (рис. 9). В зависимости от силы тока, поступающего с линии, лампа светится ярче или слабее. С помощью специального объектива свет этой лампы проектируется в точку на барабане, на котором навернута фотобумага. Этот барабан вращается с той же скоростью, что и барабан передатчика, а лампа вместе с объективом медленно движется вдоль оси барабана. На рулоне появляется негативное изображение, которое надо проявить и отпечатать. (Попробуйте сообразить, почему изображение будет негативным.)
Есть фототелеграфные аппараты, в которых изображения принимаются на специальную электрохимическую бумагу. Такую фототелеграмму сразу же, без дополнительной обработки, можно вручить адресату. Есть аппараты, в которых специальное электромагнитное устройство - "перо" воспроизводит рисунок на обычной бумаге. Такой штриховой фототелеграфный аппарат показан на рисунке 7.
Линии и каналы связи
Простые двухпроводные линии
Чтобы соединить друг с другом два аппарата (телефонных, телеграфных, фототелеграфных или других), достаточно проложить между ними пару изолированных друг от друга проводников.
Однако, чтобы соединить абонентов, которых разделяют тысячи километров, этот способ не годится.
Электрический ток, проходя через такую линию, ослабляется настолько, что его и не услышишь ни в какой телефон: энергия электрического сигнала по дороге растрачивается на нагревание проводов (это, конечно, не значит, что можно ощущать этот нагрев - он очень незначителен: чтобы от мощности микрофонных сигналов могла гореть обычная электрическая лампа в 25 Вт, должны одновременно работать 25 тыс. микрофонов). К тому же в каждой линии кроме электрических сигналов, несущих информацию, имеются различные случайные электрические сигналы (их называют помехами): наводки от грозовых разрядов, плохих контактов в электросетях, хаотического движения электронов в проводнике и т. д.
Сигнал, прошедший очень длинный путь, ослабнет настолько, что он будет во много раз меньше этих помех, и мы услышим в телефоне только шум. Поэтому по дороге сигнал надо много раз усиливать и не давать ему становиться слабее шума. Для этого длинную линию делят на несколько более коротких частей, между которыми и включаются промежуточные усилители (см. ст. "Усилители"),
Следует заметить, что усилитель должен обладать способностью усиливать токи, приходящие к нему с разных сторон. Слабый ток, подведенный к усилителю слева, должен усилиться и пойти дальше направо; слабый ток, подведенный справа, должен усилиться и пойти налево. Но такой усилитель сделать невозможно! Поэтому в линию либо включаются два усилителя (рис. 10), либо делают две линии и в каждую включают по одному усилителю, которые усиливают токи, идущие в разные стороны (рис. 11). Только в первом случае усилители отделяют друг от друга с помощью специального дифференциального трансформатора, разделяющего токи разных направлений. Если построить линию связи из медной проволоки на столбах, то усилители придется устанавливать через 250 км. Однако линии, позволяющие разговаривать только двум абонентам, были бы очень дорогими. Ведь на 1000 км для двух медных проводов при диаметре каждого 4 мм требуется 100 т меди. И это на одну связь! А у нас в стране сейчас больше 15 млн. телефонных аппаратов, через которые за один год осуществляется свыше 500 млн. междугородных разговоров!
Рис. 10. Схема включения двух усилителей: 1 - усилители; 2 - дифференциальные трансформаторы.
Рис. 11. Схема включения двух усилителей в две линии связи.
Мы уже говорили, что сократить количество линий связи помогают телефонные станции. (Ведь не все абоненты разговаривают одновременно!) Но для соединения станций друг с другом все равно надо много линий. Если бы каждый разговор между станциями велся только по паре проводов, то для линий связи не хватило бы всей меди, имеющейся в мире. Выход был найден тогда, когда были изобретены многоканальные линии связи.
Многоканальные линии связи
Электрические колебания, в которые микрофон
превращает звуковые колебания, имеют спектр частот примерно до 4000 Гц.
Оказалось, что линия может пропускать электрические колебания с любой частотой,
даже до десятков миллионов герц. Поэтому стали подавать в линию электрический
ток с большой (обычно говорят - высокой) частотой колебаний и сопровождать
его, т. е. модулировать,
токами с колебаниями, характерными для
человеческой речи. В результате модуляции в линии окажется "несущая" высокая
частота, сопровождаемая двумя "боковыми" спектрами, расположенными немного
выше и немного ниже, чем несущая частота (рис. 12). На другом конце линии
с помощью детектирования можно восстановить человеческую речь (см. ст.
"Заглянем в радиоприемник"). Для этого даже не надо иметь два боковых спектра.
Достаточно, и это обычно делается, оставить только один из спектров (безразлично
- более высокий или более низкий). Если взять несколько "несущих" частот,
сдвинутых относительно друг друга больше, чем на ширину одного "бокового"
спектра (4 кГц), то на каждую из них можно наложить электрические токи,
полученные от разных абонентов, и таким образом через одну линию передавать
много разговоров.
Проблема заключается только в том, как на конце линии отделить все эти токи друг от друга. Ведь они смешаются! Эта проблема была решена в 20-х годах нашего века, когда был изобретен электрический фильтр. Можно, например, на выход линии включить такой фильтр, который, будет пропускать только токи, имеющие частоты от 60 до 64 кГц, а все остальные токи через него ле пойдут. Если на выход линии включить параллельно много фильтров, каждый из которых пропускает только свои частоты, то с помощью разных несущих частот через линию можно пропустить много разговоров одновременно. Получается, что на линии создается много каналов, по каждому из которых идет свой разговор. Вот по такому принципу устроены многоканальные системы связи с частотным разделением каналов. В настоящее время у нас в стране очень широкое применение получили системы, дающие возможность получить 60 каналов, 300 каналов и даже 1920 каналов по двум парам проводов. Две пары потому, что, как мы показали раньше, нам надо включать усилители для разных направлений передачи. В многоканальных системах усилители приходится ставить значительно чаще, чем через 250 км. Дело в том, что чем больше каналов имеет система, тем более высокие частоты надо передавать. А чем выше частоты электрического тока, тем больше сила тока ослабевает ("затухает") при прохождении через кабель. Так что 60-ка-нальная система требует в 60 раз большей полосы частот, чем полоса одного канала (4 кГц). Спектр 60-канальной системы лежит в диапазоне от 12 до 252 кГц. И здесь усилители надо ставить через каждые 18 км. А система на 1920 каналов занимает полосу частот от 0,3 до 8 МГц. При этом вместо пары обычных проводов применяют так называемые коаксиальные пары. (рис. 13). Одним проводом в ней служит центральный проводник, а другим - трубка, изолированная от центрального проводника с помощью полиэтиленовых шайб. Особенность коаксиального кабеля в том, что у него очень малы потери тока. Все же и на этом кабеле усилители приходится ставить через 6 км. Усилители делают на лампах или полупроводниках, помещают в цистерны и зарывают в землю (рис. 14). Усилители управляются и снабжаются электроэнергией дистанционно со станций, расположенных на расстоянии свыше 100 км друг от друга. Они должны работать очень надежно. Ведь, например, на линии связи Москва - Хабаровск связь проходит через 1600 усилителей, каждый из которых усиливает токи от 1920 одновременных разговоров. Если хотя бы один усилитель повредится - вся связь остановится. Обычно междугородный коаксиальный кабель содержит 4-6-8 и больше коаксиальных трубок под одной общей свинцовой оболочкой. Таким образом, по одному кабелю из 8 коаксиальных трубок можно одновременно передать 1920*8/2=7680 телефонных разговоров.
Рис. 12. Принцип работы многоканальной линии связи.
Спектр телеграфного сигнала значительно (примерно в 20 раз) уже, чем спектр телефонного. По одному телефонному каналу можно одновременно передать 24 телеграфных сообщения. Многоканальные системы связи позволяют передавать и телевизионное изображение. Но спектр телевизионного изображения требует полосы частот около 6,5 МГц. А это соответствует полосе частот для 1620 телефонных каналов. Таким образом, когда по коаксиальному кабелю из одного города в другой передаются телевизионные программы, в кабеле вместо 1920 остается всего 300 каналов. Поэтому ученые работают над тем, чтобы увеличить пропускную способность системы многоканальной связи. Разрабатываются более "мощные" системы, имеющие по 3600 и даже по 10 800 каналов в двух коаксиальных трубках. Но при этом расстояние между усилителями приходится уменьшать до 3 и даже до 1,5 км.
Рис. 13. Отрезок коаксиального кабеля и коаксиальная трубка (разрез).
Рис. 14 . Цистерна для необслуживаемой усилительной станции (разрез).
Рис. 15. Башни радиорелейной линии связи.
Радиорелейные линии
Рассказывая о многоканальных линиях, нельзя
не сказать и о радиорелейных линиях связи,
которые выполняют те
же задачи, что и линии, построенные на кабелях,- создают много каналов.
Обычно на конце радиорелейных линий устанавливается та же аппаратура, что
и у кабельной линии. Все разговорные токи переносятся в спектр частот кабельной
линии. Но в кабель эти токи не идут. Вместо этого они модулируют очень
высокую несущую частоту (от 5 до 11 ГГц). Эта модулированная частота подводится
к радиопередатчику и через антенну, установленную на башне, узким лучом
излучается в пространство (рис. 15). Радиоволны такой частоты распространяются,
как луч света, т. е. не огибая земной повэрхности. Антенна устроена так,
чтобы радиоволны фокусировались в луч и направлялись на другую башню -
ретранслятор,-
расположенную на расстоянии примерно 50 км. Там луч
будет принят приемником, усилен (опять усилители!) и передан с помощью
радиопередатчика на следующую башню. И так дальше. Естественно, что здесь
требуется иметь два луча (как в кабеле две пары проводов).
Сейчас имеются радиорелейные линии на 1800 каналов. Расстояние 50 км между башнями выбрано исходя из условий прямой видимости башен, высота которых порядка 80 м. Если бы башни были выше, можно было бы ставить их дальше друг от друга. Ну а если приемник, усилитель и передатчик установить на спутник Земли, то можно будет обойтись совсем без башен (см. ст. "Радиосвязь - мост из радиоволн").
Радиорелейные линии так же, как и линии связи через искусственные спутники Земли, позволяют передавать и телефонную речь, и телеграммы, и телевизионные передачи - словом, все то же, что передается через кабель.
Одновременно разрабатываются новые виды линий: волноводы и световоды. Волновод - это трубка диаметром примерно 6 см, в которую вводятся электромагнитные волны, модулируемые сигналами различной информации. По волноводным линиям связи можно одновременно организовать сотни тысяч телефонных каналов и сотни телевизионных передач. При этом усилители ставятся на расстоянии 20-25 км друг от друга.
Еще большие перспективы открывает использование лучей света, создаваемых лазером. Эти лучи могут модулироваться миллионами телефонных каналов. Луч света от лазера передается через тонкую стеклянную иить (стекловолокно) толщиной в несколько десятков микрометров. При этом по двум нитям, используемым для передачи сигналов в прямом и обратном направлениях, можно одновременно передавать миллионы телефонных разговоров и тысячи телевизионных передач. На световодах тоже нужны усилители, но они усиливают световые волны и ставятся на расстоянии примерно 2 км друг от друга.
Волноводы и световоды - это линии связи будущего.
Все эти средства связи могут быть соединены друг с другом, образуя единые каналы связи от одной станции связи до другой.
Рис. 17. Схема городской телефонной сети связи.
Автоматические коммутационные станции
Из предыдущих статей вы узнали, как устроены и как работают оконечные аппараты и линии связи. В этой статье вы познакомитесь с третьим необходимым звеном сети электрической связи - с автоматическими телефонными станциями. (АТС).
Основная задача АТС - находить абонентов по номерам их телефонов.
Обычно все номера абонентов имеют одинаковое количество цифр. Если, например, в городе 100000 телефонов, то номер каждого абонента должен иметь 5 цифр. Первый абонент будет иметь номер 00000, а последний - 99999. Если же в городе будет хотя бы на одного абонента больше, придется применить номера из 6 цифр.
Есть много разных типов АТС. Принцип работы АТС легче всего объяснить на примере работы станции, которая соединяет абонентов с помощью так называемых декадно-шаговых искателей (ДШИ) (рис. 16).
Основные части искателя - цилиндрическое контактное поле и ось с контактными щетками.
Контактное поле расположено на внутренней поверхности цилиндра. Оно представляет собой комплект контактных пластинок, размещенных в 10 горизонтальных рядах, по 10 пластинок в каждом.
Ось с изолированно укрепленными на ней контактными щетками расположена в центре цилиндра. На оси жестко закреплен барабан, имеющий поперечные и продольные зубья. При срабатывании подъемного электромагнита А подъемная собачка упирается в один из поперечных зубьев и поднимает ось вместе со щеткой на один шаг. Аналогично срабатывает вращающий электромагнит Б, он заставляет ось повернуться на один шаг по часовой стрелке.
Всем контактным пластинкам присвоены двузначные номера, первые цифры которых соответствуют номеру горизонтального ряда, а вторые - номеру пластинки в этом ряду. Так, пластинки нижнего ряда имеют номера - 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 10; второго ряда - 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 20; пластинки верхнего ряда - 01, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 00. Если электромагнит А сработает, например, 6 раз, то ось со щеткой поднимется на уровень 6-го ряда и остановится. Если после этого магнит Б сработает 4 раза, то ось повернется на 4 шага и щетка соединится с пластинкой, числящейся под номером 64. Количество срабатываний каждого магнита определяется числом импульсов, посылаемых с телефонного аппарата с помощью номеронабирателя. Если к щетке искателя присоединить линию вызывающего абонента, а к контактным пластинкам поля - линии, идущие к другим абонентам АТС, то мы можем осуществить соединение первого абонента с любым из остальных 99, присоединенных к ДШИ. Для этого на каждой АТС имеется огромное количество реле. Кроме того, реле используются для выполнения всевозможных операций по включению и выключению различных вспомогательных устройств на АТС. Чтобы любой абонент мог соединиться с любым другим, для каждого из них нужно иметь свой ДШИ. Таким образом, АТС на 100 номеров содержит 100 ДШИ, контактные поля которых соединены друг с другом в соответствии с их нумерацией.
Но что же делать, если количество абонентов станции не 100, а больше? Например, 10 000. В этом случае требуется четырехзначный номер. В контакты поля ДШИ включаются уже не абоненты, а другие ДШИ. Когда набираются первые две цифры, абонент присоединяется к ДШИ второй ступени искания, который работает уже от третьей и четвертой цифр номера. При шестизначном номере вводится еще третья ступень искания и т. д.
Оборудование АТС становится еще более сложным. Обычно в больших городах районные АТС делаются на 10 000 номеров, но таких АТС может быть много - столько же, сколько и районов. Так что при соединении абонента одной АТС с абонентом другой АТС надо сначала с помощью двух цифр найти нужную АТС (это при числе абонентов в городе меньше миллиона), а потом с помощью 4 цифр найти абонента. В Москве, где абонентов больше миллиона, нужная районная АТС находится уже тремя цифрами. При этом надо пройти через промежуточную, узловую АТС. В современных АТС вместо ДШИ используются специальные механизмы, называемые координатными, соединителями. Эти механизмы управляются с помощью целого ряда устройств, действия которых похожи на работу электронной вычислительной машины. В будущем на каждой АТС установят ЭВМ, которая будет соединять абонентов друг с другом с помощью сотен тысяч маленьких контактов. Каждый из контактов запаян в тоненькую стеклянную трубку, из которой выкачан воздух. АТС, построенная с помощью этих герметизированных контактов - герконов, называется квазиэлектронной (почти электронной) АТС.
Чтобы соединить АТС друг с другом, используются многопарные кабели связи. Для связи каждой районной АТС (10000 абонентов!) со всеми другими станциями обычно используются около 1000 пар проводов линий, ведь обычно на АТС одновременно разговаривают около 10% абонентов (рис. 17).
Для связи с другими городами создаются специальные автоматические междугородные телефонные станции (АМТС). Они устроены еще более сложно, чем АТС, так как кроме соединения они еще должны учитывать стоимость разговора в зависимости от расстояния между городами, времени разговора, срочности и т. д. Чтобы вызвать другой город, надо набрать цифру 8, которая присоединяет вас к АМТС, далее - 3 цифры, определяющие город, в который вы звоните, и потом только номер абонента. Свободные пути для соединения АМТС ищет по всей стране: если из Москвы в Ташкент нет пути через Куйбышев, он может быть найден через Ростов.
Автоматическая междугородная связь - это одно из самых сложных устройств, которое когда-либо создавали люди. Пока она существует не везде. Еще не все АМТС умеют определять номер абонента, который звонит, чтобы потом прислать счет за переговоры. Еще не все города имеют АМТС. Но в будущем автоматическая связь охватит все города страны.
Любой абонент сможет соединиться с любым другим и передать необходимую информацию. И не только речь, но и цифры для вычислительной машины и фототелеграмму. Недалеко и время, когда у абонента появится видеотелефон с экраном, на котором можно будет видеть собеседника.
Мы живем в эпоху широкого развития ЭВМ, и с каждым годом их количество растет и растут их возможности. Каждый человек с помощью телефона или видеотелефона сможет присоединиться к ЭВМ и получить какую-либо справку, решить сложную задачу, познакомиться с редкой книгой (ведь фотографии ее страниц могут храниться в "памяти" ЭВМ), посмотреть нужные чертежи. Наступит и такое время, когда каждый человек сможет кроме обычного иметь свой карманный радиотелефон с личным номером, по которому с ним можно будет связаться, в каком бы месте земного шара он ни находился. С помощью УКВ он соединится с ближайшей АТС и оттуда по линиям связи с любым другим человеком или с любой ЭВМ.
Все средства сети электросвязи: кабели, радиорелейные линии, искусственные спутники Земли - к услугам человека. Тысячи механизмов на АТС и АМТС будут соединять людей, живущих в самых отдаленных точках земного шара. И все это будет делаться невидимо для вас. Вы только поднимете трубку и наберете номер.
Содержание статьи
ЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА СВЯЗИ, техника передачи информации из одного места в другое в виде электрических сигналов, посылаемых по проводам, кабелю, оптоволоконным линиям или вообще без направляющих линий. Направленная передача по проводам обычно осуществляется из одной конкретной точки в другую, как, например, в телефонии или телеграфии. Ненаправленная передача, напротив, обычно используется для передачи информации из одной точки на множество других точек, рассеянных в пространстве, т.е. в широковещательных целях. Примером ненаправленной передачи может служить радиовещание.
Передачу сигналов по проводам можно рассматривать как протекание по проводу электрического тока, который прерывается или изменяется каким-либо образом, с передатчика, находящегося в одной из точек сети. Это прерывание или изменение тока, обнаруженное приемником в другой точке сети, и представляет собой сигнал, или элемент информации, посланной передатчиком.
Передача информации посредством радио- или оптических (световых) волн представляет собой электромагнитное излучение, которое может распространяться, не нуждаясь в какой-либо среде, т.е. способное распространяться и в вакууме. Такая передача осуществляется в результате колебаний электрического и магнитного полей. Волны радио и телевидения, микроволны, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские и гамма-лучи – все они представляют собой электромагнитное излучение. Каждый вид электромагнитного излучения характеризуется своей частотой колебаний, причем радиоволны соответствуют низкочастотному концу спектра, а гамма-лучи – высокочастотному.
Хотя в принципе сигналы можно передавать электромагнитным излучением любой частоты, для целей связи годятся не все участки электромагнитного спектра, поскольку атмосфера для некоторых длин волн непрозрачна. Диапазон используемых «радиочастот» лежит в пределах от примерно 1 до 30 000 МГц. В этом диапазоне АМ-радиовещание ведется на частотах от 0,5 до 1,5 МГц, а ЧМ- и телевизионное вещание – в значительно более широком диапазоне частот, середина которого приходится на частоту 100 МГц. Микроволновые сигналы, в том числе посылаемые на спутники связи и принимаемые от них, находятся в диапазоне от 4000 до 14 000 МГц и даже выше. Вообще говоря, для любого сигнала нужна определенная полоса или диапазон частот; при этом чем сложнее сигнал, тем шире необходимая полоса частот. Так, например, для телевизионного сигнала из-за его гораздо большей сложности требуется ширина полосы, примерно в 600 раз большая, чем для речевого. Весь используемый спектр радиочастот позволяет разместить в нем 10 млн. речевых или около 10 000 телевизионных каналов. Этот спектр распределяется между вещательными станциями, аварийными службами, авиацией, судами, мобильной телефонией, военными и другими пользователями.
Революция в области связи.
В последние десятилетия средства электронной связи развивались так быстро, что слова «революция в области связи» не кажутся преувеличением. Базой для многих новшеств служил быстрый прогресс электронной техники и технологии. В начале 1950-х годов был разработан прибор, названный транзистором. Этот миниатюрный электронный компонент, сделанный из полупроводниковых материалов, используется для усиления электрического тока или управления им. Так как транзисторы меньше по размерам и более долговечны, чем электронные лампы, они заменили лампы в радиоприемниках и стали основой компьютеров. ТРАНЗИСТОР.
В конце 1960-х годов вместо транзисторных схем в вычислительной технике начали применять полностью собранные полупроводниковые схемы, получившие название интегральных (ИС). Впоследствии на одной пластине кремния, размер которой лишь немного превышал размеры первого транзистора, технологи научились в ходе одного процесса изготавливать сразу сотни тысяч транзисторов. Этот метод, получивший название технологии больших интегральных схем (БИС), позволяет в одном маленьком приборе разместить множество ИС.
Каждый этап развития электроники сопровождался значительным повышением надежности электронных компонентов. При этом удавалось также существенно уменьшить размеры, потребляемую мощность и стоимость многих видов электронной аппаратуры.
Широкое применение такой техники, как компьютеры, лазеры, волоконно-оптические линии, спутники связи, телефоны прямого набора, видеотелефоны, транзисторные радиоприемники и кабельное телевидение, привело к полному пересмотру традиционной классификации методов связи. Сейчас уже практически не отождествляют передачу по проводам с прямой адресной связью, а беспроводную передачу – с радиовещанием. Вероятно, наиболее сильное влияние на развитие техники связи оказало значительное увеличение пропускной способности средств связи как по эфиру, так и по проводам. Эта возросшая пропускная способность используется для постоянно увеличивающегося глобального трафика телевидения, телефонии и цифровой информации.
Лазер.
Одним из факторов, сыгравших важную роль в увеличении пропускной способности систем связи, было открытие лазера в 1961. Лазер – это источник света, генерирующий узкий луч света высокой интенсивности. Такой луч можно использовать для передачи сигналов. Уникальная особенность лазера состоит в том, что он излучает свет одной частоты, т.е. дает чисто монохроматическое излучение. Таким образом, лазер может служить генератором электромагнитных волн очень высокой частоты (ОВЧ) аналогично тому, как радиопередатчик служит источником волн более низкой частоты (радиоволн). Поскольку частотный диапазон световых волн (примерно от 5ґ10 8 до 10 9 МГц) во много раз шире диапазона частот радиоволн, световой луч позволяет передавать огромные объемы информации. Эта часть электромагнитного спектра имеет ширину, достаточную для размещения 80 млн. ТВ-каналов или обеспечения 50 млрд. одновременных телефонных разговоров.
Спутники связи.
Первые спутники связи, размещавшиеся на околоземных орбитах в начале 1960-х годов, несли аппаратуру пассивного типа и служили лишь ретрансляторами сигнала.
Современные спутники связи обычно выводятся на геостационарную орбиту высотой 35 900 км над поверхностью Земли. На каждом спутнике имеется 10 или большее число микроволновых приемников и передатчиков. Современный спутник позволяет передавать через океаны на целые континенты несколько телевизионных программ и обеспечивать работу более десятков тысяч телефонных каналов.
Кабели.
Во время Первой мировой войны специалисты по технике связи разработали метод использования пары проводов для одновременной передачи нескольких телефонных разговоров. Этот метод, названный частотным уплотнением каналов, основан на возможности передачи по паре проводов широкого спектра звуковых частот. При этом сигналы каждого из нескольких передатчиков разносятся по частоте (с помощью модуляции) и полученный более высокочастотный объединенный сигнал передается на приемный терминал, где разделяется на составляющие сигналы посредством демодуляции. Телефонный кабель с защитной оболочкой может содержать от десятков до сотен скрученных проводных пар, каждая из которых позволяет обеспечить работу до 24 телефонных каналов.
Однако кабелям, состоящим из проводных пар, присущи определенные ограничения. С превышением некоторой частоты сигналы, передаваемые по одной паре, начинают создавать помехи сигналам соседней пары. Чтобы решить эту проблему, была разработана передающая среда нового типа – коаксиальный кабель. Такой кабель, содержащий 22 коаксиальные пары, может обеспечить одновременную работу 132 000 телефонных каналов. Каждая пара в таком кабеле представляет собой центральный провод, заключенный в трубку второго проводника. Центральный проводник и трубка электрически изолированы друг от друга.
TASI.
Временнóе уплотнение речи с интерполяцией (TASI) – способ, позволяющий удвоить пропускную способность трансокеанских телефонных кабелей благодаря использованию естественных пауз в разговорах. Канал двусторонней связи примерно в течение 60% всего времени работает вхолостую при паузах в разговоре, а также в то время, когда пользователь работает на прием. Аппаратура TASI с помощью быстродействующего коммутатора предоставляет неиспользуемое время одного канала кому-либо из других пользователей. Такой коммутатор возвращает канал пользователю сразу же, как только тот начинает говорить, и разъединяет его сразу после замолкания, предоставляя канал в паузах другим абонентам.
Импульсно-кодовая модуляция.
Этот способ передачи сигналов средствами цифровой техники особенно удобен при использовании БИС и СБИС, а также волоконно-оптических линий. Такая цифровая (ИКМ) передача речи и ТВ-сигналов в конце концов заменит другие средства связи. При использовании импульсно-кодовой модуляции сигналы речи или изображения можно разделять на множество малых временн х интервалов; на каждом интервале ряд импульсов постоянной амплитуды представляет сигнал. Эти импульсы посылаются на принимающую станцию вместо оригинальных сигналов. Одно из преимуществ ИКМ связано с тем, что дискретные электронные импульсы постоянной амплитуды нетрудно отличить от случайных помех произвольной амплитуды (электростатического происхождения), которые в той или иной степени присутствуют в любой среде передачи. Такие импульсы можно передавать, по существу, без помех от стороннего шума, так как их легко отделить. ИКМ используется для самых разных сигналов. Телеграфные и факсимильные сообщения, а также другие данные, которые ранее пересылались по телефонным линиям другими методами, можно гораздо более эффективно передавать в импульсной форме. Трафик таких неречевых сигналов непрерывно возрастает; существуют также системы, позволяющие передавать смешанные сигналы речи, данных и видеоинформации.
Электронная коммутация.
Еще одно новшество, которое привело к повышению эффективности телефонной связи, – это электронная коммутация. Описанные выше современные микросхемы сделали возможным использование на АТС электронных коммутаторов вместо механических, что повысило скорость и надежность выполнения вызовов. Новые системы коммутации представляют собой цифровые системы, в которых для коммутации данных, сигналов ИКМ или видеосигналов в цифровой форме используются быстродействующие и компактные БИС. Вдобавок к тому, что электронная коммутация хорошо подходит для различных применений телефонии, она допускает реализацию ряда нововведений. К ним относятся: автоматическая передача вызова на другой номер, когда номер данного абонента занят; ускоренный набор, при котором абонент для соединения с часто вызываемыми номерами набирает только одну или две цифры; сигналы о вызове, которые извещают пользователя, что с ним пытается соединиться еще один абонент.
Телефоны-компьютеры.
Телефон будущего найдет себе применение не только для обычной связи. Телефонные аппараты с встроенными миниатюрными и недорогими логическими схемами будут способны выполнять сложные электронные функции. С помощью АТС такой телефон может стать индивидуальным компьютером. Нажимая клавиши своего телефонного аппарата, пользователь сможет вводить данные, которые он хочет сохранить, обрабатывать информацию, запрашивать данные из некоторого центрального файла или выполнять вычисления.
Видеотелефон.
Новые средства электроники позволяют дополнять изображениями передаваемую по телефону звуковую информацию. Видеопередачи между конференц-залами, находящимися в нескольких городах, используются для того, чтобы избежать необходимости переездов участников конференций. Видеопередачи начали широко применяться для обучения – лекции передаются из одной аудитории в другую (удаленную) и записываются на видеоленту для использования в тех же целях.
Системы кабельного телевидения.
Хотя лазерное излучение и миллиметровые волны могут быть использованы для вещания, ограничения, обусловленные поглощением в атмосфере, и разные помехи другого рода удается преодолеть лишь ценой больших затрат. Поэтому при поиске путей расширения вещания, позволяющих избежать ограничений, связанных с использованием электромагнитных излучений, все больше используются кабельные системы.
Для кабельного телевидения требуется прокладка кабелей от передающих до принимающих станций, расположенных, например, в домах. Радиослушатель или телезритель кабельного вещания не испытывает неудобств от замираний, двоения изображений и других помех. Кроме того, благодаря тому, что число каналов, передаваемых по кабелю, практически неограниченно (тогда как обычная станция ТВ-вещания передает в данный момент лишь одну программу), телезрителю предоставляется гораздо более широкий выбор программ. В перспективе средства массовой информации могут стать службами индивидуализированной информации, способными передавать по запросам отдельных телезрителей предварительно записанные программы.
На протяжении многих лет работают системы кабельного телевидения с коллективным приемом (CATV). Первоначально предназначавшиеся для обслуживания удаленных поселков, где устанавливаемые на крышах антенны не обеспечивали качественного приема сигналов, системы CATV также широко используются в городах, где одной из проблем являются помехи.
Компьютер как интеллектуальный помощник.
Специалисты в области вычислительной техники полагают, что в конце концов люди смогут более эффективно распространять свои идеи с помощью компьютеров, чем путем прямой беседы. Обычно цель беседы сводится к обмену, сравнению и критическому обсуждению идей, уже сформировавшихся в умах участников беседы. Идеи в основном выражают словами, однако если предмет обсуждения сложен или имеет техническую специфику, то приходится использовать графику, фотографии и расчеты. Беседа не всегда приводит к полному пониманию, поскольку излагаемые концепции бывает нелегко выразить словами; часто они содержат данные и ассоциации, связанные между собой настолько сложным образом, что даже говорящему трудно их до конца понять и выразить. Слушающий же не в состоянии исследовать образ мыслей говорящего и должен полагаться на информацию, которую тот сообщает, причем с мерой неадекватности, которую трудно оценить.
Компьютер, по утверждениям кибернетиков, предоставляет участнику беседы возможность лучше понять идеи своего собеседника. Компьютер – это машина для обработки информации, умеющая хранить данные, знающая, где их найти, способная сопоставлять их, сортировать, сжимать или реструктурировать и затем воспроизводить на экране в наиболее подходящей форме. Если в компьютер введена информация, имеющая отношение к формулированию некой идеи, но не прозвучавшая достаточно ясно при объяснении этой идеи собеседником, то на выходе компьютера можно получить общее представление об образе мышления говорящего. Таким образом, базовая информация говорящего оказывается доступной для слушателя. Кроме того, компьютер может понадобиться слушателю для сортировки данных, позволяющей выявить факты, имеющие отношение к обсуждаемой проблеме или концепции. Затем могут возникнуть обсуждения между двумя или большим числом собеседников, компьютеры которых соединены так, что информация собирается, обрабатывается и обменивается столь эффективно, что решения и творческие идеи смогут возникать в такой мере и на таком уровне, которых нельзя было бы достичь без использования компьютеров. Эксперименты, проведенные в этом направлении, дали обнадеживающие результаты. ОРГТЕХНИКА И КАНЦЕЛЯРСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ; ТЕЛЕФОН; КОМПЬЮТЕР;
Информация - сведения о каких-либо процессах, событиях, фактах или предметах. Известно, что 80..90% информации человек получает через органы зрения и 10..20% - через органы слуха. Другие органы чувств дают в сумме 1..2% информации. Физиологические возможности человека не позволяют обеспечить передачу больших объемов информации на значительные расстояния.
Связь - техническая база, обеспечивающая передачу и прием информации между удаленными друг от друга людьми или устройствами. Аналогия между связью и информацией такая же, как у транспорта и перевозимого груза. Средства связи не нужны, если нет информации, как не нужны транспортные средства при отсутствии груза.
Сообщение - форма выражения (представления) информации, удобная для передачи на расстояние. Различают оптические (телеграмма, письмо, фотография) и звуковые (речь, музыка) сообщения. Документальные сообщения наносятся и хранятся на определенных носителях, чаще всего на бумаге. Сообщения, предназначенные для обработки на ЭВМ, принято называть данными .
Информационный параметр сообщения - параметр, в изменении которого "заложена" информация. Для звуковых сообщений информационным параметром является мгновенное значение звукового давления, для неподвижных изображений - коэффициент отражения, для подвижных - яркость свечения участков экрана.
По характеру изменения информационных параметров различают непрерывные и дискретные сообщения.
Сигнал - физический процесс, отображающий передаваемое сообщение. Отображение сообщения обеспечивается изменением какой-либо физической величины, характеризующей процесс. Эта величина является информационным параметром сигнала .
Сигналы, как и сообщения, могут быть непрерывными и дискретными . Информационный параметр непрерывного сигнала с течением времени может принимать любые мгновенные значения в определенных пределах. Непрерывный сигнал часто называют аналоговым . Дискретный сигнал характеризуется конечным числом значений информационного параметра. Часто этот параметр принимает всего два значения. На Рис. 3.1 показаны виды аналогового и дискретного сигналов.
В технике связи наряду с абсолютными единицами измерения параметров электрических сигналов (мощность, напряжение и ток) широко используются относительные единицы.
Уровнем передачи сигнала в некоторой точке канала или тракта называют логарифмическое преобразование отношения энергетического параметра S (мощности, напряжения или тока) к отсчетному значению этого же параметра.
Правило преобразования определяется формулой:
,где m - масштабный коэффициент; a - основание логарифма.
Уровни передачи измеряются в децибелах, если справедливы соотношения:
для уровней по мощности, дБм;
для уровней по напряжению, дБн;
Уровень передачи называется абсолютным, если P 0 =1 мВт. Если теперь задать R 0 , то при заданных значениях мощности и сопротивления легко получить соответствующие величины напряжения U 0 и тока I 0:
;При R 0 = 600 Ом в практических расчетах принимают округленные значения: для U 0 = 0,775 В, а для I 0 = 1,29 мА.
Измерительные уровни служат для определения уровней передачи с помощью измерительных приборов, называемых указателями уровня.
Для измерения уровня наиболее часто применяется схема известного генератора, показанная на Рис. 3.2.
Рис. 3.1 Виды сигналов: а - аналогового, б - дискретного
Рис. 3.2 Схема известного генератора
В этой схеме ко входу исследуемого объекта, например некоторого четырехполюсника, подключается генератор испытательного сигнала с полностью определенными параметрами, т.е. должно быть известно его выходное сопротивление R Г, развиваемая ЭДС E Г (или напряжение на входе объекта U ВХ). Входное сопротивление объекта R Г также должно быть известно. К выходу объекта подключается указатель уровня с входным сопротивлением, равным номинальному значению сопротивления нагрузки; реальная нагрузка при этом отключается.
В качестве испытательного при измерении уровней передачи чаще всего применяют одночастотный синусоидальный сигнал, частота которого также должна быть известна, а начальная фаза, как правило, не фиксируется.
Если по значению параметров подключенный генератор испытательного сигнала обладает свойством нормального, т.е. его внутреннее сопротивление равно 600 Ом, развиваемая ЭДС равна 1,55 В, то измеренный на сопротивлении R Н уровень называется измерительным.
В дальнейшем будем рассматривать принципы и средства связи, основанные на использовании электрической энергии в качестве переносчиков сообщений, т.е. электрических сигналов . Выбор электрических сигналов для переноса сообщений на расстояние обусловлен их высокой скоростью распространения (около 300 км/мс)
Описание сигналов электросвязи некоторым образом необходимо для их адекватной обработки в процессе передачи. Описанием сигнала может служить некоторая функция времени. Определив так или иначе данную функцию, определяем и сигнал. Однако такое полное определение сигнала не всегда требуется. Достаточно описание в виде нескольких параметров , характеризующих основные свойства сигнала с точки зрения его передачи.
Если провести аналогию с транспортированием грузов, то для транспортной сети определяющими параметрами груза являются его масса и габариты. Сигнал также является объектом транспортирования, а техника связи - техникой транспортирования (передачи) сигналов по каналам связи.
Основными первичными сигналами электросвязи являются: телефонный, звукового вещания, факсимильный, телевизионный, телеграфный, передачи данных.
Телефонный (речевой) сигнал . Звуки речи образуются в результате прохождения воздушного потока из легких через голосовые связки и полости рта и носа. Частота импульсов основного тона (f 0 на Рис. 3.3) лежит в пределах от 50..80 Гц (бас) до 200..250 Гц (женский и детский голоса). Импульсы основного тона содержат большое число гармоник (до 40) (2f 0 ,..,nf 0 на Рис. 3.3), причем их амплитуды убывают с увеличением частоты со скоростью приблизительно 12 дБ на октаву (кривая 1 на Рис. 3.3). (Напомним, что октавой называется диапазон частот, верхняя частота которого в два раза выше нижней. Т.о. амплитуда гармоники 2f 0 на 12 дБ больше, чем гармоники 4f 0 и т.д.). При разговоре частота основного тона f 0 меняется в значительных пределах.
Рис. 3.3 Спектральный состав речевого сигнала
В процессе прохождения воздушного потока из легких через голосовые связки и полости рта и носа образуются звуки речи, причем мощность гармоник частоты основного тона меняется (кривая 2 на Рис. 3.3). Области повышенной мощности гармоник частоты основного тона называются формантами (см. Рис. 3.3). Различные звуки речи содержат от двух до четырех формант. Высокое качество передачи телефонного сигнала характеризуется уровнем громкости, разборчивостью, естественным звучанием голоса, низким уровнем помех. Эти факторы определяют требования к телефонным каналам.
Основными параметрами телефонного сигнала являются:
мощность телефонного сигнала P ТЛФ. Согласно данным МСЭ-Т средняя мощность телефонного сигнала в точке с нулевым измерительным уровнем на интервале активности составляет 88 мкВт. С учетом коэффициента активности (0,25) средняя мощность телефонного сигнала P СР равна 22 мкВт. Кроме речевых сигналов в канал связи могут поступать сигналы управления, набора номера и пр. С учетом этих сигналов среднюю мощность телефонного сигнала принимают равной 32 мкВт, т.е. средний уровень телефонного сигнала составляет p СР = 10 lg (32 мкВт/1мВт) = - 15 дБм0;
коэффициент активности телефонного сообщения, т.е. отношение времени, в течение которого мощность сигнала на выходе канала превышает заданное пороговое значение, к общему времени занятия канала для разговора. При разговоре каждый из собеседников говорит приблизительно 50% времени. Кроме того, отдельные слова, фразы отделяются паузами. Поэтому коэффициент активности составляет 0,25..0,35.
динамический диапазон определяется выраженным в децибелах отношением максимальной и минимальной мощности сигнала
(дБ)
Динамический диапазон телефонного сигнала составляет D С =35...40 дБ;
пик-фактор сигнала
,
который составляет 14 дБ. При этом максимальная мощность, вероятность превышения которой исчезающе мала, равна 2220 мкВт (+3,5 дБм0);
энергетический спектр речевого сигнала - область частот, в которой сосредоточена основная энергия сигнала (Рис. 3.4)
,
- спектральная плотность среднего квадрата звукового давления; - порог слышимости (минимальное звуковое давление, которое начинает ощущаться человеком с нормальным слухом на частотах 600..800 Гц); f = 1 Гц. Из Рис.3.4 следует, что речь представляет собой широкополосный процесс, частотный спектр которого простирается от 50..100 Гц до 8000..10000 Гц. Установлено, однако, что качество речи получается вполне удовлетворительным при ограничении спектра частотами 300..3400 Гц. Эти частоты приняты МСЭ-Т в качестве границ эффективного спектра речи. При указанной полосе частот слоговая разборчивость составляет около 90%, разборчивость фраз - более 99% и сохраняется удовлетворительная натуральность звучания.
Сети электросвязи. Основные понятия и определения
· Под информацией
сообщением .
Любое сообщение имеет информационный параметр
Например звуковые колебания коэффициент отражения и т.д.
непрерывным .
Пример:
дискретного сообщения .
Примеры
сигналом .
электросвязью .
Структурная схема системы электросвязи
Для передачи сообщений средствами электросвязи между источником сообщения и получателем организуется система электросвязи (рис.1.3.).
· Система электросвязи – совокупность технических средств и среды распространения сигналов, обеспечивающих передачу сообщений от источника к получателю.
Сообщение от источника информации (ИИ) (люди, датчики, ЭВМ) поступает на вход преобразователя, где преобразуется в первичный электрический сигнал (микрофон, телеграфный ключ, видеокамера). В передатчике первичный сигнал преобразуется к виду, пригодному для передачи через среду распространения (проводная, открытое пространство). В процессе передачи электрический сигнал искажается в результате воздействия источника помех . Приемник выделяет из суммы вторичного сигнала и помехи только вторичный электрический сигнал и преобразует в первичный. В преобразователе (телефон, ЭЛТ, записывающее устройство) первичный электрический сигнал преобразуется в копию передаваемого сообщения, которое поступает к получателю сообщения. Передатчик, линия связи и приемник образуют канал связи.
Рис.1.3 Структурная схема системы электросвязи
Виды электросвязи, понятие сети, службы и услуги электросвязи
Неоднородность передаваемых сообщений привели к созданию нескольких видов электросвязи. На рис.1.4. представлена классификация современных видов электросвязи.
Рис.1.4. Классификация современных видов электросвязи.
Основные понятия и определения. Человечество не может создавать материальные блага, не воздействуя на природу и не осуществляя передачу, запись и хранение информации.
· Под информацией понимается совокупность сведений о каком-либо событии, о состоянии некоторой материальной системы.
· Форма представления информации называется сообщением .
Любое сообщение имеет информационный параметр , в изменении которого "заложена" информация, содержащаяся в сообщении.
Например : у звуковых сообщений информационный параметр – звуковые колебания . Для неподвижных изображений информационный параметр – коэффициент отражения и т.д.
· Если информационный параметр может принимать любые значения в некотором интервале, то сообщение называется непрерывным .
Пример: звуковые сообщения, полутоновые изображения.
· Конечное число возможных информационных параметров является признаком дискретного сообщения .
Примеры : текстовые сообщения, цифровые сообщения.
Для передачи сообщений на расстояние используются физические процессы. Такими процессами могут быть звуковые или электромагнитные волны, электрический ток.
· Физический процесс, отображающий передаваемое сообщение, называется сигналом .
Из множества возможных физических параметров сигнала (например: амплитуда, частота, фаза и т.д.) для отображения изменения передаваемого сообщения используется один или несколько параметров этого сигнала. Эти параметры называются представляющими.
Характер изменения представляющих параметров сигнала во времени позволяют ввести следующие математические модели сигнала :
1) аналоговый сигнал – сигнал, у которого каждый представляющий параметр задается функцией непрерывного времени с непрерывным множеством возможных значений (рис 1.1);
2) дискретный по уровню сигнал – сигнал, у которого значения представляющих параметров задается функцией непрерывного времени с конечным множеством возможных значений (рис. 1.2). Процесс дискретизации сигнала по уровню носит название квантования;
3) дискретный по времени сигнал – сигнал, у которого каждый представляющий параметр задается функцией дискретного времени с непрерывным множеством возможных значений;
4) цифровой сигнал – сигнал, у которого значения представляющих параметров задается функцией дискретного времени с конечным множеством возможных значений.
· Передача и прием сообщений любого рода с помощью электрических сигналов называется электросвязью .
Электрические сигналы распространяются со скоростью 3*10 8 м /с.
Всякий электрический сигнал представляет собой изменяющуюся во времени электрическую величину, следовательно, может быть выражен функцией времени. Наиболее простой электрический сигнал гармонический – изменяющийся по закону синуса. Реальные сигналы сложны, их можно представить совокупностью ряда гармонических составляющих (гармоник).
· Совокупность составляющих, соответствующих одному сигналу принято называть спектром этого сигнала.
· Интервал частот, охватывающий все составляющие сигнала, называется шириной спектра сигнала.
Телефонные сигналы, сигналы звукового вещания, телевидения и др. являются сложными и состоят из большого числа гармонических составляющих. Например: спектр речевого сигнала составляет 8 ...12 кГц, сигналы вещания при передаче музыки занимают спектр частот 16….20 кГц.
Рис.1.1. Непрерывный сигнал Рис.1.2. Дискретный сигнал
Канал тональной частоты (КТЧ)
· Канал передачи – совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающая передачу сигналов электросвязи в определенной полосе частот с определенной скоростью передачи между двумя СС, СУ или между СС СУ (рис.1.10.)
Канал передачи называется типовым, поскольку его параметры нормализованы (полоса частот или скорость передачи).
Существует несколько типовых каналов передачи, предназначенных для передачи различных сообщений.
С использованием радио и СВЧ-связи , а также ВОЛС , спутниковой связи и глобальной сети Интернет .
Принцип электросвязи основан на преобразовании сигналов сообщения (звук , текст , оптическая информация) в первичные электрические сигналы. В свою очередь, первичные электрические сигналы при помощи передатчика преобразуются во вторичные электрические сигналы, характеристики которых хорошо согласуются с характеристиками линии связи . Далее посредством линии связи вторичные сигналы поступают на вход приёмника . В приемном устройстве вторичные сигналы обратно преобразуются в сигналы сообщения в виде звука, оптической или текстовой информации.
Этимология
Слово «электросвязь» происходит от нов.-лат. electricus и др.-греч. ἤλεκτρον (электр, блестящий металл; янтарь) и глагола «вязать». Синонимом является слово «телекоммуникации», употребляемое в англоговорящих странах.
Классификация электросвязи
По виду передачи информации все современные системы электросвязи условно классифицируются на предназначенные для передачи звука , видео , текста .
В зависимости от назначения сообщений виды электросвязи могут быть квалифицированы на предназначенные для передачи информации индивидуального и массового характера. По временным параметрам виды электросвязи могут быть работающими в реальном времени либо осуществляющими отложенную доставку сообщений.
Основными первичными сигналами электросвязи являются: телефонный , звукового вещания , факсимильный , телевизионный , телеграфный , передачи данных .
Типы связи
- Радиосвязь - для передачи используются радиоволны.
- ДВ-, СВ-, КВ- и УКВ-связь без применения ретрансляторов
- Спутниковая связь - связь с применением космического ретранслятора(ов)
- Радиорелейная связь - связь с применением наземного ретранслятора(ов)
- Сотовая связь - связь с использованием сети наземных базовых станций
Сигнал
Линия связи может содержать такие устройства преобразования сигнала, как усилители и регенераторы . Усилитель просто усиливает сигнал вместе с помехами и передаёт дальше, используется в аналоговых системах передачи (АСП). Регенератор («переприёмник») - производит восстановление сигнала без помех и повторное формирование линейного сигнала, используется в цифровых системах передачи (ЦСП). Усилительные/регенерационные пункты бывают обслуживаемыми и необслуживаемыми (ОУП, НУП, ОРП и НРП соответственно).
В ЦСП оконечное оборудование называется ООД (оконечное оборудование данных , DTE), УПС - АКД (аппаратура окончания канала данных или оконечное оборудование линии связи , DCE). Например, в компьютерных сетях роль ООД выполняет компьютер , а АКД - модем .
Стандартизация
Стандарты в мире связи исключительно важны, так как оборудование связи должно уметь взаимодействовать друг с другом. Существует несколько международных организаций, публикующих стандарты связи. Среди них:
- Международный союз электросвязи (англ. International Telecommunication Union , ITU) - одно из агентств ООН .
- (англ. Institute of Electrical and Electronics Engineers , IEEE).
- Специальная комиссия интернет-разработок (англ. Internet Engineering Task Force , IETF).
Кроме того, нередко стандарты (как правило, де-факто) определяются лидерами индустрии телекоммуникационного оборудования.
См. также
- Всемирный день электросвязи и информационного общества
Литература
- Системы и сети передачи информации, Москва, «Радио и Связь», 2001
Ссылки
- Пример действующих правил диагностики для оценки параметров абонентских линий
Примечания
Wikimedia Foundation . 2010 .
Синонимы :Смотреть что такое "Электросвязь" в других словарях:
Электросвязь … Орфографический словарь-справочник
Электросвязь - всякая передача или прием знаков, сигналов, письменного текста, изображения файлов, звуков по проводной, радио, оптической и другим электромагнитным системам. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
электросвязь - Передача и прием сигналов, отображающих звуки, изображения, письменный текст, знаки или сообщения любого рода по электромагнитным системам. [ГОСТ 22348 86] электросвязь Любая передача, излучение или прием знаков, сигналов, письменного текста,… … Справочник технического переводчика
Передача информации посредством электрических сигналов, распространяющихся по проводам (проводная связь), или (и) радиосигналов (радиосвязь). К электросвязи относят, кроме того, передачу информации при помощи оптических систем связи. Основные… … Большой Энциклопедический словарь
Сущ., кол во синонимов: 1 связь (97) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
Электросвязь - ОАО «Электрическая связь» организация, связь … Словарь сокращений и аббревиатур
