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

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)

где - 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.

Рис. 3.4 Энергетический спектр речевого сигнала

Сигналы звукового вещания . Источником звука при передаче программ вещания обычно являются музыкальные инструменты или голос человека.

Динамический диапазон вещательной передачи следующий: речь диктора 25..35 дБ, художественное чтение 40..50 дБ, вокальные и инструментальные ансамбли 45..55 дБ, симфонический оркестр до 65 дБ. При определении динамического диапазона максимальным считается уровень, вероятность превышения которого равна 2%, а минимальным - 98%.

Средняя мощность сигнала вещания существенно зависит от интервала усреднения. В точке с нулевым измерительным уровнем средняя мощность составляет 923 мкВт при усреднении за час, 2230 мкВт - за минуту и 4500 мкВт - за секунду. Максимальная мощность сигнала вещания в точке с нулевым измерительным уровнем составляет 8000 мкВт.

Частотный спектр сигнала вещания расположен в полосе частот 15..20000 Гц. При передаче как телефонного сигнала, так и сигналов вещания полоса частот ограничивается. Для достаточно высокого качества (каналы вещания первого класса) эффективная полоса частот должна составлять 0,05..10 кГц, для безукоризненного воспроизведения программ (каналы высшего класса) 0,03...15 кГц.

Факсимильный сигнал формируется методом построчный развертки. Частотный спектр первичного факсимильного сигнала определяется характером передаваемого изображения, скоростью развертки и размерами сканирующего пятна. Для параметров факсимильных аппаратов, рекомендованных МСЭ-Т, верхняя частота сигнала может составлять 732, 1100 и 1465 Гц. Динамический диапазон сигнала составляет около 25 дБ, пик-фактор равен 4,5 дБ при 16 градациях яркости.

Телевизионный сигнал также формируется методом развертки. Анализ показывает, что энергетический спектр телевизионного сигнала сосредоточен в полосе частот 0..6 МГц. Динамический диапазон D С 40 дБ, пик-фактор 4,8 дБ.

Основным параметром дискретного сигнала с точки зрения его передачи является требуемая скорость передачи (бит/с).

Аналогичные параметры определяются и для каналов связи. Параметры каналов связи должны быть не меньше соответствующих параметров сигналов.

Свести параметры аналоговых сигналов к единому параметру (скорости передачи) позволяет преобразование этих сигналов в цифровые (см. подраздел 8.2 "Цифровая обработка аналоговых сигналов").

Система электросвязи - совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающая передачу сообщений . Обобщенная структурная схема систем электросвязи показана на Рис. 3.5.

Рис. 3.5 Обобщенная структурная схема систем электросвязи

Сообщение при помощи преобразователя сообщение-сигнал преобразуется в первичный электрический сигнал. Первичные сигналы не всегда удобно (а иногда невозможно) непосредственно передавать по линии связи. Поэтому первичные сигналы при помощи передатчика ПРД преобразуются в так называемые вторичные сигналы, характеристики которых хорошо согласуются с характеристиками линии связи.

Канал связи - совокупность технических устройств (преобразователей) и среды распространения, обеспечивающих передачу сигналов на расстояние.

Каналы и системы связи, использующие искусственную среду распространения (металлические провода, оптическое волокно), называются проводными, а каналы и системы связи, в которых сигналы передаются через открытое пространство - радиоканалами и радиосистемами.

Условная классификация современных видов электросвязи показана на Рис. 3.6. Все виды электросвязи по типу передаваемых сообщений могут быть разделены на предназначенные для передачи звуковых сообщений, оптических сообщений в виде подвижных изображений, оптических сообщений в виде неподвижных изображений и сообщений между ЭВМ. В зависимости от назначения сообщений виды электросвязи могут быть разделены на предназначенные для передачи сообщений индивидуального и массового характера.

Рис. 3.6 Современные виды электросвязи

Приведенная на Рис. 3.6 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.

Подобные документы

Предназначение канала связи для передачи сигналов между удаленными устройствами. Способы защиты передаваемой информации. Нормированная амплитудно-частотная характеристика канала. Технические устройства усилителей электрических сигналов и кодирования.

контрольная работа , добавлен 05.04.2017


Связь как отрасль хозяйства, обеспечивающая прием и передачу информации. Особенности и устройство телефонной связи. Услуги спутниковой связи. Сотовая связь как один из видов мобильной радиосвязи. Передача сигнала и соединение с помощью базовой станции.

презентация , добавлен 22.05.2012


Ретранслятор как комплекс оборудования, предназначенного для обеспечения связи между двумя и более радиопередатчиками, удаленными друг от друга на большие расстояния. Принцип его действия, структура и компоненты. Выбор внешней и внутренней антенны.

курсовая работа , добавлен 26.01.2015


Характеристики и параметры сигналов и каналов связи. Принципы преобразования сигналов в цифровую форму и требования к аналогово-цифровому преобразователю. Квантование случайного сигнала. Согласование источника информации с непрерывным каналом связи.

курсовая работа , добавлен 06.12.2015


Современные виды электросвязи. Описание систем для передачи непрерывных сообщений, звукового вещания, телеграфной связи. Особенности использования витой пары, кабельных линий, оптического волокна. Назначение технологии Bluetooth и транковой связи.

реферат , добавлен 23.10.2014


Зарождение концепции многоуровневой иерархической структуры сети телефонной связи. Электронная технология, позволившая перевести все средства телефонии на элементную базу. Развитие IР-телефонии, обеспечивающей передачу речи по сетям пакетной коммутации.

реферат , добавлен 06.12.2010


Функциональная схема и основные элементы цифровой системы. Каналы связи, их характеристики. Обнаружение сигнала в гауссовом шуме. Алгоритмы цифрового кодирования. Полосовая модуляция и демодуляция. Оптимальный прием ДС сигнала. Методы синхронизации в ЦСС.

курс лекций , добавлен 02.02.2011


Расчет практической ширины спектра сигнала и полной энергии сигнала. Согласование источника информации с каналом связи. Расчет интервала дискретизации и разрядности кода, вероятности ошибки при воздействии "белого шума". Определение разрядности кода.

курсовая работа , добавлен 07.02.2013


Схема цифрового канала связи. Расчет характеристик колоколообразного сигнала: полной энергии и ограничения практической ширины спектра. Аналитическая запись экспоненциального сигнала. Временная функция осциллирующего сигнала. Параметры цифрового сигнала.

курсовая работа , добавлен 07.02.2013


Принцип действия телефонной сети. Классификация внутриучрежденских телефонных систем, их достоинства. Некоторые правила телефонного общения секретаря с клиентом. Основные стандарты сотовой радиотелефонной связи. Особенности и удобство факсимильной связи.

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.

В. О. Шварцман

Развитие электросвязи началось более 160 лет назад – с момента появления телеграфной связи. Сейчас насчитывается 11 видов электросвязи.

Как видно из таблицы, подавляющее большинство видов электросвязи (10 из 11) предназначено для человека – как отправителя, так и получателя информации. Только передача данных используется для обмена информацией между ЭВМ и между человеком и ЭВМ.

При рассмотрении таблицы возникает ряд вопросов:

4. Можно ли с помощью средств электросвязи предоставлять услуги, выходящие за рамки непосредственного общения людей?

Для ответа на эти вопросы воспользуемся результатами , свидетельствующими о информационных возможностях некоторых видов электросвязи.

Общеизвестно, что появление электросвязи дало возможность человеку передавать различную информацию на значительно большие расстояния, чем при непосредственном общении. Но помимо этого, средства связи имеют различные информационные возможности (см. таблицу).

А теперь попробуем ответить на поставленные выше вопросы.

Вид электросвязи	Передаваемая информация	Получаемая информация (%) по сравнению с непосредственным общением (принято за 100%)	Характер передачи
Телеграфная	Буквенно-цифровая (текстовая)	7
Телефонная	Речь	45	"Точка – точка"
Факсимильная	Неподвижные изображения	-	"Точка – точка", циркулярная, многоадресная
Звуковое вещание	Музыка, пение, речь	-	"Точка – много точек"
Телевизионное вещание	Музыка, пение, речь, подвижные изображения	95	"Точка – много точек"
Передача данных	Буквенно-цифровая	-	"Точка – точка", циркулярная, многоадресная
Телерукопись	Чертежи, схемы	-	"Точка – точка"
Видеотелефон	Речь, подвижные изображения (медленно меняющиеся)	-	"Точка – точка"
Аудиоконференции	Речь и текст	50	"Много точек – много точек"
Видеоконференции	Речь, неподвижные и подвижные изображения	95	"Много точек – много точек"
Обработка сообщений	Текстовая, неподвижные изображения, преобразование формы представления информации	-	"Точка – точка", циркулярная, многоадресная

1. Почему развитие электросвязи началось с телеграфии?

По-видимому, причин тому несколько.

1. Закономерность развития. Как вид электрической связи телеграфия имела большую предысторию – от оптического и звукового телеграфа (сигнализация кострами и семафором, барабанный бой и т. п.) до электрохимического и элементарного электромагнитного.
2. Историческая обусловленность. Поскольку развитие техники определяется состоянием соответствующих направлений науки и практики, то в первой трети прошлого столетия появились предпосылки для создания электромагнитного телеграфа.
3. Технические возможности. Для передачи сообщений на расстояние проще всего использовать электрический ток путем его включения и выключения на передаче, а также притяжение магнитной стрелки электромагнитом, включенным на приеме.

2. Что является движущей силой появления новых видов электросвязи?

Как следует из таблицы, с появлением новых видов электросвязи объем информации, получаемой с их помощью, приближается к объему информации, получаемой при непосредственном общении людей. Поэтому как только появились возможности для превращения звуковых колебаний, создаваемых речью человека, в электрические сигналы и обратного их преобразования на приеме, возникла (примерно через 40 лет после телеграфии) телефония, резко увеличившая объем передаваемой информации по сравнению с непосредственным общением (с 7 до 45 %).

После этого была организована факсимильная связь, которая значительно расширила возможности человека при передаче не только текстовых и звуковых сообщений, но и чертежей, рисунков, фотографий.

Появление этого вида связи стало возможным после реализации идеи последовательной передачи изображений по элементам и разработки способов и устройств, способных преобразовать неподвижные изображения в электрические сигналы.

В качестве преобразователей на передаче были использованы фотоэлементы, а на приеме – электросветовые (с записью на фотобумагу), электрохимические (с записью на бумагу, покрытую специальным составом, реагирующим на силу тока), электростатические (с записью на специальную бумагу, реагирующую на величину электрического заряда) и другие методы. Однако больше половины информации (см. таблицу), получаемой человеком с помощью органов зрения, не могло быть передано с помощью средств связи, пока не были решены задачи превращения подвижных изображений в электрические сигналы и обратно. Так в результате изобретения электроннолучевых трубок – иконоскопа (передающей) и кинескопа (приемной) – появилось телевидение.

Этим завершился один из очень важных этапов приближения информационных возможностей средств электросвязи к возможностям непосредственного обмена информацией между людьми. Этот этап охватывает все виды сообщений, которые передаются и принимаются органами зрения, слуха, движения, мимики и жестов.

Осталась неохваченной только информация, получаемая и выдаваемая человеком с помощью органов осязания и обоняния. Но эта часть информации сравнительно невелика, и есть все основания полагать, что со временем ее можно будет передавать с помощью средств электросвязи. Некоторые достижения в этом направлении уже имеются. В парфюмерной промышленности, например, испытывают "электронный нос" (устройство для оценки запахов духов), а в пищевой промышленности – "электронный рот" (устройство для дегустации вин). Поэтому есть надежда, что со временем связь обеспечит 100 %-ную передачу информации, получаемой при непосредственном взаимодействии людей между собой и с окружающим миром.

Исходя из сказанного, можно сделать вывод о том, что движущей силой появления и развития новых видов электросвязи является стремление максимально приблизить информативность электросвязи к условиям непосредственного общения.

Подытоживая данные рассуждения, можно констатировать, что развитие электросвязи началось с низкоскоростной передачи текстовых сообщений (телеграфия), затем появилась телефонная связь, требующая больших скоростей передачи, после этого – передача неподвижных изображений (факсимильная связь), звуковое (аудио) вещание, видеовещание (телевидение), видеотелеконференции на основе применения технологий мультимедиа с эффектом виртуальной реальности, причем для каждого следующего вида связи требовались более высокие скорости передачи. Таким образом, просматривается очевидная тенденция – по мере появления новых видов электросвязи повышается скорость передачи информации. Эта тенденция подтверждается и экономическими соображениями.

3. Каковы перспективы дальнейшего развития видов электросвязи?

На основе изложенного может возникнуть вопрос, не остановится ли на этом развитие связи? Нет, не только не остановится, но даже не замедлится, и, более того, будет происходить более быстрыми темпами. И вот почему.

Во-первых, мы рассмотрели только последовательность создания новых видов связи, но совершенно не затронули вопросов развития предоставляемых с их помощью услуг. А ведь совершенно очевидно, что низкое качество услуг может свести к нулю информативность любого вида связи. Поэтому одним из основных направлений развития электросвязи остается увеличение числа услуг и повышение их качества.

Этот процесс будет происходить на основе новых технологий: интегральные и интеллектуальные сети, сети персональной и подвижной связи, мультимедиа, новые направляющие системы и методы передачи, сжатие информации и др. Но при этом телефония останется телефонией, как бы ее ни называли (например, компьютерная телефония, телефонная почта), а передача данных – передачей данных и т. д.

Одновременно с этим необходимо будет решить вопросы, связанные со снижением себестоимости и тарифов на услуги связи.

Решение этих задач в значительной степени зависит от развития электроники и вычислительной техники. При этом при оценке качества всех видов связи используются те же параметры, что и для оценки качества передачи информации при непосредственном общении, а основным требованием является максимальное приближение качества услуг связи к качеству передачи при непосредственном общении. Правда, в первом случае добавляются еще и требования к доставке по адресу и времени передачи.

Во-вторых, все вышеизложенное относится только к передаче информации в системе "точка – точка" (между двумя людьми). Однако человек может одновременно общаться не с одним человеком, а с многими людьми (система "точка – много точек"). Общение может происходить также по схеме "много точек – много точек" (имеется в виду масса людей).

И, наконец, в-третьих, мы ограничились рассмотрением только тех случаев, когда источником и потребителем информации является человек, тогда как сейчас в этом качестве широко и все чаще выступает ЭВМ. Более того, системы телеобработки и телематические службы будут все активнее использовать услуги электросвязи и в первую очередь услуги, базирующиеся на новых технологиях.

Отметим только, что услуги при связи ЭВМ – ЭВМ и человек – ЭВМ все более совершенствуются и по качеству приближаются к услугам непосредственного общения, например, услуга аутентификации отправителя и получателя, договоренность о методе работы (симплекс – дуплекс), о возможности приема сообщения определенного размера, конфиденциальность.

4. Может ли электросвязь предоставить услуги, выходящие за рамки непосредственного общения людей?

При ответе на этот вопрос речь будет идти только о тех услугах электросвязи, которые отсутствуют при непосредственном общении людей или имеют при нем более низкое качество.

Рассмотрим такую услугу, как передача с переприемом и хранением. Данная услуга удобна в условиях, когда отправитель и получатель находятся в местах с разным поясным временем или когда передать информацию раньше нельзя или неудобно, а позже не представляется возможным. Такие услуги предоставляются службами обработки сообщений (электронной почты), компьютерной телефонии и другими службами электросвязи.

Может возникнуть и другая ситуация: пользователь желает сохранить конфиденциальность получения информации. При непосредственной встрече с этим лицом уклониться от его намерений бывает очень трудно, тогда как служба компьютерной телефонии предоставляет такую возможность: при получении телефонного вызова абонент до снятия трубки нажатием специальной кнопки на аппарате получает на дисплее не только номер вызывающего абонента, но и его фотографию. На основании этих сведений он решает, снимать трубку или имитировать свое отсутствие. В более простых системах телефонной связи на экране аппарата высвечивается номер вызывающего телефона.

Существует и такая услуга, как "замкнутая группа абонентов", которую предоставляет служба обработки сообщений. Ее реализация в условиях непосредственного общения в большей массе людей весьма проблематична.

В местах собрания большого количества людей (в пределах непосредственной слышимости и видимости, когда обходятся без средств связи) может иметь место обмен разными видами информации (речь, текст, неподвижные и подвижные изображения).

Такие системы связи, как аудио- и видеоконференции, не только полностью обеспечивают дистанционный обмен всеми перечисленными видами информации, но и создают дополнительные возможности, в частности, передачу некоторой информации только определенной группе участников.

Большие возможности связи по сравнению с непосредственным общением человека с человеком или человека с ЭВМ не должно удивлять. Мы уже привыкли к тому, что микроскоп, телескоп, автомобиль, самолет и т. п. расширяют наши возможности.

Литература

1. Шварцман В. О. Электросвязь и информатизация // Электросвязь. – 1997. – № 5.

В настоящее время способы эл.связи можно классифицировать: радиосвязь,
радиорелейная, спутниковая, проводная связь, волоконно-оптическая . Линии
радиосвязи позволяют вести деловую связь, на большие расстояния. К их
недостаткам относятся малое число каналов и существенная подверженность
помехам. Поэтому линии радиосвязи занимают малый удельный вес и
используются главным образом в труднодоступных районах. Радиорелейные
линии работают на ультракоротких волнах в пределах прямой видимости, они
Представляют собой цепочку ретрансляторов, устанавливаемых примерно через
каждые 50 км. Радиорелейные линии позволяют получить большое число каналов
на большие расстояния, но им свойственны недостатки радиолиний - помехи.

Спутниковые линии используют также ультракороткие волны, они позволяют осуществлять многоканальную связь на очень большие расстояния. Достоинством является большая зона действия и передача информации на значительное расстояние. Недостатком являются высокая стоимость запуска спутника и сложность организации.

Проводные линии связи включают передачу электромагнитной энергии по
кабельным линиям симметричной и коаксиальной конструкции и по воздушным
линиям.

Волоконно-оптические линии связи представляют собой передачу лазерного излучения по кварцевым стекловолокнам. Достоинствами волоконно-оптических линий связи являются экономия цветных металлов, малая масса и габариты, и возможность многоканальной связи, высокая степень защищенности от внешних и взаимных помех.

Системы многоканальной передачи

В настоящие время известим две системы передачи:

Аналоговая АСП.

Цифровая - ЦСП.

Аналоговые системы передачи основаны на частотном разделении каналов
(ЧРК). В таких системах весь передаваемый спектр с помощью электрических
фильтров делиться на частотные полосы.

В качестве базового принят телефонный канал шириной 4 кГц - канал
тональной частоты (ТЧ). Спектр канала ТЧ составляет 0,3-3,4 кГц.

Цифровые системы передачи основаны на временном разделении каналов
(ВРК). В таких системах передача по линиям различные сообщений
осуществляется поочередно, то есть со сдвигом во времени.

В ЭТОМ случае по линии распространяются импульсы (цифровые сигналы)
определенной последовательности длительности.

Для этого все виды связи(телефонная, телевидение и др.) предварительно
преобразуют в импульсы и кодируют. В современных цифровых системах
получила применение импульсно - кодовая модуляция (ИКМ).

Достоинства ЦСП:

Большая дальность связи.

Облегченные требования к защищенности цепей.

Однокабельная СВЯЗЬ.

Возможность непосредственного ввода и скоростной обработки импульсной информации с помощью ЭВМ.

Автоматизация передачи данных.

Недостатком является потребность в более высокой полосе частот - и среднем 64 кГц на телефонный канал.

В настоящее время на воздушных и кабельных линиях применяется следующие многоканальные системы передачи:

На воздушных линиях : В-2-2. В-3-3 В-12-12 - на 2,3 и 12 каналов,
организованных по стальным и биметаллическим проводам. Дальность действия
до 12500 км.

По симметричным кабелям : КНК-6. KНK-I2 – на 6 и 12 каналов, дальность
действия 120 км (СТС). КАМА, ИКМ-15 на 30 и 15 каналов дальность действия 50 км.

Для ГТС : КАМА, ИКМ-30 на 30 каналов, дальность действия 80 км.

Для зоновой и магистральной связи : К-60, К-120, ИКМ-120, К-420- дальность действия 600 км. ИКМ-120, ИКМ-480, К-300, ИКМ-1920, К-1920, К-3600, К-5400, К-10800 аппаратура для симметричных, коаксиальных и оптических кабелей, дальность действия 12500 км.

В настоящие время все большее применение находят цифровые системы
передачи , работающие по коаксиальным и оптическим кабелям.