Основы электросвязи. Основные сведения об электросвязи

В наши дни каждый человек пользуется теми или иными услугами электросвязи: слушает радио, смотрит телевизионные передачи, разговаривает по телефону, отправляет и получает телеграммы и т.д. В любом случае услуга электросвязи заключается в передаче сооб­щения на расстояние. Отправителями (источниками) и получателями (потребителями) сообщений являются люди или устройства, обслу­живаемые людьми, например ЭВМ. Для передачи каждого сообще­ния необходимы средства электросвязи, или совокупность опреде­ленных технических устройств, образующих систему электросвязи.

Систем электросвязи, а следовательно, и технических средств, тре­буется очень много, поскольку речь идет о возможности предостав­ления услуг электросвязи всем желающим. Например, каждый радиослушатель пользуется «своей» системой электросвязи, состо­ящей из многих различных устройств формирования, усиления, передачи и воспроизведения сигналов. Количество подобных сис­тем равно числу индивидуальных радиоприемников. Передаваемое звуковое сообщение предназначено одновременно большому числу слушателей, поэтому передающая часть таких систем будет для них общей. Аналогичная ситуация имеет место в телевидении, где коли­чество «индивидуальных» систем электросвязи для передачи и при­ема телевизионных программ определяется числом телевизионных приемников. Для каждого телефонного разговора также необходи­ма система электросвязи, обеспечивающая передачу и прием рече­вых сообщений.

Очевидно, что таких систем может быть большое множество, они могут быть различны по номенклатуре применяемых устройств и тех­нологий, виду передаваемых сигналов, скорости передачи, объему предоставляемых услуг, но все они характеризуются наличием кана­лов электросвязи.

Создание системы для любого вида электросвязи предполагает организацию канала электросвязи между пунктами передачи и при­ема сообщения. Совокупность этих каналов образует сеть электро­связи, где функции подключения определенных абонентских уст­ройств выполняет специальная аппаратура коммутации, позволяю­щая образовать тракт для передачи электрических сигналов.

Таким образом, сеть электросвязи представляет собой совокуп­ность оконечных устройств, коммутационных центров и связываю­щих их линий и каналов связи.

В сеть электросвязи входят:

– пользователи (абоненты, клиенты) являющиеся источниками и потребителями информации. Они создают и воспринимают пото­ки сообщений и, как правило, определяют требования по доставке и обработке информации, выбору вида связи (телефонной, телеграф­ной, вещания и т.д.) и получению различных услуг (видов обслужи­вания) с соблюдением определенного качества;

– пункты связи:

а) абонентские пункты (АП), содержащие аппаратуру ввода и выво­да информации в сеть электросвязи (а иногда хранения и обработки). Они находятся в постоянном пользовании определенных абонентов;

б) пункты информационного обслуживания (ПИО) – справочные службы, различные вычис­лительные центры (ВЦ), банки данных, биб­лиотеки и другие пункты коллективного пользования, обеспечиваю­щие сбор, обработку, хранение и выдачу информации и предостав­ление пользователям других услуг, связанных с информационным обеспечением;

– каналы связи, объединенные в линии связи, которые обеспечи­вают передачу сообщений между отдельными пунктами сети;

– сетевые станции, обеспечивающие образование и предостав­ление вторичным сетям типовых физических цепей, типовых кана­лов передачи и сетевых трактов, а также их транзит;

а) сетевые узлы (СУ), обеспечивающие образование и перерасп­ределение сетевых трактов, типовых каналов передачи и типовых физических цепей, а также предоставление их вторичным сетям и потребителям;

б) коммутационные узлы (КУ) для распределения (переключения) каналов, пакетов или сообщений;

– система управления, обеспечивающая нормальное функциони­рование и развитие сети электросвязи и взаимоотношения с пользо­вателями.

С точки зрения системного анализа сеть электросвязи можно представить тремя уровнями (рис. 1.1):

– первый – внешний уровень, включающий абонентов (клиентов), АП и ПИО, в пределах которого проходит формирование сообщений для передачи в сети электросвязи;

– второй – собственно сеть электросвязи, включающая линии связи (ЛС), каналы связи (КС), станции связи (СтС) и узлы связи (УзС), обеспечивающие передачу, распределение и коммутацию сообще­ний между АП (ПИО) абонентов и корреспондентов;

– третий – элементы управления сетью, включающие устройства управления (УУ) узлов, центры управления (ЦУ) и всю администрацию.

Рис. 1.1. Гипотетическая трехуровневая структура сети связи

Рассмотрим более подробно элементы сети и их свойства. Пользователи распределены по территории в соответствии с распо­ложением хозяйственных, промышленных и других производствен­ных объектов, объектов культуры и жилого фонда. Плотность пользо­вателей (их число на 1 км2 площади) меняется в значительных пре­делах и является наибольшей в крупных городах.

Экономические, культурные, личные и другие связи между отдель­ными пользователями и их коллективами, предприятиями и районами страны определяют потребность в передаче сообщений между око­нечными или абонентскими пунктами, обслуживающими соответству­ющих пользователей, а также между узлами, объединяющими абонент­ские пункты (АП) какого-либо населенного пункта или района (региона).

Потребность в передаче сообщений может быть оценена потоками сообщений в единицу времени и выражена в битах, числе знаков (букв, цифр), телеграмм, страниц и других показателях, характеризующих объем сообщения. На практике удобнее бывает определять потреб­ность в передаче сообщения временем передачи, временем занятия типового канала (в часо-занятиях) или необходимым числом каналов.

Исходя из местоположения пользователей и создаваемых ими нагрузок, определяются местоположения оконечных пунктов, кото­рые могут содержать аппаратуру ввода и вывода информации (теле­фонные или телеграфные аппараты, радиоприемники, телевизоры, дисплеи, датчики и т.д.). Эти пункты также могут включать в себя раз­личные устройства для хранения и обработки информации, комму­тационные устройства, если к ОП подключено несколько каналов, а также каналообразующую аппаратуру. Оконечный пункт характери­зуется типом аппаратуры ввода и вывода (видом связи, телефон, телеграф и т.д.), наличием обслуживающего персонала и дополнительного оборудования, пропускной способностью, временем дей­ствия, стоимостью и областью обслуживания (индивидуальный або­нент, квартира, предприятие, город и т.д.). Оконечный пункт, обслу­живающий одного абонента, называют абонентским пунктом.

Пункты информационного обслуживания подразделяются по их назначению (справочная телефонов, бюро заказов билетов, инфор­мационный пункт по какой-либо отрасли, вычислительный центр (ВЦ), обрабатывающий экономическую информацию, и т.д.). В зависимо­сти от объемов передаваемой информации ПИО может иметь один или несколько каналов, соединяющих его с сетью электросвязи, а также у него могут быть абоненты или выносные ОП, соединенные с ним прямыми каналами. В сети ПИО могут рассматриваться как ис­точники информации (ИИ) и потребители информации (ПИ), а также как элементы сети, поскольку создаваемые ими потоки сообщений циркулируют только по сети.

Распределение информации (сообщений) осуществляется двумя способами: на сетевых узлах кроссированием (долговременным со­единением) отдельных каналов или линейных трактов для образова­ния прямых каналов между несмежными пунктами, а на коммутаци­онных узлах – в соответствии с адресом каждого сообщения.

Линии связи (кабельные, радиорелейные, радио-, спутниковые и т.д.), по которым передаются сообщения, характеризуются емко­стью V (числом каналов ТЧ), или суммарной пропускной способнос­тью всех каналов. Разделение каналов в линии может осуществлять­ся по пространству, частоте или времени. Основной особенностью линий связи является то, что увеличение их пропускной способности (емкости) приводит к снижению затрат на один канал связи обратно пропорционально корню квадратному от емкости. При укрупнении пучков каналов выигрыш получается не только за счет снижения зат­рат на каналы, но и вследствие того, что при объединении нагрузок повышается степень использования каналов и станционного обору­дования.

Совокупность пучков, узлов и соединяющих их линий (каналов) образует структуру (конфигурацию) сети, определяющую возмож­ность осуществления связи между отдельными пунктами и возмож­ные пути передачи сообщений. Для увеличения надежности сети она строится так, чтобы между отдельными узлами было несколько (обычно 2 или 3) независимых путей.

Система управления сетью обеспечивает поддержание в рабочем (исправном) состоянии технических средств, доставку сообщений по адресу, распределение каналов между вторичными сетями (потре­бителями), распределение потоков сообщений, планирование и развитие сети, строительство, материально-техническое обеспечение, подготовку кадров, регулирование отно­шений с пользователями.

В настоящее время в эксплуатации находится большое количе­ство сетей связи, различающихся по нескольким признакам, одни из которых определяют место этих сетей в системе связи, другие – принципы их построения и характер функционирования, третьи – эконо­мический или иного рода эффект, получаемый от их применения. Чем больше классификационных признаков используется при описании конкретной сети связи, тем полнее эта сеть может быть охарактери­зована.

В литературе сети связи классифицируются по назначению, характеру образования и выделения каналов, типам коммутации, по оборудованию и условиям размещения, степени автоматизации. Рассмотрим более подробно классификационные признаки сетей связи (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Классификация сетей связи

По назначению сети связи делятся на две большие группы: сети связи общего пользования и сети связи ограниченного пользования.

Сеть связи общего пользования создается для обеспечения услугамисвязи населения, различных учреждений, предприятий и организаций.

При построении сетей связи ограниченного пользования реали­зуются специфические требования, обусловленные характером деятельности того или иного ведомства, в интересах которого создается данная сеть, а также предусматривается возможность выхода абонентов в сеть общего пользования. К таким сетям относятся сети внутренней связи и сети дальней связи.

Сеть внутренней связи развертывается на пункте управления (ПУ) и обеспечивает обмен сообщениями между абонентами данного пункта управления. Основными элементами данной сети являются коммутационные центры внутренней связи (КЦВС), связывающие их соединительные линии (СЛ), абонентские оконечные устройства и абонентские линии (рис. 1.3, а).

Рис. 1.3. Варианты структур сети связи. 1 – коммутационные центры внутренней связи, 2 – соединительные линии, 3 – абонентские оконечные устройства, 4 – абонентские линии, 5 – коммутационный центр дальней связи, 6 – канал дальней связи, 7 – линии привязки, 8 – транзитный коммутационный центр

Сеть дальней связи относится к одной системе связи, развертывается на территории функционирования данной системы и обеспе­чивает обмен сообщениями между абонентами различных пунктов управления (рис. 1.3, б).

Коммутационные центры дальней связи (КЦДС), расположенные на различных ПУ, связываются каналами дальней связи, а размещен­ные на одном ПУ – соединительными линиями. Совокупность КЦДС, размещенных на одном ПУ, и связывающих их СЛ, называется под­сетью дальней связи (ПДС). На сети дальней связи (ДС) широко применяются транзитные КЦ (ТКЦ) без абонентской емкости. Их местонахождение, как правило, не связано с расположением ПУ. Совокупность таких ТКЦ и связывающих их линий (каналов) связи образует опорную сеть связи (ОСС). ОСС часто разбивается на участки, называемые зонами опорной сети связи. Коммутацион­ные цен­тры дальней связи, расположенные на пунктах управления, связыва­ются с транзитными коммутационными центрами опорной сети одной или несколькими линиями привязки.

Совокупность оконечных устройств (ОУ) и абонентских линий (АЛ), включенных в один КЦ внутренней или дальней связи, образует або­нентскую сеть данного КЦ, совокупность ОУ и АЛ на ПУ образует абонентскую сеть данного ПУ.

По характеру образований и выделения каналов связи сети связи подразделяются на первичные и вторичные.

Первичная сеть – совокупность типовых физических цепей, типо­вых каналов передачи и сетевых трактов, образованная на базе се­тевых узлов, сетевых станций, оконечных устройств первичной сети и соединяющих их линий передачи. При этом под типовой физичес­кой цепью и типовым каналом понимается физическая цепь и канал передачи, параметры которых соответствуют принятым нормам.

Сетевой тракт – типовой групповой тракт или несколько последо­вательно соединенных типовых групповых трактов с включенной на входе и выходе аппаратурой образования тракта.

Вторичная сеть связи – совокупность линий и каналов связи, об­разованных на базе первичной сети, станций и узлов коммутации или станций и узлов переключений, обеспечивающих определенный вид связи.

Главной задачей первичной сети является образование типовых каналов и групповых трактов связи, задача вторичной сети – достав­ка сообщений определенного вида от источника к потребителю.

Способ построения сети определяется принятой системой ком­мутации – долговременной, оперативной или их сочетанием.

По типам коммутации сети подразделяются на коммутируемые, частично коммутируемые и некоммутируемые.

Для коммутируемых и частично коммутируемых сетей связи характерно использование различных вариантов коммутации.

Долговременной называется коммутация, при которой между двумя точками сети устанавливается постоянное соединение.

Оперативной называется коммутация, при которой между двумя точками сети организуется временное соединение.

Сочетание оперативной и долговременной коммутации предполагает то, что на одних участках информационного направления сети связи может применяться долговременная коммутация, а на других оперативная.

Коммутируемая сеть связи – это вторичная сеть, обеспечивающая соединение по запросу абонента или в соответствии с заданной программой через канал электросвязи оконечных устройств вторичной сети при помощи коммутационных станций и узлов коммутации на время передачи сообщений. Каналы передачи в коммутируемых сетях являются каналами общего пользования. На частично коммутируемых сетях связи предусматривается использование всех систем долговременной и оперативной коммутации. Реально существующие и проектируемые на ближайшую перс­пективу сети связи относятся к классу частично коммутируемых.

К некоммутируемым сетям связи относятся вторичные сети, обес­печивающие долговременные (постоянные и временные) соедине­ния оконечных устройств (терминалов) через канал электросвязи с помощью станций и узлов переключений. К некоммутируемым сетям можно отнести опорную сеть связи.

По оборудованию и условиям размещения сети связи подразде­ляются на мобильные и стационарные. Под мобильными понимают­ся сети связи, элементы которых (КЦ, линейные средства связи) раз­мещаются на транспортной базе и могут перемещаться. Одним из распространенных типов мобильных сетей является полевая сеть связи военного назначения. Стационарные сети связи создают на базе узлов связи, размещенных в стационарных сооружениях. В со­став стационарных сетей при необходимости могут включаться под­вижные элементы, например, при замене на короткое время вышед­ших из строя стационарных элементов, временном расположении абонентов на подвижных объектах, необходимости временного усиления определенных элементов сети.

По степени автоматизации сети связи делятся на неавтоматизирован­ные, автоматизиро­ванные и автоматические. На неавтоматизированных сетях связи все или подавляющее большинство основных операций вы­полняется человеком. Автоматизированными называются сети, в которых подавляющее число функций по выполнению определенного объема операций осуществляется техническим устройством.

Такие сети оце­ниваются по степени автоматизации, которая определяется коэффи­циентом Ка ,равным отношению объема операций, выполняемых тех­ническими устройствами, к общему объему выполняемых операций:

где ns – общий объем операций, выполняемых за определенное вре­мя, n а – количество операций, выполняемых автоматами. Возможно определение подобного коэффициента по времени:

где ta – суммарное время выполнения операций техническими уст­ройствами в течение определен­ного периода, a ts – суммарное вре­мя выполнения всех операций.

Также может использоваться показатель эффекта введения автоматов:

где t н – суммарное время выполнения операций за определенный период на неавтоматизированной сети соответственно.

Автоматические сети предусматривают выполнение всех функций по передаче и коммутации сообщений автоматами.

В настоящее время на сетях общего пользования из-за того, что 60% оборудования КЦ не отвечает требованиям ЕСЭ России, применяются смешанные сети связи.

По обслуживаемой территории сети связи разделяют на междугородные, международные, местные (сельские, городские), внутрипроизводственные.

Междугородная сеть связи – сеть связи, обеспечивающая связь между абонентами, находя­щимися на территории разных субъектов РФ или разных административных районов одного субъекта РФ (кроме районов в составе города).

Международная сеть связи – совокупность международных станций и соединяющих их каналов, обеспечивающая международной связью абонентов различных национальных сетей.

Местная сеть связи – сеть электросвязи, образуемая в пределах административной или определенной по иному принципу территории, не относящаяся к региональным сетям связи; местные сети подразделяются на сельские и городские.

Сельская сеть связи – сеть связи, обеспечивающая телефонную связь на территории сельских административных районов.

Городская сеть связи – сеть, которая обслуживает потребности большого города. Функция городской сети – работа в качестве базовой магистрали для связи локальных сетей всего города.

Внутрипроизводственные сети – сети связи предприятий, учреждений и организаций, создаваемые для управления внутрипроизводственной деятельностью, которые не имеют выхода на сеть связи общего пользования.

Разделение сетей связи по охвату территории. В зависимости от обслуживаемой территории сети бывают локальными, корпоративными, сельскими, городскими, местными, внутриобластными, междугородными (магистральными для первичной сети), национальными, международными, глобальными (территориальными).

Локальная сеть связи – сеть связи, расположенная в пределах некоторой территории (предприятие, фирма и т.д.).

Корпоративная сеть связи – сеть связи, объединяющая сети от­дельных предприятий (фирм, организаций, акционерных обществ и т.п.) в масштабе как одного, так и нескольких государств.

Внутриобластная, или зоновая сеть связи, – междугородная сеть электросвязи в пределах территории одного или нескольких субъек­тов Федерации.

Магистральная сеть связи – междугородная сеть электросвязи между центром Российской Федерации и центрами субъектов Фе­дерации, а также между центрами субъектов Федерации.

Национальная сеть связи – сеть связи данной страны, обеспечи­вающая связь между абонентами внутри этой страны и выход на меж­дународную сеть.

Глобальная (территориальная) сеть связи объединяет сети, рас­положенные в разных географических областях земного шара. Одним из примеров такой сети может быть Internet .

Разделение сетей по роду связи (используемой аппаратуре). По роду связи (используемой аппаратуре) сети связи могут быть под­разделены на проводные (кабельные, воздушные, волоконно-опти­ческие) и радиосети (радиорелейные, тропосферные, спутниковые, метеорные, ионосферные и т.д.).

Разделение сетей по виду связи. В зависимости от вида связи сети связи подразделяют на телефонные, видеотелефонные, телеграф­ные, факсимильные, передачи данных, сети звукового и телевизи­онного вещания.

Разделение сетей по виду передаваемой информации. По виду передаваемой информации различают цифровые, аналоговые и сме­шанные сети связи. Существование смешанных сетей характерно при переходе от аналоговых сетей связи к цифровым.

Разделение сетей по степени защищенности. По этомупризнаку сети связи делятся на защищенные (сети зашифрованной телефон­ной, зашифрованной телеграфной связи и т.д.) и незащищенные. В свою очередь в защищенных сетях может использоваться аппара­тура гарантированной и временной стойкости.

Системы для передачи непрерывных сообщений . Системы телефонной связи предназначены для передачи на расстояние звуковых (акустических) сообщений, создаваемых голосовыми связками и воспринимаемых органом слуха (ухом) человека. Поэтому в качестве передатчиков используются устройства, которые преобразуют звуковые колебания, происходящие в воздушном пространстве, в электрические сигналы, передаваемые на расстояние. Такие акустоэлектрические преобразователи называются микрофонами .

Приемник в системе телефонной связи выполняет обратное преобразование электрических сигналов в звуковые колебания.

Такой электроакустический преобразователь называется телефоном .

Кроме микрофона и телефона, являющихся основными элементами системы, у каждого абонента имеется ряд вспомогательных устройств, необходимых для удобства подключения, вызова и сигнализации. Основные и вспомогательные элементы, которыми пользуется абонент, конструктивно составляют телефонный аппарат. Современные телефонные аппараты весьма разнообразны. Они отличаются типами микрофонов, телефонов, номеронабирателей, а также формой корпуса аппарата.

Каналы связи в системах телефонной связи образуются совокупностью устройств и среды распространения, обеспечивающих прохождение сигналов от одного телефонного аппарата к другому.

Системы звукового вещания обеспечивают одностороннюю передачу звуковых сообщений (речи, музыки) от источника до большого числа слушателей, рассредоточенных в пространстве. В зависимости от технических средств, используемых для этого, различают системы радиовещания и проводного вещания.

В первом случае сигналы передаются по радиоканалу, в котором средой распространения является открытое пространство. Радиоканал образуется с помощью специальных устройств, основными из которых являются радиопередатчик, передающая антенна, приемная антенна и радиоприемник.

Радиопередатчик преобразует первичный низкочастотный сигнал на выходе микрофона в высокочастотный сигнал, излучаемый передающей антенной в окружающее пространство в виде электромагнитных волн.

Под воздействием поля излучения в приемной антенне возникает высокочастотный ток, характер изменения которого повторяет закон изменения высокочастотного сигнала. В радиоприемнике из высокочастотного сигнала после соответствующей обработки выделяется первичный (исходный) сигнал. Далее низкочастотный первичный сигнал преобразуется громкоговорителем в звуковое сообщение.

В системах проводного вещания сигналы звукового вещания доставляются слушателям по так называемым проводным каналам, использующим в качестве среды распространения специальные направляющие устройства -проводные линии передачи. Иногда часть канала реализуется радиотехническими средствами, а часть - проводными. При этом сообщения также преобразуются в сигнал с помощью микрофона, устанавливаемого в специальных помещениях - студиях. Приемниками являются абонентские громкоговорители, устанавливаемые непосредственно в квартирах слушателей. Передача сигналов между микрофоном и приемником осуществляется по проводам, проходящим через специальные узлы проводного вещания.

Телевизионная связь предназначена для одновременной передачи оптических и звуковых сообщений, поэтому системы телевизионной связи содержат две подсистемы. Подсистема передачи звуковых сообщений практически не отличается от рассмотренной выше системы звукового вещания. Подсистема передачи оптических сообщений обеспечивает передачу подвижных изображений. Телевизионные сигналы, как правило, передаются по радиоканалу. Радиоканал содержит телевизионный радиопередатчик (РПер), передающую антенну, среду распространения радиоволн, приемную антенну и телевизионный радиоприемник (РПр).

Спектр видеосигнала содержит низкие частоты и поэтому его невозможно передать в открытом пространстве. Преобразование видеосигнала в радиочастотный сигнал, способный излучаться передающей системой в окружающее пространство в виде радиоволн, осуществляется в телевизионном радиопередатчике.

На приемной стороне системы часть энергии радиоволн перехватывается приемной антенной, усиливается и вновь преобразуется в телевизионном радиоприемнике в видеосигнал.

Для преобразования видеосигналов в сообщения используется свойство некоторых веществ, которые светятся под действием падающего на них потока электронов. Такие вещества называются люминофорами. Яркость их свечения пропорциональна интенсивности падающего потока.

Слой люминофора нанесен на внутреннюю поверхность широкой части стеклянного баллона. Электронный луч создается прожектором, формируется и ускоряется специальными электродами.

Интенсивностью электронного луча управляет видеосигнал. Луч направляется на люминофор и высвечивает поэлементно строку за строкой. Движение луча по горизонтали и вертикали задается отклоняющей системой. Поскольку интенсивность луча изменяется в соответствии с изменением сигнала, яркость свечения каждой строки будет изменяться. Ввиду большой скорости перемещения луча по строкам и определенной инерционности зрения человек наблюдает на экране цельное оптическое изображение.

Устройства, обеспечивающие преобразование радиочастотных сигналов в электрические сигналы звуковых частот и видеосигналы, а также громкоговоритель и кинескоп конструктивно объединены в один аппарат, называемый телевизором.

Системы телеграфной связи предназначены для двухсторонней передачи дискретных сообщений (телеграмм). Они состоят из двух подсистем. При этом на каждом конце системы необходимо иметь передатчик и приемник. Эти два устройства обычно конструктивно объединяются и образуют устройство, называющееся оконечным телеграфным аппаратом. Следовательно, телеграфная связь реализуется системой, состоящей из двух оконечных телеграфных аппаратов, соединенных каналом связи.

В системах передачи дискретных сообщений используется кодовый метод преобразования сообщения в сигнал и обратно. Смысл этого метода заключается в том, что знаки сообщения при передаче заменяются кодовыми комбинациями, составляемыми из определенных элементов. При этом каждому знаку сообщения соответствует своя комбинация. Совокупность всех используемых комбинаций составляет телеграфный код. Старейшим и наиболее известным является код Морзе, комбинации которого составляются из двух различных элементов -- "точка" и "тире".

При использовании кодов передача сообщений сводится к передаче двух различных элементов кодовых комбинаций. Процесс преобразования знаков сообщения в сигнал начинается с кодирования, в результате которого знаки заменяются кодовыми комбинациями. Затем элементы комбинации последовательно преобразуются в элементы сигнала, то есть в импульсы тока. Эти функции выполняются специальными устройствами передающей части оконечного телеграфного аппарата.

Приемник системы телеграфной связи выполняет обратное преобразование сигнала в сообщение в следующей последовательности. Вначале элементы сигнала поочередно принимаются, преобразуются в элементы кодовой комбинации и запоминаются. Затем определяется знак, соответствующий принятой кодовой комбинации, то есть выполняется операция, обратная кодированию, называемая декодированием. Процесс приема заканчивается записью знака на бумаге. Все перечисленные операции выполняются специальными устройствами приемной части оконечных телеграфных аппаратов.

Системы передачи данных не имеют принципиальных отличий от систем телеграфной связи. В них также используют условный (кодовый) метод преобразования сообщений в сигнал и обратно, и поэтому процесс передачи сообщений и устройства передатчика и приемника не отличаются от соответствующих элементов системы телеграфной связи.

Как отмечалось выше, системы передачи данных способны передавать дискретные сообщения значительно быстрее и точнее, то есть обеспечивать более высокую скорость и качество передачи сообщений. Они гарантируют заданную верность передачи при любой практически необходимой скорости передачи сообщений. Это достигается благодаря использованию дополнительных устройств повышения качества передачи сообщений, которые конструктивно объединяются с передатчиками и приемниками систем передачи данных, образуют приемопередающие устройства, называемые аппаратурой передачи данных.

Одна её часть, выполняющая различные преобразования сигналов при передаче, размещается на передающем, а вторая, обеспечивающая прием, корректировку и другие преобразования сигналов и кодовых комбинаций, размещается на приемном конце системы передачи данных.

Устройства повышения качества передачи позволяют обнаруживать или даже исправлять ошибки в сообщениях, появляющиеся в процессе передачи. Системы передачи данных используют двухсторонний канал, обратный канал используется для борьбы с ошибками.

Типичная функциональная схема организации цифрового канала электросвязи изображена на рис. 2.10. Цифровой канал имеет зеркальное функционирование передающего и приёмного плеч.

Понятие и виды электросвязь

1. Современные виды электросвязи

Все виды электросвязи можно условно разделить на четыре группы передачи:

· звуковых сообщений

· неподвижных оптических сообщений;

· подвижных оптических изображений;

· сообщений между ЭВМ.

· передачи сообщений, только при развитии IP - телефонии.

Телеграфная связь и передача данных служат для передачи дискретных сообщений в виде текстов (телеграмм) и цифровых данных соответственно. Причем передача данных обеспечивает более скоростную и качественную передачу сообщений.

Факсимильная связь и ее разновидность (передача газетных полос) обеспечивают передачу оптических сообщений в виде неподвижных изображений (в том числе и цветных).

Телефонная связь и системы звукового вещания предназначены для передачи звуковых сообщений. Телефонная связь обеспечивает ведение переговоров между людьми (абонентами), а звуковое вещание -- одностороннюю и высококачественную передачу звуковых сообщений (радиопрограмм), предназначенных одновременно для многих слушателей.

Телевизионное вещание и видеотелефонная связь обеспечивают одновременную передачу оптических и звуковых сообщений. При этом телевидение обеспечивает одностороннюю передачу массовых сообщений, а видеотелефонная связь -- двустороннюю передачу индивидуальных сообщений, позволяя вести переговоры, при которых собеседники видят друг друга. Этот вид электросвязи получил широкое распространение, из-за относительно высокой стоимости Каждый вид электросвязи реализуется с помощью определенной системы, обеспечивающей передачу на расстояние конкретных сообщений. Поэтому в электросвязи существуют системы: телефонной, телеграфной, факсимильной, видеотелефонной связи, передачи газет, передачи данных, а также звукового и телевизионного вещания. Состав и схемы этих систем определяются характером и видом передаваемых сообщений.

Телефонные, телеграфные, видеотелефонные системы и системы передачи данных обеспечивают одновременную двухстороннюю передачу сообщений между абонентами, то есть позволяют вести переговоры. Для этого каждый абонент должен иметь как передатчик, так и приемник, связанные между собой двумя каналами связи, один из которых обеспечивает передачу сигналов в одном направлении, а другой в другом (обратном) направлении.

Системы звукового и телевизионного вещания, а также передачи газет обеспечивают одностороннюю передачу сообщений, предназначенных одновременно для большого числа абонентов. Каждый слушатель или группа слушателей, находящиеся у одного приемника, пользуется "своей" системой связи, состоящей из передатчика, канала связи и приемника. При этом передатчик является общим элементом одновременно для многих систем. Общее число систем соответствует числу приемников.

История развития пожарной автоматики

На смену морально и технически устаревшим пожарным извещателям АТИМ, АТП, ДТЛ, ДИ-1, КИ-1, РИД-1, ИДФ-1, ИДФ-1М, ПОСТ-1 и приемно-контрольного оборудования СКПУ-1, СДПУ-1, ППКУ-1М, ТОЛЮ/100...

Многоканальная система передачи информации

Необходимо отметить, что для рассматриваемой СПДИ выполняются необходимые условия функционирования многоканальной системы электросвязи, а именно и. Целесообразно запас рассматриваемого канала связи по пропускной способности Ск>Iс =1...

Модернизация телефонной сети в сельской местности Республики Казахстан

Модернизируемая сельская сеть предполагает: использование цифровых АТС большей, чем в настоящее время, емкости в сочетании с необслуживаемыми абонентскими выносами. Современные сети строятся с использованием удаленных концентраторов...

Основы инфокоммуникационных технологий

Электросвязь -- передача информации с помощью электрических сигналов по проводам, волоконно-оптическому кабелю или радиоволн. Принцип электросвязи основан на преобразовании сигналов сообщения (звук...

Понятие и виды электросвязь

Системы для передачи непрерывных сообщений. Системы телефонной связи предназначены для передачи на расстояние звуковых (акустических) сообщений, создаваемых голосовыми связками и воспринимаемых органом слуха (ухом) человека...

Понятие и виды электросвязь

Витая пара является самой дешёвой и распространённой средой передачи данных. Она состоит из двух изолированных медных проводов, свитых друг с другом. Витая пара широко используется внутри зданий для объединения компьютеров в локальные сети...

Понятие и виды электросвязь

Классификация решений профессиональной мобильной радиосвязи (ПМР) определяется различием потребностей заказчиков, а также их отраслевой спецификой. Как и вся коммуникационная инфраструктура предприятия...

Разработка компонентов инфраструктуры сервисного обслуживания встроенной памяти гибкой автоматизированной системы на кристалле

В настоящее время значительная часть подобных конфигурируемых проектов разрабатывается в виде печатной платы как комбинация микросхем программируемой и жесткой логики, аналоговых блоков, микроконтроллеров...

Расчет экономической эффективности внедрения новых служб

Современные лазерные гироскопы

Современный лазерный гироскоп представляет собой сложную оптико-электронную систему, основным элементом которой является КОКГ. Конструкция лазерного гироскопа выполняется в виде монолитного блока из высококачественного кварца или ситалла...

Стандартизация оборудования в области радиосвязи

Организацией, обеспечивающей стандартизацию оборудования связи в глобальном масштабе при ООН, является Международный союз электросвязи (МСЭ)...

Эксплуатация трассовых радиолокаторов и радиолокационных комплексов

Основу теории и техники электросвязи составляет передача на расстояние различного рода сообщений (информации). Под информацией понимают совокупность сведений о каких-либо предметах, событиях, процессах чьей-либо деятельности и т.д. Форма представления информации называется сообщением . Это может быть речь или музыка, рукописный или машинописный текст, чертежи, рисунки, телевизионное изображение.

Для передачи по каналам связи каждое сообщение преобразуется в электрический сигнал. Сигнал – физический процесс, отображающий передаваемое сообщение (физический носитель сообщения). Физическая величина изменением, которой обеспечивается отображение сообщений, называется информационным или представляющим параметром сигнала.

Перенос сообщений из одной точки пространства в другую осуществляет система электросвязи. Система электросвязи (телекоммуникационная система) – комплекс технических средств, обеспечивающий передачу сообщений от источника к получателю на расстояние (рисунок 1.1).

Система электросвязи в целом решает две задачи:

1) доставка сообщений – функции системы электросвязи;

2) формирование и распознавание сообщений – функции оконечного оборудования.

Трактом передачи называют совокупность приборов и линий, обеспечивающих передачу сообщений между пользователями.

Канал передачи (связи) – часть тракта передачи между двумя любыми точками. В канал передачи не входят оконечные устройства.

Рисунок 1.1 – Структурная схема системы электросвязи (телекоммуникационной системы)

Принцип передачи сигналов электросвязи показан на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 – Принцип передачи сигналов электросвязи

На входе и на выходе тракта передачи сообщений включаются оконечные устройства, обеспечивающие преобразование сообщений в электрические сигналы и обратное преобразование. Данные устройства называются первичными преобразователями и сформированные ими сигналы также называются первичными . Например, при передаче речи первичным преобразователем является микрофон, при передаче изображения – электронно-лучевая трубка, при передаче телеграммы – передающая часть телеграфного аппарата.

Источник сообщения формирует сообщение a (t ) , которое преобразуется в электрический сигнал s (t ) . В системе электросвязи происходят вторичные преобразования сигналов и они транспортируются в форме, отличной от первоначальной.

Сеть электросвязи (телекоммуникационная сеть) - совокупность линий (каналов) связи коммутационных станций, оконечных устройств, на определенной территории, обеспечивающая передачу и распределение сообщений (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 – Обобщенная структурная схема сети электросвязи (телекоммуникационной сети)

На входе и на выходе сети связи включаются оконечные устройства, обеспечивающие преобразование сообщений в электрические сигналы и обратное преобразование. Оконечные устройства соединяются с коммутационной станцией абонентскими линиями. Коммутационные станции между собой связаны соединительными линиями. Коммутационные станции осуществляют соединение входящих линий с исходящими линиями по соответствующему адресу.

В общем виде, сообщение, передаваемое от источника к получателю состоит из двух частей: адресной и информационной. По содержимому адресной части коммутационная станция определяет направление связи и осуществляет выбор конкретного получателя сообщения. Информационная часть содержит само сообщение.

Совокупность процедур и процессов, в результате выполнения которых обеспечивается передача сообщений, называется сеансом связи , а набор правил в соответствии, с которыми организуется сеанс связи, называется протоколом .

«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.