електрозв'язок

Електросвіт я зь, зв'язок , При якій передача інформації будь-якого виду (мовної, буквено-цифровий, зорової і т. Д.) Здійснюється електричними сигналами, що поширюються по дротах, або радіосигналами. У відповідності зі способами передачі (перенесення) сигналів розрізняють проводове мовлення і радіозв'язок ; в різних системах Е. першу часто використовують у поєднанні з різновидами другої (наприклад, з радіорелейного зв'язку , Супутниковим зв'язком). За класифікацією, прийнятою Міжнародним союзом електрозв'язку, до Е. відносять, крім того, передачу інформації за допомогою оптичних (див. оптична зв'язок ) Або інших електромагнітних систем зв'язку. За характером переданих повідомлень Е. підрозділяється на наступні основні види: телефонний зв'язок , Що забезпечує ведення телефонних переговорів між людьми; телеграфний зв'язок , Призначена для передачі буквено-цифрових повідомлень - телеграм; факсимільний зв'язок , При якій передається графічна інформація - нерухомі зображення тексту або таблиць, креслень, схем, графіків, фотографій і т. П .; передача даних (Телекодової зв'язок), метою якої є передача інформації, представленої в формалізованому вигляді (знаками або безперервними функціями), для обробки цієї інформації ЕОМ або вже обробленої ними; відеотелефонний зв'язок (див. відеотелефон ), Що служить для одночасної передачі мовної і зорової інформації. За допомогою технічних засобів Е. здійснюються також проводове мовлення , радіомовлення (Звукове мовлення) і телевізійне мовлення (див. телебачення ).

Для встановлення Е. між відправником (джерелом повідомлень) і одержувачем (приймачем повідомлень) служать: кінцеві апарати - передавальний і приймальний; канал зв'язку , Утворений за допомогою однієї або декількох включених послідовно систем передачі; крім того, внаслідок наявності великої кількості кінцевих передавальних і приймальних апаратів і необхідності їх всіляких попарних з'єднань для організації безперервного (наскрізного) каналу між ними, використовується система комутаційних пристроїв, що складається з однієї або декількох комутаційних станцій і вузлів.

Прикінцеві апарати. Крайовий передавальний апарат служить для перетворення сигналу вихідної форми (звуків мови; знаків тексту телеграм; знаків, записаних в закодованому вигляді на перфоленте або будь-якому іншому носії інформації ; зображень об'єктів і т. д.) в електричний сигнал. В телефонного зв'язку і радіомовлення для електроакустичних перетворень застосовують мікрофон . У телеграфного зв'язку кодові комбінації знаків тексту телеграм перетворять в серії електричних імпульсів; таке перетворення здійснюється або безпосередньо (при використанні Стартостопні телеграфного апарату ), Або з попереднім записом знаків на перфоленту (при використанні трансмітера ). У факсимільного зв'язку перетворення світлового потоку змінної яскравості, відбитого від оригіналу, в електричні імпульси виробляється факсимільним апаратом . Інформацію про розподіл світлотіней будь-якого об'єкта телевізійної передачі перетворять в відеосигнал за допомогою телевізійної передавальної камери (Телекамери).

Крайовий приймальний апарат служить для приведення прийнятих електричних сигналів до форми, зручної для їх сприйняття приймачем повідомлень. При Е. багатьох видів кінцеві апарати містять як передають, так і приймальні пристрої. В першу чергу це відноситься до такої Е., яка забезпечує двосторонній (зазвичай дуплексний; см. дуплексний зв'язок ) обмін повідомленнями. так, телефонний апарат , Як правило, містить мікрофон і телефон , Об'єднані в одному конструктивному вузлі - мікротелефонної трубці. У радіомовлення і телевізійному мовленні передавальні і приймальні кінцеві апарати розділені, причому сигнали від одного передавального пристрою приймаються відразу багатьма кінцевими апаратами - радіоприймачами і телевізорами .

Канал зв'язку; багатоканальні системи передачі. Канал зв'язку (канал електрозв'язку) - технічні пристрої і фізичне середовище, в яких електричні сигнали поширюються від передавача до приймача. Технічні пристрої ( модулятори , Демодулятори, підсилювачі електричних коливань , кодують пристрої , дешифратори і т. д.) розміщують в кінцевих і проміжних пунктах ліній зв'язку (кабельних, радіорелейних і т. д.). Система передачі інформації - каналообразующая апаратура та інші пристрої, що забезпечують в сукупності утворення безлічі каналів зв'язку в одній лінії зв'язку (Див. також Лінії зв'язку ущільнення ).

Використовувані в Е. канали зв'язку поділяються на аналогові і дискретні. Аналогові канали служать для передачі безперервних електричних сигналів (приклади таких сигналів: напруги і струми, що виходять при електроакустичних перетвореннях звуків мови, музики, при розгортці зображень). Можливість передачі через даний канал зв'язку безперервних сигналів від того чи іншого джерела обумовлена ​​перш за все такими характеристиками каналу, як смуга пропуску частот і допустима максимальна потужність переданих сигналів. Крім того, оскільки будь-який канал схильний різного роду перешкод (див. перешкоди в дротового зв'язку, перешкоди радіоприйому , перешкодостійкість ), То він характеризується також мінімальною потужністю електричного сигналу, яка повинна в заданий число раз перевищувати потужність перешкод. Відношення максимальної потужності сигналів, що пропускаються каналом, до мінімальної називається динамічним діапазоном каналу зв'язку.

Дискретні канали служать для передачі імпульсних сигналів. Такі канали зазвичай характеризуються швидкістю передачі інформації (вимірюваної в біт / сек) і вірністю передачі. Дискретні канали можуть бути також використані для передачі аналогових сигналів і, навпаки, аналогові канали - для передачі імпульсних сигналів. Для цього сигнали перетворюються; аналогові в імпульсні за допомогою аналого-дискретних (цифрових) перетворювачів, а імпульсні в аналогові за допомогою дискретно (цифро) -аналоговий перетворювачів. На рис. 1 показані можливі способи поєднання джерел аналогових і дискретних сигналів з аналоговими і дискретними каналами зв'язку.

Використовувані в Е. системи передачі зазвичай забезпечують одночасну і незалежну передачу повідомлень від багатьох джерел до такого ж числа приймачів. У таких системах багатоканального зв'язку загальна лінія зв'язку ущільнюється декількома десятками - декількома тисячами індивідуальних каналів. Найбільшого поширення (1978) отримали багатоканальні системи з частотним поділом аналогових каналів. При побудові таких систем передачі кожному каналу зв'язку відводиться певна ділянка області частот в смузі пропускання лінійного тракту передачі, загального для всіх переданих повідомлень. для перенесення спектра сигналу в ділянку, відведений йому в смузі частот групового тракту (частотного перетворення сигналу), використовують амплітудну або частотну модуляцію (Див. також модуляція коливань ) Груп «несучих» синусоїдальних струмів. При амплітудної модуляції (АМ) відповідно до переданим повідомленням змінюється амплітуда гармонійних коливань струму несучої частоти . В результаті на виході модулюючого пристрою (модулятора) створюються коливання, в спектрі яких крім складової несучої частоти (несучої) є дві бічні смуги. Оскільки кожна з бічних смуг містить повну інформацію про вихідний (модулирующем) сигналі, то в лінію зв'язку пропускають тільки одну з них, а іншу і несучу пригнічують за допомогою смугасто-пропускають електричних фільтрів чи інших пристроїв (див. односмугова модуляція , односмугова зв'язок ). При частотної модуляції (ЧМ) відповідно до переданим повідомленням змінюється несуча частота. Системи з ЧС мають більшу в порівнянні з системами з АМ помехоустойчивостью, проте ця перевага реалізується лише при досить великий девіації частоти , Для чого необхідна широка смуга частот. Тому, наприклад, в радіосистеми ЧС застосовують головним чином в діапазоні метрових (і більш коротких) хвиль, де на кожен індивідуальний канал доводиться смуга частот, в 10-15 разів більша, ніж в системах з АМ, що працюють на більш довгих хвилях. У радіорелейних лініях нерідко використовують поєднання АМ з ЧС; за допомогою АМ створюється певний проміжний спектр, який потім переводиться в лінійний діапазон частот за допомогою ЧС.

Для передачі повідомлень різного виду потрібні канали з певною шириною смуги пропускання. Характерна особливість сучасної системи передачі - можливість організації в одній і тій же системі каналів, які застосовуються для різних видів Е. При цьому в якості стандартного каналу використовується телефонний канал, званий каналом тональної частоти (ТЧ). Він займає смугу частот 300-3400 гц. Для спрощення фільтруючих пристроїв, які поділяють сусідні канали, канали ТЧ відділяються одна від одної захисними частотними інтервалами і займають (з урахуванням цих інтервалів) смугу 4 кГц. Крім передачі сигналів мови, канали ТЧ використовуються також в факсимільного зв'язку, низкоскоростной передачі даних (від 600 до 9600 біт / сек) і деяких інших видах Е. З огляду на велику питому вагу каналів ТЧ в мережах Е., їх приймають за основу при створенні як широкосмугових (> 4 кГц), так і вузькосмугових (<4 кГц) каналів. Наприклад, в радіомовленні застосовується канал зі смугою, втричі (іноді вчетверо) перевищує смугу каналу ТЧ; для високошвидкісної передачі даних між ЕОМ, передачі зображень газетних смуг і ін. вживаються канали, в 12, 60 і навіть 300 разів ширші; сигнали програм телевізійного мовлення передаються через канали зі смугою, в 1600 разів перевищує смугу каналу ТЧ (що становить приблизно 6 Мгц). На базі каналу ТЧ (за допомогою його т. Зв. Вторинного ущільнення) створюються канали для телеграфування з смугами пропускання 80, 160 або 320 гц, зі швидкостями передачі (відповідно) 50, 100 або 200 біт / сек. Лінії радіорелейного зв'язку дозволяють створити 300, 720, 1920 каналів ТЧ (в кожній парі високочастотних стовбурів); лінії зв'язку через ШСЗ - від 400 до 1000 і більше (в кожній парі стовбурів). Провідні лінії зв'язку, що використовуються в системах передачі з частотним поділом каналів, характеризуються наступним числом каналів ТЧ: симетричні кабелі 60 (в розрахунку на дві пари проводів); коаксіальні кабелі - 1920, 3600 або 10 800 (на кожну пару коаксіальних трубок). Можливе створення систем з ще більшою кількістю каналів.

З метою збільшення дальності зв'язку за допомогою зменшення впливу шумів (що накопичуються в міру проходження сигналу в лінії) в провідних системах передачі з частотним поділом каналів використовують підсилювачі, загальні для всіх сигналів, які передаються в кожному лінійному тракті, і включаються на певній відстані один від одного. Відстань між підсилювачами залежить від числа каналів: для потужних дротових систем (10 800 каналів) воно становить 1,5 км, для малопотужних (60 каналів) - 18 км. У системах радіорелейного зв'язку споруджують ретрансляційні станції в середньому на відстані 50 км одна від одної.

Поряд з системами передачі з частотним поділом каналів з 70-х рр. 20 в. почалося впровадження систем, в яких канали розділяються в часі на основі методів імпульсно-кодової модуляції (ІКМ), дельта-модуляції та ін. При ІКМ кожен з переданих аналогових сигналів перетвориться в послідовність імпульсів, що утворюють певні кодові групи (див. код , кодування ). Для цього в сигналі через задані проміжки часу (рівні половині періоду, відповідного максимальній частоті зміни сигналу) вирізаються вузькі імпульси (рис. 2, а). Число, що характеризує висоту кожного вирізаного імпульсу, передається 8-значним кодом за час, що не перевищує протяжність (ширину) імпульсу (рис. 2, б). У проміжках часу між передачею кодових груп даного повідомлення лінія вільна і може бути використана для передачі кодових груп інших повідомлень. На приймальному кінці лінії виробляється зворотне перетворення кодових комбінацій в послідовність імпульсів різної висоти (рис. 2, в), з яких з певним ступенем точності може бути відновлений вихідний аналоговий сигнал (рис. 2, г). При дельта-модуляції аналоговий сигнал спочатку перетвориться в ступінчасту функцію (рис. 3, а), причому кількість сходинок на період, відповідний максимальній частоті зміни сигналу, в різних системах складає 8-16. Передана в лінію послідовність імпульсів відображає хід ступінчастої функції в зміні знака похідної сигналу: зростаючі ділянки аналогової функції (що характеризуються позитивною похідною) відображаються позитивними імпульсами, що спадають ділянки (з негативною похідною) - негативними (рис. 3, б). У проміжках між цими імпульсами розташовуються імпульси, утворені від інших сигналів. При прийомі імпульси кожного сигналу виділяються і інтегруються, в результаті із заданою ступенем точності відновлюється вихідний аналоговий сигнал (рис. 3, в).

Канали ІКМ і дельта-модуляції (без кінцевих аналого-цифрових перетворюючих пристроїв) - дискретні і часто використовуються безпосередньо для передачі дискретних сигналів. Основною перевагою систем з тимчасовим поділом каналів є відсутність накопичення шумів в лінії; спотворення форми сигналів при їх проходженні усувається за допомогою регенераторів, що встановлюються на певній відстані один від одного (аналогічно підсилювачів в системах з частотним поділом). Однак в системах з тимчасовим поділом існує шум «квантування», що виникає при перетворенні аналогового сигналу в послідовність кодових чисел, що характеризують цей сигнал лише з точністю до одиниці. Шум «квантування», на відміну від звичайного шуму, не накопичується в міру проходження сигналу в лінії.

До середини. 70-х рр. розроблені системи з ІКМ на 30, 120 і 480 каналів; знаходяться в стадії розробки системи на кілька тис. каналів. Розвиток систем передачі з поділом каналів у часі стимулюється тим, що в них широко використовують елементи і вузли ЕОМ, і це в кінцевому рахунку призводить до здешевлення таких систем як в дротового зв'язку, так і радіозв'язку. Дуже перспективні імпульсні системи передачі на основі знаходяться в стадії розробки хвилеводних і световодних ліній зв'язку (число каналів ТЧ може досягати 105 в хвилеводної трубі діаметром приблизно 60 мм або в парі скляних световодних ниток діаметром 30-70 мкм).

Системи комутаційних пристроїв. Застосовувані в Е. системи комутаційних пристроїв бувають двох типів: вузли та станції комутації каналів (КК), що дозволяють при кінцевому числі каналів створювати тимчасове пряме з'єднання через канал зв'язку будь-якого джерела з будь-яким приймачем (після закінчення переговорів з'єднання розривається, а звільнився канал використовується для організації іншого з'єднання); вузли та станції комутації повідомлень (КС), що використовуються в Е. тих видів, в яких допустима затримка (накопичення) переданих повідомлень в часі. Затримка буває необхідна при неможливості їх негайної передачі абонента, якому через відсутність в даний момент вільного каналу або зайнятості спричиненої абонентської установки. Вузли та станції КК, що застосовуються в Е. найбільш масових видів - телефонного і телеграфного, - являють собою телефонні станції або телеграфні станції , А також телефонні або телеграфні вузли зв'язку , Що розміщуються в певних пунктах телефонної мережі або телеграфної мережі . Станції та вузли КК розрізняються залежно від виконуваних ними функцій і їх розташування в мережі. Наприклад, в телефонній мережі існують такі автоматичні телефонні станції (АТС), як сільські, міські, міжміські, а також різні комутаційні вузли: вузли автоматичної комутації, вузли вхідних і вихідних повідомлень і інші. Характерною особливістю вузлів є те, що вони пов'язують між собою різні АТС. Будь-яка сучасна станція або вузол КК містить комплекс керуючих пристроїв, побудованих на базі електромеханічних або електронних приладів, і комутаційних пристроїв, які під впливом сигналів управління здійснюють з'єднання або роз'єднання відповідних каналів (рис. 4). У найбільш поширених (1978) системах КК пристрої управління будуються на основі електромеханічного реле , А комутаційні пристрої - на основі багаторазових координатних з'єднувачів . Такі станції і вузли називаються координатними.

Системи КС Використовують в основном в телеграфного зв'язку и передачі Даних. Додатково до керуючих и коммутирующим прістроїв в системах КС є пристрої для Накопичення передані сігналів. В процесі проходження сігналів від передавача до приймач в системах КС здійснюються Такі технологічні операции з что накопічуються повідомленнями, як зміна порядку їх слідування до абонентів (з урахуванням можливий пріорітетів, т. Е Переважно права на передачу), прийом Повідомлень по каналу одного типу ( что характерізується однією швідкістю передачі), а передача - по каналу Іншого типу (з ін. швідкістю) и ряд Додатковий операцій відповідно до завдань алгоритмом роботи. У деяких випадках можуть створюватися комбіновані вузли КС і КК, що дозволяють забезпечити найбільш сприятливі режими передачі повідомлень і використання мереж Е.

Для розвитку сучасних комутаційних станцій і вузлів характерні тенденції використання в комутаційних пристроях швидкодіючих мініатюрних герметизованих контактів (наприклад, герконів ) Для реалізації з'єднань, а для управління процесами з'єднань - спеціалізованих ЕОМ. Комутаційні станції і вузли такого типу отримали назву квазіелектронних. Введення ЕОМ дозволяє надавати абонентам додаткові послуги: можливість застосування скороченого (з меншим кол-вом знаків) набору номерів найбільш часто викликаються абонентів; установку апаратів на «очікування», якщо номер абонента, що викликається зайнятий; перемикання з'єднання з одного апарату на інший і т. д. З впровадженням систем передачі з тимчасовим поділом каналів намічається можливість переходу до чисто електронним (без механічних контактів) станцій і вузлів комутації. У таких системах коммутируются безпосередньо дискретні канали (без перетворення дискретних сигналів в аналогові). В результаті відбувається об'єднання (інтеграція) процесів передачі і комутації, що служить передумовою до творення інтегральної мережі зв'язку, в якій повідомлення всіх видів передаються і комутуються єдиними методами. В СРСР Е. розвивається в рамках розробленої і планомірно впроваджуваної Єдиної автоматизованої мережі зв'язку (ЕЛСС). ЕАСС являє собою комплекс технічних засобів зв'язку, що взаємодіють за допомогою використання загальної - «первинної» - мережі каналів, на основі якої за допомогою комутаційних станцій і вузлів і кінцевих апаратів створюються різні «вторинні» мережі, що забезпечують організацію Е. всіх видів.

Літ .: Чистяков Н. І., Хлитчіев С. М., Малочінскій О. М., Радіозв'язок і мовлення, 2 вид., М., 1968; Багатоканальний зв'язок, під ред. І. А. Амністія, М., 1971; Автоматична комутація і телефонія, під ред. Г. Б. Метельського, ч. 1-2, М., 1968-69; Ємельянов Г. А., Шварцман В. О., Передача дискретної інформації і основи телеграфії, М., 1973; Румпф К. Г., Барабани, телефон, транзистори, пров. з нім., М., 1974; Лівшиць Б. С., Мамонтова Н. П., Розвиток систем автоматичної комутації каналів, М., 1976: Давидов Г. Б., Рогінекій В. Н., Толчан А. Я., Мережі електрозв'язку, М., 1977; Давидов Г. Б., Електрозв'язок і науково-технічний прогрес, М., 1978.

Г. Б. Давидов.

Мал. 1. Структурна схема одного з можливих способів поєднання аналогового і дискретного методів передачі електричних сигналів: АОА - крайовий апарат аналогового типу; ДОА - крайовий апарат дискретного типу; АДП - аналого-дискретний (цифровий) перетворювач; ДАП - дискретно (цифро) -аналоговий перетворювач: пунктирними лініями показаний шлях дискретних сигналів, суцільними - аналогових сигналів.

Мал. 3. Осцилограми, що пояснюють принцип дельта-модуляції: а - передається аналоговий сигнал (плавна лінія) і результат його квантування за рівнем (ступінчаста лінія); б - послідовність імпульсів, що відображає хід ступінчастої функції; в - відновлений сигнал (пунктирними лініями вказані межі розкиду його миттєвих значень, обумовленого шумами квантування).

Мал. 2. Осцилограми, що пояснюють принцип імпульсно-кодової модуляції: а - передається аналоговий сигнал, який перетвориться в послідовність імпульсних сигналів (показані штрихуванням); б - кодові сигнали, що несуть інформацію про величину імпульсних сигналів (показаних пунктиром); в - імпульси, відновлені з кодових сигналів на приймальному кінці; г - відновлений вихідний аналоговий сигнал (пунктирними лініями вказані межі розкиду його миттєвих значень, обумовленого шумами «квантування»); t - час.

Мал. 4. Структурна схема комутаційної станції (вузла): ЛК - лінійні комплекти для сполучення каналів і пристроїв управління; M1, М2, ... Мn, N1, N2, ... Nn - канали або абонентські лінії; СК станційні комплекти для забезпечення функціонування кінцевих апаратів (харчування мікрофонів, посилка адресної інформації і ін.): ШК - шнурові комплекти.