Система электросвязи

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 до слушателей 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, как это изображено на рисунке 2.7. Радиоканал содержит телевизионный радиопе­редатчик (РПер), передающую антенну, среду распространения радиоволн, приемную антенну и телевизионный радиоприемник (РПр).

Рис. 2.7. Структурная схема системы телевизионного вещания

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 воздействием падающего на них по­тока электронов. Такие вещества называются люминофорами. Яркость их свечения пропорциональна интенсивности падающего потока.

Упрощенная схема, поясняющая устройство приемной теле­визионной трубки (кинескопа), приведена на рисунке 2.8.

ОС– отклоняющая система;

Рис. 2.8. Приемная телевизионная трубка (кинескоп)

Слой люми­нофора нанесен на внутреннюю поверхность широкой части стек­лянного баллона. Электронный луч создается прожектором, фор­мируется и ускоряется специальными электродами (на рисунке не показаны). 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, как было показано на рисунке 2.6. 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.

Итак, 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.

На рисунке 2.9 приведена схема системы передачи данных для передачи сообщений в одном направлении (слева направо).

Сообщение

Приёмник

Передатчик

Сообщение

Рис. 2.9. Схема передачи данных в одном направлении

Современные сети и системы связи в основном передают не аналоговые сигналы, а цифровые.

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

При этом на передающем плече реализуются такие преобразования информационного сигнала, как:

· Кодирование;

· Уплотнение;

· Модуляция.

Кодирование. Преобразование цифрового сигнала с целью обеспечения наиболее оптимального режима его передачи с соблюдением качественных и количественных характеристик.

Уплотнение. Обеспечение возможности передачи информации от наибольшего количества источников без потери требуемых характеристик передаваемых сигналов.

Модуляция. Процесс преобразования цифровых сигналов в сигналы, совместимые с характеристиками каналов. То есть, это преобразование сигнала в формы которая требует минимальных затрат для его передачи (антенно-фидерного тракта, мощности передающей аппаратуры и др.).

На приёмном плечеосуществляются операции обратные (дуальные) произведённым операциям на передающем плече, а именно:

· Демодуляция;

· Разуплотнение;

· Декодирование.

Организация системы электросвязи включает в себя как приёмо-передающий тракт канала связи, сам физический канал связи и оконечные приёмо-передающие устройства.

Среда передачи

В коммуникационных системах средой передачи называют путь, по которому сигнал распределяется от передатчика к приёмнику.

Линии связи обеспечивают прохождение сигналов в нужном направлении и на необходимое расстояние. Современные линии связи являются дорогостоящие сооружения. На их долю приходится до 70-80% от стоимости сетей электросвязи.

В зависимости от среды, по которой передаются сигналы, все существующие типы линий связи принято делить на две группы — проводные и беспроводные (радиолинии).

К проводным относятся все типы линий, в которых сигналы распространяются вдоль специальной, искусственно создаваемой и непрерывной направляющей среды. Специалисты часто называют все проводные линии по названию наиболее часто употребляемого для их изготовления материала – «медь» По сложившейся терминологии такие проводные линии называются воздушными линиями связи. Проводные линии, образованные проводами, имеющими изоляционные покрытия и помещенные в специальные защитные оболочки, называются кабельными линиями связи, или кабелями связи.

К проводным линиям относятся также, использующие в качестве среды распространения сигналов диэлектрические материалы, в частности тонкие стеклянные волокна. Такие линии получили назва­ние волоконно-оптических линий связи (ВОЛС).

Термин радиолинияраспространяется на все типы линий, в которых сиг­налы электросвязи, преобразованные в радиосигналы, передаются в открытом пространстве в виде радиоволн.

При использовании систем передачи данных важнейшими параметрами являются скорость передачи данных и расстояние, на которое осуществляется передача. Чем больше скорость передачи данных и расстояние передачи, тем лучше канал связи. Имеется ряд факторов, определяющих скорость и расстояние передачи данных.

Полоса частот. При прочих равных условиях, чем больше полоса частот, тем выше максимально допустимая скорость передачи данных.

Искажения сигнала. Наиболее распространённым искажением является затухание передающегося сигнала, которое ограничивает расстояние его передачи.

Помеха. Вызываются сигналами в перекрывающихся частотных диапазонах и могут исказить или уничтожить передаваемый сигнал. Снизить уровень помех можно специальными методами, например, правильное экранирование жил кабеля связи.

Число приёмных устройств. Возможна линия связи как между двух точек, так и коллективный канал с множеством подключённых устройств. Каждое дополнительное устройство вызывает дополнительное затухание и искажение, что ограничивает расстояние и скорость передачи данных.

На рисунке 2.11 приведён спектр электромагнитных сигналов и приведены рабочие частоты различных средств кабельной и беспроводной связи.

Проводные линии электросвязи. В таблице 2.3 собраны параметры наиболее распространённых проводных линий электросвязи, предназначенных для передачи данных на большие расстояния.

Витая пара является самой дешёвой и распространённой средой передачи данных. Она состоит из 2 изолированных медных проводов, свитых друг с другом.

1013

1012

1011

1010

109

108

107

106

105

104

103

102

VHF

EHF

SHF

UHF

HF

MF

LF

ELF

VF

VLF

Инфракрасные волны Лазеры Системы управления Дальномеры

Радиосигналы Радио и телевидение Электронные трубки Интегральные схемы Сотовая телефония

Сети питания и телефонные сети Вращающиеся генераторы Музыкальные инструменты Голосовые микрофоны

Видимый свет

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

105

106

1015

1014

Частота (Гц)

		Оптоволокно
		10-6