Общие сведения об электрической связи

Процесс передачи информации на расстояние при помощи технических средств посредством электрических сигналов называют электрической связью. Лиц, участвующих в этом процессе, принято называть абонентами [1].

Принято считать, что информация передается от человека (к человеку) в виде сообщений, а сообщение – это форма представления информации. Примеры сообщений: буквенный текст, цифровой текст, речь, звуковые сообщения и т. д. В любом сообщении существует информационный параметр, изменение которого изменяет смысл информации, содержавшейся в сообщении.

В электрической связи для передачи информации человек в основном используют речевые, текстовые сообщения, а также сообщения в виде изображений.

В теории связи количественная оценка информации основывается на концепции выбора наиболее важного сообщения из всей совокупности возможных сообщений. Чем менее вероятен выбор данного сообщения, тем большее количество информации в нем содержится. Численно количество информации (I_А) определяется как логарифмическая вероятность появления сообщения (Р_А) из всей совокупности возможных сообщений: I_А = - log₂Р_А или I_А = n·log₂m, где n - количество элементов в сообщении; m - общее количество возможных символов.

В случае передачи информации с помощью технических средств связи в качестве носителя используется сигнал. Сигнал – это физический процесс, несущий информацию о состоянии (изменении) свойств какого-либо объекта наблюдения.

Сигналы, по физической природе носителя информации, бывают: электрические; электромагнитные; оптические; акустические и др.

По способу задания сигнала различают: регулярные (детерминированные), заданные аналитической функцией; нерегулярные (случайные), принимающие произвольные значения в любой момент времени. Для описания таких сигналов используется аппарат теории вероятностей.

В зависимости от функции, описывающей параметры сигнала, выделяют аналоговые, дискретные, квантованные и цифровые сигналы: непрерывные (аналоговые), описываемые непрерывной функцией; дискретные, описываемые функцией отсчётов, взятых в определённые моменты времени; квантованные по уровню; дискретные сигналы, квантованные по уровню (цифровые) (рис. 1.1).

а	б
в	г

Рис. 1.1. Сигналы: а) аналоговый; б) дискретный; в) квантованный; г) цифровой.

Сигнал

Управляющий

Радиосигнал

ТЛФ ТЛГ TV Импульсный

В технике связи различают два вида сигналов - управляющие (модулирующие) и радиосигналы (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Два вида сигналов

Виды управляющих сигналов (рис. 1.3):

а) телефонный управляющий сигнал (ТЛФ).Получается в результате преобразования звукового давления в электрический сигнал при помощи микрофона;

б) телеграфный управляющий сигнал (ТЛГ).Выражается последовательностью прямоугольных импульсов определённой длительности, разделённых паузами;

а

б

в

г

Рис. 1.3. Виды управляющих сигналов:

а - телефонные; б - телеграфные; в - телевизионные; г - импульсные.

в) телевизионный управляющий сигнал (TV). Представляет собой импульсы тока или напряжения, величина которой зависит от освещённости передаваемого элемента изображения. Преобразование света в электрический сигнал осуществляется при помощи электронно-лучевых приборов;

г) импульсный управляющий сигнал. Представляет собой последовательность импульсов характеризующихся длительностью I и паузами повторений под действием управляющего сигнала. Используют в телесигнализации и радиосвязи. Получают при помощи генераторов.

Радиосигналы формируются в модуляторе при воздействии управляющих сигналов звуковой частоты на радиочастотные (несущие) колебания.

Радиостанции ГПС работают в диапазоне УКВ (ультракоротких волн) на частотах: Р₁ = 33-46 МГц; Р₂= 140-174 МГц.

Особенностью передачи телеграфных, факсимильных сообщений и информации в виде данных является то, что они (сообщения) фиксируются в месте приема на каком-либо физическом носителе (например, бумага в телеграфии и факсимильной связи, магнитный диск при передаче данных). В таком случае говорят о документальной связи [1].

В ряде случаев выдача сообщений получателю в пункте приема может осуществляться с помощью механических колебаний увеличенной амплитуды (акустическая или громкоговорящая связь). Громкоговорящая связь есть разновидность телефонной связи, но обладает рядом специфических особенностей.

Связь может быть фиксированной или подвижной (мобильной). Подвижной связью называют процесс передачи информации, при котором хотя бы один из абонентов может находиться при этом в движении. Фиксированную связь реализуют системы, оконечные элементы которых размещены стационарно, т.е. на определенном территориальном участке. Под фиксированной и подвижной связью подразумевают, чаще всего, проводную и радиосвязь соответственно, хотя это не всегда достоверно.

Кроме того, электрическая связь может быть односторонней или двухсторонней. При односторонней связи в пункте А производится только передача сообщений, а в пункте Б (или нескольких пунктах) только их приём (телевидение, радиовещание, пейджинговая связь и др.). При двухсторонней связи и передача, и приём осуществляются в любом из пунктов (телефонная связь и др.) и при этом (для передачи и для приема) используется один и тот же комплекс технических средств.

В свою очередь двухсторонняя связь может быть симплексной (рис. 1.4) и дуплексной (рис. 1.5). При дуплексной связи одновременно работают и передатчик и приемник. При симплексной связи работа передатчика и приемника осуществляется поочередно, а переключение режимов работы производит абонент. Для этого симплексные средства связи дополнительно оборудуются специальными органами управления (кнопка, тангента и т.д.).

По своей физической природе сигнал может быть механическим [1] (например, деформация, изменение давления), тепловым (изменение температуры), электрическим (изменение силы тока, напряжения), электромагнитным (радиоволны, световые излучения), звуковым (акустические колебания) и др. В электросвязи носителем информации, чаще всего, служит электрический сигнал, т.к. большинство функциональных узлов существующей аппаратуры связи предназначено для обработки электрического сигнала. Но следует заметить, что при передаче информации электрический сигнал может формироваться из других видов сигналов, а также может преобразовываться в иные виды сигналов на каком-либо этапе. Так, например, в системах пожарной сигнализации первичная информация может быть выражена тепловым сигналом, передача информации о возгорании осуществляется электрическим сигналом, а для обеспечения сигнализации в пункте приема информации формируются акустические сигналы и/или сигналы оптического диапазона.

Рис. 1.4. Структурная схема симплексной связи

Рис. 1.5. Структурная схема дуплексной связи

Электрический сигнал, используемый в радиотехнике, может быть представлен двумя различными формами (рис. 1.6). Дискретный сигнал – форма электрического сигнала, значение напряжения которого изменяется скачкообразно. Дискретный сигнал задается конечным значением уровня в определенный момент времени и определяется длительностью в фиксированные моменты времени. Аналоговый сигнал непрерывен и относительно плавно меняется во времени и имеет различные значения уровня на заданном отрезке времени.

Исторически сложилось, что использование аналоговых сигналов до недавнего времени значительно преобладало при реализации процессов преобразования и обработки информации. Большинство радиотехнических устройств электрической связи (телефония, радиосвязь, телевидение и т.д.) работало именно с этой формой сигнала. С развитием микроэлектроники, основанной на полупроводниковой технологии, дискретный сигнал стал использоваться сначала для реализации новых технологий связи, а затем и в классических аналоговых системах связи (телефония, радиосвязь и др.). Системы, использующие при передаче информации обработку сигнала в дискретной форме, именуют цифровыми, т.к. сигнал в этом случае принимает дискретные значения, которые можно выразить каким-либо числовым рядом, например: «0» – минимальное значение, а «1» – максимальное значение.

Рис. 1.6. Формы электрических сигналов

Сигнал, рассматриваемый как явление во времени, имеет начало и конец. Следовательно, одной из единиц измерения сигнала является его длительность (Т_с), которая непосредственно связана с количеством передаваемой информации.

Любой сигнал передается в определенной полосе частот, где сосредоточена его основная энергия. Эту полосу частот именуют спектром сигнала (F_c).

Важной характеристикой сигнала является его средняя мощность, характеризующая силу сигнала. В качестве мощностной характеристики сигнала часто используют понятие динамического диапазона (D_с) – логарифмическое отношение максимальной мощности сигнала (P_max) к минимальной (P_min) [1]:

D_c = 10 lg (P_max / P_min).

Совокупность названных параметров сигнала позволяет ввести понятие объема сигнала (V_c):

V_c = T_c · F_c · D_c

Данные характеристики наряду с некоторыми другими (у каждого вида связи наряду с общими имеются свои существенные характеристики сигналов) учитываются при проектировании и построении систем передачи информации.

Классификация видов электрической связи может производиться по нескольким признакам (рис. 1.7).

способ тип место применения возможность передачи сообщения технических средств обмена сообщениями Проводная Телефонная Фиксированная Односторонняя Беспроводная Телеграфная Подвижная Двусторонняя Телевизионная Факсимильная Передача данных Симплексная Дуплексная Сигнальная

Рис. 1.7. Классификация видов электрической связи

В зависимости от способа передачи информации между пунктами передачи и приема различают проводную и беспроводную связь. В проводной связи передающее и приемное устройство физически соединены проводниками (кабелями), по которым и передаются сигналы. В беспроводной связи непосредственного соединения передающей и приемной аппаратуры нет. Переносчиком сигнала между пунктами передачи и приема в этом случае являются электромагнитные волны. До недавнего времени в системах электрической беспроводной связи использовались лишь радиоволны, поэтому этот вид связи часто именуют радиосвязью.

Некоторые современные технологии в качестве носителя информации используют световой луч. Такой вид связи, в котором осуществляется передача светового луча, несущего информацию, получил название оптической связи, осуществляемой посредством электромагнитных волн оптического диапазона (10¹³-10¹⁶ Гц), передаваемых с помощью как проводных, так и беспроводных систем оптической связи.

Следует отметить, что отличительной особенностью видов связи данной категории является то, что системы проводной и беспроводной электрической связи очень часто и относительно просто сочетаются (комбинируются) между собой. Так в современных условиях для создания целостной среды передачи информации системы радиосвязи интегрируются с системами проводной связи, например, сеть сотовой связи (радиосвязь) сопряжена с телефонной сетью, которая является проводной системой.