Конспект лекций кемерово 2008




Скачать 3.64 Mb.
страница 1/22
Дата 07.10.2016
Размер 3.64 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   22


негосударственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Кузбасский ИНСТИТУТ экономики и права»


Технические средства связи, системы и сети
конспект лекций

КЕМЕРОВО 2008
Технические средства связи, системы и сети : конспект лекций / сост. к.т.н., доцент М.Ф. Иценко; Кузбасс. институт экономики и права. – Кемерово, 2008. – 258 с.

Настоящий конспект лекций составлен в соответствии с рабочей программой и учебным планом института по специальности: 060800 (080502.65)- «Экономика и управление на предприятии (информационные технологии и связь)».

Конспект лекций лаконично раскрывает содержание и структуру учебной дисциплины «Технические средства связи системы и сети».

Предназначен для преподавательского состава и студентов, обучающихся по специальности - 080502.65 «Экономика и управление на предприятии (информационные технологии и связь)» очной и заочной форм обучения.

Утвержден на заседании кафедры математических и естественнонаучных

дисциплин

Протокол №_____ от «___» _______________200_г.

Зав.кафедрой ______________________ Ан.И. Щербаков

Рекомендован для издания методической комиссией института

Протокол № ______ от «_____»_______________ 200_ г.

Секретарь комиссии ___________________ О.Ю. Сиялко

Утверждаю

Проректор по учебной работе

«____» _____________ 200___ г.


____________________Г.А. Мартынов

Зарегистрирован в методкабинете «___»________________200_г.



Регистрационный номер _______

Содержание
Введение 3
ЧАСТЬ 1

1Основы теории электрической связи 4

1.1 Краткая история и современные тенденции развития электросвязи. Способы

передачи сообщений. Сигналы электросвязи. Модуляция. Принципы передачи

сигналов электросвязи 4

1.2 Амплитудная модуляция. Частотная модуляция. Импульсная модуляция. Демодуляция сигналов. Цифровые сигналы. Понятие о цифровых сигналах 17

1.3 Дискретизация аналоговых сигналов (Теорема Котельникова). Квантование

и кодирование. Восстановление аналоговых сигналов. Преимущества и недостатки цифровых и аналоговых систем передачи 27
2 Принципы многоканальной передачи 37

2.1 Одновременная передача сообщений. Частотное разделение каналов. Временное разделение каналов. Формирование группового сигнала. Принцип чередования битов 37

2.2 Мультиплексирование первичных цифровых потоков. Синхронизация.

Регенерация цифровых сигналов. Основы помехоустойчивого кодирования 44

2.3 Понятие цифровых иерархий. Плезиохронная цифровая иерархия. Синхронная цифровая иерархия 60
3. Линии передачи 73

3.1 Медные кабельные линии. Коаксиальный кабель. Волоконно-оптические кабельные линии 73
4 Транспортные сети 83

4.1 Системы передачи для транспортной сети. Модели транспортных сетей 83

4.2 Элементы и архитектура транспортных сетей 89
5 Службы электросвязи. Телефонные службы и службы документальной электросвязи 96

5.1 Основные понятия и определения. Системы и сети электросвязи.

Методы коммутации и маршрутизации в сетях электросвязи 96

5.2 Телефонные службы. Услуги, предоставляемые общегосударственной системой автоматизированной телефонной связи. Структура городских телефонных сетей (ГТС)

с низким уровнем цифровизации и перспективы развития 110

5.3 Телеграфные службы. Сети телеграфной связи. Службы ПД. Сети ПД. Факсимильные службы. Организация факсимильной связи. Единая система документальной электросвязи. Информационная безопасность

в телекоммуникационных системах 119


ЧАСТЬ 2
6 Радиосвязь и радиовещание 148

6.1 Принципы радиосвязи. Основные сведения об электромагнитных волнах.

Общие принципы и способы организации радиосвязи. Особенности распространения

и использования радиоволн различных видов и диапазонов частот 148

6.2 Антенно-фидерные устройства 165

6.3 Радиопередающие устройства 174

6.4 Радиоприёмные устройства 180
7 Системы и сети звукового вещания 185

7.1 Общие сведения о системе звукового вещания 185
8 Системы проводного вещания и оповещения 190

8.1 Общие принципы организации проводного вещания. Структура сети проводного вещания. Станционное оборудование системы проводного вещания. Особенности сельского проводного вещания. Система оповещения населения 190
9 Телевидение. Системы телевизионного вещания 205

9.1 Физические основы телевидения. Общие сведения о телевизионном сигнале. Особенности построения телевизионных систем 205
10 Радиорелейная и спутниковая связь 213

10.1 Общие принципы построения радиорелейных линий прямой связи.

Классификация радиорелейных линий 213

10.2 Тропосферные радиорелейные линии 220

10.3 Cпутниковые системы радиосвязи 223

10.4 Многостанционный доступ в ССС. Телевизионные устройства приёма сигналов

со связных исскуственных спутников Земли 232
11 Мобильная связь и системы беспроводного доступа 241

11.1 Аналоговые и сотовые сети подвижной радиосвязи.

Стандарты цифровых сотовых систем 241

    1. Сотовые сети подвижной радиосвязи России.

Транкинговые системы радиосвязи 248
Библиографический список 258


ВВЕДЕНИЕ

Целью конспекта лекций «Технические средства связи, системы и сети» заключается в ознакомлении студентов с теоретическими основами и принципами построения технических средств, систем и сетей связи с единых позиций современных телекоммуникационных технологий.

Задача курса заключается в формировании у студентов знаний об основах построения технических средств, систем и сетей электросвязи различной физической природы.

Связь с другими дисциплинами «Технические средства, системы и сети» как учебная дисциплина имеет комплексный, междисциплинарный характер. Системно-логически взаимосвязана с дисциплинами «Технологии связи» и «Введение в Интернет технологии».

Успешное изучение основ построения технических средств, систем и сетей связи активно содействует системному пониманию процесса управления и его эффективности в организациях (предприятиях) с информационными технологиями.

Студент, успешно освоивший дисциплину должен:

- иметь представление об основных принципах и технических решениях построения телекоммуникационных систем и сетей, проблемах повышения качества передачи информации по системам электросвязи различной физической природы.

- знать основные параметры сигналов электросвязи, особенности распространения радиоволн различных частотных диапазонов, принципы построения и технические показатели систем связи различной физической природы, а также современные тенденции развития и интеграции телекоммуникационных систем.

- уметь осуществлять упрощенный анализ различных систем передачи по показателям (критериям) качества и стоимости.

ЧАСТЬ 1
1 Основы теории электрической связи
1.1 Краткая история и современные тенденции развития электросвязи. Способы передачи сообщений. Сигналы электросвязи. Модуляция. Принципы передачи сигналов электросвязи

На заре становления человеческого общества общение между людьми было весьма скудным. Воткнутая в землю ветка указывала, в каком направлении и на какое расстояние ушли люди; особо положенные камни предупреждали о появлении врагов; зарубки на палках или деревьях сообщали об охотничьей добыче и пр. Существовала и примитивная передача сигналов на расстояние. Сообщения, закодированные в виде опреде­ленного числа выкриков либо ударов барабана с изменяющимся ритмом, содержали ту или иную информацию.

В десятом томе «Всеобщей истории» древнегреческого историка Полибия (ок. 201-120 г. до н.э.) описан способ передачи сообщений на расстояние с помощью факелов (факельный телеграф), изобре­тенный александрийскими учеными Клеоксеном и Демоклитом.

В 1800 г. итальянский ученый А. Вольта создал первый химический источник тока. Это изобретение дало возможность немецкому ученому С. Земмерингу построить и представить в 1809 г. Мюнхенской академии наук проект электрохимического телеграфа. Телеграф Земмеринга имел много недостатков и не нашел практического применения. Понадобилось более 20 лет, чтобы появилась первая практически применимая система телеграфирования. Ее автор - выдающийся русский ученый П.Л. Шиллинг. В октябре 1832 г. состоялась первая публичная демонстрация электромагнитного телеграфа. В том же году с помощью телеграфа Шиллинга была налажена связь между Зимним дворцом и Министерством путей сообщения.

Подлинную революцию в деле электросвязи по проводам произ­вели русский академик Б.С. Якоби и американский ученый С. Морзе, предложившие независимо друг от друга пишущий телеграф. Заслугой С. Морзе является создание используемой до сих пор телеграф­ной азбуки, в которой буквы обозначались комбинацией точек и тире.

В 1841 г. Б.С. Якоби ввел в эксплуатацию линию, оборудованную пишущим телеграфом и соединявшую Зимний дворец с Главным штабом. Через два года аналогичная линия протяженностью 25 км была построена между Петербургом и Царским Селом. Первая действующая линия связи в США (Вашингтон - Балтимор, 63 км) начала действовать в 1844 г.

В 1850 г. Б.С. Якоби сконструировал первый буквопечатающий аппарат, который в 1874 г. был усовершенствован американцем Д. Юзом и французом Ж. Бодо.

В июне 1866 г. была осуществлена прокладка кабеля через Атлантический океан. Европа и Америка оказались связанными телеграфом. С 1866 г. телеграфные линии потянулись во все концы земного шара, связав между собой страны и континенты.

Рождение телеграфа дало толчок к появлению телефона. Начиная уже с 1837 г. многие изобретатели пытались передать на расстояние человеческую речь с помощью электричества. Почти через 40 лет эти опыты увенчались успехом. В 1876 г. американский изобретатель А.Г. Белл запатентовал устройство для передачи речи по проводам - телефон. В 1878 г. русский ученый М. Махальский сконструировал первый чувствительный микрофон с угольным порошком, который в модернизированном виде применяется во всех современных телефонных аппаратах.

На первых порах для телефонной связи использовались телеграфные линии. Но для улучшения качества связи потребовалось строительство специальных двухпроводных телефонных линий. Такая линия была спроектирована в 1895 г. между Петербургом и Москвой профессором Петербургского электротехнического института П.Д. Войнаровским и построена в 1898 г.

Существенный вклад в усовершенствование телефона внес русский физик П.М. Голубицкий, который в 1886 г. разработал новую схему телефонной связи. Согласно этой схеме микрофоны абонентских телефонных аппаратов получали питание от одной (центральной) батареи, расположенной на телефонной станции. Эта система была внедрена во всем мире под названием системы ЦБ.

Первые телефонные станции в России были построены в 1882-1883 гг. в Москве, Петербурге, Одессе.

Уже в конце прошлого столетия Земля оказалась опоясанной проводами и кабелями, соединяющими города и континенты. Однако проводная связь не могла удовлетворить быстрорастущие потребности промышленности, транспорта и особенно судоходства. В беспроволочной связи остро нуждались мореплаватели и военный флот.

Изобретение радио - заслуга нашего выдающегося соотечественника, талантливого русского ученого А.С. Попова. Первая публичная демонстрация устройства А.С. Попова для приема электромагнитных волн состоялась на заседании Русского физико-химического общества 7 мая 1895 г. Этот день и вошел в историю как день изобретения радио. В марте 1896 г. А.С. Попов передал электрическими сигналами без проводов текст, состоящий из двух слов («Генрих Герц»), на расстояние всего 250 м. А уже в 1900 г. радиосвязь использовалась на практике при снятии с камней броненосца «Генерал-адмирал Апраксин» и при спасении рыбаков, унесенных в море.

В 1913 г. был организован радиотелеграфный завод с радиолабораторией под руководством М.В. Шулейкина, а в 1914 г. в Москве и Петербурге построены первые искровые радиостанции.

Сотрудники созданной в 1918 г. Нижнегородской лаборатории (ее возглавил М.А. Бонч-Бруевич) уже в 1922 г. построили в Москве первую в мире радиовещательную станцию мощностью 12 кВт, а 17 сентября 1922 г. состоялась первая передача радиоцентра. К 1924 г. радиовещательные станции появились в Ленинграде, Горьком.

В 1935 г. между Нью-Йорком и Филадельфией вступила в строй радиолиния на ультракоротких волнах. Она имела протяженность 150 км. Чтобы перекрыть это расстояние, через 50 и 100 км были построены две промежуточные «релейные» станции, которые принимали ослабленные радиоволны, «заменяли» их новыми и посылали дальше. Сама радиолиния была названа «радиорелейной линией».

Отныне во все концы земного шара протянулись цепочки радиорелейных линий. Строительство первой радиорелейной линии в нашей стране было осуществлено в 1953 г. между Москвой и Рязанью.

«Бип...бип...бип». Эти сигналы услышал 4 октября 1957 г. весь мир. Наступила эра освоения космоса. Совсем небольшой срок отделяет нас от этой даты, а на космические орбиты уже запущены тысячи искусственных спутников, исправно служащих человеку.

В 1947 г. появилось первое упоминание о разработанной фирмой «Белл» системе с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ). Система оказалась громоздкой и неработоспособной. И только в 1962 г. была внедрена в эксплуатацию первая коммерческая система передачи ИКМ-24.23 апреля 1965 г. в СССР был запущен искусственный спутник Земли «Молния-1», на борту которого находилась приемопередающая ретрансляционная станция.

В 1960 г. в Америке был создан первый в мире лазер. Это стало возможным после появления работ советских ученых В.А. Фабриканта, Н.Г. Басова и A.M. Прохорова и американского ученого Ч. Таунса, получивших Нобелевскую премию.

«Обучать» лазеры передаче на расстояние информации стали вскоре после их изобретения. Первые лазерные линии связи появились в начале 60-х годов этого столетия. В нашей стране первая такая линия была построена в 1964 г. в Ленинграде.

Москвичам хорошо знакомы такие уголки столицы, как Ленинские горы и Зубовская площадь. В 1966 г. между ними засветилась красная нить лазерного света. Связывала она две городские АТС, находящиеся на расстоянии 5 км друг от друга.

В 1970 г. в американской фирме «Corning Glass Company» было получено сверхчистое стекло. Это дало возможность создать и внедрить повсеместно оптические кабели связи.



Современные тенденции развития электросвязи. В последующие годы связь развивалась по пути цифровизации всех видов информации. Это стало генеральным направлением, обеспечивающим экономичные методы не только ее передачи, но и распределения, хранения и обработки. Вслед за ИКМ-24 появляются ИКМ-30, ИКМ-120, ИКМ-480, ИКМ-1920, а затем системы передачи синхронной цифровой иерархии (СЦИ).

Интенсивное развитие цифровых систем передачи объясняется существенными достоинствами этих систем по сравнению с аналого­выми системами передачи: высокой помехоустойчивостью; слабой зависимостью качества передачи от длины линии связи; стабильностью электрических параметров каналов связи; эффективностью использования пропускной способности при передаче дискретных сообщений и др.

Из года в год растет в стране телефонная плотность (число телефонов на сто жителей), но пока Россия еще существенно отстает по этому показателю от промышленно развитых стран. Так, если в промышленно развитых странах этот показатель составляет 46 и более телефонов на 100 жителей, то в России в среднем - 21 телефон. Разработана концепция, намечены сроки ликвидации этого отстава­ния, в результате чего к 2005 г. количество телефонов на сто жителей ожидается 36,9, а к 2010 - 47,7.

На смену телеграфной связи пришли такие виды документальной электросвязи, как передача данных, электронная почта, факсимильная связь.

Успешно развивается российский сегмент сети Интернет, объем услуг, в котором составил 220 млн. долл. и увеличился в 2001 г. по сравнению с 2000 г. на 50 %. Растет количество наименований русскоязычных ресурсов в сети. Число регулярных пользователей в России оценивается на конец 2001 г. в 4,3 млн. человек, а количество хотя бы раз посетивших всемирную сеть превысило 12 млн. За последние два года российская аудитория сети Интернет выросла в 2,9 раза. Число пользователей электронной почтой за этот же период выросло в 3 раза. Однако по-прежнему основное количество пользователей сосредоточено в крупных и средних городах. Жители Москвы составляют пятую часть общероссийской аудитории.

Одновременно с ростом числа услуг связи будет меняться их качество - от простого телефонного сервиса до услуг мультимедиа, которые будут обеспечиваться интегральными цифровыми сетями связи.

Особенно быстрыми темпами в мире и у нас в стране идет развитие сети мобильной радиосвязи. Человек с сотовым телефоном, не привязанный шнуром к своему месту, превратился в своеобразный символ конца века. Количество людей, пользующихся мобильными телефонами в мире, приближается к 600 млн. По числу абонентов системы мобильной связи уже можно судить об уровне и качестве жизни в данной стране. В этом смысле темпы роста абонентов мобильной связи в России (почти 200 % в год) являются показателем роста благосостояния общества.

Так, 1 января 2001 г. «трубками» пользовались 3,4 млн. россиян, 31 декабря того же года уже 7,8 млн. Именно благодаря столь бурному развитию этого рынка в 2001 г. доходы операторов новых видов связи (сотовой, пейджинговой, спутниковой и т.д.) превысили доходы от услуг фиксированной связи. Оборот «новых» операторов в 2001 г. достиг 101 млрд. руб., в то время как традиционные собрали 85 млрд. руб., и это притом, что последние обслуживают 85 % телекоммуникационной инфраструктуры России.

Исходя из макроэкономических показателей развития Российской Федерации, определенных в Основных направлениях социально-экономической политики Правительства Российской Федерации на долгосрочную перспективу, рынок телекоммуникационных услуг к 2010 г. будет характеризоваться следующим образом (табл. 1).
Таблица 1

Показатели развития телекоммуникаций России на период до 2010 г.

Объем капитальных затрат составит за 10 лет около 33 млрд. долларов США. Для стран с развитой экономикой развитие телекоммуникаций уже в настоящий момент характеризуется следующими показателями: телефонная плотность - 40-60 %, плотность мобильной связи - 25-40 %, плотность пользователей Интернета - 20-30 %.

Человечество движется по пути создания Глобального информационного общества. Его основой станет Глобальная информационная инфраструктура, составляющей которой будут мощные транспортные сети связи и распределенные сети доступа, предоставляющие информацию пользователям. Глобализация связи и ее персонализация (доведение услуг связи до каждого пользователя) - вот две взаимосвязанные проблемы, успешно решаемые на данном этапе разви­тия человечества специалистами электросвязи.

Что ждет нас в конце нынешнего - начале будущего столетия? Большинство специалистов сходятся во мнении, что дальнейшая эволюция телекоммуникационных технологий будет идти в направлениях увеличения скорости передачи информации, интеллектуализации сетей и обеспечения мобильности пользователей.



Высокие скорости. Необходимы для передачи изображений, в том числе телевизионных, интеграции различных видов информации в мультимедийных приложениях, организации связи локальных, городских и территориальных сетей.

Интеллектуальность. Позволит увеличить гибкость и надежность сети, сделает более легким управление глобальными сетями. Благо­даря интеллектуализации сетей пользователь перестает быть пассивным потребителем услуг, превращаясь в активного клиента - клиента, который сможет сам активно управлять сетью, заказывая необходимые ему услуги.

Мобильность. Успехи в области миниатюризации электронных устройств, снижение их стоимости создают предпосылки к глобальному распространению мобильных оконечных устройств. Это делает реальной задачу предоставления услуг связи каждому в любое время и в любом месте.

В заключение отметим, что объем информации, передаваемой через информационно-телекоммуникационную инфраструктуру мира, удваивается каждые 2-3 года. Появляются и успешно развиваются новые отрасли информационной индустрии, существенно возрастает информационная составляющая экономической активности субъектов рынка и влияние информационных технологий на научно-технический, интеллектуальный потенциал и здоровье наций. Начало XXI века рассматривается как эра информационного общества, требующего для своего эффективного развития создания глобальной информаци­онно-телекоммуникационной инфраструктуры, темпы развития которой должны быть опережающими по отношению к темпам развития экономики в целом. При этом создание российской информационно-телекоммуникационной инфраструктуры следует рассматривать как важнейший фактор подъема национальной экономики, роста деловой и интеллектуальной активности общества, укрепления авторитета страны в международном сообществе.



Сигналы электросвязи и их спектры. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся сигналы электросвязи и обсудим их спектры.

Телефонные (речевые) сигналы. Человек набрал в легкие воздух и издал звук. Что же произошло? Воздух, выходя из легких, заставляет вибрировать голосовые связки. От них колебания воздуха передаются через гортань голосовому аппарату, заканчивающемуся ротовой и носовой полостями (рис. 1).

Последние выполняют роль резонаторов - они усиливают колебания воздуха, подобно тому, как полый корпус гитары или скрипки, также являясь резонатором, усиливает звуки струн. Колебания воздуха из голосового аппарата человека передаются окружающему воздуху. Возникает звуковая волна. Характер издаваемого звука определяется натяжением голосовых связок, формой ротовой полости, поло­жением языка, губ и т.д.

Из описания голосового аппарата человека нетрудно понять, что голосовые связки играют роль своеобразных струн, они создают основной тон и обильное количество обертонов. Частота основного тона речи лежит в пределах от 50...80 Гц (очень низкий голос - бас) до 200...250 Гц (женский и детский голоса). При разговоре частота основного тона меняется в значительных пределах, особенно при переходе от гласных зву­ков к согласным, и наоборот.

В совместном звучании основной тон и обертоны создают соответствующую окраску звука или тембр. Один тембр отличается от другого числом и силой обертонов. При преобладании в человеческом голосе высоких обертонов над низкими мы слышим в нем «звучание металла». Люди, у которых в голосе преобладают низкие обертоны, говорят мягким, бархатным голосом.





Рис. 1 Кривая звукового давления при произнесении звука «а» мужским голосом

Для получения формы кривой звукового давления, создаваемого речью человека, нужно сложить синусоидальные кривые основного тона и обертонов. Из-за наличия большого числа обертонов форма результирующей кривой будет сложной. На рис. 1 показано, какое давление создает звук «а», произнесенный мужским голосом с частотой основного тона 200 Гц (период основного тона 5 мс). Для передачи звука на расстояние он в телефонном аппарате превращается в сигнал. Для этой цели служит микрофон.

Телефон был изобретен А.Г. Беллом, учителем в школе глухонемых в американском городе Бостоне в 1876 г. С тех пор в его конструкцию было внесено много усовершенствований. В частности, в современном телефоне используется чувствительный угольный микрофон (рис. 2). В нем мембрана соприкасается с угольным порошком. Пока в микрофон не говорят, сопротивление порошка остается неизменным и через него от батареи в линию (провода) протекает постоянный ток. Стоит произнести в микрофон какое-нибудь слово, порошок под действием колеблющейся мембраны будет то спрессовываться, то разрыхляться. Изменение плотности порошка приводит к изменению его электрического сопротивления, а значит, и к изменению тока, текущего через порошок. В проводах, идущих от микрофона, рождается электрический ток, повторяющий форму звукового давления.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   22


База данных защищена авторским правом ©infoeto.ru 2022
обратиться к администрации
Как написать курсовую работу | Как написать хороший реферат
    Главная страница