- Московский Технический Университет Связи и

Некоммерческая организация «Ассоциация московских вузов»
Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение
высшего профессионального образования Московский технический
университет связи и информатики
Научно-информационный материал
Подготовка населения по вопросам информационных технологий .
Обучение населения ЮВАО города Москвы основам технологий по
вопросам введения в телекоммуникации
Состав научно-образовательного коллектива:
Воскобович В.В.- проректор МТУСИ-директор ИПК, к.т.н.
Лохвицкий М.С. - доцент, к.т.н.
Барабанова Н.А. – директор учебного центра МБТТС
Бегачева О.Б. – преподаватель каф. Инфокоммуникаций
Кондакова О.С. – преподаватель каф. Почт. Связи
Москва 2011 г.
Раздел 2. Обучение населения ЮВАО города Москвы основам
технологий по вопросам введения в телекоммуникации
1 этап НИМ «Введение в телекоммуникации»
Содержание курса:






















Структура системы связи;
Назначение отдельных элементов;
Основные понятия и определения;
Основные характеристики сигналов и каналов;
Основные характеристики систем связи;
Линейные и нелинейные устройства;
Временные и частотные представления сигналов;
Аналоговые, дискретные и цифровые сигналы;
Дискретизация и восстановление непрерывных сигналов;
Аналого-цифровое преобразование;
Описание информационных сигналов и их спектров методами теории
случайных процессов;
Основные понятия о модуляции и демодуляции;
Виды модуляции, их использование в современных системах;
Основные понятия о кодировании и декодировании;
Помехоустойчивое кодирование;
Статистическое кодирование;
Обнаружение сигналов на фоне помех;
Оптимальный прием сигналов на фоне других сигналов;
Основные понятия из теории информации;
Многоканальные системы связи;
Услуги, тенденции и перспективы развития систем радиосвязи с
подвижными объектами;
Основы сотовых систем связи.
Продолжительность - 72 часа
из них:
36 - аудиторные занятия
34 - самостоятельная работа слушателей
2 - итоговый контроль
Вопросы для самостоятельной работы слушателей при
предварительной подготовке к аудиторным занятиям
Введение в тему курса:
1. Передача информации с помощью электрических сигналов, объем и
скорость передаваемой информации, зависимость скорости передачи
информации от характеристик канала связи;
2. Цифровые сигналы и их свойства. Преимущества цифровых систем;
3. Типы и особенности каналов связи;
4. Принцип импульсно-кодовой модуляции;
5. Временное, частотное и кодовое уплотнение каналов;
6. Суть понятия "информация" и мера количества информации.
Список литературы:
1. Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Назаров М.В., Финк Л.М. Теория передачи
сигналов: учебник для вузов - М.: Связь, 1980 г.
2. Теория электрической связи А.Г. Зюко, Д.Д. Кловский, В.И. Коржик,
М.В. Назаров Учебник для ВУЗов под ред. Д.Д. Кловского. - М.: Радио
и связь, 1999, - 432 с.: 204 ил.
3. В. О. Тихвинский Сети подвижной связи третьего поколения - М.:
Радио и связь, 2004 г., - 311 стр.
4. Cellular radio: analog and digital systems / Asa Mehrotra - 1994 Artech
House, Inc. - 460 с.
5. Кордонский Э.В., Шульга В.Г. Введение в электросвязь - М.: ООО
"Фокус" 2002, - 176 с.
Практическое и тестовое занятие по направлению «Введение в
телекоммуникации»
Практическое и тестовое занятие было проведено 16.09.2011.
Ниже приведен раздаточный материал.
1. Основы построения современных сетей связи.
1.1. Основные понятия связи.
В основе каждого языка лежит система понятий. Это касается и
языка связистов.
Поэтому данный раздел посвящен основным понятиям связи.
Конец XX века и наступивший XXI век принято считать эрой
информатизации. Для передачи информации широко используются
современные сети и средства связи, которые буквально пронизывают
все сферы деятельности человека. Передовые страны поставили
перед собой и всем человеческим сообществом задачу построения на
этой базе глобальной информационной инфраструктуры.
Связь (телекоммуникация) - это понятие, включающее в себя
обмен сведениями между людьми, между человеком и компьютером,
между компьютерами. В конечном же итоге получателем информации,
прошедшей через систему связи, является человек.
Каждый понимает, что передача информации невозможна без
определенных технических средств. Даже при непосредственном
общении людей можно указать основные элементы, используемые
при передаче информации.
Говорящий человек – это передатчик, формирующий сигнал
связи.
Слушающий человек принимает информацию – это приемник.
Система связи состоит из: передатчика (подготавливает и
передает информацию), среды передачи, или линии связи
(транслирует информацию от передатчика к приемнику) и приемника
(принимает и обрабатывает информацию так, чтобы она могла быть
воспринята). Голос человека можно передать на относительно
небольшие расстояния. Мощность передатчика (голосового аппарата)
ограничена, и чувствительность приемника (уха) - тоже.
Жизнь и связанная с ней необходимость в обмене
информацией заставила людей придумывать другие, более сложные
способы обмена информацией.
Для увеличения дальности передачи информации используют
ретрансляторы или регенераторы, которые восстанавливают
искаженные сигналы и транслируют дальше.
Способ передачи информации одновременно в двух
направлениях называется дуплексным. Это пример привычной нам
телефонной связи, когда передача речи может вестись от одного
абонента к другому и обратно. Если информация единовременно
передается только в одном направлении, это называется симплексной
передачей. Такими являются известные виды передачи сигналов
звукового и телевизионного вещания, пейджинговой связи и др.
Переломным моментом в развитии средств связи явилось,
конечно, открытие электричества.
Использование электричества стало настоящей революцией в
технологии связи, и только благодаря этому системы связи приобрели
привычные людям ХХ-ХХ1 веков свойства и воплощение. Однако
электричество пришло в связь не так просто. Только благодаря
множеству известных и неизвестных талантливых ученых и
изобретателей многих стран электричество стало пригодным для
связи.
В таблице 1.1 приведены только основные исторические вехи в
развитии электрической связи (электросвязи), но и этого достаточно,
чтобы увидеть, что в развитие связи сделали вклады ученые многих
стран: России, Германии, США, Франции, Италии и др. Однако надо
сказать, что эта таблица является достаточно субъективной и
показывает только часть примеров выдающегося творчества ученых
всего мира.
Таблица 1.1.
Основные исторические вехи в развитии электросвязи.
Годы
1
1832
Изобретатель
2
Шиллинг
Страна
3
Россия
1837
Морзе
США
1847
60-е гг.
XIX века
Сименс
Германия
Англия
1876
Белл
США
1877
Бодо
Франция
Сущность изобретения
4
Создание первого практически
пригодного электромагнитного
телеграфного аппарата
Изобретение
электромеханического телеграфа
и кода для телеграфирования,
который дожил до второй
половины XX века
Изобретение стрелочного телеграфа
Первая телеграфная передача по
подводному кабелю через
Атлантический океан
Изобретение телефонного
аппарата, принципы которого в
той или иной степени дошли и до
наших дней
Изобретение пятиэлементного
кода для телеграфирования,
который дожил до середины
XX века, и необходимых для
телеграфирования устройств
Продолжение таблицы 1.1
1878
США
Изобретение первой ручной
телефонной станции (те же
принципы используются, когда люди
сейчас обращаются к оператору
80-е гг.
XIX
века
18861889
1895
90-е гг.
XIX
века
10-е гг.
XX века
10-е гг.
XX века
20-е гг.
XX века
30-е гг.
XX века
40-е гг.
XX века
40-е гг.
XX века
1962 г.
Максвелл
Герц
Попов
Маркони
Эрланг
Англия
для установления телефонных
соединений)
Создание теории электромагнитных
волн
Германия Демонстрация излучения
электромагнитных (радио)волн
Россия
Изобретение радиоприемника
Италия
США
Изобретение автоматической
телефонной станции
Дания
Создание теории телетрафика
Первая телефонная связь на
большие расстояния
Создание первой системы передачи
Зворыкин
США
Шеннон
США
Кларк
Англия,
ШриЛанка
США
70-е гг.
XX века
США
1970г.
СССР
1970 г.
Франция
Изобретение нашедшего
применение электронного
телевидения
Создание теории передачи
информации
Предложение по созданию
связи с использованием
искусственных спутников Земли
Создание и использование для
передачи сигналов связи
первого искусственного
спутника Земли
Создание систем оптической связи
по кабелю с использованием
лазеров
Произведен переход с буквенного
индекса абонентского номера на
цифровой
Установлена первая цифровая АТС
типа Е-10
Продолжение таблицы 1.1
1972г.
Состоялось открытие линии
1972 г.
1972 г.
1973 г.
1975 г.
1976 г.
1977 г.
1980 г.
1980 г.
1991 г.
1992 г.
20002007г
автоматической международной
телефонной связи Москва-София
США
Создана цифровая АТС типа ESS-5 емк.
100000 номеров фирмой Bell
СССР На МГТС началось внедрение АОН
США
Изобретено оптическое волокно и
разработана система пакетной
коммутации
ФРГ
Создана цифровая АТС типа EWSD на
100000 номеров
Швеция Введена в эксплуатацию цифровая АТС
системы AXE (фирма Эриксон)
США
Разработана система оптоволоконной
связи (фирма Bell)
США
Разработаны цифровые сотовые
телефоны
США
Начало 80-х годов – время зарождения
реальной сети Internet в США
РФ
В Москве открыта первая система
сотовой подвижной связи (комп.
«Мостелеком»)
США
Разработан видеотелефон (фирма Bell)
Дальнейшее развитие мобильной связи
и сети Internet
Благодаря всем этим людям, жившим и работавшим в разное
время, теперь имеется возможность передавать все многочисленные
разновидности сигналов связи и оказывать всевозможные услуги
связи с использованием медных пар, оптических волокон, свободного
пространства (эфира). Сегодня люди могут пользоваться не только
обычной телефонной связью, но и сотовой, и пейджинговой связью,
дистанционно обучаться, передавать медицинские сведения от
абонентов к центрам лечения и обратно, пользоваться услугами
мультимедиа и Интернета, принимать телевидение высокой четкости
и т.п.
Но прежде чем прийти к этому, человечество прошло длинный
и сложный путь от непосредственной звуковой связи к чудесам
современной электрической связи. И все это только благодаря
использованию свойств электричества.
1.2. Основные понятия электричества.
Какие же свойства электричества используются при
создании систем связи? На
рис.1.1
вводятся
некоторые
из
основных понятий электричества. Электричество характеризуется:
■ током. Ток - это направленное движение электронов,
мельчайших заряженных частиц, составляющих часть атомов.
Ток обычно обозначается буквой I и измеряется амперами (А),
названными так в честь знаменитого французского физика
Ампера;
■ разностью напряжений. Напряжение (разность напряжений)
обозначается, как правило, буквой U и измеряется хорошо
знакомой читателю величиной - вольтами (В), названными так в
честь знаменитого итальянского физика Вольта.
Рис. 1.1 Основные понятия электричества.
Если взять обычную электрическую батарейку, то на ней можно
увидеть «+» (положительный контакт) и «-» (отрицательный контакт).
На отрицательном контакте сконцентрированы электроны, а на
положительном их не хватает.
Разность напряжений (потенциалов) аналогична перепаду
высот в речной плотине. Чем выше перепад высот, тем больше
потенциальная энергия перемещения водного потока. Точно так же,
чем выше разность потенциалов на батарейке, тем больше
потенциальная энергия для перемещения электронов. Если убрать
плотину, вода хлынет вниз. Так и для электричества: если соединить
отрицательный
и
положительный
электроды
батарейки
ПРОВОДНИКОМ (воздух в обычном состоянии не проводит
электрических частиц), «хлынет» электрический ток.
Напряжение U, приложенное к проводнику, и сила тока,
протекающего по нему, связаны между собой законом Ома: «Сила
тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах
этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению R»:
Сопротивление R - основная характеристика соединяющего
контакты батарейки проводника. Оно зависит от материала
проводника и его геометрических размеров. Сопротивление
измеряется в Омах, получивших такое название в честь известного
немецкого физика Ома, открывшего одноименный закон. При
напряжении 1 В и сопротивлении 1 Ом ток равен 1 А.
Чтобы использовать электричество для связи, нужно уметь им
управлять - менять значения электрического тока или напряжения в
соответствии с передаваемой информацией. А для этого необходимо
ввести еще один показатель тока или напряжения: частоту, о чем речь
будет идти несколько ниже.
На рис. 1.2 показаны два вида электрического тока (или
напряжения): постоянный и переменный. На рисунке 1.2а показана
зависимость тока (напряжения) от времени. Постоянное напряжение это такое напряжение, которое не зависит от времени. Такое
напряжение можно наблюдать на электрической батарейке (во всяком
случае, за достаточно длительный интервал времени). Постоянное
напряжение описывается только его величиной. Например,
напряжение на зажимах наиболее употребительных тонких
цилиндрических батареек составляет около 1,5 В и не меняется
вплоть до их разряда. Еще один пример источника постоянного тока это аккумуляторы, устанавливаемые в автомобилях. На их зажимах
напряжение составляет 12 В.
Рис. 1.2. Основные виды напряжения.
Если напряжение менять по величине и знаку, то образуется
переменное напряжение (рис. 1.2 б). Исходя из практических
соображений, наиболее часто используется переменное напряжение,
которое меняется во времени по закону синуса:
Напряжение такого вида носит название гармонического (рис.
1.2 б).
Наиболее часто употребляемая в быту форма электричества это электричество с переменным напряжением. Такое напряжение
используется для питания электроприборов: в жилых домах телевизоров, холодильников, пылесосов, микроволновых печей,
лампочек, кондиционеров и пр. Без переменного напряжения также
нельзя обойтись и в учреждениях, поскольку оно используется для
питания компьютеров, холодильников, кофейных машин, тостеров и,
конечно, лампочек освещения.
Переменное напряжение так же, как и постоянное,
характеризуется определенной величиной. Обычно напряжение,
используемое для электропитания, имеет величину, равную 220В
(европейский стандарт). Эта величина равна значению Um,
деленному на √2. Um - это амплитуда, максимальное значение
напряжения.
Второй важный показатель переменного напряжения - это его
частота. Единица частоты названа герцем (сокращенное обозначение
Гц) в часть немецкого ученого Генриха Герца, внесшего большой
вклад в создание и развитие электросвязи. Частота f - это количество
колебаний гармонического напряжения, произошедших за одну
секунду (рис. 1.3). На рис. 1.3а число колебаний, уложившихся в одну
секунду, равно 5. Поэтому это колебание имеет частоту 5 Гц. А на рис.
1.3б, число колебаний, уложившихся в одну секунду, равно 8, и
частота этих колебаний составляет 8 Гц. Другое определение частоты
- это величина, обратная периоду Т (рис.1.2б) гармонического
колебания, т.е. измеренному в секундах минимальному интервалу
времени, через который изменения напряжения повторяются. То есть
частота определяется как:
Если период электрического колебания составляет 1с, то
частота составляет 1 Гц. Если период составляет 0,02 с (20
миллисекунд), то частота составляет 50 Гц (т.е. за одну секунду в
электрической цепи наблюдается 50 колебаний). Именно с такой
частотой
генерируется
переменное
напряжение
на
всех
электростанциях Европы и в большей части остального мира для
использования в домашних условиях и в учреждениях.
Интересно отметить, что теоретически и постоянному
напряжению свойственна определенная частота, но для этого
напряжения период колебания уходит в бесконечность. Тогда f = 1/Т =
1/∞ = 0. Можно считать, что постоянное напряжение имеет «нулевую»
частоту.
u
t
u
t
Рис. 1.3. Иллюстрация к понятию частоты.
Круглый стол «Введение в телекоммуникации» с подведением итогов,
выработкой рекомендаций и разработкой плана мероприятий.(15
участников)
1. Прочитанные лекции были полезны не только для неспециалистов, но и
для слушателей, которые имеют определенную подготовку в области
связи.
2. Группы слушателей желательно подбирать с примерно одинаковым
уровнем подготовки.
3. При подготовке лекций больше внимания уделять иллюстративным
материалам.
4. Раздаточный материал желательно разбить на три части:
А) материал, который слушатели получают до проведения занятий
(хорошо бы за неделю);
Б) материал, который слушатели получают непосредственно на
занятиях;
В) материал, который слушатели получают по окончанию занятий.
5. Для неспециалистов трудно разобраться, какой материал
рассматривается в различных модулях. Поэтому каждый модуль необходимо
предварять краткой аннотацией.