6. Экскурс в историю развития систем связи Слайды

Технология. 10 класс. Раздел "Информационные технологии"
Связь в технике – передача информации на расстояние
Технология. 10 класс. Раздел "Информационные технологии"
1.
Первые средства связи
2.
Первый электрический телеграф
3.
Код Морзе. Принцип телеграфа и телефона
4.
Радиоволны – электромагнитная связь
5.
Современные линии связи:
- аналоговая и цифровая,
- беспроводная и кабельная
6.
Типы радиосвязи:
- радиорелейная
- спутниковая
- сотовая
Средства связи всегда играли
важную роль в жизни общества
Технология. 10 класс. Раздел "Информационные технологии"
Одними из первых примели
сигнальные огни и дымы.
Днём на фоне облаков хорошо
заметен дым, даже если
самого костра не видно, а
ночью – пламя, особо если
оно на возвышенном месте.
Сначала передавали
оговорённые сигналы, типа
"враг приближается". Потом,
располагая несколько дымов
или огней особо, научились
посылать целые сообщения.
В Средние века появилась флажная сигнализация. Её использовали во флоте.
Форма, цвет и рисунок флажков имели конкретное значение. Один флажок мог означать
предложение ("Судно ведёт водолазные работы" или "Требую лоцмана").
Он же, в сочетании с другими, являлся буквой в слове.
Содержание
Технология. 10 класс. Раздел "Информационные технологии"
В Голландии, где было множество ветряных мельниц, несложные сообщения
передавали, останавливая крылья мельниц в определённых положениях.
Этот способ получил развитие в оптическом телеграфе.
Француз Клод Шапп (1763-1805) изобрёл систему, названную
телеграфом, означает "пишу издалека".
На вершинах холмов между городами на прямой видимости
возводили башни. На каждой башне – пара огромных
суставчатых крыльев с семафорами. Они могли принимать
49 положений, каждое соответствовало букве или цифре.
Телеграфист принимал сообщение и передавал
дальше, передвигая крылья рычагами.
Первый оптический телеграф построили в 1794 г.
во Франции, между Парижем и Лиллем.
Самая длинная линия (1200 км) действовала в XIX в.
между Петербургом и Варшавой.
Сигнал по линии проходил за 15 мин.
Башня оптического телеграфа Шаппа
Содержание
Технология. 10 класс. Раздел "Информационные технологии"
Электросвязь – передача информации посредством
электрических сигналов или электромагнитных волн.
Сигналы идут по каналам связи –
проводам (кабелям) или без проводов
Первый электрический телеграф
создали в 1837 г. английские
изобретатели Ульям Кук (1806-1879)
и Чарльз Уитстон (1902-1875).
Телеграфный аппарат Шиллинга. 1832 г.
Политехнический музей. Москва
Электрический ток посылался
по проводам на приёмник.
Сигналы приводили в действие
Поздняя модель
телеграфа
Кука и Уитсона
стрелки на приёмнике, которые
указывали на буквы и таким образом
передавали сообщение.
Телеграфный аппарат Морзе. 1914 г.
Политехнический музей. Москва
Содержание
Технология. 10 класс. Раздел "Информационные технологии"
Для создания сети электросвязи надо иметь:
Электрическая связь позволяет людям передавать
информацию по линиям связи или без них
на любые расстояния через
телефонную и телеграфную сети электросвязи,
через сети радиовещания и телевидения, Интернет.
В XX в. широко распространена.
Возможности и особенности линий связи определяются
тем, какие именно сигналы по ним передаются –
электрические или электромагнитные.
1) аппараты, которые преобразуют информацию
(звук, текст телеграммы, изображение) в
электрические сигналы или, наоборот,
электрические сигналы превращают в
информацию (последние называют оконечными
аппаратами);
2) проводные или радиолинии связи, которые
позволяют передавать электрические сигналы
на далекое расстояние;
3) автоматические коммутационные станции,
оборудованные спец. устройствами,
соединяющими абонентов друг с другом.
помехи
Источник
Кодирующее
канал связи
устройство
Декодирующее
устройство
Приёмник
защита от помех
Схема информационного процесса передачи информации
Содержание
Технология. 10 класс. Раздел "Информационные технологии"
В 1843 С. Морзе (1791-1872) изобрёл новый телеграфный код, заменивший код Кука
и Уинстона. Он разработал для каждой буквы знаки из точек и тире. При передаче
сообщения долгие сигналы соответствовали тире, короткие – точкам.
Аппарат Морзе прожил 100 лет, его код еще очень нужен людям.
Так, сигналы бедствия на море передаются азбукой Морзе.
Три точки - три тире - три точки (SOS) - сигнал знают все люди Земли.
Американский художник
Самуэль Морзе
Русский
символ
Латинский
символ
Код Морзе
А
A
·−
Б
B
−···
баа-ки-те-кут
В
W
·−−
ви-даа-лаа
Г
G
−−·
гаа-гаа-рин
Д
D
−··
доо-ми-ки
«Напев»
ай-даа
В 2004 Международный союз электросвязи
ввёл в азбуку Морзе новый код для @
для удобства передачи адресов e-mail.
На практике вместо заучивания точек и тире
запоминают «напев» из их комбинации:
слоги с гласными а, о, ы, соответствуют тире,
остальные - точке.
Первые телеграфные и телефонные аппараты созданы по одному принципу. Ключ (в 1-м случае) или
мембрана микрофона (во 2-м) замыкает электрическую цепь, и электромагнит преобразует проходя-щий по
цепи импульс тока (электросигнал) в движение пишущего устройства или мембраны телефона.
Разница: импульсы на телеграфе имели частоту, позволявшую передавать только код Морзе
(сочетание коротких и длинных сигналов), при телефонной связи сигналы шли со звуковой частотой.
Недостатки такого способа передачи: с увеличением длины кабеля сигнал быстро затухает,
его легко забить помехами, перехватить.
Содержание
Технология. 10 класс. Раздел "Информационные технологии"
Рулон бумажной ленты
Телеграфный аппарат Морзе - одно из первых устройств для
передачи сообщений на далекое расстояние.
Ключ
Электромагнит
Линия
Принцип действия аппарата Морзе
Ролик подавал
ленту
В аппарате буквы передаются с помощью ключа, к контакту
которого подключена электрическая батарея и линия связи.
Нажал ключ - в линию пошел ток, отпустил - ток прекратился
На др. конце линия подсоединяется к электромагниту,
при прохождении через него тока он притягивает к рычаг,
на конце которого сидит колесико, погруженное в
жидкую краску.. У колесика пружинным механизмом
(как в часах) протягивается лента..
Часовой механизм
Нажал ключ - пошел ток, рычаг притянулся,
колесико отпечатало след на ленте.
Быстро отпустил ключ - получилась точка, задержался - тире.
Каждая буква - комбинацией из точек и тире (азбука Морзе).
Ключ часового
механизма
Электромагнит
Здесь
наматывалась
лента
Сообщение
набивалось
этим ключом
Телеграфный аппарат
Морзе и ключ Морзе,
конец 19 в.
Приёмник телеграфа Морзе
печатал точки и тире
Содержание
Технология. 10 класс. Раздел "Информационные технологии"
В 1930 г. была создана конструкция стартстопного
телеграфного аппарата, оснащенного дисковым
номеронабирателем телефонного типа – телетайп.
Он позволял персонифицировать абонентов телеграфной сети
и быстро их соединять.
В Германии, Великобритании были созданы национальные сети
абонентского телеграфа Telex (TELEgraph + EXchange).
Позже в США была создана подобная Telex национальная сеть
абонентского телеграфирования - TWX (Telegraph Wide area eXchange).
Сети международного абонентского телеграфирования расширялись, к 1970 сеть Telex объединяла абонентов 100 стран.
Телетайп Siemens
(стартстопный
с дисковым номеронабирателем)
В 80-х гг. благодаря появлению недорогих и практичных
факсимильных машин сеть абонентского телеграфирования
стала сдавать позиции в пользу факсимильной связи.
Содержание
Технология. 10 класс. Раздел "Информационные технологии"
Современный телеграфный аппарат, применяемый на АТС – телетайп - "печатающий на расстоянии".
Отличается от аппарата Морзе: нет ключа, есть клавиатура как у пишущей машинки. Печатает не –., а сразу
буквы. Есть 2 типа телеграфных аппаратов:
ленточные (печатают буквы на ленте),
рулонные (на бумаге, намотанной на рулон).
Вместо азбуки Морзе используется другой - пятизначный код.
Буквы изображаются набором точек (импульсов тока) или пропусков
между точками. Сумма точек и пропусков всегда = 5.
Если обозначить точку "1", пропуск - "0", то буква Б – 10011.
УСТРОЙСТВО. Чтоб передать в линию импульсы тока букв, под клавишами - 5
подвижных стальных линеек с зубьями -"пилы". Некоторые зубья отсутствуют.
Линейки расположены так, что клавиша, опускаясь, нажимает сразу на 5 линеек.
Когда под клавишу попадает зуб, линейка сдвигается в сторону.
Если зуба нет, линейка остается на месте. Линейка, которая сдвинулась в сторону,
Современный рулонный телеграфный
аппарат (без кожуха)
нажимает на пружинку, включает ток.
Расположение зубьев - по кодовой комбинации каждой буквы. Каждой единице кодовой комбинации буквы соответствует зуб,
нулю - отсутствие зуба. "Распределитель" по очереди подключает линию к пружинкам и создает импульсы тока.
Импульсы идут в линию и попадают в электромагниты приемного аппарата. Сложное электромеханическое устройство
"расшифровывает" импульсы, заставляя печатающий механизм печатать букву на рулоне бумаги / ленте.
Содержание
Технология. 10 класс. Раздел "Информационные технологии"
Позже телеграфную и телефонную связь научились осуществлять с
помощью радиоволн – колебаний электромагнитного поля высокой частоты.
Важные характеристики радиоволн – частота колебаний и длина волны.
Длина волны =
скорость распространения радиоволн 300 000 км/с
частота
Схема радиоволн
Длинные волны (ДВ)
f = 150-450 кГц
(λ = 2000-670 м)
Средние волны (СВ)
f = 500-1600 кГц
(λ = 600-190 м)
Короткие волны (КВ)
3-30 МГц
МГц
ff == 3-30
(λ
(λ == 100-10
100-10 м)
м)
Способны огибать Землю, поэтому
могут распространяться на
значительные расстояния.
Многократно отражаясь от верхних
слоев атмосферы и от поверхности
планеты, могут "обойти" ее вокруг
Ультракороткие волны (УКВ) f = 30-30 000 МГц (λ = 10-0,01 м)
Распространяются по прямой, в пределах видимости. Для увеличения
дальности связи антенны поднимают, чтоб были видны две соседние (дорого, неудобно)
Подробнее: модуляция радиоволн
Содержание
Технология. 10 класс. Раздел "Информационные технологии"
ЦИФРОВЫЕ
АНАЛОГОВЫЕ
Цифровые сигналы
Аналоговые сигналы
Цифровые линии связи
Аналоговые линии связи
U
U+
1
t
Аналоговыми называются линии
1
1
U-
Цифровыми
0
0
t
называются линии связи,
связи, по которым передается информация
по которым передается информация
в непрерывной форме, т.е. в виде
в дискретной форме, т. е. в виде
непрерывного изменения какой-либо
конечной последовательности сигналов
физической величины.
разной формы
Содержание
Технология. 10 класс. Раздел "Информационные технологии"
U+
1
U-
1
1
0
0
t
В 40-х гг. XX в. пропускная способность высокочастотных каналов казалась громадной.
В 90-х гг. объём передаваемых сведений увеличился так, что аналоговые системы с ним уже не справляются.
Перешли на принципиально иной способ передачи информации – цифровой.
Аналоговый сигнал (например звуковой) превращается в цифровой в системе дискретизации (от лат. diskretus –
"прерывистый"): она с определённой частотой замеряет величину сигнала и сравнивает её со стандартным
(опорным) значением.
Полученные числа переводятся в двоичный код и передаются в виде комбинации импульсов (1) и пробелов (0)
Кроме полезного сигнала в сообщение записывают служебные данные, например частоту дискретизации.
Чем больше эта частота, тем выше качество передачи и объём передаваемой информации.
Цифровые сигналы
Скорость передачи
дискретной информации
Количество бит в секунду (бит/с).
1 Кбит/с = 1000 бит/с 1 Мбит/с = 1000000 бит/с
Аналоговые сигналы
Аналоговые
линии связи
U
Количество возможных изменений состояния
передающей среды в единицу времени - бод.
1 бод >< 1 бит/с
t
Содержание
Технология. 10 класс. Раздел "Информационные технологии"
БЕСПРОВОДНЫЕ
КАБЕЛЬНЫЕ
линии связи
линии связи
Витая пара
Тонкий
коаксильный
Толстый
коаксильный
Кабельные линии связи
Оптоволоконный
Полоса пропускания
Витая пара
до 1 ГГц на 1 км
Коаксиальный кабель
несколько ГГц на 1 км
Оптоволоконный кабель
несколько сотен ГГц на 1 км
Беспроводные линии связи
Диапазон
Частоты
Применение
Дециметровый
0,3 – 3
Сотовые радиотелефоны, телевиденье, спутниковая связь,
радиоканалы в локальных компьютерных сетях
Сантиметровый
3 – 30
Радиорелейные линии, радиоканалы в локальных
компьютерных сетях, спутниковая связь
Миллиметровый
30 – 300
Радиоканалы в локальных компьютерных сетях
Инфракрасный
300 – 400 000
Инфракрасные каналы связи
Видимый свет
400 000 – 750 000
Лазерная связь
Содержание
Технология. 10 класс. Раздел "Информационные технологии"
РАДИОРЕЛЕЙНАЯ
СОТОВАЯ
СПУТНИКОВАЯ
Базовая
станция
на мачте
Антенна
радиорелейной
на мачте
связи
Искусственный спутник
Содержание
Технология. 10 класс. Раздел "Информационные технологии"
Это радиосвязь по линии из цепочки приёмо-передающих (ретрансляционных)
радиостанций. Связь проходит на деци- и сантиметровых волнах.
Антенны соседних станций располагают в пределах прямой видимости.
Для увеличения радиуса видимости антенн их устанавливают на мачтах
высотой 70-100 м (R видимости – 40-50 км), на высоких зданиях.
Антенна радиорелейной
связи на мачте
Предельный случай этого подхода – спутниковая
связь: ретранслятор вынесен на спутник максимально возможную высоту (десятки тыс.км).
В зоне его видимости - пол Земли!
Протяженность наземной линии
радиорелейной связи - до 10000 км,
ёмкость - до нескольких тысяч каналов
Радиосвязь
Глобальная сеть радиорелейной связи активно разворачивалась в СССР в 70-х гг. Ретрансляторы можно
найти где угодно - на любом высотном здании, возвышении, вдоль транспортной (особо ж/д) магистрали.
ПРИЧИНЫ:
- в стране огромные пространства с неразвитой инфраструктурой;
- высокие скорости передачи информации тогда не требовались; - намного дешевле кабельных линий.
Позже на её основе (как магистральной сети) строилась российская сеть сотовой связи.
Содержание
Технология. 10 класс. Раздел "Информационные технологии"
Спутниковая связь – вид радиосвязи - осуществляется между
земными станциями (стационарными или подвижными) через спутник.
Это развитие традиционной радиорелейной. Здесь ретрансляторы
устанавливают на искусственные спутники земли
(т.е. на большую высоту - от 100 до 10 000 км).
Т.к. зона видимости спутника – пол Земли, не
нужна цепочка ретрансляторов, достаточно одного.
Спутник связи Syncom-1
Для передачи через спутник сигнал надо модулировать.
Модуляция проводится на земной станции.
Модулированный сигнал усиливается,
переносится на нужную частоту и поступает на передающую антенну.
Антенна
принимает и
передаёт
сигналы
СПУТНИКИ – беспилотные космические аппараты, летающие по орбите
вокруг Земли. Могут передавать телефонные разговоры, ТВ-сигналы в
любую точку мира. Также передают информацию о погоде и навигации.
В 1957 г. в СССР был запущен "Спутник -I" – первый в мире.
Сегодня создана мощная сеть спутников, охватывающая весь мир.
Частные компании могут приобретать спутники для своих нужд.
Блоки для
передачи
телевизионных
и телефонных
сигналов
Солнечные батареи
дают энергию для
работы спутника
Содержание
Технология. 10 класс. Раздел "Информационные технологии"
С развитием цифровых технологий и космонавтики возникло спутниковое
цифровое телевидение. Главное его отличие - возможность прямого приема
со спутника на домашнюю антенну. Это обеспечивает свободу выбора множества
Спутниковая
антенна
ТВ-каналов и программ, причем с идеальным "цифровым" качеством.
"ЦИФРОВОЕ" КАЧЕСТВО. В аналоговом ТВ качество программ зависит от
уровня принимаемого сигнала и соотношения сигнал/шум (зависит от помех).
Цифровое качество ТВ-программ всегда высокое, не зависит от помех.
Надо лишь, чтоб принимаемый сигнал превышал пороговый уровень. Зависит
лишь от качества передаваемого видеоматериала и скорости цифрового потока.
Цифровое ТВ может передаваться через спутниковые,
кабельные, наземные эфирные каналы связи, но более
распространено спутниковое. В России это единственная
возможность приема цифрового ТВ.
Оно теснит аналоговое. Причины: высокое качество цифрового
ТВ, низкая стоимость (вместо 1-го аналогового телеканала в
каждой частоте можно разместить 4-8 цифровых).
Спутник связи
Для жителей Европы доступно более 2000 ТВ- и радиоканалов.
Антенна для приема
спутникового телевидения
Содержание
Технология. 10 класс. Раздел "Информационные технологии"
Сотовая связь - вид мобильной радиосвязи, в основе которой лежит сотовая сеть.
Ключевая особенность: общая зона покрытия делится на ячейки (соты),
определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС).
Соты вместе образуют сеть.
На идеальной (ровной, без застройки) поверхности зона покрытия БС - круг,
поэтому составленная из них сеть имеет вид сот (шестиугольные ячейки).
Базовая станция
на мачте
Сеть составляют:
1) разнесенные в пространстве приемопередатчики,
работающие в одном и том же частотном диапазоне,
2) коммутирующее оборудование;
определяет текущее местоположение
подвижных абонентов и обеспечивает
непрерывность связи при перемещении
абонента из зоны действия одного приемопередатчика в зону действия другого
Содержание