Электросвязь

Электросвя́зь (телекоммуника́ции) — разновидность связи, способ передачи информации с помощью электромагнитных сигналов, например, посредством тока по металлическим кабелям, излучения в оптическом диапазоне (в атмосфере или по волоконно-оптическому кабелю), излучения в радиодиапазоне.

Определение

Принцип электросвязи основан на преобразовании сигналов сообщения (звук, текст, оптическая информация) в первичные электрические сигналы. В свою очередь, первичные электрические сигналы при помощи передатчика преобразуются во вторичные электрические сигналы, характеристики которых хорошо согласуются с характеристиками линии связи. Далее посредством линии связи вторичные сигналы поступают на вход приёмника. В приёмном устройстве вторичные сигналы обратно преобразуются в сигналы сообщения в виде звука, оптической или текстовой информации.

В конце XIX века, с новаторских открытий Николы Теслы и Александра Попова, началось развитие беспроводной связи. Другими первопроходцами в данной области являются: Чарльз Уитстон и Самюэл Морзе (телеграф), Александр Грэхем Белл (телефон), Эдвин Армстронг и Ли де Форест (радио), Джон Бэрд, Владимир Зворыкин, Семён Катаев (телевидение).

Количество переданной информации через двусторонние мировые сети постоянно возрастает. Под руководством Мартина Гилберта учёными университета Южной Калифорнии были проведены исследования и анализ хранения, обработки и передачи информации за 1986—2007 годы^[1]. В частности было выявлено, что суммарные запасы данных всего человечества оценивались в тот период примерно в 295 эксабайт^[1]. В настоящее время цифровое хранение информации доминирует над аналоговым, хотя до 2002 года человечество хранило информацию в основном в аналоговой форме^[1]. В 2007 году посредством радио и телевидения было передано примерно 1,9 зеттабайт информации (что эквивалентно прочтению каждым человеком примерно 174 газет в день), а персональное общение людей достигло примерно 65 эксабайт (соответствует пересказу каждым человеком содержания примерно 6 газет в день)^[1].

С учётом данного роста, электросвязь играет всё большую роль в развитии мировой экономики. Сектор мировой телекоммуникационной индустрии составил в 2012 году около 4,7 триллиона долларов^[2]^[3]. Выручка крупнейших телекоммуникационных компаний в России на 2011 год составила более 1 триллиона 240 миллиардов рублей^[4], что составляет 2,28 % ВВП России^[5].

Количество переданной информации (персональное общение)^[1]
Дата	Количество информации
1986	281 петабайт
1993	471 петабайт
2000	2,2 эксабайт
2007	65 эксабайт

Этимология

Слово «электросвязь» происходит от нов.-лат. electricus и др.-греч. ἤλεκτρον (электр, блестящий металл; янтарь)^[6] и глагола «вязать». Синонимом является слово «телекоммуникации» (англ. telecommunication, от фр. télécommunication), употребляемое в англоговорящих странах^[7]. Слово télécommunication, в свою очередь, происходит от греческого tele- (τηλε-) — «дальний» и от лат. communicatio — сообщение, передача (от лат. communico — делаю общим)^[8], то есть значение этого слова включает в себя и неэлектрические виды передачи информации (с помощью оптического телеграфа, звуков, огня на сторожевых башнях, почты).

Классификация электросвязи

Электросвязь является объектом изучения научной дисциплины теория электрической связи^[9].

По виду передачи информации все современные системы электросвязи условно классифицируются на предназначенные для передачи звука, видео, текста.

В зависимости от среды передачи выделяют проводную связь, волоконно-оптическую связь и радиосвязь.

В зависимости от назначения сообщений виды электросвязи могут быть квалифицированы на предназначенные для передачи информации индивидуального и массового характера.

По временным параметрам виды электросвязи могут быть работающими в реальном времени либо осуществляющими отложенную доставку сообщений.

Основными первичными сигналами электросвязи являются: телефонный, звукового вещания, факсимильный, телевизионный, телеграфный, передачи данных.

Типы связи

Кабельные линии — для передачи используются электрические сигналы;
Радиосвязь — для передачи используются радиоволны;
- ДВ-, СВ-, КВ- и УКВ-связь без применения ретрансляторов
- Спутниковая связь — связь с применением космического ретранслятора(ов)
- Радиорелейная связь — связь с применением наземного ретранслятора(ов)
- Сотовая связь — радиорелейная связь с использованием сети наземных базовых станций
Волоконно-оптическая связь — для передачи используются световые волны.
Интернет

В зависимости от инженерного способа организации линии связи разделяются на:

спутниковые;
воздушные;
наземные;
подводные;
подземные.

В зависимости от того, подвижны источники/получатели информации или нет, различают стационарную (фиксированную) и подвижную связь (мобильную, связь с подвижными объектами — СПО).

В зависимости от типа передаваемого сигнала различают аналоговую и цифровую связь.

Аналоговая связь — это передача непрерывного сигнала.
Цифровая связь — это передача информации в дискретной форме (цифровом виде). Цифровой сигнал по своей физической природе является аналоговым, однако передаваемая с его помощью информация определяется конечным набором уровней сигнала. Для обработки цифрового сигнала применяются численные методы.

Дискретные сообщения могут передаваться аналоговыми каналами и наоборот. В настоящее время цифровая связь вытесняет аналоговую (происходит оцифровка), поскольку аналоговые сигналы перед отправкой могут быть преобразованы в дискретные и после приема восстановлены без существенных потерь. Условия, обеспечивающие возможность такого преобразования, задаются теоремой Котельникова.

Сигнал

Аналоговый сигнал — физическая величина, изменение (модуляция) которой в пространстве и во времени отображает передаваемое сообщение. Например, изменения напряжения (или тока, частоты, фазы и т. п.) отражают процесс речи. Аналоговый сигнал имеет следующие характеристики:

высота H — динамический диапазон,
ширина F — ширина спектра,
длина T — длительность сигнала во времени.

Объёмом сигнала является произведение V = FHT. В процессе передачи сигнала могут происходить изменения измерений как с сохранением объёма, так и без. Это происходит вследствие следующих преобразований сигнала:

Ограничение — изъятие из передачи одной или нескольких частей сигнала без сохранения информации, которая содержалась в изъятых частях. Например, ограничение речевого канала диапазоном 300—3400 Гц (канал тональной частоты).
Трансформация — изменения одного или нескольких измерений за счёт изменения другого или других измерений с сохранением неизменного объёма (как у кубика пластилина). Например, уменьшить время передачи можно, увеличив ширину спектра сигнала или динамический диапазон, либо и то, и другое.
Компандирование — включает два процесса, от которых пошло название: компрессия (сжатие) и экспандирование (расширение). На передающей стороне происходит сжатие сигнала в одном или нескольких измерениях, на приёмной — восстановление. Например, «выкусывание» пауз в речи на передающей стороне и восстановление на приёмной.

Линия связи

Цепь связи — проводники или оптоволокно, используемые для передачи одного сигнала. В радиосвязи то же понятие имеет название ствол. Различают кабельную цепь — цепь в кабеле и воздушную цепь — подвешена на опорах.

Линия связи (ЛС) в узком смысле — физическая среда, по которой передаются информационные сигналы аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры. В широком смысле — совокупность физических цепей и (или) линейных трактов систем передачи, имеющих общие линейные сооружения, устройства их обслуживания и одну и ту же среду распространения^[10]. Линия содержит одну и более цепей связи (стволов). Сигнал, действующий в линии, называется линейным. Различают два основных типа ЛС:

линии в атмосфере (радиолинии, РЛ);
направляющие линии передачи (линии связи).

Тракт — совокупность оборудования и среды, формирующих специализированные каналы, имеющие определённые стандартные показатели: полоса частот, скорость передачи и т. п.

Канал связи

Для обеспечения эффективного использования цепей связи на них с помощью каналообразующего оборудования (КОО) организуются каналы связи. В некоторых случаях линия, цепь связи и канал связи совпадают (одна линия, одна цепь и один канал), в некоторых канал состоит из нескольких линий/цепей (как последовательно, так и параллельно). Каналы могут вкладываться друг в друга (групповой канал). Сигнал, «содержащий» несколько индивидуальных каналов, называется групповым сигналом. Каналы можно разделить на непрерывные (аналоговые) и дискретные (цифровые).

Каналы связи по направлению передачи подразделяются на:

симплексные — то есть допускающие передачу данных только в одном направлении, пример — радиотрансляция, телевидение;
полудуплексные — то есть допускающие передачу данных в обоих направлениях поочерёдно, пример — рации;
дуплексные — то есть допускающие передачу данных в обоих направлениях одновременно, пример — телефон.

Разделение (уплотнение) каналов

Создание нескольких каналов на одной линии связи обеспечивается с помощью разнесения их по частоте, времени, кодам, адресу, длине волны:

частотное разделение каналов (ЧРК, FDM) — каждому каналу выделяется определённый диапазон частот.
временное разделение каналов (ВРК, TDM) — каждому каналу выделяется квант времени (таймслот).
кодовое разделение каналов (КРК, CDMA) — разделение каналов по форме сигнала, каждому каналу присвоен сигнал определённой формы; для выделения нужного сигнала в каждом приёмнике используется коррелятор, который вычисляет скалярное произведение группового сигнала и опорного сигнала, присвоенного данному приёмнику,
спектральное разделение каналов (СРК, WDM) — разделение каналов по длине волны.

Возможно комбинировать методы, например ЧРК+ВРК и т. п.

Оборудование

Телекоммуникационное оборудование:

Сеть связи

Сеть (система) электросвязи — совокупность терминальных устройств, линий связи и узлов связи, функционирующих под единым управлением. Например: компьютерная сеть, телефонная сеть.

В общем виде в систему связи входят:

терминальное оборудование: оконечное оборудование, терминальное устройство (терминал), оконечное устройство, источник и получатель сообщения;
устройства преобразования сигнала (УПС) с обоих концов линии.

Терминальное оборудование обеспечивает первичную обработку сообщения и сигнала, преобразование сообщений из вида, в котором их предоставляет источник (речь, изображение и т. п.) в сигнал (на стороне источника, отправителя) и обратно (на стороне получателя), усиление и т. п.

Устройства преобразования сигнала могут обеспечивать защиту сигнала от искажений, формирование канала (каналов), согласование группового сигнала (сигнала нескольких каналов) с линией на стороне источника, восстановление группового сигнала из смеси полезного сигнала и помех, разделение его на индивидуальные каналы, обнаружение ошибок и коррекцию на стороне получателя. Для формирования группового сигнала и согласования с линией используется модуляция.

Линия связи может содержать такие устройства преобразования сигнала, как усилители и регенераторы. Усилитель просто усиливает сигнал вместе с помехами и передаёт дальше, используется в аналоговых системах передачи (АСП). Регенератор («переприёмник») — производит восстановление сигнала без помех и повторное формирование линейного сигнала, используется в цифровых системах передачи (ЦСП). Усилительные/регенерационные пункты бывают обслуживаемыми и необслуживаемыми (ОУП, НУП, ОРП и НРП соответственно).

В ЦСП терминальное оборудование называется ООД (оконечное оборудование данных, DTE), УПС — АКД (аппаратура окончания канала данных или оконечное оборудование линии связи, DCE). Например, в компьютерных сетях роль ООД выполняет компьютер, а АКД — модем.

Стандартизация

Стандарты в мире связи исключительно важны, так как оборудование связи должно уметь взаимодействовать друг с другом. Существует несколько международных организаций, публикующих стандарты связи. Среди них:

Международный союз электросвязи (англ. International Telecommunication Union, ITU) — одно из агентств ООН.
Институт инженеров электротехники и электроники (англ. Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE).
Специальная комиссия интернет-разработок (англ. Internet Engineering Task Force, IETF).

Кроме того, нередко стандарты (как правило, де-факто) определяются лидерами индустрии телекоммуникационного оборудования.

См. также

Примечания

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 ^1,4 «The World’s Technological Capacity to Store, Communicate, and Compute Information», Martin Hilbert and Priscila López (2011), Science, 332(6025), 60-65; free access to the study through here: martinhilbert.net/WorldInfoCapacity.html
↑ Worldwide Telecommunications Industry Revenues Архивная копия от 28 марта 2010 на Wayback Machine, Internet Engineering Task Force, June 2010.
↑ Introduction to the Telecommunications Industry, Internet Engineering Task Force, June 2012.
↑ CNews Analytics. CNews Telecom 2012: Крупнейшие телекоммуникационные компании России. — CNews, 2012.
↑ Рост ВВП РФ в 2011 году составил 4,3% (неопр.) (недоступная ссылка). ФГУП РАМИ «РИА Новости» (31 января 2012). Дата обращения: 21 ноября 2012. Архивировано 22 января 2015 года.
↑ Макс Фасмер. Этимологический словарь русского языка = Russisches etymologisches Worterbuch / перевод с немецкого и дополнения О. Н. Трубачева. — 2-е, стереотипное. — М.: Прогресс, 1986. — Т. 1—4. — 50 000 экз.
↑ Jean-Marie Dilhac. From tele-communicare to Telecommunications (англ.) (2004).
↑ Telecommunication, tele- and communication, New Oxford American Dictionary (2nd edition), 2005.
↑ К.К. Васильев, В.А. Глушков, А.В. Дормидонтов, А.Г. Нестеренко. Теория электрической связи: учебное пособие / под общ. ред. К.К. Васильева. — Ульяновск: УлГТУ, 2008. — 452 с.
↑ ГОСТ 22348

Литература

Системы и сети передачи информации, Москва, «Радио и Связь», 2001.
Многоканальная связь, под ред. И. А. Аболица, М., 1971.
Автоматическая коммутация и телефония, под ред. Г. Б. Метельского, ч. 1—2, М., 1968—69.
Давыдов Г. Б., Рогинекий В. Н., Толчан А. Я., Сети электросвязи, М., 1977.
Давыдов Г. Б., Электросвязь и научно-технический прогресс, М., 1978.
Емельянов Г. А., Шварцман В. О., Передача дискретной информации и основы телеграфии, М., 1973.
Лившиц Б. С., Мамонтова Н. П., Развитие систем автоматической коммутации каналов, М., 1976.
Румпф К. Г., Барабаны, телефон, транзисторы, пер. с нем., М., 1974.
Чистяков Н. И., Хлытчиев С. М., Малочинский О. М., Радиосвязь и вещание, 2 изд., М., 1968.

Ссылки

[HilbertLopez2011-1] 1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 ^1,4 «The World’s Technological Capacity to Store, Communicate, and Compute Information», Martin Hilbert and Priscila López (2011), Science, 332(6025), 60-65; free access to the study through here: martinhilbert.net/WorldInfoCapacity.html

[plunkettresearch01-2] Worldwide Telecommunications Industry Revenues Архивная копия от 28 марта 2010 на Wayback Machine, Internet Engineering Task Force, June 2010.

[plunkettresearch02-3] Introduction to the Telecommunications Industry, Internet Engineering Task Force, June 2012.

[4] CNews Analytics. CNews Telecom 2012: Крупнейшие телекоммуникационные компании России. — CNews, 2012.

[5] Рост ВВП РФ в 2011 году составил 4,3% (неопр.) (недоступная ссылка). ФГУП РАМИ «РИА Новости» (31 января 2012). Дата обращения: 21 ноября 2012. Архивировано 22 января 2015 года.

[6] Макс Фасмер. Этимологический словарь русского языка = Russisches etymologisches Worterbuch / перевод с немецкого и дополнения О. Н. Трубачева. — 2-е, стереотипное. — М.: Прогресс, 1986. — Т. 1—4. — 50 000 экз.

[7] Jean-Marie Dilhac. From tele-communicare to Telecommunications (англ.) (2004).

[8] Telecommunication, tele- and communication, New Oxford American Dictionary (2nd edition), 2005.

[9] К.К. Васильев, В.А. Глушков, А.В. Дормидонтов, А.Г. Нестеренко. Теория электрической связи: учебное пособие / под общ. ред. К.К. Васильева. — Ульяновск: УлГТУ, 2008. — 452 с.

[10] ГОСТ 22348

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]