9. Характеристики и параметры нелинейных электрических цепей.

Электрические цепи, параметры которых зависят от тока или напряжения, называются нелинейными. Процессы в таких цепях описываются нелинейными дифференциальными уравнениями, к которым неприменим принцип наложения. Общих методов решения нелинейных уравнений не существует. Лишь для небольшого числа частных случаев могут быть найдены точные решения.

Нелинейности могут быть как полезными, так и вредными. В области передачи и преобразования энергии примерами отрицательных нелинейных эффектов могут служить: насыщение магнитопроводов электрических машин и связанные с этим искажения формы кривых тока и напряжения, увеличение тока холостого хода и потерь в стали. Положительная роль нелинейностей проявляется в таких важнейших электротехнических устройствах, как стабилизаторы, преобразователи частоты, выпрямители, статические генераторы и др.

Примеры нелинейных элементов и их вольтамперных характеристик

Для этих характеристик справедливо условие: f(I) = – f(–I). Такие нелинейные элементы называются элементами с симметричной вольтамперной характеристикой.

10. Методы аппроксимации вольт-амперных характеристик нелинейных элементов.

Аппроксима́ция, или приближе́ние — научный метод, состоящий в замене одних объектов другими, в том или ином смысле близкими к исходным, но более простыми.

Исходными данными для решения задачи является таблица наблюдений – набор значений независимых переменных и соответствующие им значения функции отклика. Число строк (узлов) таблично заданной функции m называют объемом выборки.

Форма уравнения выбирается исследователем в соответствии с поведением аппроксимируемой функции в области изменения независимых переменных. Результатом же решения задачи аппроксимации являются оценки коэффициентов этого уравнения. Очевидно, что коэффициенты уравнения следует подбирать так, чтобы рассчитываемые по уравнению значения функции отклика максимально близко совпадали с заданными в исходной таблице наблюдений.

11. .

12. Эквивалентная схема длинной линии. Первичные параметры линии связи.

13. Дискретизация непрерывных сигналов. Теорема Котельникова.

14. Фазовый модулятор.

15. Умножители частоты.

16. Преобразователи частоты.

17. Дискретная модуляция гармонической несущей (манипуляция).

18. Классификация генераторов колебаний. Условия самовозбуждения автогенераторов.

19. LC-генератор с трансформаторной обратной связью.

20. Первичные и вторичные параметры линии связи.

21. Однотактный диодный модулятор.

22. Электромагнитные волны в линии без потерь (режим согласования, холостого хода, короткого замыкания).

23. Однополосная модуляция. Методы формирования ОБП.

24. Модуляция импульсного переносчика.

25. RC-генератор с мостом Вина.

26. Режимы мягкого и жесткого самовозбуждения автогенераторов.

27. Кодирование сигналов. Общие принципы кодирования.

28. Преобразование сигналов в каналах.

29. Общие сведения о цепях с распределенными параметрами.

30. Структурная схема ВОЛС.

31. Структурная схема многоканальной передачи сообщений.

32. Частотное разделение каналов.

33. Временное разделение каналов.

Электросвязь — разновидность связи, способ передачи информации с помощью электромагнитных сигналов, например, по проводам, волоконно-оптическому кабелю или по радио.

Первое упоминание о передаче информации на дальние расстояния описано в древнегреческом мифе о Тесее (в случае победы над минотавром Тесей должен был поднять белый парус на своём корабле). Кроме таких визуальных сигналов, как дым, маяки, гелиограф, сигналы семафоров и флажков, использовались и аудиосигналы (бой барабанов, звуковые рожки и свистки). Необходимость передавать не только сигналы тревоги, но и сообщения различного характера, привела к созданию специальных кодов и обозначений. Сторожевые посты стали первыми системами неэлектрической связи^[1].

В настоящее время, передача информации на дальние расстояния осуществляется с использованием таких электрических устройств, как телеграф, телефон, телетайп, с использованием радио и СВЧ-связи, а также ВОЛС, спутниковой связи и глобальной сети Интернет.

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 приемном устройстве вторичные сигналы обратно преобразуются в сигналы сообщения в виде звука, оптической или текстовой информации.

В конце XIX века с новаторских открытий Николы Тесла 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 двухсторонние мировые сети постоянно возрастает. Под руководством Мартина Гилберта, учеными университета Южной Калифорнии были проведены исследования и анализ хранения, обработки и передачи информации за 1986-2007 года^[2]. В частности было выявлено, что суммарные запасы данных всего человечества оценивались в тот период примерно в 295 эксабайт ^[2]. В настоящее время цифровое хранение информации доминирует над аналоговым, хотя до 2002 года человечество хранило информацию в основном в аналоговой форме^[2]. 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)^[2].

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.^[3][4]. Выручка крупнейших телекоммуникационных компаний в России на 2011 год составила более 1 триллиона 240 миллиардов рублей^[5], что составляет 2,28% ВВП России^[6].

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

Содержание   [убрать]  1 Этимология 2 Классификация электросвязи 3 Типы связи 4 Сигнал 5 Линия связи 6 Канал связи 7 Разделение (уплотнение) каналов 8 Сеть связи 9 Стандартизация 10 См. также 11 Литература 12 Ссылки 13 Примечания

Этимология[править]

Слово «электросвязь» происходит от нов.-лат. electricus и др.-греч. ἤλεκτρον (электр, блестящий металл; янтарь)^[7] и глагола «вязать». Синонимом является слово «телекоммуникации», употребляемое в англоговорящих странах.

Классификация электросвязи[править]

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

В зависимости от среды передачи выделяют электрическую, оптическую и радиосвязь.

В зависимости от назначения сообщений виды электросвязи могут быть квалифицированы на предназначенные для передачи информации индивидуального и массовогохарактера. 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[править]

• 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 — связь с использованием сети наземных базовых станций

• Волоконно-оптическая связь

В зависимости от среды передачи данных 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).

По типу передаваемого сигнала различают аналоговую и цифровую связь. Аналоговая связь — это передача непрерывного сигнала (например, звука или речи). Цифровая связь — это передача информации в дискретной форме (цифровом виде). Цифровой сигнал по своей физической природе является «аналоговым», но этот аналоговый сигнал (импульсный и дискретный) наделяется свойствами числа, в результате чего для его обработки становится возможным использование численных методов.

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[править]

Основная статья: Аналоговый 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. Сигнал имеет следующие измерения: 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[править]

Цепь связи — проводники/волокно, 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 (ГОСТ 22348). Тракт — совокупность оборудования и среды, формирующих специализированные каналы, имеющие определённые стандартные показатели: полоса частот, скорость передачи и т. п.

Линия содержит одну и более цепь связи (ствол). Сигнал, действующий в линии, называется линейным.

Различают два основных типа ЛС:

• линии в атмосфере (радиолинии, РЛ);

• направляющие линии передачи (линии связи).

Канал связи[править]

Основная статья: 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[править]

См. также: Мультиплексирование и Модуляция

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

• частотное разделение каналов (ЧРК, FDM) — разделение каналов по частоте. Каждому каналу выделяется определённый диапазон частот.

• временное разделение каналов (ВРК, TDM) — разделение каналов во времени. 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.

Сеть связи[править]

Сеть передачи данных

Сеть (система) электросвязи — совокупность оконечных устройств, линий связи и узлов связи, функционирующих под единым управлением. Например: <� Rq/�="/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B5%D1%82%D1%8C" title="Компьютерная сеть">компьютерная сеть, телефонная сеть.

В общем виде система связи состоит из:

• оконечного оборудования (ОО, терминальное устройство, оконечное устройство) источника и получателя сообщения, и

• устройств преобразования сигнала (УПС) с обоих концов линии.

Оконечное 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 оконечное 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[править]

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.