Тема 1. Вступ. Телефонні мережі. Канали передачі даних.

При вивченні теми студенти повинні:

– отримати уявлення про розповсюдження звуку і телефонний аппарат;

– вивчити поняття абонентної лінії та центральної АТС;

– вміти дати класифікацію лініям зв’язку;

– опанувати поняття аналогової модуляції;

– отримати уявлення про передачу даних на фізичному та канальному рівнях;

– знати про зв'язок між пропускною спроможністю і смугою пропускання лінії.

Ключові слова: звук; телефонний апарат; телефонна мережа; абонентна лінія; центральна АТС; магістральна лінія зв’язку; фізичний рівень передачі даних; канальний рівень передачі даних; аналогова модуляція; теорема Шеннона.

Лекція 1

1.1 Розповсюдження звуку і телефонний аппарат

1.2 Структура телефонної мережі

1.3 Абонентна лінія

1.4 Центральна АТС

1.5 Магістральні лінії зв'язку

1.6 Мережа вцілому

1.7 Передача даних на фізичному та канальному рівнях

1.8 Аналогова модуляція

1.9 Методи аналогової модуляції

1.10 Зв'язок між пропускною спроможністю і смугою пропускання лінії

1.1 Розповсюдження звуку і телефонний аппарат

Основна задача телефонії полягає в передачі звуку на деяку відстань. В більшості випадків як звук виступає людська мова, хоча таку роль може виконувати музика або цифрові дані. Теле­фонная мережа загального користування, що створювалася протягом останнього сто­річчя, в основному призначалася для передачі мови. Проте ми знаємо, що сьогодні через цю мережу можна передавати мову, цифрові дані, зо­браження, відео і інші види інформації. Перш ніж почати обговорення того, як передача звуку здійснюється по електронному середовищу, розглянемо природу звуку і те, як він розповсюджується.

Звук може породжуватися голосовими зв'язками, музичними инструмен­тами, літаками, вітром і мільйонами інших джерел. Звук створюється областями високого і низького тиску в навколишньому повітрі, ці пере­пади тиску стимулюють внутрішнє вухо, що генерує імпульси, ко­трі мозок розпізнає як звук. Середовищем передачі для звуку є повітря. Передача здійснюється механічно і є чергуваннями області високого і низького тиску, що швидко розповсюджуються по повітрі подібно тому, як біжать хвилі по поверхні водоймища.

Як і у разі будь-якої іншої механічної передачі, у міру видалення від джерела звук зазнає втрати, внаслідок чого він стає тихіше. Це відбувається через те, що його енергія, первинно сконцентро­вана в одній точці, розподіляється на все більшу площу у міру то­го, як перепад тиску віддаляється від джерела звуку. Загасання звуку також відбувається унаслідок того, що зіткнення молекул повітря однієї з одною носять непружний характер. Це обмежує відстань, на яку розбірлива мова може бути передана по повітрю. Проте ми можемо підси­лить звук, але навіть при цьому відстань, на яку він може бути переданий, не перевищить 1000 м. Передача звуку на великі відстані вимагає іншого механізму, ніж розповсюдження по повітрю.

Винахід в 1876 році телефонного апарату дав можливість переда­вать розмови на великі відстані. Телефонний апарат дозволив перетворювати механічну енергію в електричну і навпаки. Наявність такого перетворення означає, що сигнал, що є хвилею повітряних коливань, породженою людським голосом, зрештою після перетворення може бути посланий по мідних дротах, а щоб компенсувати втрати, що виникають при проходженні по дроту вже електричного сигналу, його можна періодично підсилювати. Це до­зволяє здійснювати передачу на сотні або тисячі кілометрів, на відміну від декілька сотень метрів, які можливі при чисто механічній пе­редачі звуку по повітрю.

Телефонна трубка містить мікрофон, який живиться електричним струмом постійної напруги з телефонної мережі. Звичайно мікрофон заповнений вугільними гранулами. Опір мікрофону змінюється, коли звукова хвиля, викликана людським голосом, по черзі стискає і розтискає ці вугільні гранули. Робота такої схеми заснована на законі Ома, що зв'язує напругу U, струм I і опір R (U = I x R). Таким чином, хвиля тиску створює моделюючий її електричний сигнал.

Електричний сигнал може бути переданий по мережі до іншого телефонного апарату, що служить приймачем, де він подається на динамік. У деяких різновидах таких пристроїв електричний сигнал, що змінюється, за допомогою електромагніту викликає коливання розташованого над ним тонкого металевого диска. Ці коливання створюють в повітрі між ди­намиком і вухом людини відповідну хвилю змінного тиску. Вухо і мозок людини інтерпретують цю хвилю як звук.

Таким чином, телефонний апарат виконує роль конвертера, необхідного для перетворення механічної енергії в електричну і навпвки. По­ки сигнал знаходиться в електричній формі, його можна передати на велику відстань.