10

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 Вступ. Телефонні мережі. Канали передачі даних

1.1 Розповсюдження звуку і телефонний апарат

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 апарат

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. Телефонна 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 інструментами, 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 тихішим. 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 передавати 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 декількох сотень метрів, які можливі при чисто механічній передачі звуку по повітрі.

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 динаміком 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 навпаки. Поки сигнал знаходиться в електричній формі, його можна передати на велику відстань.