Балтийский федеральный университет имени И. Канта

Физико-технический факультет

Утверждаю

Заведующий кафедры

к.т.н., доцент

А. Шпилевой

«___»_________ 200__ г.

Л е к ц и я № 1

Тема: «Введение в дисциплину общая теория связи»

Текст лекции по дисциплине: «Общая теория связи»

Обсуждена и одобрена на заседании кафедры

протокол №___ от «___»___________200__г.

Г. Калининград 2012 г.

Текст лекции № 1

по дисциплине: «Общая теория связи»

Введение

Новости

1. 12 сентября Apple представит не только новый смартфон iPhone 5, но и обновленные плееры iPod touch, iPod nano и iPod Shuffle (http://www.mobiset.ru/news/).

2. Apple и Samsung не раз говорили о том, что судебные разбирательства не скажутся на совместном бизнесе двух производителей. Однако источники Korea Economic Daily говорят об обратном. По их словам, Apple старается максимально сократить свою зависимость от Samsung при выпуске нового iPhone. Они утверждают, что хотя корейцы и входят в число поставщиков DRAM и NAND – памяти для iPhone 5, первая партия смартфонов будет собираться из комплектующих производства Toshiba, Elpida Memory и SK Hynix (http://www.mobiset.ru/news/).

3. Пропускная способность Ethernet-сетей к концу десятилетия может достичь 10 Тбит/с. Институт инженеров электроники и электротехники (IEEE) сформировал специальную рабочую группу IEEE 802.3 Industry Connections Higher Speed Ethernet Consensus, которой предстоит решить, какими должны быть скоростные характеристики стандарта Ethernet следующего поколения. Исследования показывают, что потребность в двукратном увеличении пропускной способности каналов связи возникает приблизительно раз в два года. Обусловлено это, прежде всего появлением новых видеосервисов, развитием систем высокопроизводительных вычислений по запросу и облачных служб http://net.compulenta.ru/702397/.

1. Предназначение, цель и предмет дисциплины.

Системы связи играют всё большую роль в жизни людей, объединяя и сближая отдельные страны, континенты и объекты космоса. Последние годы отмечены не только интенсивным развитием проводных и оптико-волоконных систем связи, но и заметным развитием систем радиосвязи.

Помимо радиорелейных и спутниковых систем радиосвязи быстро развиваются сети мобильных цифровых сотовых систем радиосвязи.

Разработки систем связи последнего времени используют не только возможности современных технологий, но и достижения современной теории связи, позволяющие повысить не только объёмы передаваемой информации, но и качество передачи сообщений.

В развитии теории и техники связи пройден значительный путь, начало которого было заложено более 100 лет назад. Совершенствование связи всегда непосредственно связывалось с развитием электротехники, а впоследствии и радиотехники в целом. Два исследователя стоят у её истоков: русский учёный Александр Степанович Попов (1859-1906) и итальянский изобретатель Гульельмо Маркони (1874-1937). Но кто из них всё же первым передал на расстояние информацию, как было принято говорить, с помощью беспроволочного телеграфа? Прежде чем ответить на этот вопрос, кратко о предшественниках двух великих изобретателей.

В 1873 г. английский учёный Джеймс Клерк Максвелл опубликовал работу «Трактат по электричеству и магнетизму», где сформулировал свои 12 выводов в виде уравнений. Как следствие из составленных им уравнений, следовал вывод о возможности распространения ЭМВ в свободном пространстве со скоростью света. Но полученному теоретическим путём открытию мало кто поверил, даже известные в ту пору физики. Однако спустя 15 лет немецкий учёный Генрих Рудольф Герц экспериментальным путём доказал справедливость теории Максвелла. Сущность опытов Герца состояла в следующем. К двум латунным стержням с малым зазором между ними подключалась индукционная катушка, создающая высокое напряжение. Когда это напряжение превышало напряжение пробоя, в зазоре проскакивала искра и происходило возбуждение ЭМК. Излученные колебания регистрировались на расстоянии в несколько десятков метров. Что неопровержимо доказывало распространение ЭМВ. Герцем была получена минимальная длина волны 60 см. В современном представлении осциллятор Герца есть открытый колебательный контур, в котором при возбуждении его искровым способом возникают затухающие колебания, излучаемые в пространство.

Из опытов Герца, опубликовавшего результаты своих экспериментальных исследований, отталкивались как Попов, так и Маркони. 7 мая 1895 г. А.С. Попов впервые продемонстрировал на заседании физического отделения Русского физико-химического общества свой чувствительный радиоприёмник, названный в начале грозоотметчиком, принимавший колебания, излучаемые видоизменённым осциллятором Герца. Этот день в нашей стране отмечается как день радио. Отчёт о знаменательном заседании с описанием доклада и эксперимента А.С. попова был опубликован в журнале общества в августе 1895 г. и январе 1896 г.

24 марта 1896 г. на заседании того же общества А.С. Попов помимо радиоприёмника демонстрирует и созданный им искровой радиопередатчик, передав из одного здания в другое азбукой Морзе (Самуэль Морзе 1791 – 1872 г. американский художник и изобретатель) первую в мире радиотелеграмму. Текст её был краток: «Генрих Герц». В 1897 г. при испытаниях на кораблях дальность связи с помощью аппаратов Попова достигла 5 км, а к 1900 г. она возросла до 47 км. во время спасательных работ севшего на камни корабля в Балтийском море.

Другой изобретатель радио – Маркони – также приступил к своим исследованиям, отталкиваясь от опытов Герца. В 1896 г. Маркони из Италии переселяется в Великобританию, где его изобретением заинтересовалось Почтовое ведомство и Адмиралтейство. В 1896 г. Маркони подает заявку на изобретение, связанное с передачей импульсов, а в июле 1897 г. получает на него первый английский патент. В том же году он создаёт крупное акционерное общество «Маркони и К⁰», сумев привлечь к своему открытию значительные финансовые средства. Маркони в Великобритании зарекомендовал себя не только великим изобретателем, но и крупным предпринимателем, сумевшим быстро и эффективно внедрить в промышленное производство созданные им радиотелефонные аппараты, приносившие его компании большую прибыль. В 1901 г. с помощью аппаратов Маркони была установлена радиосвязь через Атлантический океан с Америкой, а в 1918 г. – с Австралией. В 1909 г. за изобретение радио Маркони была присуждена Нобелевская премия по физике. За три года до этого события скончался А.С. Попов. Поскольку Нобелевская премия присуждается только при жизни, то кандидатура последнего не рассматривалась. Следовательно, первым публично продемонстрировал и сделал сообщение о своём изобретении радио А.С. Попов. А в деле патентования и продвижения в промышленное производство созданных им радиотелефонных аппаратов преуспел Маркони.

Демонстрация телеграфии в 1838 г. С. Морзе последовала за открытием в 1820 г. магнетизма Эрстедом и Ампером. В 1880 г. Герц подтвердил предположение Максвелла (1873 г.) о возможности беспроволочного распространения электромагнитной энергии.

Общая теория связи, возникшая относительно недавно, появилась и развивается на стыке, с одной стороны, математических наук – теории вероятностей, математической статистики, теории случайных процессов, теории множеств, комбинаторики, а с другой – на основе инженерно-технических методов электрической связи.

Одной из первых работ, не утративших по настоящее время своего значения, явилась работа В.А. Котельникова (академика, вице-президента АН СССР) «О пропускной способности «эфира» и проволоки в электросвязи»

Основы современной теории связи были заложены в фундаментальных работах В.А. Котельникова по теории потенциальной помехоустойчивости (1947 г.) и К. Шеннона по теории информации (1948 г.). Отдельные вопросы теории рассматривались в более ранних работах Х.Найквиста (1928 г.) и В.А. Котельникова (1933 г.), в которых была сформулирована теорема отсчётов, в работе Р. Хартли (1928 г.), в которой введена логарифмическая мера количества информации, в работе Д.В.Агеева ( 1935 г.) по теории линейного разделения каналов.

В создании и развитии теории связи большую роль сыграли работы А. Я. Хинчина (1938 г.) по корреляционной теории случайных процессов, А. Н. Колмогорова (1941 г.) и Н. Винера (1943 г.) по интерполированию и экстраполированию стационарных случайных последовательностей, А. Вальда (1950г.) по теории статистических решений.

Дальнейшее развитие теория получила в работах Р. Райса, А. А. Харкевича, В.И. Сифорова, Р. Галлагера, Х. Хелстрома, Р.Фано, Л. М. Финка, Д. Витерби и многих других отечественных и зарубежных учёных.

Курс ОТС относится к числу фундаментальных дисциплин подготовки инженеров, владеющих современными методами анализа и синтеза систем и устройств связи различного назначения.

Общая теория связи изучает методы передачи информации, которые основываются на использовании в качестве носителей сообщений электрических сигналов. Электрическим сигналом (сигналом) будем называть электромагнитное колебание, один или несколько параметров которого изменяются во времени в зависимости от изменения состояний источника информации.

Целью курса является изучение основных закономерностей и методов передачи сообщений по каналам связи.

Общая теория связи исследует процесс функционирования системы электрической связи и ее составных элементов, способы наиболее рационального построения их. Ею рассматриваются закономерности функционирования источников информации, технических устройств, обеспечивающих преобразование информации в электромагнитные волны и обратно, закономерности процесса распространения ЭМВ. На основе такого исследования решается основная задач теории электрической связи – нахождение методов восстановления переданного сообщения по принятым сигналам, при котором обеспечивается оптимальная передача сообщений

Предметом дисциплины является определение как должны работать элементы системы связи и каким они должны удовлетворять требованиям для достижения необходимых характеристик системы в целом по скорости и качеству передачи информации.

Дисциплинами, на которых базируется ОТС являются: «Высшая математика», «Теория вероятностей и математическая статистика», «Физика», «Информатика», «Основы теории цепей».

В настоящее время именно теория электросвязи указывает перспективные направления развития техники электросвязи. Знания этой теории необходимо не только на стадии разработки систем связи, но и при их эксплуатации, так как позволяет правильно организовать борьбу с помехами для достижения требуемого качества и скорости передачи информации. Поэтому изучение дисциплины ОТС является неотъемлемой частью теоретической подготовки инженеров - связистов.

Выводы

1. Дисциплина ОТС даёт знания о перспективных направлениях развития средств и систем связи.

2. Основной задачей курса является формирование «технического мировоззрения» студентов, поэтому в дисциплине основное внимание уделено принципам и методам передачи сообщений по каналам связи.