Конспект по методичке Чёткина

Введение. Исторический очерк

Развитие электросвязи началось с оптических телеграфов (семафоров) в XVIII веке, затем с изобретением телеграфа Морзе (1837), телефона Белла (1876) и радиосвязи (Попов, Маркони, 1897). XX век ознаменовался созданием электромагнитных теорий (Максвелл), ламп, транзисторов и микроэлектроники, что привело к цифровой эпохе и спутниковой связи. Ключевой этап — изобретение оптоволокна (1970, Corning Glass), обеспечившего переход к глобальной информационной инфраструктуре.

Тема 1. Основы построения телекоммуникационных сетей

Телекоммуникационная сеть — совокупность технических средств для передачи и распределения сообщений в виде сигналов.

Основные компоненты:

• Станции (узлы коммутации)

• Линии передачи

• Центры коммутации и подключения пользователей

• Система управления

Классификация сетей:

• По типу сообщений: телефонные, телеграфные, передачи данных, телевидения и др.

• По оборудованию: аналоговые, цифровые, гибридные.

• По назначению: общедоступные, корпоративные, технологические, спецназначения.

• По географии: локальные (LAN), городские (MAN), национальные и международные (WAN).

• По способу коммутации: каналов, сообщений, пакетов.

Коммутация пакетов повышает эффективность использования ресурсов, за счёт буферизации, приоритета и возможности работы при перегрузках.

Основные топологии сетей: Линейная, звезда, кольцо, решётка, дерево, шина. Для мобильной связи используется сотовая топология.

Тема 2. Единая сеть электросвязи России (ЕСЭ)

ЕСЭ — основа телекоммуникационной системы РФ, включающая:

• сети общего пользования (телефонные, телеграфные);

• технологические;

• выделенные;

• сети спецназначения.

Архитектура ЕСЭ:

1. Первичная сеть — линии передачи (кабели, спутники, волокно).

2. Вторичные сети — телефонные, передачи данных, ТВ, интернет.

3. Службы электросвязи — предоставление услуг пользователям.

Иерархия сетей:

• местные (до 100 км),

• внутризоновые (до 600 км),

• магистральные (до 12500 км).

Типы линий передачи: медные, коаксиальные, оптические, радиорелейные, спутниковые.

Тема 3. Компьютерные сети

Компьютерные сети обеспечивают коллективный доступ к информации и ресурсам. Типы:

• LAN — локальные сети (Ethernet, Token Ring, FDDI).

• MAN — городские сети.

• WAN — глобальные сети.

Методы доступа к среде:

• Случайный (CSMA/CD, Ethernet) — коллизии при одновременной передаче.

• Маркёрный (Token Ring) — передача управления по кольцу.

Типы сетей по маршрутизации:

• Сети с виртуальными каналами (сохраняют порядок пакетов).

• Дейтаграммные сети (каждый пакет маршрутизируется независимо).

Эталонная модель OSI (7 уровней):

1. Физический

2. Канальный

3. Сетевой

4. Транспортный

5. Сеансовый

6. Представления

7. Прикладной

Главные протоколы: TCP/IP, Ethernet, PPP, HTTP, SMTP и др.

Тема 4. Логарифмические единицы (децибеллы) и диаграммы уровней

Логарифмические единицы (дБ) позволяют выражать отношение мощностей или напряжений:

Используются для оценки усилений, затуханий и характеристик трактов связи (особенно оптических). На практике контролируют диаграмму уровней, чтобы поддерживать стабильность сигнала вдоль тракта.

Тема 5. Основные характеристики речевого сигнала

Диапазон слуха: 20 Гц – 20 кГц Речевой диапазон: 300 – 3400 Гц (эффективный для телефонии).

Речь состоит из импульсов и пауз; около 50% времени разговора приходится на молчание. Источник звука — голосовые связки. Частота основного тона у мужчин ~70–200 Гц, у женщин до 400 Гц. Форманты (резонансы речевого тракта): F₁: 200–900 Гц F₂: 700–2500 Гц F₃: 1900–3100 Гц F₄: 2900–4500 Гц

Речевой тракт действует как фильтр, изменяющий спектр исходных импульсов.

Тема 6. Основные характеристики электрических сигналов

Рассматриваются типы сигналов:

• аналоговые (непрерывные);

• дискретные (цифровые).

Даётся понятие амплитуды, частоты и фазы, а также спектра сигнала. Определяются диапазоны частот:

• низкие (до 30 кГц),

• радиочастотные (до 3 ТГц),

• оптические (0,8–1,6 мкм). Приводится сравнение свойств электрических, радиоволновых и оптических сигналов.

Тема 7. Модуляция и демодуляция

Определяется модуляция как процесс наложения сообщения на несущую частоту. Типы модуляции:

• амплитудная (AM),

• частотная (FM),

• фазовая (PM).

Основные формулы показаны для зависимости мгновенного напряжения от параметров несущей. Демодуляция — процесс восстановления исходного сигнала на приёмной стороне.

Тема 8. Полоса частот и спектр

Вводится понятие ширины полосы пропускания и её зависимости от частоты сигнала. Приводятся спектры сигналов речи, музыки и телевидения. Разбирается закон Найквиста и зависимость требуемой полосы от максимальной частоты в сигнале. Обсуждается влияние фильтров на форму и энергию сигнала.

Тема 9. Нелинейные искажения

Анализируется влияние нелинейных элементов тракта на передачу сигнала. Основные типы искажений:

• гармонические,

• комбинационные.

Появляются продукты второго и третьего порядков, спектры которых показаны на схемах (суммарные и разностные составляющие).

Тема 10. Мультиплексирование (многочастотное и временное)

Основные принципы разделения каналов:

• FDM — частотное разделение спектра (аналоговые системы),

• TDM — временное разделение (цифровые системы).

Описываются преимущества TDM для цифровой связи: синхронизация, гибкость и экономия полосы. Показана структура мультиплексора и демультиплексора.

Тема 11. Частотные характеристики и фильтры

Типы частотных фильтров:

• ФНЧ (низких частот),

• ФВЧ (высоких),

• ФП (полосовой),

• ФЗ (заграждающий).

Даётся определение передаточной функции и коэффициента усиления. Приводятся схемы фильтров LC и RC-типа.

Тема 12. Линейные искажения и задержки

Излагаются временные и частотные характеристики линейных цепей. Объясняется понятие группового времени задержки и его влияние на форму импульсов. Приводится график зависимости задержки от частоты и примеры компенсации искажений.

Тема 13. Нелинейные искажения (продолжение)

Даны спектры продуктов второго и третьего порядка, схемы их расположения в частотной области. Обосновывается необходимость исключения комбинационных частот из рабочей полосы, чтобы не создавать помех другим каналам.

Тема 14. Логарифмические характеристики, децибеллы (повтор и применение)

Применение логарифмического масштаба для усилений, ослаблений и уровней мощности. Приводятся формулы:

Описывается диаграмма уровней в трактах связи (в децибеллах относительно 1 мВт), показаны примеры расчётов уровней для оптических и радиорелейных систем.

Тема 15. Многократное и групповое преобразование частоты

Описывается взаимодействие трактов с частотным преобразованием. Понятие первичных, вторичных, третичных групп каналов:

• ПГ — 12 каналов,

• БГ — 60 каналов,

• ТГ — 300 каналов,

• ВГ — 900 каналов. Показывается схема формирования первичной группы телефонии (ПГ) и принципы построения аппаратуры преобразования частоты. Отмечается инверсия спектров и методы согласования аппарата с линиями передачи.

Тема 16. Организация двусторонних линейных трактов

Основные схемы:

• Четырёхпроводная однополосная

• Двухпроводная двухполосная

• Пинг-понговая (временное разделение каналов)

• Компенсационная — на основе цифровых фильтров

Примеры систем:

• Однокабельные и двухкабельные конфигурации;

• Оптические — двухволоконные и одноволоконные;

• Радиорелейные — двухчастотный и четырёхчастотный планы.

Эти системы обеспечивают симметричную передачу сигналов в обе стороны без взаимных помех.