Глава 9. Системы связи оптического диапазона

9.1.Особенности оптической связи . . . . . . 158

9.2.Оптические квантовые генераторы . . . . . 160

9.3.Модуляция колебаний оптического диапазона . . . 162

9.4.Система оптической связи . . . . . . 165

9.5.Оптическая связь по световодам . . . . . 168

9.6.Волноводные линии связи . . . . . . 169

Вопросы для самопроверки . . . . . . 170

Литература . . . . . . . . . . 171

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Системы передачи информации» читается в последнем семестре обучения студентов по специальности 200700. В дисциплине показано, как на базе анализа изученных студентами дисциплин можно синтезировать те или иные системы передачи информации.

Основная цель дисциплины «Системы передачи информации» заключается в формировании у будущих специалистов единого подхода к анализу и синтезу коммуникационных систем различного назначения и их оптимизации на основе теории информации и статистической теории связи. При изучении дисциплины главное внимание уделяется принципам построения многоканальных систем проводной связи и радиосвязи. Показано, что на основе использования унифицированной каналообразующей аппаратуры в этих системах можно создавать составные каналы большой протяженности.

Независимо от целевого назначения любая коммуникационная система представляет собой сложные технические комплексы, в основу которых положены новейшие достижения науки и техники. Все это предъявляет повышенные требования к уровню подготовки специалистов по всем видам радиотехнических систем, системам каналообразования и проводной связи. Они должны не только уметь разрабатывать ту или иную систему по заданным техническим требованиям, но и должны знать, достаточно ли полно в этой системе реализованы все её потенциальные возможности.

Без дальнейшего совершенствования коммуникационных систем невозможно ускорение научно – технического процесса, подъема экономики, роста прозводительного труда и повышения материального и культурного уровня народа. Вот почему будущему инженеру по специальности 200700 важно освоить данную дисциплину и уметь на практике применить полученные знания.

Остановимся кратко на истории развития коммуникационных систем.

Система телеграфной связи с помощью электрического тока в качестве переносчика сообщений впервые была предложена и практически реализована русским ученым Павлом Львовичем Шиллингом в 1832 году. Им же был впервые разработан телеграфный код.

Академик Борис Семенович Якоби продолжил работы Шиллинга и в 1839 – 1850 гг. создал первый в мире буквопечатающий аппарат.

В 1837 году, американец С.Морзе разработал свою телеграфную систему связи, в частности, телеграфный аппарат и специальный код, учитывающий статистику появления букв в английском языке.

В 1867 г. англичанин Уитсон разработал телеграфный аппарат снабженный трансмиттером, осуществляющим автоматический ввод телеграфного сообщения с перфоленты. Тогда же были раз­работаны перфораторы и реперфораторы.

В 1874 г. французом Э. Бодо был по­строен многократный телеграфный аппарат, с помощью которого по одной цепи передавалось несколько сообщений.

В 1870 г. Петербург и Москва были связаны воз­душными телеграфными линиями связи, а затем телеграфная связь появилась на Кавказе, в Сибири и на Дальнем Востоке.

Развитие телефонии началось с изобретения в 1876 году Беллом телефона. В 1879 г. русским инженером М.Махальским был предложен угольный микрофон. Вскоре был сконструирован телефонный аппарат, включающий в себя как разговорные, так и вызывные приборы.

В 1887 г. русским инженером К. Москицким был изобретен коммутатор, явившийся первым шагом на пути автоматизации телефонных связей и созда­ния автоматических телефонных станции.

Начало рациональному использованию линий связи было по­ложено Г.И. Mopoзовым, который в I869 г. предложил передавать но одной паре проводов несколько телеграфных сигналов токами различных частот.

Одновременное телефонирование и телеграфирование на основе частотного разделения сигналов было осуществлено в 1880 г. по предложению военного связиста Г. Г. Игнатова.

С 1895 года начинается развитие радиотехнических систем после изобретения А.С. Поповым радио. Первоначально был освоен радиотелеграф, который связал города, страны и материки, заменив во многих случаях использование дорогостоящих кабелей, содержащих медь, серебро и даже золото.

В 1899 году А.С. Попов, П.Н. Рыбкин и Д.С. Троицкий открыли слуховой метод приема и создали первый радиотелефонный приемник.

В 1911 году была впервые установлена двухсторонняя радиотелеграфная связь между землей и самолетом.

В 1915 году В.И. Коваленковым был изобретен двухсторонний усилитель, который позволил решить важнейшую проблему увеличения дальности телефонной связи токами тональной частоты.

В 30-е же годы прошлого столетия было создано опытное телевидение и заложены основы радиорелейной связи. В эти же годы появляются различные коммуникационные системы на базе серьезных теоретических исследований.

В основу построения таких коммуникационных систем была положена теория информации, которая изучает закономерности связанные с передачей сигналов по каналам со случайными помехами. В свою очередь полезный сигнал есть тоже случайный процесс. Поэтому создание коммуникационных систем немыслимо без применения вероятностно-статистических методов и теории случайных процессов.

Первые публикации по теории случайных процессов появились в 30-х годах 20 века. Их авторами были отечественные ученые А.Н. Колмогоров и А.Я. Хинчин.

В 1947 году В.А. Котельников опубликовал работу «Теория потенциальной помехоустойчивости». Она явилась важнейшим направлением статистической радиотехники и сыграла огромную роль в формировании теории информации.

В 1949 году К. Шеннон в книге «Статистическая теория передачи электрических сигналов» дополнил исследования В.А. Котельникова в этой области.

В 1951 году появляются работы В.И. Бунимовича, которые легли в основу статистической радиотехники, как теория флуктуационных процессов.

Применение методов теории информации и теории случайных процессов позволило эффективно решать многие радиотехнические задачи.

С запуском первого искусственного спутника Земли 4 октября 1957 года начинается важнейший этап в развитии систем передачи информации, радиолокации, радионавигации, радиоуправления и телевидения.

Уже в 1961 году создаются первые системы нового типа – многоканальные радиолинии большой протяженности, включающие в себя не только системы передачи информации, но и системы радионавигации и телеуправления.

С 1967 года начинается эра цветного телевидения в нашей стране.

Важным этапом в развитии космических радиотехнических систем явилась разработка космической системы радиоуправления, которая в 1970 году позволила высадить на Луну отечественный управляемый аппарат «Луноход – 1».

В дальнейшем широко осуществлялись программы изучения планет - Венера, Марс и др. с помощью космических радиотехнических систем.

Значительный вклад в развитие теории и практики коммуникационных систем внесли научные школы, созданные такими отечественными учеными, как В.А. Котельников, А.Я. Хинчин, А.А. Харкевич, В.И. Бунимович, А.Н. Колмогоров, В.А. Грановский, Б.Р. Левин, В.В. Марков, В.И. Тихонов, М.С.Ярлыков, М.П. Долуханов, А.А. Пистолькорс, В.А. Каплун, Л.Д. Бахрах, Л.М. Финк, Л.Е. Варакин, М.В. Верзунов, Н.Т. Петрович, П.И. Пенин, Ю.П. Борисов, М.В. Назаров, А.Т. Зюко, Д.Д. Кловский, Л.А. Гуткин, С.Н. Терентьев, Г.Ф. Добровольский, А.А. Чернышев и другие.

В заключение, следует отметить, что система связи должна обеспечить оптимальный путь доставки сообщения, исходя из занятости каналов, приоритета и категории срочности. На отдельных участках могут использоваться различные, так называемые, составные каналы связи. Поэтому большое значение приобретают унификация и стандартизация каналов связи с различной физической средой.

Успешное претворение в жизнь задач, стоящих в настоящее время перед Россией, во многом зависят от правильного научного и технического решения разрабатываемых коммуникационных систем. В этом могут и должны оказывать большую помощь в том числе и выпускники нашего МГОУ.