Современная эпоха научно-технического прогресса сопровождается настоящим информационным взрывом, что означает резкий рост объема и разнообразия передаваемых данных. Основой передачи любой информации — будь то звук, изображение, текст или цифровые данные — является электрическая связь. Этот процесс включает три ключевых этапа: преобразование информации в электрические сигналы, их передачу по линии связи и обратное преобразование сигналов в исходную форму на приемном конце.
Оконечные аппараты и коммутационные станции
Преобразование информации в сигналы и их расшифровка осуществляются специальными оконечными аппаратами связи. К ним относятся телефонные и телеграфные аппараты, а также передающие и приемные устройства радиовещания и телевидения. Эти устройства устанавливаются на концах линии связи.
Поскольку передающий и приемный аппараты находятся в разных местах, нет необходимости соединять их постоянно действующей прямой линией. Для этого используются коммутационные (соединительные) станции, которые временно связывают линии связи на период передачи данных. Яркими примерами служат автоматические телефонные станции (АТС), способные быстро соединять тысячи абонентов, и автоматические телеграфные станции, которые могут накапливать, сортировать и передавать сообщения с учетом их приоритета.
Эволюция линий связи
История линий связи началась в середине XIX века с появлением электрического телеграфа. Первые линии представляли собой железную или медную проволоку, подвешенную на столбах с изоляторами. Позже провода, покрытые резиновой изоляцией, стали объединять в жгуты и помещать в защитную оболочку, что привело к созданию кабельных линий связи.
С изобретением телефона первоначально использовались уже существующие телеграфные линии. Однако со временем стало понятно, что для передачи разных типов информации требуются линии с различными характеристиками, поскольку электрические сигналы телеграфа, телефона, музыки и телевидения занимают разные полосы частот. Например, для телеграфа достаточно 50–100 Гц, для телефона — около 3 кГц, для качественной передачи музыки — до 20 кГц, а для телевизионного сигнала требуется огромная полоса около 6 МГц.
Принципы многоканальной связи
Простейшая линия связи — это пара изолированных медных проводников. Чтобы экономить ценный металл и повысить эффективность, инженеры разработали многоканальную связь, позволяющую передавать по одной паре проводов множество независимых сообщений одновременно.
Основная проблема заключается в том, что исходные сигналы имеют схожие низкие частоты и будут мешать друг другу. Решение было найдено в использовании модуляции. Каждый информационный сигнал модулирует (изменяет амплитуду, частоту или фазу) «свой» высокочастотный ток, отличный от других. Таким образом, по одной линии одновременно передается множество модулированных высокочастотных токов, не создающих помех. На приемной стороне электрический фильтр выделяет нужный высокочастотный ток, а детектор преобразует его обратно в исходный сигнал.
Существует и другой метод — временное разделение каналов. Сигналы передаются по очереди, в разные промежутки времени. Для этого непрерывные сигналы (например, телефонные) сначала дискретизируют (разбивают на отдельные значения), а затем кодируют, представляя каждое значение комбинацией импульсов, подобно телеграфному коду. Чем больше каналов создается на одной линии, тем короче должны быть импульсы и тем шире требуемая полоса частот для их передачи без искажений.
Пропускная способность и усиление сигналов
Количество каналов, которые можно организовать на линии связи, зависит от диапазона частот, эффективно передаваемых данной средой. Разные технологии предлагают различную пропускную способность. Например, по одной паре коаксиального кабеля или радиорелейной линии можно вести свыше 10 000 телефонных разговоров одновременно. Волноводные линии способны обслуживать сотни тысяч абонентов, а световоды (оптоволокно) — еще больше.
При передаче на большие расстояния электрические сигналы ослабевают — это явление называется затуханием. Для компенсации затухания через определенные интервалы вдоль линии связи устанавливаются усилители. Многие из них управляются дистанционно и также получают питание удаленно.
Единая система связи
Совокупность всех видов линий связи — кабельных, радиорелейных, волноводных, спутниковых и радиолиний — вместе с оконечными аппаратами и коммутационными станциями образует Единую автоматизированную систему связи (ЕАСС). Эта сложная инфраструктура обеспечивает надежную и эффективную передачу информации в глобальном масштабе.