История развития проводной многоканальной электросвязи
РЕФЕРАТ
по истории техники
История развития проводной многоканальной электросвязи
Выполнил: Никитин Д. А., асп. каф. МСП
Проверил: доц. Коротин В. Е.
Содержание
Введение.............................................................................................................................................. 3
1.. Зарождение техники многоканальной электросвязи. Простейшие методы разделения сигналов 5
2.. Аналоговые системы передачи.................................................................................................... 8
3.. Цифровые системы передачи плезиохронной цифровой иерархии....................................... 14
4.. Цифровые системы передачи синхронной цифровой иерархии............................................ 18
5.. Мультиплексирование с разделением по длинам волн. Оптические транспортные сети... 21
Заключение....................................................................................................................................... 27
Список использованных источников............................................................................................. 28
Изначально электрическая связь была проводной. Лишь в конце XIX века была открыта и использована возможность связи без проводов, посредством электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве. К настоящему времени беспроводные технологии получили исключительно широкое распространение. Однако, несмотря на использование самых современных средств и методов обработки сигналов, беспроводные средства связи проигрывают по пропускной способности кабельным линиям и вряд ли когда-нибудь их превзойдут. Это связано с тем, что электромагнитный сигнал, распространяющийся в закрытой направляющей системе (в кабеле), находится в гораздо более выгодных условиях, чем радиосигнал в открытом пространстве. На него практически не оказывают воздействия сигналы других линий, он не подвержен влиянию погодных условий, искажениям за счет многолучевого распространения и т. д.
Вместе с тем, оборудование кабельной линии связи – чрезвычайно трудоемкое и дорогостоящее мероприятие. Многие километры кабеля необходимо закопать в землю либо проложить по каналам кабельной канализации. Дополнительные трудности возникают при преодолении водных преград, автомобильных и железных дорог. Также следует учесть, что на протяжении большей части истории электросвязи использовались исключительно металлические кабели, для изготовления которых применялись такие дорогостоящие металлы, как медь и свинец.
Все эти проблемы уже на самых ранних этапах развития средств проводной связи привели к необходимости повышать эффективность использования линейно-кабельных сооружений за счет передачи одновременно нескольких сигналов по одной паре проводов. Разработка таких способов положила начало созданию аппаратуры уплотнения, или мультиплексирования. Технологии уплотнения в ходе своего развития прошли несколько этапов и к настоящему времени обеспечили создание мощной глобальной сети типовых каналов и трактов, то есть так называемой первичной, или транспортной, сети. Истории развития этих технологий и посвящена настоящая работа.
1 Зарождение техники многоканальной электросвязи. Простейшие методы разделения сигналов
Первые попытки повышения эффективности использования линий связи относятся к первой половине XIX века. Единственным существовавшим тогда видом электрической связи была телеграфия. В 1838 г. немецкий ученый Карл Штейнгель предложил для коротких линий в качестве второго провода цепи использовать землю или воду. Пять лет спустя Б. С. Якоби показал, что этот метод пригоден и для длинных линий. Это решение позволило вдвое повысить пропускную способность металлических проводников [1].
В 1860–1870 гг. применялись системы дуплексного, диплексного и квадруплексного телеграфирования. При дуплексном телеграфировании по одному проводу во встречных направлениях посылались две телеграммы. Разделение направлений приема и передачи осуществлялось при помощи развязывающих устройств (дифференциальных схем). Наиболее совершенная схема дуплексного телеграфирования была предложена американским инженером Дж. Стирнсом в 1871 г. При диплексном способе обе телеграммы посылались в одном направлении. В 1858–1859 гг. известный российский математик З. Я. Слонимский предложил схему квадруплексного телеграфирования – самый эффективный, хотя и самым сложный из подобных методов. В этом случае по одному проводу передавались четыре телеграммы – по две во встречных направлениях. Практически эта схема была реализована лишь в 1874 г. Т. А. Эдисоном [1].
В 1876 г. французский изобретатель Ж. Бодо предложил способ многократного телеграфирования, позволявший работать по одной линии сразу нескольким телеграфным аппаратам. На передающей и приемной станциях устанавливались абсолютно одинаковые устройства – распределители, которые представляли собой круглые диски с укрепленными на них неподвижными контактами – ламелями. К каждой ламели подключался свой телеграфный аппарат. Кроме того, на диске имелся один подвижный контакт – щетка. Этот контакт был связан с телеграфным проводом и приводился в движение мотором. Вращаясь вокруг своей оси, щетка поочередно касалась каждой ламели и таким образом соединяла телеграфные аппараты с проводом [2].
В своей системе Бодо реализовал принцип временного разделения каналов, который лежит в основе практически всей современной цифровой связи.
В XIX веке предпринимались также попытки использовать явление механического резонанса для избирательного приема токов различных частот. В 1860 г. французский учитель физики Эдмонд Лаборд подобрал несколько пар гибких металлических пластинок и настроил передающую и приемную пластинки каждой пары в резонанс на собственную частоту.
Более совершенную схему предложил в 1869 г. профессор физики Харьковского университета Григорий Иванович Морозов. В его схеме предусматривались жидкостный передатчик и электромагнитный приемник. В сосуд с жидкостью опускались две металлические пластинки – подвижная и неподвижная. Ток от батареи подводился к подвижной пластинке. При ее колебаниях изменялись сопротивление слоя жидкости и, соответственно, сила тока, идущего в линию от неподвижной пластинки. Постоянный ток превращался в пульсирующий соответственно частоте колебаний пластинки. Приемник состоял из двух стержневых электромагнитов, над которыми располагался якорь в виде железной пластинки, настроенной в резонанс с подвижной пластинкой передатчика. Если по линии посылать одновременно сигналы от нескольких передатчиков, то каждый приемник реагирует на сигналы только своего передатчика и воспроизводит исходный сигнал. Ни схема Лаборда, ни схема Морозова так и не были реализованы [1].
Первые телефонные линии, также как и телеграфные, были воздушными и работали по однопроводной системе. По причине взаимных и внешних влияний пришлось отказаться от несимметричных однопроводных цепей и перейти на симметричные – двухпроводные цепи. Скрутка изолированных жил в пары начала применяться в 1882 г. Законодательно решение о переходе на двухпроводные телефонные цепи было принято на втором Международном электротехническом конгрессе, состоявшемся в Париже в 1889 г.
В 1882 г. инженер фирмы Siemens Brothers в Лондоне Франк Джекоб показал, что на каждых двух парах жил в кабеле можно получить, кроме двух физических цепей, еще одну – третью цепь путем включения на концах линии специальных дифференциальных трансформаторов. Эта третья цепь была названа фантомной, или призрачной. Физически она не существует: ее прямым проводом служат обе жилы первой пары, а обратным проводом – обе жилы второй пары. В отечественной послевоенной литературе фантомные цепи были переименованы в искусственные. Благодаря дифференциальным трансформаторам, разговоры по искусственной цепи не оказывают влияния на разговоры по основным цепям. В результате, вместо двух по линии можно было одновременно вести три телефонных разговора; следовательно, эффективность ее использования возросла на 50 %. Это был исторически первый шаг на пути уплотнения физических цепей.
Идею использования дифференциальных трансформаторов применил в одно время с Джекобом и Пикар в своей схеме одновременного телефонирования и телеграфирования по одной двухпроводной цепи. К средним точкам вторичных обмоток дифференциальных трансформаторов подводились провода от двух телеграфных аппаратов. При работе телеграфных аппаратов через дифференциальные обмотки трансформаторов проходят токи разных направлений, и влияние их на вторичные (линейные) обмотки трансформаторов будут взаимно уничтожаться. Благодаря этому телеграфная передача не создает помех ни в одной ни в другой телефонной цепи. В тот же период – в начале 1880-х гг. – были разработаны схемы одновременного телефонирования и телеграфирования бельгийским инженером Риссельберге и независимо от него капитаном русской армии Григорием Григорьевичем Игнатьевым.
В 1886 г. Сидней Шелбурн в Нью-Йорке предложил скручивать одновременно четыре жилы, но составлять цепи не из рядом лежащих, а из противолежащих жил, расположенных по диагонали образованного в поперечном сечении квадрата. Такая четверка напоминает четырехлучевую звезду и называется звездной. Она обеспечивает более устойчивую цилиндрическую форму кабеля, а также удобство формирования искусственных цепей. Но главное достоинство звездной четверки в том, что расстояние между диагонально расположенными жилами в 1,4 раза больше, чем между рядом лежащими. Следовательно, несколько уменьшается электрическая емкость цепи, а значит, и ее коэффициент затухания. В результате незначительно, но все же возрастает дальность связи.
