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

Введение

С изобретением в 1835 году электрического телеграфа в истории человечества началась новая эпоха – эпоха электросвязи. Менее чем за 200 лет телекоммуникационные технологии прошли огромный путь – от громоздких и неуклюжих устройств, которыми могли пользоваться лишь государственные организации и немногие наиболее обеспеченные частные лица, до глобальной инфраструктуры, обеспечивающей связь на всем земном шаре между самыми отдаленными его уголками. Огромная скорость, с которой распространяются электромагнитные волны, позволяет за ничтожные доли секунды преодолевать расстояния в десятки тысяч километров, передавая все виды информации: звук, неподвижные и подвижные изображения, компьютерные данные и т. д.

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.

Решающего влияния на эффективность использования телефонных линий эти по­лезные усовершенствования не оказали. Успех был достигнут в XX веке на базе дос­тижений радиотехники и электроники [1].

2     Аналоговые системы передачи

Простейшие методы разделения сигналов позволили до определенных пределов повысить эффективность использования линейных сооружений связи. Однако к началу XX века эти методы себя исчерпали. Требовалось увеличить число каналов, одновременно передаваемых по одной паре проводов, а также дальность связи. Так как дальность проводной связи ограничена из-за затухания в кабеле, необходимо было периодически усиливать сигнал по мере его ослабления.

Предпосылкой к созданию промежуточных усилителей стало изобретение в 1904 г. английским физиком и радиотехником Джоном Флемингом первой двухэлектродной электронной лампы – диода. Первая практически пригодная схема промежуточного телефонного лампового электронного усилителя была предложена в 1912 г. американцами А. Кэмпбелом и К. Вагнером. В 1913–1914 гг. в США была сооружена первая междугородная кабельная магистраль длиной 730 км с применением промежуточных усилителей [1].

В России большие заслуги в создании и совершенствовании промежуточных усилителей («телефонных трансляций», как они тогда назывались по аналогии с телеграфными трансляциями) принадлежат Валентину Ивановичу Коваленкову (1884–1960) – одному из крупнейших советских специалистов в области проводной электросвязи, члену-корреспонденту АН СССР, генерал-майору инженерно-технической службы, лауреату Государственной премии СССР. В 1915 г. он продемонстрировал макеты ламповых телефонных трансляторов на Всероссийском съезде инженеров-электриков. Свои первые патенты на телефонные трансляции, разработанные в период 1915–1918 гг. он получил в августе 1919 г. Предложенная Коваленковым идея усилителя двухстороннего действия с дифференциальной системой до настоящего времени остаётся основой построения дуплексных усилителей каналов тональной частоты [1, 3].

Первый телефонный транслятор системы Коваленкова (1922) был установлен в Бологом и обеспечивал уверенную связь Петрограда с Москвой. В 1924 г. трансляции, изготовленные в Петроградской научно-испытательной станции, были установлены на линии Петроград–Харьков. В этом же году завод «Красная заря» начал промышленный выпуск телефонных трансляций. К 1927 г. на междугородных телефонных линиях связи их действовало свыше пятидесяти. Использование трансляций позволило организовать магистрали связи весьма большой протяженности (Москва – Тбилиси, Москва – Магнитогорск и др.)

Телефонные трансляции двустороннего действия обеспечили увеличение дальности связи до 2500–3000 км по медным цепям, до 500–600 км – по стальным и до 1000 км – по кабельным пупинизированным цепям [4].

Расширение междугородных телефонных магистралей поставило на очередь вопрос об улучшении техники передачи междугородных разговоров. Важнейшее зна­чение имело внедрение аппаратуры высокочастотного телефонирования (уплотнения) по воздушным линиям связи. Это позволило по одной паре медных проводов передавать одновременно несколько телефонных разгово­ров, что повысило эффективность использования доро­гостоящих линейных сооружений.

Наиболее ранние образцы аппаратуры высокочастотного телефонирования представляли собой фактически радиоаппаратуру, приспособленную для работы по кабелям. Первые опыты передачи разговорных сигналов по проводам методом радиосвязи были осуществлены в нашей стране проф. П. В. Шма­ко­вым совместно с инженером Г. А. Куприяновым в 1922 году. В 1922–1923 гг. в Нижегородской лаборатории инженером А. Ф. Шориным проводились первые опыты в деле применения методов радиосвязи для передачи телеграфных сигналов.

Первая отечественная одноканальная аппаратура высокочастотного телефони­рования для медных цепей была разработана и изго­товлена в 1926 г. сотрудниками Ленинградской науч­но-испытательной станции под руководством П. А. Азбукина и установлена на линии Ленинград – Бологое На этой же линии были осуществлены первые опыты, связанные с получением нескольких телеграфных связей вместо одной телефонной. Для этого была применена так называемая система тонального частотного телеграфирования [4].

В 1927 г. была создана аппаратура высокочастотного телефонирования (типа ОСА-406), позволившая осуществлять по одной медной цепи три телефонных разговора.

Широкое промышленное производство аппаратуры уплотнения в СССР началось с разработки в 1934 г. трехканальной аппаратуры СМТ-34. Эта аппаратура двухполосной системы с передачей в линию несущей ча­стоты работала в полосе частот 10,4–40 кГц. В 1935 г. отечественная промышленность начала выпускать трехканальную аппаратуру уплотнения цепей типа ОСМТ-35, работающую в спектре 6–30 кГц без пере­дачи в линию несущей частоты. В аппаратуре были установлены автоматическая регулировка усиления. Аппаратура обеспечивала более высокое качество передачи и большую дальность действия [5].

К концу 30-х годов аппаратурой уплотнения было оборудовано большинство междугородных телефонных линий. В этот же период высокочастотные каналы начинают использоваться для передачи нетелефонной информации, прежде всего, для многократного телеграфирования и фототелеграфирования [6].

В 1939 г. вступила в эксплуатацию самая длинная в мире междугородная телефонная линия Москва–Хабаровск протяженностью около 9 тыс. км, продолжен­ная затем до Владивостока. С вводом в строй этой магистрали была установлена связь с крупными промышленными центрами Востока: Хабаровском, Владивостоком, а в дальнейшем с Магаданом, Южно-Сахалинском и другими городами.

Страницы: 1, 2, 3