Классификация видов электросвязи

Все виды электросвязи по типу передаваемых сообщений могут быть разделены на предназначенные для передачи звуковых и оптических сообщений.Основной объем передаваемых сообщений (основной трафик) составляет телефонная связь. Телефонная связь - вид электросвязи, обеспечивающий передачу и прием речевых сообщений. Для организации связи используется типовой канал тональной частоты (КТЧ), спектр которого составляет 0, 3...3, 4 кГц. Спектр речевого сигнала Телефонный (речевой) сигнал образуется при помощи микрофона, в котором звуковые колебания преобразуются в электрический сигнал. Звуки речи образуются в результате прохождения воздушного потока из легких через голосовые связки и полости рта и носа. Каждый звук содержит определенный спектр частот, каждому гласному и согласному звуку соответствует определенная область резонанса (повышенная мощность), называемая формантой. Из графика (рис. 4) видно, что форманта буквы «а» находится в спектре частот, близких к частоте 950 Гц, а форманта буквы «е» находится в спектре частот, близких к частоте 690 Гц. Установлено экспериментально, что все остальные форманты гласных и согласных звуков, из которых складывается речь, не выходят за пределы спектра 0, 3 - 3, 4 кГц и 90% слогов и 99% фраз в этом спектре восстанавливаются без искажений. Частота колебаний основного тона речи находится в пределах от 0, 05 - 0, 0 8 кГц (самый низкий мужской) до 0, 2 – 0, 25 кГц (самый высокий женский или детский). Частота колебаний основного тона лежит в пределах от 50… 80 Гц (бас) до 200… 250 Гц (детский и женский голоса).

Частотный спектр речи лежит в пределах: от 0, 05 – 0, 1 кГц до 8 - 10 кГц (рис. 5)

Мембрана U, В Форманты

Угольный порошок Е А

 

 

Линия

 

 

Звук Микрофон Батарея 0 0, 3 0, 69 0, 95 3, 4 7 кГц

Частоты

 

Рис. 5. Формирование спектра речевого сигнала

 

Для передачи речевой информации требуются заметно меньшие скорости и частоты. Звуки речи различных людей отличаются количеством формант (спектральных областей резонирования при произношении звуков речи) и их частотами. Отдельные звуки могут иметь до шести формант, которые большей частью сосредоточены в диапазоне частот 0, 3...3, 4 к Гц. Международным союзом электросвязи, сектор телефонии (МСЭ-Т) установлено, что качество речи считается удовлетворительным, если передаются шесть формант, т. е. спектр частот может быть ограничен диапазоном 0, 3- 3, 4 кГц. Именно эти частоты приняты и именно они используются для передачи речи в мире. Наряду с формантами имеются менее мощные составляющие звуковых частот, которые и придают голосу каждого человека индивидуальность, позволяющую безошибочно узнать говорящего. Спектр этих частот простирается от десятков герц до 7 кГц и выше, при этом тесты по различению звуков (артикуляции) убедительно показывают, что понятность и разборчивость речи улучшаются с увеличением ширины полосы частот. Для слогов в полосе 0, 3 - 3, 4 кГц точность составляет около 75%, а в полосе до 7 кГц превышает 95%. Скорость нормальной речи может достигать около 120 слов в минуту. При сжатии полосы спектра до 3, 4 кГц может быть 40 неоднозначно принятых слов в минуту, а до 7 кГц - меньше четырех, что близко к точности речи. Факсимильная связь обеспечивает передачу неподвижных черно-белых изображений. Требования к каналу передачи определяется спектром частот электросигналов, создаваемых факсимильными аппаратами в процессе преобразования неподвижных изображений. Сигнал формируется построчной разверткой. Частотный спектр первичного факсимильного сигнала определяется характером передаваемого изображения, скоростью развертки и размерами сканирующего пятна. Верхняя частота сигнала может составлять 732, 1100 и 1465 кГц. Спектр факсимильных сигналов обычно имеет полосу частот 1, 5 – 3 кГц. Ширина спектра факсимильного сигнала зависит от скорости развертки изображения и размеров светового пятна. Например, на стандартном листе бумаге форматом А 4 в одной строке помещается примерно 1000 черно-белых элементов изображения при ширине светового пятна 0, 2мм. Если скорость развертки составляет 60 строк в минуту, т.е. каждая строчка считывается за 1 с, то за эту секунду 500 раз будет осуществлен переход с черного на белое и наоборот, а, следовательно, максимальная частота чередования импульсов – 0, 5 кГц. Для передачи газет применяются высокоскоростные факсимильные аппараты с шириной светового пятна 0, 05 мм (в обычном случае 0, 1 - 0, 2 мм). Это требует повышенную скорость развертки (в обычном режиме – 60 строк в мин.) Спектр факсимильного сигнала при передаче газетных полос расширен до 180 кГц. Звуковое вещание (3В) - вид электросвязи, обеспечивающий передачу программ для непосредственного приема населением. Требования к типовому каналу звукового вещания зависят от желаемого класса звучания. Источниками звука при передаче программ вещания обычно являются музыкальные инструменты или голос человека. Музыка, пение, звучание отдельных музыкальных инструментов или оркестров занимает значительно более широкую полосу частот, чем звучание речи. Кроме того, динамический диапазон сигналов вещательной передачи значительно шире, чем при передаче речи. Например, речь диктора имеет динамический диапазон 25-35 дБ, при художественном чтении - 40-50 дБ, симфонический оркестр - до 65 дБ. Спектр звукового сигнала занимает полосу частот 15 Гц...20 кГц. В зависимости от требований к качеству воспроизведения ширина спектра сигнала вещания может быть ограничена. Различают три класса каналов передачи звукового вещания: высший класс - спектр передаваемых звуковых сигналов составляет 0, 03 - 15 кГц, воспроизведение отличное; 1-й класс - спектр 0, 05 - 10 кГц, достаточно высокое качество, образуется при объ единении трех стандартных каналов ТЧ (строенный канал 3В); 2-й класс - спектр 0, 1 - 6, 3 кГц, качество - удовлетворительное, организуется путем объединения двух каналов ТЧ (сдвоенный). Телевизионное вещание (ТВ) обеспечивает передачу программ черно-белого и цветного телевидения для непосредственного приема населением. Для него предусматривается два типовых канала - для передачи звуковых сигналов сопровождения и передачи изображения. Сигнал изображения формируется методом развертки.

Любое подвижное изображение – это, как правило, смена через каждые 40 мс одного неподвижного изображения другим, т.е. 25 кадров в 1 с. За время между сменой кадров " просматривается" все неподвижное изображение (625 строк, 833 элемента в каждой строке), содержащее полмиллиона элементарных площадок, или элементов, т.е. каждый элемент просматривается в течение полумиллионной доли от отведенных на просмотр всего кадра 40 мс (две десятимиллиардных доли секунды). При этом человеческий глаз " видит" то, чего уже нет на экране, еще 0, 1с. На самом же деле никакого изображения нет на экране, есть только светящаяся точка, бегущая по строкам (экрану) с невероятной скоростью. Светящуюся точку перемещает электронный луч, который сфокусирован с помощью специальных электрических линз и способен отклоняться под действием магнитного поля и развертывать изображение.

Конструкция электронно-лучевой трубки имитирует глаз: объектив – хрусталик, диафрагма – зрачок, искусственная сетчатка из серебряно-цезиевого сплава – сетчатка глаза, но в очень примитивном виде, т.к. она содержит всего 0, 5 млн. фоторецепторов, а это намного меньше, чем у глаза.

На основании вышесказанного ширина спектра телевизионного сигнала:

-625 строк х 833 элементов в строке = 520 625 элементов в кадре;

-25 кадров х 520 625 = 13 015 625 элементов,

следовательно, переход с черного на белое, или наоборот, происходит примерно 6, 5 млн. раз в секунду, т.е. 6, 5 МГц – верхняя граница ширины спектра телевизионного сигнала, нижней принято считать нижнюю границу звукового сигнала – 0, 05 к Гц. Ширина полосы видеосигнала, занимаемая каналом ТВ_; составляет 0, 05 - 6, 5 МГц, динамический диапазон ТВ - сигнала D_c ≈ 40 дБ. Для организации одного канала ТВ требуется 1620 каналов ТЧ.

При передаче данных осуществляется передача и прием сообщений в цифровой форме для обработки вычислительными машинами - компьютерами. Условно различают низкоскоростную передачу (до 64 кбит/с), среднескоростную (2 Мбит/с) и высокоскоростную (от 2 Мбит/с).

Передача газетных полос для децентрализованной печати по каналам электросвязи - это разновидность факсимильной связи, обеспечивающая передачу газетных полос (неподвижных черно-белых изображений). Для передачи газет применяются высокоскоростные факсимильные аппараты с шириной светового пятна 0, 05 мм (в обычном случае 0, 1 - 0, 2 мм). Это требует повышенную скорость развертки (в обычном режиме – 60 строк в мин.), спектр факсимильного сигнала при передаче газетных полос расширен до 180 кГц.

Видеотелефонная связь - вид электросвязи, обеспечивающий одновременную передачу речевых сообщений и изображений говорящих; требуется наличие двух типовых каналов: изображения и речевого телефонного канала тональной частоты.

Виды электросвязи, обеспечивающие передачу сообщений, записанных на носители, и прием этих сообщений с записью на носителе, называются документальной связью (передача данных, факсимильная связь и т.д.)

В зависимости от назначения сообщений виды электросвязи могут быть классифицированы на предназначенные для передачи сообщений индивидуального и массового характера. Телефонная, факсимильная, передача данных - эти виды связи используются для передачи индивидуальных сообщений. Сети телевизионного вещания, звукового вещания, видеотелефонной связи, передачи газетных полос предназначены для передачи массовых сообщений (рис. 6).

В зависимости от временного режима доставки сообщений виды электросвязи могут быть разделены на предназначенные для работы в реальном времени:

- телеконференция реального времени;

- видеоконференция (видеотелефония);

- видеонаблюдение;

- передача голоса - телефония;

	· Реальное время · (real time)	Отложенная доставка (non-real time)
Сообщения индивиду - ального характера	· Телеконференция · реального времени (chat)	Электронные документы: электронная почта (e-mail), персональный радиовызов (paging), телеконференции (news), позиционирование(GPS) Документы: факс, телеграммы
· Видеоконференции (видеотелефония) · Видеонаблюдение	Видео по запросу (Video on Demand)
· Телефония · Аудиотелеконференции	Речевая почта (voice- mail)
Сообщения массового характера	· Звуковое вещание (прямые репортажи)	Звуковое вещание (записанные программы) Автоматические информаторы
· Телевизионное вещание (прямые репортажи)	Телевизионное вещание (записанные программы)
	Передачи газет Телетекст
	Звуковые сообщения		Подвижные сообщения		Неподвиж-ные сообщения

Рис. 6. Современные виды электросвязи

- передача голоса - телефония;

- аудиотелеконференции;

- звуковое вещание и телевизионное вещание (прямые репортажи) и осуществляющие отложенную доставку сообщений:

- электронные документы - электронная почта, персональный радиовызов, телеконференции;

- документы - факс, телеграммы;

- видео по запросу;

- речевая почта;

- звуковое вещание и телевизионное вещание (записанные программы);

- передача газет;

- телекс.

В трафике реального времени допустимая задержка информации не должна превышать 0, 1 с. В трафике отложенной доставки допускается временная задержка при передаче изображений 30 с, 50 с - при передаче голосовых данных, 100...150 с - при передаче аудиоинформации, так как временная задержка приводит к заметным искажениям передаваемой информации.

Приведенная на рис. 6 классификация достаточно условна, поскольку в последнее время наметилась тенденция объединения видов электросвязи в единую интегральную систему на основе цифровых методов передачи и коммутации для передачи всех видов сообщений.

СОДЕРЖАНИЕ

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА. ИСТОРИЯ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ