Телекоммуникации

Дальняя космическая связь.
Вверху: спутник космической связи;
внизу: антенна спутниковой связи.

Телекоммуникации — от греческого слова tele (τηλε — далеко, вдаль) и латинского слова — communicatio (общение) — процесс дистанционной передачи информации с использованием коммуникационных технологий. Телекоммуникации означают удалённую передачу и прием информации любого рода по электрическому проводу, радиосвязи, оптической линии связи или другим электромагнитным системам.

В целом базовая телекоммуникационная система состоит из трёх основных частей, которые всегда присутствуют в той или иной форме:

• передатчик, который преобразует исходную информацию в электрический, оптический или радиосигнал;
• среда передачи, по которой передается сигнал — металлический провод, оптоволокно или окружающее пространство;
• приёмник, который принимает сигнал и преобразует его в информацию для получателя.

Типы каналов связи

Канал связи — это система, которая объединяет передатчик, среду распространения сигнала и приёмник. В этой зависимости выделяют следующие типы каналов связи:

Проводные каналы связи

• Проводная электросвязь. Принцип проводной электросвязи основан на преобразовании сигналов сообщения (звук, текст, оптическая информация) в первичные электрические сигналы, которые могут быть переданы по проводам;
• Волоконно-оптическая связь — для передачи используются световые волны, модулированные передаваемым сигналом и распространяемые по кабельным световодам.

Радиоканалы

Для передачи информации используются радиоканалы наземной и спутниковой связи:

• связь без применения ретрансляторов — в диапазонах длинных, средних, коротких и ультракоротких волн,
• спутниковая связь — связь с применением космических ретрансляторов,
• радиорелейная связь — связь с применением наземных ретрансляторов,
• сотовая связь — радиорелейная связь с использованием сети наземных базовых станций.

Инфракрасные каналы

Удобны для передачи информации в пределах прямой видимости. Используют инфракрасные сигналы, передаваемые малогабаритными передатчиками и воспринимаемые чувствительными приемниками. Благодаря инфракрасным частотам канал нечувствителен к электромагнитным наводкам, которые могут излучаться силовыми электрическими блоками, электросварочными аппаратами и другими агрегатами в условиях работы в производственных помещениях.

Типы передаваемых сигналов

Аналоговый (сверху) и дискретный цифровой сигнал (снизу)

В зависимости от типа передаваемого сигнала различают аналоговую и цифровую связь.

• Аналоговая связь — это передача непрерывного сигнала. Примером может служить телефонная связь первых поколений, когда голос говорящего абонента посредством микрофона напрямую, без дополнительных преобразований определяет форму и амплитуду электрического сигнала, который усиливается и передаётся по проводной линии и на другом конце преобразуется в звуковой сигнал. Недостатком такого вида связи является затухание сигнала в длинной линии и подверженность искажению за счёт нелинейных частотных характеристик линии и воздействию сигнала шума.
• Цифровая связь — это передача цифровой или оцифрованной аналоговой информации в дискретной форме, в виде прямоугольных импульсов или логических «нулей» и «единиц». Преимуществом этого вида связи является высокая помехоустойчивость, возможность применения специальных процедур выявления и коррекции ошибок, передача на большие расстояния, а также возможность хранения информации на современных носителях. Кроме того, блок передаваемой информации можно «сжать» (архивировать), чтобы сэкономить объём передаваемых данных. На стороне получателя производится обратная процедура и сигнал восстанавливается в исходном виде.

Средства телекоммуникации

Одним из первых шагов в изобретении технических средств телекоммуникации можно считать изобретение визуального телеграфа, представляющего собой систему рычажных маятников, установленных на городских башнях или холмах, находящихся в пределах прямой видимости. С помощью этих устройств можно было последовательно передавать сообщения от одной башни к другой. В тёмное время суток использовались сигнальные световые семафоры. Информация передавалась в системе знаков, интерпретируемых в заранее определённую лингвистическую или буквенную последовательность. Моряки использовали систему сигнальных флагов и вымпелов для связи между кораблями.

Электрический телеграф

Ключ Морзе

Первый в мире практически пригодный электромагнитный телеграф создал в 1832 году российский ученый, член-корреспондент Санкт-Петербургской Академии наук Павел Львович Шиллинг. За год до этого американский физик, профессор Джозеф Генри, изобрёл принцип элeктричeскoгo тeлeгрaфa, сoстoявший в пeрeдaчe инфoрмaции с пoмoщью зaкoдирoвaнных импyльсoв пo прoвoдaм, нo не довёл работу до практического результата и, сaмoe глaвнoe, не зaпaтeнтoвaл свoё oткрытиe.

Наибольшее распространение благодаря удачной конструкции и простому коду получили телеграфные аппараты Сэмюэла Морзе, которые свыше ста лет оставались одними из самых распространённых в мире.

Телефон

Копия оригинального телефона Александра Белла из Музея искусств и ремёсел, Париж.

В 1861 году изобретатель Иоганн Филипп Рейс продемонстрировал устройство, которое также могло передавать музыкальные тона и человеческую речь по проводам. Аппарат имел микрофон оригинальной конструкции, источник питания (гальваническую батарею) и динамик. Физик назвал свое изобретение «Telephone». Исследователь его работ Базилио Катанья приводит цитату Рейса из сопроводительной записки к телефонному аппарату:

Теперь я могу предложить прибор, с помощью которого каждый физик сможет повторить эти интересные эксперименты по воспроизведению звука на удалённых станциях.

Однако датой рождения первого электрического телефона всё же считается 14 февраля 1876 года. Именно в этот день свое изобретение «говорящий телефон» — аппарат для передачи звуков на расстояние посредством электрического тока — зарегистрировал в вашингтонском бюро Western Union Александр Белл, американский ученый шотландского происхождения.

B 1878 году русский электротехник П. M. Голубицкий применил в телефонных аппаратах конденсатор и разработал первый русский телефон оригинальной конструкции, в 1877—1878 годах Томас Эдисон предложил использовать в угольных микрофонах вместо угольного стержня угольный порошок, то есть изобрёл угольный микрофон с угольным порошком, который практически без изменений широко использовался до начала 1990-х годов.

Радиосвязь

Схематичное изображение радиопередачи звукового сообщения.

Радиосвязь — передача и приём информации с помощью электромагнитных волн радиодиапазона.

25 апреля (7 мая по новому стилю) 1895 года Александр Степанович Попов на заседании Русского физико-химического общества выступил с докладом и демонстрацией созданного им устройства, предназначенного для регистрации приближающейся грозы. В дальнейшем Попов оснастил приёмник приспособлением для записи сигналов на движущуюся бумажную ленту. Это был первый в мире опыт по приёму электромагнитных волн. Немного позднее, в 1896 году итальянец Гульельмо Маркони также продемонстрировал работу радиоприёмника, предназначенного для приёма электромагнитных волн искусственного излучения — беспроволочный телеграф.

Первоначально радиоволны не применялись для передачи звука. Первым догадавшимся промодулировать радиосигнал звуковым сигналом был канадский изобретатель Реджинальд Фессенден, который включил угольный микрофон в разрыв провода антенны искрового передатчика.

В настоящее время радиосвязь получила широкое распространение и применяется в самых разных отраслях человеческой деятельности. Это обмен информацией между абонентами сети, различные средства сканирования и обнаружения объектов посредством приёма отражённого радиосигнала, радионавигация и много другое. Линии радиосвязи используются для передачи телефонных сообщений, телеграмм, потоков цифровой информации и факсимиле, а также и для передачи телевизионных программ (обычно на метровых и более коротких волнах). Активно развивается радиосвязь с использованием цифровых методов обработки и передачи информации.

В основу цифровой передачи данных (голоса) положена импульсно-кодовая модуляция (ИКМ). Она включает в себя две основные операции, осуществляемые с помощью аналого-цифрового преобразователя — дискретизацию и кодирование. В результате аналоговый сигнал преобразуется в цифровой, который передаётся в эфир. При воспроизведении принимаемый сигнал подвергается обратному преобразованию.

Коммуникационная сеть

Схема коммуникационной сети

Коммуникационная сеть — совокупность терминальных устройств, линий связи и узлов связи, функционирующих под единым управлением. Например, компьютерная сеть, телефонная сеть. Линия связи может содержать такие устройства преобразования сигнала, как усилители и регенераторы. Усилитель без промежуточных преобразований усиливает сигнал и передаёт дальше. Такой метод используется в аналоговых системах передачи и работает на небольших расстояниях.

Регенератор осуществляет процедуру выявления и коррекции ошибок, усиление при необходимости и передачу сигнала в сеть. Используется в основном в цифровых системах связи.

Примерами коммуникационных сетей являются:

• компьютерные сети;
• телефонные сети;
• сети сотовой связи;
• сети кабельного телевидения.

Интернет-коммуникации

Интернет-телекоммуникации с использованием TCP/IP-протокола

Интернет (от англ. inter «между» + network «сеть») — это всемирная система объединённых компьютерных сетей, предназначенная для хранения и передачи информации в цифровом виде, получившая название «Всемирная паутина» (англ. world wide web). С технической точки зрения Интернет — это гигантская совокупность сетей меньшего масштаба, объединённых общими правилами коммуникации. Эти правила, называемые интернет-протоколами (TCP/IP), позволяют общаться компьютерам, входящим в сети любых типов, использующих любые операционные системы и программы. С помощью названных протоколов решается также проблема устойчивости и надёжности Сети, когда выход из строя или отключение её части не влияет на работоспособность системы в целом.

В настоящее время Сеть фактически стала полномасштабной заменой всем классическим инструментам получения информации, связи и коммуникации. Объем информации, доступной через Интернет, огромен и растёт с каждым днем. Для помощи в отыскании необходимых сведений существуют интернет-каталоги и поисковые системы.

Электронный бизнес

Большинство ресурсов Интернета так или иначе связаны с коммерческой деятельностью. Интернет используется для рекламы и непосредственной продажи товаров и услуг, для маркетинговых исследований, электронных платежей и управления банковскими счетами.

Электронная почта

Интернет является не только источником разнообразной информации, но и популярным средством общения.

Одним из наиболее востребованных сетевых сервисов является электронная почта. Заведя один или несколько виртуальных почтовых ящиков, пользователь может получать и отправлять электронные письма, фотографии, небольшие файлы. Хорошая почтовая программа (почтовый клиент) позволяет сортировать письма по папкам, вести адресную книгу, составлять и читать письма в разных кодировках. Пользователь может работать с почтовым ящиком из любого места доступа в Интернет.

Телефонная интернет-связь

Ресурсы Интернета используют телефонные компании, предоставляющие услуги IP-телефонии (интернет-телефонии).

При этом разговор ведется по обычным стационарным или мобильным телефонам, но передается в оцифрованном виде по магистральным каналам Интернета с использованием IP-протокола.

Электронные СМИ

По жанрам интернет-издания отличаются большим разнообразием и гибкостью. Есть официальные правительственные и корпоративные сайты, новостные сайты, литературные, научно-популярные, обучающие и так далее. Преимуществом электронных СМИ является то, что интернет-издания обновляются по мере появления нового материала. Также существует интернет-радио и интернет-телевидение.

Социальные сети и мессенджеры

Социальные сети и мессенджеры — это онлайн-платформы, которые позволяют пользователям общаться, делиться информацией и контактировать друг с другом. Среди социальных сетей первое и второе места принадлежат отечественным проектам «ВКонтакте» и «Одноклассники».

Принцип работы мессенджеров (от англ. message — сообщение) заключается в обмене сообщениями между отдельными пользователями или группами. Пользователи создают аккаунт (англ. account – персональная запись, профиль пользователя), добавляют других пользователей в список своих контактов и могут отправлять и получать текстовые сообщения, аудиосообщения, изображения и видеоролики. Многие мессенджеры также предоставляют возможность совершения голосовых и видеозвонков. Среди мессенджеров в России лидирует по популярности WhatsApp, также весьма популярны Telegram и Viber.

Видеоконференция

Видеоконференция — это сеанс интернет-связи между двумя пользователями или группой пользователей, независимо от их месторасположения. Количество участников, которые выводятся на экран, напрямую зависит от режима конференции и от роли пользователя в текущей конференции.

Выделяют четыре режима видеоконференций:

• видеозвонок (точка-точка);
• симметричная конференция (все участники на экране);
• видеоурок (все участники видят и слышат лектора, а лектор видит и слышит всех);
• селекторное совещание (все участники видят и слышат только докладчиков); селекторная видеоконференция используется чаще всего при проведении онлайн-семинаров — вебинаров.

Ссылки

• История развития телекоммуникаций от башен с кострами до вышек 5G
• Телекоммуникационные технологии