2. Узагальнена структурна схема електрозв’язку

В будь-якій системі електрозв’язку повинні бути пристрої, що здійснюють перетворення (при передачі: інформація – повідомлення – сигнал; при прийомі: сигнал – повідомлення – інформація). В процесі передачі інформації сигнал підлягає ще й іншим перетворенням, багато з яких є типовими, обов’язковиим для різних систем електрозв’язку, незалежно від призначення і характеру повідомлень, що передаються.

На рисунку 1 зображена узагальнена структурна схема системи електрозв’язку .

При передачі повідомлення завжди можна вказати відправника (джерело інформації) і одержувача, якому воно адресовано.

Джерелом інформації є фізичний об’єкт, який формує конкретне повідомлення. Одержувач цього повідомлення і є одержувачем інформації. Спочатку інформаційний обмін в системах зв’язку здійснюється між людьми. Сьогодні в зв’язку з автоматизацією виробництва і управління створюють і споживають інформацію виготовлені людиною всілякі автомати, обчислювальні машини, пристрої, якими дистанційно управляють, і т. д. Позначимо повідомлення, що формується джерелом літерою а_п, а те, що надходить до споживача, літерою а_пр. В загальному випадку повідомлення можуть бути функціями часу (мова, музика, зображення, що рухається), але можуть і не бути ними (фотографія, текст, рисунок).

Повідомлення поділяються на безперервні і дискретні. Безперервні повідомлення приймають будь-які значення в деякому інтервалі. До таких повідомлень відносяться мова, музика, рисунок. Останні повідомлення можна віднести до дискретних (наприклад: вираження інформації у вигляді літер алфавіту).

В наш час широка передача різної інформації на відстань здійснюється за допомогою електричних сигналів. Електричним сигналом, або просто сигналом, зветься електричне коливання, що містить повідомлення. При перетворенні повідомлення в електричне коливання важливо зберегти можливість його відновлення по сформованому електричному коливанню. Електричне коливання є матеріальним носієм повідомлення.

3. Способи перетворення повідомлень

а) Перетворення повідомлення в електричний сигнал

Цей процес в загальному випадку здійснюється за допомогою електричних або електромагнітних пристроїв, які приймають неелектричні повідомлення і видають їх у вигляді електричного процесу – напруги або струму, що змінюються у часі. Це так звані первинні перетворювачі і їх вихідний сигнал є первинним електричним сигналом и(t) (або первинним сигналом).

При передачі мови і музики первинне перетворення виконується мікрофоном; при передачі зображення (телебачення) – за допомогою передаючих трубок (наприклад, суперортикона). Літери тексту перетворюються в стандартні електричні сигнали (наприклад, імпульси і паузи різної подовженості в азбуці Морзе).

Лінія зв’язку – це сукупність фізичних ланцюгів, які мають загальне середовище розповсюдження і служать для передачі електричних сигналів від передавача до приймача.

Фізичними ланцюгами, які з’днують передавач і приймач, можуть бути пара проводів, коаксіальний кабель, ланцюг радіорелейних ліній, частина простору між передаючою і прийомною антенами в радіозв’язку.

Для кожного типу лінії зв’язку маються свої сигнали, які найбільш ефективно розповсюджується по ній: наприклад, по провідній лінії – постійний і змінний струми невисоких частот (не більше декількох десятків кГц), по радіолінії – електромагнітні коливання високих частот (від сотен кГц до десятків тисяч МГц), в оптичних кабелях – світлові хвилі з частотами 10¹⁴…10¹⁵ Гц.

При проходженні по лінії зв’язку електричні сигнали значно послабляються (згасають) і вони підлягають впливу сторонніх заважаючи електромагнітних коливань – завад. Антена приймача вловлює мізерно малу долю електромагнітної енергії, яка випромінюється антеною передавача, рівень завад в антені часто набагато перебільшує рівень сигналу. Таким чином, на виході лінії зв’язку буде суміш прийнятого сигналу і завади, яка позначена на рисунку 1 як z(t).

Передавач

Первинні сигнали з перетворювача не можуть бути безпосередньо передані по лінії зв’язку тому, що вони малого рівня і вони низькочастотні, а в лінії зв’язку ефективно передаються високочастотні коливання. Тому для узгодження первинних сигналів з лінією зв’язку використовується пристрій, що зветься передавачем. В передавачі здійснюється перетворення первинних сигналів и(t) в сигнали, які зручні для передачі по лінії зв’язку (по формі, потужності, частоті і т.п.). В найпростішому випадку передавач може містити підсилювач первинних сигналів або тільки фільтр, який обмежує смугу частот, що передаються. У більшості випадків передавач – генератор переносника (носія) і модулятор. Процес модуляції заключається в управлінні параметрами переносника первинним сигналом и(t). На виході передавача отримуємо модульований сигнал s(u,t). Модульовані сигнали найбільш використовуються в електрозв’язку, їх ми будемо розглядати в подальшому.

Приймач

В приймачі з прийнятого сигналу z(t) видобувається прийнятий сигнал, тобто приймач відновлює первинний сигнал. Але через дії завад в лінії зв’язку відновлений первинний сигнал дещо відрізняється від переданого і тому на рисунку 1 він позначається u_пр(t). Крім того, для компенсації послаблення сигналу в лінії зв’язку в приймачі виконується підсилення і обробка прийнятого сигналу з метою виділення корисного сигналу і придушення завади.

б) Перетворення електричного сигналу в повідомлення

Зворотне перетворення прийнятого первинного сигналу u_пр(t) в повідомлення а_пр здійснюється також за допомогою спеціальних пристроїв, наприклад телефону для мовного і кінескопу для телевізійного сигналів. Врешті, необхідний такий перетворювач, який перетворює прийнятий первинний сигнал в повідомлення, яке приймає одержувач. При передачі музики прийнятий первинний сигнал перетворюється в звукові коливання, якщо одержувачем є людина. Якщо ж необхідно здійснити магнітофонний запис, то прийнятий сигнал перетворюється в сигнал, зручний для запису на магнітній стрічці. Головна вимога до цих дій – точність перетворення.

Отже, джерело и споживач інформації є абонентами в системі зв’язку. Достатньо часто перетворювачі повідомлення в первинний сигнал і первинного сигналу в повідомлення ставлять біля джерела і споживача, тому їх називають абонентськими пристроями або терміналами.

На структурній схемі системи електрозв’язку (рисунок 2) показаний канал електрозв’язку. Канал електрозв’язку – сукупність технічних засобів і середовище розповсюдження, які забезпечують при підключенні кінцевих абонентських пристроїв передачу повідомлень будь-якого виду від джерела до споживача за допомогою сигналів електрозв’язку. В залежності від виду повідомлень і середовища розповсюдження розрізняють канали: телефонні, телеграфні, передачі даних, звукового і телевізійного мовлення, провідні і кабельні, радіозв’язку, цифрові і т.д. По кожному з них можуть передаватися різні повідомлення.

Часто виникає необхідність забезпечити незалежну передачу від декількох джерел, розташованих в пункті А, до споживачів, розташованих в пункті В. Використовувати для кожної пари джерело – споживач окремої лінії зв’язку економічно недоцільно, тому що лінії зв’язку – це найдорожча ланка в системах передачі інформації. Були побудовані системи, які використовують одну лінію зв’язку для передачі повідомлень від декількох джерел. Вони звуться багатоканальними системами. В них сигнали, що надходять від різних джерел повідомлень, повинні мати визначені ознаки, які дозволяють розділити повідомлення на прийомі. Для цього на передаючій стороні необхідно мати формувач канальних сигналів, а на прийомній – пристрої розділення.. Отже, якщо добавити в структурну схему системи зв’язку пристрої формування і розділення сигналів, отримуємо багатоканальну систему.

При адресній передачі (обмін інформацією між конкретними абонентами) в систему зв’язку включаються додаткові пристрої пошуку адресата і розподілення повідомлень.

Для здійснення перелічених процесів в системі електрозв’язку широко використовуються генератори сигналів заданої форми, різна трансформація частоти – перетворення, множення, ділення і т.д. Це необхідно для забезпечення передачі все більшої кількості інформації з кращими якостями в умовах зростаючої інтенсивності завад.

Рисунок 2 – Організація зв’язку