Связь (техника)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Связь в технике — передача информации на расстояние.

В зависимости от того, в каком виде информация передаётся, различают аналоговую и цифровую связь. Аналоговая связь — это передача непрерывных сообщений (например, звука или речи). Цифровая связь — это передача информации в дискретной форме (цифровом виде). Однако, дискретные сообщения могут передаваться аналоговыми каналами и наоборот. В настоящее время цифровая связь вытесняет аналоговую (происходит цифровизация), потому, что аналоговый сигналы могут быть переведены в дискретные сигналы и обратно (условия, обеспечивающие возможность такого преобразования, задаются теоремой Котельникова) без существенных потерь.

В зависимости от того, подвижны источники/получатели информации или нет, различают стационарную (фиксированную) и подвижную связь (мобильную, связь с подвижными объектами — СПО).

По физическим принципам, лежащим в основе линий связи, можно выделить следующие типы связи:

Проводная связь — передача ведётся вдоль направляющей среды.
- Связь по электрическому кабелю
- Волоконно-оптическая связь
Беспроводная связь (радиосвязь) — для передачи используются радиоволны в пространстве.
- ДВ-, СВ-, КВ- и УКВ-связь без применения ретрансляторов
- Спутниковая связь — связь с применением космического ретранслятора(ов)
- Радиорелейная связь — связь с применением наземного ретранслятора(ов)
- Сотовая связь — связь с использованием сети наземных базовых станций

Передача информации в общем ведётся сигналами по линиях связи на которых организованы канал(ы) передачи.

[править] Сигнал

Сигнал — физическая величина, изменения которой в пространстве и во времени отображает передаваемое сообщение. Например, изменения напряжения (или тока, частоты, фазы и т. п.) отражают процесс речи. Сигнал имеет следующие измерения высота H (динамический диапазон, измеряется в дБ, пределы изменения сигнала по уровню), «ширина» F (ширина спектра, Гц, =F_max — F_min), длина T (длительность сигнала, секунд). Объемом сигнала является произведением V = FHT. В процессе передачи сигнала могут происходить изменения измерений как с сохранением обьема так и без. Это происходит в следствие следующих преобразований сигнала:

Ограничение – изъятие из передачи одной или нескольких частей сигнала без сохранения информации, которая содержалась в изъятых частях. Например, ограничение речевого канала диапазонном 300-3400 Гц.
Трансформация – изменения одного или нескольких измерений за счёт изменения другого или других измерений с сохранением неизменного объема (как у кубика пластилина). Например, уменьшить время передачи можно, увеличив ширину спектра сигнала или динамический диапазон, либо и то, и другое.
Компандирование – включает два процесса, от которых пошло название: компрессия (сжатие) и експандирование (расширение). На передающей стороне происходит сжатие сигнала в одном или нескольких измерениях, на приёмной – восстановление. Например, "выкусывание" пауз в речи на передающей стороне и восстановление на приёмной.

[править] Линия связи

Цепь связи — проводники/волокно используемые для передачи одного сигнала. В радиосвязи то же понятие имеет название ствол. Различают кабельную цепь — цепь в кабеле и воздушную цепь — подвешена на опорах.

Линия связи (ЛС) в узком смысле — физическая среда(провод, оптическое волокно, волновод, пространство и т. п.) передачи сигналов (цепь) . В широком смысле — совокупность физических цепей и (или) линейных трактов систем передачи, имеющих общие линейные сооружения, устройства их обслуживания и одну и ту же среду распространения (ГОСТ 22348). Тракт – совокупность оборудования и среды, формирующих специализированные каналы имеющие определённые стандартные показатели: полоса частот, скорость передачи и т.п. Линия содержит одну и более цепь связи/ствол. Сигнал действующий в линии называется линейным (от слова линия).

[править] Канал связи

Для обеспечения эффективного использования цепей связи на них с помощью каналообразующего оборудования (КОУ) организуются каналы связи. В некоторых случаях линия, цепь связи и канал связи совпадают (одна линия, одна цепь и один канал), в некоторых канал состоит из нескольких линий/цепей (как последовательно так и параллельно). Каналы могут вкладываться друг в друга (групповой канал). Сигнал «содержащий» несколько индивидуальных каналов называется групповым сигналом. Каналы можно разделить на непрерывные (аналоговые) и дискретные (цифровые).

Канал связи может быть:

симплексный, то есть допускающей передачу данных только в одном направлении, пример — радиотрансляция, телевидение;
полудуплексный, то есть допускающей передачу данных в обоих направлениях поочерёдно;
дуплексным, то есть допускающей передачу данных в обоих направлениях одновременно, пример — телефон.

[править] Разделение (уплотнение) каналов

Создание нескольких каналов на одной линии связи обеспечивается с помощью разнесения их по частоте, времени, кодам, адресу, длине волны.

частотное разделение каналов (ЧРК, FDM) — разделение каналов по частоте, каждому каналу выделяется определённый диапазон частот
временное разделение каналов (ВРК, TDM) — разделение каналов во времени, каждому каналу выделяется квант времени (таймслот)
кодовое разделение каналов (КРК, CDM) — разделение каналов по кодам, каждый канал имеет свой код наложение которого на груповой сигнал позволяет выделить информацию конкретного канала.
спектральное разделение каналов (СРК, WDM) — разделение каналов по длине волны

Возможно комбинировать методы, например ЧРК+ВКР и т.п

см. также мультиплексирование, модуляция

[править] Система связи

В общем виде система связи (СС) состоит из оконечного оборудования (ОО, терминальное устройство, терминал, оконечное устройство) источника и получателя сообщения, и устройств преобразования сигнала (УПС) с обеих концов линии. ОО обеспечивает первичную обработку сообщения и сигнала, преобразование сообщений из вида в котором их предоставляет источник (речь, изображение и т. п.) в сигнал (на стороне источника, отправителя) и обратно (на стороне получателя), усиление и т. п. УПС может обеспечивает защиту сигнала от искажений, формирование канала(ов), согласование группового сигнала (сигнала нескольких каналов) с линией на стороне источника, из смеси полезного сигнала и помех восстановление группового сигнала, разделение его на индивидуальные каналы, обнаружение ошибок и коррекцию на стороне получателя. Линия связи может содержать усилители и регенераторы. Усилитель — просто усиливает сигнал вместе с помехами и передаёт дальше, используется в аналоговых системах передачи (АСП). Регенератор («переприёмник») — производит восстановление сигнала без помех и повторное формирование линейного сигнала, используется в цифровых системах передачи (ЦСП). Усилительные пункты/регенерационные пункты бывают обслуживаемые и необслуживаемые, ОУП, НУП и ОРП, НРП соответственно.

Для формирования группового сигнала и согласования с линией используется модуляция.

В ЦСП ОО называется ООД (оконечное оборудование данных, DTE), УПС — АКД (аппаратура окончания канала данных, DCE). ООД может быть например компьютер, АКД — модем.

[править] Сеть связи, виды коммутации

Сеть передачи данных

Сеть — это множество линий связи и промежуточного оборудования/промежуточных узлов, терминалов/оконечных узлов, предназначенных для передачи информации от отправителя до получателя с заданными параметрами качества обслуживания (то есть можем быстро но часть информации будет потеряна(плохо), можем хорошо но медленно, можем быстро и хорошо, но это будет дороже, и т. п.). При наличии нескольких источников информации (отправителей) и нескольких получателей можно проложить между каждой парой отдельную линию связи. Однако, такой подход становится неэффективным уже при достаточно малом количестве источников и получателей. Вместо этого обычно организуется структура, в которой число линий связи гораздо меньше и на линиях организуются каналы (с помощью уплотнения), а обмен информацией между узлами обеспечивается с помощью технологий коммутации. Одними из характеристик сети являются надёжность и живучесть. Живучесть — способность выполнять сетью свои функции в условиях неблагоприятных внешних воздействий (структурные изменения и т. п.). Надёжность — то же что и живучесть но с сохранением качества обслуживания.

Существует следующие виды коммутации:

Коммутация каналов (КК, circuit switching) — организация составного канала через несколько транзитных узлов из нескольких последовательно «соединённых» каналов на время передачи сообщения (оперативная коммутация) или на более длительный срок (постоянная/долговременная коммутация — время коммутации определяется административно, то есть пришёл техник и скоммутировал каналы на час, день, год, вечно и т. п., потом пришёл и раскоммутировал).
Коммутация сообщений (КС) — разбиение информации на сообщения, которые передаются последовательно к ближайшему транзитному узлу, который приняв сообщение, запоминает его и передаёт далее сам таким же образом. То есть получается как бы конвейер.
Коммутация пакетов (КП, packet switching) — разбиение сообщения на «пакеты», которые передаются отдельно. Разница между сообщением и пакетом: размер пакета ограничен технически, сообщения — логически. При этом, если маршрут движения пакетов между узлами определён заранее, говорят о виртуальном канале (с установлением соединения). Если же каждый для каждого пакета задача нахождения пути решается заново, говорят о датаграммном (без установления соединения) способе пакетной коммутации.
Коммутация ячеек (КЯ) — то же что и коммутация пакетов, но при коммутации ячеек пакеты имеют всегда фиксированный размер.

Все виды коммутации могут использоваться с сети. Например: Над КК делается КЯ над которой работает КП над которой КС. Получаем: SMTP поверх TCP/IP, который сидит на ATM, которая сидит на ПСИ(PDH)/ЦСИ(SDH).

[править] Стандартизация

Стандарты в мире связи исключительно важны, так как оборудование связи должно уметь взаимодействовать друг с другом. Существует несколько международных организаций, публикующих стандарты связи, среди них: