Қазіргі заманғы электрлік байланыс

Лекция №1 Қазіргі заманғы электрлік байланыс

Кіріспе

Қазақстанның магистральды бірінші байланыс желілірінің қазіргі уақыттағы дамысы кабельді, радиорелелік және ғарыштық байланыс жүйелерін қолдануға негізделіп отыр. Атмосфералық әсерлерден және әртүрлі  кедергілерден жоғары қорғалған байланыс каналды кабельді байланыс желілері, республиканың ең негізгі байланыс желілері болып саналады; кабельді желімен барлық ақпараттың 75% таратылады.

Қазіргі уақытта әртүрлі белгіленген орындарға жеткілікті мықты байланыс түйіндерін жеткізуге мүмкіндік беретін ең көп тараған байланыс құралы коаксиальды кабельдер болып табылады.

Коаксиальды кабельдерде аналогтық сияқты цифрлық жеткізу жүйелері де жұмыс істейді. Дегенмен, металлды кабелдерде елеулі кемшіліктері бар: жиілікті өткізуде шектелген жолақ; найзағайдан зақымдалудан жоғарғы ықтималдық; құралдың антитоттануының  жоғарғы мәні; өңді металлдарды көп пайдалануда ( кабелді өндірушілік 50% ке дейін мысты пайдаланады және жалпы ресурстың 25% ке дейін қорғасынын қолданады); екі ортадағы күшейту пунктерінің сандарының өте көп болуы - бұл жүйенің сенімділігін төмендетуге және оның бағасының көтерілуіне алып келеді.

Жіберілетін ақпараттың көлемі кенет көтірілген жағдайда ғарыштық байланыс және радиорелелік байланыстары сияқты кең таралған байланыс жолдарымен салыстырғанда талшықты-оптикалық кабельді байланысты қолдану нәтижесінде, өткізудегі кең жолақтылығы едәуір жоғары болып, толық қол жетімділікке мүмкіндік береді. Оптикалық кабельді қолдану өзарабайланған байланыс желісінің барлық аудандарында экономикалық эффективті және мақсатқа сай болады. Бұл тек жіберу жүйесінде техникалық-экономикалық көрсеткішті едәуір жоғарлатып қана қоймай, сонымен қатар цифрлық желіге кезең-кезеңімен өткізуге мүмкіндік беріп интегральды қызмет көрсетуді (ISDN желісі) қамтамасыз етеді. Әсіресе қазіргі кездегі бүкіл әлемде өңді металдың тапшылығы кезінде, әсіресе мыстың,  ВОЛС- ты дәл қазір енгізу өте көкейкесті мәселеге айналып отыр.

1.Электрбайланыстың бағытталған жүйелерін дамытудың негізгі кезеңі

Бағытталған жүйе - симметриялы, коаксиалды кабельдер, талшықты-оптикалық кабель және т.б. сонымен олардағы сигналдар таралуы бір абоненттен (станциялар, құрылғы жйне т.б) басқа абонентке жеткізілуі тек арнайы берілген тізбекпен және байланыс жүйесінің трактысы арқылы іске асады.

Бағыттаушы жүйелер берілген бағытқа электромагнитті сигналдарды лайықты сапасымен және сенімділікімен жеткізу үшін белгіленген.

ЕСТ - бірыңғай автоматтандырылған байланыс жүйесі (жалпымемлекеттік  елдің байланыс торабы). Ол магистральды, зоналық және қалалықбайланыс тораптарын біріктіреді. ЕСТ-ның құрама бөлімдері болып:  жалпымемлекеттік автоматтандырылған коммутирленген телефондық торап (ЖАКТТ); елдің телеграфты торабы (ТЕ); жалпымемлекеттік мәліметтер жіберу торабы (ЖММЖТ); факсимальды байланыс торабы (ФБТ), телевизиялық хабар тарату торабы (ТХТТ) Электрбайланыстырушылар бағыттайтын жүйелер (ЭБЖ) электрлік телеграфтың пайда болуымен бір уақытта туындады. Бірінші электрбайланыстың бағыттайтын жүйелері (байланыс жүйесі) кабельді болды. Кабельдер конструкциялары жетілдірілмегендіктен жерасты кабельді байланыс жүйелері көп кешікпей ауамен орнын алмастырды.

1854- Алғашқы ауа байланыс каналы Петербургпен Варшава арасында болды. XIX ғасырдың 70-жылдарының басынды Петербургтен  Владивостокка дейін ұзындығы 10 мың.км болатын әуелік телеграфиялық байланыс орнатылды.  1881 жылы Ресейде 89500 км әуе телеграфтық байланыс каналы және 1083 телеграфты станциялар жұмыс істеді.

1939 жылы - 8300 км ұзындықтағы Москва-Хабаровск  жоғарыжиілікті телефондық әуе магистралы эксплуатацияға жіберілді. Бірінші кабельді байланыс каналының пайда болуы орыс ғалымы П.Л. Шиллингтің атымен тікелей байланысты. Және Шиллинг Петербургте теңіз жарылысын ұйымдастырып, оны қолдану арқылы олардан изолирленген өткізгіш жасауды мақсат етті.

1851 жылы - Москва мен Петербург арасында темір жол салу кезінде телеграфты кабельде біруақытта тартылады. 1852 жылы - бірінші рет суасты кабелі Солтүстік Двина арқылы тартылды.

1879 жылы - Каспий теңізі арқылы Баку мен Красноводск арасында тартылды. 1866 ж. - Франция мен АҚШ арасында телеграфиялық байланыстың кабельді трансатлантикалық магистральы құрылысын бастады.

1882-1884 жылдары - Москвада, Петрогралта, Ригада, Одессада бірінші рет қалалық телефондық желілер салынды. 1901 жылы - жерасты қалалық телефондық желілердің құрылысы басталды.

XX ғасырдың басында - телефондық қатынасты ең ұзақ қашықтыққа дейін істеуін жүзеге асыратын - бұл әуе-қағазды изоляция желісі және олардың орамаларының жұбы бар қалалық телефондық кабельдер, кабелдік байланыстардың конструкциясы пайда болды.

1900-1902 жылдары - индуктивтілікті катушка тізбегіне қосу тәсілімен  кабель индуктивтілігін жасанды жоғарылату үшін (инженер Пупинаның ұсынысы) және ферромагнитті орауышы бар токөткізгіш желіні қолдау

(Крарупа ұсынысы) жолымен жіберу ұзақтығын жоғарлату үшін әрекет жасалынды. Бұндай жолдар сол уақытта телеграфты және телефонды байланыстың ұзақтығын бірнеше ретке дейін ұзартуға мүмкіндік берді.

1912-1913 жылдары - электрондық лампаларды өндіру меңгерілді.

1917 жылы - электрондық лампаға телефондық күшейткіш каналына тәжірибе жасалынып өңделіп шығарылды. ( В.И. Коваленковым). 1923 жылы - Харьков - Москва - Петроград бағытында күшейткішті телефондық байланыс іске қосылды.

30 - шы жылдары - көпканалды жеткізу системалары, жіберілетін жиіліктің спектрін кеңейту үшін каоксиальды кабелдер және өткізетін желілер мүмкіншіліктерінің артуы дамытылды. 1935 жылы - эскапона типтес жоғарысапалы жаңа диэлектриктердің, жоғарыжиілікті керамикалардың, полистиролалардың және т.б пайда болған уақытында олар көп көлемде дайындалды. Бұл кабельдер токтың бірнеше миллиондаған жиілік герцінде энергияларды жібереді және өте үлкен қашықтықта олардын телевизиондық программаны өндіруге мүмкіндік береді.

1936 жылы - бірінші коаксиалды желі ЖЖ телефонирлеуге 240 канал. 1956 жылы – көпканалды телефонды байланыс үшін Европа мен Америка арасында суасты коаксиальды магистраль тартылды.

1965 - 1967 жылдары – кеңжолақты ақпарат тарату үшін тәжірибелі толқынды желі пайда болды, сонымен қатар өте өшіп қалуы төмен криогенді жоғарыданөткізгіш кабельді желіліер пайда болды. 1970 жылы – толқын оптикалық диапазонының көрінетін және инфрақызыл сәулеленуін қолданатын, жарықшамы мен оптикалық кабельдер құрылды.

80-жылдардың басында нақты  шартты жағдайда талшықты-оптикалық  байланыс жүйесі жетілдіріле түсті және сыналынды. Бұндай жүйені қолданудағы басты негізгі сфера – телефонды желі, кабельді телевидение, ішкіобъективті байланыс, есептеу техникасы, технологиялық процесстерді басқару мен контроль системасы және т.б.

1. Электрбайланыстың бағыттаушы жүйелерінің түрлері және олардың басты ерекшеліктері.

Бағыттаушы жіберу ортасы жалпы екіге бөлінеді: атмосферадағы желі  (радиожелі – РЖ) және бағыттаушы жіберу жүйесі (байланыс желісі). Электромагниттік сигналдардың еркін кеңістікте (космос, ауа, жер, су және т.б) таралуы  радиожелінің ерекшеліктері болып табылады.

Электрбайланыстың бағыттаушы жүйелерінің ерекшеліктері бағытталған системаларды бейнелейтін, берілген бағытқа электромагниттік сигналдарды өте жоғарғы сапамен және сенімділікпен жеткізуге тағайындлған, бір абоненттен (станциялар, құрылғылар, схема элементтері және т.б) келесісіне сигналдарды тарату  тек қана арнайы жасалынған тізбек және тракт арқылы іске асырушысы болып табылады.

РЖ байланысты әр түрлі ортада іске асыруға мүмкіндік беру үшін, абоненттер арасында, бір біріне қатысты қозғалмалы жағдайда болғанда қолданылады.

Электромагниттық сигналдарды әр түрлі ортада тарату сиппаттамасы  радиосигналдың жиілігіне байланысты (жиілік тасымалдаушы)

Келесі типтегі толқын ұзындықтарының диапазондарына және радиожиіліктеріне бөлінеді:

Өте ұзын толқындар (ӨҰТ)................................................100...10км (3….30кГц)

Ұзын толқындар (ҰТ).........................................................10…1км(30.... 300кГц)

Орта толқындар(ОТ).........................................................1,0 ...0,1км(0,3…3МГц)

Қысқа толқындар (ҚТ)..........................................................100...10м(3…30МГц)

Ультрақысқа толқындар (УҚТ)..........................................10....1м(30….300МГц)

Дециметрлік толқындар(ДТ)..................................................1.....0,1 (0,3….3ГГц)

Сантиметрлік толқындар(СТ)........................................... .10....1см(30…300ГГц)

Миллиметрлік толқындар (МТ)………........………….10….1мм(30…300ГГц)

Оптикалық диапазон (ОТ)..................................30…0,1мкм(3*1013…3*1015Гц)

 

 

 

 

 

 

 

Сур. 1.1. әр түрлі типтегі радиотолқындардың таралуы

Толқынның ұзындығына байланысты (жиілікке) сигнал  радиожелімен келесі жолдармен таратылады (сур.1.1): ҰТ және ОТ – үстіңгі сәулемен (1), ҚТ кеңістіктегі сәулемен (2), УҚТ және ОТ – шектердегі тура көрінушілігі (3).

Радиожелінің құндылығы :

- Қозғалыстағы объектілі үлкен қашықтықта  байланыс орнату мүмкіндігі;

- Байланыс орнатуда жоғарғы жылдамдық

- Көп көлемдегі ақпаратты тарату ортасын қамтамасыз етудегі мүмкіндік, (радиохабартарту және телевидение)

Радиобайланыстың кемшіліктері :

- байланыс сапасының жіберетін ортаның және көлденең электромагниттік өрістің жағдайына байланыстылығы;

- метрлік толқын және одан да жоғарғы диапазонда жоғарғы электромагниттік сыйысымдылықтың жетіспеушілігі;

- жіберуші және қабылдағыш аппаратураларының қиындығы;

- жүйе жеткізудегі таржолақтылық, әсіресе ұзынтолқындарда және одан жоғары ( қатынасы,мұндағы - ақпаратты сигнал жиілік жолағының кеңдігі; - радиосигналды тасымалдаушы жиілік)

Кемшіліктерді азайту үшін біраз жоғарғы жиіліктер меңгерілді (сантиметрлік, оптикалық диапазондар), радиоканалдардың өткізушілік қабілетін жоғарлату, бағытталған антенналарда және лазерді құрылғылар базасында тарбағытталған радиобайланыс жүйесін құру үшін абсолютті мәнді кенет жоғарлатуға мүмкіндік берді, және де сонымен қатар бұл кедергілер деңгейін кенет төмендетуге және электромагниттік сыйысымдылық (яғни, бір уақытта жұмыс жасау мүмкіншілігі) деңгейін көтеруге алып келді.

 

 

Сур. 1.2. радиорелейлі байланыстың жұмыс жасау принципі

Радиорелелік желі (РРЖ) тура көрінетін шектегі дециметрлік – миллиметрлік толқындарда жұмыс істейді. Олар шамамен әр бір 50 км сайын орнатылған (діңгек биіктігі 50…70м) ретрансляторлар тізбектерін көрсетеді.

Антенна діңгегінің жоғарғы биіктікте орналасуы ретрансляцияланған аумақ 70….100 км ге дейін еселенуі мүмкін. Радиорелелі желіліер көп мөлшердегі каналдарды (1300..1920) және үлкен қашықтықта (12500км-ге дейін) ұстауға мүмкіндік береді; олар телевидениеде, радиофикацияда және байланыста кең қолданыс тауып отыр. Бұл байланыстар төменгі деңгейде кедергілерге ұшырасады, онда тіпті жіберілу қорғаныс деңгейі төмен болса да ол жеткілікті тұрақты және сапалы байланысты қамтамасыз етеді.

Ғарыштық байланыс желілері (Ғ.Б) сантиметрлік толқын диапазонын қолданады. Ғарыштық желілер жердің жасанды серігінде (ЖЖС) орналасқан аппаратуралар арқылы іске асатын сигналдар ретрансляциясына негізделіп жұмыс істейді. ЖЖС – бұл үлкен биіктікке көтерілген (сур 1.3) радиорелелік желідегі ретранслятор. Ғарыштық байланыс көп каналды байланысты өте үлкен қашықтыққа дейін жұмыс істеуін қамтамасыз етеді.

Ғарыштық желілер программалық хабарды таратуда, телевидениеде және баруға қиын райондарға газет жолақтарын жеткізуде қолданылады.

ҒЖ құндылығы:

- жұмыс істеудің үлкен зонасы және елеулі қашықтыққа дейін ақпарат таратылуы;

Кемшіліктері:

- спутникті ұшырудың өте қымбат тұруы

- дуплексті телефондық байланысты

НСЭ құндылықтары:

- сигналда жіберуде талап етілген сапаны қамтамасыз етуі;

- сигнал жіберуде жоғарғы жылдамдық;

- жіберудің жоғарғы жылдамдығы;

- өріс тарабынан болған әсерлерден жоғары қорғанушылығы;

- электромагниттік сыйысымдылықтың белгіленген деңгейі;

- соңғы құпырғыға қатысты қарапайымдылығы.

НСЭ кемшіліктері:

- капитальды және эксплуатациялық шығындардың бағасының өте жоғары болуы;

- оларды салуда көп уақыттың кететіндігі;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сур. 1.3. ЖЖС көмегімен Ғарыштық байланыс

Егер НСЭ мен РЖ салыстырсақ онда олар бірі біріне қарсы болмайды, керісінше бір-бірінің жұмыс істеуіне көмектеседі.

НСЭ арқылы тұрақты токтан оптикалық жиілік диапазонына дейін сигналдар жіберіледі, ал толқын ұзындығының жұмыс диапазонында 0,85 мкм-ден жүздеген километрге дейін жіберіледі.

НСЭ үш негізгі түрге бөлінеді: кабельді (КЖ), ауамен (АЖ), талшықты-оптикалық (ТОЖС). Кабельді және ауа желілері, бағыттаушы жүйелерінің «өткізгіш-диэлектрик» жүйелері арқылы құрылатын  сымды желілерге қатысты, ал талшықты-оптикалық желілер бағыттаушы жүйесі әр түрлі сыну көрсеткішті диэлектриктерден тұратын, диэлектриктік толқыншаны негіздейді.

НСЭ байланысы килогерц және мегагерц диапазонындағы жиілікте жұмыс жасайды. Кабельді желілер талап етілген қашықтықта сенімді және кедергіденқорғалған көпканалды байланысты қамтамасыз етеді.

Талшықты-оптикалық желілер- оптикалық кабельдер арқылы микротолқындық толқын диапазонда ( ,8…..1,6мкм) өңді сигналдарды жіберуге арналғанн система. НСЭ-нің бұл түрі – перспективті.

ТОЖП жетістіктері:

- шығын төмендігі;

- үлкен өткізу мүмкіндігі;

- масса кішілігі және төмен габаритті көлемі;

- өңді металлдардың үнемділігі;

- ішкі және өзара кедергілерден қорғанудың жоғарғы деңгейі.

Лекция №1.

Қазіргі уақыттағы электрлік байланыс

3. НСЭ дегі  көпканалды жіберудің системасы