В.1. Сучасна телекомунікація та її передісторія.

ВСТУП

XXI сторіччя часто називають ерою інформації та інформаційних технологій, що є свідченням того, що життєдіяльність сучасного суспільства нерозривно пов’язана з інтенсивним обміном інформацією як між окремими людьми, так і між людиною та навколишньою природою і різноманітними технічними об’єктами. У зв’язку з цим актуальним є завдання підготовки кваліфікованих фахівців у галузі телекомунікацій та інформаційних технологій, здатних успішно розвивати цю сферу діяльності суспільства.

Навчальна дисципліна “Основи теорії символів” є однією з базових дисциплін, передбачених навчальним планом базового напрямку “Телекомунікації”, і має на меті формування у студентів знань про роль і значення сигналів як матеріальних носіїв інформації, їхні основні різновиди, способи математичного опису, параметри та характеристики.

До останнього часу були відсутні україномовні підручники з теорії сигналів, і лише у 2003 році вийшов з друку україномовний підручник “Сигнали і процеси в радіотехніці” [4], призначений для студентів радіотехнічних спеціальностей вищих навчальних закладів, в якому ґрунтовно викладені основи теорії сигналів.

Підготовлений авторами підручник “Основи теорії сигналів” призначений для студентів вищих навчальних закладів стаціонарної та заочної форм навчання базового напряму “Телекомунікації”, а також для слухачів інституту післядипломної освіти, що навчаються на цьому базовому напрямі. Зміст та обсяг підручника відповідають змістові та обсягові навчальної програми дисципліни “Основи теорії сигналів” базового напрямку “Телекомунікації”.

Даний підручник є розширенням і виправленим варіантом однойменного навчального посібника авторів [6], який пройшов багаторічну апробацію у навчальному процесі Національного університету “Львівська політехніка” під час читання курсів “Основи теорії сигналів”, “Сигнали та процеси у радіоелектроніці”, “Основи теорії кіл та сигналів”, “Основи радіоелектроніки”. У порівнянні зі згаданим навчальним посібником підручник містить новий матеріал, який стосується математичних моделей, характеристик та параметрів цифрових сигналів, інформаційних моделей джерел дискретних повідомлень, сигналів з імпульсно – кодовою модуляцією. Крім того, розширено матеріал інших розділів за рахунок збільшення кількості прикладів конкретних типів детермінованих та випадкових сигналів.

Підручник може бути корисним для студентів спотворених базових напрямів, зокрема, ”Радіотехніка” та “Радіоелектронні апарати” тощо.

У підручнику враховано критичні зауваження колег з Національного університету “Львівська політехніка” та інших навчальних закладів, а також рекомендації рецензентів, яким автори висловлюють щиру подяку.

В.1. Сучасна телекомунікація та її передісторія.

Термін “телекомунікація” походить від грецького “tele” (віддалений) та “communicare” (ділитись з кимось), що в сукупності означає пересилання відомостей на віддаль без уточнення в який спосіб та за допомогою яких засобів реалізується це пересилання.

В прадавні часи запалені вогнища на узгір’ях та баштах замків були поширеним та відносно швидким способом пересилання відомостей, а древні греки використовували запалені факели для пересилання літер алфавіту. Проте найбільшу популярність здобули електромагнітні явища як засоби пересилання відомостей. Так, у 1832 р. російський вчений П. Л. Шиллінг винайшов практично придатний електромагнітний телеграф, який використовував дію струму на магнітну голку. Подальший розвиток телеграфного зв’язку пов’язаний з іменами С. Морзе (США), Б. С. Якобі (Росія), Ж. Бодо (Франція), Ч. Уітстона (Великобританія) та ін.

Наступним визначним кроком в розвитку телекомунікації був винахід телефону. Першим практично придатним телефонним пристроєм був електромагнітний мікрофон, винайдений і запатентований в 1876 р. Г. Беллом (США), який можна було використовувати як слухавку на протилежному кінці лінії зв’язку. Винайдення вугільного мікрофона (1876) та подальше удосконалення телеграфу і телефону пов’язане з іменем американського винахідника Т. Едісона. Відтак у 1886 – 89 рр. німецький фізик Г. Герц експериментально довів існування електромагнітних хвиль та підтвердив тотожність основних властивостей електромагнітних та світлових (оптичних) хвиль. А в 1895 р. російський фізик та електротехнік О. С. Попов продемонстрував винайдений ним перший радіоприймач, який реєстрував наявність електромагнітних хвиль. Італійський радіотехнік та підприємець Г. Марконі отримав у 1897 р. патент на винахід радіоприймача та сприяв широкому використанню радіохвиль як засобу зв’язку. У другій половині XIX століття англійський фізик Д. Тиндалл зауважив, що явище повного внутрішнього відбиття уможливлює пересилання світлового променя у воді вздовж криволінійного шляху. Так появився перший оптичний канал, по якому світловий промінь поширювався у просторі і який був названий світлодіодом. Проте до 60-х років XX століття це явище не знаходило практичного застосування внаслідок суттєвих втрат оптичної енергії на шляху поширення у світловоді. Лише в 60-х роках минулого століття, коли вдалося розробити нові типи світлодіодів з малими втратами, почався бурхливий розвиток оптоелектронних телекомунікаційних систем, які у багатьох випадках успішно конкурують із традиційними телекомунікаційними системами, в котрих використовують провідникові та радіоканали для пересилання повідомлень.

Закон України “Про телекомунікації” дає таке означення терміну телекомунікації: “Телекомунікації (електрозв’язок) – передавання, випромінювання або приймання знаків, символів письмового тексту, зображень та звуків або повідомлень будь-якого роду по радіо, проводових, оптичних або інших електромагнітних системах”.

В наш час функціонують нові галузі телекомунікації, пов’язані із пересиланням голосу, звуків, образів та різноманітних даних на довільну віддаль у довільну точку нашої планети. Зокрема, всесвітня комп’ютерна мережа ІНТЕРНЕТ об’єднує сотні тисяч локальних комп’ютерних мереж та окремі комп’ютери, котрі використовують спільні правила і процедури комунікації (протоколи). Цією мережею користуються урядові установи, наукові, комерційні, громадські організації та приватні особи.

Розвиток сучасної телекомунікації відбувається в напрямі надання все нових послуг. Це завдання реалізують цифрові мережі інтегрованих послуг ISDN ( Integrated Services Digital Network), які уможливлюють пересилання не лише телефонних розмов, факсимільних зображень, телевізійних програм, доступ до різноманітних баз даних тощо, але одночасно співпрацюють з комп’ютерними мережами різних типів, забезпечуючи високу швидкість пересилання інформації.

Відомо багато різних способів кваліфікації сучасної телекомунікації, серед яких найважливішими є такі:

З погляду призначення пересланих відомостей розрізняють:

а) телекомунікацію порозуміння, яка полягає у пересиланні відомостей у двох напрямках між двома або більшою кількістю абонентів, причому ці відомості призначені виключно для цих абонентів;

б) телекомунікацію поширення відомостей, яка полягає у тому, що відомості поширюються з одного пункту до багатьох отримувачів, які не обов’язково є відомими для відправника відомостей;

в) телекомунікацію збирання відомостей, яка полягає у пересиланні відомостей з багатьох пунктів до одного отримувача. Така ситуація часто зустрічається в телеметрії при пересиланні результатів вимірювань від здавачів до центральної вимірювальної станції.

З погляду виду пересипаних відомостей розрізняють:

– телефонію – пересилання голосу;

– радіофонію – пересилання звуків, мови, музики;

– телеграфію – пересилання знаків письма;

– симілографію (телефакс) – пересилання нерухомих зображень;

– телебачення – пересилання рухомих зображень;

– телеметрію – пересилання даних вимірювань;

– телемеханіку – пересилання керуючих імпульсів;

– телесигналізацію – пересилання умовних знаків, які замінюють певні речення;

– телеінформатику – пересилання інформації між персональними комп’ютерами.

Різноманітні види відомостей про будь-які процеси (фізичні, хімічні, суспільні тощо), про характеристики чи параметри досліджуваних об’єктів та ін., що їх використовують у практичній діяльності, прийнято називати інформацією.

Технічні системи, які призначені для передавання – приймання перетворення та зберігання інформації, прийнято називати інформаційними системами. На відміну від енергетичних систем, для яких основним показником якості є коефіцієнт корисної дії, показники якості інформаційних систем характеризують здатність пересилати, нагромаджувати та перетворювати потрібну кількість інформації за одиницю часу при допустимих спотвореннях. Звідси випливає, що оптимальною є така інформаційна система, яка пересилає інформацію з максимальною швидкістю при мінімальній імовірності появи помилок. Сучасний фахівець в галузі телекомунікацій повинен не лише обслуговувати діючі телекомунікаційні системи, але й розуміти фізичний зміст їх функціонування та вміти творчо використовувати свої знання для покращення їх характеристик. Для цього треба володіти достатньо глибокими знаннями про використовуванні типи сигналів, їх інформаційний вміст, про способи оцінювання ймовірностей появи помилок при пересиланні різних типів сигналів та методи запобігання тощо.