2.4.1 ПОНЯТИЕ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Телекоммуникация означает - передача данных на расстоянии с использованием радиоволн, электрического кабеля, оптоволокна, а также других доступных способов передачи данных.

Названные способы передачи информации используются как наиболее распространные, точные и легко используемые. Существуют также другие способы передачи данных, которые используются в условиях, в которых невозможно использовать один из вышеперечисленных способов передачи данных. Например, передачи информации из-под земли при использовании горизонтального бурения. В этом случае для передачи информации используется жидкий раствор который закачивается в скважину, информация с помощью специальных вибрационных устройств, передает виброволны по раствору, которые несмотря на большие расстояния и агрессивную среду способен передать нужные данные из глубин земли.

Для передачи данных как несущая сила используется сигнал, который является физической величиной, который изменяется в пространстве и во времени. Например, речь человека может быть передана с помощью изменения напряжения (или тока, частоты, фазы и т. п.). Сигнал имеет следующие измерения высота H (динамический диапазон), "ширина" F (ширина спектра), длина T (длительность сигнала во времени). Объёмом сигнала является произведение V = FHT. В процессе передачи сигнала могут происходить изменения измерений как с сохранением объёма так и без.

Для стандартизации и упорядоченности были разработаны каналы связи. Использование каналов связи позволяет предатвратить смешание сигналов, что влечет искажение передаваемых данных.

Для создания нескольких каналов на одной линии связи производя разнесение сигналов по частоте, времени, кодам, адресу, длине волны.

Для осуществления передачи данных необходимо использовать систему связи, которая состоит из передающего и принимающего устройства. Передающее устройство включает в себя устройство первичной обработки сообщения, которое получает сообщение от источника (голос, изображение, другое устройство передачи данных) в электрический сигнал, далее при необходимости подключается шифрующее устройство, которое обеспечивает защиту информации, разбивает ее на кванты и добавляет стоп сигналы и контрольные суммы для обеспечения целостности информации если требуется особая точность при ее передаче.

В настоящее время используется два вида телекоммуникации, это цифровая передача данных и аналоговая. Первончально появилась аналоговая передача данных, с помощью которой передавалась радиосигналы, несущие звуки, в дальнейшем, с помощью них передавались сигналы с изображением, так появились первые радио и телевизоры. С пощью аналоговой радиопередачи передавались данные, которые в общем не искажались при наличии помех или ошибок. В дальнейшем требования к радисигналам стали более высокими, так как с помощью радиосигнала передавались точные данные, например передача четких изображений со спутников, цифровые потоки данных, содержащих важную информации. Так появился цифровой стандарт передачи данных, при котором информация записывается с помощью цифр 0 и 1. Одна цифра передает один квант информации, который называется бит. Из восьми битов формируется цифровое слово байт (bite) которое могло принимать одно из значений от 0 до 255 если переводить его в десятичную систему исчисления. Байты в свою очередь могли формировать слова из 2, 4, 8, 16 байт. Для того чтобы перевести аналоговую информацию в цифровую, использовались специальные АЦП (аналого-цифровой преобразователь) или ПЗС (прибор с зарядовой связью), например, в видеокамерах, котрый в зависимости от интенсивности световой волны преобразовывал его в соответствующий электрический заряд.

Цифровая информация требовала высокой точности передачи и при возникновении ошибок нарушалась целостность информации, что приводило к ее негодности. Для того чтобы избежать разрушения информации были разработаны специальные алгоритмы, которые разделяли информация на пакеты, состоящие из определенного количества байт. Пакеты имели идетификационные номера, которые последовательно присваивались им в устройстве, отвечающем за отправку информации, а также контрольные суммы, которые получились с помощью специальных алгоритмов сложения всех данных в пакете. В устройстве приема информации контрольные суммы вновь просчитывались и сравнивались с той, что пришла от передатчика. Таким образом выявлялись ошибки, возникшие при передачи информации. При возникновении ошибки, устройство приемник, отправляло запрос передатчику для того, чтобы повторно был отправлен пакет содержащий ошибку.

2.4.2 ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ИСТОРИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ РАДИО ВЫГЛЯДЯТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ

В 1866 году Махлон Лумис, американский дантист, заявил о том, что открыл способ беспроволочной связи. Связь осуществлялась при помощи двух электрических проводов, поднятых двумя воздушными змеями, один из них с размыкателем был антенной радиопередатчика, второй - антенной радиоприёмника, при размыкании от земли цепи одного провода отклонялась стрелка гальванометра в цепи другого провода. В 1868 году Лумис заявил, что повторил свои эксперименты перед представителями Конгресса США, послав сигналы на расстояние 22,5 километров.

В 1872 году Лумис получил первый в мире патент на беспроводную связь. Хотя президент Грант подписал закон о финансировании опытов Лумиса, финансирование так и не было открыто. К сожалению, никаких достоверных данных о характере экспериментов Лумиса, равно как и чертежей его аппаратов не сохранилось. Американский патент также не содержит детального описания устройств, использованных Лумисом.

В 1879 году Дэвид Хьюз при работе с индукционной катушкой обнаружил эффект электромагнитных волн; однако позднее коллеги убедили его, что речь идёт лишь об индукции.

В 1888 году немецкий физик Г. Герц доказал существование электромагнитных волн. Герц с помощью устройства, которое он назвал вибратором, осуществил успешные опыты по передаче и приёму электромагнитных сигналов на расстояние и без проводов.

В 1890 году физиком и инженером Эдуардом Бранли во Франции изобретён прибор для регистрации электромагнитных волн, названный им радиокондуктор (позднее - когерер). В своих опытах Бранли иcпользует антенны в виде отрезков проволоки. Результаты опытов Эдуарда Бранли были опубликованы в Бюллетене Международного общества электриков и отчётах Французской Академии Наук.

В 1891 году Никола Тесла (Сент-Луис, штат Миссури, США) в ходе лекций публично описал принципы передачи радиосигнала на большие расстояния.

В 1893 году Тесла патентует радиопередатчик и изобретает мачтовую антенну, с помощью которой в 1895 году передаёт радиосигналы на расстояние 30 миль.

Между 1893 и 1894 - Роберто Ланделл де Мора, бразильский священник и учёный, провёл эксперименты по передаче радиосигнала. Их результаты он не оглашал до 1900 г., но впоследствии получил бразильский патент. В 1894 году - Маркони, по своим воспоминаниям, под влиянием идей проф. Риги, высказанных в некрологе памяти Герца, начинает эксперименты по радиотелеграфии (первоначально - с помощью вибратора Герца и когерера Бранли). Однако никаких письменных свидетельств того времени, которые могли бы подтвердить опыты Маркони проводимые в 1894 году, не имеется.

14 августа 1894 - первая публичная демонстрация опытов по беспроводной телеграфии Оливером Лоджем и Александром Мирхедом на лекции в театре Музея естественной истории Оксофрдского университета. В ходе демонстрации радиосигнал был отправлен из лаборатории в соседнем Кларендоновском корпусе и принят аппаратом в театре (40 метров). Изобретённый Лоджем радиоприёмник ("Прибор для регистрации приёма электромагнитных волн") содержал радиокондуктор - "трубку Бранли" cо встряхивателем, которому Лодж дал название когерер, источник тока, реле и гальванометр; для встряхивания когерера с целью периодического восстановления его чувствительности к "волнам Герца" использовался или электрический звонок или заводной пружинный механизм с молоточком-зацепом.

7 мая 1895 года на заседании Русского физико-химического общества в Санкт-Петербурге Александр Степанович Попов читает лекцию "Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям", на которой, воспроизводя опыты Лоджа c электромагнитными сигналами, продемонстрировал прибор, схожий в общих чертах с тем, который ранее использовался Лоджем. При этом Попов внёс в конструкцию усовершенствования. В радиоприёмнике Попова молоточек, встряхивавший когерер (трубку Бранли), работал не от часового механизма, а от радиоимпульса. Современники Попова признавали, что его конструкция представляла собой прибор, который впоследствии был использован для беспроводной телеграфии. Сам Попов приспособил прибор для улавливания атмосферных электромагнитных волн, под названием "грозоотметчик".

Лето 1895 году Маркони добивается передачи радиосигнала на 1,5 км. Однако никакими документами это не подтверждено.

Сентябрь 1895 - по некоторым утверждениям, Попов присоединил к приёмнику телеграфный аппарат и получил телеграфную запись принимаемых радиосигналов. Однако никаких документальных свидетельств об опытах Попова с радиотелеграфией до декабря 1897 года (то есть до опубликования патента и сообщений об успешных опытах Маркони) не существует. Версию о передаче Поповым радиограммы раньше Маркони измыслил В. С. Габель

2 июня 1896 года Маркони подаёт заявку на патент. 2 сентября 1896 года Маркони демонстрирует своё изобретение на равнине Солсбери, передав радиограммы на расстоянии 3 километра.

В 1897 году Оливер Лодж изобрёл принцип настройки на резонансную частоту.

В 1897 году французский предприниматель Эжен Дюкрете строит экспериментальный приёмник беспроволочной телеграфии по чертежам, предоставленным А. С. Поповым. 2 июля 1897 Маркони получает британский патент №12 039, "Усовершенствования в передаче электрических импульсов и сигналов в передающем аппарате". В общих чертах приёмник Маркони воспроизводил приёмник Попова, а его передатчик - вибратор Герца с усовершенствованиями Риги. Принципиально новым было то, что приёмник был изначально подключен к телеграфному аппарату, а передатчик соединён с ключом Морзе, что и сделало возможным радиотелеграфическую связь. Маркони использовал антенны одной длины для приёмника и передатчика, что позволило резко повысить мощность передатчика; кроме того детектор Маркони был гораздо чувствительнее детектора Попова, что признавал и сам Попов

6 июля 1897 года Маркони на итальянской военно-морской базе Специя передаёт фразу Viva lItalia из-за линии горизонта - на расстояние 18 километров.

В ноябре 1897 года строительство Маркони первой постоянной радиостанции на острове Уайт, соединённой с Бормотом (23 километров).

С 18 по 30 декабря 1897 года Попов на заседании Русского физико-химического общества, используя вибратор Герца и приёмник собственной конструкции, передаёт на расстояние 250 метра первую в России радиограмму: "Генрих Герц".

В январе 1898 года первое практическое применение радио: Маркони передаёт (за обрывом телеграфных проводов из-за снежной бури) сообщения журналистов из Уэльса о неминуемой смерти Гладстона.

В мае 1898 года Маркони впервые применяет систему настройки. В 1898 году Маркони открывает первый в Великобритании "завод беспроволочного телеграфа" в Челмсофрде, Англия, на котором работают 50 человек.

Конец 1898 - Эжен Дюкретэ (Париж) приступает к мелкосерийному выпуску приёмников системы Попова. Согласно мемуарам Дюкретэ, чертежи устройств он получил от А. С. Попова благодаря интенсивной переписке.

В 1898 году присуждение А. С. Попову премии Русского Технического Общества в 1898 году "за изобретение приёмника электромагнитных колебаний и приборов для телеграфирования без проводов".

В 3 марта 1899 года радиосвязь впервые в мире была успешно использована в морской спасательной операции: с помощью радиотелеграфа спасены команда и пассажиры потерпевшего кораблекрушение парохода "Масенс" (Mathens) .

В мае 1899 года помощники Попова П. Н. Рыбкин и Д. С. Троицкий обнаружили детекторный эффект когерера. На основании этого эффекта, Попов модернизировал свой приёмник для приёма сигналов на головные телефоны оператора и запатентовал как "телефонный приёмник депеш".

В 1899 году сэр Джагдиш Чандра Боз (Калькутта) изобрёл ртутный когерер.

В 1900 году радиосвязь вновь, впервые в России, была успешно использована в морской спасательной операции. По инструкциям Попова была построена радиостанция на острове Гогланд, возле которого находился севший на мель броненосец береговой обороны Генерал-Адмирал Апраксин. Радиотелеграфные сообщения на радиостанцию острова Гогланд приходили с находящейся в 25 милях передающей станции Российской Военно-Морской базы в Котке, которая телеграфной линией была связана с Адмиралтейством Санкт-Петербурга. Приборы, использовавшиеся в спасательной операции, были изготовлены в мастерских Эжена Дюкретэ. В результате обмена радиограммами ледоколом Ермак были также спасены финские рыбаки с оторванной льдины в Финском Заливе.

В 1900 году Маркони получает патент № 7 777 на систему настройки радио ("Oscillating Sintonic Circuit"). Работы Попова отмечены Большой золотой медалью и Дипломом на международной электротехнической выставке в Париже. 12 декабря 1901 Маркони провёл первый сеанс трансатлантической радиосвязи между Англией и Ньюфаундлендом на расстояние 3200 километров (передал букву S Азбуки Морзе). До того это считалось принципиально невозможным.

В 1905 году Маркони берёт патент на направленную передачу сигналов. В 1906 году Реджинальд Фессенден и Ли де Форест совершают открытие амплитудной модуляции радиосигнала, что позволило передавать в эфире человеческую речь.

В 1909 году присуждение Маркони и Ф.Брауну Нобелевской премии по физике "в знак признания их заслуг в развитии беспроволочной телеграфии".

В 1935 году Эдвин Армстронг совершил открытие частотно-модулированного радиосигнала.

В 1993 Карл Маламуд создал первую "радиостанцию в интернете", названную им Internet Talk Radio. Маламуд использовал программные средства MBONE (сокращение от IP Multicast Backbone on the Internet).