Електроніка та мікропроцесорна техніка

Мал. 15.2. Пристрій і принцип роботи мікрофону при станах його мембрани: а - нормальному; б - увігнутому; у - вигнутому

Мал. 15.3. Пристрій і принцип дії телефону

Коли мембрана нерухома, вугільний порошок між рухомим і нерухомим електродами є опором певної величини і в ланцюзі протікає постійний струм. При цьому у вторинній обмотці II трансформатора Тр напруги немає. Під час розмови під дією коливання повітряного середовища мембрана починає коливатися. Коли мембрана прогинається всередину, вугільний порошок ущільнюється, площа зіткнення між крупинками порошку збільшується, а опір його зменшується. Якщо мембрана прогинається в протилежну сторону, площа зіткнення зменшується, а опір порошку збільшується. Зміна опору вугільного порошку в такт звуковим коливанням викликає зміну струму, що протікає через первинну обмотку I трансформатора Тр. Навколо первинної обмотки трансформатора створюється магнітний потік, що змінюється по величині, який перетинає витки вторинної обмотки трансформатора і індукує в ній змінний струм, отже, здійснюється перетворення звукових коливань в електричні.

Використання вугільного мікрофону в телефонії викликане властивістю вугільного порошку - різко міняти свій опір під дією слабкого звукового тиску. Мікрофонні капсулі випускаються трьох типів: низькоомні - НО опором від 3,0 до 65 Ом, средньомні - СО опором від 65 до 145 Ом, високоомні - ВО опором від 145 до 300 Ом.

4. Будова і принцип дії телефону

Телефон служить для перетворення енергії електричних коливань в енергію коливань повітряного середовища. У телефонних апаратах застосовують телефони, конструктивно оформлені у вигляді окремих пристроїв - капсулів 5. Пристрій простого телефону схематично показаний на мал. 3. Він складається з постійного магніта 4. сталевих сердечників 6 (полюсних наконечників) котушок 3 з обмотками з мідного дроту, насаджених на полюсні наконечники і сполучених послідовно із зустрічною намоткою, і тонкої металевої мембрани 2, виконаної з магнітного матеріалу, закріпленою спеціальною кришкою 1. Коли струм по котушках не протікає, мембрана під дією сил магнітного потоку постійного магніту декілька увігнута у бік сердечників і знаходиться в спокійному стані. Якщо через котушку протікає змінний струм, мембрана починає коливатися. Магнітний потік, що діє на мембрану, міняється по величині. У ті моменти, коли змінний струм створює навколо котушок магнітне поле, силові лінії якого співпадають по напряму з силовими лініями постійного магніту, магнітний потік посилюється і мембрана ще більше прогинається у бік сердечника. Коли ж напрям магнітного потоку протилежний напряму магнітного потоку постійного магніту, відбувається ослаблення загального магнітного потоку, мембрана із-за своєї гнучкості прагне випрямитися і відходить від полюсних наконечників. Таким чином, мембрана телефону здійснює коливальні рухи відповідно до частоти і величині змінного струму, що протікає по котушках телефону. Вона викликає коливання повітряного середовища, завдяки чому телефон відтворює звуки, перетворені мікрофоном в електричні коливання. Якість роботи телефону значною мірою залежить від величини магнітного потоку постійного магніту. Чим більше магнітний потік постійного магніту, тим більше амплітуда коливань мембрани і менше спотворення, що вносяться до передачі. Для неспотвореної передачі необхідно, щоб величина магнітного потоку постійного магніту у багато разів перевищувала змінну складову сигналу.

Контрольні запитання:

1. Що таке електричний зв'язок? На які види він поділяється?

2. Будова, принцип дії мікрофону?

3. Як здійснюється телефонний зв'язок по проводах?

4. Будова і принцип дії телефону.

Інструкційна картка №32 для самостійного опрацювання навчального матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 5 Технічні засоби зв'язку в сільському господарстві

5.1 Диспетчерський зв'язок

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань; розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

- Загальні відомості організації радіозв'язку;

- Принцип радіозв'язку;

ІІІ. Студент повинен уміти:

- Відрізняти радіозв'язок від інших видів;

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [5, с. 306-313].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

1. Принцип побудови радіозв'язку.

2. Історія розвитку радіозв'язку.

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

1. Що називають радіозв'язком?

2. Що таке радіосигнал?

3. Що називають перешкодами радіоприйому?

4. Які переваги та недоліки радіозв'язку?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І.В.

Теоретична частина: Диспетчерський зв'язок

План:

1. Принцип побудови радіозв'язку.

2. Історія розвитку радіозв'язку.

Література

1. Принцип побудови радіозв'язку

Радіозв'язок, електрозв'язок за допомогою радіохвиль. Для здійснення Радіозв'язку в пункті, з якого ведеться передача повідомлень (радіопередача), розміщують радіопередаючий пристрій, що містить радіопередавач і антену, що передає, а в пункті, в якому ведеться прийом повідомлень (радіоприйом), - радіоприймальний пристрій, що містить приймальну антену і радіоприймач. Гармонійні коливання, що генеруються в передавачі, з несучою частотою, що належить якому-небудь діапазону радіочастот, піддаються модуляції відповідно до передаваного повідомлення. Модульовані радіочастотні коливання є радіосигналом. Від передавача радіосигнал поступає в антену, що передає, за допомогою якої в просторі, що оточує антену, збуджуються відповідно модульовані електромагнітні хвилі. Розповсюджуючись, радіохвилі досягають приймальної антени і наводять в ній електричні коливання, які поступають далі в радіоприймач. Прийнятий т.ч. радіосигнал дуже слабкий, оскільки в приймальну антену потрапляє лише невелика частина випромінюваної енергії. Тому радіосигнал в радіоприймачі поступає в електронний підсилювач, після чого він піддається демодуляції, або детектуванню; в результаті виділяється сигнал, аналогічний сигналу, яким були модульовані коливання з несучою частотою в радіопередавачі. Далі цей сигнал (зазвичай додатково посилений) перетвориться за допомогою відповідного відтворюючого пристрою в повідомлення, адекватне результату.

У місці прийому на радіосигнал можуть накладатися електромагнітні коливання від сторонніх джерел радіовипромінювань, здатні перешкодити правильному відтворенню повідомлення і називаються перешкодами радіоприйому. Несприятливий вплив на якість радіозв'язку можуть надавати також зміну в часі загасання радіохвиль на шляху розповсюдження від антени, що передає, до приймача і розповсюдження радіохвиль одночасне по двох або декільком траєкторіям різної протяжності; у останньому випадку електромагнітне поле в місці прийому є сумою взаємно зміщених в часі радіохвиль, інтерференція яких також викликає спотворення радіосигналу. Тому і ці явища відносять до категорії перешкод радіоприйому. Їх вплив на прийом радіосигналів особливо великий при зв'язку на великих відстанях. Широке розповсюдження радіозв'язку і використання радіохвиль в радіолокації, радіонавігації і ін. областях техніки зажадали забезпечення одночасного функціонування без неприпустимих взаємних перешкод різних систем і засобів, що використовують радіохвилі, - забезпечення їх електромагнітної сумісності.

Розповсюдження радіохвиль у відкритому просторі робить можливим в принципі прийом радіосигналів, що передаються по лініях радіозв'язку, особами, для яких вони не призначені (радіоперехоплення, радіопідслуховування); у цьому - недолік радіозв'язку в порівнянні з електрозв'язком по кабелях, радіохвилеводах і ін. закритим лініям. Таємниця телефонних переговорів і телеграфних повідомлень, що передбачається статутом зв'язку, відповідними правилами ін. країн і міжнародними угодами, забезпечується в необхідних випадках застосуванням автоматичних засобів засекречування радіосигналів (кодування і ін.).

2. Історія розвитку радіозв'язку

Спроби здійснити радіозв'язок робив ще Т.А. Эдисон в 80-і рр. 19 в. (їм отриманий відповідний патент), до відкриття в 1888 електромагнітних хвиль Р. Герцом; хоч роботи Едісона не мали практичного успіху, вони сприяли появі ін. робіт, направлених на реалізацію ідеї бездротового зв'язку. Герцом був створений іскровий випромінювач електромагнітних хвиль, який (з подальшими різними удосконаленнями) протягом декількох десятиліть залишався найбільш поширеним в радіозв'язку видом радіопередавача. Можливість і основні принципи радіозв'язку були детально описані У Круксом в 1892, але у той час ще не передбачалося швидкої реалізації цих принципів. Розвиток радіозв'язку почався після того, як в 1895 Поповим, а роком пізніше Г. Марконі були створені чутливі приймачі, цілком придатні для здійснення сигналізації без проводів, тобто для радіозв'язку. Перша публічна демонстрація Поповим роботи створеної ним радіоапаратури і бездротової передачі сигналів з її допомогою відбулася 7 травня 1895, що дає підставу вважати цю дату фактичним днем появи Радіозв'язку.

Приймач Попова не тільки виявився придатним для радіозв'язку, але і (з деякими додатковими вузлами) був вперше успішно застосований ним в тому ж 1895 для автоматичного запису грозових розрядів, чим поклав початок радіометеорології. У країнах Західної Європи і США була розгорнена активна діяльність по використанню радіозв'язку в комерційних цілях. Марконі в 1897 зареєстрував в Англії Компанію бездротового телеграфування і сигналізації, в 1899 заснував Американську компанію бездротового і телеграфного зв'язку, а в 1900 - Міжнародну компанію морського зв'язку. У грудні 1901 їм була здійснена радіотелеграфна передача через Атлантичний океан. У 1902 в Германії виробництво устаткування для радіозв'язку організував А. Слабі (спільно з Р. Арко), а також До. Ф. Браун. Очевидне величезне значення радіозв'язку для військових флотів і для морського транспорту, а також гуманістична роль радіозв'язку (при рятуванні людей з кораблів, потерпілих крах) стимулювали розвиток її у всьому світі. На 1-ій Міжнародній адміністративній конференції в Берліні в 1906 за участю представників 29 країн було прийнято регламент радіозв'язку і міжнародна конвенція, що вступила в силу з 1 липня 1908. У регламенті було зафіксовано розподіл радіочастот між різними службами радіозв'язку. Було засновано Бюро реєстрації радіостанцій і встановлений міжнародний сигнал лиха SOS. На міжнародній конференції в Лондоні в 1912 було дещо змінений розподіл частот, уточнений регламент і установлені нові служби: радіомаякова, передачі зведень погоди і передачі сигналів точного часу. За рішенням радіоконференції 1927 було заборонено застосування іскрових радіопередавачів, що створювали випромінювання в широкому спектрі частот і що перешкоджали тим самим ефективному використанню радіочастот; іскрові передавачі були залишені тільки для передачі сигналів лиха, оскільки широкий спектр випромінювання радіохвиль збільшує вірогідність їх прийому. З 1915 до 50-х рр. апаратура для радіозв'язку розвивалася головним чином на основі електронних ламп; потім були упроваджені транзистори і ін. напівпровідникові прилади.

До 1920 в радіозв'язок застосовувалися переважно хвилі довжиною від сотень м до десятків км. У 1922 радіоаматорами було відкрито властивість декаметрових (коротких) хвиль розповсюджуватися на будь-які відстані завдяки заломленню у верхніх шарах атмосфери і віддзеркаленню від них. Незабаром такі хвилі стали основним засобом здійснення дальнього радіозв'язку Для прийому передаваних т.ч. сигналів, що приходять з великих відстаней, служать чутливі приймачі і великі, порівняно гостронаправлені антенні споруди, що займають велику територію, т.з. антенне поле (подібні ж споруди використовуються і для випромінювання декаметрових хвиль). Для ослаблення радіоперешкод приймальне устаткування розміщується в стороні від міст і далеко від радіопередавачів, на спеціальних приймальних радіоцентрах. Пристрої, що радіопередають, також групуються - на радіоцентрах, що передають. Ті та інші пов'язані з центральним телеграфом, що знаходиться в місті, звідки поступають передавані і куди транслюються сигнали, що приймаються.

У 30-і рр. були освоєні метрові, а в 40-і - дециметрові і сантиметрові хвилі, що розповсюджуються в основному прямолінійно, не огинаючи земної поверхні (тобто в межах прямої видимості), що обмежує прямий зв'язок на цих хвилях відстанню в 40-50 км. Оскільки ширина діапазонів частот, відповідних цим довжинам хвиль, - від 30 Мгц до 30 Ггц - в 1000 разів перевищує ширину всіх діапазонів частот нижче 30 Мгц (хвилі довше 10 м), то вони дозволяють передавати величезні потоки інформації, здійснюючи багатоканальний зв'язок. В той же час обмежена дальність розповсюдження і можливість отримання гострої спрямованості з антенної нескладної конструкції дозволяють використовувати одні і ті ж довжини хвиль в безлічі пунктів без взаємних перешкод. Передача на значні відстані досягається застосуванням багатократної ретрансляції в лініях радіорелейного зв'язку або за допомогою супутників зв'язку, що знаходяться на великій висоті (близько 40 тис. км.) над Землею (див. Космічний зв'язок). Дозволяючи вести на великих відстанях одночасно десятки тисяч телефонних розмов і передавати десятки телепередач, радіорелейний і супутниковий зв'язок по своїх можливостях є незрівнянно ефективнішими, ніж звичайний дальній радіозв'язок на декаметрових хвилях, значущість якого відповідно зменшується (за нею, наприклад, залишається роль корисного резерву, а також роль засобу зв'язку на напрямах з малими потоками інформації).

При великій потужності радіопередавача (десятки квт) радіозв'язок на метрових хвилях у вузькій смузі частот (декілька кгц) можливий на відстанях ~ 1000 км. за рахунок розсіяння хвиль в іоносфері (див. Іоносферний радіозв'язок). Користуються також віддзеркаленням радіохвиль від іонізованних слідів метеорів, що згорають у верхніх шарах атмосфери (див. Метеорний радіозв'язок), але при цьому передача інформації йде з перервами, що не дозволяє здійснювати телефонних переговори. Мала частина енергії випромінювання на дециметрових і сантиметрових хвилях може також розповсюджуватися за межі горизонту (на відстані в сотні км.) завдяки електричній неоднорідності тропосфери. Це дозволяє при порівняно великій потужності передавачів (близько декілька квт) будувати лінії радіорелейного зв'язку з відстанню між проміжними станціями в 200-300 км. і більш (при звуженні частотного спектру випромінювання, тобто зменшенні об'єму передаваної інформації, див. Тропосферний радіозв'язок). Лінії радіозв'язку використовуються для передачі телефонних повідомлень, телеграм, потоків цифрової інформації і факсиміле, а також і для передачі телепередач (зазвичай на метрових і коротших хвилях). За призначенням і дальності дії розрізняють міжнародні і внутрішньоспілкові загальнодержавні лінії радіозв'язку. Внутрішньоспілкові лінії діляться на магістральні (між столицею СРСР і столицями союзних республік, краєвими і обласними центрами, а також між останніми) і зонові (внутріобласні і внутрірайонні). Розвиток ліній радіозв'язку планується з урахуванням входження радіозв'язку в Єдину автоматизовану систему зв'язку країни.

Організаційно-технічні заходи і засоби для встановлення радіозв'язку і забезпечення її систематичного функціонування утворюють служби радіозв'язки, що розрізняються за призначенням, дальності дії, структурі і ін. ознакам. Зокрема, існують служби: наземному і космічному радіозв'язку (до космічного радіозв'язку відносять всі види радіозв'язку з використанням одного або декількох супутників або інших космічних об'єктів); фіксованою (між певними пунктами) і рухомою (між рухомою і стаціонарною радіостанціями або між рухомими радіостанціями); радіомовлення і телебачення. Для виробничих і спеціальних службових потреб є відомчі служби радіозв'язку в деяких міністерствах і організаціях (наприклад, в цивільній авіації, на ж.-д., морському і річковому транспорті, в службах пожежної охорони, міліції, медичній службі міст), а також внутрішньовиробничий зв'язок на промислових і з.-х. підприємствах, в деяких установах і т.д. (див. також Радіостанція низового зв'язку). Велике значення має радіозв'язок в озброєних силах.

Контрольні запитання:

1. Що називають радіозв'язком?

2. Що таке радіосигнал?

3. Що називають перешкодами радіоприйому?

4. Які переваги та недоліки радіозв'язку?

Інструкційна картка №33 для самостійного опрацювання навчального матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 5 Технічні засоби зв'язку в сільському господарстві

5.2 Електронні пристрої в сільському господарстві

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань; розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

- Загальні відомості організації внутрівиробничого зв'язку;

- Види внутрівиробничого зв'язку.

ІІІ. Студент повинен уміти:

- Розрізняти види внутрівиробничого зв'язку.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [5, с. 227-235].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

1. Побудова внутрівиробничого зв'язку на сільськогосподарському підприємстві

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

1. Що таке внутрівиробничий зв'язок?

2. Які види зв'язку має в своєму складі внутрівиробничий зв'язок?

3. Що таке директорський зв'язок?

4. Чим відрізняється факсимільний зв'язок від технологічного?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І.В.

Теоретична частина: Електронні пристрої в сільському господарстві

План:

1. Побудова внутрівиробничого зв'язку на сільськогосподарському підприємстві

Література

1. Побудова внутрівиробничого зв'язку на сільськогосподарському підприємстві

Внутрівиробничий зв'язок колгоспів і радгоспів -- це комплекс засобів радіозв'язку і провідного зв'язку, що дає змогу диспетчеру негайно з'єднуватися з найважливішими виробничими об'єктами, відділками, бригадами, фермами, пунктами технічного обслуговування, зернотоками тощо, а також з керівниками і спеціалістами господарства; забезпечує груповий зв'язок (конференцзв'язок, звичайний чи гучномовний) з певною кількістю абонентів, пошук потрібних спеціалістів і техніки, приймання і передавання документальної і технологічної інформацій.

Внутрівиробничий зв'язок колгоспів і радгоспів має в своєму складі такі види зв'язку:

1. Внутрівиробничий телефонний зв'язок (ВВТЗ) призначається для встановлення з'єднань між виробничими об'єктами. Звичайно це автоматичний зв'язок.

Устаткування мережі має забезпечувати встановлення з'єднань між абонентами всередині господарства (підприємства); вихід абонентам цієї мережі на мережу загального користування за межі господарства; заборону частині абонентів внутрігосподарського зв'язку виходу на мережу телефонного зв'язку загального користування за межі господарства.

Мережа внутрігосподарського телефонного зв'язку колгоспів і радгоспів поєднується з мережею телефонного зв'язку загального користування в межах господарства. Звичайно, спільними для них є АТС і лінійні споруди. Встановлення спеціальної АТС для ВВТЗ допускається після погодження з міністерством зв'язку.

2. Диспетчерський телефонний зв'язок (локальний або поєднаний з автоматичним) призначається для організації оперативно-командного зв'язку в межах колгоспів, радгоспів, інших сільськогосподарських підприємств і організацій.

Устаткування цієї мережі має надавати диспетчеру можливість оперативного виклику абонентів мережі, індивідуального, групового (тільки для провідної мережі) і циркулярного зв'язку з абонентами гучномовного зв'язку.

Мережі диспетчерського провідного телефонного зв'язку частково поєднуються з мережами внутрівиробничого телефонного зв'язку колгоспів і радгоспів на основі ліній ВВТЗ, які не мають права виходу на телефонну мережу загального користування, або з мережами виробничого телефонного зв'язку промислових і будівельних підприємств. Мережі диспетчерського радіотелефонного зв'язку можуть взаємодіяти з мережею диспетчерського провідного телефонного зв'язку.

3. Директорський зв'язок призначається для встановлення прямого зв'язку керівника сільськогосподарського підприємства з головними спеціалістами та основними службами центральної садиби цього господарства.

Устаткування цієї мережі має надавати керівнику підприємства можливості індивідуального, групового зв'язку з абонентами, гучномовного зв'язку, перемикання вхідних ліній на секретаріат, підмикання до вхідної лінії автовідповідача.

Для мережі директорського зв'язку сільськогосподарського підприємства використовуються спільні лінійні споруди.

4. Документальний (факсимільний) міжігосподарський зв'язок призначається для організації передавання документованої інформації як усередині господарств, так і в межах сільського адміністративного району.

Устаткування мережі має забезпечувати встановлення з'єднань між абонентами, передавання штрихових зображень (швидкість розгортки до 120 рядків за хвилину).

Мережі факсимільного зв'язку і передавання даних повністю поєднуються з мережею телефонного зв'язку відповідно до положення «Системи загальнодержавного автоматичного комутованого телефонного зв'язку», яке передбачає можливість передавання факсимільних повідомлень і передавання даних по стандартному каналу ТЧ.

5. Технологічний зв'язок призначається для дистанційного контролю виробничих процесів усередині господарств (телеконтроль, телевимірювання і телесигналізація).

Устаткування мережі має забезпечувати можливість передавання дискретних і аналогових сигналів по некомутованим лініям і каналам зв'язку.

Мережа передавання інформації технологічного характеру частково поєднується з мережею телефонного зв'язку загального користування і внутрівиробничого телефонного зв'язку в межах господарства на ділянках абонентських і міжстанційних з'єднувальних ліній на основі ущільнення ліній і вторинного ущільнення каналів зв'язку, а також використання пар у спільних кабелях, фізичних кіл на повітряних лініях і каналів в апаратурі ущільнення.

6. Пошукова радіофікація використовується для пошуку або оповіщання потрібних працівників чи спеціалістів виробничих підрозділів.

Мережа пошукової радіофікації може бути локальною або поєднаною з мережею диспетчерського зв'язку з допомогою спеціальних пристроїв, підімкнених до телефонних ліній у місцях встановлення гучномовців і підсилювачів, а також схемних можливостей у диспетчерських комутаторах. Цю мережу допускається організовувати шляхом вторинного ущільнення телефонних ліній за умови, що ущільнення не впливатиме на якість телефонного зв'язку.

7. Внутрівиробничий радіозв'язок створюється для організації радіозв'язку з мобільними і важкодоступними об'єктами.

Коли є потреба в сільськогосподарському підприємстві, можна здійснити мережу абонентського телеграфу, призначувану для організації прямого телеграфного зв'язку з вищестоящою організацією, обчислювальним центром та ін.

Залежно від виробничих потреб і виходячи з техніко -економічних міркувань у господарствах застосовують окремі або всі перелічені види зв'язку.

Контрольні запитання:

1. Що таке внутрівиробничий зв'язок?

2. Які види зв'язку має в своєму складі внутрівиробничий зв'язок?

3. Що таке директорський зв'язок?

4. Чим відрізняється факсимільний зв'язок від технологічного?

Інструкційна картка №34 для самостійного опрацювання навчального матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 5 Технічні засоби зв'язку в сільському господарстві

5.2 Електронні пристрої в сільському господарстві

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань; розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

- Загальні відомості організації стільникового зв'язку;

- Види роумінгу.

ІІІ. Студент повинен уміти:

- Розрізняти види роумінгу.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [Картка сам. опрац.].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

1. Історія розвитку стільникового зв'язку

2. Загальні принципи функціонування мереж стільникового зв'язку

3. Мережа і її складові .

4. РОУМІНГ

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

1. В чому полягає загальний принцип функціонування мереж стільникового зв'язку?

2. Що собою являє структура стільникової мережі?

3. Що означає поняття «роумінг»?

4. Які розрізняють види роумінгу?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Теоретична частина: Електронні пристрої в сільському господарстві

План:

1. Історія розвитку стільникового зв'язку

2. Загальні принципи функціонування мереж стільникового зв'язку

3. Мережа і її складові .

4. РОУМІНГ

Література

1. Історія розвитку стільникового зв'язку

Перша система радіотелефонного зв'язку, що пропонувала послуги всім охочим, почала своє функціонування в 1946 р. в р. Сент-Луіс (США). Радіотелефони, що застосовувалися в цій системі, використовували звичайні фіксовані канали. Якщо канал зв'язку був зайнятий, то абонент уручну перемикався на іншій - вільний канал. Апаратура була громіздкою і незручною у використанні. Центральний радіо вузол передавав високочастотні сигнали величезної потужності на відстань 100 км. Обслуговування, в кращому разі, було відповідним. Телефонна система надавала 11 каналів, що працювали за принципом частотної модуляції, з шириною смуги частот 40 МГц. Потім послідували дві покращені системи (IMTS-MJ і -MK), що займають 11 і 12 каналів з шириною смуги частот 152- і 454-МГц відповідно. Технологія і використання частотної модуляції були вдосконалені, радіоканали стали вужчими. Найранішим мобільним телефонам був необхідний спектр частот в 120-кГц, щоб передати голосовий сигнал 3-кГц.

З розвитком техніки системи радіотелефонного зв'язку удосконалювалися: зменшувалися габарити пристроїв, освоювалися нові частотні діапазони, поліпшувалося базове і комутаційне устаткування, зокрема, з'явилася функція автоматичного вибору вільного каналу (trunking). Але при величезній потребі в послугах радіотелефонного зв'язку виникали і проблеми.

Головна з них - обмеженість частотного ресурсу: число фіксованих частот в певному частотному діапазоні не може нескінченно збільшуватися, тому радіотелефони з близькими по частоті робочими каналами починають створювати взаємні перешкоди.

Учені і інженери різних країн намагалися вирішити цю проблему. І ось в середині 40-х років дослідницький центр Bell Laboratories американській компанії AT&T запропонував ідею розбиття всієї обслуговуваної території на невеликі ділянки, які стали називатися сотами (від англ. cell - осередок, стільника). Кожна стільника повинна була обслуговуватися передавачем з обмеженим радіусом дії і фіксованою частотою. Це дозволило б без всяких взаємних перешкод використовувати ту ж саму частоту повторно в іншому осередку. Однак пройшло більше 30 років, перш ніж такий принцип організації зв'язку був реалізований на апаратному рівні. Причому в ці роки розробка принципу стільникового зв'язку велася в різних країнах світу не по одних і тих же напрямах.

Зусилля по створенню безпеки мобільної телефонії і PMR (private dispatched mobile radio) були покладені на Федеральну Комісію Зв'язку (FCC), який розглядав ряд радіомовних служб як найбільш соціально відповідальних. Політичні віяння сприяли зростанню популярності мобільної телефонії і PMR в 1968 році, коли комісія погодилася розглянути можливість використання високочастотних телеканалів 70-83 (ширина смуги частот 800-МГц) для потреб мобільної телефонії. На той час в США налічувалося близько 70 000 користувачів мобільних телефонів

У 1971 році AT&T Bell Laboratories, Murray Hill, N.J., запропонували концепцію стільникової системи, як переважаючу архітектуру мобільної телефонної системи (AMPS). Ідея була такою, що інтригує і закликала помістити основну станцію на велику висоту над містом, а її менш могутні копії ближче до землі на обширному просторі. Кожен осередок був копією упакованої радіоустановки, навантаження ліній зв'язку каналів якої проходило упаковкою команд контроллера по призначених каналах управління.

Стільникова концепція додавала просторове вимірювання до простої моделі, що частото-упаковувала. Плоскі малопотужні осередки були зв'язані через перемикаючий центр і функцію, що управляла.

Зменшення області дії кожного осередку вимагало повтору частот. Осередки, що використовують той же набір радіоканалів, могли б уникнути взаємного втручання, якби вони були на достатній відстані один від одного. Втручання осередків пропорційне не відстані між ними, а коефіцієнту відношення цієї відстані до радіусу осередку. З тих пір, як радіус осередку став пропорційний потужності передавача, системні розробники мають велику свободу дій у визначенні кількості радіоканалів, необхідних для клієнтів. Більше число радіоканалів може бути додане до системи простим зменшенням потужності передачі осередку, зменшенням розміру осередку, і заповненням вільної області новими осередками.

В кінці 70-х років почалися роботи із створення єдиного стандарту стільникового зв'язку для 5 північноєвропейських країн _ Швеції, Фінляндії, Ісландії, Данії і Норвегії, який отримав назву NMT-450 (Nordic Mobile Telephone) і був призначений для роботи в діапазоні 450 Мгц. Експлуатація перших систем стільникового зв'язку цього стандарту почалася в 1981 р. Але ще на місяць раніше система стільникового зв'язку стандарту NMT-450 вступила в експлуатацію в Саудівській Аравії.

Мережі на основі стандарту NMT-450 і його модифікованих версій стали широко використовуватися в Австрії, Голландії, Бельгії, Швейцарії, а також в країнах Південно-східної Азії і Близького Сходу. На базі цього стандарту в 1985 р. був розроблений стандарт NMT-900 діапазону 900 Мгц, який дозволив розширити функціональні можливості системи і значно збільшити абонентську місткість системи.

У 1983 р. в США, в районі Чікаго, після ряду успішних польових випробувань вступила в комерційну експлуатацію мережа стандарту AMPS (Advanced Mobile Phone Service), Цей стандарт був розроблений в дослідницькому центрі Bell Laboratories.

У 1985 р. у Великобританії був прийнятий як національний стандарт TACS (Total Access Communications System), розроблений на основі американського стандарту AMPS. У 1987 р. у зв'язку з різким збільшенням в Лондоні числа абонентів стільникового зв'язку була розширена робоча смуга частот. Нова версія цього стандарту стільникового зв'язку отримала назву ETACS (Enhanced TACS).

У Франції, на відміну від інших європейських країн, в 1985 р. був прийнятий стандарт Radiocom-2000. З 1986 р. в скандінавських країнах почав застосовуватися стандарт NMT-900.

Всі вищеперелічені стандарти є аналоговими і відносяться до першого покоління систем стільникового зв'язку. Використання різних стандартів стільникового зв'язку і велика перевантаженість виділених частотних діапазонів стали перешкоджати її широкому застосуванню. Адже іноді поодинці і тому ж телефону було неможливо із-за взаємних перешкод розмовляти навіть абонентам, що знаходяться в двох сусідніх країнах (особливо в Європі). Збільшити число абонентів можна було лише двома способами: розширивши частотний діапазон (як, наприклад, це було зроблено у Великобританії - ETACS) або, перейшовши до раціонального частотного планування, що дозволяє набагато частіше використовувати одні і ті ж частоти.

Використання новітніх технологій і наукових відкриттів в області зв'язку і обробки сигналів дозволило підійти до кінця 80-х років до нового етапу розвитку систем стільникового зв'язку - створення систем другого покоління, заснованих на цифрових методах обробки сигналів.

З метою розробки єдиного європейського стандарту цифрового стільникового зв'язку для виділеного в цих цілях діапазону 900 Мгц в 1982 р. Європейська Конференція Адміністрацій Пошти і Електрозв'язку (СЕРТ) - організація, об'єднуюча адміністрації зв'язку 26 країн _ створила спеціальну групу Groupe Special Mobile. Абревіатура GSM і дала назву новому стандарту (пізніше, у зв'язку з широким розповсюдженням цього стандарту у всьому світі, GSM стали розшифровувати як Global System for Mobile Communications), Результатом роботи цієї групи стали опубліковані в 1990 р. вимоги до системи стільникового зв'язку стандарту GSM, в якому використовуються найсучасніші розробки провідних науково-технічних центрів. До них, зокрема, відносяться тимчасове розділення каналів, шифрування повідомлень і захист даних абонента, використання блокового і пакетного кодування, новий вигляд модуляції - GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying).

У США в 1990 р. американська Промислова Асоціація в області зв'язку TIA (Telecommunications Industry Association) затвердила національний стандарт IS-54 цифрового стільникового зв'язку. Цей стандарт став відоміший під абревіатурою D-AMPS або ADC. На відміну від Європи, в США не були виділені нові частотні діапазони, тому система повинна була працювати в смузі частот, загальній із звичайним AMPS.

Одночасно американська компанія Qualcomm почала активну розробку нового стандарту стільникового зв'язку, заснованого на технології шумоподібних сигналів і кодовому розділенні каналів, - CDMA (Code Division Multiple Access).

У 1991 р. в Європі з'явився стандарт DCS-1800 (Digital Cellular System 1800 Мгц), створений на базі стандарту GSM. Великобританія відразу ж прийняла його як основу для розробки вже згадуваної концепції PCN, що стало початком його звитяжного ходу по континентах земної кулі.

У розвитку стільникового зв'язку від Європи і США не відставала і Японія. У цій країні був розроблений власний стандарт стільникового зв'язку JDC (Japanese Digital Cellular), близький за своїми показниками до американського стандарту D-AMPS. Стандарт JDC був затверджений в 1991 Міністерством пошти і зв'язку Японії.

У 1992 р. в Германії вступила в комерційну експлуатацію перша система стільникового зв'язку стандарту GSM.

У 1993 р. в США після ряду успішних випробувань Промислова Асоціація в області зв'язку TIA прийняла стандарт CDMA як внутрішній стандарт цифрового стільникового зв'язку, назвавши його IS-95. У вересні 1995 р. в Гонконзі була відкрита комерційна експлуатація першої мережі стандарту IS-95.

У Великобританії вступила в експлуатацію перша мережа DCS-1800 One-2-One, яка налічує вже більше 500 тис. абонентів.

У Росії. у Санкт-Петербурзі, а потім і в Москві з'явилися системи стандарту NMT-450i . А ухвалення в 1994 р. концепції розвитку мереж сухопутного рухомого зв'язку стало могутнім каталізатором подальшого розвитку стільникового зв'язку в національному масштабі. І якщо з впровадженням стандартів NMT і AMPS наша країна відстала роки на десять, то проголошення стандарту GSM як один з двох федеральних стандартів (NMT і GSM) скоротило цей часовий розрив приблизно до трьох років.

Чітка орієнтація на прогресивні світові технології дає можливість Росії не відставати від провідних країн світу в розвитку сучасних систем рухомого радіозв'язку. Не відстає Росія і по впровадженню прогресивного стандарту CDMA. Умови розвитку мереж CDMA в Росії визначені наказом Міністерства зв'язку РФ №18 від 24 лютого 1996 р., де вказано, що мережі CDMA орієнтовані на надання послуг стаціонарним абонентам. Не допускається (офіційно, але не технічно) можливість їх переходу з соти в стільнику, тобто забезпечується обмежена рухливість абонентів. Перша мережа стандарту CDMA відкрита в Челябінську, планується запуск мереж CDMA в Москві і Санкт-Петербурзі.

Подальший розвиток стільникового рухомого зв'язку здійснюється в рамках створення проектів систем третього покоління, які відрізнятимуться уніфікованою системою радіо доступу, об'єднуючою існуючі стільникові і бездротові системи з інформаційними службами XXI в. Вони матимуть архітектуру єдиної мережі і надаватимуть зв'язок абонентам в різних умовах, включаючи рухомий транспорт, житлові приміщення, офіси і т.д. В Європі така концепція, що отримала назву UMTS (універсальна система рухомого зв'язку), передбачає об'єднання функціональних можливостей існуючих цифрових систем зв'язку в єдину систему третього покоління FPLMTS (Future Public Land Mobile Telephone System, тепер IMT-2000) з наданням абонентам стандартизованих послуг рухомого зв'язку. Роботи із створення міжнародної системи рухомого зв'язку загального користування FPLMTS ведуться Міжнародним союзом електрозв'язку. Для неї визначений діапазон частот 1 - 3 ГГц, в якому будуть виділені смуги шириною 60 Мгц для стаціонарних станцій і 170 Мгц, - для рухомих станцій. Початок випробувань наземних компонентів системи очікується в 2000 р., а введення супутникової підсистеми FPLMTS в смугах частот 1980-2010 і 2170-2200 Мгц - в 2010 р.

Принципово новим кроком в розвитку систем стільникового рухомого зв'язку стали схвалені міжнародною організацією стандартів (ISO) концепція інтелектуальних мереж зв'язку і моделі відкритих систем (OSI). Концепція побудови інтелектуальної мережі використовується сьогодні для створення всіх перспективних цифрових стільникових мереж з мікро- і макросотами. Вона передбачає об'єднання систем стільникового рухомого зв'язку, систем радіовиклику і персонального зв'язку за умов оперативного надання абонентам каналів зв'язку і розвитку послуг. Моделі OSI інтерпретують процес передачі повідомлень як взаємодію функціональних взаємозв'язаних рівнів, кожний з яких має вбудований інтерфейс на суміжному рівні.

2. Загальні принципи функціонування мереж стільникового зв'язку

Не дивлячись на різноманітність стандартів стільникового зв'язку, алгоритми їх функціонування, незалежно від наявних особливостей, в основному схожі. Для абонента практично немає ніякої різниці, в якому стандарті здійснюється зв'язок. Коли радіотелефон знаходиться в режимі очікування, його приймальний пристрій постійно сканує або всі канали системи, або тільки керуючі. Для виклику відповідного абонента всіма базовими станціями стільникової системи зв'язку по каналах, що управляють, передається сигнал виклику. Стільниковий телефон абонента, що викликається, при отриманні цього сигналу відповідає по одному з вільних каналів управління. Базові станції, що прийняли у відповідь сигнал, передають інформацію про його параметри в центр комутації, який, у свою чергу, перемикає розмову на ту базову станцію, де зафіксований максимальний рівень сигналу стільникового радіотелефону абонента, що викликається.

3. Мережа і її складові

Як вже відомо, мережі стільникового зв'язку отримали свою назву відповідно до територіального принципу розподілу малих робочих зон (стільник) . У центрі кожної робочої зони розташована базова станція (БС або BTS ), що здійснює зв'язок по радіоканалах з багатьма абонентськими станціями, встановленими на рухомих об'єктах (автомобілях, у Вас в кишені ) і що знаходяться в її робочій зоні. Для кожної соти в рамках всієї мережі при проектуванні проводиться комплекс спеціальних заходів, у тому числі і частотне планування, яке враховує умови розповсюдження радіохвиль і загальну частотну обстановку ( середній рівень промислових перешкод, сигнали від суміжних базових станцій, и.т.п). Необхідно відмітити, що проектування мережі стільникового зв'язку - вельми трудомісткий і копіткий процес, незважаючи навіть на використання комп'ютерних систем. Облік всіх параметрів (кількість каналів у виділеному частотному діапазоні, розрахункове навантаження на одного абонента, допустима інтенсивність втрат, мінімальна прийнятна напруженість поля) і їх топографічна прив'язка до планованої зони обслуговування, знову ж таки, з урахуванням типу місцевості, існуючих споруд - все це вимагає великих трудових витрат (не говорячи вже про фінансову сторону справи). До того ж проектування мережі - це процес нескінченний. Сегменти мережі, що діють, видають інформацію про розподіл трафіку і приріст числа абонентів, і ця інформація, у свою чергу, може впливати на складені раніше проекти, доповнюючи і розширюючи мережу.

Базові станції мережі через контроллери (BSC) сполучені дротяними телефонними (або радіорелейними) лініями зв'язку з центральною станцією даного регіону ( міста, області) - MSC (Центр комутації рухомого зв'язку), яка забезпечує з'єднання мобільних абонентів з абонентами телефонної мережі загального користування (ТФОП, або PSTN) за допомогою комутаційних пристроїв. Таким чином кожен MSC обслуговує групу сотів, здійснюючи при цьому перемикання каналів в соті, естафетну передачу абонентів між сотами, формує дані, необхідні для виписки рахунків за надані мережею послуги зв'язку, накопичує дані по розмовах, що відбулися, і передає їх в центр розрахунків (биллинг-центр). MSC складає також статистичні дані, необхідні для контролю роботи і оптимізації мережі. На рис.1 групи сотів і відповідні їм MSC представлені різним кольором. MSC не тільки бере участь в управлінні викликами, але також управляє процедурами реєстрації місцеположення і передачі управління. Реєстрація місцеположення рухомих станцій необхідна для забезпечення доставки виклику рухомим абонентам, що переміщаються, від абонентів телефонної мережі загального користування або інших рухомих абонентів. Процедура передачі виклику дозволяє зберігати з'єднання і забезпечувати ведення розмови, коли рухома станція переміщається з однієї зони обслуговування в іншу. Передача викликів в сотах, керованих одним контроллером базових станцій (BSC), здійснюється цим BSC. Коли передача викликів здійснюється між двома мережами, керованими різними BSC, то первинне управління здійснюється в MSC. Таким чином, ієрархію управління в межах одного MSC можна представити як взаємодія підсистеми базових станцій (BSS), що включає BSC з декількома BTS, і MSC .

Окрім основних ліній зв'язку, що сполучають базові станції з MSC, обов'язково присутні резервні, такі, що приймають абонентське навантаження у разі аварії на себе. Також резервуванню підлягає і все основне устаткування мережі ( комутатори, каналообразующие системи, сигналізація).

Під час набору номера радіотелефон займає один з вільних каналів, рівень сигналу базової станції в якому в даний момент максимальний. У міру видалення абонента від базової станції або у зв'язку з погіршенням умов розповсюдження радіохвиль рівень сигналу зменшується, що веде до погіршення якості зв'язку. Поліпшення якості розмови досягається шляхом автоматичного перемикання абонента на інший канал зв'язку. Це відбувається таким чином. Спеціальна процедура, звана передачею управління викликом або естафетною передачею (у іноземній технічній літературі - handover, або handoff), дозволяє перемкнути розмову на вільний канал іншої базової станції, в зоні дії якої опинився в цей час абонент. Аналогічні дії робляться при зниженні якості зв'язку із-за впливу перешкод або при виникненні несправностей комутаційного устаткування. Для контролю таких ситуацій базова станція забезпечена спеціальним приймачем, що періодично вимірює рівень сигналу стільникового телефону розмовляючого абонента і що порівнює його з допустимою межею.



Рис.1 Естафетна передача (ХЕНДОВЕР)

Якщо рівень сигналу менше цієї межі, то інформація про це автоматично передається в центр комутації по службовому каналу зв'язку. Центр комутації видає команду про вимірювання рівня сигналу стільникового радіотелефону абонента на найближчі до нього базові станції. Після отримання інформації від базових станцій про рівень цього сигналу центр комутації перемикає радіотелефон на ту з них, де рівень сигналу виявився найбільшим. Це відбувається так швидко, що абонент майже не помічає перемикання (від 250 до 1250 мс). Необхідно відмітити, що в цифрових системах стільникового зв'язку час перемикання менший, ніж в аналогових. А в цифровому стандарті CDMA воно взагалі відсутнє як таке через використання технології "softhandover", при якій до моменту перемикання і якийсь час після нього, мобільній станції надається одночасно два канали (старий і новий) зв'язку, організовуючи тим самим своєрідний нерозривний в часі канальний "шлюз".

4. Роумінг

Одна з важливих послуг мережі стільникового зв'язку - надання можливості використання одного і того ж радіотелефону при поїздці в інше місто, область або навіть країну, причому стільникова мережа дозволяє не тільки самому абонентові дзвонити з іншого міста або країни, але і отримувати дзвінки від тих, хто не встиг застати його будинку. У стільниковому радіозв'язку така можливість називається роумінг (від англ. roam - поневірятися, блукати). Для організації роумінга стільникові мережі повинні бути одного стандарту (телефон стандарту GSM не працюватиме в мережі стандарту CDMA і т. п.), а центри комутації рухомого зв'язку цього стандарту повинні бути сполучені спеціальними каналами зв'язку для обміну даними про місцезнаходження абонента. Іншими словами, стосовно стільникових систем для забезпечення роумінга необхідне виконання трьох умов:

1. Наявність в необхідних регіонах стільникових систем стандарту, сумісного із стандартом компанії, у якої був придбаний радіотелефон.

2. Наявність відповідних організаційних і економічних угод про роумінгове обслуговування абонентів

3. Наявність каналів зв'язку між системами, що забезпечують передачу звуковою і іншій інформації для роумінгових абонентів

При переміщенні абонента в іншу мережу її центр комутації запрошує інформацію в первинній мережі і за наявності підтвердження повноважень абонента реєструє його. Дані про місцеположення абонента постійно оновлюються в центрі комутації первинної мережі, і всі виклики, що поступають туди, автоматично переадресовуються в ту мережу, де в даний момент знаходиться абонент.

При організації роумінга недостатньо провести тільки технічні заходи щодо з'єднання різних мереж стільникового зв'язку. Дуже важливо ще вирішити проблему взаєморозрахунків між операторами цих мереж.

Розрізняють три види роумінга:

1. Автоматичний (саме з цією формою за кордоном зазвичай і зв'язують поняття роумінга), тобто надання абонентові можливості вийти на зв'язок у будь-який час в будь-якому місці;

2. Напівавтоматичний, коли абонентові для користування даною послугою в якому-небудь регіоні необхідно заздалегідь поставити про це до відома свого оператора

3. Ручною, по суті, простий обмін одного радіотелефону на іншій, підключений до стільникової системи іншого оператора

4. Реалізація конкретних технологій і стандартів - будь то GSM - 900/1800, D-AMPS або NMT-450,900 загалом укладаються в рамки описаної схеми. Проте, для кожного з цих стандартів існують свої особливості, які в деяких випадках передбачають доповнення до даної схеми (іноді просто необхідні), або ж навпаки - принципово не використовують названі елементи. Наприклад, насправді пристрій мережі, її елементів і устаткування складніше навіть на рівні опису. Так, в ній повинні бути присутніми центри управління, аутенфікації, білінга, лінії службового зв'язку і сигналізації. Але для загального розуміння роботи мережі стільникового зв'язку приведеної схеми цілком достатньо.

Контрольні запитання:

1. В чому полягає загальний принцип функціонування мереж стільникового зв'язку?

2. Що собою являє структура стільникової мережі?

3. Що означає поняття «роумінг»?

4. Які розрізняють види роумінгу?

Інструкційна картка №35 для самостійного опрацювання навчального матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 5 Технічні засоби зв'язку в сільському господарстві

5.2 Електронні пристрої в сільському господарстві

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань; розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

- Загальні відомості організації IP-телефонії;

- Види IP-телефонії.

ІІІ. Студент повинен уміти:

- Розрізняти види IP-телефонії.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [Картка сам. опрац.].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

1. IP-телефонія

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

1. Як працює IP-телефонія?

2. У чому відмінність IP-телефонії від звичайної телефонії?

3. В чому загальний принцип дії телефонних серверів IP-телефонії?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І.В.

Теоретична частина: Електронні пристрої в сільському господарстві

План:

1. IP-телефонія

Література

1. IP-телефонія

IP-телефонія (VOIP - Voice over IP) - це технологія, яка використовується для передачі мовних сигналів в Інтернет, зв'язуючи тим самим два різних світи - світ телефонії і світ Інтернет.

До недавнього часу мережі з комутацією каналів (телефонні мережі) і мережі з комутацією пакетів (IP-мережі) існували практично незалежно один від одного і використовувалися для різних цілей. Телефонні мережі використовувалися тільки для передачі голосовій інформації, а IP-мережі - для передачі даних.

Як працює IP-телефонія? При розмові голосові сигнали (слова, які ми вимовляємо) перетворяться в стислі пакети даних. Після чого ці пакети даних посилаються через Інтернет іншій стороні. Коли пакети даних досягають адресата, вони декодуються в голосові сигнали оригіналу. Створення пакетів - перетворення аналогових (зокрема, звукових) сигналів на цифрові, їх стиснення, передача по мережі Інтернет і зворотне перетворення в аналогові відбувається завдяки існуванню протоколу передачі даних через Інтернет, звідси і назва IP-телефонія. Протокол передачі даних - це своєрідна мова, яка дозволяє перетворити і донести цифрові дані в точку призначення, причому ці дані можуть бути і текстами електронної пошти, і голосовими повідомленнями, і зображеннями, і відеофрагментами.