В. О. Шварцман

Развитие электросвязи началось более 160 лет назад – с момента появления телеграфной связи. Сейчас насчитывается 11 видов электросвязи.

Как видно из таблицы, подавляющее большинство видов электросвязи (10 из 11) предназначено для человека – как отправителя, так и получателя информации. Только передача данных используется для обмена информацией между ЭВМ и между человеком и ЭВМ.

При рассмотрении таблицы возникает ряд вопросов:

4. Можно ли с помощью средств электросвязи предоставлять услуги, выходящие за рамки непосредственного общения людей?

Для ответа на эти вопросы воспользуемся результатами , свидетельствующими о информационных возможностях некоторых видов электросвязи.

Общеизвестно, что появление электросвязи дало возможность человеку передавать различную информацию на значительно большие расстояния, чем при непосредственном общении. Но помимо этого, средства связи имеют различные информационные возможности (см. таблицу).

А теперь попробуем ответить на поставленные выше вопросы.

Вид электросвязи	Передаваемая информация	Получаемая информация (%) по сравнению с непосредственным общением (принято за 100%)	Характер передачи
Телеграфная	Буквенно-цифровая (текстовая)	7
Телефонная	Речь	45	«Точка – точка»
Факсимильная	Неподвижные изображения	-	«Точка – точка», циркулярная, многоадресная
Звуковое вещание	Музыка, пение, речь	-	«Точка – много точек»
Телевизионное вещание	Музыка, пение, речь, подвижные изображения	95	«Точка – много точек»
Передача данных	Буквенно-цифровая	-	«Точка – точка», циркулярная, многоадресная
Телерукопись	Чертежи, схемы	-	«Точка – точка»
Видеотелефон	Речь, подвижные изображения (медленно меняющиеся)	-	«Точка – точка»
Аудиоконференции	Речь и текст	50	«Много точек – много точек»
Видеоконференции	Речь, неподвижные и подвижные изображения	95	«Много точек – много точек»
Обработка сообщений	Текстовая, неподвижные изображения, преобразование формы представления информации	-	«Точка – точка», циркулярная, многоадресная

1. Почему развитие электросвязи началось с телеграфии?

По-видимому, причин тому несколько.

1. Закономерность развития. Как вид электрической связи телеграфия имела большую предысторию – от оптического и звукового телеграфа (сигнализация кострами и семафором, барабанный бой и т. п.) до электрохимического и элементарного электромагнитного.

2. Историческая обусловленность. Поскольку развитие техники определяется состоянием соответствующих направлений науки и практики, то в первой трети прошлого столетия появились предпосылки для создания электромагнитного телеграфа.

3. Технические возможности. Для передачи сообщений на расстояние проще всего использовать электрический ток путем его включения и выключения на передаче, а также притяжение магнитной стрелки электромагнитом, включенным на приеме.

2. Что является движущей силой появления новых видов электросвязи?

Как следует из таблицы, с появлением новых видов электросвязи объем информации, получаемой с их помощью, приближается к объему информации, получаемой при непосредственном общении людей. Поэтому как только появились возможности для превращения звуковых колебаний, создаваемых речью человека, в электрические сигналы и обратного их преобразования на приеме, возникла (примерно через 40 лет после телеграфии) телефония, резко увеличившая объем передаваемой информации по сравнению с непосредственным общением (с 7 до 45 %).

После этого была организована факсимильная связь, которая значительно расширила возможности человека при передаче не только текстовых и звуковых сообщений, но и чертежей, рисунков, фотографий.

Появление этого вида связи стало возможным после реализации идеи последовательной передачи изображений по элементам и разработки способов и устройств, способных преобразовать неподвижные изображения в электрические сигналы.

В качестве преобразователей на передаче были использованы фотоэлементы, а на приеме – электросветовые (с записью на фотобумагу), электрохимические (с записью на бумагу, покрытую специальным составом, реагирующим на силу тока), электростатические (с записью на специальную бумагу, реагирующую на величину электрического заряда) и другие методы. Однако больше половины информации (см. таблицу), получаемой человеком с помощью органов зрения, не могло быть передано с помощью средств связи, пока не были решены задачи превращения подвижных изображений в электрические сигналы и обратно. Так в результате изобретения электроннолучевых трубок – иконоскопа (передающей) и кинескопа (приемной) – появилось телевидение.

Этим завершился один из очень важных этапов приближения информационных возможностей средств электросвязи к возможностям непосредственного обмена информацией между людьми. Этот этап охватывает все виды сообщений, которые передаются и принимаются органами зрения, слуха, движения, мимики и жестов.

Осталась неохваченной только информация, получаемая и выдаваемая человеком с помощью органов осязания и обоняния. Но эта часть информации сравнительно невелика, и есть все основания полагать, что со временем ее можно будет передавать с помощью средств электросвязи. Некоторые достижения в этом направлении уже имеются. В парфюмерной промышленности, например, испытывают «электронный нос» (устройство для оценки запахов духов), а в пищевой промышленности – «электронный рот» (устройство для дегустации вин). Поэтому есть надежда, что со временем связь обеспечит 100 %-ную передачу информации, получаемой при непосредственном взаимодействии людей между собой и с окружающим миром.

Исходя из сказанного, можно сделать вывод о том, что движущей силой появления и развития новых видов электросвязи является стремление максимально приблизить информативность электросвязи к условиям непосредственного общения.

Подытоживая данные рассуждения, можно констатировать, что развитие электросвязи началось с низкоскоростной передачи текстовых сообщений (телеграфия), затем появилась телефонная связь, требующая больших скоростей передачи, после этого – передача неподвижных изображений (факсимильная связь), звуковое (аудио) вещание, видеовещание (телевидение), видеотелеконференции на основе применения технологий мультимедиа с эффектом виртуальной реальности, причем для каждого следующего вида связи требовались более высокие скорости передачи. Таким образом, просматривается очевидная тенденция – по мере появления новых видов электросвязи повышается скорость передачи информации. Эта тенденция подтверждается и экономическими соображениями.

3. Каковы перспективы дальнейшего развития видов электросвязи?

На основе изложенного может возникнуть вопрос, не остановится ли на этом развитие связи? Нет, не только не остановится, но даже не замедлится, и, более того, будет происходить более быстрыми темпами. И вот почему.

Во-первых, мы рассмотрели только последовательность создания новых видов связи, но совершенно не затронули вопросов развития предоставляемых с их помощью услуг. А ведь совершенно очевидно, что низкое качество услуг может свести к нулю информативность любого вида связи. Поэтому одним из основных направлений развития электросвязи остается увеличение числа услуг и повышение их качества.

Этот процесс будет происходить на основе новых технологий: интегральные и интеллектуальные сети, сети персональной и подвижной связи, мультимедиа, новые направляющие системы и методы передачи, сжатие информации и др. Но при этом телефония останется телефонией, как бы ее ни называли (например, компьютерная телефония, телефонная почта), а передача данных – передачей данных и т. д.

Одновременно с этим необходимо будет решить вопросы, связанные со снижением себестоимости и тарифов на услуги связи.

Решение этих задач в значительной степени зависит от развития электроники и вычислительной техники. При этом при оценке качества всех видов связи используются те же параметры, что и для оценки качества передачи информации при непосредственном общении, а основным требованием является максимальное приближение качества услуг связи к качеству передачи при непосредственном общении. Правда, в первом случае добавляются еще и требования к доставке по адресу и времени передачи.

Во-вторых, все вышеизложенное относится только к передаче информации в системе «точка – точка» (между двумя людьми). Однако человек может одновременно общаться не с одним человеком, а с многими людьми (система «точка – много точек»). Общение может происходить также по схеме «много точек – много точек» (имеется в виду масса людей).

И, наконец, в-третьих, мы ограничились рассмотрением только тех случаев, когда источником и потребителем информации является человек, тогда как сейчас в этом качестве широко и все чаще выступает ЭВМ. Более того, системы телеобработки и телематические службы будут все активнее использовать услуги электросвязи и в первую очередь услуги, базирующиеся на новых технологиях.

Отметим только, что услуги при связи ЭВМ – ЭВМ и человек – ЭВМ все более совершенствуются и по качеству приближаются к услугам непосредственного общения, например, услуга аутентификации отправителя и получателя, договоренность о методе работы (симплекс – дуплекс), о возможности приема сообщения определенного размера, конфиденциальность.

4. Может ли электросвязь предоставить услуги, выходящие за рамки непосредственного общения людей?

При ответе на этот вопрос речь будет идти только о тех услугах электросвязи, которые отсутствуют при непосредственном общении людей или имеют при нем более низкое качество.

Рассмотрим такую услугу, как передача с переприемом и хранением. Данная услуга удобна в условиях, когда отправитель и получатель находятся в местах с разным поясным временем или когда передать информацию раньше нельзя или неудобно, а позже не представляется возможным. Такие услуги предоставляются службами обработки сообщений (электронной почты), компьютерной телефонии и другими службами электросвязи.

Может возникнуть и другая ситуация: пользователь желает сохранить конфиденциальность получения информации. При непосредственной встрече с этим лицом уклониться от его намерений бывает очень трудно, тогда как служба компьютерной телефонии предоставляет такую возможность: при получении телефонного вызова абонент до снятия трубки нажатием специальной кнопки на аппарате получает на дисплее не только номер вызывающего абонента, но и его фотографию. На основании этих сведений он решает, снимать трубку или имитировать свое отсутствие. В более простых системах телефонной связи на экране аппарата высвечивается номер вызывающего телефона.

Существует и такая услуга, как «замкнутая группа абонентов», которую предоставляет служба обработки сообщений. Ее реализация в условиях непосредственного общения в большей массе людей весьма проблематична.

В местах собрания большого количества людей (в пределах непосредственной слышимости и видимости, когда обходятся без средств связи) может иметь место обмен разными видами информации (речь, текст, неподвижные и подвижные изображения).

Такие системы связи, как аудио- и видеоконференции, не только полностью обеспечивают дистанционный обмен всеми перечисленными видами информации, но и создают дополнительные возможности, в частности, передачу некоторой информации только определенной группе участников.

Большие возможности связи по сравнению с непосредственным общением человека с человеком или человека с ЭВМ не должно удивлять. Мы уже привыкли к тому, что микроскоп, телескоп, автомобиль, самолет и т. п. расширяют наши возможности.

Список литературы

Шварцман В. О.Электросвязь и информатизация // Электросвязь. – 1997. – № 5.

Потребность в общении, в передаче и хранении информации возникла и развивалась вместе с развитием человеческого общества. Сегодня уже можно утверждать, что информационная сфера деятельности человека является определяющим фактором интеллектуальной, экономической и оборонной возможностей государства и человеческого общества в целом. Открытие электричества позволило найти средство, обеспечивающее доставку сообщений на значительные расстояния за короткое время сначала с помощью физических (проводных), а затем и беспроводных линий связи. Развитие теории электричества и магнетизма в XIX веке привело к появлению сначала проводной (телефонной и телеграфной), а затем и беспроводной связи, что создало технологическую базу для всех средств массовой информации – радиовещание, телевидение, Интернет, мобильная связь, которые в начале XX века активно вошли в повседневную жизнь. Потребности в передаче больших объемов информации на значительные расстояния привели к активным исследованиям, как в области условий распространения электромагнитных волн, так и методов обработки сигналов, обеспечивающих высокую пропускную способность каналов связи при требуемой достоверности в принимаемой информации. Результатом исследований явилось появление отдельных родов связи: проводная, радио, радиорелейная, тропосферная, спутниковая, которые, дополняя друг друга, способствуют повышению качества жизни населения в плане обмена информацией.

Телеграфная связь

Открытие электромагнитных волн легли в основу изобретения электрического телеграфа как основы дальней связи. В 1753 г. физик из Лейпцига Винклер открыл способ передачи электрического тока по проводам. Первым шагом на пути к созданию несколько иного пути по созданию электрического телеграфа был блестящий опыт датского физика, профессора Копенгагенского университета Ханса Кристиана Эрстеда (1777–1851) по отклонению магнитной стрелки под влиянием проводника с электрическим током. В созданном аппарате было два новшества, использованных многими изобретателями в будущих своих конструкциях: шелковая изоляционная обмотка проводов и сигнальное устройство (звонок), оповещающее о начале передачи. Этот опыт был продемонстрирован в 1830 г. Человеком, сразу понявшим, что открытие Эрстеда можно использовать для практического телеграфа был российский ученый-электротехник Павел Львович Шиллинг (1786–1837), который в 1832 г. создал стрелочный телеграфный аппарат, у которого индикаторами служили пять стрелок. Осенью 21 октября 1832 г. на его квартире состоялась первая публичная демонстрация «телеграфной системы Шиллинга». На демонстрации, где присутствовал сам российский император Николай I, по линии длиной 100 м была передана первая телеграмма, состоящая из 10 слов.
Именно с изобретения этого аппарата начинается эпоха практического применения электрического телеграфа, эволюция которого представлена аппаратами кодовой передачи сообщений С. Морзе.
Изобретение Шиллинга практически реализовал академик Петербургской академии наук Б. С. Якоби. В 1841 году он построил первую телеграфную линию между Зимним дворцом и Главным штабом. Б. С. Якоби в 1850 г. разработал первый в мире телеграфный аппарат (на три года раньше Морзе) с буквопечатанием принимаемых сообщений, в котором, как он говорил «регистрация знаков осуществлялась с помощью типографского шрифта».

Радиосвязь

Термин «радио» (от лат. radius, radiare, radio – испускать, облучать, излучать во все стороны) впервые ввел в обращение известный английский физик – химик В. Крукс (1832–1919). В вакуумной трубке, используя коромысловые весы в 1873 г. он измерил атомный вес открытого им же элемента талия и обнаружил нарушение балансировки высокоточного инструмента при возникновении теплового облучения. Чуть позже было подмечено аналогичное влияние светового излучения. На основе открытия был сконструирован измерительный прибор – «радиометр». Впоследствии появились и другие приборы, содержащие в наименовании приставку «радио». К наиболее известным относится «радиокондуктор» (радиопроводник), предложенный французским физиком Э. Бранли (1844– 1940) для обнаружения электромагнитных колебаний в лабораторных условиях. Строго говоря, практическая эра радиосвязи берет свой отсчет с 1883 г., когда Эдисон открыл эффект распыления вещества нити накаливания в электрической лампе, названный затем «эффектом Эдисона». Пытаясь продлить срок службы созданной им ранее лампы с угольной нитью введением в ее вакуумный баллон металлического электрода. При этом он обнаружил, что если приложить к электроду положительное напряжение, то в вакууме между этим электродом и нитью протекает ток. Это явление, которое было единственным фундаментальным научным открытием великого изобретателя, лежит в основе всех электронных ламп и всей электроники до транзисторного периода. Им были опубликованы материалы по так называемому эффекту Эдисона, и был получен соответствующий патент. Однако Эдисон не довел свое открытие до конечных результатов. После лабораторных опытов Г. Герца в начале 1880-х годов с электромагнитными волнами идея беспроводного телеграфа стала реальной перспективой, хотя многие не видели в ней большой надобности: в Европе и Америке проводной связью были охвачены целые страны, и работала она вполне надежно. Однако кабели нельзя было проложить к морским судам и в труднодоступные места. Дорого стоила и их прокладка, например через водные преграды.
К началу 1890-х годов уже был известен прибор, способный реагировать на сильное электромагнитное излучение радиодиапазона. С ним много экспериментировал известный французский физик Э. Бранли. Детектором в приемнике служил когерер, еще в середине XIX века применявшийся в различных конструкциях грозоуказателей. Данный прибор представлял собой трубку, заполненную металлическими опилками, с выведенными наружу контактами. Он довольно плохо проводил электрический ток, но под действием сильного электромагнитного поля его электрическое сопротивление резко падало. Чтобы вернуть когерер в исходное состояние, его нужно было встряхнуть. В этом устройстве источником высокочастотных колебаний служила индукционная катушка с прерывателем (катушка Румкорфа). Прерыватель периодически замыкал и размыкал цепь тока первичной катушки трансформатора. При этом во вторичной, повышающей обмотке возникали импульсы напряжения. Каждый такой импульс пробивал искровой промежуток между двумя шариками разрядника и вызывал серию затухающих колебаний в колебательном контуре, образованном шариками и антенной. Колебательная система излучала в окружающее пространство радиоволны. Чувствительным элементом приемника (рис. 3.2) служил когерер – трубка с двумя контактными пластинами, разделенными слоем металлического порошка. Под действием высокочастотных токов, наводимых в антенне, порошок спекался и замыкал цепь чувствительного реле. Далее включался телеграфный аппарат, записывающий принятый сигнал на ленту, и электрический звонок, молоточек которого встряхивал порошок когерера и нарушал его проводимость.
Впервые публично продемонстрирован разработанный прибор 25 апреля (7 мая) 1895 г. на заседании Физического отделения Русского физико-химического общества в физической лаборатории Петербургского университета. Этот день в нашей стране ежегодно отмечается как День радио.

Телефонная связь

Датой рождения первого электрического телефона считается 14 февраля 1876 г. В этот день в американское патентное ведомство поступило две заявки на аппарат для передачи звуков на расстояние посредством электрического тока. Первая принадлежала американскому преподавателю школы глухонемых А. Г. Беллу. Вторая, поступившая на два часа позже, – американскому физику И. Грею.
Обе заявки были вовсе не подобные, а принципиально различны. Белл сконструировал электромагнитный передатчик (микрофон), в котором передаваемый в линию ток изменялся вследствие изменения магнитного потока. Грей же предлагал совершенно иной метод изменения тока – вследствие изменения при колебаниях мембраны электрического сопротивления столбика проводящей жидкости. Не останавливаясь на сопоставлении достоинств и недостатков обоих устройств, отметим главное. Белл патентовал почти готовое устройство. Грей же подал лишь предварительное уведомление о намерении изобрести устройство с указанием предлагаемого принципа его действия.
Еще в годы учебы, ознакомившись с телефоном Рейса, Белл решил создать аппарат, превращающий звуки в световые сигналы. Он надеялся с его помощью научить говорить глухих детей. Начиная с 1873 г. он пытался сконструировать гармонический телеграф, способный передавать по одному проводу одновременно семь телеграмм (по числу нот в октаве). Для этого он использовал семь пар гибких металлических пластинок, подобных камертону, при этом каждая пара настраивалась на свою частоту. Во время одного из опытов 2 июня 1875 г. свободный конец одной из пластинок на передающей стороне линии приварился к контакту. Помощник Белла механик Томас Ватсон, безуспешно пытаясь устранить неисправность, чертыхался. Находящийся в другой комнате и манипулировавший приемными пластинками Белл своим чутким натренированным ухом уловил звук, дошедший по проводу. Самопроизвольно закрепленная на обоих концах пластинка превратилась в своеобразную гибкую мембрану и, находясь над полюсом магнита, изменяла его магнитный поток. Вследствие этого поступавший в линию электрический ток изменялся соответственно колебаниям воздуха, вызванным бормотанием Ватсона. Практически, это и был момент зарождения телефона.
Патентную заявку на этот телефон он подал 14 февраля 1876 г., а 7 марта получил патент. Спустя три дня –10 марта 1876 г. – по 12-метровому проводу, соединявшему квартиру Балла с лабораторией на чердаке, состоялась передача первой членораздельной фразы, ставшей исторической: «Мистер Ватсон, идите сюда. Вы мне нужны!». Несмотря на положительный результат, изобретение долгое время не находило практического применения.

Степень развития общества во многом определяется состоянием телекоммуникаций (электросвязи).

Электросвязь обеспечивает излучение, передачу и приём знаков, письменного текста, изображений и звуков, сообщений и сигналов любого рода по проводам, радио, оптическим или другим электромагнитным системам. В электросвязи оперируют с электрическим сигналом, поэтому для передачи сообщений (речи, музыки, текстов, документов, изображений подвижных и неподвижных объектов) на расстояние (или для записи на магнитную ленту, оптический диск) их необходимо преобразовать в электрические сигналы, т. е. в электромагнитные колебания. Без средств телекоммуникаций невозможно представить не только промышленность, науку, оборону, но и быт человека. Даже самая ценная информация бесполезна, если нет каналов связи для ее передачи и приема. Количество произведенных в мире только бытовых радиоэлектронных аппаратов давно превысило число жителей на планете. И это притом, что электросвязь, компьютерная техника и радиоэлектроника развивались в основном в последние 50 лет, многие виды систем связи и бытовых аппаратов появились в последнее десятилетие, а некоторые – буквально в последние годы.

Если транспорт является средством для перемещения грузов и людей, то системы и сети телекоммуникаций – «транспортом» для «перевозки» любой информации посредством электромагнитных волн. Однако, если первый тип транспорта находится на виду и поэтому в центре внимания, то второй в основном скрыт и большинству представляется каким-то простым средством передачи телеграмм или ведения телефонных разговоров. Никто ведь не задумывается (исключая специалистов), как могут одновременно работать сотни тысяч передатчиков средней и большой мощности и более миллиарда малой, как с помощью миниатюрного мобильного аппарата можно передавать речь, данные, изображения (пока средней четкости) почти в любую точку нашей планеты, определить свое местоположение и произвести необходимые компьютерные расчеты.

Каждое из направлений развития техники передачи сообщений (телеграфия, телефония, передача данных, факсимильная связь, телевидение, звуковое вещание и т. д.) и устройства для их приёма (телеграфные аппараты, телефоны, факсы, телевизоры, радиоприёмники и т. д.) имеет свою историю изобретения, создания и эксплуатации. Известны имена многих изобретателей, но в ряде случаев трудно приписать кому-либо одному первенство в изобретении тех или иных технических средств передачи и приёма сообщений. Отметим лишь наиболее выдающиеся вехи в развитии этих областей техники.

В 1792 г. была построена (французские изобретатели братья К. и И. Шапп) первая линия семафорной передачи сигналов, связавшая Париж и Лилль (225 км). Сигнал проходил весь путь за 2 мин. Прибор для передачи сообщений назывался «тахиграф» (буквально скорописатель), а позже – «телеграф».

Оптический телеграф представлял собой цепочку башен, расположенных на вершинах холмов, на расстоянии прямой видимости. На каждой башне устанавливался вертикальный столб с тремя закрепленными перекладинами: одной длинной горизонтальной и двумя короткими, подвижно прикрепленными к ее концам. С помощью специальных механизмов перекладины меняли свое место так, что можно было образовать 92 различные фигуры. Шапп выбрал 8400 наиболее часто употребляемых слов и расположил их в кодовой книге на 92 страницах по 92 слова на каждой. С башни на башню передавался сначала номер страницы, а затем номер слова на ней.

Телеграф Шаппа был широко распространён в 19 в. В 1839–54 гг. действовала самая длинная в мире линия оптического телеграфа Петербург – Варшава (149 станций, 1200 км). По ней телеграмма, содержащая 100 сигналовсимволов, передавалась за 35 мин. Оптический телеграф различных конструкций был в эксплуатации около 60 лет, хотя и не обеспечивал (из-за погодных условий) высокую надёжность и достоверность.

Открытия в области электричества способствовали тому, что постепенно телеграф из оптического превращался в электрический. В 1832 г. русский учёный П. Л. Шиллинг продемонстрировал в Петербурге первый в мире практически пригодный электромагнитный телеграф. Первые подобные линии связи обеспечивали передачу 30 слов в минуту. Существенный вклад в эту область внесли американский изобретатель С. Морзе (в 1837 г. предложил код

– азбуку Морзе, а в 1840г. создал самопищущий аппарат, применявшийся потом на телеграфных линиях всех стран более ста лет), русский учёный Б. С. Якоби (в 1839 г. предложил буквопечатающий аппарат, в 1840 г. – электрохимический способ записи), английский физик Д. Юз (в 1855 г. разработал оригинальный вариант электромеханического буквопечатающего аппарата), немецкий электротехник и предприниматель Э. Сименс (в 1844 г. усовершенствовал аппарат Б. С. Якоби), французский изобретатель Ж. Бодо (в 1874 г. предложил метод передачи нескольких сигналов по одной физической линии – временное уплотнение; наибольшее практическое распространение получили аппараты Бодо двукратного телеграфирования, работавшие почти до середины XX в. со скоростью 760 знаков в минуту, в честь заслуг Бодо в 1927 г. его именем названа единица скорости телеграфирования – бод), итальянский физик Дж. Казелли (в 1856 г. предложил способ фототелеграфирования и осуществил его в России в 1866 г. на линии Петербург – Москва). Интересно отметить, что большинство создателей телеграфных аппаратов были всесторонне развитыми личностями. Так, Петр Львович Шиллинг был военным инженером, востоковедом и дипломатом, впоследствии – членом Петербургской академии наук; Самуэль Морзе в 1837 г. был профессором живописи Нью-Йорского университета. В 1866 г. была завершена работа по прокладке первого кабеля через Атлантический океан. Впоследствии все материки были соединены несколькими подводными линиями связи, в том числе на волоконно-оптическом кабеле.

В 1876 г. американский изобретатель А. Г. Белл получил патент на первый практически пригодный телефонный аппарат, а в 1878 г. в Нью-Хейвене

(США) была введена первая телефонная станция. В России первые городские телефонные станции появились в 1882 г. в Петербурге, Москве, Одессе и Риге. Автоматическая телефонная станция (АТС) с шаговым искателем введена в

1896 г. (г. Огаста, США.). В 1940-х гг. были созданы координатные АТС, в 1960-х – квазиэлектронные, а в 1970-х появились первые образцы электронных АТС. Развитие электросвязи шло параллельно по многим направлениям: телеграфия, телефония, проводное звуковое вещание, радиовещание, радиосвязь, факсимильная связь, телевидение, передача данных, сотовая радиосвязь, персональная спутниковая и т.д.

В течение 1906 – 1916 гг. были изобретены различные вакуумные электронные лампы (Ли де Форест – США, Р. Либен – Германия, В.И. Коваленко – Россия и др.), что явилось толчком для создания генераторов незатухающих электрических колебаний (в отличие от применявшихся до этого в радиопередатчиках искровых затухающих колебаний), усилителей, модуляторов и др. устройств, без которых не обходится ни одна система передачи.

Усилители электрических сигналов позволили увеличить дальность проводной телефонной связи благодаря использованию промежуточных усилителей, а разработка высокодобротных электрических фильтров открыла путь к созданию многоканальных систем передачи с частотным разделением каналов.

Развитие телефонии способствовало внедрению проводного звукового вещания, в котором звуковые программы передаются по отдельным от телефонных проводам. Однопрограммное проводное вещание впервые было начато в Москве в 1925 г. введением узла мощностью 40 Вт, обслуживавшего 50 громкоговорителей, установленных на улицах. С 1962 г. внедряется 3- программное проводное вещание, в котором две дополнительные программы передаются одновременно с первой методом амплитудной модуляции несущих с частотами 78 и 120 кГц. В ряде стран ведутся передачи дополнительных звуковых программ по телефонным сетям.

Теоретические и экспериментальные исследования многих ученых, прежде всего М. Фарадея, Д. Максвелла и Г. Герца, создавших теорию электромагнитных колебаний, явились основой для широкого применения электромагнитных волн, в том числе для создания беспроводных, т.е. радиосистем передачи. Важный шаг в истории электросвязи – изобретение радио А. С. Поповым в 1895 г. и беспроволочного телеграфа Г. Маркони в 1896–97 гг. Первая в мире смысловая радиограмма, преданная 12 марта 1896 г. А.С. Поповым, содержала всего два слова «Heinrich Hertz», как дань уважения памяти великого ученого, открывшего дверь в мир радио. С этого времени началось использование электромагнитных волн всё более высоких частот для передачи сообщений. Это послужило толчком для организации радиовещания и появления радиовещательных приёмников – первых бытовых радиоэлектронных аппаратов. Первые радиовещательные передачи начаты в 1919–20 гг. из Нижегородской радиолаборатории и с опытных радиовещательных станций Москвы, Казани и других городов. К этому же

времени относится начало регулярных передач радиовещания в США (1920 г.)

в Питсбурге и Западной Европе (в 1922 г.) в Лондоне.

В нашей стране регулярное радиовещание начато более 65 лет назад и ведется сейчас на длинных, средних и коротких волнах методом амплитудной модуляции, а также в УКВ диапазоне (метровые волны) методом частотной модуляции. Стереофонические программы передаются в УКВ диапазоне. Развитие радиовещания идет по пути внедрения цифровых технологий во все сферы подготовки программ, передачи, записи и приема. В ряде стран введены системы цифрового радиовещания по стандартам DRM и DAB.

В 1935 г. между Нью-Йорком и Филадельфией (расстояние 150 км) была сооружена радиолиния на 5 телефонных каналов, работавшая в диапазоне метровых волн, устойчиво распространяющихся в пределах прямой видимости. Она представляла собой цепочку приемо-передающих радиостанций (двух оконечных и двух (через 50 км) промежуточных – релейных) отстоящих друг от друга на расстоянии прямой видимости их антенн. Так появился новый вид радиосвязи – радиорелейная связь, в которой в дальнейшем перешли на диапазоны дециметровых и сантиметровых волн. Отличительной особенностью радиорелейных систем передачи является возможность одновременной работы огромного количества таких систем в одном и том же частотном диапазоне без взаимных помех, что объясняется возможностью применения остронаправленных антенн (с узкой диаграммой направленности).

Для увеличения расстояния между станциями их антенны устанавливают на мачтах или башнях высотой 70 – 100 м и, по возможности, на возвышенных местах. В этих диапазонах можно передавать большие объемы информации, к тому же здесь мал уровень атмосферных и индустриальных помех. Радиорелейные системы быстрее развертываются (строятся), дают большую экономию цветных металлов по сравнению с кабельными (коаксиальными) линиями. Несмотря на сильную конкуренцию со стороны волоконнооптических и спутниковых систем, радиорелейные системы во многих случаях незаменимы – для передачи любого сообщения (чаще телевизионных изображений) с подвижного средства на приемную станцию узким пучком радиоволн. Современные радиорелейные системы в основном цифровые.

В 1947 г. появилось первое сообщение о цифровой системе передачи с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), разработанной фирмой «Белл» (США). Поскольку она была выполнена на лампах (транзисторы еще не существовали), то была весьма громоздкой, потребляла много электроэнергии и имела низкую надежность. Только в 1962 г. внедрена в эксплуатацию цифровая многоканальная система телекоммуникаций (МСТК) с временным разделением каналов (ИКМ-24). Сегодня цифровые МСТК и соответствующие сети строятся на основе синхронной цифровой SDH – СЦИ иерархии (с базовой скоростью 155,52 Мбит/с – STM-1, все остальные STM-n, составляющие основу аппаратуры СЦИ, обеспечивают информационный обмен со скоростями, кратными базовой) и на волоконно-оптическом кабеле.

В 1877-80 гг. М. Сенлеком (Франция), А. де Пайва (Португалия) и П. И. Бахметьевым (Россия) предложены первые проекты систем механического

телевидения. Созданию телевидения способствовали открытия многих учёных и исследователей: А. Г. Столетов установил в 1888 -90 гг. основные закономерности фотоэффекта; К. Браун (Германия) изобрёл в 1897 г. электронно-лучевую трубку; Ли де Форест (США) создал в 1906 г. трёхэлектродную лампу, существенный вклад внесли также Дж. Берд (Англия), Ч. Ф. Дженкинс (США) и Л. С. Термен (СССР), осуществившие первые проекты систем телевидения с механической развёрткой в течение 1925-26 гг. Началом ТВ-вещания в стране по системе механического телевидения c диском Нипкова (30 строк и 12,5 кадров/с) считается 1931 г. Ввиду узкой полосы частот, занимаемой сигналом этой системы, он передавался с помощью радиовещательных станций в диапазонах длинных и средних волн. Первые опыты по системе электронного телевидения были проведены в 1911 г. русским учёным Б. Л. Розингом. Существенный вклад в становление электронного телевидения внесли также: А. А. Чернышёв, Ч. Ф. Дженкинс. А. П. Константинов, С. И. Катаев, В. К Зворыкин, П. В. Шмаков, П. В. Тимофеев и Г. В. Брауде, предложившие оригинальные проекты различных передающих трубок. Это позволило создать в 1937 г. первые в стране телецентры – в Ленинграде (на 240 строк) и Москве (на 343 строки, а с 1941 г. – на 441 строку). С 1948 г. начато вещание по системе электронного телевидения с разложением на 625 строк и 50 полей/с, т. е. по стандарту, который принят сейчас большинством стран мира (в США в 1940 г. принят стандарт на 525 строк и 60 полей/с).

Работы многих учёных и изобретателей по передаче цветных изображений (А. А. Полумордвинов предложил в 1899 г. первый проект цветной ТВ-системы, И. А. Адамиан в 1926 г. – трёхцветную последовательную систему) явились основой для создании различных систем цветного телевидения. Перед исследователями и разработчиками системы цветного телевидения (ЦТВ) для целей вещания стояла сложная задача: создать систему, которая была бы взаимно-совместимой с уже существующей системой черно-белого ТВ. Для этого сигнал ЦТВ должен приниматься черно-белыми телевизорами в черно-белом виде, а сигнал черно-белого ТВ – цветными телевизорами также в черно-белом виде. Долгие годы потребовались для успешного решения этой проблемы. В конце 1953 г. в США было начато вещание по системе ЦТВ NTSC (по имени разработавшего ее национального комитета ТВ систем). В этой системе формируется полный цветной ТВ сигнал в виде суммы сигнала яркости и цветности. Последний представляет собой цветовую поднесущую, промодулированную двумя цветоразностными сигналами методом квадратурной модуляции. Сам метод передачи двух любых сообщений на одной поднесущей (со здвигом по фазе на 90°) был предложен в 40-х годах XX века советским ученым Г. Момотом.

Однако, несмотря на инженерную простоту построения кодирующего и декодирующего устройств, система NTSC не получила широкого распространения ввиду жестких требований, предъявляемых к характеристикам аппаратуры и каналов связи. Потребовалось 14 лет для разработки других систем ЦТВ (PAL и SECAM), которые менее чувствительны

к искажениям сигналов в канале передачи. Система PAL была предложена в Германии, а SECAM – во Франции. Принятый же для целей вещания стандарт SECAM доработан совместными усилиями советских и французских ученых. Системы ЦТВ NTSC, PAL и SECAM получили название композитных (от composite – составной, сложный сигнал) в отличие от компонентных систем, в которых сигналы яркости и цветоразностные (компоненты) передаются раздельно.

В настоящие время ТВ вещание в мире ведется по трем указанным аналоговым системам в отведенных участках метровых и дециметровых волн; при этом изображение передается методом амплитудной модуляции несущей, а звуковое сопровождение – методом частотной модуляции другой несущей (только в одном стандарте (L) применяется амплитудная модуляция). Аналоговое вещание постепенно вытесняется цифровым. Количество цифровых ТВ программ по стандарту DVB-S, которые можно принимать со спутников значительно превзошло число аналоговых. На различные космические орбиты запущены тысячи искусственных спутников Земли, с помощью которых осуществляются: многопрограммное непосредственное ТВ

– и радиовещание, радиосвязь, определение местоположения (координат) объектов, оповещение о терпящих бедствие, персональная спутниковая связь и много других функций.

В США с 1998 г. начат переход на цифровое телевидение высокой четности (ТВЧ) по стандарту ATSC (допускается 18 вариантов, отличающихся числом строк разложения – от 525 до 1125, видом развертки и частотой полей (кадров)). В Европе нет такой категоричности в переходе на цифровое ТВЧ, так как считается, что потенциал стандарта на 625 строк полностью еще не исчерпан. Тем не менее, аппаратура по стандарту ТВЧ (1250 строк) производится (особенно для съемки кинофильмов) и ведутся отдельные передачи.

Для доставки ТВ программ населению применяются радиосистемы: наземные в МВ и ДМВ диапазонах, спутниковые непосредственного приема, микроволновые сотовые (MMDS, LMDS, MVDS), а также системы кабельного ТВ (коаксиальные, волоконно-оптические, гибридные). Все больший вес приобретают системы КТВ (с доступов в сеть Интернет, для заказывания ТВ программ и получения других услуг).

Опытная система чёрно-белого и цветного стереотелевидения создана в I960 – 70-х гг. коллективом под руководством П. В. Шмакова в Ленинграде. Внедрение стереотелевидения в вещание сдерживается в основном отсутствием эффективного, сравнительно дешёвого и простого устройства отображения (экрана). Высказанное в свое время П.В. Шмаковым предложение об использовании летательных аппаратов для ретрансляции ТВ программ на большие территории получило широкое распространение в спутниковых системах радиосвязи и ТВ вещания. Начало этому было положено

в 1965 г. когда в СССР был запущен искусственный спутник земли (ИСЗ) «Молния-1» с приемо-передающей ретрансляционной аппаратурой. Сегодня на разных орбитах вокруг Земли вращаются несколько тысяч ИСЗ, имеющих

различное назначение. Для непосредственного приема ТВ программ с ИСЗ оптимальной является геостационарная орбита, вращаясь по которой ИСЗ оказывается как бы неподвижным относительно любой точки Земли в пределах радиовидимости. С их помощью не только ретранслируется ТВ программы (несколько сотен над странами Европы), но и программы звукового вещания, осуществляется персональная радиосвязь и широкополосный доступ в Интернет, а также ряд других функций.

Выдающимся открытием 20 в. является создание транзистора в 1948 г. У. Шокли, У. Браттейном и Дж. Бардином, получивших Нобелевскую премию 1956 г. Успехи полупроводниковой электроники и в особенности появление интегральных схем предопределили бурное развитие всех технических средств передачи сообщений электрическими средствами и соответствующих устройств для их приёма и записи. Кроме стационарных радиоприёмников и телевизоров появились переносные и автомобильные и даже персональная «карманная» видеоаппаратура.

Работы советских ученых Н.Г. Басова, А.М. Прохорова и американского ученого Ч. Таунса, также получивших Нобелевскую премию, позволили в 1960 г. создать лазер – высокоэффективный источник оптического излучения. Волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) с использованием полупроводниковых лазерных диодов и волоконных световодов стали реальностью с 1970 г. когда в США было получено сверхчистое стекло. ВОСП открыли новую эру в технике связи по направляющим линиям. Ввиду нечувствительности к электромагнитным помехам, скрытности, малого ослабления передаваемых оптических сигналов (менее 0,01 дБ/км), большой пропускной способности (более 40 Гбит/с) они не имеют конкурентов среди существующих физических линий передачи. Исключения составляют фидерные линии (коаксиальный кабель или волновод), применяемые для подачи модулированных высокочастотных колебаний на радиопередающие станции. Строятся фотонные сети, т.е. полностью оптические, а также пассивные, которые не содержат электрические или оптические усилители.

В нашей стране создана достаточно развитая магистральная сеть для передачи любых видов информации по волоконно-оптическим линиям связи с выходом на международные линии.

В 1956 г. был создан первый профессиональный видеомагнитофон (ВМ) для записи на магнитную ленту цветных ТВ изображений (США, ф. «Ampex», которую возглавлял выходец из России), его вес составлял 1,5 тонны. Сегодня видеокамера (ТВ передающая камера с встроенным видеомагнитофоном) с расширенными функциями помещается на ладони. С 1969 г. начато освоение бытовой магнитной видеозаписи, а также производство малогабаритных студийных ВМ, а затем и видеокамер. Большой спрос на ВМ вызвал конкурентную борьбу среди фирм производителей (в основном из Японии).

В начале выпускались ВМ аналоговых форматов: U-matic, VCR (1970 г.); Betamax, VCR-LR, VHS (1975 г.); Betacam, Video-2000 (1979 г.); S- VHS (1981

г.), Video-8 (1988 г.). Но уже в 1986 г. появился первый формат (D-1) цифровой видеозаписи на магнитную ленту сигналов ЦТВ, а затем D-2 (1987 г.), D-3

(1990 г.) и D-5 (1993 г.). Эти ВМ были рассчитаны на запись цифровых потоков без сжатия со скоростями 225, 127, 125 и 300 Мбит/с соответственно: D-1 и D-5 – компонентных, D-2 и D-3 – композитных сигналов. Успешная реализация алгоритмов сжатия – устранения избыточности в ТВ изображениях (семейство MPEG стандартов) во много раз сокративших скорость цифрового потока, применение методов помехоустойчивого кодирования и спектральноэффективных многопозиционных способов модуляции открыли путь для внедрения цифрового ТВ вещания: появилась возможность в стандартном ТВ радиоканале (шириной 8 МГц для отечественного стандарта и большинства других), вместо одной аналоговой, передать 5 – 6 цифровых ТВ программ со стереофоническим звуковым сопровождением и дополнительной информацией. Это было учтено при разработке новых форматов цифровой записи на магнитную ленту как компонентных сигналов стандартной четкости

(Betacam SX, Digital Betacam, D-7 (DVSPRO), DVSPRO50, D-9 (Digitals), DVCAM, MPEG IMX и др.), так и высокой (D5-HD, D-6, CAM-HD, DVSPROHD и др.). Создателями большинства форматов являются японские фирмы, как и разработчиками трех стандартов для записи цифровых звуковых сигналов на магнитную ленту R-DAT (1981 г.), S-DAT (1982 г.) и стираемый диск – Е-DAT (1984 г.).

Совместным усилиями Philips и Sony в 1977 г. разработан цифровой вариант пластинки – компакт – диск для воспроизведения на лазерном проигрывателе. Примерно с 1985 г. начато производство DVD–дисков (однослойных, двухслойных, односторонних и двухсторонних, однократно и многократно перезаписываемых) и соответствующей аппаратуры. Появились портативные ТВ камеры с устройством записи на оптический DVD–диск. Началась эра безленточной подготовки и производства ТВ программ с хранением информации на дисковых накопителях, видеосервирах с широким применением программно-управляемых комплексов.

Современное общество невозможно представить не только без средств телекоммуникаций, но и без персональных компьютеров, локальных, корпоративных сетей передачи данных и глобальной сети Интернет. Произошла интеграция всех видов телекоммуникаций и компьютерных технологий. Цифровые сети и системы программно управляются и синхронизируются; цифровые сигналы чаще обрабатываются с помощью микропроцессоров, сигнальных процессов и формируются программно (напр., COFDM – метод модуляции и частотного уплотнения нескольких тысяч ортогональных несущих реализуется программно, так как аппаратурно трудно выполним, а он широко применяется во многих цифровых радиосистемах передачи).

Начиналось же все с простейших устройств, которые оказывали помощь человеку в проведение тех или иных расчетов (бухгалтерские счеты, арифмометр, калькулятор). Первые электронные вычислительные машины и были созданы для решения расчетных задач с большим объемом вычислений.

По закону Министерства обороны США в период с 1942 по 1946 г.г. в Пенсильванском университете создавалась ЭВМ ENIAC (Electronic Numerical

Integrator and Automatic Calculator – электронный вычислительный интегратор и автоматический вычислитель), которая использовалась в баллистической лаборатории. Оборудование размещалось во множестве шкафов, занимало большое помещение (~ 80м2 ), поражало своими размерами и весом (30 тонн, 18 тысяч электронных ламп), крайне низкой производительностью (10 – 20 тысяч операций в секунду) – на перемножение двух чисел уходило 3 миллисекунды. Владельцу ноутбука в это трудно поверить. К первому поколению относится и ЭВМ МЭСМ, созданная в 1946 – 1947 г.г. в СССР.

Второе поколение (1960 – 1969 г.г.) разрабатывалось с применением полупроводниковых приборов (IBM – 701, США; БЭСМ-4, БЭСМ-6, СССР). Быстродействие увеличилось до 100-500 тыс. оп/с, но размеры были еще большими. Третье поколение ЭВМ (IBM – 360, США; EC-1030, EC-1060,

СССР) создавались в 1970–1979 г.г. на микросхемах с малой степенью интеграции с использованием операционных систем и режима разделения времени. Основное назначение – автоматизированные системы управления, научно-технические задачи, системы автоматизированного проектирования. На больших интегральных схемах и микропроцессорах строились ЭВМ четвертого поколения (1980 – 1989 г.г.) с быстродействием в десятки и сотни мил.оп/с (ILLIAC4, CRAY, США; Эльбрус, ПС-2000, СССР и др.). Расширялась и область их применения – сложные производственные и социальные задачи, управление, автоматизированные рабочие места, коммуникации.

Одновременно с созданием больших ЭВМ интенсивно развивался класс микроЭВМ – персональных компьютеров (ПК). Первая микроЭВМ появилась в 1971 г. в США на основе 4-разрядного микропроцессора, что позволило резко уменьшить массу и габариты вычислительных устройств. Как и в случае больших ЭВМ, персональные компьютеры первого поколения были аппаратно и программно несовместимы. С появлением в 1981 г. ПК фирмы IBM ситуация стала меняться в направлении создания совместимых ПК, имеющих значительно большую разрядность и точность вычислений. Огромный спрос на быстродействующие ПК с расширенными функциональными возможностями являлся стимулом для совершенствования микропроцессоров, разрядность которых увеличилась от 4 в 1971 г. до 32 в 1986 г., а тактовая частота – от 0,5 до 25 МГц. Современные процессоры имеют 64 разряда при тактовой частоте более 4 ГГц.

Развитие радиосвязи шло по пути осваивания диапазонов все более высоких частот, в которых можно передавать значительно больший объем информации. Оставалось много нерешенных проблем по эффективному сжатию передаваемых сигналов, помехоустойчивому кодированию и созданию спектрально-эффективных методов цифровой модуляции, покрытию больших территорий многопрограммным вещанием. Нерешенной была и задача обеспечения двухсторонней радиосвязи с абонентом, который находится в пути, либо не имеет выхода на телефонную сеть общего пользования. Ведомственные системы профессиональной подвижной радиотелефонной связи (для «скорой помощи», управления дорожным и воздушным движением и т.п.) были созданы еще в 70 годах ХХ века (отечественные системы «Алтай», «Лен»,

«Вилия» и др.). Они представляли собой возимые приемо-передающие радиостанции и поэтому не были рассчитаны на массовое использование. Для этого требовалось сделать их портативными и легкими, а также в условиях ограниченного частотного ресурса найти способы многократного использования одних и тех же частот разными абонентами.

Первыми появились системы односторонней радиосвязи – пейджинговые системы (персонального радиовызова). Они позволяют передавать короткие текстовые сообщения любому владельцу портативного приемника – пейджера. Отображение принимаемых буквенно-цифровых символов осуществляется на маленьком экране (индикаторе) приемника. Текст таких сообщений с указанием номера абонента передавался сначала по телефонной линии на базовую станцию, а оттуда уже оператор передавал его на пейджер получателя. В то время это было большим достижением. В дальнейшем появилась возможность не только получать сообщения, но и отвечать на них несколькими стандартными фразами, зашитыми в память пейджера.

Так зарождались системы сотовой подвижной радиосвязи, основной принцип которых – сотовое построение и распределение частот. Территория обслуживания делится на большое количество небольших ячеек («сот» – шестиугольников) радиусом R от 1,5 до 3 км, обслуживаемых отдельной базовой радиостанцией малой мощности. Совокупность, например, семи ячеек образует кластер с соответствующими номерами используемых частот. В расположенных рядом кластерах применяются те же частоты, но присвоенные сотам так, что расстояние между центрами сот (разных кластеров) с одинаковыми частотами равно 4,5R – достаточное для исключения взаимного влияния.

Первые СПР были аналоговыми, затем повсеместно – цифровыми. Постепенно расширялись и их функциональные возможности – от двухсторонней передачи только речи до передачи данных, неподвижных и подвижных изображений (пока среднего качества). Зона обслуживания также увеличивалась – от небольшой территории города до государства в целом, а при наличии международных соглашений – и на территории других стран. К концу 1996 г. (10 лет назад) количество абонентов СПР в мире составляло чуть более 15 млн. Сегодня только в нашей стране более 4 млн. абонентов, в мире их стало более 2 млрд.

Необходимо отметить еще одно достижение конца ХХ века – создание семейства стандартов xDSL (Digital Subscribez Line – цифровая абонентская линия), разработанных для существенного повышения пропускной способности витой медной пары, используемой на абонентском участке до АТС (получившим поэтому название «последняя миля»). Применение новых видов многопозиционной модуляции позволяет по узкополосной медной паре передавать большие объемы информации: в варианте ADSL – от абонента до АТС – со скоростью 16 – 640 кбит/с, к абоненту – 6 Мбит/с на расстояние 2,7 км, а в варианте VDSL – обеспечивается передача со скоростью 52 Мбит/с (АТС – абонент) на расстояние до 300 м. Еще не так давно считалось, что по такому каналу вообще нельзя передавать ТВ сигнал. Таким образом, с

помощью технологии VDSL можно передавать до 10 цифровых ТВ программ (по 5 Мбит/с на программу) вещательного качества, что является колоссальным достижением.

До изобретения в XIX в. систем и механизмов связи сам процесс связи был весьма трудным и медленным. Люди посылали письма друг другу с гонцами или передавали сигналы с помощью барабанов, дыма, костров, церковных колоколов, зеркал. Эти способы были хороши лишь для связи на коротких рас­стояниях, до дальних пунктов сообщения шли очень долго. Даже после появ­ления пароходов для доставки письма, например, из Европы в Австралию тре­бовалось несколько месяцев.

Француз Клод Шапп (1763 - 1805) изобрел систему связи, названную телегра­фом, что означает «пишу издалека». Она работала следующим образом. На вершинах холмов строили специальные башни. На каждой башне устанавли­вали особую конструкцию с двумя длинными планками, которые могли прини­мать 49 положений. Каждое положение соответствовало букве или цифре. Операторы передавали сообщения с одной башни на другую. Эта система работала очень успешно. К середине XIX в. протяженность ее линий только во Франции составляла около 4828 км.

Первый электрический телеграф создали в 1837 г. английские изобретатели Уильям Кук (1806-1879) и Чарлз Уитстон (1802- 1875). Электрические сигна­лы посылались по проводам в приемник. Они приводили в действие стрелки, которые указывали на разные буквы. Таким образом передавалось сообщение.

В 1843 г. американский художник Сэмюэл Морзе (1791 - 1872) изобрел но­вый телеграфный код, заменивший код Кука и Уитстона. Он разработал для каждой буквы знаки, состоящие из точек и тире. При передаче сообщения долгие сигналы соответствовали тире, короткие - точкам. Морзе устроил демонстрацию своего кода, проложив телеграфный провод длиной 6 км от Балтимора до Вашингтона и передавая по нему новости о президентс­ких выборах. Код Морзе используется и в наши дни.

В 1858 г. Чарлз Уитстон создал систему, в которой оператор с помощью кода Морзе набивал сообщения на длинной бумажной ленте, поступавшей в те­леграфный аппарат. На другом конце провода самописец набивал принятое сообщение на другую бумажную ленту.

Впоследствии самописец заменили сигнализатором, преобразовывавшим точ­ки и тире в длинные и короткие звуки. Операторы слушали их и записывали текст сообщения.

Сегодня невозможно представить себе жизнь без телефона. Он используется повсюду, и жизнь людей в значительной степени зависит от этого прибора. Трудно поверить, что телефон увидел свет чуть раньше начала века. Офици­альной датой его изобретения обычно считается 1876 г. Естественно, как и в случаях с другими техническими изобретениями, исследования и экспери­менты, связанные с телефоном, начались намного раньше.

Интересно, что в действительности телефон был изобретен одновременно двумя исследователями - Беллом и Греем - независимо друг от друга. Александр Грэхем Белл, которому обычно приписывается изобретение теле­фона, оказался более удачлив, опередив Грея с заявкой на патент, который он получил 7 марта 1876 г.

Рассказывают, что когда в 1876 г. главный инженер британских почт и теле­графов сэр Вильям Прис услыхал об изобретении телефона, он воскликнул: «Возможно, американцам и нужен телефон, у нас же, к счастью, хватает пока посыльных!» Восклицание это оказалось чересчур поспешным. Ни одно изобретение в мире не было признано так быстро и не развивалось так стремительно, как телефон.

Подобно многим важным изобретениям в истории, телефон появился по ошибке. Он возник в результате попыток разработать прибор для передачи по одному проводу нескольких сигналов кода Морзе. Сегодня этот способ известен как уплотнение, или мультиплексирование сигналов. Легенда гласит, что Белл экспериментировал с многоканальным телеграфным передатчиком, в то время как его помощник Томас Ватсон наблюдал за прием­ником в другой комнате. Случайно пролив на свои брюки кислоту, Белл позвал ассистента: «Мистер Ватсон, скорее помогите мне!» В пылу события он забыл о том, что Ватсон не мог его слышать. Но, к его большому удивлению, Ватсон появился очень быстро: он услышал призыв Белла из приемника. Как на идею телефона натолкнулся Грей, история умалчивает, но основные прин­ципы его изобретения очень напоминают принципы Белла. Нет необходимости прослеживать в деталях незначительные различия между телефонами Белла и Грея. Ясно одно: телефон стал тем изобретением, время которого пришло. Первый телефон, сделанный Беллом случайно, работал плохо, но он все-таки работал, и это было замечательно. В своем изначальном виде телефон Белла был мало пригоден для широкого применения. Но перспектива этого изобретения, которое могло посылать по проводам звуковые сообщения, была оче­видна, поэтому вскоре начались активные работы по усовершенствованию те­лефона. Уже в 1878 г. в Нью-Хевене, штат Коннектикут, была построена пер­вая коммерческая телефонная станция.

Телефон удовлетворил вполне определенную общественную потребность, сделав возможной связь на большие расстояния без использования проме­жуточных кодов и громоздких телеграфных аппаратов. Общаться по телефону было просто, привычно и удобно. Именно поэтому телефон очень быстро получил широкое признание во всем мире и его внедрение и развитие стало большим бизнесом.

Специально для этой новой и важной отрасли индустрии связи была создана одна из самых крупных корпораций двадцатого столетия - Американская телеграфная и телефонная компания (AT&T - American Telegraph and Telephone Company). Она была зарегистрирована как юридическое лицо в марте 1885 г. и вскоре стала контролировать практически всю быстро растущую телефонную сеть на территории Соединенных Штатов. С самого начала своей деятельности AT&T находилась в исключительно благоприятных условиях как легальная государственная монополия.

Из-за необъятного размера корпорации она могла позволить себе роскошь- большие исследовательские лаборатории. AT&T оставалась в авангарде тех­нологии просто потому, что никто, кроме нее, не располагал средствами для проведения необходимых разработок на уровне Bell Laboratories - исследо­вательского подразделения AT&T.

В России, в Петербурге, начали пользоваться телефонными аппаратами бо­лее ста лет назад, в 1882 г. Тогда в столице открылась первая телефонная стан­ция на 128 абонентов. Через год в Петербурге насчитывалось уже 604 теле­фонных аппарата, в 1890 г. - 1829, а спустя еще пять лет - 2858 аппаратов, и число их быстро увеличивалось.

Скоро телефонные линии соединили Петербург с Гатчиной, затем - с Петер­гофом и Царским Селом. Телефонизировалась Москва и другие города России. Но прошло более полутора десятков лет, прежде чем телефонные провода пролегли между Петербургом и Москвой, т. е. открылась первая в России даль­няя междугородная телефонная линия.

В том, что это важное событие произошло с большим запозданием, менее всего виновата техника. Уже через пять лет после установки в столице первого телефона в Главное управление почт и телеграфов поступило прошение от предпринимателей А. С. Столповского и Ф. П. Попова о предоставлении им прав на устройство прямой телефонной связи между Петербургом и Москвой. «Ввиду несомненного значения, какое имеют телефоны, и громадной обще­ственной и государственной пользы, ими приносимой, является весьма свое­временной мысль о телефонном соединении крупных центров государствен­ной и промышленной жизни».

Однако эти, казалось бы убедительные, доводы не произвели на руководителей почтово-телеграфного ведомства должного впечатления, и предложение Столповского и Попова было решительно отвергнуто «за многими неясностями». Два долгих года понадобилось, чтобы прийти к выводу, что устройство телефон­ного сообщения между двумя городами целесообразно и что такая связь «в са­мом непродолжительном времени должна представить значительные выгоды». Но только через 5 лет, в 1898 г., Москву и Петербург связала телефонная линия.

В то же время человеческая мысль не стояла на месте. Опыты Майкла Фарадея и его соотечественника и последователя Кларка Максвелла привели ученых к выводу, что переменное магнитное поле, рождаемое непрерывно изменяющим­ся током, создает в окружающем пространстве электрическое поле, которое в свою очередь возбуждает магнитное поле, магнитное поле - электрическое и т. д. Взаимосвязанные, создаваемые друг другом магнитное и электрическое поля образуют единое переменное электромагнитное поле, которое непрерыв­но, как бы отделяясь и удаляясь от места возбуждения его, распространяется во всем окружающем пространстве со скоростью света (300 000 км/с). Явление возбуждения переменным током электромагнитных полей стали на­зывать излучением электромагнитных колебаний, или излучением электромаг­нитных волн. Встречая на своем пути проводники, магнитные составляющие электромагнитных колебаний возбуждают в этих проводниках переменное элек­трическое поле, создающее в них переменный ток, подобный току, возбудивше­му электромагнитные волны, только несравненно слабее. Это замечательное явление и было положено в основу техники радиопередачи и радиоприема. Итак, в 1888 г. немецкому ученому Генриху Герцу удалось опытным путем доказать сам факт существования электромагнитных волн и найти возмож­ность их обнаружения. Эксперименты Герца не могли не привести к идее передавать с помощью электромагнитных волн сообщения, т. е. осуществлять связь без проводов. Приведем высказывание по этому поводу только одного ученого, англичанина В. Крукса. В своей замечательной статье «Некоторые возможности применения электричества» (1892 г.) он писал: «... электричес­кие колебания с длиной волны в один ярд и более легко проникают через вся­кие среды (стены, туман), являющиеся для них прозрачными. Здесь раскры­ваются поразительные возможности телеграфирования без проводов». Далее он пишет, что проводимые в этой области исследования могут в любой день привести к практическим результатам. Он подробно описывает принципы бес­проводного телеграфирования, указывает на необходимость использования волн различной длины, настройки радиопередатчика и радиоприемника на выбранную волну, говорит о применении направленных антенн, азбуки Морзе и о ряде других элементов системы передачи - приема радиоволн, которые в дальнейшем стали использоваться в радиосвязи.

Проводя опыты с волнами Герца, ближе всех подошел к созданию системы радиосвязи английский ученый О. Лодж (1851-1940). Но он занимался «чистой наукой», создавая приборы для демонстрации опытов Герца, и не ставил перед собой практических задач. Сам Лодж в 1923 г. писал: «... не было у меня чувства перспективы и понимания того исключительного значения, какое эти опыты имели для флота, торговли и, конечно, для надежной связи в мирных и военных условиях».

Первое достаточно чувствительное и надежное приемное устройство, без которого немыслима радиосвязь, создал наш соотечественник, талантливый физик, в ту пору уже видный специалист в области электротехники, препода­ватель Минного офицерского класса в Кронштадте Александр Степанович Попов. Занимаясь экспериментами с лучами Герца, А. С. Попов, опираясь на работы О. Лоджа, в апреле 1895 г. сделал когерерный приемник с релейным усилением и автоматическим синхронным декогерерованием с помощью мо­лоточка звонка, который звуком отмечал прием посылок радиоволн (сигналов). Свой приемник, принимавший излучаемые вибратором Герца радиоволны, Александр Степанович продемонстрировал на заседании Русского физико-химического общества (РФХО) 7 мая (25 апреля по ст. ст.) 1895 г., выступая с сообщением «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям». Прием сигналов осуществлялся отрезком проволоки, соединенным с прибором. Как только вибратор начинал излучать электромагнитную энер­гию, приемный прибор отзывался на нее трелью звонка. Этот прибор был первым в мире радиоприемником, а присоединенный к нему отрезок проволо­ки - первой в мире антенной.

В том же 1895г., когда А.С. Попов создавал свой приемник, молодой итальянец Гульельмо Маркони проводил опыты с электромагнитными волнами, целью которых было создание устройства для передачи сообщений. Об этих опытах известно только по воспоминаниям современников, публикаций по этому поводу в ту пору не было. В следующем году, 2 июня 1896 г., он подает в Велико­британии заявку на «усовершенствования в передаче электрических им­пульсов и сигналов и в аппаратуре для этого». Патент был выдан 2 июля 1897 г., и только после этого появилось подробное описание предложенного Г. Марконк устройства. Оно оказалось весьма схожим с устройством А.С. Попова.

В 1896 г. была передана и принята первая в мире радиограмма с записью на ленту телеграфного аппарата. Весной 1897 г. были переданы радиосигналы с корабля на берег на расстояние 640м. А двумя годами позже, в 1899г., после открытия возможности приема радиосигналов с помощью телефонных трубок на слух, дальность радиосвязи достигла уже 35 км.

Но это было только начало. Прогресс радиоэлектроники и, в частности, средств радиосвязи не может не впечатлять. За первую четверть века она прошла путь от несовершенных искровых систем передачи и приема затухающих колеба­ний к ламповым приемникам и генераторам, к высококачественным антенным системам. В годы становления радиосвязи считалось, что для увеличения даль­ности действия следует, наряду с повышением мощности передатчика, увели­чивать длину волны, что привело к использованию радиоволн длиной в сотни итысячи метров (средних волн - СВ и длинных волн - ДВ) и передатчиков мощностью в десятки и сотни киловатт. В начале 20-х годов нашего столе­тия было обнаружено сенсационное свойство коротких волн (KB). При не­больших мощностях передатчиков они могли, благодаря отражению от иони­зированных слоев атмосферы, преодолевать огромные расстояния. Началось «победное шествие» KB, на которых в течение шести-семи десятилетий ра­ботали дальнее радиовещание и радиосвязь. Освоение новых диапазонов, в том числе диапазона ультракоротких волн (УКВ), было вполне естественным процессом в развитии науки и техники и соответствовало практической по­требности в расширении спектра применяемых частот.

Количество передающих средств стремительно росло, для их работы без вза­имных помех требовались все новые частоты, а также международное регу­лирование их использования. К тому же, привычные диапазоны ДВ, СВ, KB оказывались совершенно непригодными для ряда новых служб, например, высококачественного электронного телевидения, радиолокации, занимаю­щих широкую полосу частот, измеряемую мегагерцами. В начале 30-х годов стала актуальной задача обнаружения самолетов с помощью радиоволн, ре­шение которой положило начало радиолокации, во многом способствовав­шей становлению и быстрому совершенствованию новых технологий в сверхвысокочастотной радиоэлектронике.

Обратимся к современной радиосвязи в широком значении этого понятия как отрасли электрической связи, ставшей в технически развитых странах одной из важнейших инфраструктур. Интенсивный процесс интеграции различных видов электросвязи позволяет уже сегодня рассматривать ее как единый комплекс средств передачи, приема, обработки информации и средств вычислительной техники, одним из основных направлений совер­шенствования которых стала цифровая обработка сигналов. В России, ко­торая немного отстала в этой области, работы по созданию и внедрению средств цифровой связи и телекоммуникаций набирают темпы. Впервые сооружены современные высокоскоростные цифровые радиорелейные ли­нии с пропускной способностью каждой совокупности каналов связи 140 Мбит/с, ведется строительство аналогичной по пропускной способнос­ти цифровой радиорелейной магистрали протяженностью более 8000 км. Эти линии - часть международного волоконно-оптического кольца цифровой связи, которое опояшет земной шар. Российский участок этого кольца ста­нет базой для создания региональных сетей цифровой связи, в том числе с помощью цифровых радиорелейных линий меньшей пропускной способно­сти, и эти сети будут вливаться в основную магистраль.

К приоритетным направлениям развития телекоммуникаций относятся и под­вижные системы радиосвязи. В течение многих лет основным видом такой связи у нас была радиально-зоновая радиотелефонная система «Алтай». И лишь в последние несколько лет началось внедрение весьма прогрессивных сотовых систем, завоевавших большую популярность в технически развитых странах.

Добавить сайт в закладки

История создания электрических сетей и систем

С давних времен человек использовал силы природы: силу падающей воды, затем энергию, открытую в каменном угле. Использовать эту энергию удавалось только в непосредственной близости от места установки водяного колеса мельницы или паровой машины, удаляясь от двигателя не более, чем на длину трансмиссионного вала или ременной передачи.

И только благодаря многолетним работам ученых в области электричества удалось разрешить проблему передачи энергии на расстояния. Прежде всего, свойства электрического тока в начале 19 века были использованы для передачи сигналов телеграфии. Сложнее было с передачей по проводам значительных мощностей. Однако быстрый рост промышленности во 2-ой половине 19 века в основных странах Европы и Америки стимулировал развитие электрических станций постоянного тока, обслуживающих общественные здания, фабрики, заводы, улицы и т.п. Район их действия ограничивался только потребителями, находящимися в непосредственной близости от станции. На смену старым источникам света пришли источники электрического освещения.

Большую роль при этом сыграли работы Павла Николаевича Яблочкова над созданием электрического источника света. Внимание Яблочкова привлекла открытая русским физиком В.В. Петровым электрическая дуга. Проф. В.В. Петров, открывший электрическую дугу в 1802 году в Петербурге, и Гемфри Деви, демонстрировавший ее 9 лет спустя в Лондоне, прежде всего обратили внимание на яркость светового явления, и оба крупнейших физика своего времени указали на возможность применения ее для освещения. Однако прошло несколько десятков лет прежде, чем электрическая дуга получила практическое применение в качестве источника света.

Первыми электрическими источниками света, использующими дугу, были т.н. “регуляторы”. Ввиду сложности и дороговизны “регуляторы” не получили практического применения. Вопрос о практическом электрическом источнике света впервые решил Яблочков в 1876 г. изобретением своей “электрической свечи”. В свече Яблочкова нет никаких механизмов. Она состоит из 2-х угольных стержней, разделенных прослойкой какого-либо огнеупорного изолирующего материала, например каолина, гипса и т.п., испаряющегося под действием электрической дуги. Узкая прослойка изолирующего вещества держит угли на неизменном расстоянии лучше, чем сложный регулятор, достигающий этого лишь приблизительно.

Свеча Яблочкова получила в свое время широкое применение. Яблочков работал также над занимавшей в то время многих электриков проблемой дробления света, питания нескольких светильников от одного источника тока. Для решения этой проблемы Яблочков пошел по пути применения переменного тока, создав впервые трансформатор. На это изобретение Яблочков получил привилегию в 1876 г. На основе трансформатора Яблочков разработал принцип распределения переменного тока. Принцип распределения переменного тока, предложенный Яблочковым, лежит в основе развития современных электрических сетей.

В это же время другой русский электрик Александр Николаевич Лодыгин создал лампу накаливания, вытеснившую впоследствии “свечу Яблочкова”. Появление таких практических источников света, как лампа накаливания, в большой степени способствовало развитию электрических сетей.

Примерно в тот же период, когда работали Яблочков и Лодыгин, русский военный инженер Ф.А. Пироцкий впервые в 1874 г. показал возможность передачи электрической энергии, осуществив передачу 6 л.с. на расстояние около 1 км. В 1877 г. Пироцкий напечатал в “Инженерном журнале” статью, в которой пришел к выводу о возможности передачи электрической энергии на большие расстояния. К сожалению, опыты Пироцкого не привлекли особого внимания и были забыты.

В 1882 г. возможность передачи электрической энергии продемонстрировал также французский инженер Марсель Депре, передавший энергию водяной турбины на расстояние 57 км на Мюнхенскую выставку, где приводился в действие насос мощностью 1/2 л. с. (КПД передачи всего 22%). Современники, получившие известие об опытах Депре, придавали большое значение передаче электроэнергии на дальние расстояния.

Однако потребовалась разработка ряда теоретических вопросов и производство многих исследований, прежде чем осуществилось то, чего ждали от электропередачи. Первую теорию передачи электроэнергии дал русский ученый Д.А. Лачинов. Этот труд, названный “электромеханическая работа” был напечатан в 1880 году в журнале “Электричество” (№ 1). Кстати, ряд довольно интересных статей из журнала "Электричество" рубежа XIX-XX вв в наше время было опубликовано журналом "Новости электротехники" в 2001 году..news.elteh.ru/arh/

Большим толчком в развитии передачи электроэнергии явилось создание русским инженером М.О. Доливо-Добровольским систем трехфазного тока и асинхронного двигателя. Им же были сконструированы трехфазный синхронный генератор и трехфазный трансформатор.

Таким образом Доливо-Добровольским были изобретены и разработаны все элементы для трехфазной передачи энергии и для распределения энергии. Это позволило ему впервые в 1891 году осуществить достаточно мощную трехфазную передачу. Энергия передавалась от гидроэлектростанции мощностью 300 л.с. на расстояние 178 км при напряжении 30000 В с КПД 77%.

Технические и экономические преимущества трехфазного тока высокого напряжения привели к широкому строительству электропередач и сетей. В 1908-1910 гг. появились первые передачи напряжением 110 кВ. Затем появились линии с напряжением 150 кВ, а в 1923 г. были построены линии с напряжением 220 кВ. В конце 30-х годов осуществлена электропередача длиною 155 км при напряжении 287 кВ от гидроэлектростанции Boulder Dam в Лос-Анджелес. Затем наивысшим напряжением для электропередач явилось напряжение 500 кВ, которое было впервые применено для передачи электроэнергии от Волжской ГЭС им. В.И. Ленина в Москву. Следующим напряжением электропередач переменного тока стало 750 кВ (Конаковская ГРЭС – Москва, Москва – Ленинград, Донбасс – Западная Украина, в Канаде и США электропередачи 735-765 кВ), а постоянного тока - 800 кВ (Волгоград - Донбасс), а затем 1150 кВ переменного тока и 1500 кВ постоянного тока.

В дореволюционной России развитие электрических сетей шло сравнительно медленно, несмотря на плодотворную работу передовых русских ученых и инженеров. В 1902 году было осуществлено электроснабжение нефтепромыслов Баку при напряжении 20 кВ. Затем в 1912 г. была построена первая в мире мощная торфяная электростанция с линией передачи в Москву длиной 70 км при напряжении 70 кВ. Широкое строительство электрических сетей в Советском Союзе начинается с 1920 года. В декабре 1920 года был принят первый в мировой практике единый перспективный план развития народного хозяйства на базе электрификации – план ГОЭЛРО (государственный план электрификации России).

План предусматривал перевооружение всех отраслей народного хозяйства на базе использования электрической энергии. План ГОЭЛРО был рассчитан на 10-15 лет. В пятнадцатилетие этого плана, т.е. в 1938 году, он был перевыполнен в 3 раза. План ГОЭЛРО предусматривал объединение электростанций в энергетические системы. Дальнейшее развитие энергетических систем Советского Союза шло согласно пятилетним планам. В результате в СССР были созданы мощные энергетические системы с сетями всех ступеней напряжения и Единая энергетическая система СССР - самая крупная электроэнергетическая система, которая была соединена с энергосистемами стран Восточной Европы и образовала международную энергосистему “Мир”. После распада Советского Союза связи со странами Восточной Европы нарушились. Но без сомнения они будут восстановлены и продолжены со странами Западной Европы.

Следует подчеркнуть, что по ряду технических показателей (масштабам электростанций, развитию теплофикации, уровням напряжений высоковольтных электропередач) СНГ занимает передовые позиции в мире.

Особенно интенсивно энергетика СССР развивалась в начале 50-х годов после восстановительных работ по ликвидации разрушений, причиненных войной. В 1956–1960 гг. были введены в эксплуатацию ЛЭП 500 кВ от Волжских гидроэлектростанций на Москву и на Урал. Затем появились первые в мире электропередачи 750 кВ (60–70-е годы) и несколько позже ЛЭП переменного тока 1150 кВ.

Электропередачи 750 кВ переменного тока имеются также в США, Канаде и Бразилии.

Схема "электромагнитных вращений" (по рисунку Фарадея).

Сооружаются также электропередачи высокого напряжения постоянного тока. Применение этих электропередачи рассматривается в следующих направлениях: а) транзитная передача больших мощностей от удаленных источников энергии к центрам нагрузки; б) межсистемная связь; в) кабельные глубокие вводы в города; г) вставки постоянного тока.

Первая опытно-промышленная передача Кашира – Москва с кабельной линией 100 км, мощностью 30 МВт и напряжением 200 кВ была введена в 1950 г. В 1954 г. была введена в эксплуатацию кабельная однополюсная ЛЭП постоянного тока длиной 98 км, напряжением 100 кВ, мощностью 20 МВт, соединяющая остров Готланд с энергосистемой Швеции; линия проложена по дну Балтийского моря. В 1962 г. была построена ЛЭП постоянного тока Волгоград – Донбасс мощностью 720 МВт, напряжением ±400 кВ и длиной 475 км. В дальнейшем сооружались и строятся ЛЭП постоянного тока в различных странах.

Кроме функции транспортировки энергии, электропередачи решают задачу – образование электрических систем. Независимо от развития путей выработки электроэнергии и техники передачи электрической энергии, системообразующая функция электропередач будет оставаться весьма важной и существенной.