Развитие связи до использования электричества

Возникновение электросвязи

 

Функции системы связи

 

Многие термины и словосочетания используются в устной речи и в литературе различного рода без каких-либо объяснений. Такая практика принята в тех случаях, когда термин или словосочетание относится к виду self-defining, то есть считается самоопределяемым. Термины "связь" и "электросвязь" часто используют без комментариев, считая их понятными. Тем не менее, целесообразно дать ряд пояснений если не терминам "связь" и "электросвязь", то хотя бы соответствующим функциям.

Функции, выполняемые системой связи, можно рассматривать как один из видов работы, представимой простыми операциями "взять – перенести". Подобный подход часто используется для описания процессов функционирования различных технических систем.

Функции системы связи, когда она рассматривается как процесс вида "взять – перенести", будут – здесь и далее – сравниваться с простой задачей по перемещению стакана сока. Предположим, что стакан сока следует взять со стойки бара и перенести на обеденный стол. Какие требования характерны для перемещения стакана сока? По всей видимости, их можно сформулировать в виде трех основных утверждений:

· выполнить задачу за время, не превышающее некоторый порог ;

· не выплеснуть из стакана сок, объемом более ;

· не допустить попадание в стакан посторонних веществ с концентрацией свыше .

Введем ряд соответствий. Термин "время" оставим без изменений. Вместо выплеснутого сока будем оперировать потерей некоторой части информации (под информацией будем понимать содержательное описание объекта или явления, хотя такая трактовка не в полной мере отражает смысл данного термина). Посторонние вещества можно ассоциировать с искажением информации. Тогда функции системы связи при переносе информации между точками  и  можно представить при помощи трех утверждений:

· передать информацию за время, не превышающее некоторый порог ;

· не потерять основную часть информации, допустив потери не свыше ;

· не допустить искажение информации свыше уровня .

В этой и в следующих лекциях выбранный аналог будет использован для рассуждений, касающихся различных способов реализации функций системы связи. Кроме того, следует учитывать, что функции системы связи постоянно меняются. По этой причине далее будут вводиться и другие аналогии, полезные с точки зрения междисциплинарного изучения электросвязи.

 

Развитие связи до использования электричества

 

Связь часто рассматривают как способ реализации коммуникативных потребностей. Коммуникативные потребности возникли еще до появления человечества. Животные передают информацию при помощи звука, запаха и поз тела. Эта информация помогала защищаться от врагов, охранять территорию проживания, добывать пищу. Обмен информацией в животном мире, в основном, регулируется инстинктами. В растительном мире также можно найти примеры процессов, которые можно рассматривать как обмен информацией.

Наши далекие предки поначалу, возможно, копируя поведение животных, расширили сферу применения системы связи. Правда, использование органов обоняния было сведено к минимуму. Основная роль отводилась органам слуха и зрения.

Вероятно, на этом этапе сложились принципы преобразования информации в сообщение. Информацию о конкретном объекте  в момент времени  можно представить мерным вектором . Его координаты , измеренные или полученные иным способом, отражают выбранные признаки объекта . Как правило, существует некая ошибка , равная разнице истинного  и измеренного  значений: . Значение  может быть представимо числом (например, 17), диапазоном изменений изучаемой величины (например, от 14 до 19), а также словами.

Сообщение  об объекте  кроме значений , содержащих полезную информацию, должно включать:

· адрес, куда оно должно быть доставлено, – ;

· сведения, необходимые для передачи информации, – ;

  • служебную информацию – .

Очевидно, что в общем случае . С другой стороны, примитивные способы связи позволяют передать важную информацию при помощи очень коротких сообщений. Например, свист в течение трех секунд (для заранее установленных принципов трактовки полученных сообщений) мог означать, что к охотникам приближается стадо оленей численностью около тридцати голов.

Свист и другие формы звуковых сообщений широко использовались нашими далекими предками для обмена информацией. Законы распространения звука таковы, что передача сообщений на большие расстояния требует значительного времени. В частности, в 1797 году три тысячи солдат ружейными выстрелами передали сообщение о начале коронации императора Павла I из Москвы в Санкт-Петербург. Дистанция между солдатами была немногим более 200 метров. В 1838 году в США сообщение об открытии нового судоходного канала было передано пушечными залпами. Расстояние в 700 километров было преодолено примерно за 80 минут. Это означает, что скорость передачи информации составила 145,8 м/с. Напомним, что скорость звука при нормальных условиях его распространения в воздухе 330 м/с.

Одним из способов доставки сообщений стало использование видимых символов. Простейшими носителями информации служили огонь и дым. Потом родилась идея оптического телеграфа. Его часто называют телеграфом Шаппа – по имени автора, французского священника. Линия связи между Парижем и Лиллем длиной 210 км была открыта в июле 1794 года. В ней насчитывалось 20 промежуточных станций, каждая из которых обслуживалась одним или двумя специалистами. Их задача состояла в том, чтобы наблюдать в подзорную трубу за соседней станцией и воспроизводить полученные сигналы. Идея оптического телеграфа похожа на те принципы, которые использовались с XVII века в военно-морском флоте. Принципы связи, похожие на оптический телеграф, описал Флавий Вегеций Ренат, занимавшийся военными исследованиями в Древнем Риме, то есть до нашей эры. В апреле 1809 года оптический телеграф помог Наполеону своевременно получить информацию об осаде Мюнхена австрийскими войсками и прийти на помощь баварцам. Свидетельство о работе телеграфа Шаппа содержится в романе Александра Дюма "Граф Монте-Кристо". Роман был опубликован в 1845 году, когда эпоха оптического телеграфа заканчивалась.

В России оптический телеграф соединил Санкт-Петербург и Варшаву. Длина линии связи, которая эксплуатировалась около двадцати лет, начиная с 1833 года, составила одну тысячу километров. Сообщение передавалось в среднем за один час.

Еще один пример передачи информации без применения средств электросвязи – "улиточный телеграф". В XIX веке в США был проведен такой эксперимент. Виноградные улитки образовали двадцать шесть брачных пар. Каждая пара соответствовала букве английского алфавита. Затем по одной улитке из каждой пары были доставлены во Францию. Когда на улитку воздействовал раздражитель (электрический ток или кислота) сжимался и брачный партнер, находящийся по другую сторону Атлантического океана. По мнению ряда ученых информация передавалась посредством биополя.

Рассмотренным способам связи свойственны достоинства и недостатки, которые целесообразно рассматривать с учетом требований, сложившихся к середине XIX века. Чаще всего пользователей не удовлетворяло время передачи сообщений. Во многих случаях достоверность полученной информации была ниже требуемого уровня. Некоторые системы связи не работали в ночное время или при плохой погоде. Наконец, назрела необходимость организации связи на большие расстояния; в том числе – между континентами. Нужен был качественный скачок, который был сделан посредством электрической связи.

 

Эра развития электросвязи

Первым видом электросвязи стал электромагнитный телеграф. Его появлению способствовало развитие физики. Уже в XVIII веке открытия в области электричества позволили осуществить первые опыты по реализации основных элементов системы телеграфной связи. Создание источников электроэнергии, ставшее возможным благодаря открытию Александро Вольта, позволило в 30-е годы XIX века перевести опыты в практическую плоскость.

В июле 1820 года Ганс Христиан Эрстед опубликовал результаты своих исследований, касающихся воздействия электрического тока на магнитную стрелку. Эти результаты стимулировали дальнейшие исследования. В частности, Андре Мари Ампер сформулировал научно обоснованные предложения по созданию электромагнитного телеграфа. Идея Ампера была основана на прокладке большого числа проводов (равного количеству букв в алфавите). Подобный проект не имел практического значения, но основные теоретические положения сыграли важную роль в развитии телеграфной связи. Следует упомянуть, что до публикации работ Эрстеда велись работы по созданию электростатического и электрохимического телеграфа, но эти направления не были перспективными.

Первый электромагнитный телеграфный аппарат был создан российским дипломатом, востоковедом и криптографом Павлом Львовичем Шиллингом. Демонстрация работы этого аппарата состоялась 21 октября 1832 года в доме П.Л. Шиллинга. Передача осуществлялась между помещениями, удаленными друг от друга на расстояние в 100 метров. Каждой букве алфавита соответствовала комбинация символов, которая отображалась черными и белыми кружками на телеграфном аппарате. В Германии электромагнитный телеграфный аппарат был сконструирован в 1833 году. Авторами проекта стали Карл Гаусс и Вильгельм Вебер. В 1837 году в Великобритании Уильям Кук и Чарльз Уитстон разработали свою версию телеграфного аппарата. В том же году Сэмюэл Морзе запатентовал свой терминал в США. Телеграфный аппарат С. Морзе был электромеханическим устройством. Его коллеги из России, Германии и Великобритании разрабатывали электромагнитный терминал. Несомненной заслугой Морзе стало изобретение кода, в котором буквы представлялись комбинацией точек и тире. 

В 1837 году началось коммерческое использование телеграфной связи. Первым городом, где была введена сеть телеграфной связи, стал Лондон. Вскоре этот – первый – вид электросвязи стал активно развиваться. Интересен следующий факт: первые системы телеграфной связи строились так, чтобы обеспечить потребности в обмене информацией сети железнодорожного транспорта. Например, в Москве первая телеграфная станция была открыта в здании вокзала, соединяющего первопрестольную со столицей. В 1852 году работали всего два телеграфных аппарата. Один использовался для нужд железной дороги, а второй – для передачи правительственных и частных сообщений. В июне 1866 года был проложен кабель через Атлантический океан. Европу и Северную Америку связала линия телеграфной связи. Построению сети телеграфной связи посвящена следующая лекция.

Вскоре после становления телеграфной связи начались эксперименты по передаче факсимильных сообщений. Шотландский физик Александр Бэйн в 1843 году продемонстрировал оригинальную конструкцию терминала, который передавал изображения. Аппарат А. Бэйна считается первым (правда, весьма примитивным) факсимильным аппаратом. В 1855 году итальянец Джованни Казелли разработал "Пантелеграф", который передавал изображения по сетям телеграфной связи. "Пантелеграф" использовался во Франции и в России. В дальнейшем факсимильная связь стала ориентироваться на использование телефонных сетей.

Принято считать, что развитие телефонной связи в мире началось 14 февраля 1876 года. В этот день в 11 часов была зарегистрирована заявка Александра Грэхема Белла на изобретение электромагнитного телефона. Из истории развития техники известно, что похожие изобретения были сделаны задолго до 1876 года. По крайней мере, еще в 1837 году зафиксированы попытки передачи речи при помощи электричества. Телефон быстро нашел практическое применение. Уже в 1878 году в городе Нью-Хейвен (США) открылась первая в мире телефонная станция.

Интерес к изобретению А.Г. Белла был проявлен учеными и инженерами многих стран и, в том числе, российскими специалистами. В 1883 году русский инженер П.М. Голубицкий разработал усовершенствованный микрофон с угольным порошком. В 1885 году он предложил способ питания микрофонов телефонных аппаратов от центральной батареи. В 1887 году инженер К.М. Мосцицкий разработал автоматическую телефонную станцию (АТС) малой емкости. В мастерской Одесского университета в 1893 году был собран макет АТС с шаговыми искателями С.М. Бердичевским-Апостоловым и М.Ф. Фрейденбергом. Ими был получен патент на АТС с шаговыми искателями в Великобритании и США.

Первые телефонные станции в России были построены на ряде заводов Уфимской губернии в 1880 году для частного применения. Городские телефонные станции появились в 1882 году в Санкт-Петербурге, Москве и Одессе, а в 1885 году – в Киеве. Построенная на однопроводных коммутаторах московская телефонная станция к 1916 году достигла емкости 60000 номеров. Контроль государства в области телефонной связи начался в 1881 году. Правительство утвердило "Основные условия устройства и эксплуатации городских телефонных сообщений".

Газета "Санкт-Петербургские ведомости", выпуск 12 июля 1997 года, накануне 115 годовщины установления первого соединения между абонентами столицы Российской Империи опубликовала любопытную информацию. В 1908 году в Санкт-Петербурге насчитывалось 16990 абонентов. Еще 417 человек ожидали своей очереди на установку телефона, внеся 25 рублей в качестве аванса. Каждый десятый из них ждал уже второй год. В 1906 году плата за телефон была следующей: 49,5 рублей в месяц за индивидуальный (заработная плата высококвалифицированного рабочего), 65 рублей за коллективный (например, в подъезде дома) и 71,5 рублей за так называемый "публичный" (в магазине или конторе).

Развитие кабельной техники началось несколько раньше, так как организация линий связи потребовалась при создании телеграфной сети. Опыт организации телеграфной связи был использован и при создании телефонных сетей. В 1882 году построена первая междугородная линия связи между Санкт-Петербургом и Гатчиной (ее длина составила 45 километров) для "переговоров высочайших особ" и слушания опер из Мариинского театра. Аппаратура русского изобретателя Е.И. Гвоздева нашла применение при организации телефонной связи между городами Одесса – Николаев (1893 год) и Ростов – Таганрог (1895 год).

7 мая 1895 года российский ученый Александр Степанович Попов продемонстрировал устройство, которое он назвал "грозоотметчиком". Данное устройство позволяло регистрировать электромагнитные волны. Многие специалисты считают грозоотметчик А.С. Попова первым в мире аппаратом беспроводной телеграфии. В 1897 году при помощи своих устройств А.С. Попов продемонстрировал обмен сообщениями между береговой службой и военным кораблем. Через два года А.С. Попов разработал приемник электромагнитных волн, где для получения сигналов, которые передавались азбукой Морзе, использовались головные телефоны. Еще через год изобретение А.С. Попова помогло провести спасательные работы при снятии с мели у острова Гогланд военного корабля "Генерал-адмирал Апраксин".

Работы по использованию радиосвязи практически в то же время проводил итальянский изобретатель Гулиельмо Маркони. В 1896 году он подал патент "об улучшениях, произведенных в аппарате беспроводной телеграфии". Устройство, созданное Г. Маркони, во многом повторяло идеи А.С. Попова, уже опубликованные в научной литературе. Несомненна заслуга в развитии системы беспроводного телеграфа через Атлантический океан. Первые работы в этом направлении дали результат уже в 1901 году.

В середине XIX века стала очевидной необходимость установить ряд правил для обеспечения взаимодействия национальных сетей электросвязи. В 1865 году в Париже собрались делегации нескольких стран, которые учредили Международный телеграфный союз. После длительных и сложных переговоров 17 мая было подписано первое международное соглашение по телеграфной связи. В 1969 году было принято решение отмечать день 17 мая как "День электросвязи".

Первые системы электросвязи положили начало новой эры в реализации коммуникативных потребностей. Затем появилось звуковое и телевизионное вещание, передача данных, мобильная связь, которые в значительной мере базировались на теоретических и практических достижениях XIX века.

 

Дополнительная литература к лекции 1

  1. М.С. Высоков. Из истории государственного управления электросвязью в России. – Электросвязь: История и современность, №4, 2005 и №1, 2006.
  2. М.С. Высоков. Предпосылки создания электросвязи в России. – Электросвязь: История и современность, №1, 2007.
  3. Б.С. Гольдштейн. Системы коммутации. – Санкт-Петербург, БХВ, 2003.
  4. Н.А. Соколов. Сети абонентского доступа. Принципы построения – Пермь, "Энтер-профи", 1999.

5. Н.А. Соколов. Телекоммуникационные сети. – М.: Альварес Паблишинг, 2004.


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 191; Мы поможем в написании вашей работы!





Мы поможем в написании ваших работ!