Вы звоните другу, отправляете SMS, смотрите видео в телефоне — за каждым из этих действий стоит одна и та же схема. В этом уроке разберём её по частям: что такое сообщение и сигнал, через что проходит сигнал и почему вместо проводов «каждый с каждым» нужны станции.
Цель и что нужно знать
После урока вы сможете:
- объяснить, что такое электросвязь и чем сообщение отличается от сигнала;
- разложить любой сеанс связи на пять частей: источник, передатчик, канал, приёмник, получатель;
- отличить симплекс, полудуплекс и дуплекс на бытовых примерах;
- посчитать, сколько линий нужно для связи «каждый с каждым», и объяснить, зачем нужна станция.
Что нужно знать заранее: ничего. Это первый урок трека.
Задача из жизни
Бабушка в Гяндже хочет поговорить с внуком в Баку. Между ними больше 300 км. Голос — это колебания воздуха, и даже самый громкий крик затихает через сотню метров. Что должно произойти, чтобы внук услышал бабушку так, будто она рядом? Ответ на этот вопрос и есть устройство электросвязи.
Что такое электросвязь
Электросвязь — передача сообщений на расстояние с помощью электрических сигналов: по проводам, по радио или по оптическому волокну. Международный союз электросвязи (ITU) определяет её широко: любая передача и приём знаков, текста, изображений, звуков и любых сведений по проводам, радио, оптическим или другим электромагнитным системам.
Звонок, SMS, мобильный интернет, телевидение — всё это электросвязь. Отличаются только вид сообщения и способ передачи.
Сообщение и сигнал
Это два разных понятия, и путать их нельзя.
- Сообщение — то, что вы хотите передать: фраза «Привет, как дела?», текст SMS, фотография.
- Сигнал — физический переносчик сообщения: электрический ток в проводе, радиоволна, импульсы света в волокне. Сигнал меняется так, чтобы в нём «записалось» сообщение.
Аналогия с почтой: сообщение — текст письма, сигнал — конверт с бумагой, который физически едет к адресату. Конверт можно испачкать или помять, но если текст разборчив, сообщение дойдёт.
💡 Вопрос «это сообщение или сигнал?» решается просто: если это можно потрогать приборами (напряжение, частоту, мощность) — это сигнал. Если это смысл — это сообщение.
Модель связи: пять частей
Любой сеанс связи — от телеграфа до видеозвонка в 5G — раскладывается на пять частей. Коротко цепочку записывают так:
source → transmitter → channel (+ noise) → receiver → destination
| Часть | Что делает | В звонке бабушки |
|---|---|---|
| Источник | создаёт сообщение | бабушка говорит |
| Передатчик | превращает сообщение в сигнал | микрофон и электроника её телефона |
| Канал | переносит сигнал на расстояние | линии и оборудование оператора |
| Приёмник | превращает сигнал обратно в сообщение | электроника и динамик телефона внука |
| Получатель | воспринимает сообщение | внук слушает |
На канал всегда действуют помехи (шум): треск, наводки от соседних проводов, радиопомехи. Получатель получает не идеальный сигнал, а сигнал с примесью шума. Задача всей техники связи — сделать так, чтобы шум не испортил сообщение.
Через что идёт сигнал: среды передачи
Среда передачи — то физическое, по чему идёт сигнал.
| Среда | Сигнал | Где встречается |
|---|---|---|
| Медный провод | электрический ток | телефонная линия в квартиру, кабели в здании |
| Радио | электромагнитная волна | мобильная связь, Wi-Fi, спутники |
| Оптическое волокно | импульсы света | магистрали между городами, оптика в дом |
Обычно один звонок проходит через несколько сред: от телефона до вышки — по радио, от вышки до узла оператора — по оптике, к старому домашнему телефону — по меди.
В какую сторону идёт связь
| Режим | Как работает | Пример |
|---|---|---|
| Симплекс | только в одну сторону | радиоприёмник, телевизор |
| Полудуплекс | в обе стороны, но по очереди | рация: нажал кнопку — говоришь, отпустил — слушаешь |
| Дуплекс | в обе стороны одновременно | телефонный разговор |
Телефонная связь — дуплекс: можно перебить собеседника, и он вас услышит.
Сеть: зачем нужны станции
Сначала телефоны соединяли проводом напрямую. Пока телефонов два, это работает. Но если каждый должен звонить каждому, число линий растёт очень быстро.
Разбор примера: сколько нужно линий
Каждый из n абонентов соединяется с n − 1 остальными. Каждую линию мы при этом считаем дважды (от A к B и от B к A), поэтому делим на 2:
lines = n × (n − 1) / 2
n = 2 → 2 × 1 / 2 = 1
n = 5 → 5 × 4 / 2 = 10
n = 100 → 100 × 99 / 2 = 4950Для города со 100 000 абонентов вышло бы почти 5 миллиардов линий — так сеть не построить. Решение — станция (коммутационный узел): каждый абонент подключён к ней одной линией, а станция по запросу соединяет нужную пару. Для n абонентов нужно всего n линий.
Так появляется сеть связи: узлы (станции, коммутаторы, базовые станции) и линии между ними.
Абонент, оператор, услуга
- Абонент — тот, кто пользуется связью по договору: у него есть номер и линия (или SIM-карта).
- Оператор связи — компания, которая владеет сетью и продаёт услуги.
- Услуга — то, за что платит абонент: телефонная связь, SMS, мобильный интернет, телевидение.
Один и тот же абонент может пользоваться услугами разных операторов: домашний телефон у одного, мобильный — у другого. Операторы соединяют свои сети между собой, поэтому звонить можно на любой номер.
Что может сломаться и как это найти
Модель из пяти частей — лучший инструмент поиска неисправности: двигайтесь по цепочке и проверяйте каждую часть.
| Симптом | Где искать | Почему |
|---|---|---|
| Собеседник вас не слышит, а вы его слышите | передатчик на вашей стороне | неисправен или закрыт микрофон |
| Треск и шум в разговоре | канал | помехи на линии, плохой радиосигнал |
| Связь пропала у всех абонентов дома | канал или узел | повреждён кабель, авария на станции |
| Звонки никуда не проходят | узел сети | станция не может соединить пару |
⚠️ Частая ошибка новичка — сразу винить «сеть». Сначала проверьте концы цепочки: телефон, кабель к нему, настройки. Это быстрее и чаще всего причина именно там.
Практика
- Предскажите. Вы говорите по рации, а друг в это время нажимает свою кнопку. Услышите ли вы друг друга? Почему?
- Проверьте. Найдите в таблице режимов связи ответ. Совпал ли он с вашим?
- Объясните. Для SMS назовите все пять частей модели связи.
- Измените. Как изменится число линий, если в доме вместо 5 станет 10 абонентов и их соединяют «каждый с каждым»? А через станцию?
- Сделайте сами (со звёздочкой ⭐). В офисе 20 сотрудников. Директор предлагает соединить всех прямыми линиями «каждый с каждым». Посчитайте линии и предложите вариант дешевле.
Самопроверка
Вопрос. Что из этого — сигнал: текст SMS, радиоволна от телефона к вышке, смысл фразы «я опоздаю»?
Разбор. Сигнал — только радиоволна: это физический переносчик, у неё есть частота и мощность. Текст SMS и смысл фразы — это сообщение.
Вопрос. В подъезде 10 квартир. Сколько линий нужно для связи «каждый с каждым» и сколько — через одну станцию?
Разбор.
everyone to everyone: 10 × 9 / 2 = 45 lines
through an exchange: 10 linesЧерез станцию линий в 4,5 раза меньше, и разница растёт вместе с числом абонентов.
Ответы к практике. 1 — нет: рация — полудуплекс, говорить можно по очереди. 3 — источник: вы набираете текст; передатчик: телефон превращает текст в радиосигнал; канал: сеть оператора; приёмник: телефон друга; получатель: друг читает. 4 — 10 × 9 / 2 = 45 линий вместо 10; через станцию — 10 вместо 5. 5 — 20 × 19 / 2 = 190 линий; дешевле — поставить офисную станцию (УАТС), к которой подключены 20 линий.
Повторение и критерий перехода
Переходите к следующему уроку, если без подсказки можете:
- назвать пять частей модели связи и привести пример каждой;
- объяснить разницу между сообщением и сигналом на примере письма;
- посчитать линии «каждый с каждым» для любого
nи объяснить, почему нужна станция.
Стандарты и источники
- Устав и Конвенция ITU — определение электросвязи (telecommunication).
- ITU-T и ITU-R — сектора стандартизации электросвязи и радио; о них подробно — в уроке «Кто пишет правила».
- C. E. Shannon, «A Mathematical Theory of Communication» (1948) — модель «источник — передатчик — канал — приёмник — получатель».
