Обеспечение дальности электрической телеграфной связи - от телеграфных трансляций к спутникам связи

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДАЛЬНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЕЛЕГРАФНОЙ СВЯЗИ - ОТ ТЕЛЕГРАФНЫХ ТРАНСЛЯЦИЙ

К СПУТНИКАМ СВЯЗИ

Борисова Нина Александровна,

к.т.н., заместитель директора по науке и технике Центрального музея связи имени А.С. Попова, г. Санкт-Петербург, Россия, borisova@rustelecom-museum.ru

Ключевые слова: телеграфная трансляция, реле, регенератор, усилительный пункт, ретранслятор, репитор, спутник связи, музей связи.

Телеграфная трансляция (исторический экспонат из коллекции Центрального музея связи имен А.С.Попова) явился отправной точкой исследования, направленного на установление его "родственных отношений" с современными телекоммуникационными технологиями. Этот старинный прибор, как и многие другие, хранящиеся в музее, со спутниковой связью роднит их функциональность. Все они предназначены для обеспечения дальности электрической связи. Рассмотрены телеграфные трансляции, телефонные трансляции, усилительное и регенерационное оборудование линейных трактов, ретрансляторы волоконно-оптических систем передачи, радиорелейной, спутниковой и сотовой связи. Эволюционный анализ вместе с использованием абстракции отождествления позволили выявить преемственность в построении электрических линий связи - от телеграфных до спутниковых. Кроме того, в статье отмечается, что своего рода "ретрансляторы" уже использовались задолго до рождения электрической связи (смена лошадей на почтовых дорогах, телеграфные башни на линиях оптического телеграфа). С целью исключения ошибок в интерпретации устойчивых тенденций развития ретрансляторов в статье широко используются терминологические разъяснения. Подобный анализ исторических и современных устройств с одинаковым функциональным назначением актуален для выработки умения систематизировать большое количество информации. Это полезно и в образовательной, и в организационно-технической деятельности.

Для цитирования:

Борисова Н.А. Обеспечение дальности электрической телеграфной связи - от телеграфных трансляций к спутникам связи // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2016. - Том 10. - №8. - С. 63-68.

For citation:

Borisova N.A. Supporting far electric communications - from telegraph transmissions to telecommunication satellites. T-Comm. 2016. Vol. 10. No.8, рр. 63-68.

У

Введение

На состоявшейся в мае 2016 г. в Москве международной выставке информационных и коммуникационных технологий «Связь-2016» посетители смогли ознакомиться не только с высокими технологиями, но и заглянуть н прошлое электрической связи. Центральный музей связи имени А.С.Попова (Санкт-Петербург) и Россвязь подготовили выставку, посвященную самому первому виду электрической связи - телеграфии. Подлинные предметы (свыше 60), документы и фотографии из фондов музея вызвали огромный интерес. При этом многие, стремясь найти «корреляцию» между выставленными экспонатами и современными средствами связи, отмечали сложность «упорядочения» большого объема специальных знаний, характерных для бурно развивающихся телекоммуникаций.

Цель данной статьи показать преемственность в построении линий связи на основании анализа эволюционного развития одного из экспонатов, представленных на исторической выставке, - телеграфной трансляции (рис. 1).

Рис, 1. Телеграфная трансляция для агтаратоп Юза или Морзе с двумя поляризованными реле и лвумя штепсельными магазинами сопротивлений. Фирма «Сименс н Гальске». Санкт-Петербург, 1910-1915

и в промежуточных пунктах включают устройства, называемые чаще всего ретрансляторами. Без них не обходится ни одна линия дальней связи. Такие устройства впервые были применены на телеграфе, использовавшем проводную среду передачи (воздушные или подземные линии связи). В дальнейшем принцип ретрансляции лег в основу устройств дальних линий беспроводной связи (радиорелейных и спутниковых).

Телеграфные трансляции

В истории науки и техники сформировалось мнение, что впервые телеграфные трансляции стал применять американский изобретатель С. Морзе после консультаций с Д. Генри - изобретателем электромагнитов. Первая телеграфная линия, построенная Морзе (Вашингтон - Балтимор, 56 км), была введена в эксплуатацию в 1844 г. Документальные материалы из фондов ЦМС доказывают, что отечественный ученый и изобретатель Б. С.Якоби несколькими годами ранее высказывал мысль о том, что на телеграфных линиях большой протяженности неизбежны промежуточные станции (трансляции), построенные на электромагнитном реле и местном источнике тока. Это мнение Б.С. Якоби обосновывал законами «гальванизма» (электричества): «сила тока в значительной степени слабее на большом расстоянии не только вследствие длины провода, но и по другим причинам». Якоби считал важным включение реле и на оконечных станциях для того, чтобы телеграфные аппараты приводились в действие местными электрическими батареями [1, 2]. С этою он и начал опыты телеграфирования на построенной им телеграфной линии, соединившей Зимний дворец с Главным управлением путей сообщений и публичных зданий (1842 г., 2,7 км). Якоби использовал в опытах реле собственной конструкции, которое он назвал ртутным прибором, так как включение-отключение электрической цепи происходило благодаря погружению проволочного контакта в небольшое количество жидкой ртути. В проекте строительства телеграфной линии Санкт-Петербург - Царское Село (1843 г., 25 км) Якоби предусмотрел устройство телеграфной трансляции в деревне Каменке, примерно посередине между Петербургом и Царским Селом. Для этой цели был арендован частный дом. Однако предварительные испытания показали, что электрическая батарея из 24-х элементов Даниэля обеспечивала хорошую работу телеграфных аппаратов, и построенная телеграфная линия не нуждается в трансляции [2].

Таким образом, в пункте Б происходит замена ослабленного тока новым. В пункте В повторяется аналогичная процедура, Ослабленный ток с провода 2 приводит в действие реле, вследствие чего ток от линейной батареи (плюс или минус), с контактов реле поступает в провод 3 и в обмотки электромагнита оконечной станции Г. В случае, если оконечные станции работали по однополюсной схеме, то использовались неполяризованные реле, при двухполюсной схеме реле должны были быть поляризованного вида [3],

В 1927 г, на советских телеграфных линиях использовалось 140 трансляций: 101 — конструкции Уитетона, 20 - Б од о и 19- Юза. Поскольку трансляции устанавливались примерно через каждые 500 км, то в середине 1920-х гг. они обслуживали около 70 тыс, км магистральных телеграфных линий.

Телеграфные трансляции с течением времени превратились в достаточно сложные многоэлементные устройства. В середине XX в. на телеграфных линиях стали использовать регенеративные (исправляющие) трансляции, которые не только усиливали посылки электрического тока, но и восстанавливали их форму. Так исключалась передача на следующий участок линии связи искажений, внесенных предыдущим участком.

В сер. XX в. с целью передачи телеграмм на дальние расстояния на междугородных телеграфных сетях стали устраивать пункты переприема телеграмм, сначала - ручного, потом автоматизированного (рис. 3).

['не. 3. Автоматизированный переприем транзитных телеграмм Телефонные трансляции

Первые телефонные линии, построенные на основе запатентованною Л.Г. Беллом в 1876 г. телефона, были воздушными и обеспечивали связь на небольшое расстояние. Изобретатели многих стран, в т.ч. Российской империи, работали над увеличением дальности связи, стремясь усовершенствовать как сам телефонный аппарат, так и линии, по которым передавались голосовые сообщения. Проблему усиления сигнала на промежуточных пунктах не удавалось кардинально решить до начала XX в., пока не изобрели электроп-но-вакуумные приборы (диод и триод) и не появились ламповые усилители, построенные на их основе,

В России большие заслуги в создании и совершенствовании промежуточных усилителей («телефонных трансляций», как они тогда назывались по аналогии с телеграфными трансляциями) принадлежат В.И. Коваленкову (1884-1960), одному из крупнейших советских специалистов в области проводной электросвязи. В 1915 г. он продемонстрировал макеты ламповых телефонных трансляций на Всероссийском съезде инженеров-электриков. Свои первые патенты на телефонные трансляции, разработанные в период 1915-3918 гг. В.И. Коваленков получил в августе 1919 г. В телефонной

линии разговорные токи должны иметь возможность свободно циркулировать в обоих направлениях, поэтому для них требуется двусторонняя телефонная трансляция. Предложенная Коваленковым идея усилителя двухстороннего действия с дифференциальной системой (рис. 4) долгие годы оставалась основой построения дуплексных усилителей каналов тональной частоты [4|.

Рис. 4. Телефонное трансляционное устройство системы В.И. Коваленкова, Завод «Красная заря». Ленинград, 1934

Первый телефонный транслятор системы Коваленкова в 1922 г. был установлен в г. Бологом и обеспечивал уверенную связь Петрограда с Москвой. В 1924 г. трансляции, изготовленные 11етроградской научно-испытательной станцией, были установлены на линии Петроград-Харьков. В том же году завод «Красная заря» начал промышленный выпуск телефонных трансляций. К 1927 г. на междугородных телефонных линиях связи их действовало свыше пятидесяти. Использование трансляций позволило организовать магистрали связи весьма большой протяженности (Москва - Тбилиси, Москва - Магнитогорск и др.).

Телефонные трансляции двустороннего действия обеспечили увеличение дальности связи до 2 500-3 000 км по медным цепям, до 500-600 км - по стальным и до 1 000 км - по кабельным пупинизированным цепям [5].

Усилительное и регенерационное оборудование

линейных трактов

С целью повышения эффективности использования линейно-кабельных сооружений за счет одновременной передачи нескольких сигналов по одной паре проводов была разработана аппаратура уплотнения, сначала частотного, потом временного. На ее основе стали строить многоканальные линии связи, аналоговые и цифровые. До 1960-х все многоканальные линии связи были аналоговыми.

Рис, 5. Оконечные и промежуточные пункты па многоканальных кабельных линиях связи

Многоканальная система передачи (рис. 5) состояла из комплекса оборудования, куда входила аппаратура оконечных пунктов (ОП), формировавших групповой сигнал, и промежуточное оборудование линейного тракта, обозначенное на рисунке аббревиатурами, широко известными связистам второй половины XX века: НУП (НРП) и ОУП (ОРП). Функции промежуточного оборудования аналогичны рассмотренным ранее телеграфным и телефонным трансляциям, но от термина «трансляция» отказались, возможно, по причине его широкого использования в радиовещании. На аналоговых линиях промежуточное оборудование стали называть усилительными пунктами (УП), а на цифровых - ре-генерационными пунктами (РП). Регенераторы в ЦСП выполняли три основные функции: корректирование формы принимаемых импульсов; выделение тактовой частоты из линейного цифрового сигнала; полное восстановление формы и временных соотношений в линейном цифровом сигнале.

Промежуточное оборудование на многоканальных линиях связи было двух типов — обслуживаемое (отсюда ОУП и ОРП) и необслуживаемое (отсюда НУП и НРП). Обслуживаемое оборудование размещалась в зданиях, где постоянно находился технический персонал, а необслуживаемое чаще всего размещалось в металлических контейнерах, зарытых в землю на небольшую глубину. Зарытый контейнер обычно имел надстройку (деревянную, кирпичную, железную или железобетонную), которую иногда использовали для размещения необслуживаемого оборудования. Помимо усилительной/ регеиерационпой аппаратуры па НУП/НРП могло располагаться оборудование питания (внешнего, либо дистанционного), аккумуляторные батареи, устройства отопления, вентиляции и кондиционирования, освещения, телеконтроля и т.п. Расстояние между НУП (ПРП) менялось в широких пределах для различных систем передачи и могло составлять от единиц до десятков, а иногда и сотен километров.

Ретрансляторы волоконно-оптических систем

передачи

Представленная на рис. 5 схема по составу и функциональному назначению элементов отражает передачу группового сигнала как по электрическим (симметричным или коаксиальным), так и волоконно-оптическим кабелям. Но есть терминологические отличия, которые за последние тридцать лет претерпели некоторые изменения.

В соответствии с принятым в 1985 г. ГОСТом [6] промежуточные устройства на линии, предназначенные для борьбы с ослаблением и искажением оптического сигнала, стали называться ретрансляторами. Были даны определения двум типам ретрансляторов - аналоговому и регенерационному. Аналоговый ретранслятор - устройство, предназначенное для преобразования аналогового оптического сигнала в электрический сигнал, его усиления и последующего преобразования в оптический сигнал; оно может быть обслуживаемым и необслуживаемым (по аналогии с ОУП/НУП). Ре-генерационный ретранслятор - устройство, предназначенное для преобразования цифрового оптического сигнала в электрический, его регенерации и последующего преобразования в оптический сигнал. По аналогии с ОРП/НРП регепераци-онный ретранслятор может быть как обслуживаемый, так и необслуживаемый. Как следует из приведенных формулиро-

вок, ретрансляторы обрабатывали только электрические сигналы.

Сейчас волоконная оптика шагнула далеко вперед, и на ВОСП появились новые методы уплотнения оптических каналов (WDM/DWDM); изменилась и терминология, относящаяся к ретрансляции оптических сигналов. Появился новый термин — оптический ретранслятор (ОР), относящийся к обработке (усилению, коррекции, регенерации и т.д.) как электрического сигнала, который получается путем преобразования оптического сигнала и последующего преобразования скорректированного электрического сигнала в оптический, так и оптического сигнала с помощью оптических квантовых усилителей.

В настоящее время часто можно встретиться с классификационным делением ретрансляторов на два типа: оптические усилители и электронно-оптические повторители. Оптические усилители (ОУ) не осуществляют оптоэлектронное преобразование, а сразу производят усиление оптического сигнала, при этом ОУ может одновременно усиливать несколько оптических сигналов, представленных несколькими длинами волн (WDM сигнал). Повторитель (электронно-оптический повторитель) сначала преобразует оптический сигнал в электрическую форму, усиливает, корректирует, а затем преобразовывает обратно в оптический сигнал. По сути, повторитель построен на двух последовательно соединенных модулях - приемном и передающем.

Ретрансляторы радиорелейной,спутниковой

и сотовой связи

Радиоволны излучаются через антенну в пространство и распространяются в виде энергии электромагнитного поля. И хотя природа радиоволн одинакова, их способность к распространению сильно зависит от длины волны. Поэтому на дальность беспроводной связи в первую очередь влияют условия распространения радиоволн различной длины и технические характеристики оборудования (мощность передатчика, чувствительность приемника, параметры антенного оборудования).

Сверхдальнюю связь без ретрансляторов можно было организовывать на длинных и средних волнах, которые способны огибать земную поверхность, а также на коротких волнах, отражающихся от ионосферы. Связь на УКВ (в микроволновом диапазоне) в силу исключительно прямолинейного распространения волн этого диапазона без ретрансляторов возможна только в зоне прямой видимости, т.е. в пределах линии горизонта. Радиус линии горизонта находится в прямой зависимости от высоты точки установки антенны.

Применение ретрансляции, а также возможность фокусирования микроволн обеспечила их широкое применение в радиорелейной и спутниковой связи. Радиорелейная связь первой в начале 1930-х гг. начала осваивать микроволновый диапазон.

Радиорелейную линию связи образует цепь наземных, автоматически действующих приемно-передающих станций (оконечных и промежуточных), работающих в диапазоне дециметровых, сантиметровых или миллиметровых радиоволн (рис. 6).

Во второй половине XX в. радиорелейные линии использовались для организации каналов связи телевизионного и радиовещания, а также для связи телеграфных и телефонных

У

Т-Сотт Уо1.10. #8-2016

Подводя итог, следует заметить, что подобный анализ исторических и современных устройств с одинаковым функциональным назначением актуален для выработки умения систематизировать большое количество информации. В таком навыке особенно нуждаются технические специалисты, которым необходимо целостное, а не «клиповое» видение телекоммуникационных технологий.

Литература

1. ЦМС. ДФ. Ф. 30. Оп. 1. Д. 444.

2. ЦМС. ДФ. Ф. 2. Оп. I. Д. 1118.

3. Новиков В.В. Основы телеграфии и телеграфные аппараты. М.: Гос. изд-во лит-ры по вопросам связи и радио, 1948. - 436 с,

4. Кульбицкий К.Е. Изобретение советской трансляции // Вестник связи (электричество). - 1948.- №2. - С.22-23.

5. Техника дальней связи / Н. Е, Плешков и др. — Л.: ВКАС им. С.М. Буденного, 1951. - 363 с,

6. ГОСТ 26599-85. Системы передачи волоконно-оптические. Термины и определения. - Москва: Изд-во стандартов, 1985. - 15 с.

SUPPORTING FAR ELECTRIC COMMUNICATIONS - FROM TELEGRAPH TRANSMISSIONS

TO TELECOMMUNICATION SATELLITES

Nina A. Borisova, PhD, deputy director, The A.S.Popov Central Museum of Communications St.Petersburg, Russia, borisova@rustelecom-museum.ru

Abstract

Telegraph repeater (a historical exhibit from the collection of the A.S.Popov Central museum of communications) was a starting point of the research, the goal of which was to establish "close relations" of telegraph repeater with modern telecommunication technologies. This ancient instrument as well as many others, stored in the museum, are connected with satellite communication. All of them are functional and are intended for support of far electrical communication. The article features telegraph repeaters , telephone transmissions, amplifier stations and regeneration equipment of the linear paths, retransmission stations of optical fiber data transmission systems, radio relay, satellite and cellular communication. The evolutionary analysis together with the use of abstraction of an identification allowed to reveal continuity in creation of electrical communication lines - from telegraphic to satellite. Besides, the article states that long before the birth of electrical communication some kind of "retransmissions" were already used (change of horses on mail roads, telegraphic towers on lines of optical telegraph). In order to avoid errors in interpretation of regularities terminological clarifications are widely used in the article. The similar analysis of historical and modern devices with an identical functional purpose is current for framing of ability to systematize a large amount of information. It is useful in both educational, and organizational and technical activities.

Keywords: telegraph repeater, relay, regenerator, amplifier station, retransmission station, repeater, communication satellite, The A.S. Popov Central museum of communications.

References

1. Central'nyj muzej svjazi imeni A.S.Popova. Dokumental'nyj fond. Fond 30. Delo 444.

2. Central'nyj muzej svjazi imeni A.S.Popova. Dokumental'nyj fond. Fond 2. Delo 1118.

3. Novikov V.V., "Osnovy telegrafii i telegrafnye apparaty", Mosckva: Gos. izd-vo lit-ry po voprosam svjazi i radio, 1948, 436 p.

4. Kul'bickij K.E Izobretenie sovetskoj transljacii/Vestnik svjazi

5. Pleshkov N.E. i dr.,"Tehnika dal'nej svjazi", Leningrad, VKAS im. S. M. Budennogo, 1951, 363 p.

6. GOST 26599-85. Russian national standard "Optical fibre data transmission systems. Terms and definitions", Moscow: Izd-vo standartov, 1985, 15 p. (in Russian).

T-Comm Том 10. #8-20 16