Kiedyś też można było rozmawiać!
Telefonowanie stało się tak powszechne i w oczywisty sposób polegające na transmisji cyfrowej, że mało kto zastanawia się jak to było, zanim wymyślono cyfrową obróbkę sygnałów, teleinformatykę i światłowody.
Przecież nawet wtedy można było rozmawiać przez telefon nie tylko w obrębie miasta…
… ale także międzymiastowo lub międzynarodowo.
Jak to się udawało?
Przedstawiam: oto TELETRANSMISJA
Dziedzina telekomunikacji zajmująca się przesyłaniem sygnałów na odległość to teletransmisja. I jest to bez wątpienia dziedzina ogromnie ciekawa dla wszystkich zainteresowanych starą techniką.
Omówimy tu teletransmisję dość szczegółowo. Zaznaczam przy tym, że będziemy odwoływali się wyłącznie do „telefonii przedkomórkowej”, a więc gdy padnie słowo „telefon”, będzie chodziło wyłącznie o telefon tradycyjny, wręcz z tarczą numerową.
Taki „z duszą”…
Początki
Początki telefonii były oczywiście takie, że rozmawiać można było tylko na takie odległości, dla których starczyło „prądu”, bo przecież długie przewody bardziej lub mniej tłumią sygnały elektryczne.
Zbyt długie linie od abonentów do central oraz linie między centralami powodowały, że rozmowa nie mogła być prowadzona, bo nie było słychać.
I tu oczywistym rozwiązaniem są wzmacniacze, ale pamiętajmy, że telefonia powstała w roku 1876…
… a pierwsza lampa Lee de Foresta nazywana „audionem”, poprzednik triod, czyli lamp umożliwiających budowę wzmacniaczy, powstała dopiero w roku 1902 i nie zrobiła najpierw spodziewanego wrażenia.
Łatwo powiedzieć „wzmacniajmy” – a jak to zrobić, skoro rozmowa telefoniczna jest dwukierunkowa, rozmówcy mogą chcieć krzyczeć na siebie równocześnie i trzeba im to zapewnić?
Dwukierunkowy wzmacniacz? Czy ktoś widział takie urządzenie?…
Za mało przewodów!
Pojawił się jeszcze inny problem, szczególnie znany w latach powojennego ustroju gospodarczego, gdy na podłączenie telefonu czekało się od kilku do ponad 20 lat: żeby podłączyć abonenta, należy doprowadzić do niego parę przewodów miedzianych.
Nie ma na to rady.
Nawet dziś jeżeli tradycyjny telefon podłączamy do modemu od operatora multimedialnego, te dwa metry przewodu od aparatu do modemu (zakreślone na rysunku) są niczym innym jak „pętlą abonencką” z przewodów miedzianych:
Ale gospodarka tamtego ustroju nie radziła sobie (nawet jej władze nie bardzo chciały sobie radzić) z brakiem linii abonenckich.
W pewnych przypadkach stosowano rozwiązania „zastępcze”, które sobie omówimy.
Pewna sprawa nie zależała od „złego ustroju”
Przecież równoczesnych rozmów telefonicznych międzymiastowych i międzynarodowych w każdym kraju są setki tysięcy, a może i więcej. Zobaczmy schemat budowy każdej sieci telefonicznej:
istnieją abonenci miejscowi podłączeni „pętlami abonenckimi” do swoich miejscowych central,
te centrale są przyłączone już wiązkami łączy do najbliższych central międzymiastowych,
a te z kolei bogatymi wiązkami łączy do krajowej centrali międzynarodowej.
Gdyby chcieć to przedstawić w skali całego kraju, otrzymalibyśmy taki nieczytelny bohomaz:
Czyż możliwe byłoby przeciągnięcie setek tysięcy par miedzianych pomiędzy miastami? Nie byłoby możliwe, zatem należało od pewnej liczby potrzebnych łączy opracować zupełnie inaczej technikę ich budowy.
Czyż możliwe byłoby przeciągnięcie setek tysięcy par miedzianych pomiędzy miastami?
Nie byłoby możliwe, zatem należało od pewnej liczby potrzebnych łączy opracować zupełnie inaczej technikę ich budowy.
I tak pojawiła się
telefonia nośna.
Dlaczego tak się nazywała i na czym polegała, omówimy sobie za chwilę.
Rozmowa telefoniczna widziana okiem elektryka
Póki istniały tylko sieci miejscowe zbudowane na metalowych przewodach, nie trzeba było w ogóle zajmować się cechami sygnału elektrycznego mowy. Jednak z rozwojem sieci już dawno temu okazało się to ważne.
Tak brzmi wypowiedź człowieka bez ingerencji w sygnał elektryczny i jej widmo:
Ale taki sygnał zawiera pewien niewygodny technicznie nadmiar jakości. Do porozumienia się w zupełności wystarczy węższe pasmo częstotliwości. Obniża jakość dźwięku, ale nie czyni rozmowy niezrozumiałą, statystycznie większość sylab (zwanych w telefonii logatomami) jest przenoszona zrozumiale, gdy zawęzimy pasmo w zakresie 300 do 3400 Hz.
I nawet jeżeli coś nie będzie zrozumiałe dla ucha, mózg to uzupełni.
Ostatecznie właśnie pasmo 300 do 3400 Hz powszechnie przyjęto dla telefonii w całym świecie. W pewnych przypadkach wystarczające jest pasmo węższe, np. w radiokomunikacji do 3 kHz, a czasem nawet do 2,7 kHz lub mniej.
Z powodów, które dalej poznamy, konieczne jest zapewnienie pewnego marginesu pasma od dołu i z góry. Zatem kanał telefoniczny wraz z bocznymi marginesami ma szerokość dokładnie 4 kHz. Tak wygląda znormalizowana charakterystyka dopuszczalnych odchyleń tłumienności częstotliwości w ramach kanału:
A tak to zwykle symbolicznie się oznacza (kierunek trójkąta ma znaczenie, które za chwilę poznamy):
I tak znormalizowany kanał telefoniczny może podlegać przetworzeniu, by spełnić potrzeby dla rozbudowanych sieci łączności. To właśnie sobie omówimy.
Co z tym wzmacnianiem?
A zatem oczywistą receptą na zwiększenie zasięgu łączności jest wzmacnianie.
Telefon i łącze telefoniczne jest dwukierunkowe – jak zbudować wzmacniacz, który działa w dwie strony? Przecież gdy jego „wyjście” spotka się z „wejściem”, całość zacznie po prostu gwizdać, zrobi się generator i tyle.
Należy to rozwiązać w dość złożony sposób.
Krótko mówiąc: co najmniej w tym miejscu, w którym ulokujemy wzmacniacz, musimy mieć jakoś rozdzielone kierunki transmisji, by sygnały „z A do B” i „z B do A” doprowadzać do osobnych wzmacniaczy.
Co najmniej na końcu łącza, gdzieś tam w odległej miejscowości, musimy te kierunki znów scalić, no bo przecież łącze abonenckie i aparat telefoniczny muszą przenieść oba kierunki transmisji.
Taki zespół wzmacniaczy dla dwóch kierunków, wraz z elementami towarzyszącymi, które zaraz poznamy, nosi nazwę „wzmacniaka”, a umieszczany jest w obiektach o nazwie „stacja wzmacniakowa”.
Póki nie mówimy o bardziej rozbudowanej technice zwielokrotniania liczby rozmów przyjmijmy, że taka stacja wzmacniakowa zwana akustyczną musi pracować co około 50 lub więcej kilometrów. Istniały stacje wzmacniakowe obsługiwane, niektóre bardzo duże, oraz stacje nieobsługiwane, z którymi jeszcze się spotkamy.
Rozdzielamy kierunki rozmowy
Ale jak rozdzielić kierunki transmisji sygnałów akustycznych w łączu telefonicznym?
Przyda się element zwany rozgałęźnikiem sygnału. Oto jego zasada działania. Dla elektrotechnika taki element jest „ósemnikiem” albo „czterowrotnikiem”, ale nie zajmujmy się teorią obwodów i sygnałów.
Takim ósemnikiem jest także falowodowy element „magiczne T” znany z techniki mikrofalowej, a także sprzęgacz kierunkowy , który jest główną częścią miernika mocy w antenie (i współczynnika fali stojącej = VSWR), więc niektórzy radioamatorzy znają go stamtąd.
Rzeczywiście, rozgałęźnik ma cztery „wrota”, czyli pary zacisków. I ma przy tym ciekawą cechę: jeżeli zapewnimy, by impedancja podłączona do zacisków leżących naprzeciw siebie była taka sama, sygnał doprowadzony do lewych zacisków rozgałęzi się po równo na wyjście górne i dolne. Podkreślam: żeby tak było, zaciski prawe muszą „widzieć” to samo co „widzą” zaciski lewe. Na szczęście, przypomnę, działamy w pasmie tylko do 3400 Hz i jest to dość łatwe do wykonania.
Podłączamy do prawych zacisków element nazywany równoważnikiem toru; nazwa łatwo się tłumaczy: ten dwójnik ma na tyle ile możliwe zachowywać się jak zachowuje się tor przewodowy między telefonem a tym urządzeniem. Nie jest to idealnie możliwe, ale udaje się.
Skoro tak, sygnały rozpłyną się jak pokazują niebieskie linie.
Zauważmy, że energia (moc) sygnału dzieli się na pół, czyli spada o 3 dB. Tracimy energię, ale przecież zaraz tam podłączymy wzmacniacz.
W kierunku równoważnika sygnał teoretycznie jest zerowy, co akurat nie jest dla tego przypadku ważne. W każdym razie wszystko się odbywa jak trzeba dzięki istnieniu równoważnika, a bez niego – nie.
Zobaczmy co się stanie, gdy sygnał podłączymy do dolnych zacisków, co pokazują linie pomarańczowe. Jak można się spodziewać, znowu sygnał ten podzieli się po równo w stronę lewą i prawą, czyli dotrze także do równoważnika, gdzie zostanie stracony.
Ale co w tym wszystkim najważniejsze, sygnał z dołu nie dotrze do zacisków górnych! W praktyce dotrze, ale bardzo mały. O tym za chwilę.
A więc mamy możliwość takiego połączenia elementów rozgałęziających, by zbudować wzmacniak. Zobaczmy na ten schemat, który pokazuję strukturę kanału telefonicznego akustycznego, wzmacnianego, o organizacji jednotorowej.
Jednotorowej, bowiem pomiędzy stacjami wzmacniakowymi wykorzystuje się pojedynczy tor dla obu kierunków transmisji. Takich stacji wzmacniakowych w kanale może istnieć… no właśnie – niewiele. Dlaczego tak, zobaczymy za chwilę.
Rozgałęźnik sygnału jest elementem bardzo prostym, choć działa tak sprytnie. Zobaczmy ja wyglądają możliwe schematy. Są oparte na prostych transformatorach akustycznych lub na zwykłych równych rezystorach, a działają właśnie tak jak opisałem przed chwilą:
Budowanie łączy jednotorowych jest mało efektywne. Jak można wyczuć intuicyjnie, na każdej stacji wzmacniakowej wprowadzamy w praktyce nieidealne rozdzielanie i składanie kierunków transmisji, co oczywiście może powodować wzbudzenia i gwizdy. Przez to maksymalna wzmocność każdego wzmacniacza jest ograniczona, a więc maksymalna długość łącza jest dość mała – najwyżej 3 odcinki wzmacniakowe.
O wiele lepszym rozwiązaniem jest łącze wzmacniane dwutorowe, w którym rozgałęźniki pracują tylko na jego końcach:
Nawet wówczas mamy jednak do czynienia z niebezpieczeństwem istnienia echa, a nawet echa wielokrotnego. Zobaczmy schemat tego mechanizmu dla łącza dwutorowego:
Użyteczny sygnał dociera na koniec łącza … [dalszy opis pod slajdami, zmieniaj je myszką]
A dla łącza jednotorowego, jak wspomniałem, miejsc możliwego szkodliwego „zawracania” sygnału jest o wiele więcej. Łącza jednotorowe zatem dość wcześnie ustąpiły miejsca dwutorowym.
No ale dwutorowe wymagają „aż” dwóch par przewodów dla jednej rozmowy, a jednotorowe tylko jednej. Coś za coś.
Rozgałęźnik to rzecz powszechnie spotykana
Omówiliśmy rozgałęźnik i równoważnik jakby to było coś mało znanego. A tymczasem taki układ istnieje w każdym aparacie telefonicznym!
Pamiętamy, że gdy rozmawialiśmy z kimś, słyszeliśmy nie tylko odległego rozmówcę, ale trochę także swój własny głos. Prawda? Nazywało się to „efektem lokalnym” i nie było wynikiem wadliwej konstrukcji układu elektrycznego. Gdyby zastosować omawiany przed chwilą dobrze zrównoważony rozgałęźnik, wówczas to co sami mówimy w ogóle nie byłoby słyszalne w naszej słuchawce. A właśnie miało trochę być słyszane.
Równoważnik nie był idealny (każde łącze abonenckie jest inne, więc w masowo produkowanych aparatach nie mógł być idealny), dzięki czemu właśnie słyszeliśmy trochę swój głos i to tym głośniej, im łącze było krótsze.
Co to dawało? Skoro łącze abonenckie do naszego telefonu było krótkie, mało tłumiło sygnał. Skoro mało tłumiło, nie trzeba było głośno mówić. Skoro słyszeliśmy siebie relatywnie głośno, ściszaliśmy głos, by samemu sobie nie przeszkadzać. Ten intuicyjny proces biologicznego sprzężenia zwrotnego załatwiał więc to, co potrzeba. Nie krzyczeliśmy niepotrzebnie przy krótkim łączu.
Najprostsze „rozmnożenie” łączy telefonicznych
W małym zakresie problem braku lub zaoszczędzenia torów, czyli przewodów telefonicznych, od dawna rozwiązywano prostą metodą, nazwijmy to „elektrotechniczną”.
Jeżeli zastosujemy odpowiednio połączone transformatory zwane w teletransmisji przenośnikami,
można zbudować taki układ nazywany torem pochodnym:
Ponieważ transformatory mają wyprowadzone środki uzwojeń liniowych, prądy od rozmowy nr 3 na torze pochodnym dokładnie się znoszą w transformatorach torów macierzystych i nie ma szkodliwego przeniku.
W ten sposób uzyskaliśmy najmniejszy możliwy „uzysk”: półtorej rozmowy na jednym torze liniowym. Już jesteśmy nieco „do przodu”… Choć takie rozwiązanie w żadnym wypadku nie nadaje się dla łączy abonenckich, które muszą przenosić prąd stały, prądy audio mowy oraz prądy dzwonienia (standardowo 75 V, 25 Hz) uruchamiające dzwonek w aparacie telefonicznym.
Dwie rozmowy na jednej linii!
Zanim dojedziemy do kolejnego „sukcesu” – transmisji dwóch rozmów na jednym torze, musimy trochę porozmawiać o pewnych nie najprostszych rzeczach.
Kto interesuje się radiem, nie będzie miał problemu ze śledzeniem, bo omówimy technikę, która można by nazwać „radiem po drucie”.
Kto tego dotąd nie znał, będzie miał okazję poznać ciekawe rzeczy, bo postaram się ilustrować i opisywać jak najprościej.
Nie ma już przecież żadnej możliwości „upchania” dwóch rozmów telefonicznych w pasmie naturalnym na jednej parze przewodów.
Musimy posłużyć się tym samym trikiem co radiofonia czy radiotelefonia: jeżeli chcemy wspólnie transmitować więcej niż jeden sygnał, musimy sygnały „nadawać” na różnych częstotliwościach. Czyli w przypadku telefonii zbudować właśnie takie „radio na drucie”.
Każdy wie, że aby przesłać jakiś sygnał „na fali radiowej” (a tak samo w przewodach), musimy zastosować jakąś modulację. Bez modulacji nie ma transmisji sygnału użytecznego.
Co to znaczy „zmodulować”? Powiedzmy tak: zmodulować to znaczy nacechować jeden sygnał (nazwijmy go nośnym, bo przenosi nam coś) przez inny sygnał (użyteczny). Czyli sygnał nośny musi „tańczyć jak mu gra sygnał użyteczny”.
Na końcu łącza musimy przeprowadzić proces odwrotny: porzucić „tańce” sygnału i wyłuskać z nich sygnał użyteczny, czyli dokonać demodulacji.
Zaczniemy od najprostszej modulacji amplitudy oznaczanej AM z angielskiego. Czyli doprowadźmy do tego, by amplituda fali nośnej zmieniała się na kształt sygnału użytecznego. To będzie właśnie takie „tańczenie jak zagrają”.
Wykonajmy doświadczenie w myśli: włączamy generator np. 8 kHz. Tak to brzmi i wygląda na ekranie analizatora widma – jeden tzw. prążek. Nazwijmy to „falą” lub „sygnałem nośnym”.
Chcemy za jego pomocą przesłać sygnał akustyczny, powiedzmy 1 kHz.
Jak należy wzajemnie potraktować, pomieszać te dwa sygnały, żeby uzyskać efekt użyteczny do przesłania na odległość? Może należy je po prostu do siebie dodać?
Zobaczmy co nam wskaże prosty wykres w Excelu: pokazuje sumę obu sygnałów sinusoidalnych, 1 kHz i 8 kHz.
Czyli jednak nie potrzebujemy sumy, bo to co powstaje po sumowaniu wcale nie spełnia postawionego zadania: amplituda tego tworu zmienia się faliście, ale wcale nie jest to to, co sobie zadaliśmy: amplituda fali nośnej miała się zmieniać na kształt sygnału użytecznego od minimum do maksimum.
A może należy te dwa sinusy wymnożyć przez siebie?
Tak! Eureka! Taki przebieg (na samym dole) pokazuje Excel przy formule mnożenia:
To właśnie spełnia nasz cel: amplituda fali nośnej zmienia się na kształt sygnału użytecznego. Poznajemy typowy wykres modulacji AM.
Zatem zbudujmy (cały czas w myśli) jakiś układ elektroniczny, który mnoży. Tu zrobimy uproszczenie, bo wyszedłby wykład akademicki.
Uwierzmy, że wystarczy zastosować element o nieliniowej charakterystyce, na przykład zwykłą diodę.
Nawet dalej: uprośćmy fragment jej charakterystyki do postaci paraboli. Czyli do krzywej, która opisuje zależność kwadratową: zmienna, tutaj napięcie sygnałów, to nasz „iks kwadrat”.
Po co się w to bawić? Żeby choć pobieżnie zrozumieć to, co powstaje w wyniku modulacji wykonanej w ten sposób.
Przypomnijmy po co to robimy: chcemy sygnał użyteczny 1 kHz „nadać” na fali nośnej 8 kHz.
Używamy elementu neiliniowego:
Czy to się udało? Jeżeli tak, powinniśmy na analizatorze obejrzeć na przykład taki sygnał:
Bo przecież celem jest przesunięcie częstotliwości użytecznej (tu: 1 kHz) w jakieś inne miejsce na osi częstotliwości (tu spodziewamy się na 8+1=9 kHz). Taki jest cel prowadzący do przesłania więcej niż jednej rozmowy na jednym torze przewodowym – każda rozmowa na innej częstotliwości, prawda?
Tu odzywa się matematyk, który mówi:
„hola, hola! Jeżeli mnożymy dwie sinusoidy, a tak przecież podobno robimy, to wystarczy zajrzeć do tablic matematycznych do działu trygonometria,
gdzie zobaczymy wzory skróconego mnożenia. I te wzory mówią bez wątpienia, że po takim mnożeniu MUSZĄ się pojawić następujące sygnały sinusoidalne
- sygnał użyteczny (czyli 1 kHz),
- sygnał o podwojonej częstotliwości użytecznego (czyli 2 kHz),
- sygnał nośny (czyli 8 kHz),
- sygnał o podwojonej częstotliwości nośnego (16 kHz,
- częstotliwości potrojone (3 kHz i 24 kHz),
(które sobie odfiltrujemy, bo to nie jest trudne), ale też pojawiają się:
- suma
- i RÓŻNICA częstotliwości nośnej i częstotliwości użytecznej
– a jeszcze inne, mniej ważne”.
Wypada wierzyć matematykowi. I rzeczywiście, analizator naprawdę pokaże taki układ prążków (inne odfiltrowaliśmy w łatwy sposób): mamy tu prążki o częstotliwości nie tylko spodziewanych 9 kHz, ale także 7 i 8 kHz.
OK — 8 kHz to fala nośna, 9 kHz chcieliśmy mieć od początku (bo tu chcieliśmy przesunąć sygnał użyteczny), ale co z tym 7 kHz?
I tak poznaliśmy prawdę o modulacji amplitudy AM. Zawsze, ale to zawsze po takiej modulacji wytworzą się dwa sygnały odpowiadające sygnałom użytecznym, tyle że jeden z nich będzie miał częstotliwość równą różnicy między nośną a sygnałem pierwotnym, czyli 8 minus 1 = 7 kHz. Drugi będzie miał częstotliwość równą sumie, czyli 8 + 1 = 9 kHz. Widać matematyk naprawdę ma rację.
A zatem gdy chcemy „nadać” sygnał o częstotliwości małe f…
… na nośnej o częstotliwości duże F…
… zawsze otrzymamy po modulacji dwa prążki oraz nośną.
Dodajmy, że po takiej modulacji fala nośna zawiera w sobie dokładnie połowę energii, a drugą połowę zawierają oba prążki, z których jeden nazywamy dolnym, a drugi górnym.
A zatem każdy prążek ma tylko ćwierć energii sygnału, który powstał. Czy to dobrze czy nie, zobaczymy później. W każdym razie stało się to, co miało się stać. Dokonaliśmy modulacji amplitudy.
Czyli każdy prążek ma tylko ćwierć energii sygnału, który powstał. Czy to dobrze czy nie, zobaczymy później. W każdym razie stało się to, co miało się stać. Dokonaliśmy modulacji amplitudy i otrzymaliśmy trzy produkty tej modulacji (dwa prążki i nośną).
Teraz więc poeksperymentujmy z innymi częstotliwościami.
Jak widać po zwiększeniu częstotliwości użytecznej z f na f1 prążek górny powędrował w górę, a dolny w dół.
Dla częstotliwości f2 , niższej od f, prążek górny też znalazł się poniżej prążka od f, a prążek dolny powyżej.
Zatem prążki widma po modulacji wędrują w górę i w dół wokół nośnej.
A ponieważ chcemy wysyłać dowolne częstotliwości z zakresu 300…3400 Hz …
ogólnie po modulacji powstają dwa zbiory prążków, które nazwiemy odtąd „górną” i „dolną wstęgą sygnału AM”.
Dokładnie tak sam wygląda widmo np. z nadajnika Polskiego Radia Warszawa I 225 kHz z Solca Kujawskiego. Pasmo akustyczne jest tu nieco szersze (ponad 4 kHz), ale zasada identyczna:
Powtórzmy jeszcze, że we wstędze górnej mamy taką samą tendencję do położenia częstotliwości jak w sygnale użytecznym: im wyższa częstotliwość użyteczna, tym wyższa częstotliwość po modulacji. Mówimy, że wstęga górna AM ma „porządek naturalny”. Lub inaczej „widmo proste”.
Oczywiście to brzmi naturalnie:
Natomiast częstotliwości we wstędze dolnej są tym niższe im częstotliwość sygnału użytecznego wyższa. Wstęga dolna AM ma „porządek odwrócony”.
Tak brzmi dźwięk w porządku odwróconym, toteż czasem odwracanie porządku jest elementem utajniania rozmowy:
Te określenia porządków jeszcze się pojawią.
Użytek z modulacji amplitudy (AM)
To teraz możemy zbudować urządzenia, które na jednym torze przewodowym (kiedyś zwykle napowietrznym, przewody z brązu lub stali na słupach) …
… umożliwi obsługę dwóch abonentów telefonicznych.
Nie będą się wzajemnie słyszeć, nawet nie muszą o sobie wiedzieć, ale będą mogli do siebie zadzwonić.
Taki system nosił nazwę „telefonii nośnej 1+1”. Odtąd słowo „nośna” pojawi się częściej. „Telefonia nośna”, bo pracuje z sygnałami (lub falami) nośnymi. Jak to nasze przykładowe 8 kHz z eksperymentu lub duże F z poprzedniej animacji.
Z nabytą wiedzą możemy omówić ten system w dużym uproszczeniu.
Sprawa jest prosta: w torze transmitowany jest dwukierunkowo kanał jednego z abonentów, tak jakby był to najzwyklejszy tor abonencki.
Ten abonent w ogóle nie wie, że na jego torze coś obcego „wisi”. Właściwie to zwykły tor abonencki.
Natomiast kanał abonenta nośnego jest w jednym kierunku utworzony modulacją AM na nośnej 24 kHz, a w drugim na 36 kHz.
Skrajne częstotliwości leżą (jak widzimy na schemacie) od siebie oddalone o kilka kHz, co umożliwia ich bezkonfliktowe rozdzielenie za pomocą zwrotnic (‘ZA’ to kierunkowa pasmowa zwrotnica abonencka) i filtrów. Podobny rozdział ma miejsce w centrali telefonicznej.
Na schemacie nie uwidoczniono jeszcze dwóch istotnych rzeczy: przecież abonent nośny po podniesieniu mikrotelefonu musi uzyskać sygnał wywołania z centrali, a potem musi mieć możliwość wysłania impulsów wybierania za pomocą tarczy numerowej.
A jak, skoro nie jest z centralą połączony prądem stałym, jak każdy zwykły abonent?
W tym celu wykorzystuje się dodatkowe sygnały sinusoidalne np. na częstotliwości 3825 Hz, a więc leżące powyżej górnej częstotliwości rozmównej 3,4 kHz, a poniżej granicy pasma równej 4 kHz.
Te sygnały są w centrali prawidłowo interpretowane jako podniesienie/odłożenie mikrotelefonu oraz impulsowanie tarczą (w gruncie rzeczy to ten sam rodzaj sygnałów: przerywanie obwodu prądu stałego).
Niedogodnością dla abonenta nośnego w tym systemie bywał brak zdalaczynnego zasilania z centrali, jak ma to miejsce w przypadku każdego „zwykłego” telefonu. Urządzenie abonenckie musiało być u niego zasilane z gniazdka 220 V, zatem gdy we wsi zabrakło prądu…
Ale czy na pewno chcemy AM?
Modulacja AM jest prosta ideowo i w praktyce. Ale jak wspomniałem, jest bardzo rozrzutna energetycznie; to cena tej prostoty.
Była świetnym rozwiązaniem w epoce odbioru radia „na kryształek”, głównie przed wojną. Dlaczego była dobra?
Autor Wojciech Pysz – http://oldradio.pl, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1396845
Wiemy już – fala nośna przenosi aż połowę energii sygnału
jest więc w stanie zasilić takie proste radio kryształkowe czy z diodą germanową…
[Obejrzyj też film Adama Śmiałka]
Ale czy teletransmisja potrzebuje takiego „źródła zasilania” dla odbiorników, skoro działanie polega na profesjonalnie zasilanych obiektach wzmacniakowych?
Ponadto tak silny sygnał nośny w torach przewodowych wyrządzałby szkody, bo potencjalnie stanowi silne zakłócenie.
Precz z sygnałem nośnym, który czasem fajnie że jest, ale nie przenosi żadnej informacji użytecznej!
Nie pełni użytecznej roli, a wręcz przeszkadza.
Trochę to za stanowczo powiedziane, bo jednak sygnał nośny, uwierzcie, jest niezbędny w procesie demodulacji. Ale w przeciwieństwie do „radia kryształkowego” teletransmisja potrafi sobie dobrze odtworzyć taką falę nośną przy demodulatorze i wcale nie potrzebuje jej przesyłania w torze.
A druga wielka wada AM:
zobaczcie, że dla przesłania kanału o pasmie do 4 kHz potrzebujemy przy modulacji AM aż 8 kHz widma. Dwa razy tyle.
A przecież obie wstęgi, górna i dolna, przenoszą dokładnie tę samą informację. Porządek naturalny czy odwrócony nie ma tu znaczenia, to nadal jest dwa razy ta sama informacja w dwa razy szerszym pasmie.
Żeby przesłać 4 kHz, zajmujemy w AM (SC) aż 8 kHz
Czy zatem powinno się szeroko używać AM w telefonii?
Oczywiście nie.
Podsumujmy:
- nie potrzebujemy fali nośnej, bo nic nie daje, niczego użytecznego nie transmituje, a może silnie zakłócać – ergo: pozbądźmy się fali nośnej;
- nie potrzebujemy dwóch wstęg sygnału, bo przenoszą to samo – ergo: transmitujmy tylko jedną wstęgę.
I w ten sposób zażądaliśmy modulacji, którą dobrze od dawna znają krótkofalowcy: SSB czyli Single SideBand, modulacji jednowstęgowej. Modulacja wydajna, bo zajmuje tyle pasma ile ma sygnał użyteczny i cała energia zawarta jest w przenoszonym widmie.
Tu uwaga: modulacja SSB ma liczne zalety, ale pod warunkiem, że nie moduluje się zbyt głęboko. W AM można było modulować do głębokości 100%, w SSB znacznie mniej, bo pojawią się zniekształcenia fazowe, których opis pomijam.
SSB ma wiele zalet pod warunkiem, że potrafimy bardzo dokładnie odtworzyć niezbędną do demodulacji falę nośną. Bo jak się pomylimy, głos się zrobi śmieszny, co krótkofalowcy znają jako złą częstotliwość generatora BFO. Na szczęście generatory kwarcowe są bardzo stabilne i dokładne.
Do modulowania SBB najczęściej wykorzystuje się tzw. modulator kołowy (lub pierścieniowy). Jest prosty i daje na wyjściu sygnał dwuwstęgowy pozbawiony fali nośnej, a jedną ze wstęg możemy łatwo usunąć przez filtrowanie.
Jeżeli ktoś myśli po tym schemacie, że w środku takiego modulatora wstawiono mostek diodowy Graetza, spieszę sprostować: Graetz miałby diody połączone tak:
A którą wstęgę wykorzystać do transmisji – górną…
… czy dolną?
Jest to całkowicie dowolne. Wybieramy łatwiejszą do uzyskania, co oczywiście jest międzynarodowo znormalizowane i ma swoje uzasadnienia. Podobnie jak kiedyś miało praktyczne uzasadnienie, że krótkofalowcy poniżej 10 MHz pracowali na wstędze dolnej (LSB), a powyżej 10 MHz na górnej (USB). Dziś to pozostało jako wygodny zwyczaj, swoista „norma”, dzięki czemu wiadomo jak ustawić odbiornik.
W praktyce w teletransmisji wykorzystuje się raz wstęgę dolną, raz górną. Później to zobaczymy.
Dalej zwiększamy liczbę równoczesnych rozmów
Był też eksploatowany system TN1+3, który umożliwiał transmisję łącznie 4 kanałów telefonicznych: jednego w pasmie naturalnym (ale nietypowo ograniczonym do 2940 Hz, co raczej nadawało się tylko jako łącze służbowe) oraz 3 kanałów nośnych.
A więc mamy tu już uzysk nie jednej, lecz trzech rozmów na jednym torze. Choć zasięg wynosił mniej niż 30 km, ale zawsze coś.
Ten od dawna niewykorzystywany system przyda nam się do opisania procesów zachodzących także w każdym innym systemie, także w 12-krotnym, ale również w 2700-krotnym.
Wymienione liczby oznaczają liczbę równocześnie transmitowanych kanałów na jednej parze przewodów. Takie systemy były powszechnie i masowo wykorzystywane. Trzeba przyznać, że uzysk od czasu TN 1+1 jest imponujący: 2700 rozmów na jednej parze przewodów!
No, w rzeczywistości na jednej parze par (bo mamy dwa kierunki), a te pary nie są naprawdę „parami” lecz rurkami koncentrycznymi w kablach.
W każdym razie powyżej 300 kanałów.
Do 300 kanałów wykorzystywano specjalnie wykonane kable z parami symetrycznymi, które były w stanie transmitować pasmo powyżej 500 kHz.
Wróćmy do systemu 1+3.
Jak wskazuje nazwa, system przenosił trzy kanały nośne. Każdy kanał, jak wiemy, ma szerokość 4 kHz, także w SSB. Czyli zajmujemy pasmo 3 razy 4 = 12 kHz. Mamy dwa kierunki transmisji, czyli naprawdę zajmujemy 24 kHz. W praktyce w kierunku od A do B wykorzystywano zakres 4…16 kHz, a kierunku od B do A zakres 18…30 kHz.
No ale łatwo powiedzieć: 3 razy 4 daje 12, zajmujemy 12 kHz… to oznacza, że te trzy kanały muszą leżeć tuż koło siebie, bez żadnej przerwy. Ale jak to zrobić? Przecież żaden filtr nie wyodrębni takiego pasma, gdy z jednej strony mamy zapas 300 Hz, potem użyteczne pasmo aż do 3400 Hz, dalej sygnał zewowy 3825 (lub 3850) Hz,
a więc do 4 kHz mamy zapasu rzędu 160 Hz.
Takiemu zadaniu podałby tylko zespół drogich filtrów kwarcowych. Na tyle drogich, że takie rozwiązanie bywało stosowane tylko w tzw. „bogatych krajach” jak USA czy ZSRR. W większości sieci na świecie rozwiązanie polegało na pewnej sprytnej metodzie.
Tą metodą było formowanie tzw. grupy wstępnej, czyli zestawu trzech sąsiednich kanałów utworzonych za pomocą szeregu działań, które tu omówię od razu na podstawie ilustracji. A omówię dlatego, że dokładnie takie zasady stosuje się w systemach o większej krotności aż do 2700 kanałów na parę.
Schemat postępowania jest taki:
- Poszczególne kanały („rozmowy”) nakładamy na fale nośne 12, 16 i 20 kHz, modulacja SSB;
- Wykorzystujemy wstęgi górne;
- Pierwszy i trzeci produkt sumujemy zwrotnicą (są odległe o 4 kHz i da się to zrobić);
- Taką sumę sumujemy z kolei rozgałęźnikiem z tym środkowym produktem – tak utworzyliśmy właśnie ową grupę wstępną;
- Gotową grupę wstępną podajemy na modulator SSB z nośną 72 kHz (dla kierunku od A do B), wykorzystujemy górną wstęgę;
- Tę górną wstęgę modulujemy SSB na nośnej 100 kHz, bierzemy dolną wstęgę, która leży w pasmie 4 do 16 kHz.
Kto nie wierzy, niech sobie wykona dodawania lub odejmowania częstotliwości…
- Dla kierunku od B do A grupę wstępną podajemy na nośną 108 kHz (a nie 72 kHz),
- wykorzystujemy dolną wstęgę i podajemy ja na nośną 114 kHz
- dolna wstęga tej modulacji leży akurat w żądanym zakresie liniowym 18-30 kHz.
Jakie to proste, prawda?
Żartuję… Dodajmy, że ten skomplikowany schemat modulacji miał na celu skuteczne filtrowanie niepożądanych składników.
I w ten sposób niemałym wysiłkiem technicznym mamy dwukierunkowy trakt transmisyjny „aż” dla trzech kanałów telefonicznych.
Jeszcze więcej!
Zanudzilibyśmy się, gdyby opowiadać o każdym kolejnym systemie. Powiem tylko, że istniały systemy 12- lub 24-krotne o budowie dostosowanej do torów napowietrznych, a później kablowych, następnie system 60 lub 120-kanałowy, 300-kanałowy, 900- lub 960-kanałowy – aż do 1800 lub 2700 kanałów na jednej „parze”, czyli rurce koncentrycznej.
Z rosnącą krotnością obróbka sygnałów musiała być coraz bardziej wysublimowana: nie wystarczały zwykłe korektory, musiały być tzw. kosinusoidalne, które precyzyjnie korygowały „krzywiznę” charakterystyki przenoszenia.
Konieczne było stosowanie preemfazy i deemfazy, co znamy z nadajników UKF FM. I tak dalej. Są to zagadnienia bardzo ciekawe, ale warto je omawiać dopiero, gdy będzie takie zapotrzebowanie.
Spróbujemy jednak omówić ogólną ideę budowy sygnałów telefonicznych o coraz to większej krotności.
Grupa pierwotna
Poznaliśmy już pojęcie grupy wstępnej.
Ale rodzajów grup, czyli uformowanych zespołów kanałów telefonicznych mieszczących się obok siebie w konkretnym zakresie częstotliwości jest jeszcze kilka. Zacznijmy od grupy pierwotnej.
Grupa pierwotna stanowi podstawową „cegiełkę” dla wszelkich systemów od 12-krotnego wzwyż. Znormalizowano 5 takich grup, z których najwięcej zalet ma grupa B i ona jest powszechnie stosowana jako budulec dla wyższych krotności.
Grupa pierwotna podstawowa B (GPP B) leży w pasmie od 60 do 108 kHz, a tworzy się ją według koncepcji analogicznej do już znanej: różne nośne, filtry, wstęga dolna lub górna itp – jak w telefonii 1+3, tylko sygnałów jest więcej.
Dla kontroli ciągłości i regulacji poziomów grupy pierwotnej wykorzystuje się sygnały „pilotów” 84,08 kHz.
Grupa B jest jeszcze dlatego ciekawa, gdyż może „gościć” kanał modulacji radiofonicznej mono lub stereo, o czym za chwilę.
Jeżeli utworzymy dwie grupy B, przez kolejne modulacje SSB możemy utworzyć teletransmisyjny zestrój 24-kanałowy.
Jak dołączyć centralę międzymiastową do systemu telefonii nośnej?
Łącze dalekosiężne w technice telefonii nośnej zaczyna się i kończy w centralach telefonicznych międzymiastowych. Ale centrala pracuje jednotorowo tak jak aparat telefoniczny: oba kierunki rozmowy są przesyłane po jednej parze przewodów. Jak z tego zrobić łącze nośne?
W końcowych stacjach wzmacniakowych pracowały tzw. zakończenia kanałowe. Zobaczmy na schemacie jakie były ich zadania:
Podstawowa funkcja to rozdział kierunków transmisji za pomocą znanego nam już układu z rozgałęźnikiem i równoważnikiem toru.
Z prawej strony układ łączymy z wejściem i wyjściem przemienników kanałowych, czyli tych, które biorą udział w tworzeniu grupy wstępnej.
Zaznaczony zespół zewowy pośredniczy w przekształcaniu prądów dzwonienia (tych o częstotliwości kilkudziesięciu Hz i napięciu kilkudziesięciu woltów, wysyłanych z centrali z tzw. maszynki sygnałowej, które powodują uruchomienie dzwonka) w sygnały zewowe dla kanału nośnego, czyli 3825 Hz; te zespoły pracują oczywiście dwukierunkowo.
Grupa pierwotna idzie w świat
To teraz możemy pomyśleć jak takie sygnały telefoniczne na poziomie gotowej grupy przesłać w linii. Bo przecież górne częstotliwości pasma liniowego będą tłumione znacznie bardziej niż dolne, zupełnie tak samo jak telewizyjny kanał 48 będzie tłumiony w kablu znacznie bardziej niż kanał 9.
Skoro podaję tę analogię telewizyjną, łatwo można sobie wyobrazić, że urządzenia wzmacniakowe i odbiorcze muszą zawierać jakieś korektory poziomu wzmocnienia sygnału. Poziom sygnału „pływać” wraz z czasem, temperaturą, wilgotnością (bo tory były napowietrzne) – jak nad tym zapanować?
Rozwiązaniem jest dodanie do sygnałów telefonii dodatkowych sygnałów: prądów pilotujących, czyli „pilotów” liniowych (przedtem widzieliśmy już „pilota” grupy pierwotnej). W odbiorniku lub we wzmacniaczu na stacji wzmacniakowej istnieje specjalny odbiornik tych sygnałów; jeden pilot leży w niższej części pasma liniowego, a drugi w wyższej. I teraz już widzimy, że regulacja płaska i nachylona jest możliwa w sposób automatyczny przez pomiar tych pilotów.
Oparcie na pilotach dla utrzymania poziomu i charakterystyki kanału jest istotą systemów każdej wyższej krotności.
A co ze zwalczaniem szumów, które na liniach napowietrznych są szczególnie groźne?
Bez wdawania się w szczegóły: stosowano kompresję i ekspansję sygnału, coś jak system DNL w nagraniach magnetofonowych. W pewien sposób można to przyrównać do Dolby, jednak Dolby jest znacznie bardziej złożony. W każdym razie polega także na kompresji i ekspansji, które to procesy muszą być jak najdokładniej odwrotne, by nie zniekształcić sygnału podczas „odszumiania”.
Grupa wtórna i kolejne
Z pięciu grup pierwotnych B (GPP B) możemy wytworzyć zespół następny w hierarchii: grupę wtórną, czyli zbiór łącznie 60 kanałów telefonicznych.
Wyposażamy taką grupę w kolejne prądy pilotowe i przygotowujemy do puszczenia w świat jako system 60 lub 120-krotny…
… lub też bierzemy 5 grup wtórnych numer 2 i tworzymy… tak właśnie: grupę trójną, która zawiera aż 300 kanałów telefonicznych. Grupa trójna podstawowa pracuje w zakresie 812…2044 kHz. A zatem wchodzimy już w pasma megahercowe.
a w torze 300 kanałów możemy wypuścić w postaci albo 5 grup wtórnych, albo jako właśnie grupę trójną:
Z kolei gdy tak zmodulujemy 16 grup wtórnych, by leżały obok siebie w zakresie 60…4028 kHz, możemy transmitować 960 kanałów na jednej parze rurek koncentrycznych (znów dwa warianty tworzenia pasma liniowego):
I na tym nie koniec.
Z piętnastu grup trójnych możemy uformować grupę następnego rzędu: czwórną, zawierającą 900 kanałów i mającą szerokość 3872 kHz:
Jeżeli zbierzemy dwie takie grupy, otrzymamy system 1800-kanałowy, przy użyciu trzech grup czwórnych mamy system 2700-kanałowy. Takie systemy pracowały w Polsce, a pochodziły przede wszystkim od szwedzkiego Ericssona. W torze systemy najwyższych krotności mogły wyglądać tak:
Gdy weźmiemy kilka grup czwórnych…
Nie, to żart, nigdy nie powstało nic takiego jak „grupa piątna”. Systemy analogowe po prostu przestały być rozwijane, zresztą dalsze mnożenie krotności na jednej rurce przestałoby mieć sens – stacje wzmacniakowe musiałyby być chyba co pół kilometra. O wzmacnianiu sygnałów w systemach wielkiej krotności jeszcze opowiem.
Zamiast mnożenia grup wspomnę tylko jeszcze o systemie radzieckim o nazwie K-1920. Taki system pracował na południu Polski, a trasa wiodła od NRD poprzez Katowice, Kraków do Lwowa. Jak wskazuje nazwa, system potrafił przenosić 1920 kanałów telefonicznych, ale mógł tez zamiennie obsłużyć jedną transmisję TV i pozostawało jeszcze miejsce dla 300 kanałów telefonicznych.
I rzeczywiście w Polsce ta południowa magistrala przenosiła transmisje TV, co było jedynym przykładem innego sposobu transmisji TV niż liniami radiowymi. Wspomnienia mówią, że system K-1920 nie działał dobrze. Uczyliśmy się także o nim w Technikum…
Dlaczego w ogóle kanały zbiera się w grupę pierwotną, wtórną, trójną lub czwórną? Bo ułatwia to wydzielanie takiego zestawu kanałów telefonicznych na stacjach pośrednich.
Przykładowo można utworzyć w centralnej stacji wzmacniakowej w Warszawie zestrój 2700-krotny z trzech grup czwórnych, w Poznaniu „zabrać” jedną z nich, skierować do poznańskiej centrali międzymiastowej, a na jej miejsce wprowadzić grupę np. relacji Poznań-Szczecin. Nazywa się to „wydzielaniem grup w przelocie”. Można też tworzyć różne inne przypadki mając ustalony zespół kanałów we wspólnym „opakowaniu” w postaci grupy.
Zauważmy, że o ile w transmisji 12 kanałów w kablu górna częstotliwość to 108 kHz …
… przy transmisji 2700 kanałów górna częstotliwość w kablu to 12 388 kHz. Ponad 12 MHz! W radiu to odpowiada falom krótkim pasma 25 metrów.
… przy transmisji 2700 kanałów górna częstotliwość w kablu to 12 388 kHz. Ponad 12 MHz! W radiu to odpowiada falom krótkim pasma 25 metrów.
Nawet więc gdy użyjemy w kablu rurek normalnowymiarowych, tłumienność toru będzie bardzo duża. A przy tym dolna częstotliwość takiego zestroju wynosi „tylko” 316 kHz, zatem dla niej tłumienność toru będzie znacząco mniejsza. I trzeba sobie z taką nierównomiernością dać radę. Ale przede wszystkim musimy sobie dać radę z silnym tłumieniem sygnałów kilkumegahercowych w torach kabliowych!
Wzmacnianie sygnałów telefonii nośnej
Każdy system telefonii nośnej wykorzystywał cały łańcuch nieobsługiwanych stacji wzmacniakowych. Były one lokalizowane po prostu w gruncie w specjalnych szczelnych zasobnikach.
Jak często?
Dla kablowego systemu 12-krotnego między 20 a 30 kilometrów,
ale dla systemu 2700-krotnego na torach normalnowymiarowych co 4 km i 650 m,
a na torach małowymiarowych nawet co 2 kilometry!
A zatem średnio przy różnych krotnościach co kilka lub kilkanaście kilometrów.
Przy okazji: zabawne jest jak dziś odkrywcy takich obiektów w terenie przypisują im znamiona „tajności”. Większość z nich nie była w żaden sposób tajna, natomiast była powszechnie nieznana, co uchroniło je od złośliwej dewastacji. Dziś są odkrywane jako „porzucone” i powodują sensację.
Poza wykorzystywaniem kabli symetrycznych i koncentrycznych pewna niewielka część zestrojów nośnych była przesyłana w liniach radiowych, o których rozmawialiśmy w poprzednich odcinkach „wspomnieniowych”. Zawsze technika kablowa i radiowa współpracowały ze sobą, bo przecież uformowane pasma liniowe trzeba było kablowo doprowadzić do najbliższej stacji linii radiowej. W Poznaniu było to oczywiście Piątkowo, które było połączone kablami koncentrycznymi z dwiema poznańskimi stacjami wzmacniakowymi.
Oto fragment ulotki marketingowej wydanych przez poznański Zakład Radiokomunikacji i Teletransmisji w połowie lat 90.
Skąd takie stacje wzmacniakowe czerpały zasilanie? Oczywiście ze stacji wzmacniakowej końcowej, zwykle obsługiwanej.
Spójrzmy jeszcze raz na reprodukcję widoku kilku z całej szerokiej gamy urządzeń stacji wzmacniakowych. Fotografie pochodzą z katalogu fabrycznego Państwowych Zakładów Teletransmisyjnych w Warszawie, a ja opowiem dalej o zasilaniu stacji nieobsługiwanych.
Jeżeli tor nie jest długi, zasilanie przesyła się znanym nam już torem pochodnym, a urządzenia wzmacniakowe poszczególnych stacji podłączone są równolegle.
Jednak przy dłuższych traktach natężenie prądu w takim układzie równoległym byłoby zbyt duże. Zatem stosuje się układ szeregowy, który zawiera źródło prądowe o natężeniu ok. 60 mA, a poszczególne urządzenia w kolejnych stacjach wzmacniakowych pobierają sobie napięcie ze spadku np. na szeregowo włączonych diodach Zenera. Ale by to zagrało, napięcie wychodzące z urządzenia zasilającego na stacji obsługiwanej może sięgać dwóch tysięcy V!
I wszystko to działało. Jeżeli coś się uszkodziło, miejsce przerwania zasilania można było wykryć sprytnym układem z przekaźnikami, które zadziałały po chwilowym odwróceniu biegunowości zasilania. Zadziałał wówczas i podał sygnał alarmu przekaźnik na stacji niepobierającej prądu, czyli uszkodzonej.
Jak kontrolować poziom wzmocnienia na poszczególnych wzmacniakach? Na przykład przez wysłanie impulsu wypełnionego falą 4660 kHz. Ten impuls zostaje zawrócony na końcu traktu, a impulsy powrotne powinny mieć z góry znane amplitudy, jeżeli wszystko jest OK. A jak nie mają, wiemy po impulsach który wzmacniak to powoduje.
Jak widzimy ta technika była pełna sprytnych sztuczek, a wspomniałem tylko o kilku. Omówimy jeszcze dwie, jedna to ciekawostka, a druga to rzecz przez lata wielce użyteczna.
Magazyn generatorów?
Aby przeprowadzić te wszystkie modulacje, jakie prowadzą do utworzenia rozmaitych grup kanałów, potrzeba mnóstwo częstotliwości koniecznych do przemian. Czy zatem aż tyle generatorów musiało pracować w stacji? Przecież mogły się rozstroić każdy w inną stronę i system zacząłby śpiewać…
W rzeczywistości liczba generatorów była minimalna. Przyjrzyjmy się ogólnie tej grafice opisującej tworzenie sygnałów dla grupy pierwotnej: mamy tu jeden generator 8 kHz i dodatkowo kwarcowy generator pilota grupy pierwotnej 84,08 kHz.
Z tych 8 kHz (czasami 12 kHz) metodą bardzo silnego zniekształcania sinusa tworzymy przebiegi bogate w harmoniczne parzyste i nieparzyste. Wyodrębniamy je filtrami, wzmacniamy, jak trzeba – dzielimy – i mamy 10 różnych sygnałów z jednego generatora.
W jaki sposób tak silnie zniekształcamy sinus? Jeden z nauczycieli poznańskiego Technikum łączności mawiał, że „na skupie złomu znajdujemy najbardziej zardzewiały stary dławik, podłączamy i jakoś to poleci…”. Ten żart nie był daleki od prawdy, chodzi o specyficzny dławik magnesujący się impulsowo. Spójrzmy na przebiegi.
A ta ostatnia ciekawostka? Dotyczy wspomnianej już możliwości transmisji kanałów radiofonicznych.
A może radio zamiast telefonu?
Czy zastanawialiście się jak to było możliwe, że od rozgłośni radiowej w Warszawie programy radiowe (i to często stereo) były z pełną jakością przesyłane do licznych i dalekich stacji nadawczych? W jaki sposób przesłać z wysoką jakością program stereo z Warszawy do dalekiego Szczecina, Wrocławia czy Rzeszowa? Przecież żaden kabel tego chyba w pasmie akustycznym do kilkunastu kHz na takie odległości nie przeniesie?
No tak – nie przeniesie. Dlatego do transmisji modulacji radiofonicznej wykorzystywano właśnie takie grupy pierwotne telefonii jakie sobie tu omówiliśmy.
Ale najpierw trochę o tych sygnałach audycji radiofonicznych.
Dla modulacji monofonicznej wykorzystywane były znormalizowane międzynarodowo kanały klasy A. Pasmo pracy takiego łącza to 50 Hz do 10 kHz.
Nic wiec dziwnego, że w Internecie do dziś spotyka się opinie, że radio nawet na UKF czasami dawniej grało z niską jakością. Nie przesadzajmy, pasmo 10 kHz to wcale nie tak nisko, ale w porównaniu z późniejszymi programami stereo różnica jest od razu słyszalna.
Gdy pojawiło się stereo na UKF, konieczne było zbudowanie także łączy modulacyjnych stereofonicznych. Przy tej okazji postanowiono zaniechać używania kanałów klasy A, lecz stosować wyłącznie kanały klasy Q. Nazywano to siecią „łączy złotych”.
„Złote” łącze Q ma pasmo akustyczne od 40 Hz do 15 kHz i mniejsze dopuszczalne odchyłki charakterystyki częstotliwościowej, jest więc naprawdę wysokiej jakości.
Co jednak z tym przesyłaniem modulacji radiowej na duże odległości?
Nasuwa się taki pomysł: a może te sygnały akustyczne przesyłać w grupach telefonicznych zamiast telefonii?
I jak łatwo zgadnąć, tak to się działo. Dla programu stereo i jego dwóch jednakowych kanałów (lewego i prawego) wymagane jak widać około 30 kHz „miejsca” w widmie, zatem dla utworzenia takiego łącza trzeba zająć całą grupę pierwotną szerokości 48 kHz.
Ponadto przy takiej budowie sygnału trzeba było szczególnie zadbać o brak zakłóceń, szumu i utrzymanie dopuszczalnych niewielkich różnic fazowych między kanałami, co by popsuło efekt stereofoniczny.
Toteż na początku łącza radiofonicznego stosowano dodatkową preemfazę, a na stacji końcowej – deemfazę, do tego kompresję i ekspansję sygnału.
Całość podlegała więc bardzo złożonej obróbce, ale na końcu grało to tak, jakby przechodziło po prostu przez dobry kabel i mało kto przypuszczał jakie to jest skomplikowane.
Starsi widzowie tego filmu może pamiętają jeszcze audycje w jednym z programów w latach 80, bodajże w cyklu „Wieczór stereo”. W pewnym momencie Polskie Radio we współpracy z resortem łączności zrobiło słuchaczom niespodziankę: audycja zaczęła się muzyką, która o dziwo zagrała jakoś „ostrzej”, lepiej niż zwykle. Słuchacze to zauważyli i telefonowali do rozgłośni. Na końcu audycji wyjaśniono, że na czas tego programu na łączach (tworzonych w opisany tu sposób) była wyłączana kompresja i ekspansja.
A zatem te procesy nie były bez wpływu na jakość brzmieniową, choć nie wpływały na szerokość pasma akustycznego.
Tyle tylko, że brak kompresji mógł powodować zakłócenia na telefonii pracującej na tej samej stacji wzmacniakowej. Ale eksperyment przeprowadzono, potem wielokrotnie kontynuowano, lecz wyłącznie na potrzeby tej jednej cyklicznej audycji muzycznej.
A teraz: dalekopis zamiast telefonu
Kanały i grupy telefoniczne były „podkładem” nie tylko dla łączy radiofonicznych, ale także dość często dla łączy telegraficznych. Przykładowo w pasmie telefonicznym 300…3400 Hz można przesłać 24 różne „rozmowy” telegraficzne. Nazywa się to telegrafią wielokrotną i powszechnie było wykorzystywane dla sieci dalekopisowych, które z natury żądają głównie połączeń dalekosiężnych – jeszcze bardziej niż telefonia.
Tu mamy typowe kanały 50 Bd (bodów), co oznacza, że można przesłać, a dalekopis musi wydrukować 7 znaków pisarskich w ciągu sekundy. Po dzisiejszemu byłaby to transmisja z prędkością „aż” 50 bitów na sekundę…
W Polsce pracowały dwie niezależne sieci telegraficzne: sieć „TELEX”, która służyła dalekopisom na przykład w zakładach i redakcjach mediów …
… oraz sieć „GENTEX” która była wewnętrzną siecią Poczty Polskiej i służyła wyłącznie do przesyłania telegramów (te dalekopisy drukowały na paskach papieru, które potem w urzędzie naklejano na urzędowy blankiet i w takiej postaci doręczano przez gońca do adresata w domu).
Dalekopis taśmowy dla sieci „telegramowej” (GENTEX)
O telegrafii można by zrobić odrębny odcinek filmu, to kolejna bogata dziedzina telekomunikacji. Dziś telegrafia to sms, poczta elektroniczna i wszelkie formy pisania w programach komunikatorowych.
A na dziś wystarczy tyle.
Dedykacja
To opracowanie popularyzatorskie dedykuję pamięci mgr. inż. Mieczysława Rohloffa, wybitnego nauczyciela szkolnego i akademickiego, przez wiele lat Kierownika Działu Służby Telekomunikacyjnej poznańskiego okręgu przedsiębiorstwa państwowego Polska Poczta, Telegraf i Telefon. Czasem dodawał „i patefon”.