Творческое задание, страница 97 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Творческое задание

Подготовьте сообщение по темам (на выбор):

1. Аналоговые и цифровые стандарты сотовой связи.

2. Системы спутниковой связи.

3. Коммуникационное развитие Республики Казахстан.

1. Аналоговые и цифровые стандарты сотовой связи.

Сотовая связь прошла путь от простых аналоговых систем для голосовых вызовов до сложных цифровых сетей, поддерживающих высокоскоростную передачу данных. Эта эволюция делится на поколения, каждое из которых представляет собой качественный скачок в технологии.

Аналоговые стандарты (1-е поколение, 1G)

Появившиеся в 1980-х годах, сети первого поколения были полностью аналоговыми. Голос передавался с помощью частотной модуляции (FM), подобно обычному радио. Для разделения абонентов в одной соте использовался метод частотного разделения каналов (FDMA), где каждому разговору выделялась своя уникальная частота. Основными стандартами были AMPS (в США), TACS (в Великобритании) и NMT (в скандинавских странах). Эти системы страдали от множества недостатков: низкая емкость сети, невысокое качество звука, подверженность помехам и полное отсутствие шифрования, что делало разговоры уязвимыми для прослушивания. Мобильные телефоны были большими, тяжелыми и дорогими.

Цифровые стандарты (2G, 3G, 4G, 5G)

Переход к цифровой обработке сигнала стал революцией в мобильной связи.

2-е поколение (2G): Появилось в начале 1990-х. Голосовой сигнал оцифровывался, что позволило применять алгоритмы сжатия и исправления ошибок. Это значительно улучшило качество звука, повысило помехоустойчивость и емкость сетей. Для разделения каналов стали использоваться технологии TDMA (временное разделение) и CDMA (кодовое разделение). Появилось шифрование, что сделало связь безопаснее. Важнейшим нововведением 2G стала услуга SMS (короткие сообщения). Глобальным стандартом стал GSM (Global System for Mobile Communications). Позже появились надстройки GPRS (2.5G) и EDGE (2.75G), которые впервые предложили пакетную передачу данных и открыли эру мобильного интернета.

3-е поколение (3G): Запущенные в начале 2000-х, сети 3G были спроектированы для быстрой передачи данных. Стандарты, такие как UMTS (на базе W-CDMA) и CDMA2000, позволили достичь скоростей, достаточных для комфортного веб-серфинга, видеозвонков и просмотра потокового видео. Это поколение сделало мобильный интернет по-настоящему массовым явлением.

4-е поколение (4G): Стандарт LTE (Long-Term Evolution) и его усовершенствованная версия LTE-Advanced, появившиеся в 2010-х годах, перевели мобильные сети полностью на IP-протокол. Даже голосовые вызовы стали передаваться как пакеты данных (технология VoLTE). Благодаря использованию технологий OFDMA и MIMO (несколько антенн на передачу и прием) скорости выросли на порядок, достигнув сотен мегабит в секунду. Это позволило смотреть видео в высоком разрешении, играть в онлайн-игры и использовать облачные сервисы без каких-либо ограничений.

5-е поколение (5G): Новейший стандарт, развертывание которого началось в конце 2010-х. 5G предлагает не просто рост скорости (eMBB), но и два принципиально новых сценария использования: сверхнадежную связь с низкой задержкой (URLLC) для таких задач, как управление беспилотным транспортом или удаленная хирургия, и массовое подключение устройств (mMTC) для Интернета вещей (IoT). 5G использует новые, более высокие частотные диапазоны (включая миллиметровые волны) и передовые технологии, такие как массивные MIMO и формирование луча (beamforming).

Ответ: Основное различие между аналоговыми и цифровыми стандартами заключается в способе представления сигнала: аналоговые используют непрерывный сигнал, а цифровые — дискретный (двоичный код). Этот переход позволил кардинально повысить качество, безопасность и емкость сетей, а также внедрить услуги передачи данных, которые легли в основу современной мобильной экосистемы от SMS до 5G-интернета.

2. Системы спутниковой связи.

Системы спутниковой связи — это комплексы, использующие искусственные спутники Земли в качестве ретрансляторов для передачи информации между наземными станциями. Такие системы обеспечивают связь в глобальном масштабе, покрывая даже самые удаленные и труднодоступные регионы, где прокладка наземных линий невозможна или экономически нецелесообразна. Основные компоненты системы: космический сегмент (спутники на орбите), наземный сегмент (центры управления и станции сопряжения) и абонентский сегмент (терминалы пользователей).

Спутники классифицируют в основном по типу их орбиты, что определяет ключевые характеристики системы:

Геостационарная орбита (GEO — Geostationary Earth Orbit)

Спутники находятся на высоте около 35 786 км над экватором. Их угловая скорость вращения совпадает со скоростью вращения Земли, поэтому для наземного наблюдателя спутник кажется неподвижным.
Преимущества: Один спутник может покрывать до трети земной поверхности. Наземным антеннам не нужна сложная система слежения. Идеально для теле- и радиовещания.
Недостатки: Большая задержка сигнала (около 500-600 мс на путь туда и обратно), что критично для интерактивных приложений (например, онлайн-игр или IP-телефонии). Слабое покрытие полярных регионов.
Примеры: Intelsat, Inmarsat, KazSat.

Средневысокая орбита (MEO — Medium Earth Orbit)

Спутники располагаются на высотах от 2 000 до 35 786 км.
Преимущества: Меньшая задержка сигнала (100-150 мс) и более сильный сигнал по сравнению с GEO. Зона покрытия одного спутника меньше, чем у GEO, но больше, чем у LEO.
Недостатки: Для глобального покрытия требуется группировка из нескольких десятков спутников. Наземные антенны должны отслеживать движение спутников.
Примеры: Навигационные системы GPS (США), ГЛОНАСС (Россия), Galileo (ЕС), а также система передачи данных O3b.

Низкая околоземная орбита (LEO — Low Earth Orbit)

Спутники вращаются на высоте от 160 до 2 000 км.
Преимущества: Минимальная задержка сигнала (20-40 мс), сравнимая с наземными оптоволоконными сетями. Сильный сигнал, что позволяет использовать компактные абонентские терминалы.
Недостатки: Очень малая зона покрытия одного спутника, из-за чего для обеспечения непрерывной глобальной связи требуются огромные группировки («мега-созвездия») из сотен или тысяч аппаратов. Спутники быстро движутся по небу, что требует сложного управления сетью.
Примеры: Системы спутниковой телефонии Iridium и Globalstar, а также современные системы глобального широкополосного доступа в интернет Starlink и OneWeb.

Ответ: Системы спутниковой связи обеспечивают глобальное покрытие для различных задач (вещание, навигация, интернет) и классифицируются по типу орбиты спутников (GEO, MEO, LEO), каждая из которых предлагает свой компромисс между задержкой сигнала, зоной покрытия и сложностью системы.

3. Коммуникационное развитие Республики Казахстан.

Республика Казахстан, обладая огромной территорией и низкой плотностью населения, активно развивает современные коммуникационные технологии для обеспечения повсеместной связи и ускорения цифровой трансформации экономики. Развитие идет по нескольким ключевым направлениям.

Фиксированная связь и интернет

Основную роль в развитии фиксированной инфраструктуры играет национальный оператор АО «Казахтелеком». В последние годы был сделан акцент на замене устаревших медных линий на современные волоконно-оптические сети по технологии GPON (Gigabit Passive Optical Network). Масштабный государственный проект «250+» направлен на обеспечение высокоскоростным доступом в интернет сельских населенных пунктов с численностью населения более 250 человек. Это позволяет сократить цифровое неравенство между городом и селом.

Мобильная связь

Рынок мобильной связи в Казахстане отличается высокой конкуренцией между основными операторами: Kcell (включая бренд Activ), Beeline и Tele2/Altel. Уровень проникновения мобильной связи превышает 100%, а мобильный интернет является основным способом выхода в сеть для большинства граждан. Страна успешно прошла этапы внедрения стандартов 2G, 3G и 4G (LTE), обеспечив широкое покрытие сетями четвертого поколения. С 2021 года началось активное тестирование и развертывание сетей 5G в крупнейших городах — Нур-Султане (ныне Астана), Алматы и Шымкенте. Планируется, что к 2025 году сети пятого поколения покроют все города республиканского значения.

Спутниковая связь

Казахстан развивает собственную космическую программу и имеет национальную систему спутниковой связи и вещания «KazSat». В настоящее время на геостационарной орбите работают спутники «KazSat-2» и «KazSat-3». Они обеспечивают телевизионное вещание, предоставляют услуги широкополосного доступа в интернет и создают защищенные каналы связи для государственных нужд и корпоративных клиентов. Наличие собственной спутниковой группировки позволяет обеспечивать связью отдаленные районы, снижать зависимость от зарубежных операторов и укреплять информационный суверенитет страны.

Государственные программы

Драйвером развития отрасли стала государственная программа «Цифровой Казахстан» (2018–2022 гг.), которая была направлена на создание цифровой инфраструктуры, повышение цифровой грамотности населения, развитие электронного правительства и цифровизацию отраслей экономики. Эти инициативы продолжаются в рамках новых национальных проектов.

Ответ: Коммуникационное развитие Казахстана характеризуется комплексным подходом: модернизация фиксированных сетей с помощью оптоволокна, активное внедрение передовых мобильных стандартов (4G/5G) и использование собственной спутниковой группировки KazSat для обеспечения связи на всей территории страны и достижения цифрового суверенитета.