Номер 1, страница 270 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Глава 3. Световые явления. Электромагнитные волны. Итоги главы 3. Проекты и исследования - номер 1, страница 270.

Условие.

1. «Развитие средств и способов передачи информации на далёкие расстояния с давних времён и до наших дней. Принцип действия сотовой связи» (возможная форма: презентация, реферат, макет).

Решение.

Решение 2.

Развитие средств и способов передачи информации на далёкие расстояния с давних времён и до наших дней.

История передачи информации на дальние расстояния — это история технологического прогресса человечества, отражающая его стремление преодолеть пространство и время. Развитие можно разделить на несколько ключевых этапов.

Доэлектрическая эра:

• Гонцы и почтовые системы: Самый древний способ — доставка сообщений людьми (гонцами) или с помощью животных (например, почтовые голуби). Эффективность зависела от скорости передвижения и надёжности маршрутов. Древние империи, такие как Персидская и Римская, создавали разветвлённые почтовые сети с конными станциями для быстрой смены гонцов.
• Звуковые сигналы: Для быстрой передачи простых сигналов на относительно небольшие расстояния использовались барабаны, рога, колокола. Такие системы применялись для оповещения о приближении врага, созыва на собрание или передачи других условных знаков.
• Световые и дымовые сигналы: Костры на возвышенностях, дымовые сигналы днём и огонь ночью позволяли передавать информацию на десятки километров. Древние греки, по легенде, известили о падении Трои с помощью цепи сигнальных костров. Позже появились более сложные системы, такие как гелиограф (использующий солнечное зеркало) и семафорная азбука (например, оптический телеграф Шаппа во Франции в конце XVIII века), которые могли передавать сложные сообщения с помощью определённой последовательности сигналов.

Электрическая эра:

• Электрический телеграф (середина XIX века): Изобретение Сэмюэлем Морзе телеграфного аппарата и азбуки Морзе произвело революцию в связи. Электрические импульсы, передаваемые по проводам, позволяли почти мгновенно отправлять сообщения на тысячи километров. Прокладка трансатлантического телеграфного кабеля в 1858 году соединила континенты, кардинально изменив мировую экономику, политику и журналистику.
• Телефон (1876 год): Александр Белл запатентовал устройство, способное преобразовывать звуковые колебания голоса в электрические сигналы и обратно. Телефон позволил вести разговор в реальном времени, сделав общение более личным и оперативным. Телефонные сети быстро распространились по всему миру.
• Радио (конец XIX - начало XX века): Эксперименты Генриха Герца, Александра Попова и Гульельмо Маркони привели к созданию беспроводной связи. Радиоволны позволили передавать информацию (сначала с помощью азбуки Морзе, а затем и голос) без необходимости прокладки кабелей. Это открыло эру радиовещания, морской и авиационной связи, а также стало основой для будущих технологий.

Современная эра (XX-XXI века):

• Телевидение: Развитие технологий передачи изображения привело к появлению телевидения, которое стало главным источником информации и развлечений для миллионов людей.
• Спутниковая связь: Запуск первого искусственного спутника Земли в 1957 году открыл возможность для глобальной связи. Спутники-ретрансляторы обеспечивают передачу телефонных разговоров, телевизионных сигналов и данных через океаны и на самые отдалённые территории.
• Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС): Использование света, передаваемого по тончайшим стеклянным волокнам, позволило достичь огромной скорости и пропускной способности каналов связи. Современный интернет во многом обязан именно подводным и наземным оптоволоконным кабелям.
• Интернет и цифровая связь: Появление интернета как глобальной сети, объединяющей компьютеры, стало вершиной эволюции средств связи. Электронная почта, мессенджеры, видеоконференции, социальные сети — всё это способы мгновенной передачи практически любого объёма информации в любую точку планеты. Основой является пакетная передача данных, где информация разбивается на небольшие цифровые пакеты и передаётся по сети независимо друг от друга.
• Сотовая связь: Технология, позволившая сделать связь мобильной и персональной. Она сочетает в себе принципы радиосвязи и сложную сетевую инфраструктуру, о которой речь пойдёт ниже.

Ответ:

Принцип действия сотовой связи.

Сотовая связь — это вид мобильной радиосвязи, в основе которого лежит так называемый сотовый принцип. Территория покрытия делится на участки — «соты» (от англ. cell — ячейка, сота), имеющие форму, близкую к шестиугольнику. Каждая сота обслуживается своей базовой станцией (БС).

Ключевые компоненты системы сотовой связи:

• Мобильное устройство (телефон, смартфон): Это приёмопередатчик, который связывается с ближайшей базовой станцией.
• Базовая станция (БС): Комплекс приёмопередающей аппаратуры (антенны и оборудование), который обеспечивает связь с мобильными устройствами в пределах своей соты. Базовые станции обычно размещают на вышках или крышах зданий.
• Контроллер базовых станций (BSC): Управляет группой базовых станций, распределяет радиоканалы, контролирует мощность сигналов и обеспечивает передачу обслуживания абонента от одной БС к другой (хэндовер).
• Центр коммутации (MSC): «Сердце» сети. Он выполняет функции обычной телефонной станции: устанавливает соединения между абонентами, обеспечивает выход на другие сети (городскую телефонную сеть, другие операторы сотовой связи, интернет). Также здесь хранятся данные об абонентах (в регистрах HLR и VLR).

Как работает сотовая связь (упрощённая схема):

1. Включение телефона и регистрация в сети. При включении телефон сканирует эфир в поиске сигналов от базовых станций. Он выбирает станцию с самым сильным сигналом и отправляет ей свой уникальный идентификационный код. Базовая станция передаёт эту информацию через контроллер в центр коммутации. Центр коммутации проверяет, есть ли данный абонент в его базе данных (HLR - Home Location Register) и разрешает ему доступ к сети. С этого момента сеть «знает», в какой соте находится абонент, и может направить ему входящий вызов.
2. Исходящий вызов. Когда вы набираете номер, ваш телефон посылает запрос на установление соединения на свою базовую станцию. БС через контроллер передаёт запрос в центр коммутации. MSC анализирует номер и направляет вызов либо абоненту внутри своей сети, либо в другую сеть (например, городскую).
3. Входящий вызов. Когда кто-то звонит вам, вызов поступает в центр коммутации вашего оператора. MSC по данным из HLR определяет, в зоне действия какого контроллера и какой базовой станции вы находитесь в данный момент. Затем он отправляет сигнал вызова на эту базовую станцию, а та передаёт его на ваш телефон.
4. Передача обслуживания (хэндовер). Если во время разговора вы перемещаетесь из одной соты в другую, сеть должна обеспечить непрерывность связи. Ваш телефон постоянно измеряет уровень сигнала от текущей и соседних базовых станций. Когда сигнал от соседней БС становится сильнее, чем от текущей, телефон сообщает об этом в сеть. Контроллер базовых станций даёт команду на переключение вашего разговора с одной базовой станции на другую. Этот процесс происходит очень быстро (доли секунды) и незаметно для абонента.

Повторное использование частот:

Ключевое преимущество сотового принципа — это эффективное использование ограниченного частотного ресурса. Весь доступный диапазон частот делится на группы. Соседние соты всегда используют разные наборы частот, чтобы не создавать помех друг другу. Однако те же самые частоты можно повторно использовать в сотах, которые находятся на достаточном удалении друг от друга. Это позволяет обслуживать огромное количество абонентов на ограниченной территории, используя ограниченное число радиоканалов.

Поколения сотовой связи (1G, 2G, 3G, 4G, 5G):

Эволюция сотовой связи связана с переходом на новые стандарты (поколения), которые обеспечивают более высокую скорость передачи данных, лучшее качество голоса и новые услуги.

• 1G: Аналоговая связь, только для передачи голоса.
• 2G (например, GSM): Цифровая связь, появилось шифрование, SMS-сообщения, низкоскоростная передача данных (GPRS, EDGE).
• 3G (например, UMTS): Высокоскоростной мобильный интернет, возможность видеозвонков.
• 4G (LTE): Очень высокая скорость передачи данных, основанная на протоколе IP, сопоставимая с проводным интернетом.
• 5G: Сверхвысокие скорости, минимальные задержки, возможность подключения огромного количества устройств («интернет вещей»).

Ответ: