Аналоговая телефонная сеть
В общем случае сеть электросвязи состоит из передатчиков и приёмников информации, коммутационных узлов и каналов, посредством которых эти передатчики и приёмники соединяются с коммутационными станциями, а последние с коммутационными узлами.
Процесс преобразования речевых сигналов в электрические сигналы, передача их на расстояние и преобразование этих сигналов опять в речь называется телефонной передачей речи. Для осуществления телефонной передачи речи создаются системы телефонной связи. Основу этих систем составляют телефонные тракты, включающие приёмопередающие акустико-электрические (микрофон М) и электроакустические (телефоны Т) преобразователи, являющиеся частями телефонного аппарата ТА, а также соединительные тракты, состоящие из линейных (абонентская линия АЛ, соединительная линия СЛ) и станционных (телефонная станция ТС) устройств.
Телефонные тракты могут быть двухпроводными, четырёхпроводными и комбинированными, т.е. состоящими из двух и четырёхпроводных участков. Четырёхпроводный телефонный тракт показан на рисунке 2.1.
Рис. 2.1.
Он содержит 2 двухпроводных телефонных тракта в виде физических воздушных или кабельных линий. Его также можно образовать в многоканальной системе передачи с частотным или временным разделением каналов. В нём разнесены направления передачи сообщений по отдельным парам проводов. Такого типа телефонный тракт используется при передаче данных на большие расстояния (междугородняя телефонная связь). По такому тракту возможна передача информации одновременно в двух направлениях без существенных искажений, т.к. он устойчив против самовозбуждения из-за незначительного электромагнитного влияния в параллельных линиях связи и характеризуется незначительной акустической связью между микрофоном и телефоном.
Разнесение направлений передачи данных по двум независимым парам, кроме того, значительно упрощает задачу построения на базе такого четырёхпроводного тракта многоканальных систем связи с частотным или временным разделением каналов.
Применение четырёхпроводных трактов городской черте экономически не выгодно, т.к. четыре жилы в кабеле или четыре провода в воздушной линии связи значительно удорожает систему. Поэтому на небольших расстояниях могут использоваться двухпроводные тракты. Такой двухпроводный тракт показан на рисунке 2.2.
Рис. 2.2.
Для этого в ТА вводят двухобмоточный трансформатор ТР для подключения ТА к двухпроводной абонентской линии.
Стремление повысить эффективность использования линии связи путём создания на её основе многоканальной системы передачи данных, требующих перехода от двухпроводных к четырёхпроводным трактам, приводит к появлению комбинированных телефонных трактов, представленных на рисунке 2.3.
Рис. 2.3,
где ДС – дифференциальная система.
Несовершенство балансировки реальных дифференциальных систем и большое число последовательно включённых таких систем снижает устойчивость тракта к самовозбуждению. Поэтому в настоящее время на ТС вместо ДС ставят коммутационные системы.
Цифровая телефония
Цифровые системы телефонной связи обладают рядом положительных свойств, отличающих их от аналоговых телефонных систем:
- простота группообразования (организация многоканальных систем передачи данных);
- простота сигнализации;
- возможность использования современных интегральных технологий;
- интеграция систем передачи и коммутации;
- возможность работы при малых значениях сигнал-шум;
- регенерация сигналов;
- приспосабливаемость к другим видам обслуживания;
- возможность контроля рабочих характеристик;
- лёгкость засекречивания цифровой информации методами криптографии.
При построении многоканальных систем передачи данных эффективность таких систем по существу обусловлена обменом стоимости оконечных электронных узлов тракта передачи данных на стоимость многих пар проводов в тракте. Этот обмен с каждым годом становится все более выгодным. Используемый в цифровых многоканальных системах метод временного разделения каналов значительно дешевле метода частотного разделения каналов в аналоговых многоканальных системах. В аналоговых многоканальных системах также может использоваться и достаточно просто метод временного разделения каналов. Но в этом случае узкие аналоговые импульсы сильно подвержены действию помех и искажений и их нельзя, как в цифровых системах, устранить с помощью регенерации.
Все управляющие сигналы в телефонной сети (вызов, отбой, цифры адреса и др.) по своей природе являются цифровыми и, следовательно, достаточно просто реализуются в цифровых системах, в то время как для аналоговых систем это является сложной и дорогой процедурой.
С развитием ЭВМ появились мощные технологии производства цифровых схем в виде БИС и СБИС, что позволило значительно снизить стоимость таких схем, при наличии у них высоких показателей качества работы. Все это можно использовать при реализации цифровых АТС.
Интегрирование систем передачи информации и коммутации за счет использования единого цифрового способа представления и обработки сигналов позволяет исключить каналообразующие блоки аналоговых систем, исключить многократные аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразования, и, тем самым, существенно увеличить качество передачи речи.
При передаче цифровых сигналов их амплитуда поддерживается постоянной, что обеспечивает требуемое качество речи при относительно небольших отношениях сигнал/шум.
Для цифровых сигналов достаточно просто реализуется процедура регенерации, т.е. восстановление исходной формы импульсов. Наличие таких регенераторов в линии связи позволяет практически исключить ошибки при передаче данных и тем самым увеличить качество передачи речи.
Любое цифровое сообщение, независимо от того, было ли оно первоначально представлено в цифровой форме или получилось после преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму, может быть представлено в едином формате. Поэтому по линиям цифровой телефонной связи могут дополнительно передаваться любые другие виды данных в цифровой форме.
Возможность использования помехоустойчивых кодов позволяет контролировать и исправлять ошибки в передаваемых данных.
Основной проблемой при построении цифровых систем телефонной связи является преобразование первичных аналоговых сигналов в цифровую форму. При таком преобразовании используется импульсно-кодовая модуляция непрерывных сигналов. В многоканальных системах цифровой телефонной связи основным является метод временного разделения каналов.
Для построения цифровых телефонных систем в 1960 году МККТТ и МОС был принят международный стандарт РСМ 64 кбит/с. Этот стандарт предусматривает преобразование аналоговых речевых сигналов в 64 кбит/с цифровой сигнал на основе импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Человеческий голос можно воспроизводить с приемлемым качеством в полосе частот от 200 Гц до 3400 Гц. Согласно теореме отсчетов для преобразования речевых сигналов требуется частота выборок 8 кГц или 8000 выборок в секунду. Каждая выборка представляется цифровым 8-разрядным кодом. Поэтому общая скорость ИКМ сигнала составит 8000×8=64 кбит/с. На основе этого стандарта строятся современные цифровые телефонные системы, которые в последнее время реализуются в виде интегрированных систем, позволяющих передавать не только речевую информацию, но и видеоданные, и цифровые данные ЭВМ.
Системы телеграфной связи
В системах телеграфной связи в качестве первичных сигналов используются равномерные двоичные коды, например, Международный Телеграфный код №2, рекомендованный МККТТ. В нашей стране используются 7-битовые и 8-битовые коды, являющиеся модификацией стандартных международных кодов.
Передача двоичных кодов по каналам телеграфной связи может осуществляться последовательным или параллельным способами.
При последовательном способе каждая кодовая комбинация последовательно бит за битом передается по каналу связи КС.
При параллельном способе все биты кодовой комбинации одновременно передаются по каналу связи.
В обоих указанных способах не накладываются какие-либо ограничения на моменты начала передачи элементов кодовой комбинации и их длительность, поэтому эти способы передачи называют асинхронными.
На практике чаще всего в оконечных устройствах систем передачи телеграфных сообщений формирование в источнике сообщений кодовых комбинаций и их воспроизведение в приёмнике осуществляется в параллельном коде, а передача их по каналам связи осуществляется последовательно, как показано на рисунке 2.4.
Рис. 2.4.
Для этого в ИС и П имеется распределитель Р, с помощью которого на передаче осуществляется поочередное подключение элементов кодовой комбинации а1, а2, …, аn к каналу связи КС, а на приёме – поочередное подключение КС к элементам регистрирующего устройства b1, b2, …, bn. Очевидно, что для правильного приёма кодовых комбинаций при таком способе передачи необходимо обеспечить одинаковую скорость работы распределителей ИС и П, т.е. синхронность и синфазность (в одинаковой фазе). Поэтому такой способ называется синхронным.
Кодовые комбинации, соответствующие различным символам телеграфных сообщений передаются по каналу связи непрерывно одна за другой, т.е. в приёмник поступает непрерывная последовательность единичных элементов кодовых комбинаций. Для правильного их приёма и идентификации необходимо определить начало и конец каждого единичного элемента, а также начало и конец кодовых комбинаций. Первая задача реализуется путём синхронизации по элементам, а вторая – путём фазирования по циклу.