Практическая телефония. Учебное пособие
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Технологический институт Федерального государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования «Южный федеральный университет»
А.М. ПИЛИПЕНКО
ПРАКТИЧЕСКАЯ ТЕЛЕФОНИЯ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Таганрог 2008
УДК 621.395 (075) П 324
Рецензенты:
проректор по научной работе Южно-российского государственного университета экономики и сервиса (ЮРГУЭС, г. Шахты), заведующий кафедрой «Радиоэлектронные системы» ЮРГУЭС, доктор технических наук, профессор В. И. Марчук;
инженер центра стажировки и консультационных услуг ООО
НПП «СПЕЦСТРОЙ-СВЯЗЬ» (г. Таганрог), кандидат технических наук, доцент С. В. Кучерявенко
Пилипенко А.М.
Практическая телефония: Учебное пособие. Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2008. – 52 с.
Рассмотрены основные принципы телефонной связи и перспективы развития телефонии, а также основные принципы построения, практической реализации и эксплуатации цифровых АТС на базе оборудования «ПРОТОН-ССС» НПП «СПЕЦСТРОЙСВЯЗЬ».
Учебное пособие предназначено для студентов специальности 210406 «Сети связи и системы коммутации», а также будет полезно для студентов других специальностей направления 210400 «Телекоммуникации».
© ТТИ ЮФУ, 2008 © А. М. Пилипенко, 2008
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ……………………………………………………. 4
1.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И СТАНДАРТИЗАЦИЯ В ТЕЛЕФОНИИ……………………………………………………... 5
1.1.Основные определения…………………………………….. 5
1.2.Международные организации по разработке стандартов
вобласти телекоммуникаций……………………………... 6
1.3.Стандартизация телекоммуникационных технологий в США и России……………………………………………… 7
2.ИСТОРИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕЛЕФОНИИ…. 9
2.1.Краткая историческая справка…………………………….. 9
2.2.Технология ISDN.................................................................... 10
2.3.Технологии DSL……………………………………………. 11
2.4.Технология HFC…………………………………………… 12
2.5.Беспроводные технологии………………………………… 13
3.ВЗАИМОУВЯЗАННАЯ СЕТЬ СВЯЗИ И НУМЕРАЦИЯ АБОНЕНТСКИХ ЛИНИЙ………………………………………... 15
3.1.Структура Взаимоувязанной сети связи………………….. 15
3.2.Нумерация абонентских линий на ОАКТС……………….. 16
4.ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПЕРЕДАЧИ РЕЧИ……………….. 20
4.1.Основы теории телефонного сообщения…………………. 20
4.2.Аппаратура передачи речи…………………..…………….. 22
4.3.Устройство телефонного аппарата………………………... 26
4.4.Перспективы развития телефонных аппаратов…………... 29
4.5.Системные телефонные аппараты…………………..…….. 33
5.ЦИФРОВЫЕ АВТОМАТИЧЕСКИЕ ТЕЛЕФОННЫЕ СТАНЦИИ…………………..…………………..………………… 37
5.1.Современные ЦАТС и их возможности…………………... 37
5.2.Назначение и область применения ЦАТС «Протон-ССС» 39
5.3.Основные технические характеристики ЦАТС «Протон-
ССС» …………………..…………………..……………….. 41
5.4.Принципы построения ЦАТС «Протон-ССС» ………….. 45
5.5.Перспективы развития ЦАТС…………………..…………. 47 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………..………… 50
ПРЕДИСЛОВИЕ
Развитие телефонной индустрии во многом обусловлено использованием передовых технологий в области информационного обмена и внедрением достижений компьютерной индустрии в действующие системы телекоммуникаций. Специалисты таких отраслей, как связь, компьютерная и аудиовизуальная индустрии, все больше имеют дело с одним и тем же объектом – цифровым сигналом, с помощью которого можно передать различные виды информации.
К основным видам передачи информации относятся: телеграфия, телефония, радиосвязь, телевидение, передача данных, Интернет. Объединение всех видов передачи информации является тенденцией нашего времени. При крупномасштабном внедрении в сеть электросвязи на всех участках цифровых систем передачи информации и цифровых коммутационных узлов появилась возможность организации интегрального (объединенного) вида электросвязи – цифровой сети с интеграцией обслуживания (Integrated Services Digital Network – ISDN). В ней абоненту может быть предоставлен любой из перечисленных видов связи, т. е. безразлично, что будет передавать абонент: речь, видеозапись или данные.
Телефонная сеть общего пользования (ТфОП) России и других стран мира предполагает рост емкости за счет введения новых современных цифровых коммутационных станций и замены устаревших автоматических телефонных станций (АТС) на основе декадношаговых и координатных электромеханических систем. Внедрение цифровой технологии в телефонные сети мотивируется желанием повысить уровень качества, добавить новые возможности и уменьшить стоимость телефонных услуг.
В данной работе рассматриваются технологии, используемые в современных телефонных устройствах – оконечных терминалах и АТС. В этих устройствах в настоящее время уже широко применяются коммутируемые цифровые каналы, как для передачи речи, так и данных. Устанавливаемое на сети коммутационное оборудование нового поколения может предоставлять абоненту значительно больше дополнительных возможностей связи, чем старое, электромеханическое.
4
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И СТАНДАРТИЗАЦИЯ В ТЕЛЕФОНИИ
1.1. Основные определения
Телефония – это область науки и техники, охватывающая изучение принципов построения систем телефонной связи и разработку аппаратуры для ее осуществления.
Телефонная связь – передача на расстояние речевой информации, осуществляемая электрическими сигналами, распространяющимися по проводам, или радиосигналами; вид электросвязи. Телефонная связь обеспечивает ведение устных переговоров между абонентами, удаленными друг от друга практически на любое расстояние.
Информация – сведения о каких-либо процессах, событиях, фактах или предметах. Известно, что 80 – 90 % информации человек получает через органы зрения и 10 – 20 % – через органы слуха. Другие органы чувств дают в сумме 1 – 2 % информации.
Сообщение – форма выражения (представления) информации. Различают оптические (телеграмма, письмо, фотография) и звуковые (речь, музыка) сообщения. Сообщения, предназначенные для обработки на компьютере, принято называть данными.
Информационный параметр сообщения – параметр, в измене-
нии которого «заложена» информация. Для звуковых сообщений информационным параметром является мгновенное значение звукового давления, для неподвижных изображений – коэффициент отражения, для подвижных – яркость свечения участков экрана.
Сигнал – физический процесс, отображающий передаваемое сообщение. Отображение сообщения обеспечивается изменением какой-либо физической величины, характеризующей процесс. Эта величина является информационным параметром сигнала. Для передачи сообщений на большие расстояния используют электрические сигналы, имеющие высокую скорость распространения.
Электросвязь – связь, основанная на использовании в качестве переносчиков сообщений электрических сигналов – сигналов электросвязи, включающих в себя сообщение и служебную информацию (например, различные виды сигнализации), необходимую для передачи данного сообщения.
5
1.2. Международные организации по разработке стандартов в области телекоммуникаций
Международные организации по разработке стандартов в об-
ласти телекоммуникаций – это организации, цель деятельности которых заключается в создании единых международных стандартов. Отсутствие единых стандартов приводит к несовместимости оборудования различных производителей и, как следствие, невозможности организации международной связи. Организации стандартизации обеспечивают условия для обсуждения прогрессивных технологий, утверждают результаты этих обсуждений в виде официальных стандартов, а также распространяют утвержденные стандарты.
Порядок работы организаций стандартизации по принятию стандартов может отличаться. Однако он схож в том, что производится несколько этапов разработки и обсуждения новых технологий, разработки проектов стандартов, голосования по всем или некоторым аспектам этих стандартов и, наконец, официального выпуска завершенных стандартов. Наиболее известными международными организациями стандартизации являются следующие:
Международный союз электросвязи (МСЭ, International Telecommunication Union – ITU) – устанавливает международные телекоммуникационные стандарты, которыми пользуется большинство стран мира. В состав МСЭ входят:
Телекоммуникационный сектор стандартизации Международного союза электросвязи (МСЭ-Т, Telecommunication Standardization Sector of International Telecommunication Union – ITU-T) – международная организация, разрабатывающая стандарты в области телефонии, телеграфии, оборудования и цепей передачи данных. МСЭ-Т – специализированный орган ООН, с 1993 года преемник Международного консультативного комитета по телеграфии и телефонии (МККТТ, International Telegraph and Telephone Consultative Committee – ITTCC). Стандарты ITU-T охватывают практически всю область телекоммуникаций.
Сектор радиосвязи Международного союза элек-
тросвязи (МСЭ-Р, Radiocommunication Sector of International
Telecommunication Union – ITU-R) – международная организа-
ция, контролирующая распределение и использование спектра
6
радиочастот. МСЭ-Р – специализированный орган ООН, с 1993 года преемник Международного консультативного комитета по радиовещанию (МККP, International Radio Consultative Committee – IRCC).
Международная организация стандартизации (МОС, International Standard Organization – ISO) – является автором стандар-
тов в различных областях деятельности, включая стандарты по телекоммуникациям. Членами ISO являются национальные организации стандартизации. Наиболее известным стандартом ISO в области телекоммуникаций является эталонная модель взаимодействия откры-
тых систем (Open systems Interconnections – OSI).
Европейский институт телекоммуникационных стан-
дартов (European Telecommunications Standards Institute – ETSI). Оп-
ределяет единую техническую политику в области телекоммуникаций для стран-членов Европейского сообщества. Наиболее известным стандартом ETSI является стандарт сотовой системы подвижной радиосвязи GSM (Global System for Mobile Communications).
Европейская конференция администраций почт и элек-
тросвязи (Conference of European Posts and Telecommunication Administrations – CEPT) – комитет, известный своей схемой (спецификацией) сжатия речи для передачи по линиям связи, разрабатывает также общеевропейские концепции сетей связи.
1.3. Стандартизация телекоммуникационных технологий в США и России
Североамериканские стандарты и стандарты МСЭ в прошлом были несовместимы. В настоящее время в США существует комитет по стандартам Т1 для формирования новых стандартов национальной сети США. Отделы Т1 и комитеты МСЭ-Т сейчас работают совместно для установления единых стандартов. Стандарты, относящиеся к телекоммуникациям, утверждают также следующие организации Северной Америки:
Национальный институт стандартизации США (American National Standard Institute – ANSI) – является координирующим органом добровольных групп по стандартизации в пределах США. ANSI является членом ISO. Широко известным стандартом ANSI по коммуникациям является FDDI (Fiber Distributed Data Interface) –
7
интерфейс для передачи распределённых данных по волоконнооптическим каналам.
Институт инженеров по электротехнике и электронике
(Institute of Electrical and Electronic Engineers – IEEE) – профессио-
нальная организация США, разрабатывающая стандарты для местных/региональных сетей. Стандарты локальных сетей LAN (Local Area Network) являются наиболее известными стандартами IEEE по телекоммуникациям.
В России работы по стандартизации в области связи ведутся на основе рекомендаций МСЭ следующими организациями:
Федеральное агентство по техническому регулированию
иметрологии (бывший Государственный комитет по стандартизации, метрологии и сертификации – Госстандарт) – находится в ведении Министерства промышленности и энергетики РФ. Осуществляет контроль и надзор за соблюдением обязательных требований государственных стандартов и технических регламентов.
Министерство информационных технологий и связи –
осуществляет функции по государственному регулированию в сфере информационных технологий, электросвязи, почтовой связи, теле- и радиовещания. Наиболее известным стандартом Минсвязи РФ являются «Нормы на электрические параметры КТЧ магистральной и внутризоновых первичных сетей» (1996 г.). При Минсвязи действуют:
Правительственная комиссия по федеральной связи – координирует действия органов исполнительной власти в области развития и совершенствования связи в РФ;
Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ)
– осуществляет регулирование использования радиочастотного спектра в РФ.
Следует отметить, что до 2003 года существовало Федеральное
агентство правительственной связи и информации при Президенте РФ (ФАПСИ). Основным направлением деятельности ФАПСИ являлось лицензирование и сертификация в области защиты информации с целью обеспечения информационной безопасности РФ. В настоящее время ФАПСИ упразднено, а его функции переданы ФСБ, Службе внешней разведки и Службе специальной связи и информации.
8
2. ИСТОРИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕЛЕФОНИИ
2.1.Краткая историческая справка
Внастоящее время происходит внедрение цифровых техноло-
гий в телефонию, для того чтобы повысить уровень качества, добавить новые возможности и уменьшить стоимость телефонных услуг. Очевидно, что цифровая сеть является естественной средой для услуг передачи данных. В связи с возрастающей доступностью цифровых сетей интегрального обслуживания (ЦСИО) происходит интегрирование систем передачи речи и данных.
Идея интегрирования речи и данных не нова. В середине XIX века доминирующим средством электросвязи была телеграфная связь (передача на расстояние буквенно-цифровых сообщений – телеграмм, с обязательной записью их в пункте приема). Начало телефонной связи было положено в 1876 г. изобретением телефонного аппарата (служит для передачи и приема речевой информации) Александром Грейамом Беллом (США), но в 1860 г. немецкий изобретатель Филлип Рейс разработал устройство для добавления речевых сообщений в телеграфный аппарат. В этом устройстве предполагалось поочередное использование проводов для передачи речи и передачи сообщений (т. е. для интегрированной передачи). Рейс, в сущности, всего лишь приспособил телеграфное устройство передачи сигнальной информации для экспериментов с голосом, но качество передачи речи оказалось весьма низким.
Для реализации синхронной передачи речи и телеграфных сообщений устройство на самом деле должно быть цифровым. Однако вследствие технологических ограничений в то время реализация такого устройства была невозможна, и в телефонных системах использовалась только аналоговая технология. В настоящее время ситуация существенно изменилась. Разработчики телефонного оборудования и поставщики услуг уже в достаточной степени располагают новыми технологиями, и перед ними стоят задачи эффективного использования этих технологий.
За время существования сети электросвязи телефонные операторы накопили большой опыт в передаче речи. Для выполнения этой задачи достаточен диапазон частот от 300 до 3400 Гц, называемый
каналом тональной частоты (КТЧ). Аудиосистемы класса HI-FI
9
способны воспроизводить звук без искажения в частотном диапазоне 20 – 20 000 Гц, а КТЧ (телефонного диапазона) хватает для того, чтобы абоненты могли узнать друг друга по голосу.
Телефонные станции нового поколения рассчитаны на работу с сигналами в цифровой форме (используется аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование сигналов), но абонентская линия (АЛ) по-прежнему остается аналоговой. Это объясняется тем, что большинство телефонных аппаратов абонентов не имеют устройств, обеспечивающих цифро-аналоговое преобразование речевого сигнала.
2.2. Технология ISDN
Понятие «цифровая абонентская линия» (ЦАЛ) тесно связано с появлением технологии ISDN, архитектура которой аналогична обычной коммутируемой телефонной сети. К абоненту ISDN подводится не аналоговый канал, как в обычной телефонной сети, а цифровой. Такой канал абонент может использовать как для телефонной связи, так и для подключения персонального компьютера. Для технологии ISDN было разработано оборудование, позволяющее по обычным медным парам, которые ранее использовались для аналоговой передачи телефонного трафика, транслировать потоки информации с высокой скоростью. В ISDN используют каналы двух типов:
B-канал (bearer channel, скорость 64 кбит/с) предназначен для передачи голоса или данных;
D-канал (скорость 16 или 64 кбит/с) используется для сигнализации, например передачи вызова и разрыва связи.
Большинство аналоговых абонентских линий при очень благоприятных условиях могут обеспечить пропускную способность до 33,6 кбит/с. Технология ISDN позволяет значительно повысить пропускную способность по сравнению с аналоговыми линиями и для нее были стандартизированы 2 уровня цифрового доступа:
1. BRI (Basic Rate Interface) – всемирный интерфейс доступа на базовой скорости (базовый интерфейс), обозначается также 2B + D или 2B1D, где пользователю предоставляются 2 B-канала и 1 D-канал (со скоростью 16 кбит/c). Стандарт BRI позволяет одновременно передавать данные, голос, графическую и видеоинформацию со скоростью 2·64 = 128 кбит/с. BRI используется в ISDN в случае обычной
10