Устройство и принцип работы аналоговых и цифровых телефонных аппаратов. Методы обслуживания телефонных станций

В факсах обычно предусматривается встроенный модем, но для многих персональных компьютеров требуются отдельные модемы. В настоящее время выпускаются модемы размером не более кредитной карточки, встраиваемые в оборудование либо вставляемые в гнездо (для сменной платы) портативного факса или ноутбука.

Линии передачи

Сигналы, вырабатываемые абонентской аппаратурой, передаются по проводной, радиорелейной или волоконно-оптической линии на ближайшую АТС. Все АТС, через которые устанавливается соединение с другим абонентом, связаны между собой соединительными линиями передачи с большим числом каналов.

Проводные линии. Местная сеть начинается с двухпроводных абонентских линий, обслуживаемых АТС. Число таких линий может составлять 80 000 и более. В районе с высокой плотностью населения на АТС может быть несколько блоков коммутации абонентских линий. Для вызова абонента, обслуживаемого другим коммутационным блоком, нужен свободный канал в многоканальном кабеле, называемом соединительной линией (внутри- или межстанционной).

Телефонные линии, которыми оборудуются почти все жилые дома, выполняются из медного провода с пластмассовой изоляцией. Источником электропитания абонентских линий служит центральная аккумуляторная батарея АТС с напряжением 48 В постоянного тока, непрерывно подзаряжаемая выпрямителем сетевого тока. При временном отключении сетевого напряжения батарея может в течение 3 ч обеспечивать нормальную работу АТС. Предусматривается резервный электрогенератор для подзарядки батареи в аварийном режиме. В самых современных системах абонентских линий до 96 соседних скрученных пар объединяются в телефонной подстанции. Подстанция преобразует аналоговые сигналы абонентских скрученных пар в цифровые, которые объединяются методом мультиплексирования с временнм уплотнением, благодаря чему снижается стоимость линейного строительства. (В аналоговых межстанционных соединительных линиях применяется метод мультиплексирования с частотным уплотнением.) На АТС производится демультиплексирование сигналов для адресации на те или иные контакты блока коммутации абонентских линий. Электрический речевой сигнал постепенно ослабляется ("затухает") в процессе прохождения разговорного тракта и поэтому требует усиления в критических точках тракта. Аналоговый промежуточный усилитель усиливает не только полезный речевой сигнал, но и наложившийся на него шум. Поэтому в цифровых линиях связи, особенно междугородных, применяется т.н. регенератор. Он не просто усиливает сигнал, имеющий вид последовательности несколько искаженных из-за пройденного расстояния цифровых импульсов, а восстанавливает их первоначальную прямоугольную форму, устраняя шумовые искажения. Он восстанавливает также временные интервалы между импульсами, так что к следующему регенератору сигнал посылается уже без искажений.

Радиорелейные линии. Радиорелейная линия представляет собой цепочку ретрансляторов для радиоволн СВЧ-диапазона. Ретрансляторы устанавливаются на высоких башнях на расстояниях 50-70 км. По радиорелейной линии могут передаваться как аналоговые, так и цифровые сигналы. Атмосферные и промышленные помехи не оказывают значительного влияния на радиорелейную связь.

Промежуточным пунктом радиорелейной линии может служить геостационарный искусственный спутник Земли .Поскольку расстояние до него составляет около 35 000 км, при двусторонних переговорах возникает заметная задержка. В настоящее время спутниковая связь используется в основном для телевизионного вещания и односторонней передачи данных. В некоторых районах без кабельной телефонной сети, например на Аляске, имеются компактные цифровые системы спутниковой связи, обслуживающие небольшие поселки с сотней телефонных аппаратов.

Волоконно-оптические линии. В 1980-х годах появилась новая телефонная подстанция, соединяемая с АТС оптическим кабелем. В ней по двум парам (одна - резервная) стеклянных оптических волокон толщиной с волос передается до 96 одновременных двусторонних переговоров. Дополнительная электронная аппаратура повышает емкость такой подстанции до 768 каналов одновременной цифровой телефонной связи. Оптический кабель содержит от 2 до 12 стеклянных оптических волокон в плоском формате и 144 - в жгутовом. Каждое волокно имеет на одном конце источник света, а на другом - фотоприемник. Источником света обычно служит полупроводниковый лазер или миниатюрный светодиод. Используется свет инфракрасной части спектра. Лазер преобразует цифровые электрические сигналы в последовательность импульсов инфракрасного света со скоростью следования от 45 млн. до 3,5 млрд. бит/с. Фотоприемник снова преобразует последовательность световых импульсов в цифровой электрический сигнал.

В оптических регенераторах процесс регенерации несколько осложняется необходимостью преобразования оптических сигналов в электрические и обратно. Оптические регенераторы особенно важны для межконтинентальных подводных оптических кабелей, прокладываемых по дну океана. Самый длинный такой кабель (25 000 км) был проложен в середине 1990-х годов через Тихий океан. Для оптических подводных кабелей нужно меньше регенераторов (встраиваемых непосредственно в кабель до его прокладки), чем этого требовали ранее коаксиальные кабели. Подводный оптический кабель обычно представляет собой медную трубу, покрытую снаружи слоем полиэтиленовой изоляции. Труба заполнена эластомером, отделенным от ее стенок оболочкой из стальных проволок. По оси кабеля проходит стальная проволока, а вокруг нее в эластомер вделаны шесть стеклянных оптических волокон связи. Два из них являются резервными на случай выхода из строя любой другой пары. Медная труба, напрессованная на плетеную проволочную оболочку, обеспечивает герметизацию и служит одним из проводников цепи электропитания для всей электроники кабеля. Оптический кабель не воспринимает электрических помех. Такой кабель считается "супермагистралью" систем связи, поскольку обладает очень большой информационной пропускной способностью. Если для кабеля с медными проводниками максимальная скорость передачи цифровых данных составляет около 1,5 Мбит/с и необходима регенерация сигнала через каждые 3 км, то оптический кабель способен передавать информацию со скоростью 3,4 Гбит/с при расстоянии между регенераторами, достигающем 70 км. В пересчете на телефонные линии дуплексной (двусторонней) связи частота 1,5 Мбит/с соответствует 24 речевым каналам, а частота 3,4 Гбит/с - 48 384 цифровым речевым каналам. Применение волоконной оптики в абонентских линиях может дать абоненту эквивалент нескольких высококачественных двусторонних видеосигналов, а также компьютерных услуг в диалоговом режиме и факсимильной передачи.

Коммутационные системы

Соединение абонентов для телефонных переговоров осуществляет посредством коммутационных устройств автоматическая телефонная станция (АТС). Телефонный аппарат через скрученную пару абонентской линии подключается к коммутационному блоку ближайшей АТС с контактами для обслуживания до 512 абонентских линий. Несколько смонтированных вместе блоков коммутации абонентских линий составляют электронную коммутационную систему, которая может быть запрограммирована на предоставление абонентам наряду с обычными дополнительных видов обслуживания. Среди них наибольшее распространение получили ждущий вызов (уведомление абонента, говорящего по телефону, о поступлении нового вызова), переадресация вызова при отсутствии вызываемого абонента, конференц-связь (одновременное соединение с несколькими абонентами), сокращенный набор номера и т.д. Одна АТС может обслуживать многие тысячи подключенных к ней абонентов. Если вызываемый абонент подключен к той же самой АТС, то путь соединения не выходит за пределы абонентской сети данной АТС. Если же вызываемый абонент подключен к другой АТС, то соединение устанавливается через многоканальную соединительную линию. В случае междугородного вызова соединение устанавливается через междугородную телефонную станцию (МТС), которая обычно не имеет подключенных непосредственно к ней абонентских линий. Международные вызовы осуществляются через станции межсетевого сопряжения, снабженные специальным оборудованием для преобразования сигналов и различных параметров передачи.

Электронные АТС. Коммутационная техника телефонных станций прошла через шесть фаз развития: ручное переключение, панельный коммутатор, шаговый искатель, координатный искатель, аналоговая электронная АТС и цифровая электронная АТС. Последние два вида доминируют в настоящее время в мировом телефонном сетевом трафике. В конце концов, как ожидается, вся телефонная нагрузка будет обслуживаться цифровыми электронными АТС. В более отдаленном будущем, возможно, появятся фотонные АТС. Первая аналоговая электронная АТС (на 4000 абонентов, с компьютерным управлением) была введена в действие в 1965 (Сакасанна, шт. Нью-Джерси). Она действовала на основе принципа коммутации с пространственным разделением каналов; все изменения видов обслуживания и других характеристик коммутации производились путем программных, а не аппаратных изменений. Линии цифровой передачи мультиплексированных речевых сигналов начали действовать в 1962 в Чикаго. Такая передача требует преобразования аналоговых по своей природе звуков речи в цифровой сигнал методом импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Непрерывно меняющаяся интенсивность звука определенной частоты заменяется тысячами ее отдельных значений в секунду. Каждое дискретное значение (для основной телефонной полосы частот 4000 Гц их 8000 в секунду) преобразуется в 8-разрядный двоичный код, что дает стандартный цифровой речевой сигнал с частотой следования 64 Кбит/с. Однако для коммутации этот цифровой сигнал приходится преобразовывать в аналоговый. Первая цифровая электронная АТС, введенная в действие в 1982 в Сенеке (шт. Иллинойс), допускала прямое подключение оптических кабелей к абонентскому комплекту без предварительного фотонно-электронного преобразования сигнала. Такая цифровая АТС модели 5ESS стала в настоящее время одной из самых распространенных в мире. Подобные АТС обслуживают уже около 60 млн. линий. В некоторых странах они используются в качестве станций сопряжения с международными сетями. Эффективность ИКМ-преобразования повышается компандированием - сжатием динамического диапазона сигнала при передаче и расширением при приеме. В разных странах применяются два несовместимых друг с другом метода ИКМ-компандирования. В США, Канаде и немногих других странах используется закон компандирования с мю-характеристикой, тогда как в остальных странах мира - с A-характеристикой. По международной договоренности страны с мю-законом осуществляют преобразование кода, или транскодирование, мю-A. Введение новых иерархий волоконно-оптических сетей в странах с мю- и A-законами компандирования вносит дополнительные усложнения. Различия уже имеются в цифровых иерархиях проводных сетей Северной Америки, Европы и Азии. Японская цифровая система представляет собой вариант североамериканского стандарта. Остальные страны мира пользуются стандартами, разработанными Конференцией европейских управлений почты и телефонно-телеграфной связи (CEPT). Были спроектированы три поколения подводных оптических кабелей с последовательно повышающейся скоростью мультиплексной передачи. Кабели первого поколения (введенные в действие в конце 1988 и начале 1989) обеспечивают передачу со скоростью 280 Мбит/с на одну волоконно-оптическую пару, а кабели второго поколения (введенные в действие в 1992) - со скоростью 560 Мбит/с на пару. Кабели третьего поколения (введенные в действие в середине 1990-х годов) обеспечивают скорость передачи, равную 5 Гбит/с на одну волоконно-оптическую пару. В кабелях третьего поколения применено промежуточное оптическое усиление, исключающее необходимость в преобразовании импульсного светового сигнала в электрический для регенерации. Благодаря этому дополнительно повысились надежность, пропускная способность и экономичность системы. В настоящее время для волоконно-оптических систем вводятся новые иерархии стандартов цифрового мультиплексирования: в США - синхронная сеть оптической связи (SONET), в других странах мира - система синхронной цифровой иерархии (SDH), причем первая из них основана на мю-законе, а вторая - на A-законе кодирования-декодирования. Самый низкочастотный мультиплексированный сигнал оптической несущей в системе SONET соответствует скорости передачи, равной 52 Мбит/с, а самый высокочастотный - 2,5 Гбит/с. Такого же порядка уровни иерархии SDH. В ближайшие годы должны быть добавлены дополнительные промежуточные и более высокие уровни. Такие синхронные цифровые сигналы получаются мультиплексированием плезиохронных или асинхронных сигналов, поступающих из менее скоростных частей сети. Исходящие цифровые сигналы абонентской аппаратуры по большей части являются асинхронными, т.е. данные вводятся нерегулярными группами, как, например, при вводе текста с клавиатуры для передачи на другой компьютер.

Пакетная коммутация. Передача цифрового сигнала по единому и непрерывному тракту - не единственный возможный вариант. Метод пакетной коммутации, первоначально разработанный в США для государственной компьютерной сети ARPANET (созданной по заказу ARPA - управления перспективного планирования научно-исследовательских работ министерства обороны США), составляет техническую основу глобальной сети INTERNET, которой в настоящее время пользуются миллионы владельцев персональных компьютеров. При таком методе единое сообщение, передаваемое в цифровой форме, разбивается на многочисленные малые пакеты, и каждый из них снабжается идентифицирующими данными начальной и конечной точек соединения. Устройство пакетной коммутации направляет эти пакеты в сеть общего пользования по различным трактам в зависимости от занятости цепей. Адресная информация пакетов обеспечивает их прохождение по сети до оконечной точки соединения. Хотя пакеты достигают этой точки по разным трактам, собираются они здесь в нужной последовательности. В телефонии такой вид соединения называется виртуальной цепью, поскольку сообщение в конце концов выдается целиком, как если бы оно передавалось по единому и непрерывному тракту. Пакетная коммутация позволяет намного увеличить полезную нагрузку имеющейся системы цепей, так как пакеты "вставляются" всякий раз, как только устройство пакетной коммутации обнаруживает переговорную паузу в имеющихся цепях. Метод пакетной коммутации необычайно быстро распространяется, но имеет свои недостатки. При двусторонних речевых переговорах, осуществляемых пакетным методом, возникают трудности с обеспечением непрерывности, а для передачи движущихся телевизионных изображений скорость передачи оказывается недостаточной. Один из новых подходов к пакетной коммутации основан на использовании значительно больших пакетов с более подробными данными вызова, сопровождающими сообщение абонента. Эти дополнительные данные помогают пакету "проскочить" по трактам с повышенной скоростью передачи, таким, как волоконно-оптические системы с иерархией SONET и SDH. Более высокая скорость передачи может обеспечить более гладкую сборку пакетов в полные сообщения в конечной точке соединения. Еще одно усовершенствование - интеллектуальная сеть, в которой не только телефонная компания, но и ее абоненты сами могут управлять сетью дальней связи, пользуясь компьютерами (со специальными программами), установленными в коммутационных системах и стратегических точках сети. Привилегированный абонент может, не обращаясь к персоналу телефонной компании, только программными средствами устанавливать и аннулировать временные сетевые конфигурации или виды обслуживания. Компьютерные системы контролируют такое обслуживание и выписывают соответствующие счета оплаты. Самый последний вариант интеллектуальной сети - глобальная интеллектуальная сеть, в которой могут временно устанавливаться международные цепи и особые виды обслуживания. При этом используются международные межсетевые коммутирующие интерфейсы, благодаря чему такие абоненты, как международные компании и организации, получают возможность пользоваться для своих надобностей виртуальными некоммутируемыми сетями при нормальном функционировании коммутируемых сетей общего пользования. Метод виртуальной, т.е. программно-определяемой, сети позволяет снижать сетевые расходы абонентов за счет автоматического выбора наинизшего тарифа для конкретной функции. К этому могут добавляться возможности специализированной маршрутизации вызова. Арендуемые сети с т.н. закрепленными линиями могут также приобретаться в собственность для длительного пользования.

Коммутация сотовой связи. В сотовой телефонной связи используется особый вид коммутации. В крупном городе такая связь может осуществляться с помощью 10-20 приемно-передающих антенн. Все они подключены наземными линиями к коммутационной подсистеме, которая может быть либо централизованной, либо распределенной по зоне обслуживания в соответствии с потребностями трафика. Коммутационная подсистема соединяет каждый вызов с АТС обычной телефонной сети. Эта подсистема контролирует операции в сотовой ячейке, осуществляет соединения и разъединения и регистрирует данные вызова для оплаты. Сотовая сеть следит за перемещением телефона абонента, продолжающего телефонный разговор, и определяет, когда следует переключить вызов с одной сотовой ячейки на другую, чтобы не снизилось качество приема и передачи.

Общие принципы технической эксплуатации телефонных станций

1. Техническое обслуживание и ремонт оборудования телефонной станции

2. Техническое обслуживание оборудования телефонной станции - совокупность технических решений и организационных мероприятий по обнаружению и устранению неисправностей с целью обеспечения выполнения оборудованием требуемых функций с заданным качеством обслуживания.

3. Система технического обслуживания оборудования телефонной станции реализуется с помощью программных и аппаратных средств станции. Большая часть операций технического обслуживания выполняется автоматически и включается в общий алгоритм функционирования станции.

4. Техническое обслуживание основной части оборудования цифровых станций осуществляется контрольно- корректирующим методом. Часть оборудования может обслуживаться профилактическим методом.

5. Контрольно-корректирующий метод технического обслуживания основан на автоматическом контроле работы оборудования и качества обслуживания вызовов и предусматривает устранение повреждений после получения информации от системы контроля об обнаружении неисправностей или выходе параметров качества обслуживания вызовов за пределы допустимых эксплуатационных норм.

6. Профилактический метод технического обслуживания предусматривает проведение периодических плановых проверок оборудования, имеющих своей целью обнаружение и устранение повреждений прежде, чем они скажутся на качестве обслуживания вызовов.

Профилактическое техническое обслуживание выполняется через определенные временные интервалы и направлено на уменьшение вероятности отказа и улучшение работоспособности станции.

Периодичность профилактических испытаний определяется надежностью контролируемого оборудования и наличием средств встроенного автоматического контроля за его состоянием.