Стандартизация в области связи и проблемы стандартизации в телефонии

Лекция №2.

Значимость стандартизации в области связи невозможно переоценить [2]. Для преодоления проблем стандартизации в телефонии создана Международная консультативная организацию по телефонии (ITU-T). Если вы работаете в области связи, то вам необходимо придерживаться стандартов, прежде всего национальных, а если их нет или они малодоступны, то международных. Получить некоторую информацию о стандартах в области телефонии можно на сервере ITU-T или на сервере Европейского института стандартизации в области связи. К сожалению, эта информация считается коммерческой и за нее надо платить.

Стандартизацией телефонии в России занимается Министерство связи и их головной институт в этом вопросе - ЛОНИИС. Первичным источником всех стандартов в России, в котором непосвященному человеку трудно разобраться, является Руководящий Документ по построению Общегосударственной Системы Телефонной связи (ОгСТфС). Лицензию на проведение сертификационных испытаний (процедуры, призванной установить соответствие некоторого устройства стандартам) имеет и ряд других подразделений Министерства связи и ГосСтандарта. Однако лучше всего пользоваться услугами ЛОНИИС, т.к. там действительно работают высококлассные специалисты, да и по деньгам это не самый дорогой вариант.

Рассмотрим, как устроен абонентский комплект. Для подключения оконечного аналогового телефонного устройства к телефонной станции используется аналоговая абонентская линия, имеющая более строгое название - Z-интерфейс. Именно сюда подключается обычный телефонный аппарат с помощью 2-х проводов. Это патриарх телефонный связи. Стандарт на него сформировался еще в 30-е годы прошлого века и с тех пор претерпел весьма незначительные изменения. На нем лежит отпечаток уровня техники и технологий тех лет. И, как часто это бывает, то, что на уровне стародавних технологий реализовывалось сравнительно просто, а может быть, и вообще было единственным разумным способом реализации, через некоторое время превратилось в технологический архаизм. Однако деваться некуда – по сей день существует громадное количество абонентских устройств, работающих в этом стандарте.

Полный стандарт на Z-интерфейс содержит достаточно много информации. Остановимся на основных моментах.

Для передачи и приема речевой информации используются всего 2 провода. По ним же осуществляется дистанционное питание оконечного абонентского устройства и вся сигнализация - трубка снята, трубка опущена и набор номера. Согласно требованиям на телефонные аппараты абонентская линия должна обеспечивать ток не менее 18 мА. Для создания такого тока используется станционная линейная батарея с номинальным значением напряжения -60В или -48В. Легко заметить, что чем больше напряжение станционной батареи, тем более длинные абонентские линии будут поддерживаться. Для рационального использования энергоресурсов, уменьшения тепла, выделяемого в абонентских комплектах, и увеличения допустимой длины абонентской линии современные АТС используют схемы со стабилизацией тока питания абонентского шлейфа. Номинальное значение тока, в этом случае, обычно делается равным 25-30 мА. Замыкание/размыкание абонентского шлейфа, с помощью контакта телефонного аппарата, используется и для передачи информации на станцию о том, что трубка телефонного аппарата снята и о наборе номера.

Другой непременный атрибут абонентской линии - электрическая симметрия проводов. В общем случае, для количественной оценки симметрии служит так называемый коэффициент затухания асимметрии. Это частотно зависимый параметр, нормируемый в области полосы рабочих частот. Чем больше коэффициент затухания асимметрии, тем меньше абонентская линия чувствительна к внешним помехам. Следствием недостаточной симметрии абонентской линии является прослушивание посторонних сигналов - других разговоров, фона переменного тока 50Гц, канала радиотрансляции и т.д. Для выполнения данного параметра электрическая схема абонентского комплекта должна обеспечивать достаточно высокий модуль комплексного сопротивления каждого из проводов относительно земли во всем диапазоне рабочих частот.

В первых АТС коммутация разговорного тракта осуществлялась двумя проводами. Поэтому абонентская линия традиционно двухпроводная. То есть для передачи и приема информации используются одни и те же провода. Это еще и большая экономия меди. Однако за все нужно платить. Платить приходится тогда, когда становится необходимостью к такой линии подключать 4-х проводные устройства, то есть устройства, в которых отдельно обрабатываются сигналы в канале передачи и канале приема. Это и каналообразующая аппаратура и 4-х проводные схемы коммутации (все цифровые схемы работают по 4-х проводной схеме), да и, практически, любые современные абонентские устройства. Схема, которая преобразует 2-х проводную линию в 4-х проводную так и называется схема преобразования 2-4 или противоместной схемой. Обычно она выполняется на базе мостовой схемы. Одно плечо моста - 2х проводная линия, противоположное плечо (или, в общем случае, одно из плеч моста) балансный контур, а диагонали моста - прием и передача 4-х проводной части. Балансный контур призван обеспечить балансировку моста и максимум затухания в 4-х проводной части со стороны передачи на сторону приема. Однако, учитывая то, что импеданс со стороны абонентской линии в общем случае величина переменная, достигнуть больших значений этого затухания не представляется возможным. Более того, этот импеданс является переменной величиной, изменяющейся как в процессе установления соединения, так и от одного соединения к другому.

С целью увеличения затухания в 4-х проводной части во всей полосе рабочих частот балансный контур рекомендуется делать с комплексным импедансом, поскольку в импедансе стандартной абонентской линии присутствует и реактивная составляющая. Нормируется, однако, не импеданс балансного контура, а входное сопротивление абонентского комплекта, которое является, в общем случае, производным от первого.

Конечное затухание между каналами приема и передачи в 4-х проводной части приводит к появлению так называемого электрического эха. Это создает ряд очень крупных проблем для телефонной связи, которые решаются в разных случаях по-разному. Например, в современных модемах, где очень важно иметь хорошее разделение между каналами приема и передачи в дополнение к описанной выше схеме делается так называемый эхокомпенсатор. Для спутниковых каналов, где временная задержка распространения сигнала достигает сотен миллисекунд и больше и эхо становится уже заметным для слуха человека, так же устанавливаются эхокомпенсаторы или, что хуже, эхозаградители.

Абонентский комплект должен обеспечивать посылку в абонентскую линию сигнала так называемого индукторного вызова, представляющего собой переменное напряжение синусоидальной или достаточно близкой к синусоидальной формы с частотой 25Гц и действующим значением 95В. Попытки упростить вызывное устройство путем подачи вызывного напряжения частотой 50Гц или используя чисто прямоугольный сигнал, несут за собой возникновение ряда неприятных последствий, в ряду которых наиболее серьезным является отказ абонентского устройства распознать такой вызывной сигнал.

Генератор индукторного вызова современной АТС, полностью соответствующий всем требованиям, является довольно сложным устройством. В некоторых АТС для этой цели используется отдельный процессор. Во-первых, требуется обеспечить сигнал, довольно близкий к синусоиде, при достаточно точной частоте генерации. Ну и конечно, при всем при том, хочется избежать подстроечных элементов. Цифровой синтез сигнала при этом не имеет альтернатив. Есть еще определенные нюансы в построении этого генератора, которые вообще не оставляют шансов аналоговым генераторам (например на базе моста Вина).

Для решения описанных выше проблем при разработке схем современных абонентских комплектов существует целый класс микросхем, выполненных, как правило, по гибридной технологии, имеющих общее название SLIC (Subscriber Line Interface Circut). Сама элементная база абонентского комплекта (собственно - одна эта микросхема) обойдется Вам в 3-4 раза дороже, чем аналогичный комплект на дискретной логике, однако позволит быстро получить гарантированно полноценно работающую схему.

В абонентский комплект современных цифровых АТС, кроме схемы преобразования 2-4, входит и устройство, обеспечивающее преобразование аналогового канала в цифровой и обратно. Такое устройство функционально состоит их следующих элементов: фильтр и кодер в канале преобразования A-D и декодер с фильтром в канале преобразования D-A. Фильтр, является необходимым компонентом для формирования канала с полосой пропускания 0.3.. 3.4 кГц, являющегося стандартным для телефонной связи, ну и необходимым согласно теореме Котельникова. Все описанные здесь функции современная элементная база реализует на одной микросхеме, называемой кофидеком. Частота дискретизации в современной телефонии равна 8 кГц. Число уровней квантования - 256 (8 разрядов). Таким образом современный кофидек создает цифровой поток со скоростью 64 кбит/сек. Кодирование аналогового сигнала, используемое в телефонии, принято называть ИКМ (Импульсно-Кодовая Mодуляция) или PCM (Pulse Code Modulation) кодированием.

Подсчитано, что стандартный АЦП должен иметь примерно 12 разрядов (4096 уровней квантования) для передачи речи с требуемым в телефонии качеством. Тем не менее, кофидеки обходятся восемью при том же, практически, качестве. Это достигается путем компандирования входного сигнала, то есть шкала преобразования кофидеков нелинейная. Существуют, А и μ законы компандирования, являющиеся стандартами, соответственно, для Европы и Америки. Стандартом на первичный цифровой канал 64 кбит/сек для России (ITU-T) является так же инверсия нечетных бит.

Непременным атрибутом абонентского комплекта являются элементы защиты от перенапряжений. Обычно их разделяют на 2 класса - элементы защиты от превышения тока и элементы защиты от превышения напряжения. Элементами защиты от тока являются токочувствительные элементы, резко увеличивающие свое сопротивление при превышении определенных значений токов в проводах абонентской линии. Это могут быть и обычные плавкие предохранители или так называемые термокатушки и автоматически восстанавливаемые современные элементы - позисторы. Для защиты абонентского комплекта от перенапряжений используются грозоразрядники или варисторы. Очень часто все эти элементы защиты устанавливаются не непосредственно в абонентском комплекте, а в кроссе АТС.

Дата добавления: 2015-06-04