Как работает городской телефон

Переменный (разговорный) ток не замыкается через центральную батарею, так как сопротивление дросселей для этого тока велико.

ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ

Простейший телефонный аппарат (абоненты 1 и 2 на рис.1) имеет следующие основные узлы:

Рис.1

На АТС с центральной батареей заземлен положительный полюс. Это позволяет
— в случае токов повреждения изоляции проводов линии избежать перехода разговорных с одной пары абонентов на другую, т.е избежать прослушивания разговора;
— упростить монтаж токораспределительных устройств и проводов питания на АТС;
— избежать разрушения электрических соединений вследствие электролиза.

Т.к. дроссель имеет малое сопротивление на постоянном токе и большое на переменном (конденсатор естественно наоборот), то при отсутствии речевого сигнала в цепи (трубка снята, ИК — разомкнут) будет протекать только постоянный ток по контуру плюс GB, L2, первичная обмотка Т1, ВМ1, РК1, L1, минус GB Аналогичный контур образуется в цепи ВМ2.

Переменный (разговорный) ток не замыкается через центральную батарею, так как сопротивление дросселей для этого тока велико.

На АТС в качестве дросселей часто используются двухобмоточные реле, служащие одновременно для получения сигнала о вызове станции абонентом и сигнала окончания разговора (отбоя).

Напряжение батареи GB в отечественных телефонных сетях составляет 60 В При подключении АУ к линии АТС (поднятие трубки) напряжение на ее зажимах падает до величины 5-15 В в зависимости от класса ТА Это происходит вследствие образования делителя напряжения, который состоит из сопротивления ТА (Рта) и сопротивления АТС (Rатс), которое включает в себя сопротивление обмоток реле R L1 и R L2 (Рис 2).

Ратс в зависимости от типа станции составляет для

— АТС-54 до 1500 Ом,
— АТСК до 1200 Ом,
— АТСКЭ до 700 Ом

Электрическое сопротивление ТА постоянному току при рабочем токе 35 мА в зависимости от класса ТА должно быть в пределах 160 — 600 Ом

В зависимости от способа набора номера телефонные аппараты делятся на аппараты с импульсным и частотным способом набора номера.

Первые для набора номера формируют в линии токовые и бестоковые посылки определенной длительности (импульсный код), вторые — комбинации определенных частот (многочастотный код). В нашей стране подавляющее большинство ТА и АТС используют импульсный код

1 Дальше вместо слов «низкой частоты» мы будем везде писать н. ч.

Микрофон. В проводном телефоне, а также в радиостанции типа «Урожай» применяется так называемый угольный микрофон. Его разрез показан схематически в левой части фиг. 1. Микрофон состоит из угольной колодки К и тонкой угольной пластинки — мембраны М, между которыми насыпан угольный порошок П, через который от мембраны к колодке проходит электрический ток батареи Б. Сопротивление угольного порошка электрическому току зависит от плотности прилегания друг к другу частиц порошка.

Предположим, что перед микрофоном колеблется струна с частотой 440 гц. При этом в воздухе вокруг струны распространяются звуковые волны, т. е. последовательные сжатия и разрежения воздуха. Каждое сжатие воздуха, достигнув мембраны, создает давление на нее.

При этом можно считать, что в те моменты, когда величина пульсирующего тока становится больше величины образующего его постоянного тока, переменный ток имеет то же направление, что и постоянный ток; в те же моменты, когда величина пульсирующего тока делается меньше постоянного тока, переменный ток течет навстречу постоянному току, ослабляя его. Эти переменный и постоянный ток и часто называют также переменной и постоянной составляющими (или слагающими) пульсирующего тока.

1 Постоянным током называется электрический ток, текущий все время в одном направлении и не изменяющийся по величине. Соответственно постоянным напряжением, постоянной электродвижущей силой (э. д. с.) называются f неизменные во времени напряжение, э. д. с.
2 Переменным током называется электрический ток, направление которого через равные промежутки времени изменяется. Величина его тоже непрерывно изменяется. Наибольшее ее значение называется амплитудой.

Проходя по сопротивлению, пульсирующий ток создает на нем пульсирующее напряжение (постоянное то направлению, но периодически изменяющееся по величине). Пульсирующее напряжение можно «разложить» на одновременно действующие постоянное и «переменное напряжения и назвать их соответственно постоянной и переменной составляющими напряжения.

При воздействии на микрофон сложных звуков, например при разговоре, на вторичной обмотке трансформатора получается ряд переменных э. д. с. с частотами, соответствующими передаваемому звуку.

Переменные электрические токи, э. д. с. и напряжения, возникающие в результате действия звука, по аналогии со звуковыми колебаниями часто называют электрическими колебаниями низкой (или звуковой) частоты1.

Телефон. Телефон электромагнитного типа содержит в себе постоянный магнит с полюсными наконечниками из мягкой стали, на которые надеты две катушки с обмоткой, состоящей из большого числа витков тонкого изолированного провода. Обмотки катушек соединены последовательно и их свободные концы выведены наружу. Вся магнитная система помещена в круглую коробку, сделанную из металла или пластмассы, нa края которой наложена круглая гонкая жестяная пластинка, носящая название мембраны.

1 Дальше вместо слов «низкой частоты» мы будем везде писать н. ч.

Она расположена близко к полюсным наконечникам, но не соприкасается с ними. Мембрана закрыта круглой раковиной (амбушюром), служащей для прикладывания к уху и имеющей в середине отверстие для прохода звука.

Величина звукового давления, создаваемого мембраной телефона, приблизительно пропорциональна величине переменного тока, идущего через телефон, или величине переменного напряжения, которое получается на обмотке электромагнитов телефона.

Чтобы каждый из пользующихся телефонной связью мог говорить и слушать своего собеседника, на каждом конце линии связи включаются микрофон с батареей и трансформатором и телефон.

Удивительно, но телефон это одно из самых простых устройств в вашем доме. Принципы телефонной связи не изменялись почти столетие. Если у вас есть старинный телефон, сохранившийся с 1930-х годов, можно подключить его к вашей телефонной розетке, и он будет работать нормально!

Опубликовано 11.12.2013 // 0 Комментарии

Хотя большинство из нас считают стационарный телефон само собой разумеющимся, телефон в вашем доме — одно из самых удивительных устройств, когда-либо созданных. Если вы хотите поговорить с кем-нибудь, все, что вам нужно сделать, это поднять трубку телефона и набрать несколько цифр. Вы в любой момент обратитесь к этому человеку и пообщаетесь с ним.

Телефонная сеть распространяется по всему миру, так что вы можете дозвониться почти к каждому на планете. Если вспомнить, что всего 100 лет назад и даже менее, посылка письменного сообщения кому-либо могла занимать несколько недель…

Удивительно, но телефон это одно из самых простых устройств в вашем доме. Принципы телефонной связи не изменялись почти столетие. Если у вас есть старинный телефон, сохранившийся с 1930-х годов, можно подключить его к вашей телефонной розетке, и он будет работать нормально!

Внутренности телефона

Простейший телефон состоит из трех частей:

1. Переключатель, подключающий и отключающий телефон от сети. Этот переключатель обычно называют рычажным переключателем. Он подключает телефон к сети, когда вы поднимаете трубку.

2. Динамик. Это, самый обычный динамик размером с 50 копеечную монету и сопротивлением 8 Ом.

3. Микрофон. В прошлом, телефонные микрофоны были крайне просты и состояли из гранул активированного угля, зажатого между двух тонких металлических пластин. Звуковые волны от вашего голоса сжимали и разжимали гранулы, меняя их сопротивление и регулировали ток, протекающий через микрофон.

И он будет работать! Вы можете набрать номер на этом телефоне, быстро нажимая на рычажный переключатель — все телефонные коммутаторы по-прежнему распознают «импульсный набор номера». Если вы поднимете трубку и быстро простучите по переключателю четыре раза, коммутатор телефонной компании поймет, что вы набрали «4».

Единственная проблема с таким телефоном, что во время разговора вы будете слышать свой голос через динамик.

Провода и кабели

Телефонная сеть начинается в вашем доме. Пара медных проводов бежит от вашего телефона до толстого кабеля, содержащего множество таких медных пар. В зависимости от того, где вы находитесь, этот толстый кабель будет входить непосредственно в коммутатор телефонной станции в вашем районе, или будет подключен в коробку размером, примерно, с холодильник, которая выступает в качестве цифрового концентратора.

Оцифровка и доставка голоса

Концентратор оцифровывает ваш голос с дискретизацией 8000 раз в секунду и 8-битным разрешением. Затем он собирает в себе ваш голос и десятки других, и отправляет их все в один провод (обычно коаксиальный кабель или волоконно-оптический кабель) ведущий к телефонной станции. Так или иначе, ваша линия соединяется с линейным разъединителем, и вы можете услышать длинный гудок, поднимая трубку.

Если вы вызываете кого-то, связанного с той же самой станцией, то переключатель просто создает замкнутую цепь между вашим телефоном и телефоном человека, которого вы набрали. Если это междугородний звонок, то ваш голос оцифровывается и объединяется с миллионами других голосов. Ваш голос, обычно, идет по волоконно-оптической линии в телефонную станцию принимающей стороны, но он может также быть передан спутником или вышками связи.

Создание собственной телефонной сети

Единственное, что ваш маленький домофон не сможет сделать — это позвонить на другой телефон, чтобы попросить человека на другом конце провода взять трубку. Для сигнала звонка подается 90 вольт переменного тока частотой 20 герц.

Подключение к телефонной станции состоит из двух медных проводов. По одному из них передается от 6 до 12 вольт постоянного тока, примерно 30 мА. Микрофон модулирует звуковые волны, динамик на другом конце воспроизводит этот модулированный сигнал. Вот и все.

Тональный набор

В телефонах современной системы, операторы были заменены на электронный переключатель. Когда вы поднимаете трубку, переключатель чувствует замыкание цепи и играет звук длинного гудка. Таким образом, вы знаете, что переключатель и ваш телефон работают. Звук длинного гудка — это сочетание 350 Герц тона и 440 Герц тона. Набор цифр номера также сопровождается звуками различной тональности. Если номер занят, вы слышите прерывистый сигнал «занято», который составлен из 480 Герц и 620 Герц тона.

Ширина полосы пропускания

В целях обеспечения более дальних звонков, передаваемые частоты ограничены полосой пропускания около 3000 Герц. Все частоты в вашем голосе ниже 400 Герц и выше 3400 Герц исключаются. От этого голос по междугородному телефону имеет характерное звучание.

Поэтому лучше не устраивать музыкальные перформансы по телефону, чтобы не стать героем анекдота:

Встречаются Петька и Василий Иванович. Василий Иванович говорит: «Что только люди находят в этих Битлз?! Они же поют монотонно!» Петька спрашивает: «Василий Иванович, да где же ты Битлов то слушал?!» Василий Иванович: «Как где? Мне вчера Фурманов пару их вещей напел по телефону…»

1. Изобретение телефона. Принцип работы телефона

1. Изобретение телефона. Принцип работы телефона

Демонстрация телефонного аппарата Белла в 1877 г.

Выходец из Шотландии Александр Грэм Белл, работавший в Бостоне с плохо слышащими и страдавшими дефектами речи людьми и в 1873 году ставший профессором физиологии в университете этого города, по роду своей работы должен был хорошо знать акустику и к тому же обладать острым слухом.

Однажды, когда его помощник вытаскивал из передающего устройства пластину, Беллу удалось уловить едва заметное дребезжание. Впоследствии же он выяснил, что пластинка замыкала и размыкала электрическую сеть. Так, по чистой случайности, был открыт «эффект телефонирования», буквально перевернувший мир.

Вскоре первый телефонный аппарат, представлявший собой кожаную мембрану, снабженную сигнальным рожком для усиления звука, был готов. Сначала он передавал только узнаваемое звучание голоса, и только три дня спустя после получения патента, 10 марта 1876 года, Беллу удалось доработать аппарат таким образом, чтобы он передавал отдельные слова.

Демонстрация телефона произвела на американские деловые круги настолько сильное впечатление, что это обстоятельство позволило изобретателю не только основать собственную «Телефонную компанию Белла», но и достаточно быстро превратить ее в преуспевающий концерн.

В 1877 году первая в мире телефонная линия связала канцелярию американского бизнесмена Уильдаса в Бостоне с его квартирой, а уже год спустя в городе Hью-Хейвене была установлена первая телефонная станция.

В 1878 году Томас Эдисон создал принципиально новый тип телефонного аппарата, введя в уже готовую схему индукционную катушку, сочетание которой с угольным микрофоном из прессованной сажи позволило существенно улучшить качество связи и обеспечить передачу звука на значительное расстояние.

Впрочем, совершенствование телефонной связи влекло за собой необходимость решения других проблем. Огромное значение для их разрешения имела схема телефонной станции, предусматривающая принцип электропитания от центральной батареи, предложенная в 1885 году русским изобретателем П.М. Голубицким (до этого питание было «местным» — к каждому аппарату присоединялась своя батарея). Эта система позволила создать центральные телефонные станции с десятками тысяч абонентских точек.

В декабре 1898-го состоялось торжественное открытие самой протяженной в Европе и первой в России междугородней линии Москва — Петербург. Станция, обслуживающая эту линию, расположилась в Центральной телеграфной конторе на улице Мясницкой, существующей в том же качестве и по сей день.

Стандартный телефонный аппарат состоит из корпуса, телефонной трубки и соединяющего их провода. Внутри пластикового корпуса размещены схема вызова и соединенный с ней частично выглядывающий наружу номеронабиратель, на внешней стороне которого расположены рычажный переключатель и диск (или кнопки) для набора номера.

Передающий, и приемный элементы (микрофон и громкоговоритель) телефонной трубки имеют по два выходных медных провода, присоединенных к четырем внутренним медным жилам спирального шнура, который соединяет трубку с корпусом телефонного аппарата.

2. Первые телефонные станции.

За более чем столетнюю историю существования таксофонные аппараты продвинулись далеко вперед, хотя та задача, которая возлагалась на них на заре всеобщей телефонизации, осталась прежней — обеспечивать связь вдали от того места, где есть стационарный домашний или рабочий телефон. Самые совершенные из них оснащены массой возможностей — от отсылки факсов до выхода в Интернет.

4. Факсимильная связь

Современные факсы, которыми оснащены сегодня едва ли не все офисы, имеют за своими плечами без малого 160 лет истории. А это означает, что первая факсовая машина, появившись на свет в 1843-м, на 33 года опередила изобретение телефона. Принцип работы этого аппарата, созданного шотландским изобретателем Александром Бэйном, заключался в том, что он считывал текст, написанный с помощью рельефных металлических букв, а затем передавал его по телеграфным проводам.

По мере совершенствования этих устройств скорость передачи повышалась, хотя и достаточно медленно: в 1974 году одну страницу можно было получить за 3 минуты, в 1980-м — за одну и лишь факсы последнего поколения в зависимости от модели способны передавать страничку в диапазоне от 6 до 1,7 секунды.

Да и стоимость факсимильного аппарата за это время претерпела существенные изменения.

Если самый совершенный факсимильный аппарат, изготовленный в 1882 году, был продан за 20 тыс. долларов, то сейчас самый дорогой аппарат можно приобрести за 1 тыс. долларов.

Эволюция стандартов факсимильной связи выглядит следующим образом: так называемый Group 1 (первый из принятых международных стандартов) вступил в силу сразу же после представления фирмой Xerox «телефонизированного» факса — в 1966 году, Group 2 — в 1978-м и наконец последний, Group 3, самый быстрый и качественный в плане передачи черно-белых изображений и являющийся общеупотребимым и по сей день, — в 1980 году.

Назначение модема заключается в том, чтобы посредством локальных вычислительных сетей (ЛВС) подключать один компьютер к другому, а с помощью телефонной сети соединяться с другими компьютерными сетями, в том числе с системой электронной почты. С его помощью можно переписываться с людьми из самых разных стран мира, узнавать последние новости, скачивать компьютерные программы, а также принимать и отправлять факсимильные сообщения.

Принцип работы этой технологии основан на преобразовании голосовых сигналов в сжатые пакеты данных, посылаемые другому абоненту по выделенным каналам связи, использующим IP-протоколы (в частности, на этом протоколе основана сеть Интернет), и последующей их декодировки обратно в голосовые сигналы.

Использование цифрового формата и выделенных каналов обеспечивает высокое качество связи, повышенную безопасность и конфиденциальность. В отличие от обычной телефонной связи IP-телефония не требует разветвленной сети АТС и специальных линий связи между ними, к тому же, предельно сжимая голосовые сигналы, она позволяет максимально использовать емкость телефонных линий.

Так как при таком способе соединения не задействуется телефонный оператор междугородней или международной связи, стоимость минуты разговора уменьшается в несколько раз.

Кроме того, звонить на любой телефон можно прямо со своего компьютера, установив предварительно специальное программное обеспечение и оснастив его звуковой картой, микрофоном и колонками или наушниками.

Это устройство, будучи подключенным к обычным абонентским линиям, позволяет определять номер звонящего абонента таким же образом, как это происходит на АТС.

И если изначально АОНы являлись специализированными и сложными устройствами, то с появлением недорогих и достаточно мощных микропроцессоров цифровая обработка поступающего сигнала стала общедоступной функцией для каждого абонента.

Хотя не стоит забывать и о том, что функция эта дополнительно нагружает телефонную сеть, а значит, и оплачивать ее нужно отдельно.

Некоторые разновидности АОНов могут совмещаться с компьютером, а также переадресовывать на мобильные телефоны те звонки, которые раздаются дома в наше отсутствие. И это явно не предел их возможностей.

11. Телефонная экспансия. Москва

Ну а теперь поговорим о главном инструменте связиста — телефонной трубке. Такие трубки выпускаются промышленностью. Но, честно говоря, за 15 лет работы в телефонии, я видел промышленный вариант только один раз. Практически все связисты изготавливают для себя трубки сами. Ниже приведен один из вариантов схемы такой «трубы» (почти «мобила»):

На десерт — несколько общих советов и редких неисправностей. Хотя, если вы всего лишь бегло просмотрели эту статью (а я в этом почти уверен), то совет будет только один — прочитайте ее внимательно. Многие люди думают, что ничего страшного не произойдет, если пропустить несколько строк. Но это не так. Иногда ответ на интересующий нас вопрос может быть найден в одной фразе или даже слове. Бывает, что в книге не содержится прямого ответа, но какое-то выражение наталкивает нас на правильную мысль.

А что касается редких неисправностей, то приведем здесь пока только одну, но зато оч-чень хитрую: Плохая слышимость. Но если этот же ТА подключить к другой линии, то он прекрасно работает. Линия? Но если к этой линии подключить другой телефон, то он тоже прекрасно работает. Ну как вам задачка? Какие-нибудь мысли есть? Немало я времени потратил на поиски причин этой аномалии. Но чтобы во всем разобраться, рассмотрим сначала устройство стандартных советских телефонной розетки и вилки:

Рис. 14. Телефонная розетка и вилка.

Ну вот и все пока. Желаю удачи в освоении премудростей ремонта разного рода аппаратуры.

Разъединить звонок – разрыв соединения по инициативе одного из абонентов.

Виды телефонной сети

Впервые о телефонной связи заговорили в 1876 году. Через несколько лет после этого первые телефонные станции появились в некоторых крупных городах. Далее развитие связи базировалась на постепенном усовершенствовании аппаратуры и технических каналов передачи данных.

В телефонной сети различают несколько видов:

• внешняя линия – линия, между разными АТС;
• внутренняя телефонная сеть – сеть, используемая организацией непосредственно для собственных нужд.

Что касается качества и технических характеристик телефонной связи, которую используют в современности, то тут нужно учитывать основополагающие факторы:

Сегодня в мире существует большое количество компаний, которые занимаются предоставлением услуг телефонной связи. Преимущественно, это направление является актуальным для рынков развивающихся стран.

Телефонная компания – компания, поставляющая услуги телефонной связи.

Телефонное приложение – программа для управления телефонной сетью.

ЧНН – час наибольшей нагрузки.

Разъединить звонок – разрыв соединения по инициативе одного из абонентов.

Вызывной сигнал – сигнал, создаваемый вызывным сигналом, для привлечения внимания абонента, говорящий о входящем звонке. В аналоговых линиях – вызывной сигнал это переменный ток низкой частоты и высоким напряжением, создаваемый АТС.

Эксперты считают, что проводная телефонная связь сохранится именно благодаря своей надежности, как альтернатива мобильной. Но она, конечно, будет модернизирована. Этот процесс уже давно идет. Главные изменения касаются сетей. Толстые пучки изношенных медных проводов повсеместно заменят оптические линии связи, причем подходящие до самой квартиры.

Есть ли будущее?

Эксперты считают, что проводная телефонная связь сохранится именно благодаря своей надежности, как альтернатива мобильной. Но она, конечно, будет модернизирована. Этот процесс уже давно идет. Главные изменения касаются сетей. Толстые пучки изношенных медных проводов повсеместно заменят оптические линии связи, причем подходящие до самой квартиры.

Вторым важным изменением будет переход от технологии коммутации каналов к коммутации пакетов. В качестве протокола, скорее всего, будет использоваться протокол IP, что в итоге даст технологию VoIP — эффективный способ организации голосовых потоков в каналах передачи данных.

Таким образом, у людей останется возможность крутануть диск ретро-телефона, сигнал от которого пойдет, правда, по современным оптоволоконным каналам связи.

Хотя большинство из нас считают стационарный телефон само собой разумеющимся, телефон в вашем доме — одно из самых удивительных устройств, когда-либо созданных. Если вы хотите поговорить с кем-нибудь, все, что вам нужно сделать, это поднять трубку телефона и набрать несколько цифр. Вы в любой момент обратитесь к этому человеку и пообщаетесь с ним.

Телефонная сеть распространяется по всему миру, так что вы можете дозвониться почти к каждому на планете. Если вспомнить, что всего 100 лет назад и даже менее, посылка письменного сообщения кому-либо могла занимать несколько недель…

Удивительно, но телефон это одно из самых простых устройств в вашем доме. Принципы телефонной связи не изменялись почти столетие. Если у вас есть старинный телефон, сохранившийся с 1930-х годов, можно подключить его к вашей телефонной розетке, и он будет работать нормально!

Внутренности телефона

Простейший телефон состоит из трех частей:

1. Переключатель, подключающий и отключающий телефон от сети. Этот переключатель обычно называют рычажным переключателем. Он подключает телефон к сети, когда вы поднимаете трубку.

2. Динамик. Это, самый обычный динамик размером с 50 копеечную монету и сопротивлением 8 Ом.

3. Микрофон. В прошлом, телефонные микрофоны были крайне просты и состояли из гранул активированного угля, зажатого между двух тонких металлических пластин. Звуковые волны от вашего голоса сжимали и разжимали гранулы, меняя их сопротивление и регулировали ток, протекающий через микрофон.

И он будет работать! Вы можете набрать номер на этом телефоне, быстро нажимая на рычажный переключатель — все телефонные коммутаторы по-прежнему распознают «импульсный набор номера». Если вы поднимете трубку и быстро простучите по переключателю четыре раза, коммутатор телефонной компании поймет, что вы набрали «4».

Единственная проблема с таким телефоном, что во время разговора вы будете слышать свой голос через динамик.

Провода и кабели

Телефонная сеть начинается в вашем доме. Пара медных проводов бежит от вашего телефона до толстого кабеля, содержащего множество таких медных пар. В зависимости от того, где вы находитесь, этот толстый кабель будет входить непосредственно в коммутатор телефонной станции в вашем районе, или будет подключен в коробку размером, примерно, с холодильник, которая выступает в качестве цифрового концентратора.

Оцифровка и доставка голоса

Концентратор оцифровывает ваш голос с дискретизацией 8000 раз в секунду и 8-битным разрешением. Затем он собирает в себе ваш голос и десятки других, и отправляет их все в один провод (обычно коаксиальный кабель или волоконно-оптический кабель) ведущий к телефонной станции. Так или иначе, ваша линия соединяется с линейным разъединителем, и вы можете услышать длинный гудок, поднимая трубку.

Если вы вызываете кого-то, связанного с той же самой станцией, то переключатель просто создает замкнутую цепь между вашим телефоном и телефоном человека, которого вы набрали. Если это междугородний звонок, то ваш голос оцифровывается и объединяется с миллионами других голосов. Ваш голос, обычно, идет по волоконно-оптической линии в телефонную станцию принимающей стороны, но он может также быть передан спутником или вышками связи.

Создание собственной телефонной сети

Не только телефон простое устройство. Связь между вами и телефонной станцией еще проще. В самом деле, вы можете легко создать свою собственною телефонную сеть с использованием двух телефонов, 9-вольтового аккумулятора  и резистора на 300 Ом, который можно купить на радиорынке. Вы можете собрать все это оборудование следующим образом: один провод соединяет оба телефона напрямую, а ко второму проводу, соединяющему телефоны, последовательно подключены источник питания и резистор. Если оба человека одновременно возьмут телефонные трубки, то они смогут нормально разговаривать друг с другом на расстоянии нескольких километров.

Единственное, что ваш маленький домофон не сможет сделать — это позвонить на другой телефон, чтобы попросить человека на другом конце провода взять трубку. Для сигнала звонка подается 90 вольт переменного тока частотой 20 герц.

Подключение к телефонной станции состоит из двух медных проводов. По одному из них передается от 6 до 12 вольт постоянного тока, примерно 30 мА. Микрофон модулирует звуковые волны, динамик на другом конце воспроизводит этот модулированный сигнал. Вот и все.

Если вернуться к временам ручного коммутатора, то легко понять, как работала когда-то большая телефонная сеть. В те дни было множество пар медных проводов, идущих от каждого дома к телефонной станции в центре города. Оператор коммутатора сидела перед большим щитом с одним гнездом для каждого абонента. Над каждым разъемом была небольшая лампочка. Большой аккумулятор был подключен через резистор для каждой проводной пары. Когда кто-то поднимал трубку на своем телефоне, рычажный переключатель замыкал цепь и пускал ток по проводам между домом и телефонной станцией. Это зажигало свет лампочки над этим разъемом на распределительном щите. Оператор соединял свою гарнитуру с этим разъемом и спрашивал, с кем этот человек хотел бы поговорить. Затем оператор отправлял сигнал звонка получающей стороне и ждал, чтобы там кто-то взял трубку. После того, как трубка поднималась, оператор соединял двух людей вместе, точно так же, как простая интерком-связь. Это очень просто!

Тональный набор

В телефонах современной системы, операторы были заменены на электронный переключатель. Когда вы поднимаете трубку, переключатель чувствует замыкание цепи и играет звук длинного гудка. Таким образом, вы знаете, что переключатель и ваш телефон работают. Звук длинного гудка — это сочетание 350 Герц тона и 440 Герц тона. Набор цифр номера также сопровождается звуками различной тональности. Если номер занят, вы слышите прерывистый сигнал «занято», который составлен из 480 Герц и 620 Герц тона.

Ширина полосы пропускания

В целях обеспечения более дальних звонков, передаваемые частоты ограничены полосой пропускания около 3000 Герц. Все частоты в вашем голосе ниже 400 Герц и выше 3400 Герц исключаются. От этого голос по междугородному телефону имеет характерное звучание.

Поэтому лучше не устраивать музыкальные перформансы по телефону, чтобы не стать героем анекдота:

Встречаются Петька и Василий Иванович. Василий Иванович говорит: «Что только люди находят в этих Битлз?! Они же поют монотонно!» Петька спрашивает: «Василий Иванович, да где же ты Битлов то слушал?!» Василий Иванович: «Как где? Мне вчера Фурманов пару их вещей напел по телефону…»

A landline (land line, land-line, main line, home phone, fixed-line, and wireline) is a telephone connection that uses metal wires or optical fiber telephone line for transmission, as distinguished from a mobile cellular network, which uses radio waves for signal transmission.^[1]

Characteristics[edit]

Landline service is typically provided through the outside plant of a telephone company’s central office, or wire center. The outside plant comprises tiers of cabling between distribution points in the exchange area, so that a single pair of copper wire, or an optical fiber, reaches each subscriber location, such as a home or office, at the network interface. Customer premises wiring extends from the network interface to the location of one or more telephones inside the premises.

The telephone connected to a landline can be hard-wired or cordless and typically refers to the operation of wireless devices or systems in fixed locations such as homes. Fixed wireless devices usually derive their electrical power from the utility mains electricity, unlike mobile wireless or portable wireless, which tend to be battery-powered. Although mobile and portable systems can be used in fixed locations, efficiency and bandwidth are compromised compared with fixed systems. Mobile or portable, battery-powered wireless systems can be used as emergency backups for fixed systems in case of a power blackout or natural disaster.

Usage[edit]

In 2003, the CIA World Factbook reported approximately 1.263 billion main telephone lines worldwide. China had more than any other country, at 350 million, and the United States was second with 268 million. The United Kingdom had 23.7 million residential fixed home phones.^[2]

The 2013 statistics show that the total number of fixed-telephone subscribers in the world was about 1.26 billion.^[3] The number of landline subscribers continuously decreases due to upgrades in digital technology and the conveniences that come with switching to wireless (cellular) or Internet-based alternatives.

Successors[edit]

In many countries, landline service has not been readily available to most people. In some countries in Africa, the rise in cell phones has outpaced growth in landline service. Between 1998 and 2008, Africa added only 2.4 million landlines.^[4] In contrast, between 2000 and 2008, cell phone use rose from fewer than 2 in 100 people to 33 out of 100.^[4] There has also been a substantial decline of landline phones in the Indian subcontinent, in urban and even more in rural areas.

In the early 21st century, the landline telephone has declined due to the advancement of mobile network technology and the obsolescence of the old copper wire networking. It is more difficult to install landline copper wires to every user than it is to install mobile wireless towers that many people can connect to. Eventually these metallic networks will be deemed completely out of date and replaced by more efficient broadband and fiber optic landline connections extending to rural areas and places where telecommunication was much more sparse. Some see this happening as soon as the year 2025.^[5]

In 2004, only about 45% of people in the United States between the ages of 12 and 17 owned cell phones. At that time, most had to rely on landline telephones. Just 4 years later, that percentage climbed to about 71%. That same year, 2008, about 77% of adults owned a mobile phone.^[6] In the year 2013, 91% of adults in the United States owned a mobile phone. Almost 60% of those with a mobile had a smartphone.^[7] A National Health Interview Survey of 19,956 households by the Centers for Disease Control and Prevention released May 4, 2017 showed 45.9 percent of U.S. households still had landlines, while 50.8 percent had only cell phones. Over 39 percent had both.^[8]

In Canada, more than one in five of households use cell phones as their only source for telephone service. In 2013, statistics showed that 21% of households claimed to only use cellular phones.^[9] Households that are owned by members under the age of 35 have a considerably higher percentage of exclusive cell phone use. In 2013, 60% of young household owners claimed to only use cell phones.^[10]

By means of porting, voice over IP services can host landline numbers previously hosted on traditional fixed telephone networks. VoIP services can be used anywhere an internet connection is available on many devices including Smartphones, giving great flexibility to where calls may be answered and thus facilitating remote, mobile and home working, for example. VoIP porting allows landline numbers to remain in use, whilst freeing them from actual landlines tied to one location. This is useful where landline numbers are believed to be preferred by callers, or where it is preferable that legacy landline numbers remain connected.

See also[edit]

• Plain old telephone service
• Local loop
• Last mile
• Field telephone

References[edit]

A landline (land line, land-line, main line, home phone, fixed-line, and wireline) is a telephone connection that uses metal wires or optical fiber telephone line for transmission, as distinguished from a mobile cellular network, which uses radio waves for signal transmission.^[1]

Characteristics[edit]

Landline service is typically provided through the outside plant of a telephone company’s central office, or wire center. The outside plant comprises tiers of cabling between distribution points in the exchange area, so that a single pair of copper wire, or an optical fiber, reaches each subscriber location, such as a home or office, at the network interface. Customer premises wiring extends from the network interface to the location of one or more telephones inside the premises.

The telephone connected to a landline can be hard-wired or cordless and typically refers to the operation of wireless devices or systems in fixed locations such as homes. Fixed wireless devices usually derive their electrical power from the utility mains electricity, unlike mobile wireless or portable wireless, which tend to be battery-powered. Although mobile and portable systems can be used in fixed locations, efficiency and bandwidth are compromised compared with fixed systems. Mobile or portable, battery-powered wireless systems can be used as emergency backups for fixed systems in case of a power blackout or natural disaster.

Usage[edit]

In 2003, the CIA World Factbook reported approximately 1.263 billion main telephone lines worldwide. China had more than any other country, at 350 million, and the United States was second with 268 million. The United Kingdom had 23.7 million residential fixed home phones.^[2]

The 2013 statistics show that the total number of fixed-telephone subscribers in the world was about 1.26 billion.^[3] The number of landline subscribers continuously decreases due to upgrades in digital technology and the conveniences that come with switching to wireless (cellular) or Internet-based alternatives.

Successors[edit]

In many countries, landline service has not been readily available to most people. In some countries in Africa, the rise in cell phones has outpaced growth in landline service. Between 1998 and 2008, Africa added only 2.4 million landlines.^[4] In contrast, between 2000 and 2008, cell phone use rose from fewer than 2 in 100 people to 33 out of 100.^[4] There has also been a substantial decline of landline phones in the Indian subcontinent, in urban and even more in rural areas.

In the early 21st century, the landline telephone has declined due to the advancement of mobile network technology and the obsolescence of the old copper wire networking. It is more difficult to install landline copper wires to every user than it is to install mobile wireless towers that many people can connect to. Eventually these metallic networks will be deemed completely out of date and replaced by more efficient broadband and fiber optic landline connections extending to rural areas and places where telecommunication was much more sparse. Some see this happening as soon as the year 2025.^[5]

In 2004, only about 45% of people in the United States between the ages of 12 and 17 owned cell phones. At that time, most had to rely on landline telephones. Just 4 years later, that percentage climbed to about 71%. That same year, 2008, about 77% of adults owned a mobile phone.^[6] In the year 2013, 91% of adults in the United States owned a mobile phone. Almost 60% of those with a mobile had a smartphone.^[7] A National Health Interview Survey of 19,956 households by the Centers for Disease Control and Prevention released May 4, 2017 showed 45.9 percent of U.S. households still had landlines, while 50.8 percent had only cell phones. Over 39 percent had both.^[8]

In Canada, more than one in five of households use cell phones as their only source for telephone service. In 2013, statistics showed that 21% of households claimed to only use cellular phones.^[9] Households that are owned by members under the age of 35 have a considerably higher percentage of exclusive cell phone use. In 2013, 60% of young household owners claimed to only use cell phones.^[10]

By means of porting, voice over IP services can host landline numbers previously hosted on traditional fixed telephone networks. VoIP services can be used anywhere an internet connection is available on many devices including Smartphones, giving great flexibility to where calls may be answered and thus facilitating remote, mobile and home working, for example. VoIP porting allows landline numbers to remain in use, whilst freeing them from actual landlines tied to one location. This is useful where landline numbers are believed to be preferred by callers, or where it is preferable that legacy landline numbers remain connected.

See also[edit]

• Plain old telephone service
• Local loop
• Last mile
• Field telephone

References[edit]

Устройство телефона сильно изменилось с момента его изобретения. Сегодня это даже не тот аппарат, который просто передает голос одного человека другому на большие расстояния. В современном мире это сложное техническое средство с искусственным интеллектом, умеющее не только звонить и передавать сообщения, но также воспроизводить видео и аудио, выходить в Интернет, обрабатывать большие объемы информации, одновременно выполнять множество операций и задач. Что мы знаем о том, как телефон устроен и как работает? В рамках этой статьи попробуем разобраться в этом вопросе.

Зарождение и эволюция телефона

Основателем первого аппарата для передачи информации на расстояние принято считать Сэмуэля Морзе, который изобрел телеграф и азбуку Морзе.

Назвать этот аппарат полноценным телефоном сложно, так как информация передавалась с помощью замыкания контактов и специально разработанного для него кода «морзянки», как ее часто называют сокращенно.

Некоторые историки приписывают изобретение первого телефона Антонио Меуччи, который он назвал телектрофоном. Он разработал чертежи, но по неведомой никому причине не зарегистрировал свое творение. Поэтому патент принадлежит Александру Беллу. Его приспособление было без звонка и внешне не имело ничего общего с современными аппаратами.

Устройство телефона было громоздким и неудобным для переговоров, вес — около восьми килограммов. Однако это не помешало его популяризации и широкому распространению по всем странам. К началу двадцатого века в мире насчитывалось уже более десяти тысяч станций. С каждым разом в его конструкцию вносили изменения и доработки, так появился отдельно микрофон и динамик в его конструкции.

Глобальное строительство АТС привело к модернизации аппаратов. У них появилась трубка и диск для набора номера абонента. Циферблат содержал цифры и буквы, кроме литеры «З», так как она напоминает тройку. На кнопочных стационарных телефонах такая нумерация сохранилась и по сей день. Это сделано вовсе не для отправки сообщений, так проще запоминать номер. Первые аппараты в советской России принадлежали двум компаниям: «Эрикссон» и «Сименс». Это были телефоны без зарядного устройства, работающие по принципу передачи и приема простых электрических импульсов.

Беспроводные телефоны появились в нашей стране в 70-х годах двадцатого века. Они передавали радиосигнал на базу, которая, в свою очередь, по линии через коммутаторы связывалась с другим абонентом. Их торговое название «Алтай», они представляли собой прототип мобильной связи. Весила такая установка семь килограммов. Для переноски она не годилась, поэтому ею оснащали автомобили оперативных служб. Прекратила свое существование только в 2011 году.

В России первая сотовая связь появилась в 1991 году, и работала она по стандарту NMT. Первыми поставщиками мобильных телефонов стали «Нокия» и «Моторола». Цены на аппараты были космическими, и могли их себе позволить только очень богатые люди. Стандарт GSM появился в 1993 году и, победив своих конкурентов, прижился во многих странах. Он позволяет реализовать большой функционал, в том числе передавать короткие сообщения. Изначально их предполагали отправлять в качестве сервисных уведомлений, но опция настолько понравилась пользователям, что превратилась в отдельную услугу сотовых операторов.

Со вступлением в эру портативных аппаратов устройство мобильных телефонов становилось все сложнее, размеры и вес — меньше, а возможности — больше. Из трехкилограммовых гигантов они превратились в миниатюрные средства связи, которые легко помещаются даже в руке ребенка. Со временем реальную кнопочную клавиатуру заменила виртуальная на сенсорном экране. На панели появились камеры, сканеры отпечатка пальца и многие другие приспособления.

Как устроены аналоговые телефонные аппараты

Устройство телефона с дисковым и кнопочным набором схоже по наличию составных блоков, но отличается принципом работы. Агрегаты включают в себя следующие модули:

• Трубка с микрофоном и динамиком.
• Телефон.
• Вызывное средство.
• Узел набора номера.
• Трансформатор.
• Рычажный выключатель.
• Разделяющий конденсатор.
• Радиочастотный модуль (переносные станции).

Рычажный выключатель отвечает за подключение устройства к абонентской линии. В устройстве беспроводного телефона соединение обусловлено включением питания трубки аппарата.

Микрофон преобразует звуковые волны в электрические сигналы. Приборы подразделяются на электродинамические, конденсаторные, угольные, электромагнитные и пьезоэлектрические. Также их делят на активные и пассивные. Активные образуют из звука электромагнитный импульс, пассивные меняют параметры других узлов, в основном емкость и сопротивление. Для последних необходим дополнительный источник питания.

Телефон переводит электрические импульсы в звук. Протекающий по катушкам электрический ток образует переменное магнитное поле, которое заставляет вибрировать мембрану динамика. Электродинамические и электромагнитные аппараты используют дифференциальную магнитную систему, пьезоэлектрические деформируют элементы мембраны связанных с ней источников звуковых частот.

Вызывной узел может быть индукционным и электронным. Необходим для оповещения абонента о входящем вызове. Первый с помощью протекающего тока в катушках заставляет вибрировать боек и ударять по звонковым чашечкам. Электронный блок обрабатывает информацию о входящем сигнале и перенаправляет его на общий динамик в виде импульсов заданной частоты, который называется рингтоном.

Радиочастотный модуль присутствует только в устройстве беспроводных телефонов. Он предназначен для обмена информацией между телефоном и приемником посредством радиосигналов.

Трансформатор связывает отдельные разговорные узлы между собой. Также устраняет эффект локального эха в трубке и отвечает за согласование с сопротивлением линии.

Разделительный конденсатор необходим для соединения телефона с линией в режиме приема входящего сигнала и ожидания исходящего. Поддерживает высокое сопротивление большому входящему напряжению и низкое — малому.

Номеронабиратель бывает импульсным (дисковым) и электронным (кнопочным). В первом варианте механическое колесо, вращаясь, замыкает контакты и отправляет на АТС сигналы. Их количество соответствует конкретному числу номера абонента. Электронные работают через интегральные микросхемы, которые генерируют искусственно импульсы с помощью твердотельных реле и отправляют их на приемник станции. Современные АТС еще сохраняют такой способ вызова абонента, но чаще используют тональный набор. Современные аппараты также поддерживают еще IP-телефонию. Принцип действия тонального набора заключается в генерации кратковременных сигналов предустановленных частот, каждое значение которой соответствует определенному числу номера. Устройство подключения телефона по протоколу IP предполагает использование сервера провайдера по выделенному интернет-каналу, с которого производится звонок. Мобильные аппараты отправляют радиосигналы заданной частоты на систему коммуникаций вышек сотовых операторов.

Принцип работы аппаратов в проводных сетях

Для того чтобы понимать устройство мобильного телефона в полном объеме, необходимо знать, как работает аналоговая система АТС. Несмотря на то что сотовые телефоны представляют собой сложную цифровую структуру с интегральными схемами, в их работу заложен базовый принцип обычных стационарных аппаратов.

Каждый поставщик услуг присваивает своим клиентам уникальные идентификационные номера, по которым он различает их между собой. В данном случае это называется номером абонента или точки подключения, к которой подходят провода. Когда АТС отправляет сигнал, телефон находится в отключенном состоянии, то есть трубка находится на аппарате, а рычажный переключатель — в разомкнутом положении. При поступлении вызова с линии ток проходит по первичной обмотке, заставляя вибрировать кулачок и бить по чашечкам. В электронных системах это происходит иначе, сигнал подается на внешний динамик, и на выходе мы слышим мелодию или пение птиц, например. После того как абонент поднимет трубку, цепь переговорного модуля и набора номера замыкается, а приемная размыкается с помощью реле.

Звонок другому пользователю происходит в обратном порядке. Человек снимает трубку, чем замыкает одну цепь и разъединяет другую. Вызов происходит в модуле набора номера путем отправки импульсов или сигналов на коммутирующие устройства станции. Она, в свою очередь, распознает числа, комбинируя их в единый номер, перенаправляет на нужную точку.

Передача голоса в аналоговых системах происходит благодаря вибрации мембраны микрофона. В угольных она создает уплотнение, что вызывает возмущение магнитного поля катушки. Такое колебание формирует импульс, который отправляет на другой приемник.

Схематическое исполнение мобильных телефонов

Устройство сотового телефона следует выделить в отдельную категорию, так как по своему исполнению он напоминает DECT-систему, но с рядом отличий. Он также передает на приемник радиосигнал, но предварительно его шифруя. Использует свои частоты и каналы для работы. Но представлять мобильный гаджет как телефон не совсем правильно. Это уже давно многофункциональное устройство.

Если говорить о внешнем исполнении, то следует отметить следующее:

• Форм-фактор. Это может быть раскладной или раздвижной корпус.
• Камера.
• Микрофон.
• Динамик.
• Экран.
• Клавиатура.
• USB-разъем.
• Аккумуляторная батарея.
• Зарядные устройство для мобильных телефонов.
• Сим-карта.

Многие гаджеты дополнены различными аксессуарами, что расширяет их область применения. Принципиальная схема внутреннего устройства представлена на рисунке ниже.

Несмотря на это, прибор работает исключительно с аналоговыми радиосигналами, все процессы в нем полностью оцифрованы. Его микросхема включает аналоговые и цифровые блоки.

Аналоговый модуль

Он включает в себя средство приема и передачи сигналов. Обычно располагается отдельно от цифрового узла. По своим рабочим характеристикам напоминает радиотелефон, но работающий по стандарту GSM. Приемник и передатчик работают не синхронно, отправка сигнала происходит с 1/8 задержкой. Это позволяет экономить заряд батареи и интегрировать усилитель со смесителем. Поскольку прибор никогда не работает на прием и передачу одновременно, то собой он представляет некий коммутатор, который переключает антенну с одного режима на другой.

На приеме после прохождения фильтра каналов сигнал усиливается с помощью МШУ и отправлятся на смеситель. Далее он демодулируется и передается на аналого-цифровой преобразователь, который конвертирует его в цифровой сигнал, необходимый для работы центрального процессора.

На передаче логический генератор модулирует цифровые данные в сигнал. Далее через смеситель он поступает на частотный синтезатор, после которого переходит на канальный фильтр и усиленный. Только сигнал достаточной мощности подается на антенну, откуда он уходит в пространство.

Цифровой модуль

Главным элементом и мозгом всей системы является центральный процессор, который обрабатывает всю поступающую информацию. Чипсет микросхемы используется аналогичный компьютерному, но по производительности и мощности он не может с ним соперничать. Кроме ЦПУ в этот блок входит:

• Аналого-цифровой преобразователь, который конвертирует аналоговые сигналы микрофона в цифровой вид данных.
• Кодер и декодер речи и каналов.
• Преобразователь цифрового сигнала в аналоговый.
• Дешифратор и шифратор.
• Детектор активности речи. Обеспечивает работу узлов, только когда присутствует речь абонента.
• Терминальные средства. Образуют интерфейс связи с внешними устройствами, например ПК или устройство зарядки для телефона.
• Модули беспроводных сетей.
• Клавиатура.
• Дисплей.
• Динамик.
• Микрофон.
• Модуль камеры.
• Съемный накопитель.
• Сим-карта.

Некоторые компании используют два микрофона. Один необходим для подавления внешних шумов. Также иногда применяются два динамика: один — для телефонных разговоров, другой — для воспроизведения музыки.

Принцип работы мобильных устройств в сотовой сети

Мобильные телефоны работают в сети стандарта GSM на четырех частотах:

• 850 МГц.
• 900 МГц.
• 1800 МГц.
• 1900 МГц.

Стандарт системы включает в себя три основных компонента:

1. Подсистему базовых станций (BSS).
2. Подсистему коммутационных переключений (NSS).
3. Центр обслуживания и управления (OMC).

Аппарат взаимодействует с базовыми станциями (вышками). После включения он начинает сканирование сетей своего стандарта, которые узнает по транслируемому идентификатору. При ее наличии телефон выбирает ту станцию, чей уровень сигнала выше. Далее проходит аутентификацию. Идентификаторами являются уникальные номера сим-карты IMSI и Ki. Далее центр аутентификации (AuC) отправляет устройству число случайного порядка, которое является ключом для специального алгоритма вычислений. Одновременно система проводит такой расчет у себя. Если результаты базы и аппарата совпадают, то происходит регистрация телефона в сети.

Уникальным идентификатором для аппарата является его IMEI, который хранится в энергонезависимой памяти. Этот номер задается заводом-производителем и является его паспортом. Первые восемь цифр IMEI включают в себя описание устройства, остальные — серийный номер с контрольным числом.

После успешной регистрации телефон готов к обмену сигналами с базовыми станциями. Как уже говорилось ранее, устройство телефонов сотовых операторов похоже на систему аппаратов DECT, но со своими отличиями. Перед выходом в эфир сигнал мобильного шифруется и делится на отрезки по 20 мс. Кодирование производится по алгоритму стандарта EFR с использованием открытого ключа. И антенна активируется детектором активности речи (VAD), то есть когда человек начинает говорить. Прерывистость речи обрабатывает кодек по алгоритму DTX. У принимающей стороны сигнал обрабатывается аналогичным образом, но в обратном порядке.

Зарядные устройства

Зарядные устройства для мобильных телефонов являются важным компонентом, так как благодаря ним аппарат продолжает функционировать. Их прямое назначение — уменьшать напряжение и ток электросети до необходимых значений и подавать его аккумулятору. В основном на выходе напряжение составляет 5 В, сила тока зависит от модели и емкости аккумулятора. От его силы зависит также время заряда батареи.

Зарядные средства делят:

• На трансформаторные.
• Импульсные.

Первые не боятся перепадов напряжения и всегда имеют большой запас по току. Принципиальная схема их очень проста. На понижающую катушку подается сетевое напряжение, которая уменьшает его до нужных значений. Ток со второй обмотки переходит на диодный мост, где установлен конденсатор. Он выполняет роль фильтра от скачков напряжения и забирает излишки на себя. Далее резистор понижает ток и передает его аккумулятору.

Схема импульсных ЗУ более сложная и выполнена с применением диодов и транзисторов.

Поддержка беспроводных систем передачи данных

В настоящее время существует три способа передачи данных:

1. Инфракрасный порт.
2. Bluetooth.
3. Wi-Fi.

Первый доказал свою неэффективность, поэтому не используется. Последние два реализованы практически на всех аппаратах. Bluetooth имеет малый радиус действия и применяется в основном с целью организации интерфейса связи с портативными устройствами для телефона.

Wi-Fi считается более расширенным форматом и используется для выхода в Интернет. Следует отметить, что существуют специальные программные обеспечения, которые позволяют совершать звонки по каналу Интернет, не используя сотовую связь. Также с помощью данной технологии можно организовывать локальную сеть, к которой могут подключиться сразу несколько устройств и обмениваться данными.

Дополнительные аксессуары

Компании-производители всячески пытаются привлечь клиентов к своей продукции, поэтому постоянно расширяют ассортимент предлагаемой номенклатуры. Сюда входят:

• Чехлы.
• Защита стекол.
• Портативные устройства для телефона, например гарнитура.
• Съемные накопители.
• Средства мультимедиа.
• Умные средства.
• USB-устройства для телефона, например кабели, переходники или зарядные средства.

Подобные утилиты значительно расширяют возможности гаджетов и упрощают жизнь своим владельцам.

Сравнительные характеристики современных моделей телефонов

Для того чтобы понять, что собой представляют современные телефоны, необходимо увидеть наглядно их параметры. Но рассматривать одну торговую марку несправедливо. Обзор одного образца не даст полной картины, поэтому для сравнения и анализа были взяты три флагманских смартфона торговых марок Samsung (устройство телефонов этой марки не слишком отличается от других), Apple и Xiaomi. По ценовой категории они выстроились в следующем порядке:

1. Apple.
2. Samsung.
3. Xiaomi.

Судя по цене, в устройстве телефонов «Айфон» использованы передовые технологии, которые обладают самыми высоким параметрами. Однако компания «Самсунг» присутствует на рынке с 1938 года и накопила большой опыт. Вообще, целью сравнения не является выявить победителя и ответить на вопрос, что лучше — устройство телефонов на «Андроиде» или на платформе iOS. Задача заключается в том, чтобы показать, каких высот достигли технологии.

Таблица технических характеристик

Наименование параметров	Apple	Sumsung	Xiaomi
Размеры, мм	77,4×157,5×7,7	76,4×161,9×8,8	74,9×150,9×8,1
Вес, г	208	201	189
Поддержка сетей	Телефоны Samsung, Apple и Xiaomi поддерживают сети следующих поколений: 2G, 3G, 4G
Сим-карты	1 ноноразмерная	2 наноразмерные
Размер дисплея по диагонали, дюймы	6,5	6,4	5,99
Разрешение экрана	2688×1242	2960×1440	2160×1080
Плотность точек на дюйм	458	516	403
Технология изготовления	OLED	Super AMOLED	IPS
Количество цветов на экране	16 млн	17 млн	16,7 млн
Система	iOS	Android
Производитель процессора	Apple	Samsung	Qualcomm
Модель процессора	A12 Bionic	Exynos 9810	Snapdragon 845
Число ядер	6	В устройстве телефонов Xiaomi и Samsung их 8 в общей конфигурации, по 4 на каждую
Частота, ГГц	2,5	1,9; 2,9	1,8; 2,8
Технология, нм	7	10
Оперативная память, ГБ	4	6
Внутренняя память, ГБ	256	128
Встроенные датчики	Датчик освещения; датчик приближения; компас; барометр акселерометр; гироскоп	Датчик освещения; датчик приближения; компас; барометр; акселерометр; гироскоп; датчик Холла; датчик сердечного ритма	Датчик освещения; датчик приближения; компас; барометр; акселерометр; гироскоп; датчик Холла
Разрешение тыловой камеры, Мп	Основная: 12 Мп Вспомогательная: 12 Мп
Светочувствительность диафрагмы	Основная: ƒ/2.4 Вспомогательная: ƒ/1.8	Основная: ƒ/2.4 Вспомогательная: ƒ/1.5	Основная: ƒ/2.4 Вспомогательная: ƒ/1.8
Разрешение фронтальной камеры, Мп	7	8	5
Светочувствительность диафрагмы	ƒ/2.2	ƒ/1.7	ƒ/1.7
Поддержка технологии беспроводных коммуникаций	Bluetooth, Wi-Fi
Спутниковое позиционирование	GPS, GLONASS, A-GPS
Емкость аккумулятора, мАч	3174	4000	3400
Защитные системы	Сканер отпечатков пальцев; сканер радужной оболочки глаза; сканер лица	В телефоне «Самсунг» предусмотрен только сканер лица	У «Сяоми» сканер отпечатка пальца

Как видно из таблицы, технические характеристики и устройство телефонов «Самсунг», «Сяоми» и Apple практически одинаковые. Это говорит лишь о здоровой конкуренции и стремлении сделать свой продукт лучше для пользователей. Все производители внедряют новейшие технологии, которые не стоят на месте и стремительно развиваются.

Заключение

С момента появления первого телефона прошло не так много времени. За этот период они превратились из обычного набора деталей в умные устройства. Они совмещают в себе множество функций, которые раньше возлагались на другие приборы. И такое развитие будет продолжаться дальше.

Содержание статьи

• ТЕЛЕФОННЫЙ АППАРАТ
• Устройство.
• Работа телефонного аппарата.
• РАДИОТЕЛЕФОНЫ
• «Домашний» радиотелефон.
• Радиотелефон сотовой связи.
• ТЕЛЕФОНЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
• Громкоговорящие телефонные аппараты.
• Видеотелефонные аппараты.
• Телефонные приставки для глухих.
• Телефоны общего пользования.
• ЦИФРОВЫЕ ТЕЛЕФОНЫ
• ФАКС И ТЕЛЕФОННАЯ СЕТЬ
• МОДЕМ И ТЕЛЕФОННАЯ СЕТЬ
• ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ
• Проводные линии.
• Радиорелейные линии.
• Волоконно-оптические линии.
• КОММУТАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
• Электронные АТС.
• Пакетная коммутация.
• Коммутация сотовой связи.
• НОВЫЕ ВИДЫ ОБСЛУЖИВАНИЯ

ТЕЛЕФОН, электронное устройство, преобразующее звуки человеческой речи в электрические сигналы и наоборот. Такие сигналы передаются через коммутационные устройства по воздушным, кабельным и радиорелейным линиям связи между абонентскими телефонными аппаратами.

14 февраля 1876 Александр Белл подал патентную заявку на изобретение телефона (назвав его «усовершенствованием телеграфии»).

В тот же день тремя часами позднее Илайша Грей подал заявку с уведомлением о том, что работает над тем же принципом. Патентное бюро США выдало патент Беллу 7 марта 1876. Первый практичный телефон появился в 1877.

Самые разветвленные телефонные сети созданы в США (более 145 млн. телефонных линий) и Японии (более 56 млн. телефонных линий). По данным Федеральной комиссии связи США, домашними телефонами обеспечено свыше 93% населения Соединенных Штатов.

ТЕЛЕФОННЫЙ АППАРАТ

Устройство.

Обычный телефонный аппарат состоит из двух частей: корпуса и телефонной трубки. В телефонной трубке имеются два миниатюрных элемента: передающий (микрофон) и приемный (громкоговоритель). Корпус большинства таких аппаратов снабжен рычажным переключателем и дисковым или кнопочным номеронабирателем, а также внутренней электросхемой вызова и двухпроводным шнуром для подключения к абонентской телефонной линии. В некоторых моделях номеронабиратель смонтирован на телефонной трубке. В старых телефонных аппаратах электромеханического типа насчитывалось до 500 деталей, а в новых, выполненных по полупроводниковой электронной технологии, число узлов не превышает десяти.

Применяются два основных типа микрофонов – угольный и электретный; электретный значительно меньше угольного. Действие угольного микрофона основано на изменении электрического сопротивления угольного порошка, на который воздействует чувствительная к звуку мембрана. В электретном микрофоне звуковые колебания изменяют емкость конденсатора, одной из пластин которого является чувствительная мембрана. Выходной электрический сигнал микрофонов обоих типов является аналоговым (в противоположность дискретному – цифровому), т.е. он пропорционален меняющейся громкости звука. Электретный микрофон дает более чистый звук (с более низким уровнем шума) и менее чувствителен к сотрясениям.

Миниатюрный приемный элемент (динамический громкоговоритель с подвижной катушкой) устроен так же, как и более мощные громкоговорители радиоприемников и аудиоаппаратуры: его вибрирующая мембрана преобразует изменения электрического сигнала в звуковые колебания воздуха.

Передающий и приемный элементы телефонной трубки имеют по два выходных медных провода. Они присоединены к четырем внутренним медным жилам спирального шнура, соединяющего телефонную трубку с корпусом телефонного аппарата. Отдельный двухпроводной шнур, называемый телефонным сетевым, идет от корпуса телефонного аппарата к телефонной розетке или к настенной распределительной коробке. Здесь он присоединяется к двухпроводной абонентской линии, которая часто называется скрученной парой, поскольку ее снабженные изоляцией медные провода скручиваются вместе для уменьшения помех, обусловленных индукцией. Скрученная пара – это звено, связывающее телефонный аппарат абонента с телефонной сетью. В учреждениях, гостиницах, больницах телефонный аппарат часто подключается к телефонной сети через офисную телефонную станцию, к которой со стороны АТС подведена многоканальная соединительная линия.

Работа телефонного аппарата.

Каждая абонентская телефонная линия, идущая к автоматической телефонной станции, несет информацию о состоянии рычажного переключателя своего аппарата (снята или нет телефонная трубка). В зависимости от ситуации АТС отвечает вызывающему абоненту сигналом «занято» (частыми гудками) или посылает вызываемому абоненту сигнал вызова звонком.

Чтобы произвести вызов, вызывающий абонент должен снять трубку с рычажного переключателя. Непрерывный гудок (тональный сигнал готовности) говорит о том, что между телефонным аппаратом и АТС установлено соединение – замкнута двухпроводная линия с рабочим напряжением 48 В постоянного тока. Отсутствие сигнала готовности указывает на наличие неисправности. Услышав сигнал готовности, абонент может набрать номер нужного телефона.

Первый дисковый номеронабиратель появился около 1896, а аппараты с кнопочным набором промышленность начала выпускать в 1963. Некоторые телефоны с кнопочным набором дают импульсы, как и дисковые, но более распространены аппараты с технически более удобным тональным кнопочным набором. Дисковые и импульсные кнопочные номеронабиратели необходимы в тех случаях, когда АТС не модернизирована для тонального набора.

Тональные кнопочные номеронабиратели имеют цифровые кнопки от 1 до 9 и 0, а также кнопки «звездочка» (*) и «решетка» (#) для обращения к особым видам обслуживания в цифровых АТС. В тех случаях, когда принят метод т.н. двухтональной многочастотной сигнализации, при нажатии каждой кнопки вырабатывается уникальная пара электронных тонов, выбранных из двух взаимоисключающих групп по четыре частоты в каждой.

В некоторых телефонных аппаратах предусматриваются дополнительные кнопки, программируемые: 1) на выключение микрофона (чтобы, например, откашляться или сказать что-то другому лицу в помещении), 2) на автоматическое повторение набора последнего вызывавшегося номера, 3) на перевод вызова в режим ожидания при пользовании другой линией, 4) на автоматический набор часто вызываемых номеров и 5) на автоматический набор срочных вызовов (полиции, пожарной службы, скорой помощи и т.д.).

На предприятиях и в учреждениях ручную телефонную станцию, т.е. миниатюрный коммутатор (с числом добавочных номеров до 100) обычно обслуживает секретарь или работник службы безопасности. Такие ручные телефонные станции снабжаются телефонной трубкой, лежащей сбоку на пульте, и дополнительными соединительными гнездами для автоответчика, факса, наушников, компьютерного модема, устройства световой или звуковой сигнализации. При пользовании каким-либо из телефонов с добавочным номером горит соответствующая кнопка на пульте станции.

РАДИОТЕЛЕФОНЫ

«Домашний» радиотелефон.

В телефонную трубку такого «бесшнурового» телефона встроен миниатюрный батарейный приемопередатчик, работающий на той же волне, что и другой приемопередатчик, который находится в корпусе телефонного аппарата, подключенного к сети электропитания и к телефонной сети. В корпусе телефонного аппарата имеются звонок вызова и зарядное устройство для аккумулятора питания приемопередатчика.

Приемопередатчик телефонной трубки может работать на расстояниях, немногим меньших 1 км, а в некоторых моделях – до 3,5 км. Емкость питающего его аккумулятора достаточна для разговора в течение 45 мин и в течение 6 ч обеспечивает готовность телефона со снятой трубкой. Когда трубка положена, ее аккумулятор автоматически подзаряжается.

Основное преимущество домашнего радиотелефона – возможность свободного перемещения абонента в радиусе действия приемопередатчика. Главный недостаток – незащищенность (большинства моделей) от несанкционированного подключения к телефону посторонних лиц.

Радиотелефон сотовой связи.

С радиотелефоном сотовой связи абонент может на протяжении сеанса связи перемещаться из зоны действия (сотовой ячейки) одной антенны в зону действия другой, затем третьей и т.д. Такая техника, предложенная фирмой «Белл лэбораторис» в 1971, была введена в коммерческую практику в 1983. Каждая из антенн сотовой связи может поддерживать одновременно сотни отдельных двусторонних телефонных переговоров (или передач по радиофаксу). Вызов занимает одну из 666 частотных полос антенной ячейки и при перемещении телефона автоматически переключается на любую свободную частотную полосу следующей ячейки. При этом частотная полоса предыдущей ячейки освобождается и может быть занята другим абонентом.

Имеются три основных вида радиотелефонов сотовой связи: 1) мобильные, устанавливаемые в автомобилях и питаемые от автомобильных аккумуляторов, 2) переносные с отдельной переносной батареей питания, которые можно использовать отдельно или включать в гнездо электрозажигалки в автомобиле, и 3) карманные (со встроенной батареей питания) массой около 100 г.

Новые виды карманных телефонов сотовой связи будут использоваться в «сетях персональной связи» (PCN). Сигнал в таких телефонах будет более слабым, чем в существующих телефонах сотовой связи, а антенна – меньших размеров. Антенны персональной связи будут, вероятно, монтироваться на уличных фонарных столбах и на фасадах зданий, а также внутри автобусов, железнодорожных вокзалов, аэровокзалов. Антенны персональной связи, как и антенны другой сотовой связи, подключаются проводными или оптическими кабелями к коммутационной подстанции АТС. Сети персональной связи разрабатываются на основе цифровой техники (см. ниже Цифровые телефоны).

ТЕЛЕФОНЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Громкоговорящие телефонные аппараты.

Абонент включает ручным выключателем более мощную систему микрофона с громкоговорителем для двусторонней телефонной связи, когда в переговорах необходимо участвовать одновременно нескольким лицам, находящимся в помещении. Такое устройство выполняется, как правило, в виде отдельной или встраиваемой приставки к корпусу обычного шнурового телефонного аппарата. Для его работы нужно, чтобы телефонная трубка лежала на рычажном переключателе аппарата.

Видеотелефонные аппараты.

В видеотелефоне передача речи дополняется передачей изображения. Телевизионная камера одного видеотелефона формирует сигнал изображения абонента, участвующего в сеансе связи, и его изображение высвечивается на небольшом телевизионном экране (75–100 мм по диагонали, на жидких кристаллах) другого видеотелефона. Видеоизображение, передаваемое одновременно с речевым сигналом по обычным телефонным линиям, оказывается менее качественным, чем изображение широковещательного телевидения. Дело в том, что слишком мала ширина частотной полосы одного телефонного канала: для передачи качественного изображения нужно около 1400 речевых каналов.

Неподвижные видеоизображения могут передаваться с гораздо большей четкостью, но для полного формирования одного кадра требуется заметное время, примерно 2–3 с (для передачи движущегося изображения нужна скорость передачи не менее 10 кадров в секунду). Такие телефоны довольно дороги, однако для некоторых организаций это приемлемо, когда по телефону обсуждаются копии чертежей, рентгенограммы, модели изделий, недвижимое имущество и т.д.

Телефонные приставки для глухих.

Для абонентов с недостатком слуха созданы приставки к телефону, позволяющие обмениваться текстовыми сообщениями. В приставке имеются клавиатура и дисплей, на котором может высвечиваться строка текста длиной 20 или более знаков. В сеансе связи между двумя такими приставками один абонент набирает слова с помощью клавиатуры и на дисплее другого появляется текст. Исходящие сообщения даются строчными буквами, а входящие – прописными. Текст «прокручивается» на дисплее. Приставка, снабженная мигающей сигнальной лампой вызова, может работать с обычным телефонным аппаратом.

Телефоны общего пользования.

Такие телефонные аппараты, называемые таксофонами (или телефонами-автоматами), доступны для всех, кто деньгами или кредитной карточкой оплачивает вызов. Некоторые новые модели таксофонов, введенные в 1990-х годах, снабжены 24-см цветным экраном монитора и позволяют передавать и принимать речь, данные в цифровой форме через дорожный компьютер, портативный факс или встроенную клавиатуру самого таксофона, а также текстовые сообщения – через приставку для глухих.

Современные таксофоны, устанавливаемые в открытых или полуоткрытых боксах в шумных местах (на улицах, в аэропортах), сконструированы так, чтобы свести к минимуму влияние внешнего шума. На телефонных трубках предусматриваются ручки регулировки громкости, микрофоны снабжаются специальными фильтрами. Для защиты от вандализма в местах повышенного риска применяются бронированные шнуры и поликарбонатные телефонные трубки. Предусматриваются также средства защиты от оплаты поддельными монетами и от других незаконных действий.

ЦИФРОВЫЕ ТЕЛЕФОНЫ

Значительная часть телефонов, используемых в системах связи, представляет собой аналоговые устройства: они передают и принимают непрерывно меняющийся электрический сигнал, соответствующий плавно меняющимся звуковым частотам речи. Аналоговая электрическая передача – естественное продолжение человеческого речевого общения, которое тоже представляет собой аналоговый процесс, основанный на возбуждении и восприятии колебаний со звуковыми частотами. Однако у аналоговой передачи есть свои недостатки, которые особенно существенны, когда один кабель служит общим звеном для большого числа разговорных трактов. Кроме того, затруднена аналоговая передача цифровых сигналов компьютера – их приходится преобразовывать в квазиречевые сигналы.

По этим причинам все шире начинают применяться цифровые телефонные сети. Цифровой телефон подключается к цифровой телефонной линии (см. ниже Линии передачи). Речевые же телефонные аппараты, которые можно было бы подключать непосредственно к волоконно-оптической линии, не выпускаются промышленностью, хотя некоторые персональные компьютеры могут иметь волоконно-оптические порты для локальных вычислительных сетей (ЛВС). Офисные цифровые телефонные станции могут допускать использование в учреждении аналоговых линий, но цифровые телефоны и в этом случае следует подключать только к цифровым линиям.

В цифровом телефонном аппарате микросхема преобразует аналоговый речевой сигнал, вырабатываемый электретным микрофоном в частотной полосе шириной 4000 Гц, в цифровой сигнал 64 Кбит/с для передачи по цифровому речевому каналу. Таким образом, аналоговый электрический сигнал с непрерывно изменяющейся интенсивностью заменяется последовательностью кодированных двоичных чисел (битов).

Хотя для цифрового телефона подходит только цифровая телефонная линия, он может быть соединен с аналоговым телефоном, подключенным к сети. Цифровые линии стыкуются с аналоговыми на АТС, где осуществляется преобразование цифровых сигналов в аналоговые и наоборот.

ФАКС И ТЕЛЕФОННАЯ СЕТЬ

С помощью факса (факсимильного аппарата) по телефонной сети передаются и принимаются изображения документов, рукописных и печатных текстов, графиков, карт, чертежей, фотографий и пр. Сканирующее устройство факса считывает исходящий материал и преобразует аналоговое изображение в цифровой код. Встроенный модем (см. ниже Модем и телефонная сеть) преобразует цифровой сигнал в аналоговый, соответствующий стандарту местной телефонной сети. Модем преобразует также входящие сигналы от других факсов в цифровой сигнал для печатающего устройства. См. также ОРГТЕХНИКА И КАНЦЕЛЯРСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ; ФАКСИМИЛЬНАЯ СВЯЗЬ.

МОДЕМ И ТЕЛЕФОННАЯ СЕТЬ

Модем (модулятор-демодулятор) необходим для подключения портативного или настольного компьютера через ЛВС к другим компьютерам, а через телефонную сеть общего пользования (по запрограммированным номерам вызова) – к различным компьютерным сетям, таким, как системы электронной почты. Модем преобразует цифровой сигнал факса или персонального компьютера в аналоговый сигнал, совместимый с системами передачи и коммутации аналоговой местной и цифровой междугородной телефонной сети. Модем принимает также входящие аналоговые сигналы и преобразует их в цифровые, совместимые с подключенным к нему факсом или компьютером. См. также КОМПЬЮТЕР.

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. См. также СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН.

Промежуточным пунктом радиорелейной линии может служить геостационарный искусственный спутник Земли (см. также СПУТНИК СВЯЗИ). 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. См. также ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА.

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.

НОВЫЕ ВИДЫ ОБСЛУЖИВАНИЯ

Стандарты SONET и SDH призваны обеспечить широкополосную цифровую передачу по национальным и глобальным сетям телефонной связи. (Широкополосным обычно считается сигнал, требующий скорости передачи более 1,5 Мбит/с.) Широкополосность не только увеличивает число каналов передачи по данной линии, но и открывает возможности новых видов обслуживания.

Один из таких видов обслуживания – виртуальная реальность (или синтезированное окружение, дистанционное присутствие). Программа-максимум такой техники – обслуживание телефонного абонента не только по части речевого общения, но и в сфере всех пяти органов чувств: слуха, зрения, осязания, обоняния и вкуса. Ведутся изыскания в области интерактивной конторской деятельности (виртуального офиса) и интерактивных игр с использованием телефонной сети для создания иллюзии обстановки, общей для двух лиц, фактически находящихся далеко друг от друга. Так, разрабатываются устройства с динамометрическими датчиками для передачи ощущения прикосновения. Для создания виртуальной реальности компьютер подключается к надетому абонентом устройству, например шлему, который формирует стереоскопическое изображение в поле его зрения и стереофонический звук в наушниках. При повороте головы абонента изображение и звук соответствующим образом изменяются.

Еще один вид обслуживания, возможный в недалеком будущем, – перевод с иностранных языков в реальном времени. Например, когда один абонент говорит по-английски, а другой – по-японски, компьютерная система должна переводить речь с обоих языков одновременно и синтезировать голоса, воспроизводящие голосовые и речевые особенности обоих абонентов. В некоторых телефонных системах уже осуществляется компьютерный перевод с ограниченным набором слов.

Во многих странах Европы (во Франции, Италии, Германии и др.) аналоговая техника сотовой телефонной связи заменяется цифровой на основе метода «многостанционного доступа с временнм разделением каналов». В США, где такой метод, не допускающий взаимодействия с аналоговыми системами, не подходит, предлагается использовать вместо него метод «многодистанционного доступа с кодовым разделением каналов». Он основан на принципе «расширенного спектра», используемом в технике военно-полевой связи США, и обещает более чем десятикратное увеличение числа каналов линий передачи.

Благодаря принципу «информационной супермагистрали» в ближайшие годы, по-видимому, появятся экономически доступные мультимедийные терминалы, интерактивно объединяющие звуки с изображениями. На телеэкран такого компьютера будет одновременно выводиться несколько разных изображений – текста, фотоснимков, диаграмм, – а также движущееся телевизионное изображение с комментарием диктора. Абонент из другого города сможет, например, получить доступ к различным базам данных в крупных библиотеках страны. В связи с этим вскоре можно ожидать появления разных новых видов информационной техники и ее применений при условии, что владельцы информации – издатели, библиотеки, авторы, художники и разработчики компьютерных программ – смогут выработать подходящие способы оплаты их продукции и услуг.