System telefonii przewodowej. PSTN Public Switched Telephone Network POTS Plain Old Telephone Service

Transkrypt

1 System telefonii przewodowej PSTN Public Switched Telephone Network POTS Plain Old Telephone Service

2 Twórca telefonu - Aleksander Graham Bell 10 marzec 1876 dzień narodzin przewodowej komunikacji telefonicznej Watson, proszę przyjść tutaj, pilnie Pana potrzebuję pierwsze słowa wypowiedziane do telefonu

3 potem: mikrofon węglowy tarcza numerowa dzwonek itd.. mikrofon węglowy

4 Nazewnictwo widełki mikrotelefon słuchawka mikrofon tarcza numerowa

5 Powszechność telefonii w oczach ludzi końca XIX wieku

6

7 Najprostsze łącze telefoniczne

8 Uproszczony schemat aparatu telefonicznego CB centralnej baterii

9 przywołanie

10 rozmowa - słuchanie

11 rozmowa - mówienie antylokalność - zmniejszenie słyszalności swojego głosu w słuchawce

12 schemat zastępczy linii telefonicznej...

13 wybieranie numeru abonenta

14 współczesny aparat telefoniczny elektroniczny, z pozostawieniem wszystkich dotychczasowych funkcji

15 wybieranie tonowe (częstotliwościowe) DTMF (Dual Tone Multiple Frequency) jednoczesna generacja dwóch częstotliwości i wysyłanie ich do centrali Dlaczego takie dziwne wartości częstotliwości?

16 Wybieranie tonowe (częstotliwościowe) częstotliwości kombinacyjne m f 1 ± n f 2 nie powinny być równe żadnej z 8-miu częstotliwości znamiennych (bo na linii może zachodzić jakieś mieszanie częstotliwości), głos ludzki i hałasy docierające do mikrofonu nie powinny imitować sygnałów tonowych (można rozmawiać podczas wybierania numeru).? jak to jest zrealizowane?

17 dzwonek w elektronicznym aparacie telefonicznym jest uruchamiany napięciem dzwonienia 60V, 25 Hz przychodzącym z centrali.

18 Schemat uzyskiwania sygnałów DTMF w aparacie telefonicznym

19 Etapy cyfryzacji systemu telefonii stacjonarnej

20 Etapy cyfryzacji systemu telefonii stacjonarnej

21 Kodowanie mowy w telefonii PCM ITU-T G.711 ITU-T G.722

22 ITU-T G.711 Problem - stosunek S/N zależy znacznie od poziomu sygnału; słabe sygnały są kodowane z dużym względnym błędem kwantyzacji S N,dB 6 n silny sygnał OK słaby sygnał -?

23 czy warto zmniejszać szerokość przedziału kwantyzacji, czyli zwiększać ilość bitów?

24 lepiej utrzymywać wysoki poziom sygnału poprzez jego kompresję kompresor po zdekodowaniu potrzebna jest operacja odwrotna - ekspansja w ekspanderze

25 kompresja wg tzw. krzywej A (stosowana w Europie) y 1 ln Ax 1 ln A A = 87,6 dla x>1/a y Ax 1 ln A

26 kompresja wg tzw. krzywej (stosowana w USA) y ln(1 x) = 255 ln(1 ) nieznaczne różnice między krzywymi A i

27 stosowanie kompresji jest możliwe też na drodze cyfrowej kompresja analogowa i kodowanie równomierne kodowanie nierównomierne - odpowiednik kompresji

28 Cały zakres zmienności sygnału w jedną stronę (np. 0-1V) podzielony jest na 8 przedziałów o szerokościach równych 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64, 1/128 i 1/128 całego zakresu w każdym z tych przedziałów jest 16 podprzedziałów kwantyzacji (o różnej szerokości)

29 wartość próbki sygnału kodowana jest przez 7 bitów, z tego 3 pokazują numer przedziału, 4 pokazują jedną z 16 wartości w przedziale (czyli pokazują podprzedział) do tego dodawany jest jeszcze bit znaku = 0 - gdy x > 0, = 1 - gdy x < 0

30 Kompresja w koderze numer przedziału wartość maksymalna w przedziale numer przedziału przetwornik A/C 11+1 bitowy bit znaku przed kompresją po kompresji

31 Uzyskuje się bardzo dobrą zgodność z wymaganą krzywą kompresji

32 najmniejszych podprzedziałów kwantyzacji w zakresie zmian sygnału ( 0-1) jest 2048 = 2 11 największych podprzedziałów kwantyzacji w zakresie zmian sygnału ( 0-1) jest = 32 = 2 5 bit znaku największe wartości sygnału kodowane są z rozdzielczością 1+5 = 6 bitową najmniejsze wartości sygnału kodowane są z rozdzielczością 1+11 = 12 bitową bit znaku

33 kodowanie A

34 Kodowanie mowy wg zalecenia ITU-T G.722 Pasmo mowy = 7 khz Przepływność nadal 64 kb/s jak to jest możliwe? 1) częstotliwość próbkowania 16 khz! 2) podział pasma Hz i Hz 3) oddzielne kodowanie pasm: bity 4) adaptacyjne kodowanie różnicowe (~delta)

35 filtry cyfrowe Adaptive Differential PCM

36 bardzo uproszczony schemat blokowy kodera ADPCM

37 CENTRALE TELEFONICZNE

38 Generacje central telefonicznych ręczne biegowe (Siemens, Strowger) sygnalizacja dekadowa krzyżowe (Pentaconta, ARF102) sygnalizacja dekadowa sygnalizacja R2 elektroniczne (ECWB, EIOA) sygnalizacja dekadowa sygnalizacja R2 cyfrowe (5ESS, S12, DGT) sygnalizacja SS7

39

40 wybierak Strowgera

41 Nowsze centrale elektromechaniczne systemu Pentaconta (F) wybieraki krzyżowe

42 stan wyjściowy

43 po pierwszej cyfrze

44 po drugiej cyfrze

45 wybierak Pentaconta

46 Współczesne centrale telefoniczne = cyfrowe, z komutacją elektroniczną Komutacja bezstykowa niezawodność szybkość komutowane sygnały mowy muszą występować w postaci cyfrowej (PCM)

47 współpraca centrali z aparatami analogowymi

48 współpraca centrali z aparatami cyfrowymi

49 Schemat blokowy centrali

50 pole komutacyjne AZL AZL

51 AZL- Abonencki Zespół Liniowy SLIC - Subscriber Line Interface Circuit funkcje AZL podawanie zasilania 48V do abonenta zabezpieczenie przepięciowe podawanie sygnału dzwonienia 60V, 25 Hz sygnalizacja stanu pracy linii przetwarzanie A/C i C/A transformacja linii 2/4 i 4/2 testowanie linii B O R S C H T

52 biegunowość napięcia zasilającego dlaczego uziemiony jest +?

53 jony miedzi są odpychane od przewodów przewody szybko ulegają rozpuszczeniu (korozji) jony miedzi są przyciągane przez przewody korozja przewodów jest zahamowana.

54 Komutacja w centrali komutacja czasowa - przeniesienie zawartości jednej szczeliny czasowej do innej szczeliny, w tym samym trakcie PCM komutacja przestrzenna - przeniesienie zawartości szczeliny czasowej w jednym trakcie PCM do tej samej szczeliny w innym trakcie

55 komutator czasowy komutator czasowy zamiana informacji szeregowej na równoległą i odwrotnie

56 przykładowa budowa komutatora czasowego sekwencyjny zapis danych wejściowych adres komórki odczytywanej numer kanału wejściowego numer kanału wyjściowego dane o połączeniach

57 komutator przestrzenny komutator przestrzenny

58 Realizacja komutatorów przestrzennych komutator krzyżowy (crossbar)

59 Realizacja komutatorów przestrzennych komutator krzyżowy (crossbar) połączenia wymagana ilość punktów połączeniowych ~ n 2

60 komutator krzyżowy 2 x 2, z którego można budować większe...

61 pole komutacyjne 8 x 8 z komutatorów 2 x 2

62 pole komutacyjne 8 x 8 z komutatorów 2 x 2 1-4

63 pole komutacyjne 8 x 8 z komutatorów 2 x

64 pole komutacyjne 8 x 8 z komutatorów 2 x

65 pole komutacyjne 8 x 8 z komutatorów 2 x stan blokady pola komutacyjnego nie można zrealizować połączeń 5-2, 7-2, 2-7, itd.

66 Pola nieblokowalne Closa Pole jest nieblokowalne, gdy m w r 1

67 pole komutacyjne 8 x 8

68 pole komutacyjne 8 x 8

69 pole komutacyjne 8 x 8 ilość punktów komutac =?

70 pole komutacyjne 8 x

71 ISDN Integrated Service Digital Network lub It Still Does Nothing

72 ISDN Etapy cyfryzacji systemu telefonii stacjonarnej

73 sieć telefoniczna sieci dedykowane ( jednousługowe ) sieć telegraficzna wydzielone sieci danych sieci foniczne wysokiej jakości szerokopasmowe sieci analogowe

74 wąskopasmowa sieć ISDN N- ISDN sieci foniczne wysokiej jakości szerokopasmowe sieci analogowe

75 szerokopasmowa sieć ISDN B- ISDN

76 W 1988 r. opracowano (ITU -T) pierwsze rekomendacje dla sieci ISDN; są one równoważne normom międzynarodowym. Co można podłączyć do sieci ISDN? telefony 3,1 khz; telefony 7 khz; telefaksy grupy 4; wideotelefony; itp. urządzenia z interfejsem ISDN. Nie ogranicza się zakresu... Przykładowe możliwości w telefonie: prezentacja numeru; zabronienie prezentacji numeru, wielokrotny numer abonenta, przenośność terminala,...

77 B - kanał informacyjny o przepływności 64 kb/s, D - kanał sterujący o przepływności 16 kb/s, D - kanał sterujący o przepływności 64 kb/s, 2B+D = 144 kb/s 30B+D = 1984 kb/s (160 kb/s) (2048 kb/s)

78 Kanał dostępu podstawowego BRA - Basic Rate Access 3 kanały logiczne, ale tylko jeden fizyczny! Dlaczego tylko 64 kb/s?

79 u abonenta Network Termination max. 8 urządzeń magistrala pasywna sieć publiczna ISDN 2B+D

80 Zasady łączenia terminali abonenckich czas przejścia sygnału w linii 1 km = 5 s czas trwania bitu ~ 5 s

81 schemat blokowy telefonu ISDN

82 W styku S stosowany jest zmodyfikowany pseudoternarny (pseudotrójwartościowy) kod AMI (AMI - alternate mark inversion) normalny kod AMI 0 0 V 1 ± U V na przemian kod zmodyfikowany (ISDN) 0 ± 0,75 V na przemian 1 0 V stan wysokiej impedancji! Kod AMI

83 Spośród 8 urządzeń jednocześnie dwa mogą być aktywne; pozostałe nadają , czyli są w stanie wysokiej impedancji O aktywności urządzenia decydują bity kanału D. Bity kanału D wysyłane przez wszystkie urządzenia występują jednocześnie (synchronizacja!) i są sumowane w jednej linii. wysoka impedancja +/-U +/-U = = = 0 0(+) + 0(+) = 0(+) 0(-) + 0(-) = 0(-) 0(+) + 0(-) =?? zwarcie - stan niedozwolony

84 Sygnalizacja w kanale D Bity z kanału D odbierane są jak leci Program nadzorczy warstwy 2. tworzy z nich ramki protokołu LAPD (Link Access Procedure D-channel). Program warstwy 3. wyłuskuje z nich wiadomości i je interpretuje

85 warstwa 3. warstwa 2. FCS = Frame Check Sequence warstwa 1.

86 U abonenta linia 4-przewodowa; jedna para nadawanie, druga - odbiór Nieduże odległości - można na to sobie pozwolić W sieci zewnętrznej musi być linia 2-przewodowa (koszt, wykorzystanie istniejących linii analogowych). Jak rozróżnić sygnały w takiej linii pod względem kierunku transmisji? 1) technika ping-ponga (ograniczenie zasięgu i szybkości); 2) technika kasowania echa (współcześnie stosowana). 5km 25 s

87 Do przejścia z linii 4-przewodowej na 2-przewodową potrzebny jest rozgałęźnik (hybrid). Dlaczego trzeba kasować echo? - bo sytuacja może być daleka od ideału. rozgałęźnik odbicia przenik echo sygnał użyteczny

88 Sposób kasowania echa w zakończeniu sieciowym (NT) adaptacyjny tłumik (kasownik) echa

89 kasownik echa sygnał błędu

90 styk S styk U kod 2B1Q ,5 V ,833 V 01-0,833 V 00-2,5 V Kod 2B1O

91 ramka w styku U

92

93 współpraca urządzeń TE dołączonych do wspólnej linii Pełna postać ramek na styku S F bit flagi, zawsze U > 0 L bity wyrównujące składową DC (w czasie * = < 14 bitów) E bity echa kanału D A bit sygnalizacji przejścia NT w stan aktywny FA, N dodatkowe bity synchronizacji ramki S1, S2 bity służbowe

94 NT nadaje zwrotnie jako bit E bit odebrany w kanale D, ale on jest sumą bitów D od wszystkich urządzeń. Bity w kanale D od różnych urządzeń mają taką samą biegunowość (dzięki synchronizacji wszystkich urządzeń względem NT). sumowanie typu 0(+) + 0(-) jest niemożliwe TE sprawdza zgodność swojego bitu D z odebranym bitem E. Gdy jest niezgodność inne urządzenie TE wymusiło ten bit E, tzn. inne jest aktywne - należy wstrzymać próby nadawania.

95 miejsce protokołu DSS1

96 DSS1 (Digital Subscriber System No. 1) - nazwa grupy stosu protokołów kanału D w urządzeniach ISDN. DSS1 składa się trzech warstw warstwa 3 (sieci) : ITU Q.930/931 warstwa 2 (łącza danych): ITU Q.920/921 warstwa 1 (fizyczna) : ITU I.430 W warstwie łącza danych do przenoszenia sygnalizacji DSS1 stosowany jest protokół LAPD. Niektóre wiadomości DSS1: SETUP - używana jest przy nawiązywaniu połączenia, zawiera m.in. numer abonenta wywoływanego CALL PROCEEDING - wysyłana od strony węzła do zakończenia sieciowego, informuje o rozpoczęciu procedury zestawiania połączenia

97 Nawiązywanie połączenia NT- LT 1) sygnał 10 khz (cztery symbole +3, po nich cztery symbole 3) w czasie 9ms 2) NT- LT sygnał wzorcowy (ramka z samymi jedynkami) + kompensacja echa cisza 3) LT- NT to samo cisza 4) NT- LT z bitami 0 w celu dostrojenia progu decyzyjnego w LT cisza 5) LT- NT to samo w celu dostrojenia progu decyzyjnego w NT

98 inicjalizacja połączenia TE - NT TE nieaktywne i podniesienie mikrotelefonu TE generuje sygnał INFO1 (o fazie przypadkowej) NT odpowiada sygnałem INFO2 wyraźnie zaznaczona ramka TE może się zsynchronizować. TE odpowiada normalną ramką. NT odpowiada sygnałem INFO2 z bitem A = 1; oznacza to uaktywnienie NT

99 Flaga wzór flagi nie może pojawić się poza obszarem flagi bit stuffing FCS - Frame Check Sequence reszta z dzielenia pola danych przez wielomian x 16 +x 12 +x 5 +1 Adres SAPI service access point identifier (6b) (wskazuje odbiorcę informacji) C/R command /response bit (1b) (czy ramka zawiera komendę czy odpowiedź) EA extended addressing/ end of address (czy adres jest 1- czy 2-bajtowy) TEI terminal endpoint identifier (pojedynczy odbiorca lub wielu odbiorców; identyfikacja terminala Kontrola określa 3 formaty ramki: informacyjny nadzorczy - potwierdzenia, żądania retransmisji itp., wtedy brak pola informacyjnego nienumerowany połączenie i rozłączenia łączy danych

100 protocol discriminator - zwykle (ale można wybierać inne protokoły, np. X.25 call reference value - czy to jest PRI czy BRI i której rozmowy dotyczy informacja message type cztery typy wiadomości: nawiązanie połączenia, czas rozmowy, zakończenie rozmowy i inne. information element np. wymagania transportowe, przyczyny rozłączenia, status rozmowy, numery abonentów, subadresy abonentów (adresy kart ISDN) length długość pola danych data właściwe informacje