System telefonii przewodowej PSTN Public Switched Telephone Network POTS Plain Old Telephone Service
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
potem: mikrofon węglowy tarcza numerowa dzwonek itd.. mikrofon węglowy
Nazewnictwo widełki mikrotelefon słuchawka mikrofon tarcza numerowa
Powszechność telefonii w oczach ludzi końca XIX wieku
Najprostsze łącze telefoniczne
Uproszczony schemat aparatu telefonicznego CB centralnej baterii
przywołanie
rozmowa - słuchanie
rozmowa - mówienie antylokalność - zmniejszenie słyszalności swojego głosu w słuchawce
schemat zastępczy linii telefonicznej...
wybieranie numeru abonenta
współczesny aparat telefoniczny elektroniczny, z pozostawieniem wszystkich dotychczasowych funkcji
wybieranie tonowe (częstotliwościowe) DTMF (Dual Tone Multiple Frequency) jednoczesna generacja dwóch częstotliwości i wysyłanie ich do centrali Dlaczego takie dziwne wartości częstotliwości?
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).?
dzwonek w elektronicznym aparacie telefonicznym jest uruchamiany napięciem dzwonienia 60V, 25 Hz przychodzącym z centrali.
Schemat uzyskiwania sygnałów DTMF w aparacie telefonicznym
Kodowanie mowy w telefonii PCM ITU-T G.711 ITU-T G.722
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 -?
czy warto zmniejszać szerokość przedziału kwantyzacji, czyli zwiększać ilość bitów?
lepiej utrzymywać wysoki poziom sygnału poprzez jego kompresję kompresor po zdekodowaniu potrzebna jest operacja odwrotna - ekspansja w ekspanderze
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
kompresja wg tzw. krzywej (stosowana w USA) y ln(1 x) = 255 ln(1 ) nieznaczne różnice między krzywymi A i
stosowanie kompresji jest możliwe też na drodze cyfrowej kompresja analogowa i kodowanie równomierne kodowanie nierównomierne - odpowiednik kompresji
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 16 16 16 w każdym z tych przedziałów jest 16 podprzedziałów kwantyzacji (o różnej szerokości)
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
Kompresja w koderze numer przedziału wartość maksymalna w przedziale numer przedziału przetwornik A/C 11+1 bitowy bit znaku przed kompresją po kompresji
Uzyskuje się bardzo dobrą zgodność z wymaganą krzywą kompresji
najmniejszych przedziałów kwantyzacji w zakresie zmian sygnału (0-1) jest 2048 = 2 11 największych przedziałów kwantyzacji w zakresie zmian sygnału (0-1) jest 16+16 = 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
kodowanie A
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 50-4000 Hz i 4000-7000 Hz 3) oddzielne kodowanie pasm: 6 + 2 bity 4) adaptacyjne kodowanie różnicowe (~delta)
filtry cyfrowe Adaptive Differential PCM
bardzo uproszczony schemat blokowy kodera ADPCM
CENTRALE TELEFONICZNE
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
wybierak Strowgera
Nowsze centrale elektromechaniczne systemu Pentaconta (F) wybieraki krzyżowe
stan wyjściowy
po pierwszej cyfrze
po drugiej cyfrze
wybierak Pentaconta
Współczesne centrale telefoniczne = cyfrowe, z komutacją elektroniczną Komutacja bezstykowa niezawodność szybkość komutowane sygnały mowy muszą występować w postaci cyfrowej (PCM)
współpraca centrali z aparatami analogowymi
współpraca centrali z aparatami cyfrowymi
Schemat blokowy centrali
pole komutacyjne AZL AZL
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
biegunowość napięcia zasilającego dlaczego uziemiony jest +?
Przykładowa realizacja układu rozgałęźnika 2-4 i 4-2
Realizacja układu rozgałęźnika z wykorzystaniem układu aktywnego
jony miedzi są odpychane od przewodów przewody szybko ulegają rozpuszczeniu (korozji) jony miedzi są przyciągane przez przewody korozja przewodów jest zahamowana.
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
komutator czasowy komutator czasowy zamiana informacji szeregowej na równoległą i odwrotnie
przykładowa budowa komutatora czasowego sekwencyjny zapis danych wejściowych adres komórki odczytywanej numer kanału wejściowego numer kanału wyjściowego dane o połączeniach
komutator przestrzenny komutator przestrzenny
Realizacja komutatorów przestrzennych komutator krzyżowy (crossbar)
Realizacja komutatorów przestrzennych komutator krzyżowy (crossbar) połączenia 0-1 1-0 2-3 3-2 4-5 5-4 6-7 7-6 8-9 9-8 wymagana ilość punktów połączeniowych ~ n 2
komutator krzyżowy 2 x 2, z którego można budować większe...
pole komutacyjne 8 x 8 z komutatorów 2 x 2
pole komutacyjne 8 x 8 z komutatorów 2 x 2 1-4
pole komutacyjne 8 x 8 z komutatorów 2 x 2 1-4 4-1
pole komutacyjne 8 x 8 z komutatorów 2 x 2 1-4 4-1 6-3
pole komutacyjne 8 x 8 z komutatorów 2 x 2 1-4 4-1 6-3 3-5 stan blokady pola komutacyjnego nie można zrealizować połączeń 5-2, 7-2, 2-7, itd.
Pola nieblokowalne Closa Pole jest nieblokowalne, gdy m w r 1
pole komutacyjne 8 x 8
pole komutacyjne 8 x 8
pole komutacyjne 8 x 8 ilość punktów komutac =?
pole komutacyjne 8 x 8 1 8 2 3 3 4 4 2 5 5 6 7 7 1 8-6
ISDN Integrated Service Digital Network lub It Still Does Nothing
sieć telefoniczna sieci dedykowane ( jednousługowe ) sieć telegraficzna wydzielone sieci danych sieci foniczne wysokiej jakości szerokopasmowe sieci analogowe
wąskopasmowa sieć ISDN N- ISDN sieci foniczne wysokiej jakości szerokopasmowe sieci analogowe
szerokopasmowa sieć ISDN B- ISDN
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,...
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)
Kanał dostępu podstawowego BRA - Basic Rate Access 3 kanały logiczne, ale tylko jeden fizyczny! Dlaczego tylko 64 kb/s?
u abonenta Network Termination max. 8 urządzeń magistrala pasywna sieć publiczna ISDN 2B+D
Zasady łączenia terminali abonenckich czas przejścia sygnału w linii 1 km = 5 s czas trwania bitu ~ 5 s
schemat blokowy telefonu ISDN
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!
Spośród 8 urządzeń jednocześnie dwa mogą być aktywne; pozostałe nadają 1111..., 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 1 + 0 = 0 1 + 1 = 1 1 + 1 + 1 + 1 + + 0 = 0 0(+) + 0(+) = 0(+) 0(-) + 0(-) = 0(-) 0(+) + 0(-) =?? zwarcie - stan niedozwolony
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
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
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
Sposób kasowania echa w zakończeniu sieciowym (NT) adaptacyjny tłumik (kasownik) echa
kasownik echa sygnał błędu
styk S styk U kod 2B1Q 10 + 2,5 V 11 + 0,833 V 01-0,833 V 00-2,5 V Kod 2B1O
ramka w styku U