Asterisk™: будущее телефонии Второе издание

Меггелен Джим Ван

свой голос чересчур громко; очень мало местного эффекта - и абонент решит, что линия отключена.

Рычажный переключатель. Это устройство сигнализирует о состоянии телефонной цепи на центральную АТС. Когда абонент снимает трубку своего телефона, рычажный переключатель замыкает цепь между ним и центральной АТС, что выглядит как запрос на получение тонального сигнала готовности линии. Когда абонент вешает трубку, рычажный переключатель размыкает цепь, что свидетельствует о завершении вы- зова¹.

Рычажный переключатель также может использоваться для обмена сигналами. Некоторые электронные

аналоговые телефоны имеют кнопку с надписью Link (Связь), при нажатии которой возникает мгновенное событие сброса (flash). Сброс можно выполнить вручную, нажав рычажный переключатель и удерживая его 200-1200 мс. Если удерживать переключатель в нажатом состоянии дольше, канал связи может интерпретировать это как завершение разговора. Назначение кнопки Link - реализация функциональности мгновенного нажатия рычажного переключателя. Если вы когда-нибудь использовали функцию отложенного вызова или вели разговор с подключением третьего абонента на аналоговой линии, вы применяли мгновенное нажатие рычажного переключателя с целью передачи сигналов в сеть.

Телефонная трубка. Телефонная трубка состоит из передатчика и приемника. Она осуществляет преобразования между звуковой энергией, используемой человеком, и электрической энергией, используемой телефонной сетью.

Tip и Ring

В аналоговой телефонной сети имеется два провода. В Серверной Америке эти провода называют Tip (Земля) и Ring (Вход)². Эта терминология сложилась во времена, когда соединение по телефону выполнялось живыми операторами на пультах коммутации. Используемые ими штекеры имели два контакта: один располагался на верхушке штекера, а другой подключался к кольцу, охватывающему штекер посередине (рис. 7.1).

2

Tip - это провод с положительной полярностью питания. В Северной Америке этот провод обычно зеленого цвета и обеспечивает обратную цепь. Ring - это провод с отрицательной полярностью. В Северной Америке этот провод обычно красный. Для современных кабелей Cat 5 и 6 Tip - это обычно белый провод, а Ring - цветной. Когда трубка те-Говоря о состоянии аналоговой линии, люди часто употребляют понятия «занято» и «свободно». Если линия «занята», значит, выполняется разговор по телефону. Если линия «свободна», телефон, по сути, выключен, или не занят.

В других регионах их могут называть иначе (например, А и В).

Рис. 7.1. Вход и Земля

лефона не снята, напряжение на этом проводе относительно Tip - 48 В. При поднятии трубки это напряжение падает примерно до 7 В постоянного тока.

Цифровая телефония

Аналоговая телефония уже практически мертва.

В PSTN единственный участок телефонной сети, до сих пор использующий технологию, которая появилась более ста лет назад, - это так называемая последняя миля¹ (The Last Mile).

Одна из основных сложностей при передаче аналоговых сигналов состоит в том, что помехой им может стать что угодно, приводя к снижению громкости, статическим помехам и всевозможным нежелательным эффектам. Вместо того чтобы оберегать аналоговый сигнал на больших расстояниях, которые могут иметь протяженность в тысячи километров,

почему бы просто не измерить характеристики исходного звука и не послать на дальний конец эту информацию? Исходный сигнал, конечно, не дошел бы туда, но была бы передана вся информация, необходимая для его восстановления.

Таков принцип цифровой аудиосвязи (включая телефонию): измерение характеристик исходной звуковой волны, сохранение снятых показателей и передача этих данных на дальний конец. Затем на дальнем конце с помощью переданной информации формируется абсолютно новый аудиосигнал, обладающий теми же характеристиками, что и оригинальная звуковая волна. Воспроизведенная копия настолько хороша, что человеческое ухо не замечает разницы.

Принципиальное преимущество цифровой аудиосвязи заключается в возможности проверки оцифрованных данных математическими средствами на наличие ошибок на протяжении всего пути к месту назначения, что гарантирует поступление на дальний конец точной копии оригинала. Расстояние больше не влияет на качество, и помехи могут быть выявлены и устранены.

Импульсно-кодовая модуляция

Существует несколько способов цифровой обработки аудиосигнала, но самым распространенным методом является импульсно-кодовая модуляция, или ИКМ (Pulse-Code Modulation, PCM). Чтобы проиллюстрировать принцип ее работы, рассмотрим несколько примеров.

Цифровое кодирование аналогового сигнала

Принцип ИКМ заключается в измерении амплитуды¹ аналоговой волны через равные промежутки времени таким образом, чтобы позже ее можно было воссоздать. Количество замеров зависит как от разрядности квантования каждого замера, так и от частоты замеров. Чем больше разрядность и частота дискретизации, тем выше точность, но и тем большая полоса пропускания потребуется для передачи такой подробной информации.

Чтобы лучше понять принцип работы ИКМ, рассмотрим волну, представленную на рис. 7.2.

Амплитуда - это, по сути, мощность, или сила сигнала. Наверное, все когда-нибудь размахивали скакалкой или садовым шлангом, как кнутом, и видели получающуюся волну. Чем выше волна, тем больше ее амплитуда.

Чтобы выполнить оцифровку волны, необходимо разбить ее на равные временные отрезки и замерить ее амплитуду в каждый момент време-

Рис. 7.2. Простая синусоидальная (гармоническая) волна

ни. Процесс разбиения волны на отрезки времени и измерение энергии в каждый момент называется квантованием, или дискретизацией.

Замеры должны производиться довольно часто, и необходимо собрать достаточно информации, чтобы обеспечить возможность восстановления волны на дальнем конце с приемлемой степенью точности. Для получения более точного замера потребуется большее количество битов. Чтобы объяснить этот принцип, начнем с очень маленького разрешения, при котором для представления амплитуды используется четыре бита. Это упростит задачу по визуализации и самого процесса квантования, и влияния, которое разрядность квантования имеет на качество. На рис. 7.3 показано, какие данные будут зафиксированы, если выполнить дискретизацию гармонической волны с разрядностью четыре бита.