Asterisk™: будущее телефонии Второе издание
Шрифт:
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
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,
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.