Цифровая и аналоговая связь. Виды сигналов: аналоговый, цифровой, дискретный

Деление станций на аналоговые и цифровые производится по типу коммутации. Телефонная связь, действующая на основе преобразования речи (голоса) в аналоговый электрический сигнал и передачи его по коммутируемому каналу связи (аналоговая телефония), долгое время была единственным средством передачи речевых сообщений на расстояние. Возможность дискретизации (по времени) и квантования (по уровню) параметров аналогового электрического сигнала (амплитуды, частоты или фазы) позволили преобразовывать аналоговый сигнал в цифровой (дискретный), обрабатывать его программными методами и передавать по цифровым телекоммуникационным сетям.

Для передачи аналогового речевого сигнала между двумя абонентами в сети ТфОП (телефонные сети общего пользования) предоставляется так называемый стандартный канал тональной частоты (ТЧ), полоса пропускания которого составляет 3100 Гц. В системе цифровой телефонии над аналоговым электрическим сигналом выполняются операции дискретизации (по времени), квантования (по уровню), кодирования и устранения избыточности (сжатия), после чего сформированный таким образом поток данных направляется принимающему абоненту и по «прибытию» в пункт назначения подвергается обратным процедурам.

Преобразование речевого сигнала осуществляется по соответствующему протоколу в зависимости от того, по какой сети он передается. В настоящее время наиболее эффективная передача потока любых дискретных (цифровых) сигналов, в том числе и несущих речь (голос), обеспечивается цифровыми электрическими сетями, в которых реализованы пакетные технологии: IP (Internet Protocol), ATM (Asynchronous Transfer Mode) или FR (Frame Relay).

Говорят, что концепция передачи голоса при помощи цифровых технологий зародилась в 1993 году в Университете штата Иллинойс (США). Во время очередного полета челнока Endeavor в апреле 1994 года NASA передало на Землю его изображение и звук с помощью компьютерной программы. Полученный сигнал поступал в Интернет, и любой желающий мог услышать голоса астронавтов. В феврале 1995 года израильская компания VocalTec предложила первую версию программы Internet Phone, разработанную для владельцев мультимедийных PC, работающих под Windows. Потом была создана частная сеть серверов Internet Phone. И уже тысячи людей загрузили программу Internet Phone с домашней страницы VocalTec и начали общаться.

Естественно, что другие компании очень быстро оценили перспективы, которые открывала возможность разговаривать, находясь в разных полушариях и не оплачивая при этом международные звонки. Такие перспективы не могли остаться незамеченными, и уже в 1995 году на рынок обрушился поток продукции, предназначенной для передачи голоса через Сеть.

Сегодня существует несколько стандартизированных способов передачи информации, получившие наибольшее распространение на рынке услуг цифровой телефонии: это стандарты ISDN, VoIP, DECT, GSM и некоторые другие. Попробуем вкратце рассказать об особенностях каждого из них.

Итак, что же такое ISDN?

Аббревиатура ISDN расшифровывается какIntegrated Services Digital Network - цифровая сеть с интеграцией услуг. Это современное поколение всемирной телефонной сети, обладающей возможностью переносить любой тип информации, включая быструю и корректную передачу данных (в том числе и голоса) высокого качества от пользователя к пользователю.

Основное достоинство сети ISDN заключается в том, что Вы можете подключить к одному сетевому окончанию несколько цифровых или аналоговых аппаратов (телефон, модем, факс и пр.), и каждый может иметь свой городской номер.

Обычный телефон подключается к телефонной станции парой проводников. При этом по одной паре можно вести только один телефонный разговор. При этом в трубке могут быть слышны шум, помехи, радио, посторонние голоса - недостатки аналоговой телефонной связи, которая "собирает" все помехи на своем пути. В случае использования ISDN абоненту устанавливается сетевое окончание, а звук, преобразующийся специальным декодером в цифровой формат, передается по специально отведенному для этого (также полностью цифровому) каналу принимающему абоненту, обеспечивая при этом максимальную слышимость без помех и искажений.

Основой ISDN является сеть, построенная на базе цифровых телефонных каналов (предусматривающая также возможность передача данных с коммутацией пакетов) со скоростью передачи данных 64 кбит/с. Услуги ISDN базируются на двух стандартах:

Базовый доступ (Basic Rate Interface (BRI)) - два B-канала 64 кбит/с и один D-канал 16 кбит/с

Первичный доступ (Primary Rate Interface (PRI)) - 30 B-каналов 64 кбит/с и один D-канал 64 кбит/с

Обычно пропускная способность BRI составляет 144 Кбит/с. При работе с PRI полностью используется вся магистраль цифровой связи (DS1), что дает пропускную способность 2 Мбит/c. Высокие скорости, предлагаемые ISDN, делают ее идеальной для большого числа современных услуг связи, включая высокоскоростную передачу данных, разделение экранов, видеоконференции, передачу больших файлов для мультимедиа, настольную видеотелефонию и доступ в Интернет.

Собственно говоря, технология ISDN – это ни что иное, как одна из разновидностей «компьютерной телефонии», или, как ее еще называют CTI-телефония (Computer Telephony Integration - компьютерно-телефонная интеграция).

Одной из причин возникновения решений CTI послужило появление требований по обеспечению сотрудников компаний дополнительными телефонными сервисами, которые либо не поддерживались существующей корпоративной телефонной станцией, либо стоимость приобретения и внедрения решения от производителя этой станции была несопоставима с достигаемыми удобствами.

Первыми ласточками сервисных CTI-приложений стали системы электронных секретарей (autoattended) и автоматических интерактивных голосовых приветствий (меню), корпоративная голосовая почта, автоответчик и системы записи переговоров. Для добавления сервиса того или иного CTI-приложения к существующей телефонной станции компании подключался компьютер. В нем была установлена специализированная плата (вначале на шине ISA, затем на шине PCI), которая соединялась с телефонной станцией по стандартному телефонному интерфейсу. Программное обеспечение компьютера, запущенное под определенной операционной системой (MS Windows, Linux или Unix), взаимодействовало с телефонной станцией через программный интерфейс (API) специализированной платы и тем самым обеспечивало реализацию дополнительного сервиса корпоративной телефонии. Практически одновременно с этим был разработан стандарт программного интерфейса для компьютерно-телефонной интеграции – TAPI (Telephony API)

Для традиционных телефонных систем CTI-интеграция осуществляется так: некоторая специализированная компьютерная плата подключена к телефонной станции и транслирует (переводит) телефонные сигналы, состояние телефонной линии и его изменения в «программный» вид: сообщения, события, переменные, константы. Передача телефонной составляющей происходит по телефонной сети, а программной составляющей – по сети передачи данных, IP-сети.

А как выглядит процесс интеграции в IP-телефонии ?

В первую очередь необходимо заметить, что с появлением IP-телефонии изменилось само восприятие телефонной станции (Private Branch eXchange - PBX). IP PBX является ничем иным как еще одним сетевым сервисом IP-сети, и, как большинство сервисов IP-сети, функционирует в соответствии с принципами клиент-серверной технологии, т. е. предполагает наличие сервисной и клиентской частей. Так, например, сервис электронный почты в IP-сети имеет сервисную часть – почтовый сервер и клиентскую часть –программу пользователя (например Microsoft Outlook). Аналогично устроен и сервис IP-телефонии: сервисная часть – сервер IP PBX и клиентская часть – IP-телефон («железный» или программный) используют для передачи голоса единую коммуникационную среду – IP-сеть.

Что это дает пользователю?

Преимущества IP-телефонии очевидны. Среди них – богатый функционал, возможность существенно улучшить взаимодействие сотрудников и одновременно упростить обслуживание системы.

Кроме того, IP-коммуникации развиваются по открытому принципу вследствие стандартизации протоколов и глобального проникновения IP. Благодаря принципу открытости в системе IP-телефонии возможно расширение предоставляемых услуг, интеграция с существующими и планируемыми сервисами.

IP-телефония позволяет построить единую централизованную систему управления для всех подсистем с разграничением прав доступа и эксплуатировать подсистемы в региональных подразделениях силами местного персонала.

Модульность системы IP-коммуникаций, ее открытость, интеграция и независимость компонентов (в отличие от традиционной телефонии) дают дополнительные возможности для построения по-настоящему отказоустойчивых систем, а также систем с распределенной территориальной структурой.

Беспроводные системы связи стандарта DECT:

Стандарт беспроводного доступа DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications) является наиболее популярной системой мобильной связи в корпоративной сети, самым дешевым и простым при монтаже вариантом. Она позволяет организовать беспроводную связь по всей территории предприятия, что так необходимо «мобильным» пользователям (например, охране предприятия или начальникам цехов, отделов).

Основное преимущество DECT-систем заключается в том, что с приобретением подобного телефона вы практически бесплатно получаете мини-АТС на несколько внутренних номеров. Дело в том, что к единожды купленной DECT-базе можно приобрести дополнительные телефонные трубки, каждая из которых получает свой внутренний номер. С любой трубки вы без особого труда сможете звонить на другие трубки, подключенные к этой же базе, передавать входящие и внутренние звонки и даже осуществлять своеобразный «роуминг» - прописывать свою трубку на другой базе. Радиус приема этого вида связи – 50 метров в помещение и 300 метров на открытом пространстве.

Для организации мобильной связи в сетях общего пользования используются сети сотовой связи стандартов GSM и CDMA, территориальная эффективность которых практически не ограничена. Это стандарты соответственно второго и третьего поколения сотовой связи. В чем же различия?

Каждую минуту с любой базовой станцией сотовой сети пытаются связаться сразу несколько телефонов, находящихся в ее окрестностях. Поэтому станции должны обеспечивать «множественный доступ», то есть одновременную работу без взаимных помех сразу нескольких телефонов.

В сотовых системах первого поколения (стандарты NMT, AMPS, N-AMPS и др.) множественный доступ реализуется частотным методом – FDMA (Frequency Division Multiple Access): базовая станция имеет несколько приемников и передатчиков, каждый из которых работает на своей частоте, а радиотелефон настраивается на любую частоту, используемую в сотовой системе. Связавшись с базовой станцией на специальном служебном канале, телефон получает указание, какие частоты он может занять, и перестраивается на них. Это не отличается от способа настройки той или иной радиоволны.

Однако число каналов, которые удается выделить на базовой станции, не очень велико, тем более что соседние станции сотовой сети должны иметь разные наборы частот, чтобы не создавать взаимных помех. В большинстве сотовых сетей второго поколения стал применяться частотно-временной метод разделения каналов – TDMA (Time Division Multiple Access). В таких системах (а это сети стандартов GSM, D-AMPS и др.) тоже используются различные частоты, но только каждый такой канал выделяется телефону не на все время связи, а только на небольшие промежутки времени. Остальные такие же интервалы поочередно используются другими телефонами. Полезная информация в таких системах (в том числе и речевые сигналы) передается в «сжатом» виде и в цифровой форме.

Совместное использование каждого частотного канала несколькими телефонами позволяет обеспечить обслуживание большего числа абонентов, но частот все равно не хватает. Существенно улучшить это положение смогла технология CDMA, построенная по принципу кодового разделения сигналов.

Суть метода кодового разделения сигналов, примененного в CDMA, заключается в том, что все телефоны и базовые станции одновременно используют один и тот же (и при этом сразу весь) выделенный для сотовой сети диапазон частот. Для того чтобы эти широкополосные сигналы можно было различать между собой, каждый из них имеет специфическую кодовую «окраску», обеспечивающую его уверенное выделение на фоне других.

За последние пять лет технология использования CDMA была протестирована, стандартизирована, лицензирована и запущена в производство большинством поставщиков беспроводного оборудования и уже применяется во всем мире. В отличие от других методов доступа абонентов к сети, где энергия сигнала концентрируется на выбранных частотах или временных интервалах, сигналы CDMA распределены в непрерывном частотно-временном пространстве. Фактически этот метод манипулирует и частотой, и временем, и энергией.

Возникает вопрос: могут ли системы CDMA при таких возможностях «мирно» сосуществовать с сетями AMPS/D-AMPS и GSM?

Оказывается, могут. Российскими регулирующими органами разрешена работа сетей CDMA в полосе радиочастот 828 - 831 МГц (прием сигнала) и 873-876 МГц (передача сигнала), где и размещены два радиоканала CDMA шириной 1,23 МГц. В свою очередь, для стандарта GSM в России отведены частоты выше 900 МГц, поэтому рабочие диапазоны сетей CDMA и GSM никак не пересекаются.

Что хочется сказать в заключении:

Как показывает практика, современные пользователи все больше тяготеют к широкополосным сервисам (видеоконференции, высокоскоростная передача данных) и все чаще предпочитают мобильный терминал обычному проводному. Если еще учесть тот факт, что число таких желающих в больших компаниях может легко перевалить за тысячу, то получим набор требований, удовлетворить которые способна только мощная современная цифровая станция (УПАТС).

Сегодня на рынке представлено множество решений от различных производителей, обладающих возможностями как традиционных АТС, коммутаторов или маршрутизаторов для сетей передачи данных (в том числе и по технологиям ISDN и VoIP), так и свойствами беспроводных базовых станций.

Цифровые УПАТС сегодня в большей степени, чем другие системы, соответствует указанным критериям: имеют возможности коммутации широкополосных каналов, пакетной коммутации, просто интегрируются с компьютерными системами (CTI) и позволяют организовывать беспроводные микросоты внутри корпораций (DECT).

Какой из указанных типов связи лучше? Решайте сами.

Любой сигнал, аналоговый или цифровой — это электромагнитные колебания, которые распространяются с определенной частотой, в зависимости от того, какой сигнал передается, устройство, принимающее данный сигнал, переводит его в текстовую, графическую или звуковую информацию, удобную для восприятия пользователя или самого устройства. Для примера, телевизионный или радиосигнал, вышка или радиостанция может передавать и аналоговый и, на даный момент, цифровой сигнал. Приемное устройство, получая данный сигнал, преобразует его в изображение или звук, дополняя текстовой информацией (современные радиоприемники).

Звук передается в аналоговой форме и уже через приемное устройство преобразуется в электромагнитные колебания, а как уже говорилось, колебания распространяются с определенной частотой. Чем выше будет частота звука, тем выше будут колебания, а значит звук на выходе будет громче. Говоря общими словами, аналоговый сигнал распространяется непрерывно, цифровой сигнал — прерывисто (дискретно).

Так как аналоговый сигнал распространяется постоянно, то колебания суммируются и на выходе возникает несущая частота, которая в данном случае является основной и на нее осуществляется настройка приемника. В самом приемнике происходит отделение данной частоты от других колебаний, которые уже преобразуются в звук. К очевидным недостаткам передачи при помощи аналогового сигнала относятся — большое количество помех, невысокая безопасность передаваемого сигнала, а также большой объем передаваемой информации, часть из которой явлляется лишней.

Если говорить о цифровом сигнале, где данные передаются дискретно, стоит выделить его явные преимущества:

• высокий уровень защиты передаваемой информации за счет ее шифрования;
• легкость приема цифрового сигнала;
• отсутствие постороннего «шума»;
• цифровое вещание способно обеспечить огромное количество каналов;
• высокое качество передачи — цифровой сигнал обеспечивает фильтрацию принимаемых данных;

Для преобразования аналогового сигнала в цифровой и наоборот испльзуются специальные устройства — аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). АЦП устанавливается в передатчике, ЦАП установлен в приемнике и преобразует дискретный сигнал в аналоговый.

Что касается безопасности, почему цифровой сигнал является более защищенным, чем аналоговый. Цифровой сигнал передается в зашифрованном виде и устройство, которое принимает сигнал, должно иметь код для расшифровки сигнала. Также стоит отметить, что АЦП может передавать и цифровой адрес приемника, если сигнал будет перехвачен, то полностью расшифровать его будет невозможно, тка как отсутствует часть кода — такой подход широко используется в мобильной связи.

Подведем итог, основное различие между аналоговым и цифровым сигналом заключается в структуре передаваемого сигнала. Аналоговые сигналы представляют из себя непрерывный поток колебаний с изменяющимися амплитудой и частотой. Цифровой сигнал представляет из себя дискретные колебания, значения которых зависят от передающей среды.

Человек ежедневно разговаривает по телефону, смотрит передачи различных телеканалов, слушает музыку, бороздит по просторам интернета. Все средства связи и иная информационная среда основываются на передаче сигналов различных типов. Многие задаются вопросами о том, чем отличается аналоговая информация от других видов данных, что такое цифровой сигнал. Ответ на них можно получить, разобравшись в определении различных электросигналов, изучив их принципиальное отличие между собой.

Аналоговый сигнал

Аналоговый сигнал (континуальный) – естественный инфосигнал, имеющий некоторое число параметров, которые описываются временной функцией и беспрерывным множеством всевозможных значений.

Человеческие органы чувств улавливают всю информацию из окружающей среды в аналоговом виде. Например, если человек видит рядом проезжающий грузовик, то его движение наблюдается и изменяется непрерывно. Если бы мозг получал информацию о передвижении автотранспорта раз в 15 секунд, то люди всегда бы попадали под его колеса. Человек оценивает расстояние моментально, и в каждый временной момент оно определено и различно.

То же самое происходит и с иной информацией – люди слышат звук и оценивают его громкость, дают оценку качеству видеосигнала и тому подобное. Соответственно, все виды данных имеют аналоговую природу и постоянно изменяются.

На заметку. Аналоговый и цифровой сигнал учувствует в передаче речи собеседников, которые общаются по телефону, сеть интернет работает на основе обмена этих каналов сигналов по сетевому кабелю. Такого рода сигналы имеют электрическую природу.

Аналоговый сигнал описывается математической временной функцией, похожей на синусоиду. Если совершить замеры, к примеру, температуры воды, периодически нагревая и охлаждая ее, то на графике функции будет отображена беспрерывная линия, которая отражает ее значение в каждый временной промежуток.

Во избежание помех такие сигналы требуется усиливать посредством специальных средств и приборов. Если уровень помех сигнала высокий, то и усилить его нужно сильнее. Этот процесс сопровождается большими затратами энергии. Усиленный радиосигнал, например, нередко сам может стать помехой для иных каналов связи.

Интересно знать. Аналоговые сигналы ранее применялись в любых видах связи. Однако сейчас он повсеместно вытесняется или уже вытеснен (мобильная связь и интернет) более совершенными цифровыми сигналами.

Аналоговое и цифровое телевидение пока сосуществуют вместе, но цифровой тип телерадиовещания с большой скоростью сменяет аналоговый способ передачи данных из-за своих существенных преимуществ.

Для описания этого типа инфосигнала применяются три основных параметра:

• частота;
• протяженность волны;
• амплитуда.

Недостатки аналогового сигнала

Аналоговый сигнал имеют нижеследующие свойства, в которых прослеживается их разница от цифрового варианта:

1. Этот вид сигналов характеризуется избыточностью. То есть аналоговая информация в них не отфильтрована – несут много лишних информационных данных. Однако пропустить информацию через фильтр возможно, зная дополнительные параметры и природу сигнала, например, частотным методом;
2. Безопасность. Он практически полностью беспомощен перед неавторизированными вторжениями извне;
3. Абсолютная беспомощность перед разнородными помехами. Если на канал передачи данных наложена любая помеха, то она будет в неизменном виде передана сигнальным приемником;
4. Отсутствие конкретной дифференциации уровней дискретизации – качество и количество передаваемой информации ничем не ограничивается.

Вышеприведенные свойства являются недостатками аналогового способа передачи данных, на основании которых можно считать его полностью себя изжившим.

Цифровой и дискретный сигналы

Цифровые сигналы – искусственные инфосигналы, представленные в виде очередных цифровых значений, которые описывают конкретные параметры предаваемой информации.

Для информации. Сейчас преимущественно применяется простой в кодировании битовый поток – двоичный цифровой сигнал. Именно такой тип может использоваться в двоичной электронике.

Различие цифрового типа передачи данных от аналогового варианта состоит в том, что такой сигнал имеет конкретное число значений. В случае с битовым потоком их два: «0» и «1».

Переход от нулевого значения к максимальному в цифровом сигнале производится резко, что позволяет принимающему оборудованию более четко считывать его. При появлении определенных шумов и помех приемнику будет легче декодировать цифровой электросигнал, чем при аналоговой информационной передаче.

Однако цифровые сигналы отличаются от аналогового варианта одним недостатком: при высоком уровне помех их восстановить невозможно, а из континуального сигнала присутствует возможность извлечения информации. Примером этому может послужить разговор по телефону двух человек, в процессе которого могут пропадать целые слова и даже словосочетания одного из собеседников.

Этот эффект в цифровой среде называется эффектом обрыва, который можно локализовать уменьшением протяженности линии связи или установкой повторителя, какой полностью копирует изначальный вид сигнала и передает его дальше.

Аналоговая информация может передаваться по цифровым каналам, пройдя процесс оцифровки специальными устройствами. Такой процесс именуется аналогово-цифровым преобразованием (АЦП). Данный процесс может быть и обратным – цифро-аналоговое преобразование (ЦАП). Примером устройства ЦАП может послужить приемник цифрового ТВ.

Цифровые системы также отличает возможность шифрования и кодирования данных, которая стала важной причиной оцифровывания мобильной связи и сети интернет.

Дискретный сигнал

Существует и третий тип информации – дискретная. Сигнал такого рода является прерывистым и меняется за момент времени, принимая любое из возможных (предписанных заранее) значений.

Дискретная передача информации характеризуется тем, что изменения происходят по трем сценариям:

1. Электросигнал меняется только по времени, оставаясь непрерывным (неизменным) по величине;
2. Он изменяется только по уровню величины, оставаясь непрерывным по временному параметру;
3. Также он может изменяться одномоментно и по величине, и по времени.

Дискретность нашла применение при пакетной передаче большого объема данных в вычислительных системах.

На основании вышесказанного можно определить, что непрерывность и множественность значений – основные отличия аналоговой информации от дискретной и цифровой. Цифровая передача данных вытесняет аналоговую передачу, недаром человечество сейчас живет в век цифровых технологий.

Видео

Аналоговые АТС могут преобразовывать речь в импульсный или непрерывный электрический сигнал. Основными возможностями такого оборудования являются: внутренняя связь, тональный импульсный набор, удержание звонка, звонка, набор последнего номера, конференц-связь, прием звонка другим абонентом, дневной/ночной , пейджинг. Аналоговые АТС достаточно надежны и просты в эксплуатации. Подобное оборудование можно использовать, если к функциональным возможностям сети не предъявляются высокие требования, а количество абонентов составляет не более 50. Установка такой системы в небольшой компании будет оптимальным решением. В сравнении с цифровыми АТС, аналоговое оборудование стоит дешевле. Недостатком аналоговых АТС является довольно маленькое количество функций, конфигурация системы является жесткой и изменению.

В отличие от аналоговых цифровые АТС могут преобразовывать речь при помощи метода импульсно-кодовой модуляции в потоки двоичных импульсов. Они имеют значительное количество сервисных функций, к ним можно подключать и цифровые, и аналоговые телефонные линии. Существует возможность подключения аппаратов через двухпроводные обычные линии. Цифровые автоматические телефонные станции, в отличие от аналоговых, стоят дороже. Они отличаются гибкостью системы и плана программирования, имеют иные требования к технологии производства. Наиболее эффективным является применение подобных АТС при количестве абонентов больше 50.

Особенности цифровых АТС

К достоинствам цифровых АТС относятся высокая надежность, возможность гибкого программирования (например, LCR), наличие микросотовой связи. Они обеспечивают отличное качество речи, имеют возможность создавать центр обработки вызовов. Использование цифровой АТС позволяет подключать системники (до двух аппаратов), развивать видеотелефонию, проводить интеграцию с компьютерной сетью. С ее помощью можно работать с цифровыми линиями BRI и PRI, а так же с Интернет-телефонией.

Функциями цифровых АТС являются следующие:
- автосекретарь - тональный донабор абонента, который помогает соединить звонящего с внутренним абонентом;
- голосовая - в случае, если абонент занят, позвонивший может оставить голосовое сообщение;
- DECT- связь - позволяет сотрудникам перемещаться по офису с DECT-трубкой;
- IP-телефония - система связи, которая передает речевой сигнал по другим IP-сетям или по сети Интернет;
- CTI (компьютерно-телефонная интеграция) - позволяет интегрировать мини-АТС с программным обеспечением;
- конференц-связь - обеспечивает общение нескольких участников одновременно;
- удаленное администрирование цифровых мини-АТС - позволяет настраивать и программировать АТС на расстоянии;
- внешнее громкое оповещение (педжинг), которое позволяет найти нужного сотрудника или уведомить всех работников о каком-либо событии.

Обычно нам нет дела до того, как работает телефонная линия (но только не тогда, когда приходится кричать изо всех сил в телефонную трубку: "Повторите пожалуйста, ничего не слышно!").

Телефонные компании предоставляют клиенту множество самых разных услуг. В прейскурантах этих услуг разобраться не так просто - что, собственно, предлагается, и сколько за какую услугу следует платить. В этой статье мы ни словом не обмолвимся о ценах, однако попытаемся выяснить, в чем различие между наиболее часто предлагаемыми продуктами и услугами в области телефонной связи.

АНАЛОГОВЫЕ ЛИНИИ, ЦИФРОВЫЕ ЛИНИИ

Во-первых, линии бывают аналоговые и цифровые. Аналоговый сигнал меняется непрерывным образом; он всегда имеет определенное значение, представляющее, например, громкость и высоту передаваемого голоса или цвет и яркость определенного участка изображения. Цифровые сигналы имеют только дискретные значения. Как правило, сигнал либо включен, либо выключен, либо он есть, либо его нет. Иными словами, его значение равно или 1 или 0.

Аналоговые телефонные линии используются в телефонии с незапамятных времен. Даже телефоны пятидесятилетней давности, скорее всего, удастся подключить к абонентскому шлейфу - линии между домашней телефонной розеткой и центральной телефонной станцией. (Центральная телефонная станция - это не сверкающий небоскреб в центре города; длина абонентского шлейфа в среднем не превышает 2,5 миль (четырех километров), так что "центральная телефонная станция", как правило, помещается в каком-нибудь невзрачном здании неподалеку.)

Во время телефонного разговора встроенный в телефонную трубку микрофон преобразует речь в аналоговый сигнал, передаваемый на центральную телефонную станцию, откуда он попадает либо на другой абонентский шлейф, либо на другие коммутационные устройства, если вызываемый номер находится вне зоны действия данной станции. При наборе номера телефонный аппарат генерирует передаваемые по тому же основному каналу сигналы (in-band signals), указывающие, кому предназначен данный вызов.

За время своего существования телефонные компании накопили большой опыт в передаче речи. Установлено, что для выполнения этой задачи в основном достаточен диапазон частот от 300 до 3100 Гц. Напомним, что аудиосистемы класса hi-fi способны воспроизводить звук без искажений в частотном диапазоне 20-20000 Гц, а значит, телефонного диапазона хватает обычно только для того, чтобы абонент мог узнать звонящего по голосу (для других применений этот диапазон с большой вероятностью окажется чересчур узок - для передачи музыки, например, телефонная связь совершенно не годится). Плавный спад амплитудно-частотной характеристики на высоких и низких частотах телефонные компании обеспечивают с помощью аналогового телефонного канала 4000 Гц.

Центральная телефонная станция, как правило, оцифровывает сигнал, предназначенный для дальнейшей передачи по телефонной сети. За исключением Джилбет Каунти (шт. Арканзас) и Рэт Форк (шт. Вайоминг), во всех американских телефонных сетях сигнал между центральными станциями передается в цифровом виде. Хотя во многих компаниях используются цифровые учрежденческие АТС и средства передачи данных, а все средства ISDN основаны на цифровой кодировке, абонентские шлейфы по-прежнему остаются "последним оплотом" аналоговой связи. Объясняется это тем, что большинство телефонов в частных домах не имеют средств оцифровки сигнала и не могут работать с линиями пропускной способностью свыше 4000 Гц.

НА ЧТО ХВАТАЕТ 4000 ГЦ?

Модем - это устройство, преобразующее цифровые сигналы компьютера в аналоговые сигналы с частотами, в пределах полосы пропускания телефонной линии. Максимальная пропускная способность канала напрямую связана с полосой пропускания. Точнее, величина пропускной способности (в битах/сек) определяется полосой пропускания и допуском на отношение сигнал/шум. В настоящее время максимальная пропускная способность модемов - 33,6 Кбит/с - уже близка к этому пределу. Пользователи модемов с пропускной способностью 28,8 Кбит/с хорошо знают, что зашумленные аналоговые линии редко обеспечивают их полную пропускную способность, которая часто оказывается куда ниже. Сжатие, кэширование и прочие увертки помогают несколько выправить ситуацию, и тем не менее мы скорее доживем до изобретения вечного двигателя, чем до появления модемов с пропускной способностью 50 или хотя бы 40 Кбит/с на обычных аналоговых линиях.

Телефонные компании решают обратную задачу - оцифровывают аналоговый сигнал. Для передачи получающегося цифрового сигнала используются каналы пропускной способностью 64 Кбит/с (это - мировой стандарт). Такой канал, именуемый DS0 (digital signal, нулевой уровень), является базовым кирпичиком, из которого строятся все прочие телефонные линии. Например, можно объединить (правильный термин - уплотнить) 24 канала DS0 в канал DS1. Арендуя линию T-1, пользователь фактически получает канал DS1. Подсчитывая суммарную пропускную способность DS1, надо помнить, что после каждых 192 информационных бит (то есть 8000 раз в секунду) передается один бит синхронизации: всего получается 1,544 Мбит/с (64000 умножить на 24 плюс 8000).

ВЫДЕЛЕННЫЕ ЛИНИИ, КОММУТИРУЕМЫЕ ЛИНИИ

Помимо линии Т-1 клиент может арендовать выделенные линии или пользоваться обычными коммутирующими линиями. Арендуя у телефонной компании канал T-1 или низкоскоростную линию передачи данных, например цифровую линию dataphone (dataphone digital service, DDS), абонент фактически берет напрокат прямое соединение и в результате становится единственным пользователем канала с пропускной способностью 1,544 Мбит/с (T-1) или 56 Кбит/с (низкоскоростная линия).

Хотя технология frame relay и предполагает коммутацию индивидуальных кадров, соответствующие услуги предлагаются пользователю в виде виртуальных каналов связи между фиксированными конечными точками. С точки зрения архитектуры сети, frame relay следует рассматривать, скорее, как выделенную, нежели как коммутируемую линию; немаловажен тот факт, что цена такой услуги при той же пропускной способности существенно ниже.

Коммутационные услуги (примером их может служить обслуживание обычного квартирного телефона) - это услуги, приобретаемые у телефонной компании. Абоненту по требованию предоставляется осуществляемое с помощью сети коммутаторов общего пользования соединение с любым узлом телефонной сети. В отличие от ситуации с выделенными линиями, плата в этом случае взимается за время соединения или реальный объем трафика и зависит большей частью от частоты и объема пользования сетью. Коммутационные услуги цифровой связи могут предоставляться на основе протоколов X.25, Switched 56, ISDN Basic Rate Interface (BRI), ISDN Primary Rate Interface (PRI), Switched Multimegabit Data Service (SMDS) и ATM. Некоторые организации, например университеты, железные дороги или муниципальные организации, создают частные сети с использованием собственных коммутаторов и арендованных, а порой даже своих собственных линий.

Если линия, полученная от телефонной компании, цифровая, то для обмена данными между телефонной сетью и оконечным оборудованием (этим термином телефонные компании обозначают такое оборудование, как компьютеры, факсимильные аппараты, видеотелефоны и цифровые телефонные аппараты) не требуется выполнять преобразование цифровых сигналов в аналоговые, а следовательно, необходимость в модеме отпадает. Тем не менее и в этом случае пользование телефонной сетью накладывает определенные требования на абонента. В частности, следует обеспечивать корректную концевую заделку абонентского шлейфа, правильную передачу трафика и поддержку диагностики, выполняемой телефонной компанией.

Линия, поддерживающая протокол ISDN BRI, должна быть подсоединена к устройству под названием NT1 (network termination 1). Помимо концевой заделки линии и поддержки диагностических процедур устройство NT1 осуществляет согласование двухпроводного абонентского шлейфа с четырехпроводной системой цифрового оконечного оборудования. При использовании арендованных цифровых линий T-1 или DDS, а также услуг цифровой связи в качестве нагрузки линии следует использовать модуль обслуживания канала (channel service unit, CSU). CSU работает как терминатор, обеспечивает корректную нагрузку линии и отрабатывает команды диагностики. Оконечное оборудование, имеющееся у клиента, взаимодействует с модулем обслуживания данных (data service unit, DSU), который преобразует цифровые сигналы к стандартному виду и передает их на CSU. Конструктивно CSU и DSU часто объединяются в один модуль под названием CSU/DSU. DSU можно встроить в маршрутизатор или мультиплексор. Таким образом, и в этом случае (хотя модемы здесь не нужны) потребуется установка определенных интерфейсных устройств.

НОСИТЕЛИ ДЛЯ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ

Большинство аналоговых абонентских шлейфов лишь при очень благоприятных условиях могут обеспечить пропускную способность в 33,6 Кбит/с. С другой стороны, та же самая витая пара, соединяющая офис с центральной телефонной станцией, вполне может использоваться для работы с ISDN BRI, что дает пропускную способность по данным 128 Кбит/с и еще 16 Кбит/с для управления и настройки. В чем тут дело? Сигнал, передаваемый по аналоговым телефонным лииниям, подвергается фильтрации для подавления всех частот свыше 4 КГц. При использовании цифровых линий такой фильтрации не требуется, поэтому полоса пропускания витой пары оказывается существенно шире, а следовательно, повышается и пропускная способность.

Арендуемые линии с пропускной способностью 56 и 64 Кбит/с представляют собой двухпроводные или четырехпроводные цифровые линии (в последнем случае одна пара используется для передачи, а другая - для приема). Эти же линии пригодны в качестве носителя для предоставления услуг цифровой связи, например frame relay или Switched 56. В качестве носителя для T-1, а также ISDN PRI и frame relay часто применяются четырехпроводные линии или даже оптические кабели. Линии T-3 иногда представляют собой коаксиальный кабель, но чаще они все-таки выполняются на основе оптического.

Хотя ISDN по-прежнему и привлекает самое широкое внимание как средство высокоскоростной передачи сигнала на большие расстояния, в последнее время появились более новые средства связи для "последней мили" (т.е. абонентского шлейфа). Компании PairGain и AT&T Paradyne предлагают продукты на базе разработанной компанией Bellcore технологии высокоскоростного цифрового абонентского шлейфа (high bit-rate digital subscriber loop, HDSL). Данные продукты позволяют уравнять возможности всех имеющихся абонентских шлейфов; установив устройства HDSL на обоих концах линии, можно получить пропускную способность DS1 (1,544 Мбит/с) практически на всех существующих абонентских шлейфах. (HDSL длиной до 3,7 км может использоваться на абонентских шлейфах без повторителей в случае стандартных проводов 24 калибра. Для работы обычных линий T-1 необходимо ставить повторители через каждые километр-полтора). Альтернативой HDSL в достижении пропускной способности DS1 на "последней миле" является либо использование оптического кабеля (что весьма накладно), либо установка нескольких повторителей на каждой линии (это не так дорого, как оптоволоконная техника, но все равно недешево). Кроме того, в данном случае существенно возрастают расходы телефонной компании, а следовательно и клиента, на поддержание линии в рабочем состоянии.

Но даже и HDSL - не последнее слово техники в области увеличения пропускной способности на "последней миле". Ожидается, что наследник HDSL, технология асимметричного цифрового абонентского шлейфа (asymmetrical digital subscriber line, ASDL), сможет обеспечить пропускную способность 6 Мбит/с в одном направлении; пропускная способность другого существенно ниже - что-нибудь около 64 Кбит/с. В идеале или, как минимум, при отсутствии чьей-либо монополии - если считать, что стоимость услуги для клиента примерно соответствует ее себестоимости для телефонной компании - большая доля клиентов могла бы пользоваться ISDN PRI (или другими услугами на базе T-1) по цене, сравнимой с теперешней ценой ISDN BRI.

Однако сегодня сторонникам ISDN, скорее всего, беспокоиться не о чем; в большинстве случаев телефонные компании предпочтут увеличить пропускную способность линий и положить всю прибыль себе в карман без снижения стоимости услуг для клиента. Вовсе не очевидно, что тарифы на услуги должны быть основаны на здравом смысле.

Таблица 1. Типы телефонных услуг