УЗБЕКСКОЕ АГЕНТСТВО  ПОЧТЫ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

ТАШКЕНТСКИЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ СВЯЗИ

 

 

Кан  А.В.

 

 

 

 

Кафедра  ТС и СК

 

 

 

ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ

СЕТЕЙ И СИСТЕМ

 

ЧАСТЬ 1

 

Абонентские терминалы

 

Конспект лекций  для бакалавров

по направлениям

 

B522300 - Телекоммуникация

B341100 - Менеджмент

 

 

 

 

 

 

Ташкент – 2001

 

 

 

Предисловие

 

Сеть электросвязи – это комплекс технических средств, которые обеспечивают перенос информации разного вида (речь, неподвижное и подвижное изображение, документ и т.д.), используя для этого электромагнитные сигналы и различные среды распространения этих сигналов.

Основными видами связи являются: телефонная, телеграфная, радиосвязь, телевидение, передача данных, сеть ИНТЕРНЕТ и т.д.

Абоненту может быть предоставлен любой из перечисленных видов связи при наличии соответствующего абонентского терминала и абонентской линии, обеспечивающей стык абонентского терминала с сетью.

В настоящем конспекте  лекций рассматриваются некоторые типы абонентских терминалов (издание переработанное и дополненное).

 

 

Оглавление

 

 

 

Предисловие…………………………………………………...

2

1.

Устройство и действие ТА …………………………………...

4

1.1.

Простой электромеханический ТА ………………………….

4

1.2.

Приборы ТА …………………………………………………...

4

1.3.

Типы разговорных схем простейших ТА …………………...

5

2.

Электронные  многофункциональные ТА …………………..

10

2.1.

Расширенные возможности разговорного тракта …………..

12

2.2.

Расширенные возможности по набору номера ……………..

12

2.3.

Расширенные возможности по вызову абонента …………..

14

3.

Бесшнуровой ТА ……………………………………………..

14

3.1.

Функциональные возможности БШТ ……………………….

16

4.

Телефонные аппараты мобильной спутниковой связи …….

18

5.

Телефонный аппарат сотовой сети связи ТА-ССС …………

18

6.

Модем – оконечный абонентский терминал   ………………

21

7.

Оконечный абонентский терминал  - пейджер ……………..

23

7.1

Устройство пейджера ………………………………………...

23

 

Литература……………………………………………………..

26

 

 

 

 

Абонентские терминалы

 

Оконечное терминальное оборудование  телекоммуникационных сетей  представляют собой  большое разнообразие от простых электромеханических телефонных аппаратов (ТА) до оконечных терминалов типа “многофункциональные ТА”, системные ТА, модемы, факсмодемы, бесшнуровые ТА, радиотелефоны и т.д., а в скором времени и “медленное видео” (видеотелефон).

 

1.Устройство и действие ТА

 

Телефонные аппараты можно подразделить на следующие 3 группы:

-  “классический“ (простой электромеханический или электронный ТА, включенный в городскую или учрежденческую АТС по двухпроводной линии);

-  бесшнуровой ТА, отличающийся от “классического”  тем, что микротелефонная трубка связана со станционной частью не шнуром, а радиоканалом;

-   радиотелефон мобильной связи РТА (сотовый,  спутниковый телефон, транкинговый и др.), отличающийся от других видов полным  отсутствием проводной линии  связи с АТС.

 

Классификацию “классических” ТА (без ТА специального назначения, таксофонов, громкоговорящих ТА) можно представить так:

-          ТА с дисковым номеронабирателем, электромеханическим приемником вызова, угольным и неугольным микрофоном – третий класс;

-          ТА с кнопочным номеронабирателем, тональным приемником вызова, неугольным микрофоном – второй класс;

-          ТА с дополнительными функциональными возможностями – первый класс;

-          многофункциональные ТА – высший класс.

 

1.1.Простой электромеханический ТА

 

Основные функциональные блоки любого ТА: вызывное устройство (ВУ), номеронабиратель(НН), разговорные приборы, к которым относятся микрофон (М), телефон (Т), телефонный трансформатор (Тр). Перевод схемы из режима “ожидания ”  в “разговорное ”  осуществляется  рычажным переключателем (РП).

 

1.2. Приборы ТА

 

а) Телефон (Т)

Телефоном называется прибор, который преобразует энергию переменного тока тональной частоты, поступающей на телефонный аппарат, в звуковые колебания.

б) Микрофон (М)

Микрофон предназначен для преобразования  звуковых колебаний в электрические

в) Трансформатор (Тр)

Трансформатор предназначен, главным образом, для связи отдельных элементов  схемы и согласования  их сопротивлений с входным сопротивлением линии. Он отделяет цепь питания микрофона  от цепи переменного тока  телефона по постоянному току и  используется  для создания  схемы  подавления местного эффект. Применение телефонного трансформатора позволяет  увеличивать дальность действия телефонной связи.

г) Номеронабиратель (НН)

Номеронабиратель предназначен  для формирования сигналов адресной информации о вызываемой абонентской линии или различных службах  телефонной сети, котрые передаются на АТС.

д) Звонок (ВУ- Зв)

Звонок преобразует вызывной электрический сигнал частоты 25 Гц в акустические колебания.                             

 

1.3. Типы разговорных схем  простейших ТА

 

а) Местный эффект

Прослушивание абонентом через телефон своего аппарата собственной речи при разговоре и окружающих шумов называется местным эффектом. Мешающее действие местного эффекта связано с явлениями маскировки звуков и адаптацией слуха. Собственный разговор и окружающие шумы, воздействующие на микрофон, (угольный микрофон обладает усилительной способностью с коэффициентом Км  = 1000), через схему ТА и телефон создают мешающее действие на ухо абонента.

Под маскировкой звуков понимается уменьшение чувствительности уха вследствие действия какого-либо мешающего звука или шума.

Под адаптацией слуха понимается свойство уха приспосабливаться к перегрузке громким звукам, что приводит также к снижению его чувствительности.

Простейшие схемы ТА по принципу построения разговорной части схемы можно разделить на аппараты с мостовой схемой и компенсационным  принципом  подавления местного эффекта.

 

б) Противоместная схема мостового типа

Противоместная схема мостового типа представлена на рис.1. Из рис.1 видно, что микрофон М, телефон Т, балансный контур Z б , линия Z л связаны между собой посредством дифференциального трансформатора Тр с тремя обмотками: W л – линейная, W б – балансная, W т – телефонная.

 

 

Рис. 1. Принципиальная мостовая схема

 

Передача разговора. При передаче разговора (рис.2а) микрофон М является генератором переменной ЭДС, которая вызывает появление разговорного тока, замыкающегося через обмотку W л  в линейной цепи и через обмотку W б  в балансной цепи. За счет протекания тока в линейной цепи: микрофон (Е м), обмотка W л, сопротивление Z л, микрофон (Е м) – происходит передача разговора. Разговорный ток в балансной цепи: микрофон (Е м), обмотка W б, балансный контур Z б,  микрофон (Е м) – обеспечивает противоместность схемы ТА. Для обеспечения полной противоместности при передаче необходимо, чтобы ампервитки, создаваемые током линейной  обмотки IТр, равнялись ампер – виткам, создаваемым током балансной обмотки IIТр, а именно:

I л  · W л =  I б · W б

Тогда разговорные токи, протекая в противоположных направлениях по обмоткам Wл  и  Wб , создают два магнитных потока, которые в свою очередь вызывают появление в сердечнике трансформатора двух равных по величине и противоположных по направлению магнитных потоков. Результирующий магнитный поток при этом равен нулю, вследствие чего в телефонной обмотке Wт не будет индуктироваться переменная ЭДС, и собственный голос в телефоне не прослушивается.

 

 

Рис.2а. Эквивалентная мостовая             Рис.2б. Эквивалентная мостовая

             схема при работе на передачу                схема при работе на прием

 

Прием разговора.  При  приеме (рис.2 б) линию можно рассматривать как генератор переменной ЭДС   Е л  с  внутренним сопротивлением Z л. При этом поступающий в схему ТА разговорный ток замыкается по следующей цепи:

                                            

Разговорный ток, поступающий с линии, протекает в схеме ТА через Wл и Wб в одном направлении. Благодаря этому в сердечнике трансформатора создается магнитный поток, равный сумме магнитных потоков от Wл и  Wб. В обмотке Wт индуктируется суммарный магнитный поток. Телефон преобразует электрические колебания в звуковые и абонент слышит входящий разговор.

 

в) Противоместная схема  ТА компенсационного типа

 

В противоместных схемах компенсационного типа условие полной противоместности удовлетворяется при наличии переменного магнитного потока в сердечнике автотрансформатора во время работы ТА на передачу.

На рис.3 приведена эквивалентная противоместная схема ТА компенсационного типа в двух режимах:

 

 

 

Рис.3. Компенсационная схема ТА:

а) при работе на передачу;           б) при работе на прием

 

Передача разговора.  При передаче разговора (рис.3 а) микрофон является генератором переменной ЭДС, которая вызывает появление разговорного тока, замыкающегося через обмотку W л  в линейной цепи и через обмотку Wб  в балансной цепи. Следовательно, разговорный ток замыкается по двум цепям:

Линейная цепь – М, W л ,  Z л , М.

 

Балансная цепь –

Разговорный ток, замыкающийся в линейной цепи, обеспечивает передачу исходящего разговора. Протекающий  ток по Wл  и Wб  обмоткам трансформатора Тр, создает в сердечнике переменный магнитный поток. Направление этих потоков в обмотках взаимопротивоположное. Если принять, что все обмотки трансформатора намотаны на одном сердечнике и включены согласно, то при существовании довольно сильной электрической связи ток, проходящий по этим обмоткам, создает разностный результирующий поток, который индуктирует в обмотке Wт переменную  ЭДС.

Ек = Еw л – Еw б 

 

Одновременно разговорный ток, проходя через компенсационное сопротивление Z к  (активное  R), вызывает падение напряжения на нем      (U к).

Для условия полной противоместности схемы аппарата необходимо, чтобы ЭДС  Ек, индуктируемая в обмотке Wт, и падение напряжения на  Zк, равное Iк  · Zк  = Uк  были равны по величине и противоположны по   фазе Еw т = - Uк.  При выполнении этого условия ток через телефон Т равен нулю, т.к. телефон оказывается подключенным к точкам с одинаковыми потенциалами, и собственный голос в телефоне Т не будет прослушиваться.

Прием разговора.  При приеме разговора (рис.3б) разговорный ток поступает в схему ТА с линии, которая в этом случае является генератором переменной ЭДС:

 

 

Разговорный ток, поступающий с линии, протекает по Wл  и Wб в одном направлении. Благодаря этому в сердечнике трансформатора создается магнитный поток, равный сумме магнитных потоков от Wл  и Wб.

 

Ет = Ел + Еб

 

Этот магнитный поток индуктирует в обмотке Wт  переменную ЭДС, которая вызывает появление тока, замыкающегося по цепи:

 

Wт , Т, Z к ,  Wт

 

Протеканием разговорного тока через телефон Т и обмотку W т можно пренебречь вследствие большого индуктивного сопротивления этих элементов, по сравнению с Z к. Таким образом, поступающий в схему ТА разговорный ток проходит через компенсационное сопротивление Zк , создает на нем падение напряжения. Полярность этого падения напряжения и индуктируемой в обмотке Wт ЭДС Ет таковы, что их взаимодействие вызывает появление суммарного тока, проходящего через обмотку телефона Т, который преобразует этот ток в звуковые колебания.

 

г) Балансный контур

Из принципа построения противоместных схем видно, что балансный контур является основным элементом разговорной части схемы аппарата и оказывает решающее влияние на подавление местного эффекта.

Балансный контур ТА может состоять из одного, двух, трех и более элементов-резисторов и конденсаторов. Полное сопротивление балансного контура подбирается равным сопротивлению линии.

 

д) Принципиальная схема простейшего ТА-72

На рис. 4 представлена принципиальная схема простейшего ТА-72.

Действие схемы ТА-72 можно проследить на лабораторном макете, где представлены в оптической иллюстрации этапы работы ТА в автоматическом и ручном пошаговом режиме.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4. Принципиальная схема  ТА-72

 

2. Электронные многофункциональные ТА

 

В электронном ТА так же как и в электромеханическом можно выделить основные функциональные блоки: рычажный переключатель (РП); вызывное устройство (ВУ); номеронабиратель (НН); микрофон (М); телефон (Т); противоместная схема. Однако, схемотехника перечисленных узлов в электронном ТА намного сложнее и для реализации этих  узлов используется современная элементная база.

В настоящее время существует много вариантов электронных ТА разных производителей. Рассмотрим функциональную схему электронного ТА производства России.

При снятии микротелефонной трубки рычажный переключатель РП подключает ТА к абонентской линии, связывающей его с АТС. В результате образования делителя напряжение на линейных зажимах снижается до величины 5 – 15 В. При этом схема “Отбой”, вследствие подачи напряжения в схему, осуществляет начальную установку ИС НН (режим готовности к набору номера).

В режиме готовности к набору номера ИС НН вырабатывает сигнал управления импульсным ключом (ИК) и разговорным ключом (РК). Получив эти сигналы, разговорный узел, состоящий из микрофонного и телефонного усилителей и противоместной схемы, с помощью РК подключается к линии и в микротелефонной трубке прослушивается ответ станции. ИК в этот момент находится в разомкнутом (закрытом) состоянии.

 

 

 

 

Рис.5. Структурная схема ТА производства России

 

Абонент начинает набор номера. При нажатии кнопок клавиатуры ИС НН формирует последовательность импульсов, управляющих работой ИК и РК. ИК замыкает линию накоротко и размыкает ее, формируя посылки импульсов постоянного тока, управляющие работой приборов АТС. РК отключает разговорный узел от общего провода на время следования посылок НН, что устраняет неприятные щелчки в телефоне при наборе номера.

По окончании набора РК вновь подключает разговорный узел и в трубке слышны тональные посылки вызова от АТС, говорящие об окончании установления соединения и поступлении в линию вызываемого абонента посылок вызывного сигнала. При снятии вызываемым абонентом  микротелефонной трубки устанавливается соединение между двумя оконечными терминалами ТА.

По окончании разговора микротелефонная трубка возвращается на рычаг. РП размыкает цепь и схема ТА переходит в дежурный режим ожидания вызова. В дежурном режиме схема питания микросхемы обеспечивает подпитку ОЗУ ИС НН, в котором хранится последний набранный номер, схема "Отбой" запрещает набор номера с клавиатуры с целью сохранения последнего набранного номера, а вызывное устройство готово к приему сигналов вызова АТС. 

При поступлении сигнала вызова от АТС вызывное устройство ВУ вырабатывает звуковые сигналы, информирующего о вызове другим абонентом. До снятия микротелефонной трубки схема ТА находится в дежурном режиме.

При снятии трубки ИС устанавливается в исходное состояние с той лишь разницей, что вместо сигнала ответа станции в микротелефонной трубке слышен голос вызывающего абонента.

По окончании разговора нажатием кнопки “Отбой” на клавиатуре схема ТА переводится в исходное состояние.

Принципы и алгоритмы работы ТА выработаны на протяжении сотни лет и останутся такими, вероятно, еще столько же. Однако ТА совершенствуются, и его дополнительные (сервисные) возможности непрерывно расширяются и дополняются, позволяя абоненту более эффективно использовать телефонную сеть и экономить свое время и средства. В таких ТА расширены возможности базовых функций: обработка речи, набор номера, вызов абонента.

 

2.1. Расширенные возможности разговорного тракта:

 

-  “Регулировка громкости” речи в телефонной трубке. Пользователь может регулировать громкость звучания голоса абонента по своему усмотрению. Регулировка может быть плавной или ступенчатой.

- “Прослушивание линии”. Эта цепь используется для усиления сигнала, чтобы его могли слышать одновременно несколько человек через громкоговоритель. Здесь проблемой является “микрофонный эффект” в цепи “микрофон трубки – громкоговоритель” и питание периферии от телефонной линии (питание для громкоговорителя). Микрофон на корпусе ТА не используется, либо отсутствует.

- “Свободные руки” при разговоре, то есть полный громкоговорящий режим. Используя эту цепь, абонент может перевести беседу через телефонную трубку (“тихий разговор”) на дополнительный микрофон и громкоговоритель для проведения телефонных конференций. Здесь проблему составляет микрофонный эффект цепи дополнительного микрофона и громкоговорителя. Имеются проблемы и с организацией питания. Микрофонный эффект существенно ослабляется использованием голосового переключателя или дуплексного контроллера. Эти контроллеры определяют, передающую или приемную цепь включить в линию. При этом также нежелательно вести разговор одновременно с постронним собеседником.

 

2.2. Расширенные возможности по набору номера

 

 - “Повтор”. Последний набранный телефонный номер автоматически заносится в буфер памяти. При этом стирается предшествующий ему и записанный в память телефонный номер. Повторный набор  выполняется одним нажатием клавиши “Повтор”. Применяется, когда вызываемый абонент не берет трубку или временно занят.

- “Расширенный повтор”. Телефонные номера долгое время хранятся в отдельном устройстве памяти. Они не стираются при наборе новых номеров. Для занесения телефонных номеров в такое устройство памяти имеется специальная кнопка. Дозвон из памяти организуется нажатием специальной кнопки и кнопки номера ячейки памяти.

- “Маскирующий тон”. Тихие тона звучат в трубке, сообщая, что нажимаются кнопки номеронабирателя.

- “Экстренный звонок”. Позволяет проводить прямой набор номера по “горячей линии”, - например 01, 02, 03 и т.д. Предварительно эти номера необходимо ввести в соответствующий раздел памяти.

-  “ Блокнот для заметок”. Позволяет занести в память телефонный номер, если он был сообщен во время ведения телефонного разговора.

После окончания разговора и снятия трубки этот номер может быть набран автоматически, если нажимается соответсвующая кнопка.

- “Каталог постоянных абонентов”. Это устройство содержит каталог абонентов, с которыми наиболее часто устанавливаются соединения. При использовании в ТА стандартной клавиатуры их число не превышает 10.

- “Цепной набор”. Это набор нескольких групп цифр подряд, хранимых в различных ячейках памяти. Такой набор удобен при наборе длинных, сложных абонентских номеров. В одной ячейке памяти может храниться международный код страны и города, а в нескольких других – номер абонента из этой страны или города, с которыми абонент часто разговаривает.

- «Преддозвон при работе с мини – АТС». Используется, если ТА подключен к собственной мини – АТС. Чтобы с такого ТА установить соединение с абонентом местной городской телефонной сети, необходимо набрать одну или несколько цифр. После этого будет услышан сигнал готовности городской АТС, и лишь затем можно набирать необходимый городской (или междугородный) номер абонента. Чтобы избежать постоянного набора одного и того же кода «выхода в город», введен режим «преддозвона».

- «Набор номера без снятия трубки». В этом режиме абонент производит  набор номера не снимая трубки. Для прослушивания линии используется встроенный громкоговоритель. Абонент снимает трубку после ответа вызываемого абонента.

- «Комбинированный набор номера». В соответствии с существующими двумя методами набора абонентского номера (импульсным и тональным) на телефонных сетях разных стран находятся в эксплуатации АТС, принимающие набранный номер абонента тем или иным способом. По экономическим соображениям телефонные компании применяют ТА, имеющие оба способа набора номера. Эти ТА могут использоваться для комбинированного набора номера. Первая часть телефонного номера должна быть набрана импульсным способом, вторая часть номера (обычно при установлении соединения на большие расстояния) тональным способом.

Кроме  того, такие ТА можно использовать для работы с оборудованием, которое требует низкоскоростную передачу данных (банковские операции из дома, проверка кредитных карточек, дистанционное управление).

 

2.3. Расширенные возможности по вызову абонента

 

- В качестве устройства вызова абонента используются звуковые генераторы простые и многотональные. Некоторые из них воспроизводят короткие отрывки мелодий.

 

3. Устройство бесшнурового ТА

 

Термин «бесшнуровой телефон» закрепился за аппаратами, осуществляющими связь между абонентами по радио – каналу и телефонным линиям связи через АТС. Бесшнуровые телефонные аппараты (БШТ) образуют класс маломощных приёмо-передатчиков, основным назначением которых на первом этапе была замена шнура телефонной трубки беспроводной радиолинией для обеспечения мобильности абонента. Принцип работы, сетей маломощных радиотелефонов с учетом микросотовой концепции их построения  аналогичен мобильной связи абонентов сотовых сетей, а наметившаяся тенденция интеграции сетей бесшнуровых индивидуальных телефонов с сотовыми сетями подвижной связи и пейджинговыми системами ставить эти аппараты на одно из первых мест по предоставляемым услугам в сочетании явной дешевизной. Зона действия 100-300 м в зависимости от местных условий. Для бытовых применений такой зоны вполне достаточно.

В простейшем варианте – бесшнуровой телефонный аппарат, это устройство, состоящее из носимой микротелефонной трубки (НМТ) и стационарного блока (СБ), подключенного к абонентской линии телефонной сети общего пользования. Связь между этими блоками осуществляется по радиоканалу, с использованием амплитудной (АМ) или частотной (ЧМ) модуляцией. Таким образом, бесшнуровой телефон – это объединенные в одном устройстве радиостанция и электронный телефон.

В СБ (рис.6) установлены все функциональные узлы, осуществляющие взаимодействие с телефонной линией, своя система управления и полноценная УКВ-радиостанция. Схема управления включает такие устройства, как детектор вызова, звонок, реле захвата линии, полную DTMF-клавиатуру или только тональный генератор. Источником питания для СБ служит обычная электрическая сеть. В состав СБ входит также зарядное устройство для аккумуляторов, приемопередатчик, DTMF-клавиатура, микрофон и телефонный капсюль. И в СБ, и в НМТ установлены отдельные независимые управляющие микропроцессоры.

Для того, чтобы бесшнуровой телефон мог работать в дуплексном режиме (т.е. чтобы по нему можно было говорить и слушать одновременно), прием и передача ведутся так, что сигналы  от стационарного блока к НМТ передаются на одной частоте, а от НМТ к СБ – на другой. Две частоты должны быть подобраны весьма тщательно, чтобы гарантировать при дуплексной работе отсутствие взаимных помех между передаваемым и принимаемым сигналами. Упрощенная структурная схема стационарного блока показана на рис. 6.

 

 

 

Рис. 6. Упрощенная структурная схема стационарного блока

 

В СБ входит 4 группы функциональных узлов: приемник, передатчик, интерфейс телефонной линии (разговорная схема) и схема управления (МП). Источник питания СБ и зарядное устройство представляют собой отдельный функциональный узел. Сигналы, передаваемые НМТ, принимаются антенной и поступают на усилитель радиочастоты, в котором происходит их предварительное усиление. Радиосигналы содержат: несущую, спектральные компоненты речевого сигнала и сигналы управления, которые координируют совместную работу СБ и НМТ. Когда вы нажимаете кнопку «Разговор» на НМТ, на СБ посылается соответствующий управляющий сигнал, приняв который, микропроцессор в СБ вырабатывает команду включения реле захвата линии, контакты которого в данном случае эквивалентны рычажному переключателю. После включения реле захвата СБ начинает передавать на НМТ сигнал готовности от местной телефонной станции, и вы можете его слышать.

Структурная схема НМТ (рис.7) содержит те же основные группы функциональных узлов, что и структурная схема СБ. В большинстве НМТ устанавливается наборная клавиатура, подключаемая непосредственно к микропроцессору. При наборе номера МП вырабатывает управляющие сигналы, которые передаются на СБ, преобразуются в соответствующие DTMF- сигналы и поступают в телефонную линию. Передаваемый стационарным блоком РЧ-сигнал содержит те же составляющие, что и обратный сигнал НМТ, и его преобразование в НМТ происходит точно также, как и в СБ. Единственное отличие заключается в  том, что выделенный  речевой сигнал поступает не на разговорную схему, а на телефонный капсюль или небольшой громкоговоритель. Передача сигнала осуществляется НМТ тем же способом, который использован в СБ, только в качестве источника сигнала выступает обычно электретный или электродинамический микрофон.

 

 

 

Рис. 7. Упрощенная структурная схема переносного блока

 

3.1. Функциональные возможности БШТ

 

Бурное развитие бесшнуровой телефонии привело к созданию новых, более совершенных телефонных аппаратов. В отличие от ранних моделей БШТ, схемы которых строились на распределенных элементах и микросхемах низкой и средней степени интеграции, современные БШТ строятся на элементной базе повышенной степени интеграции с использованием многофункциональных микросхем и микропроцессоров .

Радиус действия современных БШТ в условиях прямой видимости увеличился до нескольких километров. Существенно улучшилось качество звука, повысилась помехоустойчивость. Это стало возможным не только благодаря повышенной чувствительности приемника, но и благодаря применению различных систем шумоподавления. Радиоприемные тракты строятся по схеме с двойным преобразованием частоты, а для управления настройкой радиотракта на необходимый канал используются микросхемы синтезаторов частот с ФАПЧ.

Современный БШТ сканирует все предоставленные ему каналы связи и автоматически настраивается на свободный канал с меньшим уровнем помех. Если в течение разговора вы почувствовали помехи, то после нажатия одной кнопки БШТ автоматически перестраивается на канал с лучшей слышимостью.

Во многих БШТ имеется встроенная система пейджинга, которая может быть односторонней или двусторонней. Обычно совместно с функцией пейджинга имеется функция «интерком». Она дает возможность использовать НМТ и СБ для двухсторонней внутренней связи: можно с базы разговаривать с обладателем переносной трубки и наоборот.    

Применение в БШТ  МП позволило решить проблему повышения степени защиты от несанкционированного доступа к телефонной линии. При этом БШТ снабжаются системой кодирования соответствия НМТ и стационарного блока (ID – код идентификации). Когда трубка кладется на СБ они вместе выбирают один из многих ID- кодов, и в дальнейшем связь возможна только между носителями одного пароля. Число телефонных ID- кодов в современных БШТ от нескольких десятков до миллиона.

Очень удобно наличие в некоторых БШТ функции «спикерфон» – громкоговорящая связь с линией через стационарный блок с использованием встроенных в аппарат микрофона и динамика. Включив спикерфон, можно также набирать номер не снимая телефонной трубки.

Некоторые БШТ имеют два наборных поля: на СБ и  на НМТ. Это позволяет делать звонки  в  отсутствие переносной трубки. Получается как бы два параллельных телефона с возможностями внутренней связи между хозяином трубки и человеком, находящимся у стационарного блока.

Так как связь между СБ и НМТ осуществляется по открытому радиоканалу УКВ- диапазона, перехватить такой сигнал с помощью специального приемника не составляет труда. Поэтому в некоторых моделях БШТ при передаче радиосигналов между трубкой и СБ происходит их шифровка. Одними из наиболее совершенных являются бесшнуровые аппараты, в которых реализован цифровой способ обработки, кодирования и передачи разговора между СБ и НМТ. Качество цифровой связи значительно выше, чем  аналоговой, а надежность цифрового кодирования   не вызывает сомнений.

Применение специализированных контроллеров позволило использовать в некоторых БШТ жидкокристаллические индикаторы. На них могут отображаться набираемый номер, продолжительность разговора, степень разряженности аккумулятора, режим работы, выход из зоны уверенного приема и др.

 

 

4. Телефонные аппараты мобильной спутниковой связи

 

При радиотелефонной спутниковой связи применяются персональные спутниковые терминалы (ПСТ) и мобильные терминалы. С помощью таких терминалов можно установить связь между двумя абонентами за 2 с. путем набора его телефонного номера не зависимо от места их нахождения. Это стало возможным благодаря объединению наземных и спутниковых систем в глобальную систему связи. С такими ПСТ персональная связь станет возможной в глобальном масштабе,  поскольку она не имеет ограничений по привязке к конкретной местности земли.

Однако, это будет возможно, если системы спутниковой связи успешно выдержат испытания и подтвердят заявленные технические характеристики и экономические показатели в процессе коммерческой эксплуатации.

Персональные спутниковые терминалы (ПСТ) подвижной связи работают в диапазонах частот 137-900 и 1970-2520 МГц, которые практически не отличаются от диапазона частот сотовой  связи (450 ÷1800 МГц). Средняя мощность передатчика невелика и составляет, например, для спутникового терминала системы Iridium (15-400 мВт). Спутниковый ТА представляет собой малогабаритную конструкцию со встроенной антенной, не требующей ориентации на спутник. Весит он 800 г – несколько больше, чем обычный сотовый телефон. Сопряжение спутникового ТА с сетями сотовой связи обеспечивает дополнительное устройство – SIM – карта. Телефон обладает простой системой управления. Набор номера осуществляется с кнопочного наборного поля. Система автоматически находит свободный канал и закрепляет его за абонентом на время разговора.

 

 

5. Телефонный аппарат сотовой сети связи ТА – ССС

 

Телефонный аппарат сотовой сети связи (ТА – ССС) представляет собой подвижную станцию, находящуюся в руках абонента в буквальном смысле этого слова. Блок-схема подвижной станции приведена на рис.8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.8. Блок-схема подвижной станции (абонентского радиотелефонного аппарата)

 

В ее состав входят:

-         блок управления;

-         приемопередающий блок;

-         антенный блок.

Приемопередающий блок, в свою очередь, включает передатчик, приемник, синтезатор частот и логический блок.

Наиболее прост по составу антенный блок: он включает собственно антенну – в простейшем случае четвертьволновой штырь – и коммутатор прием-передачи. Последний для цифровой станции может представлять собой электронный коммутатор, подключающий антенну либо на выход передатчика, либо на вход приемника.

Функционально несложен и блок управления. Он включает микротелефонную трубку – микрофон и динамик, клавиатуру и дисплей. Клавиатура (наборное поле с цифровыми и функциональными клавишами) служит для набора номера телефона вызываемого абонента, а также команд, определяющих режим работы подвижной станции. Дисплей служит для отображения различной информации, предусматриваемой устройством и режимом работы станции.

Приемопередающий блок значительно сложнее. В состав передатчика входят:

-         аналого-цифровой преобразователь (АЦП) – преобразует в цифровую форму сигнал с выхода микрофона и вся последующая обработка и передача сигнала речи производится в цифровой форме, вплоть до обратного цифро-аналогового преобразования;

-         кодер речи осуществляет кодирование сигнала речи – преобразование сигнала, имеющего цифровую форму, по определенным законам с целью сокращения его избыточности, т.е. с целью сокращения объема информации, передаваемой по каналу связи;

-         кодер канала добавляет в цифровой сигнал дополнительную (избыточную) информацию для защиты от ошибок при передаче сигнала по линии связи; кроме того, кодер канала вводит в состав передаваемого сигнала информацию управления, поступающую от логического блока;

-         модулятор осуществляет перенос информации кодированного сигнала на несущую частоту.

Приемник по составу  в основном соответствует передатчику, но с обратными функциями входящих в него блоков:

-         демодулятор выделяет из модулированного радиосигнала кодированный сигнал, несущий информацию;

-         декодер канала выделяет из входного потока управляющую информацию и направляет ее на логический блок; принятая информация проверяется на наличие ошибок, и выявленные ошибки по возможности исправляются;

-         декодер речи восстанавливает поступающий на него с кодера канала сигнал речи, переводя его в естественную форму, со свойственной ему избыточностью, но в цифровом виде;

-         цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) преобразует принятый сигнал речи в аналоговую форму и подает его на вход динамика;

-         эквалайзер служит для частичной компенсации искажений сигнала вследствие многолучевого распространения; по существу, он является адаптивным фильтром; этот блок не является обязательным и в некоторых случаях может отсутствовать.

 

Логический блок – это микрокомпьютер со своей оперативной и постоянной памятью, осуществляющий управление работой подвижной станции.

Синтезатор является источником колебаний несущей частоты, используемой для передачи информации по радиоканалу. Наличие гетеродина и преобразователя частоты обусловлено тем, что для передачи и приема используются различные участки спектра (так называемое дуплексное разделение по частоте).

Для обеспечения конфиденциальности передачи информации в некоторых системах возможна использование режима шифрования. В этих случаях передатчик и приемник подвижной станции включают соответственно блоки шифрования и дешифровки сообщений.

 

6. Оконечный абонентский терминал - Модем

 

Модем – это оконечное абонентское устройство, выполняющее функции классической аппаратуры передачи данных по всевозможным каналам корпоративных сетей, а также роль устройства, создающего необходимые условия подключения домашнего компьютера к сети Internet.

Когда компьютер используется для обмена информацией по телефонной сети, необходимо устройство, которое может принять сигнал из телефонной сети и преобразовать его в цифровую информацию. На выходе этого устройства информация подвергается модуляции, а на входе демодуляции, отсюда и название МОДЕМ. Назначение модема заключается в замене сигнала, поступающего из компьютера (сочетание нулей и единиц), электрическим сигналом с частотой, соответствующей рабочему диапазону телефонной линии. Акустический канал этой линии модем разделяет на полосы низкой и высокой частоты. Полоса низкой частоты применяется для передачи данных, а полоса высокой частоты – для приема.

  Существует большое разнообразие модемов в зависимости от конструкции, области применения, метода передачи, скорости передачи, сфере применения, интеллектуальных возможностей и  реализуемых протоколов..

Один из вариантов структуры современного модема представлен на рис. 9.

Модем состоит из: адаптеров портов канального и DTE-DCE интерфейсов; универсального (PU), сигнального (DSP) и модемного процессоров; постоянного ПЗУ (ROM), постоянного энергонезависимого перепрограммируемого ППЗУ (ERPROM), оперативного ОЗУ (RAM), запоминающих устройств и схемы индикаторов состояния модема.

Порт интерфейса DTE- DCE обеспечивает взаимодействие с DTE.  Порт канального интерфейса обеспечивает согласование электрических параметров с используемым каналом связи. Канал может быть аналоговым или цифровым, с двух или четырехпроводным окончанием.

Универсальный процессор (PU) выполняет функции управления взаимодействием с DTE и схемами индикации состояния модема.

Он выполняет посылаемые DTE – АТ команды и управляет режимами работы остальных составных частей модема. Кроме того, универсальный процессор  может реализовывать операции компрессии / декомпрессии передаваемых данных.

 

 

 

 

 

Рис. 9. Вариант структуры современного модема

 

Интеллектуальные возможности модема определяются в основном типом используемого PU и микропрограммой управления модемом, хранящейся в ROM.

Путем замены или перепрограммирования ROM иногда можно достичь существенного улучшения свойств модема, то есть произвести его модернизацию. Такого рода модернизация некоторых моделей модемов обеспечивает поддержку новых протоколов или сервисных функций. Для облегчения процесса модернизации в последнее время стали применяться микросхемы ФЛЕШ – памяти (Flash ROM) вместо микросхем ROM.

Схема ERPROM дает возможность сохранить установки модема в так называемых профайлах или профилях  модема на время его выключения. Память RAM интенсивно используется для временного хранения данных и выполнения промежуточных вычислений как универсальным, так и цифровым сигнальным процессором.

На сигнальный процессор, как правило, возлагаются задачи по реализации основных функций протоколов модуляции (кодирование светочным кодом, относительное кодирование, скремблирование и т.д.), за исключением операции модуляции / демодуляции. Последние операции выполняются специализированным модемным процессором (DSP).

 

 

 

 

7. Оконечный абонентский терминал – пейджер

 

Системы персонального радиовызова или пейджинговые системы – это системы односторонней мобильной связи, обеспечивающие передачу коротких сообщений из центра системы (с пейджингового терминала) на миниатюрные абонентские приемники (пейджеры).

В простейшем случае система персонального радиовызова состоит из пейджингового терминала, базовой станции и пейджеров.

Базовая станция состоит из радиопередатчика и антенно-фидерного устройства и обеспечивает передачу пейджинговых сигналов на всю зону действия системы, радиус которой может составлять до 100 км. Пейджеры осуществляют прием тех сообщений, которые им адресованы.

Иногда в зоне действия системы пейджинговой связи может использоваться несколько радиопередатчиков, равномерно распределенных по всей зоне. Это позволяет повысить надежность связи.

 

7.1. Устройство пейджера

 

Основными элементами пейджера являются приемник, детектор, устройство цифровой обработки и хранения информации, а также дисплей отображения информации. На рис.10. представлена упрощенная структурная схема пейджера.

 

 

Рис.10. Упрощенная структурная схема пейджера

 

Двойное преобразование частоты используется для  того, чтобы улучшить чувствительность приемника, так как этот параметр существенно влияет на качество работы системы. Этой же цели служит усилитель радиочастоты.

Важная особенность работы пейджера – режим экономии батарей. Основная мощность элементов питания расходуется в высокочастотных каскадах и каскадах звуковой сигнализации. Поэтому, если они будут работать не постоянно, а с определенными интервалами, это значительно увеличит срок службы батарей. Осуществить такой режим позволяет структура пейджингового протокола, а именно – его преамбула. Чтобы  определить, принимается преамбула или нет, пейджеру достаточно включиться примерно на 100 мс. через  каждую секунду. При этом, если преамбула не обнаружена, приемник опять отключается. Если же она обнаружена, приемник остается включенным. Первая промежуточная частота 10, 7 или 21, 4 МГц, а вторая 455 или 30 кГц.

В пейджерах используется рамочная антенна, которая при малых размерах антенн (размеры пейджера невелики) хорошо выделяет электромагнитную энергию из окружающего пространства. Однако, нужно иметь в виду, что качество работы радиосистемы (достоверность принятой информации)  зависит не только от характеристик антенны и  мощности приемника, но и от чувствительности приемника, городской застройки, ландшафта местности и т.д.

Чувствительность пейджера определяется как уровень электромагнитного поля, выраженный  в мкВ/м, при котором пейджер принимает сообщения с достоверностью 50% при его произвольном вращении вокруг вертикальной оси.

В системах персонального радиовызова могут передаваться сообщения четырех типов: тональные, цифровые, буквенно-цифровые, речевые. Тональные сообщения были единственным типом сообщений со смыслом «Позвоните в офис и узнайте новости». Цифровое сообщение может содержать номер телефона, по которому следует позвонить владельцу пейджера. Наиболее распространенным типом сообщения стало буквенно-цифровое, которое может содержать любой текст длиной до 100…200 и даже более символов. Цифровое или буквенно-цифровое сообщение отображается на дисплее пейджера, который может иметь от одной до 8 строк с 12 ÷20 символами в  строке. Длинные сообщения передаются по частям. Передача речевых сообщений широкого распространения пока не получила.

Вызов абонента, т.е. адресация сообщения, может осуществляться индивидуально, нескольким абонентам (общий вызов) или группе абонентов (групповой вызов).  

  В первом случае вызов адресуется конкретному абоненту по его индивидуальному номеру, во втором – нескольким абоентам с последовательной передачей их индивидуальных номеров, в третьем – вызов адресуется одновременно группе абонентов по общему групповому номеру. Сообщения, подлежащие передаче, вводятся в систему одним из трех способов: голосом через телефонную сеть и оператором пейджинговой связи; через телефонную сеть с тональным набором – сообщение набирается на клавиатуре ТА и проходит сразу на пейджинговый терминал, минуя оператора; через телефонную сеть с персонального компьютера с набором сообщения  на пульте компьютера и выходом также непосредственно на пейджинговый терминал.

Помимо сообщений конкретным абонентам, в пейджинговых системах обычно организуется общий информационный канал, содержащий оперативную информацию: биржевые новости, погода, обстановка на дорогах и т.д.

Дополнительные услуги, предусмотренные в пейджере: часы, календарь, регулировка громкости, сохранение в памяти и т.д.

Поскольку сообщения передаются кратко и только в одну сторону эффективно используется канал связи, по этой же причине он более экономичен по питанию.

В последнее время появляются сообщения о разработке пейджеров для двусторонней связи, которые обеспечивают передачу подтверждений о приеме сообщений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература:

 

1.     Иванова О.Н. и др. Автоматическая коммутация. М.: Радио и связь, 1988.

2.     Дубровский Е.П. Абонентские устройства ГТС. (справочник).-М.: Радио и связь, 1986.

3.     Кожанов Ю.Ф. Основы автоматической коммутации. Справочное пособие. С-П.: SIEMENS, 1999.

4.     Иванова Т.И. Абонентские терминалы и компьютерная телефония.

     М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 1999.

5.     Ратынский М.В. Основы сотовой связи. М.: Радио и связь, 1998.

6.     Дьяконов В.П., Смердов В.Ю. Бытовая и офисная техника связи.

М.: Радио и связь, 1999.