|
| |
|
Слаботочка Книги Цифровая телефония - использование цифровой техники для передачи сообщений Ш телефонных сетях. При такой постановке вопроса термин циф-р )вой относится скорее к методу кодирования сигнала, т. е. к виду модуляции. Поэтому цифровая телефония означает, по существу, рередачу речи и коммутацию, а не передачу данных. Однако одной да наиболее привлекательных особенностей цифрового представления речевого сигнала является то, что кодированные сигналы (импуль-Ш) можно рассматривать независимо от источника аналогового угнала. Следовательно, цифровое оборудование передачи и ком-*1утации, применяемое на телефонных сетях, в принципе может . веспечить обслуживание любого трафика, создаваемого источником 1р1фровой информации, в том числе и передачу данных. Как отметили некоторые рецензенты, название Цифровая .телефония несколько уже того материала, который нашел отражение В данной книге. Ему больше соответствовало бы название: Циф-Ювые сети для передачи речи и данных . Несмотря на риск возможного сокращения спроса на книгу, я все же решил оставить первоначальное название, считая, что термин телефония имеет достаточно широкое значение. Во всем мире в области телефонной техники происходят радикальные изменения - как в технологии, так и в видах услуг, предоставляемых сетями. В обоих случаях 3ти перемены вызваны развитием индустрии обработки данных. Создание дешевых цифровых электронных схем открыло возможность экономически эф<)ективного применения новой и во многих случаях значительно более совершенной техники в обычных телефонных системах. В то же время быстрый рост потребности передаче данных расширил использование телефонных сетей. Совершенно ясно, что в настоящее время начинает создаваться единая (интегральная) цифровая сеть, которая будет обеспечивать передачу речевых сообщений и данных. Я все же полагаю, что #гу сеть всегда будут называть телефонной, даже если когда-нибудь 5№а будет обслуживать в основном нагрузку, создаваемую при передаче цифровой информации, а не при передаче речи. ; Другой причиной включения термина телефония в заглавие КНИГИ было стремление привлечь внимание к уже сложившейся, но ,Лсе еще достаточно новой и интересной отрасли. Ее новизна обусловлена тем, что во многих странах мира, в частности в Соеди- ненных Штатах, в производство телефонного оборудования и организацию телефонной связи включаются новые компании, начинающие конкурировать с фирмами, уже завоевавшими твердые позиции в этой отрасли. Большой интерес к ней вызван тем, что в технике и видах обслуживания фактически происходит революция. Книга представляет собой введение в широкий круг проблем цифровой связи с особым акцентом на проблемах передачи речи: цифровом представлении речевого сигнала, цифровой передаче, цифровой коммутации, синхронизации сети, управлении сетью и вопросах ее проектирования. В значительной степени книга является результатом научно-исследовательской и педагогической деятельности автора в перечисленных областях. Поскольку в Соединенных Штатах телефония всегда была областью деятельности компаний, занимающихся эксплуатацией оборудования связи, которые традиционно сами готовили для своих нужд инженеров, то общедоступных книг по значительной части вопросов, освещенных в данной монографии, не было. При подготовке рукописи автор широко использовал статьи из журналов Bell System Technical Journal, IEEE Transactions on Communications, a также сборники докладов технических конференций. Следует подчеркнуть, что это не традиционная в аналитическом смысле техническая книга, характерная для теории связи. Поскольку теории связи посвящено достаточно много публикаций (см. список литературы), то здесь основное внимание уделено прикладным аспектам проектирования систем связи. Некоторые основные элементы теории излагаются с качественной стороны, а в случае необходимости приводятся количественные оценки. Цель автора - познакомить читателя с терминологией и объяснить, как работают различные системы и как область применения системы отражается на ее реализации. Во многих случаях основные понятия поясняются конкретными примерами систем, используемых на телефонной сети. Приведенные примеры относятся в основном к сети США, однако описаны также примеры систем, отвечающих международным стандартам (МККТТ). Книга предназначена, главным образом, для инженеров-электротехников, которые могут пользоваться ею как учебником или справочником. Студенты электротехнических факультетов могут воспользоваться отдельными ссылками в тексте на теоретические работы и оценить влияние теории на практику. Однако, поскольку функциональному описанию отдано предпочтение перед аналитическим, то менее ориентированные в данной области техники читатели не должны встретить трудностей в понимании основных принципов функционирования систем. С аналитической и прикладной точек зрения отдельные разделы книги оказались более глубокими, чем другие. Очевидно, такая неровность изложения в известной степени связана с тем, что в некоторых областях автор имеет больший опыт работы, чем в других. В то же время автор вполне сознательно стремился заострить внимание читателей на тех проблемах, которые еще не получили широкого освещения. Так, например, проектирование коммутационных систем и анализ трафика являются именно теми вопросами, которые не нашли достаточного отражения в общедоступной литературе (по крайней мере, в Соединенных Штатах). При рассмотрении некоторых аспектов цифровой модуляции и проектирования радиосистем (см. гл. 6) обсужден также ряд дополнительных деталей. Без потери последовательности изложения эти детали могут быть опущены. Большая часть материала монографии была использована при чтении специальных курсов по электротехнике в Южном методистском университете, предназначенных для дипломированных специалистов. Эти курсы охватывали вопросы электросвязи, передачи данных и, особенно, цифровой телефонии. Для студентов эта книга содержит слишком много материала, который трудно понять без предварительного знакомства с терминологией, а также с практическими аспектами и системными понятиями электросвязи. Главу 6 (охватывающую вопросы построения радиосистем и проблему модуляции), а также гл. 9 (посвященную теории телетрафика) можно без ущерба опустить, сохранив при этом возможность достаточно полного понимания других разделов. Я в высшей степени благодарен А. А. Коллинзу, который познакомил меня со многими вопросами, нашедшими отражение в этой монографии. Он вдохновил меня на ее написание, предоставил необходимые материалы, которые и позволили создать эту книгу. Тем, что при ее написании я пользовался обширным материалом по цифровой телефонии, я обязан м-ру Коллинзу и его коллегам из фирмы Arthur А. Collins Р. Д. Педерсену, Р. Л. Крис-тенсену и Дж. Бейлессу. Кроме того, я хотел бы выразить благодарность сотрудникам фирмы Rockwell International П. Хартману, Ч. Хоггу, Д. Кроссету и Б. Байнуму за то, что они познакомили меня с принципами построения цифровых радиосистем, а также Р. Аарону из фирмы Bell Telephone Laboratories за рецензирование рукописи. Исключительно благодарен я своему дяде Блику, завещание которого дало мне возможность полностью посвятить себя работе над книгой на первом этапе ее подготовки. Я также должен с благодарностью отметить долготерпение моих студентов в Южном методистском университете при отработке первоначальных вариантов книги и многие полезные предложения, которые они внесли. Среди них мне хочется прежде всего отметить X. Фриззела, М. Лукаша, Т. Экберга, Т. Фокса, Л. Хэннея, Дж. Хэм-брика, Р. Лонгли и Дж. Сю. При сборе материала для гл. 1 я пользовался, главным образом, следующими книгами, подготовленными сотрудниками фирмы Bell Telephone Laboratories: Engineering and Operations in the Bell System и Transmission Systems for Communications. Джон Беллами Даллас, Техас Октябрь 1981 г. ГЛАВА 1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ТЕРМИНОЛОГИЯ Начиная с 1960 г. в США в области электросвязи стали происходить радикальные изменения по нескольким различным направлениям. Во-первых, обычная аналоговая телефонная сеть должна была теперь обеспечивать предоставление множества новых и разных услуг связи, причем большинство из них было вызвано потребностью в передаче данных. Во-вторых, цифровая техника открыла путь для реализации в новом виде многих основных функций, связанных с передачей информации и коммутацией как на телефонных сетях США, так и на сетях связи в других странах мира. Основной целью данной книги является изложение вопросов, связанных с проектированием, применением и некоторыми аспектами функционирования этого нового цифрового оборудования. Для того чтобы охарактеризовать условия, в которых вводится новое, цифровое оборудование, вначале рассматриваются общие характеристики существующей, в основном аналоговой, телефонной сети. Большая часть последующего изложения посвящена описанию отдельных систем и технических причин перехода от обычного аналогового оборудования к его на первый взгляд менее естественному цифровому двойнику. Таким образом, одна из задач книги - показать, как цифровая техника позволяет улучшать характеристики и расширять возможности различных подсистем, образующих телефонные сети связи. Другая задача - показать тот безусловный экономический выигрыш, который может быть получен, если вся сеть строится как цифровая. При этом, если отдельные системы проектируются, исходя из того, что они будут применяться на единой сети, в которой повсюду будут использоваться цифровые методы и цифровая техника, то может быть достигнута значительная степень интеграции. Эффект интеграции положительно скажется как на предоставлении обычных услуг связи по передаче речи, так и на удовлетворении других нужд сетей связи общего пользования, которые уже имеются или же могут появиться в будущем. Значительная часть описания оборудования, а также примеры приведенных расчетов предоставлены автору инженерами фирмы Bell Telephone Laboratories. Однако основной подход к проектированию не является уникальным только для систем этой фирмы или для телефонных сетей общего пользования. Основные идеи и примеры реализации могут быть применены к различным сетям связи: общего или частного пользования, передачи речи или данных. Существенная особенность цифровой сети состоит в том, что ее можно проектировать независимо от ее применения. Следует подчеркнуть, что применение цифровой техники для реализации услуг связи по передаче речи обусловлено желанием улучшить качество, добавить новые возможности, а также снизить расходы на предоставление стандартных услуг по передаче речи. Внедрение цифровой техники на сети не является следствием потребности индустрии обработки данных в более качественной передаче данных. На самом деле большая часть цифровой техники, введенной в настоящее время на сети связи, оказывается недоступной для передачи данных, исключая аналоговые каналы. Некоторые средства цифровой передачи данных предоставляются в США цифровой сетью Dataphone фирмы Bell System, однако пользование этими средствами требует введения специальных устройств сопряжения (портов данных). Однако несомненно, что цифровая сеть является естественным средством для передачи данных. Когда существующая сеть будет в большей степени оснащена цифровыми системами или же когда будут созданы новые цифровые сети, это приведет к значительному улучшению как технических, так и стоимостных характеристик систем передачи данных. Если учесть огромное количество аналогового оборудования, находящегося в эксплуатации, то станет ясно, что пройдет достаточно много времени прежде, чем сеть общего пользования в США станет полностью цифровой. Однако при разработке новых сетей связи частного пользования выбор полностью цифровой их реализации оказывается не только технически возможным, но и экономически целесообразным, особенно в тех случаях, когда предполагается обслуживать значительное количество неречевой информации. Основное препятствие, с которым сталкиваются в настоящее время (1981 г.) при создании частных цифровых сетей связи - это отсутствие подходящих средств передачи на большие расстояния. Однако создание в настоящее время новых цифровых систем радиорелейной связи, а также ожидаемое появление оптических кабелей для цифровой связи и средств спутниковой связи делает перспективы применения частных цифровых сетей связи для передачи речи и данных достаточно реальными. 1.1. ОКОНЕЧНЫЕ УСТРОЙСТВА, СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ И КОММУТАЦИИ В сетях связи можно выделить три основных элемента: оконечные устройства, системы передачи и системы коммутации. В первой части гл. 1 дан обзор этих составных частей сетей связи применительно к аналоговым телефонным сетям. Б последней части главы кратко рассмотрено внедрение цифровой техники в аналоговую сеть связи. Более детальное рассмотрение вопросов внедрения цифровой техники проведено в гл. 2. Последующие четыре главы посвя- [1] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 |