1.1. Немного истории

1.2. Типы источников абонентской нагрузки

1.3. Сигнализация по аналоговым абонентским линиям: электрические параметры линий

1.4. Сигнализация по двухпроводным аналоговым абонентским линиям: параметры сигналов

1.5. Включение малых АТС по абонентским линиям: исходящий вызов

1.6. Включение малых АТС по абонентским линиям: входящий вызов

1.1. Немного истории

Передатчиком и приемником в первом «телеграфном устройстве для передачи человеческой речи», на который Александр Грэхем Белл получил патент с приоритетом от 14 февраля 1876 г., были электромагнитные приборы, явившиеся прототипом современного телефона.

Это было второе великое открытие, составившее одну из основ сегодняшнего информационного общества и сделанное спустя 420 лет после первого - изобретения Иоганном Гутенбергом печатного станка с подвижными металлическими литерами, на котором была напечатана в 1456 г. знаменитая Библия Гутенберга.

Как это иногда случается с великими открытиями, изобрели телефон независимо друг от друга и почти одновременно два исследователя: Александр Белл в Бостоне и Элайша Грей в Чикаго. И, как это бывает не менее часто, на принцип телефона, согласно одной из исторических версий, Белл наткнулся случайно во время эксперимента с гармоническим телеграфом.

Это произошло 2 июня 1875 г., когда Томас Ватсон, друг и ассистент Белла, не заметив, что один конец стальной пластины телеграфного передатчика оказался плотно зажат контактным винтом прерывателя, создавшим тем самым постоянный электрический контакт, попытался вручную заставить ее колебаться. При этом генерировался электрический ток за счет вибрации намагниченной стальной пластины над полюсом магнита, что, в свою очередь, было зафиксировано находившимся в другой комнате приемником, который настраивал Белл. Прижав к уху пластину и зафиксировав свободный ее конец, что фактически превратило этот элемент гармонического телеграфа в аналог мембраны современного телефонного аппарата, Белл услышал звук и осознал значение случившегося. После 9 месяцев упорного труда Белл и Ватсон провели первый сеанс телефонной связи. Первое в истории человечества телефонное сообщение, произнесенное Беллом, звучало довольно прозаично: «Мистер Ватсон, идите сюда, вы мне нужны» и было передано на расстояние 12м. Впрочем, этому эпохальному событию предшествовали годы упорного труда.

Довольно интересен важный стимул этих исследований [17], подтверждающий великий тезис о том, что любовь правит миром, выбранный в качестве эпиграфа к данной главе. Александр Грэхем Белл, родившийся в 1847 г. в Эдинбурге (Шотландия) и окончивший Лондонский и Эдинбургский университеты, в 1870 г. переехал с семьей сначала в Брантфорд, провинция Онтарио (Канада), а затем в Бостон, США. Оказавшись в Бостоне, Александр Белл влюбился в девушку по имени Мейбл Хаббард. Мейбл страдала глухотой после перенесенной в детстве скарлатины, и это повлияло на направление дальнейших занятий и исследований Белла. В 1872 г. он открывает в Бостоне учебное заведение для подготовки учителей школ для глухих, а в 1873 г. становится профессором физиологии органов речи Бостонского университета, одновременно занимаясь исследованиями в области создания искусственных гласных звуков и передачи их по телеграфным проводам. Кстати говоря, заявку на изобретение телефона подал от имени Белла юрист Гардинер Хаббард, отец Мейбл.

Другой тезис, состоящий в том, что миром правит справедливость, а не «произвол, оставляющий справедливости место только на сцене», как утверждал Фридрих Шиллер, иллюстрирует история Элайши Грея.

Опоздав на считанные часы с подачей заявки на изобретение телефона, Элайша Грей успел вовремя сделать другое важное дело. За 7 лет до появления патента на телефон Грей совместно с Иносом Бартоном организовал небольшую фирму в Кливленде. Три года спустя, в 1872 г. в Чикаго эта фирма была переименована в Western Electric Manufacturing Company и вскоре стала крупнейшей электрической компанией США. После появления патента на телефон практическая ценность изобретения была отнюдь не столь очевидной, как сегодня. Согласно исторической версии, одно время Белл безуспешно предлагал патент компании Western Electric за 100 тысяч долларов. Впрочем, через несколько лет Western Electric уже сама предлагала за патент 25 миллионов долларов, а в 1879 г. организовала дочернюю компанию American Speaking Telephone Company, ставшую главным конкурентом Белла. Конкуренция в телефонной промышленности уже тогда была чрезвычайно жестокой, и в начале всеобщей телефонизации American Speaking Telephone Со. получила преимущество благодаря другому изобретению: Томас Эдисон изобрел микрофон, который был гораздо более эффективным, чем у Белла.

В свою очередь, Белл совместно с Хаббардом и Ватсоном организовали собственную фирму New England Telephone Company, а затем Bell Telephone Co. Любопытно, что Александр Белл был назначен главным электротехником компании, тогда как его помощник Ватсон был назначен управляющим и бухгалтером. При этом Хаббард и Ватсон получили 1497 акций в компании, в то время как сам Белл получил только 10 акций. В 1879 г. Белл покинул правление своей компании в результате разногласий, и президентом стал Вильям X. Форбес. Bell Telephone Company продолжала двигаться вперед без своего основателя. В 1922 г. Александр Грэхем Белл умер от диабета не очень богатым, но сознающим значение сделанного им самого важного в истории телефонии открытия. Его ассистент Ватсон ушел из Bell Telephony вскоре после смерти Белла и избрал для себя карьеру актера; умер он в 1934 г.

Но еще задолго до этого, в 1878 г., Bell Telephone Co. возбудила судебный иск против Western Electric о нарушении патентных прав. В конце 1879 г. между этими компаниями было достигнуто согласие, в результате которого началось успешное развитие Bell Telephone Co., впоследствии - знаменитой Bell System. В 1881 г. Bell Telephone Company полностью приобрела Western Electric, которая продолжала оставаться эксклюзивным производителем телефонного оборудования в течение 100 лет, пока сама Bell System не распалась.

Это происходило следующим образом. В 1910 г. Bell Telephone Со. приобрела и основавшую astern Electric главную компанию Western Union, закончив тем самым конкурентную битву, а вместе с Western Union - все ее патенты, изобретения и телефонную сеть, обслуживавшую 56000 абонентов, после чего скупила множество маленьких телефонных компаний, тем самым увеличив количество своих клиентов. Впоследствии департамент юстиции США возбудил иск против Bell System, обвинив ее в нарушении антимонопольного законодательства. Его результатом стало Кинбургское соглашение, в соответствии с которым Bell System вернула Western Union полномочия, связанные с телеграфным бизнесом, а также позволила независимым телефонным компаниям подключиться к сети Bell, которая охватывала всю страну. В 1974 г. департамент юстиции снова предъявил иск AT&T и Bell System, обвинив их в монополизации телефонной индустрии. Результатом длительного судебного процесса явился распад Bell System в 1984 г. на AT&T, Bell Labs и astern Electric и 7 самостоятельных региональных эксплуатационных компаний: Pacific Telesis, NYNEX, Ameritech, Southwestern Bell, US West, Bell Atlantic и Bellsouth Telecommunications. В 1995 г. уже AT&T разделилась на три новые компании в трех различных сферах индустрии: сотовой связи, междугородной связи и компьютерной промышленности.

Сама компания AT&T (American Telephone & Telegraph Co.) была создана в 1900 г., а в 1907 году Теодор Вейл объединил AT&T и подразделение разработчиков Western Union в единую организацию, которая в 1925 г. превратилась во всемирно известные Bell Telephone Laboratories. Этот крупнейший научный центр дал миру транзистор, цифровую АТС, аппаратуру ИКМ, узлы коммутации с программным управлением, лазер, пакетную коммутацию, сотовую связь, операционную систему UNIX и многие другие изобретения и открытия, а по количеству сотрудников - Нобелевских лауреатов уступил только Кембриджу.

Возвращаясь к телефону, вспомним, что в 1878 г. американец Давид Юз изобрел микрофон с угольными палочками, который, к сожалению, был недостаточно чувствительным и давал большие искажения звуков. В том же году Томас Эдисон применил в телефонной схеме индукционную катушку, Ватсон запатентовал применяющийся и поныне в телефонных аппаратах электромеханический звонок, а российский электротехник П.М. Голубицкий впервые применил в телефонных аппаратах конденсатор. Богатый телефонными событиями 1878 г. упоминался и в первом томе данной книги: в этом году была построена первая коммерческая телефонная станция в Нью-Хевене, штат Коннектикут.

Упоминая о российских разработках принципов действия и конструкций телефонных аппаратов, нельзя не отметить, что первый в мире микрофон с угольным порошком изобрел в 1879 г. инженер М. Махальский. В 1881 г. В. Якоби создал первый российский телефонный аппарат оригинальной конструкции, а в 1882 г. М. Дешевов применил в телефонном аппарате трансформатор, что позволило реализовать принцип местной батареи (МБ).

1.2. Типы источников абонентской нагрузки

Практически с тех самых времен, о которых шла речь в предыдущем параграфе, и до настоящего времени наиболее массовым телефонным интерфейсом является двухпроводная аналоговая абонентская линия с дистанционным питанием и шлейфным способом передачи сигналов, схематически представленная на рис. 1.1.

Абонентские комплекты (SLIC) аналоговых абонентских линий современных цифровых АТС выполняют функции электропитания (Battery), защиты от перенапряжения (Overload protection), посылки вызова (Ringing), контроля состояния шлейфа (Supervision), кодирования (Coding), дифференциальной системы (Hybrid) и испытаний (Test). Первые буквы английских названий этих семи функций, реализуемых в большинстве коммутационных станций, составляют аббревиатуру BORSCHT, созвучную хорошо известному русскому слову (табл. 1.1).

Дистанционное питание (В) абонентских линий постоянным током, чаще называемое батарейным, обеспечивается с помощью источника напряжения или источника тока, находящегося на АТС. В российских телефонных сетях питание абонентских линий осуществлялось постоянным напряжением -60 В. В большинстве стран мира стандартизировано напряжение -48 В, что, кстати, имело место и в телефонных сетях СССР до конца сороковых годов. В начале интенсивного внедрения импортного коммутационного оборудования к этой частной технической проблеме добавлялись политические мотивы. Тем не менее, сейчас по решению Министерства связи России допускается использование и номинала напряжения -48 В:

Впрочем, практически все современные АТС используют для абонентских комплектов технику ограничения тока в линии величиной от 45 до 75 мА в случае короткого замыкания или низкоомной нагрузки линии. Повышение сопротивления линии приводит к уменьшению тока в линии, но соотношение между сопротивлением линии и током в ней является нелинейным. При использовании абонентских систем передачи ток в линии обычно не превышает 20-25 мА, что обусловлено расстоянием между абонентским устройством аппаратуры системы передачи и телефонным аппаратом абонента. В отличие от напряжения питания разомкнутого шлейфа на АТС, равного -48 В (-60 В), в абонентских системах передачи напряжение на разомкнутом шлейфе обычно составляет 10-14 В.

Защита от перенапряжения (О) ограничивает или изолирует посторонние напряжения, возникающие в абонентской линии, от оборудования АТС (или от оборудования абонентского терминала) и необходима в каждом абонентском комплекте. Посторонние напряжения могут быть вызваны разрядом молнии («прямым попаданием» или вблизи линии), касанием силовых проводов, наводками от высоковольтной линии или другими источниками электромагнитных наводок. Здесь речь идет о вторичной защите (в отличие от устройств первичной защиты в кроссах АТС и в помещениях абонента). Схемы абонентских комплектов цифровых АТС имеют средства ограничения импульсных токов: резисторные предохранители, резисторы с положительным температурным коэффициентом или комбинации предохранителей и резисторов. Обычно защита от перенапряжения в схемах абонентских комплектов ограничивает напряжение примерно до 70-100 В и обрабатывает импульсы тока в несколько десятков ампер.

Функция посылки вызова (R) в абонентском комплекте заключается в подаче напряжения вызывного сигнала к проводам абонентской линии через контакты реле или другой управляемый переключатель. В функцию посылки вызова также входит обнаружение ответа вызываемого абонента для немедленного прекращения посылки вызывного сигнала. Генератор вызывного напряжения обычно располагается вне абонентского комплекта. Каденции (длительности посылок и пауз) вызывного сигнала могут задаваться или непосредственно внутри абонентского комплекта, или извне.

В АТС российских сетей связи для посылки вызова используются сигналы частотой (25±2) Гц и напряжением (95±5) В, рассчитанным на включение до 3 параллельных телефонных аппаратов. Каденция вызывного сигнала для местного вызова предусматривает одну секунду звучания и четырехсекундную паузу (рис. 1.2,а). Длительность первого звонка может составлять от 0.3 до 4.45 с, а время срабатывания схемы отключения вызывного сигнала при ответе вызываемого абонента не должно превышать 100 мс. Для междугородного вызова при автоматической связи каденция вызывного сигнала показана на рис. 1.2,6, а при ручном обслуживании междугородного соединения длительность сигнала посылки вызова определяется продолжительностью нажатия ключа на консоли оператора междугородной станции (рис. 1.2,в).

Для сравнения можно отметить, что вызывной сигнал в США, Канаде и большинстве стран Европы имеет частоту 20 Гц и состоит из двухсекундных посылок и четырехсекундных пауз (рис. 1.3). В Бразилии и Мексике используются секундные посылки с такими же четырехсекундными паузами.

В Великобритании, Австралии и других странах, которые следуют Британским телекоммуникационным стандартам, используется более сложная структура сигнала вызова, предусматривающая посылку 0.4 с, паузу 0.2 с, опять посылку 0.4 с и паузу 2 с (рис. 1.4).

Акустические сигналы контроля посылки вызова (КПВ) имеют те же каденции, что и сигналы посылки вызова.

Функция кодирования (С) в абонентском комплекте реализуется с помощью кодека (КОдер-ДЕКодер) и состоит в преобразовании аналоговых сигналов в цифровые (A/D) и цифровых сигналов в аналоговые (D/A). Эти функции уже рассматривались в главе 3 тома 1 настоящей книги.

Функция дифсистемы (Н) преобразует двухпроводную схему двунаправленной передачи сигналов в четырех проводную схему с раздельными односторонними передающей и приемной цепями, обеспечивает согласование импедансов и обычно содержит балансный контур дифсистемы и эхокомпенсатор. В современных АТС дифсистема реализуется с помощью технологии цифровой обработки сигналов (DSP - Digital Signal Processing).

Функция тестирования (Т) обеспечивает доступ к линии и к абонентскому комплекту от внешней шины тестирования. Этот доступ обычно реализуется через реле или электронные переключатели.

На противоположной от абонентского комплекта стороне двухпроводной аналоговой абонентской линии находится абонентский терминал, создающий телефонную нагрузку сети связи. С точки зрения АТС абонентские линии вместе с терминалами являются источниками телефонной нагрузки. В общем случае к типовой АТС возможно подключение следующих источников абонентской нагрузки:

• абонентских линий с телефонными аппаратами, оборудованными дисковыми или кнопочными номеронабирателями, которые обеспечивают передачу импульсов набора номера размыканием шлейфа абонентской линии, и приемником индукторного вызова;

• абонентских линий с телефонными аппаратами, оборудованными тастатурой (кнопочным номеронабирателем, который предусматривает частотный способ передачи набора номера), а также приемником сигнала индукторного вызова и (необязательно) дополнительной кнопкой «R»;

• абонентских линий с терминалами передачи данных и факсимильной связи, предусматривающими создание и нарушение соединений согласно телефонному алгоритму;

• абонентских линий удаленных абонентов;

• абонентских линий, организуемых с использованием аппаратуры систем передачи, систем малоканальной радиотелефонной связи и малоканальной радиорелейной аппаратуры;

• абонентских линий телефонных концентраторов;

• абонентских линий оборудования пожарной, гражданской, аварийной и др. сигнализации с использованием Z-интерфейса;

• абонентских линий таксофонов местной связи с оплатой разговора посредством монет или кредитными карточками, с дисковым или кнопочным номеронабирателем, без ограничения времени разговора, а также таксофонов местной телефонной связи, требующих со стороны АТС ограничения времени разговора с возможностью его продления при внесении дополнительной платы;

• абонентских линий таксофонов междугородной исходящей связи, телефонов переговорных пунктов для ведения исходящих и входящих междугородных переговоров, а также таксофонов для связи с платными службами с оплатой монетами или кредитными карточками. Эти таксофоны могут быть как с автономным управлением тарификацией (с помощью встроенного устройства), так и с централизованным управлением тарификацией от АТС с помощью переполюсовки или импульсами на частоте 16 Кгц.

Как уже отмечалось в первом томе монографии, с точки зрения системы автоматического определения номера вызывающего абонента имеется 10 категорий абонентских линий (категорий АОН):

Категория 1. Телефон квартирный, учрежденческий с возможностью выхода на автоматическую зоновую, междугородную и международную сети.

Категория 2. Телефон гостиницы с возможностью выхода на автоматическую зоновую, междугородную и международную сети.

Категория 3. Телефон квартирный, учрежденческий, гостиничный с возможностью выхода к абонентам местной сети, но без права выхода на автоматическую зоновую, междугородную и международную сети и к платным (справочно-информационным, заказным и т.п.) службам.

Категория 4. Телефон учрежденческий с возможностью выхода на автоматическую зоновую, междугородную и международную сети и к платным службам; обеспечивается приоритет при установлении соединений на внутризоновой и междугородной сетях.

Категория 5. Телефон учрежденческий для учреждений Минсвязи с возможностью выхода на автоматическую зоновую, междугородную и международную сети и к платным службам; разговоры с телефона не должны тарифицироваться, но должны учитываться.

Категория 6. Междугородный таксофон и телефон переговорного пункта с возможностью выхода на автоматическую зоновую и междугородную сети, а также универсальный таксофон с возможностью выхода на междугородную и местную сети; разговоры ведутся за наличный расчет; таксофон для связи с платными службами.

Категория 7. Телефон квартирный, учрежденческий с возможностью выхода на автоматическую зоновую, междугородную и международную сети и к платным службам.

Категория 8. Телефон учрежденческий с подключением устройства передачи данных, факсимильных сообщений и сообщений электронной почты и с возможностью выхода на автоматическую зоновую, междугородную сети.

Категория 9. Местный таксофон.

Категория 10. Резерв.

1.3. Сигнализация по аналоговым абонентским линиям: электрические параметры линий

Множество линейных и регистровых сигналов, рассмотренных в первом томе монографии применительно к протоколам межстанционной сигнализации, для случая двухпроводной аналоговой абонентской линии вырождается в очень простой набор сигналов:

• линейных - замыкание (вызов станции или ответ) и размыкание (отбой) абонентского шлейфа,

• управления (адресных) - декадный или частотный набор номера,

• информационных акустических - ответ станции, занятость, вызывной сигнал, контроль посылки вызова, предупреждение о неправильно положенной трубке. В исходном состоянии трубка находится на рычаге телефонного аппарата абонента и шлейф абонентской линии разомкнут. Когда абонент инициирует вызов, поднимая трубку, шлейф замыкается и в линии возникает постоянный ток. АТС фиксирует замыкание шлейфа линии и подключает к ней соответствующее оборудование для приема сигналов набора номера. Вызывающему абоненту посылается акустический сигнал ответа станции, предлагающий ему начать набор номера. При декадном наборе цифры номера передаются к АТС в виде серий шлейфных импульсов. Каждая цифра представлена соответствующим количеством импульсов в серии. Например, цифра 1 представлена одним импульсом, цифра 2 - двумя импульсами и т.д. Нормальная скорость передачи импульсов составляет 10 импульсов в секунду.

Формат импульса различен в разных национальных сетях, часто встречается соотношение 60% пауза (т.е. замкнутый шлейф) и 40 посылка (т.е. разомкнутый шлейф), а также соотношения 66,7 и 33,3, 50 и 50%.

Когда абонент отвечает на входящий вызов, поднимая трубку аппарата, замыкается шлейф его линии, что обнаруживается входящей АТС. Сигнал ответа передается по сети в обратном направлении на исходящую АТС средствами межстанционной сигнализации.

Отбой абонента (как вызывающего, так и вызываемого) сигнализируется размыканием шлейфа линии.

Значения сигналов в типовой системе абонентской сигнализации даны в таблице 1.2.

Таблица 1.2. Примеры сигналов при шлейфном способе сигнализации

Принцип шлейфной сигнализации легко реализуем и дешев, но набор сигналов, которые он позволяет передать, крайне ограничен. Применение шлейфной сигнализации ограничено также характеристиками цепи, по которой происходит передача, что обусловлено влиянием емкости линии на передачу импульсов и пауз. Емкость линии искажает форму импульса, причем искажение увеличивается с возрастанием длины линии. Приемники импульсов могут допустить только ограниченную степень искажения без ущерба для надежного распознавания импульсов. Таким образом, емкость линии ограничивает расстояние, на котором может быть использована шлейфная сигнализация. Более подробно (на уровне межстанционной линейной сигнализации) этот вопрос рассмотрен в первом томе монографии.

Акустические (тональные) сигналы применялись уже на самых ранних этапах телефонии. Сигналы выбирались в диапазоне частот 400-600 Гц и представляли собой или непрерывные посылки, или повторяющиеся циклы «посылка—пауза» с определенной каденцией. Эти частоты и каденции устанавливались администрациями связи разных стран еще до определения международных стандартов.

Набор акустических сигналов, передаваемых по абонентским линиям местных телефонных сетей Российской Федерации, приведен в таблице 1.3.

Таблица 1.3. Информационные акустические сигналы

В большинстве Европейских стран и в США каждый из тональных сигналов содержит две и более фиксированные частоты. Сигнал «Ответ станции», как и в России, непрерывен (в отличие от большинства других информационных акустических сигналов), но состоит из двух тональных частот—350 и 440 Гц. Имеется также специальный акустический сигнал, содержащий четыре негармонические частоты — 1400, 2060, 2450, 2600 Гц и подаваемый для большей отчетливости импульсами по 0.1 с и такими же паузами, который предназначен для уведомления абонента о плохо положенной трубке.

Характеристики стандартных информационных акустических сигналов, используемых в местных телефонных сетях США приведены в таблице 1.4.

Информационный акустический сигнал «Занято» передается обслуживающей вызываемого абонента АТС. Как видно из табл. 1.4, каденция этого сигнала в Северной Америке предусматривает посылки и паузы по 0.5 с., а в Южной Америке эти же посылки и паузы имеют длительность по 0.25 с.

Информационный акустический сигнал «Перегрузка» передается АТС, когда вызов не может быть обслужен из-за отсутствия доступной исходящей соединительной линии в сети. Каденция этого сигнала в США и Канаде указана в табл. 1.4, а в телефонных сетях Бельгии и Норвегии используются посылки и паузы длительностью по 0.5 с. В ряде стран (Австралия, Бразилия, Италия, Россия и т.д.) перегрузка указывается обычным сигналом «Занято».

Еще один вариант информационного акустического сигнала занятости - «Недоступность номера». Первоначально этот сигнал использовался в Великобритании и странах, следующих британским телекоммуникационным стандартам. В Великобритании этот сигнал является непрерывным, а в Австралии и Южной Африке используются посылка 2.5 с и пауза 0.5 с.

Во многих европейских странах для указания того, что набранный номер не является действующим, используется специальный информационный акустический сигнал SIT (special information tone)—последовательность трех частот 900 Гц, 1400 Гц, 1800 Гц, передаваемых поочередно по 0.33 с.и с паузой 1 с.

Электрические параметры абонентских линий для вновь устанавливаемых городских АТС ограничиваются в России следующими величинами: остаточное затухание на частоте 1020 Гц не более 4.5 дБ для кабеля с диаметром жил 0.5 мм и не более 3.5 дБ для кабеля с диаметром жил 0.32 мм; сопротивление шлейфа до 1600 Ом; рабочая емкость линии не более 0.5 мкФ; сопротивление изоляции между проводами или между каждым проводом и землей не менее 20 кОм (рис. 1.2).

Сопротивление шлейфа абонентской линии от аппарата абонента до используемых в настоящее время АТС ограничивается предельными значениями, приведенными в табл. 1.5.

Нормы затухания абонентской линии на частоте 800 Гц между абонентом и районной АТС составляют не более 4.3 дБ, а между двумя наиболее удаленными абонентами - не более 28.7 дБ.

1.4. Сигнализация по двухпроводным аналоговым абонентским линиям: параметры сигналов

В системе сигнализации по аналоговым абонентским линиям информация о статусе телефонного аппарата передается при помощи замыкания (трубка снята) и размыкания (трубка положена) шлейфа абонентской линии. Номер вызываемого абонента передается декадными импульсами или частотным способом.

Рекомендуемые значения выдержек времени для распознавания сигналов абонентской сигнализации в цифровых АТС приведены в таблице 1.6. Данные таблицы 1.6 являются обобщением реальных проектных решений. Если строго следовать численным данным из ГОСТа 7153-85, где указан допуск на период Т, равный 100±5 мс, и импульсный коэффициент 1.3-1.9, то импульс должен распознаваться в диапазоне от 53.7 мс до 68.8 мс, а пауза - от 32.8 до 45.6 мс.

Разрыв абонентского шлейфа во время разговора или набора номера более чем на 150 мс может восприниматься станцией как отбой абонента. Кратковременный же разрыв шлейфа в пределах (80±40) мс в процессе разговора или после набора номера на фоне сигнала занятости воспринимается как сигнал повторного вызова регистра (нажатие кнопки «R» или набор цифры «I» на дисковом номеронабирателе).

Характеристики приема на АТС при ручном дисковом декадном наборе определяются необходимостью обеспечить уверенный прием информации при колебании скорости возвратного движения номеронабирателя от 7 до 13 имп/с и импульсном коэффициенте (отношение времени размыкания ко времени замыкания) в пределах 1.3-1.9. Контрольное время ожидания набора первой и каждой следующей цифры номера обычно выбирается в пределах 20-40 с.

Последовательность сигналов, передаваемых по абонентским линиям для различных абонентских установок при декадном наборе, приведена на рис. 1.6 и 1.7.

На всех стадиях разговора (за исключением платного разговора с местного таксофона, требующего переполюсовки) обеспечивается следующая полярность проводов абонентской линии: минус на проводе «а» и плюс на проводе «б». При работе с местными таксофонами полярность линейных проводов (за исключением выхода на бесплатные спецслужбы 01,02,03) соответствует рис. 1.7.

При взаимодействии АТС с таксофонами местной сети могут обеспечиваться следующие дополнительные функции:

• переполюсовка напряжения на линейных проводах при ответе вызываемого абонента для всех типов таксофонов местной телефонной сети;

• предупредительный сигнал за (30±2) с до окончания оплаченного периода для таксофонов местной телефонной сети при ограничении времени разговора от АТС. Параметры этого предупредительного сигнала: частота (1400±20) Гц, длительность посылки (1.0±0.1) с, длительность паузы (1.0±0.1) с, количество посылок 2—3, уровень на выходе АТС от —4 до 0 дБ;

• кратковременное восстановление исходной полярности напряжения на линейных проводах длительностью (300±50) мс по окончании оплаченного периода и повторная переполюсовка для обеспечения доплаты (для телефонов местной связи с возможностью продления времени разговора и ограничения разговора по сигналам от АТС). По мере внедрения современных цифровых АТС в телефонных сетях Российской Федерации постепенно распространяется многочастотный способ передачи сигналов набора номера, обозначаемый английской аббревиатурой DTMF (Dual-Tone MultipleFrequency). Иногда для наименования этой системы передачи сигналов набора используется другой англоязычный термин — TouchTone. Такой способ был разработан в 1960 г., но реальное его распространение началось с 80-х годов.

При этом способе передачи сигналов управления каждый многочастотный сигнал цифры номера состоит из двух тональных сигналов в соответствии с рекомендацией Q.23 ITU-T «Технические особенности телефонных аппаратов с тастатурным набором номера». Согласно этой рекомендации частоты в так называемой нижней частотной группе равны 697,770,852, и 941 Гц, а частоты в так называемой верхней частотной группе равны 1209, 1336, 1477, 1633 Гц.

Частоты DTMF подобраны негармонически. Это означает, что частоты не имеют отличного от 1 целого общего делителя. Например, частоты 1200 и 1600 Гц - гармоники частоты 400 Гц (3*400= 1200 и 4*400=1600), а частоты 697 и 770 Гц - негармонические. Каждый сигнал содержит две частоты: одна выбирается из нижней, а вторая — из верхней группы частот.

Соответствие между передаваемой информацией и частотами приведено на рис. 1.9.

Уровень передачи в двухчастотной посылке, измеренный на нагрузке 600 Ом, составляет: для нижней группы частот - минус 6 дБмО±2 дБ, для верхней группы частот - минус 3 дБмО±2 дБ. Уровень частоты верхней группы частот в суммарном сигнале на 2±1 дБ превышает уровень частоты нижней группы. Суммарный уровень всех частотных составляющих высшего порядка, по крайней мере, на 20 дБ ниже уровня частоты нижней группы.

Условия, при которых должен осуществляться нормальный прием сигналов, следующие: наличие в сигнале двух частот, одна из которых выбрана из нижней группы, а другая ~ из верхней; частоты не отличаются от своих номинальных значений более чем на 1.8%; уровень каждой из двух частот лежит в пределах от минус 7 до минус 30 дБмО; разность уровней двух частот не превышает 3 дБ;

длительность частотного сигнала не менее 40 мс. Сигнал же длительностью менее 20 мс не должен фиксироваться, даже если он отвечает всем остальным требованиям, а два сигнала принимаются как отдельные, если длительность паузы между ними равна 40 мс или более.

Абонентская сигнализация при частотном способе набора для различных абонентских устройств приведена на рис. 1.10—1.12.

1.5. Включение малых АТС по абонентским линиям: исходящий вызов

Термин «абонент», применяется в предыдущих параграфах данной главы несколько упрощенно, может иметь значительно более сложный смысл. Наряду с наиболее часто встречающимся случаем — люди на обоих концах, желающие переговорить друг с другом, в роли оконечных абонентских устройств могут выступать аппараты факсимильной связи, телефонные автоответчики, персональные компьютеры со встроенными модемами, а также малые офисные АТС. Все эти устройства идентичны с точки зрения логики сигнализации по двухпроводным аналоговым абонентским линиям, но различаются характером и параметрами создаваемых ими потоков нагрузки, в том числе - длительностями занятия.

Последнее обстоятельство обуславливает рассматриваемые в этом и следующем параграфах специфические принципы включения таких устройств в районные АТС различных классов. В следующих главах этого тома рассмотрены более эффективные протоколы сигнализации для перспективной архитектуры сети абонентского доступа, предусматривающей, в частности, интеграцию трех видов абонентской нагрузки (речь, данные, видеоинформация) и трех видов передающей среды (медный кабель, оптоволокно и радиоканал). В этой главе рассмотрение ограничено только включением в РАТС малых АТС по аналоговым абонентским линиям.

Учрежденческие АТС (УАТС) представляют собой коммутационные станции различных типов и емкостей, предназначенные для организации внутрипроизводственной телефонной связи между абонентами предприятия или учреждения по сокращенной нумерации, а также для предоставления некоторым из этих абонентов (или всем абонентам) выхода на телефонную сеть общего пользования с набором специального индекса выхода, как правило - цифры 9.

По характеру их включения в телефонную сеть общего пользования (ТфОП) можно выделить следующие три группы УАТС:

а) УАТС большой емкости (свыше 6000 портов), включаемые в ТфОП на правах районной АТС городской телефонной сети;

б) УАТС средней емкости (от 100 до 6000 портов), включаемые в ближайшие районные АТС городской телефонной сети по межстанционным соединительным линиям на правах подстанций или выносных коммутационных модулей и самостоятельно поддерживающие функцию автоматического определения номера вызывающего абонента (АОН);

в) УАТС малой емкости (до 128 портов), включаемые в ближайшую районную АТС городской телефонной сети по двухпроводным аналоговым абонентским линиям этой РАТС.

Протоколы сигнализации для УАТС первых двух групп описаны в первом томе и главах 3--5 настоящего тома монографии. Что касается протоколов для последней группы УАТС, имеющей наивысшие показатели темпов внедрения в российских телефонных сетях, то они и составляют предмет рассмотрения этого и следующего параграфов. Быстрое распространение малых АТС с включением по аналоговым абонентским линиям связано с возрастанием платы за пользование абонентской линией сети общего пользования, развитием малого бизнеса в России, появлением широкого ассортимента сертифицированных малых АТС и т.п.

Пример включения малой АТС в районную АТС декадношаговой системы приведен на рис. 1.13, а в районную АТС координатной системы - на рис. 1.14.

Наиболее существенным ограничением для включения малой АТС по абонентским линиям, налагаемым нормативными документами Министерства связи России, является ограничение нагрузки на абонентскую линию между малой АТС и районной АТС величиной 0.15 Эрл при включении в координатную АТС и 0.155 Эрл при включении в декадно-шаговую АТС. Практическая реализация этого ограничения обеспечивается выбором правильного соотношения числа внутренних абонентов с правом выхода на сеть общего пользования и внешних абонентских линий к районной АТС.

Еще одним таким средством может служить специальное программное обеспечение для ограничения исходящей нагрузки, но его востребованность заказчиками весьма сомнительна. Так как функция ограничения нагрузки с трудом поддается контролю, то в ряде нормативных документов просто ограничивается максимальная емкость малых АТС величиной 128 портов

Эффективным практическим решением проблемы, наряду с ограничением емкости и/или внешней нагрузки малых АТС, может быть их включение в районную АТС по тем же правилам, что и линий уличных таксофонов (рис 1 15). Для первого из представленных на рисунке двух вариантов такого включения (при нагрузке до 0.33 Эрл на линию) разрешается использование 9 линий в каждом 100-номерном абонентском модуле. Номера этих линий 11,22, 33,44, 55,66,77, 88 и 00 (номер 99 обычно используется для тестового оборудования).

Ниже представлены SDL-спецификации сигнализации при включении малых АТС по аналоговым абонентским линиям. Применительно к исходящей связи упрощенная схема включения малых АТС представлена на рис 1.16.

Приняты следующие значения для таймеров:

Т1=50 мс -длительность импульса и длительность паузы (декадный код); Т2=650 мс - длительность межцифрового интервала (декадный код), Т3=500 мс - выдержка времени при освобождении перед новым занятием.

Строго говоря, вместо таймера Т1=50 мс следовало бы использовать два таймера: Т1.1 =40 медля импульса и Т1.2=60 медля паузы, но для упрощения SDL-диаграммы на рис. 1.18 принято усредненное значение.

Для работы с SDL-диаграммой на рис. 1.17 желательно изучение главы 2 первого тома, в которой излагаются основы языка SDL. Для тех читателей, которые по каким-либо причинам не хотят или не могут сделать это, ниже приводится достаточно подробное описание весьма простого и очевидного процесса SUBLOC обработки исходящего вызова к районной АТС, который может быть использован и в качестве учебного примера SDL.

В исходном состоянии процесс обработки исходящего вызова SUBLOC ожидает сообщения об исходящем вызове, т.е. о наличии абонента, набравшего индекс выхода на сеть общего пользования («9», «0» или другую заранее определенную цифру).

После появления этого сообщения от программного обеспечения (ПО) обработки вызова малой АТС выполняется задача поиска свободной линии к районной АТС.

Рис. 1.18. SDL-диаграмма процесса SUBLOC

Возможны два исхода поиска: найдена или не найдена. В последнем случае в ПО обработки вызова малой АТС направляется сообщение об отказе в обслуживании вызова, приводящее к посылке зуммера «Занято» вызывающему абоненту, и процесс переходит в состояние ожидания освобождения. В этом состоянии ожидается только один сигнал - отбой вызывающего абонента А. После получения этого сигнала процесс возвращается в исходное состояние.

В том случае, если свободная линия к районной АТС найдена, она отмечается занятой, в линию посылается сигнал, имитирующий замыкание шлейфа в телефонном аппарате, а процесс переходит в состояние ожидания цифр номера вызываемого абонента.

В этом состоянии процесс пребывает при ожидании первой и каждой следующей цифры номера. Для их трансляции каждый раз выполняется достаточно тривиальная последовательность действий, связанная с несколькими сменами состояний «трансляция импульса» - «трансляция паузы» и с переходом в состояние «трансляция межцифрового интервала». Другим возможным сигналом в состоянии ожидания цифр номера является сообщение об отбое вызывающего абонента А. В этом случае в абонентскую линию к районной АТС направляется сигнал разъединения, т.е. имитируется размыкание абонентского шлейфа телефонным аппаратом. Далее запускается таймер Т3=500 мс с целью предоставить электромеханической АТС возможность привести соответствующие приборы в исходное состояние, т.е. в состояние готовности к поступлению нового вызова. После срабатывания таймера линия отмечается свободной, и процесс переходит в исходное состояние.

1.6. Включение малых АТС по абонентским линиям: входящий вызов

На рис. 1.19 представлена упрощенная схема включения малой АТС в районную АТС по аналоговым двухпроводным абонентским линиям применительно к входящей связи. В этом случае вызывающий абонент после обычной для ГТС процедуры соединяется с оператором малой АТС (консолью). После диалога с оператором и с его помощью организуется соединение с вызываемым абонентом Б.

На рис. 1.20 и 1.21 представлены диаграмма взаимодействия блоков и SDL-диаграмма обработки абонентской сигнализации для случая входящего вызова. Методология этих SDL-спецификаций полностью соответствует главе 2 первого тома и материалу предыдущего параграфа.

Процесс обработки сигнализации входящего вызова SUBLIC имеет 4 состояния:

S2.0 Исходное

S2.1 Посылка вызова. В этом состоянии посылка тонального сигнала «Контроль посылки вызова» абоненту А осуществляется районной АТС

S2.2 Пауза

S2.3 Разговор. В этом состоянии осуществляется беседа с оператором, поиск и переключение на абонента Б, посылка абоненту А тональных (часто музыкальных) сигналов и/или фраз автоинформатора и т.п. В исходном состоянии S2.0 (см. рис. 1.21) ожидается вызывной сигнал. После приема первой посылки этого сигнала предпринимается попытка вызвать свободного оператора или абонента, назначенного в данный момент для приема входящих вызовов. Процесс переходит при этом в состояние посылки вызова S2.1, в котором вызывающему абоненту А от входящей районной АТС посылается акустический сигнал «Контроль посылки вызова».

В состоянии S2.1 ожидается ответ оператора, приводящий к замыканию шлейфа абонентской линии районной АТС и переходу в разговорное состояние S2.3.

В этом же состоянии возможно прекращение частотной посылки 25 Гц, что может означать либо прекращение вызова до ответа, либо просто паузу в последовательности вызывных посылок согласно рис. 1.2. Для определения одной из этих двух причин устанавливается таймер Т1.

Значение таймера Т 1=10 с выбирается из соображений достоверного распознавания прекращения вызова от районной АТС с учетом возможных вариантов последовательности посылок вызова от этой АТС, представленных на рис. 1.2. При прекращении посылки 25 Гц происходит переход в состояние S2.2. В этом состоянии возможен ответ оператора, приводящий к замыканию шлейфа абонентской линии районной АТС и переходу в разговорное состояние S2.3. Возможно поступление следующей вызывной посылки, в связи с чем сбрасывается таймер Т 1=10 с и осуществляется возврат в состояние S2.1. Еще одно возможное событие в состоянии S2.2 - срабатывание таймера 10 с. Это воспринимается как прекращение вызова до ответа, в результате чего вызов оператора прекращается, а процесс возвращается в исходное состояние.

Рис. 1.21. SDL-диаграмма процесса SUBLIC

Наконец, в разговорном состоянии ожидается сообщение об отбое вызываемого абонента (или оператора), после приема которого размыкается шлейф и восстанавливается исходное состояние процесса.

Очевидным недостатком рассмотренного процесса SUBLIC является невозможность прямого набора номера абонента малой АТС при входящем вызове от сети общего пользования. Такой вызов может быть обслужен только с помощью оператора (по очевидным причинам здесь не рассматриваются кустарные методы реализации «дозвона»). Это обстоятельство существенно ограничивает область применения малых АТС.

Ситуация меняется только при подключении малой АТС к АТС сети общего пользования по межстанционным соединительным линиям, что немедленно переводит ее в группу «б» согласно приведенной в начале главы классификации. Возможные варианты включения по межстанционным соединительным линиям рассмотрены в томе 1 «Сигнализация в сетях связи». Для такого включения требуются дорогостоящие программные и аппаратные модули поддержки межстанционной сигнализации и АОН, что для АТС небольшой емкости часто оказывается неприемлемым.

Экономически эффективным решением проблемы может оказаться применение специального сигнального конвертора «2х3», рассмотренного в главе 11 первого тома. Такое решение, тем не менее, следует считать компромиссным; прогрессивным его можно назвать, разве лишь определив прогресс по законам Мэрфи «не как замену неправильной теории на правильную, а как замену неправильной теории на неправильную же, но уточненную». Действительно прогрессивным решением является использование протокола DSS-1, описываемого в главах 3 и 4 данной книги, если, разумеется, этот протокол поддерживается районной АТС.