Реферат: Способы организации многоканальной электросвязи
Идея образования нескольких одновременно действующих каналов связи по общей линии передачи с использованием токов различных частот была высказана в 1860 году Г.И. Морозовым. После изобретения телефона Г.Г. Игнатьевым в 1880 году предложил схему для одновременной передачи телеграфных и телефонных сигналов, основанную на их разделении прототипами электрических фильтров. Таким образом, было положено начало принципу частотного разделения различных связей, организуемых по общей цепи. В то же время во Франции Пикар и Кайло разработали схему одновременного телеграфирования и телефонирования, построенную по принципу уравновешенного моста.
Практическое создание многоканальных телефонных систем передачи стало возможным после изобретения в 1895 году радио А.С. Поповым, электронных ламп и применения их для усиления, генерации переменных токов, их модуляции и демодуляции, разработки теории и методов проектирования электрических фильтров, выравнивателей и других элементов.
Первая четырехканальная аппаратура высокочастотного телефонирования (так называли ранее системы передачи) была введена в действие в США на участке Балтимор – Питсбург в 1918 году. В СССР многоканальную телефонную связь стали применять в начале 20-х годов. Первая отечественная аппаратура высокочастотного телефонирования на один разговор, разработанная под руководством П.А. Азбукина при участии Я.И. Великина, была установлена на участке Ленинград – Бологое. В 1926 году под руководством В.Н. Листова создана аппаратура, дающая возможность организовать три телефонных канала на воздушных цветных цепях. В последующие годы был освоен выпуск более совершенной аппаратуры с передачей электрических колебаний несущей частоты СМТ-34 и вслед за ней аппаратуры без передачи по линии тока несущей частоты СМТ-35. Эта аппаратура была использована для организации телефонной связи Москва – Хабаровск. В 1940 году была закончена разработка 12-канальной системы передачи по воздушным цветным цепям.
В послевоенные годы последовательно проводилась модернизация аппаратуры избирательной связи с селекторным вызовом сначала на базе электронных ламп, а затем и полупроводниковых приборов, начали выпускать трёхканальную (В-3) и двенадцати канальную (В-12) системы передачи по воздушным цветным цепям и систему передачи ВС-3 по стальным воздушным цепям.
С начала 50-х годов большое внимание уделяется созданию систем передачи по кабельным непупинизированным цепям. Так, в 1951 году была разработана 12-канальная система передачи К-12 и 24-канальная система передачи по симметричным кабельным цепям К-24. С 1956 года в ряде стран и в том числе в СССР велись разработки многоканальных систем передачи с импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), принцип которой был предложен А.Ривсом в конце 30-х годов.
Оперативно-технологическая связь прошла длительный путь развития на основе разработки и последовательной модернизации своей технической базы, а также поисков новых технических решений. Имеющиеся теперь на железнодорожном транспорте устройства оперативно-технологической связи были созданы в результате многолетнего труда большого коллектива транспортных специалистов.
Первым видом транспортной оперативно-технологической связи в нашей стране была поездная диспетчерская связь, появившаяся в 1921 году. В ней использовались групповые физические цепи воздушных линий связи. Вызов промежуточных станций осуществлялся посылкой с распорядительной станции импульсов постоянного тока, а сигнал вызова принимало электромагнитное избирательное устройство - селектор. По этому термину и вся связь в целом получила название ”селекторной”. Аналогичная система селекторной связи была использована для создания постанционной и линейно-путевой связи, а в последующем - аппаратуры дорожной распорядительной связи и на её основе - аппаратуры связи совещаний.
Традиционный способ построения оперативно-технологической связи на базе использования групповых физических цепей имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что число физических цепей должно быть равно числу организуемых связей. С учетом цепей для обходных каналов на аппаратуре систем передачи это приводит к необходимости применения на транспортных линиях связи кабелей большой емкости (до 14 четверок). Для сокращения этой емкости разработана система передачи К-24Т, предназначенная для уплотнения двухкабельных линий передачи. Она позволяет включать промежуточные пункты избирательной связи непосредственно в каналы ТЧ.
Создание этой аппаратуры вызвало необходимость разработки комплекса дополнительных устройств для сопряжения четырехпроводного тракта групповых каналов ТЧ с аппаратурой промежуточных пунктов.
Наряду с этими разработками ведутся поиски новых принципов построения аппаратуры групповой связи и способов организации групповых каналов на базе цифровых систем передачи с импульсно-кодовой модуляцией. Использование этих способов вместе с самой современной элементной базой обеспечит значительное повышение качества и надежности связи.
3. Организация дальней телефонной связи
В давние времена, на заре телефонии, междугородние звонки коммутировались операторами, голосом сообщавщими следующему по маршруту звонка оператору об установке соединения. Таким образом, для осуществления дальних звонков задействовалась целая цепочка операторов.
С внедрением автоматической дальней связи была установлена система дистанционного управления удаленным коммутирующим оборудованием. Дело в том, что пульсовой набор (использующий прерывание постоянного тока) не может пройти непосредственно сквозь каналы дальней связи, имеющими по пути множество усилителей и преобразователей сигнала, типа аппаратуры уплотнения. Таким образом, для управления удаленной стороной требовалось либо использование специальных управляющих каналов, либо передача тоновых сигналов вне полосы частот обычной телефонной связи, либо передача внутри этой полосы (300-3000 Гц).
Передача внеполосных сигналов - расширения этой полосы для транковых (между центральными АТС пунктов связи) каналов, что требовало замены всех усилительных устройств и приводило к уменьшению количества уплотненных каналов по каждой паре. Все это было связано с дополнительными затратами, и АТ&Т, впервые внедрявшая автоматическую телефонию, избрала самый дешевый способ - передачу управления в рабочей полосе телефонного канала.
К настоящему времени эта сигнальная система стала стандартом де-факто по всему миру и описана в рекомендациях МККТТ. Страны, присоединявшиеся к всемирной системе связи, вынуждены были использовать этот неидеальный интерфейс или устанавливать согласующее (транслирующее) оборудование.
Для понимания процесса дальней связи следует понять общие принципы построения телефонных сетей. Различают несколько уровней (рангов) сети. Первый уровень - местный (локальный), использующий локальные АТС с основным абонентским пулом на 10 000 номеров. Экономически выгодно объединять на одной станции несколько (2-5) таких пулов. Емкость пула обусловлена техническими соображениями, и тесно связана с конструкцией коммутирующих устройств. Так, в координатных коммутаторах используется т.н. тандем, соединяющий абонентский шлейф одним своим подвижным плечом с одним проводом из сборок абонентских шлейфов, коммутируя номера диапазона (соединение тысяч - сотен) а другим - с другим проводом сборок, выполняя соединение десятков - единиц. Технически устройство представляет из себя подвижный в двух плоскостях контакт, скользящий по наборному полю. Набор тысяч двигает контакт по вертикали, а сотен - по горизонтали. Набор десятков - единиц приводит в движение второй аппарат тандема.
Абонент, снявший трубку на своем аппарате, подключается к свободному тандему, о чем его извещает сигнал готовности станции (непрерывный тон частотой 425 Гц). В случае занятости всех наборных аппаратов абоненту посылается сигнал занятости станции - "указательный сигнал", (редкая ситуация на современных АТС, оснащенных достаточным количеством наборных аппаратов).
На каждой станции имеются каналы передачи набора на удаленные станции. Набор первых цифр (префикса) выбирает удаленную станцию (или эту же станцию для "соседних" префиксов). По каналу передачи дальнейший набор проходит на удаленную станцию (того же уровня) (на каждый префикс - свой канал, при этом используется один физический канал на несколько исходящих связей с другими АТС за счет ИКМ-мультиплексного уплотнения, или, на более современных - пакетное уплотнение и передача по протоколу Х.25) и происходит уже на ней на выбранном тандеме. При дальнем соединении набор кода дальней связи (в Москве - цифра 8) подключает абонента к станции дальней связи. Набор кода региона указывает станции выбрать маршрут связи по стране. При наборе международного кода дальнейший запрос передается на международную станцию. На станции дальней связи включается также расчетное оборудование, которое по системе АОН определяет номер вызывающего абонента и готовится начислять счет за разговор. С этих пор дальнейший набор идет на дальнем конце и невозможен с использованием постоянного тока. Поэтому на станции дальней связи включено оборудование, транслирующее пульсовой набор в двухчастотный код (стандарт определен спецификацией МККТТ R1-2). По окончании набора номера это оборудование формирует управляющий кадр, обрамленный кодами КР1 в начале кадра и ST в конце, и посылает вызываемой стороне. Например, номер в Техасе, Амарильо, набираемый клиентом как 1+806-258-1234 транслируется в КР1+806-258-1234+ST. Таким образом, двухчастотная (ДЧ) посылка содержит код региона (806), префикс станции региона(258) и номер в абонентском пуле(1234). Важно отметить, что префикс кода региона дополняется слева нулями до трех знаков. Так, например, код Японии (81) представляется как 081, а России (7) - 007, хотя вызывающий абонент набирает 81 или 7 соответственно. Кроме того, оборудование может транслировать номер для соединения по другим маршрутам, скажем, в Японию через Америку :), если линии заняты плотным траффиком или неисправны. Для маршрутизации на удаленной стороне (в стране назначения) может быть запрошена автоматическая операторская служба, возвращающая код маршрута, используемого для связи с данной страной в данный момент. Таким образом, реально посылаемый закодированный в ДЧ-посылке номер может отличаться от набираемого клиентом, и определяется работой оборудования.
Важно понимать, что передача набора в ДЧ посылках идет между центральными станциями дальней связи регионов, по транковой сети (каналы СЛ), a пульсовой набор используется только в абонентской линии (каналы АЛ) для передачи от абонента до его АТС.
Схема организации дальней телефонной связи представлена на рис.
пульсовой тоновой ДЧ тоновой ДЧ тоновой ДЧ
Аб.1 ----->--- мАТС1 ----->--- дАТС1 ======>======дАТС2 --->---мАТС2
аб. шлейф линия связи транк. линия линия связи
- где мАТС - местная станция, дАТС - станция дальней связи.
Рисунок - Схема организации дальней телефонной связи
Так как для передачи ДЧ посылок используются сигналы в полосе частот, укладывающейся в разговорную, существует возможность непосредственной передачи таких посылок от клиента к оборудованию. В некоторых обстоятельствах оборудование будет принимать эти посылки и выполнять соединения, подчиняясь им. Система выделения транковых каналов действует следующим образом: когда станция дальней связи (на вызывающей стороне) получает запрос на соединение, она просматривает имеющиеся свободные транковые линии. Для сигнализации о том, что линия свободна, используется поданный на нее тональный сигнал частотой 2600 Гц. (передатчик +-2 Гц, приемник +-20 Гц на уровне -6 дБ). Регистр просматривает все имеющиеся линии по очереди на предмет наличия на линиях этой частоты, и найдя такую, производит подключение к ней, считая ее свободной. При этом сигнал 2600 Гц снимается с линии, индицируя ее занятость (параметры приемника частоты 2600 Гц нормируются также на помехоустойчивость к срабатыванию от разговорных токов (с вероятностью 10^-4) и задержку срабатывания на соединение - 50..120 мс, на разъединение - 30..80 мс). Дальняя станция вызываемой стороны, заметив пропадание сигнала 2600 на одной из линий, подключает свои ДЧ-транслятор и тандем на линию, и, таким образом, готова к приему и набору номера, передаваемому с вызывающей станции, что и происходит.
Когда вызываемый абонент поднимает трубку, происходит снятие линии с тандема и непосредственное соединение абонента с ней, освобождая тандем для других наборов. Происходит разговор. Когда вызываемый абонент вешает трубку, дальняя станция отключает линию от его шлейфа и подает в нее сигнал 2600 Гц, означающий, что разговор окончен и линия свободна. Вызывающая сторона, приняв этот сигнал, завершает начисление счета за разговор и отключает вызывающего абонента от транка. Именно поэтому (что сразу по приходу сигнала 2600 Гц транк отключается), вызывающий абонент не слышит этого сигнала, а вовсе не потому, что в цепях установлены полосовые фильтры. Никакая такая фильтация в разговорной полосе частот не производится.
Перехват управления состоит в том, чтобы после установки соединения послать в линию с вызывающей стороны сигнал частотой 2600 Гц. Оборудование на обеих станциях интерпретирует это как команду разорвать соединение, что и произойдет. Абоненты на обоих сторонах услышат короткие гудки. Однако, оборудование производит сброс не сразу, а спустя примерно 2 сек. Если сигнал 2600 прервать до истечения этого времени (0.8 сек), транк будет отключен, но вызывающий абонент останется подключенным к своей АТС дальней связи.
Окончание действия сигнала станция интерпретирует как входящий запрос от удаленной станции, куда производилось последнее подключение (оборудование еще не сбросилось). Самое важное, что станция абонента будет: ждать прихода ДЧ посылки с удаленной станции; не начислять счет, т.к. это - дело удаленной станции.
Соответственно, вызывающий абонент при помощи Синего Блока выдает в линию эмуляцию ДЧ посылки удаленной станции, заставляя оборудование своей станции выполнять соединение. Его станция будет думать, что работает под управлением удаленной станции, и выполнит указанное ей (а на самом деле - абонентом-блюбоксером) соединение.
Завершение связи достигается посылкой абонентом в линию сигнала 2600 Гц и опусканием своей трубки, что означает для станции дАТС1, будто удаленный абонент повесил трубку и его станция дАТС2 освободила транк. Если Аб.1 не опустит трубку и снимет сигнал 2600 Гц по истечении 1...2 с, он опять получит дАТС1 в свое распоряжение.
Заключение
Радиосвязь на железнодорожном транспорте предназначена для оперативного управления перевозочным процессом и повышения безопасности движения поездов. Она подразделяется на поездную, станционную и ремонтно-оперативную радиосвязь.
К основным достоинствам радиолиний относятся возможность установления связи на огромные расстояния с подвижными объектами, а также высокая скорость установления связи. Основными недостатками радиосвязи являются: зависимость качества связи от состояния; среды передачи и сторонних электромагнитных полей; низкая скорость; недостаточно высокая электромагнитная совместимость в диапазоне метровых волн и выше; сложность аппаратуры передатчика и приемника; узкополосность систем передачи, особенно на длинных волнах и выше.