Аналоговые средства связи. Обзор аналоговых средств связи

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

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

Особенности цифровых АТС

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

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

Линии связи могут быть аналоговыми или цифровыми.

Данные, изначально имеющие аналоговую, непрерывную форму, такие, как речь, фото и телевизионные изображения, телеметрическая информация, в последнее время все чаще передаются по каналам связи в дискретном виде, т. е. в виде последовательности "нулей" и "единиц". Для преобразования непрерывного сигнала в дискретную форму производится дискретная модуляция. называемая также кодированием.

Применяются два типа кодирования данных. Первый -- на основе непрерывного синусоидального несущего сигнала — называется аналоговой модуляцией, или просто модуляцией. Кодирование осуществляется за счет изменения параметров аналогового сигнала. Второй тип кодирования называется цифровым кодированием и осуществляется на основе последовательности прямоугольных импульсов. Эти способы кодирования различаются шириной спектра передаваемого сигнала и сложностью аппаратуры для их реализации.

Современные телекоммуникационные системы и сети явились синтезом развития двух исходно независимых сетей:

сетей электросвязи (телефонной, телеграфной, телетайпной и радиосвязи)
и вычислительных сетей.

Логика развития систем связи требовала применения цифровых систем передачи данных, а также применения вычислительных средств для решения задач маршрутизации, управления трафиком, сигнализации. Достигнутое в результате этих двух встречных движений совмещение техники связи с вычислительной техникой позволило усовершенствовать технологию обслуживания телефонной клиентуры и повысить эффективность отрасли связи, а также полнее использовать ресурсы вычислительных центров, вычислительных систем и сетей путем перераспределения их ресурсов и распараллеливания между ними задач и информационных потоков.

Многие сети общего пользования традиционных операторов (фиксированная телефонная связь) являются в основном аналоговыми. Сети связи, создаваемые новыми операторами — цифровые, что обеспечивает внедрение современных служб и гарантирует перспективность этих сетей.

В то же время существующие аналоговые сети активно используются для передачи информации как в аналоговой форме (телефония, радиотелефония, радиовещание и телевидение), так и для передачи дискретных (цифровых) данных. Носителем информации в телекоммуникационных каналах являются электрические сигналы (непрерывные, называемые аналоговыми, и дискретные или цифровые) и электромагнитные колебания — волны.
Для передачи по цифровым каналам аналогового сообщения в виде непрерывной последовательности (телеметрические, метеорологические данные, данные систем контроля и управления) она предварительно оцифровывается. Частота оцифровки обычно равна порядка 8 кГц, через каждые 125 мкс значение величины аналогового сигнала отображается 8-разрядным двоичным кодом. Таким образом, скорость передачи данных составляет 64 кбит/с. Объединение нескольких таких базовых цифровых каналов в один (мультиплексирование) позволяет создавать более скоростные каналы: простейший мультиплексированный канал обеспечивает скорость передачи 128 кбит/с, более сложные каналы, например, мультиплексирующие 32 базовых канала, обеспечивают пропускную способность 2048 Мбит/с. С помощью цифровых каналов подключаются к магистралям также и офисные цифровые АТС.

Цифровые абонентские каналы в режиме коммутации каналов используются в наиболее распространенной цифровой сети с интеграцией услуг ISDN(Integrated Services Digital Network). По популярности сеть ISDN уступает лишь аналоговой телефонной сети. Адресация в ISDN организована так же, как и в телефонной сети, так как сеть создавалась для объединения существующих телефонных сетей с появляющимися сетями передачи данных. Поэтому сети ISDN позволяют объединять разнообразные виды связи (видео-, аудиопередачу данных, тексты, компьютерные данные и т. п.) со скоростями 64 кбит/с, 128 кбит/с, 2 Мбит/с и 155 Мбит/с на широкополосных каналах связи.

Заметим, что названием ISDN принято именовать и сеть, использующую технологию ISDN, и протокол, применяющий эту технологию.

Активно развиваются и другие типы цифровых систем, из которых следует отметить модификации технологии цифровых абонентских линий DSL (Digital Subscriber Line). HDSL (High Bit Rate DSL) - высокоскоростной вариант абонентской линии ISDN.

Конкуренцию ISDN и HDSL могут составить цифровые магистрали с синхронно-цифровой иерархией SDN (Synchronous Digital Hierarchy). В системе SDN имеется иерархия скоростей передачи данных. В магистралях SDN применяются оптоволоконные линии связи и частично радиолинии.

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

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

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

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

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

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

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

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

Существует аналоговая и цифровая связь . Аналоговые сигналы распространяются по линиям связи в виде непрерывно меняющихся синусоидальных электромагнитных волн, которые характеризуются частотой, фазой и амплитудой. На рис. 3.3 приведен один период такого синусоидального колебания 1 Гц.

Рис. 3.3. Синусоидальная волна с частотой 1Гц

Волна, которая, например, 10 раз в течение одной секунды проходит через максимум (+U вольт) имеет частоту 10 Гц. Полоса, в которой распределяются звуковые сигналы (голос) между абонентами аналоговой связи по телефонной сети общего пользования ТфОП составляет 3100Гц (диапазон 300-3400Гц). Такой канал называется каналом тональной частоты. В случае необходимости высококачественного воспроизведения речи и музыкальных программ (на уровне радиовещательных сигналов) требуется увеличение полосы до 10кГц и выше.

На рис. 3.4 приведена амплитудно-частотная характеристика канала тональной частоты.

Рис. 3.4. Амплитудно-частотная характеристика канала тональной частоты

На рис. 3.5 приведены две синусоидальные волны с разными частотами (рис. 3.5, a) и фазами (рис. 3.5, б).

Рис. 3.5. Синусоидальные волны с разными частотами и фазами

Цифровая связь осуществляет передачу сообщений с помощью битов. Как аналоговым, так и цифровым сигналам присуща нестабильность при передаче. Оба сигнала с увеличением дальности распространения ослабевают, затухают и подвергаются воздействию помех. Однако цифровые сигналы поддаются коррекции и восстановлению лучше, чем аналоговые. Из рисунка 3.6 видно, что когда цифровой сигнал, подвергающийся воздействию помехи, начинает затухать, предназначенное для его усиления устройство на линии связи без искажений восстанавливает сигнал (т.е. единицу или нуль). Помеха отбрасывается, а не регенерируется и не усиливается, как в случае с аналоговым сигналом.

Рис. 3.6. Усиление помехи в аналоговых линиях и устранение ее в цифровых линия

Цифровая связь обеспечивает пересылку данных с меньшим числом ошибок. В аналоговых линиях, где происходит усиление и сигнала помехи, принимающие устройства могут интерпретировать этот сигнал как бит информации. В цифровой связи сигнал помехи отбрасывается и поэтому искажения и ошибки при передаче данных наблюдаются реже.

Хотя аналоговая связь, имеет недостатки перед цифровой связью (сложнее оборудование, больше вероятность ошибок, ниже скорости передачи, хуже чистота звуков), много оборудования местных телефонных сетей общего пользования России остается на аналоговых линиях.

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

Аналоговый сигнал

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

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

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

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

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

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

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

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

Для описания этого типа инфосигнала применяются три основных параметра:

частота;
протяженность волны;
амплитуда.

Недостатки аналогового сигнала

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

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

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

Цифровой и дискретный сигналы

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

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

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

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

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

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

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

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

Дискретный сигнал

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

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

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

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

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