История цифровой телефонии

Санкт Петербургский национальный исследовательский университет
информационных технологий механики и оптики
ЗАЧТЕНО
__________ /Д. И. Муромцев/
"___" ____________ 20____г.
Реферат
По истории информатики на тему
“История цифровой телефонии”
Аспирант:
Дородников Н.А.
Кафедра:
ПБКС
Специальность:
05.13.19
Санкт-Петербург
2014 г.
Содержание
ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................................................ 3
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ТЕЛЕФОНА ............................................................................................... 4
Революция в телефонии ................................................................................................................ 5
Развитие телефонных станций ..................................................................................................... 6
РАЗВИТИЕ СОТОВОЙ СВЯЗИ ...................................................................................................... 10
1G .................................................................................................................................................. 10
2G .................................................................................................................................................. 11
2.5G ............................................................................................................................................... 11
2.75G, 3G, 3.5G, 3.75G ................................................................................................................ 12
4G .................................................................................................................................................. 13
ЦИФРОВАЯ И АНАЛОГОВАЯ ТЕЛЕФОНИЯ: РАЗЛИЧИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ................... 15
ISDN.............................................................................................................................................. 16
Процесс интеграции в IP-телефонии ......................................................................................... 18
Преимущества IP-телефонии ..................................................................................................... 18
Беспроводные системы связи стандарта DECT........................................................................ 18
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................................................ 21
ПРИЛОЖЕНИЕ 1: КРАТКАЯ ХРОНОЛОГИЯ ПОЯВЛЕНИЯ ТЕЛЕФОНИИ .......................... 22
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ................................................................................................................ 25
2
ВВЕДЕНИЕ
Индейские племена «переговаривались» дымом костров. В Африке были в ходу
тамтамы и полые слоновьи бивни. Зеркала, флаги, колокола, крылья ветряных мельниц,
прирученные птицы и животные — все это и многое другое в разное время с успехом служило
для передачи информации. Не останавливаясь на достигнутом, люди изобрели телеграф,
телефон, радио, телевидение и, наконец, новую информационную среду — Интернет. На
протяжении всей истории человечества различные способы коммуникации соревновались
между собой, кто быстрее, надежнее, дешевле и удобнее доставит информацию.
3
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ТЕЛЕФОНА
Наряду с совершенствованием проволочного телеграфа в последней четверти XIX
века появился телефон. В начале 60 - х годов XIX века И.Ф. Рейс сконструировал телефонный
аппарат, который однако не получил практического применения. Дальнейшая разработка
телефона связана с именами американских изобретателей И. Грея (1835 - 1901) и А.Г. Белла
(1847 - 1922). Участвуя в конкурсе по практическому разрешению проблемы уплотнения
телеграфных цепей, они обнаружили эффект телефонирования. 14 февраля 1876 г. оба
американца сделали заявку на практически применимые телефонные аппараты. Поскольку
заявка Грея была сделана на 2 часа позже, патент был выдан Беллу, а возбужденный Греем
процесс
против
Белла
был
им
проигран.
Несколькими
месяцами
позже
Белл
продемонстрировал разработанный им электромагнитный телефон, который выполнял роль
передатчика и приемника. Аппаратом заинтересовались деловые круги, которые и помогли
изобретателю основать “Телефонную компанию Белла”. Впоследствии она превратилась в
могущественный концерн.
В 1878 г. Д.Э. Юз доложил Лондонскому королевскому обществу, членом которого он
состоял, об открытии им микрофонного эффекта. Исследуя плохие электрические контакты,
Юз обнаружил, что колебания плохого контакта прослушиваются в телефоне. Испробовав
контакты, изготовленные из различных материалов, он убедился, что эффект с наибольшей
силой проявляется при применении контактов из прессованного угля. Основываясь на этих
результатах, Юз в 1877 сконструировал телефонный передатчик, названный им микрофоном.
“Компания Белла” использовала новое изобретение Юза, так как эта деталь, отсутствовшая в
первых аппаратах Белла, устраняла основной их недостаток - ограниченность радиуса
действия.
Над усовершенствованием телефона трудились многие изобретатели (В. Сименс,
Адер, Говер, Штэкер, Дольбир и др.). Вскоре Эдисон сконструировал другой тип телефонного
аппарата (1878). Впервые введя в схему телефонного аппарата индукционную катушку и
применив угольный микрофон из прессованной ламповой сажи, Эдисон обеспечил передачу
звука на значительное расстояние.
Открытие Белла знаменовало начало эры телефонии. А термин “Телефония” имеет
достаточно широкое значение, охватывающее все научно - технические аспекты телефонной
связи.
После 1876 г. телефонная связь стала самым массовым видом связи, как по количеству
абонентов-пользователей, так и по объемам информации, передаваемой по сетям. Такая
значимость телефонной связи объясняется тем, что она лучше других технических средств
4
обеспечивает эффект личного контакта: телефонное сообщение одновременно передает
смысловую информацию (текст), индивидуальные признаки говорящего и эмоциональную
окраску сообщения. Приближение к непосредственному общению стало еще более
значительным с появлением видеотелефона.
За прошедшие 125 лет телефония прошла путь от предложенного Беллом
простейшего электромагнитного телефона, позволявшего вести разговор в полудуплексном
режиме с абонентом в соседнем помещении, до глобальных сетей телефонной связи наших
дней.
Вскоре после изобретения Белла стало ясно, что сам по себе телефонный аппарат без
средств, обеспечивающих установление различных соединений "по требованию" не найдет
широкого применения. Уже в 1878 г. была введена в эксплуатацию первая телефонная станция,
обслуживающая абонентов в зоне небольшого города Нью-Хейвен (США). Далее, по мере
создания других зон телефонной связи, возникла необходимость соединения между
абонентами отдельных зон. Так родилась концепция многоуровневой иерархической
структуры сети телефонной связи.
Телефонные сети, вне зависимости от масштабов и сложности, состоят из элементов,
которые можно объединить в три группы:

абонентские терминалы (обычно - телефонные аппараты);

линии связи (абонентские и соединительные линии);

центры коммутации или телефонные станции.
Революция в телефонии
Второй период развития телефонии, начавшийся в 70-е годы XX столетия, внес в нее
радикальные изменения.
Основой телефонии стали новые технологии:

электронная технология позволила перевести все аппаратные средства телефонии
на электронную элементную и технологическую базу;

цифровая технология на основе представления различных видов информации в
единой цифровой форме интегрировала обслуживание различных видов связи, а
также объединила системы передачи и коммутации;

компьютерная технология, применение которой выразилось не только в
использовании компьютеров в роли устройств управления АТС, но и в создании
компьютерных терминалов, позволила абоненту получать услуги разных видов
связи с помощью единого терминала.
5
Фактически, с появлением в 1976 году первой цифровой офисноф АТС, началась эра
цифровой телефонии.
Компьютеризация телефонии, называемая компьютерно-телефонной интеграцией
(Computer Telephone Integration - CTI), позволяет объединять различные сети, системами
передачи, коммутации, управления и терминальные устройства.
Говоря о втором периоде в истории телефонии, следует отметить не только
радикальный характер происходящих изменений, но и высокий их темп, особенно возросший
в течение последних десятилетий. Появились системы и сети с интеграцией услуг (ISDN Integrated Services Digital Network). Успешно развиваются такие приложения телефонии, как
мобильные сети связи, а также сети беспроводного абонентского доступа. Направление
компьютерно-телефонной интеграции привело к созданию единых программно-аппаратных
платформ с сосредоточением всех функций в одной системе - интеллектуальном сервере сети.
Отмечается рост мультимедийных приложений (передача видеоконференций и т.п.).
Наконец, развивается технология IР-телефонии, обеспечивающая передачу речи по
сетям пакетной коммутации.
В Приложении 1 в хронологическом порядке собраны этапные события из истории
телефонии, хотя этот перечень не претендует на полноту; слишком много открытий и
свершений в истории телефонии. Обратим внимание на другую особенность приведенных
фактов - на большие разрывы между датами рождения идей, изобретений, разработок и
временем их реализации. Такое запаздывание характерно для систем телефонии - систем
массового пользования, смена которых связана с необходимостью замены большого
количества оборудования, зачастую продолжающего исправно функционировать.
В заключение отметим, что с изменением содержания телефонии (новые технологии,
приобретение новых свойств и возможностей в предоставлении услуг) изменяется отношение
к ней пользователей. В наши дни признано, что любое дело невозможно вести без
качественной связи, поэтому пользователи требуют предоставления им широкого круга услуг.
И конкурентоспособность любой системы телефонии сейчас определяется степенью
удовлетворения этого требования.
С внедрением в телефонию новых технологий изменяется ее содержание, но не
изменяется ее роль в общении между людьми. Поэтому телефонии предстоит отметить еще не
один юбилей.
Развитие телефонных станций
Первая телефонная станция была построена в 1877 г. в США по проекту венгерского
6
инженера Т. Пушкаша (1845 - 1893), в 1879 г. телефонная станция была сооружена в Париже,
а в 1881 г. - в Берлине, Петербурге, Москве, Одессе, Риге и Варшаве. Для последующего
развития телефонных сетей имела большое значение предложенная П. М. Голубицким (1845 1911) в 1885 г. схема телефонной станции с электропитанием от центральной батареи,
расположенной на самой станции. Эта система питания телефонных аппаратов позволяла
создать центральные телефонные станции с десятками тысяч абонентских точек. В 1882 г. П.
М. Голубицкий изобрел высокочувствительный телефон и сконструировал настольный
телефонный аппарат с рычагом для автоматического переключения схемы с помощью
изменения положения телефонной трубки. Этот принцип сохранился во всех современных
аппаратах. В 1883 г. им же был сконструирован микрофон с угольным порошком.
В 1887 г. русский изобретатель К. А. Мосцицкий создал "самодействующий
центральный коммутатор" - предшественника автоматических телефонных станций (АТС). Он
не представлял собой АТС в современном понимании, так как коммутация соединений на
станции хотя и выполнялась без телефонистки, однако управлялась самими абонентами. В
1889 г. американский изобретатель А. Г. Строунджер получил патент на автоматическую
телефонную станцию
Изобретение в 1889 г. братьями Строуджер декадно-шагового искателя создало
технологическую основу для создания АТС декадношаговой системы (АТС ДШ), ставших в
40-50-е годы основным типом АТС в мире. Благодаря простоте и неприхотливости в
обслуживании электромеханические АТС декадно-шаговой системы (станции типа АТС-47,
АТС-54) находятся в эксплуатации и в наши дни, хотя выпуск их и прекращен.
Хронологически
последней
и
наиболее
совершенной
системой
среди
электромеханических АТС стала АТС координатной системы (АТСК) с централизованным
релейным устройством управления и высокопроизводительным устройством коммутации,
выполненном на многократных координатных соединителях (МКС). Идея МКС была
предложена еще в 1914 году, первая же АТСК была пущена в 1926 г. в Швеции; там же в 40-х
годах фирма Ericsson начала серийный выпуск семейства АТСК. В 50-х и 60-х годах XX
столетия в промышленно развитых странах система АТСК заняла лидирующее положение. В
Советском Союзе выпускались системы АТСК, АТСК-У для городских телефонных сетей;
междугородные станции АМТС-2 и АМТС-3, а также ряд малых и средних АТС типов К100/2000; К-40/80; К-50/200. Станции АТСК и их модификации обслуживают большую часть
сети телефонной связи Украины наших дней. Следует отметить, что предпринимаются
попытки модернизации эксплуатируемых АТСК: электромеханические релейные устройства
управления (блоки маркеров и регистров) заменяются электронными аналогами, внедряются
7
электронные схемы в комплекты абонентского и линейного интерфейсов и т.п. Эти меры
улучшают некоторые параметры АТСК.
АТС квазиэлектронной системы (АТСКЭ) - хронологически последняя система АТС
для аналоговых сетей связи. Разработка АТСКЭ началась в 50-е годы XX столетия, а в 1964 г.
первая АТСКЭ (США, станция Е881) была введена в опытную эксплуатацию. При создании
АТСКЭ использовались новейшие для тех лет технологии. Так, схемы коммутации
(коммутационные поля) собраны из коммутационных матриц на герконах и ферридах.
Миниатюрность и быстродействие таких матриц (по сравнению с релейными соединителями
МКС) объясняет термин "квазиэлектронные". Но основное и принципиальное отличие
системы АТСКЭ от предыдущей системы АТСК заключалось в том, что задачи управления в
АТСКЭ стал выполнять специализированный компьютер.
Применение компьютера в роли центрального устройства управления превратило
телефонную станцию в "АТС с управлением по записанной программе" или "АТС с
программным управлением". Последний термин краток, понятен и общеупотребителен, хотя и
недостаточно корректен, поскольку любая телефонная станция выполняет программу
обслуживания вызовов.
Необходимо подчеркнуть, что в предыдущих системах АТС (декадно-шаговых и
координатных) их устройства управления (УУ) были автоматами с "вмонтированной"
(жесткой) логикой, другими словами, автоматами, выполняющими лишь ту программу, которая
была заложена в них при изготовлении. Сказанное относится как к электромеханическим, так
и к электронным УУ, которыми оборудовались модификации поздних АТСК.
АТС с программным управлением (АТС ПУ), в отличие от предыдущих систем АТС,
приобрели целый ряд чрезвычайно важных свойств. Во-первых, - это увеличение пропускной
способности АТС за счет большей производительности компьютера, а также уменьшение
габаритов и упрощение периферийных функциональных узлов АТС благодаря замене
многочисленных интерфейсов между функциональными узлами АТС единым интерфейсом
"компьютер - функциональные узлы".
Во-вторых (по порядку, но не по значимости), - это приобретение важных свойств и
возможностей:

обеспечение надежности АТС за счет организации тестирования и глубокого
контроля, обнаружения и исправления ошибок. При этом в АТС ПУ сокращаются
расходы на нужды технического обеспечения и эксплуатации;

расширение
номенклатуры
дополнительных
видов
предоставление абонентам новых экономичных услуг;
8
обслуживания
(ДВО),

гибкая тарификация;

выполнение комплекса задач динамического управления телефонной сетью;
обеспечение административного управления.
Одновременно с применением методов программного управления начался бурный
процесс электронизации аппаратных средств телефонной связи. Ее основные элементы
(терминалы, устройства передачи и телефонные станции) переводились на новую
электронную элементную и технологическую базу. Этот процесс начался в ходе создания АТС
квазиэлектронной системы с электронным устройством управления. В следующем поколении
АТС - АТС электронной системы (АТСЭ) - процесс электронизации завершился полностью.
Помимо очевидных преимуществ (технологичность производства, массогабаритные
показатели и т.п.) электронизация телефонии создала технологические условия для
цифровизации последней.
Первоначально переход от аналоговых сетей и систем телефонной связи к цифровым
преследовал достижение технических преимуществ: использование новых цифровых
технологий, упрощение систем сигнализации и способов группообразования (уплотнения) в
линиях связи, улучшение регенерации сигналов и увеличение дальности связи и др. В
дальнейшем одновременное воздействие на традиционную телефонию таких мощных
технологических
факторов,
как
электронизация,
цифровизация
и
компьютеризация
(привнесшая в телефонию средства программного управления) привели к революционным
изменениям современной телефонии.
До 70-х годов XX столетия развитие телефонии носило эволюционный характер: сети
телефонной связи оставались аналоговыми и предназначались для доставки речевой
информации по заданному адресу (телефонному номеру). Конечно, помимо точной адресации
информации к сети телефонной связи предъявлялись требования по качеству передачи речи
(достаточная громкость, разборчивость и натуральность речи в месте приема) и вероятностновременным
характеристикам
доставки
(нормы
задержек
и
потерь
информации).
Эволюционные изменения системы телефонной связи имели характер количественного
увеличения емкости и пропускной способности сетей и улучшения показателей качества
обслуживания. На этом этапе другие виды связи обслуживались специализированными сетями
и только частично прибегали к услугам сетей телефонной связи вследствие высокой степени
их распространения.
Однако, на основе существовавших уже в то время цифровых каналов Т1 компания
Western Electric выпускает первый цифровой коммутатор 4ESS, запуская тем самым эру
цифровой телефонии.
9
РАЗВИТИЕ СОТОВОЙ СВЯЗИ
Трудно в это поверить, но когда-то мобильные телефоны действительно называли
«телефонами», не смартфонами, не суперфонами… Они входят в ваш карман и могут делать
звонки. Вот и все. Никаких социальных сетей, обмена сообщениями, загрузки фотографий.
Они не могут загрузить 5-Мегапиксельную фотографию на Flickr и, конечно же, не могут
превратиться в беспроводную точку доступа.
Конечно, те мрачные дни уже далеко позади, но по всему миру продолжают
появляться перспективные беспроводные высокоскоростные сети передачи данных нового
поколения, и многие вещи начинают казаться запутанными. Что же такое «4G»? Это выше, чем
3G, но означает ли, что лучше? Почему все четыре национальных оператора США неожиданно
называют свои сети 4G? Ответы на эти вопросы требуют небольшой экскурсии в историю
развития беспроводных технологий.
Для начала, «G» означает «поколение», поэтому когда вы слышите, что кого-то
относят к «сети 4G», это означает, что они говорят о беспроводной сети, построенной на
основе технологии четвертого поколения. Применение определения «поколения» в данном
контексте приводит ко всей той путанице, в которой мы попробуем разобраться.
1G
История начинается с появления в 1980-х годах нескольких новаторских сетевых
технологий: AMPS в США и сочетание TACS и NMT в Европе. Хотя несколько поколений
услуг мобильной связи существовали и раньше, тройка AMPS, TACS и NMT считается первым
поколением (1G), потому что именно эти технологии позволили мобильным телефонам стать
массовым продуктом.
Во времена 1G никто не думал об услугах передачи данных — это были чисто
аналоговые системы, задуманные и разработанные исключительно для осуществления
голосовых вызовов и некоторых других скромных возможностей. Модемы существовали,
однако из-за того, что беспроводная связь более подвержена шумам и искажениям, чем
обычная проводная, скорость передачи данных была невероятно низкой. К тому же, стоимость
минуты разговора в 80-х была такой высокой, что мобильный телефон мог считаться
роскошью.
Отдельно хочется упомянуть первую в мире автоматическую систему мобильной
связи «Алтай», которая была запущена в Москве в 1963 году. «Алтай» должен был стать
полноценным телефоном, устанавливаемым в автомобиле. По нему просто можно было
говорить, как по обычному телефону (т.е. звук проходил в обе стороны одновременно, т.н.
10
дуплексный режим). Чтобы позвонить на другой «Алтай» или на обычный телефон,
достаточно было просто набрать номер — как на настольном телефонном аппарате, без всяких
переключений каналов или разговоров с диспетчером. Аналогичная система в США, IMTS
(Improved Mobile Telephone Service), была запущена в опытной зоне на год позже. А
коммерческий ее запуск состоялся лишь в 1969 году. Между тем в СССР к 1970 году «Алтай»
был установлен и успешно работал уже примерно в 30 городах. Кстати, в Воронеже и
Новосибирске система действует до сих пор.
2G
В начале 90-х годов наблюдается подъем первых цифровых сотовых сетей, которые
имели ряд преимуществ по сравнению с аналоговыми системами. Улучшенное качество звука,
бОльшая защищенность, повышенная производительность — вот основные преимущества.
GSM начал свое развитие в Европе, в то время как D-AMPS и ранняя версия CDMA компании
Qualcomm стартовали в США.
Эти зарождающиеся 2G стандарты пока не имеют поддержки собственных, тесно
интегрированных, услуг передачи данных. Многие из таких сетей поддерживают передачу
коротких текстовых сообщений (SMS), а также технологию CSD, которая позволила
передавать данные на станцию в цифровом виде. Это фактически означало, что вы могли
передавать данные быстрее — до 14,4 кБит/с, что было сравнимо со скоростью стационарных
модемов в середине 90-х.
Для того, чтобы инициировать передачу данных с помощью технологии CSD,
необходимо было совершить специальный «вызов». Это было похоже на телефонный модем
— вы или были подключены к сети, или нет. В условиях того, что тарифные планы в то время
измерялись в десятках минут, а CSD была сродни обыкновенному звонку, практической пользы
от технологии почти не было.
2.5G
Появление сервиса «General Packet Radio Service» (GPRS) в 1997 году стало
переломным моментом в истории сотовой связи, потому что он предложил для существующих
GSM сетей технологию непрерывной передачи данных. С использованием новой технологии,
вы можете использовать передачу данных только тогда, когда это необходимо — нет больше
глупой CSD, похожей на телефонный модем. К тому же, GPRS может работать с большей, чем
CSD, скоростью — теоретически до 100 кБит/с, а операторы получили возможность
тарифицировать трафик, а не время на линии.
11
GPRS появился в очень подходящий момент — когда люди начали непрерывно
проверять свои электронные почтовые ящики.
Это нововведение не позволило добавить единицу к поколению мобильной связи. В
то время, как технология GPRS уже была на рынке, Международный Союз Электросвязи (ITU)
составил новый стандарт — IMT-2000 — утверждающий спецификации «настоящего» 3G.
Ключевым моментом было обеспечение скорости передачи данных 2 МБит/с для
стационарных терминалов и 384 кБит/с для мобильных, что было не под силу GPRS.
Таким образом, GPRS застрял между поколениями 2G, которое он превосходил, и 3G,
до которого не дотягивал. Это стало началом раскола поколений.
2.75G, 3G, 3.5G, 3.75G
В дополнение к вышеупомянутым требованиям к скорости передачи данных,
спецификации 3G призывали обеспечить легкую миграцию с сетей второго поколения. Для
этого, стандарт, называемый UMTS стал топовым выбором для операторов GSM, а стандарт
CDMA2000 обеспечивал обратную совместимость. После прецедента с GPRS, стандарт
CDMA2000 предлагает собственную технологию непрерывной передачи данных, называемую
1xRTT. Смущает то, что, хотя официально CDMA2000 является стандартом 3G, он
обеспечивает скорость передачи данных лишь немногим больше, чем GPRS — около 100
кБит/с.
Стандарт EDGE — Enhanced Data-rates for GSM Evolution — был задуман как легкий
способ операторов сетей GSM выжать дополнительные соки из 2.5G установок, не вкладывая
серьезные деньги в обновление оборудования. С помощью телефона, поддерживающего
EDGE, вы могли бы получить скорость, в два раза превышающую GPRS, что вполне неплохо
для того времени. Многие европейские операторы не стали возиться с EDGE и были
приверженцами внедрения UMTS.
Итак, куда же отнести EDGE? Это не так быстро, как UMTS или EV-DO, так что вы
можете сказать, что это не 3G. Но это явно быстрее, чем GPRS, что означает, что она должна
быть лучше, чем 2.5G, не так ли? Действительно, многие люди назвали бы EDGE технологией
2.75G.
Спустя десятилетие, сети CDMA2000 получили обновление до EV-DO Revision A,
которая предлагает немного более высокую входящую скорость и намного выше исходящую
скорость. В оригинальной спецификации, которая называется EV-DO Revision 0, исходящая
скорость ограничена на уровне 150 кБит/с, новая версия позволяет делать это в десять раз
быстрее. Таким образом, мы получили 3.5G! То же самое для UMTS: технологии HSDPA и
12
HSUPA позволили добавить скорость для входящего и исходящего траффика.
Дальнейшие усовершенствования UMTS будут использовать HSPA+, dual-carrier
HSPA+, и HSPA+ Evolution, которые теоретически обеспечат пропускную способность от 14
МБит/с до ошеломительных 600 МБит/с. Итак, можно ли сказать что мы попали в новое
поколение, или это можно назвать 3.75G по аналогии с EDGE и 2.75G?
4G
Подобно тому, как было со стандартом 3G, ITU взяла под свой контроль 4G, привязав
его к спецификации, известной как IMT-Advanced. Документ призывает к скорости входящих
данных в 1 ГБит/с для стационарных терминалов и 100 МБит/с для мобильных. Это в 500 и
250 раз быстрее по сравнению с IMT-2000. Это действительно огромные скорости, которые
могут обогнать рядовой DSL-модем или даже прямое подключение к широкополосному
каналу.
Беспроводные технологии играют ключевую роль в обеспечении широкополосного
доступа в сельской местности. Это более рентабельно — построить одну станцию 4G, которая
обеспечит связь на расстоянии десятков километров, чем покрывать сельхозугодья одеялом из
оптоволоконных линий.
К сожалению, эти спецификации являются настолько агрессивными, что ни один
коммерческий стандарт в мире не соответствует им. Исторически сложилось, что технологии
WiMAX и Long-Term Evolution (LTE), которые призваны добиться такого же успеха как
CDMA2000 и GSM, считаются технологиями четвертого поколения, но это верно лишь
отчасти: они оба используют новые, чрезвычайно эффективные схемы мультиплексирования
(OFDMA, в отличие от старых CDMA или TDMA которые мы использовали на протяжении
последних двадцати лет) и в них обоих отсутствует канал для передачи голоса. 100 процентов
их пропускной способности используется для услуг передачи данных. Это означает, что
передача голоса будет рассматриваться как VoIP. Учитывая то, как сильно современное
мобильное общество ориентировано на передачу данных, можно считать это хорошим
решением.
Где WiMAX и LTE терпят неудачу, так это в скорости передачи данных, у них эти
значения теоретически находятся на уровне 40 МБит/с и 100 МБит/с, а на практике реальные
скорости коммерческих сетей не превышают 4 МБит/с и 30 МБит/с соответственно, что само
по себе очень неплохо, однако не удовлетворяет высоким целям IMT-Advanced. Обновление
этих стандартов — WiMAX 2 и LTE-Advanced обещают сделать эту работу, однако она до сих
пор не завершена и реальных сетей, которые их используют, по-прежнему не существует.
13
Тем не менее, можно утверждать, что оригинальные стандарты WiMAX и LTE
достаточно отличаются от классических стандартов 3G, чтобы можно было говорить о смене
поколений. И действительно, большинство операторов по всему миру, которые развернули
подобные сети, называют их 4G. Очевидно, это используется в качестве маркетинга, и
организация ITU не имеет полномочий противодействовать. Обе технологии (LTE в частности)
скоро будут развернуты у многих операторов связи по всему миру в течение нескольких
следующих лет, и использование названия «4G» будет только расти.
И это еще не конец истории. Американский оператор T-Mobile, который не объявлял
о своем намерении модернизировать свою HSPA сеть до LTE в ближайшее время, решил начать
брендинг модернизации до HSPA+ как 4G. В принципе, этот шаг имеет смысл: 3G технология
в конечном счете может достигнуть скоростей, больших, чем просто LTE, приближаясь к
требованиям IMT-Advanced. Есть много рынков, где HSPA+ сеть T-Mobile быстрее, чем
WiMAX от оператора Sprint. И ни Sprint, ни Verizon, ни MetroPCS — три американских
оператора с живой WiMAX/LTE сетью — не предлагают услуги VoIP. Они продолжают
использовать свои 3G частоты для голоса и будут делать это еще в течении некоторого времени.
Кроме того, T-Mobile собирается обновиться до скорости 42 МБит/с в этом году, даже не
касаясь LTE!
Возможно, именно этот шаг T-Mobile вызвал глобальное переосмысление того, что
же на самом деле означает «4G» среди покупателей мобильных телефонов. AT&T, которая
находится в процессе перехода на HSPA+ и начнет предлагать LTE на некоторых рынках в
конце этого года, называет обе эти сети 4G. Таким образом, все четыре национальных
оператора США украли название «4G» у ITU — они его взяли, убежали с ним и изменили.
14
ЦИФРОВАЯ И АНАЛОГОВАЯ ТЕЛЕФОНИЯ: РАЗЛИЧИЯ И
ПЕРСПЕКТИВЫ
Деление станций на аналоговые и цифровые производится по типу коммутации.
Телефонная связь, действующая на основе преобразования речи (голоса) в аналоговый
электрический сигнал и передачи его по коммутируемому каналу связи (аналоговая
телефония), долгое время была единственным средством передачи речевых сообщений на
расстояние. Возможность дискретизации (по времени) и квантования (по уровню) параметров
аналогового
электрического
преобразовывать
аналоговый
сигнала
сигнал
(амплитуды,
частоты
в
(дискретный),
цифровой
или
фазы)
позволили
обрабатывать
его
программными методами и передавать по цифровым телекоммуникационным сетям.
Для передачи аналогового речевого сигнала между двумя абонентами в сети ТфОП
(телефонные сети общего пользования) предоставляется так называемый стандартный канал
тональной частоты (ТЧ), полоса пропускания которого составляет 3100 Гц. В системе
цифровой телефонии над аналоговым электрическим сигналом выполняются операции
дискретизации (по времени), квантования (по уровню), кодирования и устранения
избыточности (сжатия), после чего сформированный таким образом поток данных
направляется принимающему абоненту и по «прибытию» в пункт назначения подвергается
обратным процедурам.
Преобразование речевого сигнала осуществляется по соответствующему протоколу в
зависимости от того, по какой сети он передается. В настоящее время наиболее эффективная
передача потока любых дискретных (цифровых) сигналов, в том числе и несущих речь (голос),
обеспечивается цифровыми электрическими сетями, в которых реализованы пакетные
технологии: IP (Internet Protocol), ATM (Asynchronous Transfer Mode) или FR (Frame Relay).
Говорят, что концепция передачи голоса при помощи цифровых технологий
зародилась в 1993 году в Университете штата Иллинойс (США). Во время очередного полета
челнока Endeavor в апреле 1994 года NASA передало на Землю его изображение и звук с
помощью компьютерной программы. Полученный сигнал поступал в Интернет, и любой
желающий мог услышать голоса астронавтов. В феврале 1995 года израильская компания
VocalTec предложила первую версию программы Internet Phone, разработанную для
владельцев мультимедийных PC, работающих под Windows. Потом была создана частная сеть
серверов Internet Phone. И уже тысячи людей загрузили программу Internet Phone с домашней
страницы VocalTec и начали общаться.
Естественно, что другие компании очень быстро оценили перспективы, которые
15
открывала возможность разговаривать, находясь в разных полушариях и не оплачивая при этом
международные звонки. Такие перспективы не могли остаться незамеченными, и уже в 1995
году на рынок обрушился поток продукции, предназначенной для передачи голоса через Сеть.
Сегодня
существует
несколько
стандартизированных
способов
передачи
информации, получившие наибольшее распространение на рынке услуг цифровой телефонии:
это стандарты ISDN, VoIP, DECT, GSM и некоторые другие. Попробуем вкратце рассказать об
особенностях каждого из них.
ISDN
Аббревиатура ISDN расшифровывается как Integrated Services Digital Network цифровая сеть с интеграцией услуг. Это современное поколение всемирной телефонной сети,
обладающей возможностью переносить любой тип информации, включая быструю и
корректную передачу данных (в том числе и голоса) высокого качества от пользователя к
пользователю.
Основное достоинство сети ISDN заключается в том, что Вы можете подключить к
одному сетевому окончанию несколько цифровых или аналоговых аппаратов (телефон, модем,
факс и пр.), и каждый может иметь свой городской номер.
Обычный телефон подключается к телефонной станции парой проводников. При этом
по одной паре можно вести только один телефонный разговор. При этом в трубке могут быть
слышны шум, помехи, радио, посторонние голоса - недостатки аналоговой телефонной связи,
которая "собирает" все помехи на своем пути. В случае использования ISDN абоненту
устанавливается сетевое окончание, а звук, преобразующийся специальным декодером в
цифровой формат, передается по специально отведенному для этого (также полностью
цифровому) каналу принимающему абоненту, обеспечивая при этом максимальную
слышимость без помех и искажений.
Основой ISDN является сеть, построенная на базе цифровых телефонных каналов
(предусматривающая также возможность передача данных с коммутацией пакетов) со
скоростью передачи данных 64 кбит/с. Услуги ISDN базируются на двух стандартах:
•
Базовый доступ (Basic Rate Interface (BRI)) - два B-канала 64 кбит/с и один D-
канал 16 кбит/с
•
Первичный доступ (Primary Rate Interface (PRI)) - 30 B-каналов 64 кбит/с и один
D-канал 64 кбит/с
Обычно пропускная способность BRI составляет 144 Кбит/с. При работе с PRI
полностью используется вся магистраль цифровой связи (DS1), что дает пропускную
16
способность 2 Мбит/c. Высокие скорости, предлагаемые ISDN, делают ее идеальной для
большого числа современных услуг связи, включая высокоскоростную передачу данных,
разделение экранов, видеоконференции, передачу больших файлов для мультимедиа,
настольную видеотелефонию и доступ в Интернет.
Собственно говоря, технология ISDN – это ни что иное, как одна из разновидностей
«компьютерной телефонии», или, как ее еще называют CTI-телефония (Computer Telephony
Integration - компьютерно-телефонная интеграция).
Одной из причин возникновения решений CTI послужило появление требований по
обеспечению сотрудников компаний дополнительными телефонными сервисами, которые
либо не поддерживались существующей корпоративной телефонной станцией, либо стоимость
приобретения и внедрения решения от производителя этой станции была несопоставима с
достигаемыми удобствами.
Первыми ласточками сервисных CTI-приложений стали системы электронных
секретарей (autoattended) и автоматических интерактивных голосовых приветствий (меню),
корпоративная голосовая почта, автоответчик и системы записи переговоров. Для добавления
сервиса того или иного CTI-приложения к существующей телефонной станции компании
подключался компьютер. В нем была установлена специализированная плата (вначале на шине
ISA, затем на шине PCI), которая соединялась с телефонной станцией по стандартному
телефонному
интерфейсу.
Программное
обеспечение
компьютера,
запущенное
под
определенной операционной системой (MS Windows, Linux или Unix), взаимодействовало с
телефонной станцией через программный интерфейс (API) специализированной платы и тем
самым обеспечивало реализацию дополнительного сервиса корпоративной телефонии.
Практически одновременно с этим был разработан стандарт программного интерфейса для
компьютерно-телефонной интеграции – TAPI (Telephony API)
Появление технологии передачи голоса по IP-сетям (VoIP) и последующее развитие
IP-технологий изменили принципы построения приложений компьютерно-телефонной
интеграции. В чем же различие? – спросите Вы. Попробуем объяснить.
Для традиционных телефонных систем CTI-интеграция осуществляется так:
некоторая специализированная компьютерная плата подключена к телефонной станции и
транслирует (переводит) телефонные сигналы, состояние телефонной линии и его изменения
в «программный» вид: сообщения, события, переменные, константы. Передача телефонной
составляющей происходит по телефонной сети, а программной составляющей – по сети
передачи данных, IP-сети.
17
Процесс интеграции в IP-телефонии
В первую очередь необходимо заметить, что с появлением IP-телефонии изменилось
само восприятие телефонной станции (Private Branch eXchange - PBX). IP PBX является ничем
иным как еще одним сетевым сервисом IP-сети, и, как большинство сервисов IP-сети,
функционирует в соответствии с принципами клиент-серверной технологии, т. е. предполагает
наличие сервисной и клиентской частей. Так, например, сервис электронный почты в IP-сети
имеет сервисную часть – почтовый сервер и клиентскую часть –программу пользователя
(например Microsoft Outlook). Аналогично устроен и сервис IP-телефонии: сервисная часть –
сервер IP PBX и клиентская часть – IP-телефон («железный» или программный) используют
для передачи голоса единую коммуникационную среду – IP-сеть.
Преимущества IP-телефонии
Преимущества
IP-телефонии очевидны. Среди
них
– богатый
функционал,
возможность существенно улучшить взаимодействие сотрудников и одновременно упростить
обслуживание системы.
Кроме того, IP-коммуникации развиваются по открытому принципу вследствие
стандартизации протоколов и глобального проникновения IP. Благодаря принципу открытости
в системе IP-телефонии возможно расширение предоставляемых услуг, интеграция с
существующими и планируемыми сервисами.
IP-телефония позволяет построить единую централизованную систему управления
для всех подсистем с разграничением прав доступа и эксплуатировать подсистемы в
региональных подразделениях силами местного персонала.
Модульность системы IP-коммуникаций, ее открытость, интеграция и независимость
компонентов (в отличие от традиционной телефонии) дают дополнительные возможности для
построения по-настоящему отказоустойчивых систем, а также систем с распределенной
территориальной структурой.
Беспроводные системы связи стандарта DECT
Стандарт
Telecommunications)
беспроводного
является
доступа
наиболее
DECT
популярной
(Digital
Enhanced
системой
мобильной
Cordless
связи
в
корпоративной сети, самым дешевым и простым при монтаже вариантом. Она позволяет
организовать беспроводную связь по всей территории предприятия, что так необходимо
«мобильным» пользователям (например, охране предприятия или начальникам цехов,
отделов).
18
Основное преимущество DECT-систем заключается в том, что с приобретением
подобного телефона вы практически бесплатно получаете мини-АТС на несколько внутренних
номеров. Дело в том, что к единожды купленной DECT-базе можно приобрести
дополнительные телефонные трубки, каждая из которых получает свой внутренний номер. С
любой трубки вы без особого труда сможете звонить на другие трубки, подключенные к этой
же базе, передавать входящие и внутренние звонки и даже осуществлять своеобразный
«роуминг» — прописывать свою трубку на другой базе. Радиус приема этого вида связи – 50
метров в помещение и 300 метров на открытом пространстве.
Для организации мобильной связи в сетях общего пользования используются сети
сотовой связи стандартов GSM и CDMA, территориальная эффективность которых
практически не ограничена. Это стандарты соответственно второго и третьего поколения
сотовой связи. В чем же различия?
Каждую минуту с любой базовой станцией сотовой сети пытаются связаться сразу
несколько телефонов, находящихся в ее окрестностях. Поэтому станции должны обеспечивать
«множественный доступ», то есть одновременную работу без взаимных помех сразу
нескольких телефонов.
В сотовых системах первого поколения (стандарты NMT, AMPS, N-AMPS и др.)
множественный доступ реализуется частотным методом – FDMA (Frequency Division Multiple
Access): базовая станция имеет несколько приемников и передатчиков, каждый из которых
работает на своей частоте, а радиотелефон настраивается на любую частоту, используемую в
сотовой системе. Связавшись с базовой станцией на специальном служебном канале, телефон
получает указание, какие частоты он может занять, и перестраивается на них. Это не
отличается от способа настройки той или иной радиоволны.
Однако число каналов, которые удается выделить на базовой станции, не очень
велико, тем более что соседние станции сотовой сети должны иметь разные наборы частот,
чтобы не создавать взаимных помех. В большинстве сотовых сетей второго поколения стал
применяться частотно-временной метод разделения каналов – TDMA (Time Division Multiple
Access). В таких системах (а это сети стандартов GSM, D-AMPS и др.) тоже используются
различные частоты, но только каждый такой канал выделяется телефону не на все время связи,
а только на небольшие промежутки времени. Остальные такие же интервалы поочередно
используются другими телефонами. Полезная информация в таких системах (в том числе и
речевые сигналы) передается в «сжатом» виде и в цифровой форме.
Совместное использование каждого частотного канала несколькими телефонами
позволяет обеспечить обслуживание большего числа абонентов, но частот все равно не хватает.
19
Существенно улучшить это положение смогла технология CDMA, построенная по принципу
кодового разделения сигналов.
Суть метода кодового разделения сигналов, примененного в CDMA, заключается в
том, что все телефоны и базовые станции одновременно используют один и тот же (и при этом
сразу весь) выделенный для сотовой сети диапазон частот. Для того чтобы эти
широкополосные сигналы можно было различать между собой, каждый из них имеет
специфическую кодовую «окраску», обеспечивающую его уверенное выделение на фоне
других.
За последние пять лет технология использования CDMA была протестирована,
стандартизирована, лицензирована и запущена в производство большинством поставщиков
беспроводного оборудования и уже применяется во всем мире. В отличие от других методов
доступа абонентов к сети, где энергия сигнала концентрируется на выбранных частотах или
временных интервалах, сигналы CDMA распределены в непрерывном частотно-временном
пространстве. Фактически этот метод манипулирует и частотой, и временем, и энергией.
Возникает вопрос: могут ли системы CDMA при таких возможностях «мирно»
сосуществовать с сетями AMPS/D-AMPS и GSM?
Оказывается, могут. Российскими регулирующими органами разрешена работа сетей
CDMA в полосе радиочастот 828 - 831 МГц (прием сигнала) и 873-876 МГц (передача сигнала),
где и размещены два радиоканала CDMA шириной 1,23 МГц. В свою очередь, для стандарта
GSM в России отведены частоты выше 900 МГц, поэтому рабочие диапазоны сетей CDMA и
GSM никак не пересекаются.
20
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Как показывает практика, современные пользователи все больше тяготеют к
широкополосным сервисам (видеоконференции, высокоскоростная передача данных) и все
чаще предпочитают мобильный терминал обычному проводному. Если еще учесть тот факт,
что число таких желающих в больших компаниях может легко перевалить за тысячу, то
получим набор требований, удовлетворить которые способна только мощная современная
цифровая станция (УПАТС).
Сегодня на рынке представлено множество решений от различных производителей,
обладающих возможностями как традиционных АТС, коммутаторов или маршрутизаторов для
сетей передачи данных (в том числе и по технологиям ISDN и VoIP), так и свойствами
беспроводных базовых станций.
Цифровые УПАТС сегодня в большей степени, чем другие системы, соответствует
указанным критериям: имеют возможности коммутации широкополосных каналов, пакетной
коммутации, просто интегрируются с компьютерными системами (CTI) и позволяют
организовывать беспроводные микросоты внутри корпораций (DECT).
21
ПРИЛОЖЕНИЕ 1: КРАТКАЯ ХРОНОЛОГИЯ ПОЯВЛЕНИЯ
ТЕЛЕФОНИИ
1184 до н. э. - Древняя Греция и Римская Империя используют систему
телеграфа, основанную на подаче сигналов огнем между возвышениями, например с
башни на башню
700 до н.э. - Античные греки изобрели первую полуавтоматическую
телекоммуникационную (древнегреческое слово "теле" означает "далекий") систему
для передачи сообщений на дальние расстояния, используя голубей для доставки
сообщений
490 до н. э. - После победы на Персами под Марафоном Греки послали гонца
в Афины. Пробежав 40 км, он в изнеможении воскликнул: "Возрадуйтесь! Мы победили!"
150 до н. э. - Римляне создали дымовой телеграф, действующий на территории
протяженностью 4500 км
1838 - Самуель Морзе продемонстрировал телеграф - устройство для посылки
электрических телекоммуникационных сигналов по длинному кабелю
1844 - Начала действовать первая в мире телеграфная линия
1846 - Швейцарский часовых дел мастер Александр Байн изобрел первую
"факсимильную" машину. Идея была замечена спустя 135 лет
1876 - Родившийся в Швейцарии Александр Белл, изобрел телефон устройство для передачи человеческого голоса в виде электрических сигналов по
проводам
1878 - В штате Коннектикут построена первая коммерческая телефонная
станция
1881 - Заключен государственный контракт на строительство телефонных
сетей в пяти крупнейших городах - Санкт-Петербурге, Москве, Риге, Одессе и Варшаве
1882 - 1-го июля этого года на ручную телефонную станцию Международного
общества телефонов Белла в Москве поступил перый телефонный вызов. Это дата
основания Московской городской телефонной сети
1885 - Зарегистрирована AT&T - самая крупная телефонная компания
1904 - С введением в строй Центральной телефонной станции в России
началось предоставление телефонных услуг населению
1930 - В Москве введена в строй первая электромеханическая станция
22
1957 - Впервые получен радиосигнал с советского спутника
1960 - AT&T выпустила первый коммерческий модем
1962 - Выведен на орбиту первый коммерческий спутник связи Telstar
компании AT&T
1965
-
В
Советском
Союзе
запущен
спутник
связи
"Молния-1",
предназначенный для передачи большого числа телефонных разговоров, телевещания,
телеграфных сигналов
1966 - Через спутник "Молния-1" организован первый телемост Москва Владивосток
1967 - В Советском Союзе начала действовать система вещания "Орбита"
1976 - Появилась первая цифровая офисная АТС (РВХ)
1977 - Начал функционировать первый интегрированный центр распределения
звонков (ACD)
1982 - Появилась первая система интегрированных сообщений (PhoneMail)
1983 - Создана компания Dialogic
1983 - Выпущен первый цифровой телефон (ROLMphone)
1983 - Выпущена первая плата расширения для компьютера с факсимильными
фунциями
1985 - Dialogic выпустила первую многоканальную голосовую плату
1986 - Dialogic выпустила первую шину коммутации ресурсов (AEB)
1987 - Первая открытая система разработки приложений (API) для настольных
систем компьютерной телефонии
1989 - Впервые установлена связь PBX-Host (CallBridge)
1989 - Dialogic выпустила первую цифровую шину коммутации ресурсов (PEB)
1990 - СОСОМ отменил запрет на поставку телефонных станций и технологий
для создания сотовых сетей в СССР
1990 - Создано первое клиентское приложение телефонии для персональных
компьютеров (ComManager)
1991 - Dialogic выпустила плату FAX/120 - первую 12-ти канальную
факсимильную плату для систем компьютерной телефонии
1992 - Создан первый Snap-in модуль компьютерной телефонии для телефона
1993 - Dialogic выпустила новую цифровую шину коммутации ресурсов
(SCBus). Объявлено о новом стандарте Signal Computer System Architecture (SCSA)
1994 - Осуществлена первая поставка открытого интерфейса Telephone
23
Application Program Interface (TAPI)
1995 - Осуществлена первая поставка систем компьютерной телефонии всех
ключевых стандартов для старших типов PBX
1995 - Впервые выпущена голосовая плата, поддерживающая полный
цифровой телефонный канал (T1/E1 или ISDN) и занимающая один слот расширения
компьютера (технология SingleSpan)
1995 - Создано первое приложение компьютерной телефонии для виртуальных
групп агентов (ResumeRouting)
1995 - Создано первое приложение компьютерной телефонии для передачи
голосовых сообщений через Internet с использованием мультимедиа компьютера.
Программа называется VocalTec Internet Phone. С этих пор словосочетание "Internet
Phone" стало нарицательным и так теперь называют любую другую подобную
программу
1996 - Создано первое приложение компьютерной телефонии для передачи
голосовых сообщений через Internet с использованием в качестве конечного устройства
обыкновенного телефона. Решение называется VocalTec Telephony Gateway
1996 - Впервые выпущена голосовая плата, поддерживающая два полных
цифровых телефонных канала (T1/E1 или ISDN) и занимающая один слот расширения
компьютера (технология DualSpan)
1997 - На IP-телефонию обратили внимание крупнейшие поставщики
телекоммуникационного оборудования, такие как, Cisco Systems, Lucent Technologies и
т.д.
1998 - Dialogic выпустила серию специализированных плат для IP-телефонии
(DM3 IPLink), являющихся первым открытым решением в данной области, аппаратно
реализующим стандарт H.323 и голосовой кодер G.723.1
1999 - В России легализована IP-телефония
24
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Журнал «Мобильные системы» №12, стр. 10 (декабрь 1999).
2.
IP-телефония и ТфОП./ Технологии и средства связи, 1999г №2
3.
Интеллектуальные сети связи./ Сети, 1999г №1-2 с 40-43
4.
5.
6.
Росляков А. В. IP-телефония/ ЭКО-ТРЕНДЗ, 2003, Второе
издание.
Журнал "Радио": 1998г. №3, 1997г. №7, 1998г. №11, 1998г. №2.
Веб-ресурс Wikipedia: Поколения мобильной телефонии
http://ru.wikipedia.org/wiki/Поколения мобильной телефонии
25