Проблемы интеграции цифровых систем в существующие телефонные сети

Внедрение стандартных цифровых интегральных микросхем, аналогичных применяемым в персональных компьютерах, сопряжено с рядом технических проблем в контексте традиционных телефонных сетей. Эти микросхемы рассчитаны на работу с низкими уровнями токов и напряжений, что делает их уязвимыми к внешним воздействиям. Высокие напряжения и значительные колебания рабочей температуры, выходящие за допустимые пределы, могут привести к их выходу из строя или существенному изменению характеристик. Исторически сложилось, что системы связи, особенно районные АТС и абонентские линии, проектировались на основе электромеханических реле и коммутирующих систем, работающих с высокими токами. Несовместимость требований к проектированию является основной причиной проблем при подключении современных цифровых систем к устаревшей телефонной инфраструктуре.

Интерфейс поддержки аналоговых систем и функции BORSCHT. Ключевой задачей является обеспечение совместимости между аналоговыми абонентскими линиями и цифровым оборудованием. В существующих системах напряжение постоянного тока для питания телефонного аппарата и переменного тока для вызывного сигнала должны быть изолированы от логических цепей, передающих оцифрованный речевой сигнал. Дополнительно требуется обработка сигналов управления, контроля и защиты. Комплекс схем сопряжения, решающий эти задачи, в телефонной индустрии известен под акронимом BORSCHT. Данная аббревиатура образована от начальных букв английских названий основных функций: Battery feed (батарейное питание), Overvoltage protection (защита от перенапряжений), Ringing (сигнал вызова), Signaling/Supervision (подача сигналов управления и контроля), Coding (кодирование сигнала), Hybrid (гибридная схема) и Testing (тестирование).

Как показано на рис. 6.12, все функции, объединенные акронимом BORSCHT, typically реализуются на компактной сменной печатной плате. Эта плата известна как схема сопряжения абонентской линии (SLIC - Subscriber Line Interface Circuit). На рисунке схематично изображены функции, которые охватываются данным акронимом, демонстрируя их взаимосвязь и интеграцию в единый модуль. Эти интерфейсные схемы являются стандартным компонентом цифровых телефонных станций, обеспечивая необходимый буфер между физической линией абонента и цифровой системой коммутации.

Рис. 6.12. Схематичное изображение функций, которые охватываются акронимом BORSCHT

Большинство функций BORSCHT, за исключением кодирования сигнала и тестирования, были рассмотрены в предыдущих разделах. Важно подчеркнуть, что необходимость реализации этого комплекса обусловлена гибридной природой сети. Если бы вся телефонная линия от аппарата до аппарата была полностью цифровой и непрерывной, это позволило бы исключить дорогостоящие интерфейсы SLIC. Таким образом, значительная часть затрат при модернизации сетей связана именно с обеспечением обратной совместимости через выполнение всех функций, зашифрованных в акрониме BORSCHT.

Проблема увеличения полосы пропускания. Еще одним существенным техническим вызовом при переходе на цифровые системы является требование к более широкой полосе пропускания каналов связи. При передаче цифровых сигналов требуется значительно большая ширина полосы по сравнению с аналоговой передачей того же объема информации. Наглядным примером служит стандартный канал передачи данных T1, предназначенный для сигнала уровня DS-1. Он мультиплексует 24 речевых канала с полосой порядка 4 кГц каждый, но для передачи оцифрованного потока со скоростью 1,544 Мбит/с требуется полоса пропускания около 772 кГц.

Для сравнения, одновременная передача 24 аналоговых каналов требует лишь 96 кГц полосы (24 канала × 4 кГц). Следовательно, для цифрового представления того же количества разговоров требуется полоса, примерно в восемь раз более широкая (772 кГц / 96 кГц ≈ 8,04). Это увеличение обусловлено, в первую очередь, высокой скоростью нарастания цифрового импульсного сигнала. Дополнительная ширина полосы является платой за ключевое преимущество цифровых систем – значительно более низкое отношение сигнал/шум и повышенную помехозащищенность. Однако эти требования напрямую увеличивают стоимость усилителей и линий связи, рассчитанных на работу в более высокочастотном диапазоне.

Экономические и технические аспекты модернизации сетей связи остаются актуальной темой для исследований. Понимание фундаментальных ограничений, таких как требования BORSCHT и увеличенная полоса пропускания, позволяет инженерам разрабатывать более эффективные и рентабельные решения. Дальнейшее развитие технологий, возможно, приведет к появлению новых методов кодирования и модуляции, снижающих остроту этих проблем. Тем не менее, на сегодняшний день эти факторы являются определяющими при проектировании и интеграции цифровых систем в существующую инфраструктуру.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Бигелоу С.Д., Карр Д.Д., Виндер С..

Источник: Энциклопедия телефонной электроники.

Данные публикации будут полезны студентам и специалистам в области телекоммуникаций и сетевых технологий, инженерам, изучающим принципы передачи данных, а также всем, кто интересуется историей и эволюцией модемной связи и базовыми сетевыми протоколами.