История техники (телефония)
Ссылка на этот документ: www.donetsk.ukrtelecom.ua/ru/about/hist_tech/
Телефонная связь подобна воздуху:
когда она есть - ее не замечают,
когда ее нет - человек задыхается.
Валерий КАНДЫКИН
Потребность в передаче речи на большие расстояния возникла в глубокой древности. История сохранила свидетельства о таких системах, как цепочки глашатаев.
Днем рождения телефонной связи (передачи речи на значительные расстояния посредством электрических сигналов) считается 7 марта 1876 года. В этот день А.Г. Белл получил в Чикаго патент на первый, практически реализуемый телефонный аппарат, на который подал заявку 14 февраля 1876 г. Сегодня не существенно, что попытки создания телефона были предприняты еще до Белла, да и сам термин "телефон" появился ранее. Не существенно и то, что Белл на собственное техническое решение натолкнулся случайно, занимаясь проблемами тонального телеграфа. Существенно же то, что для развития общества необходимо было создать телефонную связь, а Белл первым предложил практический способ удовлетворения этой потребности человечества.
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 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.
Автоматизация ручного труда
Первые телефонные станции (ТС) были станциями с ручным обслуживанием (РТС). К 20-м годам XX столетия процесс совершенствования РТС был завершен. Абонентские емкости РТС достигли предельных для шнуровых коммутационных полей значений. Примером может служить центральная московская РТС, емкость, которой в 1916г. составляла 60 тыс. номеров. В 30-е годы РТС начали вытесняться автоматическими станциями. Заметим, что и в наши дни РТС еще эксплуатируются в некоторых сетях специального назначения.
Идея автоматизации процесса коммутации в телефонной станции, процесса трудоемкого и состоящего из многократно повторяющихся единообразных операций, возникла давно, еще в 1885 г. Первые автоматические ТС (АТС) появились в 1886-1887 годах. 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 К-100/2000; 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 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-вторьх (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 обслуживания (ДВО), предоставление абонентам новых экономичных услуг;
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 вероятностно-временным 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. Также заметим, что на этом этапе другие виды связи (телеграфная, документальная и факсимильная, передача данных) обслуживались специализированными сетями и только частично прибегали к услугам сетей телефонной связи вследствие высокой степени их распространения.
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.
Ручные коммутаторы начала прошлого века (а), 40-х годов ХХ века (б) и офисная АТС 2000 года.
При равной абонентской емкости отличаются во много десятков раз
по массо-габаритным показателям числу предоставляемых услуг
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 таблице 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.
Речь состоит из типовых звуков (фонем). Эти типовые звуки соответствуют буквам алфавита и некоторым буквосочетаниям, произносимым слитно (например, "ой", "ай" и т. д.). В русском языке насчитывается 41 фонема.
Каждому типовому звуку присущ свой спектр, в котором резко выделяются усиленные области частот, называемые формантами (F1, F2).
Форманты несут основную информацию о каждом звуке речи. Звуки речи различаются друг от друга числом формант, отношением их мощностей и расположением формант в частотном спектре.
Несмотря на то, что речь занимает значительную часть акустического диапазона (от 80 Гц до 12 кГц), в системах телефонной связи для передачи речи выбрана полоса F = 0,3-3,4 кГц. Объясняется это тем, что в указанной полосе частот сосредоточена большая часть формант всех типовых звуков речи.
Помимо частотного диапазона F, выделенного для передачи речи, в системах телефонной связи предусмотрен динамический диапазон (не более 50 дБ), обеспечивающий передачу звуков различной громкости.
Основные события в истории развития телефонной техники
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
