Принцип работы радиотелефона

Размещено на http://allbest.ru

Принцип работы радиотелефона

Введение

В целом, телефон -- это любое устройство, способное передавать звук на большое расстояние. Самые первые телефоны были механическими приборами с прямым акустическим каналом, т.е. их принцип действия основывался на распространении звуковых колебаний в сплошных средах (воздух и др.), в отличие от современных электрических приборов, использующих электромагнитные сигналы.

Согласно письму в «Peking Gazette», в 968 году китайский изобретатель Кунг-фу-винг создал thumtsein, который, вероятно, передавал звук через трубы. Разговоры через трубы используются и сегодня при передаче звука на небольшие расстояния между фиксированными точками (на судах, предприятиях и т. д.).

«Верёвочный телефон» также известен много веков. В нём две мембраны соединялись бечёвкой или проволокой.

Общее несовершенство акустических телефонов в том, что через относительно небольшое расстояние (примерно десять километров) звуковые колебания сильно затухают, в результате чего передача сигнала неэлектрическим путём на большие расстояния без промежуточных пунктов невозможна. Кроме того, даже в случае прихода сигналов на пункт назначения, они долетели бы через значительное время: скорость распространения звука в воздухе около 340 м/с, в стали около 5 км/с, тогда как скорость распространения электрических сигналов по проводам близка к скорости света (т.е. примерно в 60 000 -- 900 000 раз превышает скорость звука)

До изобретения телеграфов (оптического и электрического) и телефона для передачи сообщений на большие расстояния использовались примитивнейшие методы, вроде свиста, гонга или барабанного боя. Выстрел же из винтовки слышен на расстоянии примерно десяти километров -- на слышимость сильно влияет качество пороха, используемое оружие, калибр, сила, скорость и направление ветра, длина ствола, а также наличие поблизости посторонних достаточно громких шумов и наличие на оружии глушителя. Однако все эти устройства были несовершенны из-за рассеивания звука с расстоянием -- чтобы передать сигнал на большие, приходилось делать промежуточные пункты, на которых другие подаватели сигналов, услышав сигнал другого, передавали его, в свою очередь, дальше. Частично эту проблему решала передача сигналов через воду или металл, в которых звук распространяется с большей скоростью и затухает несколько позже. Изобретению устройства, которое для передачи и приёма звука использовало бы свойства электричества -- того телефона, который сейчас и используется -- предшествовало появление электрического телеграфа и его успешное применение в течение первой половины XIX века. Ещё одним пунктом на пути к созданию телефона стало изобретение Мартенвиллем в 1860 году прибора, названного им «фоноавтографом», который записывал звуки на покрытой сажей бумаге, намотанной на цилиндр, правда, не умел их воспроизводить. Записи Мартенвиля были воспроизведены лишь в 2008 году с помощью компьютера, причём выяснилось, что Мартенвилль записывал звук на разных скоростях. Первый же аппарат, способный воспроизводить звукозапись, был изобретён Эдисоном в 1877 году[1]

Радиотелефоны представляют собой систему, состоящую из базы, к которой подключаются аналоговые или цифровые абонентские линии от АТС, и одной или нескольких беспроводных трубок, которые могут как связываться между собой, так и звонить по внешним линиям. Работают на разных частотах. Раньше выпускались только аналоговые аппараты с несущей частотой несколько десятков Мегагерц. Эти аппараты были подвержены помехам и иногда в своей трубке можно было слышать разговоры по такому же телефону из соседней квартиры. Такие телефоны, в основном, были оснащены только одной трубкой.

Затем в продаже появились телефоны с несущей частотой 900 МГц и цифровым кодированием сигнала. В этих приборах качество звука лучше, увеличена дальность надёжной работы и исключено случайное подслушивание вашего разговора соседями. Следующим шагом были телефоны с несущей частотой 2.4 ГГц. Эти аппараты иногда делали с несколькими трубками, увеличена дальность связи и качество звука.

В последнее время в продаже появились телефоны с несущей частотой 5.8 ГГц, имеющие дальность связи иногда достаточную, чтобы работать в пределах квартала с хорошим качеством звука. Эти телефоны часто позволяют подключать несколько трубок и обычно могут работать без взаимных помех в квартирах, оборудованных другими беспроводными устройствами (например, с беспроводным интернетом). Данные несущих частот работы телефонов приведены для телефонов, продающихся в США и Канаде.

В современных радиотелефонах наиболее популярным является использование протокола DECT (англ. Digital Enhanced Cordless Telecommunication) -- технологии беспроводной связи на частотах 1880--1900 МГц с модуляцией GMSK (BT = 0,5). Радиус действия 50--300 метров. Стандарт DECT не только получил широчайшее распространение в Европе, но и является наиболее популярным стандартом беспроводного телефона в мире, благодаря простоте развёртывания DECT-сетей, широкому спектру пользовательских услуг и высокому качеству связи.[2]

1.Устройство бесшнурового телефонного аппарата

Термин «бесшнуровой телефон» закрепился за аппаратами, осуществляющими связь между абонентами по радио - каналу и телефонным линиям связи через АТС. Бесшнуровые телефонные аппараты (БШТ) образуют класс маломощных приёмо-передатчиков, основным назначением которых на первом этапе была замена шнура телефонной трубки беспроводной радиолинией для обеспечения мобильности абонента. Принцип работы, сетей маломощных радиотелефонов с учетом микросотовой концепции их построения аналогичен мобильной связи абонентов сотовых сетей, а наметившаяся тенденция интеграции сетей бесшнуровых индивидуальных телефонов с сотовыми сетями подвижной связи и пейджинговыми системами ставить эти аппараты на одно из первых мест по предоставляемым услугам в сочетании явной дешевизной. Зона действия 100-300 м в зависимости от местных условий. Для бытовых применений такой зоны вполне достаточно.

В простейшем варианте - бесшнуровой телефонный аппарат, это устройство, состоящее из носимой микротелефонной трубки (НМТ) и стационарного блока (СБ), подключенного к абонентской линии телефонной сети общего пользования. Связь между этими блоками осуществляется по радиоканалу, с использованием амплитудной (АМ) или частотной (ЧМ) модуляцией. Таким образом, бесшнуровой телефон - это объединенные в одном устройстве радиостанция и электронный телефон.

В СБ (рис.6) установлены все функциональные узлы, осуществляющие взаимодействие с телефонной линией, своя система управления и полноценная УКВ-радиостанция. Схема управления включает такие устройства, как детектор вызова, звонок, реле захвата линии, полную DTMF-клавиатуру или только тональный генератор. Источником питания для СБ служит обычная электрическая сеть. В состав СБ входит также зарядное устройство для аккумуляторов, приемопередатчик, DTMF-клавиатура, микрофон и телефонный капсюль. И в СБ, и в НМТ установлены отдельные независимые управляющие микропроцессоры.

Для того, чтобы бесшнуровой телефон мог работать в дуплексном режиме (т.е. чтобы по нему можно было говорить и слушать одновременно), прием и передача ведутся так, что сигналы от стационарного блока к НМТ передаются на одной частоте, а от НМТ к СБ - на другой. Две частоты должны быть подобраны весьма тщательно, чтобы гарантировать при дуплексной работе отсутствие взаимных помех между передаваемым и принимаемым сигналами. Упрощенная структурная схема стационарного блока показана на рис. 6.

Рис. 6. Упрощенная структурная схема стационарного блока

В СБ входит 4 группы функциональных узлов: приемник, передатчик, интерфейс телефонной линии (разговорная схема) и схема управления (МП). Источник питания СБ и зарядное устройство представляют собой отдельный функциональный узел. Сигналы, передаваемые НМТ, принимаются антенной и поступают на усилитель радиочастоты, в котором происходит их предварительное усиление. Радиосигналы содержат: несущую, спектральные компоненты речевого сигнала и сигналы управления, которые координируют совместную работу СБ и НМТ. Когда вы нажимаете кнопку «Разговор» на НМТ, на СБ посылается соответствующий управляющий сигнал, приняв который, микропроцессор в СБ вырабатывает команду включения реле захвата линии, контакты которого в данном случае эквивалентны рычажному переключателю. После включения реле захвата СБ начинает передавать на НМТ сигнал готовности от местной телефонной станции, и вы можете его слышать.

Структурная схема НМТ (рис.7) содержит те же основные группы функциональных узлов, что и структурная схема СБ. В большинстве НМТ устанавливается наборная клавиатура, подключаемая непосредственно к микропроцессору. При наборе номера МП вырабатывает управляющие сигналы, которые передаются на СБ, преобразуются в соответствующие DTMF- сигналы и поступают в телефонную линию. Передаваемый стационарным блоком РЧ-сигнал содержит те же составляющие, что и обратный сигнал НМТ, и его преобразование в НМТ происходит точно также, как и в СБ. Единственное отличие заключается в том, что выделенный речевой сигнал поступает не на разговорную схему, а на телефонный капсюль или небольшой громкоговоритель. Передача сигнала осуществляется НМТ тем же способом, который использован в СБ, только в качестве источника сигнала выступает обычно электретный или электродинамический микрофон.

Рис. 7. Упрощенная структурная схема переносного блока

2. Функциональные возможности БШТ

Бурное развитие бесшнуровой телефонии привело к созданию новых, более совершенных телефонных аппаратов. В отличие от ранних моделей БШТ, схемы которых строились на распределенных элементах и микросхемах низкой и средней степени интеграции, современные БШТ строятся на элементной базе повышенной степени интеграции с использованием многофункциональных микросхем и микропроцессоров .

Радиус действия современных БШТ в условиях прямой видимости увеличился до нескольких километров. Существенно улучшилось качество звука, повысилась помехоустойчивость. Это стало возможным не только благодаря повышенной чувствительности приемника, но и благодаря применению различных систем шумоподавления. Радиоприемные тракты строятся по схеме с двойным преобразованием частоты, а для управления настройкой радиотракта на необходимый канал используются микросхемы синтезаторов частот с ФАПЧ.

Современный БШТ сканирует все предоставленные ему каналы связи и автоматически настраивается на свободный канал с меньшим уровнем помех. Если в течение разговора вы почувствовали помехи, то после нажатия одной кнопки БШТ автоматически перестраивается на канал с лучшей слышимостью.

Во многих БШТ имеется встроенная система пейджинга, которая может быть односторонней или двусторонней. Обычно совместно с функцией пейджинга имеется функция «интерком». Она дает возможность использовать НМТ и СБ для двухсторонней внутренней связи: можно с базы разговаривать с обладателем переносной трубки и наоборот.

Применение в БШТ МП позволило решить проблему повышения степени защиты от несанкционированного доступа к телефонной линии. При этом БШТ снабжаются системой кодирования соответствия НМТ и стационарного блока (ID - код идентификации). Когда трубка кладется на СБ они вместе выбирают один из многих ID- кодов, и в дальнейшем связь возможна только между носителями одного пароля. Число телефонных ID- кодов в современных БШТ от нескольких десятков до миллиона.

Очень удобно наличие в некоторых БШТ функции «спикерфон» - громкоговорящая связь с линией через стационарный блок с использованием встроенных в аппарат микрофона и динамика. Включив спикерфон, можно также набирать номер не снимая телефонной трубки.

Некоторые БШТ имеют два наборных поля: на СБ и на НМТ. Это позволяет делать звонки в отсутствие переносной трубки. Получается как бы два параллельных телефона с возможностями внутренней связи между хозяином трубки и человеком, находящимся у стационарного блока.

Так как связь между СБ и НМТ осуществляется по открытому радиоканалу УКВ- диапазона, перехватить такой сигнал с помощью специального приемника не составляет труда. Поэтому в некоторых моделях БШТ при передаче радиосигналов между трубкой и СБ происходит их шифровка. Одними из наиболее совершенных являются бесшнуровые аппараты, в которых реализован цифровой способ обработки, кодирования и передачи разговора между СБ и НМТ. Качество цифровой связи значительно выше, чем аналоговой, а надежность цифрового кодирования не вызывает сомнений.

Применение специализированных контроллеров позволило использовать в некоторых БШТ жидкокристаллические индикаторы. На них могут отображаться набираемый номер, продолжительность разговора, степень разряженности аккумулятора, режим работы, выход из зоны уверенного приема и др.

Расширенные возможности разговорного тракта:

- “Регулировка громкости” речи в телефонной трубке. Пользователь может регулировать громкость звучания голоса абонента по своему усмотрению. Регулировка может быть плавной или ступенчатой.

- “Прослушивание линии”. Эта цепь используется для усиления сигнала, чтобы его могли слышать одновременно несколько человек через громкоговоритель. Здесь проблемой является “микрофонный эффект” в цепи “микрофон трубки - громкоговоритель” и питание периферии от телефонной линии (питание для громкоговорителя). Микрофон на корпусе ТА не используется, либо отсутствует.

- “Свободные руки” при разговоре, то есть полный громкоговорящий режим. Используя эту цепь, абонент может перевести беседу через телефонную трубку (“тихий разговор”) на дополнительный микрофон и громкоговоритель для проведения телефонных конференций. Здесь проблему составляет микрофонный эффект цепи дополнительного микрофона и громкоговорителя. Имеются проблемы и с организацией питания. Микрофонный эффект существенно ослабляется использованием голосового переключателя или дуплексного контроллера. Эти контроллеры определяют, передающую или приемную цепь включить в линию. При этом также нежелательно вести разговор одновременно с посторонним собеседником.

Расширенные возможности по набору номера

- “Повтор”. Последний набранный телефонный номер автоматически заносится в буфер памяти. При этом стирается предшествующий ему и записанный в память телефонный номер. Повторный набор выполняется одним нажатием клавиши “Повтор”. Применяется, когда вызываемый абонент не берет трубку или временно занят.

- “Расширенный повтор”. Телефонные номера долгое время хранятся в отдельном устройстве памяти. Они не стираются при наборе новых номеров. Для занесения телефонных номеров в такое устройство памяти имеется специальная кнопка. Дозвон из памяти организуется нажатием специальной кнопки и кнопки номера ячейки памяти.

- “Маскирующий тон”. Тихие тона звучат в трубке, сообщая, что нажимаются кнопки номеронабирателя.

- “Экстренный звонок”. Позволяет проводить прямой набор номера по “горячей линии”, - например 01, 02, 03 и т.д. Предварительно эти номера необходимо ввести в соответствующий раздел памяти.

- “ Блокнот для заметок”. Позволяет занести в память телефонный номер, если он был сообщен во время ведения телефонного разговора.

После окончания разговора и снятия трубки этот номер может быть набран автоматически, если нажимается соответствующая кнопка.

- “Каталог постоянных абонентов”. Это устройство содержит каталог абонентов, с которыми наиболее часто устанавливаются соединения. При использовании в ТА стандартной клавиатуры их число не превышает 10.

- “Цепной набор”. Это набор нескольких групп цифр подряд, хранимых в различных ячейках памяти. Такой набор удобен при наборе длинных, сложных абонентских номеров. В одной ячейке памяти может храниться международный код страны и города, а в нескольких других - номер абонента из этой страны или города, с которыми абонент часто разговаривает.

- «Преддозвон при работе с мини - АТС». Используется, если ТА подключен к собственной мини - АТС. Чтобы с такого ТА установить соединение с абонентом местной городской телефонной сети, необходимо набрать одну или несколько цифр. После этого будет услышан сигнал готовности городской АТС, и лишь затем можно набирать необходимый городской (или междугородный) номер абонента. Чтобы избежать постоянного набора одного и того же кода «выхода в город», введен режим «преддозвона».

- «Набор номера без снятия трубки». В этом режиме абонент производит набор номера не снимая трубки. Для прослушивания линии используется встроенный громкоговоритель. Абонент снимает трубку после ответа вызываемого абонента.

- «Комбинированный набор номера». В соответствии с существующими двумя методами набора абонентского номера (импульсным и тональным) на телефонных сетях разных стран находятся в эксплуатации АТС, принимающие набранный номер абонента тем или иным способом. По экономическим соображениям телефонные компании применяют ТА, имеющие оба способа набора номера. Эти ТА могут использоваться для комбинированного набора номера. Первая часть телефонного номера должна быть набрана импульсным способом, вторая часть номера (обычно при установлении соединения на большие расстояния) тональным способом.

Кроме того, такие ТА можно использовать для работы с оборудованием, которое требует низкоскоростную передачу данных (банковские операции из дома, проверка кредитных карточек, дистанционное управление).[3]

Заключение

телефонный аппарат бесшнуровой

Современные радиотелефоны работают на частотах 1880-1900 МГц (стандарт DECT). Ранее были распространены беспроводные телефонные аппараты, работающие на частотах 39-40 МГц, 900 МГц, 2400 МГц. Радиус действия (в стандарте DECT) составляет примерно 50-300 метров, где наибольшее число определяется зоной прямой видимости.

Стандарт DECT описывает взаимодействие базовой станции с мобильными терминалами (аппаратами) при этом может обеспечиваться как передача голоса, так и данных. Диапазон радиочастот, используемых для приёма/передачи -- 1880-1900 МГц в Европе, 1920-1930 МГц в США. Рабочий диапазон (20 МГц) разделён на 10 радиоканалов, каждый по 1728 КГц. Обмен информацией производится кадрами; с помощью временного разделения в каждом кадре создаются 24 временных слота; 24 слота обеспечивают 12 дуплексных каналов для приёма/передачи голоса. При установлении соединения для разговора используются 2 из 24 временных слота в каждом кадре: один для передачи голоса, другой для приёма. Максимальная мощность станции и телефонных трубок в соответствии со стандартом -- 10 мВт.

DECT относится к системам пакетной радиосвязи с частотно-временным разделением каналов. Информацию передают по радиоканалу в виде пакетов, организованных в кадры. Каждый кадр длительностью 10 мс разделен на 24 временных интервала (ВИ), причем первые 12 ВИ (0-11) служат для передачи пакетов в направлении ФЧ-ПЧ, а следующие 12 ВИ (12-23) для передачи пакетов в обратном направлении ПЧ-ФЧ. Дуплексные каналы связи образуют последовательности из двух пакетов одного кадра с интервалом между ними в 12 ВИ. Передачу и прием информации в DECT ведут на одной частоте (дуплекс с временным разделением каналов.) 16 кадров DECT объединяют в мультикадр. Все кадры DECT пронумерованы, номера кадров используют при шифрации сообщений и передают по вещающему каналу Q. Передача соединения мобильного абонента от одной базовой радиостанции к другой во время разговора абсолютно незаметна для абонента (режим handover)Существует дополнительное расширение стандарта DECT -- стандарт Gap (Generic Access Protocol), принятое летом 1996 г., означающее совместимость радиотелефона с оборудованием других производителей, имеющим тот же стандарт DECT/Gap. Например, с теми телефонными аппаратами, которые поддерживают стандарт DECT/Gap, можно использовать трубки от любой другой модели, поддерживающей этот стандарт. Специфика этого стандарта в том, что при взаимодействии трубок разных производителей некоторые функции могут быть неактивными.

Сейчас в продаже появились телефонные аппараты с несущей частотой 5.8 ГГц, имеющие дальность связи иногда достаточную, чтобы работать в пределах квартала с хорошим качеством звука. Эти телефонные аппараты часто позволяют подключать несколько трубок и обычно могут работать без взаимных помех в квартирах, оборудованных другими беспроводными устройствами (например, с беспроводным интернетом). Данные несущих частот работы телефонных аппаратов приведены для телефонных аппаратов, продающихся в США.[2]

Размещено на Allbest.ru