Przegląd POTS

Zakres usługi POTS

POTS, czyli Plain Old Telephone Service, jest analogowym dostępem do publicznej komutowanej sieci telefonicznej. Zgodnie z ITU-T Q.551 interfejs Z w centrali przenosi mowę, analogowe dane w paśmie głosowym oraz sygnały wieloczęstotliwościowe z klawiatury. Zapewnia również zasilanie DC, sygnalizację DC, wywołanie i pomiar opłat, jeśli przewiduje to dana sieć. Po stronie abonenta funkcje te korzystają z jednej linii dwużyłowej.

ITU-T Q.552 określa charakterystyki interfejsu w paśmie głosowym od około $300\ \text{Hz}$ do $3400\ \text{Hz}$. Takie ograniczenie zmniejsza wymaganą szerokość kanału i zachowuje zrozumiałość mowy. Jakość pozostaje niższa niż przy transmisji dźwięku pełnopasmowego.

Lokalna pętla abonencka

Lokalna pętla abonencka jest najczęściej wykonana jako skręcona para miedziana. Ta sama para przewodzi składową stałą zasilania, sygnał rozmówny w obu kierunkach oraz napięcie przemienne używane do wywołania aparatu. ETSI TS 102 080 opisuje lokalną linię jako zestaw połączonych odcinków kabla o różnych średnicach żył, z połączeniami i możliwymi odgałęzieniami.

Transmisja dwuprzewodowa wykorzystuje wspólny tor nadawczy i odbiorczy. W centrali układ hybrydowy rozdziela go na kierunki czteroprzewodowe używane w dalszej części sieci. Niedokładne dopasowanie impedancji hybrydy i linii powoduje przesłuch własny lub echo.

Zasilanie i wykrywanie stanu aparatu

Aparat analogowy może być zasilany z centrali bez lokalnego zasilacza. W wielu systemach stosuje się napięcie źródłowe o wartości nominalnej około $48\ \text{V DC}$. Wartość mierzona na zaciskach zależy od wyposażenia, długości pętli i aktualnego stanu aparatu.

• W stanie on-hook obwód prądu stałego jest otwarty. Centrala interpretuje linię jako wolną.
• Podniesienie słuchawki zamyka obwód i powoduje przepływ prądu pętli. Stan off-hook jest żądaniem obsługi albo odpowiedzią na wywołanie.
• Wywołanie wykorzystuje napięcie przemienne o niskiej częstotliwości. Dla detekcji przez urządzenia europejskie ETSI EN 300 001 podaje zakres 32 do 75 V AC przy 23 do 28 Hz oraz składową 0 do 85 V DC. W planach krajowych występują także warianty 25 Hz i 50 Hz, więc napięcie i kadencja zależą od sieci.

Funkcje wyposażenia abonenckiego centrali

BORSCHT jest mnemotechnicznym skrótem funkcji karty liniowej. ITU-T Q.551 opisuje odpowiadający mu interfejs Z jako port dwuprzewodowy dla mowy, danych w paśmie głosowym, sygnałów wieloczęstotliwościowych, zasilania DC, sygnalizacji DC, wywołania i pomiaru opłat, jeśli są stosowane.

• Battery feed oznacza zasilanie pętli.
• Overvoltage protection chroni wyposażenie przed przepięciami.
• Ringing odpowiada za dołączenie sygnału wywołania.
• Supervision wykrywa przepływ prądu i zmiany stanu linii.
• Coding obejmuje konwersję analogowo-cyfrową i cyfrowo-analogową realizowaną przez kodek.
• Hybrid rozdziela kierunki transmisji.
• Testing umożliwia pomiar linii i lokalizowanie uszkodzeń.

Parametry wpływające na zasięg i jakość

Rezystancja pętli rośnie wraz z długością przewodów i maleje wraz ze wzrostem średnicy żył. Zbyt duża wartość ogranicza prąd off-hook i może uniemożliwić poprawne wykrycie stanu aparatu. Pojemność rozłożona linii zwiększa tłumienie wyższych częstotliwości, natomiast niesymetria pary pogarsza odporność na zakłócenia wspólne.

Na jakość wpływają również rezystancja izolacji, przerwy i zwarcia żył, kontakt z ziemią, przesłuchy z sąsiednich par oraz napięcia obce. Ocena linii wymaga zestawu pomiarów. Pojedynczy próg rezystancji nie opisuje wszystkich przewodów, aparatów i kart liniowych stosowanych w różnych sieciach.

Ograniczenia i zastosowania

Klasyczna sieć rezerwuje tor komutowany przez czas rozmowy. Rozwiązanie zapewnia przewidywalne opóźnienie i prostą obsługę aparatu. Zasoby pozostają zajęte także podczas ciszy. Wąskie pasmo ogranicza jakość dźwięku i szybkość modemowej transmisji danych.

Zasilanie z centrali może działać podczas zaniku energii u abonenta, jeżeli sieć operatora ma własne podtrzymanie. Szczegółowy przebieg żądania obsługi, wybierania numeru, wywołania i rozłączenia należy do sygnalizacji analogowej i jest opisany w osobnym artykule.

Miejsce sygnalizacji w usłudze POTS

Usługa POTS wymaga rozpoznania stanu aparatu, odebrania numeru i przekazania użytkownikowi informacji o wyniku zestawiania. Poniższy schemat porządkuje zależności między aparatem, lokalną pętlą i centralą. Nie określa parametrów czasowych konkretnego systemu komutacyjnego.

Numer może być przekazany impulsami prądu pętli albo parami tonów DTMF. Macierz częstotliwości pozwala odróżnić cyfry na podstawie jednego tonu z grupy niskiej i jednego z grupy wysokiej.

Schematy przedstawiają funkcje wchodzące w skład POTS. Szczegóły wykrywania on-hook i off-hook, wartości częstotliwości DTMF oraz rozłączenie połączenia są rozwinięte w artykule poświęconym sygnalizacji analogowej.

Przetwarzanie sygnału w centrali cyfrowej

Analogowy charakter pętli abonenckiej nie oznacza, że cały tor połączenia pozostaje analogowy. Kodek karty liniowej filtruje sygnał, próbkuje go z częstotliwością $8\ \text{kHz}$ i koduje każdą próbkę za pomocą jednego z praw kompresji zdefiniowanych w ITU-T G.711. W europejskich systemach PCM stosuje się zwykle prawo A.

Otrzymany kanał $64\ \text{kbit/s}$ może być przełączany i multipleksowany w cyfrowej części sieci. Po stronie odbiorczej kodek odtwarza sygnał analogowy i podaje go na lokalną pętlę drugiego abonenta. Granica analogowa znajduje się zwykle na karcie liniowej. Dalsza droga między aparatami wykorzystuje kanał cyfrowy.

Diagnostyka lokalnej pętli

Pomiary wykonuje się względem obu żył oraz ziemi. Pozwala to odróżnić uszkodzenie samego przewodu od nieprawidłowego aparatu albo portu centrali.

Wynik należy porównać z wymaganiami konkretnej karty liniowej i dokumentacją operatora. Uniwersalna wartość graniczna nie uwzględnia różnych napięć zasilania, progów detekcji i średnic przewodów.