Телефония ( / t ə ˈ l ɛ f ə n i / tə- LEF -ə-nee ) — область технологий, включающая разработку, применение и развертывание телекоммуникационных услуг с целью электронной передачи голоса, факса или данных между удаленными сторонами. История телефонии тесно связана с изобретением и развитием телефона .
Телефония обычно упоминается как создание или эксплуатация телефонов и телефонных систем, а также как система телекоммуникаций, в которой телефонное оборудование используется для передачи речи или другого звука между точками, с использованием проводов или без них. [1] Этот термин также часто используется для обозначения компьютерного оборудования , программного обеспечения и компьютерных сетевых систем, которые выполняют функции, традиционно выполняемые телефонным оборудованием. В этом контексте технология конкретно упоминается как интернет-телефония или передача голоса по интернет-протоколу (VoIP).
Первые телефоны были соединены напрямую парами. У каждого пользователя был отдельный телефон, подключенный к каждому месту, до которого нужно было дозвониться. Это быстро стало неудобным и неуправляемым, когда пользователи хотели общаться с большим количеством людей. Изобретение телефонной станции предоставило решение для установления телефонных соединений с любым другим телефоном, находящимся в эксплуатации в локальной области. Каждый телефон был подключен к станции сначала одним проводом, позже одной парой проводов, местной линией . Ближайшие станции в других зонах обслуживания были соединены магистральными линиями , и междугородная связь могла быть установлена путем ретрансляции звонков через несколько станций.
Первоначально коммутаторы телефонных станций управлялись вручную дежурным, обычно называемым « оператором коммутатора ». Когда клиент поворачивал ручку телефона, на панели перед оператором активировался индикатор, который в ответ подключал гарнитуру оператора к этому разъему и предлагал услугу. Звонящий должен был спросить вызываемого абонента по имени, позже по номеру, и оператор подключал один конец цепи к разъему вызываемого абонента, чтобы предупредить его. Если вызываемый абонент отвечал, оператор отключал гарнитуру и завершал цепь между станциями. Междугородние звонки совершались с помощью других операторов на других станциях в сети.
До 1970-х годов большинство телефонов были постоянно подключены к телефонной линии, установленной в помещениях клиентов. Позднее переход на установку гнезд, которые заканчивали внутреннюю проводку, позволил простую замену телефонных аппаратов телефонными штекерами и позволил переносить аппарат в несколько мест в помещениях, где были установлены гнезда. Внутренняя проводка ко всем гнездам была подключена в одном месте к отводу провода , который соединяет здание с кабелем. Кабели обычно доставляют большое количество отводных проводов со всей районной сети доступа к одному проводному центру или телефонной станции. Когда пользователь телефона хочет сделать телефонный звонок , оборудование на станции проверяет набранный телефонный номер и подключает эту телефонную линию к другой в том же проводном центре или к магистрали к удаленной станции. Большинство станций в мире соединены между собой через систему более крупных коммутационных систем, образуя телефонную сеть общего пользования (PSTN).
Во второй половине XX века факсимильная связь и передача данных стали важными вторичными приложениями сети, созданной для передачи голоса, а в конце столетия части сети были модернизированы с помощью ISDN и DSL для улучшения обработки такого трафика.
Сегодня телефония использует цифровую технологию ( цифровую телефонию ) для предоставления телефонных услуг и систем. Телефонные звонки могут предоставляться в цифровом виде, но могут быть ограничены случаями, когда последняя миля является цифровой или когда преобразование между цифровыми и аналоговыми сигналами происходит внутри телефона. Это достижение снизило затраты на связь и улучшило качество голосовых услуг. Первая реализация этого, ISDN , позволила быстро передавать все данные из конца в конец по телефонным линиям. [2] Эта услуга позже стала гораздо менее важной из-за возможности предоставлять цифровые услуги на основе набора интернет-протоколов . [3]
С момента появления персональных компьютеров в 1980-х годах интеграция компьютерной телефонии (CTI) постепенно предоставляла более сложные телефонные услуги, инициируемые и контролируемые компьютером, такие как совершение и прием голосовых, факсимильных и информационных вызовов с телефонными службами и идентификацией вызывающего абонента . Интеграция программного обеспечения телефонии и компьютерных систем является важным достижением в эволюции автоматизации офиса. Этот термин используется для описания компьютеризированных услуг колл-центров, таких как те, которые направляют ваш телефонный звонок в нужный отдел компании, в которую вы звоните. Он также иногда используется для возможности использовать ваш персональный компьютер для инициирования и управления телефонными звонками (в этом случае вы можете думать о своем компьютере как о вашем персональном колл-центре). [4]
Цифровая телефония — это использование цифровой электроники в работе и предоставлении телефонных систем и услуг. С конца 20-го века цифровая базовая сеть заменила традиционные аналоговые системы передачи и сигнализации, и большая часть сети доступа также была оцифрована.
Начиная с разработки транзисторной технологии, берущей начало в Bell Telephone Laboratories в 1947 году, и заканчивая усилительными и коммутационными схемами в 1950-х годах, телефонная сеть общего пользования (PSTN) постепенно перешла к твердотельной электронике и автоматизации . После разработки компьютерных электронных коммутационных систем , включающих технологии металл-оксид-полупроводник (МОП) и импульсно-кодовую модуляцию (ИКМ), PSTN постепенно эволюционировала в сторону оцифровки передачи сигналов и звука . Цифровая телефония с тех пор значительно улучшила пропускную способность, качество и стоимость сети. Оцифровка позволяет передавать широкополосный голос по тому же каналу с улучшенным качеством более широкого аналогового голосового канала.
Самые ранние сквозные аналоговые телефонные сети, которые были модифицированы и модернизированы до сетей передачи с системами несущих Digital Signal 1 (DS1/T1), датируются началом 1960-х годов. Они были разработаны для поддержки базового голосового канала 3 кГц путем выборки аналогового голосового сигнала с ограниченной полосой пропускания и кодирования с использованием импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Ранние фильтры кодеков ИКМ были реализованы как пассивные схемы фильтров резистор – конденсатор – индуктор , с аналого-цифровым преобразованием (для оцифровки голосов) и цифро-аналоговым преобразованием (для реконструкции голосов), выполняемым дискретными устройствами . Ранняя цифровая телефония была непрактичной из-за низкой производительности и высокой стоимости ранних фильтров кодеков ИКМ. [5] [6]
Практическая цифровая связь стала возможной благодаря изобретению полевого транзистора металл-оксид-полупроводник (MOSFET), [7] что привело к быстрому развитию и широкому внедрению цифровой телефонии PCM. [6] В 1957 году Фрош и Дерик смогли изготовить первые полевые транзисторы на основе диоксида кремния в Bell Labs, первые транзисторы, в которых сток и исток были смежными на поверхности. [8] Впоследствии группа продемонстрировала работающий MOSFET в Bell Labs в 1960 году. [9] [10] Технология MOS изначально была проигнорирована Bell, поскольку они не нашли ее практичной для аналоговых телефонных приложений, прежде чем она была коммерциализирована Fairchild и RCA для цифровой электроники, такой как компьютеры . [11] [6]
Технология MOS в конечном итоге стала практичной для телефонных приложений с интегральной схемой смешанного сигнала MOS , которая объединяет аналоговую и цифровую обработку сигналов на одном кристалле, разработанном бывшим инженером Bell Дэвидом А. Ходжесом с Полом Р. Греем в Калифорнийском университете в Беркли в начале 1970-х годов. [6] В 1974 году Ходжес и Грей работали с RE Suarez над разработкой технологии схемы коммутируемого конденсатора MOS (SC), которую они использовали для разработки микросхемы цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), используя конденсаторы MOS и переключатели MOSFET для преобразования данных. [6] Микросхемы аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и ЦАП MOS были коммерциализированы к 1974 году. [12]
Схемы MOS SC привели к разработке микросхем кодека-фильтра PCM в конце 1970-х годов. [6] [5] Микросхема кодека-фильтра PCM CMOS (комплементарная MOS) с кремниевым затвором , разработанная Ходжесом и WC Black в 1980 году, [6] с тех пор является отраслевым стандартом для цифровой телефонии. [6] [5] К 1990-м годам телекоммуникационные сети , такие как телефонная сеть общего пользования (PSTN), были в значительной степени оцифрованы с помощью сверхбольшой интеграции (VLSI) CMOS PCM кодеков-фильтров, широко используемых в электронных коммутационных системах для телефонных станций , частных телефонных станций (PBX) и систем телефонной связи (KTS); модемы на концах пользователя ; приложения для передачи данных , такие как цифровые носители шлейфа , мультиплексоры усиления пар , расширители телефонных шлейфов , терминалы цифровой сети с интеграцией услуг (ISDN), цифровые беспроводные телефоны и цифровые сотовые телефоны ; и такие приложения, как оборудование для распознавания речи , хранение голосовых данных , голосовая почта и цифровые безленточные автоответчики . [5] Пропускная способность цифровых телекоммуникационных сетей быстро увеличивается экспоненциально, как это наблюдается в законе Эдгольма , [13] в значительной степени обусловлено быстрым масштабированием и миниатюризацией технологии MOS. [14] [6]
Несжатый цифровой звук PCM с глубиной 8 бит и частотой дискретизации 8 кГц требует скорости передачи данных 64 кбит/с , что было непрактично для ранних цифровых телекоммуникационных сетей с ограниченной пропускной способностью сети . Решением этой проблемы стало линейное предсказательное кодирование (LPC), алгоритм сжатия данных кодирования речи , впервые предложенный Фумитадой Итакурой из Нагойского университета и Шузо Сайто из Nippon Telegraph and Telephone (NTT) в 1966 году. LPC был способен сжимать аудиоданные до 2,4 кбит/с, что привело к первым успешным разговорам в реальном времени по цифровым сетям в 1970-х годах. [15] С тех пор LPC стал наиболее широко используемым методом кодирования речи. [16] Другой метод сжатия аудиоданных , алгоритм дискретного косинусного преобразования (DCT), называемый модифицированным дискретным косинусным преобразованием (MDCT), широко применяется для кодирования речи в приложениях Voice-over-IP (VoIP) с конца 1990-х годов. [17]
Развитие методов передачи, таких как SONET и волоконно-оптическая передача, еще больше продвинуло цифровую передачу. Хотя существовали аналоговые системы передачи, которые мультиплексировали несколько аналоговых голосовых каналов в одну среду передачи, цифровая передача позволяла снизить стоимость и мультиплексировать больше каналов в среде передачи. Сегодня конечный прибор часто остается аналоговым, но аналоговые сигналы обычно преобразуются в цифровые сигналы в интерфейсе обслуживающей области (SAI), центральном офисе (CO) или другой точке агрегации. Цифровые кольцевые носители (DLC) и оптоволокно до x размещают цифровую сеть еще ближе к помещениям клиента, низводя аналоговый локальный контур до статуса устаревшего.
Область технологий, доступных для телефонии, расширилась с появлением новых коммуникационных технологий. Телефония теперь включает в себя технологии интернет-услуг и мобильной связи, включая видеоконференции.
Новые технологии, основанные на концепциях интернет-протокола (IP), часто называют отдельно телефонией с передачей голоса по IP (VoIP), также обычно называемой IP-телефонией или интернет-телефонией. В отличие от традиционной телефонной связи, услуги IP-телефонии относительно не регулируются правительством. В Соединенных Штатах Федеральная комиссия по связи (FCC) регулирует соединения телефон-телефон, но заявляет, что не планирует регулировать соединения между пользователем телефона и поставщиком услуг IP-телефонии. [18]
Специализация цифровой телефонии, IP-телефония, включает в себя применение цифровой сетевой технологии, которая была основой Интернета для создания, передачи и получения сеансов связи по компьютерным сетям . Интернет-телефония обычно известна как передача голоса по Интернет-протоколу (VoIP), что отражает принцип, но ее также называют многими другими терминами. VoIP оказалась разрушительной технологией , которая быстро заменяет традиционные технологии телефонной инфраструктуры. По состоянию на январь 2005 года до 10% телефонных абонентов в Японии и Южной Корее перешли на эту цифровую телефонную службу. В статье Newsweek за январь 2005 года говорилось, что Интернет-телефония может стать «следующим большим событием». [19] По состоянию на 2006 год многие компании VoIP предлагают услуги потребителям и предприятиям . [ требуется обновление ]
IP-телефония использует подключение к Интернету и аппаратные IP-телефоны , аналоговые телефонные адаптеры или программные компьютерные приложения для передачи разговоров, закодированных в виде пакетов данных . Помимо замены обычной телефонной службы (POTS), услуги IP-телефонии конкурируют с услугами мобильной связи , предлагая бесплатные или более дешевые соединения через точки доступа WiFi . VoIP также используется в частных сетях, которые могут иметь или не иметь подключение к глобальной телефонной сети.
Прямая коммуникация между людьми включает невербальные сигналы, выраженные в мимике и других телесных артикуляциях, которые не могут быть переданы в традиционной голосовой телефонии. Видеотелефония восстанавливает такие взаимодействия в разной степени. Теория социальных контекстных сигналов — это модель для измерения успешности различных типов коммуникации в поддержании невербальных сигналов, присутствующих во взаимодействиях лицом к лицу. Исследование изучает множество различных сигналов, таких как физический контекст, различные выражения лица, движения тела, тон голоса, прикосновения и запахи.
При использовании телефона теряются различные коммуникационные сигналы. Стороны общения не могут распознавать движения тела, у них отсутствуют осязание и обоняние. Хотя эта сниженная способность распознавать социальные сигналы хорошо известна, Визенфельд, Рагхурам и Гаруд отмечают, что этот тип коммуникации имеет ценность и эффективность для различных задач. [20] Они изучают рабочие места, на которых различные типы коммуникации, такие как телефон, более полезны, чем личное взаимодействие.
Расширение связи до мобильной телефонной связи создало другой фильтр социальных сигналов, чем стационарный телефон. Использование мгновенных сообщений, таких как текстовые сообщения , на мобильных телефонах создало чувство общности. [21] В «Социальном конструировании мобильной телефонии» предполагается, что каждый телефонный звонок и текстовое сообщение — это больше, чем попытка поговорить. Вместо этого это жест, который поддерживает социальную сеть между семьей и друзьями. Хотя через телефоны происходит потеря определенных социальных сигналов, мобильные телефоны приносят новые формы выражения различных сигналов, которые понимаются разной аудиторией. Новые языковые добавки пытаются компенсировать неотъемлемое отсутствие нефизического взаимодействия.
Другая социальная теория, поддерживаемая телефонией, — это теория зависимости от медиа. Эта теория приходит к выводу, что люди используют медиа или ресурс для достижения определенных целей. Эта теория утверждает, что существует связь между медиа, аудиторией и большой социальной системой. [22] Телефоны, в зависимости от человека, помогают достигать определенных целей, таких как доступ к информации, поддержание связи с другими, отправка быстрых сообщений, развлечения и т. д .
