1. Теоретическое введение
Традиционные телефонные сети сокращенно называют ТфОП (телефония общего пользования). Обычная телефонная сеть обеспечивает пропускание голосового сигнала между абонентами с диапазоном частот до 3,1 кГц, что является вполне точным для нормального разговора. Для связи с абонентами используют двухпроводные линии, по которой сигналы обоих абонентов во время разговора идут одновременно во встречных направлениях. Телефонное оборудование имеет специальные средства разделения сигналов и эхоподавления (echo cancellation), которые препятствуют прослушиванию абонентом сигнала от собственного микрофона. Кроме передачи звукового сигнала, телефонная сеть поддерживает определенную систему сигнализации, обеспечивающую, по крайней мере, элементарные функции - определение снятия трубки абонентом, отработку набора номера, коммутацию, вызов, установление соединения по ответу абонента ( собственно разговор), разъединение.
Упрощенная схема стандартной нагрузки линии - телефонного аппарата - приведена на рис. 1.
В состоянии покоя (idle) аппаратура АТС посылает в линию напряжение постоянного тока 60 В через ограничительные резисторы с суммарным сопротивлением 700-1500 Ом и следит за током в линии. При опущенной трубе (on-hook) КТ переключается и переключает через конденсатор вызывное устройство (Зв), при этом телефон не нагружает линию по постоянному току. Для вызова абонента АТС посылает серию импульсов амплитудой около 120 В с частотой 25 Гц. Эти импульсы через конденсатор проходят в обмотку звонка и вызывают колебание молоточка. При снятой трубке (off-hook) к линии подключается разговорный узел , его сопротивление постоянному току около 150-600 Ом. Разговорный узел содержит микрофон, телефон и схему подавления прослушивания сигнала собственного микрофона. Для предотвращения травм органов слуха предусмотрен ограничитель напряжения звукового сигнала. Подключение разговорного узла приводит к протеканию постоянного тока в линии, что позволяет станции фиксировать факт снятия трубки. По снятии трубки станция посылает непрерывный тональный сигнал ответа (425 Гц) и готовится принять сигнал набора номера. В это время (а также во время разговора после установления соединения) на нагрузке телефона падает напряжение 5-15 В постоянного тока, и на фоне этого уровня переменная составляющая (звуковой сигнал разговора) имеет амплитуду порядка десятков-сотен милливольт. Отбой (вешание трубки, on-hook) сигнализируется разрывом цепи для постоянного тока. При наборе номера (трубка снята) разговорный узел отключается контактом КН-2 замыкается, во время обратного хода он n раз размыкается (по одному разрыву на единицу набираемой, 0-10 разрывов). После окончания набора цифры контакт КН-1 снова подключают разговорный узел. Длительность (60 мс) и частота (10+-1 имп/с) разрывов стандартизированы и рассчитаны на время срабатывания шаговых искателей. Импульсный набор ради обеспечения совместимости со всеми телефонами поддерживается всеми АТС. О результате коммутации станция сигнализирует короткими гудками “занято” (busy) - тональный сигнал 425 Гц, длительностью посылки и паузы 0,35 с или длинными гудками (1 с посылка, 3 с пауза), синхронными (как правило) с сигналами, вызывающими абонентами.
При тональном наборе (tone dialing) каждая цифра кодируется парой из восьми тональных частот звукового диапазона, передаваемых телефоном в линию. Допустимы 16 комбинаций, которые позволяют кодировать 10 цифр и дополнительные символы (кнопки #,*) для получения дополнительного сервиса от АТС. Тональный набор выполняется гораздо быстрее (один символ передается за 40 мс) и надежнее, но поддерживается еще не всеми АТС. Возможность тонального набора имеют большинство моделей “кнопочных” телефонов, но для совместимости со старыми АТС они позволяют переключаться и на импульсный. Тональный набор позволяет вводить и дополнительные цифры для выбора одного из абонентов мини-АТС, подключенной к обычной телефонной линии. Дополнительные цифры набираются вызывающим абонентом после установления соединения с мини-АТС по обычному номеру, после специального приглашения автоответчика мини-АТС.
Современные кнопочные телефоны обрабатывают телефонную сигнализацию по вышеописанной схеме. Коммутирующими элементами у них могут быть электронные ключи или малогабаритные реле (их щелчки на модемах хорошо слышны при работе), вместо электромагнитного звонка применяют электронный генератор сигналов, традиционный угольный микрофон заменяется электретным с усилителем. Схемотехнически они могут заметно отличаться от вышеприведенной схемы, но всяко должны обеспечивать сопротивление постоянному току при повешенной трубке (и в момент прерывания при наборе номера) не менее 250 кОм, во время набора номера (в фазе замыкания) - не более 50 ом.
Параметры сигналов зарубежных АТС и выпускаемых для них телефонов несколько отличаются от отечественных: номинальное напряжение 40 В, вызывные импульсы - до 90 В, уровень звукового сигнала при разговоре ниже. Из-за этих различий, например, абонент отечественного телефона хуже слышит абонента импортного телефона, а абоненту импортного телефона слышно лучше. Из-за слишком большой амплитуды вызывного напряжения (на некоторых АТС может достигать 200 В) аппараты могут выходить из строя. Защита линии от перенапряжения с помощью стабилитронов или варисторов в этом случае не позволит дозвониться до “защищенного” абонента : при большой амплитуде импульсов ток потечет через ограничитель и станция зафиксирует это как снятие трубки. Далее подается обычное напряжение (ниже ограничения), ток прекращается и станция фиксирует отбой. В линиях отечественных АТС рекомендуется использовать оборудование, специально адаптированное для нашей страны (и сертифицированное Министерством связи).
Выводы по главе 1: в данной главе были подробно описаны основные аспекты связанные с телефонными сетями, их параметрами, параметрами сигналов необходимые для работы телефонной линии, параметры телефонных аппаратов, была приведена простейшая функциональная схема телефонного аппарата, описаны основные функции, которыми должны обладать телефонные аппараты и устройства, подключаемые к телефонной линии. Выяснили, что использование зарубежных телефонных аппаратов в нашей телефонной сети приводит к снижению некоторых параметров и к ухудшению процесса передачи данных.
В следующих главах будет проведен анализ технического задания и выбрана элементная база.