Интерфейс коммутируемой телефонной линии и телефонного аппарата

 

Коммутируемые линии (dial-up lines) являются наиболее распространенным внешним интерфейсом телефонной сети, к которому компьютер подключается с помощью модема. Эти линии являются аналоговыми, по одной двухпроводной линии передаются сигналы в обоих направлениях (прием и передача). Коммутируемые линии обеспечивают прохождение сигнала (речевого или данных через модем) в полосе частот шириной 3,1 кГц (300-3400 Гц), а также поддерживают сигнализацию, принятую для аналоговой телефонии. Коммутируемые линии позволяют устанавливать временные соединения с любыми абонентами телефонной сети в пределах возможностей, предоставляемых АТС, к которой произведено подключение. В качестве соединителей при подключении абонента в нашей стране широко используются 4-контактные разъемы, изображенные на рис. 10.4, а. Для некоторых специфических случаев применения эти разъемы могут иметь размыкатели и дополнительный конденсатор. Как правило, используется только одна пара контактов. Сейчас их вытесняют соединители международного стандарта RJ-11 — 6-позиционный модульный коннектор с четырьмя контактами, из которых задействуется только средняя пара (рис. 10.4, б).

 

Рис. 10.4. Розетки для телефонных линий: а — стандарт бывшего СЭВ, б — международный стандарт

 

 

ВНИМАНИЕ

Телефонные линии находятся под напряжением оборудования АТС. Все подключаемые к ним устройства должны иметь полную гальваническую развязку от схемной земли компьютера и иных устройств. Для развязки используют трансформаторы и оптроны. Изоляция должна выдерживать напряжение 1–1,5 кВ. Цепи, подключаемые к линии, должны иметь защиту от перенапряжений (особенно актуальную при подключении к воздушным телефонным линиям).

 

Упрощенная схема стандартной нагрузки линии — телефонного аппарата — приведена на рис. 10.5. 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 трубке (on-hook) КТ переключается и подключает 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 колебания молоточка. При снятой трубке (off-hook) к линии подключается разговорный узел (это положение показано на рисунке), 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. При снятии трубки станция посылает непрерывный тональный сигнал ответа (425 Гц) и готовится принять сигналы набора номера. В это время (а также во время разговора после установления соединения) на нагрузке телефона падение напряжения составляет около 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. На данной схеме показаны цепи импульсного набора номера (pulse dialing). При наборе номера (трубка снята) разговорный узел отключается контактом КН-1. Во время «взвода» диска контакт КН-2 замыкается, во время обратного хода он n раз размыкается (по одному разрыву на единицу набираемой цифры, 0–10 разрывов). После окончания набора цифры контакты КН-1 снова подключают разговорный узел. Длительность (60 мс) и частота (10±1 имп/с) разрывов стандартизованы и рассчитаны на время срабатывания шаговых искателей «древних» станций. Импульсный набор ради совместимости со старыми телефонами поддерживается всеми АТС. О результате коммутации станция сигнализирует короткими гудками «занято» (busy) — тональный сигнал 425 Гц, длительность посылки и паузы 0,35 с или длинными гудками (1 с посылка, 3 с пауза), синхронными не всегда с сигналами, вызывающими абонента. Временная диаграмма сигналов на внешних контактах телефонного аппарата в разных стадиях показана на рис. 10.6.

 

Рис. 10.5. Упрощенная схема телефонного аппарата (трубка снята)

 

Рис. 10.6. Временная диаграмма работы телефонного аппарата с импульсным набором

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 дополнительных услуг 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 на импульсный набор. 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.

Для блокированных (спаренных) телефонов одна двухпроводная линия от АТС обслуживает двух абонентов с разными номерами поочередно. Для разделения линий используется пассивное устройство -блокиратор — два однополупериодных выпрямителя сигнала с линии от АТС. Здесь АТС задействует положительную полярность сигнала для работы с абонентом 1 и отрицательную — для работы с абонентом 2. Когда приходит внешний вызов, его сигнал станция посылает в полярности, соответствующей вызываемому абоненту. Для опроса состояния (поднята/опущена трубка) АТС чередует полярность опрашивающего напряжения с низкой частотой (этот рокот можно услышать, если в момент плавного снятия трубки контакты включения трубки сработают раньше, чем замыкающие контакты нагрузочного резистора). Как только обнаружена снятая трубка у одного из абонентов, станция останавливает чередование опроса на «его» полярности и работает вышеописанная сигнализация. Для спаривания телефонов применяют и частотное разделение: для одного из абонентов сигнал передается на высокой частоте (с модуляцией). Блокирование (спаривание) телефонов позволяет экономить физические линии, но имеет ряд очевидных неудобств: абоненты могут пользоваться телефонами лишь поочередно, «захватывая» линию на время до «отбоя». Для внешних звонков к абоненту линия представляется занятой как во время его разговора, так и во время разговора соседа. Сблокированные линии «не любят» некоторые модели модемов.

Для автоматического определения номера (АОН) вызывающего абонента имеется специальная система сигнализации, поддерживаемая большинством отечественных АТС. Ее работу иллюстрирует диаграмма, показанная на рис. 10.7. Когда телефон с АОН получает вызывной сигнал, он до подключения разговорного узла включает цепь, на которой падает напряжение около 24 В, и через 250–275 мс в линию посылает тональный сигнал «запрос». Этот сигнал должен иметь частоту 500 Гц и длительность 100 мс. В ответ на этот сигнал АТС передает несколько раз повторяющийся пакет из десяти двухчастотных посылок, в котором сообщается категория и 7-значный номер вызывающего абонента. Каждая посылка продолжается 40 мс и содержит две из шести возможных тональных частот (700, 900, 1100, 1300, 1500 и 1700 Гц). Таким образом кодируются цифры 0–9 и служебные символы «начало» и «повтор». Символ «начало» обрамляет пакет, символ «повтор» используется, если последующая цифра повторяет предыдущую (чтобы облегчить выделение посылок). После приема ответа АОН может имитировать (для вызывающего абонента) длинные гудки, в это время вызываемый абонент может решить, снимать трубку или нет, включить автоответчик и т. п. На время разговора (или работы автоответчика) включается РУ с обычным сопротивлением, и напряжение падает до 5-15 В. Отбой выполняется обычным образом. Для зарубежных АТС аналогом услуги АОН (которая первоначально не предназначалась для широкого круга пользователей) является услуга идентификации вызывающего абонента (Caller Id), предоставляемая только цифровыми станциями. Она работает по совсем иному протоколу.

 

Рис. 10.7. Последовательность сигналов при автоматическом определении номера

Современные кнопочные телефоны, а также модемы и факс-модемы отрабатывают 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 применяется электронный генератор сигнала, традиционный угольный микрофон может заменяться 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 абонент импортного телефона слышит первого лучше. Из-за слишком большой амплитуды вызывного напряжения (на некоторых АТС она 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. Выходом в такой ситуации может быть применение схемы «стабилизатора вызывного напряжения» (рис. 10.8), с помощью которой автор сумел подключить модем с защитой от перенапряжений к линии от «ретивой» АТС. Любопытным оказался факт, что ограничитель напряжения был спрятан в кабеле, прилагавшемся к модему (с виду — обычный шнур с вилками RJ-11). Схема не претендует на оптимальность решения, но работает.

 

Рис. 10.8. Стабилизатор вызывного напряжения

На линиях отечественных АТС рекомендуется использовать оборудование, специально адаптированное для нашей страны (и сертифицированное Министерством связи).

 

 

Глава 11