1. Короткі відомості про телефонні мережі

Мережі зв'язку. Електрозв'язок дозволяє доставляти інформацію будь-якого роду в будь-якій формі (мова, музика, рухоме або нерухоме зображення, письмовий або друкарський документ, сигнали керування та ін.). Систему електрозв'язку в загальному вигляді (рис.1) можна представити як сукупність різних терміналів і мережі електрозв'язку.

Мережа зв'язку будується з використанням таких принципів. Зв'язок між абонентськими пристроями здійснюється за допомогою вузлів комутації. В них інформація концентрується, а потім спрямовується певними шляхами. Для цього вузли комутації сполучаються між собою з'єднувальними лініями, в які входить обладнання, що створює необхідні пучки каналів по кабельних, радіорелейних і супутникових лініях зв'язку.

Сукупність вузлів комутації, кінцевих абонентських пристроїв і з'єднуючих їх каналів і ліній називають мережею зв'язку.

Засоби зв'язку в нашій країні об'єднані в Єдину автоматизовану мережу зв'язку (ЄАМЗ). ЄАМЗ призначена для передачі різних видів інформації: телефонних і телеграфних повідомлень, програм звукового мовлення і телебачення, передачі газет, даних і фототелеграм.

ЄАМЗ містить первинну і вторинну мережі. Первинна мережа є сукупністю всіх типових каналів зв'язку і групових трактів без поділу за призначенням і видами, охоплює всю територію країни і поділяється на магістральні, внутрішньо зонові та місцеві первинні мережі. Вторинна мережа складається з каналів певного призначення (телефонних, телеграфних, мовлення, телебачення, передачі газет та ін.).

Мережі зв'язку бувають комутовані та не комутовані. Мережа називається комутованою, коли тракт передачі інформації створюється за запитом абонента на час передачі повідомлення, не комутованою – коли тракт передачі забезпечується постійним з'єднанням між абонентами. Не комутовані мережі надійніші і мають підвищену швидкість передачі інформації, але дорожчі комутованих.

Абоненти комутованої телефонної мережі загального користування (КТМЗК, PSTN (GTSN) – Public (General) Switched Telefone Network) використовують для зв'язку лінію, складену з комутованих каналів. Крім того, комутовані канали надає цифрова мережа з інтеграцією служб (ISDN – Integrated Services Digital Network). Комутовані канали надаються абонентам на час з'єднання за їхньою вимогою. Такі канали принципово містять комутаційне обладнання телефонних станцій.

Найрозгалуженішою вторинною мережею є Загальнодержавна автоматична комутована телефонна мережа (ЗАКТМ) – сукупність автоматичних телефонних станцій, вузлів комутації каналів, ліній телефонної мережі та кінцевих абонентських пристроїв.

ЗАКТМ будується за зонним принципом. Зона – це частина території, на якій всі абоненти телефонної мережі охоплені єдиною семизначною нумерацією.

Зонова телефонна мережа складається з місцевих телефонних мереж, розташованих на території зони. Місцеві телефонні мережі поділяються на міські (МТС) і сільські (СТС). Існують також локальні офісні автоматичні телефонні мережі, призначені для внутрішнього зв'язку установ; вони можуть сполучатися з КТМЗК або бути автономними.

До основних елементів будь-якої телефонної мережі належать АТС, телефонні апарати (ТА) абонентів (франц. abonner – обмежувати; абонент – особа, що має абонемент, тобто право на щось) і канали зв'язку.

Автоматична телефонна станція – станція зв'язку, що здійснює з'єднання абонентів для телефонних переговорів. Принцип дії АТС ґрунтується на автоматичному з'єднанні абонентів.

Елементами комутації є крокові шукачі (АТС-54), електромагнітні реле, багаторазові координатні з'єднувачі (АТСК) та електронні багатоканальні комутатори з програмним керуванням, які здійснюють з'єднання між лініями абонентів (АТСКЕ). Схеми комутації керуються імпульсами постійного струму, які створюють номеронабирачі ТА при наборі номера абонента, або двох частотним кодом (ЕАТС).

Телефонний апарат – кінцевий абонентський пристрій, який увімкнено в абонентську лінію (АЛ – лінія, що з'єднує ТА і АТС) телефонної мережі. ТА має розмовні (мікрофон, телефон, трансформатор), викличні прилади (номеронабирач, дзвінок) і комутаційний пристрій – перемикач викличної частини на розмовну.

2. Принцип телефонного зв'язку

Перший двохпровідний телефон винайдено Белом у 1876 р. Принцип телефонного зв'язку полягає в тому, що мікрофон перетворює звукові коливання в змінний струм. Цей же струм передається по проводах до телефону, що перетворює його в звукові коливання. Щоб забезпечити роботу мікрофона (вугільного), необхідне джерело живлення, яке і вмикається у коло мікрофона. Таке увімкнення джерела отримало назву "місцевої батареї". Для розв'язки кіл мікрофона і телефону за постійним струмом і узгодження їхніх опорів необхідний трансформатор. Найпростіша схема ТА з місцевою батареєю показана на рис.2.

Рисунок 2 – Схема, що пояснює принцип телефонної передачі (BM – мікрофон, BF – телефон)

Нині застосовують тільки телефонні мережі з центральною батареєю (ЦБ) живлення мікрофонних кіл ТА (рис.3).

Струм живлення першого мікрофона проходить через дроселі L1 і L2, а другого – через L3 і L4. Дроселі необхідні для того, щоб змінний (розмовний) струм не замикався через ЦБ, внутрішній опір якої малий. Дроселі L1…L4, маючи відносно невеликий опір постійному струму (менше 750 Ом), мають велику індуктивність і великий повний опір змінному струму. Тому змінний струм не відгалужується в ЦБ, а замикається через другий ТА.

На АТС як дроселі часто використовують двообмоткові реле, які призначені одночасно для отримання сигналу про виклик станції абонентом і сигналу закінчення розмови (відбій).

АТС живить лінію абонента постійною напругою 60 В (за кордоном 48 В). Якщо трубку знято, до лінії АТС як навантаження підключається мікротелефонна пара трубки, і напруга на лінійних затискачах ТА зменшується до 5…15 В залежно від класу ТА. Це відбувається внаслідок утворення подільника напруги, який складається з опору ТА, опорів АТС і лінії. Опір АТС враховує також опори обмоток реле. Опір лінії невеликий, але, іноді, при довгій лінії може досягати 1000 Ом, і його слід враховувати, узгоджуючи з ТА для компенсації втрат сигналу і усунення місцевого ефекту (прослуховування в трубці власного голосу).

Опори кожного з двох проводів телефонної лінії мають бути однакові. Це необхідне для нейтралізації дії струму лінії на сусідні проводи, в яких можуть наводитися завади у вигляді сторонньої розмови.

Опір ЦБ можна не враховувати, оскільки його величина незначна порівняно з опорами ТА і АТС. Опір АТС залежно від типу станцій становить від 1500 до 700 Ом, а опір ТА постійному струму при робочому струмі 35 мА – 160…600 Ом залежно від класу ТА.

3. Види набору номера

Існують два види набору номера – імпульсний і частотний (тоновий). У відповідності з ГОСТ 10710-81 до імпульсних номеронабирачів ТА для забезпечення роботи АТС ставлять жорсткі вимоги (табл.1).

На рис.4 показана часова діаграма роботи дискового номеронабирача (НН), яка ілюструє принцип формування імпульсної послідовності, що керує роботою АТС.

Таблиця 1 – Вимоги до імпульсних НН

№	Параметр	Припустиме значення	Номінальне значення
1	Частота імпульсів, Гц	9…11	10
2	Період повторення, мс	95…105	100
3	Міжсерійна пауза, мс	650 < < 10c	800
4	Час розмикання/замикання, мс	tр = 53…70; tз = 34…46	60; 40
5	Імпульсний коефіцієнт, tр/ tз	1,4…1,7	1,5

Кнопкові ТА з частотним набором номера використовуються під час роботи з електронними і квазіелектронними АТС. Передача кожної цифри у відповідності з ГОСТ 2554-82 в частотному НН здійснюється багаточастотним кодом 2 з 8 (стандарт DTMF – Dual Tone Multifrequency). Цей код забезпечує 16 комбінацій сигнальних частот, 10 з яких використовуються для набору номера.

Кнопки # та * вживають, набираючи коди додаткових видів обслуговування. Кнопки А, В, С, D застосовують у розширеній клавіатурі.

Тривалість двочастотної посилки має бути не менше за 25 мс.

Стабільність частот – не гірше ± 1,5%.

Сигнали обох частот генеруються одночасно. Амплітуди сигналів різних частот не мають відрізнятися більше, ніж на 50%.

Комбінації сигналів і відповідність частот кожній кнопці наведені в табл.2. Комбінація частот генерується кнопковим ТА протягом всього часу, поки натиснена відповідна кнопка; мікрофон, розташований на трубці, на цей час відключається.

Таблиця 2 – Сигнали і частоти при частотному наборі

Частота, Гц	1209	1336	1477	1633
697	1	2	3	А
770	4	5	6	В
852	7	8	9	С
941	*	0	#	D

Переваги частотного набору:

тривалість набору різних цифр однакова;

загалом набір здійснюється швидше і надійніше;

додатковий, зокрема, голосовий сервіс завжди використовує тонові сигнали.

4. Сигнали в телефонній мережі

Сигнали ТА. Крім сигналів набору номера, від ТА до АТС надходять сигнали, характеристики яких наведені в табл.3. Ці сигнали забезпечують взаємодію ТА з АТС.

Таблиця 3 – Сигнали, що надходять від ТА до АТС

№	Найменування сигналу	Характеристика сигналу
1	Набір номера	Див. вище в підрозд.3
2	Виклик станції (підняття трубки при вихідному виклику)	Безперервне замикання шлейфа АЛ на час більше 250 мс
3	Відповідь (підняття трубки при вхідному виклику)	Безперервне замикання шлейфа АЛ на час більше 500 мс
4	Відбій	Безперервне розмикання шлейфа АЛ на час більше 400 мс (більше 800 мс, якщо використовується додатковий сигнал «нормований розрив шлейфа», R)

На деяких зарубіжних ТА передбачена кнопка "R", яка призначена для замовлення додаткових послуг в ЕАТС і формує розмикання шлейфа абонентської лінії на час 80 (40) мс.

Сигнали АТС поділяються на основні (табл.4) та додаткові.

Абоненти отримують від АТС такі основні сигнали:

«відповідь станції» – безперервний гудок, який чує абонент після зняття телефонної трубки;

«посилка виклику» – сигнал виклику абонента;

«контроль посилки виклику» (КПВ) – сигнал для інформування абонента про посилку виклику;

«зайнято» – надходить, якщо зайнята абонентська лінія абонента, що викликається;

«зайнято-перевантаження» – надходить, якщо зайняті з'єднувальні (міжстанційні) лінії або комутаційне обладнання.

Таблиця 4 – Основні сигнали АТС

№	Назва сигналу	Тривалість		Амплітуда, В	Частота, Гц
		Імпульс	Пауза
1	Відповідь станції	Безперервний		0,25…0,5	425±25
2	Посилка виклику	1(0,8)±0,1	4(3,2)±0,1	16…110	16…50
3	КПВ	1(0,8)±0,1	4(3,2)±0,1	0,25…0,5	425±25
4	Зайнято	0,3…0,4	0,3…0,4	0,25…0,5	425±25
5	Зайнято-перевантаження	0,15…0,2	0,15…0,2	0,25…0,5	425±25

Вхідний опір ТА сигналу викличного струм має бути не менше ніж 2,5 кОм на частоті 25 Гц (номінальна частота посилки виклику).

Крім основних, АТС формує також додаткові сигнали:

«вказівковий» - вказує на неможливість встановлення з’єднання або надання послуги;

«попередження» - попередження про запис на магнітофон;

«втручання» - інформування про підключення оператора чи третього абонента;

«повідомлення» - інформування про надходження нового виклику;

«попередження про закінчення оплаченого інтервалу часу» - надходить до таксофону за 20 с до закінчення оплаченого інтервалу;

«неповний склад учасників або відключення учасника» - використовується при проведенні конференц-зв’язку та ін.

5. Класифікація ТА і їх основні параметри

Залежно від конструктивного виконання і виконуваних функцій (ГОСТ 7153-85) ТА поділяються на 4 класи складності (табл.5).

Параметри, які характеризують якість ТА, можна поділити на електричні, телефонометричні, електроакустичні, часові.

Телефонометричні та електроакустичні параметри характеризують якість телефонної передачі за гучністю. Щоб їх оцінити, використовують еквівалент загасання передачі, приймання і місцевого ефекту, а також коефіцієнт гармонік на передачу і на приймання.

Таблиця 5 – Класифікація ТА

№	Характеристика	Клас складності
1	Багатофункціональні	Вищий (шифр 0)
2	ТА з додатковими функціями	Перший (шифр 1)
3	ТА з кнопковим НН, тональним приймачем виклику, не вугільним мікрофоном	Другий (шифр 2)
4	ТА з дисковим НН, електромеханічним приймачем виклику, вугільним мікрофоном	Третій (шифр 3)

Основні електричні параметри ТА різних класів наведені в табл.6.

Таблиця 6 – Електричні параметри ТА

№	Параметр	Норма за класами складності
		0	1	2	3
1	Напруга власного шуму, мВ	> 0,5	> 0,5	> 0,5	> 0,4
2	Модуль вхідного опору. в режимах: - розмовному, Ом; - очікування виклику, кОм, не менше; - виклику, кОм, не менше	450-800 10 4	450-800 10 4	-	-
3	Опір постійному струму, Ом, в розмовному режимі при струмі 35 мА	160-400	160-400	160-400	< 600
4	Опір постійному струму в режимі набору при струмі 35 мА: - при замиканні шлейфа, Ом; - при розмиканні шлейфа, кОм	< 150 > 300	< 150 > 300	< 50 > 300	- -
5	Постійний струм, що споживається в режимі чекання виклику та відбою	< 1 мА	< 0,5 мА	<0,5мА	-
6	Максимальний змінний струм, що споживає приймач викличного сигналу, мА, не більше	8,0