Современные телефонные аппараты. 2

1. Современные телефонные аппараты

1.1.Схема телефонной связи  с центральной батареей и принцип  ее работы.

Схема организации телефонной связи между двумя абонентами показана на рисунке 1. Ток питания телефонных аппаратов El, E2 проходит через дроссели L1 и L2. Дроссели необходимы для того, чтобы не происходило замыкание разговорного (переменного) тока через источник питания постоянного тока Uпит, внутреннее сопротивление которого очень мало и составляет доли ома. Источник постоянного тока принято называть центральной батареей (ЦБ). Дроссели L1 и L2 имеют относительно небольшое сопротивление постоянному току (обычно не более 1 кОм).

Индуктивность дросселей достаточно велика и в диапазоне частот разговорных токов (300...3500 Гц) создаст столь значительное сопротивление разговорному (переменному) току, что он практически не ответвляется в ЦБ и протекает в контуре между аппаратами Е1 и Е2. На АТС в качестве дросселей обычно используются обмотки двухобмоточных реле, причем эти реле одновременно служат для получения сигнала о вызове станции абонентом и сигнала окончания разговора (отбоя).

Индуктор формирует переменное вызывное напряжение частотой 16...50 Гц, которое приводит в действие вызывное устройство нужного телефонного аппарата.

Центральная батарея АТС осуществляет питание линий абонентов постоянным напряжением Uпит = 60 В. При снятии микротелефонной трубки телефонного аппарата линия АТС оказывается нагруженной на внутреннее сопротивление телефонного аппарата, в результате напряжение на зажимах линии падает до 10...20 В (в зависимости от удаленности абонента от АТС и типа применяемого аппарата). Внутреннее сопротивление телефонного аппарата при снятой трубке может составлять 200...800 Ом, а рабочий (разговорный) ток через аппарат — 20...40 мА. Приведенное к гнездам абонента сопротивление АТС, которое включает сопротивления линии, обмоток реле К1 (см.рис. 1) и внутреннее сопротивление центральной батареи, может составлять от 600 Ом до 2 кОм.

Рисунок 1 – Схема установления телефонной связи между двумя абонентами

В телефонном аппарате необходимо питать микрофон. Находят применение схемы, построенные по системам питания от местной батареи (МБ) или от центральной батареи (ЦБ).

Рисунок 2 - Схемы питания телефонного аппарата от центральной батареи

Схема телефонной передачи по системе ЦБ (рис. 2). Здесь в отличие от схемы передачи по системе МБ в местную цепь включены не микрофоны, а электромагнитные телефоны. Микрофоны включены непосредственно в двухпроводную линию, что позволило отказаться от источников местного питания и заменить их общей для всех абонентов центральной батареей GВ. Батарея устанавливается в специальном помещении на центральной телефонной станции ЦТС. Она собирается из кислотных или щелочных аккумуляторов и имеет обычно напряжение 60 В. Аккумуляторы могут работать многие годы без замены, так как постоянно подзаряжаются через выпрямитель от сети переменного тока.

Схема телефонной передачи по системе ЦБ имеет некоторые особенности. Например, угольный микрофон должен быть высокоомным. Это объясняется тем, что двухпроводная линия, особенно кабельная, обладает большим сопротивлением и является частью нагрузки микрофона.  
В отличие от схемы передачи по системе МБ здесь ток питания микрофона будет изменяться в зависимости от длины абонентской линии. Применение высокоомных микрофонов уменьшает эту зависимость. Одновременно увеличивается мощность, отдаваемая в линию.

2.  Структурная схема кнопочного телефонного аппарата и принцип его работы.

Всем структурным схемам кнопочных телефонных аппаратов присущи следующие основные узлы:

- вызывное устройство (ВУ) - предназначено для приема сигнала индуктора (вызова абонента АТС) и преобразования его в звуковые колебания;

- диодный мост - исключает влияние полярности напряжения линии на полярность включения ТА;

- схема "отбой" - осуществляет начальную установку ИС ЭНН;

микропереключатель - отключает питание схемы ТА при уложенной на рычаг трубке;

- времязадающие элементы генератора определяют частоту внутреннего тактового генератора, от которой зависят все временные параметры сигналов вырабатываемых ИС ЭНН (частота набора, длительность импульсов и межсерийной паузы и т.п.);

- схема питания микросхемы НН - обеспечивает питание микросхемы во время набора номера и поддержку питания ОЗУ при уложенной на рычаг трубки;

- микросхема номеронабирателя (ИС НН) - изготавливается по КМОП -технологии и выполняет следующие функции:

- опроса клавиатуры;

  - формирования сигналов набора номера, управляющих работой импульсного ключа;

  - формирования сигнала отключения разговорной части во время набора номера, управляющего работой разговорного ключа;

- запоминания последнего или нескольких набираемых номеров;

импульсный ключ - формирует импульсы набора в линию;

- RH - резистор нагрузки линии, исключающий ее замыкание накоротко во время формирования импульсов набора;

- телефонный усилитель - усиливает речевой сигнал до уровня нормальной слышимости и согласует сопротивление линии с сопротивлением звукоизлучающего элемента;

- микрофонный усилитель - усиливает сигнал микрофона. В схеме рис. 5 сигнал микрофона, через разделительный конденсатор С, подается на вход ИК, работающего во время разговора в режиме усилителя;

- токапротивоместная схема - устраняет местный эффект, т.е. возможность прослушивания в телефоне трубки собственного голоса;

- разговорный ключ - отключает разговорную часть на время прохождения импульсов набора, что устраняет неприятные щелчки в телефоне трубки;

- клавиатура - выполняет функцию датчика ИС НН. Она построена по координатной схеме (рис. 3) где:

X - координата входа;

Y - координата выхода или  входа в зависимости от типа  ИС.

Рисунок 3 – Координатная схема клавиатуры телефонного аппарата

     Рассмотрим принцип работы ТА по структурным схемам. Структурная схема, по которой строятся ТА отечественного производства приведена на рис. 4. 

Рисунок 4 – структурная схема телефонного аппарата

При снятии трубки, рычажный переключатель SB подключает ТА к линии АТС. В результате образования делителя (см. рис. 3), напряжение на линейных зажимах снижается до величины 6¸15 В. При этом схема "отбой", вследствие подачи напряжения в схему, осуществляет начальную установку ИС НН (режим готовности к набору номера).

В режиме готовности к набору номера ИС НН вырабатывает сигналы управления ИК и РК, вследствие которых разговорный узел, состоящий из микрофонного и телефонного усилителей и противоместной схемы, посредством разговорного ключа подключается к линии и в трубке прослушивается ответ станции (гудок). ИК - находится в разомкнутом (закрытом) состоянии.

При нажатии кнопок клавиатуры, ИС НН формирует последовательности импульсов, управляющих работой ИК и РК. ИК замыкает линию накоротко и размыкает ее, формируя посылки постоянного тока управляющие работой АТС. РК отключает разговорный узел от общего провода на время следования посылок набора номера, что устраняет неприятные щелчки в телефоне трубки при наборе номера.

По окончании набора РК вновь подключает разговорный узел и в трубке слышны тональные посылки АТС, свидетельствующие об окончании процесса соединения и поступлении на линию вызываемого абонента посылок вызывного сигнала. При снятии абонентом трубки, Вы слышите его голос.

 По окончании разговора трубка укладывается на рычаг. Рычажный переключатель SB размыкает цепь и схема ТА переходит в дежурный режим. В дежурном режиме схема питания микросхемы обеспечивает подпитку ОЗУ ИС НН, в котором хранится последний набранный номер, схема "отбой" запрещает набор номера с клавиатуры с целью сохранения последнего набранного номера, а вызывное устройство готово к приему сигналов вызова АТС.

При поступлении сигнала вызова от АТС, вызывное устройство вырабатывает звуковые сигналы информирующие о вызове другим абонентом. До снятия трубки схема ТА находится в дежурном режиме. При снятии трубки ИС устанавливается в исходное состояние с той лишь разницей, что вместо ответа станции (гудка), Вы слышите голос вызывающего вас абонента.

 При кратковременном нажатии на рычажный переключатель, или нажатии кнопки "отбой" на наборном поле клавиатуры, посредством схемы "отбой" ТА переводится в исходное состояние.

Структурная схема ТА зарубежного производства, использующего в качестве нагрузки разговорный узел, приведена на рис. 5.

Рисунок 5 - Структурная схема ТА зарубежного производства

Работа этой схемы несколько отличается от предыдущей. При снятии трубки переключатель SB переходит в верхнее по схеме положение. В результате этого схема "отбой" подключает к общему проводу соответствующий вход ИС НН, осуществляя установку последней в исходное состояние при подаче напряжения на схему питания ИС. В исходном состоянии, через замкнутый (открытый) ИК, к линии АТС подключается разговорный узел и в трубке слышен ответ станции.

При наборе номера ИК отключает от линии разговорный узел и подключает его вновь, формируя тем самым импульсы набора управляющие работой АТС.

По окончании набора номера ИК остается в замкнутом состоянии. Разговорный узел подключен к линии и в трубке тональные посылки АТС, свидетельствующие об окончании процесса соединения.

По окончании разговора, уложенная на рычаг трубка переводит переключатель SB в нижнее по схеме положение, снимая напряжение питания с ИС ЭНН и подключая схему "отбой", которая в этом режиме запрещает набор номера и обеспечивает подпитку ОЗУ ИС.

При поступлении сигнала вызова ВУ работает также, как и в предыдущей схеме. При снятии трубки осуществляется начальная установка ИС, в результате чего через открытый ИК разговорный узел подключается к линии и Вы слышите голос вызывающего вас абонента.

3. Основные сигналы взаимодействия телефонного аппарата и АТС.

Для работы с электронными и квазиэлектронными АТС используются кнопочные телефонные аппараты с частотным набором номера. Передача каждой цифры в частотном номеронабирателе осуществляется многочастотным кодом  «2 из 8» (ГОСТ 25554-82). Для формирования частотных кодов цифр номера применяются две группы частот:

- нижняя группа частот - 697 Гц, 770 Гц, 852 Гц, 941 Гц;

    - верхняя группа частот - 1209 Гц, 1336 Гц, 1477 Гц, 1633 Гц.

Сочетания частот, отображающие цифры и другие символы, приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Многочастотный  телефонный  код.

Кнопки «*» и «#» используются при наборе кодов дополнительных видов обслуживания. Кнопки A, B, C и D применяются в расширенной клавиатуре  для заказа дополнительных услуг в электронных АТС в частотном режиме набора номера. Длительность двухчастотной посылки не менее 40 мс, паузы - не менее 25мс.

Кроме сигналов набора номера для взаимодействия с АТС от телефонного аппарата к АТС поступают следующие линейные сигналы:

- вызов станции («поднятие трубки» при исходящем вызове) -  непрерывное замыкание шлейфа абонентской линии на время  > 250мс;

- ответ («поднятие трубки» при входящем вызове) - замыкание шлейфа   абонентской линии на время  > 500 мс;

- отбой – размыкание шлейфа абонентской линии на время  > 400мс.

На некоторых зарубежных ТА имеется кнопка «R». Она предназначена для  заказа дополнительных услуг в ЭАТС и формирует размыкание шлейфа абонентской линии на время 80 ± 40мс.

От АТС к абоненту поступают следующие виды информационных сигналов:

- ответ станции - непрерывный гудок, который слышит абонент после снятия телефонной трубки;

- посылка вызова - сигнал вызова абонента;

- контроль посылки вызова - сигнал, предназначенный для информирования абонента о посылке вызова;

- занято - поступает при занятости абонентской линии вызываемого абонента;

- занято-перегрузка  -  поступает при занятости соединительных (межстанционных) линий или коммутационного оборудования.

   Таблица 2 – Характеристики сигналов от АТС к абоненту

Таблица 3 - Характеристики дополнительных сигналов, поступающих от  АТС  к  ТА

Таблица 3 - Характеристики дополнительных сигналов, поступающих от  АТС  к  ТА

Кроме перечисленных основных сигналов в АТС применяются дополнительные сигналы:

- указательный – указывает на невозможность установления соединения или предоставления услуги, может передаваться и «механическим голосом»;

- предупреждение - предупреждение о записи на магнитофон;

- вмешательство - информация о подключении оператора или третьего абонента;

- уведомление - информация о поступлении нового вызова;

- предупреждение об окончании оплаченного интервала времени - поступает в таксофон за 20с до окончания оплаченного интервала времени;

- неполный состав участников или отключение участника - используется  при проведении конференц-связи.

1.4. ЗАДАЧА 

Нарисовать временные диаграммы изменения напряжения на выходе телефонного аппарата при импульсном и частотном наборе номера (набираемый номер - 08).

Решение:

Временная диаграмма изменения напряжения на выходе телефонного аппарата при импульсном наборе номера 08, представлена на рисунке 3.

Рисунок 6 - Временная диаграмма изменения напряжения на выходе телефонного аппарата при импульсном наборе номера.

При тональном наборе номера цифра 08 передается сочетанием двух различных частот fв и  fн.

На  рисунке 7 изображена временная диаграмма изменения напряжения на выходе телефонного аппарата при тональном наборе.

Рисунок 7 - Временная диаграмма изменения напряжения на выходе телефонного аппарата при тональном наборе

Основываясь на вычислениях, можно сделать вывод, что при тональном наборе номера значительно сокращается время соединения по сравнению с импульсным.

2. Факсимильные аппараты.

1.  Структурная схема факсимильной передачи сообщения.

Факсимильная связь-это вид электросвязи, при которой осуществляется передача и воспроизведение неподвижных изображений. Изображение, подлежащее передаче, называется оригиналом. Изображение, полученное в результате передачи, называется копией. Оригинал и копия фиксируются на бумаге или фотоплёнке, т.е. являются документами. При факсимильной связи передаётся не содержание, а изображение сообщения. Копия считается хорошей, если при визуальном рассмотрении она не отличается от оригинала.

В состав оборудования факсимильной связи входят:

- оконечные передатчики и приёмники – факсимильные аппараты;

- каналы факсимильной связи;

- контрольно-измерительное и другое вспомогательное оборудование.

Коммутационное устройство в факсимильной связи практически не используется.

Физической основой факсимильной связи, наряду с электросвязью, является оптика. Видимый свет представляет собой электромагнитные колебания с длиной волны 0,4 – 0,76 мкм в относительно узком участке спектра. Светооптические системы характеризуются следующими параметрами:

- силой света - пространственная плотность, создаваемая источником светового потока:

I=dF/dW 1кандела (Кд) =1 люмен /1 меридиан,

где dF- световой поток излучателя, dW- телесный угол, в котором распространяется излучение .

- яркость светящейся поверхности – определяет соотношение силы света, создаваемой поверхностью излучения к площади этой поверхности в перпендикулярном к ней направлении:

B=dI/dS 1 кд/кв.м

- освещённость – отношение светового потока к освещаемой им площади:

E=dF/dS 1 люкс=1 люмен/1 кв.м

- оптическая плотность участка изображения – степень почернения этого участка.

Рисунок 8 - Структурная схема факсимильной передачи.

Принцип преобразования изображения передаваемого документа в электрический сигнал состоит в следующем. Пятно формируется светооптической системой, содержащей источник света и оптическое устройство. Перемещение пятна о поверхности оригинала осуществляется устройством развёртки. Часть светового потока развёртывающего элемента, падающего на элементарную площадку оригинала, отражается. Величина отражённого светового потока зависит от яркости элементарной площадки оригинала. Чем светлее элементарная площадка, тем больше отражённый световой поток. Последний поступает на фотоэлектрический преобразователь, где происходит преобразование этого потока в факсимильный видеосигнал (последовательность элементарных сигналов, отражающих оригинал). Видеосигнал поступает на устройство преобразования сигнала, усиливается и с помощью амплитудной или частотной модуляции преобразуется в линейный факсимильный сигнал, который передаётся в канал связи. В приёмной части происходит обратное преобразование линейного сигнала в исходный видеосигнал (демодуляция). Далее факсимильный видеосигнал поступает в устройство записи, где происходит синтез копии – составляющие видеосигнала путём элетрооптического преобразования превращаются в оптические плотности элементарных площадок, из которых складывается полное изображение. Для правильного воспроизведения изображения на приеме необходимо, чтобы устройство выделения элементарных площадок изображения на оригинал и устройство записи этих площадок на копии двигались с одинаковой скоростью (синхронно) и начало развертки у них совпадало (синфазно). Это обеспечивается устройствами синхронизации и фазирования.

2.2.  Параметры факсимильной передачи

Сканирование элементов строки передаваемого документа совместно с процессом переноса зарядов вдоль линейки ПЗС в выходное устройство называется  строчной разверткой. Скорость строчной развертки определяется частотой тактовых импульсов, поступающих на сдвиговые транспортные ПЗС - регистры.

Минимальные размеры элементов строки, которые могут быть различимы сканирующей системой, определяют разрешающую способность фотоэлектрического преобразователя вдоль строки. Очевидно, что разрешающая способность вдоль строки зависит от плотности расположения ПЗС на линейке. Сканирующая система современных факсимильных аппаратов обеспечивает разрешающую способность вдоль строки 8 точек/мм.

  Разрешающая способность по вертикали (по кадру) зависит не только от размеров ПЗС, но и от величины протяжки документа после передачи очередной строки и составляет 3,85 линий/мм в стандартном режиме работы; 7,7 линий/мм в улучшенном (FINE) режиме и около 12 линии/мм при сверхвысоком (Super Fine) режиме разрешающей способности. Большее разрешение позволяет передавать мелкий шрифт или сложную графику, но время передачи также возрастает пропорционально. Следует отметить, что разрешение определяется передающей стороной, а принимающая подстраивается под нее.

Следующим параметром факсимильной передачи является модуль взаимодействия M= L/(3,14*d), где L- длина строки развертки, d – расстояние между  серединами соседних строк, называемое шагом развертки. Равенство модулей взаимодействия совместно работающих факсимильных аппаратов обеспечивает сохранение пропорциональности размеров изображения оригинала и копии документа по горизонтали и вертикали. Рекомендациями МККТТ Т.2 ÷Т.4  установлено L=215 мм, M=264 для стандартного режима работы нецифровых факсимильных аппаратов.

В соответствии с рекомендациями Т.4 число элементов изображения на строке развертки номинальной длины L=215мм составляет 1728, а число строк  в одной странице номинальной длины 297мм  (формат А4) равно 1145 (стандартный режим работы).

Процессом сканирования документа по горизонтали и вертикали управляет  устройство развертки.

На приемной стороне импульсы видеосигнала поступают в синтезирующее устройство (устройство записи, принтер).

В современных факсимильных аппаратах также применяется струйный способ записи на обычную бумагу с помощью специальной краски.

Для безискаженного воспроизведения копии документа, записывающее устройство приемного аппарата должно работать согласованно с анализирующим устройством (сканером) аппарата передающей стороны. Для этого, во-первых, сканирование строки и ее запись должны осуществляться с одной скоростью и, во-вторых, считывание и запись должны начинаться с одинаковых положений на оригинале и копии. Оба этих условия обеспечивают устройства синхронизации, управляющие устройствами разверток.

2.3 Метод сжатия факсимильных сообщений - модифицированный  код  Хаффмена.

В современных факсимильных аппаратах в соответствии с рекомендацией МККТТ Т.30 для устранения избыточности используется одномерная схема кодирования модифицированным кодом Хаффмена - МКХ (в рекомендации Т.30 обозначен как МН). Суть этого метода состоит в следующем:

при сканировании строки изображения последовательности черных и белых растр-элементов преобразуются, соответственно, в последовательности нулей и единиц (серии «черного» и серии «белого»). На основании статистического анализа большого числа типовых документов были определены вероятности появления различных длин серий «белого» или «черного». Значения длин серий, которые имеют большую вероятность появления, кодируются короткими комбинациями единиц и нулей, и наоборот, длины серий, редко встречающиеся в передаваемых сообщениях, кодируются длинными кодовыми комбинациями. Такой метод кодирования длин серий, позволяет получить  для машинописного текста сокращение времени передачи от 5,5 (для листа полностью заполненного текстом) до 18 раз (для малозаполненного листа).

Для уменьшения размеров кодовой таблицы, отображающей соответствие между длинами серий и передающими их значения кодовыми комбинациями,  используется модифицированная процедура кодирования. В основе этой модификации лежит представление длины серии /\ в виде

                                             /\i = ,

т.е. каждая серия элементов изображения разбивается на две серии - основную длиной 64 (Ni - целое число) и завершающую Ki длиной 0...63.

Значения Ki с учетом их вероятностей кодируются кодовыми комбинациями так называемых оконечных кодовых слов (ОКС). Значения Ni кодируются  комбинациями начальных кодовых слов (НКС) (также с учетом вероятностей).  Таким образом, длина серии одинаковых по цвету элементов передается в канал составной кодовой комбинацией, состоящей из начального кодового слова  и оконечного кодового слова. При такой модификации кодирования необходимы две кодовые таблицы - для НКС и ОКС, которые содержат, соответственно, 27 (1728/64) и 64 строки. При обычном методе кодирования кодовая таблица содержала бы 1728 строк. Код МКХ учитывает, что длины серий «черного» и «белого» имеют разную статистику, поэтому используются отдельные таблицы кодирования для серий «черного» и «белого».

Для обозначения конца кодируемой строки используется специальная кодовая комбинация конца строки (КС) 000...01 (12 элементов), которая не встречается в кодах длин серий.

Принято также, что первая комбинация в строке отображает длину серии «белого». Если строка начинается с черных элементов, то длина серии «белого»  считается равной нулю.