Telefon: Geschichte, Funktionsweise und Signalisierung

Die Geschichte des Telefons

Im Jahre 1854 skizzierte der Franzose Charles Bourseul einen Plan, der die theoretische Möglichkeit der Verwendung von Vibrationen, die durch die Stimme auf einer Scheibe oder einem Zwerchfell verursacht werden, beschrieb, um eine elektrische Schaltung zu aktivieren und zu deaktivieren. Diese Schwingungen sollten dann ähnliche Schwingungen in einer Membran an einem entfernten Ort reproduzieren, um den ursprünglichen Ton wiederzugeben. Einige Jahre später erfand der deutsche Physiker Johann Philipp Reis ein Instrument, das Töne übertragen konnte, aber nicht in der Lage war, die menschliche Stimme zu reproduzieren. Das Telefon wurde von Graham Bell erfunden. Das Klingeln am Telefon und eine Vorrichtung zur Energieerzeugung, um den Anruf anzukündigen, wird als Magneto bezeichnet.

Wissenschaft der Telefonie

Die Wissenschaft, die sich mit der Schallübertragung über Entfernungen befasst, ist die Telefonie. Je nach verwendetem Übertragungsmedium wird die Telefonleitung in kabelgebunden (mit Kabel) oder drahtlos (wireless) unterteilt. In der technischen Entwicklung hat sich das Telefon von der einfachen Zwei-Wege-Kommunikation über eine begrenzte Entfernung zu einer komplexen Technologie entwickelt. Ursprüngliche Komponenten wurden verändert (Trennung von Sender und Empfänger) und neue kamen hinzu, um es für Benutzer praktischer und handhabbarer zu machen (Klingel, Magnet, Wählscheibe oder Tastatur usw.). Anfangs war nur eine feste Verbindung zwischen zwei Telefonen möglich. Später wurden alle Telefonleitungen mit einem Element verbunden, das Verbindungen von einem Benutzer zu allen anderen herstellen konnte: die Telefonanlage. Anfangs wurden diese Anlagen von Bedienern in der sogenannten manuellen Telefonie betrieben. Später, aufgrund der Zunahme der Benutzer, der Komplexität und der Kosten, wurden diese manuellen Verbindungen durch automatische Telefonie ersetzt, bei der die Bediener durch elektromechanische Maschinen ersetzt wurden, die in der Lage waren, Verbindungen zwischen den Benutzern automatisch herzustellen.

Sowohl die manuelle als auch die automatische Telefonie benötigen für die Kommunikation zwischen zwei Benutzern eine Reihe von Schritten oder Phasen:

• Aufmerksamkeit an den Anrufer.
• Verbindung zum Anrufer.
• Anschließen eines Recorder-Elements.
• Auswahl des Benutzers mit dem Namen.
• Prüfen der Online-Enzyklopädie.
• Senden des aktuellen Anrufs.
• Klingeln bei Besetzt.
• Verbindung zum Benutzer mit dem Namen.
• Ende der Konversation.

Telefon-Endgeräte

Das sogenannte Telefon-Endgerät ist der Sensor, der die Kommunikation zwischen zwei Punkten ermöglicht, die durch den zentralen Telefondienst weitergeleitet wird. Das grundlegende Telefonnetz-Terminal ist im Wesentlichen ein Modulator der aktuellen Telefonleitung im Rhythmus des Schalldrucks, der vom Lautsprecher aufgenommen wird, und ein Headset mit oder ohne Verstärker zum Hören.

Das Telefon wird mit einer Spannung von 48 V betrieben, mit einem vernachlässigbaren Strom, wenn der Telefonhörer aufgelegt ist. Wenn Sie jedoch antworten, fließt ein Strom von einigen Milliampere und die Spannung sinkt auf nur wenige Volt. In dieser Situation modulieren die Endstromkreise den Fluss im Einklang mit den Impulsen, die vom Mikrofon bereitgestellt werden, wodurch der Strompegel auf 30 oder 40 mA ansteigt. Sein Frequenzband reicht bis etwa 3 kHz, was für die verbale Kommunikation ausreicht.

• Hybridspule: Wird verwendet, um die vier für die Kommunikation benötigten Adern (zwei für die Übertragung und zwei für den Empfang) in nur zwei Adernpaare umzuwandeln.

Beschreibung eines analogen Terminals

Ein analoges Terminal besteht aus folgenden Funktionsblöcken:

• Eingangskreis: Die Telefonleitung ist üblicherweise mit einer Diodenbrücke verbunden, um die Polarität sicherzustellen und Fehler in der Verdrahtung der Rosette zu vermeiden. Dieser Schaltkreis ist auch mit dem Eingangs-Leerlaufspannungsbegrenzer verbunden, der aus einer Z-Diode besteht und so mögliche Überspannungen verhindert, die die restlichen Schaltungen des Telefon-Endgeräts beschädigen könnten.
• Anrufdetektor: Sein Zweck ist es, das Freizeichen zu erkennen und den Summer zu aktivieren, wenn der Hörer abgenommen wird. Wenn der Hörer abgenommen wird, wechselt er zu den Sprachschaltungen und der Detektor (Klingelsignal) wird getrennt, wodurch sein akustisches Signal unterbrochen wird. Der Detektor besteht aus einem 25-Hz-Filter und einem piezokeramischen Summertreiber, Verstärker oder Lautsprecher. Der Ton, den die Anlage sendet, ist eine Sinuswelle mit einer Frequenz von 70 Veff und Impulsen, die 1 Sekunde aktiv, 5 Sekunden inaktiv und 3 Sekunden im Leerlauf sind.
• Sprachschaltung: Wie bereits in der Einleitung erwähnt, besteht die Sprachschaltung aus einem Strommodulator (Mikrofon) und einem Strom-Spannungs-Wandler (Hörer-Treiber). Das Mikrofon ist mit einem Verstärker verbunden, und dessen Ausgang ist mit einem Stromgenerator gekoppelt, der an die Leitung angeschlossen ist. Wenn das Telefon-Endgerät empfängt, wird der Leitungsstrom an den IV-Wandler und von dort an den Hörer oder Lautsprecher gekoppelt.
• Impuls-/Tonschaltung: Setzt das Wählsignal in einen anderen Stromkreis um. Sie wird auf die Sprachschaltung angewendet, um den Ablauf mit ihren Informationen zu modulieren.
• MUTE-Schaltung: Stummschaltung des Verstärkers mit Mikrofon und Auslösung der Einwahl während der Dauer.
• Wählgenerator: Gibt die Informationen der gewählten Nummer in die Telefonleitung ein. Diese Informationen können durch Impulse (Stromimpulse), den sogenannten dekadischen Modus, oder durch die Erzeugung von Tönen (Frequenz), den sogenannten DTMF (Dual Tone Multi-Frequency), erfolgen. Beide Modi haben gemeinsam, dass sie einen Encoder verwenden, der an eine Matrix-Tastatur angeschlossen ist. Der erste Modus erzeugt die Impulsfolge, die in die Telefonleitung eingeführt wird, und der zweite Modus erzeugt die Zwei-Ton-Frequenz jeder gedrückten Taste. Im dekadischen Modus müssen die Impulse eine Frequenz von 10 Hz haben, T = 1/10 = 100 ms, ein asymmetrisches Signal mit einer Öffnungszeit von 67 ms und einer Schließzeit von 33 ms, mit einem Abstand von 250 bis 800 Stellen ms. Im DTMF-Modus wird jede Ziffer durch zwei Töne repräsentiert, die der jeweiligen Gruppe unter den Zeilen der Tastatur und der anderen Gruppe unter den Spalten entsprechen. Es gibt einen Unterschied im Pegel zwischen den beiden Tönen von 2 dB. Jeder Ton hat eine Dauer von 50 ms, mit einer Trennung zwischen ihnen von 45 ms.

Die Tastaturmatrix ist ein Encoder, der ein logisches Taktsignal vom Generator erhält. Der Encoder scannt nacheinander die Zeilen und Spalten der Tastatur, um zu erkennen, welche Taste gedrückt wurde. Von diesem Moment an informiert der Encoder-IC die Bremsleitung, dass eine Taste gedrückt wurde, und als Ergebnis dieses Steuersignals wird die Sprachschaltung stummgeschaltet. Zusätzlich wird über einen Digital-Analog-Wandler (D/A) die Sinuswelle erzeugt, die über die Telefonleitung übertragen wird. Die Frequenz dieser Signale entspricht der jeweiligen Zeile und Spalte.

Teilnehmersignalisierung

Teilnehmersignalisierung bezieht sich auf die Signale, die zwischen dem Benutzer des Telefonnetzes und den nächstgelegenen Stationen auftreten. Im grundlegenden Telefonnetz erfolgt dies durch Töne (sowohl im Sprachband als auch außerhalb) oder durch Änderung der Spannung oder des Netzstroms.

Die verschiedenen Arten von Signalen, die in einem Kommunikationsprozess beteiligt sind, sind:

• Zeichen der Zustandsüberwachung: Werden verwendet, um eine Serviceanfrage zu erfüllen (z. B. einen Anruf tätigen) und die bestehende Verbindung aufrechtzuerhalten und zu trennen.

Situationen, in denen Signale dieser Klasse verwendet werden:

• Der Teilnehmer wählt: In diesem Fall schließt er einen Schalter, so dass Strom durch die Schleife fließt. Die Anlage erkennt den erhöhten Stromfluss und bereitet sich darauf vor, die Zieladressinformationen zu erhalten.
• Der Teilnehmer legt auf: Der vorherige Schalter öffnet sich, so dass der Stromfluss durch die Schleife unterbrochen wird. Das Netzteil erkennt die Abnahme und beendet die Kommunikation.
• Böswilliges Anrufsignal: Verwendet ein spezielles Signal, um dem Telefonnetz mitzuteilen, dass ein Anruf eingegangen ist, dessen Quelle bekannt sein soll (Alarm).

• Signalrichtung: Wird verwendet, um Informationen über den Standort des angerufenen Teilnehmers zu senden (seine Telefonnummer usw.).

Die beiden Formen der Übertragung dieser Signale sind:

• Senden von Informationen im Zehnerbereich: Die Ziffern, aus denen sich die Zielrufnummer zusammensetzt, werden durch Impulse übertragen. Diese Impulse sind nichts anderes als das schnelle Umschalten des vorherigen Schalters. Die 0 wird durch 10 Impulse dargestellt.
• Senden von Multifrequenzinformationen: Jede Ziffer wird als die Summe von zwei Tönen mit unterschiedlichen Frequenzen dargestellt.

• Verwaltungs- oder Preissignale: Werden verwendet, um Informationen an das Endgerät über die Kosten des laufenden Anrufs zu senden. Diese Information wird nicht in allen Terminals verwendet.

In Spanien kann dies auf zwei Arten gesendet werden:

• Impulse von 50 Hz im Gleichtaktmodus: Für öffentliche Terminals in Betrieben (z. B. Bars). Der Gleichtaktmodus bedeutet, dass die Impulse gleichzeitig an beide Adern der Schleife angelegt werden.
• 12-kHz-Impulse im Differenzmodus: Für Telefonzellen.

• Informationszeichen: Zeigen dem Benutzer an, wie der Anrufprozess abläuft.

Die verschiedenen Klingeltöne, die der Benutzer hören kann, sind:

• Freizeichen: Zeigt dem Teilnehmer an, dass er mit der Wahl der Zielrufnummer beginnen kann. 400 Hz permanent.
• Besetztton: 400-Hz-Signal, 200 ms aktiv und 200 ms inaktiv.
• Rufton: 400-Hz-Signal, 1,5 s aktiv und 3 s inaktiv.
• Überlastungston: 400-Hz-Signal mit folgender Struktur der aktiven und inaktiven Zeiten: 200 ns ein, 200 ns aus, 200 ns ein, 200 ns aus, 200 ns ein, 600 ns aus, 200 ns ein, 200 ns aus...
• Klingelton: Signalisiert dem Terminal, dass ein Anruf an es gerichtet ist, damit es aktiviert wird. Es sendet ein 75-V-Signal mit 25 Hz, 1,5 s aktiv und 3 s inaktiv.