1 Zürcher Hochschule Winterthur Plain Old Telephone System POTS Prof. Dr. Andreas Steffen ©1998–2003 Zürcher Hochschule Winterthur

2 Zürcher Hochschule Winterthur POTS –Plain Old Telephone System 1876 Geschichte SignaleApparateLeitungen Heutige Technologie

3 Zürcher Hochschule Winterthur 1830 Erfindung des Telegraphen durch Samuel Morse Ein- und Ausschalten eines elektrischen Stromkreises Elektromagnetischer Empfänger erzeugt Klicken 1876 Alexander Graham Bell meldet Telefon zum Patent an Der deutsche Physiker Johann Philip Reis baute schon 1861 das erste Telefon, das allerdings nicht funktionierte. Bell brachte in Boston Gehörlosen das Sprechen bei. Seine Erfahrung mit akustischen Schwingungen, kombiniert mit der Idee des variablen Widerstands, führte zum ersten funktionsfähigen Telefon Erfindung des Kohlemikrofons durch Thomas Edison Die Bell Telephone Company wird gegründet Das Telefon wird praktisch nutzbar und verbreitet sich 1999 Allein in den USA 150 Millionen Telefonanschlüsse Der „Erfinder“– Alexander Graham Bell

4 Zürcher Hochschule Winterthur Teilnehmerleitung – „subscriber line“ Leitung - „loop“ Speisung DC Signalisierung DC / AC Sprache AC Speisung DC Batterie- spannung Schleifen- wiederstand Schleifen strom Impedanz / Bandbreite Einfügungs dämpfung Richtungs- trennung Distanz Kabel 

5 Zürcher Hochschule Winterthur Tip Gabelkontakt Hör- kapsel Teilnehmerleitung mit a/b Schnittstelle Mikrofon ZWZW Klingel a b Ring RLRL a bRSRS GND 0 V RSRS -48 V DC Batterie Audio In / Out Telefon Zentrale Leitung RLRL Z W Distanz d

6 Zürcher Hochschule Winterthur On Hook (Hörer aufgelegt) R DC > 1 M , U ab = -48 V Off Hook (Hörer abgenommen) R DC = , U ab = ca. -8 V Stromaufnahme, damit Telefon funktioniert I DC = m A Batterie-Schutzwiderstände in der Zentrale R S = 200 , 2 x R S = 400  Ohm‘sche Leitungsverluste R L = Drahtwiderstand [  /km] x Distanz d [km] Annahme Schleifenstrom I DC = 24 mA Maximaler Schleifenwiderstand 2 x R L < 48 V / 24 mA - 2 x R S - R DC 2 x R L < 2000    = 1300  DC Speisung des Telefons

7 Zürcher Hochschule Winterthur Verwendete Kupferkabel AWG = American Wire Gauge (amerikanisches Drahtmass)

8 Zürcher Hochschule Winterthur Nominelle Wellenimpedanz Z W = 600  (In der Praxis ist die Leitung zu kapazitiv) Frequenzgang Hz Einfügungsdämpfung Typische Werte: kHz Maximaler Wert:ca. 8 1 kHz Dämpfung nimmt mit steigender Frequenz stark zu. Typische Werte: kHz, kHz Grund: kapazitiver Leitungsbelag des Kabels Pupin-Spulen Ab 6 km Leitungslänge wurden früher alle 2 km Pupin-Spulen (engl. loading coils) zur Frequenzgangbegradigung eingefügt. Pupin-Spulen stören heute Modem- und ISDN-Verbindungen. AC Eigenschaften der Leitung

9 Zürcher Hochschule Winterthur 2-Drahtleitung a/b Teilnehmerleitung kann gleichzeitig Sprachsignale in beide Richtungen übertragen.  Vollduplexbetrieb Gabelschaltung / Hybrid Richtungstrennung durch Übergang von 2-Drahtleitung auf 4-Drahtleitung mittels einer Gabelschaltung oder eines Hybrids. Gabelschaltung im Telefon entkoppelt Mikrofon- und Hörersignal. Die Entkopplung hängt von der Symmetrie der Gabelschaltung und der Güte der Leitungsnachbildung Z W ab. Ein gewisses Rückhören ist erwünscht, da sonst die Verbindung als tot empfunden wird. Zu geringes Rückhören verleitet zu lautem Sprechen. Kritisch ist der 2-Draht / 4-Draht Übergang in der Zentrale, da sonst lästige Echos entstehen. Die Echodämpfung im Frequenzbereich 300 Hz Hz muss nach ITU-T G.122 und G.131 grösser als 20 dB sein. Richtungstrennung mit Gabelschaltung

10 Zürcher Hochschule Winterthur Abheben / Auflegen des Hörers (Off Hook / On Hook) Änderung des DC Stroms wird von der Zentrale detektiert. Rufsignal (Ringing) Historisch bedingt durch Kurbel (Induzierte Spannung) Hz AC-Signal mit V Effektivwert CH: 25 Hz mit ca. 70 V Effektivwert Wahlverfahren siehe KT-Skript, Seite Impulswahl Mehrfrequenzwahl (DTMF = Dual-Tone Multi-Frequency) Gebührenimpulse CH: Dauer = 100 ms, Frequenz = 12 kHz Signalisierung

11 Zürcher Hochschule Winterthur Eigenschaften des DTMF–Signals 123A 456B 789C  0#D Upper Group [Hz] Lower Group [Hz] Frequenzgenauigkeit < ± 1.5 % Pegelunterschied Upper / Lower Group < 4 dB Oberwellen / Intermodulation < - 20 dBc Zeichendauer Ton: > 70 ms Pause: > 70 ms

12 Zürcher Hochschule Winterthur B Battery Feed Liefert länderspezifische DC Spannung und Schleifenstrom O Overvoltage Protection Schützt die Baugruppe gegen Überspannungen R Ringing Generiert länderspezifisches Rufsignal S Supervision Abheben / Auflegen werden überwacht  Abläufe gesteuert C Coding / Decoding Wandlung analoges Sprachsignal  digitale PCM Worte H Hybrid Leitungsimpedanzanpassung, 2-Draht / 4-Draht Gabelschaltung T Testing Testen und Überwachen der Teilnehmerleitung Funktionen der Teilnehmerschaltung (subscriber line card) in der Zentrale