Plain Old Telephone System POTS

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Franka Brauer
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1 Plain Old Telephone System POTS Prof. Dr. Andreas Steffen

2 POTS Plain Old Telephone System 1876 Geschichte Apparate Signale Leitungen Heutige Technologie 2

3 Der Erfinder Alexander Graham Bell 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 3

4 Teilnehmerleitung subscriber line Leitung - loop Speisung DC Schleifen strom Signalisierung DC / AC Distanz Kabel Sprache AC Impedanz / Bandbreite Einfügungs dämpfung Batteriespannung Schleifenwiederstand Richtungstrennung 4

5 Teilnehmerleitung mit a/b Schnittstelle -48 V DC Batterie a R L a R S Z W Ring Mikrofon Klingel Tip Z W Distanz d Audio In / Out Hörkapsel Gabelkontakt b R L b R S Telefon Leitung GND 0 V Zentrale 5

6 DC Speisung des Telefons On Hook (Hörer aufgelegt) R DC > 1 MΩ, U ab = -48 V Off Hook (Hörer abgenommen) R DC = Ω, U ab = ca. -8 V Stromaufnahme, damit Telefon funktioniert I DC = m A Batterie-Schutzwiderstände in der Zentrale R S = 200Ω, 2 x R S = 400Ω Ohm sche Leitungsverluste R L = Drahtwiderstand [Ω /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 < 2000Ω -400Ω - 300Ω = 1300Ω 6

7 Verwendete Kupferkabel Draht Typ Widerstand bei 20 C Drahtdurchmesser Drahtquerschnitt Kupfergewicht AWG mm mm Ω/km 1.16 kg/km AWG mm mm 2 86 Ω/km 1.81 kg/km AWG mm mm 2 55 Ω/km 2.83 kg/km AWG = American Wire Gauge (amerikanisches Drahtmass) 7

8 AC Eigenschaften der Leitung Nominelle Wellenimpedanz Z W = 600Ω (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. 8

9 Richtungstrennung mit Gabelschaltung 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. 9

10 Signalisierung 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 10

11 Eigenschaften des DTMF Signals Upper Group [Hz] Frequenzgenauigkeit A < ± 1.5 % Pegelunterschied Upper / Lower Group < 4 db Lower Group [Hz] B C Oberwellen / Intermodulation < - 20 dbc Zeichendauer # D Ton: > 70 ms Pause: > 70 ms 11

12 Funktionen der Teilnehmerschaltung (subscriber line card) in der Zentrale 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 12

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