Analóg kéthuzalos távtáplált telefonkészülék mérése A múlt alkotta szabványokhoz, de a jelenkor technikai színvonalának megfelelően felépített, a tömeggyártásban előállított berendezés, az analóg kéthuzalos távtáplált telefonkészülék működését és műszaki paramétereit tekintjük át. Hazánkban alkalmazott távközlő végberendezések több, mint 90 százalékát ezen készülékek alkotják, irodánkban és lakásunkban. Analóg-nak azért nevezzük, mert az általa fogadott és továbbított információ analóg elektronikus formában jelenik meg. Két vezetéken kapcsolódik a nyilvános áramkörkapcsolt telefon hálózathoz (kéthuzalos), mely érpáron keresztül tápellátást kap a helyi központból a működéshez (távtáplált). A fent említett két vezetéken kerül továbbításra a fogadott és továbbított hang információ, valamint megvalósul a jelzésátvitel is.
1. Elméleti áttekintés 1.1. Vonali paraméterek A készülék vonali paramétereinek azon paramétereket nevezzük, melyek a vonali csatlakozó ponton mérhetők. A vonali csatlakozó pontot a és b –vel jelöljük. A készülékek vonali csatlakozását általában a gyártók 6/2 RJ11 ajzattal teszik lehetővé. A vonali paraméterek, mind a készülék kézibeszélőjének letett (on-hook), mind a kézibeszélő beemelt (off-hook) állapotában definiált. Megkülönböztetünk továbbá egyenáramú és váltakozóáramú paramétereket. Egyenáramú bemeneti ellenállás beemelt (off-hook) állapotban Az egyenáramú bemeneti ellenállás beemelt állapotban egyszerű feszültség-áram mérésére vezethető vissza. Megmérjük a készüléken átfolyó hurokáramot (mikrofon áramnak is nevezték régen), valamint a készülék kapcsaira (a, b) jutó feszültséget. A készülékek egyenáramú ellenállása a félvezetős felépítés miatt (jelenlegi elektronikus készülékek esetén) nem állandó, hanem a hurokáram függvényében változó jellemző. A szabványok a készülék beemelt állapotú egyenáramú bemeneti ellenállására a következőt írják elő: A működési hurokáram tartományban (20mA – 60mA) a készülék bemeneti egyenáramú ellenállása legyen kisebb, vagy egyenlő, mint 400 Ohm. Mérési összeállítás:
1
Mérési eredmény1 -bemeneti ellenállás a hurokáram függvényében
1k .9k 800 700 600 O h m
500 400 300 200 100 0
0
10m
20m
30m
40m
50m
60m
70m
80m
90m
100m
A
Mérési eredmény 2 –kapcsokon mérhető feszültség (Uab) a hurokáram függvényében
24 22 20 18 16 14 V
12 10 8 6 4 2 0 0
10m
20m
30m
40m
50m
60m
70m
80m
90m
100m
A
2
Egyenáramú bemeneti ellenállás letett (on-hook) állapotban A telefonkészülékek letett állapotukban közelítőleg szakadást mutatnak, azaz rajtuk áram ekkor nem folyik. A készülékek félvezetős felépítése miatt, valamint a készenléti állapot fenntartásához
viszont
szükséges
tápellátás.
A
tápellátás
megoldás
megvalósítása
megengedett helyi hálózatból (230V) például adapterrel, vagy akkumulátor, illetve telepes megoldással. Az ide vonatkozó szabványok viszont előírják, hogy a helyi tápellátás kimaradás, valamint az akkumulátorok, elemek kimerülése nem veszélyeztetheti a telefonkészülék alap működését (hívás fogadást és hívás indítást). Előírt érték, hogy a letett állapotban lévő készülék nem vehet fel nagyobb áramot, mint 10µA, ha az a,b kapcsokon a feszültség 48V±10%. Váltakozó áramú bemeneti impedancia beemelt állapotban A készülékek váltakozó áramú bemeneti impedanciája a hangfrekvenciás beszéd-átviteli tartományban (300-3400Hz) meghatározott. Európában sok orszában és Magyarországon ez az érték 600 Ohm- ban „Ohmos”-an definiált. Eltérést mutat az előírás Angliában és Németországban. Ezen országokban a definiált lezáró impedancia komplex, kapacitív jellegű a beszédátviteli tartományban. A paraméter mérését beemelt állapotban végezzük, 300Hz-3400Hz tartományban, színuszos vizsgálójellel. Mérési eredmény:
O h m
1000
+160
900
+140
800
+120
700
+100
600
+80
500
+60
400
+40
300
+20
200
+0
100
-20
0 200
300
400
500
600
700
800 900 1k
2k
3k
4k
5k
d e g
-40
Hz
Mint az ábrán látjuk, ezen paraméternek is meghatározott a tűrése, mind az impedancia abszolút értékére, mind pedig a fázisszögére nézve.
3
Az egyes országok nemzeti szabványai ezen paramétert gyakran csak tájékoztató jellegű paraméternek fogadják el. Reflexiós csillapítás +40 +37.5 +35 +32.5 +30 +27.5 +25 +22.5 d B
+20 +17.5 +15 +12.5 +10 +7.5 +5 +2.5 +0 200
300
400
500
600
700
800 900 1k
2k
3k
4k
5k
Hz
1.2. Akusztikus paraméterek A telefon készülékek akusztikus paramétereit minden esetben -működés közben- beemelt állapotban vizsgáljuk. A lezáró impedancia értéke 600 Ohm. Adási karakterisztika és nemlineáris torzítás
40
+20 +17.5
37.5 35
+15
32.5
+12.5
30
+10 +7.5
27.5
+5
25
+2.5 d B r
22.5
+0
20
15
-5 -7.5
12.5
-10
10
-12.5
7.5
-15
5
-17.5 -20 200
%
17.5
-2.5
2.5 300
400
500
600
700
800 900 1k Hz
2k
3k
4k
5k
0
4
Adási hangossági mérték (SLR-Sending Loudness Rating) –távolság függvényében +12 +11 +10 +9 +8 +7 d B
+6 +5 +4 +3 +2 +1 -0 0
250
500
750
1k
1.25k
1.5k
1.75k
2k
2.25k
2.5k
2.75k
3k
3.25k
3.5k
meter
Vételi karakterisztika és nemlineáris torzítás +25 24 +20
22
+15
20 18
+10
16 +5 d B r
14 +0
12
-5
%
10 8
-10
6 -15 4 -20 -25 200
2
300
400
500
600
700
800 900 1k
2k
3k
4k
5k
-0
Hz
5
Vételi hangossági mérték (RLR- Receiving Loudness Rating) –vonalhossz függvényében +2 +1 -0 -1 -2 -3 -4 d B
-5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 -12 0
250
500
750
1k
1.25k
1.5k
1.75k
2k
2.25k
2.5k
2.75k
3k
3.25k
3.5k
meter
Önhang csillapítás A telefonkészülékek egy további fontos akusztikus paramétere az önhang csillapítási mérték (STMR). A készülék vizsgálata során a készülék beemelt, huroktáplált és vonali oldalon névleges impedanciával lezárt. A gerjesztő jelet a kézibeszélő mikrofonjába juttatjuk megfelelő hangnyomásszinttel, és vizsgáljuk, hogy a gerjesztő jel hatására mekkora hangnyomásszint jelenik meg ugyanezen kézibeszélő hallgatójában. A mérést több frekvencián (300-3400Hz tartományban) kell elvégeznünk és a kapott csillapításértékeket súlyozottan összegezzük, vagyis a készülék önhang csillapítását egyetlen számérték fogja jellemezni. Az önhang csillapítás mértékének és magának a készülék önhangnak, kiemelt jelentősége van. Telefon beszélgetéskor a kézibeszélő hallgatóját a fülünkhöz szorítva a saját beszédünk hangnyomásától elszeparáljuk az egyik fülünket és ez kellemetlen érzést kelt. Saját hangunk visszahallását a kézibeszélővel letakart fülünkhöz elektronikusan oldjuk meg, vagyis visszavezetjük a mikrofonba juttatott hangnyomást a hallgatóba. A „visszavezetés” mértékét definiálja az önhang csillapítás mérték. Ha ez a visszavezetés túl hangosra sikerül az épp olyan kellemetlen (esetenként kellemetlenebb), mintha visszavezetés kis mértékben vagy egyáltalán nem történne. Analóg készüléket, ha nem megfelelő (névleges) impedanciával zárunk le, akkor az akusztikus jellemzői, így az önhang csillapítása is jelentősen megváltozhat! Gondoljunk a beázott telefonvonalakra, amikor az impedancia megváltozása „harsogó” önhangot eredményez! 6
Fontos, és kiemelendő tényező, hogy az akusztikus vizsgálatokat nem csupán közvetlen 600 Ohmos lezárással vizsgáljuk, hanem a készülék és a lezárás közé a gyakorlatban alkalmazott távvezetékeket (vagy azok koncentrált paraméterű helyettesítőjét) is beillesztenek. Mint azt az ábrákon is láttuk, különböző vezetékhosszaknál is elvégzik a mérést. A készülék akusztikus paramétereit kifejező mérőszámoknak ekkor is egy meghatározott értéktartományon belül kell maradniuk. Elektronikus sokkvédelem A készülékek nem üzemszerű körülményekre (például túlfeszültség) való reagálását akusztikus szempontból is vizsgálni kell. Alapvető szempont, hogy „bármilyen” rendellenes okból (tranziens, vagy túl magas jelszint) a telefonkészülék kézibeszélő hallgató nem generálhat a fájdalomküszöbnél (120dB) nagyobb hangnyomást. Magas jelszint esetén az elektronikus jel útjába helyezett védőáramkör képes a jelszint leszabályozására.
+130 +125 +120 +115 +110 d B
+105 +100 +95 +90 +85 +80 -20
-15
-10
-5
+0
+5
+10
+15
+20
+25
+30
dBm
7
1.3. Fogadott és továbbított jelzésinformációk Hívás kezdeményezés és hívás fogadás (megválaszolás) esetén szükséges a központtól fogadni, illetve a központ felé továbbítani az előfizetőnek szóló, illetve az előfizető által generált utasításokat. Csengetés detektor megszólalási küszöbszintje Bejövő hívás esetén a telefonkészülék kicseng, a telefon központ által küldött csengetőjel hatására. A csengető jelet (kb 70Veff 25Hz váltakozó jel) a csengetés detektor áramkör érzékeli, majd akusztikus, esetleg vizuális, vagy mindkettő jelzéssé alakítja. A csengetés detektor áramkör egyik legfontosabb jellemzője az úgynevezett megszólalási küszöbszint, mely az a feszültségérték, ahol a csengetésdetektor áramkör működésbe lép. Tárcsamű A tárcsamű segítségével adjuk át a telefon központnak a hívni kívánt előfizető telefonszámát. A hívószám továbbítás módja lehet impulzus (PULSE), illetve hangtárcsás (TONE vagy DTMF). Impulzus üzemű tárcsamű működése és főbb paraméterei Impulzusos hívómű esetén a szám továbbítása az egyenáramú hurok megszaggatásával kerül továbbításra. A beemelt állapotban folyó mikrofon-tápáramot a továbbítani kívánt számnak megfelelően szakítjuk meg (1-es szám esetén egyszer, ..9-es szám esetén kilencszer és a 0 esetén, pedig tízszer). A hurokáram megszakítási idő, valamint az újrazárási idő és a számok közti szünetidő szabvány által definiált érték. Meghatározott továbbá az impulzusos tárcsamű hurok zárási és hurok bontási ellenállás értéke is. Impulzusos tárcsamű időzítés paraméterei
8
Impulzusos tárcsamű zárási ellenállása 800 750 700 650 600 550 500 O h m
450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 -50m
0
50m
100m
150m
200m
250m
300m
350m
200m
250m
300m
350m
sec
Impulzusos tárcsamű bontási ellenállása 500k 450k 400k 350k 300k O h m
250k 200k 150k 100k 50k 0 -50m
0
50m
100m
150m sec
9
DTMF hívómű működése és főbb paraméterei A DTMF mozaikszó a Dual Tone Multi Frequency szavakból épül fel, mely utal arra, hogy egy szám tárcsázásakor a vonalon (beszédsávban) egyszerre két színuszos komponensből álló jel jelenik meg. A jelkomponensek frekvenciái szabvány által rögzített paraméterek. Négy alsó csoport és négy felső csoport frekvenciát definiáltak a szabványalkotók. Alsó csoport komponensek az alábbi táblázatban „fa”-val, míg a felső csoport komponenseit, pedig „ff”-el jelöljük. fa [Hz] 697 697 697 770 770 770 852 852 852 941 941 941 697 770 852 941
ff [Hz] 1209 1336 1477 1209 1336 1477 1209 1336 1477 1209 1336 1477 1633 1633 1633 1633
számjegy 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 * # A B C D
A telefonvonalon megjelenő jel matematikailag a következőképpen írható le az idő függvényében: u(t) = Ua*sin(2*π*fa*t) + Uf*sin(2*π*ff*t) ahol: Ua
az alsó csoport frekvenciájú jelkomponens amplitúdója
Uf
az felső csoport frekvenciájú jelkomponens amplitúdója
fa
az adott számhoz (eltárcsázott) tartozó alsó csoport frekvencia érték
ff
az adott számhoz (eltárcsázott) tartozó felső csoport frekvencia érték
10
Az amplitúdó értékek szintén szabvány által definiált jellemzők. Előírás szerint:- a felső csoport komponens amplitudója –5 ... –9 dB közé essen, valamint az alsó komponens amplitudója legyen 3±1 dB-lel kisebb, mint az éppen aktuális felső komonens szintje. A feszültség szintek 775 mV feszültséghez viszonyított számértékek. A névleges frekvenciáktól (lásd fenti táblázat) az eltérés maximum ±1% lehet. A fenti előírásokon felül elvárás egy DTMF tárcsaműtől az, hogy nemkívánatos jelkomponenseket (olyan komponenseket, amelyek a fenti matematikai összefüggéssel meghatározott komponensek felharmonikusai, intermodulációs termékei és egyéb idegen jelkomponens) ne, vagy csak egy meghatározott jelszintnél kisebb szinttel sugározhat. Külön előírás határozza meg a sávon (beszédsávon) belüli, valamint a sávon kívüli úgynevezett nemkívánatos komponensek maximális szintjét. +0 -10 -20 -30 -40 d B m
-50 -60 -70 -80 -90 -100 100
200
500
1k
2k
5k
10k
20k
50k
90k
Hz
A vonalon a DTMF jel általában addig van jelen, míg a telefonkészülék billentyűjét nyomva tartjuk, de fontos előírás, hogy a vonalra kapcsolt jel időtartama minimum 80ms legyen! Előfordulnak olyan készülékek is, melyek tárcsaműve automatikusan leidőzíti a DTMF jelet (nem a lenyomott billentyű nyomvatartásának idejéig szolgáltatja a DTMF jelet). Ezen készülékek tárcsaművét „BURST” üzeműnek nevezzük. A DTMF minimális időtartam fontos paraméter a memóriából történő tárcsázás esetén is. A DTMF jelek közti elválasztó szünetidő az az időtartam, amikor a vonalon nem jelenik meg DTMF komponens. Ez az idő -ami minimálisan szintén 80ms- teszi lehetővé a DTMF kódok (eltárcsázott számok) szétválasztását a telefon központ oldalon.
11
Szolgáltatás kérés rövidhurok megszakítással (FLASH) A rövidhurok megszakítás valójában a távtápláló áram (mikrofonáram) megszakítását, majd a hurok zárását jelenti. Ez olyan, mintha a telefonkészülék kézibeszélőjét letennénk, majd ismét beemelnénk. Európai előírás szerint a rövidhurok megszakítás időtartama 100ms (±10%), amit, ha ügyesek vagyunk ténylegesen előidézhetünk a telefonkészülékünk hurokvillájával. Abban az esetben, ha a rövid hurok megszakítás gombot (FLASH, illetve „R”) megnyomjuk az időzítést a készülék elvégzi. 500k 450k 400k 350k 300k O h m
250k 200k 150k 100k 50k 0 -100m
0
100m
200m
300m
400m
500m
600m
700m
800m
sec
Fontos megjegyezni, hogy a tengeren túl a rövidhurok megszakítás időtartama 600ms, sőt előfordulhat 750ms és 900ms érték is. Az ilyen (európai normák szerint nem szabványos) készülékek jelentős működési problémát okozhatnak a hazai hálózatban, illetve az alközponti magánhálózatokban. A hosszú FLASH időt a központ bontásnak veszi, majd az ismételt hurok zárást újbóli beemelésnek! Fontos kiemelni a hurokvilla által generált jelzésinformációkat. Ha a készülékünk kézibeszélőjét beemeljük, akkor a hurokáram folyás megindul, és telefonközpont vonal letett állapotból beemelt állapotba kerül. Az, hogy milyen állapotba kerülünk a kézibeszélő beemelésekor, az függ a megelőző állapottól! Csengetett állapotban, ha beemelünk, akkor beszédállapotba (megválaszoljuk a bejövő hívást), míg a nyugalmi állapotban történő beemelés esetén tárcsázási állapotba jutunk (telefon központ tárcsahang bekapcsolásával jelzi).
12
2. Analóg kéthuzalos távtáplált telefonkészülék mérési feladatok 2.1. Mérjük meg az analóg kéthuzalos távtáplált telefonkészülék egyenáramú bemeneti ellenállását a távtápláló áram függvényében a készülék beemelt (off-hook) állapotában! Mérési elrendezés:
Mérés menete: •
Állítsuk be a tápegységet kb 30 – 40 V feszültségre.
•
Emeljük be a telefonkészülék kézibeszélőjét.
•
Állítsuk be az Rd-t (Ellenállás dekádot) úgy, hogy a készüléken átfolyó áramérték a kívánt értéket vegye fel (lásd a lenti táblázatot)!
•
Jegyezzük fel az áramértékekhez tartozó feszültségértékeket.
•
Számoljuk ki az adott tápáramhoz (I) tartozó egyenáramú bemeneti ellenállás (Rbe) értékét, majd ábrázoljuk azt a tápáram függvényében.
Mérési eredmények: I
18mA
20mA
25mA
30mA
35mA
40mA
45mA
50mA
Uab Rbe 2.2. Digitális tároló oszcilloszkóppal mérjük meg a telefonkészülék impulzus (PULSE) tárcsaművét! A mérési elrendezés megegyezik az előző pont mérési összeállításával, de a feszültségmérőt cseréljük le digitális tároló oszcilloszkópra. Az oszcilloszkóp beállítása a következő legyen: Y csatorna érzékenység: 10V/osztás; Időalap: 500ms – 1s / osztás; „roll” mód.
13
Az Y pozíciót úgy állítsuk be, hogy a sugár a telefonkészülék letett és beemelt állapotában is látható legyen az oszcilloszkóp képernyőn. Mérés menete: •
Emeljük be a telefonkészülék kézibeszélőjét,
•
Állítsunk be 20 – 50 mA közti áramértéket (ebben a tartományban bármi lehet),
•
Tárcsázzuk impulzus (PULSE) üzemmódban az ’1’ ’2’ ’3’ hívószámokat,
•
Rögzítsük (tároljuk) az eredményt (PAUSE vagy Run/Stop billentyűvel),
•
Rajzoljuk le a jelalakot és értékeljük ki azt! Határozzuk meg a hurok zárás és megszakítás idejét, valamint az egyes digiteket elválasztó (Interdigit) időt.
2.3. Digitális
tároló
oszcilloszkóppal
mérjük
meg
a
telefonkészülék
rövid
hurokmegszakítását (FLASH) ! A mérési elrendezés megegyezik az előző pont mérési összeállításával. Az oszcilloszkóp beállítása a következő legyen: Y csatorna érzékenység: 10V/osztás; Időalap: kb 500ms / osztás; „roll” mód. Az Y pozíciót úgy állítsuk be, hogy a sugár a telefonkészülék letett és beemelt állapotában is látható legyen az oszcilloszkóp képernyőn. Mérés menete: •
Emeljük be a telefonkészülék kézibeszélőjét,
•
Állítsunk be 20 – 50 mA közti áramértéket (ebben a tartományban bármi lehet),
•
Nyomjuk meg a FLASH billentyűt,
•
Rögzítsük (tároljuk) az eredményt (PAUSE vagy Run/Stop billentyűvel),
•
Rajzoljuk le a jelalakot és értékeljük ki azt!
2.4. Digitális tároló oszcilloszkóppal mérjük meg a telefonkészülék DTMF (TONE) tárcsaművét! A mérési elrendezés megegyezik az előző pont mérési összeállításával. Az oszcilloszkóp kezdeti beállítása a következő legyen: Y csatorna érzékenység: 10V/osztás; Időalap: 500ms – 1s / osztás; „roll” mód.
14
Az Y pozíciót úgy állítsuk be, hogy a sugár a telefonkészülék letett és beemelt állapotában is látható legyen az oszcilloszkóp képernyőn. Mérés menete: •
Emeljük be a telefonkészülék kézibeszélőjét,
•
Állítsunk be 20 – 50 mA közti áramértéket (ebben a tartományban bármi lehet),
•
Tárcsázzuk DTMF (TONE) üzemmódban az ’1’ ’2’ ’3’ hívószámokat,
•
Tegyük le a készülék kézibeszélőjét, majd ismét emeljük be.
•
A hívásismétlés gombbal (Redial) tárcsázzuk ismét a hívószámokat.
•
Rögzítsük (tároljuk) az eredményt (PAUSE vagy Run/Stop billentyűvel),
•
Rajzoljuk le a jelalakot és értékeljük ki azt! Határozzuk meg a jelidőt valamint az egyes digiteket elválasztó (Interdigit) időt.
2.5. Digitális tároló oszcilloszkóppal mérjük meg a telefonkészülék PAUSE időzítését! A mérési elrendezés megegyezik az előző pont mérési összeállításával. Az oszcilloszkóp kezdeti beállítása a következő legyen: Y csatorna érzékenység: 10V/osztás; Időalap: 1s / osztás; „roll” mód. Az Y pozíciót úgy állítsuk be, hogy a sugár a telefonkészülék letett és beemelt állapotában is látható legyen az oszcilloszkóp képernyőn. Mérés menete: •
Emeljük be a telefonkészülék kézibeszélőjét,
•
Állítsunk be 20 – 50 mA közti áramértéket (ebben a tartományban bármi lehet),
•
Tárcsázzuk DTMF (TONE) üzemmódban az ’1’ PAUSE ’2’ ’3’ hívószámokat,
•
Tegyük le a készülék kézibeszélőjét, majd ismét emeljük be.
•
A hívásismétlés gombbal (Redial) tárcsázzuk ismét a hívószámokat.
•
Rögzítsük (tároljuk) az eredményt,
•
Rajzoljuk le a jelalakot és értékeljük ki azt! Határozzuk meg a „PAUSE” időzítést!
15
