图 16老机器馆

转盘电话:拨号盘、脉冲与交换机的工作原理

转盘拨号盘通过线路电流的短暂中断发送每位数字,每秒十次,拨 0 需要十次。

转盘电话:拨号盘、脉冲与交换机的工作原理
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1 / 16 电话与交换机左边是台式电话。右边是交换机中响应它的选择器,用一对导线连接。模型正在拨 30 号线。把任意指孔拖到金属指挡处再松开,就能自己拨号。

拖动可旋转,滚轮或双指缩放。

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转动拨号盘时会发生什么

把手指伸进标有 5 的孔,转动指盘,直到手指碰到金属指挡,然后松手。指盘会自己转回去,发出轻轻的嗡鸣。这嗡鸣就是电话在向交换机传话。指盘回转时,内部的开关会切断线路电流五次,交换机收到的全部信息就是电流中五个短暂的间断。没有音调,也没有代表「5」的编码。交换机只管计数。

本页沿着这次计数,从你的手指一直追到你想接通的线路。先看拨号盘:指盘和指挡、决定回转速度的弹簧和调速器,以及脉冲触点。然后打开电话的其余部分,看看电铃、叉簧开关、碳粒送话器和受话器。在电线的另一端,有六种寻找被叫线路的方式:接线台前的话务员、Strowger 步进制选择器、带标志器的纵横制交换机、由存储程序运行的电子交换机、在时隙之间转接通话的数字交换机,以及不数间断而监听成对音调的双音多频接收器。

场景中的「交换机」控件可以在它们之间切换。电话不变,规则也不变:拨出的第一位数字选择一排十条线路,第二位选择这一排中的一条。模型电话是 42 号线,号码印在拨号盘中央的卡片上。

为什么拨号盘只在回转时发送脉冲

最直观的设计,是在你转动指盘时,每有一个孔经过触点就发送一个脉冲。但人手转动指盘的速度并不均匀,脉冲就会挤在一起或被拉长,交换机里的开关可能漏掉其中一些。

拨号盘把上弦和发送分开。转动指盘只给复位弹簧上弦。只有松手后,弹簧才驱动指盘回转,也只有这时触点才会开合。英国邮政总局 关于拨号盘的培训手册说得很清楚:把指盘转到指挡处,然后让它不受阻碍地回转;回转过程中,脉冲轮操作脉冲触点,次数与所拨数字相同。回转速度不再取决于你的手,因此可以在工厂中设定。

上弦时,必须有东西让脉冲触点保持不动。在较早的 英国邮政总局 拨号盘里,这项工作由滑动凸轮承担,它是由弹簧垫圈压在脉冲轮上的圆片。向外转时,它把脉冲杠杆抬离轮上的缺口。回转时,它会让杠杆再抬起约 220 ms,直到第一个缺口到来。这段称为「最小停顿」或「空行程」的停顿,加上你给下一位数字上弦所需的时间,使两位数字至少相隔 420 ms,让选择器有时间完成动作。

滑动凸轮依赖摩擦,而摩擦会随使用年限变化。后来的设计用贴着脉冲轮运动的不锈钢扳机替代了它。扳机式拨号盘把停顿延长到约 240 ms,把数字间隔延长到 440 ms。它也能容忍手指操作不够准确:即使在离指挡还差半个孔距时停下,或越过指挡半个孔距,仍会发出正确数量的脉冲。

指挡决定所拨的数字

指盘上的孔等距排列,在模型中相隔 30 度。1 号孔离指挡最近,0 号孔最远,所以数字越大,指盘转得越远。每个孔都在同一个指挡处结束行程,因此转过的距离只取决于你用了哪个孔。回转时,这段距离又被转换成脉冲数。

在模型中,孔的行程比它发送的脉冲数多一个孔距。3 号孔转过 120 度:90 度对应凸轮齿,回转末段还有 30 度的自由行程。最后这段使线路保持闭合片刻,让交换机能够分辨一位数字在哪里结束、下一位在哪里开始。

指盘本身没有印任何东西。数字印在下面固定不动的号码盘上,只有拨号盘静止时才从孔中露出。许多拨号盘还在数字旁标了字母,以便拨出交换局名称。ITU 的键盘标准 E.161 至今仍把 ABC 放在 2 上、WXYZ 放在 9 上,因此这些字母一直保留在今天的电话键盘上。

用数字看每秒十个脉冲

英国邮政总局 的标准速度是每秒十个脉冲,每个脉冲先断开 66.6 ms,再接通 33.3 ms,即「66.6 的断续比」。模型把断开占比取整为 66%。根据这些数值:

  • 脉冲周期 = 1 / 10 s = 100 ms
  • 断开 = 0.66 × 100 ms = 66 ms
  • 接通 = 100 ms − 66 ms = 34 ms
  • 数字 0 = 10 个脉冲,因此从第一次断开开始到最后一次断开结束:9 × 100 ms + 66 ms = 966 ms

模型拨号盘以每秒 300 度回转,因为每转 30 度就有一个凸轮齿经过,每秒必须经过十个齿。场景底部的图带以 100 ms 网格绘出环路电流,下面一行显示最近一次断开和接通的时长。模型根据自身计时测量这些数值,在默认设置下分别得到 66 ms 和 34 ms。

真实拨号盘会稍微偏离这些数值。调速器设为每秒 10 个脉冲,英国邮政总局 在维护时接受 9 到 11 之间的任何数值。「脉冲速率」滑块的范围大得多,从 3 到 14,「断开占比」滑块则从 50% 到 80%,让你能把拨号盘推到交换机无法容忍的范围。下一节说明这时会发生什么。

拨完一个完整号码需要一些时间。999 是 27 个脉冲,发送脉冲需要 2.6 秒,加上数字间两次 420 ms 的停顿,总共约 3.4 秒。实验区的「脉冲计时」框会为你输入的任何号码计算这个总和。

交换机怎样处理过快或过慢的拨号盘

交换机看不到你的拨号盘。它看到的是线路末端的继电器:有电流时吸合,电流停止时释放。每次释放就是一个脉冲。继电器也有自己的速度限制,模型为交换机设了两条简单限制,并注明它们是模型值,因为真实交换机会因型号和国家而异:

  1. 短于 25 ms 的接通不会被识别。继电器来不及重新吸合,所以这段短接通两侧的断开会连成一次长断开。
  2. 长于 200 ms 的断开会被当作主叫挂机。第二个较慢的继电器只在断开保持短暂时维持通话,一旦它释放,交换机就清除通话。

用滑块试一试。每秒 14 个脉冲、断开占比 66% 时,每个周期是 71.4 ms,断开 47.1 ms,接通 24.3 ms。接通时间刚好低于 25 ms,因此第一次之后的每次断开都会与前一次连在一起。拨 5 时,断开连起来持续 4 × 71.4 ms + 47.1 ms = 333 ms,超过 200 ms,交换机便清除线路。同样速度下拨 2,连续断开持续 71.4 + 47.1 = 118.5 ms,因此通话仍被保留,但交换机只数到一个脉冲,而不是两个。

现在往另一个方向调。每秒 3 个脉冲时,周期是 333 ms,断开是 0.66 × 333 ms = 220 ms。第一个脉冲对模型的保持继电器来说就太长了,因此任何数字到达前通话就被清除。每秒 4 个脉冲时,断开是 165 ms,模型仍能正确计数,尽管真实交换机这时已远远超出 英国邮政总局 维持的 9 到 11 范围。

实验区有两项任务,要求你故意制造这两种故障。图带显示证据:环路电流的间断被拉长或挤在一起,状态行说明交换机得出了什么判断。

拨号盘里的弹簧、调速器和凸轮

打开「查看内部」,外壳就会变透明。号码盘后面就是负责计时的部件。

指盘给平面螺旋弹簧上弦,弹簧再驱动它回到原位。如果只有弹簧,指盘会猛地以过快速度回转,拉得越远,回转还会更快。离心调速器让它慢下来。调速器由主轴上的齿轮驱动;旋转时,翼片上的重块向外甩,压住杯体内壁,摩擦限制了速度。因此,若你用手指催着指盘加快回转,就会感觉到阻力。调速器传动中的单向离合器使指盘在上弦时能自由转动,所以调速器只制动回转。

在模型中,拨号盘轴上的齿轮驱动一个小齿轮,小齿轮带动装有两个重块的杯体旋转。凸轮与指盘一起转动。它的十二个齿相隔 30 度,与指孔一样,因此每转过一个孔距,就有一个齿经过触点。回转时,每个齿都把脉冲触点推开一次。这些触点与电话线路串联,因此打开触点就会切断整个环路的电流,一直到交换机。

真实拨号盘还有离位簧片,指盘一离开静止位置就闭合。英国邮政总局 手册给出两个原因:此时脉冲电路不包含送话器的电阻,而且受话器中不会听到脉冲造成的咔哒声。

用叉簧拨号

脉冲触点不过是一个与线路串联的开关。听筒下面的叉簧开关也是如此。按下它会像脉冲一样断开环路,所以对交换机而言,快速按下再松开就是一个脉冲。

实验区的「叉簧」按钮正是这样工作的。拿起听筒,快速按三次「叉簧」,然后等待。模型把 0.4 秒的停顿当作一位数字结束,因此按三次后会数出 3,选择器上升三层。按住太久,断开就会超过 200 ms;模型交换机会把它当作挂机,清除通话。人手很难既让每次按下短于这个限制,又至少松开 25 ms,这也是拨号盘存在的原因之一。

电话其余部分的内部

拨号盘只是电话中与交换开关传话的部分。打开「查看内部」,在部件列表中选择新增的部件,看看其余部分。

振铃器。 机身下方有两个铃碗、一个铃锤和一对线圈。交换机沿线路发送交流电,使电话振铃,1965 年的一份 贝尔系统 调查仍提到配有「标准 20 周振铃器」的电话机。在模型中,线圈间的衔铁每周期摆动一次,铃锤先敲一个铃碗,再敲另一个。打开「振铃」观察,再打开「慢动作」,就能看到铃锤以五分之一的速度运动。1937 年的 英国邮政总局 Telephone No. 332 把电铃装在外壳内;更早的 162 和 232 台式机则需要独立的电铃盒。

叉簧开关。 托架上的两个柱塞位于听筒下方。拿起听筒,它们就会升起,一组簧片闭合,环路电流开始流动。交换机以拨号音响应。在模型中,振铃时拿起听筒也会使振铃停止,因为叉簧开关把电铃从线路上断开,接入通话电路。

通话网络。 拨号盘旁边有一个感应线圈和一个电容器。线圈把送话器和受话器接到两根线路导线上,并避免你自己的声音在耳边显得太响。电容器阻止稳定的线路电流进入电铃,却让交流振铃电流通过。

碳粒送话器。 话筒中,薄振膜后面有一个装着碳粒的小盒。声音推动振膜,碳粒挤得更紧,电阻降低,通过它们的稳定电流随之增大。振膜弹回时,电阻再次增大。最终,线路电流会随你声音的压力变化。Thomas Edison 于 1877 年 4 月 27 日提交了「Speaking-telegraph」专利申请,直到 1892 年 5 月 3 日才获授权。在模型中,通话接听后,振膜和颗粒就会运动。

受话器。 受话器把这个过程反过来。环形磁铁以稳定的力吸引铁质振膜。变化的线路电流流过磁极上两个小线圈,增强或减弱吸力,于是振膜随电流同步运动,推动你耳前的空气。

Strowger 的双动作开关

Almon B. Strowger 于 1889 年 3 月 12 日提交自动电话交换机的专利申请。1891 年 3 月 10 日获授权,成为美国专利 447,918。第一座自动交换局于 1892 年在印第安纳州拉波特开通。它的由来有些特殊:1890 年,Bell 公司以侵犯专利为由起诉镇上一家人工交换局的用户,法院命令把他们的电话运到芝加哥焚毁。拉波特约两年没有电话服务。后来 Strowger 的交换局可容纳 99 个用户,有 75 个用户登记使用。一幅交换局的绘画显示,一面墙上有 80 个开关,另一面墙上有同样多的湿电池。

设计的核心是双动作步进开关。一根轴带着接触臂,也就是接触刷,位于十排、每排十个触点组成的触点组内。一个电磁铁收到脉冲,使轴逐排上升。第二个电磁铁收到脉冲,使轴转动,每个脉冲转过一个触点。十排乘以每排十个触点,共有 100 种选择,棘爪在每一步固定住轴。通话结束时,释放电磁铁松开棘爪。弹簧先把轴转回起始角度,然后轴才落到底部。

在场景中,拨出的第一位数字会抬高轴。图带旁的网格以一列方块显示同样的动作。第一位数字结束时,选择器等待。第二位数字驱动旋转电磁铁,接触刷沿这一排转动。先拨 3 再拨 0,接触刷就停在第 3 层、第 10 个触点,即 30 号线。线路振铃时,该触点上的橙色灯闪烁。

拉波特的开关没有沿用多久。1894 年秋,公司用 A. E. Keith 设计的 Zither 开关替换了它,但效果不好。1895 年 6 月,Keith 与 John、Charles Erickson 兄弟的第三种设计投入使用,它的机构成为此后约 85 年间使用的 Strowger 开关的基础。同样这三个人于 1896 年 8 月 20 日提交「Calling device for telephone-exchanges」专利申请,1898 年 1 月 11 日获授权。

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从一个选择器到城市交换局

一个选择器服务 100 条线路,对拉波特来说足够了。较大的交换局在最终选择器前面加上组选器,最终选择器称为终接器。每增加一位数字,就驱动一个组选器来选择一组线路,最后两位则像模型中一样操作终接器。每增加一级,可接通的线路数就乘以十,因此步进制交换局可以逐级扩展。Smith 和 Campbell 的教科书 Automatic Telephony(1921)正是这样解释百线开关的:先十位,后个位。

最早的自动电话没有拨号盘。Smith 和 Campbell 描述了用户电话机上的按钮,它们在 1896 年被拨号装置替代。以话务员服务起家的 贝尔系统 较晚才采用步进制交换:它自行安装的第一座步进制交换局由 Automatic Electric Company 建造,于 1919 年 11 月 8 日在弗吉尼亚州诺福克投入服务。西部电气公司 自己的面板式开关于 1920 年在奥马哈投入服务。

拨号盘之前:话务员的接线台

在「交换机」控件中选择「人工接线台」。第一座电话交换局于 1878 年 1 月 28 日在康涅狄格州纽黑文开通。交换局把每条线路引到同一个地方,也随之带来了第一批话务员。

在接线台上,每条线路都终接于一个插孔,每个插孔有一盏灯。主叫拿起听筒时,灯亮。话务员把应答塞绳插入该插孔,询问号码,再把同一对中的呼叫塞绳插入所需线路的插孔,然后振铃。在模型中,你一拿起听筒,42 号线的灯就闪烁,0.6 秒后红色插头插入 42 号插孔,黑色插头则插入你拨出的线路。当然,在人工接线台上拨号是虚构的;这个场景中的数字代表你本来会口头请求的号码。

实验区为这个场景安排了一项任务:2 号插孔上的主叫想接 5 号线,你必须自己插入塞绳,先接主叫。

韩国第一条电话线路于 1896 年 10 月 2 日开通,从德寿宫通到仁川的监督办公室。《韩国民族文化大百科全书》记载,宫中使用瑞典 LM Ericsson 的人工磁石式接线台,可容纳 100 条线路。公众电话服务随后于 1902 年 3 月 20 日开通,在麻浦、桃洞、始兴、京桥和仁川设有电话所,五分钟收费 50 钱,预先付款,提前挂机不退款。

纵横制:标志器先读完整号码

步进制交换机中,主叫的脉冲直接使开关动作。这使交换机很简单,也意味着一个开关在使用者整个拨号过程中都被占用。纵横制交换机的工作方式不同。寄存器先收集数字,然后公用控制器,即标志器,才选择空闲通路,一次把它建立起来。

开关本身是一个网格。十根水平选择杆与十根垂直保持杆交叉。建立连接时,标志器先使一根选择杆倾斜,再操作一根垂直杆的保持电磁铁,闭合交叉点的触点并保持闭合。选择杆随后可以回到原位,用于另一通电话,而保持杆让第一通保持接通。在场景中,第一位数字选行,第二位选列,交叉点变成橙色。

纵横开关来自瑞典。Ericsson 的历史记载,G. A. Betulander 和 Nils Palmgren 于 1919 年在 瑞典电信局 委托的试验站,开始测试基于纵横开关的选择器。松兹瓦尔的一座纵横制交换站于 1926 年投入服务,瑞典电信局 在随后 20 年建造了 1000 多座这样的交换站。贝尔实验室 在 1930 年赴瑞典考察后采纳了这个想法,到 1938 年,纽约已有两座带链路和标志器的纵横制交换局运行。第一台 No. 5 纵横开关随后于 1948 年 7 月 11 日在宾夕法尼亚州米迪亚投入服务,Ericsson 则于 1950 年在赫尔辛基安装了自己的第一套带链路的纵横系统。

电子交换:由程序决定

纵横制交换机中的标志器已经是一台由继电器组成的小计算机。下一步,是把它变成真正的计算机。使用冷阴极管的电子交换机于 1960 年 11 月 17 日在伊利诺伊州莫里斯开始用户试验。第一套 No. 1 Electronic Switching System 于 1965 年 5 月在新泽西州萨卡萨纳投入服务。Bell System Technical Journal 1965 年的一份调查称 No. 1 ESS 是莫里斯试验的商用后继系统。

在场景中选择「电子交换」。左框代表交换网络,是由玻璃封装干簧触点组成的网格,触点闭合以形成通话通路。上面的一排灯代表扫描器,反复检查每条线路是否有摘机信号。右框代表程序存储器及其内存。拿起听筒时,扫描器停在 42 号线。数字进入内存,显示在小屏幕上;两位都输入后,程序依次闭合干簧网格中的三个交叉点,把你接到被叫线路。

电子交换机接受两种拨号方式。同一份 1965 年调查描述了接在同一条线路上的转盘电话和双音多频电话,以及转盘电话的拨号脉冲如何转换成控制单元可以读取的音调串。因此模型在这个场景中既接受拨号脉冲,也接受双音多频按键。

在韩国,M10CN 电子交换机于 1979 年 12 月进入永东和堂山电话局,标志着当地电子交换的开始。

数字交换机与时隙

到这里为止,每种交换机都是用一段金属连接两条线路:塞绳、接触刷、交叉点或干簧。数字交换机不是这样。它测量每路语音,把它变成数字。ITU-T G.711 每秒对语音采样 8000 次,每个样本编码为 8 位,所以一通电话是每秒 8000 × 8 = 64,000 位。许多通话通过轮流使用,共享一条通路。按照 ITU-T G.732,2048 kbit/s 的数据流分成 125 微秒的帧,每帧包含 32 个 8 位时隙:32 × 8 × 8000 = 每秒 2,048,000 位。时隙 0 留作对齐。

连接两条线路,就是把主叫时隙中的字节复制到被叫线路的时隙,一帧接一帧。在场景中,转轮显示一帧的 32 个时隙,从每转 125 微秒放慢到两秒。时隙 0 是暗的。拿起听筒,主叫时隙变蓝;拨一个号码,被叫线路的时隙变橙,同时小方块携带字节,从一个编码器穿过转轮,到达另一个。

Ericsson 和 瑞典电信局 在 1970 年代共同开发了 AXE 交换系统,西部电气公司 于 1982 年安装了第一台 No. 5 ESS 市话局交换机。韩国也建造了自己的系统:时分交换机 TDX 来自如今的 ETRI,其试验设备于 1984 年 4 月 25 日开通,1986 年 3 月 14 日投入商用。TDX-1 使用数百个 8 位 Z-80 微处理器,它们相互通信,像一台计算机一样工作。

双音多频:每个按键发出两个音调

脉冲拨号很慢,而且只在建立通话时有效。线路接通后,拨号盘就没有更多信息可传了。双音多频拨号改为发送音调,而音调能通过整个连接。

双音多频呼叫的第一次现场试验于 1960 年 11 月 1 日在俄亥俄州芬德利开始。贝尔系统 于 1963 年 11 月 18 日向用户推出这项服务,宾夕法尼亚州的卡内基和格林斯堡是最先获得服务的地方。用户每月额外支付 1.50 美元,试用新电话。最早的电话有十个按钮,星号键和井号键约五年后才出现。

每个按键同时发送两个音调,一个来自低频组,一个来自高频组。ITU-T Q.23 给出以下频率:

1209 Hz 1336 Hz 1477 Hz 1633 Hz
697 Hz 1 2 3 A
770 Hz 4 5 6 B
852 Hz 7 8 9 C
941 Hz * 0 # D

所以 5 是 770 Hz 加 1336 Hz,0 是 941 Hz 加 1336 Hz。第四列 1633 Hz 对应四个额外按键 A 到 D,家用电话通常省略它们。另一份建议书 Q.24 规定交换机接收器如何识别这些音调对。场景中的接收器为八个频率各配一个滤波器;只有恰好一个低频滤波器和一个高频滤波器响应,才接受一位数字。人声或口哨很少恰好产生这样一对音调,而且没有一个音调接近另一个的整数倍,所以一个音调的谐波不会落在另一个上。

选择「双音多频信令」,按场景或实验区的按键。打开「声音」就能听到每对音调;接收器上的条柱显示哪两个滤波器响应,寄存器显示存储的数字。在较早的场景中,模型交换机只数脉冲,忽略音调,就像没有音调接收器的步进制交换机。

人们长期使用的电话

电话外形的变化比交换机少,有些设计延续了数十年。下面几个例子有明确的年代记录:

  • 英国邮政总局 No. 162 台式电话于 1929 年推出,电铃放在独立的电铃盒里。
  • No. 232 于 1934 年随后推出。Science Museum Group 的象牙色藏品说明了为什么可以有不同颜色:脲醛等塑料可以混入颜料。
  • No. 332 于 1937 年 6 月 14 日推出,电铃位于外壳内。用于人工交换区时,拨号盘位置装的是盲板,交换局改为自动后再安装拨号盘。Science Museum Group 收藏了一台 1938 年在英格兰制造的黑色 332。
  • 1931 年的 Ericsson DBH 1001 电木电话由奥斯陆的 Elektrisk Bureau、LM Ericsson 和 瑞典电信局 合作设计。Cooper Hewitt 将其描述为奠定塑料电话外形的设计。
  • Ericofon 把拨号盘和听筒做成一体。1954 年试制后,1956 年至 1982 年间在卡尔斯克鲁纳制造了超过 250 万台,有 30 种颜色,却从未有黑色。只有约 20% 销往瑞典。

场景中的模型电话不是其中任何一台的复制品。它采用 1930 年代电话的倾斜前面板和电木机身,电铃位于内部。

韩国的交换机:从宫廷线路到 TDX

韩国的记录为场景中的每一种交换机提供了清晰的时间线:

  1. 1896 年:宫廷线路,使用 100 线 Ericsson 磁石式接线台。
  2. 1902 年:公众电话所,汉城电话所从 6 月 6 日开始市内交换,使用 10 线和 50 线接线台。
  3. 1908 年:京城邮局的磁石式接线台容量用尽,改用共电式接线台。
  4. 1935 年:第一台自动交换机,3 月在罗津邮局安装 Siemens Strowger F 型,10 月在京城中央电话局安装 NEC Strowger A 型。
  5. 1960 年:8 月在龙山电话局安装 EMD 交换机。
  6. 1962 年:12 月在首尔中央电话局安装以韩国技术制造的 300 线 Strowger 交换机。
  7. 1979 年:12 月在永东和堂山安装 M10CN 电子交换机。
  8. 1983 年:最后的人工共电式交换机于 12 月 22 日退役。
  9. 1986 年:TDX 从 3 月 14 日起投入商用。

韩国国家记录院记载,1987 年电话线路达到 1000 万条,约每户一条,1993 年超过 2000 万条。

模型中的拨号音与振铃

拿起听筒,叉簧开关闭合环路。电流流动,图带中的曲线跳高。打开「声音」后,模型按照 ITU-T 各国音调列表中的美国规定,播放连续不断的 350 Hz 加 440 Hz 混合拨号音。第一次断开时音调停止。第二位数字到位后,模型播放主叫听到的回铃音:440 Hz 加 480 Hz,响两秒、停四秒。六秒后被叫线路接听,回铃音停止,听筒里的送话器开始运动。只有你打开声音后才会发声。

「振铃」控件做相反的工作:让这台电话响铃。模型以同样响两秒、停四秒的节奏发送 20 Hz 振铃电流,铃锤在铃碗间摆动,打开「声音」就能听到电铃。拿起听筒接听。

「通话路径」控件用一条细橙线画出呼叫通路,从电话沿地面上的电话线进入当前显示的交换机。一颗小珠沿线移动,表示呼叫已到哪里:拿起听筒时到达交换机,每拨一位再向前,振铃时一直到被叫线路。实验区以一排带名称的阶段显示同一条路径。

模型与真实电话的区别

  • 电话直接接到一个 100 线选择器或其替代模型上。真实交换机要通过寻线器和组选器到达最终开关,纵横制交换局中还要经过链路。
  • 真实选择器有上下叠放的三组触点,对应每条线路的不同导线。模型只有一组。
  • 模型交换机的限制,即接通至少 25 ms、断开最多 200 ms,是取整的模型值。真实交换机有自己的时序,因型号和国家而异。
  • 拨号盘以理想、完全稳定的速度运行。真实调速器磨损后需要清洁和调整。
  • 调速器的齿轮传动比、凸轮大小和弹簧圈数,都为便于观察而选定,并非照图纸复制。
  • 振铃器、通话网络、送话器和受话器采用简化外形。纵横制、电子和数字场景显示各类交换机的原理,而不是完整交换局:一个开关、一个标志器、一个干簧网格、一帧时隙。
  • 脉冲计数采用常见编码,数字 n 发送 n 个脉冲,0 发送十个。

常见问题

为什么 0 发送十个脉冲?

零个脉冲就等于完全没有信号,交换机无法把它与停顿区分。所以 0 发送十个脉冲,在拨号盘上排在 9 后面。英国邮政总局 手册明确说明:拨 0 时有十次中断。在模型中,0 使选择器升到第 10 层,或使接触刷转到第 10 个触点。

为什么脉冲在回转时发送,而不是在我转动指盘时?

因为你的手不会匀速运动,而带调速器的弹簧会。滑动凸轮或扳机在上弦时让脉冲触点保持不动,并在第一个脉冲前加上约 220 到 240 ms 的停顿。

没到指挡就松手会怎样?

拨号盘会从你松手的位置回转,发送较少的脉冲。在模型中,5 号孔转到一半时松手会发送一两个脉冲,选择器就走相应的步数。后来的扳机式拨号盘可容忍前后各半个孔距的误差。

一个脉冲有多长?

每秒十个脉冲时,是 100 ms。按 英国邮政总局 的 66.6% 断续比,每个脉冲中线路断开 66.6 ms、接通 33.3 ms。模型取整为 66 ms 和 34 ms。

可以敲叉簧开关拨号吗?

可以。每次按下都会像一个脉冲一样断开环路。实验区的「叉簧」按钮可供尝试;快速按三次再停顿,就发送一个 3。按住太久,交换机会把断开当作挂机。

拨号盘太快或太慢会怎样?

模型中,短于 25 ms 的接通会使两次断开连在一起,交换机因此少数脉冲,长于 200 ms 的断开则清除通话。英国邮政总局 把拨号盘维持在每秒 9 到 11 个脉冲,以免发生这两种情况。

谁发明了自动电话交换机?

Almon B. Strowger 于 1891 年取得自动交换机专利,第一座于 1892 年在印第安纳州拉波特开通。Keith 和 Erickson 兄弟于 1895 年重新设计了开关,这种设计使用了约 85 年。

为什么受话器里听不到咔哒声?

真实拨号盘有离位簧片,拨号盘一离开静止位置就闭合。它们把送话器排除在脉冲电路之外,并防止受话器中听到脉冲造成的咔哒声。

为什么双音多频按键发送两个音调?

人声或口哨很容易意外产生单个音调。一个按键从四个低频中发送一个音调,从四个高频中发送一个音调,只有恰好各有一个时,接收器才接受一位数字。

纵横制交换机中的标志器做什么?

它是公用控制器。它从寄存器读取完整号码,找到空闲通路,使一根选择杆倾斜并闭合一个保持电磁铁,然后处理下一通电话。主叫脉冲从不直接驱动开关。

数字交换机怎样连接两个人?

它每秒对每路语音采样 8000 次,每个样本编码为 8 位,放进 125 微秒帧中的一个时隙。接通通话,就是在每一帧把主叫时隙中的字节复制到被叫线路的时隙。

为什么拿起听筒后电铃就停了?

叉簧开关把电铃从线路上断开,接入通话电路。交换机看到电流流动,知道通话已被接听,就停止发送振铃电流。

电话号码可以有多长?

按照 ITU-T E.164,包含国家代码的完整国际号码最多有 15 位。用每秒 10 个脉冲的转盘拨号盘拨 15 个零,光发送脉冲就需要超过 14 秒。

韩国什么时候有了自动交换机?

1935 年 3 月,Siemens Strowger F 型进入罗津邮局,10 月 NEC Strowger A 型进入京城中央电话局。韩国制造的 Strowger 设备随后于 1962 年出现,韩国数字交换机 TDX 则在 1986 年出现。

术语

  • 脉冲拨号:把每位数字作为线路电流的一串短暂中断发送。也称环路断续拨号或十进制拨号。
  • 断开与接通:脉冲中线路打开(断开)和闭合(接通)的部分。
  • 断续比:每个脉冲周期中断开所占的比例。英国邮政总局 使用 66.6%。
  • 最小停顿:松开拨号盘到第一个脉冲之间的延迟,滑动凸轮式拨号盘约为 220 ms。
  • 指挡:使指盘行程结束的固定钩。
  • 调速器:使回转速度保持稳定的离心制动器。
  • 离位簧片:拨号盘一离开静止位置就闭合的触点。
  • Strowger 开关:受脉冲控制,先上升再旋转的机电式步进选择器。
  • 终接器:根据最后两位数字选择被叫线路的最终选择器。
  • 纵横开关:由选择杆和保持杆组成的网格,在交叉点建立连接。
  • 标志器:纵横制交换机的公用控制器。
  • 存储程序控制:由计算机程序运行交换机,如 No. 1 ESS。
  • 时隙:125 微秒 PCM 帧中 32 个八位位置之一。
  • DTMF:双音多频信令,即 ITU-T Q.23 的按键音编码。
  • 振铃器:由交流振铃电流驱动的电话电铃。
  • 碳粒送话器:声音改变碳粒电阻的话筒。

参考资料

解说文章与模拟采用 CC BY-NC-SA 4.0 许可,另有说明的除外。

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