81 bases du téléphone

SECTION TRTE Albert HASSINE

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Les principes de la téléphonie

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rise Les principes de la téléphonie

Les composants d'un téléphone

Depuis son invention en 1876 jusqu'aux années 1970, les constituants d'un téléphone n'ont pratiquement pas évolués.

Le modèle de A.G.Bell était constitué d'un unique transmetteur / récepteur connecté à un appareil identique par deux fils en série avec une batterie. Pour améliorer la sensibilité et donc la distance séparant deux correspondants, les fonctions microphone et écouteur furent rapidement dissociées. Le combiné est introduit vers 1892 par la société L.M.Ericson. La communication s'effectuant sur deux fils, il devient rapidement nécessaire d'améliorer encore le système :

on insère une "bobine d'induction" pour amplifier le signal microphonique et réduire le niveau du micro en "local".

Enfin, un dispositif de signalisation viendra compléter l'ensemble : une magnéto (un générateur de courant alternatif) et une sonnerie sont ajoutées. Le cadran, imposé par l' "automatique" dont l'invention remonte à 1889, fait son apparition en France en 1913. Le premier réseau automatique public français est installé en 1925


Principe du Téléphone

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1963-1985 : La fin de

l'électromécanique

Les organes de conversation : microphone, écouteur, bobine d'induction.

Les organes d'appel (ou de signalisation) : magnéto ou cadran, condensateur et sonnerie, bouton.

On retrouve cette configuration jusqu'au modèle le plus commun en France,le "S63".

S63, version 1975


Les organes de conversation

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Le microphone

Les microphones les plus généralement utilisés sont les microphones à variation de résistances, appelés aussi microphone à charbon.Pour bien comprendre le processus, examinons l’illustration ci dessous


Le Microphone

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De la poudre de charbon, ou grenaille, est placée dans une enceinte étanche fermée par deux parties conductrices, l’électrode avant et l’électrode arrière. L’électrode avant est solidaire d’une membrane métallique appelée diaphragme

Ainsi lorsque les ondes sonores touchent le diaphragme, elles fonts vibrer la poudre de charbon sur l’électrode avant produisant un courant variable qui est transmis en tant que signal électrique via un transformateur. Le transformateur en question n’est autre que la bobine d’induction, qui à 4 rôles différents mais il faut signaler son rôle d’amplification car les courants induits par la conversation sont très faibles.


Le Microphone

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Le rôle du microphone est de traduire des variations de pression créés par la parole en variations de courant. Ce courant est alors transmis par câble électrique jusqu'au récepteur. Le microphone a fait l'objet de nombreuses améliorations. Electromagnétique à ses débuts, il devient électrochimique (une sorte de condensateur dont les armatures étaient mises en mouvement par les variations de la pression de l'air).


l'écouteur, ou récepteur

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Le composant électrique qui a subit le moins de transformations technologiques est sans doute l'écouteur, ou récepteur. (petit haut-parleur)

Son principe est dit électromagnétique : une bobine placée autour d'un aimant permanent est excitée par le courant microphonique du correspondant. Une membrane en acier est attirée ou repoussée par le champs magnétique ainsi produit, transformant le courant en ondes sonores.Les seules améliorations de ce procédé furent l'utilisation d'aimants plus puissants et une meilleure étanchéité de la chambre de compression (le volume d'air mis en surpression / dépression par la membrane

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La bobine d'induction

Bobine d'induction type 1910

Son rôle est double : elle amplifie en tension le signal du microphone, et elle joue le rôle d'anti-local. La tension microphonique est si faible que sa transmission sur des lignes téléphoniques de plusieurs kilomètres serait impossible. La bobine d'induction se comporte comme un transformateur : le micro est branché au primaire, la ligne au secondaire de telle sorte que le signal est élevé à des niveaux plus importants.La fonction d'anti-local est plus subtile : Dans les premiers modèles, microphone et écouteurs étaient connectés en série. L'inconvénient majeur était que l'on entendait sa propre voix bien plus fort que celle du correspondant, ce qui rendait les conversations particulièrement difficiles.

On a alors imaginé d'atténuer le signal local (le microphone) afin d'équilibrer la sensation de volume. Mais attention, le niveau local n'est pas totalement absent : trop l'atténuer entraînerait une autre gêne : celle de ne s'entendre parler que d'une seule oreille. Après bien des essais, il a été convenu de renvoyer une fraction donnée du signal local.Ce niveau de ré injection locale de la voix est aujourd'hui défini et normalisé. Mais sa valeur dépend des pays : Aux états unis, il est plus élevé qu'en Europe. Les Américains seraient-ils légèrement sourds ?

La sonnerie

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Elle constitue à elle seule un ensemble particulier. Son évolution suit celle des types de réseau. En batterie locale, elle est de type à courant continu et porte alors le nom de sonnerie trembleuse. Un contact électrique, placé en série avec la bobine, est fermé lorsque le balancier est à l'état de repos, et ouvert quand il frappe la cloche. Il est alors instable, puisque le contact s'ouvre et se ferme au rythme fixé par l'élasticité du ressort de balancier. La version pour réseaux à batterie centrale est plus simple : le courant d'appel est alternatif. La bobine attire ou non le balancier, en fonction de la valeur instantanée de la tension. Le résultat audible est identique, mais l'ensemble gagne en fiabilité puisque le contact a disparu.

Initialement installée à côté du poste, elle a peu a peu intégré le téléphone sous des formes diverses : quelques rares U43 possèdent un ronfleur, dont la seule différence avec la sonnerie est l'absence de cloche. Son intégration définitive arrive avec le S63, dont les dernières versions possèdent même, comble de luxe, un réglage de volume.

Les types de réseau

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Du réseau public dont la nécessité de normalisation est évidente au petit réseau privé à seulement deux téléphones, il existe une multitude de formes pour relier les appareils.On distingue deux grandes familles de réseaux : Les réseaux à batterie locale.

Les réseaux à batterie centrale

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Chaque téléphone grand public est généralement connecté à un central RTC (réseau téléphonique commuté) par une simple paire de fils de cuivre d’un diamètre d’environ 0,5 mm. Ces câbles ont une impédance caractéristique de 600Ω.

Cette liaison avec le poste de l’abonné est dite boucle locale (local loop) et transporte une composante continue ainsi qu'une composante alternative. Mais les nouveaux systèmes utilisent des câbles coaxiaux ou fibres optiques pour accéder à une bande passante accrue.

Malgré les efforts effectués pour élargir les lignes, un trop grand nombre d’usagers simultanés peut provoquer des encombrements et empêcher l’établissement d’une communication.


Processus de Sonnerie et Courants

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2 types de courants peuvent circuler dans un poste téléphonique analogique : - 48 volts continus- 80 volts alternatifs Les 48 volts continus servent à véhiculer la conversation et à produire la tonalité quand un utilisateur décroche son combiné.Les 80 volts alternatifs servent exclusivement à la sonnerie.


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Lorsque le téléphone n'est pas décroché, il est soumis à une tension continue d’environ 48V venant du central. Ce choix s’est fait en partie parce que le téléphone a été inventé avant l’utilisation du courant alternatif (secteur).Au repos, les postes étant soumis à une tension continue, ils ont une grande impédance, ils ne consomment aucun courant.Lorsque l’on décroche (off-hook) le combiné du poste (A), le commutateur se ferme, alors le poste présente une impédance assez faible et consomme un courant continu de l’ordre de 40mA, signalant ainsi son souhait au central d’établir une communication, c’est la prise de ligne. La tension continue peut descendre entre 10V et 22V lorsque la ligne est chargée (téléphone décroché).

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Après avoir fermé le commutateur du combiné, le central acquitte la demande de connexion en superposant à la tension continue, un signal sinusoïdal de 440Hz (note de musique « LA »), c’estl’invitation à numéroter : la tonalité (dial-tone).

Tonalité

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Numérotation téléphonique

Plan de numérotation E163 – E164

Le numéro de téléphoneEn France, la numérotation actuelle sur 10 chiffres permet d’atteindre une capacité de 300 millions de postes.tél : 04 42 51 53 08Le premier chiffre indique l’opérateur chargé d’établir la communication, qui peut louer le service à d’autres opérateurs pour acheminer l’appel.Le deuxième, sert à orienter l’appel vers une des 5 zones géographiques que compte la France.Le groupe de 4 chiffres suivants donne l’identification de l’autocommutateur local de rattachement du poste demandé.Puis le groupe des 4 derniers chiffres, identifie la ligne de l’abonné dans l’autocommutateur local.

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Numérotation téléphonique – Plan de numérotation E164


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La problématique

La Solution


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Numérotation décimale

Ce procédé de numérotation par impulsions est utilisé par les téléphones à cadran rotatif (poste à disque) et par certains modems. Dans ce cas la numérotation est interrompue un nombre de fois correspondant au chiffre envoyé, générant ainsi des impulsions à « 0 ».Une impulsion pour le chiffre 1,deux impulsions pour le chiffre 2, et ainsi de suite… jusqu’à dix impulsions pour le chiffre 0.

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Numérotation décimale

Chaque impulsion dure 100ms, soit 33,3ms pour la ligne fermée (présence de courant) et 66,7ms pour la ligne ouverte.

Pour composer le 1, il faut 100ms ; pour faire le 2 il faut 200ms, ainsi de suite jusqu’au 0 où il faut 1s.

Un intervalle de temps d’au moins 200ms doit séparer 2 trains d’impulsions. Ce principe ancien est lent.

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Numérotation à fréquences vocales

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Numérotation par fréquences vocales ou DTMF (Dual Tone Multi Frequency)

Le DTMF est un procédé de numérotation qui génère des sonorités codés, il doit émettre des fréquences spécifiques dans la gamme 300Hz – 3400Hz. Mais si l’on attribue une fréquence simple à chaque chiffre, un sifflement (ou un son propre et fort) peut provoquer une erreur de numérotation !

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Numérotation par fréquences vocales ou DTMF (Dual Tone Multi Frequency)

Ce problème d’interférence est résolu simplement, par l’émission de deux fréquences simultanées par chiffre.

Il est très peu probable que deuxfréquences spécifiques, d’un rapportégal à un nombre rationnel, soient présentes à l’arrière plan du microphone pendant la numérotation.

Ces fréquences sont normalisées au plan international (norme UIT-T-Q.23).

Sur le clavier du téléphone, en appuyant sur une touche, on émet les deux tonalités correspondant à l’intersection de l’axe horizontal et de l’axe vertical.

Signaltouche 8

852Hz

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Dans le cas de l’appui sur le clavier de la touche 8, le numéroteur transmet le signal composite et on le relève sur le haut-parleur (voie 1), sur la voie 2 on a le signal 852Hz.

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f2 f1

Toujours dans le cas de l’appui sur la touche 8, on relève la FFT du signal mixte.Il est à noter que les fréquences f1 et f2 ne sont pas exactement conformes aux prévisions.

Activation de la sonnerie

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Après que l’abonné du poste A ait composé le numéro du correspondant (B), le RTC via les commutateurs va acheminer l’appel, puis actionne la sonnerie du poste B par l’intermédiaire du dernier central autocommutateur local.

Pour activer la sonnerie, le central envoie vers le poste B un signal sinusoïdal de fréquence environ 50Hz et de tension de 50 à 80V efficaces par rafales, activé pendant environ 2 secondes et désactivé pendant environ 4 secondes.

Ce signal est superposé à la tension continue de 48V.


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Le décrochement du poste B établit un courant continu d’environ 40mA dans la ligne. Alors, le central RTC supprime la sonnerie et met en liaison les deux correspondants. Lorsque la liaison est établie, on a pratiquement une ligne point à point.

On utilise une tension de 80V, relativement élevée, pour pouvoir activer les sonneries peu efficaces des anciens téléphones. Dans les nouveaux postes équipés de sonnerie électronique, un signal numérique TTL (5V) suffit, mais le niveau TTL est incompatible avec les anciens téléphones.


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Si l’on regarde le graphique si dessus nous pouvons constater qu’aucune tension continue ne peut circuler à moins que l’utilisateur ne décroche son combiné car le courant continu est arrêté par le condensateur.

Au moment du décroché, le microphone sera alimenté ainsi que le cadran qui n’apparaît pas dans ce schéma simplifié

En revanche si un utilisateur compose le numéro du poste concerné, un courant de 80 volts alternatif est envoyé à l’abonné, à partir du central téléphonique et passe le condensateur en activant ainsi la sonnerie.


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Transmission de la voix

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Contrairement au système audio de haute fidélité, dont les bandes passantes sont comprises entre 20Hz et 20kHz,

le téléphone opère dans la bande de 300Hz à 3,4kHz.

Transmission de données sur le réseau commuté

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L’informatique tient aujourd’hui une place considérable dans l’utilisation du réseau téléphonique commuté. Le modem (contraction de modulateur-démodulateur) est l’interface qui permet de véhiculer des informations analogiques en convertissant les signaux numériques en signaux analogiques(MOdulation) et vice versa (DEModulation).

L’ordinateur envoie des commandes au modem :initialisation, numérotation, raccrochage, le modem est alors en mode « commande ». Quand la liaison avec un autre modem est établie sur le réseau téléphonique commuté (RTC), le modem est placé en mode « données » et à l’émission transmet en modulant les données numériques émises parl'ordinateur en une fréquence porteuse sur la ligne téléphonique. En réception, le modem démodule l'information de la fréquence porteuse pour obtenir le signal numérique exploitable par l'ordinateur.

Raccordement des prises téléphoniques

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La prise téléphonique femelle est une prise gigogne avec 8 contacts.Pour une utilisation simple d’une ligne classique avec téléphone, seules 2 bornes sont utiles les n°1 et 3.

Bande Passante

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La bande passante des lignes téléphoniques est comprise entre 300 Hz et 3400 Hz

Bien que faible, elle est suffisante pour rendre la voix intelligible.Cependant, lorsque les circuits téléphoniques sont utilisés pour transmettre des données, elle limite la Rapidité de modulation à environ 2400 Bauds.

Ce qui impose donc de rechercher des types de modulation permettant un rapport Débit binaire / rapidité ?modulation le plus élevé possible. (Modems)

LS ou LL ou Lignes analogiques

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On appelle Lignes téléphoniques Spécialisées des lignes téléphoniques privées ou publiques qui n’utilisent pas d’autocommutateur.

Les utilisateurs aux extrémités sont reliés d’une manière permanente. Il n’y a pas de numéro à composer, pas de sonnerie, pas de courant de ligne.

Si ces lignes sont privées (à l’intérieur d’une entreprise par exemple, elles gardent le nom de Lignes Spécialisés - LS -.

Si elles sont mises en oeuvre par un opérateur public, elles portent souvent le nom de Lignes Louées - LL -, car le paiement s’effectue par le truchement d’un abonnement mensuel.

Elles portent aussi le nom de Lignes Spécialisées Analogiques - LSA -, par opposition aux Lignes Spécialisées Numériques - LSN -.

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