home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Internet Standards / CD2.mdf / ccitt / 1992 / q / qsupp_2.asc < prev    next >
Text File  |  1991-12-31  |  18KB  |  356 lines

  1.          All drawings appearing in this Recommendation have been done in Autocad.
  2.          Supplement No. 2
  3.                      IMPEDANCE STRATEGY FOR TELEPHONE INSTRUMENTS
  4.               AND DIGITAL LOCAL EXCHANGES IN THE BRITISH TELECOM NETWORK
  5.          1      Introduction
  6.                When planning the introduction of digital local exchanges it  is  essential
  7.          to take into account the subjective performance offered to customers. This  will,
  8.          of course, include provision of overall loudness  ratings  within  an  acceptable
  9.          range of values.  Noise,  distortion  and  other  impairments  also  need  to  be
  10.          adequately controlled. However, it is also important to consider those parameters
  11.          largely influenced by the impedances associated with telephone instruments, local
  12.          lines  and  exchanges.  In  particular  acceptance   values   of   sidetone   and
  13.          echo/stability losses need to be obtained. These parameters are influenced by the
  14.          choice of:
  15.                i)  Input and balance impedances of telephone instruments,
  16.                ii) Input and balance impedances of the digital exchange hybrid,
  17.                iii)   Impedances of the 2-wire local lines.
  18.                This contribution outlines the impedance  strategy  adopted  for  telephone
  19.          instruments and digital local exchanges in the British  Telecom  network.  It  is
  20.          shown that there are major advantages in adopting complex impedances both for the
  21.          exchange hybrid and for new  telephone  instruments.  The  contribution  includes
  22.          calculations of sidetone, echo and stability balance return  losses  based  on  a
  23.          sample of 1800 local lines in the British Telecom network.
  24.          2      Impedance strategy for a digital local exchange
  25.          2.1    In order to adequately control echo and stability losses  in  the  digital
  26.          network the nominal hybrid balance  impedance  ZB  for  lines  of  up  to  10  dB
  27.          attenuation is based on a 3 element network. This network consists of a  resistor
  28.          in series with a parallel resistor/capacitor combination, i.e.:
  29.                                            Figure 1 - CCITT 88130
  30.  
  31.                With appropriate component values it has been found that this  network  can
  32.          give significantly improved echo and stability  balance  return  losses  compared
  33.          with a resistive network.
  34.          2.2    The nominal exchange input impedance ZI is  also  based  on  a  3  element
  35.          network of the same form as the balance impedance ZB. This network, with suitable
  36.          component values, is required to give an acceptable sidetone performance  on  the
  37.          lower loss lines. It has been found that a 600 W resistive input impedance  gives
  38.          unacceptable sidetone performance on these lower loss lines.
  39.          3      Impedance strategy for telephone instruments
  40.                It should be noted that the digital local exchange is designed  to  operate
  41.          with a low feeding current (╗ 40 mA). The telephone instrument will therefore  be
  42.          operating as though it were connected to a long line on a  conventional  analogue
  43.          exchange. In particular, any regulation function will be disabled.
  44.                The input impedance of present instruments is, under  low  current  feeding
  45.          conditions,  substantially  resistive.  It  has  been  found  that  there  is   a
  46.          significant improvement in echo/stability balance return losses at  the  exchange
  47.          hybrid if the telephone input impedance  is  also  made  complex.  The  preferred
  48.          impedance is close to the design value for the exchange balance impedance ZB.
  49.          4      Background to calculated results
  50.                This section includes the results of  calculating  STMR  values,  echo  and
  51.          stability balance return losses for a range of local connections.
  52.                Four groups of exchange lines have been used where  the  groups  have  mean
  53.          attenuations of 1 dB, 3 dB, 6 dB and 9 dB. Each group consists of  at  least  100
  54.          samples of local lines in the British Telecom network with attenuations within  1
  55.          dB of the mean value for the group.
  56.                Two telephone instruments have been  used  with  identical  characteristics
  57.          except for input impedance. One instrument retains a conventional,  substantially
  58.          resistive impedance;  the  other  instrument  uses  a  complex  capacitive  input
  59.          impedance. The sidetone balance impedance is, in both cases,  designed  to  match
  60.          long lengths of 0.5 mm Cu cable.
  61.                Two cases for the exchange hybrid impedances are considered.  The  strategy
  62.          outlined in Section 2 is used i.e., complex input and balance impedance, and  for
  63.          comparison purposes, a conventional "transmission equipment"  hybrid  is  assumed
  64.          with nominal 600 W input and balance impedances.
  65.                Using a computer program, values  of  echo  and  stability  balance  return
  66.  
  67.  
  68.  
  69.                                                       Fascicle VI.5 - Suppl. No. 2   PAGE1
  70.  
  71.  
  72.           losses, and sidetone masking rating are calculated for  the  four  exchange  line
  73.           groups with the two telephone instruments and two exchange line hybrids.
  74.           5      Results
  75.           5.1    Sidetone values
  76.                 For this case the comparison  is  made  between  a  600  W  exchange  input
  77.           impedance and a complex input impedance. (It should be noted that the STMR values
  78.           have been calculated as in Recommendation P.79 of the Blue Book).
  79.                 Note - The exchange input impedance has the following approximate values:
  80.                 R1 = 300 W, R2 = 1000 W, C = 220 nF (see Figure 1).
  81.                 The results are summarized in Table 1 below:
  82.                                                     TABLE 1
  83.                                            Calculated values of STMR
  84.                                             Mean value of STMR (dB)
  85.              Exchange termination      Attenuation of local line group 
  86.                                                      (dB)
  87.                                          1        3        6        9
  88.           600 W                          2.6      5.2      8.1     12.4
  89.           Complex termination           13.9     14.8     12.7     13.0
  90.  
  91.                 It is clear  from  Table  1  that  a  600  W  termination  gives  far  from
  92.           satisfactory results with shorter local lines which will include at least 50%  of
  93.           local lines in the British Telecom network. Use  of  a  complex  input  impedance
  94.           improves these STMR values by approximately 10 dB and the values  are  closer  to
  95.           the recommended values given in Recommendation G.121.
  96.                 These results show that a complex input  impedance  is  essential  for  the
  97.           case of sensitive telephone instruments directly connected  to  digital  exchange
  98.           hybrids. The performance with a resistive impedance is in  fact  worse  than  the
  99.           performance on a conventional  analogue  exchange  because  of  the  low  feeding
  100.           current and impedance masking effect of the digital exchange.
  101.           5.2    Echo and stability balance return losses
  102.                 As far as impedance is concerned the most important factor  is  the  choice
  103.           of the balance impedance for the exchange line  hybrid  as  this  determines  the
  104.           network echo and stability performance. Initially a comparison is made between  a
  105.           600 W impedance and a complex impedance assuming existing telephone  instruments.
  106.           Having chosen a balance impedance it is then shown that a further improvement can
  107.           be made by considering the telephone input impedance.
  108.           5.2.1  Exchange balance impedance
  109.                 Table 2 below shows the summarized results for mean values of echo  balance
  110.           return loss (calculated according to Recommendation G.122, Volume III.1,  of  the
  111.           Blue Book), and stability balance return loss.
  112.                 Note - The complex balance impedance has approximate values R1 = 370 W,  R2
  113.           = 620 W, C = 310 nF (see Figure 1).
  114.                                                     TABLE 2
  115.               Calculated values of mean echo (stability) balance return losses assuming existing 
  116.                                            telephone input impedance
  117.                                                 Attenuation of local line group dB
  118.               Exchange balance        Mean value of echo (stability) balance return 1loss 
  119.                   impedance                                    dB
  120.                                            1       
  121.  
  122.  
  123.  
  124.  
  125.  
  126.  
  127.  
  128.  
  129.  
  130.  
  131.  
  132.  
  133.  
  134.  
  135.  
  136.  
  137.  
  138.  
  139.  
  140.           PAGE4   Fascicle VI.5 - Suppl. No. 2
  141.  
  142.  
  143.                                                          3            6            9
  144.           600 W                           22.5       12.9 (7.5)    9.4 (6.2)     8.3 (6.0) 
  145.                                          (13.9)     
  146.           Complex impedance            10.2 (8.0)    13.8 (9.1)       15.2          17.1 
  147.                                                                      (11.2)        (12.9)
  148.  
  149.                 In addition  to  calculating  mean  values  for  the  distributions  it  is
  150.           important to consider the edges of the distributions. This is especially true for
  151.           echo and stability performance where it is the worst case values that are  likely
  152.           to cause network difficulties.
  153.                 Table 3 shows the minimum values of calculated echo and  stability  balance
  154.           return losses for the samples of  lines  considered.  The  values  for  stability
  155.           balance return loss are those given in brackets.
  156.                                                     TABLE 3
  157.             Calculated values of minimum echo (stability) balance return losses assuming existing 
  158.                                            telephone input impedance
  159.                                       Minimum value of echo (stability) balance return loss 
  160.                                                                 dB
  161.               Exchange balance                 Attenuation of local line group dB
  162.                   impedance          
  163.                                            1            3            6            9
  164.           600 W                          20 (13)       11 (5)        8 (4)        6 (3)
  165.           Complex impedance               9 (7)        11 (7)       12 (9)    
  166.  
  167.  
  168.  
  169.  
  170.  
  171.  
  172.  
  173.  
  174.  
  175.  
  176.  
  177.  
  178.  
  179.  
  180.  
  181.  
  182.  
  183.  
  184.  
  185.  
  186.  
  187.  
  188.  
  189.  
  190.  
  191.  
  192.  
  193.  
  194.  
  195.  
  196.  
  197.  
  198.  
  199.  
  200.  
  201.  
  202.  
  203.  
  204.  
  205.  
  206.  
  207.  
  208.  
  209.  
  210.  
  211.                                                        Fascicle VI.5 - Suppl. No. 2   PAGE1
  212.  
  213.  
  214.                                                                                    11 (7)
  215.  
  216.                 With the exception of the 1 dB sample of lines it can be seen from Table  2
  217.           that the complex impedance results in mean values for the distributions which are
  218.           higher than the corresponding values using a 600 W impedance. The improvement  is
  219.           particularly marked for the higher loss exchange lines. When the  minimum  values
  220.           of the distributions are also taken into account  (Table  3)  there  is  a  clear
  221.           advantage in using the complex balance impedance. A similar advantage would  also
  222.           be obtained with non-speech devices such as data modems which have  an  impedance
  223.           similar to that of the telephone instrument (assuming a low feeding current).
  224.           5.2.2  Telephone input impedance
  225.                 Having chosen  a  suitable  complex  balance  impedance  for  the  exchange
  226.           hybrid, the options for changing the telephone input impedance can be considered.
  227.           Tables 4 and 5 present calculated results  for  the  distributions  of  echo  and
  228.           stability balance return losses at the exchange hybrid, comparing the  effect  of
  229.           complex and resistive telephone input impedances.
  230.                 Note - The input impedance has nominal values R1 = 370 W, R2 = 620 W,  C  =
  231.           310 nF. (See Figure 1.)
  232.                                                     TABLE 4
  233.           Calculated value of mean echo (stability) balance return losses assuming complex exchange 
  234.                                                balance impedance
  235.                                         Mean value of echo (stability) balance return loss 
  236.                                                                 dB
  237.           Telephone input impedance            Attenuation of local line group dB
  238.                                            1            3            6            9
  239.           Resistive                    10.2 (8.0)    13.8 (9.1)       15.2          17.1 
  240.                                                                      (11.2)        (12.9)
  241.           Complex                         29.0          21.0          16.9          17.0 
  242.                                          (23.6)        (13.9)        (12.8)        (11.8)
  243.                                                     TABLE 5
  244.              Calculated value of minimum echo (stability) balance return losses assuming complex 
  245.                                           exchange balance impedance
  246.                                         Mean value of echo (stability) balance return loss 
  247.                                                                 dB
  248.           Telephone input impedance            Attenuation of local line group dB
  249.                                            1            3            6            9
  250.  
  251.  
  252.  
  253.  
  254.  
  255.  
  256.  
  257.  
  258.  
  259.  
  260.  
  261.  
  262.  
  263.  
  264.  
  265.  
  266.  
  267.  
  268.  
  269.  
  270.  
  271.  
  272.  
  273.  
  274.  
  275.  
  276.  
  277.  
  278.  
  279.  
  280.  
  281.  
  282.           PAGE4   Fascicle VI.5 - Suppl. No. 2
  283.  
  284.  
  285.          Resistive                       9 (7)        11 (7)        12 (9)       11 (7)
  286.          Complex                        24 (18)       15 (11)       13 (10)       10 (7)
  287.  
  288.                The results in Tables 4 and 5 show a significant improvement  in  echo  and
  289.          stability balance return losses for the lower loss local lines. There  is  little
  290.          difference for the higher loss lines as the  balance  return  loss  is  primarily
  291.          determined by the cable characteristics. It can be  concluded  that  there  is  a
  292.          clear advantage in designing future telephone instruments with  a  complex  input
  293.          impedance.
  294.          6      New telephone instruments in the existing analogue network
  295.                In S 5.2.2 the advantages of a complex telephone input impedance have  been
  296.          illustrated when used with digital exchanges. However, there are also  advantages
  297.          if these instruments are used on conventional analogue exchanges.
  298.                The sidetone  balance  impedance  of  instruments  is  generally  optimised
  299.          around the capacitive  impedance  of  unloaded  cable.  If  the  telephone  input
  300.          impedance is also capacitive then the sidetone performance of instruments on  own
  301.          exchange calls can be improved. The improvement will be  most  marked  when  both
  302.          instruments are on short lines hence the sidetone is largely  determined  by  the
  303.          input impedance of the other instrument. This situation is widely encountered  on
  304.          analogue PABXs where the majority of extensions are of low loss.
  305.          7      Application to other voiceband terminal equipment
  306.                The discussions in this paper have concentrated on  telephone  instruments.
  307.          However the conclusions concerning  telephone  input  impedance  can  equally  be
  308.          applied to other voiceband equipment, e.g., data modems. Work in Study Group  XII
  309.          has shown that higher speed modem services require signal to listener echo ratios
  310.          approaching 25 dB for successful operation. If the data modem  adopts  a  complex
  311.          input impedance then the improvements in stability  balance  return  losses  (and
  312.          hence signal to listener echo ratio) discussed in S 5.2.2 can be obtained.
  313.          8      Summary and conclusions
  314.                This paper has considered aspects of an impedance strategy  for  the  local
  315.          network with the introduction  of  digital  local  exchanges  and  new  telephone
  316.          instruments.
  317.                Calculations based on a large sample of local lines in the British  Telecom
  318.          network have shown that:
  319.                i)  The input impedance of the digital exchange must take into account the
  320.                   sidetone  performance  of  the  telephone   instruments.   To   provide
  321.                   acceptable sidetone performance it has been found necessary to  provide
  322.                   a complex input impedance  which  more  closely  matches  the  sidetone
  323.                   balance impedance of the telephone instrument.
  324.                ii) Adopting a complex exchange  balance  impedance  gives  a  significant
  325.                   improvement  in  echo  and  stability  balance  return   losses.   This
  326.                   improvement  is  considered  necessary   to   provide   adequate   echo
  327.                   performance in the digital network without requiring extensive  use  of
  328.                   echo control devices.
  329.                iii)   A further improvement in echo and stability losses is  obtained  by
  330.                   using a complex input impedance for  new  telephone  instruments.  This
  331.                   impedance also improves the  sidetone  performance  of  connections  on
  332.                   analogue exchanges.
  333.                iv) The conclusions are also relevant to other voiceband apparatus. Signal
  334.                   to listener echo ratios on voiceband data connections can  be  improved
  335.                   if the modems use a complex input impedance.
  336.  
  337.  
  338.  
  339.  
  340.  
  341.  
  342.  
  343.  
  344.  
  345.  
  346.  
  347.  
  348.  
  349.  
  350.  
  351.  
  352.  
  353.                                                       Fascicle VI.5 - Suppl. No. 2   PAGE1
  354.  
  355.  
  356.