home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ The Hacker's Encyclopedia 1998 / hackers_encyclopedia.iso / phreak / sysinfo / unts.txt < prev    next >
Encoding:
Text File  |  2003-06-11  |  16.3 KB  |  307 lines

  1.  
  2.                        Understanding The Telephone System
  3.  
  4.              from "Understanding Communications Systems" Chapter 6
  5.  
  6.                                 by Don L. Cannon
  7.  
  8.                                       and
  9.  
  10.                                  Gerard Luecke
  11.  
  12.                        Texas Instruments Publishing, 1984
  13.  
  14.  
  15.  
  16.  
  17.     In the telephone system, the two-ywa communication is carried by either a
  18. two-wire or a four-wire system. In the four-wire system on pair of wires is
  19. connected from the transmitter at telephone A to the receiver at telephone B,
  20. and the other pair of wires is cnnected form the transmitter at telephone B to
  21. the receiver at telephone A. In the two-wirere system, which uses one-half of
  22. the wiring of the four-wire system and therefore is less costly, both
  23. transmitter and receivers at telephones A and B share the same pair of wires for
  24. the two-way communication. The power for the communication is provided by a
  25. battery (or an appropriate power source with battery backup). The battery is
  26. usually provided at the central office in commercial telephone networks, though
  27. it can be provided at the transmitter in a private or special purpose four-wire
  28. system.
  29.  
  30.      The transmission links in modern telephone systems may take several
  31. different forms, such as overhead wire, buried cable, microwave links, satellite
  32. links, and so on. Which option is used for a given communication depends
  33. laregely on where A and B are located. If A and B are located close to each
  34. other, the information will be carried over wires on telephone poles or in
  35. overhead or underground cables. If A and B are located on the same land mass but
  36. a large distance apart, the information could be transmitted over telephone
  37. lines, cables, microwave links, or even satellite links). If A and B are
  38. separated by an ocean, the transmission must be through transoceanic cable,
  39. radio, or satellite links, since these are the only feasible ways to get
  40. information from one continent to another. Whichever approach is used, a means
  41. must be provided for selecting the proper paths over which the information is to
  42. travel. This requires some way to connect circuits through switches called
  43. network switching.
  44.  
  45.  
  46. Network switching
  47. -----------------
  48.  
  49.      The network switching process identifies the originator and recipient of a
  50. telephone call and routes the call through suitable transmission links to its
  51. destination. Requirements: Each telephone in the system must be assigned a
  52. number to indicate its location in the system. The switching network must
  53. recognize which telephone is initiating the call and which telephone is to
  54. receive the call. From this information, it must set up the circuit connections
  55. for a signal path that will send the information from the sending (calling)
  56. telephone to the receiving (called) telephone. In commercial telephone systems a
  57. seven digit number is sufficient to locate individual telephones within a
  58. metropolitan area. Digits specify which central office supplies the power to the
  59. telephones that are to be connected and the last four digits determine which
  60. telephone of a possible 10,000 telephones is calling or is being called. The
  61. central office recognizes which telephone is calling (initiating the call) when
  62. the telephone is removed from its hook or cradle. It recognizes which telephone
  63. is called by the number that is dialed by the calling telephone. If the call is
  64. to a telephone outside the metropolitan area, an additional three digits are
  65. used to define the area code or location of the called metropolitan area. This
  66. would then be a long distance call.
  67.  
  68.      If central office A has an exchange code of 123 and central office B has an
  69. exchange code of 456, then a call from telepone number 123-0001 to number
  70. 123-0003 would require a circuit connected by the switched path. If on the other
  71. hand the telephone at 123-0001 is calling the telephone number 456-0002, the
  72. switching network would have to set up a differeent switched circuit path. The
  73. network must provide the switching circuitry allowing for the possibility of
  74. many calls occurring at the same time within a central office and between
  75. central offices. Thus, many parallel switch paths must be available.
  76. Furthermore, the network also provides detection circuits for all of the
  77. signalling which determines the calling and called telephones and all of the
  78. line checking required to establish tha the lines and telephones are clear to
  79. complete the communication. These signalling requirements depend on the
  80. characteristics of each telephone set and on the signalling sequence required to
  81. make a telephone call.
  82.  
  83.  
  84. The Handset
  85. -----------
  86.  
  87.      The telephone handset contains a microphone, a speaker, switch connections
  88. to the telephone system, ringing circuitry, and a dial network. The instrument
  89. used for talking into and listening will be called the subset. It contains the
  90. microphone and the speaker. When the telephone is not in use the subset rests on
  91. the cradle which opens the switches denoted SH (for switch hook). These
  92. switches disconnect the telephone subset from the telephone system. however,
  93. there is a circuit connection that is maintained to the handset. An
  94. electromagnet called the ringer solenoid is connected to the telephone line
  95. wires on the central office side of the SH switch so that the central office can
  96. ring the telephone with an AC signal when it is called. The telephone wires are
  97. denoted as the T and R lines, for the terms Tip and Ring, which were related to
  98. plug connections used in the original manual (operator controlled) switching
  99. central offices or exchanges.
  100.  
  101.      With the subset in the cradle (or hanging telephones may be on a hook -
  102. thus the name switch hook) no DC current flows from the central office 48-volt
  103. talking battery through the T-R loop or thru the ring solenoid loop because of
  104. capacitor C. The central office monitors the DC current to determine if the
  105. phone is idle or busy or is initiating a call. The central office controls the
  106. signals that can be delivered to a handset through the switches S1, S2, and S3.
  107. With the phone on the hook, SH is open and only the ringer circuit can function.
  108.  
  109.  
  110. Ringing a Called Telephone
  111. --------------------------
  112.  
  113.      The ringing signal is a 20-47 Hz AC signal from the central office. Picking
  114. up the handset lets DC current flow in the talking circuit, stops the ring, and
  115. connects the reeceiving telephone to the calling telephone.
  116.  
  117.      The signals that can be sent are:
  118.  
  119. Signal Tone          Interrupt Rate            Frequencies (Hertz)
  120. -----------          --------------            -------------------
  121.  
  122. Dial                 None                      480
  123.  
  124. Ringing              None                      440 modulated with 480
  125.  
  126. Busy                 60 (called line)          480 modulated with 620
  127.  
  128.                      30 (toll line)
  129.  
  130.                      120 (intra-office)
  131.  
  132.  
  133.  
  134.      Assume that the telephone is idle - the subset is on the cradle or on the
  135. hook. It is ready and waiting to receive an incoming call as indicated by the
  136. lack of DC current flow in its T and R lines. If this telephone has been
  137. selected by the central office to receive a call, S2 will be thrown to connect
  138. the ringing signal to the T and R lines through the transformer TC. The 110 volt
  139. AC signal fo 20 to 47 hertz will cause the ringer solenoid to sound the familiar
  140. telephone ring at the handset. This ringing will continue until the caller hangs
  141. up or until the telephone is answered by liftig the subset off the switch hook.
  142. Such action will cause DC current to flow in the T-R loop through the subset.
  143. the central office circuitry will detect the DC current flow and remove the
  144. ringing signal by opening S2. It also will throw switch S3 to connect the set to
  145. the calling transmission path.
  146.  
  147.  
  148. Answering The Telephone
  149. -----------------------
  150.  
  151.      As the speaker talks into the subset to answer the phone, the microphone of
  152. the handset causes the current in the T-R loop to vary to produce electrical
  153. signals that correspond to the pattern of the speech waveform. The T-R loop
  154. current through the matching transformer TS and the primary of the transformer
  155. TC produces the speech signals in the secondary circuit of the transformer TC.
  156. The secondary of the transformer TC is connected to the calling telephone
  157. through the circuit path formed by the closing of switch S3 and network
  158. switching circuits in the central office.
  159.  
  160.      The direction of the informaton flow through the transformers alternates as
  161. one person speaks, then the other.
  162.  
  163.      Now if the handset is considered to be the calling handset, after the
  164. person calling has dialed and the called telephone owner has lifted the subset
  165. and spoken into it to answer the telephone (as discussed above), the electrical
  166. signals representing the spoken word are now the input signal to the transformer
  167. TC through tthe closed switch S3. The S3 side of the transformer is now the
  168. primary and the T-R loop side is the secondary. The curreent in the primary
  169. produced bythe speech signals induce a current in the secondary which excites
  170. the speaker of the handset through the matching transformer TS and reproduces
  171. the spoken word of the person answering the called telephone in the ear of the
  172. person at the calling telephone. As each person speaks at either the called or
  173. calling telephone, the spoken word is reproduced from transmitter to receiver
  174. through the completed communications circuit. The system reproduces the spoken
  175. word in both directions through the same circuit.
  176.  
  177.      Whenever a person speaks into the microphone of the handset they also hear
  178. their spoken words in the speaker of the same hadnset. The matching transformer
  179. TS determines the correct signal level for this signal as well as the correect
  180. signal level for the signal received from the sending telephone.
  181.  
  182.      During the above described sequence the dialer sub-circuit is not used, the
  183. tone signalling circuit is not used, and switch S1 remains open.
  184.  
  185.  
  186. Initiating A Call
  187. -----------------
  188.  
  189.      Both the dial network and the tone signal generators are needed to provide
  190. the proper basic signalling tones between the calling telephone and the central
  191. office. When the caller lifts the subset off the cradle, DC current flows in the
  192. T-R loop. This is sensed by the central office and indicates that a call has
  193. been initiated. The central office locates the line initiating the call and
  194. places a selected tone signal generator output of 480 hertz on the T-R line by
  195. closing switch S1 and producing a curreent int he primary of transformer TC.
  196. This produces a dial tone in the calling hadnset's speaker. Switches S2 and S3
  197. are open (S2 will remain open, since no ringing current will be delivered to the
  198. calling telephone). When the caller hears the dial tone, the number of the
  199. telephone to be called will be indicated as an electrical signal by a rotary
  200. dial containing switch contacts that opena nd close or by pressing tone dialing
  201. pushbuttons. The dial tone will be interrupted when the first digit is dialed
  202. with a mechanical dialer. In the case of the tone dialing system it will be
  203. replaced with the tone of the button pushed.
  204.  
  205.  
  206. Mechanical Dialer
  207. -----------------
  208.  
  209.      If a mechanical dialer (pulse) is used, the dial will be rotated according
  210. to the digit requireed and allowed to rotate back to its rest position. As it
  211. does it will interrupt the DC current in the T-R lines to cause a number of
  212. pulses equal to the number dialed. The dial is mechanically designed to provide
  213. 10 pulses per second. The speaker is usually disconnected by the dial network to
  214. keep from sounding the dialing clicks. The central office circuits receive the
  215. pulses and detect the sequence of numbers dialed and stores them. They use these
  216. numbers to locate the called telephone and to set up an available transmission
  217. path between the two stations. When the called telephone is located, the central
  218. office checks the on-hook status of the called telephone, and rings it if the
  219. telephone is on-hook (idle). It also places a ringing tone throught h closed S1
  220. switches (S2 and S3 are still open) on the line so it is heard at the calling
  221. telephone. This ringing tone is developed by modulating a 440-hertz sinusoid
  222. with a 480-hertz sinusoid. This results in a 920-hertz tone increased and
  223. decreased in intensity at a 40-hertz rate. The ringing tone continues until
  224. eithe the called telephone answers or the calling telepone hangs up. If the
  225. called telephone answers, the central office circuits remove the ringing current
  226. form the called set, the ringing tone from the calling set and completes the
  227. transmission path by closing the switches S3.
  228.  
  229.  
  230. Busy Telephone
  231. --------------
  232.  
  233.      If the called telephone is busy (off-hook) the tone generator will sound
  234. one of three possible busy signals to the calling telephone. The busy tone is a
  235. 140-hertz tone generated by modulating a 480-hertz sinusoid with a 620-hertz
  236. sinusoid and filtering out the 1100-hertz signal (when one sinewave modulates
  237. another, both the sum and difference frequency sine wave signals result). This
  238. tone is interrupted at a rate that indicates the reason for the busy signal. A
  239. signal interrupted at the rate of 60 times per imnute indicates the called line
  240. was busy. If the interrupt rate is 1/2 of this, the toll line between the
  241. central offices was busy (full of existing calls.) If the interrupt rate is
  242. doubled to 120 times per imiute it implies that all intra-office paths are busy.
  243. Only with the 60 interrupts/minute is the caller sure that the called party line
  244. is busy.
  245.  
  246.  
  247. Tone Dialing
  248. ------------
  249.  
  250.      When the handset is a Touch-Tone service telephone, then the dial network
  251. is more than just switches. It contains tone generating circuits as well. When
  252. the tone dialing telephone is used, the tone key or pad causes a signal of two
  253. frequencies to be placed on the line. The frequencies aree indicated by the
  254. intersection of the frequency lines in the tone matrix of the following diagram:
  255.  
  256. 697--------1-------2-------3-------!
  257.            !       !       !       !
  258.            !       !       !       !
  259.            !       !       !       !
  260. 770--------4-------5-------6-------!
  261.            !       !       !       !
  262.            !       !       !       !
  263.            !       !       !       !
  264. 852--------7-------8-------9-------!
  265.            !       !       !       !
  266.            !       !       !       !
  267.            !       !       !       !
  268. 941--------*-------0-------#-------!
  269.            !       !       !       !
  270.            !       !       !       !
  271.            !       !       !       !
  272.           1209  1336     1477    1633
  273.  
  274.  
  275.      For example, pressing the 5 key causes a 770-hertz and a 1336-hertz tone to
  276. be sent to the central office (and to the called party if the button is pushed
  277. during a conversation). Central office circuits that detect and decode the tones
  278. set up the switching for the communications path just as for the mechanical
  279. dialer. The use of such tones speeds up the dialing operation and allows command
  280. and control information to be sent to the called location.
  281.  
  282.  
  283. Bandwidth
  284. ---------
  285.  
  286.      The frequencies of the tones generated by the tone keys as well as the
  287. conversattqions of the telephone users must be within the bandpass capabilities
  288. of the telephone system. the bandwidth of a channel in a typical telephone
  289. system used for conversations is 4 kilohertz. The bandpass region allowed for
  290. the voice signals is 200 hertz to 3400 hertz. The tone dialing signals fits into
  291. this range as do some special control signals at 2400 and 2600 hertz. Other
  292. control signals form 3400 to 3700 hertz fit into the overall 4 kilohertz
  293. bandwidth of the telephone channel. This voice channel bandwidth will be an
  294. important system parameter throughout this chapter. The other important
  295. parameters of the voice channel are the signalling tones and the DC currents
  296. that are used by the switching and control circuits of the central offices to
  297. establish the communications paths between many pairs of telephones over a
  298. worldwide network. Understanding the basic concepts of the central office
  299. circuits will help to further understand the telephone communications systems.
  300.  
  301. (continued in part II)
  302.  
  303.        :-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-
  304.        The Convent Textfiles BBS 619-475-6187 10 megs 3/1200 baud no pass
  305.        :-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-
  306.  
  307.