Введение

Импульсный набор – это технология передачи сигналов в телекоммуникациях, в которой цепь локального абонентского контура постоянного тока прерывается в соответствии с определенной системой кодирования для каждого передаваемого сигнала, как правило, цифры. Это обуславливает часто используемое название метода – разрыв цепи при наборе. В наиболее распространенном варианте импульсного набора, декадическом наборе, каждая из десяти арабских цифр кодируется последовательностью из до десяти импульсов. Наиболее распространенная версия декодирует цифры от 1 до 9 как один до девяти импульсов соответственно, а цифру 0 – как десять импульсов. Исторически наиболее распространенным устройством для генерации таких импульсных последовательностей является дисковый номеронабиратель телефона, что дало технологии еще одно название – набор дисковым номеронабирателем. Частота повторения импульсов исторически определялась исходя из времени отклика, необходимого для надежной работы электромеханических коммутационных систем. Большинство телефонных систем использовали номинальную частоту в десять импульсов в секунду, однако операторы при наборе внутри и между центральными офисами часто использовали частоту импульсов до двадцати в секунду.

Ранние автоматические обмены

Автоматические телефонные системы были разработаны в конце XIX и начале XX века. Для идентификации абонентам был присвоен уникальный телефонный номер для каждой линии связи. Различные методы были разработаны для передачи набранного абонентом номера вызываемого телефона. Автоматический переключатель был разработан Хилборном Рузвельтом. Первая коммерческая автоматическая телефонная станция, спроектированная Алмоном Браун Строугером, открылась в Ла-Порте, штат Индиана, 3 ноября 1892 года и использовала два ключа телеграфного типа на телефоне, которые необходимо было нажать определенное количество раз для управления вертикальными и горизонтальными релейными магнитами на станции. Однако использование отдельных ключей с отдельными проводниками для связи со станцией было непрактичным. Наиболее распространенной системой сигнализации стала система, использующая импульсные последовательности постоянного тока, генерируемые в телефонных аппаратах абонентов путем размыкания однопарной абонентской линии.

Роторный циферблат

Строгер также подал первый патент на дисковый номеронабиратель в 1891 году. Первые номеронабиратели работали по принципу прямого, поступательного действия. Импульсы передавались, когда пользователь вращал диск до упора для пальца, начиная с разной позиции для каждой набираемой цифры. Для безошибочной работы с диском требовалось плавное вращательное движение пальцем, однако это оказалось слишком ненадежным. Вскоре этот механизм был усовершенствован за счет добавления возвратной пружины и центробежного регулятора для контроля скорости возврата. Пользователь выбирал цифру для набора, вставляя палец в соответствующее отверстие и вращая диск до упора. После отпускания диск прерывал электрическую цепь многократно, открывая и закрывая контакты при возвращении в исходное положение. АТС декодировала эту последовательность для каждой набранной цифры, используя пошаговые реле или накапливая информацию в цифровых регистрах.

Частота импульса и кодирование

В первых электромеханических системах коммутации импульсы тока, генерируемые вращающимся диском на абонентской линии, непосредственно управляли электрическими шаговыми переключателями в центральном офисе. Механическая природа этих реле обычно ограничивала скорость работы, частоту импульсов, до десяти импульсов в секунду. Технические условия Bell System в США требовали от обслуживающего персонала регулировать диски на абонентских станциях с точностью от 9,5 до 10,5 импульсов в секунду (PPS), но допустимый диапазон для коммутационного оборудования обычно составлял от 8 до 11 PPS. Британский стандарт для коммутаторов системы Строуджера составлял десять импульсов в секунду (допустимый диапазон от 7 до 12) и коэффициент обрыва сигнала 66% (допустимый диапазон от 63% до 72%). В большинстве систем коммутации один импульс использовался для цифры 1, два импульса для 2 и так далее, с десятью импульсами для цифры 0; это делает код унарным, за исключением цифры 0. Исключениями являются Швеция, где один импульс соответствует 0, два импульса – 1 и так далее, и Новая Зеландия, где десять импульсов соответствуют 0, девять импульсов – 1 и так далее. В Осло, столице Норвегии, использовалась новозеландская система, но в остальной части страны – нет. Системы, использующие такое кодирование десяти цифр последовательностью из до десяти импульсов, известны как декадные системы набора. Некоторые системы коммутации использовали регистры цифр, которые удваивали допустимую частоту импульсов до двадцати импульсов в секунду, а межцифровую паузу можно было сократить, поскольку переключение не требовало завершения во время паузы. К ним относятся линии доступа к панельному коммутатору в 1920-х годах, системы с перекрестной коммутацией, более поздняя версия (7A2) дисковой системы и более ранние станции с программным управлением 1970-х годов. В некоторых телефонах импульсы можно услышать в наушнике как щелчки. Однако, как правило, такие эффекты были нежелательны, и конструкторы телефонов подавляли их механическими средствами с помощью отключающих выключателей на диске или значительно ослабляли электрическими средствами с помощью варистора, подключенного параллельно наушнику.

Набор с помощью переключателя

Поскольку импульсный набор осуществляется путем прерывания локальной петли, можно было набирать цифры, быстро постукивая, то есть нажимая и отпуская, трубку соответствующее количество раз со скоростью примерно десять нажатий в секунду. Однако многие производители телефонов реализовали замедленный возврат трубки в исходное положение, чтобы предотвратить быстрый набор. В Соединенном Королевстве когда-то можно было совершать звонки с телефонных автоматов, постукивая трубкой, не внося монеты. Незаконное получение бесплатного телефонного звонка считалось уголовным преступлением – хищением электроэнергии у Главного почтового ведомства, которое управляло телефонной сетью, и по нескольким подобным делам были возбуждены судебные процессы. В популярной культуре этот метод показан в фильме «Красный дракон», где заключенный Ганнибал Лектер совершает звонок с телефона без диска набора номера. Эта техника также использовалась персонажем Phantom Phreak в фильме «Хакеры».

Преемники

Уже в 1910-х годах было признано, что набор кнопок быстрее, чем с дисковым циферблатом, когда первые панельные коммутаторы использовали клавиши для набора на станциях операторов. В 1940-х годах Bell Laboratories провела полевые испытания кнопочных телефонов для набора абонентами, чтобы определить точность и эффективность. Однако технология использования механических реле с пружинным якорем была слишком ненадежной, пока транзисторы не совершили революцию в отрасли. В 1963 году Bell System представила публике технологию многочастотного тонального набора (DTMF) под названием Touch Tone, которая была зарегистрированной торговой маркой в США до 1984 года. Система Touch Tone использовала кнопочные телефоны. В десятилетия после 1963 года дисковые циферблаты постепенно заменялись на новых моделях телефонов клавиатурами, а основным методом набора номера в центральную станцию стал тональный набор. Большинство центральных станций по-прежнему поддерживают дисковые телефоны. Некоторые телефоны с клавиатурой имеют переключатель или настройку для выбора тонального или импульсного набора. Мобильные телефоны и большинство систем VoIP используют внеполосную сигнализацию и не передают цифры, пока абонент не наберет весь номер. Многие VoIP-системы основаны на протоколе инициализации сеанса (SIP), который использует форму универсальных идентификаторов ресурсов (URI) для адресации вместо одних только цифр.