Central téléphonique

Un central téléphonique , également appelé commutateur téléphonique ou central téléphonique , est un élément essentiel du réseau téléphonique public commuté (RTPC) ou des systèmes de télécommunications des grandes entreprises. Il facilite l'interconnexion des lignes d'abonnés téléphoniques ou des circuits virtuels du système numérique, permettant ainsi les appels téléphoniques entre abonnés.

La terminologie utilisée dans les télécommunications a évolué au fil du temps, les termes central téléphonique et central téléphonique étant souvent utilisés de manière interchangeable, ce dernier terme étant originaire du système Bell. Un central téléphonique désigne généralement une installation qui abrite l'équipement interne d'un ou de plusieurs centraux téléphoniques, chacun desservant une région géographique spécifique. Cette région est parfois appelée zone d'échange. En Amérique du Nord, le terme centre de commutation peut être utilisé pour désigner un emplacement de central téléphonique, indiquant une installation qui fournit un téléphone avec une tonalité. Les opérateurs de télécommunications définissent également des centres tarifaires à des fins commerciales et de facturation, qui dans les grandes villes, peuvent englober des groupes de centraux téléphoniques pour spécifier les emplacements géographiques pour les calculs de mesure de distance.

Dans les années 1940, le système Bell aux États-Unis et au Canada a introduit un système de numérotation national qui identifiait les centraux téléphoniques avec un code unique à trois chiffres, ainsi qu'un indicatif régional à trois chiffres (code NPA ou indicatif régional), ce qui rendait les codes des centraux téléphoniques distincts dans chaque zone du plan de numérotation. Ces codes servaient de préfixes dans les numéros de téléphone des abonnés. Au milieu du XXe siècle, des efforts d'organisation similaires ont été déployés dans les réseaux téléphoniques du monde entier, propulsés par l'avènement des lignes téléphoniques internationales et transocéaniques et de la numérotation directe des clients.

Pour les applications d'entreprise, un central téléphonique privé est appelé autocommutateur privé (PBX), qui se connecte au réseau téléphonique public commuté. Un PBX dessert les téléphones d'une organisation et tous les circuits de lignes louées privées, généralement situés dans de grands espaces de bureaux ou sur des campus organisationnels. Les configurations plus petites peuvent utiliser un PBX ou un système téléphonique à touches géré par une réceptionniste, répondant aux besoins de télécommunication de l'entreprise.

À l'époque du télégraphe électrique, ses principaux utilisateurs étaient les bureaux de poste, les gares ferroviaires, les centres gouvernementaux les plus importants (ministères), les bourses, quelques rares journaux distribués à l'échelle nationale, les plus grandes entreprises internationales et les particuliers fortunés. Malgré le fait que les appareils téléphoniques existaient avant l'invention du central téléphonique, leur succès et leur fonctionnement économique auraient été impossibles sur le même schéma et la même structure du télégraphe contemporain, car avant l'invention du standard téléphonique, les premiers téléphones étaient câblés et communiquaient avec un seul autre téléphone (par exemple du domicile d'un individu à son entreprise ).

Un central téléphonique est un système téléphonique destiné à une petite zone géographique qui assure la commutation (interconnexion) des lignes d'abonnés pour les appels effectués entre elles. Les centraux téléphoniques ont remplacé les petits systèmes téléphoniques qui connectaient leurs utilisateurs par des lignes directes entre chaque poste d'abonné. Les centraux ont fait de la téléphonie une technologie disponible et confortable pour une utilisation quotidienne et ont donné l'impulsion à la création d'un nouveau secteur industriel.

Comme pour l' invention du téléphone lui-même, l'honneur du « premier central téléphonique » a plusieurs prétendants. L'un des premiers à proposer un central téléphonique fut le Hongrois Tivadar Puskás en 1877 alors qu'il travaillait pour Thomas Edison . Le premier central téléphonique expérimental était basé sur les idées de Puskás et il fut construit par la Bell Telephone Company à Boston en 1877. Le premier central téléphonique administré par l'État au monde ouvrit le 12 novembre 1877 à Friedrichsberg près de Berlin sous la direction de Heinrich von Stephan . George W. Coy conçut et construisit le premier central téléphonique commercial américain qui ouvrit à New Haven, dans le Connecticut , en janvier 1878, et la première cabine téléphonique fut construite à proximité de Bridgeport . Le standard fut construit à partir de « boulons de carrosserie, de poignées de couvercles de théière et de fil de fer » et pouvait gérer deux conversations simultanées. Charles Glidden est également crédité de l'établissement d'un échange à Lowell, MA, avec 50 abonnés en 1878.

En Europe, d'autres premiers centraux téléphoniques étaient basés à Londres et à Manchester , tous deux ouverts sous les brevets de Bell en 1879. La Belgique avait son premier central téléphonique international Bell (à Anvers ) un an plus tard.

En 1887, Puskás introduisit le standard multiplex . .

Les centraux téléphoniques ultérieurs étaient constitués d'une à plusieurs centaines de tableaux de connexions gérés par des opérateurs de standard . Chaque opérateur était assis devant un panneau vertical contenant des rangées de prises à 3 conducteurs de ¼ de pouce, chacune d'elles constituant la terminaison locale de la ligne téléphonique d' un abonné . Devant le panneau de prises se trouvait un panneau horizontal contenant deux rangées de cordons de raccordement, chaque paire étant connectée à un circuit de cordon .

Lorsqu'un correspondant décrochait le combiné, le courant de la boucle locale allumait un voyant lumineux près de la prise. L'opérateur répondait en insérant le cordon arrière ( cordon de réponse ) dans la prise de l'abonné et en branchant son casque sur le circuit pour demander : « Numéro, s'il vous plaît ? » Pour un appel local, l'opérateur insérait le cordon avant de la paire ( cordon de sonnerie ) dans la prise locale de l'appelé et démarrait le cycle de sonnerie. Pour un appel longue distance, l'opérateur se branchait sur un circuit principal pour se connecter à un autre opérateur dans une autre banque de cartes ou dans un bureau central distant. En 1918, le temps moyen pour établir la connexion pour un appel longue distance était de 15 minutes.

Les premiers standards téléphoniques manuels nécessitaient que l'opérateur utilise les touches d'écoute et de sonnerie, mais à la fin des années 1910 et dans les années 1920, les progrès de la technologie des standards téléphoniques ont conduit à des fonctionnalités qui permettaient de répondre automatiquement à l'appel dès que l'opérateur insérait le cordon de réponse, et la sonnerie commençait automatiquement dès que l'opérateur insérait le cordon de sonnerie dans la prise de l'appelé. L'opérateur était déconnecté du circuit, ce qui lui permettait de gérer un autre appel, tandis que l'appelant entendait un signal de rappel audible, de sorte que cet opérateur n'avait pas à signaler périodiquement qu'il continuait à sonner sur la ligne.

Dans la méthode de sonnerie , l'opérateur d'origine appelait un autre opérateur intermédiaire qui appelait l'abonné appelé ou transmettait l'appel à un autre opérateur intermédiaire. Cette chaîne d'opérateurs intermédiaires ne pouvait achever l'appel que si des lignes intermédiaires étaient disponibles entre tous les centres en même temps. En 1943, lorsque les appels militaires étaient prioritaires, un appel transfrontalier aux États-Unis pouvait prendre jusqu'à 2 heures à demander et à programmer dans les villes qui utilisaient des standards manuels pour les appels interurbains.

Le 10 mars 1891, Almon Brown Strowger , un entrepreneur de pompes funèbres de Kansas City, dans le Missouri , a breveté le commutateur à paliers , un dispositif qui a conduit à l'automatisation de la commutation des circuits téléphoniques. Bien qu'il y ait eu de nombreuses extensions et adaptations de ce brevet initial, le plus connu consiste en 10 niveaux ou banques, chacun ayant 10 contacts disposés en demi-cercle. Lorsqu'il était utilisé avec un cadran téléphonique rotatif , chaque paire de chiffres faisait monter l'axe de la « main » de contact centrale du commutateur à paliers d'abord (à cliquet) d'un niveau pour chaque impulsion du premier chiffre, puis de basculer horizontalement dans une rangée de contacts avec une petite rotation pour chaque impulsion du chiffre suivant.

Les commutateurs à paliers ultérieurs furent disposés en rangées, dont le premier étage était un détecteur de ligne . Si l'une des cent lignes d'abonnés (deux cents lignes dans les détecteurs de ligne ultérieurs) avait le récepteur décroché, un détecteur de ligne connectait la ligne de l'abonné à un premier sélecteur libre, qui renvoyait à l'abonné une tonalité pour lui montrer qu'il était prêt à recevoir les chiffres composés. Le cadran de l'abonné pulsait à environ 10 impulsions par seconde, bien que la vitesse dépende de la norme de l'administration téléphonique concernée.

Les centraux basés sur le commutateur Strowger ont été concurrencés par d'autres types de centraux et plus tard par la technologie crossbar . Ces conceptions de centraux promettaient une commutation plus rapide et accepteraient des impulsions inter-commutateurs plus rapides que les 10 pps typiques du Strowger, généralement environ 20 pps. Plus tard, beaucoup ont également accepté les « tonalités tactiles » DTMF ou d'autres systèmes de signalisation par tonalité.

Une technologie de transition (de l'impulsion au DTMF) comportait des convertisseurs pour convertir le DTMF en impulsion, afin d'alimenter les anciens commutateurs Strowger, de panneau ou de crossbar. Cette technologie a été utilisée jusqu'à la mi-2002.

De nombreux termes utilisés dans le domaine des télécommunications diffèrent en termes de signification et d'usage dans les différentes régions anglophones. Aux fins du présent article, les définitions suivantes sont données :

• Le service manuel est un service téléphonique dans lequel un opérateur téléphonique humain achemine les appels selon les instructions d'un abonné disposant d'un appareil téléphonique sans cadran.
• Le service de numérotation est utilisé lorsqu'un central achemine les appels en interprétant les chiffres composés par l'abonné.
• Un commutateur téléphonique est l'équipement de commutation d'un central.
• Un centre de câblage est la zone desservie par un commutateur ou un bureau central particulier.
• Un concentrateur est un appareil qui concentre le trafic, qu'il soit distant ou colocalisé avec le commutateur.
• Une condition de décrochage représente un circuit en cours d'utilisation, par exemple lorsqu'un appel téléphonique est en cours.
• Une condition de raccrochage représente un circuit inactif, c'est-à-dire qu'aucun appel téléphonique n'est en cours.

À l'origine, un central téléphonique était un central téléphonique principal dans une ville, d'autres centraux desservant des parties de la région. Le terme a fini par désigner tout système de commutation, y compris ses installations et ses opérateurs. Il est également utilisé généralement pour le bâtiment qui abrite les équipements de commutation et les équipements connexes à l'intérieur de l'usine . Dans le jargon des télécommunications aux États-Unis , un central téléphonique (CO) est un centre de commutation de porteuse commune, un commutateur téléphonique de classe 5 dans lequel les lignes principales et les boucles locales sont terminées et commutées. Au Royaume-Uni, un central téléphonique désigne un bâtiment d'échange et est également le nom d'un commutateur téléphonique.

Avec le service manuel , le client décroche le combiné et demande à l' opératrice de connecter l'appel au numéro demandé. À condition que le numéro soit dans le même central téléphonique et situé sur le standard de l'opératrice, l'opératrice connecte l'appel en branchant le cordon de sonnerie dans la prise correspondant à la ligne du client appelé. Si la ligne de l'appelé est sur un autre standard téléphonique dans le même bureau ou dans un autre central téléphonique, l'opératrice se branche sur la ligne du standard téléphonique ou du bureau de destination et demande à l'opératrice qui répond (appelée opératrice « B ») de connecter l'appel.

La plupart des centraux urbains fournissaient un service à batterie commune , ce qui signifie que le central fournissait l'énergie aux circuits téléphoniques des abonnés pour le fonctionnement de l'émetteur, ainsi que pour la signalisation automatique avec des cadrans rotatifs . Dans les systèmes à batterie commune, la paire de fils reliant le téléphone d'un abonné au central transporte un potentiel CC de 48 V (nominal) depuis l'extrémité de la compagnie de téléphone à travers les conducteurs. Le téléphone présente un circuit ouvert lorsqu'il est raccroché ou inactif.

Lorsque le téléphone d'un abonné est décroché, il présente une résistance électrique sur la ligne qui provoque le passage du courant à travers le téléphone et les fils jusqu'au central téléphonique. Dans un standard à commande manuelle, ce courant circule dans une bobine de relais et actionne un avertisseur sonore ou une lampe sur le standard de l'opérateur, signalant à ce dernier qu'il doit effectuer le service.

Dans les plus grandes villes, il a fallu de nombreuses années pour convertir tous les bureaux en équipements automatiques, comme un commutateur de panneau . Au cours de cette période de transition, une fois les numéros normalisés au format 2L-4N ou 2L-5N (nom de central à deux lettres et quatre ou cinq chiffres), il était possible de composer un numéro situé dans un central manuel et d'être connecté sans demander l'aide d'un opérateur. La politique du système Bell stipulait que les clients des grandes villes ne devaient pas avoir à se soucier du type de bureau, qu'ils appellent un bureau manuel ou un bureau automatique.

Lorsqu'un abonné composait le numéro d'un poste manuel, un opérateur du bureau de destination répondait à l'appel après avoir vu le numéro sur un indicateur et connectait l'appel en branchant un cordon sur le circuit sortant et en appelant le poste de destination. Par exemple, si un client appelant depuis TAylor 4725 composait un numéro desservi par un central manuel, par exemple ADams 1383-W, l'appel était effectué, du point de vue de l'abonné, exactement comme un appel vers LEnnox 5813, dans un central automatisé. Les lettres de ligne partagée W, R, J et M n'étaient utilisées que dans les centraux manuels avec des lignes partagées à jack par ligne.

Contrairement au format d'inscription MAin 1234 pour un bureau automatisé avec deux lettres majuscules, un bureau manuel, ayant des inscriptions telles que Hillside 834 ou East 23, était reconnaissable au format dans lequel la deuxième lettre n'était pas en majuscule.

Les zones rurales, ainsi que les plus petites villes, disposaient d'un service manuel et la signalisation était assurée par des téléphones magnéto , qui étaient dotés d'une manivelle pour le générateur de signalisation. Pour alerter l'opératrice ou un autre abonné sur la même ligne, l'abonné tournait la manivelle pour générer un courant de sonnerie. Le standard répondait en interrompant le circuit, ce qui faisait tomber une languette métallique au-dessus de la prise de ligne de l'abonné et faisait retentir un buzzer. Des piles sèches , normalement deux grosses piles n° 6 dans le téléphone de l'abonné, fournissaient le courant continu à l'émetteur. De tels systèmes magnéto étaient utilisés aux États-Unis jusqu'en 1983, comme dans la petite ville de Bryant Pond, à Woodstock, dans le Maine .

De nombreux systèmes magnéto de petites villes étaient équipés de lignes partagées , de deux à dix abonnés ou plus partageant une seule ligne. Lorsqu'il appelait un correspondant, l'opérateur utilisait une sonnerie codée, une séquence de signaux de sonnerie distinctifs , comme deux longues sonneries suivies d'une sonnerie courte. Tous les interlocuteurs pouvaient entendre les signaux et pouvaient capter et surveiller les conversations des autres.

Les centraux téléphoniques automatiques , qui permettaient de composer un numéro , ont été inventés par Almon Strowger en 1888. Utilisés commercialement pour la première fois en 1892, ils ne se sont répandus qu'au cours de la première décennie du XXe siècle. Ils ont éliminé le besoin d' opérateurs de standard humains pour effectuer les connexions nécessaires à un appel téléphonique . L'automatisation a remplacé les opérateurs humains par des systèmes électromécaniques et les téléphones ont été équipés d'un cadran par lequel l'appelant transmettait le numéro de téléphone de destination au système de commutation automatique.

Un central téléphonique détecte automatiquement que le téléphone est décroché lorsque l'utilisateur retire le combiné du crochet ou du support. Le central émet alors une tonalité pour indiquer à l'utilisateur que le central est prêt à recevoir les chiffres composés. Les impulsions ou les tonalités DTMF générées par le téléphone sont traitées et une connexion est établie avec le téléphone de destination dans le même central ou avec un autre central distant.

Le central maintient la connexion jusqu'à ce que l'une des parties raccroche. Cette surveillance de l'état de la connexion est appelée supervision. Des fonctionnalités supplémentaires, telles que des équipements de facturation, peuvent également être intégrées au central.

Le service de numérotation du système Bell a mis en place une fonction appelée identification automatique du numéro (ANI) qui a facilité des services tels que la facturation automatisée, les numéros sans frais 800 et le service 9-1-1 . Dans le service manuel, l'opérateur sait d'où provient un appel grâce au voyant lumineux sur le panneau de prise du standard. Avant l'ANI, les appels longue distance étaient placés dans une file d'attente d'opérateur et l'opérateur demandait le numéro de l'appelant et l'enregistrait sur un ticket de péage papier.

Les premiers commutateurs étaient des systèmes électromécaniques utilisant des moteurs, des transmissions par arbre, des commutateurs rotatifs et des relais . Parmi les types de commutateurs automatiques, on trouve le commutateur Strowger ou commutateur pas à pas, le relais tout-ou-rien, le commutateur de panneau , le système rotatif et le commutateur à barre transversale .

Les circuits reliant les commutateurs sont appelés lignes principales . Avant le système de signalisation 7 , les commutateurs électromécaniques du système Bell aux États-Unis communiquaient à l'origine entre eux via des lignes principales en utilisant une variété de tensions CC et de tonalités de signalisation. Aujourd'hui, ces simples signaux numériques ont été remplacés par des signaux numériques codés plus modernes (généralement à l'aide d'un code binaire).

Certaines signalisations communiquaient les chiffres composés. Une forme ancienne appelée Panel Call Indicator Pulsing utilisait des impulsions quaternaires pour établir des appels entre un commutateur de panneau et un standard manuel. La forme la plus courante de communication des chiffres composés entre des commutateurs électromécaniques était probablement l'envoi d'impulsions de numérotation , équivalentes aux impulsions d' un cadran rotatif , mais envoyées sur des circuits principaux entre les commutateurs.

Dans les lignes réseau du Bell System, il était courant d'utiliser 20 impulsions par seconde entre les commutateurs crossbar et les tandems crossbar. C'était deux fois plus que le taux de numérotation téléphonique du système Western Electric/Bell. L'utilisation d'un taux d'impulsions plus rapide rendait l'utilisation des lignes réseau plus efficace, car le commutateur passait deux fois moins de temps à écouter les chiffres. Le DTMF n'était pas utilisé pour la signalisation des lignes réseau.

La méthode multifréquence (MF) était la dernière des méthodes pré-informatisées. Elle utilisait un ensemble différent de tonalités envoyées par paires comme la DTMF. La numérotation était précédée d'un signal d'impulsion de touche spécial (KP) et suivie d'un signal de démarrage (ST). Des variantes du système de tonalité MF du système Bell sont devenues une norme du CCITT . Des schémas similaires ont été utilisés dans les Amériques et dans certains pays européens, dont l'Espagne. Les chaînes de chiffres entre les commutateurs étaient souvent abrégées pour améliorer encore leur utilisation.

Par exemple, un commutateur peut envoyer uniquement les quatre ou cinq derniers chiffres d'un numéro de téléphone . Dans un cas, les numéros à sept chiffres étaient précédés d'un chiffre 1 ou 2 pour différencier deux indicatifs régionaux ou codes de bureau (une économie de deux chiffres par appel). Cela a amélioré les revenus par ligne et réduit le nombre de récepteurs numériques nécessaires dans un commutateur. Toutes les tâches des commutateurs électromécaniques étaient effectuées dans de gros composants métalliques. Chaque fraction de seconde de réduction du temps d'établissement d'appel signifiait moins de racks d'équipement pour gérer le trafic d'appels.

Les exemples de signaux communiquant la supervision ou la progression de l'appel incluent la signalisation E et M , la signalisation SF et la signalisation à bits volés. Dans les circuits de liaison physique (non porteurs) E et M, les liaisons étaient à quatre fils. Cinquante liaisons nécessiteraient un câble de cent paires entre les commutateurs, par exemple. Les conducteurs d'une configuration de circuit commune étaient nommés pointe, anneau, oreille (E) et bouche (M). La pointe et l'anneau étaient la paire porteuse de la voix et nommée d'après la pointe et l'anneau sur les cordons à trois conducteurs de la console de l'opérateur manuel.

Dans les lignes bidirectionnelles avec signalisation E et M , une poignée de main avait lieu pour empêcher les deux commutateurs d'entrer en collision en composant des appels sur la même ligne en même temps. En changeant l'état de ces fils de la terre à -48 volts, les commutateurs passaient par un protocole de poignée de main. En utilisant les changements de tension CC, le commutateur local envoyait un signal pour se préparer à un appel et le commutateur distant répondait par un accusé de réception (un clin d'œil) pour continuer avec la numérotation par impulsions. Cela était fait avec une logique de relais et de l'électronique discrète.

Ces variations de tension sur le circuit principal provoquaient des claquements ou des clics audibles par l'abonné lorsque la procédure de négociation électrique suivait son protocole. Une autre négociation, pour démarrer le chronométrage à des fins de facturation, provoquait une deuxième série de claquements lorsque l'appelé répondait.

Une deuxième forme courante de signalisation pour la supervision était appelée signalisation monofréquence ou SF . La forme la plus courante utilisait une tonalité constante de 2 600 Hz pour identifier une ligne réseau comme inactive. Les circuits de ligne réseau entendant une tonalité de 2 600 Hz pendant une certaine durée devenaient inactifs. (L'exigence de durée réduisait les fausses signalisations .) Certains systèmes utilisaient des fréquences de tonalité supérieures à 3 000 Hz, en particulier sur les relais radio à micro-ondes à multiplexage par répartition en fréquence SSB .

Dans les systèmes de transmission numérique binaire à porteuse T , les bits du flux de données T-1 étaient utilisés pour transmettre la supervision. Grâce à une conception minutieuse, les bits appropriés ne modifiaient pas sensiblement la qualité de la voix. Les bits volés étaient traduits en changements d'états de contact (ouvertures et fermetures) par l'électronique du matériel de la banque de canaux. Cela permettait d'envoyer des signaux E et M en courant continu, ou des impulsions de numérotation, entre des commutateurs électromécaniques sur une porteuse numérique pure qui n'avait pas de continuité CC.