ВВЕДЕНИЕ.

Современный этап развития телекоммуникационной техники и информационных технологий позволяет не только совершенствовать традиционные формы обучения (очную и заочную), но и внедрять новые, такие как дистанционное обучение.

Дистанционное обучение дает возможность получить образование людям с неполноценным здоровьем, военнослужащим, заключенным и другим категориям населения, которые не имеют возможностей обучаться непосредственно в университете.

Большинство студентов – заочников на настоящий момент не удовлетворены своей учебой и хотели бы повысить качество получаемого образования. Основными причинами этой неудовлетворенности являются: недостаток базовой и текущей информации, невозможность охватить необходимый объем информации в короткий период сессии. Контроль и оценка знаний студентов заочной формы обучения на сегодняшний день во многом представляет из себя формальную процедуру. Выставляемые оценки практически не дают представления ни самим студентам, ни их преподавателям, ни их руководителям на предприятиях о качестве подготовки специалистов.

Словом, можно сказать, что дистанционное обучение это новая ступень обучения, новые возможности обучения на расстоянии. Его можно назвать заочным обучением на новом витке спирали, с новыми методами и методиками преподавания, с новыми средствами представления учебного материала, с новыми дидактическими принципами обучения, с новыми подходами в планировании и организации учебного процесса.

Связь является решающим фактором в достижении успеха конкурирующими коммерческими предприятиями и, следовательно, в экономическом росте и процветании любого региона. Поэтому слияние на пороге 21-го века телекоммуникационных и компьютерных технологий принимало решающее значение – точно так же, как это происходило при активном внедрении электрификации в строительство железных дорог. Высокие требования, предъявляемые к связи, обуславливают необходимость огромных капиталовложений в инфраструктуру; следовательно, тщательное планирование и выбор перспективной системы имеют наивысший приоритет.

Средства электросвязи во всем мире, в том числе в России являются определяющим фактором экономического развития страны, роста ее валового национального продукта.

По оценкам специалистов можно выделить 3 основных этапа развития сетей и услуг связи:

• телефонизация страны;
• цифровизация телефонной сети;
• интеграция (объединение) услуг на базе цифровых сетей связи.

Телефон остался сегодня основным видом связи, предоставляя услугу передачи речевых сообщений.

Развитие телефонной связи нашей страны связано с созданием коммутационной техники трех поколений.

К первому поколению относятся автоматические телефонные станции декадно-шаговой системы (АТС ДШ) в процессе эксплуатации которых выявился ряд серьезных недостатков. К ним относятся:

- низкое качество обслуживания;

- невысокая надежность коммутационного оборудования;

- ограниченное быстродействие;

- наличие большого числа обслуживающего персонала;

- малая проводность линий.

Наличие этих недостатков явилось серьезным препятствием для значительного увеличения емкости ГТС и автоматизации телефонной связи.

Ко второму поколению систем коммутации относятся автоматические телефонные станции координатного типа (АТСК и АТСКУ). Станции этого типа обладают рядом преимуществ по сравнению с АТС ДШ:

- лучшее качество разговорного тракта;

- уменьшение числа обслуживающего персонала;

- увеличение использования линий;

- увеличение проводности и доступности.

Однако, несмотря на эти улучшения АТСКУ все же имеют ряд недостатков, присущих АТС ДШ. Это и явилось предпосылкой для создания третьего поколения телефонных станций.

Третье поколение систем коммутации - квазиэлектронные и цифровые телефонные станции. Квазиэлектронные станции устранили ряд недостатков присущих АТС ДШ и АТС КУ и используются во многих странах мира.

Эпоху цифровой реализации телекоммуникационной сети предопределило наличие двух недорогих, но чрезвычайно важных устройств: кодеков, преобразующих аналоговые сигналы в цифровые (рисунок 1.1), и модемов, преобразующих цифровые сигналы в аналоговые при передаче данных по аналоговым телефонным сетям (рисунок 1.2).

Рисунок 1.1 – Аналого-цифровое преобразование – кодек

Рисунок 1.2 – Цифро-аналоговое преобразование – модем

Преимущества цифровых сигналов по сравнению с аналоговыми очевидны. Когда в процессе передачи на аналоговый сигнал накладывается шум, то восстановить истинный сигнал довольно трудно. В случае передачи цифрового сигнала ситуация изменяется. Так как цифровой сигнал, и особенно двоичный сигнал, имеет конечное число состояний, то восстановление истинных значений переданного сигнала осуществляется гораздо легче, без потери информации и искажений за счет переходных помех, групповых задержек и других посторонних влияний, которые неизбежны при аналоговой передаче сигналов. Проблемы передачи аналоговых сигналов возрастают при увеличении длины линии, так как уронен”. шума возрастает пропорционально длине линии, Качество цифровой передачи не зависит от длины линии, так как существует возможность восстанавливать сигнал. При каждой регенерации сигнала исчезает влияние переходных помех, неравномерности группового времени замедления и т.д. В результате можно утверждать, что качество передачи сигналов в цифровой форме почти одинаково как в начале, так и в конце линии.

Создание же полностью цифровых систем стало возможным лишь после применения в них принципа коммутации информации в цифровом виде (импульсно-кодовая модуляция). Цель создания нового поколения коммутационной техники на основе цифровых систем передачи (ЦСП) заключается в повышении гибкости и экономичности системы, сокращение затрат и трудоемкости эксплуатации, упрощение и удешевление в производстве, а так же предоставление новых видов услуг абонентам.

Для повышения качества связи, расширения числа услуг связи, автоматизации сети, в развитых странах с 70-х годов аналоговые и коммуникационные станции переводятся на электронные цифровые. Во многих из них цифровизация междугородной связи закончена, на местных сетях цифровые АТС составляют более 80%. Идет быстрое внедрение волоконно-оптических линий связи.

Цифровые системы коммутации более эффективны, чем однокоординатные системы пространственного типа. Основные преимущества цифровых АТС: уменьшение габаритных размеров и повышение надежности оборудования за счет использования элементной базы высокого уровня интеграции; повышение качества передачи и коммутации; увеличение числа вспомогательных и дополнительных служб; возможность создания на базе цифровых АТС и цифровых систем коммутации интегральных сетей связи, позволяющих внедрение различных видов и служб электросвязи на единой методологической и технической основе; уменьшение объема работ при монтаже и настройке электронного оборудования в объектах связи; сокращение обслуживающего персонала за счет полной автоматизации контроля функционирования оборудования и создания необслуживаемых станций; значительное уменьшение металлоемкости конструкции станций; сокращение площадей, необходимых для установки цифрового коммутационного оборудования.

Эволюцию от аналоговой коммутации к цифровой иллюстрирует рисунок 1.3. На рисунке а показаны аналоговые АТС с аналоговыми абонентскими и соединительными линиями. На рисунке б показана следующая фаза эволюции коммутации. В этой фазе цифровые коммутаторы взаимодействуют с другими цифровыми коммутаторами через цифровые соединительные линии, хотя могут также использоваться аналоговые абонентские линии и аналоговые соединительные линии, но непременно с использованием аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей. Однако коммутационное поле является цифровым, что подразумевает коммутацию в станции исключительно цифровых сигналов.

а) Аналоговые АТС

б) Цифровые АТС

Рисунок 1.3 – Эволюция АТС

Особенности цифровых коммутационных устройств с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) сигналов: процессы на входах, выходах и внутри устройств согласованы по частоте и времени (синхронные устройства); цифровые коммутационные устройства являются четырехпроводными в силу особенностей передачи сигналов по цифровым системам.

В цифровой коммутационной системе функцию коммутации осуществляет цифровое коммутационное поле. Управление всеми процессами в системе коммутации осуществляет управляющий комплекс.

Слово ‘коммутация’ (switching) означает “включение и отключение”. Для инженера-электрика коммутационный элемент - это устройство, которое при работе может переходить в любое из двух состояний: ВКЛ и ВЫКЛ. Это справедливо и в отношении оптических коммутационных элементов, и в отношении транзисторов, с помощью которых строятся логические вентили и триггеры для булевых операций, бинарная память и т.п. Кстати, именно на этой базе, с помощью конечных автоматов, карт Карно и других средств, создаются коммутационные схемы.

Сектор стандартизации электросвязи Международного союза электросвязи (ITU-T), определил коммутацию как “соединение одного (определенного) из множества входов системы с одним (определенным) из множества ее выходов, организуемое по запросу и предоставляемое этой паре вход-выход на время, которое требуется для обмена информацией между ними”. Иными словами, соединение создается в соответствии с номером линии вызываемого пользователя, набранным вызывающим пользователем, и сохраняется до тех пор, пока один из них не положит трубку. Пока же это соединение существует, по нему могут передаваться речь, данные или видеоинформация.

Таким образом, получив запрос коммутируемой связи, сеть устанавливает между вызывающим и вызываемым пользователями (людьми, компьютерами или модемами) соединение, доступное им полностью и безраздельно, но только на время связи. В течение всего этого времени ни один из ресурсов соединения не используется для обслуживания других запросов, а естественные паузы в разговоре или в передаче данных не могут заполняться другими разговорами или другими данными. По окончании связи соединение разрушается, после чего сетевые ресурсы, из которых оно было составлено, могут использоваться для создания других соединений.

Можно сказать, что коммутация - это процесс последовательного соединения нескольких постоянно существующих независимо один от другого каналов в один составной канал, создаваемый только на время связи с тем, чтобы пользователи в конечных точках этого коммутируемого канала могли общаться между собой, т.е. обмениваться информацией. Компоненты коммутируемого канала выбираются из числа свободных, доступных и находящихся в нужном направлении.

Заметим, что оба приведенных определения относятся только к коммутации каналов.

Коммутация каналов может быть аналоговой и цифровой. Аналоговой коммутацией называется процесс, при котором соединение между конечными точками коммутируемого канала устанавливается посредством операций над аналоговым сигналом (с возможной его дискретизацией, но без преобразования в цифровую форму).

Цифровой коммутацией называется процесс, при котором соединение между конечными точками коммутируемого канала устанавливается с помощью операций над цифровым сигналом без преобразования его в аналоговый сигнал.

Коммутационные узлы и станции представляют собой совокупность технических средств, предназначенных для обработки вызовов, поступающих по абонентским и соединительным линиям сети, для предоставления инициаторам этих вызовов основных и дополнительных услуг связи, а также для учета и для начисления платы за услуги. Данное определение охватывает коммутационные узлы и станции всех типов, используемых во Взаимоувязанной сети связи РФ, а именно: городские автоматические телефонные станции (АТС), учрежденческие телефонные станции (УАТС), концентраторы (К), узлы входящего (УВС) и исходящего (УИС) сообщения городских телефонных сетей, узлы спецслужб (УСС), междугородные станции (АМТС), узлы автоматической коммутации (УАК), центральные (ЦС), узловые (УС) и оконечные (ОС) сельские телефонные станции и другие устройства распределения информации.

В общем случае, коммутационный узел (станция) содержит коммутационное поле, предназначенное для соединения входящих и исходящих каналов (линий) на время обмена информацией; управляющие устройства, обеспечивающие установление соединения через коммутационное поле, а также прием и передачу управляющей информации; комплекты (станционные окончания) входящих и исходящих линий; кодовые приемники и передатчики; устройства контроля и диагностики абонентских линий и оборудования самого узла коммутации; источники электропитания; кроссовое оборудование и некоторые вспомогательные устройства.

Передача речи по каналам тональной частоты на Российских телефонных сетях осуществляется в диапазоне от 300 Гц до 3400 Гц. Для организации цифрового коммутационного тракта используется первичный поток ИКМ 30/32.

Суть цифровизации заключается в том, что исходный аналоговый электрический сигнал может быть воспроизведен из соответствующей последовательности дискретных значений его амплитуды (отсчетов). Число отсчетов в секунду называется частотой дискретизации и зависит от самого высокочастотного компонента, присутствующего в аналоговом сигнале. Известная теорема Котельникова гласит, что аналоговый сигнал можно правильно восстановить, если частота дискретизации вдвое превышает частоту сигнала. Именно на ней и на теореме Найквиста, доказанной Гарри Найквистом в 1928 году и устанавливающей тот факт, что, если частота дискретизации (Fд) превышает не менее чем вдвое самую высокочастотную составляющую аналогового сигнала (F_В) то первоначальный аналоговый сигнал полностью описывается только с помощью моментальных выборок основывается импульсно-кодовая модуляция (ИКМ). Эта минимальная частота выборки иногда называется частотой Найквиста. Строже говоря, устройство дискретизации “вырезает” из первоначального аналогового сигнала x(t) короткие выборочные импульсы (рисунок 2.1), образуя последовательность мгновенных значений амплитуды - дискретизированный во времени сигнал y(t) с частотой следования импульсов (Fд). Этот процесс известен как амплитудно-импульсная модуляция (АИМ).

Где F_В = 3400 Гц.

Следовательно, должна быть не ниже 6800 Гц. Согласно рекомендациям МСЭ-Т для достижения отличного качества передачи пользовательской информации принята частота дискретизации 8000 Гц. При этом Тд- период дискретизации, составляет 1/8000=0,000125 с, или 125 мкс.

Полученный таким образом сигнал у(t) представляет хотя и дискретные во времени, но, тем не менее, аналоговые значения амплитуды первоначального сигнала x(t). Для того, чтобы передавать эти выборочные значения в цифровой форме, требуется их квантование: значение каждой амплитуды округляется до ближайшего числа из некоторого конечного набора заранее фиксированных чисел (уровней квантования), и в результате получается сигнал z(t), дискретизированный по амплитуде, На рисунке 2.1 представлены исходный сигнал, дискретный во времени сигнал, полученный из исходного, и сигнал, полученный после квантования и представляющий собой дискретную во времени последовательность дискретных амплитуд. Заметим, что при квантовании значения амплитуды исходного сигнала утрачиваются вследствие округления, так что этот сигнал уже не может быть восстановлен точно.

Рисунок 2.1 – ИКМ – кодирование аналогового сигнала речи и его восстановление

Очевидно, что чем больше уровней квантования, тем лучшую характеристику будет иметь восстановленный сигнал. Например, для речевых сигналов ИКМ достаточно иметь 256 уровней (8-битовые двоичные слова), но при кодировании музыки в CD-плейерах для получения удовлетворительной характеристики требуется 65536 уровней (16-битовые двоичные слова). Чем лучшее качество нам требуется, тем в большем количестве уровней квантования мы нуждаемся, и тем более длинными должны быть кодовые слова, что, естественно, приводит к необходимости передавать биты с более высокой скоростью. Скорость передачи битов должна быть настолько высока, чтобы цифровое слово, несущее предыдущее дискретное значение амплитуды сигнала, оказалось переданным до того, как появится следующее слово, готовое к передаче. Поэтому для каждой системы приходится искать определенный компромисс между качеством и скоростью передачи информации.

Выбор числа уровней квантования в основном определяется требуемым качеством передачи информации (таблица 2.1). Для обеспечения отличного качества передачи информации согласно рекомендациям МСЭ-Т было принято 256 уровней квантования. Квантование может осуществляться равномерным способом либо с помощью цифровой компрессии.

Таблица 2.1 - Зависимость между качеством передачи информации и числом

уровней квантования

Последним преобразованием аналогового сигнала в сигнал ИКМ является кодирование. Кодированием квантованного сигнала называется отождествление этого сигнала с кодовыми словами (кодовыми комбинациями), причем в аппаратуре ИКМ используются двоичные кодовые слова. Под кодовым словом понимается упорядоченная последовательность двоичных символов. Каждое слово соответствует определенному уровню квантования. Значения уровней квантования при кодировании представляются в виде двоичного числа. Разрядность кодового слова при различном качестве передачи информации приведена в таблице 2.1. Согласно рекомендациям МСЭ-Т длина кодовой комбинации, передаваемой по каналам ИКМ, составляет 8 бит.

Например: При квантовании получили амплитуду сигнала, равную 211 уровням квантования. При кодировании эта амплитуда представляется в виде двоичного числа: 11010011. Это двоичное восьмибитовое число называется кодовой комбинацией, передаваемой в разговорном канале.

При отождествлении уровня квантования с двоичной кодовой комбинацией широко используются два кода - натуральный и симметричный.

В натуральном двоичном коде двоичные слова, соответствующие квантованным отсчетам сигнала, расположенным в порядке возрастания амплитуд, представляют собой целые неотрицательные числа, взятые в том же порядке. Т.е. самый низкий уровень сигнала (самый отрицательный) будет соответствовать кодовой комбинации с минимальным весом (00000000). Соответственно, самый высокий уровень сигнала (самый положительный) будет соответствовать коду с наибольшим весом (11111111).

В симметричном двоичном коде полярность квантованного отсчета выражается одним символом кодового слова, а остальные символы отделяют двоичное число, представляющее абсолютную величину этого сигнала. Т.е. в таком коде 8 бит кодовой комбинации разделены на две части: 1 - знаковый бит, 7 - весовых битов. Знаковый бит соответствует знаку сигнала. Когда знаковый бит равен 1, мы имеем положительный уровень. Когда знаковый бит равен 0, мы имеем отрицательный уровень. Величина положительного или отрицательного уровня определяется 7-битовым кодом, Сравнение натурального и симметричного кодов приведено в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Сравнение натурального и симметричного кодов

Однако не забудем, что и ИКМ, и канал 64 Кбит/с стандартизировались в 1970-е годы. Современные технологии цифровой обработки сигналов предоставляют много более действенных способов кодирования. Имеется в виду, что можно добиться лучшего качества при той же скорости передачи битов, или равноценного качества при более низкой скорости передачи. Сегодня существуют и используются более сложные схемы кодирования.

В ряде ведомственных сетей уже давно применяют более эффективные системы кодирования, такие как АДИКМ. Поясним, что АДИКМ поддерживает передачу речи с “телефонным” качеством на скорости 32 Кбит/с, обеспечивая тем самым более эффективное использование имеющейся полосы пропускания. Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (ДИКМ) эффективнее, чем ИКМ, поскольку она предусматривает кодирование только изменений уровня сигнала. Основываясь на предположении, что изменение амплитуды речевого сигнала происходит относительно медленно, для представления каждого отсчета можно использовать меньше битов. В ДИКМ обычно используют 4 бита, что дает коэффициент сжатия 2:1. Такой уровень компрессии позволяет иметь в тракте Е1 64 канала по 32 Кбит/с вместо 32 каналов по 64 Кбит/с в стандарте ИКМ. ДИКМ обычно обеспечивает качество речи, сравнимое с ИКМ,

Адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (АДИКМ) улучшает качество ДИКМ, причем без увеличения количества необходимых битов, а благодаря увеличению диапазона изменений сигнала, которые можно представить 4-битовой величиной. Но поскольку АДИКМ не согласуется с АТС на базе ИКМ, то, чтобы ввести два сжатых до 32 Кбит/с разговора в один канал ИКМ, необходимо специальное оборудование - мультиплексор компрессии битов.

Отметим, что АДИКМ не единственная технология, появившаяся в результате непрекращающихся экспериментов производителей средств телефонии с теоремой Котельникова. Одно из предложенных ими направлений - уменьшить точность, с которой уровни квантования соответствуют амплитудам исходного сигнала в точках отсчета, в результате чего для кодирования вместо восьми требуется всего шесть или семь битов. Другое направление хорошо иллюстрирует дощатый забор, верх которого обрезан по кривой линии: даже убрав четыре из каждых пяти досок, изгиб восстановить все-таки можно. Еще одно направление основано на предположении, что в обычной человеческой речи существуют прогнозируемые паузы: в эти паузы с помощью техники, известной как подавление молчания, вводятся дополнительные разговорные сигналы. Применяются также разные варианты метода квантования, которые пока не являются общепринятыми или широко используемыми в коммутационных узлах и станциях.

Поскольку ИКМ была первой стандартной технологией, получившей широкое применение в цифровых системах передачи, пропускная способность канала, равная 64 Кбит/с, стала всемирным стандартом для цифровых сетей всех видов. Все сегодняшние цифровые линии имеют пропускную способность, либо равную 64Кбит/с, либо кратную этой величине. Например, пропускная способность цифрового тракта Е1 составляет 2.048 Мбит/с, что эквивалентно 32 каналам по 64 Кбит/с каждый (отметим сразу, что для передачи информации пользователей обычно используются 30 каналов, а остальные два служат для синхронизации, контроля и сигнализации).

• число временных интервалов 32
• число пользовательских (разговорных) каналов 30
• номер канала синхронизации 0
• номер канала сигнализации 16
• номера разговорных каналов 1-15,17-31
• частота дискретизации 8 Кбит/с
• скорость передачи информации по временному каналу 64 Кбит/с
• скорость передачи информации по цифровой линии 2048 Кбит/с
• разрядность кодового слова 8
• длительность цикла ИКМ 125 мкс
• длительность одного временного интервала 3,9 мкс
• количество уровней квантования 256

Под цифровой линией (ЦЛ) понимается один поток ИКМ емкостью 32 временных канала (временных интервала). Временной канал - это интервал времени в цикле ИКМ, отведенный для передачи одной восьмибитовой кодовой комбинации. Биты во временном канале передаются последовательно. Пропускная способность одного временного интервала (ВИ) определяется частотой дискретизации:

- пропускная способность одного ВИ;

- частота дискретизации, 8-10³ бит/с;

- число бит, передаваемых в одном ВИ.

Таким образом, пропускная способность одного временного интервала составляет 8´ 8´ 10³ бит/с, т.е. 64 Кбит/с.

Пропускная способность цифровой линии (ИКМ-тракта) определяется:

, Кбит/с

- число временных интервалов в одной цифровой линии.

Для стандартного первичного тракта ИКМ пропускная способность

-составляет 64´ 32=2048 Кбит/с

В курсе многоканальной электрической связи рассматриваются классические методы мультиплексирования каналов - пространственное разделение, временное разделение и частотное разделение. Если нужно соединить два канала, мультиплексированных одним и тем же методом, то, по очевидным причинам, предпочтительнее выполнить коммутацию этих каналов тем же методом, что и их мультиплексирование. Отсюда и три классических метода коммутации:

• Пространственная коммутация - соединение пространственно разделенных каналов по электромеханической, электронной, цифровой или оптической технологии с использованием коммутационных элементов, построенных на базе той же технологии.
• Временная коммутация предусматривает возможность коммутировать в пространстве, но когда пространственно коммутируемый физический тракт достигает своего приемника в коммутационном поле, приемник получает команду выбирать только те данные, которые соответствуют определенному временному каналу. Если приемнику и передатчику назначены разные временные каналы, требуется временная коммутация.

• Частотная коммутация применяется, как правило, для коммутации телевизионных каналов и радиоканалов.

В коммутационных полях цифровых АТС могут использоваться:

• только пространственная коммутация,
• только временная коммутация,
• коммутация вида “пространство-время”,
• коммутация вида “время-пространство”,
• коммутация вида “пространство-время-пространство”,
• коммутация вида “время-пространство-время”,
• более сложные комбинации пространственной и временной коммутации.

Рассмотрим некоторые из них.

В аналоговых телефонных станциях осуществляется физическое соединение двух абонентов с использованием металлического контакта (например, ДШИ или МКС), В течение одного соединения задействованные контакты остаются неподвижными и скоммутированный тракт сохраняется до момента освобождения. В цифровых АТС на временной коммутатор поступают сигналы от 32-х временных каналов. ИКМ тракт содержит информацию о 30-и различных соединениях.

Пусть на вход коммутационного модуля с ИКМ линии поступают, а с выхода модуля уходят в ИКМ линию время уплотненные ИКМ сигналы (рисунок 3.1). За каждым канальным интервалом закреплен строго определенный ИКМ сигнал (речевой сигнал абонента). Например, абонент А закреплен за канальным интервалом 1 входящей ИКМ линии, а абонент В за канальным интервалом 15 исходящей. Информация об этом передается в сигнальном временном канальном интервале. Изменение порядка следования одного канального интервала исходящей ИКМ линии по сравнению с входящей означает передачу речевой информации от одного абонента к другому. В этом и заключается принцип временной коммутации (иногда говорят о перестановке канальных интервалов или перемещении информации из канала в канал).

Рисунок 3.1 – Принцип временной коммутации

Блок или модуль, осуществляющий функцию временной коммутации цифрового сигнала (преобразование его временной координаты), называется временным коммутатором (ступенью коммутации) или Т-звеном (ступенью), Т (от time - время). Структурно ВК характеризуется параметрами N, М, К. (рисунок 3.2). где N — число входящих временных канальных интервалов в ИКМ линии; М — число канальных интервалов исходящей ИКМ линии; К — число бит в одном кодовом слове. Цифровые линии, включаемые на выходы временного коммутатора, называются исходящими цифровыми линиями (ИЦЛ).

Рисунок 3.2 – Пространственный эквивалент ВК 1х1

ВК могут быть реализованы двумя способами: с помощью управляемых переменных линий задержки или с использованием цифровых запоминающих устройств (ЗУ). Схемы с использованием линий задержки отличаются простотой исполнения, но имеют существенный недостаток — последовательную передачу кодовых слов. Для организации параллельной передачи количество схем увеличивается в число раз, соответствующее числу разрядов в кодовом слове. Поэтому в настоящее время Т-ступени цифровых коммутационных полей строятся только на ЗУ вследствие простоты и низкой стоимости реализации.

В самом общем виде временной коммутатор представляет собой запоминающее устройство (ЗУ), содержащее массивы памяти двух типов:

ЗУИ - ЗУ информационное (речевое),

ЗУА - ЗУ адресное (управляющее).

К параметрам ЗУ относятся число ячеек памяти (i - число ячеек памяти в ЗУИ; j - число ячеек памяти в ЗУА) и их разрядность. Временные коммутаторы могут быть реализованы по симметричной и несимметричной схемам. ВК, реализованный по симметричной схеме, имеет равное число входов и выходов (N=M). В этом случае количество ячеек памяти (ЯП) в матрицах ЗУИ и ЗУА одинаково (I=j). У временных коммутаторов, реализованных по несимметричной схеме, число входов и выходов не совпадает (M¹ N) и, следовательно, число ячеек памяти в матрицах ЗУИ и ЗУА различается (I¹ j).

Что собой представляет ЗУИ? Это массив памяти, предназначенный для хранения пользовательской информации, в котором число ЯП определяется числом коммутируемых временных (канальных) интервалов. В настоящее время емкость ЗУИ во временных коммутаторах различных АТС равна 128x128 ВИ (4x4 ЦЛ); 512x512 ВИ (16x16 ЦЛ); 1024x1024 ВИ (32x32 ЦЛ).

Минимальная разрядность ячейки памяти ЗУИ определяется разрядностью речевого канала и составляет 8 бит. Число ячеек памяти ЗУИ зависит от числа каналов и числа входящих цифровых линий. Например, ЗУИ на 32 ЦЛ имеет 1024 восьмиразрядных ячейки памяти; на 16 ЦЛ - 512 восьмиразрядных ячеек памяти. Максимальное время хранения пользовательской информации в ЗУИ равно 125 мкс.

Что собой представляет ЗУА? ЗУА - это управляющая память, В ЗУА записываются адреса (номера) временных интервалов, с которыми нужно выполнить временную коммутацию. Эти адреса определяет УУ при выполнении программ поиска соединительного пути в коммутационной системе. Данные в ЗУА хранятся в течение всего времени соединения абонентов. Число ячеек памяти в ЗУА зависит от количества каналов и количества ИЦЛ. Для процесса управления имеет значение не только содержимое ячейки памяти ЗУА, но и номер этой ячейки.

Разрядность ячейки памяти ЗУА определяется максимальным адресом ячейки памяти ЗУИ. Например, если ЗУИ имеет 64 ЯП (адреса 0 - 63), то разрядность ЗУА должна позволять записать максимальный адрес (111111) и для данного примера разрядность ЗУА составляет 6.

ЗУ временного коммутатора могут работать в двух режимах, эквивалентных по результату коммутации: “последовательная запись/произвольное считывание” и “произвольная запись/последовательное считывание”.

1) В режиме последовательной записи/произвольного считывания (рисунок 3.3) происходит последовательная запись кодовых слов в ЗУИ по сигналам специально организованного счетчика номеров ячеек ЗУ и произвольное считывание из ЗУИ по адресам, получаемым либо из ЗУА, либо из управляющего устройства. В этом случае определенные ячейки памяти закрепляются за соответствующими каналами входящей ИКМ линии. Информация каждого входящего временного интервала запоминается в последовательных ячейках памяти, что обеспечивается увеличением на единицу содержимого счетчика на каждом временном интервале. Пусть информация из канального интервала 2 должна быть передана в канальный интервал 3. По синхронизирующему сигналу станции, совпадающему с началом канального интервала 0, счетчик ЗУИ обнуляется. (Здесь предполагается, что структура цикла время уплотненного группового сигнала внутри Т-ступени остается такой же, как и в ЦСП. В реальных системах коммутации такого ограничения может не быть. Кроме того, канальные интервалы 0 и 16 внутри коммутационного поля могут использоваться для целей передачи внутристанционных сигналов и являться обычными коммутируемыми каналами). С помощью последовательного увеличения значения счетчика, формирующего адреса ЗУИ, кодированные отсчеты всех каналов цикла записываются в это ЗУИ. Тем самым реализуется режим последовательной записи в ЗУИ.

В следующем цикле осуществляется режим произвольного считывания. Для этой цели вновь организуется счетчик адресов ЗУА. Данные адреса записываются в ЗУА центральным управляющим устройством АТС и определяют адрес считывания для ЗУИ. Для рассматриваемого примера при Сч = 3 будет считан адрес 2, сигнал считывания подан по адресу 2 в ЗУИ, и информация канала 2 попадет в канальный интервал 3. Тем самым будет реализован режим произвольного считывания ЗУИ.

Рисунок 3.3 – Иллюстрация работы Т-звена. Режим “последовательная запись/произвольное считывание”

2) В режиме “произвольной записи/последовательного считывания” (рисунок 3.4) происходит произвольная запись в ЗУИ кодовых слов по адресам, вырабатываемым ЗУА или управляющим устройством системы, и последовательное считывание по сигналам счетчика. В этом случае поступающая на вход информация записывается в ячейки ЗУИ в соответствии с адресом, хранящимся в управляющей памяти, а считывание информации производится последовательно — ячейка за ячейкой под управлением счетчика исходящих временных интервалов. В нашем примере информация, принятая в течение временного интервала 2, записывается непосредственно в ЗУИ по адресу 3, откуда автоматически считывается в исходящий канал с номером 3 исходящей ИКМ линии.

Рисунок 3.4 – Иллюстрация работы Т-ступени. Режим “произвольная запись/последовательное считывание”

Выбор режима работы Т-ступени зависит от конкретной реализации коммутационного поля.

На рисунке 3.5 приведен пример коммутации во временном коммутаторе с параметрами 1х1. В примере предполагается, что ВК работает в 1-м режиме. На пространственном эквиваленте ВК 1ЦЛх1ЦЛ видно, что в ВК 1x1 количество ЯП ЗУИ равно 32 с нумерацией 0-31, разрядность их 8. Количество ЯП ЗУА равно 32 (нумерация 0-31). Разрядность ЯП ЗУА - 5, так как максимальный номер ЯП ЗУИ, который может быть записан, равен 31.

Содержимое ячеек памяти ЗУИ и ЗУА следующее:

10111000 цикловой синхросигнал, определяющий начало цикла ИКМ, записан в 0-ю ячейку памяти ЗУИ,

00001111 кодовая комбинация (число 15). .записанная в 5-ю ячейку памяти ЗУИ, соответствующую 5-му входящему временному интервалу.

00000 число 0, записанное в 0-ю ячейку памяти ЗУА, означающее, что 0-й ВИ всегда коммутируется с 0- м BИ

00101 число 5 записанное во 2-й ячейке памяти ЗУА, означающее, что необходимо 2-й исходящий временной интервал скоммутировать с 5-м входящим временным интервалом.

Как расшифровать информацию, записанную в ЗУИ и ЗУА временного коммутатора 1x1, приведенную в примере на рисунке 3.5?

Рисунок 3.5 – Пример коммутации в ВК 1х1

Рисунок 3.6 – Пространственный эквивалент ВК 32х32

Кодовая комбинация (число 15) из 5-го входящего временного интервала должна быть передана во 2-й исходящий временной интервал. Кодовая комбинация будет записана в 5-ю ячейку памяти ЗУИ в 5-м временном интервале текущего цикла ИКМ. Кодовая комбинация будет считана из 5-й ячейки памяти ЗУИ во 2-м временном интервале следующего цикла ИКМ. Кодовая комбинация в 5-й ячейке памяти ЗУИ будет храниться в течение 29 временных интервалов.

Пространственный эквивалент временного коммутатора 32x32 ЦЛ приведен на рисунке 3.6. Емкость этого временного коммутатора, выраженная в каналах, составляет 1024x1024. Коммутатор симметричный, поэтому число ячеек памяти в матрицах ЗУИ и ЗУА одинаково и составляет 1024 (нумерация 0 – 1023), ЗУИ в таком ВК - 8-разрядное. ЗУА – 10-разрядное, так как максимальный номер ячейки памяти ЗУИ, который может быть записан в ячейку памяти ЗУА, равен 1023.

Если ВК 32x32 работает в 1-м режиме, то номер ячейки памяти ЗУИ соответствует номеру ВЦЛ и номеру ВИ в ней. Содержимое ячейки памяти ЗУИ кодовая комбинация (КК), Запись информации в ЗУИ происходит последовательно в соответствии с номером ВИ и номером ВЦЛ (т.е. синхронно с входящими каналами). Кодовая комбинация считывается из ЗУИ, во временном интервале, соответствующем номеру ячейки памяти ЗУА. Номер ЯП ЗУА соответствует номеру ИЦЛ и номеру ВИ в ней. Содержимое ячейки памяти ЗУА - номер ЯП ЗУИ, из которой требуется считать информацию. Запись адресной информации и ЗУА происходит после определения координат соединительного пути.

Если ВК 32x32 работает во 2-м режиме, то номер ячейки памяти ЗУИ соответствует номеру ИЦЛ и номеру ВИ в ней. Содержимое ячейки памяти ЗУИ - кодовая комбинация (КК). Номер ячейки памяти ЗУА соответствует номеру ВЦЛ и номеру ВИ в ней. Содержимое ячейки памяти ЗУА – номер ячейки памяти ЗУИ, куда следует записать кодовую комбинацию.

Общая формула определения номеров ячеек памяти ЗУ:

Для 1-го режима построения временных коммутаторов номера ячеек памяти в массивах ЗУИ и ЗУА определяются по формулам:

Для 2-го режима работы ВК индексы цифровых линий (ВЦЛ и ИЦЛ) поменяются на противоположные:

В вышеприведенных формулах приняты следующие обозначения:

, - номера временных интервалов, в ИЦЛ или в ВЦЛ.

Недостатком модуля временной коммутации является то, что он способен коммутировать каналы только одной цифровой линии. Поэтому для коммутации N ИКМ линий необходимо N модулей, А для организации соединения между собой разных ИКМ линий последовательно с ним необходимо включение дополнительного оборудования — блоков пространственной или пространственно-временной коммутации.

Блок или модуль цифрового коммутационного поля, осуществляющий пространственную коммутацию цифрового сигнала (преобразование его пространственной координаты), называется пространственным коммутатором (ПК) или S-звеном (от space — пространство).

Пространственная коммутация в ЦСК применяется для увеличения емкости коммутационного поля. Суть пространственной коммутации состоит в том, чтобы переместить данный канальный интервал из одной цифровой линии в другую с сохранением порядка следования канального интервала в структурах цикла обеих линий (рисунок).

Рисунок 3.7 – Принцип пространственной коммутации

Иначе говоря, при пространственной коммутации цифровых сигналов коммутируются только одноименные (т.е. с одинаковыми номерами) каналы ВЦЛ и ИЦЛ. При этом не происходит переноса цифрового сигнала из одного временного интервала в другой. Изменяются только номера входящей и исходящей цифровых линий. Пространственные коммутаторы обладают низкой пропускной способностью из-за внутренних блокировок, т.к. коммутироваться могут только одноименные каналы.

Общая структура пространственного коммутатора ПК 16x1 представлена на рисунке 3.8.

Рисунок 3.8 – Пространственный эквивалент ПК 16х1

Назначение устройств ПК.

1. Матрица электронных контактов ЭК предназначена для временной коммутации одноименных каналов. Число ЭК зависит от количества входящих цифровых линий. Часто функции ЭК выполняет мультиплексор М. Т.к. ПК осуществляет только синхронную коммутацию, то любой i-й временной канал входящей цифровой линии может быть скоммутирован только с i-м временным каналом исходящей цифровой линии. Сигнал коммутируется в пространстве (меняются номера ЦЛ), не изменяя временной координаты. При параллельном способе передачи кодовой комбинации минимальное количество электронных контактов в точке коммутации = 8, при последовательном = 1 (что экономичнее). В качестве ЭК могут использоваться мультиплексоры, логические элементы, оптроны. Электронный контакт открывается на время одного канального интервала. На рисунке 3.9 показан пример построения пространственного коммутатора с матрицей контактов на логических элементах.
2. Дешифратор ДШ используется для считывания данных из ЗУА и выбора соответствующего ЭК с подачей на него тактового сигнала.
3. ЗУА предназначен для записи данных о номере электронного контакта и номере коммутируемого канала. Число ячеек памяти ЗУА определяется числом каналов в ИЦЛ. Содержимое ячейки памяти ЗУА - это номер ЭК соответствующий номеру ВЦЛ, Номер ячейки памяти ЗУА соответствует номеру временного интервала в ИЦЛ, причем он обязательно одинаков с номером временного интервала в ВЦЛ. Данные для ЗУА формируются при поиске соединительного пути управляющим устройством ЦКП.

Структура ПК 8x16 ЦЛ, построенного на мультиплексорах, представлена на рисунке 3.10. Матрица ЭК состоит из 16-и мультиплексоров М (16 ИЦЛ). Каждым: мультиплексором управляет индивидуальный дешифратор и ЗУА. Количество мультиплексоров и ЗУА в пространственном коммутаторе 8x16 ЦЛ определяется числом исходящих цифровых линий. Количество входов в один мультиплексор определяется числом входящих цифровых линий. Количество ячеек памяти в одной матрице ЗУА определяется числом временных каналов в одной исходящей цифровой линии. Разрядность ячейки памяти ЗУА определяется максимальным номером входящей цифровой линии в одном мультиплексоре.

В ПК 8x16 число мультиплексоров и число матриц ЗУА равно 16 (нумерация с 0 по 15) Одни мультиплексор имеет 8 входов (нумерация с 0 по 7). Количество ячеек памяти в одной матрице ЗУА равно 32 Разрядность ячейки памяти 3УA равна 3.

Рисунок 3.9 – Структура пространственного коммутатора с матрицей контактов на логических элементах

Рисунок 3.10 – Пространственный эквивалент ПК 8х16

Пространственную коммутацию цифровых сигналов рассмотрим на примере цифрового коммутационного поля, построенного по принципу "Время - пространство - время" (В-П-В) системы EWSD. Коммутационное поле станции EWSD состоит из временных и пространственных звеньев (рисунок 3.11).Особенностью EWSD является использование в ЦКП цифровых линий со скоростью передачи информации 8192 Кбит/с, Это означает организацию 128-и восьмибитовых временных интервалов в одном цикле ИКМ длительностью 125 мкс.

Рисунок 3.11 – Цифровое коммутационное поле “В-П-В”

Звенья приема и передачи типа "В" строятся с использованием временных коммутаторов с параметрами 4x4 ЦЛ. В каждом звене используется максимум по 16 временных коммутаторов. С учетом того, что в цифровой линии организовано 128 ВИ, емкость временного коммутатора, выраженная во временных интервалах, составит 512x512.

Для записи пользовательской информации в ЗУИ каждого временного коммутатора приема и передачи используется по 512 восьмиразрядных ячеек памяти. Запись кодовой комбинации в ЗУИ временных коммутаторов приема осуществляется по 1-му режиму построения ВК, запись кодовой комбинации в ЗУИ временных коммутаторов передачи осуществляется по 2-му режиму построения ВК.

Для записи управляющей информации в ЗУА каждого временного коммутатора приема и передачи используется по 512 девятиразрядных ячеек памяти. Ячейки девятиразрядные, так как максимальный номер ячейки памяти ЗУИ равен 511. Содержимое ячейки ЗУА в звене приема - это номер ячейки ЗУИ откуда следует считать кодовую комбинацию. Содержимое ячейки ЗУА в звене передачи - номер ячейки памяти ЗУИ, куда следует записать кодовую комбинацию. Номера ячеек памяти ЗУА в звеньях приема и передачи информации соответствуют номеру канала промежуточного шнура (ПШ) и номеру цифровой линии ПШ.

Пространственное звено ЦКП EWSD построено на 4 пространственных коммутаторах (ПК) с параметрами 16x16 ЦЛ. Число электронных контактов в матрице ЭК зависит от количества временных коммутаторов в звеньях приема и передачи и составляет 16x16 = 256. Количество матриц ЗУА в одном пространственном коммутаторе определяется числом исходящих цифровых линий к временным коммутаторам звена передачи и составляет 16. Емкость ЗУА одного пространственного коммутатора определяется количеством временных интервалов в одной цифровой линии промшнура и составляет 128 ячеек. Разрядность ячеек памяти ЗУА определяется максимальным адресом электронного контакта и составляет 4.

Последовательность коммутации в ЦКП "В-П-В" опишем следующим образом:

1. При поступлении заявки на поиск соединительного пути в ЦКП "В-П-В" управляющее устройство ЦКП определяет координаты пути, предоставленного абоненту для разговора:

• номера входящей и исходящей цифровых линий;
• номера временных интервалов в цифровых линиях;

Из таблиц пересчета считываются данные о номерах временных коммутаторов приема и передачи в которые включены входящая и исходящая цифровые линии.

1. УУ ЦКП определяет свободный временной канал промшнура и проверяет условие его доступности временным коммутаторам звеньев приема и передачи. По таблицам пересчета определяются номера ячеек памяти, соответствующие временному интервалу промшнура, в следующих адресных запоминающих устройствах:

• ЗУА временного коммутатора звена приема,
• ЗУА пространственного коммутатора,
• ЗУА временного коммутатора звена передачи,

3. В ячейки памяти ЗУА записывается управляющая информация:

• В ячейку памяти ЗУА временного коммутатора приема записывается ячейки памяти ЗУИ своего временного коммутатора, откуда следует считать кодовую комбинацию.
• В ячейку памяти ЗУА пространственного коммутатора записывается номер электронного контакта, который следует открыть во временном интервале промшнура.
• В ячейку памяти ЗУА временного коммутатора передачи записывается номер ячейки памяти ЗУИ своего временного коммутатора, куда следует поместить кодовую комбинацию.

4. При установлении соединения в ЦКП "В-П-В" используется произвольная запись данных в три ЗУА: ЗУА ВКпр, ЗУА ПК, ЗУА ВКпер. Данные из всех ЗУА считываются одновременно во время, соответствующее временному каналу промшнура. При наступлении ВИ промшнура считывается кодовая комбинация из ячейки памяти ЗУИ временного коммутатора приема, одновременно открывается нужный электронный контакт в пространственном коммутаторе, в это же время кодовая комбинация записывается в ячейку памяти ЗУИ временного коммутатора передачи в соответствии адресом, записанным в ЗУА.

Цифровые КП, построенные на модулях пространственной коммутации, очень широко использовались на первых этапах создания цифровых АТС, ввиду простоты исполнения и недорогой реализации. Однако недостаток пространственного коммутатора, в котором коммутируется только один одноименный канал всех входящих и исходящих ИКМ линий (что означает блокировки при соединении разноименных каналов), привел к тому, что в настоящее время эти модули используются только в сочетании с коммутационными модулями других типов.

Блок, или модуль (иногда его называют матрицей), реализующий пространственно-временное преобразование координат цифрового сигнала, называется пространственно-временным коммутатором (ПВК) или S/Т-ступенью. Пусть на блок, реализующий пространственно-временную коммутацию, поступают цифровые потоки от двух ИКМ линий (для определенности примем, что по каждой линии передаются цифровые сигналы, имеющие структуру цикла ИКМ-30) (рисунок 3.12).

Рисунок 3.12 – Иллюстрация принципа пространственно-временной коммутации

Все сигналы ИКМ линий синхронизированы по циклам. Согласно адресной информации, поступающей в управляющее устройство блока в 16-м канальном интервале, необходимо установить соединение абонента А с абонентом В. В адресе указано, что речевая информация от абонента А передается в i-м канальном интервале ИКМ линии 1, а абоненту В предоставлен j-й канальный интервал ИКМ линии 2. Принцип пространственно-временной коммутации канальных интервалов i и j в прямом и обратном направлениях иллюстрирует рисунок 3.12. Как видно из рисунка, для передачи речевой информации из i-го канального интервала ИКМ линии 1 в j-й канальный интервал ИКМ линии 2 (от абонента А к абоненту В) необходимо задержать эту информацию на время t _з1=t _зij. В то же время сигнал, передаваемый в j-м канальном интервале линии 2, должен быть задержан на время t _з2= t _зij и передан в i-м канальном интервале следующего цикла линии 1. Таким образом, передача речевой информации в прямом и обратном направлениях должна происходить в разных циклах.

Возможны несколько способов построения S/Т-ступеней. Наиболее часто применяются
три основных: координатный способ построения; использование мультиплексоров и демультиплексоров; использование кольцевых соединителей.

Суть метода иллюстрирует рисунок 3.13. Схемы ЗУИ образуют условную матрицу, разделенную на строки и столбцы, Запись кодовых слов производится одновременно в ЗУИ вертикали (или горизонтали) матрицы, отвечающие за входящие цифровые линии. Считывание осуществляется по горизонтали (или вертикали) матрицы в ту исходящую цифровую линию, с которой необходимо осуществить коммутацию.

Рисунок 3.13 – Координатный способ построения S/Т-ступени

Примером такого подхода в построении S/Т-ступени является БИС, разработанная итальянскими специалистами для цифровой системы PROTEL UT и получившая название интегрального коммутационного элемента (ECI).

ECI является S/T-ступенью с параметрами S/Т: (8132)х(8132). Микросхема ЕСI может прямо подключаться к шине 8-битового процессора и является для него стандартным периферийным устройством. На рисунке 3.14 показана ее структурная схема.

В схеме ЕСI можно выделить следующие функциональные блоки: синхронизирующее устройство (ТВ); преобразователи последовательного кода ИКМ кодового слова в параллельный и наоборот (s/р и р/s); ЗУИ (SM); ЗУА (СМ); логический интерфейс микропроцессора (m PLI); мультиплексоры (мультиплексор адреса Управляющей памяти — MUX CM ADDR, мультиплексор внутренней ИКМ шины — MUX IB, мультиплексор адреса речевой памяти — MUX SМ ADDR).

Синхронизирующее устройство ТВ генерирует и формирует все необходимые синхронизирующие сигналы, используя два внешних сигнала — 4 кГц и 4,096 МГц. В частности, устройство задает два счетчика (входной и выходной) для преобразователей s/р и р/s. Кроме того, из синхросигнала 4 кГц схема ТВ задает три счетчика: СТ1, СТ2 и СТЗ.

Рисунок 3.14 – Структурная схема ECI

Первый счетчик (СТ1) формирует отсчет длительности одного канального интервала (примерно 4 мкс). Второй и третий счетчики (СТ2 и СТЗ) работают синхронно со счетчиком СТ1 и вырабатывают последовательные канальные адреса для чтения из управляющего ЗУ и записи в речевое ЗУ соответственно.

ЗУИ организовано в виде 8 полей по 32 строки и 8 столбцов. Каждое поле соответствует номеру бита в кодовом слове, каждая строка — номеру канального интервала в структуре цикла ИКМ-30, а каждый столбец — номеру входящей ИКМ линии. Рабочий цикл ЗУ (около 4 мкс) — разделен на два подинтервала по 2 мкс каждый.

Первый подинтервал содержит восемь циклов длительностью 250 нс каждый. В первом цикле в ЗУИ записываются по соответствующим адресам 8 бит из каждой линии ИКМ-30. Остальные циклы используются для связи с логическим интерфейсом микропроцессора и приема адреса считывания из ЗУА. Во втором подинтервале осуществляется считывание 8 бит кодовых слов согласно адресам, полученным из ЗУА.

ЗУА имеет 9 полей по 32 строки и 8 столбцов. Каждое поле соответствует номеру канального интервала в структуре цикла ИКМ-30 (одно поле для проверочных бит). Адреса записаны в ЗУА так же, как и в ЗУИ. Рабочий цикл ЗУА организован аналогично рабочему циклу ЗУИ. Во время первого подинтервала ЗУ связано с микропроцессором для получения управляющих сигналов. Во втором подинтервале по сигналам счетчиков СТ1 и СТ2 восемь раз производится считывание адресов для управления ЗУИ, которые состоят из адресов считывания в ЗУИ ((1...8)-й биты) и одного проверочного бита для управления работой внутренней ИКМ линии.

Логический интерфейс микропроцессора обеспечивает связь ECI с микропроцессором типа Z-80, из которого приходят сигналы для записи и считывания информации в ECI.

Входы А1, Sl, А2, S2 (рисунок 3.14) позволяют включить в единую коммутационную схему несколько ECI. Например, для получения емкости ступени 1024х1024 канальных интервалов необходимо объединить восемь ECI.

Следует отметить, что в последнее время несколько фирм объявили о создании специализированных БИС для ступеней коммутации, что объясняется возможностью построения коммутационного поля с меньшими значениями величины блокировок, чем при реализации на интегральных схемах (ИС) общего пользования, а также повышением надежности благодаря реализации оборудования коммутационного поля с помощью меньшего числа элементов и их взаимных связей, и дальнейшим снижением стоимости оборудования коммутационного поля, обусловленным большими объемами выпуска специализированных БИС ограниченного числа типов.

Использование для построения S/Т-ступени кольцевых соединителей основано на несколько иных принципах, поэтому такие решения рассмотрим отдельно.

Кольцевые структуры находят применение в целом ряде областей связи. Прежде всего это кольцевые системы передачи с временным группообразованием, которые по существу имеют конфигурацию последовательно соединенных однонаправленных линий, образующих замкнутую цепь или кольцо (рисунок 3.15). При этом в каждом узле сети реализуются две основные функции:

1) каждый узел работает как регенератор, чтобы восстановить входящий цифровой сигнал и передать его заново;

2) в узлах сети опознается структура цикла временного группообразования и осуществляется связь по кольцу посредством удаления и ввода цифрового сигнала в определенных канальных интервалах, приписанных к каждому узлу.

Рисунок 3.15 – Структура кольцевой системы передачи

Возможность перераспределения канальных интервалов между произвольными парами узлов в кольцевой системе с временным группообразованием означает, что кольцо является распределенной системой передачи и коммутации. Идея одновременности передачи и коммутации в кольцевых структурах была распространена на цифровые коммутационные поля.

В такой схеме с помощью единственного канала между любыми двумя узлами может быть установлено дуплексное соединение. В этом смысле кольцевая схема выполняет пространственно-временное преобразование координат сигнала и может быть рассмотрена как
один из вариантов построения S/Т-ступени.

На рисунке 3.16 показана простейшая реализация ступени пространственно-временной коммутации. Кольцевую структуру для передачи информации образуют передающая Т_x и приемная R_x шины вместе с устройством задержки. Передача и прием кодовых слов осуществляются с помощью ключей, включаемых сигналами s1, s2, ..., sN стробирующего генератора. Последний управляется микропроцессором, который рассчитывает необходимые временные канальные интервалы для каждого соединения. Информация автоматически “вращается” внутри кольца. Для осуществления коммутации в такой схеме необходимо лишь задержать цифровой сигнал на время, равное половине длительности цикла, что проиллюстрировано в таблице 3.1

Таблица 3.1 – Пример коммутации в цифровом КП

Рисунок 3.16 – Кольцевая S/Т-ступень с задержкой на полпериода

Например, информация (кодовое слово) из линии 3 должна быть передана в линию 10 и наоборот. Микропроцессор определил свободный 5-й канальный интервал и занял его для линии 3. В целях осуществления коммутации для линии 10 должен быть занят 21-й (5+1/2 цикла = 5 +32/2 = 21) канальный интервал в цикле, Пройдя по кольцу, кодовое слово из линии 3 будет передано в линию 10 включением соответствующего ключа. Теперь необходимо передать кодовое слово из линии 10 в линию 3. Для этой цели после считывания линией 10 (или одновременно со считыванием) кодового слова из 21-го канального интервала туда же будет записано кодовое слово, предназначенное для линии 3. Задержка в кольце приведет к тому, что эта информация попадет в 5-й (21+16 = 37 = 32 + 5 = 5) канальный интервал следующего цикла. Таким образом, для коммутации линий 3 и 10 требуются 5-й и 27-й канальные интервалы циклов.

Отметим, что такое построение S/Т-ступени характеризуется жесткой зависимостью между выбираемыми для передачи информации канальными интервалами в цикле.

Отсутствием такой жесткой зависимости отличается S/Т-ступень, упрощенная схема которой показана на рисунке 3.17. Использование Т-ступеней в коммутационных модулях, централизованное управление Т-ступенями и ключами позволяет записывать и считывать информацию в любом временном канальном интервале цикла.

Рисунок 3.17 – Кольцевая S/Т-ступень

MUX — мультиплексор, DMUX — демультиплексор, S_ij — стробирующие импульсы

Кольцевые S/Т-ступени рассмотренного типа обладают двумя существенными недостатками:

1) в случае разрыва кольца вся система коммутации выходит из строя, поэтому необходимо дублировать кольцо;

2) увеличение скорости передачи информации по кольцу прямо пропорционально числу временных канальных интервалов коммутационного модуля и в кольце (очевидно, что информация, передаваемая по кольцу, должна делать оборот за 125 мкс, поэтому увеличение числа канальных интервалов в цикле приведет к росту скорости передачи). При Т-ступени 512 канальных интервалов и использовании мультиплексоров на 16 входящих ИКМ линий емкость станции на таком кольце составит около 2000 абонентов.

Примером реализации S/Т-ступени на основе кольцевой схемы может служить цифровой коммутационный элемент (ЦКЭ), используемый при построении цифровых КП станций ITT 1240 и Alcatel 1000 S12. Например, ЦКЭ станции IТТ 1240 представляет собой кольцевую 39-линейную параллельную шину с 16 коммутационными портами (рисунок 3.18).

Рисунок 3.18 – Структурная схема ЦКЭ

В каждый коммутационный порт включаются входящая и исходящая ИКМ линии, т.е. порт образует тракт двусторонней передачи ИКМ сигналов. Формат ИКМ линии содержит 32 канальных интервала с кодовым словом 16 бит и скоростью передачи 4096 Кбит/с.

Отметим характерные особенности ЦКЭ:

1) управляющая информация передается совместно с речевым сигналом (поэтому кодовое слово внутри ступени состоит из 16 бит: 8 бит речевого сигнала + 8 бит управления);

2) шина ЦКЭ синхронизирована по частоте, но не по фазе, что исключает ограничение на длину линии ИКМ. Однако на входе ЦКЭ синхронизация осуществляется по частоте и по фазе. Каждый ЦКЭ выбирает одну из двух стандартных частот синхрогенераторов А или В и генерирует местные тактовые импульсы для работы внутренней шины и исходящих ИКМ линий;

3) отсутствует общий механизм или процессор для управления ЦКЭ. ЦКЭ управляется коммутационными портами, работающими совместно по кольцевой шине с временным разделением каналов. Порты устанавливают соединение независимо друг от друга, подобно тому, как выполняется соединение в декадно-шаговых АТС и получают управляющее слово от управляющего устройства оконечного модуля (ОМ) (на рисунке не показан). Во входы ОМ включаются терминалы, на выходе — ИКМ-30 с 16-битовым словом. При этом ОМ функцию коммутации не осуществляет.

В заключение отметим, что ступени пространственно-временной коммутации всех типов могут использоваться как цифровое коммутационное поле АТС небольшой емкости (до 5-8 тыс. абонентов) или как одна из ступеней многозвенных цифровых коммутационных полей.

Абонентский концентратор системы МТ-20/25 состоит из абонентских модулей и цифрового коммутационного поля и позволяет подключить до 768 аналоговых абонентских линий (AAJI) к групповому ЦКП станции через 2-6 ИКМ-линий. Максимальное число абонентских модулей (AM), входящих в состав одного концентратора =12. Каждый абонентский модуль включает в себя 64 абонентских комплекта (АК), один пространственно-временной коммутатор ПВК и один кодек. Каждый AM подключается к ЦКП концентратора с помощью одной цифровой линии промшнура (рисунок 3.19). Все цифровые линии концентратора МТ-20/25 работают со скоростью 2,048 Мбит/с и разделены 32 временных интервала.

Рисунок 3.19 – Общая структура концентратора МТ-20/25

АК обеспечивает сопряжение аналоговой абонентской линии с оборудованием цифровой системы коммутации. ПВК осуществляет следующие операции:

• преобразование аналогового пользовательского сигнала в сигнал АИМ;
• концентрация.
• пространственно-временная коммутация 64 абонентских линий на одну АИМ линию.

Рассмотрим схему пространственного эквивалента коммутационного поля концентратора МТ-20/25 (рисунок 3.20).

Рисунок 3.20 – Пространственный эквивалент коммутационного поля концентратора МТ 20/25

ПВК состоит из матрицы электронных контактов и матрицы ЗУА. Матрица ЭК предназначена для коммутации физических двухпроводных ААЛ на временные каналы промшнура. Число ЭК равно числу абонентских линий и равно 64. Под воздействием управляющих сигналов от ЗУА электронные контакты открываются на время 3,9 мкс (время одного канального интервала).

Матрица ЗУА используется для записи данных о номере ЭК и номере коммутируемого временного интервала. Число ячеек памяти ЗУА определяется числом временных интервалов в цифровой линии промшнура. Содержимое ячейки памяти ЗУА соответствует номеру ЭК. Разрядность ЯП ЗУА равна 6.

ЦКП концентратора представляет собой несимметричный временной коммутатор, работающий в первом режиме и содержащий два типа матриц: ЗУИ и ЗУА. На входы ВК подключаются цифровые линии промшнура от каждого абонентского модуля. На выходы ВК включается от 2 до 6 исходящих цифровых линий к групповому ЦКП станции. Таким образом, ВК концентратора имеет параметры 12´ 6 ЦЛ.

ЗУИ - это массив памяти, в котором максимальное число ячеек равно 384 и соответствует числу входящих от AM цифровых линий и временных интервалов в них, т.е. 12´ 32=384. Разрядность ЯП ЗУИ соответствует разрядности кодовой комбинации и равна 8. Максимальное время хранения информации в ЗУИ равно 125 мкс.

Число ячеек памяти ЗУА определяется максимальным числом временных интервалов в исходящих цифровых линиях и составляет 6´ 32=192. Содержимое ячейки памяти ЗУА - это номер ячейки памяти ЗУИ, откуда следует считать речевую информацию. Разрядность ЯП ЗУА = 9.

Задача 1.

В ВК 1ЦЛх1ЦЛ определить номера и содержимое ячеек памяти ЗУИ и ЗУА при соединении 15-го входящего канала со 2-м исходящим. Значение кодовой комбинации 140.

ЗУИ работает в режиме - запись последовательная; считывание по адресу

Решение:

1. Определение номера ячейки памяти ЗУИ, куда будет записана кодовая комбинация.

==15

2. Содержимое ячейки памяти ЗУИ равно кодовой комбинации в двоичном коде; 140=^10001100, разрядность кодового слова равна 8.
3. Определение номера ячейки памяти ЗУА.

==2

4. Содержимое ячейки памяти ЗУА равно номеру ячейки памяти ЗУИ в двоичном коде: 15 ==> 01111, разрядность равна 5.
5. Кодовая комбинация из 15-й ЯП ЗУИ будет считываться во 2-м временном интервале.

Задача 2.

В ВК 1ЦЛх1ЦЛ определить номера и содержимое ячеек памяти ЗУИ и ЗУА при соединении 4-го входящего канала с 1-м исходящим каналом. Значение кодовой комбинации 103.

ЗУИ работает в режиме - запись по адресу; считывание последовательное.

Решение:

1. Определение номера ячейки памяти ЗУИ,

==1

2. Содержимое ячейки памяти ЗУИ равно кодовой комбинации в двоичном коде: 103 ==> 01100111, разрядность кодового слова равна 8.
3. Определение номера ячейки памяти ЗУА.

1. Содержимое ячейки памяти ЗУА равно номеру ячейки памяти ЗУИ в двоичном коде: 1 => 00001, разрядность равна 5.
2. Кодовая комбинация из 1-й ЯП ЗУИ будет считываться в 1-м временном интервале.

Задача 3.

В ВК 32ЦЛх32ЦЛ определить номера и содержимое ячеек памяти ЗУИ и ЗУА при соединении 29-го входящего канала 3-й цифровой линии с 23-м исходящим каналом 4-й цифровой линии. Значение кодовой комбинации 153.

ЗУИ работает в режиме - запись последовательная, считывание по адресу.

Решение:

1. Определение номера ячейки памяти ЗУИ.



2. Содержимое ячейки памяти ЗУИ равно кодовой комбинации в двоичном коде: 153=>10011001, разрядность кодового слова равна 8.
3. Определение номера ячейки памяти ЗУА.



4. Содержимое ячейки памяти ЗУА равно номеру ячейки памяти ЗУИ в двоичном коде: 125 ==> 0001111101, разрядность равна 10.
5. Кодовая комбинация будет считываться из ЗУИ во временном интервале, соответствующем 4-й исходящей цифровой линии и 23-му ВИ в ней.

Задача 4.

В ВК 32ЦЛх32ЦЛ определить номера и содержимое ячеек памяти ЗУИ и ЗУА при соединении 4-го входящего канала 13-й цифровой линии с 12-м исходящим каналом 20-й цифровой линии. Значение кодовой комбинации 100.

ЗУИ - работает в режиме - запись по адресу; считывание последовательное.

Решение:

1. Определение номера ячейки памяти ЗУИ.



2. Содержимое ячейки памяти ЗУИ равно кодовой комбинации в двоичном коде: 100 ==>01100100, разрядность кодового слова равна 8.
3. Определение номера ячейки памяти ЗУА.



4. Содержимое ячейки памяти ЗУА равно номеру ячейки памяти ЗУИ в двоичном коде: 652 =1010001100, разрядность равна 10.
5. Кодовая комбинация из ЗУИ будет считываться во временном интервале, соответствующем 20-й ИЦЛ и 12-м ВИ в ней.

В ЦКП "В-П-В" определить номера и содержимое ячеек памяти ЗУИ и ЗУА при коммутации 78-го временного интервала 31-й входящей ЦЛ с 100-м временным интервалом 45-й исходящей ЦЛ по свободному 39 временному интервалу промшнура через ПК 3.

Передаваемая кодовая комбинация-121 Исходные данные к задаче показаны на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Исходные данные к задаче

Решение:

1. Определение номеров ВК на звеньях приема (А) и передачи (С).

2) Определение номера цифровой линии (входящей и исходящей) внутри одного временного коммутатора в звеньях А и С

3) Определение номера ячейки памяти ЗУИ на звене приема (А) и ее содержимого

Содержимое ЯП ЗУИ - 01111001

4) Определение номера ячейки памяти ЗУА на звене приема (А) и ее содержимого,

Содержимое ЯП ЗУА -111001110 (Число 462).

5) Определение номера электронного контакта в пространственном коммутаторе.

6) Определение номера матрицы ЗУА в звене (В).

7) Определение номера ячейки памяти ЗУА на звене (В) и ее содержимого. .

Содержимое ЯП ЗУА - 0111 (Номер электронного контакта).

8) Определение номера ячейки памяти ЗУИ на звене передачи (C) и ее содержимого.

Содержимое ЯП ЗУИ - 01111001.

9) Определение номера ячейки памяти ЗУА на звене передачи (С) и ее содержимого. .

Содержимое ЯП ЗУА - 011100100

Пространственный эквивалент решения задачи показан на рисунке 4.2.

В ЗУИ звена приема пользовательская информация записывается последовательно, в такт с ВЦЛ. В приведенной задаче запись информации осуществляется в ЗУИ 7-го ВК приема во временном интервале, соответствующем 31-й входящей цифровой линии и 78-му временному каналу. Из матрицы ЗУИ звена приема информация считывается произвольно, т.е. по адресу, записанному в ячейке памяти ЗУА. В приведенной задаче считывание информации осуществляется из ЗУИ 7-го ВК приема во временном интервале, соответствующем 3-й цифровой линии промшнура и 39-му ВИ в ней.

В ЗУИ звена передачи пользовательская информация записывается произвольно в соответствии с адресом, содержащимся в ЗУA. В приведенной задаче запись информации осуществляется в ЗУИ 11-го ВК передачи во временном интервале, соответствующем 3-й цифровой линии промшнура и 39-му ВИ. Из матрицы ЗУИ звена передачи информация считывается последовательно, в такт с ИЦЛ. В приведенной задаче считывание информации осуществляется из ЗУИ 11-го ВК передачи во временном интервале, соответствующем 45-й исходящей цифровой линии и 100-му ВИ.

Запись управляющей информации во все ячейки памяти ЗУА всех звеньев - произвольная, а считывание из ячеек памяти ЗУА – последовательное, в соответствии с очередностью каналов промшнура (в задаче задан 3ПШ, 39ВИ). В момент времени, соответствующий 39-му временному интервалу 3-й цифровой линии ПШ происходит следующее:

1. Пользовательская информация 01111001 считывается из 462-й ячейки памяти ЗУИ 7-го временного коммутатора.
2. Открывается ЭК7 в пространственном коммутаторе ПК3. При этом пользовательская информация, поступающая по 7-й цифровой линии от BK7 звена приема коммутируется через ЭК7 на цифровую линию 11 к BK11 звена передачи.
3. Пользовательская информация записывается в 228-ю ячейку памяти ЗУИ временного коммутатора 11 звена передачи.

В концентраторе МТ-20/25 осуществить по 2-м временном интервале ПШ передачу кодовой комбинации 200, поступающей по 423-й абонентской линии в 8-й временной интервал 1-ой исходящей цифровой линии.

Решение:

1. Определение номера AM, в который включена заданная ААЛ.

оглавление | вперёд