Среднее Заочное отделение / 6 семестр / Комутационные станции сетей телекомуникаций / Конспект лекций для ЗО(2018)

Раздел 2.

Многозвенные цифровые коммутационные поля. Особенности ЦКП.

Определим понятия коммутационная станция и коммутационная система. Коммутационная станция – совокупность технических средств связи, обеспечивающих коммутацию абонентских и соединительных линий. В зависимости от назначения коммутационные станции бывают местные (сельские), опорные, транзитные, узловые, междугородние и международные.

Коммутационные системы – отражают принципы внутреннего построения коммутационной станции, и представляют собой совокупность технических средств, предназначенных для осуществления оперативной коммутации.

В зависимости от типа коммутационных приборов и управляющих устройств разливают следующие системы:

1.ДШ.

2.Координатные.

3.Квазиэлектронные.

4.Электронные.

Коммутационная система, реализующая функцию цифровой коммутации называется, ЦСК. В ЦСК функцию коммутации выполняет цифровое коммутационное поле (ЦКП). Управление всеми процессами в системе коммутации осуществляет управляющий комплекс (УК). ЦКП обычно строится по звеньевому принципу. Звеном ЦКП называют группу ступеней (Т-, S-, либо ST-) реализующих одну и ту же функцию преобразования координат цифрового сигнала. В зависимости от числа звеньев различают двух-, трех- и многозвенные ЦКП. ЦКП является однородным, если любое соединение в нем устанавливается через одинаковое количество звеньев.

Основные особенности построения многозвенных ЦКП:

1. ЦКП строятся с использованием определенного числа модулей. Модульность позволяет обеспечить легкую приспосабливаемость системы к изменению емкости, а также простоту и удобство эксплуатации. Благодаря модульному построению коммутационных полей упрощается управление системой и её программное обеспечение.

2.ЦКП обладают симметричной структурой в которой звенья 1-ое и N-ое, 2-ое и N-1, 3-e и N-2, являются идентичными по типу и числу блоков коммутации. Симметричные удобнее всего строить на однотипных модулях.

3.ЦКП всегда являются дублированными, что связано с критичностью неполадок в коммутационном поле к функционированию всей системы в целом. При этом обе части работают синхронно и выполняют одни и те же действия. Для реальной передачи используется только одна из них, которая считается активной. Вторая часть находится в горячем резерве и в случае неполадок или сбоев в активной части происходит автоматическое переключение на резервную часть. При территориально разнесенных ЦКП осуществляется дублирование каждой разнесенной группы, а между плоскостями обоих групп организуется любое перекрестное соединение, что позволяет сохранить работоспособность системы в целом.

4.ЦКП является четырехпроводной, поскольку цифровые соединительные линии, по которым передаются ИКМ сигналы, также являются четырехпроводными.

Классификация ЦКП

Модульное построение современных ЦСК позволяет использовать их в качестве любой станции узла связи. В ЦСК выделяют основную, неизменную часть оборудования, добавление дополнительного оборудования к которой позволяет получить любую станцию сети связи.

Т.о. в ЦСК можно выделить основную часть – ЦКП и дополнительные коммутационные элементы, которые обеспечивают концентрацию нагрузки, создание групповых трактов или преобразование цифровых потоков.

С учетом симметричности и модульности построения, множество ЦКП можно разделить на 5 классов. В каждом классе выделяют базовую структуру и подструктуры, получаемые добавлением дополнительных коммутационных элементов с предварительным мультиплексированием и последующим демультиплексированием цифровых групповых трактов.

1. ЦКП первого класса.

Базовая структура – S-T-S

Подструктура – MUX/S-T-S/DMUX

Особенности: наличие S-ступени в первом и последнем звене.

Первый и третий каскады имеют по одному пространственному коммутатору с параметрами NxM. Второй каскад содержит Т-ступень, состоящую из М-временных коммутаторов. Емкость ЦКП определяется параметром S-ступени и количеством каналов в цифровой линии и рассчитывается как N*n. Так, при использовании ЦСП ИКМ-30 емкость ЦКП составит 16*32=512 КИ.

Для увеличения емкости КП применяют его подструктуру, с добавлением MUX на входы S-ступени и DMUX на выходы.

ЦКП первого класса не нашли широкого применения из-за сложности реализации и необходимости применения на входах дополнительных элементов памяти, обеспечивающих функцию выравнивания временных каналов входящих ИКМ-линий.

2. ЦКП второго класса.

Базовая структура – T-S-Т

Подструктура – MUX/T-S-Т/DMUX

Особенности: наличие Т-ступени в первом и последнем звене.

Особенности:

1. Увеличение емкости и пропускной способности ЦКП возможно за счет добавления S-ступеней.

2. Предварительное мультиплексирование обеспечивает уплотнение входящих ИКМ-линий, а также последующее демультиплексирование восстанавливает их, что приводит к увеличению пропускной способности ЦКП без применения дополнительных S-ступеней.

3. Для увеличения скорости обработки данных в КП на входе, как правило производят преобразование последовательного кода в параллельный. Для этого на каждой входящей линии устанавливается преобразователь последовательно-параллельного типа, а на выходах – параллельно-последовательного. Такую структуру имеет ЦКП АТС AXE-10. Однако для организации ЦАТС большой емкости при использовании ЦКП данного типа, необходимо увеличивать число S-ступеней, что приводит к проблемам монтажа. Это привело к созданию ЦКП третьего класса.

3. ЦКП третьего класса.

Базовая структура – S/T-S-S/Т

Подструктура – MUX/ S/T-S-S/Т /DMUX

ЦКП этого класса строятся на интегральных микросхемах и позволяют строить ЦСК малой, средней и большой емкости. Наращивание емкости происходит за счет добавления S-ступеней (S/T-S-S-S/Т), т.к. увеличение емкости самой S-ступени более дорого. КП данного класса используются в ЦАТС EWSD.

4. ЦКП четвертого класса.

Базовая структура – S/T

Подструктура – MUX/ S/T /DMUX

Раздел 3.

Стыки цифровых АТС.

Работа ЦАТС происходит в окружении различного оборудования, а именно: других АТС, различные АУ, СП и т.д., следовательно ЦСК должны обеспечивать интерфейс (стык) с аналоговыми и цифровыми АЛ, СЛ и СП.

Стык – граница между двумя функциональными блоками, которая задается их характеристиками, а также характеристиками соединения и сигналов. Он обеспечивает одноразовое определение правильного соединения между двумя устройствами. Согласно рекомендациям международного Совета электросвязи (МСЭ) аналоговые и цифровые СЛ подключаются в АТС через сетевые стыки А, В и С. Через стык А подключаются цифровые тракты, уплотненные аппаратурой ИКМ-30. Через стык В подключаются цифровые тракты уплотненные аппаратурой ИКМ-120.

Основными функциями стыков А и В являются:

1.Согласование структуры циклов.

2.Преобразование линейного кода HDB-3 в станционный (обычный двоичный) и наоборот.

3.Синхронизация входящих сигналов в соответствии с тактовыми сигналами станции.

Стык служит для включения в станцию аналоговых СЛ. Стык С служит для включения в станцию аналоговых 2-х и 4-х проводных СЛ.

Для включения аналоговых АЛ или линий от учрежденческих АТС используются стыки типа Z (Z1, Z2, Z3).

Для включения цифровых АЛ были определены стыки U и V.

Стыки U и V1 используются для включения АЛ при доступе к сетям ISDN (цифровые сети интегрированного обслуживания) тип доступа 2В+D (2 информационных канала + 1 сигнализация).

Стык V2 определен для включения цифровых подстанций на скорости 2 Мбит/с. Мультиплексорное оборудование включается через стык V4.

В настоящее время данная классификация в некоторой степени пересмотрена и дополнена.

Аналоговый абонентский стык.

При создании и внедрении ЦАТС возникла проблемы включения в них аналоговых АЛ с аналоговыми ТА, т.к. ТА оптимизированы для использования их на аналоговых ТС (телефонных сетях).

Рассмотрим основные особенности аналоговых ТА:

1.В состав ТА входит угольный микрофон, который является усилителем мощности, поэтому в разговорном тракте не требуется включения дополнительного усилителя.

2.Все необходимые зуммерные и вызывные сигналы передаются по разговорным цепям непосредственно из телефонных станций без преобразования.

3.Аналоговые электрические колебания про разговоре также передаются от одного абонента к другому без преобразования, следовательно, отпадает необходимость в дополнительном оборудовании на АТС.

4.Аналоговые ТА просты по электрической схеме и конструкции, надежны и имеют низкую стоимость. В то же время аналоговые ТА не являются идеальными.

Угольный микрофон, используемый в них, является источником шумов. Дисковый номеронабиратель чаще других элементов выходит из строя. Для согласования аналоговой АЛ со станционным оборудованием на аналоговый абонентский стык возлагается следующие функции, которые описываются аббревиатурой BORSCHT:

B – battery feed – питание микрофона напряжением в 60 В и током 20 мА.

O – overvoltage protector – защита от опасных напряжений. Оборудование ЦАТС защищено с помощью специальных устройств от напряжения со стороны АЛ (220 В), а также от напряжений при ударе молний в АЛ.

R – ringing – посылка вызывного сигнала вызываемому абоненту посылается сигнал вызова с f=25 Гц и напряжением 95 В.

S – signaling – функция сигнализации и наблюдения. Приборы АТС фиксируют факты занятия и отбоя вызывающего и вызываемого абонентов, а также обеспечивают прием цифр номера вызываемого абонента.

C – coding – кодирование: аналоговый сигнал поступает от АЛ, преобразуется в цифровую форму и наоборот.

H – hydrid – функция дифсистемы. Аналоговые АЛ являются двухпроводными, а цифровые линии, а также передача и коммутация сигналов в ЦАТС являются четырехпроводной. Дифференциальная система обеспечивает переход от двухпроводных к четырехпроводным.

T – testing – контроль. Осуществляется контроль состояния АЛ, ТА, а также устройств, выполняющих вышеперечисленные функции.

При включении аналоговой АЛ в ЦАТС приходится решать вопросы по организации аналогового абонентского стыка, такие как:

1.Согласование по виду передаваемого речевого сигнала, а также передача от двухпроводных к четырехпроводным системам.

2.Согласование по уровням передаваемых сигналов. В сторону ТА посылаются сигналы высокого уровня, а в сторону ЦАТС эти сигналы подаваться не должны, т.к. оборудование станции построено на микросхемах с питанием от 5 до 12 В.

3.Обеспечение абонентской сигнализации.

Цифровой абонентский стык.

С появлением цифровых ТА возникла необходимость организации цифрового абонентского стыка. Данный вид стыков может быть произвольным и его организация зависит от реализуемых задач фирм-производителя. ТА, производимые например фирмой Сименс, могут работать только с коммутационным оборудованием производимым той же самой компанией (станции EWSD). Поэтому для описания цифрового абонентского стыка можно говорить только об общих принципах организации цифрового обмена по абонентским линиям.

Цифровые АЛ могут быть двух или четырехпроводными. Перед посылкой в АЛ цифровой сигнал кодируется кодом 2B1Q. Для формирования линейного кода входной информационный поток делится на кодовые группы по 2 бита в каждой. В зависимости от комбинации и битов в кодовой группе ей ставится в соответствие один из четырех кодовых символов, каждому из которых в свою очередь ставится в соответствие один из уровней кодового уровня. Т.о. закодированный сигнал представляет собой последовательность скачкообразно изменяющихся напряжений.

Достоинством данного способа кодирования является его простота и дешевизна его реализации, а недостатком – зависимость от влияний других линий (низкая помехоустойчивость).

Для двухсторонней передачи информации по цифровой АЛ возможно использование четырех типов систем:

1.Четырехпроводная система. Данная система внедрялась на цифровых абонентских сетях для предоставления абонентам не телефонных услуг. Достоинствами данной системы является свободное подключение абонентских терминалов, находящихся на значительном расстоянии друг от друга и от опорной станции, а также в простоте его схемной реализации. Система достаточно устойчива к переходным помехам и позволяет перекрыть большой диапазон изменения затухания линий без регенерации сигнала. Однако она характеризуется низким использованием передаточных возможностей кабеля. Учитывая то, что высокоскоростная передача по абонентской сети не требуется, это делает данную систему экономически невыгодной. В связи с этим система имеет ограниченное применение.

2.Двухпроводная система с частотным разделением направлений приема и передачи.

Это система, в которой необходимо иметь полосу в два раза шире полосы передаваемой информации для одного канала. Сигналы от ТА передаются к станции в одной полосе частот, а от станций к ТА – в другой.

Данный способ организации передачи информации не получил широкого распространения из-за сложности реализации фильтров на БИС и СБИС.

3.Двухпроводная система с временным разделением направлений передачи и приема.

В этой системе временные интервалы для передачи и приема различны. При передаче информации от станции к абоненту информационный синнал накапливается в буферном ЗУ и затем считывается со скоростью в два раза большей. При этом сигналы передаются в виде пакетов. На абонентской стороне сигналы, передаваемые со станции, также напливаются в буферном ЗУ, а затем считываются в виде непрерывной последовательности цифрового сигнала. Передача сигналов от абонента на станцию с использованием незанятого временного интервала. Данная система имеет недостаток – небольшая зона действия (около 2 километров). Поэтому для реализации системы с большой емкостью и большой протяженностью используют различные методы компрессии во времени.

4.Двухпроводная система с адаптивными эхокомпенсаторами. Для разделения трактов приема и передачи используется дифференциальная система. Однако стандартные дифференциальные системы не могут обеспечить полного разделения трактов приема и передачи. Чтобы сохранить требуемые характеристики по переход. затуханию на ближнем конце в широкой полосе частот дополнительно вводятся эхокомпенсаторы. Для преодоления трудностей связанных с передачей цифровых сигналов по абонентской линии, были предложены цифровые дифференциальные системы, объединенные с цифровыми эхокомпенсаторами. Эхокомпенсаторы обеспечивают подавление эхосигналов в линии.

Сетевые стыки.

Под сетевым стыком понимают точку подключения к ЦАТС оборудования, отличного от абонентского. Это могут быть другие АТС, устройства сопряжения с сетями доступа либо с сетями передачи данных и другими.

линию невелика. Использование концентраторов особенно эффективно в сельской местности, где абоненты рассредоточены по большой территории и затраты на индивидуальные кабели от станции к каждому абоненту достаточно велики. Концентратор позволяет уплотнить нагрузку от абонента и передать её на оптимально расположенную АТС. В ЦСК используется три типа концентраторов:

1)Аналогово-цифровые, которые объединяют в нагрузку от k аналоговых каналов, для передачи её по l цифровых каналов, причем k>l.

2)Цифровые концентраторы – только цифровые.

3)Смешанные, в которых входные каналы могут быть как аналоговыми, так и цифровыми.

Выходные цифровые тракты являются стандартными ИКМ трактами, и имеют скорость передачи 2048 Кбит/с.

Удаленный коммутационный модуль располагается также в здании АТС, но при его использовании можно организовать внутренний обмен между абонентами. При этом такой концентратор должен иметь свое управляющее устройство, это позволяет не только разгрузить АТС но и обеспечить абонентов связью внутри самого концентратора, например при аварии на опорной АТС либо разрыве кабеля. С сетевой точки зрения удаленный концентратор является подстанцией. К удаленному коммутационному модулю такое определение неприменимо, поскольку они по существу являются отдельными АТС. Основные функции концентратора:

1.Аналогово-цифровое и цифро-аналоговое преобразование сигналов тональной частоты поступающих по аналоговым абонентским линиям.

2.Цифровое мультиплексирование сигналов с концентрацией нагрузки.

3.Согласование протоколов сигнализаций, реализуемых между концентратором и

АТС с одной стороны, и между концентратором и оконечными устройствами с другой стороны.

Исходя из вышеперечисленных функций концентратор в общем случае должен иметь:

1.Абонентские комплекты.

2.Кодер/декодер.

3.Модуль интерфейса с ЦСП, т.е. стык.

4.Блок концентрации нагрузки.

5.Модуль управления.

Способы внедрения концентраторов на сети:

1.Замена АТС небольшой емкости удаленными концентраторами. Этот способ применяется при внедрении цифровых АТС большой емкости в случае, когда в зону её действия попадают подлежащие замене АТС малой емкости.

Преимущества:

Позволяет использовать без изменений существующую сеть абонентских линий.

Сохраняются старые линии, которые только необходимо дооборудовать аппаратурой ЦСП.

Для установки концентратора используется помещение старой АТС.

2.Внедрение цифровых АТС и удаленных концентраторов в одном телефонном районе. Небольшие и простые концентраторы устанавливаются по всему району, причем количество абонентов подключаемых к ним намного меньше, чем в первом случае. Такие концентраторы могут использоваться для обеспечения связью жильцов например одного большого жилого дома. Из-за малого телефонного обмена внутренняя коммутация в самом концентраторе не разрешена. Недостаток: сложность технического обслуживания большого количества удаленных концентраторов