Раздел 1. Основные определения.

Система электросвязи – совокупность технических средств обеспечивающих образование линейного тракта и каналов передачи. В состав любой СЭС входит передатчик, канал передачи, приемник.

СЭС делятся на две группы:

• Односторонняя (радиовещание).

• Двусторонняя ( симплекс и дуплекс).

Канал передачи – средства односторонней передачи сигналов.

Линия передачи – совокупность цепей линейных трактов, имеющих общую среду распространения, а также линейных сооружений и устройств их обслуживания.

Линия передачи может создаваться как одним так и несколькими каналами передачи.

Задачей системы коммутации является создание требуемого пути (информационного тракта) между двумя любыми оконечными устройствами.

Коммутация – установление соединения заданного входа системы с заданным выходом на время, необходимое для передачи информации между ними.

В зависимости от формы представления периодической информации различают цифровую и аналоговую коммутацию.

Цифровой коммутацией называют процесс, при котором соединение между входами и выходами системы устанавливается с помощью операций над цифровым сигналом.

Существуют два принципа коммутации:

- коммутация каналов с ЧРК – для передачи сигналов. Каждому каналу в диапазоне частот линейного тракта отводится определенная ПЧ.

- коммутация канала с ВРК – для передачи сигнала каждому каналу отводится определенный промежуток времени. Если в эти интервалы времени по каналам передаются цифровые сигналы, то такие СП с ВРК называются ЦСП.

Коммутация с запоминанием основана на передаче информации заранее записанной в память узла коммутации, при этом данные могут быть преобразованы.

Коммутация сообщений - сообщение передается целиком, согласно адресной части, указанной в его заголовке.

Коммутация пакетов – сообщение разбивается на части (пакеты), при этом каждый пакет имеет свой заголовок.

Сигнал электросвязи – совокупность электромагнитных волн, которая распределяется по каналу передачи и предназначается для воздействия на приемное устройство.

Аналоговый сигнал – сигнал, параметры которого передаются функцией непрерывного времени, с непрерывным множеством конечных значений.

Для преобразования аналогового сигнала в цифровой используется ИКМ. В ТК в качестве основного кода выбрана двоичная последовательность, которая реализуется с наименьшими аппаратными затратами.

1. Дискретизация – преобразование, в результате которого получают выборочные значения какого-либо параметра аналогового сигнала. В ЦСП наибольшее распространение получили ЦСП с равномерной дискретизацией.

Техническая дискретизация производится стробированием сигнала ключевым элементом, замыкающимся через интервал времени на времяt<<.

Величина интервала дискретизации выполняется в соответствии с теоремой Котельникова. Для КТЧ (0.3-.3.4 КГц) частота дискретизации равна 6.8 КГц, но согласно рекомендациям МККТТ частота дискретизации выбрана 8 КГц. Поскольку данная частота упрощает реализацию фильтров ЦСП, следовательно, =1/8*10^-3=125 мкс.

2. При квантовании отсчеты округляются до значений ближайшего уровня. Уровни выбирают таким образом, чтобы уменьшить шумы квантования, возникающие при округлении сигнала, а с другой стороны, чтобы упростить реализацию квантователя. Наиболее просто квантователь реализуется при равномерном квантовании, уровни которого следуют друг ха другом с шагом . Разность между действительным и выбранным значением сигнала является шумом квантования (0.5<p). При квантовании происходит отождествление выбранных отсчетов с кодовыми словами, и каждое двоичное слово соответствует номеру уровней квантования. Количество уровней квантования определяется разрядность кодового слова. Увеличение уровней квантования приводит к уменьшению шума квантования, но с другой стороны к увеличению скорости передачи цифрового потока. Согласно рекомендациям МККТТ было принято 256 уровней квантования. При отождествлении уровня квантования с двоичными кодовыми словами используется 2 кода (натуральный и симметричный). Натуральный – двоичные слова представляются неотрицательными двоичными числами. Симметричный – в нем один символ кодового слова отражает полярности квантованного отсчета, а остальные определяют величину этого сигнала.

Кодирование сигналов.

Поскольку линия связи представляет собой четырехполюсник, при прохождении по ней сигнала происходит затягивание переднего и заднего фронтов импульса. В связи с этим происходит появление постоянных составляющих в сигнале в виде единичных импульсов. Для исключения постоянной составляющей перед подачей в линию сигнал кодируется.

Рассмотрим два способа кодирования:

1. Кодирование кодом AMI. При кодировании этим кодом происходит чередование полярностей единичных импульсов. При единице полярности меняются, а при нулях изменений не происходит. Этот код используется для обнаружения ошибок. О наличии ошибки свидетельствуют два единичных импульса одинаковой полярности, следующие друг за другом.

2. Кодирование кодом HDB3. Квазитроичный код имеющий три состоянии(+В, -В, 0). Данный код используется для увеличения помехоустойчивости сигнала передаваемого по линиям связи. При количестве нулей в сигнале более четырех происходит их кодирование, комбинациями 000VилиB00V, гдеV– импульс, повторяющий полярность предыдущего единичного импульса, В – импульс, имеющий противоположную полярность по отношению к предыдущему единичному. Комбинация 000Vиспользуется, когда количество предшествующих единичных импульсов нечетно, и комбинацияB00Vиспользуется, когда количество предшествующих единичных импульсов четно.

1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0

Принцип временной коммутации. Временная ступень коммутации (Т-ступень). Общая схема реализации. Режим раздельной записи/считывания.

Принцип временной коммутациизаключается в том, что информацию из одного канального интервала (КИ) входящей линии необходимо передать в другой КИ исходящей линии.

Блок или модуль, осуществляющий функцию коммутации цифрового сигнала, называется ступенью временной коммутации (Т-ступенью), рис.1

-

Т-ступени могут быть реализованы с помощью линий задержкиили с использованием цифровых ЗУ.

Схемы с использованием линий задержки характеризуется простотой исполнения, но имеют 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 строят только на ЗУ из-за простоты и низкой стоимости реализации.

Рассмотрим общую схему реализации Т-ступени:

Ступень содержит два ЗУ: речевое (РЗУ) и управляющее (УЗУ).

РЗУ– предназначено для записи/считывания кодовых слов, коммутируемых КИ.

УЗУ– содержит адреса записи/считывания для ячеек РЗУ. Эти адреса записываются в УЗУ из управляющих устройств системы коммутации.

Т-ступени могут работать в двух эквивалентных по результату режимах:

• последовательная запись/произвольное считывание;

• произвольная запись/последовательное считывание.

Последовательная запись/произвольное считывание. Рассмотрим на примере коммутации 4-го входящего КИ и 2-го исходящего КИ (рис. 3).

В данном режиме в первом цикле происходит последовательная запись кодовых слов в РЗУ по сигналам, поступающим от счетчика, т.е. каждой ячейке памяти РЗУ соответствует определенный КИ.

В следующем цикле осуществляется произвольное считывание информации из ячеек РЗУ в исходящую ИКМ-линию. Организуется счетчик адресов. Адреса ячеек РЗУ, из которых должна быть считана информация, записываются в УЗУ под управлением УУ АТС. Для рассматриваемого примера при счетчике Сч = 2, будет записан адрес 4, т.е. по адресу 4 будет послан сигнал в РЗУ и, следовательно, информация из 4-го КИ будет считана во 2 КИ исходящей ИКМ-линии.

Произвольная запись/последовательное считывание.Рассмотрим на примере коммутации 3-го входящего КИ и 1-го исходящего (рис. 4).

В этом режиме за время 1-го цикла происходит произвольная запись в РЗУ кодовых слов по адресам, предварительно вырабатываемым УЗУ или УУ АТС, т.е. информация, поступающая на вход, записывается в ячейки РЗУ в соответствии с адресом, хранящимся в УЗУ, а считывание производится последовательно – ячейка за ячейкой по сигналам счетчика (во 2-м цикле). В данном примере информация, принятая в течение 3 КИ, записывается в 1 ЯП РЗУ, откуда автоматически считывается в 1 КИ исходящей ИКМ-линии.

Общая схема Т-ступени характеризуется тем, что РЗУ последовательно работает на запись и на считывание. В Т-ступенях цифровых телефонных систем наибольшее применение получила схема, работающая в режиме разделения записи и считывания (рис. 5), что позволяет организовывать данные процессы одновременно.

Данная схема содержит два РЗУ. В одно информация будет записываться, а из другого – считываться. Затем РЗУ будут меняться режимами работы. Переключение происходит с помощью ключей, которые по очереди подключают входящую ИКМ-линию, исходящую ИКМ-линию, счетчик и контроллер, который разрешает запись, а также УЗУ к обоим РЗУ.

Например, в первом цикле информация АВСDбудет записываться в РЗУ1 под управлением счетчика и контроллера. Из РЗУ2 в это время считывается информацияDEFLпод

управлением адресов из УЗУ. В следующем цикле информация из РЗУ1 будет считываться, а в РЗУ2 – записываться.

Т.о. при использовании такой схемы емкость Т-ступени увеличивается в 2 раза. Быстродействие ограничивается временем записи в ЗУ.

Для еще большего увеличения емкости используется режим медленной записи/быстрого чтения, при этом используется 3 РЗУ.

Т-ступень имеет параметры:

NxM, К, где

N– число КИ во входящей ИКМ-линии,

М – число КИ в исходящей ИКМ-линии,

К – число бит в кодовом слове.

Емкость Т-ступени обычно равна 128х128, 512х512, 1024х1024.

Недостатком Т-ступениявляется способность коммутации канала только одной цифровой линии.

Принцип пространственной коммутации. Работа пространственной коммутационной матрицы. Представление S-ступени в виде комбинационного автомата. Назначение коммутационной и управляющей частей. Принципы управления процессом коммутации.

Принцип пространственной коммутации– заключается в перемещении информации из КИ одной (входящей) ИКМ-линии в КИ другой (исходящей) с обязательным сохранением порядка следовательности КИ в структуре обоих циклов. Т.е. осуществляется коммутация одноименных КИ разных ИКМ-линий.

Блок, осуществляющий пространственную коммутацию, называется S-ступенью (рис. 1).

Структурно S-ступень описывается с помощью 3-х параметров:

NxM,K, где

Nи М – количество входящих и исходящих ИКМ-линий соответственно,

К – число КИ в каждой ИКМ-линии.

Рассмотрим принцип работы S-ступени с использованиемкоммутационной матрицы, которая состоит из вертикальных и горизонтальных линий, в точках пересечения которых находятся логические элементы (рис. 2).

Например, необходимо скоммутировать 1-й ИКМ-тракт с 3-м в момент 5-го КИ.

УУ системы подает сигнал у_1.3в момент 5 КИ. Срабатывает ключ, который будет открыт в течение времени длительности одного КИ. Для обеспечения нормальной работы такой матрицы необходимо, чтобы в каждый момент времени работал только один ключ на каждой вертикали. Переключение ключей происходит в темпе поступления кодовых слов.

S-ступень можно представить в видекомбинационного автомата, содержащего коммутационную и управляющую части (рис. 3). СN-информационными входами, М-информационными выходами иNxMточками коммутации.

Коммутационная часть может быть реализована различными способами:

• на электронных ключах;

• наMUXиDMUX;

• на ПЛМ – сетка проводников, в точках пересечения которой находятся п/п элементы с односторонней проводимостью.

Управляющая часть S-ступенипредназначена для выработки адресов входа и выхода, которые д.б. скоммутированы. Эти адреса должны заноситься в блок адресной информации и храниться в нем до окончания соединения.

Поэтому управляющая часть S-ступени строится на базе ЗУ, в которые поступают сигналы управления от УУ АТС. Объем памяти и структура определяется построением коммутационной матрицы и параметрамиNxM. Если коммутационная матрица реализована на электронных ключах, то каждой точке коммутации необходим свой управляющий вход и количество их равноNxM. При построении матриц наMUXиDMUXколичество управляющих входов сокращается.

Управление процессом коммутации м.б. организовано:

• по принципу «управление по выходам» - в ячейки памяти УЗУ заносятся адреса исходящих цифровых линий, которые должны быть скоммутированы с конкретной входящей линией;

• по принципу «управление по входам» - в ячейки памяти УЗУ заносятся адреса входящих цифровых линий, которые д.б. скоммутированы с конкретной исходящей линией.

Недостатком S-ступениявляется то, что в коммутаторе коммутируются только одноименные КИ всех входящих и исходящих ИКМ-линий, что приводит к блокировкам, поэтому в настоящее времяS-ступень используется в сочетании с коммутационными модулями других типов.

Принцип пространственно-временной коммутации. S/T-ступень.

Модуль временной коммутации осуществляет временное преобразование координат цифрового сигнала. Недостатком такого модуля является то, что он способен коммутировать каналы только одной цифровой линии.

Модуль пространственной коммутации осуществляет пространственное преобразование координат цифрового сигнала. Его недостатком является возникновение блокировок из-за возможности коммутации только одноименных каналов входящей и исходящей ИКМ-линии.

Модуль пространственно-временной коммутации осуществляет преобразование координат цифрового сигнала, как в пространстве так и во времени.

Все сигналы ИКМ линии синхронизированы по циклам. Пусть абонент А занял первый канальный интервал во входящей ИКМ линии. А для абонента В предоставлен тридцатый канальный интервал входящей ИКМ линии под номером m, исходящей ИКМ линии. Для передачи информации из первого канального интервала исходящей ИКМ необходимо задержать эту информации на время задержкиt_з=Т_1-30(время между первым и тридцатым КИ). В то же время информацию, передаваемую из тридцатого канального интервала ИКМ-mдля того, чтобы она попала в первый КИ ИКМ-1, необходимо задержать наt_з=Т_30-1. Таким образом, передача информации в прямом и обратном направлениях будет осуществляться в разных циклах.ST-ступень имеет структурные параметры (N/C1)x(M/C2), гдеMиN– количество входящих и исходящих ИКМ-линий, аC1 иC2 – соответственно количество КИ в этих линиях. Наиболее часто используются три способа построенияST-ступени:

1. Координатный.

2. С использованием мультиплексора и демультиплексора.

3. С использованием кольцевых соединителей.

При координатном способе построения схемы РЗУ образуют условную матрицу, разделенную на строки и столбцы. Запись кодовых слов производится одновременно в РЗУ вертикали, либо горизонтали матрицы, отвечающей за входящие ИКМ-линии, а считывание осуществляется по горизонтали либо вертикали матрицы в ту исходящую ИКМ-линию, с которой необходимо осуществить коммутацию.

Вкачестве примера реализацииS/T-ступени по координатному принципу рассмотрим блок пространственно-временной коммутации на примере цифровой АТСDX-200.

SWM– модуль коммутации;

S/P,P/S– преобразователи последовательного кода в параллельный и обратно;

MPTL– блок формирователя синхроимпульсов;

SWCM– блок УЗУ;

SWCL– блок тактирования.

Преобразователи S/P,P/Sкроме преобразования кодов выполняют функции приема и передачи соответственно. Блок коммутации может состоять из нескольких модулейSWM, которые располагаются в виде условной матрицы. При этом блок управления также будет состоять из нескольких модулейSWCM, управляющих группойSWM.