Принципы построения электронных АТС

Коммутационные системы электронных АТС могут быть построены как с пространственным, так и с импульсно-временным разделением каналов. При пространственном разделении каналов в качестве устройств коммутационной системы применяются электронные соединители, построенные по принципу электромеханических координатных соединителей. В каждой точке пересечения (коммутации) соединителя устанавливается электронный контакт. Электронный соединитель (рис.) имеет n входов и m выходов, расположенных в виде координатной сетки (матрицы). Для подключения любого входа к любому выходу должен открыться соответствующий электронный контакт ЭК. Состоянием ЭК управляет общее электронное управляющее устройство. Такие соединители, называемые электронными соединителями с пространственным разделением каналов, по принципу построения аналогичны электромеханическим соединителям.

Основным недостатком подобных соединителей является большое количество электронных элементов. Если соединитель имеет n входов и m выходов, то общее число электронных контактов составит при двухпроводной схеме коммутации 2nm. Другим недостатком электронных соединителей с пространственным разделением каналов является то, что используемые в качестве коммутационных элементов электронные контакты в состоянии пропускания имеют определенное сопротивление, которое вносит заметное затухание в разговорную цепь. Это особенно сказывается в тех случаях, когда разговорный тракт строится в соответствии со схемой группообразования на основе последовательно включенных контактов на ступенях искания. В электромеханических системах коммутации такое построение КС не вносит сколь-нибудь заметного ухудшения качества разговорного тракта, так как металлические контакты давления, обеспечивающие коммутацию цепи, имеют практически нулевое сопротивление в замкнутом состоянии. В электронных системах последовательное включение электронных контактов приводит к заметному ухудшению качества разговорного тракта. Чем больше контактов участвует в образовании разговорного тракта, тем больше затухание этого тракта. Учитывая сказанное, электронные АТС с пространственным разделением каналов находят применение лишь для построения станции малой емкости.

При применении временного разделения каналов разговорные токи коммутируются не в аналоговой форме, а в дискретной с применением импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Процесс преобразования аналогового сигнала с помощью ИКМ состоит из трех последовательных операций: дискретизации аналоговых сигналов по времени, квантования по уровню и кодирования. Дискретизация представляет собой амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ). Операция квантования сводится к преобразованию мгновенных значений аналогового сигнала в цифровые. Далее каждый дискретный сигнал кодируется с помощью двоичного кода, причем число уровней шкалы квантования устанавливается равным 2 n, где n целое число. В качестве примера на рис. показан принцип преобразования аналогового сигнала посредством импульсно-кодовой модуляции. Дискретизация по времени осуществляется импульсной последовательностью с параметрами Т и τ и. рис. 2

Шкала квантования содержит восемь уровней (n=3) с шагом квантования Δ. После преобразования непрерывного сигнала в линию передается номер уровня амплитуды, в который попадает вершина импульса. Этот номер передается в двоичном виде. Например, номер уровня 6 (см. рис. 2) передается в виде 110. На приемном конце по переданным кодовым значениям восстанавливаются дискретные значения передаваемого непрерывного сигнала. Однако на передающем конце не все принятые значения уровней шкалы квантования могут соответствовать амплитудным значениям непрерывного сигнала. Поэтому, в линию сигнал может поступать с некоторыми искажениями, вызванными процессом квантования (см. пунктирную кривую на рис. 2). Величина этих искажений определяется шагом квантования. Для уменьшения искажений необходимо уменьшить шаг квантования.

В настоящее время на соединительных линиях ГТС широкое распространение получила 32-канальная система ИКМ. Для качественной передачи аналоговой информации в этой системе принято 256 уровней квантования, которое обеспечивается применением 8-разрядного кода. Один из 32 временных каналов отводится для целей синхронизации и еще один для передачи сигналов управления, а остальные 30 каналов являются разговорными. Поэтому данная система ИКМ иногда называется 32/30-канальной системой ИКМ.

Принцип ИКМ открывает новые возможности в части создания электронных АТС, коммутационная система которых строится на основе временного разделения каналов. При этом передача информации по соединительным линиям и коммутация каналов на станции осуществляются в цифровой форме. Поскольку в основу построения системы положен единый способ как передачи, так и коммутации дискретных сигналов, она называется интегрально-цифровой системой связи (ИЦСС). Такая унифицированная система передачи и коммутации позволяет коммутировать не только телефонные каналы, но и телеграфные, передачи данных и другие, работающие на едином импульсном принципе.

На рис. 3 показан принцип построения сети, содержащей электронные системы коммутации с временным разделением каналов. В состав такой сети входят концентраторы (К), опорные станции (ОС) и транзитные узлы (ТУ), применяемые на больших сетях. Концентраторы осуществляют концентрацию поступающей по абонентским линиям нагрузки и поэтому располагаются в непосредственной близости от абонентов. Концентратор соединяется с опорной станцией ОС четырехпроводной уплотненной соединительной линией (УСЛ), содержащей 32 временных ИКМ каналов. По существу, концентратор связывается с опорной станцией двумя двухпроводными уплотнениями соединительными линиями, одна из которых используется для передачи информации в направлении от концентратора к ОС (Исх. УСЛ), а другая в обратном направлении от ОС к концентратору (Вх. УСЛ). Число абонентских линий, включаемых в каждый концентратор, определяется удельной абонентской нагрузкой. В большинстве случаев емкость одного концентратора составляет абонентских линий. В функции концентратора входит установление соединения между любой абонентской линией и любым свободным каналом системы ИКМ. рис. 3

На рис. 4 в упрощенном виде показана структурная схема абонентского концентратора. Индивидуальная часть концентратора содержит абонентские комплекты (AK 1AK N ), число которых равно числу АЛ. Абонентские комплекты подключаются через электронные контакты ЭК к обшей цепи ОЦ. Электронные контакты обеспечивают преобразование поступающего разговорного сигнала в импульсы, модулированные по амплитуде. При этом каждому вызвавшему абоненту выделяется определенная временная позиция (канал). В состав коллективной части концентратора входят общие для всех абонентов кодирующее (КУ) и декодирующее (ДУ) устройства. С помощью КУ осуществляется получение цифрового сигнала, а с помощью ДУ обратная операция. рис. 4

При исходящей связи аналоговые разговорные сигналы вначале преобразуются в амплитудно-импульсно-модулированные сигналы, которые в дальнейшем, после кодирования преобразуются в ИКМ сигналы. При входящей связи производится обратное преобразование, сначала ИКМ сигналов в АИМ сигналы, а затем при вторичном преобразовании в разговорные сигналы. Концентратор содержит также управляющее устройство (УУ), которое под руководством ЦУУ опорной станции производит необходимые операции по установлению соединений. Опорная станция представляет собой ЭАТС с временным делением каналов (ВД-ИКМ). На этой станции осуществляется коммутация импульсных каналов входящих и исходящих СЛ от концентратов, а также СЛ от узлов и других опорных станций при наличии непосредственной связи между ними (см. пунктирную линию на рис. 3).

Все оборудование ЭАТС можно разделить на три части: коммутационную систему КС, периферийные управляющие устройства ПУУ и центральное управляющее устройство ЦУУ (рис. 5). Коммутационную систему опорной станции можно представить в виде квадратной матрицы, в горизонтали которой включены входящие СЛ, а в вертикали исходящие СЛ. В точках пересечения горизонталей и вертикалей матрицы включаются электронные контакты, которые под действием управляющего устройства открываются в определенной временной позиции и соединяют соответствующие входящие и исходящие каналы. Процессом установления соединения на опорной станции управляет центральное управляющее устройство ЦУУ, которое, представляет собой электронную управляющую машину ЭУМ. рис. 5

Периферийные управляющие устройства ПУУ осуществляют согласование между ЦУУ и КС. В состав ЦУУ входят различные устройства, число которых зависит от емкости станции, величины обслуживаемой нагрузки и заданной нормы потерь. Основными ЦУУ являются устройства приема УПрИ и передачи УПдИ управляющей информации, устройство передачи акустических сигналов УПАС, устройство приема номерной информации УПНИ и устройство управления коммутационной системой УУКС. Устройство приема номерной информации УПНИ должно быть подключено к коммутационной системе так, чтобы оно было доступно любому каналу любой входящей СЛ. Устройство передачи акустических сигналов УПАС представляет собой устройство формирования всех акустических сигналов, посылаемых абонентам в процессе установления соединений. К коммутационной системе УПАС подключено так, чтобы оно имело возможность подсоединиться к любому каналу любой исходящей СЛ. Устройства УПрИ и УПдИ предназначаются для приема и передачи сигналов управления и взаимодействия по всем СЛ, включенных в коммутационную систему опорной АТС. Поэтому УПрИ должно быть связано со всеми сигнальными каналами входящих СЛ, а УПдИ со всеми сигнальными каналами исходящих СЛ.

Центральное управляющее устройство осуществляет управление соединением как на опорной АТС, так и на концентраторах. В последнем случае УУ концентратора представляет собой вынесенный в концентратор функциональный блок ФБ промежуточного оборудования опорной станции. Транзитные узлы ТУ строятся по такому же принципу, что и опорные станции ОС, и для них справедливы те же условия, что и для опорных станций. Через ТУ обеспечивается взаимное соединение всех ОС, объединяемых этим узлом. На опорной АТС с временным делением каналов различают коммутацию двух видов: пространственную (П) и временную (В). При пространственной коммутации устанавливается соединение определенных входящих и исходящих УСЛ, а при временной коммутации обеспечивается соединение между временными каналами этих УСЛ.

рис. 6 На рис. 6 представлена коммутационная система, построенная по принципу пространственного разделения каналов. Такая коммутационная система представляет собой квадратную матрицу (коммутатор), во входы которой включены входящие и исходящие линии (L BX УСЛ и L ИСХ УСЛ).

В качестве точек коммутации используются ЭК, управляемые импульсными последовательностями P i, временные положения которых синхронизированы с временными положениями каналов системы ИКМ. Каждый ЭК может управляться любой последовательностью P i, где i=l, 2,..., п, т. е. может открываться в любом из п=32 временных положений. Если подать на ЭК, соединяющий первую входящую УСЛ с первой исходящей УСЛ, импульсную последовательность P 1, P 3, P 30, то ЭК будет открыт в 1; 3 и 30 временных положениях и закрыт во всех остальных. В этом случае произойдет соединение перечисленных каналов первой входящей УСЛ с одноименными каналами первой исходящей УСЛ. Одновременно с этим, если, например, требуется соединить каналы 2, 5, 6 и 28-й первой входящей УСЛ с одноименными же каналами L-й исходящей УСЛ, то необходимо подать на ЭК, соединяющей эти УСЛ, импульсные последовательности P 2, P 5, P 6 и P 28 (рис. 6.а и б).

Эквивалентная по коммутационным возможностям схема группообразования пространственной коммутационной системы (П) приведена на рис. 7. Система позволяет путем выделения n=32 каналов входящих и исходящих УСЛ создать n=32 коммутатора. Число входов и выходов в каждом коммутаторе равно числу УСЛ (L входов и L выходов). В каждом коммутаторе возможна коммутация только одноименных линий. рис. 7 рис. 8.а

Подобные коммутационные системы обеспечивают коммутацию только одноименных (синхронных) каналов, т. е. каналов, занимающих в коммутируемых входящих и исходящих УСЛ одинаковые временные позиции. Коммутационная система такой структуры отличается простотой построения, однако обладает существенным недостатком низкой пропускной способностью из-за наличия внутренних блокировок. Этого недостатка лишена коммутационная система, позволяющая осуществлять соединение любого временного канала входящей УСЛ с любым каналом любой исходящей УСЛ. В такой системе производится не только пространственная коммутация в точках соединения УСЛ, но и временная коммутация с перестановками (перемещениями) каналов из одного временного положения в другое (рис. 8). Для этой цели предусматриваются специальные запоминающие (сдвигающие) устройства, которые позволяют фиксировать приходящие на станцию дискретные разговорные сигналы (импульсы кодовой группы) и передавать их далее в любом из свободных временных положений (асинхронная коммутация). рис. 8.б

Принцип коммутации каналов, имеющих различные временные положения, можно показать на примере сдвигающего устройства (СУ), предназначенного для переноса информации из одного временного канала в любой другой канал. Основной частью СУ является линия задержки, ко входу которой подключается входящая УСЛ (рис. 8.а). Исходящая УСЛ включается к выходу собирательной схемы ИЛИ. Линия задержки состоит из п1 элементов и управляется тактовым генератором ТГ, под действием которого сигналы ИКМ передвигаются из одного элемента в другой. В качестве элементов задержки в СУ используются схемы типа сдвигающих регистров с числом разрядов, равным числу разрядов в кодовой группе. В системе ИКМ 32/30 каждый регистр должен иметь 8 разрядов, а полная схема СУ (321) 8=248 разрядов. Тактовый генератор работает синхронно с каналообразующим оборудованием так, что каждый сигнал ИКМ (кодовая группа) сохраняется в элементе задержки в течение времени, равного интервалу, отводимому для одного временного канала t N.

В схему СУ входят также электронные контакты (ЭК), число которых равно числу временных каналов (п) одной уплотненной соединительной линии. Один из входов ЭК подключается к соответствующему элементу линии задержки. На другой вход каждого ЭК из управляющего устройства УУ может подаваться одна из управляющих последовательностей Р i i=l, 2,..., п. Такая схема задержки обеспечивает возможность перестановки принятой информации из одного временного положения в другое, т. е. из одного канала в другой. Если, например, кодовую группу, поступающую по входящей УСЛ в пятом временном положении (канале), необходимо передать в восьмой канал исходящей УСЛ, то следует поступающую кодовую группу задержать на время трех временных каналов (Зt п ) или трех тактов ТГ. В этом случае, когда поступающая кодовая группа последовательно передана в третий элемент задержки, из УУ подается управляющая последовательность восьмого канала Р 8, откроется ЭК 3 и информация, содержащаяся в третьем элементе задержки, выдастся через схему ИЛИ в исходящую УСЛ (см. рис. 8). Так производится временная коммутация (коммутация вида В) каналов, занимающих любые временные положения. Коммутация одноименных каналов (синхронная коммутация) осуществляется через ЭК 0 без сдвига во времени.

В обычных условиях, когда в опорную станцию включается большое число уплотненных соединительных линий, применяются различные коммутационные системы с обязательным сочетанием временной и пространственной коммутации. Это делается с целью уменьшения внутренних блокировок, т. е. с целью повышения пропускной способности КС. На рис. 9 приведена структурная схема коммутационной системы, построенной по принципу временная коммутация пространственная коммутация временная коммутация (ВПВ). рис. 9

рис. 10

В такой КС сдвигающие устройства закрепляются за каждой входящей и каждой исходящей УСЛ. Сдвигающие устройства создают эффект, аналогичный введению дополнительного звена коммутации, так как дают возможность перенести информацию из любого временного канала в любой исходящий канал. Эквивалентная пространственная схема этой коммутационной системы имеет вид обычной трехзвенной схемы, в которой на звеньях А и С осуществляется временная коммутация, а на звене В пространственная коммутация уплотненных линий (рис. 10). Звено пространственной коммутации состоит из n = 32 коммутаторов. Число входов и выходов каждого коммутатора соответственно равно числу входящих и исходящих уплотненных линий.