Оглавление
Стр.
Введение………………………………………………………………………4
1 Принципы временного деления каналов………………………………….6
2 Принципы временной коммутации………………………………………..9
3 Примеры решения задач по временной коммутации……………………15
4 Принцип пространственной коммутации………………………………..18
5 Пространственная коммутация цифровых сигналов на примере ЦКП
«В – А – В» системы EWSD………………………………………………20
6 Пространственно-временная коммутация аналоговых сигналов
на примере концентратора системы МТ-20/25…………………………..26
Аббревиатуры ……………………………………………………………….30
Контрольные вопросы……………………………………………………….31
Литература…………………………………………………………………....31
Введение
Цифровые системы коммутации на телефонных сетях многих стран начали внедрятся с начала 70-х годов. Важную роль в создании цифровых систем коммутации сыграли три факта. 1) С конца 50-х годов началось внедрение цифровых систем передачи. С их появлением перед специалистами встала задача создания АТС, которые коммутировали бы цифровые сигналы без преобразования их в аналоговую форму. 2) Разработка и массовое производство микросхем. 3) Использование в аппаратуре связи средств цифровой вычислительной техники. Использование специализированных ЭВМ в цифровых АТС позволило не только более экономично по сравнению с электромеханическими АТС реализовать управление самой АТС, но и существенно увеличить гибкость коммутационной системы, увеличить объем дополнительных видов обслуживания для абонентов за счет их реализации программным способом.
Основными преимуществами цифровых систем коммутации являются:
· Практически не ограниченное число направлений, организуемых в цифровом коммутационном поле.
· Создание полнодоступных пучков линий в направлениях.
· Снижение трудозатрат на изготовление электронного коммутационного оборудования за счет автоматизации процесса их изготовления и настройки.
· Уменьшение габаритных размеров станционного оборудования.
· Повышение надежности оборудования за счет использования элементной базы высокой степени интеграции.
· Уменьшение трудозатрат на монтаж и настройку оборудования.
· Существенное сокращение штата технического персонала за счет полной автоматизации контроля работоспособности станционного оборудования.
· Создание не обслуживаемых станций.
· Широкое использование выносного абонентского оборудования.
· Повышение качества передачи и коммутации.
· Значительное уменьшение металлоемкости конструкций.
· Уменьшение производительных площадей для размещения станционного оборудования.
· Большой объем дополнительных видов обслуживания и возможность их неограниченного расширения.
· Возможность создания на основе цифровых систем коммутации и передачи цифровых сетей интегрального обслуживания, позволяющих внедрять различные услуги и службы электросвязи на единой методологической и технической основе.
Цифровые системы коммутации обладают и недостатками, из которых самыми существенными являются:
· Внедрение цифровой аппаратуры не привело к существенному снижению энергопотребления. Энергопотребление цифровой системы составляет в среднем до 2 Вт на один абонентский номер, что соизмеримо с энергопотреблением на электромеханической АТС. Уменьшить энергозатраты не удается из-за необходимости непрерывной работы управляющего комплекса независимо от поступления нагрузки на систему коммутации причина повышения затрат на электроэнергию – обязательное кондиционирование воздуха в производственном помещении.
· Внедрение цифровых систем коммутации требует больших первоначальных капиталовложений на приобретение оборудования.
· Внедрение цифровых коммутаций требует высококвалифицированного инженерно-технического персонала. Для администрации это означает большие затраты на обучение и переобучение работников.
В зависимости от формы представления передаваемой через систему информации различают коммутацию цифровую и аналоговую. Цифровой коммутацией называется процесс, при котором соединения между входом и выходом системы осуществляются с помощью операций над цифровым сигналом без преобразования его в аналоговый. 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 постоянных влияний, которые неизбежны при аналоговой передаче сигналов. Проблемы передачи аналоговых сигналов возрастают при увеличении длинны линии, так как уровень шума возрастает пропорционально длине лини. Качество цифровой передачи не зависит от длинны 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.
Учебное пособие позволяет ознакомиться с принципами временного деления каналов; принципами временной и пространственной коммутации в цифровых системах. В пособии приведены примеры задач, решаемых на лабораторно-практических занятиях по курсу «Цифровые системы коммутации». В основе большинства современных цифровых систем коммутации лежит принцип импульсно-кодовой модуляции. Теоретические вопросы, поясняющие преобразования аналогового сигнала в ИКМ сигнал, были изучены студентами в дисциплинах, предшествующих курсу «Цифровые системы коммутации». Поэтому в данном учебном пособии эти вопросы совершенны только в общих чертах.
Недостаток учебных пособий в области современных средств связи и, в частности, по дисциплине «Цифровые системы коммутации» активизирует работу преподавателей по подготовке и заданию учебного материала. Данное учебное пособие охватывает небольшой раздел «Принципы временной и пространственной коммутации в цифровых системах». Автор благодарит рецензентов Петра Петровича Солодова, Валентину Филипповну Суханову и Бориса Порфирьевича Величко за их труд по чтению рукописи и ценные замечания по ее содержанию.
Принципы временного деления каналов
В аналоговых системах пользовательская информация передается аналоговым способом непосредственно либо с помощью модуляции сигнала несущей частоты. При этом возникает вопрос, действительно ли необходимо передавать весь сигнал или достаточно передавать только его значения через одинаковые моменты времени. Эту проблему решали ученые Котельников, Найквист, Шеннон, доказав, что вместо самого сигнала можно передавать его отдельные отсчеты, взятые через регулярные промежутки времени.
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.
Характеристики ИКМ 30/32:
· 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 канала…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 каналов (временных интервала). Цифровую линию часто называют ИКМ трактом. 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:
, Кбит/с
- пропускная способность одного ВИ;
- частота дискретизации, 
бит/с;
- число бит, передаваемых в одном ВИ.
Таким образом, пропускная способность одного временного интервала составляет 
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.
При импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) аналоговый пользовательский сигнал подвергается следующим преобразованиям: дискретизации, квантованию и кодированию.
Дискретизация
Дискретизация – это преобразование, при котором аналоговый сигнал представляется дискретным. Согласно теореме Котельникова аналоговый сигнал можно без ошибок восстановить из дискретного сигнала, полученного дискретизацией аналогового сигнала. При этом частота дискретизации 
должна не менее чем в два раза превышать значение максимальной (верхней границы) частота аналогового сигнала 
.
, Гц
Где 
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 
- период дискретизации, составляет 1/8000=0,000125, или 125 мкс.
Это означает, что информация от 32-х временных каналов передается за временный цикл 125 мкс. В 32-х канальном временном цикле ИКМ величина одного временного интервала определяется, как
- временный канальный вариант
Квантование
Квантование – это представление амплитуды отсчета аналогового сигнала значением ближайшего разрешенного дискретного уровня. Единица измерения – уровни квантования. Для того, чтобы можно было использовать цифровую передачу, каждый отсчет должен быть представлен в виде кодовой комбинации. Т.к. число кодовых комбинаций ограничено, то все промежуточные значения сигнала должны заменяться ближайшими разрешенными значениями.
Выбор числа уровней квантования в основном определяется требуемым качеством передачи информации (таблица 1.1). 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. Подробнее с методами квантования можно ознакомиться в (1, 2, 5, 6).
Таблица 1.1 – Зависимость между качеством передачи информации и числом уровней квантования
| Качество передаваемой информации | Количество уровней квантования | Разрядность кодового слова |
| Очень плохое | ||
| Плохое | ||
| Посредственное | ||
| Хорошее | ||
| Очень хорошее | ||
| Отличное |
Кодирование
Кодированием квантового сигнала называется отождествление этого сигнала с кодовым словами (кодовыми комбинациями), причем в аппаратуре ИКМ используются двоичные кодовые слова. Под кодовыми словами понимается упорядоченная последовательность двоичных символов. Каждое слово соответствует определенному уровню квантования. Значение уровней квантования при кодировании представляются в виде двоичного числа. Разрядность кодового слова при различном качестве передачи информации приведен в таблице 1.1. 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 восьмибитное число называется кодовой комбинацией, представляемой в разговорном канале.
При отождествлении уровня квантования с двоичной кодовой комбинацией широко используются два кода – натуральный и симметричный (1, 2, 5, 6).
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 словом кодового слова, а остальные символы отделяют двоичное число, представляющее абсолютную величину этого 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 1.2.
Таблица 1.2 – Сравнение натурального и симметричного кодов
| Значение уровня | Натуральный код | Симметричный код |
| Найбольший положительный уровень | ||
| Ноль | ||
| Наименьший отрицательный уровень |
Для передачи цифровых сигналов разработано несколько кодов передачи – NRZ, RZ, AMI, HDB3 и др. Подробнее с ними можно ознакомиться в (1, 2, 4, 6).