1 Цифровая коммутация

Общие принципы цифровой передачи и коммутации.

В связи с тем, что цифровая система коммутации оперирует с сигналами представленными в цифрой форме, а в разговорном тракте имеют место аналоговые сигналы, то для коммутации необходимо разговорную речь преобразовать в цифровой вид. Для этого преобразования используется импульсно-кодовая модуляция (ИКМ). Однако, следует заострить внимание на том, что оборудование ИКМ обеспечивает только среду передачи цифровой информации, в которой имеется возможность передавать, в числе других видов информации, и сигнальную информацию, посредством которой производится управление процессом коммутации.

ИКМ - это метод преобразования информации из аналоговой формы в другую для коммутации и передачи. Метод включает в себя стробирование аналоговых сигналов в полосе 0,3 - 3,4 кГц, квантование и кодирование результатов в цифровой форме.

Стробирование заключается в замене аналогового сигнала последовательностью его мгновенных значений, отсчитываемых с определенной частотой и называемых выборками сигнала. По этим выборкам будет возможно восстановить значение исходного аналогового сигнала, если частота стробирования по крайней мере в 2 раза выше, чем верхняя частота в спектре исходного сигнала. Для речевого сигнала, ограниченного при телефонной передаче частотой 3,4 кГц, частота стробирования принята 8 кГц, и, следовательно период стробирования, т.е. интервал между соседними точками сканирования, равняется 125 мкс (1с/8000Гц=125мкс). Точность восстановления сигнала не зависит от ширины выборки. Следовательно, по одному тракту можно передавать выборки нескольких независимых друг от друга сигналов. Однако, последовательность выборок не может быть передана по линии, так как на приемной стороне из-за амплитудных искажений не возможно будет восстановить исходный сигнал. Согласно теории информации, для восстановления на приемной стороне исходного сигнала с необходимой точностью достаточно располагать конечным числом значений амплитуды (уровней). В системе ИКМ используется 256 уровней. Имея конечное число уровней их можно пронумеровать и передавать по линии номер уровня, закодированный в двоичной форме. Кодирование основано на замене значения выборки восьмиразрядным словом. Это и составляет сущность импульсно-кодовой модуляции (рисунок 1).

Такая последовательность операций обеспечивает возможность представления любых аналоговых сигналов сериями 8-битовых кодов. Эти 8-битовые коды из разных разговорных каналов размещаются в соответствующих временных интервалах и собираются в блоки для передачи. Методика называется временным разделением каналов (ВРК).

В 30-канальных цифровых системах передачи 8-битовые коды, относящиеся к 30 речевым каналам, составляют «циклы». Каждый 8-битовый код вставляется во временной интервал внутри цикла, как показано на рисунке2. временной интервал 0 использется для целей синхронизации, а временные интервалы 1-15 и 17-31 использутся для передачи речевых сигналов. Временной интервал 16 предназначается для сигнализации. В ранних цифровых системах применялась как сигнализация по выделенному каналу, так и по разговорным трактам. В частности состояние разговорных каналов контролируется по 16 канальному интервалу. Первые четыре бита этого канального интервала используются для сигнализации состояния одного разговорного канала, а последние – для другого канала.

Рисунок 1 - Аналогово-цифровое преобразование сигнала.

В следующем цикле через 125 мкс передаются сигналы относящиеся для другой пары разговорных каналов. Шестнадцать каналов образуют «сверхцикл», в течение которого производится однократная передача сигнальной информации для всех 30 разговорных каналов. Для определения номера цикла в сверхцикле в 16-ом временном канале нулевого цикла передается сверхцикловой синхросигнал, от которого ведется отсчет сигнальных каналов. Информация о набираемом номере уже передаются непосредственно по разговорному тракту.

Рисунок 2 – Цикловая структура 30-канальной цифровой системы.

Последние десятилетия характеризуются все более значительным воздействием компьютерных технологий на телефонию, что обусловило, в частности, появление новых идей в области протоколов межстанционной сигнализации. Новые системы сигнализации полностью удаляют сигнализацию из разговорного тракта, используя отдельное общее звено сигнализации, по которому передаются все сигналы для нескольких трактов. Эти системы сигнализации применяются уже на цифровых абонентских линиях, которые обладают рядом преимуществ: легкость мультиплексирования нескольких разговорных каналов по принципу временного уплотнения, простота кодирования.

Основная ориентация цифровых абонентских линий ISDN (Integrated Services Digital Network) – два вида доступа: базовый доступ и первичный доступ. Базовый доступ предоставляет пользователю два канала 64 Кбит/с, названых каналами В, и один канал 16 Кбит/с, названный каналом D; общая «информационная» скорость передачи составляет 144 Кбит/с. Каналы В независимы, обычно они используются для коммутации каналов, полупостоянных соединений и пакетной коммутации; канал D используется только для услуг пакетной коммутации и сигнализации между пользователем и сетью.

Первичный доступ (доступ по первичной скорости) – это доступ на скорости 2 Мбит/с, который представляет 30 каналов В со скоростью 64 Кбит/с каждый плюс канал D со скоростью 64 Кбит/с.

Важно понимать, что речь здесь идет о каналах доступа к услугам ISDN (услугам доставки информации, услугам предоставления связи и дополнительным услугам). Сами каналы услуг не предоставляют.

Принцип цифровой коммутации показан на рисунке 3.

Информация циклически записывается в информационное запоминающее устройство. Причем каждое кодовое слово (А,B,C и т.д.) записывается в отдельную ячейку памяти со своим адресом. Считывание уже происходит под управлением управляющей памяти, в которой записаны номера коммутируемых ячеек.

Рисунок 3 – Цифровая коммутация.

Указанное соединение подразумевает, что информация, поступающая во временном интервале B  пересылается во временном интервале D. Так как процесс преобразования речевого сигнала в цифровую форму принципиально означает четырехпроводный режим работы, то требуется и реализация обратного соединения путем пересылки информации из временного интервала D, во временной интервал B. Таким образом, каждое соединение требует выполнения двух пересылок информации, каждая включает преобразование и во времени и в пространстве