Ступень пространственной коммутации

Блок или модуль цифрового коммутационного поля, осуществляющий пространственную коммутацию цифрового сигнала (преобразование его пространственной координаты), называ­ется пространственной ступенью коммутации или S-ступенью (от space — пространство).

Суть преобразования пространственной координаты цифровых сигналов состоит в том, чтобы переместить данное кодовое слово из одной ИКМ линии в другую с сохранением по­рядка следования кодового слова в структурах циклов обеих линий (рис. 2.9).

Векторное представление такого преобразования показано на рис. 2.10.

 

Рис. 2.10. Векторное представление пространственной коммутации

 

Структурно S-ступень описывается с помощью трех чисел: NxM/ К, где N, М - количе­ство входящих и исходящих ИКМ линий; К - число канальных интервалов в каждой из ИКМ линий. Если известна величина К (например, ИКМ-30), то структурно S-ступень ха­рактеризуется двумя числами: NxM.

Поясним принцип преобразования пространственной координаты цифрового сигнала, использовав для этого условную коммутационную матрицу (рис. 2.11). Матрица состоит из вертикальных и горизонтальных шин и элементов «И» (электронные ключи).

Пусть в некоторые канальные интервалы (например, КИ1 и КИ2) необходимо переда­вать кодовые слова из первой входящей ИКМ линии, которая включена в первую горизон­тальную шину, во вторую и в N-ую исходящие ИКМ линии, которые включены во вторую и в N-ую вертикальные шины соответственно. В заданное время управляющее устройство (на рис. 2.11 не показано) включает соответствующие ключи, посылая сигналы управления у\₂ и У\„, и кодовое слово во время КИ1 из первой входящей ИКМ линии попадает во вторую ис­ходящую ИКМ линию, а во время КИ2 - в N-ую исходящую ИКМ линию. Каждый ключ ос­тается открытым только на время длительности одного канального интервала. Понятно, что для обеспечения нормальной работы такой матрицы необходимо, чтобы в каждый момент времени работал только один ключ на каждой вертикали.

 

 

Рис. 2.11. Пример работы пространственной коммутационной матрицы

 

Если пространственная коммутационная матрица строится для параллельной передачи 8-битового кодового слова, то понадобятся 8 горизонталей и 8 вертикалей для одного кодо­вого слова.

Подчеркнем, что переключение ключевых элементов в матрице производится в темпе поступления кодовых слов.

 

 

Рис. 2.12. Представление S-ступени в виде комбинационного автомата

 

Анализ работы пространственной коммута­ционной матрицы показывает, что сигнал на входе этой матрицы в каждый момент времени определяется только значением входного сигна­ла и управляющего сигнала и не зависит от того, что было на этих входах в предыдущий момент. Следовательно, матрица представляет собой комбинационный автомат (рис. 2.12) с N инфор­мационными входами, М информационными выходами и NxM точками коммутации, работа которых определяется управляющей частью.

Комбинационная часть S-ступени может быть реализована различными способами: на электронных ключах (рис. 2.13, а), на инте­гральных схемах средней степени интеграции -мультиплексорах и демультиплексорах (рис. 2.13, б и в), или на БИС матричной струк­туры - программируемых логических матрицах (ПЛМ)(рис.2.13,г).

 

 

Рис. 2.13. Примеры исполнения комбинационной части S-ступени

 

 

Управляющая часть S-ступени (иногда ее называют блоком адресной информации) предназначена для выработки адресов входа и выхода, которые должны быть скоммутированы (точнее, адресов коммутационных элементов коммутационной матрицы). Эти адреса должны заноситься в блок адресной информации и храниться в нем до окончания соедине­ния. Поэтому управляющая часть S-ступени строится на базе ЗУ (будем называть его управляющим ЗУ), в которое из управляющих устройств системы поступают сигналы управления. Объем памяти и структура управляющего ЗУ (УЗУ) определяется построением коммутационной матрицы и параметрами N и М. При реализации коммутационной матрицы на электронных ключах каждой точке коммутации необходим свой управляющий вход, и их количество будет равно произведению N х М. При реализации коммутационной матрицы на мультиплексорах/демультиплексорах число управляющих входов уменьшается, поскольку управляющие сигналы передаются в кодированном виде. И, наконец, построение коммута­ционной части на ПЛМ позволяет еще более сократить число управляющих входов.

Управление процессом коммутации может быть организовано по принципу «управле­ние по выходам» или «управление по входам». В первом случае в ячейки памяти УЗУ зано­сятся адреса исходящих цифровых линий, которые должны быть скоммутированы с кон­кретной входящей линией (для коммутационной матрицы, изображенной на рис. 2.11 - управление по строкам). Во втором случае в ячейки памяти УЗУ заносятся адреса входящих цифровых линий, которые должны быть скоммутированы с конкретной исходящей линией (для коммутационной матрицы, изображенной на рис. 2.11 - управление по столбцам).

Цифровые КП, построенные на модулях пространственной коммутации, очень широко использовались на первых этапах создания цифровых АТС, ввиду простоты исполнения и недорогой реализации. Однако недостаток пространственного коммутатора, в котором коммутируется только один одноименный канал всех входящих и исходящих ИКМ линий (что означает блокировки при соединении разноименных каналов), привел к тому, что в на­стоящее время эти модули используются только в сочетании с коммутационными модулями других типов.

2.4. Ступень пространственно-временной коммутации

Блок, или модуль (иногда его называют матрицей), реализующий пространственно-временное преобразование координат цифрового сигнала, называется S/T-ступенъю.

Пусть на блок, реализующий пространственно-временную коммутацию, поступают цифровые потоки от двух ИКМ линий (для определенности примем, что по каждой линии передаются цифровые сигналы, имеющие структуру цикла ИКМ-30) (см. рис. 2.14).

Все сигналы ИКМ линий синхронизированы по циклам. Согласно адресной информа­ции, поступающей в управляющее устройство блока в 16-м канальном интервале, необхо­димо установить соединение абонента А с абонентом В. В адресе указано, что речевая ин­формация от абонента А передается в i-м канальном интервале ИКМ линии 1, а абоненту В предоставлен j-й канальный интервал ИКМ линии 2. Принцип пространственно-временной коммутации канальных интервалов в прямом и обратном направлениях иллюстрирует рис. 2.14. Как видно из рисунка, для передачи речевой информации из i-гo канального интервала ИКМ линии 1 в j-й канальный интервал ИКМ линии 2 (от абонента А к абоненту В) необходимо задержать эту информацию на время т_3i. В то же время сигнал, передаваемый в j-м канальном интервале линии 2, должен быть задержан на время т₃2, и передан в i-м канальном интервале сле­дующего цикла линии 1. Таким образом, передача рече­вой информации в прямом и обратном направлениях должна происходить в разных циклах.

 

 

Рис. 2.14. Иллюстрация принципа пространственно- временной коммутации

 

Рис. 2.15. Векторное представление пространственно- временной коммутации

 

Векторное представление пространственно-времен­ной коммутации показано на рис. 2.15.

Структурными параметрами S/T-ступени являются число N входящих цифровых линий с С1 временными канальными интервалами каждая, а также число М исходящих цифровых линий с С2 вре­менными канальными интервалами каждая - S/T= (N/C1) x (M/C2).

Возможны несколько способов построения S/T-ступеней. Наиболее часто применяются три основных: координатный способ построения; использование мультиплексоров и демультиплексоров; использование кольцевых соединителей.

1. Координатный способ построения

Суть метода иллюстрирует рис. 2.16. Схемы речевых ЗУ образуют условную матрицу, разделенную на строки и столбцы. Запись кодовых слов производится одновременно в ре­чевые ЗУ вертикали (или горизонтали) матрицы, отвечающие за входящие цифровые линии. Считывание осуществляется по горизонтали (или вертикали) матрицы в ту исходящую цифровую линию, с которой необходимо осуществить коммутацию.

В качестве примера реализации S/T-ступени по координатному принципу рассмотрим блок пространственно-временной коммутации цифровой ЭАТС 200 (в технической доку­ментации ступень названа блоком временной коммутации).

Структурные параметры блока - S/T: (32/32)х(32/32). Структурная схема модуля пред­ставлена на рис. 2.17, где SWM - модуль коммутации; s/p, p/s - преобразователи последова­тельного кода в параллельный и обратно, MPTL - блок формирователя синхроимпульсов, SWCM - блок управляющего ЗУ, SWCL - блок тактирования.

Преобразователи s/p, p/s кроме преобразования кодов выполняют функции соответст­венно модулей приема и передачи. Блок коммутации может состоять из нескольких моду­лей пространственно-временной коммутации SWM, которые располагаются в виде услов­ной матрицы. При этом блок управления также будет состоять из нескольких модулей управляющих ЗУ SWCM, управляющих группой модулей SWM (как правило, условной го­ризонталью).

 

Рис. 2.16. Координатный способ построения S/T-ступени

 

 

Рис. 2.17. Структурная схема блока пространственно-временной коммутации ЭАТС 200

 

Структурная схема модуля коммутации SWM представлена на рис. 2.18. Как видно из рисунка, входящие ИКМ линии разбиты на две группы (по 16 линий в каждой). На две группы разбиты и исходящие ИКМ линии. Такое разбиение позволило в два раза снизить скорость записи/считывания ЗУ с произвольной выборкой (ЗУПВ). Однако это привело к тому, что для передачи кодового слова из любой входящей в любую исходящую ИКМ ли­нию требуется записать это слово в два ЗУПВ (например, в ЗУПВ1 и ЗУПВЗ для первой группы входящих ИКМ линий).

Емкость каждого ЗУПВ равна 16x32 = 512 кодовых слов (при 8-битовом кодовом сло­ве), т.е. емкость ЗУПВ позволяет записать все кодовые слова цикла всех 16 входящих ИКМ линий.

Кодовые слова входящих ИКМ линий, поступающие в параллельной форме из преоб­разователя s/p, подаются в регистры приема по четырем входным шинам (ВШ). За каждой шиной закреплены определенные входящие ИКМ линии (табл. 2.1):

 

Таблица 2.1. Распределение ИКМ линий

 

Входная шина			Входящая ИКМ линия
			4 6 8 10
			5 7 9 11
			20 22 24 26
			21 23 25 27

Кодовые слова входящих ИКМ линий записываются в обе половины ЗУПВ (ЗУПВ1 и ЗУПВЗ, ЗУПВ2 и ЗУПВ4) согласно адресам записи, сформированным блоком MPTL, кото­рый выполняет роль счетчика. Тем самым реализуется режим последовательной записи. За время длительности кодового слова (3,9 мкс) в обе половины ЗУПВ будет записано по ко­довому слову из каждой входящей ИКМ линии.

 

 

Рис. 2.18. Структурная схема платы SWM

ЗУПВ 512x8 - ЗУ с произвольной выборкой 512x8 бит; R/W- сигнал записи в ЗУ временной коммутации (SWM); ВШ1,..., ВШ4 - входные шины; CAI, CA2 - селекторы адреса

 

В табл. 2.2 приведен порядок записи кодовых слов каждой входящей ИКМ линии. На­пример, если осуществляется запись кодового слова нулевого временного канального ин­тервала каждой ИКМ линии, то при t = 1 в ЗУПВ 1 и ЗУПВЗ по адресу 0 будут записаны че­тыре бита из нулевой входящей ИКМ линии, а по адресу / - четыре бита из первой, в ЗУПВ2 и ЗУПВ4 по адресу 16 будут записаны четыре бита из шестнадцатой входящей ИКМ линии, а по адресу 17 - четыре бита из семнадцатой. В следующий момент (t = 2) по тем же адресам записываются оставшиеся четыре бита кодовых слов.

 

Таблица 2.2. Порядок записи кодовых слов

 

Момент времени t	ИКМ линия	Биты записи
	0, 1, 16, 17	1..	..4
	0, 1, 16, 17	5..	.8
	2,3, 18, 19	1..	..4
	2,3, 18,19	5..	..8
	4, 5, 20, 21	1..	..4
	4,5,20,21	5..	..8
	6, 7, 22, 23	1..	..4
	6, 7,22,23	5..	..8
	8, 9, 24, 25	1..	..4
	8, 9, 24,25	5..	..8
	10, 11,26,27	1..	..4
	10,11,26,27	5..	..8
	12, 13,28,29	1..	..4
	12, 13, 28, 29	5..	..8
	14, 15,30,31	1..	..4
	14, 15,30,31	5..	..8

Рис. 2.19. Считывание адреса коммутации

 

Рис. 2.19 иллюстрирует процесс считывания адреса коммутации из ЗУ, который управля­ет считыванием информации из речевых ЗУПВ. Этот адрес вырабатывается управляющими устройствами АТС по полученному номеру вызывающего и номеру вызываемого абонентов.

Адреса коммутации (адреса считывания) из управляющего ЗУ SWCM

ВА - адрес записи/считывания, СР80 - тактовый сигнал 8,192 МГц,

ОС - выбор адреса записи/считывания, CPL - разрешение считывания адреса

В табл. 2.3 указан порядок считывания адресов коммутации. Например, если необходи­мо установить соединение, при котором данное кодовое слово должно быть передано в за­данном временном канальном интервале в четвертую исходящую ИКМ линию, то считыва­ние будет производиться в момент t=16 согласно адресу коммутации, содержащемуся в се­лекторе адреса 2 (этот адрес указывает, в какой ячейке ЗУПВ записаны 8 бит кодового сло­ва заданной входящей ИКМ линии).

Таблица 2.3. Порядок считывания адресов коммутации

 

Момент временн	Адрес селектора	Момент временн	Адрес селектора
	первого	второго		первого	второго
		6

 

Считанные из ЗУПВ кодовые слова подаются в регистры передачи, а затем в преобразователи p/s. Запись и считывание в регистры приема, ЗУПВ и в регистры передачи,