Ступень временной коммутации
Блок или модуль, осуществляющий функцию временной коммутации цифрового сигнала (преобразование его временной координаты), называется временной ступенью коммутации или Т-ступенью (от time - время).
Пусть на вход коммутационного модуля с ИКМ линии поступают, а с выхода модуля уходят в ИКМ линию времяуплотненные ИКМ сигналы (рис. 2.2). За каждым канальным интервалом закреплен строго определенный ИКМ сигнал (речевой сигнал абонента). Например, абонент А закреплен за канальным интервалом 1 входящей ИКМ линии, а абонент В за канальным интервалом 15 исходящей. Информация об этом передается в сигнальном временном канальном интервале. Изменение порядка следования одного канального интервала. Иллюстрация принципа временной коммутации исходящей ИКМ линии по сравнению с входящей означает передачу речевой информации от одного абонента к другому. В этом и заключается принцип временной коммутации (иногда говорят о перестановке канальных интервалов или перемещении информации из канала в канал). Принцип временной коммутации иллюстрирует рис. 2.2, где показан один двухпроводный тракт (например, на передачу). Для осуществления разговора абонентов необходимо организовать такой же тракт на прием, т.е. разговорный тракт должен быть четырехпроводным.
Рис 2.2 Линия времяуплотненных ИКМ сигналов
Использование векторного представления цифровой коммутации (рис. 2.3) в координатах пространство-время позволяет несколько по-иному описать принцип временной коммутации.
Рис. 2.3. Векторное представление временной коммутации
Структурно ТГ-ступень характеризуется емкостью Т=N*M/К, где N - число входящих временных канальных интервалов в ИКМ линии; М — число канальных интервалов исходящей ИКМ линии; К - число бит в одном кодовом слове (иногда, это если значение известно заранее, записывают Т: N х М).
Т-ступени могут быть реализованы двумя способами: с помощью управляемых переменных линий задержки или с использованием цифровых запоминающих устройств (ЗУ). Схемы с использованием линий задержки отличаются простотой исполнения, но имеют существенный 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 Г-ступени цифровых коммутационных полей строятся только на ЗУ вследствие простоты и низкой стоимости реализации.
В самом общем виде Т-ступень содержит два ЗУ - речевое и управляющее (рис. 2.4). Речевое ЗУ предназначено для записи/считывания кодовых слов коммутируемых канальных интервалов, а управляющее содержит адреса записи/считывания для ячеек речевого ЗУ. Эти адреса записываются в управляющие ЗУ из управляющих устройств системы коммутации.
Рис. 2.4. Общая схема реализации Т-ступени
ЗУ Т-ступени могут работать в двух эквивалентных по результату коммутации режимах: «последовательная запись/произвольное считывание» и «произвольная запись/ последовательное считывание».
1) В режиме последовательной записи/произвольного считывания (рис. 2.5) происходит последовательная запись кодовых слов в речевое ЗУ по сигналам специально организованного счетчика номеров ячеек ЗУ и произвольное считывание из речевого ЗУ по адресам, получаемым либо из управляющего ЗУ, либо из управляющего устройства. В этом случае определенные ячейки памяти закрепляются за соответствующими каналами входящей ИКМ линии. Информация каждого входящего временного интервала запоминается в последовательных ячейках памяти, что обеспечивается увеличением на единицу содержимого счетчика на каждом временном интервале. Пусть информация из канального интервала 2 должна бить передана в канальный интервал 3. По синхронизирующему сигналу станции, совпадающему с началом канального интервала 0, счетчик речевого ЗУ обнуляется. (Здесь предполагается, что структура цикла времяуплотненного группового сигнала внутри Г-ступени остается такой же, как и в ЦСП. В реальных системах коммутации такого ограничения может не быть. Кроме того, канальные интервалы 0 и 16 внутри коммутационного поля могут использоваться для целей передачи внутристанционных сигналов и являться обычными коммутируемыми каналами). С помощью последовательного увеличения значения счетчика, формирующего адреса речевого ЗУ, кодированные отсчеты всех каналов цикла записываются в это ЗУ. Тем самым реализуется режим последовательной записи в речевом ЗУ.
В следующем цикле осуществляется режим произвольного считывания. Для этой цели вновь организуется счетчик адресов управляющего ЗУ. Данные адреса записываются в управляющее ЗУ центральным управляющим устройством АТС и определяют адрес считывания для речевого ЗУ. Для рассматриваемого примера при Сч = 3 будет считан адрес 2, сигнал считывания подан по адресу 2 в речевое ЗУ, и информация канала 2 попадет в канальный интервал 3. Тем самым будет реализован режим произвольного считывания речевого ЗУ.
Рис.2.5. Иллюстрация работы Г-ступени.
Режим «последовательная запись/произвольное считывание»
2) В режиме «произвольной записи/последовательного считывания» (рис. 2.6) происходит произвольная запись в речевое ЗУ кодовых слов по адресам, вырабатываемым управляющим ЗУ или управляющим устройством системы, и последовательное считывание по сигналам счетчика. В этом случае поступающая на вход информация записывается в ячейки речевого
ЗУ в соответствии с адресом, хранящимся в управляющей памяти, а считывание информации производится последовательно - ячейка за ячейкой под управлением счетчика исходящих временных интервалов. В нашем примере информация, принятая в течение временного интервала 2, записывается непосредственно в речевое ЗУ по адресу 3, откуда автоматически считывается в исходящий канал с номером 3 исходящей ИКМ линии.
Рис. 2.6. Иллюстрация работы Т-ступени. Режим «произвольная запись/последовательное считывание»
Выбор режима работы Т-ступени зависит от конкретной реализации коммутационного поля.
Пусть Т-ступень имеет параметры Т: NxN/К. Здесь К - длина кодового слова. Тогда количество канальных интервалов, которое может быть скоммутировано Т-ступенью, рассчитывается по формуле:
где Тч - время цикла ИКМ линии (мкс); Р -- в ЗУ бит; t4 - время цикла ЗУ (мкс); А - к речевому ЗУ.
Анализ этой формулы показывает, что емкость Т-ступени можно увеличить тремя способами:
1) параллельной обработкой кодового слова канального интервала (Р = 8 для стандартного ИКМ преобразования, хотя в ряде цифровых коммутационных полей длина кодового слова может быть увеличена);
2) сокращением времени цикла ЗУ;
3) уменьшением значения параметра А.
Применение параллельной коммутации кодовых слов позволяет в общем случае в К раз увеличить емкость Т-ступени при всех прочих равных условиях.
Оценим возможность увеличения емкости Т-ступени путем уменьшения времени Tч. Пусть ЗУ имеет t4 = I не (отметим, что такое ЗУ является сверхскоростным). При параллельной обработке кодовых слов максимальная емкость Т-ступени с таким ЗУ составляет свыше 62 000 канальных интервалов, что соответствует станциям большой и средней емкости. Однако стоимость таких сверхбыстродействующих ЗУ чрезвычайно велика, поэтому реально используемая емкость Т-ступени равна обычно 128x128, 512x512 или 1024x1024 канальных интервалов. Для реализации цифровых коммутационных полей большой емкости используют многозвенный метод соединения Г-ступеней.
Рис. 2.7. Режим раздельной записи/считывания
И, наконец, рассмотрим третий фактор возможного увеличения емкости Г-ступени: различные способы организации доступа к ЗУ. Параметр А учитывает увеличение быстродействия ЗУ за счет изменения организации доступа к нему по сравнению с основной схемой (рис. 2.4).
Основная схема Т-ступени характеризуется тем, что в ней поле ячеек речевого ЗУ является общим для всех канальных интервалов входящей ИКМ линии и, кроме того, это речевое ЗУ последовательно работает на запись и на считывание. Для такой схемы А - 4.
В Т-ступенях цифровых телефонных систем наибольшее применение нашла другая схема, работающая в режиме разделения записи и считывания (рис. 2.7).
Для реализации этого режима требуются два речевых ЗУ, в одно из которых записываются кодовые слова, а из другого считываются, после чего в этих ЗУ изменяются режимы. На рисунке условно показаны ключи, которые попеременно подсоединяют к входящей ИКМ линии, исходящей ИКМ линии, к управляющей памяти, счетчику и контроллеру разрешения записи оба речевых ЗУ.
На рис. 2.8 показаны временные диаграммы работы рассматриваемой Г-ступени. Во время первого (Т0) цикла, входные речевые кодовые слова в параллельной форме записываются в речевое ЗУ1, а исходящие речевые слова считываются из речевого ЗУ2. Входные речевые кодовые слова (A0B0C0D0...) последовательно записываются в ячейки речевого ЗУ1 согласно последовательным, адресам (1, 2, 3, 4, ...), задаваемым счетчиком. Запись производится по сигналам, формируемым контроллером разрешения записи. Исходящие речевые кодовые слова (C.|B.,D.,A.i...) считываются из речевого ЗУ2 с использованием адресов коммутации, получаемых из управляющего ЗУ (на рис. 2.7 эти адреса помечены цифрами 3, 2, 4, 1,...). В следующий (Тi) цикл, входные кодовые слова будут записываться в речевое ЗУ2, а считываться из речевого ЗУ 1.
Рис. 2.8. Временные диаграммы работы Т - ступени, реализующей принцип разделения записи/считывания
Для Т-ступеней, реализующих режим разделения записи и считывания, число А равно 2, т.е. благодаря этому режиму удается в два раза увеличить емкость Т-ступени по сравнению с основной схемой фактически за счет удвоения емкости речевого ЗУ.
Быстродействие Т-ступени с раздельными записью/считыванием ограничивается скоростью записи в ЗУ, так как для записи требуются три сигнала (входные речевые кодовые сигналы, последовательный адрес записи и сигнал разрешения записи), а для считывания -два сигнала (исходящие речевые кодовые сигналы, адрес коммутации). В связи с тем, что режим «раздельная запись/раздельное считывание» реализуется так, что общее время записи равно времени считывания, быстродействие Т-ступени определяется временем процедуры записи. Однако возможен иной режим работы Т-ступени, который получил название «медленная запись/быстрое чтение», и позволяющий значительно увеличить ее быстродействие. При этом, как правило, требуется уже три речевых ЗУ, работа которых может быть построена по принципу, например, парной записи, т.е. в первом цикле Т0 происходит разделение входных кодовых слов и запись их одновременно в ЗУ1 и ЗУ2 (например, слов Ао, С0 в ЗУ1, а В0 и D0 - в ЗУ2). Аналогично в цикле Т1 осуществляется запись в ЗУ2 и ЗУЗ, в цикле Т2 - в ЗУ 1 и ЗУЗ.
В То цикле из речевого ЗУЗ производится считывание кодовых слов согласно адресам управляющего ЗУ. Эти кодовые слова были записаны в двух предыдущих циклах Т1 и Т2(это могут быть слова A.t, Вt, Сt, Dt). В T1 цикле считывание осуществляется из речевого ЗУ1, а в Т2 цикле - из ЗУ2. Быстродействие такой Т-ступени определяется временем считывания из речевого ЗУ, которое значительно меньше времени записи в ЗУ.
Из всех рассмотренных схем Т-ступени минимальный объем речевого ЗУ имеет основная схема. Увеличение быстродействия Т-ступени путем изменения режима доступа приводит к увеличению объема речевого ЗУ. Так, для реализации режима «медленная запись/быстрое чтение» требуются уже три речевых ЗУ. Однако, быстрое снижение стоимости ЗУ в последние годы делают экономически обоснованным применение таких Т-ступеней.
Недостатком модуля временной коммутации является то, что он способен коммутировать каналы только одной цифровой линии. Поэтому для коммутации N ИКМ линий необходимо N модулей. А для организации соединения между собой разных ИКМ линий последовательно с ним необходимо включение дополнительного оборудования - блоков пространственной или пространственно-временной коммутации.