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,