Лекции - Сети связи и системы коммутации. Сети связи и системы коммутации

• Название: Сети связи и системы коммутации
• Дата: 05.05.2022
• Размер: 5.1 Mb.
• Имя файла: Лекции - Сети связи и системы коммутации.doc
• Тип: Учебное пособие; #513034
• страница: 7 из 18

Рисунок 3.1 – Уровни звукового давления

3.1.2 Состав телефонного аппарата

В состав телефонного аппарата входят разговорные, вызывные приборы, номеронабиратель, рычажный переключатель (рисунок 3.2).
Рисунок 3.2– Структурная схема телефонного аппарата
В разговорную часть схемы телефонного аппарата входят электроакустические преобразователи: микрофон и телефон. Преобразование акустических сигналов в электрические выполняют микрофоны, а обратное преобразование – телефоны. Конструктивно микрофон и телефон объединены в микротелефонную трубку.

Вызывная часть схемы служит для приема вызывного сигнала с коммутационной станции. В качестве вызывных приборов могут использоваться звонок переменного тока или приемник тонального вызова. В режиме ожидания вызова со станции телефонный аппарат не потребляет электроэнергию, т.к. цепь постоянного тока разомкнута за счет включения конденсатора в вызывную цепь.

Рычажный переключатель обеспечивает поочередное подключение к абонентской линии вызывных и разговорных приборов.

Номеронабиратель передает на станцию адресную информацию – номер вызываемого абонента. В схему телефонного аппарата включаются импульсные и шунтирующие контакты номеронабирателя (ИК и ШК). ИК формируют сигналы набора номера, а ШК шунтируют разговорную часть схемы на время передачи цифры для того, чтобы она не влияла на параметры передаваемых сигналов.
3.1.3 Структурная схема кнопочного телефонного аппарата

В схему входят следующие основные узлы (рисунок 3.3):

1) вызывное устройство (ВУ) – предназначено для приема вызывных сигналов со станции и преобразования его в звуковые колебания;

2) диодный мост – исключает влияние полярности напряжения линий на схему телефонного аппарата;

3) схема «отбой» – осуществляет начальную установку интегральной схемы номеронабирателя;

4) рычажный переключатель SB – отключает питание схемы телефонного аппарата при положенной на рычаг микротелефонной трубке;

5) времязадающие элементы генератора – определяют частоту внутреннего тактового генератора, от которой зависят все временные параметры сигналов, вырабатываемых интегральной схемой номеронабирателя (частота набора, длительность импульсов и межцифровой интервал);

6) схема питания интегральной схемы номеронабирателя – обеспечивает питание микросхемы во время набора номера и поддержку питания оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) при положенной на рычаг трубке;

7) микросхема номеронабирателя (ИС НН) выполняет следующие функции:

а) опрос клавиатуры;

б) формирование сигналов набора номера, управляющих работой импульсного ключа (ИК);

в) формирование сигнала отключения разговорной части во время набора номера, управляющего работой разговорного ключа (РК);

г) запоминание последнего или нескольких набираемых номеров;

8) импульсный ключ (ИК) – формирует импульсы набора для передачи в линию;

9) разговорный ключ (РК) – отключает разговорную часть на время прохождения импульсного набора;

10) Rн - резистор нагрузки линии, исключающий ее замыкание накоротко во время формирования импульсов набора;

11) телефонный усилитель – усиливает речевой сигнал до уровня нормальной слышимости и согласует сопротивление линии с сопротивлением звукоизлучающего элемента BF (телефона);

12) микротелефонный усилитель – усиливает сигнал микрофона;

13) противоместная схема – устраняет местный эффект (прослушивание голоса говорящего в собственном телефоне);

14) клавиатура выполняет функцию датчика импульсов.

При снятии трубки рычажный переключатель SB подключает телефонный аппарат к линии АТС. В результате образования делителя напряжение на линейных зажимах снижается до величины 5-15 В. При этом схема «отбой», вследствие подачи напряжения в схему, осуществляет начальную установку интегральной схемы (ИС) номеронабирателя (НН) – режим готовности к набору номера.



Рисунок 3.3 – Структурная схема телефонного аппарата отечественного производства
В режиме готовности к набору номера ИС НН вырабатывает сигнал управления импульсным и разговорным ключом (ИК и РК). В результате разговорный узел, состоящий из микрофонного, телефонного усилителей и противоместной схемы, посредством разговорного ключа подключается к линии и в трубке прослушивается «Ответ станции». Импульсный ключ находится в разомкнутом (закрытом) состоянии. При нажатии кнопок клавиатуры ИС НН формирует последовательность импульсов, управляющих работой импульсного и разговорного ключей. Импульсный ключ замыкает линию накоротко и размыкает ее, формируя посылки постоянного тока, управляющие работой АТС. Разговорный ключ отключает разговорный узел от общего провода на время .следования посылок набора номера, что устраняет неприятные щелчки в трубке телефона при наборе номера. По окончании набора разговорный ключ вновь подключают разговорный узел и в трубке слышны тональные посылки АТС, свидетельствующие об окончании процесса соединения и поступления на линию вызываемого абонента посылок вызывного сигнала. При снятии абонентом трубки слышится голос. По окончании разговора, трубка укладывается на рычаг. Рычажный переключатель SB размыкает цепь постоянного тока и схема телефонного аппарата переходит в дежурный режим. В дежурном режиме схема питания микросхемы обеспечивает подпитку ОЗУ ИС НН, в котором хранится последний набранный номер, схема «отбой» запрещает набор номера с клавиатуры с целью сохранения последнего набранного номера, а вызывное устройство готово к приему сигнала вызова АТС.

При поступлении сигнала вызова от АТС, вызывное устройство вырабатывает звуковые сигналы, информирующие о вызове. До снятия трубки схема телефонного аппарата находится в дежурном режиме. При снятии трубки ИС НН устанавливается в исходное состояние с той лишь разницей, что вместо сигнала «Ответ станции» слышится голос вызывающего абонента. При кратковременном нажатии на рычажный переключатель или нажатии кнопки «отбой» на наборном поле клавиатуры, происходит размыкание цепи постоянного тока и телефонный аппарат переводится в исходное состояние.
3.2 Базовая структура сети абонентского доступа
3.2.1 Структура типовой абонентской сети

Типовая абонентская линия может быть организована одним из следующих способов:

1. 
   индивидуальная двухпроводная физическая цепь, которая может содержать участки кабеля с разным диаметром жил;
   
2. 
   двухпроводная физическая цепь, используемая двумя оконечными устройствами (спаренное включение);
   
3. 
   индивидуальный канал, организованный малоканальной системой передачи (система АВУ – абонентская высокочастотная установка; ЦСПАЛ цифровая система передачи по абонентской линии).
   

Типовая абонентская сеть имеет комбинированную систему построения (рисунок 3.4), то есть использует сочетание двух принципов организации абонентского доступа:

1) «шкафная система»;

2) «прямое питание».



Рисунок 3.4 – Типовая структура абонентской сети
Вышеперечисленные варианты не могут рассматриваться как перспективные направления развития абонентских сетей из-за низкой надежности и невысокого качества передачи информации на участке между оконечными устройствами и коммутационной системой.

Абонентские линии представляют собой один из самых дорогостоящих элементов телекоммуникационной сети и, одновременно, тот уровень в иерархии сети, который используется наименее эффективно. Стоимость абонентской сети составляет 32% от стоимости на создание и эксплуатацию местной сети. Стоимость абонентской сети может быть снижена нескольким способами:

1. 
   уменьшением длины абонентских линий;
   
2. 
   максимальным доведением цифрового потока до оконечного устройства;
   
3. 
   применением новых технологий абонентского доступа.
   

К перспективным технологиям абонентского доступа относятся:

• 
  доступ посредством индивидуальных двухпроводных абонентских линий;
  
• 
  доступ посредством цифровых абонентских линий;
  
• 
  доступ через выносные устройства (концентраторы, мультиплексоры);
  
• 
  доступ посредством индивидуальных абонентских линий, образованных радиоудлинителя (радиоудлинитель – совокупность приемника и передатчика для создания одной АЛ, включенной в абонентский комплект коммутационной системы);
  
• 
  доступ посредством оборудования для организации беспроводного доступа;
  
• 
  доступ посредством основного или первичного доступа ЦСИО (цифровая сеть с интеграцией обслуживания);
  

• 
  доступ посредством оптического кабеля (сеть оптического доступа).
  

3.2.2 Базовая структура сети доступа

Сеть доступа (AN - AccessNetwork) – совокупность абонентских линий и станций местной сети обеспечивающая доступ абонентских терминалов (оконечных устройств) к транспортной сети, а также местную связь без выхода на транспортную сеть.

Базовая структура сети доступа показана на рисунке 3.5.

К абонентскому оборудованию относятся терминальные устройства ТЕ (оконечные устройства) и сетевые окончания NT (Network Termination), которые обеспечивают электрическую связь ТЕ со станционным оборудованием по физической линии.

В современную сеть доступа включаются следующие виды ТЕ:

1. 
   ТЕ фиксированной связи:
   

• 
  ТА различных классов (с дисковыми и кнопочными номеронабирателями, ТА с дополнительными возможностями, многофункциональные ТА);
  
• 
  ТЕ факсимильной связи;
  
• 
  модем-компьютер;
  
• 
  ТА беспроводного доступа (аналогично абонентской станции сети подвижной связи;
  
• 
  системные ТА.
  

2) ТЕ подвижной связи:

• 
  бесшнуровые ТА;
  
• 
  абонентские станции сети подвижной связи;
  
• 
  радиотелефоны (через радиоудлинители).
  

Сеть абонентского доступа (САД) ограничивается участком между сетевым окончанием NT и центральным узлом распределения сообщений (CDN - Center Distribution Node), который может включать в себя, помимо абонентских линий, распределительную сеть, если абонентское оборудование включено в выносное устройство NU (Network Unit).

Линия передачи абонентская проходит через всю сеть доступа и соединяет абонентское оборудование с узлом предоставления услуг SN (Services Node) транспортной сети.

Современная концепция управления телекоммуникационной системой предполагает наличие системы управления TMN (Telecommunication Management Network), которая обеспечивает управление сетью доступа и услугами.



Рисунок 3.5 – Базовая структура сети доступа
Вопросы для самоконтроля:

1. 
   Какие характеристики относятся к энергетическими характеристиками звукового поля?
   
2. 
   Какими частотами ограничивается спектр речи?
   
3. 
   В каких единицах измеряется уровень звукового давления?
   
4. 
   Что такое область болевых ощущений?
   
5. 
   Чему равен порог болевого ощущения?
   
6. 
   Что такое порог слышимости?
   
7. 
   Какие устройства входят в состав телефонного аппарата?
   
8. 
   Назначение микрофона?
   
9. 
   Назначение телефона?
   
10. 
    Назначение рычажного переключателя?
    
11. 
    Назначение номеронабирателя?
    
12. 
    Чем вызвана необходимость включения диодного моста во вход электронного ТА?
    
13. 
    Назначение противоместной схемы?
    
14. 
    Какими способами может быть организована типовая абонентская линия?
    
15. 
    Какими способами может быть снижена стоимость абонентской линии?
    
16. 
    Какие технологии абонентского доступа относятся к перспективным?
    
17. 
    Назначение сети доступа?
    
18. 
    Какие устройства относятся к абонентскому оборудованию?
    
19. 
    Какие виды ТЕ могут включаться в сеть доступа?
    
20. 
    Каким участком ограничивается сеть доступа?
    

4 ОСНОВЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОММУТАЦИИ
4.1 Структура системы коммутации
Система коммутации – комплекс оборудования, предназначенный для приема и распределения поступающей информации по направлениям связи.
Таблица 4.1 – Классификация коммутационных систем

Классификационный признак	Коммутационная система
Тип коммутационного и управляющего оборудования	декадно-шаговые координатные квазиэлектронные электронные
Форма представления сигналов	аналоговые цифровые
Вид передаваемой информации	телефонные телеграфные передачи данных вещания
Место, занимаемое в телекоммуникационной сети	центральные узловые оконечные транзитные узлы входящих сообщений (УВС) узлы исходящих сообщений (УИС)
Территориальное деление	междугородные городские сельские учрежденческие
Емкость	малой емкости средней емкости большой емкости
Разделение каналов	с пространственным разделением с временным разделением
Способ коммутации	коммутация каналов коммутация пакетов коммутация сообщений

Для выполнения своих функций коммутационная система должна иметь в своем составе следующие виды оборудования (рисунок 4.1):

1. 
   Блоки абонентских линий (БАЛ) осуществляют подключение абонентских линий (АЛ) к системе.
   
2. 
   Блоки соединительных линий (БСЛ), к которым через КСЛ (комплекты соединительных линий) происходит подключение соединительных линий (СЛ) для связи с другими коммутационными системами.
   

3) Коммутационное поле (КП) осуществляет коммутацию входящих линий с исходящими. Коммутационное поле может быть построено на основе пространственного разделения каналов и тогда в качестве коммутационных элементов используются многократные координатные соединители (МКС), герконовые реле, ферриды. Коммутационное поле с временным разделением каналов строится на основе применения импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) и использует в качестве элементов полупроводниковые запоминающие устройства и логические интегральные микросхемы.

4) Система управления (СУ) – выполняет все логические функции по управлению процессами установления соединений.

5) Генераторное оборудование – осуществляет формирование акустических сигналов.

Рисунок 4.1 – Обобщенная структура коммутационной системы
4.2 Элементная база систем коммутации
Под коммутацией понимается любой вид переключения электрических цепей (замыкание, размыкание, переключение с одной цепи на другую). Для реализации процесса коммутации применяются коммутационные приборы. Коммутационным прибором называется устройство, обеспечивающее замыкание, размыкание и переключение электрических цепей, подключенных к его входам и выходам, при поступлении управляющего сигнала 23. Замыкание или размыкание электрической цепи в коммутационном приборе осуществляется коммутационным элементом, который в простейшем случае представляет собой один контакт на замыкание.

К коммутационному прибору могут подключаться линии с различной проводностью, которая определяется количеством одновременно коммутируемых проводов. Для коммутации линий с различной проводностью (двух-, трехпроводные и т. д) требуется несколько коммутационных элементов, которые объединяются в коммутационную группу, элементы которой переключаются одновременно под воздействием управляющего сигнала. В коммутационном приборе в зависимости от числа подключаемых линий может быть установлено различное число коммутационных групп. Совокупность коммутационных групп, обеспечивающих коммутацию входов и выходов, называется коммутационным полем прибора. Местоположение коммутационной группы в коммутационном поле прибора называется точкой коммутации.

Цикл работы коммутационного прибора (рисунок 4.2) состоит из трех фаз:

1. 
   фаза срабатывания (замыкания), длительность которой определяется временем переключения прибора из нерабочего состояния в рабочее и зависит от конструктивных особенностей и схемы включения управляющих цепей;
   
2. 
   фаза удержания (активное состояние), длительность которой зависит от функций прибора;
   

3) фаза выключения (отпускания), длительность которой определяется скоростью возврата прибора в нерабочее состояние и зависит от конструкции прибора и схемы включения управляющих цепей.


Рисунок 4.2 – Цикл работы коммутационного прибора

Коммутационные приборы могут быть классифицированы по следующим признакам:

1. 
   по назначению:
   

• 
  коммутация цепей управления (реле);
  
• 
  коммутация трактов в поле (искатели, соединители различных типов);
  

2) по способу удержания точки коммутации в рабочем состоянии:

• 
  механическое удержание;
  
• 
  электрическое (магнитный поток создается током, протекающим по обмоткам прибора);
  
• 
  магнитное (магнитный поток для удержания создается либо постоянным магнитом, либо за счет остаточной индукции сердечника или контактных пружин).
  

Коммутационные приборы характеризуются структурными, электрическими и временными параметрами.

К структурным параметрам относятся:

• 
  число входов n;
  
• 
  число выходов m;
  
• 
  доступность D;
  
• 
  число одновременно коммутируемых линий (проводность) р.
  

Производными от этих параметров являются общее число точек коммутации и коммутационных элементов, максимальное число одновременных соединений.

К электрическим параметрам относятся:

• 
  коммутационный коэффициент К- отношение сопротивления коммутационного элемента в закрытом (разомкнутом) состоянии R_з к сопротивлению в открытом (замкнутом) состоянии R_з;
  
• 
  вносимое затухание в тракт;
  
• 
  уровень шумов;
  
• 
  величина тока, необходимая для переключения коммутационных элементов;
  
• 
  потребляемая мощность.
  

К временным параметрам относятся:

• 
  время срабатывания (t_ср)– интервал времени между подключением питания к управляющим входам и переключением всех коммутационных элементов в рабочее состояние;
  
• 
  время отпускания (t_отп) – интервал времени между подачей команды на отключение и возвратом всех коммутационных элементов в нерабочее состояние.
  

Коммутационные приборы по структурным параметрам делятся на четыре типа:

1) Коммутационные приборы типа реле (1×1), которые имеют один вход и один выход (условные изображения показаны на рисунке 4.3).


Рисунок 4.3 – Коммутационный прибор типа реле (1×1)
Коммутационный прибор данного типа может находиться в одном из двух состояний: разомкнутом или замкнутом. Переход из одного состояния в другое осуществляется под воздействием управляющего сигнала, который поступает на управляющий вход R из устройства управления.

2) Коммутационные приборы типа искателей (1×m), которые имеют один вход и m выходов (условные изображения показаны на рисунок 4.4).



Рисунок 4.4 – Коммутационный прибор типа искателя (1×m)
В приборе можно установить соединение входа с любым выходов, следовательно, доступность прибора D=m. Одновременно в приборе может быть установлено только одно соединение.

3) Коммутационные приборы типасоединителей(n×m), которые имеют n входов и m выходов (условные изображения показаны на рисунок 4.5).


Рисунок 4.5 – Коммутационный прибор типа соединителя (n×m)

Каждому из n входов доступен любой из m выходов, следовательно, доступность прибора D=m. В приборе одновременно может быть установлено n соединений, если n m или m соединений, если n m.

4) Коммутационные приборы типамногократных соединителейn(1×m), которые имеют n входов и n×m выходов (условные изображения показаны на рисунок 4.6).