Раздел 11. Построение абонентских и сетевых интерфейсов в цифровых системах коммутации
Работа цифровых АТС происходит в окружении разнообразного телекоммуникационного оборудования: других АТС (цифровых и аналоговых), различных абонентских устройств, систем передачи. Совместное функционирование всего оборудования осуществляется благодаря выполнению определенных правил.
Стыком (интерфейсом) называется граница между двумя различными функциональными блоками, которая задается функциональными характеристиками, общими характеристиками физического соединения, характеристиками сигналов и другими характеристиками в зависимости от специфики.
Точное определение типов, количества, формы и последовательности соединений и взаимосвязи между двумя функциональными блоками на стыке между ними задается спецификацией стыка.
Стыки цифровой АТС можно разделить на (рис. 29.1):
-аналоговый абонентский стык;
-цифровой абонентский стык;
-абонентский стык ISDN;
-сетевые (цифровые и аналоговые) стыки.
Рис. 29.1. Стыки цифровых АТС
Тема 29. Аналоговые и цифровые абонентские интерфейсы цифровых систем коммутации.
Аналоговый абонентский стык
Аналоговые абонентские линии подключаются к комплектам аналоговых абонентских линий ЦАТС. Перечень функций, выполняемых абонентским комплектом, принято обозначать аббревиатурой BORSCHT:
В – (Battery feed) – батарейное питание,
O – (Overvoltage) – защита от опасных напряжений, R – (Ringing) – посылка вызова,
S – (Supervision) – контроль шлейфа абонентской линии, C – (Coding) – кодирование,
H – (Hybrid) – функция дифсистемы,
T – (Testing) – тестирование абонентской линии.
Первой функцией, которую должен обеспечить абонентский комплект, является дистанционное батарейное питание абонентского телефонного аппарата постоянным напряжением 60 В. Подавляющее большинство абонентских линий имеют длину менее 8 км и сопротивление шлейфа менее 1000 Ом, что исключает проблемы с питанием даже при напряжении питания 48 В, принятом в импортных АТС.
Защита от опасных напряжений выполняется в двух точках абонентского шлейфа. Одна – в кроссе станции, другая в абонентском комплекте. Первая защищает от кратковременных перенапряжений (удар молнии). Поэтому устройства защиты в кроссе получили название «грозоразрядники». Они работают «на пробой», т.е. под влиянием перенапряжения замыкают накоротко вход станции и при исчезновении импульса снова восстанавливают нормальную цепь. В абонентском комплекте защита работает по принципу предохранителя, т.е. при увеличении тока или напряжения защитная вставка перегорает и обрывает абонентский шлейф.
Каждый абонентский комплект обеспечивает посылку сигнала вызова к телефонному аппарату. В аналоговых телефонных аппаратах звонок работает от сигнала напряжение 90 В частотой 25 Гц с длительностью посылок, различающихся при местном вызове, при автоматическом междугородном вызове и при вызове со стороны телефонистки междугородной станции.
Важной функцией, выполняемой абонентским комплектом, является контроль шлейфа абонентской линии для распознавания абонентской сигнализации.
Абонентский комплект должен обеспечивать аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование – кодирование речевого сигнала.
Функция дифсистемы в абонентском комплекте обеспечивает переход от двухпроводной схемы передачи речевых сигналов по абонентской линии к четырехпроводной внутристанционной схеме.
Абонентские комплекты должны предусматривать тестирование абонентской линии и аппарата абонента, позволяющее при возникновении неисправности установить ее причину и место.
Схемы абонентских комплектов, используемых в современных АТС, изменяются практически ежегодно. На рис. 29.2 показан пример схемы абонентского комплекта. Сигналы от телефонного аппарата по проводам а и b абонентской линии поступают в абонентский комплект через схему защиты от перенапряжений. При входящем вызове в абонентском комплекте к проводам а и b подключается вызывное напряжение, и сигнал вызова передается по линии к телефонному аппарату абонента.
Схема интерфейса абонентской линии SLIC (Subscriber Line Interface Circuit) содержит блок абонентской сигнализации и блок перехода от двухпроводной линии к четырехпроводной. На станционной стороне SLIC устанавливаются один приемный и один передающий фильтры, которые служат для ограничения полосы частот речевого сигнала. Сигналы абонентской сигнализации, поступающие от абонентского аппарата, детектируются в SLIC и в двоичной форме передаются в управляющее устройство (УУ) абонентского модуля. Такие же двоичные сигналы, в свою очередь, использует УУ для передачи от станции к абоненту акустических сигналов, таких как сигнал занятости, ответ станции, и т.д. Функции УУ варьируются от системы к системе, но на самом низком уровне должно обеспечиваться сканирование каждого абонентского комплекта, чтобы определить изменение состояния соответствующей абонентской линии. О каждом изменении сообщается УУ с указанием адреса линии и, обычно, времени, прошедшего с момента последнего изменения ее состояния. И, наконец, УУ должно выполнять функции технической эксплуатации абонентского модуля. Число абонентских комплектов в одном модуле зависит от типа АТС.
Рис. 29.2. Пример абонентского комплекта
Цифровой абонентский стык
Создание различными фирмами цифровых телефонных аппаратов можно рассматривать как альтернативу дорогим, но имеющим множество сервисных функций и дополнительных возможностей аппаратам технологии ISDN. Однако, с точки зрения стандартизации, цифровой абонентский стык является “чистым листом”, на котором каждая фирма может писать свои правила. Это означает, что цифровой ТА, например, фирмы Siemens, реализуя практически весь спектр функций ISDN телефона, может работать только при подключении к телефонным станциям фирмы Siemens (EWSD, Hicom). To же самое относится и к цифровым телефонным аппаратам Ericsson, Alcatel и др. Каждая фирма создает для своих станций определенный интерфейс, который поддерживает фирменный протокол для обмена с цифровыми ТА. Поэтому
для описания цифрового абонентского стыка можно говорить только об общих принципах организации цифрового обмена по абонентской линии.
Для двухсторонней передачи цифровой информации по абонентским линиям возможно использование четырех типов систем:
-четырехпроводная система; -двухпроводная система с частотным разделением направлений
передачи; -двухпроводная система с временным разделением направлений
передачи; - двухпроводная система с адаптивными эхокомпенсаторами.
Четырехпроводная система. Эта система первоначально внедрялась на цифровых абонентских сетях для предоставления абонентам нетелефонных услуг при двусторонней передаче цифровой информации.
Достоинства цифровой передачи по четырем проводам заключаются в довольно свободном подключении абонентских терминалов, находящихся на значительном удалении друг от друга и от опорной станции, а также в простоте схемных решений. Система достаточно устойчива к переходным помехам, позволяет перекрыть большой диапазон изменения затухания линии без регенерации сигнала.
Однако она характеризуется низким использованием возможностей кабеля по передаче информации. Учитывая, что высокоскоростная передача по абонентской сети цифровых АТС, как правило, не требуется, это делает систему экономически невыгодной. В связи с этим данная система применяется в основном для связи с УПАТС.
Двухпроводная система с частотным разделением направлений. В системе с частотным разделением направлений передачи каждому направлению выделяется своя полоса частот. Упрощенная структурная схема такой системы показана на рис. 29.3.
Рис. 29.3. Упрощенная схема системы передачи с частотным разделением направлений
Реально реализованные системы этого класса имели несколько иную структуру, основным отличием которой было использование дифсистем, что позволяло уменьшить взаимное влияние направлений передачи (рис. 29.4). Передача информации ведется бифазным кодом. В одном направлении X1 передача ведется кодом один период/символ (BiPh1), а в другом направлении Х3 - кодом три периода/символ (BiPh3), т.е. F3=3F1.
Однако, из-за сложности реализации фильтров на БИС и СБИС такие системы не получили широкого применения.
Рис. 29.4. Система передачи с частотным разделением и дифсистемами
Двухпроводная система с временным разделением направлений. В системе с временным разделением направлений передача организована циклически. Каждый цикл состоит из двух временных интервалов по одному для каждого направления. Скорость передачи в линии связи должна быть больше или равна удвоенной скорости передачи сигналов от источника. Основной недостаток данного метода – небольшая зона действия (около 2 км).
На рис. 29.5 представлена структурная схема двухпроводного тракта с временным разделением направлений. Передача между абонентским полукомплектом АПК и станционным полукомплектом СПК осуществляется в виде пакетов. Переключение станционного и абонентского оборудования на режимы передачи или приема осуществляется коммутаторами (К) по сигналам, получаемым от устройства синхронизации (СИНХР). Стыки информационных потоков на обоих концах осуществляются по 4-проводной схеме. Входящая цифровая информация записывается в ЗУ и преобразуется передатчиком в пакеты, которые с более высокой скоростью передаются по линии. Скорость передачи пакетов должна быть такой, чтобы эффективная скорость передачи была равна или превышала скорость цифрового потока на входе, иначе часть информации будет потеряна.
Важной задачей для системы с временным разделением направлений является выбор скорости передачи и длины пакета. Скорость передачи с одной стороны ограничивается пропускной способностью среды передачи,
а с другой – определяется требованиями организуемых услуг связи. Цифровые ТА в первую очередь должны обеспечивать услуги телефонной связи, для которых требуется скорость 64 Кбит/с. Однако эта скорость может быть значительно снижена при использовании методов дифференциального и адаптивного кодирования речи, что также позволяет увеличить длину линии связи.
Рис. 29.5. Структурная схема двухпроводного тракта с временным разделением направлений
Двухпроводная система с адаптивными эхокомпенсаторами. Для разделения направлений передачи цифровых сигналов в двухпроводной линии используются дифсистемы. При этом используется тот факт, что при согласовании выходного сопротивления передатчика с комплексным сопротивлением линии, амплитуда сигнала в линии будет равна половине амплитуды передаваемого сигнала. Поэтому принимаемый сигнал может быть получен путем вычитания половины выходного сигнала передатчика из суммарного сигнала в линии (рис. 29.6).
Рис. 29.6. Структурная схема системы с адаптивными эхокомпенсаторами
Однако стандартные дифсистемы не могут обеспечить полного разделения трактов передачи и приема. Чтобы сохранить требуемые характеристики по переходному затуханию на ближнем конце в широкой полосе частот, вводятся эхокомпенсаторы ЭХК (рис. 29.6), которые препятствуют проникновению импульсов из тракта передачи в тракт приема. На приемник поступает сигнал, полученный вычитанием из сигнала с выхода дифсистемы сигнала пропорционального передаваемому сигналу. Величина сигнала ЭХК подбирается равной величине отраженного сигнала.
Абонентский стык ISDN
Технология ISDN (Integrated Service Digital Network – цифровая сеть с интеграцией услуг) позволяет по одной сети передавать различные виды трафика: голос, видео, данные. ISDN является технологией, используемой для создания абонентских каналов. Это означает, что к сети ISDN относятся средства, обеспечивающие связь местной АТС с помещением пользователя. По другую сторону коммутатора могут использоваться любые технологии и сети: ATM, SDH, PDH, ТфОП.
Технология ISDN содержит две службы: N-ISDN (узкополосную) и B-ISDN (широкополосную). В этом разделе будет рассмотрена N-ISDN, в состав которой входят две спецификации: базового доступа (BRI – Basic Rate Interface или BA – Basic Access) и первичного доступа (PRI – Primary Rate Interface или PA – Primary Access).
Узкополосная технология ISDN основана на коммутации каналов. Базовый доступ ISDN предусматривает предоставление абоненту двух каналов по 64 Кбит/с для передачи графика (типа В) и одного канала сигнализации 16 Кбит/с (канал типа D). Первичный доступ предусматривает предоставление абоненту 30 В-каналов по 64 Кбит/с для передачи графика и одного D-канала сигнализации (также 64 Кбит/с). BRI
обозначается 2B+D, PRI – 30B+D.
Для интерфейса ISDN BRI определен набор опорных точек, в которых определены правила взаимодействия. Эти опорные точки и единицы оборудования обозначены на рис. 29.7.
Терминалы ТЕ1 полностью совместимы со стандартами ISDN. Терминалы ТЕ2 несовместимы с ISDN и требуют наличия устройства сопряжения, известного как терминальный адаптер ТА (terminal adapter). ТА преобразует сигналы других стандартов, например, RS-422, EIA-232 или V.35 в стандарт ISDN.
Имеются две категории сетевых окончаний: NT1 и NT2. Функциональный блок NT1 включает в себя основные функции сетевого окончания и обычно представляет собой настенную коробку, устанавливаемую оператором сети общего пользования. В функции NT1
входят подача питания к абонентской установке, обеспечение технического обслуживания линии и контроля рабочих характеристик, синхронизация, мультиплексирование на первом (физическом) уровне модели взаимодействия открытых систем и разрешение конфликтов доступа.
Рис. 29.7. Опорные точки сети ISDN
Функциональные блоки NT2 представляет собой устройства канального или сетевого уровня, которые выполняют функции концентрации пользовательских интерфейсов и их мультиплексирование. В качестве функционального блока NT2 могут выступать УАТС, коммутирующая несколько интерфейсов BRI, маршрутизатор, работающий в режиме коммутации пакетов (по каналу D), мультиплексор TDM, который мультиплексирует несколько низкоскоростных каналов в канал В. Функции NT1 и NT2 могут объединяться в едином физическом оборудовании, обозначаемом просто NT.
На встречной стороне цифровой абонентской линии в АТС устанавливаются линейное окончание LT и станционное окончание ЕТ.
Интерфейс U, или опорная точка U, определяет интерфейс между коммутатором ISDN и клиентским сетевым окончанием первого типа (NT1Network Terminal Туре 1). В настоящее время стандартизация интерфейса U не проводилась.
Подключение абонента к коммутатору при BA выполняется по двухпроводной линии c максимальной длиной 5.5 км и дистанционным питанием сетевого окончания с напряжением 90-120 B. Для разделения направлений передачи применяется схема с использованием дифсистем и эхокомпенсаторов (рис. 29.6). Канальная скорость на этом участке составляет 160 кбит/с. Она складывается из 144 кбит/c для каналов B1, B2, D и 16 кбит/c для передачи управляющей информации.
Наиболее часто используемый формат кадра интерфейса U показан на рис. 29.8, а. Полезная нагрузка передается в 16-ти временных интервалах, а остальная информация передается в 17-м интервале. Другой вариант построения цикла показан на рис. 29.8, б. В тайм-слотах с 1-го по 32-й передается 18 бит полезной нагрузки (8+8+2) и 1 бит служебной информации, в 33-м тайм-слоте передается служебная информация.
Рис. 29.8. Примеры форматов в эталонной точке U0
В интерфейсе BRI применяют линейные коды 2B1Q и 4B3T, которые позволяют снизить скорость передачи в линии связи. В табл. 29.1 и 29.2 приведены кодовые таблицы для кодов 2B1Q и 4B3T, на рис. 29.9. примеры кодирования информации.
|
Табл. 29.1. Кодовая таблица кода 2B1Q |
|
Двоичная |
|
Напряжение (В) |
последовательность |
|
|
10 |
|
+3 |
11 |
|
+1 |
01 |
|
-1 |
00 |
|
-3 |
Табл. 29.2. Кодовая таблица кода 4B3T
Символы двоичного кода |
Символы троичного кода |
|
|
М+ |
М- |
0000 |
0 –V +V |
0 –V +V |
0001 |
–V +V 0 |
–V +V 0 |
0010 |
–V 0 +V |
–V 0 +V |
0011 |
+V –V +V |
–V +V –V |
0100 |
0 +V +V |
0 –V –V |
0101 |
0 +V 0 |
0 –V 0 |
0110 |
0 0 +V |
0 0 –V |
0111 |
–V +V +V |
+V –V –V |
1000 |
0 +V –V |
0 +V –V |
1001 |
+V –V 0 |
+V –V 0 |
1010 |
+V 0 –V |
+V 0 –V |
1011 |
+V 0 0 |
–V 0 0 |
1100 |
+V 0 +V |
–V 0 –V |
1101 |
+V +V 0 |
–V –V 0 |
1110 |
+V +V –V |
–V –V +V |
1111 |
+V +V +V |
–V –V –V |
Рис. 29.9.Линейное кодирование 2B1Q и 4B3T
Интерфейс в точке S соединяет ISDN совместимое терминальное оборудование с сетевым окончанием. Этот интерфейс стандартизован в рекомендации I.430.
Согласно стандарту I.430 интерфейс в точке S имеет шинную конфигурацию и использует 4 провода. Два провода используются для передачи сигналов и два – для приема. К шине подключается сетевое окончание, несколько оконечных устройств и два нагрузочных сопротивления (одно в сетевом окончании, другое – на конце шины). К шине может быть подключено до 8 оконечных устройств.
При подключении одного ТЕ (через терминальные резисторы R, согласующие параметры линии) к сетевому окончанию NT (рис. 29.10, а) длина кабеля может достигать 1000 м. При подключении нескольких устройств к пассивному кабелю (рис. 29.10, б) максимальная длина кабеля сокращается до 100-200 м. Если эти устройства сосредоточены на дальнем конце кабеля (расстояние между ними не превышает 25-50 м), то длина кабеля может быть увеличена до 500 м (рис. 29.10, в). И наконец, существуют многопортовые устройства NT1, которые обеспечивают звездообразное подключение до 8 устройств, при этом длина кабеля увеличивается до 1000 м (рис. 29.10, г).
Через интерфейс в точке S, когда он полностью активизирован, происходит непрерывная передача битов в обоих направлениях между NT и TE со скоростью 192 Кбит/с. Эти 192 Кбит/с составляют два B канала по 64 Кбит/с, один D канал 16 Кбит/с и ресурс 48 Кбит/с для синхронизации циклов и техобслуживания в пределах уровня 1. Структура цикла в точках S и T приведена на рис. 29.11.
Структура зависит от направления передачи между NT и TE, но идентична для конфигурации «точка–точка» и для многоточечной