ЗМІСТ.
Зміст. 1
Основи побудови комутаційних систем та мереж 2
1. Основи комутації 2
1.1. Стандартизація в області комутації. 2
1.2. Терміни і поняття електрозв’язку. 3
1.3. Принципи побудови систем комутації. 5
1.4. Цифрова обробка аналогових сигналів. 6
1.5. Принципи побудови багатоканальних систем передачі. 13
1.6. Структура циклу передачі ЦСП ІКМ-30/32. 15
1.7. Основи цифрової комутації каналів. 16
1.8. Координати комутації. 19
2. Комутаційний вузол. 22
2.1. Структура комутаційного вузла. 22
2.2. Класифікація комутаційних вузлів. 23
2.3. Способи встановлення з’єднань. 24
3. Побудова і функціонування комутаційних блоків. 27
3.1. Основи побудови просторових комутаційних блоків. 27
3.2. Побудова комутаційних полів. 30
3.3. Структурні параметри багатоланкових комутаційних блоків. 32
3.4. Побудова комутаційних блоків на основі комутаційних пристроїв. 33
3.5. Багатоланкова комутація. 39
3.6. Комутатори без блокувань. 42
3.7. Комутаційні пристрої класичних комутаційних систем. 43
3.8. Комутаційні пристрої і блоки цифрових комутаційних систем. 51
3.8.1. Комутаційний блок «Простір». Послідовна і паралельна комутація кодового слова. 51
3.8.2. Комутаційний блок «Час». Статичні і динамічні запам’ятовуючі пристрої. 57
3.8.3. Перетворювачі кодових слів. 62
3.8.4. Комутаційний блок «Час/Простір». Принцип вторинного ущільнення каналів. 63
4. Об’єднання комутаційних вузлів в мережі. 73
4.1. Топології телекомунікаційних мереж. 73
4.2. Телефонна мережа загального користування. 75
4.3. Структура Взаємопов'язаної мережі зв'язку. 78
4.4. Транспортні (первинні) мережі. 84
4.5. Комутовані (вторинні) мережі. 88
4.6. Нумерація абонентських ліній. 92
4.7. Мережі абонентського доступу. 94
4.8. Вимоги по затуханню і часах затримки при комутації каналів. 100
5. Керування і сигналізація в телефонних мережах. 103
5.1. Керуючі пристрої АТС. 103
5.2. Телефонна сигналізація. 105
5.3. Системи абонентської сигналізації. 107
5.4. Системи міжстанційної сигналізації. 109
Основи теорії розподілу інформації 112
6. Потоки телефонних викликів. 112
6.1. Основні характеристики і способи представлення потоків викликів. 112
ОСНОВИ ПОБУДОВИ КОМУТАЦІЙНИХ СИСТЕМ ТА МЕРЕЖ
1. ОСНОВИ КОМУТАЦІЇ
1.1. Стандартизація в області комутації.
В цьому пункті розглянуто загальні підходи до стандартизації в комутаційній техніці, а також провідні світові організації стандартизації.
Регулювання комутаційних технологій ведеться під управлінням Міжнародного Союзу Електрозв’язку (ITU), раніше відомий як Міжнародний консультативний комітет по телеграфії і телефонії (МККТТ). Рекомендації ITU-T по тематиці комутації наведено у таблиці 1.
Таблиця 1. Рекомендації ITU-T по тематиці комутації.
D
Загальні принципи тарифікації

E
Загальна експлуатація мережі, функціонування служб і людський фактор

G
Системи і засоби передачі, цифрові системи і мережі

H
Системи аудіовізуального і мультимедійного зв’язку

I
Цифрова мережа інтегрального обслуговування

J
Передача мультимедійних сигналів

K
Захист від завад

M
Мережа експлуатаційного управління засобами електрозв’язку (TMN)

P
Якість телефонної передачі, телефонні установки і абонентські лінії

Q
Комутація і сигналізація

V
Передача даних по телефонній мережі

X
Мережі даних взаємодія відкритих систем

Y
Глобальна інформаційна інфраструктура

Z
Мови програмування і програмне забезпечення телекомунікацій


Європейський інститут стандартів для електрозв’язку (ETSI) – незалежна організація, що розробляє європейські стандарти в галузі телекомунікацій. Прикладом стандартів, створених ETSI є глобальний стандарт цифрового мобільного зв’язку GSM.
Міжнародна організація стандартів (ISO) – відома як розробник семирівневої моделі взаємодії відкритих систем OSI.
Інститут інженерів електротехніки і електроніки (IEEE). Деякі із стандартів ІЕЕЕ, наприклад, стандарти для локальних мереж (LAN) були прийняті в ISO в якості міжнародних.
Поряд з державними стандартизуючими організаціями, існує багато інших, громадських організацій, що працюють з стандартами більш ефективно. Серед них IETF (займається стандартизацією стека протоколів ТСР/ІР і іншими інженерними аспектами Інтернет), АТМ-форум, ІРСС (консорціум, що розробив архітектуру Softswitch), DSL-форум, MPLS-форум та ін.
Ці організації є більш гнучкими і випускають відповідні стандарти набагато швидше, ніж офіційні всесвітні організації. Іх стандарти часто використовуються як базис для офіційних стандартів, підтримуваних ITU, ETSI i ISO.
1.2. Терміни і поняття електрозв’язку.
Ще одним важливим аспектом, після стандартів в галузі телекомунікацій, є термінологія. Мета даного розділу – встановити відповідність між англомовними і україномовними термінами.
Перелік термінів складений по такій схемі. Спочатку наводиться термін на українській мові. В дужках вказується відповідний термін англійською мовою, якщо, звичайно, такий є. Далі пропонується визначення терміну; в деяких випадках приводиться також відповідний текст англійською мовою. Більшість термінів супроводиться приміткою, що дозволяє уточнити деякі деталі.
1. Мережевий вузол (МВ) (Network Node) – комплекс технічних засобів, який забезпечує формування і напівпостійну комутацію каналів і трактів, що використовуються комутованими мережами електрозв'язку. Також може використовуватися термін "Мережева станція".
2. Лінія передачі (Transmission Line) – сукупність каналів і/чи трактів, що з’єднують мережеві вузли між собою.
3. Транспортна мережа (Transport Network) – сукупність МВ і ліній передачі, яка забезпечує комутовані мережі необхідними ресурсами для обміну інформацією.
Примітка: транспортні мережі доцільно класифікувати по рівню ієрархії; транспортні мережі міські (ТММ), сільські (ТМС) і доступу (ТМД).
4. Комутаційна станція (Switching Exchange) – сукупність апаратно-програмних засобів, що забезпечують встановлення з'єднань для обміну інформацією.
5. Місцева станція (Local Exchange) – комутаційна станція, що забезпечує підключення абонентських терміналів.
6. Транзитна станція (Transit Exchange) – комутаційна станція, призначена для встановлення з'єднань між іншими станціями.
7. Комбінована станція (Combined Local/Transit Exchange) – комутаційна станція, що виконує функції як місцевої, так і транзитної станцій.
8. Комутована мережа (Switched Network) – певна сукупність комутаційних станцій і частина ресурсів транспортної мережі, які були призначені для обміну одним або більше видами інформації.
Примітка: комутовані мережі можуть бути класифіковані по основному виду інформації, що передається (телефонна, телеграфна і інші), або за способом її розподілу (комутація каналів, пакетів, повідомлень).
9. Телефонія (Telephony) –вид електрозв'язку, призначений в основному, для обміну мовною інформацією.
10. Телефонна мережа (Telephone Network) – комутована мережа, яка призначена, в основному, для встановлення з'єднань між телефонними апаратами викликаючого абонента і абонента призначення.
Примітка: телефонні мережі доцільно класифікувати по рівню ієрархії; наприклад, МТМ, СТМ, а також мережі абонентського доступу.
11. Інтегральна цифрова мережа (Integrated Digital Network) – мережа, в межах якої інформація передається і розподіляється у вигляді цифрових сигналів.
12. Мережа інтегрального обслуговування (Integrated Services Network) – мережа, яка підтримує широкий спектр послуг електрозв'язку.
13. Цифрова мережа інтегрального обслуговування (Integrated Services Digital Network) – мережа інтегрального обслуговування, яка забезпечує цифрові з'єднання між інтерфейсами користувач-мережа.
14. Послуга електрозв'язку (Telecommunication Service) – те, що пропонується Оператором для задоволення комунікативних потреб абонентів.
Примітка: “комунікативні потреби” входять до груп як особистих, так і соціальних потреб, ієрархія яких була запропонована, зокрема, американським психологом А. Маслоу.
15. Якість обслуговування (Quality of Service) – загальна оцінка абонентом рівня обслуговування.
16. Абонент (Subscriber) – фізична або юридична особа, якій була надана можливість використання послуг електрозв'язку.
Примітка: останнім часом часто використовується термін "Користувач" – переклад з англійського слова "User"; така заміна доцільна, зокрема, у тому випадку, коли обмін інформацією, включаючи процедури встановлення з'єднання, здійснюється персональними комп'ютерами без участі людини.
1.3. Принципи побудови систем комутації.
Під комутацією розуміють замикання, розмикання і перемикання електричних кіл. Комутація здійснюється на комутаційних вузлах. На мережах електрозв'язку за допомогою комутації абонентські пристрої з'єднуються між собою для передачі (прийому) інформації. Абонентські пристрої в деяких випадках називають кінцевими пристроями мережі.
Комутація здійснюється на комутаційних вузлах (КВ), що є складовими частинами мережі електрозв'язку.
Абонентські пристрої мережі з'єднуються з КВ абонентськими лініями (АЛ). КВ, що знаходяться на території одного міста (населеного пункту), з'єднуються з’єднувальними лініями (ЗЛ). Якщо комутаційні вузли знаходяться в різних містах, то лінії зв'язку, що їх з’єднують, називаються міжміськими або внутрішньозоновими.
Комутаційний вузол, в який включаються абонентські лінії, називається комутаційною станцією або просто станцією. В деяких випадках абонентські лінії включаються в підстанції (ПС) або концентратори. Особа, що користується абонентським пристроєм для передачі і прийому інформації, називається абонентом. Для передачі інформації від одного абонентського пристрою мережі до іншого вимагається встановити з'єднання між цими пристроями через відповідні вузли і лінії зв'язку. Для здійснення з'єднання на комутаційних вузлах встановлюється комутаційна апаратура.
Сукупність лінійних і станційних засобів, призначених для з'єднання кінцевих абонентських пристроїв, називається з’єднувальним трактом. Число комутаційних вузлів між абонентськими пристроями, що з’єднуються, залежить від структури мережі і напрямку з'єднання.
Для здійснення необхідного з'єднання комутаційний вузол і абонентський пристрій обмінюються керуючими сигналами.
На комутаційному вузлі з'єднання може встановлюватися на певний час, необхідний для передачі одного повідомлення (наприклад, однієї телефонної розмови), або на довгий час, що перевищує час передачі одного повідомлення. Комутація першого виду називається оперативною, а другого - кросовою (довготривалою).
Мовна інформація, що передається по абонентських і з’єднувальних лініях, може бути представлена в аналоговій чи цифровій формі. Комутація мовних сигналів в аналоговій формі називається аналоговою і здійснюється класичними комутаційними системами (декадно-кроковими, координатними, квазіелектронними). Мовна інформація, представлена в цифровій формі комутується цифровими АТС і називається цифровою комутацією. Саме системи передачі з імпульсно-кодовою модуляцією (ІКМ) зумовили появу цифрових систем комутації.
На сьогоднішній день передача і комутація аналогових мовних сигналів використовується все рідше, повністю уступивши місце цифровим сигналам, іх передачі ікомутації.
1.4. Цифрова обробка аналогових сигналів.
Формування цифрового сигналу з аналогового передбачає послідовне виконання трьох основних операцій:
дискретизація аналогового сигналу в часі, внаслідок чого формується імпульсний сигнал, промодульований по амплітуді, тобто АІМ-сигнал;
квантування АІМ-сигналу по рівню;
кодування відліків АІМ-сигналу.
В цифрових системах передачі (ЦСП) формується груповий цифровий сигнал, так званий сигнал з імпульсно-кодовою модуляцією (ІКМ). При формуванні групового ІКМ-сигналу додається ще одна операція: перед квантуванням по рівню проводиться об'єднання індивідуальних АІМ-сигналів (Рис. 1.1).

Рис. 1.1. Перетворення аналогового сигналу в цифровий ІКМ-сигнал.
Перетворення ІКМ-сигналу в аналоговий передбачає послідовне виконання основних операцій:
декодування (перетворення ІКМ-сигналу в АІМ);
відновлення аналогового сигналу (виділення із спектру АІМ-сигналу вихідного сигналу).
В ЦСП відповідні операції обробки проводяться окремими пристроями. Операції квантування і кодування в ЦСП звичайно об'єднують в одному пристрої.
Дискретизація сигналу в часі
В процесі формування АІМ сигналу здійснюється дискретизація неперервного (аналогового) сигналу в часі відповідно до відомої теореми дискретизації (теорема В.А.Котельникова): будь-який неперервний сигнал, обмежений по спектру верхньою частотою повністю відновлюється з послідовності дискретних відліків, узятих через проміжок часу , де – період дискретизації. Відповідно до цієї тереми, для якісного відновлення сигналу, частота дискретизації вибирається з умови .
Оскільки всі реально існуючі неперервні сигнали зв'язку є випадковими процесами з нескінченно широким спектром, причому основна енергія зосереджена у відносно вузькій смузі частот, перед дискретизацією необхідно за допомогою фільтру нижніх частот обмежити спектр сигналу деякою частотою . Для телефонних сигналів необхідно використовувати ФНЧ з частотою зрізу =3,4 кГц. Частота дискретизації для телефонних сигналів вибрана рівною =8 кГц.
Пристрій, що виконує дискретизацію в часі, називають пристроєм вибірки і зберігання (Рис. 1.2). Цей пристрій, як правило, випускається в інтегральному виконанні. Вигляд сигналів в точках 1, 2 і 3 показаний, відповідно, на рис. 1.3, 1.4 і 1.5.

Рис. 1.2. Пристрій вибірки і зберігання.

Рис.1.3. Аналоговий сигнал.

Рис. 1.4. Сигнал АІМ1.

Рис. 1.5. Сигнал АІМ2.
Квантування миттєвих значень сигналу
В процесі квантування по рівню значення кожного АІМ-відліку замінюється найближчим дозволеним значенням.
Характеристиками квантуючого пристрою є:
число рівнів квантування ;
крок квантування - різниця між двома сусідніми дозволеними рівнями;
напруга обмеження - максимальне значення амплітуди відліку, що піддається квантуванню.
Якщо , то квантування називають рівномірним. Амплітудна характеристика рівномірного квантуючого пристрою показана на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Амплітудна характеристика рівномірного квантуючого пристрою.
Помилка квантування - різниця між істинним значенням відліку і його квантованим значенням. При рівномірному квантуванні величина помилки квантування не перевищує половини кроку квантування.
При квантуванні виникає так званий шум квантування, потужність якого визначається виразом . Захищеність від шумів квантування визначається як .
Якщо вхідна напруга перевищує порогове значення, на виході пристрою квантування формуються відліки з амплітудою - такий режим роботи пристрою квантування називається перевантаженням. При цьому виникають шуми обмеження, потужність яких значно перевищує потужність шумів квантування. Необхідно застосовувати спеціальні заходи, що запобігають перевантаженню пристрою квантування.
Недоліком рівномірного квантування є менша захищеність від шумів квантування малих рівнів сигналу. Для забезпечення не менше 30 дБ у всьому динамічному діапазоні мовного сигналу потрібно рівнів квантування.
Велике число розрядів в коді (m=12) при рівномірному квантуванні призводить до ускладнення апаратури і невиправданого збільшення тактової частоти. Усунути вказаний істотний недолік можна, здійснюючи нерівномірне квантування, яке використовується в сучасних ЦСП. Суть нерівномірного квантування полягає в наступному. Для малих значень сигналів крок квантування вибирається мінімальним і поступово збільшується, досягаючи максимального значення для великих рівнів сигналу. Амплітудна характеристика нерівномірного пристрою квантування показана на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Амплітудна характеристика нерівномірного пристрою квантування.
При цьому, для слабких сигналів зменшується, а для сильних - зростає, що призводить до збільшення для слабких сигналів і зниження - для сильних, які мають великий запас по завадозахищеності. В результаті вдається понизити розрядність коду до m=8 (=256), забезпечивши при цьому виконання вимог до захищеності від шумів квантування в широкому динамічному діапазоні сигналу , що становить близько 40 дБ. Таким чином відбувається вирівнювання в широкому діапазоні зміни рівнів сигналу.
Ефект нерівномірного квантування може бути одержаний за допомогою стиснення динамічного діапазону сигналу з подальшим рівномірним квантуванням. Стиснення динамічного діапазону сигналу здійснюється за допомогою компресора, що володіє нелінійною амплітудною характеристикою. Чим більшою нелінійністю володіє компресор, тим більший виграш може бути одержаний для слабких сигналів.
Для відновлення вихідного динамічного діапазону сигналу на прийомі необхідно встановити експандер (розширювач), амплітудна характеристика якого повинна бути зворотня до амплітудної характеристики компресора. Таким чином, результуюча (сумарна) амплітудна характеристика кола компресор-експандер (компандер), повинна бути лінійною, щоб уникнути нелінійних спотворень сигналів, що передаються.
В сучасних ЦСП використовуються дві логарифмічні характеристики компандуванния (типів і ), які зручно зображати і описувати в нормованому вигляді , де , :


де =87,6 і =255 - параметри компресії.
Характеристика компандування типу використовується в ЦСП типу європейської ПЦІ, а типу - в ЦСП типу північноамериканської ПЦІ.
Кодування і декодування сигналів
В процесі кодування амплітуда кожного квантованого по рівню АІМ відліку представляється у вигляді двійкової послідовності, що містить символів.
Для якісної передачі телефонного сигналу при рівномірному і нерівномірному квантуванні потрібно мати відповідно 4096 і 256 рівнів квантування, тобто необхідно використовувати 12- і 8-розрядний двійковий код.
Лінійним кодуванням називається кодування рівномірно квантованого сигналу, а нелінійним - нерівномірно квантованого сигналу.
Код, що формується в кодері, називається паралельним, якщо імпульсні сигнали (1 і 0), що входять до складу m-розрядної кодової групи, з'являються на різних виходах кодера одночасно, причому кожному виходу кодера відповідає сигнал певного розряду. Код називається послідовним, якщо всі сигнали, що входять до складу m-розрядної кодової групи, з'являються на одному виході кодера по черзі і з зсувом в часі (як правило, починаючи із старшого розряду). Паралельний код може перетворюватися в послідовний і навпаки.
Часто функції квантування і кодування (відповідно декодування і деквантування) виконує один пристрій.
При кодуванні з нерівномірною шкалою квантування можуть використовуватися наступні способи:
аналогове компандування, що характеризується компресією (стисненням) динамічного діапазону сигналу перед лінійним кодуванням, і экспандуванням (розширенням) динамічного діапазону сигналу після лінійного декодування;
нелінійне кодування, що характеризується кодуванням сигналу в нелінійних кодерах, що поєднують функції аналого-цифрового перетворення і компресора;
цифрове компандування, що характеризується кодуванням сигналу в лінійному кодері з великим числом розрядів з подальшою нелінійною цифровою обробкою результату кодування.
На практиці найбільш часто використовується нелінійне кодування.
При частоті дискретизації =8 кГц (=125 мкс) і розрядності коду =8 одержуємо швидкість передачі сформованого ІКМ-сигналу 64 кбіт/с, яка і є швидкістю основного цифрового каналу (ОЦК).
Перетворення аналогового сигналу в сигнал ІКМ стандартизовано МСЕ-Т Рекомендацією G-711.
Пристрої, що в цілому виконують перетворення аналогових сигналів в цифрові і навпаки, називаються, відповідно, аналого-цифровими (АЦП) і цифро-аналоговими перетворювачами (ЦАП).
Приклади побудови ЦАП і АЦП приведені на рис. 1.8 і рис. 1.9 відповідно.

Рис. 1.8. Структурна схема ЦАП.

Рис. 1.9. Структурна схема АЦП.
Варто відмітити, що і ІКМ, і канал 64 кбіт/с стандартизувались в 1970-ті роки. Сучасні технології цифрової обробки сигналів надають набагато більш дієві способи кодування. Як приклад, можна навести технології диференціальної імпульсно-кодової модуляції (ДІКМ) – швидкість каналу – 32 кбіт/с, адаптивна ДІКМ, використовуються також різні методи квантування, що дозволяють отримати якість ІКМ сигналу при швидкості 4 кбіт/с, тощо.
1.5. Принципи побудови багатоканальних систем передачі.
Для одночасної передачі N сигналів від N джерел (користувачів) по одній і тій же лінії передачі ці сигнали необхідно об'єднати в деякий єдиний сигнал.
Мову людини з достатньою якістю і розбірливістю можна передавати в смузі частот 300 - 3400 Гц, тобто =3,1 кГц. Аналоговий сигнал з такою смугою зв'язківці називають основним, тональним або мовним сигналом, а канал, по якому його передають, – телефонним каналом (мовним каналом, каналом тональної частоти).
Процес ущільнення декількох каналів називають ще групоутворенням чи мультиплексуванням.
Є три основні способи ущільнення-розділення каналів.
1. Частотний метод розділення (об'єднання) каналів і заснована на цьому методі система передачі з частотним розділенням каналів (СП з ЧРК).

Рис. 2. Принцип СП з ЧРК.
Спектр кожного каналу ТЧ за допомогою модулятора переноситься в більш високочастотну область, і за допомогою мультиплексора всі канали об'єднуються в загальний груповий потік з різними несучими частотами. При мультиплексуванні використовується лише одна бічна смуга модульованого сигналу з подавленням несучої.
2. Часовий метод розділення каналів і на його основі система передачі з часовим розділенням каналів (СП з ЧасРК).

Мал. 3. Принцип СП з ЧасРК.
Сигнали кожного каналу ТЧ по черзі дискретизуються, квантуються і мультиплексируются. Кожен канал займає весь спектр каналу, але передається по черзі.
3. Кодове розділення каналів, на його основі реалізовуються відповідні системи передавання. Цифровий сигнал кожного каналу кодується з допомогою ортогональних функцій, займає весь спектр системи передавання, і всі канали передаються одночасно. Виділення каналу здійснюється шляхом перемноження групового сигналу на відповідну каналу функцію.
Системи з кодовим розділенням каналів є ефективнішими за СП з ЧРК і ЧасРК.
1.6. Структура циклу передачі ЦСП ІКМ-30/32.
Розглянемо структуру циклу передачі ЦСП з часовим розділенням каналів ІКМ-30/32 (рис. 6.34). Даний потік називається первинним цифровим потоком (Е1) і організовується об'єднанням 30-ти інформаційних основних цифрових телефонних каналів і 2 службових. Швидкість потоку Е1 становить 32х64 кбіт/с = 2.048 Мбіт/с.
Канальні інтервали КІ1-КІ15, КІ17-КІ31 відведені під передачу інформаційних сигналів. КІ0 і КІ16 - під передачу службової інформації. Інтервали КІ0 в парних циклах призначаються для передачі циклового синхросигналу (ЦСС), що має вигляд 0011011 і що займає інтервали Р2-Р8. В інтервалі Р1 всіх циклів передається інформація каналу передачі даних (ДІ). У непарних циклах інтервали P3 і Р6 КІ0 використовуються для передачі інформації про втрату циклової синхронізації (Авар. ЦС) і зниження залишкового загасання каналів до значення, при якому в них може виникнути самозбудження (Ост. зат). Інтервали Р4, Р5, Р7 і Р8 є вільними, їх займають одиничними сигналами для поліпшення роботи визначників тактової частоти.
У інтервалі КІ16 нульового циклу (Ц0) передається надцикловий синхросигнал вигляду 0000 (Р1 - Р4), а також сигнал про втрату надциклової синхронізації (Р6 - Авар. СЦС). Останні три розрядні інтервали вільні. У канальному інтервалі КІ16 решти циклів (Ц1 - Ц15) передаються сигнали службових каналів СК1 і СК2, причому в Ц1 передаються СК для 1-го і 16-го каналів ТЧ, в Ц2 - для 2-го і 17-го і так далі Інтервали Р3, Р4, Р6 і Р7 вільні.

Рис. 6.34. Структура циклу передачі системи ІКМ-30/32.
1.7. Основи цифрової комутації каналів.
Комутацією називають процес встановлення з'єднання між визначеними входом і виходом системи, підтримки його на час передачі інформації користувача і подальшого роз'єднання.
Комутаційна станція може бути як аналоговою, так і цифровою. Комутаційна станція називається цифровою, коли її комутаційне поле може комутувати тільки цифрові сигнали, що несуть як мову, так і керуючу інформацію. Аналогові сигнали також можуть комутуватися цифровою станцією, але лише з використанням аналогово-цифрових (АЦП) і цифроаналогових (ЦАП) перетворювачів.
Еволюцію від аналогової комутації до цифрової демонструє рис. 4.3. На рис. 4.3 а показані аналогові АТС з аналоговими абонентськими та з’єднувальними лініями, на рис.4.3.б – цифрові АТС з використанням як цифрових АЛ і ЗЛ, так і аналогових АЛ і ЗЛ (з АЦП і ЦАП перетворювачами).

Рис. 4.3. Еволюція АТС.
У випадку цифрової комутації каналів (channel switching) спочатку створюється наскрізне з'єднання між входом і виходом системи, а потім цим з'єднанням в реальному масштабі часу здійснюється обмін інформацією користувачів. Операції з цифровими сигналами, які переносять цю інформацію, полягають в записі і зчитуванні, тому фізичного з'єднання входу з виходом не існує. Надлишкове навантаження від викликів, які поступають при зайнятості всіх з'єднувальних шляхів, як правило, втрачається. Обмін в реальному часі визначає основну область використання комутації каналів – передачу мови. Недоліком систем з цим видом комутації є відносно низька ефективність використання каналів.
На телефонних мережах комутацію здійснюють комутаційні станції і вузли, які можуть бути як автономними позасистемними, так і утвореними на обладнанні цифрової системи комутації (ЦСК). Сучасні мережі розвиваються майже виключно на ЦСК.
Під цифровою системою комутації розуміють єдиний територіально розподілений комплекс апаратно-програмних засобів, який складається з основного опорного обладнання (ОпО), яке виконує функції комутації і управління і централізує функції технічної експлуатації і обслуговування системи, і з виносних комутаційних (ВКМ) і абонентських модулів (ВАМ), з’єднаних з ОпО і, можливо, один з одним цифровими внутрішньо системними з’єднувальними лініями (ЗЛ).
Під ВКМ розуміють автономну частину обладнання ЦСК, здатну незалежно функціонувати на мережі як окрема станція і лише в процедурах технічної експлуатації керовану від ОпО, а під ВАМ - винесену від ОпО або ВКМ частину обладнання системи, яка повністю управляється від ОпО або ВКМ і забезпечує підключення абонентських ліній (це може бути абонентський концентратор, абонентський мультиплексор або інше абонентське обладнання).
При комутації каналів основні системні ресурси ЦСК витрачаються на встановлення і лише незначна їх частина – на підтримку з'єднань.
В синхронні ЦКП включаються чотирьохпровідні цифрові ущільнені лінії (ЦЛ) – групові тракти з часовим розділенням каналів (ЧРК – time division). Кожна ЦЛ має двохпровідні тракти:
передачі, який включається на вхід (вхідна ЦЛ),
прийому, що включається на вихід ЦКП (ЦЛ, що виходить).
Комутація полягає у встановленні, підтримці і подальшому роз'єднанні в ЦКП з'єднання часових каналів вхідних і вихідних ЦЛ. Кожне інтерактивне (діалогове) з'єднання потребує чотирьохпровідної комутації.
В ЦСК різних типів ЦКП можуть комутувати цифрові потоки з різними швидкостями і структурами циклу передачі, і способами модуляції. Найбільш поширеним варіантом є ЦКП, розраховані на стандартні первинні 32-канальні групові тракти ІКМ із швидкістю 2048 кбіт/с і 8-розрядними кодовими словами. В деяких ЦСК комутуються 32-канальні тракти, отримані із стандартних первинних шляхом додавання до кожного кодового слова додаткових восьми службових бітів, що подвоює швидкість передачі (до 4096 кбит/с).
Синхронні ЦКП завжди мають модульну будову. У межах однієї мінімальної конструктивної одиниці нарощування ємності ЦКП (блоку, модуля) комутація може здійснюватися одним з наступних способів:
якщо кодове слово одного канального інтервалу (КІ) певної ЦЛ завжди переноситься в іншій КІ цієї ж ЦЛ, то комутація називається часовою;
якщо кодове слово одного канального інтервалу певної ЦЛ завжди переноситься в однойменний КІ іншої ЦЛ, то комутація називається просторовою;
якщо кодове слово одного канального інтервалу певної ЦЛ може переноситься в різні КІ різних ЦЛ, то комутація називається просторово-часовою.
Комутаційні блоки однакового типу об'єднуються в каскад або ступінь пошуку. Відповідно до способу комутації розрізняють каскади (ступінь) наступних типів: Ч (часової), П (просторової) і ЧП (просторово-часової комутації). Сукупність каскадів (ступенів) пошуку створює комутаційне поле (КП). Як правило, ЦКП дублюється і складається з двох однакових сукупностей каскадів (ступенів) - так званих площин ЦКП. Як правило, обидві площини працюють паралельно і виконують однакові дії, але для реального перенесення інформації вибирається одна з них, яка вважається активною (інша - пасивна). Така організація роботи ЦКП запобігає втратам у випадку збоїв у роботі одної з них за рахунок перемикання на іншу площину. Можлива також робота обох площин в режимі розподілу навантаження.
1.8. Координати комутації.
Існують поняття однокоординатної і багатокоординатної комутації сигналів.
Однокоординатною називається комутація, при якій всі з’єднувальні шляхи в системі відокремлені один від одного по одному розділювальному признаку, де під розділювальним признаком розуміють параметр, по якому в системі проходить розділення з’єднувальних шляхів між входом і виходом. Наприклад, в аналогових системах найбільше поширення отримала однокоординатна комутація з просторовим признаком розділення каналів.
Передача сигналів по лінії без перехресного впливу одного каналу на інший вимагає, щоб окремі канали не перетиналися. Розміри перерізу (смуги) каналу по кожній координаті не повинні бути більшими динамічного діапазону зміни цього параметра.
Наприклад:
1. Передача сигналів по індивідуальних фізичних лініях. В цьому випадку розділювальним признаком буде просторовий признак S. Кожна індивідуальна з’єднувальна лінія характеризується своїм параметром – умовним номером цієї лінії – і. Векторна діаграма сигналів, що передаються по індивідуальних фізичних лініях, зображена на рис.1.а. Однокоординатна комутація в цьому випадку означає перетворення, наприклад, А1 в Аі (тобто передачу сигналу із першої лінії в і-ту).
2. Лінія з частотним розділенням каналів. В цьому випадку для представлення необхідно мати два признаки: просторовий S і частотний F. Просторовий параметр S вказує умовний номер лінії з частотним розділенням каналів. Частотні параметри fi(i=0, 1, …, k) означають центри смуг пропускання кожного із n каналів, що передаються по лінії S. На рис. 1.б. наведено векторне представлення каналів лінії з ЧРК, при цьому запис означає k-й канал лінії 1.
Наявність двох признаків (S i F) дозволяє говорити про двохкоординатну комутацію сигналів, що передаються по каналах лінії з ЧРК. Наприклад, сигнал і-го каналу можна перевести із лінії S1 в той же канал лінії S2 чи із одного каналу перевести сигнал в другий канал тієї ж лінії, чи і те і друге разом.
3. Лінія з часовим розділенням каналів (ЧасРК). Сигнали в такій лінії можна представити в координатах признаків S (простір) і Т (час). Координатами канального інтервалу будуть умовний номер лінії з ЧасРК S і номер канального інтервалу k (k=0, 1, 2, …, n) в структурі циклу (рис. 1.в). Тут – вектор сигналу, що передається по лінії S1 на протязі канального інтервалу k.
Можлива комутація сигналів по признаках, кількість яких більше двох, наприклад в оптичній комутації (рис.1.г.).
а)
б)

в)
г)

Рис. 1.0.1. Векторне представлення сигналів і їх комутації.
Синхронна цифрова комутація ІКМ сигналів є двохкоординатною комутацією по признаках S (простір) і Т (час) а використовувані комутаційні пристрої ІКМ сигналів, мають, в зв’язку з цим наступні особливості:
відносяться до класу синхронних, тобто всі процеси на входах, виходах і всередині їх узгоджені по частоті і по часу.
є чотирьохпровідними в силу особливостей передачі сигналів по ЦСП.
2. КОМУТАЦІЙНИЙ ВУЗОЛ.
2.1. Структура комутаційного вузла.
Комутаційний вузол – це пристрій, призначений для прийому, обробки і розподілу поступаючої інформації.

Рис. 1. Комутаційний вузол.
Для виконання своїх функцій комутаційний вузол повинен мати (рис.2):
комутаційне поле (КП), призначене для з'єднання вхідних і вихідних ліній (каналів) на час передачі інформації;
керуючий пристрій (КПр), що забезпечує встановлення з'єднання між вхідними і вихідними лініями через комутаційне поле, а також прийом і передачу керуючої інформації.
До апаратури для прийому і передачі керуючої інформації відносяться (рис. 2):
регістри (Рег), або комплекти прийому номера (КПН) і кодові прийомопередавачі;
лінійні комплекти (ЛК) вхідних і вихідних ліній (каналів), призначені для прийому і передачі лінійних сигналів (сигналів взаємодії) по вхідних і вихідних лініях або каналах, для виділення каналів в системах передачі, а також для прийому і передачі сигналів взаємодії з керуючими пристроями вузла;
шнурові комплекти (ШК) призначені для живлення мікрофонів телефонних апаратів, прийому і посилки службових сигналів в процесі встановлення з'єднання;
пристрої введення і виведення ліній (крос).

Мал. 2. Структура комутаційного вузла
Крім того, на вузлі використовуються джерела електроживлення, пристрої сигналізації і обліку параметрів навантаження (кількість повідомлень, втрат, тривалості заняття і ін.).
В деяких випадках комутаційний вузол може мати пристрої прийому і зберігання інформації, якщо така передається не безпосередньо споживачу інформації, а заздалегідь накопичується у вузлі. Такі вузли застосовуються в системах комутації повідомлень.
2.2. Класифікація комутаційних вузлів.
Комутаційні вузли мереж зв'язку класифікуються по ряду ознак:
по виду інформації, що передається (телефонні, телеграфні, мовлення, телеметрії, передачі даних і ін.);
за способом обслуговування з'єднань (ручні, напівавтоматичні, автоматичні);
по місцю, що вони займають в мережі електрозв'язку (районні, центральні, вузлові, кінцеві, транзитні станції, вузли вхідного і вихідного повідомлення);
по типу мережі зв'язку (міські, сільські, відомчі, міжміські);
по типу комутаційного і керуючого обладнання (електромеханічні, механічно-електронні, квазіелектронні, цифрові);
по системах комутаційного обладнання, що використовується (декадно-крокові, координатні, квазіелектронні, цифрові);
по ємності, тобто по числу вхідних і вихідних ліній або каналів (малої, середньої, великої ємності);
по типу комутації (оперативна, кросова, змішана);
за способом розділення каналів (просторовий, просторово-часовий, просторово-частотний);
за способом передачі інформації від передавача до приймача (вузли комутації каналів, що забезпечують комутацію каналів для безпосередньої передачі інформації в реальному масштабі часу від передавача до приймача після встановлення з’єднувального тракту; вузли комутації повідомлень і вузли комутації пакетів, що забезпечують прийом і накопичення інформації на вузлах з подальшою її передачею в наступний вузол або в приймач).
2.3. Способи встановлення з’єднань.
Відомо три способи комутації:
комутація каналів,
комутація повідомлень,
комутація пакетів.
На телефонних мережах найпоширенішим способом комутації є комутація каналів (ліній). Він характеризується тим, що за переданою адресою надається тракт між передавачем і приймачем на весь час передачі інформації в реальному масштабі часу.
Недоліком цього способу є те, що тракт, в більшості випадків використовується не повністю, оскільки інформація (мовне повідомлення) переривається тривалими паузами. Це призводить до неповного використання каналів, що, у свою чергу, вимагає збільшення їх кількості на мережі для підтримки необхідної якості обслуговування викликів.
В таких системах комутації якість обслуговування викликів оцінюється ймовірністю відмов у встановленні з'єднання через зайнятість каналів (ліній) і пристроїв комутації (системи з втратами) або часом очікування обслуговування виклику (в системах з очікуванням).
Спосіб комутації повідомлень характеризується тим, що тракт між приймачем і передавачем попередньо не встановлюється, а канал в потрібному напрямку надається за адресою, що дописується до початку повідомлення, тільки на час передачі повідомлення, а в паузах цей канал використовується для передачі інших повідомлень. Повідомлення (або його частина - сегмент), що прийшло на комутаційну станцію (вузол), поступає в запам’ятовуючий пристрій. Після прийому і аналізу адреси повідомлення встановлюється в чергу для передачі його в потрібному напрямку.
Системи комутації повідомлень – це системи з очікуванням. Якість обслуговування викликів оцінюється по середньому часу затримки. Спосіб комутації повідомлень використовується, коли не потрібна робота в реальному масштабі часу.
При комутації пакетів повідомлення розбивається на частини однакового об'єму, що називаються пакетами (рис. 2.3).
Заголовок
Інформація користувача

Поле адреси
Поле керуючих символів
Поле даних

Рис. 2.3. Типова структура пакету даних.
Кожному пакету присвоюється номер пакету і адреса одержувача. Передача пакетів одного повідомлення відбувається аналогічно передачі в системі з комутацією повідомлень і може здійснюватися поодинці або навіть паралельно різним шляхами. В кінцевому пункті пакети збираються і видаються абоненту призначення.
На даний час існує багато систем передачі, що використовують спосіб комутації пакетів для передачі інформації в реальному масштабі часу (технології ATM, Frame Relay, ІР і ін.).
Кожен із способів комутації має свої переваги і недоліки і може бути ефективно використаний в певних умовах і для певних видів інформації.
Найбільший вплив на комутаційну техніку зробив телефонний зв'язок, тому комутаційна техніка розвивалася в основному під його впливом. Основні принципи, закладені в телефонній комутаційній техніці, широко використовуються для побудови комутаційних пристроїв для інших видів інформації.
На сьогоднішній день, у зв’язку з необхідністю впровадження нових видів послуг, збільшення об’ємів передаваної інформації, зростання вимог що до якості передачі цієї інформації на зміну класичним телефонним мережам, активно впроваджуються технології мультисервісних мереж (NGN – мереж наступного покоління). В основу концепції побудови мережі зв'язку наступного покоління покладена ідея про створення універсальної мережі, яка б дозволяла переносити будь-які види інформації, такі як мова, відео, аудіо, графіку і т. д., а також забезпечувати можливість надання необмеженого спектру інфокомунікаційних послуг.
Базовим принципом концепції NGN є відділення один від одного функцій перенесення і комутації, функцій управління викликом і функцій управління послугами.
NGN повинна об'єднати існуючі мережі зв'язку - телефонні мережі загального користування, мережі передачі даних, мережі мобільного зв'язку, тощо. В зв’язку з цим технологія комутації пакетів поступово витіснятиме всі інші види комутації.
3. ПОБУДОВА І ФУНКЦІОНУВАННЯ КОМУТАЦІЙНИХ БЛОКІВ.
3.1. Основи побудови просторових комутаційних блоків.
Для здійснення комутації (з'єднання) ліній (або каналів) і управління процесами встановлення з'єднання застосовуються комутаційні пристрої.
Комутаційним пристроєм називається пристрій, що забезпечує замикання, розмикання або перемикання електричних кіл, підключених до його входів і виходів, під час поступання на цей пристрій керуючого сигналу.
Замикання, розмикання і перемикання електричних кіл в комутаційному пристрої здійснюється комутаційним елементом (КЕ), який в найпростішому випадку є одним контактом на замикання.
До комутаційного пристрою можуть підключатися лінії з різною кількістю провідників (двох-, трьох- і т.д. провідні), тому їх комутація здійснюється декількома КЕ, з'єднаними в комутаційну групу, комутаційні елементи якої перемикаються одночасно під впливом поступаючого управляючого сигналу. В комутаційному пристрої, залежно від його конструкції може бути встановлено різне число комутаційних груп.
Точка комутації – місцезнаходження комутаційної групи в комутаційному пристрої.
Комутатор комутаційного поля - сукупність точок комутації, що забезпечують з'єднання входу з виходом через одну точку комутації.
Ланка комутації - група комутаторів, що забезпечують одну і ту ж функцію в комутаційній станції.
Комутаційний блок - частина ступені пошуку, сукупність точок комутації, що обслуговують певну групу входів.
Ступінь пошуку - частина комутаційної станції, що реалізовує один вид пошуку.
Комутаційне поле - сукупність комутаційних приладів всіх ступенів шукання станції.
Комутаційна станція - сукупність технічних засобів, що забезпечує комутацію абонентських і з’єднувальних ліній і каналів при здійсненні кінцевих і транзитних з'єднань у комутованій (вторинній) мережі зв'язку.
Комутаційні пристрої розрізняються між собою структурними і електричними параметрами, обумовленими їх конструкцією.
До структурних параметрів відносяться:
число входів n,
число виходів m,
доступність D входів по відношенню до виходів,
провідність комутованих ліній l,
властивість пам'яті.
Похідними від цих параметрів є загальне число точок комутації Т, число комутаційних груп і число комутаційних елементів, а також максимальне число одночасних з'єднань.
До електричних параметрів комутаційних приладів відносяться:
опір комутаційного елемента в розімкненому (закритому) стані RЗ, і замкнутому (відкритому) стані RВ, відношення яких називається комутаційним коефіцієнтом ;
час перемикання КЕ з одного стану в інший;
затухання, що вноситься, в розмовний тракт;
рівень шумів;
напруга живлення;
величина струму, необхідного для перемикання КЕ;
споживана потужність.
Комутаційні пристрої характеризуються також терміном служби або довговічністю, під якими розуміється допустиме число перемикань або допустимий час роботи, і інтенсивністю відмов (пошкоджень), тобто ймовірністю відмов в одиницю часу.
Деякі комутаційні пристрої володіють властивістю пам'яті, тобто здатністю зберігати робочий стан після припинення дії керуючого сигналу. Це дозволяє скоротити витрату електроенергії для підтримки робочого стану пристрою. Для повернення пристрою в початковий стан потрібна нова дія керуючого сигналу.
Комутаційні пристрої по структурних параметрах, що використовуються в даний час, можна розділити на чотири типи.
1. Комутаційні пристрої типу (1х1), що мають один вхід і один вихід. Число входів і виходів приладу вказується в круглих дужках, де перша цифра - число входів n, а друга - число виходів m. Пристрій має два стани, в одному з яких з'єднання між входом і виходом відсутнє, а в іншому - з'єднання встановлено. Перехід комутаційного елемента (або комутаційної групи) з одного стану в інший здійснюється під впливом сигналу, що поступає на управляючий вхід з пристрою управління.
2. Комутаційні пристрої типу (1хm), що мають один вхід n=1 і m виходів. В приладі можна встановити з'єднання входу з будь-яким з m виходів, отже, доступність приладу D=m. Одночасно в приладі може бути встановлено тільки одне з'єднання.
3. Комутаційні пристрої типу n(1хm), що мають n входів і nm виходів. Кожному входу з n доступно тільки m певних виходів, отже, доступність приладу D=m із загального числа виходів nm. В пристрої одночасно може бути встановлено n з'єднань.
4. Комутаційні пристрої типу (nхm), що мають n входів і m виходів. Кожному з n входів доступний будь-який з m виходів, отже, D=m. В пристроїі одночасно може бути встановлено n з'єднань, якщо n<m або m з'єднань, якщо n>m.
За допомогою комутаційних пристроїв будуються комутаційні блоки, ступені пошуку і комутаційне поле автоматичних телефонних станцій і вузлів, керуючі пристрої, лінійні і службові комплекти.

Рис. 10. Типи комутаційних пристроїв і їх умовні позначення: а) – г) пристрій типу (1Х1); д) – з) пристрій типу (1Хm); і) – м) пристрій типу n(1Xm); н) – р) пристрій типу (nXm).
3.2. Побудова комутаційних полів.
Основними видами обладнання, що визначають структуру комутаційного вузла, є комутаційне поле КП і керуючий пристрій КПр. Раціональна побудова КП і КПр дозволяє при мінімальних затратах обладнання забезпечити необхідну якість обслуговування викликів. Спосіб побудови КП вузла в значній мірі впливає на структуру КПр, які, у свою чергу, можуть вплинути на вибір оптимального варіанту побудови КП.
Комутаційні схеми, що використовуються у вузлах зв'язку, відрізняються ємністю, яка визначається числом вхідних N і вихідних М каналів (або ліній), способом розділення каналів, типом комутаційних пристроїв, що використовуються для комутації каналів, режимом шукання, структурою побудови (число ступенів або ланок комутації), пропускною здатністю і втратами повідомлень. Комутаційні поля можуть будуватися з використанням як одного принципу розділення каналів, наприклад просторового, так і одночасно декількох принципів, зокрема тих, які застосовуються в системах передачі.
Найбільше поширення набули КП з просторовим розділенням ущільнених часових групових трактів.

Рис. 3.1 Структурна схема комутаційного поля вузла.
Рис. 3.2 Комутаційний блок.

Комутаційне поле вузла будується звичайно з окремих частин. На мал. 3.1 показане КП, що складається з трьох частин (a, b, c), в якому здійснюється з'єднання N входів з М виходами через внутрішньостанційні лінії Vi і V2. У входи і виходи КП включають відповідно вхідні і вихідні лінії чи цифрові групові тракти.
В першій частині КП (а) здійснюється перехід від великого числа входів (наприклад, абонентних ліній) N з малим їх використовуванням до меншого числа внутрішньостанційних ліній V1 з більш високим використовуванням, оскільки вони є лініями колективного використання для всіх N входів і надаються ім при необхідності у встановленні з'єднання. В наступній частині КП (b) внутрішньостанційні лінії V1 комутуються з V2 і в останній частині КП (с) здійснюється перехід від V2 внутрішньостанційних ліній до необхідного числа виходів М. Співвідношення між числом ліній наступне:
N>V1; V1 ( V2; V2<M.
Окремі частини КП одночасно з комутацією ліній можуть здійснювати ще і додаткові функції, наприклад, частина КП (а) виконує функцію стиснення (концентрації), а частина (c) - функцію розширення. Частина (b) в деяких випадках також може виконувати функції стиснення або розширення залежно від розрахункового числа ліній V1 і V2, які повинні бути в неї включені.
Необхідно зазначити, що залежно від призначення комутаційного вузла КП може будуватися без стиснення і розширення, тільки із стисненням або тільки з розширенням. Причиною розділення КП на окремі частини може бути не тільки відмінність комутаційних функцій що виконуються, але і способів встановлення з'єднання. Якщо на кожній з наведених на рис. 3.1 частин КП з'єднання встановлюється незалежно від наявності з’єднувальних шляхів до необхідного виходу в наступних частинах КП, вказані частини КП є ступенями шукання. Ступені шукання, у свою чергу, складаються із з’єднаних між собою однотипних комутаційних блоків. Під комутаційним блоком (КБ) розуміють сукупність комутаційних приладів, що мають всі або частину спільних виходів (рис. 3.2).
Відповідним об'єднанням входів або виходів комутаційних пристроїв можна одержати комутаційні блоки з необхідними параметрами для побудови КП або його окремих частин. Для з'ясування принципу побудови КП вузла з окремих частин і комутаційних блоків розглянемо способи побудови комутаційних блоків різної структури.
3.3. Структурні параметри багатоланкових комутаційних блоків.
Комутаційні блоки характеризуються наступними структурними параметрами:
числом входів і виходів ;
числом проміжних ліній ;
доступністю входів по відношенню до виходів ;
числом точок комутації при встановленні в блоці з'єднання між входом і виходом, тобто числом ланок з'єднання ;
загальним числом точок комутації для побудови блоку ;
провідністю ліній, комутованих в блоці;
числом одночасних з'єднань в блоці.
Структурні параметри багатоланкових комутаційних блоків розглянемо на прикладі дволанкової схеми:

Рис. 5. Дволанкова комутаційна схема і її структурні параметри.
N, M – загальна кількість входів, виходів;
- кількість входів, виходів і комутаторів ланки А;
- зв’язність – кількість ПЛ між комутатором ланки А і В;
V – кількість проміжних ліній;
Коефіцієнт концентрації/розширення: , , ;
Загальна кількість входів/виходів: N=nA*kA M=mB*kB
Кількість проміжних ліній V= mA*kA = nB*kB
Кількість входів комутатора ланки В nB=kA*fAB
Кількість комутаторів ланки В kB=ma/fAB
В більшості випадків кількість входів і виходів комутаторів, на яких будується блок, є однаковою, тому схема максимально спрощується і кількість різних параметрів суттєво зменшується.
Для неповнодуступного включення виходів використовується додатковий параметр – доступність . Доступність – це кількість виходів, доступна входу.
3.4. Побудова комутаційних блоків на основі комутаційних пристроїв.
Комутаційні блоки можна будувати на комутаційних пристроях різних типів.
Об'єднуючи певним чином входи і виходи комутаційних пристроїв, можна одержати комутаційні блоки, що володіють тими або іншими структурними параметрами. Від структурних параметрів і їх співвідношення залежать пропускна спроможність блоку і втрати повідомленнь, які можуть мати місце при встановленні з'єднання через даний блок.
При побудові комутаційних блоків з необхідними структурними параметрами з окремих комутаційних пристроїв можуть виконуватися наступні операції:
об'єднання входів,
об'єднання виходів,
послідовне з'єднання комутаційних приладів, тобто вихід одного комутаційного пристрою з'єднується з входом іншого.
Комутаційні блоки можуть бути побудовані з використанням одночасно декількох операцій. Іноді необхідні комутаційні блоки можна одержувати, виконуючи операції з входами і виходами одного комутаційного пристрою.
В комутаційному блоці включення виходів по відношенню до входів може бути повнодоступним або неповнодоступним.
Повнодоступним включенням називається таке, при якому будь-який вхід блоку може бути сполучений з будь-яким вільним виходом. Якщо вхід можна з'єднати тільки з частиною певних виходів блоку, то таке включення називається неповнодоступним. Число виходів блоку, з якими вхід блоку може встановити з'єднання, називається доступністю D.
Розглянемо докладніше утворення блоків за допомогою вказаних операцій.
Об'єднання входів.
Комутаційні блоки (і їх умовні зображення), одержані шляхом об'єднання (запаралелювання) входів декількох комутаційних пристроїв того або іншого типу, показані на рис. 3.3. При об'єднанні входів двох пристроїв типу (1X1) (рис. 3.3,а-г) одержуємо комутаційний блок типу [1x2], в якому входу будуть доступні вже два виходи (D = 2). Параметри КБ позначатимемо в квадратних дужках, де перша цифра означає число входів, а друга — число виходів. Об'єднуючи входи декількох комутаційних приладів, можна одержувати комутаційний блок з необхідним числом виходів і необхідною доступністю.

Мал. 3.3. Комутаційні блоки, одержані шляхом об'єднання входів, і їх умовні зображення: а) - г) - блок [1X2]; д) - з) - блок [1х2m]; і) - м) - блок [n(1Х2m)]; н) - р) - блок [nX2m].
При об'єднанні входів двох комутаційних приладів типу (1Хm) одержимо КБ типу [1X2m] (мал. 3.3 д) – з)), в якому вхід має доступ до 2m виходів (D = 2m). Об'єднуючи однойменні входи у двох пристроїв типу n(1Хm), одержуємо КБ типу [n(1Х2m)] (мал. 3.3, і - м), в якому кожний вхід має доступ до певних 2m виходів (D = 2m). Якщо в комутаційному пристрої типу n(1Xm) об'єднати всі n входів, то одержимо КБ типу [1Хnm], де входу будуть доступні всі nm виходів (D=nm). Об'єднуючи однойменні входи у двох комутаційних пристроїв типу (nXm), одержуємо КБ типу [nX2m], в якому кожен вхід має доступ до 2m виходів (D=2m).
Аналізуючи структуру комутаційних блоків, одержаних шляхом об'єднання входів відповідних комутаційних пристроїв, можна зробити висновок, що об'єднання входів призводить до збільшення виходів в порівнянні з числом виходів комутаційного пристрою і збільшення доступності D входів по відношенню до виходів. Отже, для отримання КБ необхідної доступності за допомогою комутаційних пристроїв, що володіють меншою доступністю, слід проводити об'єднання входів у відповідного числа комутаційних пристроїв. Слід відмітити, що збільшення числа виходів і доступності D шляхом об'єднання входів вимагає збільшення об'єму обладнання, тобто збільшення числа комутаційних пристроїв.
Об'єднання виходів.
На рис. 3.4 показана операція об'єднання (запаралелювання) виходів у декількох комутаційних пристроїв відповідного типу для отримання КБ з необхідними параметрами. Об'єднуючи виходи в групі із k комутаційних пристроїв, одержуємо комутаційний блок, в якому входи всіх комутаційних пристроїв мають доступ до однієї і тієї ж групи виходів. При цьому максимальне число одночасних з'єднань в такому блоці визначається числом виходів m, якщо k > m, або числом входів до, якщо k< m.

Рис. 3.4. Комутаційні блоки, одержані шляхом об'єднання виходів: а)–г) - блок [kX1]; д)-з)-блок [kXm]; і)-м)-блок [knXnm]; н)-р) – блок [knXm].

Рис. 3.5. Комутаційні блоки із з'єднаними входами і виходами: а) блок [1Хm]; б) блок [nXm]
Із k пристроїв типу (1X1) одержуємо КБ типу [kX1] (мал. 3.4,а-г); із k пристроїв типа (1Xm) - КБ типу [kXm] (мал. 3.4, д-з); із k пристроїв типа n(1хm) - КБ типу [km(nm)] (мал. 3.4, i-м); і з k пристроїв типа (nХm) – КБ [knXm] (мал. 3.4, н-р).
В розглянутих комутаційних блоках (див. мал. 3.3 і 3.4) з'єднання між входами блоків і виходами здійснювалося через одну комутаційну точку (комутаційний елемент або комутаційну групу), тому такі КБ називаються одноланковими, оскільки між входом і виходом при встановленні з'єднання є одна ланка комутації.
На мал. 3.5 показані комутаційні блоки, одержані шляхом об'єднання входів і виходів декількох комутаційних пристроїв. Таке об'єднання може бути викликане необхідністю підвищення надійності КБ за рахунок паралельного з'єднання входу з виходом через різні комутаційні пристрої. Якщо перший комутаційний пристрій несправний, то з'єднання може бути здійснено через другий прилад, причому залежно від способу забезпечення надійності можуть одночасно працювати обидва пристрої або тільки один, а другий тільки в тому випадку, якщо перший виявиться несправним.
Послідовне з'єднання.
Комутаційні блоки можуть бути побудовані шляхом послідовного з'єднання виходів одних комутаційних пристроїв з входами інших, як це показано на мал. 3.6. При послідовному з'єднанні двох пристроїв типу (1Хm) одержимо комутаційний блок типу [1XvXm], в якому входу буде доступно m2 виходів. В цьому блоці між входом і виходом буде дві точки комутації, одна в ланці А і друга в ланці В (мал. 3.6,а, де v — проміжні лінії (ПЛ) між ланками А і В). Доступність даного блоку збільшується в порівнянні з доступністю комутаційних пристроїв, на яких блок реалізований. В нашому випадку доступність КБ D=m2 при доступності пристроїв D=m. Аналогічно при послідовному з'єднанні комутаційних пристроїв типів (nХm) і (1+m) одержуємо КБ типа [nXvXm2], в якому кожний вхід має доступ до будь-якого з m2 виходів.

Мал. 3.6. Двохланкові комутаційні блоки: а) - блок [1XmXm2]; блок [nXmXm2].
Комутаційні блоки такого типу одержали назву двохланкових блоків, а місце розташування комутаційних елементів в таких блоках називається ланкою комутації (з'єднання) або просто ланкою, які на схемах блоків позначаються буквами: ланка А і ланка В (в деяких літературних джерелах замість терміну «ланку» вживають термін «каскад») . В такому блоці окрім входів і виходів з'явилися ПЛ між пристроями ланок А і В. Тому при вказуванні типу блоку [nXvXm] його характеризують трьома параметрами: n — числом входів, v — числом проміжних ліній і m — числом виходів. Відповідно до цього двохланковий блок (мал. 3.6, б) матиме наступні структурні параметри [nХvХm], де v = m.
При побудові двохланкового КБ можна використовувати операції не тільки послідовного з'єднання комутаційних пристроїв, але і об'єднання виходів.
Із порівняння схем мал. 3.3 і 3.6 видно, що збільшуються число виходів і доступність, але в першому випадку це досягається об'єднанням входів, а в другому — послідовним з'єднанням комутаційних пристроїв.
Для отримання КБ з необхідними структурними параметрами можна використовувати в ланках А і В різні комутаційні пристрої. При цьому КБ порівнюються між собою по числу точок комутації, які пропорційні об'єму комутаційного обладнання, або за сумарною вартістю блоків.
Комутаційні блоки можна будувати і на більше число ланок, з’єднуючи послідовно виходи попередньої ланки з входами наступної. З окремих комутаційних блоків можна будувати складніші КБ необхідної структури для побудови окремих частин або всього комутаційного поля вузла. Найпростішим комутаційним блоком є одноланковий повнодоступний блок, в якому будь-який вхід має доступ до будь-якого виходу. Такий блок називається комутатором. За допомогою комутаторів можна будувати КБ з необхідними структурними параметрами, використовуючи операції об'єднання входів і виходів і послідовного з'єднання.

Мал. 3.7. Схеми комутаторів [nХm]:
Комутатор є блоком типу (nХm) і може бути побудований на комутаційних пристроях будь-якого типу об'єднанням входів і виходів, як це показано на мал. 3.7. Для побудови комутатора на n входів і m виходів за допомогою комутаційного пристрою типу (1x1) потрібно nm пристроїв. Для утворення n входів у кожної групи з m пристроїв об'єднуються входи. Однойменні виходи всіх груп об'єднуються для отримання m спільних виходів з блоку (мал. 3.7,а). Для отримання комутатора за допомогою пристроїв типу (1Хm) буде потрібно n пристроїв, у яких слід об'єднати виходи, як це показано на мал. 3.7,б. Комутатор на пристроях типу n(1Xm) можна отримати шляхом об'єднання однойменних виходів. Отже, комутатор на n входів і m виходів може бути виконаний на одному пристрої (мал. 3.7, г). Комутаційний пристрій типу (nXm) є одночасно комутатором (мал. 3.7,г).
3.5. Багатоланкова комутація.
В описаних вище комутаційних структурах їх входи і виходи комутувалися через єдину точку комутації (мається на увазі одноланкові структури). (Чотирипровідні комутатори використовують дві точки комутації на з'єднання, але фактично для кожного з'єднання входу з виходом вибирається лише одна точка). Тому ці комутаційні структури називали одноланковими. Особливість одноланкових комутаторів полягає в тому, що кожна точка комутації може бути використана для комутації конкретної пари вхід-вихід. Кількість точок комутації, потрібне для реалізації комутатора з великою кількістю входів/виходів, виходить невиправдано великим. Крім того, велике число точок комутації, що доводиться на кожну вхідну і вихідну лінії, передбачає велику навантажувальну здатність тракту передачі інформації. Іншим істотним недоліком одноланкових схем є те, що для кожного конкретного з’єднання потрібна конкретна точка комутації. Якщо вона виходить з ладу, то відповідне з'єднання в комутаційній матриці вже не може бути встановлене.
Аналіз великих одноланкових комутаторів показав, що точки комутації використовуються неефективно. У кожному рядку або стовпці квадратного комутаційного поля може знаходитися в роботі тільки одна точка комутації, навіть якщо по всіх лініях поступили запити на обслуговування. Щоб збільшити ефективність використання точок комутації і, отже, зменшити їх кількість, необхідно, щоб кожна точка комутації могла бути задіяна для більше, ніж одного потенційного з’єднання. Тим не менше, якщо точки комутації будуть загальним ресурсом, то для зменшення блокування також необхідно, щоб для кожного потенційного з'єднання може бути використано більше за один шлях. Альтернативні шляхи використовуються для зменшення кількості блокувань, а також для захисту від помилок. Спільне використання точок комутації для потенційних шляхів через коммутаційне поле досягається побудовою багатоланкових комутаторів. Структурна схема багатоланкового комутатора показана на рис.5.6.

Рис. 5.6. Триланкова комутаційна матриця.
Комутатор на рис. 5.6 має три ланки комутації, в яких входи і виходи розділені на підгрупи з N входів і N виходів кожна. Входи кожної підгрупи обслуговуються прямокутним масивом точок комутації - комутатором. Вхідні комутатори (перша ланка комутації) є комутаторами розміром , де кожен з виходів сполучений з одним з центральних комутаторів (другої ланки). Третя ланка складається з прямокутних комутаторів розміром , які забезпечують з’єднання кожного комутатора центральної ланки до груп із виходів. Всі комутатори центральної ланки є комутаторами розміром і забезпечують з’єднання будь-якого комутатора першої ланки з будь-яким комутатором третьої. Варто мати на увазі що якщо всі комутатори повністю доступні, то для кожного з’єднання між конкретним входом і конкретним виходом всередині комутаційного поля існує можливих шляхів. У кожному з цих шляхів буде використовувутися свій комутатор центральної ланки. Таким чином, багатоланкова структура забезпечує наявність в комутаційному полі альтернативних шляхів, що дозволяє уникнути блокувань. Більше того, оскільки кожна комутована лінія сполучена з обмеженим числом точок комутації, ємнісне навантаження мінімальне.
Загальна кількість точок комутації , необхідна для побудови триланкового комутатора, показаного на рис. 5.6,
(5.1)
де - кількість пар входів-виходів; - розмір кожної групи входів-виходів; - число центральних комутаторів.
Як видно, число точок комутації, що визначається за формулою (5.1) значно менше, ніж число точок комутації, необхідне для побудови одноланкового комутатора. Проте, в першу чергу необхідно визначити число коммутаторів центральної ланки, необхідне для надання послуг комутації з прийнятною якістю.
Для підвищення якості обслуговування (зменшення внутрішніх блокувань) найбільш поширеними є: збільшення кількості ланок (зростає кількість обхідних шляхів), збільшення зв’язності і реалізація комутаторів, внутрішні блокування в яких відсутні.
3.6. Комутатори без блокувань.
Вагомою перевагою одноланкових комутаторів є те, що вони не мають блокувань. Якщо сторона, що викликається, вільна, необхідне з'єднання завжди може бути встановлене шляхом вибору потрібної точки комутації, призначеної саме для цієї конкретної пари вхід-вихід. Коли точки комутації стають загальними, природно, з'являється імовірність блокування. У 1953 р. Чарльз Клоз з Лабораторії Бела (Bell Laboratories) опублікував дослідження триланкових комутаторів, де приводяться розрахунки числа комутаторів центральної ланки, необхідної для роботи без блокувань. Результати його досліджень показали, що якщо кожен комутатор не блокується і число комутаторів центральної ланки , то такий комутатор буде без блокувань.
Умова роботи без блокувань може бути виведена із спостереження, що з'єднання через триланковий комутатор вимагає наявності комутатора центральної ланки з вільними лініями, що пов'язують його з відповідним комутатором першої ланки і відповідним комутатором третьої ланки. Оскільки самі комутатори не блокуються, то в цьому випадку необхідний шлях може бути встановлений у будь-який момент, коли будуть знайдені вільні лінії центральної ланки. Ключовим моментом в цьому виводі є те, що, оскільки кожен комутатор першої ланки має входів, тільки з них можуть бути зайняті, якщо вхід, відповідний необхідному з'єднанню, вільний. Якщо більше , то може бути зайнята максимум лінія до комутаторів центральної ланки. Аналогічно максимум лінія до необхідного комутатора третьої ланки може бути зайнята, якщо вихід, необхідний для з'єднання, вільний.
Якнайгірша з погляду блокувань ситуація виникає (як показано рис.5.7), якщо зайняті всі () лінії, що ведуть від комутатора першої ланки до деякої групи комутаторів центральної ланки, і одночасно зайняті всі () лінії, що ведуть до необхідного комутатора третьої ланки від іншої групи комутаторів центральної ланки. Тоді ці дві групи комутаторів центральної ланки виявляються недоступними для потрібного з'єднання. Проте, якщо б існував ще один комутатор центральної ланки, то його відповідні вхідні і вихідні лінії будуть вільні, і тоді центральна ланка може бути використана для встановлення з'єднання. Отже, якщо , то комутаційне поле буде таким, що не блокується. Підставляючи отримане у вираз (5.1), бачимо, що для роботи триланкового комутатора з відсутністю блокувань потрібно:
(5.2)

Рис. 5.7. Триланковий комутатор без блокувань.
Як випливає з виразу (5.2), число точок комутації в триланковому комутаторі без блокувань, залежить від того, яким чином входи і виходи розділені на підгрупи з числом ліній . Продиференціюємо вираз (5.2) по і для визначення мінімуму прирівняємо отриманий вираз до нуля, розв’язок отриманого рівняння показує, що (при великих ) оптимальним значенням є (). Підставляючи це значення у вираз (5.2), отримаємо вираз для мінімального числа точок комутації триланкового комутатора без блокувань:
(5.3)
де - загальна кількість входів-виходів.
Кількість точок комутації, необхідна для реалізації триланкової комутаційної схеми і одноланкового комутатора такої ж ємності, відрізняється більше, ніж на порядок, особливо для великих .
3.7. Комутаційні пристрої класичних комутаційних систем.
Даний розділ присвячений короткому екскурсу в історію розвитку комутаційних систем і розглядає основні типи електромеханічних комутаційних пристроїв в хронологічному порядку їх виникнення і використання для комутаційних полів відповідних АТС.
Широко поширеним пристроєм, що використовується в класичних системах комутації, є електромагнітне реле.
Електромагнітне реле - це пристрій типу (1х1). В телефонній техніці застосовуються в основному електромагнітні реле постійного струму з відкритими і герметизованими контактами.

Рис. 7. Електромагнітні реле: а - з відкритими контактами; б - з контактами, що герметизуються
Реле з відкритими контактами (рис. 7,а) складається з обмотки з сердечником, якоря з пружиною і контактів, закріплених на плоских пружинних пластинах. За відсутності струму в обмотці якір під дією пружини відтягнутий від сердечника і контакти розімкнені. При появі струму в обмотці якір притягується до сердечника і, повертаючись на осі, другим плечем натискує на контактну пластину, замикаючи контакти.
З багатьох типів реле з відкритими контактами найбільш широко застосовуються реле типів РПН і РЕС-14 з максимальним числом контактних пружин 18 і 24 відповідно.
Реле з контактами, що герметизуються (геркони), мають контактні пружини, повністю ізольовані від навколишнього середовища, поміщені в заповнений інертним газом скляний балон (рис. 7, б). Геркон поміщається усередину обмотки і корпусу, виконаного з магнітного матеріалу. За відсутності струму в обмотці контактні пластини під дією сил пружності відходять один від одного, розмикаючи вихідне коло. При появі струму в обмотці утворюється магнітний потік, що притягує один до одного контактні пластини.
Основними перевагами герконових реле є: швидкодія, хороша якість контактів і малі габарити. На практиці широко використовуються герконові реле РЕС-46, РЕС-51 і РЕС-55.
В комутаційній техніці широко застосовувалися і електромеханічні шукачі - комутаційні пристрої типу (1Хm) з властивістю пам'яті.
До складу електромеханічних шукачів входять:
контактне поле (статор - нерухомий вузол), що складається з ізольованих контактів, до яких підключаються виходи m;
ротор з щітками, послідовно що переміщається між контактами. До щіток підключається комутована лінія (вхід);
привід, що забезпечує рух ротора.
Шукачі класифікують:
за принципом дії приводу (крокові і моторні з індивідуальним приводом, машинні із загальним приводом);
по кількості і виду рухів ротора (обертальні, підйомно-обертальні);
по структурі контактного поля (декадне і недекадне).
На рис. 8 зображено пристрій крокового (КШ) і декадно-крокового шукачів (ДКШ).

Рис. 8. Пристрій крокового і декадно-крокового шукачів.
В комутаційних системах використовуються крокові шукачі КШ-11 і КШ-17 з 10 і 15 робочими виходами відповідно, а також декадно-крокові шукачі ДКШ, що мають 100 виходів з декадною побудовою контактного поля.
Широке використання в сучасних АТС мають комутаційні пристрої, що називаються багатократними координатними з'єднувачами (БКЗ). БКЗ є багатопозиційним електромагнітним комутаційним пристроєм типу n(1Хm). Комутаційними елементами БКЗ є металеві контакти релейного типу, виконані з благородних металів. Принцип роботи БКЗ заснований на принципі координатної сітки (Рис.9). До вертикальних шин сітки підключаються входи, а до горизонтальних - виходи, і в місцях перетину шин створюються комутаційні точки, що дозволяють з'єднати вхід з будь-яким виходом.

Рис. .9. Принцип побудови і роботи БКЗ.
Конструктивно БКЗ є колективним реле з великим числом контактних пружин (Рис.10). Основними його елементами є вертикальні блоки, або просто вертикалі. Кожна вертикаль містить контактні струни (шини) і m груп контактних пружин, що становлять контактне поле вертикалі (Рис.11). Стан контактів в групах вертикалі обумовлений роботою двох електромагнітів з рейками: утримуючого електромагніту УЕ з утримуючою рейкою УР і вибираючого електромагніту ВЕ з вибираючою рейкою ВР (Рис.10). Кожна вертикаль має свій УЕ, а число ВЕ рівне числу контактних груп m.

Рис. 10. Розміщення елементів на платі БКЗ.

Рис. 11. Схема контактного поля вертикалі.
Промисловість випускає БКЗ, що мають 10 або 20 вертикалей (входів) і 10 виходів при 6- або 12-провідних колах. Прийнятий наступний умовний запис: БКЗ –n Х m Х l, де n - число вертикалей, m - ємність вертикалей, l - провідність комутованих кіл. Наприклад, БКЗ -10Х10Х12 і БКЗ -20Х10Х6.
Комутаційні блоки квазіелектронної АТС.
Блок з'єднувальних ліній,схема керування якого показана на рис.3, виконує роль ГШ і складається з восьми комутаторів в ланці С і восьми комутаторів в ланці D.

Рис. 1. Типовий елемент заміни.

Рис. 3. Схема керування квазіелектронним комутаційним блоком.
Кожний з комутаторів являє собою феридовий з'єднувач, який має 8 входів і 8 виходів (БФЗ-С0...БФЗ-С7 на ланці С і БФЗ-D0...БФЗ-D7 на ланці D). Кожній ланці відповідає схема керування, яка виконана на типовому елементі заміни (ТЕЗ) І-1 (І-1С для ланки С і І-1D для ланки D). Схема ТЕЗу складається з 16-ти реле, з яких P1...P8 використовуюься для підключення входів (виходів) до генератора дзвоноподібних імпульсів,а реле P9...P16 відмічають вибраний комутатор.
З рис.1 видно, що для включення реле необхідно по адресних шинах подати з керуючого пристрою координатні сигнали, які визначають групу реле, після чого по командних шинах повинні поступити координатні сигнали, які призначені для включення реле у вибраній групі.
Наприклад, для встановлення з'єднання першого входу з 57 виходом (рис.3) повинні замкнутися контакти реле P1 в І-1С, яке визначає перші входи у всіх комутаторах ланки С, і реле P9, яке визначає комутатор БФЗ-С0. Для спрацювання вказаних реле необхідно (рис.1) по адресних шинах подати від'ємні координатні сигнали Ny0 i Cy0, під дією яких відкриваються транзистори Т1 і Т3, а по командних шинах повинні поступати координатні сигнали Nx0 i Cx0, від яких спрацьовуть реле P1 i P9. Для вибору виходу в ТЕЗі І-1D повинні спрацювати реле Р1 і Р16. Включення даних реле здійснюється координатними сигналами My0,Dy1,Mx0,Dx3. Після спрацювання реле в ТЕЗах І-1С і І-1D утворюється коло струму: вихід ГДІ, Р1,Ф11...Ф18, Р9,Ф18...Ф88 в БФЗ-С0,Ф11...Ф81, Р16,Ф18,...Ф11, в ТЕЗі І-1D, Р1, вхід ГДІ. Під дією імпульсу струму, який проходить по обмотках феридових реле, залишаться включеними Ф18 в БФЗ-С0 і Ф11 в БФЗ-D7.
Для виключення феридового реле в одній із ланок повинні спрацювати реле, які працювали при встановленні з'єднання на другій ланці, реле, яке характеризує комутатор даної ланки, і реле відбою Р17. Для виключення феридового реле на ланці D повинні спрацювати реле Р1,Р9 в ТЕЗі І-1С і Р16 і Р17 в ТЕЗі І-1D. Для цього необхідно координатні сигнали: Ny0,Nx0,Cy0,Cx0 в ТЕЗі І-1С і Dy1,Dx3,Q в ТЕЗі І-1D. Після спрацювання реле, в наступний п'ятимілісекундний цикл, імпульс струму від ГДІ проходить по колу: вихід ГДІ ,Р1,Ф11...Ф18,Р9,Ф18...Ф88 в БФЗ-С0,Ф11...Ф81 в БФЗ-D7,Р16,Р17, вхід ГДІ. В результаті проходження струму виключається Ф11 в БФЗ-D7. Аналогічно проводиться виключення феридових реле в ланці С. Для виключення ферридових реле в двох ланках повинні спрацювати Р17 в ТЕЗах І-1С і І-1D.
Багатократні з'єднувачі можуть бути реалізовані на герконових реле. На практиці використовуються герконові з'єднувачі типу БГЗ-8Х8Х2 і БГЗ -8Х8Х4, що мають вісім входів, вісім виходів і забезпечують відповідно двох- і чотирьохпровідну комутацію. Схема побудови БГЗ наведена на Мал. 12. Багатократні з'єднувачі характеризуються малим часом встановлення з'єднання, високою надійністю, уніфікованою конструкцією.

Рис. 12. Схема побудови з'єднувача на герконових реле.
Як комутаційні елементи можуть застосовуватися безконтактні (електронні) елементи - електронні ключі. Проте такі з'єднувачі не одержали широкого використання через складність забезпечення задовільних електричних параметрів комутаційних елементів.
Всі розглянуті вище комутаційні пристрої, у тому числі і електронні ключі, реалізують принцип просторової комутації, коли точки комутації рознесені в просторі.
Цифрова (безконтактна) комутація в сучасних цифрових АТС здійснюється на основі принципу часової комутації, що полягає в наступному. Аналогові (телефонні) сигнали перетворюються в цифрові, внаслідок чого утворюються цифрові потоки, аналогічні потокам цифрових систем передачі. Комутація здійснюється зміною номера канального інтервалу для даного сигналу. На виході станції проводиться зворотне перетворення цифрових сигналів в аналогові.
Автоматичні телефонні станції можуть бути реалізовані на різних комутаційних пристроях.
Станції, реалізовані на крокових і декадно-крокових шукачах, називаються декадно-кроковими.
Станції, реалізовані на БКЗ, називаються координатними.
Станції, що використовують герконові комутаційні пристрої чи багатократні феридові з’єднувачі, називаються квазіелектронними (майже електронними).
Станції, що використовують цифрові пристрої - цифровими.
В історичному плані спочатку з'явилися АТС декадно-крокові, потім координатні, потім квазіелектронні і останніми - цифрові.
3.8. Комутаційні пристрої і блоки цифрових комутаційних систем.
Цифрові АТС майже повністю витіснили АТС інших типів на телефонній мережі загального користування. Однією з основних частин будь-якої АТС є комутаційне поле, яке в цифрових АТС будується на комутаційних блоках «Час», «Простір», «Час/Простір», які об’єднуються в каскади, а каскади різних типів також з’єднуються між собою. В даному розділі розглянуто будову і принципи функціонування перерахованих вище комутаційних блоків.
3.8.1. Комутаційний блок «Простір». Послідовна і паралельна комутація кодового слова.
Блок просторової комутації часових каналів (БПК) виконує перенесення кодового слова певного КІ в однойменний КІ інших ЦЛ. В загальному випадку БПК складається з управляючого пристрою і комутаційної матриці, в горизонталь якої включені вхідні (ВхЛ), а у вертикаль - вихідні ЦЛ (ВЛ) (рис.1.1). Процес просторової комутації ілюструє векторна діаграма (рис. 1.0.2) і часова діаграма (рис. 1.2).

Рис. 1.0.2. Векторне представлення просторової комутації.

Рис. 1.1 Блок просторової комутації.

Рис. 1.2. Процес просторової комутації.
Комутаційна матриця є комбінаційним автоматом з N інформаційними входами, М інформаційними виходами і NхМ точками комутації, керованими від управляючих входів k, причому кількість останніх визначається типом елементів, на яких побудована комутаційна матриця (рис.1.3).
Управляючою інформацією для БПК є адреси ВхЛ і ВЛ, які повинні бути зкомутовані в заданому КІ. Ці адреси повинні бути занесені в управляючий пристрій БПК (УП) і зберігається в ньому до закінчення з'єднання, тому УП будується на запам’ятовуючих елементах і називається адресним запам’ятовуючим пристроєм (АЗП) або керуючою пам'яттю (КП).

Ри. 1.3. Способи побудови БПК.
Управляючий пристрій керується блоком управління (БУ) більш високого рівня шинами даних (ШД), шинами адреси (ША) і шинами управління (ШУ). Структура і об'єм пам'яті АЗП визначається побудовою комутаційної матриці і параметрами N і М. У разі реалізації матриці на електронних контактах (рис.1.3.а) або на мікросхемах І-АБО (рис.1.3.б) кожній точці комутації необхідний власний управляючий вхід, тому їх кількість є N Х М. На кожний управляючий вхід подається один з n можливих часових сигналів, які визначають номер КІ, в якому повинна здійснюватися комутація.
Якщо ж комутаційна матриця реалізується на мультиплексорах МХ (рис.1.3.в) або демультиплексорах DМХ (рис.1.3.г), то число управляючих входів зменшується, оскільки управляючі сигнали передаються ними в кодованому вигляді.
Можлива побудова комутаційної частини БПК і на програмованих логічних матрицях (ПЛМ), які складаються з двох матричних схем М1 і М2, що виконують відповідно логічні операції кон'юнкції і диз'юнкції (рис.1.3.д). Існують ПЛМ з комбінаційною логікою і ПЛМ з пам'яттю. В даному випадку застосовують ПЛМ першого типу. Перехід від мультиплексорів або демультиплексорів до ПЛМ дозволяє скоротити число схемних елементів. Наприклад, для варіанту з чотирма ВхЛ і чотирма ВЛ потрібні чотири 4-входових МХ і 12 управляючих входів, але тільки одна ПЛМ з чотирма входами k.
Незалежно від способу реалізації комутаційної матриці з'єднання між вхідними і вихідними ЦЛ повинні встановлюватися на тривалість канального інтервалу, тому на відповідну точку комутації управляючий сигнал потрібно подавати протягом заданого КІ. Звідси випливає, що адреса точки комутації повинна бути записана в ту комірку АЗП, яка читається в цьому КІ. Кількість елементів пам'яті АЗП повинна співпадати з числом каналів n в комутованих цифрових трактах. Розмір комірки визначається способом реалізації комутаційної матриці і числом точок комутації. Звичайно АЗП розділяють на секції, кожна з яких керує певною групою точок комутації, закріплених за окремою ВЛ (рис.1.4.б) або окремою ВхЛ (мал. 1.4.в) – відповідно розрізняють управління по виходах і управління по входах. В першому випадку в i-ту комірку к-тої секції АЗП заноситься номер ВхЛ, яку потрібно скомутувати з к-тою ВЛ в i-тому КІ.

Рис. 1.4. Варіанти управління просторовим комутатором.
Як приклад, розглянемо принцип роботи БПК з чотирма ВхЛ і чотирма ВЛ (кожна з 32 КІ) для варіанту побудови комутаційної частини БПК на мультиплексорах. В цьому випадку управління здійснюється по виходах (рис.1.5). Комутаційна матриця складається з чотирьох 4-входових мультиплексорів, кожний з яких комутує канали всіх вхідних ЦЛ з каналами своєї вихідної ЦЛ. АЗП блоку має чотири секції по 32 комірки, номери яких відповідають номерам КІ. Мультиплексор управляється трьома провідниками – двома адресними (А і В) і одним для дозволу роботи мікросхеми (вхід Е) - тому всі комірки АЗП трьохрозрядні.

Рис. 1.5. Приклад побудови БПК на мультиплексорах.
Секції АЗП одержують адресну інформацію від блоку управління БУ шиною адреси ША – номер комірки пам'яті, шиною даних ШД – номер ВхЛ і шиною управління ШУ – сигнал запису. Відзначимо, що адресна інформація записується в комірки АЗП в довільній послідовності (в режимі довільного доступу до пам'яті), а читання цієї інформації з комірок АЗП здійснюється впорядковано, відповідно до послідовності часових КІ.
Припустимо, що БУ одержав каналом вводу-виводу команду скомутувати КІ2 між ВхЛ1 і ВЛ4. Після обробки команди БУ звертається до АЗП4, шиною ША готує для запису «Комірка2», шиною ШД передає номер ВхЛ1 і шиною ШУ подає в АЗП4 сигнал “запис”. Далі БУ контролює правильність запису адресної інформації і видає каналом КВВ сигнал підтвердження встановлення з'єднання. З цієї миті ВхЛ1 і ВЛ4 є зкомутованими в КІ2. В проміжку КІ2 з Комірки2 АЗП4 читається адреса входу Х0 мультиплексора МХ4 (в даному випадку А=В=0) і дозвіл на комутацію (вхід Е=0), що приводить до проходження в КІ2 цифрового сигналу від ВхЛ1 до ВЛ4.
Відзначимо, що число одночасних з'єднань за КІ співпадає з кількістю ВЛ, а число з'єднань, створюваних протягом циклу передачі Тц, є nХM.
У разі реалізації комутаційної матриці на демультиплексорах секції АЗП закріплені за ВхЛ, а в комірки АЗП відповідно записують номери тих ВЛ, які повинні бути скомутовані з даною ВхЛ (див. рис.1.3. г).
Якщо комутаційну частину БПК створювати на ПЛМ 4Х4, то АЗП міститиме тільки одну секцію з 32-х п'ятирозрядних комірок.
Для прискорення комутації і, отже, пропускної здатності ЦКП застосовують паралельну (одночасну) передачу всіх r розрядів кодового слова. Відповідно швидкість передачі зростає в r раз. Реалізація паралельної передачі вимагає додаткового обладнання: послідовно-паралельних перетворювачів кодових слів на виході кожної ВхЛ і паралельно-послідовних - на вході кожної ВЛ.
Неможливість з’єднувати різнойменні канали означає наявність в БПК внутрішніх блокувань. Тому для побудови цифрових комутаційних полів БПК використовують тільки в поєднанні з іншими типами блоків.
3.8.2. Комутаційний блок «Час». Статичні і динамічні запам’ятовуючі пристрої.
Часова комутація полягає в передачі кодових слів будь-якого КІ вхідної ЦЛ в будь-який КІ вихідної ЦЛ, тому блок часової комутації (БЧК) під керівництвом АЗП повинен здійснювати перенесення (зсув) кодового слова з одного КІ в іншій. Цей процес пояснює векторна діаграма комутації (рис. 1.6.1) і часова діаграма (рис.1.7) на прикладі комутації КІi вхідної ЦЛ з КІj вихідної ЦЛ і КІj ВхЛ з КІi ВЛ.

Рис. 1.6.1. Векторне представлення часової комутації.

Рис. 1.7. Процес часової комутації.

Рис. 1.8. Блок часової комутації.
Як видно з рисунка, для цього необхідна затримка інформації канального інтервалу на якийсь час, який визначається співвідношенням номерів КІ i та j, але не може перевищувати тривалості циклу передачі Тц, оскільки в останньому випадку інформація в комутованому КІ вхідної лінії замінилася б наступним кодовим словом. Для комутації КІi ВхЛ з КІj ВЛ затримка становить ?зi-j =(j-i)tКІ за умови j > i, де tКІ – тривалість КІ. Якщо ж i > j, то затримка становить ?зi-j =(n - i+j) tКІ., де n – кількість канальних інтервалів в циклі
Узагальнена структура БЧК зображена на рис.1.8. Коммутаційна частина блоку може будуватися на елементах затримки динамічного або статичного типу, які створюють інформаційний запам'ятовуючий пристрій (ІЗП), керований від АЗП. При використанні елементів динамічної затримки ІЗП називають зсуваючим пристроєм (ЗсП). Цей ЗсП є сукупністю n-1 послідовно з’єднаних комірок затримки (кожна на тривалість КІ), а також логічних схем І і схеми АБО (рис.1.9). Керуючий АЗП є односекційним на n елементів пам'яті, кожна з яких відповідає однойменному КІ вихідної ЦЛ. В комірки АЗП записуються номери схем І, що забезпечує з'єднання потрібних каналів.
Розглянемо процес комутації в БЧК з ЗсП на прикладі. Припустимо, що всі n каналів ВхЛ потрібно з'єднати з однойменними каналами ВЛ. Тоді у всі комірки АЗП слід записати номер логічної схеми І0. При послідовному синхронному читанні цих комірок на виході АЗП завжди формуватиметься сигнал к0 , який відкриватиме схему І0 в кожний КІ і тим самим створюватиме з'єднання через ІЗП.

Рис. 1.9. Блок часової комутації на зсуваючих пристроях.
Якщо ж потрібно зкомутувати КІ3 ВхЛ з КІ8 ВЛ, то ?з3,8 =5tКІ і тому в комірці 8 АЗП слід занести номер схеми І5. При читанні комірки 8 на виході АЗП сформується сигнал к5, який відкриє І5 і створить шлях передачі інформації вхідного КІ3 в КІ8 вихідної ЦЛ.
Якщо ж необхідно з’єднати КІ28 ВхЛ з КІ1 ВЛ при n =32 матимемо ?з28,1=(32-28+1)=5 tКІ, тому потрібно записати в комірку 1 АЗП номер схеми І5. Аналогічно попередньому при читанні комірки 1 на виході АЗП сформується сигнал к5, який відкриє І5 і створить шлях передачі інформації вхідного КІ28 в вихідний КІ1.
Схема ІЗП на динамічних лініях затримки дуже проста, але має суттєвий недолік - послідовну передачу кодових слів. Щоб здійснити паралельну передачу, потрібно б було збільшити кількість схем “І” і “АБО” в r раз, але у такому випадку більш економічним стає ІЗП на статичних запам’ятовуючих пристроях.
На рис.1.10 зображена структурна схема БЧК із статичним ІЗП і паралельним режимом комутації.

Рис. 1.10. Блок часової комутації на статичних ЗП.
На вході ІЗП встановлюється регістр запису (РЗ), який є перетворювачем послідовного коду в паралельний, тобто діє в режимі послідовного запису кодових слів з ВхЛ (двохпровідної) і паралельного їх прочитування в комірки ІЗП (окремим провідником для кожного розряду). Для зворотного перетворення на виході ІЗП встановлюється регістр зчитування (РЗч), в який кодові слова записуються з ІЗП паралельно, а потім послідовно зчитуються у відповідні КІ ВЛ.
В блоці часової комутації ІЗП і АЗП можуть діяти в режимі циклічного запису і ациклічного зчитування або, навпаки, ациклічного запису і циклічного зчитування.
Звичайно перший режим реалізується в ІЗП, другий в АЗП. Кількість елементів пам'яті ІЗП і АЗП дорівнює числу комутованих каналів n. Розрядність кожного КІ - r.
Розглянемо алгоритм функціонування БЧК, зображеного на рис.1.10, для випадку, коли ЦЛ 32-канальні, управління комутацією здійснюється по виходах, запис в ІЗП і зчитування з АЗП циклічні, а зчитування з ІЗП і запис в АЗП – ациклічні. Припустимо, що для створення розмовного тракту потрібно зкомутувати КІ3 ВхЛ з КІ8 ВЛ в прямому (А(В) і КІ28 ВхЛ з КІ1 ВЛ у зворотному напрямі передачі (В(А). Ця інформація передається блоку управління БУ каналом вводу-виводу КВВ. БУ обробляє одержані дані і відповідно записує в АЗП: в комірку Комірка8 номер КІ3 ВхЛ і дозвіл на комутацію, в комірку Комірка1 номер КІ28 ВхЛ і дозвіл на комутацію. З цієї миті з'єднання вважається встановленим і БУ видає його підтвердження в КВВ. Інформація КІ3 ВхЛ послідовно записується в РЗ і на початку наступного КІ тактовим сигналом прочитується з РЗ і паралельно поступає в комірку Комірка3 ІЗП, де зберігається до моменту зчитування, який визначається сигналом, що поступає при читанні вмісту комірки Комірка8 АЗП на початку КІ8. При цьому кодове слово з комірки Комірка3 ІЗП паралельно передається в РЗч, а звідти послідовно зчитується в КІ8 ВЛ. Аналогічно комутується і КІ28 ВхЛ з КІ1 ВЛ, оскільки в комірці Комірка1 АЗП занесена адреса (номер) комірки Комірка28 ІЗП.
Відзначимо, що розрядність комірок ІЗП визначається числом бітів кодового слова КІ, а комірок АЗП – числом каналів ЦЛ і способом обробки кодових слів при їх записуванні і зчитуванні з ІЗП. В сучасних ЦКП ІЗП і АЗП є спеціалізованими надвеликими інтегральними схемами (СБІС) з різними ємностями елементів пам'яті і можливостями функціонування в різних режимах запису і зчитування залежно від організації доступу в ІЗП, способу обробки кодових слів і тривалості циклу роботи ІЗП і АЗП.
Для збільшення ємності і швидкодії ІЗП і АЗП іноді додатково застосовують паралельні ІЗП, які функціонують в режимі розділення запису і зчитування: в одному циклі передачі виконується, наприклад, запис в перший ІЗП, а зчитування – з іншого, в наступному циклі навпаки – запис в іншій ІЗП, зчитування з першого.
Недоліком БЧК є здатність комутувати канали тільки однієї ЦЛ. Відповідно для обслуговування N ВхЛ і N ВЛ потрібно N БЧК, але при цьому кожний з них зможе комутувати канали тільки однієї ВхЛ і ВЛ. Тому для забезпечення з'єднань між КІ різних ЦЛ потрібно послідовно з БЧК включити БПК, або ж застосувати блок просторово-часової комутації (БПЧК).
3.8.3. Перетворювачі кодових слів.
Поширюючись через лінії зв’язку цифрових систем передавання, кодові слова канальних інтервалів передаються, як правило, в послідовному коді, комутація ж цифровими комутаційними полями здійснюється, в основному, в паралельному коді, тому постає необхідність перетворення послідовного коду в паралельний і навпаки. Цю задачу вирішують так звані послідовно-паралельні і паралельно-послідовні перетворювачі чи регістри. Ще одна функція регістрів запису/зчитування – запам’ятовування кодових слів з метою їх подальшого запису в пам’ять чи передачі в лінію зв’язку. Схеми перетворювачів показано на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Послідовно-паралельний і паралельно-послідовний перетворювач.
Послідовно-паралельний перетворювач складається з регістру зсуву РЗ з послідовним входом, паралельним виходом для прийому кодових слів в послідовному коді, і паралельного регістра РП, який служить для запам’ятовування кодового слова з подальшим його записом в ІЗП.
Паралельно-послідовний перетворювач виконує зворотню функцію – приймає кодове слово з ІЗП в паралельному коді і записує його в паралельний регістр РП. В потрібний момент часу кодове слово розрядністю переписується в регістр зчитування РЗч, де під дією тактових імпульсів передаєтья у лінію зв’язку системи передавання.
Схеми більш складних пристроїв перетворення розглянуто в наступному розділі.
3.8.4. Комутаційний блок «Час/Простір». Принцип вторинного ущільнення каналів.
Згідно з визначенням, просторово-часова комутація забезпечує перенесення інформації з будь-якого КІ вхідної ЦЛ в будь-який КІ вихідної ЦЛ.

Рис. 1.11.1. Векторне представлення просторово-часової комутації.
Процес перенесення відображає рис.1.12, а на рис.1.13 приведена узагальнена структурна схема БПЧК, його просторовий еквівалент і умовне позначення.

Рис. 1.12. Процес просторово-часової комутації.

Рис. 1.13. Блок просторово-часової комутації, його просторовий еквівалент і умовне позначення.

Рис. 1.14. Структура циклу.
В загальному випадку в БПВК підключені N ВхЛ і М ВЛ, тому в кожному з n КІ інформація з N вхідних ЦЛ повинна бути передана у всі М вихідних ЦЛ, що потребує прискорення комутації в М раз порівняно з швидкістю запису кодових слів з ВхЛ в ІЗП для комутатора типу „час”. Для управління зчитуванням інформації з комірок ІЗП канальний інтервал розділяється на визначене, не менше, ніж М, число вторинних інтервалів.
На рис.1.14 показана структура циклу передачі у разі вторинного ущільнення часових каналів. Число вторинних каналів звичайно дорівнює М+2, оскільки окрім інтервалів, закріплених за вихідними лініями (t1... tM), потрібні додаткові інтервали початку (tпоч) і кінця (tкін) вторинного циклу. Призначення цих інтервалів таке: початковий tпоч - для запису кодових слів в ІЗП; основні t1... tM - для зчитування їх з елементів пам'яті ІЗП; кінцевий tкін - для запису кодових слів в регістри вихідних ліній ВЛ.
Розглянемо принцип дії БПВК на прикладі структурної схеми рис.1.15.
Число секцій ІЗП дорівнює числу N вхідних ліній. Кожна ВхЛ має свій регістр запису (РЗ) для послідовно-паралельного перетворення кодових слів (послідовний запис з ВхЛ, паралельне зчитування в ІЗП). Кожна ВЛ має власний буферний регістр (БР) і регістр зчитування (РЗч), який здійснює паралельно-послідовні перетворення кодових слів.
Блок АЗП, який управляє комутацією в БПВК, має пХМ комірок пам'яті, кожна з яких закріплена за певним КІ певної ВЛ. Адресну інформацію в комірки АЗП записує блок управління КБ в режимі довільного доступу в пам'ять, а зчитування цієї інформації здійснюється в режимі послідовного доступу, тобто циклічно. З'єднання вважається встановленим після запису в потрібну комірку АЗП адреси (номерів) секції ІЗП і її комірки, а також біту дозволу на комутацію.
Кодові слова КІ ВхЛ послідовно записуються у відповідні вхідні регістри РЗ, звідки в інтервалі tнач наступного КІ паралельно передаються в комірку ІЗП в режимі послідовного доступу в пам'ять. В кожній комірці ІЗП записане кодове слово зберігається протягом циклу передачі Тц, а потім замінюється наступним словом цього ж КІ. Момент зчитування з комірки ІЗП визначається двома часовими інтервалами: потрібним канальним tКИ і тим з вторинних t1... tM, який відповідає потрібній ВЛ. Зчитуються кодові слова з комірки ІЗП в БР паралельно і ациклічно, в режимі довільного доступу до них. З буферних регістрів ці слова паралельно передаються в регістри РЗч у вторинному інтервалі tкон, а потім послідовно, біт за бітом, з РЗч зчитуються в КІ вихідних ліній.
Оскільки передача кодових слів з комірки ІЗП в РЗч відбувається протягом КІ, то має місце зсув канальної інформації у ВЛ щодо ВхЛ на один КІ. Щоб його компенсувати, слід прочитувати кодові слова з ІЗП на один КІ раніше шляхом відповідного закріплення комірок АЗП за канальними інтервалами.

Рис. 1.15. Функціональна схема блоку просторово-часової комутації.
Розглянемо конкретний приклад. Нехай потрібно зкомутувати КІ1 вхідної лінії ВхЛ3 з КІ2 вихідної лінії ВЛМ. Цю інформацію каналами вводу/виводу одержує БУ, обробляє її, шинами адреси вибирає комірку Яч2М АЗП, в яку потрібно занести відповідні номери секції ІЗП (секція 3) і комутованого каналу ВхЛ (КІ1), видає ці номери (адреси) шиною даних і подає шиною управління сигнал “запис”. Враховуючи затримку на один КІ, Яч2М АЗП опитується сигналами tКИ-1 і tM і з неї зчитуються адреси “3” секції ІЗП і адреси “1” комірки, в яких міститься кодове слово КІ1 ВхЛ3. Зчитані адреси відкривають вихід Яч1 3-тьої секції ІЗП, і звідти це кодове слово паралельно записується в БРМ. Тактовим імпульсом tКІН воно в кінці КІ1 паралельно передається в РЗчМ і далі, в КІ2, послідовно зчитуються у ВЛМ.
Функціональна схема просторово-часового цифрового модуля.
Згідно вихідних даних, потрібно розробити цифровий комутаційний модуль ємністю [8x16] на регістрах. Функціональна схема даного модуля представлена на рисунку 3.
Основні функціональні компоненти схеми:
РЗ – регістр зсуву, призначений для перетворення послідовного коду в паралельний на вході, і навпаки – на виході.
РП – паралельний регістр, призначений для зберігання даних на час, протягом якого проходить перетворення в РЗ.
ІП – інформаційна пам’ять – для зберігання інформації, яка передається.
Л1, Л2 – лічильники для формування адреси ІП і КП відповідно.
ПА1, ПА2 – перемикач адреси для перемикання адреси на адресному вході ІП і КП відповідно.
РП1, РП2 – паралельні регістри для зберігання інформації від ЦКП до КП.
ДШ1, ДШ2 – дешифратори для вибору регістрів на вході і виході відповідно.
Блок послідовно-паралельних перетворювачів реалізується на регістрах зсуву РЗ вх. та вхідних регістрах пам’яті (паралельних регістрах) РП вх. РЗ вх. здійснюють перетворення послідовного коду в паралельний, але для того, щоб перетворений код зберегти, використовуються паралельні регістри РП вх., з яких інформація передається в інформаційну пам’ять. Регістри РП керуються за допомогою дешифратора ДШ1, сигнали на який подаються з лічильника Л1. Цей же лічильник подає інформацію по 8-розрядній шині і на перемикач адреси ПА1 інформаційної пам’яті, на другий вхід якого подається інформація з шини даних блоку керуючої пам’яті. Сам ПА1 керується сигналами від ЦКП і здійснює подачу адреси на адресний вхід блоку ІП або від лічильника (для циклічного запису) або з блоку КП для ациклічного зчитування. Після того, як інформація була записана в комірку ІП, її необхідно зчитати в потрібний вихідний часовий канал. За допомогою перемикача адрес ПА1 і вибирається відповідна комірка, інформація з якої зчитується у вихідні регістри пам’яті, які в свою чергу, керуються дешифратором ДШ2. Сама КП працює під дією сигналів від ЦКП. Далі, з вихідних РП вих. інформація передається у вихідні регістри зсуву РЗ вих. та на вихід просторово-часового модуля.
Лічильники імпульсів Л1 і Л2 тактуються від одного генератора тактових імпульсів, але працюють в зсунутому на пів такта режимі, один з яких керує записом інформації в інформаційну пам’ять в перший півтакт, а другий керує її зчитуванням.
Інформаційна пам’ять містить 256 комірок, оскільки інформація надходить по 8 трактах по 32 часові канали в кожному.
На вході в схемі є 8 паралельних регістрів, тому для іх вибору використовуються 3 розряди, а самі дешифратори виконують функцію вибору конкретного регістру по коду, що подається з лічильника. На виході даної схеми є 16 трактів, тому використовується 16 регістрів зсуву і 16 паралельних регістрів.
Так, як нам на протязі одного канального інтервалу вхідного тракту потрібно записати інформацію в інформаційну пам’ять з 8 вхідних трактів і зчитати інформацію відповідно з 8 комірок у вихідні тракти, , тому генератор тактових імпульсів працює з частотою 8*частоту вхідного тракту. Частота вихідного тракту буде вдвічі нижчою за частоту вхідного.
Часові діаграми роботи цифрового модуля показано на рисунку 3
Сигнали, які показані на рисунку:
Вх. ГТ – сигнал вхідного групового тракту
ТІ – тактовий сигнал
С РП вх. – сигнал запису в вхідні паралельні регістри
ОЕ1 РП вх. – сигнал дозволу виходу вх. РП
С1 РП вих. – сигнал запису в вихідні паралельні регістри
ОЕ РП вих. – сигнал дозволу виходу вих. РП
Вих. ГТ – сигнал вихідного групового тракту.

Рис. 1.16. Функціональна схема модуля ємністю [8х16] трактів, перетворювачі кодів на регістрах.

Нарешті відзначимо, що БПЧК в різних цифрових позасистемних АТС і в цифрових системах комутації мають різні параметри N, M, n і r і реалізуються переважно на спеціалізованих НВІС, хоча застосовують і БПЧК, побудовані на мікросхемах середнього ступеня інтеграції (мультиплексорах, регістрах, дешифраторах, оперативних і постійних запам’ятовуючих пристроях). Звичайно окремий БПЧК займає окрему друковану плату, яку при необхідності можна замінити (ТЕЗ – типовий елемент заміни). Для зручності порівняння параметри БПЧК представляємо у вигляді: N/nr Х M/nr. Такий запис означає, що в БПЧК включено N вхідних цифрових ліній, кожна на n КІ по r розрядів, і М ЦЛ, що виходять, по n r-розрядних КІ (параметри n і r можуть не вказуватися у випадку використовування стандартних значень n =32 і r=8).
Наприклад: 32/328 Х 32/328 (або просто 32 Х 32);64/3216 Х 64/3216;
Блок просторово-часової комутації будується на статичних запам’ятовуючих пристроях. Розбиття на групи вхідних і вихідних гурпових трактів використовується для зменшення вимог до швидкодії елементів пам’яті.
Особливості роботи КБ показано на прикладі блоку [32*32] групових тракти (ГТ) по 32 цифрових канали, спрощена структурна схема якого показана на рис. 18. Блок побудований по принципу “ЧАС-ПРОСТІР”, що означає: будь-який вхідний цифровий канал будь-якого ГТ комутується з будь-яким вихідним цифровим каналом вихідного ГТ. З метою зменшення вимог до швидкодії елементної бази групові тракти в блоці розділені на дві групи по 16 ГТ в кожній.

Рис. 18. Схема блоку.
Блок має наступні основні складові частини:
перетворювачі послідовного коду в паралельний на вході (ПС/ПР), що дає можливість збільшувати кількість вхідних ГТ (каналів) у 8 разів, не збільшуючи тактову частоту блоку, або збільшувати кількість каналів в 16, 32, і т.д. разів, збільшуючи тактову частоту в 2, 4, і т.д. разів.
перетворювачі паралельного коду в послідовний на виході (ПР/ПС), що необхідне для цмфрових систем передачі, які працюють з послідовними кодами;
інформаційна пам’ять (ІП), в яку записується мовний сигнал у вигляді паралельного коду ІКМ-сигналу;
ЦКП – центральний керуючий пристрій з якого поступають команди для реалізації з’єднання вхідних каналів з вихідними;
Інформаційна пам’ять (ІП), в яку записуєтся інформація з вхідних групових трактів.
керуюча пам’ять (КП), в яку записується із ЦКП адреса вхідного каналу за адресою вихідного каналу.
Час доступу до комірок як інформаційної, так і керуючої пам’яті можна визначити із співвідношення:

де - тривалість циклу передачі системи ІКМ;
- кількість канальних інтервалів в груповому тракті;
- загальна кількість групових трактів;
- кількість груп, на які розбиваємо вх./вих. групові тракти.
Множник 2 в чисельнику означає розбиття часу доступу на два інтервали однакової тривалості для запису і читання інформації відповідно.
4. ОБ’ЄДНАННЯ КОМУТАЦІЙНИХ ВУЗЛІВ В МЕРЕЖІ.
4.1. Топології телекомунікаційних мереж.
Мережа зв'язку - сукупність технічних засобів, що забезпечують передачу і розподіл інформації. Принципи побудови мереж зв'язку залежать від виду інформації, що передається.
Найбільш поширеними топологіями телекомунікаційних мереж є:
"кільцева" (рис. 1). Мережа відрізняється оперативністю і високою продуктивністю передачі повідомлень. МВ – мережевий вузол.

Рис. 1. Кільцева топологія мережі.
"кожний з кожним" (рис. 2). Мережа надійна, відрізняється оперативністю і високою якістю передачі інформації. На практиці застосовується при невеликій кількості вузлів;

А – абонентський пристрій; ЗЛ – з’єднувальна лінія.
Рис.2. Топологія мережі "кожний з кожним".
радіальна ("зірка") (рис. 3). Використовується при обмеженому числі абонентних пунктів, розташованих на невеликій території;

А – абонентський пристрій; АЛ – абонентська лінія; С – станція.
Рис. 3. Топологія мережі "зірка".
радіально-вузлова (Рис. 4). Таку структуру мають міські телефонні мережі, якщо ємність мережі не перевищує 80...90 тисяч абонентів;

Рис. 4. Радіально-вузлова топологія мережі.
радіально-вузлова з вузловими районами (рис. 5). Використовується при побудові телефонних мереж великих міст при використанні класичних АТС.

Рис. 5. Топологія радіально-вузлової мережі з вузловими районами.
Телеграфні мережі будуються за радіально-вузловим принципом з врахуванням адміністративно-територіального розподілу країни. Кінцевими пунктами телеграфної мережі є або відділення зв'язку, або телеграфні абоненти, що володіють телеграфною апаратурою. Мережа має три рівні вузлових пунктів: районні, обласні і головні. Мережа передачі даних має подібну структуру. Факсимільна мережа зв'язку будується на базі телефонної мережі.
4.2. Телефонна мережа загального користування.
Традиційно розрізняють наступні види мереж загального користування: міські, сільські, зонові і міжміські. Міські телефонні мережі (МТМ) забезпечують зв’язок на території більш чи менш великого міста і його передмість. Сільські телефонні мережі (СТМ) забезпечують телефонний зв’язок в межах сільських адміністративних районів. Мережі цих двох видів об’єднує спільна назва – місцеві телефонні мережі.
Зонові телефонні мережі – це комплекс споруд, що призначені для зв’язку між абонентами декількох місцевих телефонних мереж, розташованих на території одної телефонної зони. В такій зоні використовується єдина семизначна зонова нумерація. Території телефонних зон часто співпадають з територіями областей чи інших адміністративних утворень.
Міжміська телефонна мережа – це комплекс споруд, які призначені для зв’язку між абонентами місцевих телефонних мереж, розташованих на території різних телефонних зон.
Всі названі вище мережі разом утворюють телефонну мережу загального користування (ТМЗК).
Обов’язкова вимога до ТМЗК – повна зв’язність між всіми місцевими, національними і регіональними телефонними мережами. Більш того, мережа передбачає, щоб щоб будь-який абонент міг з’єднатися з будь-яким іншим, отримуючи на національному і регіональному рівнях можливість передачі даних, їх комутації і захисту.
Крім ТМЗК, існують також відомчі, відомствінні, корпоративні телефонні мережі, які забезпечують внутрішній телефонний зв’язок підприємств, відомств, корпорацій, організацій. Такі мережі можуть бути і повністю автономними, але частіше за все вони мають доступ до телефонної мережі загального користування. Модель української телефонної мережі загального користування показано на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Модель української ТМЗК
Т – термінал
ЗЛ – з’єднувальна лінія

ТА – телефонний апарат
ВВхП – вузол вхідного повідомлення

АЛ – абонентська лінія
ВВП – вузол вихідного повідомлення

К - концентратор
(ВВхПМ) – вузол вхідного повідомлення міської мережі

МС – місцева станція
АМТС – автоматична міжміська телефонна станція

ВАТС – відомча АТС
ЗЗЛ – заказна з’єднувальна лінія

МТМ – міська телефонна мережа
ЗЛМ – з’єднувальна лінія міжміського зв’язку

РАТС – районна АТС
ВСП – вузол сільского-приміського зв’язку

СТМ – сільська телефонна мережа
ЦС – центральна станція

КС – кінцева станція
ВС – вузлова станція

ТС – транзитна станція
ВСС – вузол спецслужб


Термінал (Т) використовується абонентом для виходу в ТМЗК, а у ряді випадків – в іншу телекомунікаційну мережу. Як термінал в ТМЗК найчастіше використовується телефонний апарат (ТА). Абонентська лінія (АЛ) з’єднує термінал з концентратором (К), місцевою станцією (МС) або з відомчою АТС (ВАТС). Третій варіант, як правило, використовується для включення в ТМЗК абонентів виробничого сектора.
В даний час ми все ще оперуємо різними термінами, говорячи про міський і сільський зв'язок. В МТМ місцева станція називається районною АТС (РАТС). Говорячи про СТМ, використовують абревіатуру КС (кінцева станція). Для МС12 в МТМ і МС2 в СТМ на рис. 1.4 були збережені елементи, назви яких ще використовуються сьогодні – РАТС12 і КС2 відповідно. В містах МС можуть з'єднуватися між собою без встановлення транзитних станцій (ТС), хоча ТС є поки невід'ємною частиною великих МТМ. В цьому випадку всі МС зв'язуються між собою за принципом "кожен з кожним" пучками з’єднувальних ліній (ЗЛ). Використання ТС розділяє місцеві мережі на декілька вузлових районів. В нижній частині рис. 1.4 показано два вузлових райони.
В період розвитку МТМ на базі декадно-крокових і координатних АТС використовувалися транзитні станції, виконуючи функції вузлів вхідного (ВВхП) і вихідного (ВВП) повідомлення. Для ТС1 і ТС2 на рис. 1.4 були приведені також номери відповідних ВхВП і ВВП. Крім того, стрілками показані маршрути, що використовуються для встановлення вхідних і вихідних з'єднань.
Для виходу на автоматичну міжміську телефонну станцію (АМТС) використовується пучок заказних з’єднувальних ліній (ЗЗЛ). Вхідні міжміські з'єднання встановлюються через ЗЛМ – з’єднувальну лінію міжміського зв'язку. Пучок цих ліній включається в одноіменний вузол вхідного повідомлення (ВВхПМ), який на рис. 1.4 суміщений з ТС1 (його назва виділена курсивом).
В адміністративному центрі сільського району встановлюється ТС або комбінована станція, що виконує також і функції МС. В першому випадку говорять, що використовується ВСП – вузол сільського-приміського зв'язку, а в другому – центральна станція (ЦС). В будь-якому випадку зв'язок з АМТС здійснюється по пучку ЗЗЛ/ЗЛМ.
Для СТМ характерний ще один вид транзитних станцій – вузлові (ВС). На рис.1.4 ця назва наведена в квадратних дужках. Це означає, що принципи подальшого розвитку СТМ передбачають поступову відмову від використання такого виду ТС. В даний час ВС ще використовуються. На рис.1.4, в його верхній частині, показано включення МС1 безпосередньо в ТС, а МС2, МС3 і МС4 з’єднані з ВС.
Комутаційні станції, зображені на рис. 1.4, відзначені одним з трьох відтінків. Прозорі квадрати і круги позначають МС і ВАТС. Найтемніші квадрати – місцеві транзитні станції. Світло-сірий відтінок був використаний для виділення АМТС і вузла спецслужб (ВСС), який забезпечує зв'язок абонентів ТМЗК з різними центрами обробки викликів. В першу чергу ВСС був призначений для виходу на екстренні служби для виклику пожежної команди, міліції, швидкої медичної допомоги і аварійної бригади газової мережі.
4.3. Структура Взаємопов'язаної мережі зв'язку.
В історичному плані всі види електрозв'язку тривалий період розвивалися незалежно один від одного, внаслідок чого сформувалися декілька незалежних мереж. Разом з тим, мережі загального користування не справлялися з необхідними об'ємами передачі повідомлень, що вимагаються для нормального економічного розвитку країни, і тому ряд міністерств і відомств стали створювати свої мережі для задоволення власних потреб. Така технічна політика привела до ще більшого роз'єднування технічних засобів, а ефективність сукупності мереж в масштабах країни залишалася низкою.
Вже на початку 60-х років було ясно, що перспективним напрямом розвитку зв'язку повинно стати об'єднання мереж.
Можна виділити наступні передумови для об'єднання мереж: уніфікація методів перетворення, необхідність передачі сигналів в співпадаючих напрямах, схожість функцій систем передачі і комутації.
Взаємопов'язана мережа зв'язку (ВМЗ) - це сукупність технічно зв'язаних мереж електрозв'язку загального користування, відомчих і інших мереж електрозв'язку на території держави незалежно від відомчої приналежності і форм власності, забезпечена загальним централізованим управлінням.
Основними вимогами до Взаємопов'язаної мережі зв'язку є надійність і економічність.
Сукупність технічних засобів Взаємопов'язаної мережі зв'язку, що беруть участь в процесі передачі незалежно від виду повідомлень, утворює транспортну (первинну) мережу (ПМ).
Принцип побудови первинної мережі показаний на рис. 5. До складу ПМ входять мережеві вузли, мережеві станції і лінії передачі.

Рис. 5. Первинна мережа зв’язку.
Термін "Транспортна мережа" – переклад з англійської мови словосполучення "Transport Network". Термін "Первинна мережа" був введений як назва сукупності каналів і трактів, ресурси яких використовуються різними вторинними мережами – телефонною, телеграфною та іншими. На рис. 1.5. показано транспортну (первинну) і комутовані (вторинні) мережі. Ця модель ілюструє принципи використання ресурсів транспортної мережі для організації телефонного зв'язку і передачі даних (ПД).

Рис. 1.5. Транспортна і комутовані мережі.
МС – місцева станція
ЦКВ – цифровий кросовий вузол

МВ – мережевий вузол
ЦКП – центр комутації пакетів


Рис. 1.5 складається з двох фрагментів. Лівий фрагмент ілюструє принципи побудови гіпотетичної МТМ, що складається з чотирьох МС. Правий фрагмент показує ідею побудови мережі передачі даних, що утворюється трьома центрами комутації пакетів (ЦКП). Нижні частини лівого і правого фрагментів ідентичні, оскільки відображають загальну транспортну мережу, яка складається з двох основних елементів – мережевих вузлів (МВ) і об'єднуючих їх ліній передачі. Історично склалася так, що обладнання МВ розташовується в тих же будівлях, де встановлюється комутаційне обладнання ТМЗК. З цієї причини кількість МВ в даній моделі такаж, як і кількість МС.
На рис. 1.5 показана кільцева структура транспортної мережі, але це не єдино можливе рішення. В даній моделі передбачається, що МВ були побудовані на базі цифрових кросових вузлів (ЦКВ). Важлива особливість ЦКВ – можливість оперативного встановлення напівпостійних з'єднань для того, щоб всім комутованим мережам були надані необхідні ресурси для обміну інформацією. ЦКВ дозволяють формувати комутовані мережі будь-якої структури. Лівий фрагмент рис. 1.5 показує структуру МТМ, в якій всі МС зв'язані між собою за принципом "кожен з кожним". Гіпотетична мережа ПД – правий фрагмент рис. 1.5 – містить три ЦКП, які утворюють структуру типу "зірка".
Структура транспортної мержі враховує адміністративний розподіл країни. Територія країни поділена на телефонні зони. Ознака зони - єдина 7-значна нумерація. Як правило зони співпадають з територіями областей. Відповідно до цього розподілу ТМ складається з окремих частин:
місцеві ТМ - обмежені територією міста або сільського району;
внутрішньозонові ТМ - охоплює територію зони і забезпечує з'єднання місцевих мереж всередині зони;
магістральна ТМ - сполучає зонові мережі.
Кожна мережа зв'язку, що входить у Взаємопов'язану мережу зв'язку, крім технічних засобів первинної мережі використовує пристрої, властиві цій мережі. Вторинна мережа (ВМ) - сукупність технічних засобів, що забезпечують передачу інформації певного виду.
До складу ВМ входять: кінцеві абонентські пристрої, абонентські лінії (АЛ), комутаційні пристрої і канали, виділені з ПМ для організації даної ВМ.
На рис. 1.9. показано основні компоненти Взаємопов’язаної мережі зв’язку України.

Рис.1.9. Основні компоненти Взаємопов’язаної мережі зв’язку України.
До складу ВМЗ України входять мережі двох видів. В лівій частині рис.1.9 показані мережі загального користування, які повинні бути доступні всім фізичним і юридичним особам. Мережі зв'язку обмеженого користування, розташовані в правій частині рис. 1.9, діляться на дві великі групи. Перша група – мережі зв'язку відомств, створювані для обміну різного роду інформацією, необхідною для вирішення виробничих задач. До другої групи входять мережі зв'язку спеціального призначення, мета яких – створення надійної системи зв'язку для органів управління, безпеки і подібних структур. Можливість і правила використання ресурсів мереж зв'язку обмеженого користування визначаються їх Операторами.
Взаємодія мереж зв'язку загального і обмеженого користування може здійснюватися різними способами. Зокрема, можуть орендуватися ресурси транспортної мережі – постійно або у випадку будь-яких відмов.
Принципи взаємодії мереж зв'язку загального і обмеженого користування зазнають істотних змін, які обумовлені економічними, адміністративними і технічними чинниками. Технічні чинники – кількісні і якісні зміни, що відбуваються в телекомунікаційних мережах.
Давайте повернемося до рис. 1.5 і пригадаємо про транспортну і комутовані мережі. Це дворівневе розділення мереж було засновано на відмінності їх функціонального призначення. І транспортну, і комутовані мережі часто ділять по ієрархічних рівнях. На рис.1.10 показані чотири рівні ієрархії, що виділяються в мережі електрозв'язку.

Рис. 1.10. Ієрархічні рівні в мережі електрозв’язку.
Перший елемент моделі – мережа в приміщенні користувача (Customer Premises Equipment – CPE). Мережа абонентського доступу (Access Network) є другим елементом даної моделі. Вона забезпечує вихід в транзитну мережу, яка ділиться на два рівні – місцевий (Local) і міжміський (Long-distance).
Зонова мережа звичайно (але не завжди!) створюється в межах певної адміністративної території. Відмінна ознака зони – виділення географічного коду "ABC" в плані нумерації української ТМЗК. В кожній зоні ТМЗК всі експлуатовані АЛ ідентифікуються семизначним номером abxxxxx. В зоні організовується декілька МТМ і СТМ. Зв'язок між абонентами різних місцевих мереж однієї зони ТМЗК називається внутрішньозоновим. Це означає, що внутрішньозонова мережа розташовується між АМТС зони і взаємодіючою з нею комутаційною станцією місцевої телефонної мережі.
АМТС – комбінована станція, що виконує три основні функції:
встановлення комутованих з'єднань між абонентами різних місцевих телефонних мереж однієї зони ТМЗК;
встановлення комутованих з'єднань між абонентами різних зон ТМЗК;
вихід на міжнародний центр комутації (МЦК) для встановлення з'єднань з абонентами інших країн.
В більшості зарубіжних ТМЗК на АМТС покладаються також функції транзитної станції місцевої мережі. В цьому випадку ніякі інші ТС в МТМ і СТМ не створюються.
Повернемося до рис.1.10. Мережа в приміщенні користувача, як правило, не входить в сферу відповідальності Адміністрації зв'язку. Найпростіший приклад цієї мережі – підключення одного ТА. В цьому випадку межею між мережами в приміщенні користувача і абонентського доступу стає телефонна розетка. Усунення несправності терміналу, включаючи телефонний шнур, не входить в компетенцію експлуатаційної компанії, хоча такі роботи можуть виконуватися на договірній основі. Один з найскладніших прикладів мережі в приміщенні користування – ВАТС і локальна комп’ютерна мережа (ЛКМ). В цьому випадку інтерфейс між мережами в приміщенні користувача і абонентського доступу стає достатньо складним. Підтримка заданих показників функціонування мережі в приміщенні користувача силами експлуатаційній компанії ТМЗК стає вельми проблематичною.
Тепер розглянемо два середні еліпси на малюнку 1.10. При аналізі економічних характеристик ТМЗК і при виборі оптимального варіанту Операторської діяльності їх іноді об'єднують. Ми поступимо так само для аналізу інвестицій і доходів, що доводяться на три види телефонного зв'язку – місцева, міжміська і міжнародна. Відповідний розподіл показано на рис. 1.11, відомому як "трикутники Дюка" або "піраміди Дюка". Очевидно, що нормальний розвиток телекомунікаційної системи можливий тільки в тому випадку, якщо частина прибутку від обслуговування міжміського і міжнародного трафіку прямуватиме на модернізацію місцевих мереж. Ця задача простіше за все розв'язується при раціональній організації Операторської діяльності.

Рис. 1.11 Розподіл доходів і інвестицій в мережах електрозв'язку.
Рис.1.11 представляє вартісні оцінки без розділення відповідних ієрархічних рівнів на транспортну і комутовану (в даному випадку – телефонну) мережі. Їх співвідношення для кожного рівня ієрархії мережі змінюється в широких межах. Зокрема, в міжнародній і міжміській мережах основні витрати припадають на транспортні засоби, тобто на системи передачі і лінійні споруди (кабелі зв'язку або РРЛ). Для МТМ (якщо в її склад не включати мережі абонентського доступу) основні витрати припадають на комутаційні станції, тобто на МС і ТС.
4.4. Транспортні (первинні) мережі.
В цьому параграфі розглянуто загальні положення місця і ролі транспортних мереж в телекомунікаційній системі.
Місцеві транспортні мережі в даний час, створюються Операторами ТМЗК і кабельного телебачення (КТБ). В деяких випадках місцеві транспортні мережі організовуються за рахунок систем супутникового зв'язку. Останніми роками стали створюватися транспортні мережі за рахунок установки обладнання LMDS - Local Multipoint Distribution Services (послуги розподілу інформації для групи терміналів місцевої мережі). Цей параграф – частина розділу, присвяченого ВМЗ України. З цієї причини в ньому розглядаються тільки ті транспортні мережі, які створювалися Операторами ТМЗК. Призначення транспортної мережі ілюструє рис.1.12, в лівій частині якого показано трьох основних споживачів її ресурсів. По-перше, канали і тракти можуть орендуватися іншими Операторами для створення своїх транспортних мереж.

Рис. 1.12. Використання ресурсів транспортної мережі.
Зверніть увагу, що для варіанту оренди ресурсів транспортної мережі була використана двостороння стрілка. Це зроблено для того, щоб підкреслити можливість оренди каналів або трактів (наприклад, для резервування фрагментів транспортної мережі) у інших Операторів.
Два інших споживачі ресурсів транспортної мережі – комутовані мережі. Основна частина каналів транспортної мережі в даний час призначена для ТМЗК. В цьому контексті ТМЗК включає також і ті ресурси, які необхідні для ЦМІО, мереж мобільного зв’язку і їм подібних додатків. Деяка частина ресурсів транспортної мережі залишається в резерві, необхідному для її подальшого розвитку і підтримки необхідної пропускної здатності на час відновлення відмов в лініях передачі.
В транспортній мережі іноді виділяють два види МВ (мережевих вузлів), які розрізняють за функціями, що вони виконують. Якщо в МВ здійснюється напівпостійна комутація каналів і трактів, то їх називають мережевими вузлами перемикання. Деякі МВ здійснюють тільки виділення каналів і трактів із загального пучка ліній передачі. Такі МВ називають мережевими вузлами виділення каналів.
Типовий приклад МВ перемикання – ЦКВ (Цифровий комутаційний вузол), в англомовній технічній літературі він відомий по абревіатурі DXC (Digital Cross Connect). Окрім ЦКВ в транспортних мережах широко використовується мультиплексор виділення каналів (МВК). У вітчизняній технічній літературі часто використовується назва цього виду МВ на англійській мові – Add-Drop Multiplexer (ADM). МВК можна розглядати як хороший приклад МВ виділення каналів.
ЦКВ і МВК відносяться до класу цифрових МВ. Транспортні мережі також можуть містити аналогові МВ, які поступово замінюються сучасними ЦКВ і/або МВК.
Як лінії передачі ТММ і ТМС можуть застосовуватися тракти, утворені аналоговими і цифровими системами передачі. Ці системи передачі – стосовно ТММ і ТМС – зараз використовують практично всі відомі середовища поширення сигналів. В перспективі транспортні мережі розвиватимуться за рахунок використання ЦСП (цифрових систем передавання), що відносяться до класу синхронної цифрової ієрархії (СЦИ) - SDH (Synchronous Digital Hierarchy). Для кабелів зв'язку найперспективнішим середовищем розповсюдження сигналів вважається ОВ.
Важливу роль в розвитку ТММ і ТМС відіграватимуть беспровідні (wireless) технології. Вони використовуються в цифрових РРЛ (конфігурація «точка-точка або “роint-to-роint” в англомовній технічній літературі), а також в різних системах множинного доступу (конфігурація «точка-багато точок», відома також по назві “роint-to-multipoint”). В деяких випадках в місцевих транспортних мережах (переважно – в ТМС) можуть застосовуватися канали супутникового зв'язку.
Одне з найважливіших питань подальшого розвитку ТММ і ТМС – вибір оптимальної структури. В цьому параграфі наведено найпростішу модель, що ілюструє використання кільцевих структур в ТММ і ТМС – рис.1.13.

Рис.1.13. Кільцеві структури в місцевих транспортних мережах.
ЦКВ – цифровий комутаційний вузол;
МВК – мультиплексор виділення каналів;
ТММ – транспортна мережа міська;
ТМС – транспортна мережа сільська.
К – концентратор.
Фрагмент гіпотетичної транспортної мережі, типової для більшої частини України, складається з трьох основних рівнів. Верхній рівень –частина магістральної транспортної мережі. На рис.1.13 були показані два ЦКВ, пронумеровані римськими цифрами I і II. В приміщенні цих двох ЦКВ знаходяться зонові АМТС, а також МЦК (Міжнародний центр комутації), якщо такий встановлений в даному адміністративному центрі.
Середній рівень даної моделі складається з двох фрагментів. Перший (ліва частина рис.1.13) фрагмент – модель ТММ, що складається з чотирьох ЦКВ, що створюють кільце. В цьому кільці є хорда між ЦКВ1 і ЦКВ3, введення якої може виявитися необхідним для забезпечення заданих показників надійності ТММ. Вихід на магістральну транспортну мережу організовується через ЦКВ1 і ЦКВ2. Це означає, що існують дві незалежні (з погляду надійності) точки сполучення між магістральною і місцевою транспортними мережами. В приміщеннях ЦКВ, як правило, розміщені МС, а також інші системи розподілу інформації, що використовуються іншими комутованими мережами.
Другий (права частина рис.1.3) фрагмент – модель ТМС, що складається з трьох кілець. В центрі розташований ЦКВ, який встановлюється в одному приміщенні з ЦС районного центру. В моделі цьому ЦКВ привласнений номер «7». Номери кілець складаються з двох цифр. Перша цифра співпадає з номером ЦКВ, а другу визначає номер кільця. Для третього кільця показано включення трьох МВК. Остання цифра визначає номер МВК в кільці. МВК використовуються для підключення КС, концентраторів і інших виносних модулів (ВМ) до ЦС ТМЗК або іншим системам розподілу інформації інших комутованих мереж.
Приклад використовування кільцевої структури в мережах абонентського доступу наведений тільки для ТММ. В лівій нижній частині рис.1.13 були зображені три МВК, що використовуються для включення різного роду ВМ (виносних модулів) концентраторів, мультиплексорів і ВАТС. Всі ВМ взаємодіють з МС, яка, в нашому прикладі розташована в одному приміщенні з ЦКВ3. З цієї причини всі лінії передачі від МВК йдуть до ЦКВ3. На рисунку були показано дві лінії передачі до ЦКВ3 – від МВК31 і МВК33, що забезпечує високу надійність зв'язку між МС і її ВМ.
Безумовно, модель, приведена на рис.1.13, не охоплює всіх можливих варіантів використання кільцевих структур в транспортних мережах. Проте, вона дає основні уявлення про топологію перспективних ТММ і ТМС.
4.5. Комутовані (вторинні) мережі.
Телефонний зв'язок, будучи найдоступнішим, зручним і масовим видом електрозв'язку, дозволяє вести переговори людям, що знаходяться один від одного практично на будь-яких відстанях за допомогою порівняно простих і дешевих систем, що реалізовують цей вид зв'язку. Саме тому сучасні телефонні мережі значно більші і розгалуженіші мереж інших видів електрозв'язку.
Слово “Network” з англійської мови ми завжди переводимо як «Мережа», маючи на увазі комплекс технічних засобів, що складається з обладнання комутації, передачі, середовища поширення сигналів і інших елементів. Слова «створення мережі» асоціюються з будівництвом лінійних споруд, установкою комутаційного обладнання і подібними роботами. Стосовно ТМЗК, таке трактування правомірне. Дійсно йдеться про побудову великої мережі, яка включає великий комплекс технічних засобів. Якщо ж ми говоримо про ЦМІО, то ситуація істотно міняється. Нова мережа, насправді, не створюється. В цифрову комутаційну станцію вводяться додаткові апаратно-програмні засоби, а у користувача ЦМІО встановлюється нове обладнання. Аналогічна картина складається при введенні послуг ІМ (Інтерактивної мережі). Говорячи про побудову ЦМІО або ІМ, ми маємо на увазі модернізацію ТМЗК, а не створення нової мережі. В цьому значенні, ТМЗК розвивається як система, що підтримує послуги, які істотно перевищують функціональні можливості традиційної телефонії.
Таким чином, ТМЗК включає також ЦМІО, ІМ і ряд інших мереж. Дуже схожа картина складатися з іншими комутованими мережами ВМЗ України. На рис.1.14 наиведена класифікація комутованих мереж.

Рис.1.14. Класифікація комутованих мереж.
Всі комутовані мережі ВМЗ України можна розділити на два великі класи – інтерактивні і розподілу інформації. Схожа класифікація використовується в рекомендаціях МСЕ серії I.200, які були пов'язані з послугами широкосмугової цифрової мережі інтегрального обслуговування (Ш-ЦМІО). Блок з написом "Ш-ЦМІО" поміщений трохи нижче за два прямокутники – "Інтерактивні мережі" і "Мережі розподілу інформації". Цим підкреслюється той факт, що Ш-ЦМІО ще не існує, але з точки зору функціональних можливостей її можна розглядати як самостійну мережу, що входить у ВМЗ України.
На рис.1.15 показана структура зонової телефонної мережі на території обласного центру і декількох сільських адміністративних районів. Розміщення всіх типів комутаційного обладнання ТМЗК пов'язано з розташуванням МВ транспортної мережі, структура якої була зображена на рис.1.13.

Рис. 1.15. Модель зонової телефонної мережі
В кожній зоні ТМЗК встановлюється як мінімум одна АМТС. Дана модель містить дві АМТС, пронумеровані латинськими цифрами I і II. Вони забезпечують вихід на АМТС інших зонових мереж, а для організації міжнародного зв'язку – на МЦК. Бажано, щоб всі комутаційні станції, через які здійснюється міжміський зв'язок були сполучені з обома АМТС. Це рішення може бути реалізовано поступово, у міру розвитку ТМЗК.
В середній частині рис.1.15 показані моделі перспективних місцевих телефонних мереж. Нумерація комутаційних станцій і концентраторів (К) така ж, як у відповідних елементів транспортної мережі. МТМ складається з чотирьох МС, зв'язаних між собою за принципом "кожен з кожним". СТМ містить ЦС, в яку були включені дві КС і один концентратор. Структури МТМ і СТМ створюються за рахунок встановлення напівпостійних з'єднань в комутаційних полях ЦКВ і МВК.
Пунктирними лініями показано два види зв'язку: ЦС7 і МС2, МС2 і К21.
Якщо між ЦС і будь-якою МС існує значний об’єм трафіку, то за рахунок відповідних можливостей транспортної мережі може бути організований прямий пучок ЗЛ, що сполучає ці станції. В цьому випадку з'єднання між абонентами ЦС і МС може здійснюватися без використовування ресурсів АМТС, а також пучків ЗЗЛ і ЗЛМ. Прямий пучок ЗЛ між МС2 і К21 означає, що даний концентратор був включений в МТМ, хоча він розташований в сільській місцевості.
Організація безпосередніх зв'язків ЦС7 з МС2 і МС2 з К21 зовсім не означає, що між відповідними вузлами транспортної мережі будуються нові лінії передачі. Для створення прямих пучків ЗЛ використовуються функціональні можливості ЦКВ і МВК. Наприклад, лінія передачі між МС2 і ЦС7 може бути організована за рахунок напівпостійної комутації цифрових каналів або трактів, що проходять через ЦКВ2, ЦКВII і ЦКВ7.
Модель, показана на рис.1.15, найкраще підходить для аналізу ТМЗК на завершальному етапі її цифровізації. Аналогічно, розглянута в попередньому параграфі модель характерна для транспортної мережі, в якій використовуються системи передачі сімейства СЦІ.
В процесі модернізації місцевих телефонних мереж необхідно вирішити комплекс складних задач. ТМЗК створювалася для телефонного зв'язку, але вона все в більшій мірі використовується для обміну не мовною інформацією. По-перше, через ТМЗК передаються факсимільні повідомлення. По-друге, визначені фрагменти ТМЗК використовуються в мережах ПД для виходу на відповідні центри комутації. По-третє, бурхливий розвиток Internet стимулював пошук ефективних засобів доступу до цієї інформаційної системи. Найбільш популярними в Україні (по співвідношенню «ціна-якість») виявилися місцеві телефонні мережі, а в США активно використовується доступ по мережах КТБ. Це означає, що тепер ТМЗК повинна забезпечувати більш високі показники якості передачі інформації і обслуговування викликів. ТМЗК, окрім вдосконалення якісних показників, повинна надавати своїм абонентам широкий спектр послуг. Підтримка такого роду вимог можлива тільки при істотній якісній модернізації транспортної і телефонної мереж.
Для подальшого розвитку ТМЗК і телекомунікаційної системи в цілому необхідно провести роботи, направлені на усунення існуючих відмінностей в самій системі телефонного зв'язку. В першу чергу повинні бути розв'язаний проблеми з алгоритмами обробки викликів, які стають гальмом при впровадженні нових телекомунікаційних технологій.
4.6. Нумерація абонентських ліній.
Мережа телефонного зв'язку нашої країни - Загальнодержавна автоматично комутована телефонна мережа (ЗАКТМ) - є складовою частиною Взаємозв'язаної мережі зв'язку країни і містить мільйони телефонних апаратів.
Єдина система нумерації забезпечує можливість встановлення з'єднання між будь-якими двома абонентами ЗАКТМ.
На ЗАКТМ прийнятий зоновий принцип нумерації. Територія країни розбита на зони. Звичайно територія зони телефонної нумерації співпадає з територією області. Кожній зоні привласнений свій код (АВС). Наприклад, код Києва – 044. В межах кожної зони вводиться єдина 7-значна нумерація, причому кожній 100-тисячній групі номерів присвоєний двозначний код (ab).
Закрита система нумерації - набирається однаковий номер незалежно від виду з'єднання [місцеве, зонове, міжміське].
Відкрита система нумерації – довжина номера залежить від виду з'єднання [місцеве - семизначн., зонове - восьмизнач., міжміське - десятизначный].
В Україні - відкрита система нумерації.
Для здійснення міжміського телефонного зв'язку між абонентами різних зон абонент повинен набрати 10-значний номер абонента, що викликається: ABCabxxxxx.
При встановленні зв'язку всередині зони використовується 7 цифр цього номера, які називаються 7-значним зоновим номером абонента.
Як знак "а" не можуть використовуватися цифри 8 і 0 (8-індекс виходу на міжміську мережу, 0-на вузол спецслужб з скороченою нумерацією). Місткість зонової нумерації обмежується 80 кодами ab, тобто 80-ти 100-тисячними групами або 8 млн. абонентних номерів.
Для міських телефонних мереж (МТМ) залежно від їх ємності і перспектив розвитку із загальної зонової нумерації виділяється одна, дві і більше 100-тисячних груп. Для здійснення з'єднань в межах МТМ встановлюється місцева 5-, 6- або 7-значна нумерація.
Основною одиницею ємності МТМ є АТС на 10 тисяч номерів, тому місцевий абонентський номер утворюється з 4-значного номера в межах 10-тисячної групи з додаванням станційного коду. Наприклад, ахxxx, abxxxx, abcxxxx.
Як знак "а" не можуть використовуватися цифри 0 або 8. Знаки "а" 6-значного і "ab" 7-значного місцевого номера повинні співпадати з кодами 100-тисячних груп нумерації, виділених для даної МТМ.
За наявності на МТМ відомчо-виробничих телефонних станцій (ВВТС) для скороченої нумерації в межах ВВТС з складу нумерації найближчої (опорної) районної АТС (РАТС) виділяється група номерів, кратна 100.
Для сільських телефонних мереж (СТМ) у складі зонової нумерації виділяється одна 100-тисячна група. На СТС застосовується відкрита (9 - цифра виходу на вищестоящу станцію) і закрита нумерація.
Міжміський виклик абонента МТМ здійснюється таким чином. Набір індексу виходу на міжміську мережу "8"; готовність АМТС ("зумер" або "довгий гудок"); набір 10-значного номера. Якщо МТМ, що викликається, має 5- або 6-значну нумерацію, то місцевий номер абонента, що викликається, доповнюється до 7 цифрами "2".
Міжміський виклик абонента СТС.
Встановлення з'єднання з абонентом СТС іншої зони. Після коду зони набирається 2-значний код сільського району і 5-значний абонентський номер. В довідниках коди зони і сільського району об'єднуються.
Встановлення з'єднання в межах своєї зони. 8-зуммер- направляючий індекс 2 (своя зона) - код 100-тисячної групи ab - 5-значний номер. В довідниках направляючий індекс 2 і код ab об'єднують.
Нумерація при міжнародному зв'язку
МККТТ привласнив однозначні коди:
Північна і Центральна Америка - 1
Африка - 2
Європа - 3 і 4
Південна Америка - 5
Мала Азія, Австралія, Океанія - 6
Росія- 7
Центр. Азія і Дальній Схід - 8
Індія і Близький Схід - 9
В кожній з цих зон країні привласнюється одно-, двох- і тризначні коди, першою цифрою яких є однозначний код зони. Загальна кількість знаків не повинна перевищувати 11. У зв'язку з цим код Росії, США - однозначний [7 і 1], більшість країн Європи з девятизначным номером - двозначний і т.д.
4.7. Мережі абонентського доступу.
Якщо повернутися до історії, то основною задачею АЛ можна було вважати організацію зв'язку абонентського терміналу з "своєю телефонною станцією". У міру створення мережі орендованих ліній ("прямих проводів") АЛ стали підключатися до диспетчерських комутаторів або просто з’єднувати двох абонентів. Потім з'явилися інші комутовані мережі - абонентського телеграфування, передачі даних і т.п., що призвело до використання АЛ для зв'язку відповідних терміналів з комутаційними станціями інших (відмінних від телефонної) вторинних мереж. Ці процеси практично не змінили функції АЛ. Залишилися незмінними смуга пропускання АЛ, визначена нормами для каналу ТЧ, а також показники якості її функціонування. Функції АЛ в існуючій телекомунікаційній системі полягають в вирішенні трьох основних задач:
- забезпечення двостороннього перенесення повідомлень на ділянці між терміналом користувача і абонентським комплектом кінцевої станції;
- обмін сигнальною інформацією, необхідною для встановлення і роз'єднання з'єднань;
- підтримка заданих показників якості передачі інформації і надійності зв'язку терміналу з кінцевою станцією.
Сукупність АЛ - для існуючої системи електрозв'язку - є мережею абонентського доступу. З цієї причини функції АЛ і мережі абонентського доступу співпадають.
На сучасному етапі розвитку телекомунікаційної системи відбувається якісна зміна функцій, виконуваних мережею абонентського доступу. Зупинимося на змінах, що стосуються АЛ. Особливості АЛ в перспективній телекомунікаційній системі полягають в наступному:
як правило, скорочується середня довжина АЛ, що покращує основні характеристики передачі в мережі абонентського доступу;
АЛ (у разі її реалізації на кабелях з металевими жилами) робиться однорідною, що знімає проблеми, відбиття сигналів і інших явищ, що погіршують передачу дискретної інформації;
для організації АЛ використовуються радіоканали і ОК, який дозволяє (при необхідності) забезпечити широку смугу пропускання сигналів;
підвищуються вимоги до надійності АЛ і, як правило, посилюються нормативні терміни її відновлення після відмови;
крім конфігурації «точка- точка» можуть використовуватися інші топології АЛ.
Перераховані вище положення можна розглядати як розширення функцій, властивих АЛ. Хоча ми акцентуємо увагу в основному на підключенні телефонних апаратів і передачу по АЛ мовних сигналів, ми розглядатимемо структуру мереж абонентського доступу перспективних телекомунікаційних систем.
Модель перспективної телекомунікаційної системи показана на рис. 1.1.

Рис.1.1. Місце мережі абонентського доступу в телекомунікаційній системі.
Перший елемент телекомунікаційної системи представляє сукупність термінального і іншого обладнання, яке встановлюється в приміщенні абонента (користувача). В англомовній технічній літературі цей елемент телекомуникаційної системи відповідає терміну Customer Premises Equipment (CPE).
Роль мережі абонентського доступу полягає в тому, щоб забезпечити взаємодію між обладнанням, встановленим в приміщенні абонента, і транзитною мережею. В точці з’єднання мережі абонентського доступу з транзитною мережею встановлюється комутаційна станція. Простір, що покривається мережею абонентського доступу, лежить між обладнанням в приміщенні у абонента і цією комутаційною станцією.
Абонентські лінії (Loop Network) можна розглядати як індивідуальні засоби підключення термінального обладнання. Як правило, цей фрагмент мереж абонентського доступу є сукупністю АЛ. Мережа переносу (Transfer Network) служить для підвищення ефективності засобів абонентського доступу. Цей фрагмент мережі доступу реалізується на базі систем передачі, а ряді випадків використовуються і пристрої концентрації навантаження.
Третій елемент телекомунікаційної системи - транзитна мережа. Її функції полягають у встановленні з'єднань між терміналами, включеними в різні мережі абонентського доступу, або між терміналом і засобами підтримки будь-яких послуг. В даній моделі транзитна мережа може покривати територію, що лежить як в межах одного міста або села, так і між мережами абонентського доступу двох різних країн.
Четвертий елемент телекомунікаційної системи ілюструє засоби доступу до різних послуг електрозв'язку. На рис.1.1, в останньому еліпсі, вказано назву на мові оригіналу (Service Nodes), - вузли підтримки послуг. Прикладами такого вузла можуть бути робочі місця телефоністів-операторів і сервери, в яких зберігається інформація.
Наведену на рис.1.1 структуру слід розглядати як перспективну модель телекомунікаційної системи. На рис.1.2. представлена модель мережі абонентського доступу аналогових АТС. Розглядаючи існуючі місцеві мережі, як правило оперують двома термінами – «Абонентська мережа» або «Мережа АЛ». Слова «Мережа абонентського доступу» використовуються в тих випадках, коли мова йде про перспективні телекомунікаційні системи.

Рис. 1.2. Модель абонентської мережі.
Ця модель справедлива як для МТМ, так і для СТМ.
Вона ідентична для:
нерайонованих мереж, що складаються тільки з однієї телефонної станції;
районованих мереж, які складаються з декількох районних АТС (РАТС), з’єднаних між собою за принципом «кажний з кожним»;
районованих мереж, побудованих з вузлами вхідного повідомлення (ВВхП) і з вузлами вихідного повідомлення (ВВП).
Для всіх елементів абонентської мережі в дужках були вказані терміни на англійській мові. Слід зазначити, що термін "лінія зв'язку між шафами" (Link cable) у вітчизняній термінології ще не застосовується, оскільки подібні траси в МТМ і СТМ майже не використовуються.
З іншого боку, для цифрової комутаційної станції може бути запропонована своя модель, яка дозволяє більш точно відобразити специфіку мережі абонентського доступу. Для гіпотетичної цифрової комутаційної станції варіант мережі абонентського доступу показано на рис.1.4.

Рис. 1.4. Модель мережі абонентського доступу для цифрової комутаційної системи.
Особливістю цієї моделі є те, що тут використовуються віддалені (виносні) абонентські модулі (концентратори чи мультиплексори).
У будь-якому випадку, структура абонентської мережі відповідає графу з деревоподібною топологією (незалежно від типу комутаційної станції). Це, в першу чергу, суттєво з точки зору надійності: використання цифрової комутаційної техніки не підвищує коефіцієнт готовності АЛ, а в деяких випадках його знижує за рахунок використання додаткової техніки на ділянці від круса АТС до термінала користувача.
Рис.1.2. і 1.4 демонструють мережу абонентського доступу з точки зору підключення абонентів. На рис. 1.6. розглянуто гіпотетичну модель мережі абонентського доступу з точки зору її структури, яка містить дві місцеві станції (МС –N1 i N2) і один центр комутації пакетів.

Рис.1.6. Гіпотетична модель мережі абонентського доступу.
Абоненти ТМЗК підключаються до МС N1 двома способами - безпосередньо і через концентратор. В першому випадку мережа абонентського доступу складається з сукупності АЛ. В другому випадку АЛ закінчується в абонентському комплекті концентратора, а мережа абонентського доступу тягнеться до МС і включає ще і пучок ЗЛ між МС і концентратором.
Для абонентів ПД мережа доступу кінчається в ЦКП. В даній моделі ця мережа включатиме сукупність АЛ до мультиплексора, ЗЛ до ЦКВ і ЗЛ від ЦКВ, розташованого на МС N1, до ЦКВ, що знаходиться на МС N2. Таким чином, мережа доступу для абонентів ПД значно "ширша", ніж для абонентів ТМЗК.
Звичайно, модель, показана на рис.1.6, не відображає всі можливі варіанти структури мережі абонентського доступу. З другого боку, вона ілюструє деякі характерні приклади багатоваріантності мережі доступу. Але основна перевага запропонованої моделі полягає в тому, що вона дозволяє сформулювати визначення словосполучення "Мережа абонентського доступу":
Мережа абонентського доступу - це сукупність технічних засобів між кінцевими абонентськими пристроями, встановленими в приміщенні користувача, і тим комутаційним обладнанням, в план нумерації (або адресації) якого і входять ці термінали, що підключаються до телекомунікаційної системи.
Для ТМЗК це формулювання можна конкретизувати, більш точно визначивши межі мережі абонентського доступу. Кінцевим пристроєм для ТМЗК служить ТА. Абонент може також мати і факсовий апарат або модем. У будь-якому випадку кінцевий пристрій підключається через телефонну розетку. Ми можемо вважати телефонну розетку межею мережі абонентського доступу на стороні користувача. Друга межа мережі абонентського доступу - станційна сторона кросу. Йдеться про кросове обладнання тієї комутаційної станції, в план нумерації якої входять кінцеві присторої, що підключається до ТМЗК.
Заропоноване визначення враховує практично всі можливі ситуації використання різних терміналів. Поглянемо на рис.1.6 в іншій площині. Припустимо, що в приміщенні гіпотетичного користувача встановлені два ТА, включені в першу і другу МС, і персональний комп'ютер, що взаємодіє з ЦКП. Для кожного з трьох терміналів мережа абонентського доступу буде утворена різними технічними засобами. Межі мережі абонентського доступу для всіх терміналів також будуть різні. Природно, що всі три термінали можуть мати власні номери, якщо не йдеться про ЦМІО, в якій єдиний номер може бути привласнений стику користувач-мережа.
Визначення терміну "Мережа абонентського доступу" запропоноване в рекомендації МСЕ-Т G.902.
4.8. Вимоги по затуханню і часах затримки при комутації каналів.
Вимоги по затуханню ліній і трактів. Максимальне затухання тракту, що з’єднує два абонентські пристрої однієї місцевої мережі не повинно перевищувати 28 дБ.
При міжміському зв'язку - 30 дБ.
Максимальне загасання на ділянках:
- абонентської лінії - 4,5 дБ
- з’єднувальної лінії - 4 дБ
- каналу ТЧ або цифрової АТС - 7 дБ
- аналогової АТС - 1 дБ

Рис. 14. Приклади розподілу затухання на МТМ при місцевому, міжміському внутрішньозоновому і міжміському міжзоновому з'єднаннях.
ОПС – опорна станція;
ВЗЗЛ – вузол заказниз з’єднувальних ліній;
ВВхПМ – вузол вхідних повідомлень міжміський;
ВАК – вузол автоматичної комутації;
Відповідно до вимог на місцевих телефонних мережах з метою стійкої роботи допускається не більш 4-х переходів "аналог - цифра - аналог" від абонента до абонента за наявності аналогових АТС. Весь транзит, як правило, повинен бути 4-х провідним. Тимчасово допускається один транзит двохпровідний.
При організації зв'язку між абонентами цифрових АТС на місцевій мережі допускається один перехід "аналог - цифра - аналог".
На ділянці місцевої мережі для міжміського зв'язку допускається не більше двох переходів за наявності аналогових АТС і одного переходу за наявності електронних АТС, ВАТС.
Допустимі затримки передачі сигналу в багатоланкових цифрових КП. Процес комутації в багатоланкових цифрових КП передбачає затримки сигналів, які на цифрових станціях можуть бути досить значними. Затримки передачі сигналів в цифрових телефонних станціях повинні бути зведені до можливого мінімуму. Значення часу затримки передачі сигналів в обох напрямах для міжнародної і транзитної національної цифрових телефонних станцій, що комутують різні типи кіл, наведено в табл. 3.2.
Питання про допустимий час затримки передачі для місцевих цифрових телефонних станцій поки що не вирішено і вивчається в рамках ITU-T.
Нормування часу затримки цифрового сигналу на цифрових комутаційних станціях приводить до необхідності обмеження числа ланок цифрових КП.
Табл. 3.2. Затримки сигналів в цифрових телефонних станціях
Тип комутованого кола
Час затримки, мкс


середнє (не більш)
граничне (з імовірністю 0,95)

Цифрова - цифрова
900
1500

Цифрова-Аналогова
1500
2100


5. КЕРУВАННЯ І СИГНАЛІЗАЦІЯ В ТЕЛЕФОННИХ МЕРЕЖАХ.
5.1. Керуючі пристрої АТС.
Процес комутації складається з декількох етапів, виконуваних в певній послідовності на різних ступенях шукання. На кожному ступені відбувається з'єднання певних вхідних і вихідних ліній комутаційних пристроїв. Для виконання цієї операції заздалегідь необхідно визначити (знайти): вхідну лінію, по якій поступив виклик, потрібну вихідну лінію і переконатися, чи вона вільна, а також множину проміжних ліній і каналів між заданим входом і виходом. Всі ці операції здійснюються керуючими пристроями АТС.
Керуючий пристрій (КПр) управляє процесом встановлення з'єднання на комутаційному вузлі шляхом взаємодії з пристроями комутаційного поля, лінійними і станційними комплектами.
Основними функціями КПр є:
прийом сигналів управління від ЛК, СК і приладів КП;
розподіл прийнятих сигналів по функціональних блоках КПр;
визначення стану комутаційних пристроїв і ліній;
вибір з’єднувального шляху між входом і виходом КП;
замикання контактів комутаційних пристроїв, що відповідають вибраному шляху;
видача команд на посилку абонентам акустичних сигналів.
КПр можуть бути індивідуальними і загальними (груповими). В першому випадку кожний КПр обслуговує один комутаційний пристрій і займається на час встановлення з'єднання і ведення переговорів між абонентами. В другому випадку кожний КПр обслуговує в певній послідовності групу комутаційних пристроїв. Такі КПр займаються тільки на час встановлення з'єднання.
Залежно від способу використання сигналів, що несуть адресну інформацію, розрізняють КПр з безпосереднім і регістровим (непрямим) управлінням.
Безпосереднє управління застосовується на АТС з індивідуальними КПр. В таких пристроях імпульси набору номера, що посилаються абонентами, безпосередньо використовуються для роботи комутаційних пристроїв. Процес комутації здійснюється одночасно з набором номера абонента, що викликається. Якщо АТС має декілька ступенів шукання, то КПр різних ступенів працюють послідовно у міру набору цифр номера.
При непрямому управлінні імпульси набору номера запам'ятовуються регістром. Проаналізувавши одержані імпульси, регістр формує і передає сигнали на КПр всіх ступенів шукання, які забезпечують спрацьовування комутаційних пристроїв. В результаті буде встановлено з'єднання. Після цього регістр звільняється і може бути використаний для обслуговування інших викликів. Непряме управління може застосовуватися як в індивідуальних, так і групових КПр.
При регістровому управлінні процес прийому імпульсів набору номера абонента, що викликається, і процес встановлення з'єднань на ступенях шукання розділені в часі. Регістр і керуючі пристрої обслуговують виклики з моменту їх появи до встановлення з'єднання. Чим менше цей час, тобто чим вище швидкодія елементів керуючих пристроїв, тим більше число комутаційних пристроїв може бути обслужено.
Найбільшою швидкодією володіють цифрові КПр, які здатні обслуговувати відразу групу комутаційних пристроїв або навіть всю комутаційну систему АТС. В останньому випадку КПр станції складається з периферійних керуючих пристроїв ПКПр і електронної керуючої машини ЕКМ (Рис. 8.16). ПКПр призначені для прийому сигналів набору номера, визначення станів абонентських і з’єднувальних ліній і т.п. Вся ця інформація з ПКПр передається в ЕКМ для аналізу і вироблення команд. Команди повертаються на ПКПр і використовуються для управління роботою комутаційних пристроїв.

Мал. 8.16. Функціональна схема АТС з цифровим керуючим пристроєм.
Використання цифрових КПр і ЕКМ не тільки в багато разів прискорює процес комутації, але і значно розширює можливості станції, підвищує ефективність використання станційних і лінійних споруд, робить мережу більш гнучкою і забезпечує надання абонентам нових високоякісних послуг. Крім того, ЕКМ дозволяють автоматизувати облік переговорів, контроль за станом елементів станції, виявлення несправностей, збір і обробку різних статистичних даних і ін.
5.2. Телефонна сигналізація.
Сукупність електричних сигналів, що використовуються на мережі для управління встановленням з'єднання, називається  системою телефонної сигналізації. Телефонній сигналізації присвячені Рекомендації МСЕ-Т серії Q.
В систему телефонної сигналізації входять наступні види сигналів.
Лінійні сигнали відзначають основні етапи встановлення з'єднання (занято, відбій, роз'єднання і ін.).
Сигнали управління  передаються між КПр комутаційних вузлів і станцій і між КПр і ТА абонента. Основні сигнали управління - сигнали набору номера – так звана адресна інформація. У ряді систем також передаються сигнали про категорію виклику, запиту апаратури автоматичного визначення номера (АОН) викликаючого абонента, вид встановлюваних з'єднань, спосіб передачі управляючої інформації і т.д.
Інформаційні акустичні сигнали передаються від АТС до ТА і служать для інформування абонента про стан встановлюваного з'єднання. До них відносяться:
Відповідь станції;
Зайнято;
Посилка виклику;
Контроль посилки виклику.
В АТС з електронними КПр може передаватися сигнал попередження про міжміський виклик.
Склад сигналів системи сигналізації залежить від типу комутаційного обладнання, типу системи передачі, що використовується, структури мережі і т.п.
Розрізняють наступні основні типи систем сигналізації:
системи абонентської сигналізації, які визначають порядок обміну сигналами між абонентським пристроєм (телефонним апаратом, факсом і т.п.) і АТС – тобто сигналізація мережі абонентського доступу в інтерфейсі User-Network Interface (UNI);
системи міжстанційної сигналізації, які визначають порядок обміну сигналами між станціями – сигналізація в інтерфейсі Network-to Network Interface (NNI).
Для місцевих, внутрішньозонових, міжміських і міжнародних мереж використовуються різні системи міжстанційної сигналізації.
Із найбільш поширених форм сигналізації в інтерфейсі UNI можна назвати сигналізацію з імпульсним набором номера і сигналізацію DTMF.
В якості прикладів міжстанційної сигналізації в інтерфейсі NNI можна назвати сигналізацію по двох виділених сигнальних каналах 2ВСК, багаточастотну сигналізацію кодом «2 з 6», систему сигналізації ЗКС7 та ін.
Приклад встановлення з’єднання в мережі з комутацією каналів спрощено показано на рис. 8.1.

Рис.8.1. Спрощений сценарій встановлення з’єднання.
Принципи використовуваних в мережах зв’язку систем сигналізації зв’язані з принципами комутації і управління обслуговуванням викликів в комутаційних вузлах і станціях цих мереж, а також з технічними засобами організації міжстанційних з’єднувальних ліній. Можливі принципи сигналізації ілюструють варіанти, представлені на рис.8.2:
а) сигналізація безпосередньо по телефонному каналу;
б) сигналізація по виділених сигнальних каналах (ВСК);
в) загальноканальна сигналізація №7;
г) сигналізація ІР-телефонії типу Н.323, MGCP чи SIP.

Рис. 8.2. Принципи міжстанційної сигналізації.
5.3. Системи абонентської сигналізації.
Як відомо, кінцеві абонентські пристрої телефонії (телефонні апарати - ТА) підключаються до АТС за допомогою двохпровідної абонентної лінії. Окремих провідників для сигналізації не передбачається з економічних міркуваннях. АЛ використовується для передачі і мовних сигналів і сигналів сигналізації.
В даний час широко застосовується передача лінійних сигналів від абонента шлейфовим методом (loop-start). Основні сигнали (заняття, відповідь, відбій) формуються шляхом зміни опору АЛ постійному струму.
Передача адресної інформації (номер абонента, що викликається) може здійснюватися двома способами:
1. За допомогою дискового номеронабирача шляхом замикання і розмикання шлейфу на короткий час (так званий шлейфовий або імпульсний спосіб набору - "pulse"). Кількість циклів замикань і розмикань відповідає передаваній цифрі плюс один стартовий цикл. Тривалість одного циклу складає 100 мс: 60 мс АЛ знаходиться в замкнутому стані і 40 мс в розімкненому.
Даний спосіб простий в технічній реалізації і широко поширений. Проте він є повільним і незручним при необхідності набору номера значної тривалості (наприклад, міжміського або міжнародного).
2. Другий спосіб одержав назву багаточастотного або тонального набору ("tone") і застосовується в ТА з кнопковими номеронабирачами. Передача кожної цифри здійснюється за 40 мс за допомогою багаточастотного коду "2 з 7", тобто передачі однієї цифри відповідає одночасна передача двох гармонійних сигналів певних частот (Табл. 8.1). Цей код забезпечує 16 комбінацій сигнальних частот, 10 з яких використовуються для набору номера. міжсерійна пауза складає також 40 мс. В зарубіжних джерелах даний код позначається як DTMF - Dual Tone Multi Frequency.
Табл. 8.1
Частоти другої групи, Гц


1209
1336
1477

Частоти першої групи, Гц
697
1
2
3


770
4
5
6


852
7
8
9


941
*
0
#

Клавіші * і # використовуються для додаткових послуг. Можливість посилки тональних сигналів абонентом використовується для побудови систем з віддаленим управлінням і голосовою відповіддю типу голосової пошти і т.п.
Типовий порядок обміну сигналами системи абонентної сигналізації показаний на Мал. 8.17, а.

Мал. 8.17. Типовий порядок обміну сигналами систем абонентної (а) і міжстанційної (б) сигналізації.
5.4. Системи міжстанційної сигналізації.
В системах міжстанційної телефонної сигналізації застосовуються наступні основні способи передачі лінійних сигналів:
по фізичних двохпровідних лініях (у тому числі АЛ) шлейфовим методом (loop-start). Для взаємодії АТС і відомчих АТС (ВАТС) також застосовуються методи із заземленням (ground-start) і E&M (від англ. ear і mouth). Метод E&M використовує окрему пару проводів для передачі лінійних сигналів;
частотний метод по виділеному сигнальному каналу поза смугою частот каналу ТЧ на частоті 3825 Гц при використовуванні аналогових систем передачі з частотним розділенням каналів;
способом накладення по виділеному сигнальному каналу при використовуванні ЦСП.
Допускається вживання батарейного способу по двох- і трьохпровідних фізичних лініях. На сільських телефонних мережах допускається індуктивний спосіб.
Для передачі сигналів управління застосовуються різні реалізації багаточастотного способу (Multi Frequency - MF). В основному використовується код "2 з 7". В сучасних системах використовуються різні, але достатньо близькі номінали частот в смузі каналу ТЧ. Міжнародні системи сигналізації R1 і R2 використовують частоти з інтервалом 120 Гц в діапазоні 1380..1980 Гц в прямому і 540..1140 Гц у зворотному напрямі (MF-R1 і MF-R2). Широко вживана на ЗАКТМ система сигналізації використовує частоти в діапазоні від 700 до 1700 Гц з кроком 200 Гц. При роботі з АТСДШ використовується шлейфовий спосіб передачі по двохпровідних АЛ і ЗЛ і батарейний по ЗЛ.
Типовий порядок обміну сигналами систем міжстанційної сигналізації при встановленні телефонного з'єднання показаний на Мал. 8.17, б.
Всі розглянуті вище системи сигналізації історично виникли першими і відносяться до класу так званих внутрішньоканальних (in-band), оскільки вся сигналізація здійснюється по тому ж каналу, по якому ведеться передача інформації користувача.
В результаті розвитку систем комутації з'явився клас систем сигналізації по загальному каналу сигналізації (ЗКС), що безпосередньо зв'язує управляючі пристрої АТС. Перша система подібного класу - система сигналізації № 6 МСЕ-Т призначалася для передачі всіх видів управляючої інформації по каналах ТЧ аналогових систем передачі на швидкостях 2,4..4,8 кбит/с. Система набула широкого поширення в Європі, Японії і особливо в США, де вона експлуатується дотепер.
Поява і швидке упровадження ЦСП зумовило появу системи сигналізації № 7 МСЕ-Т (SS7), орієнтованої на використання в цифрових мережах. Один канал SS7 зі швидкістю 64 кбит/с дозволяє передавати сигнальну інформацію для пучка з однієї-двох тисяч (!) каналів ТЧ.
Володіючи величезним потенціалом, SS7 не тільки забезпечила потреби передачі сигнальної інформації для існуючого у момент її появи рівня розвитку зв'язку, але і сприяла створенню нових послуг зв'язку.
По суті SS7 утворює мережу передачі даних - мережа сигналізації, при цьому всі сигнали збираються в пакети і забезпечуються заголовком, що встановлює приналежність кожного з сигналів певному каналу ТЧ.
ОСНОВИ ТЕОРІЇ РОЗПОДІЛУ ІНФОРМАЦІЇ
6. ПОТОКИ ТЕЛЕФОННИХ ВИКЛИКІВ.
6.1. Основні характеристики і способи представлення потоків викликів.
6.2. Навантаження, його визначення і види.
6.3. Розподіл моментів поступлення викликів.
6.4. Види потоків викликів. (Пуассона, Бернуллі, Ерланга та ін.).
6.5. Розподіл тривалості зайняття.
6.6. Характеристики якості обслуговування викликів.