Phần mộ t : Tổng quan về tổng đài SPC
4.1.2- Chuyển mạch PCM:
Chuyển mạch PCM là loại chuyển mạch ghép hoạt động dựa vào công nghệ dồn kênh phân chia thời gian và điều chế xung mã. PCM là phương pháp truyền biên độ của PAM sau khi đã được lượng tử hố nó và sau đó biến đổi nó thành các mã nhị phân. Do đó, việc tái mã hố có thể được tiến hành dễ dàng vì nó có thể phân biệt được với các tín hiệu khác ngay cả khi có tạp âm và nhiễu xuyên âm trên đường truyền dẫn. Ngoài ra, để thực hiện chuyển mạch phân chia thời gian có thể dùng các chuyển mạch thời gian để trao đổi khe thời gian và chuyển mạch phân chia theo thời gian.
Mỗi tổng đài đều có các cổng bao gồm các thiết vị kết cuối đường dây thuê bao, các mạch hợp nối, mạch trung kế và quốc tế.
Trong các tổng đài Analog, chuyển mạch được chia theo không gian. Một đường dẫn chuyển mạch dành riêng được thiết lập để phục vụ cho một cuộc gọi và chiếm dụng trong suốt thời gian đàm thoại. Trong tổng đài chuyển mạch số, việc chuyển mạch cho các cuộc gọi được thực hiện bằng cách mở hay đóng thường xuyên các cổng logic theo từng khoảng thời gian, cho phép các tín hiệu điện dưới dạng các chữ số nhị phân đi qua các đường dẫn vật lý. Bằng cách này một số các cuộc gọi được chia sẻ thời gian để sử dụng cùng một đường dẫn chuyển mạch. Các tín hiệu của nó khơng được truyền một cách liên tục nhưng được truyền trong các khe thời gian được chọn dưới dạng một chuỗi xung tổng hợp.
a. Chuyển mạch thời gian:
mạch thời gian sử dụng các bộ nhớ bán dẫn như các bộ nhớ MOS hoặc các bộ nhớ hai cực. Chuyển mạch thời gian có chức năng lưu các tín hiệu âm thanh và các tín hiệu khác đã được mã hố theo kỹ thuật số trên luồng cao và nó có dung lượng chuyển mạch tương đương với số lượng khe thời gian được ghép. Số lượng khe thời gian được ghép mà chuyển mạch T có thể chuyển mạch được cũng chính là mức ghép trên luồng cao, nên dung lượng của bộ nhớ chuyển mạch T cũng bị hạn chế.
Nguyên lý ghép theo thời gian:
Các tín hiệu âm thanh (tín hiệu tương tự) trên các mạch vào a, b... và n được mã hoá bằng một bộ Mã hoá - Giải mã được gọi là CODEC, biến đổi thành các tín hiệu số 8 bit A,B... và N. Với tần số lấy mẫu 8 kHZ, độ dài thời gian của các tín hiệu 8 bit là 125µs. tốc độ truyền dẫn 64 kbit/s (Hình 4.2)
Vẽ hình
Các tín hiệu số được mã hố bằng CODEC được lưu tạm thời trong bộ nhớ gồm các mạch bán dẫn tích hợp như LSI để ghép kênh, ghép kênh theo thời gian sẽ không thể thực hiện được nếu các tín hiệu A,B... và N chiếm tồn bộ chu kỳ 125
µs. Do đó, khi có n tín hiệu cần ghép, chúng sẽ được đọc ra tại từng khoảng
thời gian là 125µs/n và được chuyển vào luồng tốc độ cao. Đường chung trên
đó truyền tín hiệu được ghép gọi là đường tốc độ cao.
Lấy khoảng thời gian đọc từ bộ nhớ là 125µs/n có nghĩa là tốc độ đọc lớn hơn
tốc độ truyền dẫn làm cho lớn hơn tốc độ truyền dẫn n lần (Hình 4.3a)
Vẽ hình
Ghép kênh theo thời gian được thực hiện bằng việc dịch chuyển thời gian bằng 125µs khi đọc tín hiệu ra khỏi bộ nhớ. Từng tín hiệu được đọc ra khỏi bộ nhớ
theo tín hiệu “đọc” do bộ điều khiển đọc gửi đến (Hình 3.4b)
vẽ hình
Trên luồng có tốc độ cao, trong chu kỳ 125µs, các tín hiệu A, B... và N đối với
n kênh được sắp xếp một cách tuần tự tại các thời điểm tương ứng t1, t2... tn. Vì các thời điểm này của các tín hiệu t1,t2, ..., tn được xác định bằng các thời điểm mà tại đó các tín hiệu “đọc” được gửi đến các bộ nhớ của từng mạch vào, có thể
cho rằng các mạch vào độc lập này tương ứng với các thời điểm trên luồng tốc độ cao. (Hình 4.4)
Khoảng thời gian chiếm kênh trên luồng cao được gọi là một khe thời gian. Trong trường hợp ghép n kênh, một khe thời gian tương ứng với (125µs).
Trao đổi khe thời gian:
Nhóm tín hiệu ghép thời gian trong chu kỳ 125µs được gọi là một khung.
Các tín hiệu số đã được ghép kênh trên luồng cao được đưa vào chuyển mạch thời gian (CM - T). Chuyển mạch T gồm các bộ nhớ bán dẫn, nó có chức năng nhớ và trao đổi vị trí thời gian của các tín hiệu giữa các mạch vào và ra.
Việc trao đổi vị trí thời gian trong chuyển mạch thời gian được thực hiện giữa các khe thời gian và các tín hiệu ghép thời gian. Sự trao đổi vị trí ghép thời gian của các tín hiệu số được gọi là trao đổi khe thời gian. Trao đổi khe thời gian được thực hiện bằng việc lưu tạm thời các tín hiệu được truyền trên luồng cao vào các bộ nhớ của chuyển mạch thời gian (ghi) và sau đó đọc các tín hiệu đã được lưu này bằng thứ tự khác với khi viết vào.
Chuyển mạch thời gian được mơ tả ở hình 4.5 bao gồm hệ thống ghép kênh tín hiệu theo thời gian, trao đổi các khe thời gian dưới sự điều khiển của bộ điều khiển chuyển mạch và bộ tách kênh. Luồng cao phía trái là luồng cao đầu vào, và luồng cao phía phải là luồng cao đầu ra. Các tín hiệu được ghép theo thời gian được chuyển từ luồng cao phía trái đến chuyển mạch thời gian, sau khi trao đổi khe thời gian chúng được gửi đến luồng cao ở phía phải.
vẽ hình 4.5
Để thực hiện được chính xác, các bộ nhớ trong chuyển mạch thời gian không cho phép ghi và đọc các tín hiệu tại cùng một thời điểm. Vì vậy, khoảng thời gian tương ứng với một khe thời gian được chia làm hai nửa: một nửa được sử dụng cho ghi và nửa còn lại cho đọc.
Một loạt các thao tác ghi tín hiệu vào chuyển mạch thời gian được gọi là chu kỳ ghi và thao tác đọc tín hiệu ra khỏi chuyển mạch thời gian được gọi là chu kỳ đọc.
Để hoàn thành việc trao đổi khe thời gian, cần phải thực hiện việc ghi vào và đọc ra khỏi chuyển mạch thời gian đối với từng khe thời gian T1, T2,..., Tn. Có hai kiểu điều khiển được sử dụng cho mục đích này đó là điều khiển tuần tự và điều khiển ngẫu nhiên.
Điều khiển tuần tự là kiểu điều khiển trong đó các địa chỉ của bộ nhớ trong chuyển mạch thời gian được phân nhiệm một cách tuần tự trong khi ghi vào và đọc ra khỏi chuyển mạch thời gian.
Trong điều khiển tuần tự, một bộ đếm khe thời gian được sử dụng để thu nhận bộ nhớ địa chỉ. Bộ đếm này sẽ tăng thêm một vào địa chỉ sau mỗi lần thay đổi khe thời gian.
Điều khiển ngẫu nhiên là phương pháp trong đó các địa chỉ trong chuyển mạch thời gian không tương ứng với thứ tự của các khe thời gian T1, ..., Tn nhưng chúng được phân nhiệm từ trước theo việc ghi vào và đọc ra của chuyển mạch thời gian.
Trong điều khiển ngẫu nhiên một bộ nhớ được sử dụng để nhận địa chỉ bộ nhớ, và các địa chỉ này là mối quan hệ giữa các địa chỉ bộ nhớ trong chuyển mạch thời gian và các khe thời gian được chọn trước.
Khi ghi vào chuyển mạch thời gian được thực hiện một cách tuần tự cho các địa chỉ từ 1 đến n. Do vậy, đó là kiểu điều khiển tuần tự. Mặt khác, khi đọc tín hiệu ra khỏi chuyển mạch thời gian, các địa chỉ được phân nhiệm trước, đó là điều khiển ngẫu nhiên.
Mặt khác, phương pháp điều khiển trao đổi khe thời gian trong đó việc ghi vào các bộ nhớ được thực hiện bằng điều khiển ngẫu nhiên và việc đọc từ các bộ nhớ được thực hiện theo kiểu tuần tự được gọi là điều khiển ghi ngẫu nghiên/ đọc tuần tự.
Hoạt động của các phương pháp này (cụ thể như ở hình 4.5 là phương pháp ghi tuần tự/đọc ngẫu nhiên): Bộ đếm khe thời gian được phân nhiệm cho luồng cao đầu vào để sử dụng cho việc ghi tín hiệu vào chuyển mạch thời gian và bộ nhớ được sử dụng để đọc các tín hiệu từ chuyển mạch thời gian.
Để ghi tín hiệu một cách tuần tự vào chuyển mạch thời gian, các nội dung được hiển thị trong bộ đếm khe thời gian được sắp xếp giống như thứ các khe thời gian và các địa chỉ trong bộ nhớ. Có nghĩa là khi nội dung của bộ nhớ thời gian là 1, tín hiệu A trong khe thời gian T1 được ghi vào địa chỉ bộ nhớ # 1. Sau đó nội dung của bộ đếm khe thời gian tuần tự tăng lên 1 và nội dung sau n lại sẽ trở thành 1.
Bộ nhớ điều khiển gồm các địa chỉ bộ nhớ để đọc ra phù hợp với các không gian.
Trong chuyển mạch không gian, bậc ghép của các khe thời gian được tăng lên bằng việc mở/đóng các cổng với tín hiệu 8 bit song song như trong trường hợp của các chuyển mạch thời gian.
Chuyển mạch giữa các luồng cao địi hỏi các mạch cổng phải có tốc độ cao. Các công tắc điện cơ không đáp ứng được yêu cầu về tốc độ. Do đó, chủ yếu sử dụng các mạch cổng bán dẫn.
Để điều khiển các mạch cổng này, cần có n bộ nhớ điều khiển tương ứng với các luồng cao đầu ra.
Để chuyển mạch không gian hoạt động với n luồng cao đầu vào cần phải cung cấp một bậc ghép bằng n và các vị trí khe thời gian trên các luồng cao riêng biệt phải hoàn toàn đồng nhất với nhau. Ngoài ra các bộ nhớ điều khiển phải hoạt động đồng bộ với các khe thời gian.
c. Kết hợp giữa chuyển mạch thời gian và chuyển mạch không gian
Một mạng chuyển mạch có dung lượng lớn có thể được thiết lập bằng cách kết hợp giữa CM - T và CM - S.
Các kiểu kết hợp cơ bản giữa chuyển mạch thời gian và chuyển mạch không gian: T, T - S - T, S - T - S, T - S - S - T, S - T - T - S, T - S - S - S - T, S - S - T - S - S.
Tổ hợp này có thể phân loại thành 2 phương pháp: Phương pháp T - S -T và phương pháp S - T - S.
Cấu trúc này cho phép hệ thống xử lý các cuộc gọi một cách không bị ngắt quãng (xem hình 4.8a). Trong việc điều khiển mạng, việc lựa chọn khe thời gian ở đầu vào/đầu ra và khe thời gian ở chuyển mạch không gian là không liên quan đến nhau. Nghĩa là, trong trường hợp của T - S - T thì khe thời gian đầu vào có thể đấu nối với khe thời gian đầu ra bằng cách dùng khe thời gian trong đường chéo của chuyển mạch không gian.
Cấu trúc S - T - S
vẽ hình 4.8.b
Phương pháp S - T - S, quá trình cũng tương tự như T - S - T. Trên hình 4.8b việc lựa chọn khe thời gian đầu vào/đầu ra được xác định bằng đường giao tiếp theo yêu cầu. Do bộ biến đổi khe thời gian có thể được bằng cách dùng 2 chuyển mạch không gian, độ linh hoạt của đầu nối được cải thiệu.
Trong mạng kiểu T - S - T số lượng các đường có thể được lớn hơn nhiều so với mạng kiểu S - T - S.
Việc kết hợp giữa chuyển mạch không gian và chuyển mạch thời gian chứng tỏ được phân bố giữa chúng đạt tỉ lệ 1: 1.