Trường chuyển mạch thời gian số

TRƯỜNG CHUYỂN MẠCH THỜI GIAN SỐ 1.Một số khái niệm 1.1 Trường chuyển mạch thời gian số - Khái niệm: Chuyển mạch phân chia theo thời gian (còn gọi là chuyển mạch số) là loại chuyển mạch phục vụ sự trao đổi nội dung giữa hai khe thời gian trên cùng một tuyến PCM nhằm mục đích gây trễ cho các tín hiệu. Quá trình gây trễ tín hiệu thực hiện theo nguyên tắc trao dổi khe thời gian nội TSI và nó hoạt động dựa vào công nghệ ghép và phân kênh theo thời gian và điều chế xung mã PCM. - Quá trình trao đồi khe thời gian chỉ xuất hiện trên cùng một khung và độ trễ lớn nhất không được vượt quá độ dài của khung đó là 125μsec. - Tín hiệu trên một đôi dây thuê bao là tín hiệu thoại (analog). Tín hiệu này được số hoá theo điều xung mã PCM. Sau khi mã hoá, kênh thuê bao này có một dãy tín hiệu 8bit ứng với chu kỳ lấy mẫu là 125μsec, tần số lặp lại của tổ hợp mã 8 bit này là 8kHz, tốc độ truyền dẫn là 64kbit/s. Trao đổi khe thời gian TSI - Trong kỹ thuật chuyển mạch kênh, sau khi tín hiệu thoại được mã hóa thành các mã nhị phân 8 bit, các kênh thông tin được xác lập trên các khe thời gian cách nhau 125µs và được truyền đi nhờ các hệ thống truyền dẫn và chuyển mạch. - Trên nguyên tác sử dụng chung tài nguyên, các thông tin của người sử dụng được chuyển đi trên các kênh được phân chia logic theo thời gian, sự khác biệt của khe thời gian được ấn định cho nguồn tin phía phát và nguồn tin phía thu là một yếu tố yêu cầu có sự chuyển đổi nội dung thông tin từ khe thời gian này sang khe thời gian khác trong cùng một khung, đó chính là quá trình trao đổi khe thời gian nội TSI. Điều chế xung mã PCM - Khái niệm: kỹ thuật điều chế xung mã PCM là quá trình gồm nhiều bước nhằm chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số. - Các tín hiệu xung số của tín hiệu tương tự sau quá trình lấy mẫu được mã hóa dưới dạng nhị phân và truyền đi trong hệ thống truyền dẫn. Tại đầu cuối thu tín hiệu, một quá trình hoàn nguyên tín hiệu được thực hiện nhằm khôi phục lại dạng tín hiệu phía phát. 2. Khái quát về yêu cầu hoạt động: - Giả thiết ta tổ chức các cuộc đàm thoại nối thông giữa máy điện thoại đầu X với máy điện thoại tại đầu dây Y ta cần một thiết bị chuyển mạch T (chuyển mạch phân chia theo thời gian) đặt giữa hai tuyến dây thuê bao. Thiết bị T có nhiệm vụ hoán vị các khe thời gian (hình 2a). + Trong khi máy X chiếm khe thời gian A để phát và thu tín hiệu thì máy Y chiếm khe thời gian B để thu và phát tín hiệu. Do máy X và máy Y làm việc với các khe không cùng thời gian nên X nói thì Y không nghe được và Y nói thì X không nghe được. + Muốn cho X và Y thông thoại với nhau ta cần phải chuyển dịch khe cho phù hợp. Như máy X phát ở khe A, tín hiệu cần qua chuyển mạch T để được chuyển sang khe B. Máy B nhận được xung mã tín hiệu từ khe A tới. Theo chiều ngược lại, tín hiệu của máy Y sau khi qua chuyển mạch T được chuyển sang khe A và máy X nhận được tín hiệu này (hình 2b). Sau khi nghe qua bộ giải mã thì máy X nghe được tiếng của máy Y và máy Y nghe được tiếng của máy X. Cuộc đàm thoại được nối thông. Hình 2 - Bộ chuyển mạch T chia thời gian theo hoán vị các khe thời gian như trên nhờ vào bộ nhớ RAM. Hay bộ nhớ RAM là thành phần chính để xây dựng trường chuyển mạch thời gian. + Quá trình chuyển đổi khe thời gian được mô tả trên hình 3. Tín hiệu trong các khe 1, 2, 3... n được ghi tạm thời vào bộ nhớ đệm. Như trên hình 3, các bit số liệu của khe 1, khe 2... đến khe thứ n được lưu giữ lần lượt vào ngăn nhớ thứ 1, thứ 2 và thứ n. + Bộ điều khiển trình tự đọc ra các ngăn dữ liệu theo một thứ tự ngẫu nhiên sao cho phù hợp với nhu cầu chuyển mạch, thí dụ như dữ liệu A được đọc ở khe thứ 7 sao cho phù hợp với khe của thuê bao cần nhận. Quá trình ghi/đọc này gọi là ghi tuần tự đọc ngẫu nhiên, đọc ngẫu nhiên có ký hiệu là SWRR. Hình 3 3. Các phương pháp thực hiện chuyển mạch T(thời gian): 3.1 Phương pháp chuyển mạch T dùng bộ trễ: - Trên đường truyền tín hiệu, dặt các đơn vị trễ có thời gian trễ bằng 1 khe thời gian. - Nếu trong khung có R khe thời gian và thông tin trao đổi là khe thời gian A và B. Ta cho mẫu Ma(8bit PCM) qua n bộ trễ thì ở đầu ra mẫu Ma sẽ có mặt ở khe thời gian TSB(time slot B). Và mẫu Mb qua R-n bộ trẽ sẽ có mặt ở thời điểm TSA(time slot A). Như vậy việc thông tin trao đổi đã được thực hiện. 3.2 Phương pháp chuyển mạch T dùng bộ nhớ đệm - Trên cơ sở các mẫu tiếng nói được ghi vào bộ nhớ đệm và đọc ra ở những thời điêmr mong muốn. Địa chỉ ô nhớ trong BM để ghi hoặc đọc được cung cấp bởi bộ nhớ điều khiển CM.. Bộ đếm khe thời gian là bộ đếm chu kỳ với chu kỳ bằng số khe thời gian trên tuyến PCM. - Việc ghi và đọc vào BM có thể là tuần tự hoặc ngẫu nhiên. Như vậy, trong chuyển mạch T có hai điều khiển tuần tự và ngẫu nhiên: + Điều khiển tuần tự: việc đọc hay ghi vào các địa chỉ liên tiếp của bộ nhớ BM một cách tuần tự tương ứng với thứ tự ngõ vào của các khe thời gian. + Điều khiển ngẫu nhiên: là phương pháp điều khiển mà trong đó các địa chỉ trong BM không tương ứng với thứ tự các khe thời gian mà chúng được phân nhiệm từ trước theo việc ghi vào và đọc ra của bộ nhớ điều khiển CM. Từ đó chuyển mạch T có hai loại: ghi tuần tự- đọc ngẫu nhiên và ghi ngẫu nhiên-đọc tuần tự. 4. Cấu tạo trường chuyển mạch thời gian - Gồm hai thành phần chính là bộ nhớ thoại S-Mem(speak Memory) và bộ nhớ điều khiển (Controller Memory). + Khối bộ nhớ thoại S-Mem là thiết bị ghi nhớ truy xuất ngẫu nhiên RAM (số lượng ngăn nhớ là n, dung lượng ngăn nhớ là 8bit). Như vậy bộ nhớ S-Mem lưư toàn bộ thông tin trong một khung tín hiệu PCM. Để đảm bảo tốc độ luồng thông tin qua trường chuyện mạch thì tốc độ ghi đọc của C-Mem lớn gấp hai làn tốc độ luồng trên tuyến PCM đầu vào hoặc đầu ra. Chức năng cơ bản của S-mem là để nhớ tạm thời các tín hiệu PCM chứa trong mỗi khe thời gian phía đầu vào để tạo bộ trễ thích hợp theo yêu cầu mà nó có giá trị từ nhỏ nhất là 1TS đến cực đại là (n-1)TS. + Bộ nhớ C-Mem có chức năng dùng để điều khiển quá trình đọc thông tin đã lưu đệm tại S-mem. Cũng như C-Mem trong chuyển mạch tầng S, bộ nhớ C-Mem của tầng T cũng có n ô nhớ bằng số lượng khe thời gian trong khung tín hiệu PCM sử dụng. + Trong thời gian mỗi TS, C-Mem điều khiển quá trình đọc một ô nhớ tương ứng thích hợp trong S-Mem. Như vậy hiệu quả trễ trong tín hiệu PCM của S-Mem được xác định một cách rõ ràng rành mạch bởi hiệu số giữa các khe thời gian ghi và đọc tin PCM ở bộ nhớ S-Mem. Cùng một bộ nhớ C-Mem , các ô nhớ được sử dụng một cách độc quyền cho một cuộc gọi xác định trong suốt thời gian của cuộc nối. Như vậy chúng ta có điều nghịch lý rằng chuyển mạch không gian S được phân chia thời gian trong khi đó chuyển mạch thời gian T lại được phân chia theo không gian. + Tính không gian trong chuyển mạch thời gian xuất hiện trong quá trình kết nối cho một cuộc gọi nào đó. Thông thường việc chuyển nội dung thông tin trong các khe thời gian là cố định đối với một cuộc gọi. Khi đó, nội dung ô nhớ chiếm dụng trong bộ nhớ điều khiển cũng là cố định, và như vậy nó mang tính không gian + Selector: bộ chọn địa chỉ, nó là thiết bị logic. + Dây Read: Ở mức logic cao. + Dây write: Ở mức logic thấp. + Để đàm bảo độ chính xác thì các bộ nhớ không được đọc và ghi cùng một thời điểm. Vậy khoảng thời gian tương ứng của một khe được chia làm 2 nửa: một nửa cho ghi và một nửa cho đọc. Thao tác ghi tín hiệu chuyển mạch T được gọi là chu kỳ ghi. Thao tác đọc tín hiệu chuyển mạch T gọi là chu kỳ đọc. Hình minh họa: 5. Điểu khiển hoạt động khe thời gian 5.1 Trường hợp khe thời gian đầu vào lớn hơn khe thời gian đầu ra Trong trường hợp nếu cần chuyển mạch giữa khe thời gian ở đầu ra với khe thời gian có chỉ số lớn hơn ở phía đầu vào, ví dụ TS6 và TS2 như minh minh họa trên hình 3.4 thì tín hiệu không thể trễ trong cùng một khung mà phải trễ tới khung tiếp theo, cụ thể là (n-6) +2 khe thời gian. 5.2 Trường hợp khe thời gian đầu vào nhỏ hơn khe thời gian đầu ra Trên hình 3.3 dưới đây minh họa quá trình trao đổi khe thời gian giữa TS2 và TS5 cho hai khung liên tiếp nhau giữa đường PCM vào và PCM ra của tầng chuyển mạch T. Vì các khe thời gian TS được sắp xếp liên tiếp nhau theo thứ tự tăng dần, do vậy để trao đổi thông tin giữa các khe thời gian TS2 và TS5, tín hiệu PCM trong TS2 cần phải được lưu tạm thời tại tầng T trong khoảng thời gian 3 TS trong cùng một khung, sau đó vào khe thời gian của TS5, tín hiệu PCM được đưa ra đường PCM phía đầu ra của tầng chuyển mạch. 5.3 Điều khiển trao đổi khe thời gian - Điều kiện: Khe thời gian vào là 38, khe thời gian ra là 31, chu kỳ T= 125μsec và lấy số khe thời gian trong một chu kỳ là 210TS = 1024TS. Độ trễ lớn nhất không được vượt quá độ dài của khung đó là 125μsec. Do tín hiệu vào trên khe thời gian 38 lớn hơn tín hiệu ra trên khe thời gian 31nên tín hiệu không thể trễ trong cùng một khung mà phải trễ tới khung tiếp theo, cụ thể là (1024-38) +31 khe thời gian = 1017TS. - Quá trình hoạt động: + Bước 1: Nội dung thông tin trong TS38 sẽ được lưu vào ngăn nhớ số 38. Yêu cầu chuyển đổi từ TS38 sang. Hệ thống điều khiển trung tâm CC của tổng đài sẽ tạo các số liệu điều khiển cho tầng T. Để thực hiện điều này CC của tổng đài sẽ nạp số liệu vào địa chỉ nhị phân ô nhớ số 38 của T- Mem vào ô nhớ số 31 của C-mem. + Bước 2: CC giao quyền điều khiển cục bộ cho chuyển mạch tầng T thực hiện quá trình trao đổi khe thời gian theo yêu cầu. + Bước 3: Với TS0, tín hiệu đồng hồ tác động vào TS- Count làm nó thiết lập trạng thái 0 để tạo tổ hợp mã nhị phân tương ứng với địa chỉ mã nhị phân ô nhớ 0 của S-Mem. Bộ chọn địa chỉ Selector1được sử dụng để điều khiển đọc hay ghi bộ nhớ S- Mem(RAM), trong trường hợp này nó chuyển mã địa chỉ này vào Bus địa chỉ ADD của S-Mem đồng thời tạo tín hiệu điều khiển ghi W, do vậy tổ hợp mã tín hiệu PCM chứa trong khe thời gian TS0 của luồng số đầu vào được ghi vào ô nhớ số 0 của S-Mem. + Bước 4: Sau khi TS0 kết thúc thì bắt đầu TS1. Lúc này đồng hồ tác động vào TS-Count làm cho nó chuyển sang trạng thái 1để tạo địa chỉ nhị phân cho ô nhớ 1của S-Mem. Selector 1 chuyển số liệu này vào Bus địa chỉ của S-Mem, đồng thời tạo tín hiệu điều khiển ghi W do đó tổ hợp mã tín hiệu PCM trong khe thời gian TS1 của luồng số đầu vào được ghi vào ô nhớ 1 của S-Mem. Quá trình xảy ra tương tự đối với các khe thời gian TS2,TS3,…,TS38,…TS1024. + Bước 5: Lặp lại với các khung tiếp theo trong suốt thời gian thiết lập cuộc nối yêu cầu. + Bước 6: Bắt đầu khe thời gian TS31, tín hiệu đồng hồ động vào TS-Count làm cho nó chuyển trạng thái tạo mã nhị phân tương ứng địa chỉ ô nhớ 31 của C-Mem. Bộ chọn địa chỉ Selector 2 chuyển số liệu này vào bus địa chỉ của C- Mem đồng thời tạo tín hiệu điều khiển đọc R cho bộ nhớ C-Mem; kết quả là nội dung chứa trong ô nhớ số 31 của C-Mem được đưa ra ngoài hướng tới Bus địa chỉ đọc phía đầu vào của Selector 1. Vì nội dung ô nhớ số 31 C-Mem là địa chỉ nhị phân của ô nhớ số 38 của S-Mem do vậy bộ chọn địa chỉ Selector 1 chuyển địa chỉ này vào bus địa chỉ của S-Mem, đồng thời nó tạo được tín hiệu điều khiển đọc R của S-Mem. Kết quả là nội dung chứa trong ô nhớ 38 của S-Mem được đưa ra ngoài vào khoảng thời gian của khe thời gian TS31, nghĩa là đã thực hiện đúng chức năng chuyển mạch yêu cầu cho trước. + Bước 7:Quá trình tiếp tục lặp lại như trên với chu kỳ 125 microsec với các khung tiếp theo cho tới khi kết thúc cuộc nối. + Vậy do tín hiệu vào trên khe thời gian 38 lớn hơn tín hiệu ra trên khe thời gian 31nên tín hiệu không thể trễ trong cùng một khung mà phải trễ tới khung tiếp theo.