Коммутатор цифровых каналов системы передачи

В настоящее время в России, как и во всем мире наблюдается информа-ционный бум и объем информации, передаваемой по коммутируемым (в том числе и телефонным ) каналам связи, сильно возрастает и, поэтому, воз-никает необходимость в коммутационном оборудовании, которое обеспе-чивало быстрое и качественное соединение абонентов и соответствовало бы современным стандартам на коммутацию цифровых каналов передачи.
Министерством Связи был издан приказ «О мерах по защите инте-ресов российских производителей телекоммуникационного оборудования», в первом пункте которого говорится: «Предприятиям связи на сети обще-ственного пользования преимущественно применять коммутационное обо-рудование отечественного производства, в том числе и производимых на совместных предприятиях»[1].
Сейчас фирмы-производители ведут широкие исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию электронных систем ком-мутации для передачи телефонной и телеграфной информации, данных и так далее в электронных автоматических телефонных станциях с вре-менным разделением каналов, что позволяет одновременно устраивать не-сколько соединений через один и тот же коммутационный элемент. Это приводит к повышению использования оборудования коммутационного по-ля, а, следовательно, к улучшению экономических показателей при сохра-нении требуемого качества передачи информации. Электронные автома-тические телефонные станции с цифровым коммутационным полем, по-строенные по принципу преобразования сигналов в форме импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), являются основой для организации интеграль-ных цифровых сетей связи. То есть систем коммутации, в которых ап-паратура коммутации и передачи выполнена на единых принципах и еди-ной элементной базе, а все виды информации передаются по сети в еди-ной цифровой форме.
В настоящее время все более широкое распространение получают цифровые сети построенные по кольцевому принципу, где передача ин-формации происходит в одном направлении это позволяет сократить за-траты на прокладку магистральных кабелей и предоставляет возмож-ность наращивания сетей, а также объединение нескольких низкоскорост-ных потоков в один высокоскоростной. Примером действующей в на-стоящее время кольцевой сети построенной по принципу Синхронной Цифровой Иерархии может служить сеть компании «МТУ-Информ», бо-лее подробно особенности функционирования этой сети рассмотрены в главе 1.
Учитывая все вышеперечисленное, видится актуальной разработка отечественной системы коммутации, не уступающей своим зарубежным аналогам по характеристикам, и в том числе разработка коммутацион-ной БИС, которая послужит основой интегральной цифровой сети связи.
Мне в данном дипломном проекте предложено спроектировать ком-мутационную БИС, работающую в стандартной системе связи на основе импульсно кодовой модуляции формата ИКМ – 30/32.
Рассмотрим назначение данной БИС в системе передачи цифровой информации: проектируемая БИС, представляет собой блок временной коммутации разноименных временных каналов входящих и исходящих со-единительных цифровых линий передачи. Кристалл предназначен для ком-мутации 255 каналов входящих абонентов с таким же количеством исхо-дящих. Существующий формально еще один канал - нулевой - использует-ся для синхронизации. Передача ведется в симплексном режиме, то есть только в одном направлении. Кристалл принимает информацию по восьми
параллельным входным групповым трактам (групповым входам) и выдает ее синхронно по восьми групповым выходам.
Кроме собственно коммутации, БИС предназначена для выполнения ряда других операций, задаваемых внешним или внутренним управляющим устройством. К числу таких операций относятся поиск и подсчет сво-бодных каналов, соединение, разъединение и ряд других. Информация от внешнего управляющего устройства передается БИС в виде команды оп-ределенного формата. О результатах выполнения команды кристалл также передает информацию внешнему управляющему устройству.
Внутреннее управляющее устройство непосредственно интегрировано с БИС на одном кристалле и выполняет ряд специфичных для данного устройства функций, в данном дипломном проекте строение внутреннего управляющего устройства не рассматривается.
Рассмотрим также принцип коммутации разноименных временных каналов, он сводится к перестановке импульсов из одной временной пози-ции в другую (или в общем случае сдвигу). Технически эта перестановка осуществляется с помощью записи последовательности битов в опера-тивное запоминающее устройство (ОЗУ) подряд, а в следующем цикле считывании ее в порядке соответствующем требуемой коммутации. За-пись информации производится последовательно (есть адреса, по кото-рым производится запись, генерируются счетчиком тактовых импульсов), а чтение – выборочно (то есть в соответствии с адресами, считывае-мыми из управляющего запоминающего устройства (УЗУ)).

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ НА ПРИМЕРЕ КОМПАНИИ «МТУ-ИНФОРМ» 3
2.1 ЦИФРОВАЯ ТРАНСПОРТНАЯ СЕТЬ
2.1.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 3
2.1.2 ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ 5
2.2 СЕТЬ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ 7
2.2.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 7
2.2.2 ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ 8
2.2.3 ТЕХНОЛОГИЯ ATM/FR 9
2.2.4 ОБОРУДОВАНИЕ СЕТИ 9
2.2.5 ТОПОЛОГИЯ И ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ СЕТИ 10
2.2.6 ДЛЯ ЧЕГО И КАК СЕТЬ МОЖЕТ ИСПОЛЬЗОВАТЬСЯ КЛИЕН-ТАМИ 11
2.3 ТЕЛЕФОННАЯ СЕТЬ ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ 12
2.3.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 12
2.3.2 ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ 14
2.3.3 «ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ» ТЕЛЕФОННЫЕ УСЛУГИ 14
2.3.4 ТЕХНОЛОГИЯ «ИНТЕЛЕКТУАЛЬНЫХ УСЛУГ» 15
2.3.5 ОБОРУДОВАНИЕ СЕТИ 17
2.4 ПОДКЛЮЧЕНИЕ К СЕТИ ИНТЕРНЕТ 17
2.4.1 ПОСТОЯННОЕ ПОДКЛЮЧЕНИЕ К УСЛУГАМ ИНТЕРНЕТ КОМПАНИИ 17
2.4.2 КОММУТИРУЕМОЕ ПОДКЛЮЧЕНИЕ К СЕТИ ИНТЕРНЕТ 18
2.5 СЕТИ НЕДАЛЕКОГО БУДУЩЕГО 19
2.5.1 СОТОВАЯ РАДИОТЕЛЕФОННАЯ СЕТЬ СТАНДАРТА CDMA 19
2.5.2 ТЕХНОЛОГИЯ CDMA 19
2.5.3 ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ 20
2.5.4 СЕТЬ БЕСПРОВОДНОГО ТЕЛЕВИДИНИЯ 20

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА 23
3.1 СРАВНЕНИЕ ПРОЕКТИРУЕМОЙ СИСТЕМЫ С ЦИФРОВОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СЕТЬЮ КОМПАНИИ «МТУ-ИНФОРМ» 23
3.2 РАССМОТРЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТОВ ПОСТРОЕНИЯ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ 23

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНО-ЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ БЛОКОВ ПРОЕКТИРУЕМОГО УСТРОЙСТВА 29
4.1 ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА БЛОКА ВЫДЕЛЕНИЯ ЦИКЛОВОЙ И СВЕРХЦИКЛОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ 29
4.2 ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА БЛОКА ЦИКЛОВОГО ВЫРАВНИВА-НИЯ И КОММУТАЦИИ 35



4.2.1 ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ЗАПОМИНАЮЩЕГО УСТРОЙСТ-ВА КОММУТАЦИИ 36
4.2.2 ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ЗАПОМИНАЮЩЕГО УСТРОЙСТ-ВА АДРЕСА 39
4.2.3 КОММУТАЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ 43
4.3 ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА БЛОКА ФОРМИРОВАНИЯ ИСХОДЯ-ЩИХ ГРУППОВЫХ КАНАЛОВ 43

ГЛАВА 4. ВЫБОР СХЕМОТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРУЕМОЙ БИС 46
5.1 КРАТКИЙ ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СХЕМО-ТЕХНОЛОГИЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ 46
5.1.1 ТЕХНОЛОГИЯ ТТЛ 46
5.1.2 ТЕХНОЛОГИЯ ЭСЛ 47
5.1.3 ТЕХНОЛОГИЯ NМДП 48
5.1.4 ТЕХНОЛОГИЯ КМДП 48
5.2 ВЫБОР СХЕМО-ТЕХНОЛОГИИ ПОСТРОЕНИЯ БИС 50
5.3 СХЕМЫ КМДП С ТРЕТЬИМ СОСТОЯНИЕМ 50

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ БАЗОВЫХ ЯЧЕЕК ПРОЕКТИРУЕМОЙ ЗАКАЗНОЙ БИС 52
6.1 ЯЧЕЙКА НЕ (ИНВЕРТОР) 52
6.2 ЯЧЕЙКА ИЛИ-НЕ 53
6.3 ЯЧЕЙКА И-НЕ 54
6.4 ЭЛЕМЕНТЫ «И» И «ИЛИ» 56
6.5 ЯЧЕЙКА ПАМЯТИ 56

ГЛАВА 6. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ СХЕМ БЛОКОВ ПРОЕК-ТИРУЕМОЙ БИС 59
7.1 РАЗРАБОТКА БИБЛИОТЕКИ ЭЛЕМЕНТОВ 59
7.1.1 ТАКТИРУЕМЫЙ D-ТРИГГЕР 59
7.1.2 СЧЕТЧИКИ 60
7.1.3 ДЕШИФРАТОРЫ 62
7.1.4 МУЛЬТИПЛЕКСОР 63
7.2 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ СХЕМ БЛОКОВ ПРОЕКТИРУЕ-МОЙ БИС 64
7.2.1 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ БЛОКА ПРИЕМ-НИКА ЦИКЛОВОГО И СВЕРХЦИКЛОВОГО СИНХРОНИЗМА 64
7.2.2 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ КОММУТАЦИОН-НОГО ЭЛЕМЕНТА 65
7.2.3 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ БЛОКА ФОРМИ-РОВАНИЯ ИСХОДЯЩИХ КАНАЛОВ 67

ГЛАВА 7. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРУЕМОГО УСТРОЙСТВА 69
8.1 ВВЕДЕНИЕ 69
8.1.1 ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КРИСТАЛЛА 69


8.1.2 НАЗНАЧЕНИЕ ВЫВОДОВ МИКРОСХЕМЫ 69
8.2 ЭЛЕМЕНТЫ ТОПОЛОГИИ 71
8.2.1 КОНСТРУКТИВНО – ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОГРАНИЧЕНИЯ 71
8.2.2 ПРИМЕР ТОПОЛОГИИ ВЫПОЛНЕННОЙ С УЧЕТОМ НОРМ КОНСТРУКТИВНО – ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОГРАНИЧЕНИЙ 72

ГЛАВА 8. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОХРАНЕ ТРУДА ПРИ РАБОТЕ С ЭВМ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ТОПОЛОГИИ БАЗОВЫХ ЯЧЕЕК ЭЛЕМЕНТОВ ПРО-ЕКТИРУЕМОЙ БИС 74
9.1 ПРЕДИСЛОВИЕ 74
9.2 ДИСПЛЕЙ - РИСК ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ 74
9.3 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОЛЯ И ИЗЛУЧЕНИЯ 77
9.4 ЗРЕНИЕ И КОМПЬЮТЕР 77
9.4.1. АНАТОМИЯ ГЛАЗА 78
9.4.2. ФОРМИРОВАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ЭКРАНЕ ДИСПЛЕЯ 78
9.5 БОЛЕЗНИ, ВЫЗВАННЫЕ ТРАВМОЙ ПОВТОРЯЮЩИХСЯ НАГРУ-ЗОК 80
9.6 РАБОТА У ДИСПЛЕЯ И ПУТИ ЕЕ ОПТИМИЗАЦИИ (ВИДЕОЭР-ГОНОМИКА) 82
9.7 МЕБЕЛЬ ДЛЯ ОПЕРАТОРОВ КОМПЬЮТЕРОВ 84
9.8 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84

ГЛАВА 9. ТЕХНИКО – ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ БИС КОММУТАТОРА ЦИФРОВЫХ КАНАЛОВ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ 86
10.1 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ЗАКАЗНОЙ БИС 86
10.2 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ 86
10.3 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИИ ПОСТРОЕНИЯ БИС 87
10.4 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ТЕХНИКО – ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗА-ТЕЛЕЙ 93
10.4.1 РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ 93
10.4.2 РАСЧЕТ СЕБЕСТОИМОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИС 93
10.5 ВЫВОДЫ 95

ГЛАВА 10. ПАТЕНТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 96

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 100

ПРИМЕЧАНИЕ 100

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ 101

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 103

На основании структурной схемы были разработаны функционально-логические схемы блоков.

Блок Выделения Циклового и Сверхциклового Синхронизма состоит из восьми приемников циклового и сверхциклового синхронизма (по одному на каждый канал). Приемник циклового и сверхциклового синхронизма представляет собой устройство, которое обеспечивает поиск и удержа-ние циклового и сверхциклового синхронизма. Синхронизация коммутатора необходима для правильного распределения коммутируемого сигнала по каналам.
Функционально такой приемник состоит из:
1. 1. Опознаватель синхросигнала, предназначенный для выделения кодовых комбинаций совпадающих по структуре с синхросигна-лом. Функциональная схема опознавателя содержит регистр сдвига и две схемы совпадения на выходе одной из которых по-является импульс в момент прихода кодовой комбинации синхро-сигнала, а на выходе другой - в момент прихода кодовой комби-нации сверхциклового синхросигнала.
2. Анализатор циклового и анализатор сверхциклового синхронизма определяют наличие соответствующего синхронизма (НС) или его отсутствие (ОС). Функциональная схема анализатора со-держит схему совпадения, которая определяет наличие синхро-низма и схему выдающую логическую «1» на выходе в момент прихода кодовой комбинации синхросигнала при отсутствии син-хронизма.
3. Решающее устройство содержит два двоичных счетчика - нако-пители по входу и выходу из синхронизма и схему совпадения. Накопитель по входу в синхронизм обеспечивает защиту прием-ника от ложного синхронизма в режиме поиска, когда на вход поступают случайные комбинации группового сигнала, совпадаю-щие с синхросигналом. Накопитель по выходу из синхронизма не-обходим для исключения ложного нарушения синхронизма.
4. Генератор импульсной последовательности вырабатывает опре-деленный набор импульсных последовательностей, используемых для управления работой функциональных узлов коммутатора, их синхронизации. Функциональная схема генератора содержит три распределителя импульсов: распределитель разрядных импульсов, распределитель канальных импульсов и распределитель цикловых импульсов, каждый из которых содержит двоичный счетчик и дешифратор.


На блок циклового выравнивания и коммутации поступают входящие групповые каналы, его функция заключается в выравнивании каналов в со-ответствии с сигналом синхронизации и коммутировании каналов в соот-ветствии с адресом, поступающим с устройства управления.
Принцип циклового выравнивания заключается в записи в запоми-нающее устройство информации входящих групповых каналов синхронно с выделенными тактовыми импульсами и считывании их синхронно со станционными импульсами тактовой и цикловой синхронизации.
Для осуществления коммутации необходимо сформировать общий, уплотненный во времени канал, и переставить импульсы из одной времен-ной позиции в другую. Технически такую перестановку легко выполнить в запоминающем устройстве, если записывать информацию общего канала последовательно, а считывать в соответствии с картой коммутации.
Объединение процессов циклового выравнивания и коммутации позво-ляет сократить необходимый объем запоминающего устройства и уменьшить время задержки прохождения информационных сигналов. Для обеспечения данных функций блок циклового выравнивания и коммутации должен содержать утроенное количество запоминающих устройств. В одно из них постоянно производится запись, из другого считывание, а третье предназначено для записи при переполнении первого. Следователь-но, блок циклового выравнивания и коммутации можно представить в ви-де 24х самостоятельных коммутационных элементов (по три на каждый канал).
Для обеспечения требуемых функций запоминающее устройство коммутации должно записать информацию всех 32х каналов за один цикл, т.е. должно обладать емкостью 256 бит.

1. В.Б. Булгак. Приказ о мерах по защите интересов российских производителей телекоммуникационного оборудования. Мини-стерство Связи Российской Федерации. Москва. 1997 год.
2. Дж. Беллами. Цифровая телефония. Перевод с английского. Ра-дио и Связь. Москва. 1986 год.
3. О.Н. Иванова, М.Ф. Копп, З.С. Коханова, Г.В. Метельский, под редакцией О.Н. Ивановой. Автоматическая коммутация (учебник для ВУЗов). Радио и Связь. Москва. 1988 год.
4. Л.А. Коледов, В.А. Волков, Н.И. Докучаев и др. Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование (учебное по-собие для ВУЗов). Высшая Школа. Москва. 1984 год.
5. С. Мурога. Системное проектирование сверхбольших инте-гральных схем. В двух книгах. Перевод с английского. Мир. Мо-сква. 1985 год.
6. Ю.В. Скалин, А.Г. Бернштейн, А.Д. Финкевич. Цифровые систе-мы передачи. Радио и Связь. Москва. 1988 год.
7. П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники. В двух книгах. Перевод с английского. Мир. Москва. 1983 год.
8. В.Л. Шило. Полупроводниковые цифровые микросхемы. Радио и Связь. Москва. 1987 год.
9. В.Л. Шило. Линейные интегральные схемы. Радио и Связь. Мо-сква. 1989 год.
10. Г.Г. Демирчоглян. Компьютер и здоровье. Советский спорт. Мо-сква. 1995 год.
11. В.А. Федоренко, А.И. Шошин. Справочник по машинострои-тельному черчению. Машиностроение. Санкт-Петербург. 1981 год.
12. А.Н. Жаров. «Железо» IBM. Микроарт. Москва. 1996 год.
13. Э. Гроув. Системная плата Pentium (версия: VX1F «LEO»). Ру-ководство пользователя. Перевод с английского. Intel. Филиппины. 1997 год.
14. Х. Парк. Дисплей цветного изображения SyncMaster 3Ne. Руко-водство пользователя. Перевод с английского. Samsung. Южная Корея. 1997 год.
15. И.Г. Александрова. Микросхемотехника. Конспект лекций. МТУСИ. Москва. 1997 год.
16. Л.А. Летник. Цифровые устройства и микропроцессоры. Кон-спект лекций. МТУСИ. Москва. 1995 год.
17. В.А. Курбатов. Экология и безопасность жизнедеятельности. Конспект лекций. МТУСИ. Москва. 1997 год.
18. А.Г. Микиртичан. Организация производства и управление пред-приятиями. Конспект лекций. МТУСИ. Москва. 1997 год.



Адреса в Internet

1. http://asu.pstu.ac.ru/book/informat/
2. http://dialup.mtu.ru
3. http://www.mtu.ru
4. http://orasrv.extech.msk.su
5. http://osp.sovets.ru
6. http://patents.cnidr.org
7. http://patents.uspto.gov
8. http://referats.aha.ru
9. http://www.osp.ru
10. http://www.rocit.ru
11. http://www.aport.ru
12. http://www.yahoo.com
13. http://www.altavista.com
14. http://www.au.ru
15. http://www.infodom.ru
16. http://www.patent.ru
17. http://www.raid.ru/mirrors/osp/cw
18. http://www.ruslan-com.ru/ATM-serv.htm
19. http://www.ruspatent.ru
20. http://www.uspto.gov
21. http://www2.yandex.ru
22. http://www3.freestats.com