1

Telefonska centrala

• Posljednja generacija tradicionalne mreže je digitalna mreža integrisanih uskopojasnih usluga ISDN (Integrated Services Digital Network). Ona je još uvijek osnovna mreža za govornu komunikaciju, mada brzo ustupa mjesto IP mrežama. Značaj ISDN mreže je ogroman, sa stanovišta pristupa standadizaciji usluga, posebno dodatnih, signalizacijskih principa koje je primjenila signalizacija po zajedničkom kanalu SS7.

Najvažnije funkcije telefonske centrale: Sve funkcije jedne ISDN centrale podjeljene su u tri kategorije: Funkcije upravljanja:One se odnose na upravljanje vezama i službama i pri tome obuhvataju funkcije: posluživanja veza, obrade službe i signalizaciju. Kada se primi zahtjev za nekom službom, onda se koristi funkcija obrade službe za identifikaciju vrste veze koja odgovara zahtjevanoj službi, a onda se veza uspostavi preko funkcije posluživanja veza i resursa. Funkcije veze: direktno se odnose na putanju kojom se veza realizuje kroz centralu. Funkcije eksploatacije i održavanja:za razliku od predhodno navedenih funkcija koje služe za uspostavljanje poziva,ove se funkcije odnose na eksploataciju,upravljanje i održavanje,tj. vrši se kontrola,nadgledanje i teatiranje.; Struktura telefonske centrale: Telefonska centrala se sastoji iz tri osnovna dijela: 1.) pretplatničkog stepena, 2.)komutacionog polja 3.) upravljačkog dijela. Posljednja dva dijela se zajednički nazivaju grupni stepen. Pretplatnički stepen ISDN centrale Pretplatnička petlja je bazirana na nekoliko vrsta dostupa: - konvencionalna simetričana parica za analogni govorni kanal 3-4 Khz ili ISDN 2B+D kanala, te različiti oblici širokopojasnog DSL kanala. - radio link za analogni ili digitalni govorni kanal (NMT, DECT, GSM) ili podataka (GSM, GPRS, EDGE, WLL, UMTS). - E1, E3 linije za poslovne korisnike sa više govornih kanala.

2

Za vezu sa drugim telefonskim centralama se koriste prenosnici. Najčišći su: - standardne PCM PDH multipleks grupe (E1, …, E4) - standardne SDH grpe (STM-1, ..., STM-16) koje prenose standardne PDH/PCM signale. Prenosnički interfejs ima slijedeće funkcije: - tajming i sinhronizacija (bit i byte nivo) ka liniji putem clock signala od centrale ili iz mreže; - genersanje i alociranje okvira; - multipleksiranje/demultipleksiranje. Pretplatnički stepen telefonske centrale je oragnizovan u više pretplatničkih koncentratora koji koncentrišu pretplatnike prema ulazu komutacionog polja. Oni mogu biti lokalni ili geografski izdvojeni RSM (Remote Subscriber Module). Izdvojeni pretplatnički stepen koji je karakteristika sistema sa digitalnom komunikacijom se koristi u cilju ekonomičnije izgradnje pretplatničke mreže. On se povezuje sa grupnim stepenom digitalnim sistemima prenosa, dok se pretplatnički kablovi polažu samo u okolini izdvojenog stepena što donosi uštede u paricama. U njemu se vrši koncentracija saobraćaja od korisnika ka čvoru. Ponekad izdvojeni pretplatnički stepen obavlja i funkcije lokalne komutacije. U zavisnostiod tih funkcija ovaj stepen može biti ili linijski koncentrator ili komutacioni blok. Ako je potrebno više blokova na istoj lokaciji, izdvojeni pretplatnički stepen se može organizovati kao sistem sa više blokova. U slučaju prekida veza između centrale i izdvojenog pretplatničkog stepena mogu se uspostavljati pozivi unutar izdvojenog stepena koji se tada ne tarifiraju. Analogna korisnička linija podrazumijeva klasične telefonske pretplatnike. Na korisničkoj strani se nalazi telefonski aparat koji se označava oznakom ATA (analogni telefonski aparat). Na strani centrale se nalazi KOA (korisnički organ analogni) koji je dio učesničkog bloka. Svaki pretplatnik je povezan sa svojim KOA u centrali. Interfejs između centrale i ATA je analogni Z-interfejs. ATA

Postoje dvije kategorije ATA:

• stari mehanički telefonski aparati (koji imaju brojčanik i mehaničke i pasivne električne elemente) koji omogućavaju samo dekadno biranje,

• elektronski aparati (redukovan je broj mehaničkih dijelova, a ostali su zamijenjeni elektronskim dijelovima) koji omogućavaju i dekadno i tonsko (DTMF) biranje.

Blok-šema ATA je data na slici:

3

ATA na svom kraju ima upredenu paricu (linije a i b (oznaka u Evropi), koje se još označavaju sa tip i ring (oznaka u Americi)). Preko te upredene parice ATA je povezan na glavni razdjelnik na strani centrale. Za vezu između analognih telefonskih pretplatnika (ATA) i centrale je definisan od strane ITU-T organizacije Z-interfejs. Ulazna impedansa ovog interfejsa je 600Ω , frekvencijski opseg je 300Hz-3400Hz, a potreban odnos signal/šum 30dB.

Sa MTK (mikrotelefonska kombinacija) je označena telefonska slušalica koju čine mikrofon M i slušalica S. Sa hibridom je označen transformator koji povezuje MTK sa telefonskom paricom.

Hibrid je nesavršen tj. dio signala sa mikrofona se vraća na slušalice što je učinjeno radi boljeg subjektivnog osjećaja (da govornik čuje sebe). Takođe, u MTK je prenos sa 4 žice, a ovim hibridom prelazimo na dvožični prenos preko upredene parice (2 žice).

Varistor je otpornik čija otpornost zavisi od struje. Njegova uloga je da kompenzuje vrijednost struje koja napaja mikrofon. Ukoliko je struja koja dolazi ka mikrofonu veća od dozvoljene, taj višak otiče preko varistora.

Generator adresnih signala šalje cifre (adresu) korisnika koga pozivamo. Postoje dvije vrste biranja cifara: dekadno (bazira se na prekidanju strujne petlje) i tonsko (bazira se na slanju tonske kombinacije centrali).

Viljuška (hook) ima ulogu prekidača koji uključuje/isključuje govorni dio telefona i prijemnik poziva. Kada je MTK spuštena to je stanje hook-on i tada je uključen prijemnik poziva. Kada je MTK podignuta to je hook-off stanje i tada je uključen govorni dio telefona, a isključen je prijemnik poziva.

Prijemnik poziva (zvono) je uključen dok je MTK spušten. Ako nas neko nazove dok je MTK spuštena tada će da zazvoni telefon tj. prijemnik poziva će da primi poziv i aktivira zvono. KOA

4

KOA obavlja skup funkcija koje su označene kao BORSCHT funkcije:

• B (Battery feed) funkcija – Napajanje telefonskih pretplatnika. Ovu funkciju obavlja jednosmjerni generator (baterija) od –48V. Pomoću ove baterije se napaja telefonski aparat koji se tako ne napaja iz javne električne mreže nego iz telefonske centrale, pa ako i nestane struje u domaćinstvu, telefon i dalje radi jer se napaja iz centrale. Takođe, usljed postojanja ove funkcije omogućen je i prenos adresnih signala (cifre koje određuju traženog korisnika) putem prekidanja strujne petlje (dekadno biranje). Baterija ima negativnu vrijednost napona da bi se izbjegao galvanski efekat odnošenja bakra sa korisničkog voda. Otpornici bR i korisnički vod čine napojni vod. Kondenzator sprečava kratak spoj baterije tj. sprečava da se baterija troši kad je korisnik spustio MTK i raskinuo strujnu petlju i time smanjuje potrošnju u centrali. Kad se to ne bi učinilo, svaki pretplatnik bi trošio određenu snagu bez obzira imao spuštenu ili podignutu MTK, pa samim tim, usljed velikog broja pretplatnika na centrali, potrošnja centrale bi bila ogromna. Pri tome SE za vrednost kondenzatora bira vrijednost tako da za prenos govornog signala on bude praktično kratak spoj (u opsegu 300-3400Hz) da bi se što više govornog signala tj. njegove snage prenijelo preko transformatora dalje u centralu. Kalemi se napajaju tako da su jednosmjerne struje u njima suprotne da bi se izbjeglo zasićenje jezgra transformatora.

• O (Overvoltage) funkcija – Prekostrujna zaštita koja se uvodi da bi se zaštitili dijelovi centrale i spriječila njihova oštećenja od smetnji koje mogu doći sa korisničke strane. Na samom glavnom razdjelniku se ostvaruje primarna (spora) zaštita koja se realizuje kao gasna dioda koja probije ukoliko dođe neka visokoenergetska smetnja koja može biti naponska ili strujna. Naponske imaju vrijednost do nekoliko kV, a strujne do nekoliko desetina mA. Ova zaštita nije dovoljna, jer da bi se aktivirala, potrebna je velika smetnja. Zato se koristi i sekundarna (brza) zaštita koja se radi od dioda i zener dioda i ona je finija od spore zaštite.

• R (Ringing) funkcija – Signal poziva. Ova funkcija obezbjeđuje da telefon zvoni kad nas neko zove.Generator naizmjeničnog napona se periodično priključuje na liniju kad nas neko zove. Kod nas je perioda 5s, pri čemu je 4s pauza (generator isključen), a 1s je zvonjava (generator uključen). Ovo se radi zato što kad bi generator bio stalno uključen, bilo bi nemoguće detektovati podizanje slušalice od strane traženog pretplatnika. Napon generatora je 90Veff, a frekvencija je 25Hz. Logika kontroliše priključenje generatora na liniju.

• S (Signaling) funkcija – Funkcija signalizacije između pretplatnika i centrale. Ovom funkcijom se centrala obavještava da li je MTK podignuta ili ne. Kada je MTK spuštena, tada je viljuška u ATA u položaju da je strujna petlja raskinuta i priključen je prijemnik poziva. U slučaju da je MTK podignuta, onda je strujna petlja zatvorena i usljed toga se napon na detektoru mijenja. U zavisnosti napona na detektoru i praga, detektor zaključuje da li je MTK spuštena ili podignuta i tu informaciju šalje ka logici, a ova dalje funkciji upravljanja. Takođe, pod ovom

5

funkcijom se podrazumijeva i slanje adresnih signala centrali, kao i slanje tarifnih signala (impulsa) koje generiše logika ka pretplatniku.

• C (Coding) funkcija – Funkcija kodiranja služi za dobijanje digitalnog signala. Prvo se govorni signal koji dolazi od pretplatnika filtrira kroz NF filter, zatim se odabire periodom od 8kHz po teoremi o odabiranju i na izlazu odabirača se dobija IAM (impulsno amplitudski modulisan) signal koji se vodi u blok za A/D konverziju. Tu se vrši konverzija analognog signala u digitalni signal pri čemu se svaki odbirak koduje sa 8 bita po A zakonu kompresije u Evropi (μ zakon u Americi). U prijemnom smjeru se vrši dekompresija i D/A konverzija i pojačanje signala.

• H (Hybrid) funkcija – Hibrid. Ovaj dio obezbjeđuje prelaz sa dvožičnog prenosa na četvorožični i obrnuto. On se sastoji od transformatora i balansne impedanse

BZ . Prenos do centrale je dvožični (upredena parica) koji je simetričan (obje žice ravnopravne), a u centrali je četvorožičan (po dvije žice za svaki smjer i pri tome u svakom paru je jedna referentna žica, a druga aktivna žica se još naziva i 'vrući kraj', iako su u praksi tri žice, jer je referentna žica zajednička) i upravo hibrid vrši taj prelaz sa jednog tipa prenosa na drugi. Ovaj hibrid teži da bude idealan tj. on onemogućava da se primljeni govorni signal od drugog pretplatnika ne vrati ka njemu samom tako što će se reflektovati od transformatora. Ta pojava se naziva eho. Da bi se ta pojava što više minimalizovala tj. da bi se eho što više potisnuo (oslabio), koristi se balansna impedansa BZ .

• T (Testing) – Testiranje. Preko releja se testeri (uređaji za testiranje) uključuju na liniju. Postoje testeri korisničke linije, ali i testeri centrale. Neke centrale pri svakoj uspostavi veze testiraju liniju. Opisane funkcije se mogu vidjeti i na sljedećoj slici.

6

Problem 1. Grupno TSSST komutaciono polje jedne telefonske centrale je simetrično, potpuno dostupno i ima 32 ulaza (i 32 izlaza), a na svakom ulazu priključen je TDM sistem sa z=30 kanala. Na raspolaganju je određen broj S komutatora sa po 4 ulaza/izlaza i 4 S komutatora sa po 8 ulaza/izlaza. Broj vremenskih kanala iznosi z*=46. Izračunati vjerovatnoću blokade individualnog biranja po Lee-u ako vjerovatnoća zauzetosti kanala na ulazu u komutaciono polje iznosi a=0.8 . Rješenje problema 1: Simbolička blok-šema datog komutacionog polja prikazana je na slici Z1.1.:

Slika Z1.1. Simbolička šema Graf individualnog biranja je (slika Z1.2):

7

1

46

1'

4'

1'

4'

1

46

p

p

p p

p

p

p

p

p

p

p p

a

30 4646 30

4 4

8 8

4 4

Slika Z1.2. Graf individualnog biranja

Lee-jev metod proračuna vjerovatnoće blokiranja Ovo je najednostavniji metod za proračun vjerovatnoće blokiranja u višestepenim komutacionim mrežama. On se bazira na pretpostavci da su vjerovatnoće zauzetosti međuveza na putu nezavisne od vjerovatnoća zauzetosti (blokiranja) drugih elemenata puta. Izračunavanje se pojednostavljuje crtanjem grafa vjerovatnoće, poznatog kao Leejev graf, između tipičnog ulaza i tipičnog izlaza. Vjerovatnoća blokiranja svakog od elemenata puta označena je na grafu, te se uzupna vjerovatnoća blokiranja izračunava na osnovu pravila za serijske i paralelne međuveze. Razmotrimo blokiranje trostepene mreže (S-S-S ili S-T-S ili T-S-T) koji se karakterišu time da je broj «prostornih» komutatora u srednjem stepenu k manji od 2n-1, kdje je n broj ulaza u komutatore iz prvog stepena.

8

Lee-jev graf za ovakvu komutacionu mrežu je dat na slici:

Na ovom grafu je p = P{ jedan ulaz zauzet} = P{ jedan izlaz zauzet} = «zauzetost ulaza» p1= P{međuveza stepena zauzeta} Vjerovatnoća da je jedan put kroz mrežu slobodan je (1-p1)(1-p1) = q1q1, te je vjerovatnoća blokiranja puta (1-q1q1) Pošto postoji k puteva kroz mrežu vjerovatnoća blokiranja mreže, PB se izračunava kao:

PB=(1-q12)k, pri čemu je q1=1-p1

Jednostavnost Lee-jevog metoda se može demonstrirati primjenom na petostepenu komutacionu mrežu pokazanu na sljedećoj slici. Vjerovatnoća blokiranja ove mreže može se izraziti kao:

PB={1-q12[1-(1-q2

2)k2]}k1, q1=1-p1, q2=1-p2

9

Na osnovu ovoga, vjerovatnoća blokade B komutacionog polja za naš slučaj iznosi:

( ) ( )[ ]( )[ ]11

46422

10177.45217.046/30

11111

−⋅=⇒

==−−−−−=

Bap

ppB

10

Problem 2. Za potrebe povezivanja 1000 korisnika u telefonsku mrežu neophodno je projektovati telefonsku centralu A. Projektovana centrala A treba da se poveže samo sa tranzitnom centralom C. Veza sa centralom C se ostvaruje posredstvom 7 E1 (tj. PCM-32) sistema. Signalizacija između centrale A i C je No7. Smatrati da je ponuđeni odlazni saobraćaj pojedinačnog korisnika sa centrale A 0.075E. 90% saobraćaja koji generišu korisnici sa centrale A ide ka centrali C, a ostatak je lokalni saobraćaj između korisnika sa centrale A. Saobraćaj od centrale C ka centrali A je za 20% veći od saobraćaja suprotnog smjera. Svako korisničko komutaciono polje (KKP) je povezano na grupno komutaciono polje (GKP) sa jednim PCM-32 signalom pri čemu se 31 kanal koristi za prenos govora. Vjerovatnoća blokade korisnika u KKP mora biti manja ili jednaka 5%. Prenosnički blokovi su vezani za GKP sa po jednim PCM-32 signalom svaki, od čega se samo 31 kanal koristi za prenos govornih signala. GKP je realizovano kao simetrična TST struktura. (poznato je ( ) ( ) 05687.028,033.030 == BB PP ).

a) Nacrtati opštu blok-šemu centrale A, objasniti funkcije svih njenih delova. b) Imajući u vidu uslove iz zadatka, odrediti broj prenosničkih i korisničkih blokova. c) Nacrtati simboličku i ekvivalentnu prostornu šemu GKP. Uzeti da je z = z*. d) Nacrtati graf individualnog biranja i izračunati vjerovatnoću blokade GKP. Za

vjerovatnoću zauzeća kanala uzeti vjerovatnoću zauzetosti kanala između KKP i GKP. Ovdje posmatrati samo govorne kanale.

e) Koliko je potrebno uspostaviti signalizacionih kanala između centrala A i C ako se za obradu jednog poziva razmeni 6 blokova po 14 bajtova podataka, pri čemu uzeti da razgovori u prosjeku traju 1min? Signalizacioni vod je zauzet sa maksimalno 20%, a govorni kanali nemaju to ograničenje.

Rješenje problema 2: a) Na slici Z2.1 je data blok-šema telefonske centrale:

11

Ucesnicki blok

Ucesnicki blok

Telephone

Telephone

Telephone

Komutacionopolje

Takt generator

Blok pomocnihorgana

Prenosnickiblok

Prenosnickiblok

Prenosnickirazdelnik

Upravljacki blok

Ulazno-izlaznejedinice

operator

Mreza zanadgledanje iupravljanje

NapajanjeAgregatiEnergetska

mreza

Upredena paricaKontrolne linijeGovorni kanaliTaktPrenosnicke linije

Glavnirazdelnik

Slika Z2.1 Opšta blok-šema telefonske centrale

Glavni razdjelnik (GR) služi za... povezivanje pretplatničkih parica sa linijskom opremom. Blok komutacije obavlja funkciju komutacije... kanala/paketa/ćelija sa svakog ulaza na izlaz, zavisno od zadate upravljačke informacije. Prenosnički blok predstavlja... blok koji prenosi pakete/ćelije iz komutacionog polja ka odredištu. Blok pomoćnih organa se koristi... za obavljanje pomoćnih funkcija u prenosu. Upravljački blok obavlja... upravljanje rada komutacionog polja i svih internih resursa. Blok za generisanje takta služi za generisanje svih taktova koji se koriste u centrali. U ovom bloku se... obrazuju taktovi koji služe sa sinhronizaciju.

12

Blok napajanje služi za... napajanje telefonske centrale sa energetske mreže i agregata.

b) Centrala A je krajnja centrala koja je povezana samo sa tranzitnom centralom C i to pomoću 7 PCM signala. Na osnovu ove informacije zaključujemo da centrala A ima 7 prenosničkih blokova. Nedostaje nam još podatak o broju učesničkih blokova. Njega određujemo tako što ćemo naći s jedne strane ukupan ponuđeni korisnički saobraćaj ukA , a sa druge strane ponuđeni korisnički saobraćaj jednog učesničkog bloka (oznaka KKP označava da učesnički blok ima ulogu koncentracije korisnika tj. ulogu korisničkog komutacionog polja) kkpA i na osnovu ova dva podatka lako nalazimo broj učesničkih blokova kkpN . Ukupan odlazni korisnički saobraćaj je 75E (1000 korisnika pri čemu svaki korisnik generiše 0.75E odlaznog saobraćaja, pa je 1000*0.75 = 75E), a od toga je 90% saobraćaj koji ima smjer od centrale A ka centrali C i njegov intenzitet je

EEA CA 5.67759.0 =⋅=→ , a intenzitet lokalnog saobraćaja je EAEA CALOK 5.775 =−= → . Intenzitet dolaznog saobraćaja od centrale C ka centrali A je

20% veći od saobraćaja suprotnog smjera tj. EAA CAAC 812.1 =⋅= →→ . Ukupan saobraćaj kojim su opterećeni svi učesnički blokovi centrale A posmatrani zajedno je:

EAAAA LOKACCAuk 5.1632 =++= →→ . Podatak kkpA nalazimo iz iterativnog oblika Erlangove B formule

( ) ( )( )( )mPA

mmPmP

B

BB −

=−1

1 i datih podataka za ( ) 033.030 =BP i ( ) 05687.028 =BP , gdje je

m broj govornih kanala (servisera) na raspolaganju, a A je ustvari traženi kkpA . Postavljamo sistem sa dvije nepoznate kkpA i ( )29BP :

( ) ( )( )( )291

292928

Bkkp

BB PA

PP

−=

( ) ( )( )( )301

303029

Bkkp

BB PA

PP

−=

i rješavanjem sistema dobijamo da je EAkkp 32.23≅ i ( ) 0437.029 ≅BP . Na osnovu ovoga imamo da je 7/ == kkpukkkp AAN (Napomena: prilikom računa se usled zaokruživanja ne dobija vrednost 7, već njoj bliska vrednost). Sada znamo i da učesničkih blokova ima 7. Vjerovatnoća blokade u učesničkom bloku je sigurno manja od 5% jer je

( ) 05.0033.030 <=BP , pa je samim tim i ( ) 05.031 <BP . c) Simbolička šema grupnog komutacionog polja prikazana je na slici Z2.2, a ekvivalentna prostorna šema na slici Z2.3. Komutaciono polje je TST tipa, pri čemu broj

13

PCM-ulaza iznosi 14 (po 7 od prenosničkih i učesničkih blokova). (Napomena: treba imati u vidu da su telefonske veze dvosmjerne, a da je GKP sistem koji signale prenosi samo u jednom smjeru.)

8/8

8/8

8/8

8/8

8/8

8/8

8

(1,*)

(2,*)

(3,*)

(1,*)

(3,*)

(2,*)

SW-RR RW-SR

(14,*)(14,*)

(1,*) (1,*)z/z* z*/z

z/z* z*/z

z*

Sl Z2.2. Simbolička šema

Usvojeno je rješenje kod koga T komutatori u prvoj kaskadi imaju sistematski upis i slučajno čitanje (SW-RR), a u trećoj kaskadi obrnuto slučajni upis i sistematsko čitanje (RW-SR). Za S komutator je izabrana varijanta sa kontrolnom memorijom priključenoj ulazu, mada se se alternativno može uzeti S komutator sa kontrolnom memorijom priključenoj izlazu.

PCM1

PCM14

1

z*

z*

z*

z

z

14 14

14 14

z*

z*

z

z

PCM1

PCM14

Slika Z2.3. Ekvivalentna prostorna šema d) Na slici Z2.4. prikazan je graf individualnog biranja posmatranog GKP-a.

14

31 3131 31

31

1

14 14

14 14

Slika Z2.4. Graf individualnog biranja

Vjerovatnoća zauzeća govornog kanala je: ( )( )

734.031

311=

−= Bkkp PA

a ,

a vjerovatnoća blokade GKP je: ( )[ ]31211 aB −−= . e) U obradi jednog poziva se razmijeni:

6*14*8 = 672 bita.

U toku jednog časa preko signalizacionog kanala može da se prenese ukupno:

64kb/s * 1h = 230400000 bita,

ali zbog ograničenja da je sign. vod zauzet sa maksimalno 20%, realan broj bita koji mogu da se prenesu je:

230400000 * 0.2 = 46080000 bita. Ako razgovori traju u prosjeku 1min to znači da u toku 1h može da se preko jednog govornog kanala uspostavi 60 poziva u prosjeku, a za svaki poziv je neophodno razmeniti 672 bita preko sign. voda pa je za opsluživanje jednog gov. kanala neophodno razmijeniti u toku 1h u prosjeku:

672 bita/poziv * 60poziva = 40320 bita. Odavde slijedi da je broj gov. kanala koji može da opsluži jedan sign. vod:

15

46080000 bita / 40320 bita/gov.kanal = 1142.857 gov.kanal Ova vrijednost se zaokružuje na prvi niži cijeli broj, pa jedan signalizacioni vod može da opsluži 1142 govorna kanala. U ovom slučaju imaćemo između centrale A i C dva signalizaciona voda (jedan neophodan i jedan koji služi kao rezerva tj. zaštita).