МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СИСТЕМА ВНУТРИКОРАБЕЛЬНОЙ СВЯЗИ Российский патент 2007 года по МПК H04B13/00 

Настоящее изобретение относится к области радиоэлектроники, а именно к технике передачи аналоговой и дискретной информации, и может быть использовано для организации внутренней и внешней связи на кораблях, судах и других объектах.

Известна система внутрикорабельной громкоговорящей связи и трансляции (патент РФ №2131168, 27.05.99 г., кл. 6 Н04В 13/00). Система предназначена для организации внутрикорабельной громкоговорящей и телефонной связи, а также для передачи данных.

Эта система рассчитана на использование коммутационных центров, которые соединяются между собой волоконно-оптическими линиями связи (ВОЛС), и к ним подсоединяются коммутаторы и пульты, блоки каютных и отсечных громкоговорителей, блоки трансляции и блоки абонентских линий телефонных аппаратов.

Однако такая система позволяет организацию только внутрикорабельной связи и передачу данных, при этом система имеет низкую эксплуатационную надежность. Наиболее близкой к заявляемой системе по технической сущности решения вопроса является автоматизированная система интегральной цифровой связи (патент РФ №2188511, 27.08.02 г., кл. 7 Н04В 13/00).

Система предназначена для организации внутрикорабельной связи. Эта система является прототипом. Она содержит коммутационные центры (КЦ), центральный блок коммутации (ЦБК), при этом КЦ соединены между собой волоконно-оптическими линиями связи (ВОЛС), к которым подсоединены коммутаторы и пульты, при этом ЦБК содержит устройство управление - микроЭВМ и большое количество центральных приемо-передающих блоков, которые имеют сложную конструкцию и соединения.

Недостатком такой системы является низкая надежность из-за большого количества элементов в системе и громоздкость конструкции. Поэтому такая систем не является оптимальной и экономичной.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности.

Поставленная цель достигается за счет того, что в системе, состоящей из КЦ, ЦБК и оконечных приборов, КЦ и ЦБК соединены между собой дублированными кольцевыми ВОЛС, при этом скорость передачи по каждому кольцевому тракту 2,048 мБит/с, а скорость передачи по одному телефонному каналу 64 кБит/с, причем ЦБК выполнен в виде последовательно соединенных двух оптических приемников и двух передатчиков, которые соединены с такими же приемниками и передатчиками КЦов, а также с блоком кодирования и аварийных коммутаций (БКАК), к которому подсоединены устройства выделения тактовой частоты и блок синхронизации передачи, причем БКАК тремя выходами соединен с блоком синхронизации приема, который в свою очередь тремя выходами через блок согласования задержки (БСЗ) соединен с блоками коммутации каналов (БКК), а выход БСЗ через блок линейного интерфейса (БЛИ) соединен с блоком управления, к которому присоединены блоки абонентского оборудования (БАО), а микроЭВМ соединена с БСЗ, БКАК и с блоком конференц-связи.

Структурная схема многофункциональной системы внутрикорабельной связи (МСВКС) приведена на фиг.1. Она содержит БЦК 1, БМК 2, соединенные двумя кольцевыми волоконно-оптическими линиями связи 3. К каждому БМК подключены телефонные и телеграфные аппараты 4, 5, микроЭВМ 6, аппаратура передачи данных 7, интерфейсы внешней связи (ИВС) 8 и факсимильные аппараты 9. К БЦК подключен пульт управления оператора 10.

БЦК состоит из следующих основных элементов:

- оптического приемника 11 и оптического передатчика 12 групповых сигналов для соответствующих кольцевых соединительных линий;

- устройство выделения тактовой частоты 13 для осуществления тактовой синхронизации в двух кольцевых линиях;

- блока кодирования и аварийных коммутаций 14, в котором производится декодирование линейного кода при приеме групповых сигналов и кодирование при передаче, а также аварийные коммутации групповых сигналов при различных неисправностях;

- блока синхронизации приема 15, основным назначением которого является осуществление цикловой синхронизации БМК 2, а также ответвления служебных сигналов из принятого группового потока;

- блоков коммутации каналов 16, предназначенных для ответвления каналов к абонентам данного БМК 2; при этом к каждому блоку коммутации каналов могут быть подключено до 4 абонентов;

- блоков абонентского оборудования 17, каждый из которых включает оптический приемопередатчик сигналов, поступающих от абонентских пунктов данного БМК 2; дельта-модем речевых сигналов; регистр хранения номера канала, задействованного для связи с данным абонентом;

- блока линейного интерфейса 18, предназначенного для записи и считывания адресных сигналов, контроля нечетности служебных сигналов, обеспечения сверхцикловой синхронизации и для определения неисправности (обрыва) подключаемых к данному БМК 2 волоконных соединительных линий по признаку пропадания группового сигнала;

- блока управления 19, представляющего собой специализированное вычислительное устройство, которое на основе анализа служебных сигналов, записанных в блок линейного интерфейса, информации, поступающей из БАО 17, а также сигналов об обнаружении обрыва кольцевых соединительных линий, вырабатывает командные сигналы для осуществления коммутации сигналов, производит запись адресов при вхождении в связь абонентов данного БМК 2 и формирует служебные адресные сигналы для передачи к другим БМК 2 системы в течение сеанса связи.

Кроме этого, в состав БМК могут включаться дополнительные блоки, которые резервируют отдельные устройства БЦК 1 и используются в ряде аварийных ситуаций.

Помимо блоков, общих с БМК 2, центральный блок содержит дополнительно:

- блок синхронизации передачи (БСПер) 20, выключающий генераторное оборудование синхронизации работы МСВКС и формирования групповых сигналов;

- блоки согласования задержки (БСЗ) 21, назначением которых является временное согласование группового сигнала, передаваемого от БЦК 1 в линию и задержанного на время прохождения по кольцевому тракту группового сигнала, принимаемого БЦК 1.

Кроме этого, БЦК 1 включает блок конференц-связи (БКС) 22, в котором происходит сложение разговорных сигналов участников конференции, блок связи оператора (БСО), включающий устройство оператора и управляющую микроЭВМ, а также индикационно-коммутационный пульт оператора 23 с органами управления, позволяющими осуществлять индикацию занятости каналов и абонентов системы, индикацию неисправностей и ручную коммутацию каналов при организации связи для приоритетных абонентов, а также организацию специальных режимов связи (циркуляр, конференция).

Один или несколько блоков БМК 2 могут быть выделены для организации внешней связи с другими информационными системами. Для этого возможно применение радиосредств и линии связи, подключаемых БМК 2 через интерфейсы внешней связи 8.

Для обеспечения связи между абонентами, наряду с речевыми сигналами в групповом тракте, передаются адресные, вызывные и другие вспомогательные сигналы, которые носят название служебных сигналов управления, а также синхросигналы. В системе для передачи служебных сигналов выделены отдельные каналы, называемые каналами управления, причем каждый информационный канал взаимооднозначно связан с одним из каналов управления и обслуживается передаваемыми в нем сигналами.

Для передачи полезной информации в каждой кольцевой линии связи (КЛС) организовано 30 информационных цифровых каналов (ИК) (ИК₁÷ИК₃₀ для КЛС₁ и ИК₃₁÷ИК₆₀ для КЛС₂) со скоростью передачи 64 кБит/с. Кроме того, в каждой КЛС организовано 64 канала управления КУ₁÷КУ₆₄. Из этих 64 каналов 60 обслуживают соответственно 60 ИК системы, а 4 предназначены для передачи синхросигналов. При нормальной работе системы используются КУ одной (первой) КЛС. Подключение КУ второй линии производится только в случае неисправности первой.

Структура группового сигнала представлена на фиг.3. Групповой сигнал ГС имеет сверхциклическую организацию. Каждый сверхцикл СЦ представляет собой последовательность групп циклов ГЦ, в свою очередь составленных последовательностью циклов Ц, которые разделяются на ряд временных позиций (тактовых интервалов), соответствующих временным каналам системы.

Цикл ГС содержит 32 тактовых интервала, из которых 30 (1÷15 и 17÷31) соответствуют тридцати информационным каналам HK₁÷ИК₃₀; 16-й интервал предназначен для организации каналов управления КУ, а 32-й для передачи синхросигнала СС. Частота следования циклов соответствует частоте аналого-цифрового преобразования речевых сигналов, которая для речевого сигнала с полосой частот 7 кГц при использовании адаптивной дельта- модуляции выбирается равной стандартному значению - 64 кГц.

Таким образом, тактовая частота ТС равна 2048 кГц.

Сигналы управления в системе передаются в виде адресных сообщений АС - кодовых комбинаций объемом 4 байта. Адресное сообщение i-го КУ передается i-й ГЦ сверхцикла. Всего сверхцикл содержит 64 группы соответственно 64-м КУ, из которых 60 (1÷15, 17÷31, 33÷47 и 49÷63) соответствуют 60-ти информационным каналам обеих кольцевых линий, а 4 КУ отводятся для передачи АС неисправности системы. Каждая группа содержит 64 цикла. На 16-х тактах первых 32-х из них последовательно передаются сигналы АС. В остальных 32-х циклах ГЦ сигналы управления не передаются. Данный период времени отводится для обработки АС в станциях системы.

Таким образом, сверхцикл ГС содержит 4096 цикла и имеет длительность Т_СЦ=64 мс.

В качестве сигнала цикловой синхронизации в системе применена псевдослучайная двоичная последовательность, закон образования которой описывается производящим полиномом (x+1)*(x⁷+x²+1).

Применение подобной синхронизации полностью устраняет возможности ложного синхронизма кольцевой системы. Структура линейного кода приведена на фиг.4.

Сверхцикловой синхросигнал представляет собой кодовую комбинацию из 32 бит.

Работа системы осуществляется следующим образом.

Для вхождения в связь неприоритетного абонента им производится набор вызываемого адреса с таституры своего телефонного аппарата ТА в стандартном телефонном коде.

При этом адрес, поступивший из абонентской линии в БМК 2, регистрируется в блоке управления (БУ), где по окончании регистрации производится поиск свободного канала. Номер первого же найденного канала записывается в БАО 17, через БКК 16 осуществляется ответвление этого канала к БАО (17).

В соответствующем канале управления к вызываемому абоненту передается сигнал вызова, содержащий зарегистрированный вызываемый адрес. При обнаружении в БУ БМК 2 вызываемого абонента данного сигнала вызова осуществляется вызов ТА, записывается адрес канала, в котором установилась связь, и к вызывающему абоненту посылается либо сигнал ответа, либо сигнал занятости абонента. После ответа абонента включаются дельта-модемы в БАО 17 и начинается обмен разговорными сигналами. При поступлении сигнала занятости для вызывающего абонента устанавливается режим отбоя. Обмен сигналами вызова и ответа на вызов продолжается в течение всего сеанса связи. При отключении одного из абонентов передача этих сигналов прекращается, что устанавливает отбой другого абонента.

Вхождение в связь и отбой сопровождаются передачей к ТА стандартных сигналов звуковой сигнализации (непрерывных, длинных и коротких гудков).

Организация связи для приоритетных абонентов (с телефонными аппаратами без устройств набора номера) производится через оператора БКК 1. При поднятии телефонной трубки таким абонентом в БУ соответствующего БМК 2 в качестве вызываемого адреса автоматически формируется адрес оператора системы и устанавливается связь с этим оператором описанным выше способом. Для соединения вызывающего абонента с другими абонентами системы либо с абонентами систем, подключаемых к данной через внешние соединительные линии, оператором производится набор требуемого адреса и в том же канале передается сигнал вызова, содержащий набранный адрес. После ответа вызываемого абонента оператор отключается, после чего в канале устанавливается нужное соединение.

Конференц-связь абонентов осуществляется на основе суммирования в аналоговой форме разговорных сигналов участников конференции, которая производится в БКС 22 БКЦ 1. Для этого каждый из абонентов-участников конференции связывается с БКС 22 по отдельному разговорному каналу кольцевого тракта.

Принятый в системе способ организации связи с коммутацией информативных и связанных с ними управляющих каналов позволяет довольно просто организовать передачу различной информации: как аналоговой с полосой не выше 7 кГц, так и цифровой со скоростью не более 64 кБит/с. В системе используются аналоговые телефонные аппараты с оптическим выходом, поэтому цифроаналоговые преобразователи установлены БМК 2. Сопряжение других видов абонентской аппаратуры: телефонных и факсимильных аппаратов, ЭВМ и их периферийных устройств и др., производится через индивидуальные интерфейсы. В них информативные и управляющие сигналы преобразуются в оптическую форму, согласуются электрические уровни сигналов сопрягаемого аппарата и оптического приемопередатчика и приводятся к единой системе адресации и команд алгоритм связи. Большие информативные возможности канала позволяют всем устройствам пользоваться простым асинхронным протоколом доступа в канал.

Повышение надежности работы кольцевого тракта достигается применением двух параллельных кольцевых линий связи и включением в состав БМК 2 и БЦК 1 устройств контроля исправности ретрансляционных участков, автоматической аварийной коммутационной линии при обнаружении их обрывов и передачей сигналов неисправности для индикации в БЦК 1 места обрывов.

При нормальной работе системы обе кольцевые линии используются для передачи информации. В случае обрывов кольцевых линий в результате аварийных коммутаций образуется система с одной кольцевой линией, что при наиболее вероятных одиночных обрывах линии сохраняет возможность связи для всех абонентов, хотя и с уменьшением потенциального доступа к каналам связи в два раза.

В ближайшем к месту обрыва пункте групповой сигнал этой линии вводится в исправные участки той линии, где произошел одиночный обрыв. В результате этого нормальный сигнал поддерживается во всех ретрансляционных участках неисправной линии, кроме того, участка, где произошел обрыв, что практически позволяет локализовать место обрыва в тракте. Если имеется обрыв обеих кольцевых линий на одном и том же ретрансляционном участке, то аварийной коммутацией групповых сигналов в двух пунктах, ближайших к месту обрыва, создается новая кольцевая линия, обходящая место обрыва.

В результате обрыва обеих кольцевых линий на различных ретрансляционных участках некоторая часть БМК 2 оказывается оторванной от остальной системы. Для обеспечения функционирования той части БМК 2, которая оказалась оторванной от БЦК 1, предусматривается включение блоков согласования задержек и синхронизации передачи в один указанный БМК 2. Это позволяет организовать автономную кольцевую подсистему, которая обеспечивает связь между указанными БМК 2. Для связи абонентов этой подсистемы с абонентами основной системы могут быть организованы обходные абонентские линии связи, соединяющие БАО 17 автономного участка с БАО 17 центральной станции системы.

Контроль неисправности ретрансляционного участка системы производится на основе оценки вероятности ошибки приема сигнала на данном участке. Вероятности ошибки оцениваются по числу нарушений правила линейного кодирования группового сигнала в единицу времени. В качестве линейного кода в системе принят код, обычно именуемый двухуровневым АМ1-кодом (фиг.4). Этот код обладает выраженными избыточными признаками, позволяющими весьма просто реализовать устройство контроля ошибок.

Использование заявляемой системы позволяет значительно упростить ее конструкцию и повысить надежность за счет применения цифровых методов уплотнения информации с коммутацией каналов, при этом осуществлять передачу разнообразной узкополосной информации.

Для объектов с распределенными в пространстве группами абонентов кольцевая топология сети с децентрализованным управлением является экономичным средством обеспечения надежной связи.

Экономичность системы возрастает при увеличении функциональных возможностей.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано для организации внутрикорабельной и внешней связи на корабле и других подвижных объектах, технический результат состоит в упрощении конструкции и повышении надежности системы при одновременном сокращении массогабаритных характеристик. Для этого коммутационные центры (КЦ) и центральный блок коммутации (БЦК) соединены между собой дублированными кольцевыми волоконно-оптическими линиями связи (ВОЛС), при этом скорость передачи по каждому кольцевому тракту составляет 2,048 мБит/с, причем БЦК выполнен в виде последовательно соединенных оптических приемников и передатчиков, которые соединены с такими же приемниками и передатчиками КЦ, а также с блоками кодирования и аварийных коммутаций (БКАК), к которому подсоединены устройства выделения тактовой частоты и блок синхронизации передачи, а БКАК соединен с блоком синхронизации приема, который через блок согласования задержки (БСЗ) соединен с блоками коммутации каналов, а выход БСЗ через блок линейного интерфейса (БЛИ) соединен с блоком абонентского оборудования (БАО), а микроЭВМ соединена с БСЗ, БКАК и с блоком конференц-связи. 4 ил.

Многофункциональная система внутрикорабельной связи, включающая блок центральных коммутаций (БЦК), соединенный с пультом управления оператора, и блоки местных коммутаций соединенные между собой и с БЦК по кольцу дублированными волоконно-оптическими линиями связи, причем блоки местных коммутаций соединены с оконечными приборами абонентов телефонной связи, а через интерфейсы внешней связи с радиосредствами абонентов, отличающаяся тем, что блок центральных коммутаций содержит оптические приемники и оптические передатчики, соединенные с блоком кодирования/декодирования и аварийной коммутации волоконно-оптических линий, к которому подключены устройства выделения тактовой частоты, блок синхронизации приема и блок синхронизации передачи, которые соединены через линейный интерфейс с блоками абонентского оборудования, причем блок кодирования/декодирования и аварийной коммутации волоконно-оптических линий через соответствующий блок согласования задержки соединен с соответствующим блоком коммутации каналов, подключенным соответственно к блоку синхронизации приема, блоку синхронизации передачи, блоку конференц-связи, а управляющая микроЭВМ, предназначенная для выработки командных сигналов коммутации связана с блоком согласования задержки, с блоком кодирования/декодирования и аварийной коммутации волоконно-оптических линий и с блоком конференц-связи.