СВЕТОВОДНАЯ СИСТЕМА ВНУТРИКОРАБЕЛЬНОЙ СВЯЗИ

Полезная модель относится к области радиоэлектроники и может быть использовано для организации телефонной связи на кораблях и береговых объектах.
Заявляемая система внутрикорабельной связи представляет собой малономерную корабельную АТС, предназначенную для использования в условиях высокого уровня индустриальных электромагнитных помех. Применение световодных линий связи позволило решить проблему электромагнитной совместимости, сделав всю систему нечувствительной к внешним помехам, с одной стороны, а с другой - предотвратить наводки на рядом расположенную аппаратуру и системы.
Применение цифровых методов передачи речи логически следует из использования световодных линий, т.к. только цифровые методы передачи позволяют в полной мере реализовать преимущества световодных линий связи: широкую полосу пропускания, передачу по одному световоду речевой и командной информации и т.д.
В настоящее время на подвижных объектах (кораблях, судах, самолетах) используются различные типы АТС так например, на кораблях используется судовая КАТС-40. (Директров Н.Ф., Катанович А.А. Современные системы внутрикорабельной связи. СПб., «Судостроение». 2001, С.222). Корабельная АТС представляет собой сложный комплекс устройств, основной частью которого является коммутационная система, обеспечивающая соединение абонентов АТС между собой. В состав коммутационной системы любой АТС входят линейные комплекты, коммутационное поле, шнуровые комплекты, управляющие устройства и сигнально-вызывные устройства. Недостатками всех существующих АТС является низкая помехозащищенность от электромагнитных импульсов, большая аппаратурная и кабельная избыточность.
Целью полезной модели является расширение функциональных возможностей передачи и приема информации при одновременном сокращении массогабаритных характеристик.
Поставленная цель достигается за счет того, что в систему содержащую коммутационную подсистему, трактообразующую аппаратуру, управляющее устройство и сигнально вызывное устройство, коммутационное поле выполнено в виде блока центральных коммутаций (БЦК) соединенного с N абонентскими терминалами (телефонными аппаратами) световодными линиями связи, при этом БЦК выполнен по модульному принципу по структуре с общей шиной в которую входит микро-ЭВМ, модуль тактового генератора, модуль абонента, модуль вызывных сигналов, модуль конференц-связи, модуль сопряжения с городскими АТС, причем управляющая микро-ЭВМ выполнена по модульному принципу на основе микропроцессора типа КР580ВМ80 по структуре с общей системной шиной, а микро-ЭВМ содержит: тактовый генератор, центральный процессор, буфер сигналов управления и шинные формирователи, при этом модуль абонентов состоит из трех одинаковых каналов, каждый из которых содержит речевой коммутатор соединенный с устройством уплотнения и формирователем сигналов, передающим светодиодом, а также через шину соединен с устройством разуплотнения, формирователем сигналов и приемным фотодиодом, причем приемная часть аппарата абонентов состоит из фотодиода последовательно соединенного с усилителем сигналов, с устройством синхронизации, декодером, усилителем сигналов и с головными телефонами, а передающая часть содержит светодиод, последовательно соединенный с усилителем, устройством синхронизации, кодером, усилителем и микрофоном, при этом устройство синхронизации соединено со схемой обмена, которая в свою очередь соединена с устройством индикации и устройством содержащем информацию о состоянии органов управления.
На Фиг.1 представлена световодная система внутриокорабельной связи. Она состоит из:
1 - блока централизованной коммутации (БЦК);
2 - аппаратов абонента (АА), аппарата руководителя (АР), аппарата секретаря (АC);
3 - световодных линий связи.
На Фиг.2 приведена функциональная схема БЦК, в нее входит микро-ЭВМ:
4 - модуль тактового генератора (МТГ) содержащий задающий кварцевый генератор который формирует все необходимые сигналы синхронизации, организует синхронную работу всех модулей БЦК и АА;
5 - модуль абонента (МА) который предназначен для организации физического потока связи с тремя абонентами и содержит коммутатор абонента, модуль оптический формирователь и приемник для каждого абонента;
6 - модуль вызывных сигналов (МВС) который формирует цифровые последовательности, которые после декодирования в дельта-кодере АА образуют тональные сигналы «Вызов-1», «Вызов-2», «Ответ станции», «Контроль посылки вызова», «Занято».
7 - модуль конференц-связи (МКС) который формирует для каждого из абонентов - участников конференц-связи цифровой сигнал, кодирующий сумму аналоговых сигналов.
8 - модуль сопряжения с городскими АТС (МСГ), осуществляет сопряжение системы с проводной телефонной линией (ПЛС) городской АТС.
На фиг.3 приведена функциональная схема управляющей микро-ЭВМ. Она содержит:
9 - процессор, является функционально законченным модулем, организующим логику работы всей системы. В процессорном модуле содержится: тактовый генератор; центральный процессор; буфер сигналов управления; шинные формирователи. Процессорный модуль задает формат системной шины, стандартный для микропроцессоров серии К580.
10 - постоянно-запоминающее устройство, объемом 8 кбайт, выполненное на микросхемах КР556РТ5;
11 - оперативно-запоминающее устройство, объемом 4 кбайт на микросхеме К565РУ2.
12 - модуль последовательного интерфейса с таймером содержит:
- два последовательных интерфейса на основе микросхемы КР580ВВ51;
- трехканальный счетчик/таймер на основе микросхемы типа КР580ВИ53;
- подсистему прерываня, обеспечивающую два уровня векторного прерывания с приоритетом.
Модуль последовательного интерфейса предназначен для организации обмена командами в последовательном формате между БЦК и АА, а таймер задает интервал времени для МСГ.
13 - устройство сопряжения с шиной обеспечивает взаимное преобразование уровней между ТТЛ шиной микро-ЭВМ и КМОП шиной остальной части изделия.
На Фиг.4 приведена функциональная схема модуля абонента. Модуль абонента (МА) предназначен для передачи и приема речевой и уплотнения командной информации для 3-х абонентов. МА состоит их трех одинаковых каналов.
В модуль абонента входит:
14 - речевой коммутатор; 15 - устройство уплотнения; 16 - регулятор управления Рг; 17 - формирователь; 18 - светоизлучающий диод (СИД); 19 - приемный фотодиод; 20 - усилитель (формирователь); 21 - устройство разуплотнения и шина данных
На Фиг.5 приведена функциональная схема аппарата абонента. Она содержит:
22 - фотодиод; 23 - светодиод; 24, 25 - усилители; 26 - устройство синхронизации; 27, 28 - декодер; 29, 30 - оконечные усилители; 31 - микротелефонную
трубку; 32 - микрофон; 33 - схему обмена; 34 - усилители индикации; 35 - устройства отображения органов управления.
В качестве метода цифрового преобразования речи применена адаптивная дельта модуляция с цифровым инерционным компадированием. Тактовая частот - 64 кГц. Рабочий диапазон длин волн световодных линий связи 0,7 - 1,0 мкм. Максимальная длина линии - 300 м.
В устройстве управления используется модульная микро-ЭВМ на основе микропроцессора КР580ВМ80. Питание системы осуществляется от сети переменного тока 220 В - 50 Гц.
В ПЗУ микро-ЭВМ 10 находится программа, определяющая порядок функционирования системы Микро-ЭВМ по очереди опрашивает тастатуру всех абонентских аппаратов, на которых снята трубка и обслуживает нажатие на кнопки управления АА и АР. Одновременно с этим обновляется информация на органах информации АР и в управляющих регистрах МА.МКС.МСГ.
В состав структуры общей шины БМУ входят.
- 8-ми разрядная однонаправленная шина адресов внешних устройств (ШАВУ);
- 8-ми разрядная двунаправленная шина данных (ШД);
- 48-ми разрядная шина речевой информации (ШР);
- шина управления и синхронизации (ШУ).
На ШАВУ микро-ЭВМ выставляет адрес внешнего устройства, с которым будет осуществляться обмен. По ШД передается байт данных из микро-ЭВМ в ВУ или от ВУ в микро-ЭВМ. Направление передачи задается сигналами INP, OUT на ШУ.
Достоверность информации на ШД подтверждается сигналами WR, ДBIN.
На шине речевой информации присутствуют:
- речевая информация от каждого из 32-х АА, АР и АС в формате «канал-провод» - всего 32 линии;
- 8 линий от модуля конференц-связи по одной на каждого абонента, прослушивающих сигнал МКС;
- 6 линий служебных вызывных сигналов «Пауза», «Вызов-1», «Вызов-2», «Ответ станции», «КОНТРОЛЬ посылки вызова», «Занято»;
- 1 линия - резерва
В состав шины управления входят также линии сигналов синхронизации, линии Прд, Прм - передачи и приема команд в последовательном коде, а также линия «Перебивка», по которой формируется кодированный сигнал, непосредственно прослушиваемый в телефоне абонента при вызове его с АР.
Структура сигналов в оптических линиях связи.
Для сокращения числа линий связи между БЦК и АА используется передача речевой и командной информации по одному световоду с временным уплотнением.
Для связи между БЦК и АА необходимо организовать три независимых каналов передачи:
3
4
речи; - команд; - служебного сигнала «Перебивание». В БЦК все три сигнала формируются синхронно в коде NRZ с тактовой частотой 64 кГц. Поскольку код NRZ (код без возврата к нулю) плохо приспособлен для передачи по световодным линиям (отсутствуют сигналы цикловой синхронизации, мал и нестабилен уровень гармоники тактовой частоты) все три канала уплотнения в один поток в коде NRZ, а затем кодируются с помощью модулятора в дискретный широтно-импульсный код (ДШИК). При таком способе кодирования каждый цикловый интервал (длительностью t=15,6мкс) делится на n+1 тактов длительностью t/n+1 (n - число одновременно передаваемых каналов). Затем цикловый синхроимпульс кодируется длительностью /, импульс, соответствующий передаваемой лог.«1», составляет 2/4, а для «0» - 1/4. При n=3 скорость передачи в пересчете на один канал увеличивается в 16/3 раза, но в сигнале стабильно присутствуют цикловые синхроимпульсы, легко выделяется тактовая частот (по переднему фронту каждого импульса) и при равновероятной передачи лог.«0» и лог.«1» в каждом канале для формирования нулевого (опорного) уровня компарирования требуется время интегрирования порядка периода низкочастотного сигнала в канале, а колебание опорного уровня в худшем случае не превышает +3/32 от амплитуды импульсов.
Дополнительным преимуществом принятого кодирования является простота формирования и декодирования дискретного ШИК по сравнению с другими известными способами кодирования (коды типа nBмВ).
Канал 1 используется для передачи дельта кодированной речи от АА к БЦК и обратно. Канал 2 используется для передачи командной информации от БЦК к АА и обратно. Канал 3 используется для передачи от БЦК к АА сигнал «Перебивка» (в направлении от АА к БЦК канал 3=0).
В каждом цикле можно передать лишь один бит командной информации. Поэтому для передачи команд от АА к БЦК используется старт-стопный метод передачи, реализуемый приемной частью микросхемы КР580ВВ51, а для передачи команд от БЦК к АА - модифицированный старт-стопный метод, также реализуемый на микросхемах типа КР580ВВ51. Форматы обмена с АА и АР различаются, т.к. объем информации, обмениваемый CAP, существенно больше из-за наличия многочисленной индикации и органов управления.
Командная информация от БЦК к АА передается в виде 8-ми битового сообщения, включающего старт- и стоп - биты, 5 бит данных, которые могут быть записаны в один из двух 5 битовых регистра, выбираемые разрядом АО. В ответ на передачу сообщения АА отвечает обратным сообщением, задержанным на 5 тактов. Формат обратного сообщения 9 бит, из них один стартовый, один стоповый (стоп-бит - лог.«0»)и 7 информационных. В обратном сообщении содержится информация одного из 7 бит регистров АА, например, который указан в разряде АО прямого сообщения. Таким образом, за два цикла обмена от БЦК к АА можно передать 10 бит информации, от АА к БЦК - 14 бит.
В составе АР и АС содержится 16 8-ми битовых приемных регистров, информация в любой из которых может быть записана с помощью сообщения
формата. В ответ АА перешлет в БЦК содержимое того из 16 7-ми битовых регистра, номер которого указан в разрядах АО - A3 прямого сообщения.
Модуль абонента (МА) 5 предназначен для передачи и приема речевой и уплотнения командной информации для 3-х абонентов. МА состоит из 3-х одинаковых каналов. Кодированный речевой сигнал через речевой коммутатор 14 поступает на один вход устройства уплотнения 15. На другие входы устройство уплотнения 15 поступают команды в последовательном формате и сигнал «Перебивка». Номер выбранного речевого сигнала задается управляющим словом в Рг управления 16, записываемый в него микро-ЭВМ. Устройство уплотнения 15 формирует уплотненный сигнал, который через формирователь 17 управляет работой светоизлучающего диода 18. Излучение светодиода 18 вводится в световод и поступает на АА.
Ответный сигнал от АА поступает на приемный фотодиод 19, усиливается усилителем 20 и далее электрический сигнал поступает на устройство разуплотнения 21. На выходе устройства разуплотнения 21 формируется цифровой речевой сигнал а командная информация в последовательном формате, которые поступают на общую шину, а также служебные сигналы, свидетельствуют о наличии оптического сигнала от АА и наступлении устойчивой цикловой синхронизации. Эти сигналы доступны микро-ЭВМ через регистр состояния.
Модуль тактового генератора 4 содержит кварцевый генератор, задающий тактовую частоту, и формирует все синхросигналы, требуемые для работы устройств уплотнения МА, а также дельта кодирования кодеков модуля вызывных сигналов 6, модуля конференц-связи 7 и модуля сопряжения с ГТС 8.
Модуль сопряжения с ГТС 8 обеспечивает преобразование цифрового сигнала в аналоговый и наоборот, осуществляет сопряжение с проводной линией, принимает сигнал вызова от ГТС, имитирует работу номеронабирателя и осуществляет контроль в линии сигналов «Занято», «Свободно» и «Ответ станции».
Анализ входящих сигналов и управления набором номера происходит под контролем программы в микро-ЭВМ. Аппарат абонента работает следующим образом. Сигнал от фотодиода 22 усиливается усилителем 24 и поступает на устройство синхронизации 26, которое производит разуплотнение принятых сигналов. Далее речевая кодированная информация поступает в дельта кодер 27, с выхода которого речевой аналоговый сигнал через усилитель 29 поступает либо на телефон 31 микротелефонной трубки, либо на громкоговоритель микротелефонной трубки (при посылке тонального вызова). Направление прохождения сигнала в телефон или громкоговоритель задается сигналом со схемы обмена 33. Разуплотненная командная информация поступает на схему обмена, где преобразуется в параллельный формат и сохраняется в регистрах хранения.
В АР информация в регистрах хранения отображается на устройстве индикации 34. Речевой сигнал от микрофона 32 усиливается усилителем 30 и
кодируется дельта кодером 28. Цифровой сигнал с дельта кодера, одновременно с сигналом от схемы обмена 33, содержащим информацию о состоянии органов управления 35, поступает на светодиод 23 через усилитель 25 и излучается в светодиод.
Органами управления АА являются: рычаг микротелефонной трубки, 31 цифровых клавиш (цифры от 0 до 9), две служебные кнопки «Сброс» и «Повтор». Электропитание АА, АР и АС осуществляется от сети переменного тока 220 В, 50 Гц через блоки питания 36 типа БП2-3 от микроколькулятора типа Б3-21.
В качестве оптических линий связи используется кабели с волокном типа кварц-кварц с диаметром центральной жилы 50 мкм 3. В качестве излучателей применены сверхлюминесцентные светодиоды, приемников - кремниевые p-i-n фотодиоды. Формирователи для светодиодов - на логическом элементе и транзисторе, усилители сигналов фотодиода без АРУ на 3-х биполярных транзисторах.
-7
Свето- и фотодиоды установлены в разъемы типа световодный кабель-прибор, усилители и формирователи размещены в непосредственной близости от разъемов и экранированы. Мощности, вводимые в световод при максимальном усилении усилителя, достаточно для обеспечения надежной связи на расстоянии до 300 м при вероятности ошибок в канале менее 10
Заявляемая система обеспечивает абонентам следующие виды услуг:
Для аппарата абонента:
- избирательную связь с любым абонентом системы;
- тастатурный набор номера;
- участие в конференц-связи, организованной с АР;
- звуковую сигнализацию сигнала вызова от АР при проведении избирательной связи с любым другим абонентом;
- автоматический повтор вызова занятого абонента
Для аппарата руководителя:
- избирательную связь с любым абонентом системы;
- тастатурный набор номера;
- организацию бесприоритетной конференц-связи с числом участников до 8;
- прием входящих вызовов от городской телефонной сети;
- организацию связи с абонентами городской телефонной сети;
- сокращенный набор номера ГТС;
- память номеров ГТС на 99 11-и разрядных номеров;
- автоматический набор номера занятого абонента ГТС;
- память состава участников конференц-связи (до 10 различных комбинаций);
- световую сигнализацию вызываемого и вызывающего абонента;
- световую индикацию набранного номера абонента ГТС;
- удержание предыдущего режима связи с целью установления нового соединения с возможностью возврата в удерживаемый режим, и др.
В случае установки переключателя на АР в положение «Секретарь» ВС имеет все перечисленные возможности, кроме громкоговорящей связи. В противном случае функциональные возможности АС те же, что и у АА.