. Abonenckie zespoły liniowe w centralach elektronicznych

 

            Abonenckie zespoły liniowe służą, podobnie jak w centralach elektromechanicznych, do przyłączania linii abonenckiej do centrali. Jednakże w przypadku central elektronicznych, układy te realizują znacznie więcej funkcji niż w centralach elektromechanicznych. Wynika to z faktu, że pola komutacyjne central elektronicznych nie są odporne na działanie dużych prądów i napięć, co powoduje, że na przykład funkcje testowania, zasilania pętli abonenckiej, czy dołączanie prądu dzwonienia muszą być realizowane przez zespoły liniowe. Układ abonenckiego zespołu liniowego nazywany jest często układem BORSCHT. Nazwa ta stanowi skrót od pierwszych liter angielskich nazw funkcji realizowanych przez ten układ. Są to:

 

            Strukturę układu BORSCHT pokazano na rysunku poniżej

 

 Struktura układu BORSCHT

 

 Zasilanie pętli abonenckiej

 

            W obecnych schematach komutacyjnych aparat telefoniczny jest zasilany z centralnej baterii. Funkcja ta realizowana jest przez abonencki zespół liniowy. Pętla abonencka zasilana jest najczęściej ze źródła –48V. W przypadku zamknięcia pętli następuje przepływ prądu, który niesie informacje sygnalizacyjne, a także przepływa przez mikrofon, w którym następnie jest modulowany przenosząc w ten sposób informacje nadawane przez abonenta. Ujemne zasilanie z baterii powoduje, że napięcie pętli abonenckiej jest ujemne w stosunku do ziemi. Ze względu na fakt, że kable telefoniczne narażone są na zawilgocenie i upływ prądu do ziemi, ujemny potencjał chroni przed wyciąganiem miedzi z kabli przez jony dodatnie powstałe w zawilgoconym kablu (plating-off process). Zjawisko to powoduje korozję kabla, która w końcu prowadzi do jego przerwania.

 Zabezpieczenie przed przepięciami

 

            Centrala elektroniczna musi być zabezpieczona przed pojawieniem się w pętli abonenckiej zbyt dużych napięć. W przeciwnym wypadku może to doprowadzić do uszkodzenia wielu elementów elektronicznych w centrali, które nie są przystosowane na oddziaływanie dużych napięć czy prądów. Powodem pojawienia się dużego napięcia na przewodach telekomunikacyjnych może być na przykład uderzenie pioruna, czy zwarcie przewodów z kablami energetycznymi w wyniku prac ziemnych. Układ zabezpieczający przed przepięciami jest na ogół podzielony na dwie części: pierwotną i wtórną. Część pierwotna umieszczona jest w przełącznicy głównej, natomiast część wtórna umieszczona jest na płycie abonenckich zespołów liniowych.

            Zabezpieczenia przeciwprzepięciowe w abonenckich zespołach liniowych konstruowane są przy wykorzystaniu rezystorów mocy, warystorów (rezystorów o zmiennej rezystancji) lub diod Zenera. Miejsce, w których te elementy będą umieszczane w układzie zależy od projektanta.

Dzwonienie

 

            Informacja o wywołaniu przesyłana jest do abonenta w postaci prądu dzwonienia, który uruchamia dzwonek w aparacie telefonicznym. Sygnał dzwonienia jest sinusoidalny o wartości napięcia skutecznego 75V i czasie trwania około 2s. Następnie na okres 4s wysyłanie dzwonienia jest wstrzymywane. Proces ten powtarza się aż do momentu zgłoszenia się abonenta wywoływanego (lub też po rezygnacji abonenta wywołującego lub po upływie czasu temporyzacji).

 Nadzorowanie pętli abonenckiej

 

            Informacja o zgłoszeniu abonenta jest przesyłana do centrali w postaci zwarcia pętli abonenckiej i spowodowania tym przepływu prądu w linii abonenckiej. Również informacja wybiercza z aparatów z wybieraniem impulsowym przesyłana jest przez przerywanie i zwieranie pętli abonenckiej. Stan pętli abonenckiej jest dekodowany przez układ nadzorowania. Odebrana informacja wybiercza jest następnie przekazywana do urządzenia sterującego.

 Kodowanie

 

            Nadawany z aparatu telefonicznego sygnału jest sygnałem analogowym. Obecnie dołączani są do central także abonenci cyfrowi (to znacz, sygnał nadawany od abonenta ma postać cyfrową), ale dotyczy to sieci ISDN o czym będzie mowa osobno. Pole komutacyjne central elektronicznych jest najczęściej polem cyfrowym, komutującym sygnał zakodowane cyfrowe. Abonencki zespół liniowy musi więc zapewnić przetwarzanie analogowego sygnały z pętli abonenckiej na postać cyfrową. Proces ten nazywa się kodowaniem. Najczęściej wykorzystywana jest do tego celu modulacja PCM z kanałem o przepustowości 64kbit/s. Czasami w centralach abonenckich jest stosowany system modulacji delta. Rozważane są też możliwości zastosowania modulacji ADPCM.

Rozgałęźnik

 

            Transmisja w linii abonenckiej jest dwuprzewodowa, to znaczy, jedna para przewodów jest wykorzystywana do transmisji sygnałów w obu kierunkach. Układ antylokalny w aparacie telefonicznym rozdziela sygnał nadawany od odbieranego. Pole komutacyjne w centrali elektronicznej jest jednakże ze swej natury polem jednokierunkowym, to znaczy, może przesyłać sygnały tylko w jednym kierunku. Dlatego też, niezbędne jest przejście w układzie abonenckiego zespołu liniowego z transmisji dwuprzewodowej na czteroprzewodową (to znaczy po dwa przewody dla każdego kierunku transmisji). Układ realizujący przejęcie z transmisji dwuprzewodowej na czteroprzewodową nazywany jest rozgałęźnikiem. Rozgałęźnik jest najczęściej realizowany z transformatorów. Istotną wadą tego rozwiązania jest to, że transformator ma zbyt duże rozmiary, a więc zajmuje zbyt dużo miejsca na pakiecie. Jednakże producenci oferują coraz to nowsze wersje transformatorów, które są coraz mniejsze i nadal są umieszczane w abonenckich zespołach liniowych. Na Rys. 2.5 pokazano układ rozgałęźnika zbudowanego z transformatorów oraz układ bez transformatora.

 

 

Rozgałęźnik: a) transformatorowy, b) z mostkiem rezystancyjnym

            Rozgałęźnik z Rys. a) składa się z transformatora z wieloma uzwojeniami. Jedno z uzwojeń wtórnych i jedno z uzwojeń pierwotnych mają dodatkowe wyprowadzenia ze środka. Układ powinien być dopasowany do impedancji linii abonenckiej. Sygnał podawany na wejście rozgałęźnika z układu czteroprzewodowego wytwarza napięcia po stronie wtórnej. Napięcia te są spolaryzowane przeciwnie do napięcia wejściowego. Jedno z nich jest podawane do linii abonenckiej. Oba te napięcia występują także po stronie pierwotnej. Jednakże ze względu na to, że ich polaryzacje są przeciwne, oba sygnały znoszą się wzajemnie i po stronie wtórnej napięcie z wejścia strony czteroprzewodowej nie przenosi się na jej wyjście. W przypadku, gdy rozgałęźnik jest idealny układ działa poprawnie. Niezbędne jest wtedy jednak idealne dopasowanie równoważnika toru do impedancji linii abonenckiej. Ze względu na to, że każda linia abonencka ma własne, charakterystyczne dla niej parametry (różna odległość) idealne dopasowanie nie jest możliwe. Stąd na wyjściu toru czteroprzewodowego pojawiają się przesłuchy. Sygnał ten po kolejnym przejściu w rozgałęźniku drugiego abonenta może wracać z powrotem. Jest to tak zwane echo. Sygnał echa może w efekcie krążyć w układzie połączenia czteroprzewodowego uniemożliwiając porozumienie się abonentów. Dlatego też konieczne jest stosowanie, szczególnie przy długich połączeniach (międzymiastowych), układów eliminujących sygnał echa z traktów. Układ taki nazywa się tłumikiem echa.

            Na Rys.b) pokazano przykład rozwiązania rozgałęźnika bez transformatora.

 Nadzór stanu pętli

 

            Pętla abonencka narażona jest na wiele różnego rodzaju uszkodzeń powodujących niepoprawne jej działanie. Mogą to być zawilgocenia kabla, zwarcie z przewodami sieci elektrycznej, przerwania, itd. W celu sprawdzania sprawności pętli abonenckiej konieczne jest jej okresowe testowanie. W tym celu centrale wyposażone są w specjalne urządzenia testujące. Muszą mieć one dostęp na poziomie sygnału analogowego do linii abonenckiej. W układzie abonenckich zespołów liniowych umieszczane są więc elementy dołączające urządzenia testujące. Najczęściej elementami tymi są miniaturowe przekaźniki. Urządzenie testujące przegląda po kolei wszystkie linie abonenckie w okresach małego natężenia ruchu Można też przeprowadzić test określonej linii na życzenie (użytkownika bądź obsługi). Najczęściej test jest tak zaprojektowany, że może on testować nie tylko pętlę abonencką, ale także abonencki zespół liniowy.

            W centralach analogowych dostęp do testowania zapewniały układy łączy, które mogły być połączone z linią abonencką przez pole komutacyjne. W przypadku pola cyfrowego takie rozwiązanie jest niemożliwe, gdyż pole cyfrowe nie przenosi sygnałów analogowych. Dlatego też, punkt dostępu do linii abonenckich przeniesiono do abonenckich zespołów liniowych.

            Na rys przedstawiono przykład abonenckiego zespołu linowego wykorzystującego transformator.

 

 

 Przykład AZL z transformatorem

 

            W układzie z Rys.2.6 transformator składa się z czterech uzwojeń po n zwojów w każdym uzwojeniu. Kropki oznaczają kierunek polaryzacji. Pętlę abonencką i wyposażenie abonenta zastąpiono układem zastępczym złożonym ze źródłem napięcia ET i impedancji zL. Kondensator C powinien być tak dobrany, aby przenosił najniższe częstotliwości sygnału mowy, ale jednocześnie stanowił przerwę dla impulsów wybierczych. Jeżeli spełniony jest warunek R >> R1, to po zwarciu pętli abonenckiej prąd płynie od masy przez rezystor R1, pierwszą część uzwojenia transformatora, pętlę abonencką, drugą część uzwojenia transformatora i przez rezystor R1 do zacisku –48V. Prąd ten wyliczyć ze wzoru:

 

 

 


            Zadaniem mostka rezystancyjnego zbudowanego z rezystorów R jest detekcja sygnalizacji. Napięcie progowe układu detekcji sygnalizacji określone jest wzorem:

 

 

 


            Ponieważ Es jest proporcjonalne do sumy spadków napięcia na rezystorach R1, napięcie progowe może być tak dobrane, aby możliwe było określenie stanu zwarcia pętli abonenckiej, a które będzie różne od prądów upływności przy przesłuchach z innych kabli. Urządzenie to jest wykorzystywane do określenia stanów zwarcia i rozwarcia pętli abonenckiej oraz detekcji impulsów wybierczych. Napięcie zmienne przenoszone jest natomiast przez transformator na stronę wtórną zgodnie ze wzorami:

 

 

 

Układ abonenckiego zespołu liniowego z transformatorem ma szereg wad jak i zalet. Jedną z wad jest rozmiar i waga transformatora, przez który przepływa prąd pętli abonenckiej o natężeniu około 80 mA i który powinien zapewnić przenoszenie częstotliwości od 200 Hz. Transformator powinien też być dobrze ekranowany aby zminimalizować przesłuchy wynikające ze sprzężeń magnetycznych dla niskich częstotliwości z sąsiednimi układami. Zastosowanie transformatora ma też pewne zalety. Jest to urządzenie trudne do zniszczenia oraz ma właściwości ograniczenia energii dostarczanej do układów dołączonych po stronie wtórnej. Z tego względu wielu projektantów starało się zmniejszyć rozmiary i wagę transformatora zamiast dążyć do jego zastąpienia. Transformator zapewnia także galwaniczne rozdzielenie strony liniowej od strony centralowej.

            Oprócz wymienionych wcześniej funkcji abonencki zespół liniowy może wykonywać także dodatkowe funkcje, które są w pewnych warunkach niezbędne lub też są instalowane na życzenie abonenta. Takimi funkcjami są:

-          zmiana biegunowości baterii,

-          telezaliczanie.

Zmiana biegunowości baterii powoduje zmianę kierunku przepływu prądu w linii abonenckiej. Funkcja ta jest na przykład stosowana w aparatach wrzutowych w celu zainkasowania monety. Przykłady realizacji tej funkcji w abonenckim zespole liniowym pokazano na Rys.2.7.

 

 

 Układy zmiany baterii: a) na przekaźnikach, b) na tyrystorach