c.)
Digitalización de la Red de Conmutación.
En la conmutación analógica, conocida también como "de división o distribución en el espacio" se establecen caminos físicos directos entre la línea de un abonado y la de otro a través de la central. La distribución en el espacio se refiere al hecho de que las trayectorias de voz están físicamente separadas en el espacio. Por lo tanto, un conmutador espacial (analógico) conecta y desconecta contactos físicos metálicos o dispositivos analógicos de estado sólido. Cuando una conexión se establece a través de un conmutador espacial, existe una trayectoria eléctrica permanente durante todo el tiempo de la llamada.
En la conmutación digital esto no ocurre así. En las centrales digitales, algunas o todas las etapas de conmutación operan desplazando señales en el tiempo. Fundamentalmente, se realiza una conexión entre canales entrantes y salientes, transfiriendo cada palabra (byte) PCM desde un segmento de tiempo del canal entrante al del saliente. Este desplazamiento en el tiempo se lleva a cabo mediante almacenamientos en memorias. La información se escribe en una dirección de una memoria; después dentro de cada exploración cíclica, se lee la información de esa dirección particular, de manera que ocupe el segmento de tiempo de salida requerido.
Con propósitos de encaminamiento, una conversación entrante en un cierto intervalo de tiempo de un sistema PCM necesita conectarse a un circuito de salida, otro determinado intervalo de tiempo en otro sistema PCM. El conmutador digital transfiere una muestra de voz digital en un intervalo de tiempo de entrada al intervalo de tiempo de salida escogido, hacia el siguiente punto en la red telefónica.
Con la conmutación digital es posible que varias llamadas, separadas unas de otras en el dominio del tiempo, ocupen una trayectoria metálica común. En esta "conmutación por distribución en el tiempo", la voz u otra información que se conmuta es de naturaleza digital (PCM), y a las muestras de cada llamada se les asignan "ranuras" de tiempo de manera similar a como se realiza en transmisión.
La conmutación mediante modulación por codificación de impulsos implica la distribución de dichas "ranuras" de tiempo a los puertos de destino que se deseen; los puertos de entrada y de salida del conmutador se conectan mediante "vías de alto uso" digitales. En este caso, la trayectoria de voz es una "ranura de tiempo".
La figura 58 ilustra la diferencia conceptual entre la conmutación por distribución en el espacio y la conmutación por distribución en el tiempo. La figura A es la matriz de conmutación analógica, y la figura B ilustra el concepto de conmutación por distribución en el tiempo: memoria y compuertas.
Fig 58. Comparación entre la conmutación: (A) por distribución de espacio (32 puntos de cruce) y (B) por distribución de tiempo (12 compuertas [G]).
Un sistema de conmutación digital, tal como se muestra en la figura 59, está constituído básicamente por las interfaces, el control, la red de conexión digital y los órganos internos.
Fig 59. Diagrama de bloques de la estructura de un sistema de conmutación digital.
Interfaces del sistema de conmutacion digital. Las interfaces son conjuntos funcionales que permiten la conexión de elementos externos a la central digital. Los elementos externos a conectar son, principalmente, las líneas de abonado y los enlaces con otras centrales.
La interfaz realiza, fundamentalmente, las dos funciones siguientes:
Adapta los formatos de las señales eléctricas utilizadas en los elementos externos a los utilizados en la central.
Proporciona un procedimiento de entendimiento entre el elementos externos y el control de la central.
Interfaz de linea analogica. El terminal de abonado más comunmente utilizado es el teléfono analógico. En él se realizan básicamente los procesos de conversión de señales acústicas (voz) en señales eléctricas, y viceversa, permitiendo el establecimiento de comunicaciones vocales dúplex soportadas en el par de hilos metálicos (línea de abonado). La función básica de la central telefónica consiste en interconectar automáticamente dos líneas de abonado siguiendo las órdenes recibidas desde el terminal que origina la comunicación. Estas órdenes se transmiten entre el terminal y la central por medio del "sistema de señalización de abonado", que consiste en el conjunto de señales físicas, generadas por el terminal y soportadas en la línea de abonado, y un conjunto de reglas para interpretarlas, que son conocidas por los órganos de control de la central. Las señales analógicas de conversación y las señales de control no son directamente procesables por la central digital de conmutación, la cual conmuta e interpreta exclusivamente señales digitales. Por lo tanto, es necesario realizar unas funciones de interfaz entra la línea analógica y la central digital. Estas funciones, se realizan en la central digital por medio de un conjunto de elementos físicos y una lógica de control que constituyen el "circuito de línea analógica". Una central digital, local o combinada local-tránsito, está dotada de tantos circuitos de línea analógica como líneas analógicas de abonado deba atender. Esencialmente, el circuito de línea permite la adaptación entre las características del conjunto teléfono-línea de abonado y las de la central digital, de modo que se obtenga la transmisión eficaz de señales desde y hacia el terminal y se permita el establecimiento del protocolo de entendimiento (señalización) entre el usuario y la central para el control del establecimiento de las comunicaciones. Para ello, el circuito de línea analógico realiza las siguientes funciones: transmisión (conversión de 2 a 4 hilos, adaptación de impedancias, adaptación de niveles de potencia de la señal y conversión analógica/digital y digital/analógica), interfaz con la red de conexión, señalización (supervisión de línea, recepción de impulsos y generación de corriente de llamada), alimentación del terminal, teletarificación, mantenimiento y protección.
Interfaz de enlace analogico. Dependiendo del tipo de señales que transportan, los enlaces que interconectan las centrales entre sí, pueden ser analógicos o digitales. Durante la etapa de transisión entre la red telefónica analógica y la Red Digital Integrada (RDI), es necesario efectuar la interconexión entre las centrales digitales que se van incorporando a la red y las analógicas preexistentes. Para ello, se ha adoptado la solución de dotar de enlaces analógicos a las centrales digitales. Por lo tanto, la central digital debe realizar una serie de funciones de interfaz, que son muy similares a las realizadas por el circuito de línea analógica, las cuales se llevan a cabo en el "circuito de enlace analógico". Estas funciones son: transmisión (conversión de 2 a 4 hilos, sólo cuando los enlaces urbanos estén soportados en pares de cobre trabajando a dos hilos, y adaptación de niveles), señalización (la interfaz de señalización con centrales analógicas presenta tantas variantes como sistemas de señalización empleen estas centrales), mantenimiento (los circuitos de enlace analógicos se prueban generalmente mediante dispositivos de prueba externos, que pueden formar parte o no de la central digital, y cuya filosofía se basa en el establecimiento de llamadas automáticas a través del enlace a probar, con realización de pruebas funcionales de señalización y medidas de transmisión) y protección (el circuito de enlace suele estar dotado de algún dispositivo limitador de tensión).
Interfaz de enlace digital. Un enlace digital es un conjunto de vías de comunicación en las que las señales han sido digitalizadas mediante modulación por impulsos codificados y multiplexadas en el tiempo para compartir un mismo medio de transmisión. Si bien las características físicas y estructura de trama de las señales digitales en la red de conexión de las centrales digitales son iguales, o muy parecidas, a las utilizadas en los medios de transmisión digital (de las cuales se han tomado para facilitar la integración entre transmisión y conmutación), no es posible la conexión directa entre los enlaces digitales y la red de conexión de la central. Es necesario adaptar en varios sentidos la señal del enlace para que sea posible su conmutación. La adaptación incluye como mínimo la conversión entre el código de línea y el empleado en la central (generalmente binario), y la re-sincronización. Adicionalmente, puede ser necesario otro tipo de adaptación si el formato de canal o la velocidad utilizadas en la red de conexión no coinciden con los del enlace digital. Además, es necesario realizar funciones de control y mantenimiento del enlace, así como de señalización.
Control en los sistemas de conmutacion digital. El control en estos sistemas de conmutación se realiza por programa almacenado (CPA) y se basa en el uso de procesadores programados con instrucciones almacenadas en memorias, y organizadas para dirigir la realización de determinadas funciones, como respuesta a estímulos derivados de la lectura de la información correspondiente a eventos que se producen en la periferia de los órganos de control; es decir, el control por programa almacenado utiliza procesadores para controlar la conmutación y supervisar las conexiones de la central.
Ya que los tiempos de respuesta exigidos por la conmutación telefónica a la unidad de control en estos sistemas son extremadamente cortos, prácticamente en tiempo real, se han desarrollado ordenadores especializados acordes con los requerimientos impuestos por la naturaleza del servicio telefónico y la explotación de los sistemas de conmutación.
Las características más significativas del control por programa almacenado derivan de la utilización de procesadores para configurar los elementos de control de las centrales y de la incorporación de software a las mismas. Este software se diseña para hacer frente a las características especiales asociadas con los sistemas de conmutación digital, entre las que se pueden mencionar:
Especificación funcional compleja.
Necesidad de interfaz hacia un conjunto de terminales periféricos enorme y con requerimientos de tiempos de respuesta inferiores a 1 segundo.
Provisión automática de servicio ininterrumpido en presencia de fallas de hardware y errores de software.
Sistema de soporte completo, para permitir su modificación y mejora en un ciclo de vida de 20 años o incluso superior.
La arquitectura de control en los sistemas CPA puede ser de dos tipos: centralizado o distribuído.
Control centralizado. En este tipo de control, un procesador dado tiene acceso directo a todos los recursos ( hardware-periferia telefónica o software-buffers, datos, etc.), y ejecuta todas las funciones (cada una representada por un programa). Las ventajas principales de la estructura centralizada son el conocimiento total del estado del sistema y la accesibilidad a todos los recursos, lo cual facilita las interfaces entre funciones y las modificaciones funcionales. Sin embargo, las grandes desventajas de este tipo de control son su estructura monolítica, donde se requiere que coexistan funciones con características muy diferentes, y su magnitud, ya que se necesitan miles de instrucciones. Esto hace al sistema muy frágil, ya que un fallo origina la interrupción del servicio total del sistema.
Control distribuido. En el control distribuído, un procesador solo tiene acceso, en un estado dado del sistema, a una parte de los recursos y/o no es capaz de ejecutar más que una parte de las funciones del sistema. En este tipo de control, se debe suministrar un mecanismo de intercambio de información entre los procesadores para que se coordinen. Este mecanismo, físicamente, puede consistir en un enlace de comunicación entre los procesadores a través de la red de conmutación. Por razones de disponibilidad, en la práctica, los recursos y programas poseen redundancia.
Control semidistribuido. Una forma intermedia de estructura distribuída de control es la descentralización parcial del control, que queda constituído por un procesador "central" y, según el dimensionamiento, una cierta cantidad de procesadores "regionales". El procesador central realiza las funciones más complicadas mientras que los procesadores regionales realizan funciones sencillas, rutinarias y que exigen alta capacidad de proceso. Cada procesador regional controla una parte de la periferia telefónica. Esta solución también se conoce como preproceso, y determina la cantidad de información que se envía hacia el procesador central, lo que mejora su eficiencia. Las funciones típicas de preproceso pueden ser:
Exploración de periféricos para detectar cambios de estado.
Recepción de información de los periféricos.
Memorización de la información entrante.
Transmisión al procesador central de los dígitos recibidos.
Recepción de órdenes de tareas procedentes del procesador central.
Envío de información hacia los periféricos.
La distribución que define la configuración del sistema de control, puede ser de tres maneras:
Distribucion funcional. Cada procesador, duplicado por razones de seguridad o provisto de alguna otra forma de redundancia, realiza una función diferente. Cada procesador es una entidad funcional única y tiene un paquete de programas también único. Si un procesador falla y no es reemplazado, la función que desempeña en el sistema se pierde, a menos que se realice una reconfiguración funcional total.
Distribucion jerarquica. Cada procesador tiene su papel específico en una relación jerárquica con el resto de los procesadores. Un cuidadoso diseño de la central podría permitir reutilizar algunos tipos de procesadores, pero la tendencia es que cada procesador y su paquete de programas sean únicos. En el caso de falla de un procesador, si no se le reemplaza, todas las partes del sistema situadas por debajo en la jerarquía quedarán fuera de servicio.
Distribucion espacial. A cada procesador se le asigna una parte de la operación total de la central, por ejemplo, todas las funciones que corresponden a un grupo concreto de abonados. Un gran número de estos procesadores y paquetes serán idénticos, con la única diferencia de los datos que reciben para el proceso. Si uno de estos procesadores falla y no se reemplaza, solamente quedará fuera de servicio una parte de las funciones de la central o sufrirá una reducción aparente en su dimensionado.
Los sistemas actuales tienden a usar una o más de las formas de distribución anteriores. La forma, o la combinación de formas, utilizada determinará la eficiencia en el rendimiento del sistema.
Red de conexion en los sistemas de conmutacion digitales. Los conmutadores digitales no son simples matrices espaciales como en la conmutación analógica, sino que presentan arquitectura de conmutación tiempo-espacio-tiempo (TET). De aquí que, la función de la red de conexión sea soportar, mediante una o más etapas de conmutación de canales en el espacio y en el tiempo, el establecimiento de comunicaciones digitales a través de la central.
La necesidad de conmutación temporal así como de conmutación espacial se debe a que los sistemas de línea que se conectan en la periferia del conmutador no son circuitos individuales; normalmente son sistemas digitales de línea, ya sea de 2 Mbps (32 canales) o de 1,5 Mbps (24 canales).
Ya que un sistema digital de línea transporta 24 o 32 canales en forma multiplexada, el tren total de bits que transporta el sistema es creado intercalando muestras de 8 bits de cada uno de los canales constitutivos. Así el tren de bits de entrada a una central digital tiene la forma que ilustra la figura 60. Los primeros 8 bits forman el canal 0, o ranura (intervalo)de tiempo 0 (RT0); los siguientes 8 bits son el canal 1, o RT1; y así hasta el canal 23 o el canal 31, según se trate.
Fig 60. Estructura de trama de los sistemas digitales de línea: (a) Sistema europeo; (b) Sistema americano.
En general, no resulta adecuado conmutar espacialmente los sistemas digitales de línea, debido a que esto tendría el efecto de conmutar todos los 24 ó 32 canales individuales sobre el mismo sistema de línea de salida. En lugar de esto, se necesita poder conectar cualquier canal (RT) de un sistema digital de línea de entrada sobre cualquier canal de cualquiera de los demás sistemas de línea digitales que se conectan a la misma central. Para hacer esto, se necesita capacidad de conmutación en el tiempo para transferir canales entre ranuras de tiempo y capacidad de conmutación en el espacio para hacer posible la selección de diferentes sistemas de línea físicos de salida.
En un conmutador PCM, la información se transfiere mediante la apertura de compuertas de semiconductor, es decir, se hace que los diodos u otros semiconductores conduzcan corriente. Las compuertas se controlan mediante un procesador que las abre en el intervalo preciso que corresponde al grupo de bits de un canal particular de entrada, de manera que los bits se transfieren al canal de salida que se requiere. Los conmutadores PCM necesitan también un medio de conducción para transportar la información digital. Usualmente, se requiere que haya más de una vía con un medio físico a base de conductores. Las vías, según el diseño del conmutador, constituyen una matriz de conmutación con puntos de cruce de semiconductores y, por lo tanto, se trabaja con una forma de distribución en el espacio. Si se considera la necesidad de puntos de cruce en las vías PCM para la distribución de las "ranuras de tiempo", entre más vías existan es mayor la necesidad de puntos de cruce con compuertas.
En general, la red de conexión en una central digital realiza conmutación entre circuitos (buses) multiplexados en el tiempo. Para que haya conexión entre diferentes intervalos de tiempo en diferentes buses, se requiere tanto conmutación temporal como espacial, por medio de matrices de puntos cruzados. Una conexión a través de la red de conexión implica un intercambio de información entre un canal de entrada y un canal de salida. Este intercambio se logra mediante una cierta secuencia de conmutación temporal y espacial. Como una llamada normal está en progreso durante muchas tramas PCM (en el orden de un millón) esta secuencia deberá repetirse una vez por cada trama PCM durante toda la llamada. Esto requiere un cierto tipo de control cíclico, logrado por las memorias de control. La Figura 61 muestra un conmutador espacial con sus memorias de control.
Fig 61. Esquema de un conmutador espacial.
El conmutador espacial consiste en una matriz de puntos cruzados, n x n, donde los puntos de cruce individuales consisten en compuertas electrónicas digitales. A cada columna de punto de cruce se le asigna una columna de la memoria de control, la cual tiene tantas palabras F como intervalos de tiempo haya. Los valores usuales de F son desde 32 hasta 1024. Durante cada intervalo de tiempo, la matriz de puntos cruzados trabaja como una matriz normal dividida en espacios, con disponibilidad total entre los buses de entrada y los de salida, siendo los puntos de cruce controlados por ciertas celdas en la memoria de control. Justo en el cambio entre dos intervalos de tiempo, la memoria de control avanza un paso y durante el nuevo intervalo de tiempo se activa un conjunto completamente diferente de puntos de cruce. Esto continua en forma cíclica de F pasos. Este comportamiento dividido en el tiempo incrementa la utilización de los puntos de cruce en el orden de 32 a 1024 veces, en comparación con un conmutador normal por división en el espacio.
Fig 62. Esquema de un conmutador temporal.
El conmutador de tiempo (Figura 62) consiste en una memoria de voz (speech memory) y una memoria de control. La escritura de la información de los intervalos de tiempo de entrada en la memoria de voz, puede ser secuencial y es controlada por un contador, el cual asigna el intervalo de tiempo No. 1 a la celda No. 1, el No. 2 a la celda No. 2, etc.; mientras que la lectura de la memoria de voz es controlada por la memoria de control. Esta memoria tiene tantas celdas como intervalos de tiempo haya y durante cada intervalo de tiempo ordena la lectura de una celda específica en la memoria de voz. La diferencia de tiempo entre la escritura dentro de la memoria de voz y la lectura en ella constituye un retardo efectivo; ésto es, la conmutación en el tiempo.
Aunque la información en la memoria de control permanece inalterada, una secuencia de conmutación temporal y espacial se desarrolla cíclicamente, trama tras trama. Durante la conexión y desconexión de una llamada, esta información es manejada por el control central y el regional.
Organos internos del sistema de conmutacion digital. Además de los elementos fundamentales (interfaces, sistema de control y red de conexión), las centrales de conmutación digital incorporan una serie de elementos adicionales que realizan funciones diversas. Algunas de estas funciones son indispensables para el funcionamiento de la central o su integración en la red, y otras, auxiliares para la prestación de servicios o como apoyo al mantenimiento. Entre los primeros se encuentran los órganos de sincronización y generación de reloj horario, y los de señalización con otras centrales y con líneas de abonado. Entre los que realizan funciones auxiliares están los de pruebas de líneas y enlaces, los circuitos de conferencia múltiple y los órganos de conmutación de paquetes.
Receptores multifrecuencia. Mientras coexistan en la red telefónica sistemas de conmutación y terminales de abonado analógicos con sistemas digitales, éstos deberán estar dotados de órganos necesarios para poder intercambiar señalización de tipo multifrecuencia con aquellos. La señalización multifrecuencia consiste en combinaciones de dos frecuencias en la banda vocal tomadas de un conjunto de frecuencias características de cada sistema de señalización. Cada pareja de frecuencias representa una señal telefónica o un dígito marcado por el abonado. Los receptores multifrecuencia son los órganos de las centrales digitales que detectan y decodifican las señales multifrecuencias. Trabajan en combinación con los emisores multifrecuencia, constituyendo ambos lo que se denomina "Circuitos de Servicio". El funcionamiento de estos receptores se basa en una serie de filtros pasa banda, cada uno de ellos sintonizado a una de las frecuencias del sistema de señalización, seguidos por otros tantos detectores de umbral. Cuando se recibe la señal multifrecuencia, los dos filtros correspondientes dan una salida lo bastante elevada como para activar los correspondientes detectores. Un circuito de decodificación posterior traduce las señales de los detectores en la señal telefónica o de dígito recibida.
Emisores multifrecuencia. Generan las combinaciones de frecuencias utilizadas para la señalización entre centrales. La generación de señales multifrecuencia en las centrales de conmutación digital se realiza por procedimientos digitales. El emisor multifrecuencia genera contínuamente las muestras correspondientes a todas las combinaciones de frecuencias del sistema de señalización de que se trate. Las muestras correspondientes a cada pareja de frecuencias son insertadas en un canal de una vía PCM y enviadas a la red de conexión u otro elemento de conmutación. Cuando es necesario el envío de una señal multifrecuencia a través de un enlace, éste se conecta bajo orden del control de la señalización, al canal correspondiente a la señal a enviar.
Generador de tonos. Los tonos son señales de audiofrecuencia que la central envía al abonado para informarle del progreso en el establecimiento de la llamada o durante el uso, activación, verificación y desactivación de un servicio suplementario. En general, las centrales envían tonos tanto a sus propios abonados como a abonados pertenecientes a otras centrales cuando intentan establecer comunicación con los abonados propios. En el primer caso, los tonos se envían desde el circuito de línea o desde los circuitos de servicio; en el segundo, se envían desde los enlaces. Los tonos se distribuyen a los generadores de la central a través de un sistema de distribución independiente de la red de conexión y duplicado por razones de seguridad. El envío de un tono se realiza conectando el canal por el que se recibe con la línea o enlace por el que debe emitirse.
Organos de temporizacion y sincronizacion. Las señales digitales que fluyen a través de los sistemas de transmisión y conmutación digitales son síncronas; es decir, están intercaladas a un ritmo fijo que permite recuperar la información que transportan y llevar a cabo los procesos de conmutación y transmisión sin alterar la secuencia de bits. Este sincronismo debe mantenerse en toda la red digital. De ello se encarga el sistema de sincronización de la red, mediante la transferencia de referencias de tiempo entre las centrales. Las referencias de tiempo se generan en los órganos de temporización de las centrales. Los órganos de sincronización se encargan de establecer y mantener el sincronismo con la red. Ambos órganos están muy relacionados, constituyendo un conjunto que suele denominarse "sistema de reloj de la central", el cual está constituído por tres partes principales: la referencias de sincronización, el generador de la señal de reloj y la distribución de la señal de reloj. En un apartado posterior se trata en mayor profundidad el tema de la sincronización.
Organos de prueba de lineas. La realización de pruebas automáticas en las líneas de abonado se basa en medidas eléctricas, tanto del bucle de abonado como del circuito de línea. Las pruebas se realizan bajo el control del software de mantenimiento de la central el cual, basado en indicaciones recibidas de los mecanismos de supervisión o en órdenes del operador, lleva a cabo las siguientes tareas: ordena la realización de una o varias medidas, efectúa el diagnóstico por comparación de los resultados con unos umbrales prefijados, ordena acciones de reconfiguración, si procede, e informa al operador. La orden de realización de las medidas afecta, tanto al control de circuito de línea implicado, como al órgano de prueba de líneas, los cuales coordinarán sus acciones para llevarlas a cabo. Cada medida implicará, en general, las siguientes acciones: acceso a la línea, realización de la medida, evaluación del resultado e informe a programas de mantenimiento, correspondiendo las tres últimas, generalmente, al órgano de pruebas de líneas.
Organos de prueba de enlaces. De acuerdo con su diferente principio de funcionamiento y constitución física, son diferentes las pruebas a llevar a cabo en enlaces analógicos y digitales para supervisar su funcionamiento y localizar averías. Por lo tanto, los son también los órganos que incorporan las centrales digitales para la realización automática de pruebas. Así, mientras que en los enlaces analógicos se obtiene una buena indicación de la calidad de transmisión mediante la medida de atenuación, respuesta en frecuencia y ruido, el correspondiente parámetro en enlaces digitales es la tasa de bits erróneos.
Desde un punto de vista operacional, un sistema de conmutación digital, tal como se muestra en la figura 63, está constituído básicamente por un terminal de línea, un terminal de central, el conmutador digital y los controles regionales y centrales.
Fig 63. Componentes principales de una central digital.
Los terminales de línea desempeñan funciones de línea de transmisión, así como de alimentación de energía y regeneración. Funcionalmente pertenecen al sistema de transmisión PCM.
El terminal de central tiene como propósito ordenar los intervalos de tiempo, provenientes de distintos multiplexores PCM, en fase con los intervalos de tiempo de la central. Esto se realiza mediante la amortiguación (buffer) y utilización de nuevo reloj. Con el fin de optimizar la red de conmutación, se realiza frecuentemente conversión serial/en paralelo y multiplexión de varios sistemas MIC. Si, por ejemplo, ocho sistemas PCM son multiplexados y transmitidos en paralelo en un bus de 8 hilos, la frecuencia original, 2.048 Mb/s, se conserva en cada hilo; sin embargo, el bus transmite 256 kbps. Los puntos cruzados divididos en el tiempo en la red de conmutación son usados más eficientemente.
El control del selector de grupo se lleva a cabo con algún tipo de sistema procesador. Como el proceso telefónico es el mismo, sea la red de conmutación digital o analógica, el control de un selector de grupo digital no difiere significativamente del control de un selector de grupo semielectrónico. Consecuentemente, se utilizan técnicas normales CPA (control por programa almacenado; Stored program control, SPC), donde el control regional se encarga de las funciones frecuentes y simples mientras que el control central se encarga de las funciones más complejas.
El conmutador digital realiza conmutación entre los buses multiplexados en el tiempo. Consiste en componentes digitales, electrónicos. El uso de éstos componentes multiplexados en el tiempo, combinado con su costo moderado, permite realizaciones prácticas sin ningún o con muy poco bloqueo interno. Como cualquier forma de conmutación por división en el tiempo es una función de un solo sentido, para suministrar un único circuito bidireccional de voz a través de un conmutador digital, hay que introducir dos canales, uno para cada sentido de transmisión. Por lo tanto, los componentes digitales de transmisión unidireccional, es decir simplex, requieren dos trayectos distintas a través de la red para obtener una conexión bidireccional, dúplex.
Aunque existen dos maneras básicas para integrar la distribución en el espacio a un conmutador PCM por distribución en el tiempo, las cuales se conocen como "temporal-espacial-temporal" y "espacial-temporal-espacial", en esta introducción teórica se considerará solamente la estructura T-E-T, ya que es la más utilizada en los sistemas comerciales.
En la configuración temporal-espacial-temporal, se requiere una memoria en cada puerto de entrada; las memorias deben ser lo suficientemente grandes como para recibir a todos los usuarios simultáneamente. Un procesador con memoria controla el almacenamiento y el envío a la matriz espacial de cada intervalo de tiempo, así como el cierre de las compuertas apropiadas en el intervalo correcto. La distribución propiamente dicha se lleva a cabo en la matriz. En las salidas de esta matriz se reconstituye cada vía de salida digital con la ayuda de memorias transitorias, que controla un procesador, mediante almacenamiento y envío. En la figura 64 se ilustra un conmutador PCM temporal-espacial-temporal básico (T-E-T).
Fig 64. Arreglo temporal-espacial-temporal en una central digital.
En esta figura, la estructura T-E-T tiene tres buses de entrada y tres buses de salida, cada uno conteniendo a su vez 32 intervalos de tiempo. En la práctica, los números de intervalos de tiempo son mayores, por ejemplo 216 ó 512, logrados después de la multiplexión y de la conversión serial/en paralelo en el terminal de central, pero esto no influye en el principio de funcionamiento ni en el conmutador. Las cifras más altas tienen que ver con la capacidad requerida y la optimización del costo del conmutador.
Para explicar el funcionamiento del conmutador T-E-T, se supone que el sistema de control ordena una conexión entre la entrada A, intervalo de tiempo de entrada asignado No. 2, y el bus entrante No. 1; así como entre el bus saliente No. 3 y la salida B, intervalo de tiempo de salida asignado No. 31.
Para realizar esto, se necesita encontrar un trayecto libre a través de la red, lo que implica la búsqueda de un intervalo de tiempo interno que esté desocupado, tanto en el lado de entrada A como en el lado de salida B de la matriz espacial. Esta búsqueda es realizada por el control central. Al hallar el primer intervalo de tiempo interno vacante, por ejemplo el No. 7, este número y las direcciones requeridas (2, 31 y 1), se envían a las memorias de control MC-A, MC-B, MC-C. Las direcciones se almacenan en la celda No. 7 de estas memorias (CM´s = Control Memories).
La palabra PCM A se escribe en la celda No. 2 de la MV-A (memoria de voz A)(SM-A = Speech Memory A) durante el intervalo de tiempo de entrada No. 2. Se almacena allí hasta que llega el intervalo de tiempo interno No. 7. Como los números de intervalos de tiempo de entrada probablemente no coincidan con los números de intervalos de tiempo internos, este tiempo de almacenamiento puede ser cualquiera, desde 0 hasta 31 intervalos de tiempo. Durante el intervalo de tiempo interno No. 7, la dirección hacia la celda No. 2 se envía desde la MC-A y la palabra PCM es leída hacia la matriz espacial. Simultáneamente, la dirección al punto de cruce apropiado (No. 1) en esta matriz, se envía desde la MC-C y la palabra PCM es conmutada hacia la MV-B requerida. Finalmente, cuando llega el intervalo de tiempo No. 31, la palabra PCM se envía hacia B.
Esta secuencia, que se repite cada trama, crea un trayecto desde A hacia B. Sin embargo, no existe transmisión desde B hacia A. Para lograr esto, se puede hacer uso de dos métodos. Ya sea que el segundo trayecto se establezca completamente independiente del primero o que ambos trayectos se establezcan en coordinación. El primer método ofrece un sistema más flexible mientras que el segundo hace posible ahorrar circuitos (hardware) debido al comportamiento simétrico del conmutador. Con el segundo método, la búsqueda de los dos trayectos es una sola, mientras que el primero requiere dos búsquedas por separado.
Una manera especial de controlar los dos trayectos, el de ida y el de vuelta, es el método antifase. Si se encuentra un trayecto libre de A hacia B, durante un cierto intervalo de tiempo, el trayecto de regreso está garantizado media trama más tarde. Al aplicarlo a este ejemplo, se obtiene el trayecto de ida durante el intervalo de tiempo No. 7 y el trayecto de regreso durante el intervalo de tiempo (7+32/2) = 23. El método se combina con una reducción de la memoria de control. En realidad, la memoria de control no tiene la misma información en dos intervalos de tiempo separados. Para ahorrar en la memoria de control, el método antifase toma ventaja de la dirección que siempre está desplazada media trama.
Para desconectar la llamada, el control central ordena que se borre la palabra apropiada en las memorias de control. El bloqueo creado por la red T-E-T dependerá de que pueda hallarse un par de intervalos de tiempo vacantes para la transmisión entre los dos conmutadores temporales.
En las centrales digitales, es costumbre dar una consideración especial a las etapas de concentración, ya que la mayoría de ellas utilizan sistemas PCM entre los concentradores y sus etapas digitales de conmutación de grupo.
En una central digital, la función de la etapa de concentración es interconectar las líneas abonadas con el subsistema conmutador principal en la central, la etapa digital o la etapa conmutadora de grupo. Por cada 1000 líneas de una central, lo más probable es que no se encuentren más de 100 llamando en cada momento, incluso en las horas pico. Por lo tanto, sería un derroche proporcionar tanto equipo conmutador como para que todos los abonados de la central pudieran hablar al mismo tiempo. Se debe proyectar cuidadosamente la etapa de concentración para procurar el grado de servicio requerido con la mayor economía posible.
Ya que las líneas comerciales se utilizan mucho más que las de los domicilios particulares, no es posible concentrarlas de la misma manera que a estas últimas, en donde los empalmes con otras centrales no se encuentran concentrados (cada línea y circuito de empalme tiene siempre un acceso directo al conmutador de grupo).
El principio de concentración de las líneas de los abonados, seguida de la conmutación y de un camino inverso a través del concentrador, que sale hacia el abonado que se solicita, no es exclusivo de las centrales digitales. Las centrales paso a paso y de barras cruzadas utilizan también el mismo tipo de filosofía de conmutación.
En algunas marcas de centrales, la matriz de la etapa de concentración es completamente diferente en diseño y tecnología de la de las etapas de conmutación de grupo. Algunas marcas de centrales digitales han utilizado conmutadores analógicos de división de espacio en sus etapas de concentración, con objeto de reducir los costos totales.
Con el empleo de conmutadores digitales se obtiene una mayor velocidad de operación, mayor confiabilidad y menor tamaño. Al mismo tiempo, disminuyen los costos de instalación, operación y mantenimiento; la reconfiguración y la expansión del sistema es más simplificada, y se aprovechan los medios de transmisión digitales existentes no sólo para el envío de señales de voz, sino también para transmisión de datos, ya que ahora ambas se pueden trabajar como señales digitales.
Adicionalmente, estos equipos de conmutación pueden evolucionar para suministrar servicios nuevos que los abonados comienzan a pedir; poseen menos puntos de cruce equivalentes para un número dado de líneas y troncales que en las analógicas; poseen más circuitería común (módulos comunes) y su accesibilidad es completa (esencialmente, no presenta bloqueo).
En resumen, las funciones esenciales de un conmutador digital son las siguientes:
Aparte de las funciones generales inherentes también a los sistemas de conmutación analógica, tales como la interconexión, el control, la señalización con los terminales de abonado y con otras centrales y la explotación económica de la red, los sistemas digitales deben realizar además las funciones de sincronización y temporización, las cuales son básicas, pero particulares de este tipo de sistema de conmutación.