전자교환기

3. 특징

기존의 크로스바 교환기는 기계적인 접점과 계전기 등을 사용하여 교환 속도 향상과 장비 소형화에 한계가 있었다. 이러한 단점을 극복하고자 트랜지스터와 같은 전자 부품과 소프트웨어 제어 방식을 도입한 것이 전자교환기이다.

전자교환기는 크로스바 교환기와 비교하여 다음과 같은 주요 장점을 가진다.

• 축적 프로그램 제어 도입: 소프트웨어 변경만으로 새로운 서비스를 쉽고 빠르게 추가하거나 기능을 개선할 수 있게 되었다.
• 고속화 및 소형화: 전자 회로와 집적 회로(IC)를 사용하여 제어 속도가 빨라지고 장비 크기가 대폭 작아졌다. 예를 들어 일본의 D10형 전자교환기는 기존 크로스바 교환기 대비 설치 면적을 크게 줄였다.^[6]

3. 1. 기술적 특징

• 축적 프로그램 제어: 교환기의 동작을 소프트웨어 프로그램으로 제어하는 방식을 채택했다. 이를 통해 새로운 서비스를 추가하거나 기존 기능을 변경하는 것이 용이해졌으며, 저렴한 비용으로 단기간에 다양한 서비스를 구현할 수 있게 되었다.
• 고속 제어 동작: 전자 회로를 기반으로 제어함으로써 기계식 접점을 사용하던 교환기에 비해 제어 동작 속도가 매우 빨라졌다.
• 소형화 및 집적화: 집적 회로(IC)를 적극적으로 사용하여 제어 장치의 크기를 크게 줄였다. 예를 들어, 일본 히타치의 D10형 전자교환기는 이전 세대인 C400형 크로스바 교환기보다 설치에 필요한 바닥 면적을 1/3 이하로 축소했다.^[6]
• 높은 신뢰성: 개발 초기부터 부품의 신뢰성 확보에 중점을 두었다. 일본의 D10형 개발 이전 단계인 DEX2 계획에서는 반도체 부품에 대해 당시 NASA의 기준보다 훨씬 엄격한 신뢰성 시험(수십 G의 가속도 시험, 끓는 물 시험 등)을 요구했다. 이는 결과적으로 일본 반도체 산업의 신뢰성을 크게 향상시키는 계기가 되었다.^[7]
• 공간 분할 통화로: 통화로 제어 방식으로는 주로 공간 분할(Space Division) 방식을 사용했다. 이는 하나의 통화 채널(통화로)을 하나의 통화가 점유하는 방식으로, 크로스바 교환기와 유사한 원리이다. 통화로 스위치를 여러 단계로 구성(다단 구성)하여 많은 수의 회선을 효율적으로 접속할 수 있도록 설계되었다. 통화로 스위치로는 초기에는 소형 크로스바 스위치가 사용되었으나, 이후에는 접점이 밀봉된 다접점 봉지형 스위치(Sealed Multi-Contact Matrix)가 사용되어 신뢰성을 높였다.
• 가입자 회선 기능 공유 (BORSCHT): 가입자 회선을 교환기에 접속하는 데 필요한 여러 기능(전화기 전원 공급(Battery feed), 과전압 보호(Overvoltage protection), 호출 신호 전송(Ringing), 회선 상태 감시(Supervision), 아날로그-디지털 신호 변환(Codec), 2선-4선 변환(Hybrid), 회선 시험(Test) 등)을 모은 기능 블록(BORSCHT)^[8]을 여러 가입자 회선이 공유하도록 하여 설비 구성의 경제성과 공간 효율성을 높였다.

3. 2. 소프트웨어 개발

4. 종류 및 방식

전자교환기는 작동 방식에 따라 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 이는 기존 크로스바 교환기가 가진 기계적인 접점과 부품 사용에 따른 교환 속도 및 소형화의 한계를 극복하기 위해 트랜지스터와 같은 전자 부품을 사용하면서 연구 개발된 결과이다.

첫 번째는 반전자 교환 방식이다. 이 방식은 교환기의 핵심 제어 장치(마커, 레지스터 등)는 전자화하여 성능을 개선했지만, 실제 통화로를 연결하는 접속기 부분은 크로스바 스위치나 리드 스위치 같은 기계적인 접점을 그대로 사용하는 방식이다.

두 번째는 전전자 교환 방식이다. 이 방식은 제어 장치뿐만 아니라 접속기, 축적 장치 등 교환기의 모든 주요 구성 요소를 전자화한 방식이다. 전전자 교환 방식은 통화로를 구성하는 방법에 따라 다시 몇 가지 세부 방식으로 나뉜다.

4. 1. 반전자 교환 방식

4. 2. 전전자 교환 방식

• 공간분할방식: 이전의 교환 방식과 유사하게, 각 통화마다 별도의 물리적인 통화 경로(통화로)를 할당하여 연결하는 방식이다. 원리는 비교적 단순하지만, 동시에 이루어지는 통화의 수만큼 통화로나 스위치가 필요하다는 특징이 있다.
• 시분할방식: 하나의 전송로를 아주 짧은 시간 간격으로 나누어 여러 개의 통화를 번갈아 전송함으로써 동시에 처리하는 방식이다. 이는 다중통신 기술을 교환기에 적용한 것으로, 전전자 교환 방식에서 실현 가능성이 높아졌다. 이 방식에서는 통화로에 일정한 주기로 펄스 전류를 흐르게 하여 통화 신호를 보낸다. 예를 들어, 125 마이크로초(8kHz에 해당)의 주기로 각 통화에 2.5 마이크로초의 시간 간격을 할당하면, 이론적으로 하나의 통화로에서 50개의 통화(125 ÷ 2.5 = 50)를 동시에 처리할 수 있다. 통화 신호를 펄스에 싣는 데는 펄스진폭변조방식(PAM) 등이 사용된다.
• 주파수분할방식: 하나의 전송로를 여러 개의 다른 주파수 대역으로 나누어, 각 주파수 대역에 서로 다른 통화를 할당하여 동시에 전송하는 방식이다.

5. 제어 방식

전자교환기의 제어 방식은 통신망의 효율적인 운영과 다양한 서비스 제공을 위해 발전해왔다. 주요 구성 요소로는 교환기의 두뇌 역할을 하는 중앙 처리 부분, 가입자와 교환기 또는 교환기 간의 신호를 연결하는 입출력 부분, 그리고 교환기 간 제어 신호를 효율적으로 전달하는 공통선 신호 방식 등이 있다. 이러한 제어 방식의 발전은 통신 서비스의 품질 향상과 기능 확장에 기여했다.

5. 1. 중앙 처리

5. 2. 입출력

5. 3. 공통선 신호 방식

6. 대한민국에서의 교환기 형식

대한민국에서는 다양한 종류의 전자교환기가 운용되었다. 초기에는 외국에서 개발된 기종을 도입하여 사용했으며, 이후 자체 기술로 개발한 교환기를 보급하여 통신망 발전에 기여했다.

주요 운용 교환기 형식은 다음과 같다.

• 외국 도입 기종: AXE-10, 5ESS 등이 대표적이다.
• 국내 개발 기종: 대한민국 내에서 자체 개발된 TDX 시리즈가 있으며, 초기 모델인 TDX-1A, TDX-1B와 개량 모델인 TDX-10A, TDX-100 등이 운용되었다.
• D형 교환기: 용도에 따라 다음과 같이 분류되어 사용되었다.

7. 개발자

에이모스 E. 조엘 주니어

참조

_[1] 서적 The Electronic Switching System https://archive.org/[...] Bell Telephone Laboratories, Incorporated 1960-04
_[2] 웹사이트 Goodbye to the hello girls: Automating the telephone exchange | Science Museum https://www.sciencem[...]
_[3] 서적 A Short History of Circuits and Systems: From Green, Mobile, Pervasive Networking to Big Data Computing https://ieee-cas.org[...] IEEE Circuits and Systems Society 2016
_[4] 서적 The Communications Handbook CRC Press 2018-10-08
_[5] 웹사이트 ディジタル化完了 NTT情報通信用語集 http://www.ntt-revie[...]
_[6] 간행물 D10形電子交換機の方式概観 https://www.hitachih[...] 日立評論 1972-11
_[7] 서적 NHKスペシャル『電子立国日本の自叙伝』完結巻 日本放送出版協会 1992
_[8] 웹사이트 加入者回路 https://hct.lab.gvm-[...] NTT技術史料館 2023-09-15