第2章数字交换和数字交换网络

第2章数字交换和数字交换网络§2.1数字交换网络一、数字交换电话交换系统的任务就是在各条用户线之间、用户线和中继线之间或中继线与中继线之间建立起语音信号临时通道（接续）。这一工作是由交换网络最后完成的。交换网络可以说是交换系统中占用设备最多也是最为复杂的设备。交换网络是能实现各个用户间话路接续的四通八达的信息通路,它应该能够根据用户的要求，通过控制部分的接续命令，建立主叫与被叫用户间的连接通路。在程控交换机中,目前主要采用由电子开关阵列构成的空分接线器（S接线器）和由存储器等电路构成的时分接线器（T接线器）。二、时隙交换网络多路复用：是指在同一个信道上同时传输多路信号而互不干扰的一种技术。最常用的多路复用方式：频分复用（FDM）时分复用（TDM）码分复用（CDM）传输系统旋转开关112233低通x2(t)低通x1(t)x3(t)低通低通x2(t)低通x1(t)x3(t)低通三、PCM30/32路系统的帧结构对于多路数字电话系统，国际上有两种标准化制式，即PCM30/32路制式（E体系）和PCM24路制式（T体系）。我国规定采用的是PCM30/32路制式，一帧共有32个时隙，可以传送30路电话，即复用的路数n=32路，其中话路数为30。抽样频率为8kHz，则抽样周期125μs。每个时隙占125us/32=3.9μs。32个时隙构成一个“帧”，16帧合成一个“复帧”，一个复帧占125μs*16=2ms。(1)时隙分配。在PCM30/32路的制式中，抽样周期为1/8000=125μs，它被称为一个帧周期，即125μs为一帧。一帧内要时分复用32路，每路占用的时隙为125/32=3.9μs，称为一个时隙。因此一帧有32个时隙，按顺序编号为TS0、TS1、……、TS31。①TS1~TS15,TS17~TS31为30个话路时隙。②TS0为帧同步码，监视码时隙。③TS16为信令(振铃、占线、摘机……等各种标志信号)时隙。(2)话路比特的安排。每个话路时隙内要将样值编为8位二元码，每个码元占3.9μs/8=488ns，称为一比特，编号为1~8。第1比特为极性码，第2~4比特为段落码，第5~8比特为段内码。(3)TS0时隙比特分配。为了使收发两端严格同步，每帧都要传送一组特定标志的帧同步码组或监视码组。帧同步码组为“0011011”，占用偶帧TS0的第2~8码位。第1比特供国际通信用，不使用时发送“1”码。奇帧比特分配为第3位为帧失步告警用，以A1表示。同步时送“0”码，失步时送“1”码。为避免奇帧TS0的第2~8码位出现假同步码组，第2位码规定为监视码，固定为“1”，第4~8位码为国内通信用，目前暂定为“1”。(4)TS16时隙的比特分配。若将TS16时隙的码位按时间顺序分配给各话路传送信令，需要用16帧组成一个复帧，分别用F0、F1、……F15表示，复帧周期为2ms，复帧频率为500Hz。复帧中各子帧的TS16①F0帧：1~4码位传送复帧同步信号“0000”；第6码位传送复帧失步对局告警信号A2，同步为“0”，失步为“1”。5、7、8码位传送“1”码。②F1~F15各帧的TS16前4比特传1~15话路信令信号，后4比特传16~30话路的信令信号。§2.2T型时分接线器一、T接线器的基本组成时分接线器的功能是完成一条PCM复用线上各时隙间信息的交换。组成：话音存储器（SpeechMemory）控制存储器（ControlMemory）话音存储器(SM)是用来暂时存储话音脉码信息的，故又称“缓冲存储器”。控制存储器（CM）是用来寄存话音时隙地址的，故又称“地址存储器”。类型：按工作方式分类顺序写入，控制读出控制写入，顺序读出“顺序”指按话音存储器地址的顺序。“控制”指按控制存储器中已规定的内容来读或写话音存储器。二、T接线器的工作原理1.读出控制方式顺序写入、控制读出（输出控制）的T接线器的结构示意图2.写入控制方式控制写入、顺序读出（输入控制）的T接线器的结构示意图思考：A.若话音存储器有32个单元，采用控制写入，顺序读出方式，现在要求把输入复用线上TS10信息A交换到输出复用线TS7上去，试在“？“处填入相应的符号。B.SM与CM存储单元数相同吗？由谁决定？C.SM的每个单元位数由谁决定？CM的每个单元位数由谁决定？PCM30/32中？D.T接续器工作时，话音脉冲有时延吗？3.话音存储器与控制存储器话音存储器用来暂时存放数字编码的话音信息，（SM单元的个数与每个单元大小）话音存储器大小与入复用线（或出复用线）上的时隙数相关，如果一条入复用线（或出复用线）上有n个时隙，那么话音存储器相对应必须有n个单元，由于每个时隙上传输的是8位编码，因此话音存储器每个单元的大小也应该是8位。例如一个时间接线器它的入复用线（或出复用线）上的时隙数为32，那么该接线器的SM有32个存储单元，每个单元的大小为8比特，话音存储器的容量为32×8比特。控制存储器用来控制话音存储器的读或写，它存放的内容是话音存储器在当前时隙内应该写入或读出的地址。控制存储器与话音存储器的单元个数相等（等于每线复用的时隙数）（CM单元个数与内容）每个CM单元的大小与话音存储器的单元数目n（时隙数）有关系，设控制存储器每个单元大小为c比特，那么c至少应该满足条件2c=n，才能控制寻址到话音存储器的所有单元。假设一条输入或输出复用线上的时隙数为32，那么话音存储器就应具有32个单元，控制存储器也具有32个单元，且每个CM单元大小为5比特，控制存储器的容量就应该为32×5比特。经过时间接线器交换的信息存在着时延，时延最好的情况是入复用线上第i个时隙的信息要交换到出复用线第i+1个时隙（只经过1个时隙的时延）；时延最坏的情况是入复用线上第i个时隙的信息要交换到出复用线上第i-1个时隙，那么从入复用线上来的第i个时隙的信息将会存储在话音存储器中，直到下一帧第i-1个时隙到来时，才从出复用线上输出，其时延为n-1个时隙的时间（n为1帧的时隙数）。§2.3空分接线器（spaceswitch）一、S型时分接线器的基本组成可简称为S接线器，完成不同PCM复用线之间的交换，而不改变时隙的位置（指在帧内的时隙序号），主要用于同步时分复用信号的交换。1.组成交叉矩阵（交叉点阵）控制存储器2.类型：两种工作方式对应两种类型输入控制：控制存储器对交叉矩阵的入线进行控制，一条入线配一个控制存储器。输出控制：控制存储器对交叉矩阵的出线进行控制，一条出线配一个控制存储器。交叉阵列/开关阵列交换单元完成的最基本的功能就是交换。在交换单元内部，要把某条入线上的信息交换到某条出线上去，最简单最直接的方法就是把该入线与该出线在需要的时候直接连接起来。为了做到在需要的时候直接将入线和出线连接起来，人们自然会想到在入线与出线之间加上一个开关，开关接通，则入线与出线连接；开关断开，则入线与出线连接断开。如此构成的交换单元的内部就是一个由大量开关组成的阵列，因此，我们把这样的交换单元称为开关阵列。二、S型时分接线器的工作原理1.输出控制方式入线上有几个时隙，控制存储器就有几个存储单元。存储单元的地址码与时隙号一一对应。存储单元的内容表示该时隙应接通的出线号。2.输入控制方式S接线器应该有多少个控制器？每个控制器多少个单元，每个单元大小由谁决定？假设每条复用线上一帧有n个时隙，那么每个控制存储器就应该具有n个单元。假设每个CM单元的比特数为m，则m应该满足2^m=N（N为入线数或出线数）。例如一个4×4的空间接线器，有4条输入复用线与4条输出复用线，每条入线与出线复用了32个时隙，那么需要4个（N个）控制存储器，且每个控制存储器有32个单元（每线复用时隙数），每个CM单元的大小为2bit（m比特）。§2.4数字交换网络在大型程控交换机中，数字交换网络的容量比较大，只靠T接线器或者S接线器是不能实现的。必须将它们结合起来，才能达到要求。下面举两个三级组合的例子，来看看如何利用T接线器和S接线器组合成大容量的数字交换网络。2.4.1T-S-T型时分交换网络假设HW1上TS2与HW3上TS31存在信息交换，注意这是两个方向上的信息交换：A→B与B→A方向。（1）（A→B，选择内部时隙）：在中间级S接线器上应选择一个对其入线0与出线31都空闲的内部时隙进行A→B方向的信息交换，假设这个内部时隙为TS7。（2）（A→B，通路建立）：那么第1级与复用线0相连的T接线器的工作目的就非常明显了，它的工作是要将复用线1上TS2来的信息交换到内部时隙TS7上去，为此在它的CMA中的7号单元中写入2；当内部时隙TS7到来的时候，中间级S接线器完成该信息从复用线1交换到复用线3，为此在S接线器中CMC1中的7号单元写入3；最后由第3级T接线器完成复用线3上由内部时隙TS7到最终输出时隙TS31上的信息交换，为此在CMB3中的7号单元写入31；（3）（A→B，话音传输）第1级（T接线器）：复用线0（输入端口0）的TS2到来时，TS2上信息A按顺序写入复用线1对应的第1级T接线器（输出控制）SMA1的2号单元。当TS7时隙到来时，从CMA1中的7号个单元读出数据2，即将SMA1中的2号单元信息A放到内部时隙TS5上去；第2级（S接线器）中间级S接线器（输入控制）从CMC1中的7号单元读出数据3，打开入复用线1与出复用线3之间的开关，完成不同复用线上相同内部时隙TS7的信息交换；第3级（T接线器）：复用线3对应的最后一级T接线器（输入控制）从CMB3中的7号单元读出数据31，把TS7上来的信息A写入SMB3的31号单元中；最后当复用线3的TS31到来的时候，从SMB3的31号单元中顺序读出信息a输出。完成A→B方向上的信息交换。（4）（B→A，通路建立）：B→A方向的路由选择通常采用“反相法”。所谓反相法就是A→B方向的内部时隙选定为时隙i，则B→A所用的内部时隙序号j由下式决定：j=i+n/2式中n为交换网络中的内部时隙总数。本例中给出的TST网络的内部时隙总数为32，当A→B方向选用内部时隙TS7时，B→A方向的内部时隙就采用7＋32/2＝23时隙。思考：若A用户占用复用线0的TS2时隙，B用户占用复用线31的TS31时隙，现AB两用户要进行通信，假设A至B的内部空闲时隙选为TS5，试叙述其工作过程。2.4.2S-T-S交换网络