16第三章 程控交换机的硬件系统

第1页天津工业大学电子与信息工程学院通信系第三章程控交换机的硬件系统3.2数字交换原理与数字交换网络一、语音信号的数字化和时分多路通信1、语音信号的数字化目前，我国公用电话交换网中，只有一段模拟线路—端局至用户。在交换机内部，交换机与交换机之间，传送和处理的都是数字信号，因此端局的用户线接口电路必须具有A/D、D/A功能。A/D就是语音信号的数字化，包括抽样、量化和编码三个步骤。第2页天津工业大学电子与信息工程学院通信系抽样频率：8000Hz，采样周期：125us，抽样值是8位编码，我国和欧洲采用A律压扩，北美和日本采用μ律压扩，语音信号速率：64Kbit/s（程控交换的基本交换单位）。2、时分多路通信（1）多路复用①频分复用②时分复用第3页天津工业大学电子与信息工程学院通信系TTT…12N…12N…12N…ftT=125us，N=32这就是PCM30/32路系统。（2）PCM时隙和帧时隙：在T时间内，一路数字话音信号在信道上的传输时间称为一个时隙。帧：N个时隙组成的数字码流称为一帧。第4页天津工业大学电子与信息工程学院通信系对于PCM30/32路系统：码流速率：2.048Mbit/s，工程上称为2M时隙时长：3.9us32个时隙编号为：TS0—TS31位时长：488ns帧时长：125usPCM30/32路系统信号称为E1信号，PCM24系统信号称为T1信号，如两系统互连，接口设备由PCM24路系统提供。PCM30/32路帧结构在信令系统一章介绍。第5页天津工业大学电子与信息工程学院通信系二、数字交换的基本概念和基本接线器1、数字交换的基本概念（1）交换网络一个交换网络由若干条入线和若干条出线组成，其功能是将某条入线上的信号，交换到某条出线上去。按其交换方式，可分为空分（模拟）交换网络和时分（数字）交换网络。第6页天津工业大学电子与信息工程学院通信系①空分（模拟）交换网络入线1A入线3入线N出线1出线2出线3出线N入线2第7页天津工业大学电子与信息工程学院通信系②时分（数字）交换网络如每条入线和出线都是PCM复用线，并且任一条入线上的任一入时隙都可交换到任一条出线上任一出时隙，这个交换网络就是数字交换网络。入线1入线3入线N出线1入线2出线2出线3出线NTS9TS3TS8TS1第8页天津工业大学电子与信息工程学院通信系③基本交换过程第9页天津工业大学电子与信息工程学院通信系交换网络译码器编码器TS0译码器编码器TS1译码器编码器TS31编码器译码器TS0编码器译码器TS1编码器译码器TS31HW0HW5HW0`HW5`假设数字交换网络有6条入线和6条出线，每条入线和出线都是PCM复用线。有32个用户电路，用户电路中的编码器将语音信号数字化后，分别插入TS0-TS31送入交换网络的入线中去。第10页天津工业大学电子与信息工程学院通信系交换网络译码器编码器TS0译码器编码器TS1译码器编码器TS31编码器译码器TS0编码器译码器TS1编码器译码器TS31HW0HW5HW0`HW5`经数字交换网络交换后的数字语音，由数字交换网络的出线送入32个用户电路的译码器，还原出模拟语音。（每个用户电路的译码器只对自己对应的时隙进行译码）第11页天津工业大学电子与信息工程学院通信系交换网络译码器编码器TS0译码器编码器TS1译码器编码器TS31编码器译码器TS0编码器译码器TS1编码器译码器TS31AATS31ATS1ABBTS31BTS1BHW0HW5HW0`HW5`第12页天津工业大学电子与信息工程学院通信系HW：华为公司定义的32路PCM复用线，HighWay，意为高速通路。上行通路：从用户电路进入交换网络的通路。下行通路：从交换网络进入用户电路的通路。2、时间（T）接线器时间接线器就是数字交换网络，它的功能就是完成PCM复用线时隙的交换。（1）T接线器的组成T接线器主要由话音存储器（SM）、控制存储器（CM）以及必要的接口电路组成。第13页天津工业大学电子与信息工程学院通信系话音存储器：用于存放话音信号的PCM编码，容量等于PCM复用度（32），单元字长为8位。控制存储器：存放处理机的控制命令，单元内容为话音存储器的地址，等于PCM复用度（32），单元字长大于或等于5位。012331CLKW/RR/WCCM012331CLKRWCPUCCM话音入话音出第14页天津工业大学电子与信息工程学院通信系（2）T接线器的工作方式和工作原理T接线器有2种工作方式，即输出控制方式和输入控制方式。输入：将话音信号写入SM的过程输出：将话音信号从SM读出的过程①输出控制方式输出控制，就是控制读出，也把这种控制方式称为顺序写入控制读出方式。下面以TS6→TS20为例说明输出控制的工作原理。第15页天津工业大学电子与信息工程学院通信系012631CLKWR0122031CLKRWCPUTS0ATS6TS31X0X1X1AX316在TS20时刻6TS0ATS20TS31A第16页天津工业大学电子与信息工程学院通信系①输入控制方式输入控制，就是控制写入，也把这种控制方式称为控制写入顺序读出方式。下面还以TS6→TS20为例说明输出控制的工作原理。第17页天津工业大学电子与信息工程学院通信系0122031CLKRW012631CLKRWCPUTS0ATS6TS31X0X1X1X3120在TS6时刻20TS0ATS20TS31A在TS20时刻A第18页天津工业大学电子与信息工程学院通信系3、空间（S）接线器空间接线器的功能是完成不同复用线间同一时隙的交换。早期的时间接线器容量小，当组成容量很大的交换网络时，为了实现时隙的全交叉，就需使用S接线器。TTTTSATS8ATS5ATS6M第19页天津工业大学电子与信息工程学院通信系这种组合式接线器称为TST网络，值得注意的是：这种交换网络不是全利用度的。随着大规模集成电路技术的发展，T接线器的容量可以做得很大，没有必要再使用TST网络，因此，目前数字程控交换机上的交换网络都是全利用度的单T网络。关于S接线器的组成及工作方式、TST网络、STS网络和TTT网络由同学们自己学习。第20页天津工业大学电子与信息工程学院通信系三、T接线器的串-并、并-串转换我们知道，线路上传送的是PCM串行码流，在进入交换网络后，必须将其转换成并行信号才能进入话音存储器；同样，经过交换的并行话音信号，也必须变成串行码流才能送出交换网络。串-并转换串-并转换话音存储器并-串转换并-串转换............PCM0PCM7PCM0PCM7第21页天津工业大学电子与信息工程学院通信系四、单T接线器芯片和T单元扩展1、单T接线器芯片MT8980是256×256时隙的全利用度单T芯片。串-并转换串-并转换话音存储器并-串转换并-串转换............PCM0PCM7PCM0PCM7时基控制逻辑控制存储器译码第22页天津工业大学电子与信息工程学院通信系2、T单元的扩展有时，一个单T接线器的容量还不能满足要求，又要组成全利用度的数字交换网络，那么就需要对单T单元进行扩展。1070720707这样能否组成512×512的交换网络呢？第23页天津工业大学电子与信息工程学院通信系10707207071、首先将1、2号T接线器的出线分别复接。这样组成的T接线器出、入时隙分别分多少呢？512×2562、再添加一组接线器，又可组成一个512×256的接线器。3、将1、3号接线器入线分别复接，会出现什么情况？4、将2、4号接线器入线分别复接。这样能否组成512×512全利用度的接线器？3070740707第24页天津工业大学电子与信息工程学院通信系我们可以看出，容量扩展后所需的T单元的数量k的值是按扩展倍数的平方增长的。k=(扩展的容量/单T容量）2当然，由小容量的单T扩展成大容量的单T是不合适的。华为公司C&C08型程控交换机是由4片2K×2K的单T芯片组成的4K×4K的交换网络。第25页天津工业大学电子与信息工程学院通信系五、关于数字交换网络（单T接线器）几点说明1、数字交换网络的入线和出线是成对使用的。发送方的话音数据经入线进入交换网络；经过交换网络交换的话音数据通过出线进入接收方。2、一条入线和一条出线，在工程上称为一条HW（HighWay)。3、如果某用户占用HW0的入线的TS1用于发送话音信号，那么它肯定也会占用HW0的出线的TS1接收话音信号。第26页天津工业大学电子与信息工程学院通信系3.3程控数字交换机的终端接口包括用户模块、中继器和信令设备。一、用户模块1、用户模块的结构（1）用户电路：与用户线的接口。（2）用户级交换网络：由一级T接线器组成，用于话务的集中和扩散。（3）用户处理机：完成对用户电路、用户级交换网络的控制及呼叫处理的底层控制（摘挂机识别、拨号脉冲识别、振铃控制等。直接控制硬件）。第27页天津工业大学电子与信息工程学院通信系2、用户电路用户电路分为模拟用户电路和数字用户电路。模拟用户电路用于连接模拟用户话机等模拟终端，数字用户电路用于连接数字话机等数字终端，主要用于窄带ISDN，目前很少使用。我们主要介绍模拟用户电路的基本功能。第28页天津工业大学电子与信息工程学院通信系（1）馈电（Batteryfeeding)用户话机的工作电源由交换机的用户电路提供。馈电电压为-48V，摘机时，馈电电流为20—100mA，但通常的交换机的馈电电流为20—30mA。-48Vab用户电缆直流阻抗1K1K直流阻抗300话机工作时，加在其上的电压为6—9V通话时，用户的话音信号经电容耦合至交换机内部。可以看出，用户电路要给用户话机提供直流通路，以便话机获得工作电源；同时，也要给用户话机提供交流通路，将话音信号送入交换机内部。第29页天津工业大学电子与信息工程学院通信系（2）过压保护（Overvoltageprotection）交换机工作时，有可能遭到高压（雷电、电力线等）袭击，烧毁电路板，因此必须加以保护。过压保护分为2级，第一级在用户配线架上加装保安器。但高压经过保安器后，仍有可能有上百伏的高压，因此，在用户电路上也应设置保护电路，称为第二级保护，或称二次保护。第30页天津工业大学电子与信息工程学院通信系1、正常情况下，a、b线上电压比地低，比-48V高，桥路不起作用。2、以a线为例：当a线上的电压比地还高时…3、当a线上的电压比-48V还低时…4、对b线而言，情况是相同的。RRab-48V钳位于地钳位于-48VR为热敏电阻，电流大时，电阻也随之增大，功耗增大，直至烧毁以保护内部电路。第31页天津工业大学电子与信息工程学院通信系（3）振铃控制（Ringingcontrol）当有用户呼入时，交换机应向被叫用户发送铃流（75V，25Hz）。振铃控制就是完成这一功能的。由于铃流电压较高，一般的电子器件是不能承受的，因此，通常会使用振铃继电器。是否向用户发送铃流，是由用户处理机来控制的。第32页天津工业大学电子与信息工程学院通信系1、当向用户振铃时…2、当停铃时…3、当振铃1s持续期间用户摘机…ab铃流源振铃继电器线圈+12V振铃控制截铃第33页天津工业大学电子与信息工程学院通信系（4）监视（Supervision）交换机要时刻监视用户的摘、挂机状态以及用户拨号脉冲状态。监视功能是通过检测用户线是否有环流来实现的。1、用户挂机时，环路断开，电阻两端无降，监视信号为一电平状态（高或低）。2、用户摘机时，环路接通，电阻两端会产生压降，经放大后，监视信号为另一电平状态（低或高）-48Vab用户电缆直流阻抗1K1K放大监视信号监视信号×监视信号第34页天津工业大学电子与信息工程学院通信系（5）编译码和滤波（CODEC&filter）编码器的功能是将用户线上送来的模拟信号转换为数字信号（PCM编码），即模/数转换；译码器则完成相反方向的转换。通常，在编码器之前要进行带通滤波（300Hz—3400Hz），而在译码器之后要进行低通滤波。编译码和滤波功能可以由集成电路实现，如MC145557等。第35页天津工业大学电子与信息工程学院通信系（6）混合电路（