04第四章 数字交换网络

X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 1 页第四章第四章 数字交换网络数字交换网络n 4.1 数字交换原理数字交换原理n 4.2 T型时分接线器型时分接线器n 4.3 S型空分接线器型空分接线器n 4.4 数字交换网络数字交换网络X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 2 页第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 4.1 数字交换原理数字交换原理 4.2 T型时分接线器型时分接线器 4.3 S型空分接线器型空分接线器 4.4 数字交换网络数字交换网络X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 3 页 4.1 数字交换原理数字交换原理一、交换网络概念一、交换网络概念 交换网络交换网络特指交换机内部能完成特指交换机内部能完成出入线上不同用户信息出入线上不同用户信息 相互相互交换的接续网络交换的接续网络；交换网络是交换机实现用户间信息；交换网络是交换机实现用户间信息动态传输交换动态传输交换的关键部件。的关键部件。根据交换机传输信号的不同，交换网络有多种形式：根据交换机传输信号的不同，交换网络有多种形式：1. 模拟交换网络模拟交换网络：用机械式触点开关或半导体器件作为交换接点，：用机械式触点开关或半导体器件作为交换接点，用于交换模拟信号。信号有损耗，时延较大。已淘汰用于交换模拟信号。信号有损耗，时延较大。已淘汰2. 数字式交换网络数字式交换网络：由数字逻辑器件构成，用于完成数字：由数字逻辑器件构成，用于完成数字PCM信信号传输和交换的数字式网络。速度快，信号无损耗。号传输和交换的数字式网络。速度快，信号无损耗。交换机1交换机3交换机2用户线中继线2中继线5用户线ACBDATS1DCDCBABTS2TS6TS3BADCBADCTS1TS3TS2TS6TS：Time Slot，时隙123654X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 4 页程控数字交换机的基本结构程控数字交换机的基本结构数字交换网络用 户 电 路用户集线器用 户 电 路模 拟 中 继 器数 字 中 继 器数 字 中 继 器信 号 音 发 生 器多 频 收 发 码 器用 户 电 路远端模块用 户 电 路PCMPCMPCMPCM收 号 器至 数 字 交 换 机至 模 拟 交 换 机HDB3HDB3模 拟 信 号选 组 级用 户 级中 继 线用 户 线用 户 线多 处 理 机 控 制 系 统话 路 系 统控 制 系 统交 换 机 外 部 分X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 5 页二、知识回顾二、知识回顾 数字程控交换采用的是数字程控交换采用的是同步时分复用同步时分复用技术来传输用户信息；技术来传输用户信息； 中继线的传输能力被分成若干中继线的传输能力被分成若干时隙时隙（TS：Time Slot）提供给）提供给不同用户传输信息；不同用户传输信息；不同用户信息位于不同中继线上的不同时隙，以不同用户信息位于不同中继线上的不同时隙，以PCM信号传输，信号传输，每个时隙传输每个时隙传输8bit PCM编码；编码； PCM 30/32路系统一帧共有路系统一帧共有32个时隙，其中个时隙，其中TS0用来传帧同步用来传帧同步信号，信号，TS16传信令信号，剩下的传信令信号，剩下的TS1TS15、TS17TS31共共30个时隙提供给用户作为个时隙提供给用户作为30个可以共用的话路。个可以共用的话路。一次群数据传输速率一次群数据传输速率为为8000Hz328bit=2.048Mbit/s，每每个时隙个时隙作为提供给用户使用的通信信道，其作为提供给用户使用的通信信道，其数据传输速率数据传输速率为为8000Hz8bit64Kbit/s。X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 6 页三、功能分析三、功能分析0号入线的号入线的TS1时隙分配给时隙分配给A发话音，发话音， 0号出线的号出线的TS1时隙分配给时隙分配给A收话音收话音0号入线的号入线的TS2时隙分配给时隙分配给B发话音，发话音， 0号出线的号出线的TS2时隙分配给时隙分配给B收话音收话音1号入线的号入线的TS3时隙分配给时隙分配给C发话音，发话音， 1号出线的号出线的TS3时隙分配给时隙分配给C收话音收话音1号入线的号入线的TS1时隙分配给时隙分配给D发话音，发话音， 1号出线的号出线的TS1时隙分配给时隙分配给D收话音收话音2号入线的号入线的TS2时隙分配给时隙分配给E发话音，发话音， 2号出线的号出线的TS2时隙分配给时隙分配给E收话音收话音2号入线的号入线的TS3时隙分配给时隙分配给F发话音，发话音， 2号出线的号出线的TS3时隙分配给时隙分配给F收话音收话音交换机AECBBEDFDCA012012TS1TS2TS3FTS1TS2TS3A用户与B用户交换话音C用户与E用户交换话音D用户与F用户交换话音复用线X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 7 页三、功能分析三、功能分析AB间的交换必须完成同号线的不同时隙间的交换间的交换必须完成同号线的不同时隙间的交换CE间和间和DF间的交换必须完成不同线且不同时隙间的交换间的交换必须完成不同线且不同时隙间的交换数字交换网络必须能完成两种交换数字交换网络必须能完成两种交换：时分交换时分交换和和空分交换空分交换 时分交换时分交换就是就是时隙交换时隙交换，将话音从某个时隙搬移到另一个，将话音从某个时隙搬移到另一个时隙，不涉及空间线路间的交换。时隙，不涉及空间线路间的交换。 空分交换空分交换就是就是在某一时隙在某一时隙将话音从某一编号的入线交换到将话音从某一编号的入线交换到另一编号的出线，不涉及时隙交换。另一编号的出线，不涉及时隙交换。X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 8 页四、时分交换的原理四、时分交换的原理如何实现如何实现“时隙交换时隙交换”呢？呢？答：可以用答：可以用存储器暂存存储器暂存来实现时隙交换。顺序写入，延时控制来实现时隙交换。顺序写入，延时控制读出。用来完成时隙交换功能的器件称为读出。用来完成时隙交换功能的器件称为“T接线器接线器”。01a2b3.NPCM编码abaababbTS1TS2TS1TS2TS1TS1TS2TS2AB混合电路混合电路01221N话音地址话音存储器控制存储器PCM编码PCM编码PCM编码PCM编码X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 9 页五、空分交换的原理五、空分交换的原理如何实现如何实现“空分交换空分交换”呢？呢？答：可以用答：可以用交叉矩阵交叉矩阵来完成不同出入线的交换，控制不同的来完成不同出入线的交换，控制不同的交叉点在交叉点在不同的时隙不同的时隙闭合。用来完成空分交换功能的器件称闭合。用来完成空分交换功能的器件称为为“S接线器接线器”。01N-101N-1出线入线开关控制电路X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 10 页第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 4.1 数字交换原理数字交换原理 4.2 T型时分接线器型时分接线器 4.3 S型空分接线器型空分接线器 4.4 数字交换网络数字交换网络X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 11 页 4.2 T型时分接线器型时分接线器一、一、T型时分接线器的基本结构型时分接线器的基本结构 T型时分接线器型时分接线器又称时间接线器（又称时间接线器（Time Switch），简称），简称T接线器，用来实现接线器，用来实现时隙交换时隙交换功能。功能。 它由它由话音存储器话音存储器（SM:Speech Memory）和）和控制存储器控制存储器（CM:Control Memory）组成，都是随机存储器（）组成，都是随机存储器（RAM）。）。 话音存储器话音存储器用来存储抽样编码后的用来存储抽样编码后的PCM话音信息，其容量即话音信息，其容量即存储单元个数与输入复用线上的时隙数相同（存储单元个数与输入复用线上的时隙数相同（32，128，256，512等），每一个存储单元可以存储等），每一个存储单元可以存储8bit信息。信息。 控制存储器控制存储器用来控制话音存储器的写入或读出地址，容量一用来控制话音存储器的写入或读出地址，容量一般与般与SM相同，每个存储单元存储的是发话人的话音信息在相同，每个存储单元存储的是发话人的话音信息在SM中的存储地址，所以每个存储单元可以存储中的存储地址，所以每个存储单元可以存储log2(N) bit信息，信息，其中其中N为为SM存储单元个数。存储单元个数。X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 12 页二、二、T接线器的控制方式接线器的控制方式 T接线器的控制方式有两种：接线器的控制方式有两种：输出控制输出控制和和输入控制输入控制 输出控制：话音顺序写入输出控制：话音顺序写入SM ，由，由CM控制读出控制读出SM中的内中的内容，简称容，简称顺序写入，控制读出顺序写入，控制读出 输入控制：话音在输入控制：话音在CM控制下写入控制下写入SM，顺序读出，顺序读出SM中内容，中内容，简称简称控制写入，顺序读出控制写入，顺序读出例：输入复用线上共有例：输入复用线上共有32个时隙（个时隙（PCM30/32路系统），路系统），a要要从从TS1交换到交换到TS8，b要从要从TS8交换到交换到TS1，c要从要从TS2交换到交换到TS15，分别要求用输出控制和输入控制方式的，分别要求用输出控制和输入控制方式的T接线器实现交接线器实现交换换 图示见下页图示见下页X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 13 页T接线器的控制方式原理图接线器的控制方式原理图参时序图参时序图01a2c3 8b 31018 81 152 31WRbacbc aT S1T S2T S8T S15T S8T S1SMCM输出控制方式的T接线器R定时脉冲A3-A7定时脉冲A3-A7读地址读地址顺序写顺序写地址地址顺序写入，控制读出顺序写入，控制读出A3A701b 8a 15c 31018215 81 31WRbacbc aT S1T S2T S8T S15 T S8 T S1SMCM输入控制方式的T接线器定时脉冲A3-A7R定时脉冲A3-A7写地址写地址顺序读顺序读地址地址控制写入，顺序读出控制写入，顺序读出A3A7X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 14 页思考问题思考问题1. 串并转换和并串转换？串并转换和并串转换？2. SM容量？容量？3. CM容量？容量？4. SM中内容何时写入？中内容何时写入？5. CM中内容何时写入？中内容何时写入？6. SM读写冲突？话音传输有延时吗？读写冲突？话音传输有延时吗？7. 输入控制输入控制T接线器工作特点？接线器工作特点？8. 输出控制输出控制T接线器工作特点？接线器工作特点？X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 15 页问题解答问题解答1. 串并转换和并串转换？串并转换和并串转换？答：进入答：进入SM前，前，PCM数据要经过数据要经过串并转换串并转换变成变成8位并行数据，因而位并行数据，因而进入进入SM时速率降为时速率降为2.048Mb/s8=256Kb/s，SM和和CM的读的读写周期都是写周期都是1/(256103)=3.9us；2. SM容量？容量？答：因为复用线有答：因为复用线有32个时隙，所以个时隙，所以SM共有共有32个存储单元，需要个存储单元，需要5位位地址线寻址地址线寻址(A3A7)，每单元存储，每单元存储8比特；比特；3. CM容量？容量？ 答：答： CM也有也有32个存储单元，因为用来控制个存储单元，因为用来控制SM的写入或读出，所以的写入或读出，所以存储的是存储的是SM的地址，每单元存储的地址，每单元存储log2(32) =5比特；比特；X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 16 页问题解答问题解答4. SM中内容何时写入？中内容何时写入？答：答： SM中每个单元的内容总是最新的话音样本信号，是随着新的输中每个单元的内容总是最新的话音样本信号，是随着新的输入时隙中的内容而不断变化的入时隙中的内容而不断变化的，在通话过程中，每个用户的话音，在通话过程中，每个用户的话音抽样信号总是固定地占用某个编号的时隙，同时也固定写入对应抽样信号总是固定地占用某个编号的时隙，同时也固定写入对应的存储单元，例：上图中输出控制方式下，的存储单元，例：上图中输出控制方式下，a占用占用TS1，所以总固，所以总固定写入话音存储器的第定写入话音存储器的第1号单元。号单元。5. CM中内容何时写入？中内容何时写入？答：答：CM中每个单元的内容是中每个单元的内容是在建立话路的时候在建立话路的时候由处理机控制写入的，由处理机控制写入的，在通话过程中不变，直到通话结束才被改变，重新写入在通话过程中不变，直到通话结束才被改变，重新写入0，这时候，这时候话路随之被拆除话路随之被拆除。6. SM读写冲突？话音传输有延时吗？读写冲突？话音传输有延时吗？ 答：答：SM的写入是在时钟脉冲的前半周期，读出是在时钟脉冲的后半的写入是在时钟脉冲的前半周期，读出是在时钟脉冲的后半周期，所以在周期，所以在经过经过T接线器后话音会有时延接线器后话音会有时延，时延为：，时延为： (NO-NI) mod N+0.5个时钟周期长度（个时钟周期长度（cp），其中），其中NI为输入时隙号，为输入时隙号，NO为输出时隙号，为输出时隙号，N为总时隙数。所以最长时延为为总时隙数。所以最长时延为(N-1)+0.5个个cp，最短为，最短为0.5个个cp。X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 17 页问题解答问题解答7. 输入控制输入控制T接线器工作特点？接线器工作特点？答：输出控制方式下：话音顺序写入答：输出控制方式下：话音顺序写入SM ，由，由CM控制读出控制读出SM中的内容，中的内容， SM中每个存储单元的地址与中每个存储单元的地址与输入时隙号输入时隙号对应，对应，CM中每个存储单元的地址与中每个存储单元的地址与输出时隙号输出时隙号对应，存储器内容对应，存储器内容是输入时隙号。是输入时隙号。8. 输出控制输出控制T接线器工作特点？接线器工作特点？答：输入控制方式下：话音在答：输入控制方式下：话音在CM控制下写入控制下写入SM，顺序读出，顺序读出SM中内容，中内容， SM中每个存储单元的地址与中每个存储单元的地址与输出时隙号输出时隙号对应，对应， CM中每个存储单元的地址与中每个存储单元的地址与输入时隙号输入时隙号对应，存储器内容对应，存储器内容是输出时隙号。是输出时隙号。注：一个注：一个cp就是一个时隙的时间长度。就是一个时隙的时间长度。X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 18 页三、串并变换三、串并变换 在进入在进入SM前，前，PCM数据要经过数据要经过“串并转换串并转换”变成变成8位并行位并行数据，才能存入数据，才能存入SM；而在读出数据时，也必须将；而在读出数据时，也必须将8位并行数据位并行数据转换回串行数据，因而需要进行转换回串行数据，因而需要进行“并串转换并串转换”。1. 时钟和定时脉冲时钟和定时脉冲 为了完成对信号的交换控制，需要准确的产生各种时钟和为了完成对信号的交换控制，需要准确的产生各种时钟和定时脉冲控制信号，见下图。定时脉冲控制信号，见下图。PCM30/32路系统的每一时隙长路系统的每一时隙长3.9us，每时隙传送，每时隙传送8bit，每比特长，每比特长488ns，设定时钟，设定时钟cp的脉的脉冲宽度和间隔宽度均为冲宽度和间隔宽度均为244ns，TD0TD7分别代表每一个比分别代表每一个比特的位脉冲，他们可以由特的位脉冲，他们可以由A0A2译码得到。（译码得到。（参见时序图参见时序图）X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 19 页时时序序图图A762.5usA631.24usA515.62usA47.808usA33.904usA21.952usA1976nsA0488nsTD7=A2A1A0cp244nsTD0=A2A1A0TD1=A2A1A0TS0TS1TS2半周期半周期时长时长=125us3282返回返回X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 20 页2. 串并变换电路串并变换电路 串并变换电路（串并变换电路（ S/P : Serial-Parallel Conversion）负）负责将串行码变成并行码。主要由责将串行码变成并行码。主要由“移位寄存器移位寄存器”和和“锁存器锁存器”组成。组成。移位寄存器锁存器PCM复用线串行D0D7D0D7进入SMCP高电平驱动CP TD7串并转换原理图X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 21 页串并变换时序图串并变换时序图cp244nsD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2TS0TS2TS1串行PCM并行数据TS31TS0TS1D0D7CP TD7TD7=A2A1A0TS31TS0TS1488ns488ns3.904us（对比多线时的串并转换时序图）（对比多线时的串并转换时序图）X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 22 页3. 并串变换电路并串变换电路 并串变换电路（并串变换电路（P/S:Parallel-Serial Conversion）负责）负责将并行码变成串行码。主要由将并行码变成串行码。主要由“锁存器锁存器”和和“移位寄存器移位寄存器”组组成。锁存器是高电平锁存，移位寄存器由成。锁存器是高电平锁存，移位寄存器由CP和和S端控制，当端控制，当S=1时处于置位状态，时处于置位状态，S=0时处于移位状态。时处于移位状态。移位寄存器锁存器至PCM复用线串行D0D7D0D7来自SMCP高电平驱动CP TD0并串转换原理图CP TD0S比较多路复用线时的并串转换电路比较多路复用线时的并串转换电路X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 23 页并串变换时序图并串变换时序图cp244nsD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2TS0TS2TS1串行PCM并行数据TS0TS1TS2D0D7CP TD0TS0TS1TS2488ns488ns3.904usCP TD0TD0=A2A1A0D7比较多路复用线时的时序图比较多路复用线时的时序图X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 24 页四、多端输入的四、多端输入的T接线器接线器 当需要对不同的一次群当需要对不同的一次群PCM信号中的各时隙进行交换时，可采用信号中的各时隙进行交换时，可采用多端多端输入的输入的T接线器接线器，每一条输入的，每一条输入的PCM线称为线称为母线母线HW（highway）。例如，。例如，有有8路路PCM复用线上的时隙需要相互进行时隙交换，可用如下结构实现。复用线上的时隙需要相互进行时隙交换，可用如下结构实现。话音存储器控制存储器0122558328位012255A0A7串并变换复用D0D7D0D7并串变换分路PCM30/32PCM30/32PCM30/32PCM30/32PCM30/32PCM30/32HW0HW1HW7HW0HW1HW78328位2.048Mb/s2.048MB/s2.048MB/s2.048Mb/sMUX：Multiplex复用器DMUX： Demultiplex分路器MUXDMUXPCM256PCM256X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 25 页说明说明说明：说明：1. T接线器的容量：接线器的容量： 因为有因为有8路路PCM30/32复用线，故而复用线，故而T接线器的话音存储接线器的话音存储器需要器需要832=256个单元，而控制存储器也需要个单元，而控制存储器也需要256个个单元，每单元单元，每单元8bit。2. 速率变换：速率变换： 经过复用器后，经过复用器后，8路路2.048Mb/s的的PCM30/32复用线上复用线上的信号合成的信号合成1路路16.384Mb/s的的PCM信号，共有信号，共有256个时个时隙，为了减少传输处理的难度（辐射、干扰、硬件速度隙，为了减少传输处理的难度（辐射、干扰、硬件速度等），将这等），将这1路串行码流通过串并变换变成路串行码流通过串并变换变成8路并行码流，路并行码流，同时降低了每条并行线上的速率同时降低了每条并行线上的速率2.048Mb/s，减小传输，减小传输难度。难度。X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 26 页说明说明3.多端脉码的排列：多端脉码的排列： 经过经过复用器（复用器（MUX）的串并转换后，并行线上共有的串并转换后，并行线上共有256个时隙，原来个时隙，原来8条母线上的时隙需要重新排列，排列方式如下：条母线上的时隙需要重新排列，排列方式如下： HW0 HW7上的上的TS0作为总时隙的作为总时隙的TS0TS7， HW0 HW7上的上的TS1作为总时隙的作为总时隙的TS8TS15， HW0 HW7上的上的TS31作为总时隙的作为总时隙的TS248TS255。例如：例如：HW1上的上的TS20对应的总时隙号为：即对应的总时隙号为：即2081TS161。 通过复用器、分路器和通过复用器、分路器和T接线器的配合，既完成时分交换，又完成空分接线器的配合，既完成时分交换，又完成空分交换。交换。X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 27 页多端输入的多端输入的T接线器框图接线器框图话音存储器控制存储器012161a2558328位012255161A0A7串并变换复用D0D7D0D7并串变换分路HW0HW1HW7HW0HW1HW78328位2.048Mb/s2.048MB/s2.048MB/s2.048Mb/sMUX：Multiplex复用器DMUX： Demultiplex分路器MUXDMUXPCM30/32PCM30/32PCM256PCM256aTS20aTS161aTS255aTS31入线入线HW1上的上的TS20中的话音中的话音a交换到出现交换到出现HW7上的上的TS31中去中去X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 28 页1. 复用器的实现复用器的实现移位寄存器锁存器PCM 复用线串行D0D7D0D7进入SMCP高电平驱动CPTD7移位寄存器锁存器PCM 复用线串行D0D7D0D78选1(D0)8选1(D7)HW0HW7HW0HW7A2A1A0D0D7HW0HW7输入端复用器输入端复用器需要完成需要完成合路合路（复用）复用）和和串并转换串并转换功能。功能。X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 29 页串并转换和复用的时序图串并转换和复用的时序图（对比单线时的串并转换时序图）（对比单线时的串并转换时序图）参时序图参时序图图中图中HWn和和Wn代表母线。代表母线。cp244nsD0D7TS0TS2TS1HW0并行数据D0D7488ns488ns488nsHW7488ns原来的TS31原来的TS1原来的TS0W0 W1 W2 W3 W4 W5 W6 W7 W0 W1 W2 W3 W3 W5 W6 W7 W0 W1 W2W0 W1 W2 W3 W4 W5 W6 W7 W0 W1 W2 W3 W3 W5 W6 W7 W0 W1 W2TS0 TS1 TS2TS10TS9TS8TS7TS6TS5TS4TS3TS248TS255TS249TS250TS251TS252TS253TS254D0D7D0D7D0D7D0D7D0D7A2A1A0 = 000A2A1A0 = 111A2A1A0 = 001X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 30 页时时序序图图A762.5usA631.24usA515.62usA47.808usA33.904usA21.952usA1976nsA0488nsTD7=A2A1A0cp244nsTD0=A2A1A0TD1=A2A1A0TS0TS1TS2半周期半周期时长时长=125us3282返回返回X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 31 页2. 分路器的实现分路器的实现移位寄存器锁存器串行输出D0D7D0D7来自SMCPCP TD0CP TD7S移位寄存器锁存器D0D7SCP TD7HW0HW7输出端分路器输出端分路器需要完成需要完成分路（解复用）分路（解复用）和和并串转换并串转换功能功能X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 32 页并串转换和分路的时序图并串转换和分路的时序图比较单一复用线时的时序图比较单一复用线时的时序图cp244nsHW0并行数据D0D7CP TD7488ns488nsD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2HW7488ns原 来 的 TS0原 来 的 TS2原 来 的 TS1W0W1 W2W3 W4W5 W6W7 W0W1 W2W3 W3W5 W6W7 W0W1 W2W0W1 W2W3 W4W5 W6W7 W0W1 W2W3 W3W5 W6W7 W0W1 W2CP TD0TS0TS1TS31488nsCP TD7D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2TS0TS1TS31TS0 TS1 TS2TS10TS9TS8TS7TS6TS5TS4TS3TS18TS17TS16TS15TS14TS13TS12TS11X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 33 页五、集中、扩散式五、集中、扩散式T接线器和用户集线器接线器和用户集线器 程控数字交换机中都含有程控数字交换机中都含有“用户集线器用户集线器”，用户电路一般都通过用户，用户电路一般都通过用户集线器连接到数字交换网络上，而不能直接连接到数字交换网络上。集线器连接到数字交换网络上，而不能直接连接到数字交换网络上。数字交换网络用 户 电 路用户集线器用 户 电 路模 拟 中 继 器数 字 中 继 器数 字 中 继 器信 号 音 发 生 器多 频 收 发 码 器用 户 电 路远端模块用 户 电 路PCMPCMPCMPCM收 号 器至 数 字 交 换 机至 模 拟 交 换 机HDB3HDB3模 拟 信 号中 继 线用 户 线多 处 理 机 控 制 系 统话 路 系 统控 制 系 统交 换 机 外 部 分用户集线器的作用用户集线器的作用在于可以将用户的在于可以将用户的话务量集中以后再话务量集中以后再送到数字交换网络。送到数字交换网络。X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 34 页1. 集中、扩散式集中、扩散式T接线器和用户集线器接线器和用户集线器 用户集线器中主要含有用户集线器中主要含有“集中式集中式T接线器接线器”和和“扩散式扩散式T接线器接线器”，只只为通话的用户分配时隙后为通话的用户分配时隙后，再送到交换网络中去交换话音。，再送到交换网络中去交换话音。集中式集中式T接线接线器器用于用户发信息端，主要作用是集中用户的话务量，用于用户发信息端，主要作用是集中用户的话务量，扩散式扩散式T接线器接线器用用于用户收信息端，主要实现分话功能。于用户收信息端，主要实现分话功能。用户电路集中式T接线器用户电路扩散式T接线器数字交换网络PCM入线PCM出线用户集线器U0U1023PCM128PCM128时隙少了，时隙利用率较高时隙少了，时隙利用率较高X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 35 页1. 集中、扩散式集中、扩散式T接线器和用户集线器接线器和用户集线器用户电路复用器用户电路分路器数字交换网络PCM入线PCM出线U0U1023PCM1024PCM1024时隙太多，时隙利用率太低！时隙太多，时隙利用率太低！ 使用复用器和分路器为使用复用器和分路器为每个用户分配一个时隙每个用户分配一个时隙进入交换网络行吗？进入交换网络行吗？X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 36 页1. 集中、扩散式集中、扩散式T接线器和用户集线器接线器和用户集线器 如果不通过用户集线器，而是通过一个复用器，固定的为每一个用户如果不通过用户集线器，而是通过一个复用器，固定的为每一个用户分配一个时隙，然后直接连接到数字交换网络，那么：分配一个时隙，然后直接连接到数字交换网络，那么： 一方面，如果为每一个用户分配一个时隙直接进入交换网络，就会造一方面，如果为每一个用户分配一个时隙直接进入交换网络，就会造成大量浪费。因为同时通话的用户比较少，只有通话用户的时隙真正有效成大量浪费。因为同时通话的用户比较少，只有通话用户的时隙真正有效利用，而大量的未通话用户的时隙就没有有效话音信息传送，处于空闲状利用，而大量的未通话用户的时隙就没有有效话音信息传送，处于空闲状态，这些时隙的利用率非常得低，也就是这些时隙的话务量很低。态，这些时隙的利用率非常得低，也就是这些时隙的话务量很低。 另一方面，连接到数字交换网络的另一方面，连接到数字交换网络的PCM复用线需要大量时隙，造成数复用线需要大量时隙，造成数据进入数字交换网络时的速率太高，并且因为有很多时隙上没有话音，所据进入数字交换网络时的速率太高，并且因为有很多时隙上没有话音，所以数字交换网络的交换效率也不高；以数字交换网络的交换效率也不高； 所以一般需要通过用户集线器来连接用户电路和数字交换网络，所以一般需要通过用户集线器来连接用户电路和数字交换网络，用户用户集线器只需要为通话用户分配一对时隙集线器只需要为通话用户分配一对时隙，然后再连接到数字交换网络，这，然后再连接到数字交换网络，这样一方面每一用户时隙的利用率大大的提高了，节约了设备成本，另一方样一方面每一用户时隙的利用率大大的提高了，节约了设备成本，另一方面，时隙数量少了，数据进入数字交换网络时的速率降低了。面，时隙数量少了，数据进入数字交换网络时的速率降低了。X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 37 页1. 集中式集中式T接线器和扩散式接线器和扩散式T接线器接线器01.1023SM01.127CMPCM1024PCM128写速率122ns并行线并行线读速率977ns入出集中式集中式T接线器接线器：出时隙数小于：出时隙数小于入时隙数入时隙数01.127SM01.1023CMPCM1024PCM128写速率977ns并行线并行线读速率122ns入出扩散式扩散式T接线器接线器：入时隙数小于：入时隙数小于出时隙数出时隙数X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 38 页复用器U0U1U10230U01.1023SM0.110.127CMPCM1024PCM128输出控制至数字交换网络写速率122ns并行线并行线读速率977nsU0TS0U0TS112. 用户发端集中式用户发端集中式T接线器接线器 由由CM控制从控制从1024个单元中读出个单元中读出128个话音数据完成时隙交换。个话音数据完成时隙交换。U0对应对应TS0，U1对应对应TS1， ，U1023对对应应TS1023X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 39 页分路器U0U1U10230.11U0.127SM0111.1023CMPCM1024PCM128输出控制从数字交换网络来写速率977ns并行线并行线读速率122nsU0TS11U0TS03. 用户收端发散式用户收端发散式T接线器接线器 在在CM控制下，将控制下，将128个入时隙中的话音交换到出线上个入时隙中的话音交换到出线上1024个时隙中个时隙中真正通话的用户时隙中去，再由分路器将话音分发到对应的用户接口上去。真正通话的用户时隙中去，再由分路器将话音分发到对应的用户接口上去。TS0对应对应U0，TS1对应对应U1， ，TS1023对对应应U1023X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 40 页本局呼叫信号流程本局呼叫信号流程假设一共假设一共1024个电话个电话用户：用户：U0U1023用 户 电 路用 户 电 路数 字 交换 网 络U0U1023复用器0U01U1.1023SM0.101110.127PCM1024PCM128输出控制并 行 线并 行 线U0TS0U0TS11U1TS1U1TS10CM分路器010U011U1.127SM011110.1023CMPCM1024PCM128并 行 线并 行 线U0TS10U0TS1U1TS11U1TS0交 换 网 络完 成TS10到 TS11TS11到 TS10的 时 隙 交 换扩 散 式T接 线 器集 中 式T接 线 器用 户 集 线 器由 SP给 摘 机用 户 分 配用 户 电 路U1主 叫被 叫X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 41 页第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 4.1 数字交换原理数字交换原理 4.2 T型时分接线器型时分接线器 4.3 S型空分接线器型空分接线器 4.4 数字交换网络数字交换网络X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 42 页 4.3 S型空分接线器型空分接线器 当交换网络的容量增大时，只有当交换网络的容量增大时，只有T接线器就不能满足要求接线器就不能满足要求了，因为了，因为1级级T接线器容量有限（最多接线器容量有限（最多2048单元），要扩大容单元），要扩大容量还需要量还需要S型空分接线器配合型空分接线器配合T接线器组成多级交换网络来完成。接线器组成多级交换网络来完成。一、一、S型空分接线器的基本结构型空分接线器的基本结构 S型时分接线器型时分接线器又称空间接线器（又称空间接线器（Space Switch），简），简称称S接线器，用来实现接线器，用来实现“空分交换空分交换”功能。功能。 即可以实现任意输入线和任意输出线的连通。它与一般的即可以实现任意输入线和任意输出线的连通。它与一般的空间接线器空间接线器不同的是不同的是入线和出线的连接只是入线和出线的连接只是在某一时隙内接通在某一时隙内接通，每个交叉接点都是每个交叉接点都是时分复用时分复用的。的。 X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 43 页S接线器的控制方式原理图接线器的控制方式原理图0122.80.120132.127badcTS12TS8TS13TS2dTS13bTS12cTS2aTS8012012CM输出控制CM0CM2CM1X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 44 页一、一、S型空分接线器的基本结构型空分接线器的基本结构 它由它由交叉矩阵交叉矩阵和和控制存储器控制存储器（CM:Control Memory）组）组成。成。 每条出线（或入线）都有一个每条出线（或入线）都有一个控制存储器控制存储器，用来控制出线，用来控制出线（或入线）在不同时隙跟入线（或出线）的连接。（或入线）在不同时隙跟入线（或出线）的连接。CM内存储内存储单元数等于出线或入线上的时隙数，每单元比特数等于出线或单元数等于出线或入线上的时隙数，每单元比特数等于出线或入线编号的编码位数入线编号的编码位数。 每个存储单元的地址都与时隙号相对应，控制存储器的写每个存储单元的地址都与时隙号相对应，控制存储器的写入受入受CPUCPU的控制，读出是按定时脉冲的时序进行控制。的控制，读出是按定时脉冲的时序进行控制。X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 45 页二、二、S接线器的控制方式接线器的控制方式S接线器的控制方式也有两种：接线器的控制方式也有两种：输出控制输出控制和和输入控制输入控制 输出控制输出控制：控制某条输出线在需要的时隙与相应的输入线连：控制某条输出线在需要的时隙与相应的输入线连接，控制存储器各单元存储的是接，控制存储器各单元存储的是输入线号输入线号。当不同控制存储器。当不同控制存储器的相同存储单元内写入同一线号时，可实现的相同存储单元内写入同一线号时，可实现信息同发信息同发。 输入控制输入控制：控制某条输入线在需要的时隙与相应的输出线连：控制某条输入线在需要的时隙与相应的输出线连接，控制存储器各单元存储的是接，控制存储器各单元存储的是输出线号输出线号。当不同控制存储器。当不同控制存储器的相同存储单元内写入同一线号时，会造成的相同存储单元内写入同一线号时，会造成出线冲突出线冲突。 X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 46 页S接线器的控制方式原理图接线器的控制方式原理图0122.80.120132.127badcTS12TS8TS13TS2dTS13bTS12cTS2aTS8012012CM输出控制CM0CM2CM10121.82.121130.127badcTS12TS8TS13TS2dTS13bTS12cTS2aTS8012012CM输入控制CM2CM0CM1输入线号输入线号输出线号输出线号信息同发信息同发出线冲突出线冲突例：设有例：设有33的交叉矩阵，每条输入线或输出线上总共有的交叉矩阵，每条输入线或输出线上总共有128时隙，若：时隙，若：a要在要在TS8从从0号入号入线交换到线交换到2号出线，号出线，b要在要在TS12从从0号入线交换到号入线交换到1号出线，号出线，c要在要在TS2从从2号入线交换到号入线交换到1号出号出线，线，d要在要在TS13从从2号入线交换到号入线交换到0号出线，传输过程见下图。号出线，传输过程见下图。X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 47 页三、交叉矩阵和控制存储器的实现三、交叉矩阵和控制存储器的实现例：输出控制的例：输出控制的88交叉矩阵，输入线时隙数等于交叉矩阵，输入线时隙数等于2568选 1（ 0）S选 通B0B1B2来 自 CM 08选 1（ 1）S选 通B0B1B2来 自 CM 18选 1（ 7）S选 通B0B1B2来 自 CM 7HW0入HW7入HW0出HW1出HW7出输出控制的输出控制的88交叉矩阵交叉矩阵请思考请思考：1. 输入控制的交叉矩阵如输入控制的交叉矩阵如何实现（分配器）？何实现（分配器）？2. 控制存储器如何实现？控制存储器如何实现？X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 48 页第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 4.1 数字交换原理数字交换原理 4.2 T型时分接线器型时分接线器 4.3 S型空分接线器型空分接线器 4.4 数字交换网络数字交换网络X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 49 页 4.4 数字交换网络数字交换网络 由若干级由若干级T接线器或接线器或S接线器可以组成大型的数字时分交换接线器可以组成大型的数字时分交换网络，不仅实现时分交换而且实现空分交换，称为网络，不仅实现时分交换而且实现空分交换，称为“选组级选组级”。一、一、TST型三级数字交换网络型三级数字交换网络 TST网络两侧各为一个网络两侧各为一个T接线器，中间一级是一个接线器，中间一级是一个S接线器，接线器，S级接线器出入线数取决于两侧级接线器出入线数取决于两侧T接线器的数量，时隙数跟第一接线器的数量，时隙数跟第一级级T接线器出线的时隙数（或跟第三级接线器出线的时隙数（或跟第三级T接线器入线的时隙数）接线器入线的时隙数）一样多。一样多。1. 读写方式的读写方式的TST型交换网络型交换网络 输入级输入级T接线器和接线器和S接线器采用输出控制，而输出级接线器采用输出控制，而输出级T接线接线器采用输入控制，在器采用输入控制，在S接线器内部需要传输接线器内部需要传输8位并行码，因而是位并行码，因而是8套套S接线器并行工作。接线器并行工作。 在在S接线器上的时隙称为接线器上的时隙称为内部时隙内部时隙（ITS：Internal Time Slot）X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 50 页2. 写读方式的写读方式的TST型交换网络型交换网络2. 写读方式的写读方式的TST型交换网络型交换网络 输入级输入级T接线器采用输入控制，而接线器采用输入控制，而S接线器和输出级接线器和输出级T接线接线器采用输出控制。器采用输出控制。3. 内部时隙的选择内部时隙的选择 因为通话时是双向的，需要占用来去两个内部时隙，内部因为通话时是双向的，需要占用来去两个内部时隙，内部时隙的选择可以有两种方法：时隙的选择可以有两种方法：（1）奇偶法奇偶法：若主叫到被叫选：若主叫到被叫选ITS2n，则被叫到主叫选，则被叫到主叫选ITS2n+1 ，例如当主叫的去话内部时隙选，例如当主叫的去话内部时隙选ITS2时，被叫的去话时，被叫的去话内部时隙应选内部时隙应选ITS3。（2）反相法反相法：若主叫到被叫方向选：若主叫到被叫方向选ITSn，则被叫到主叫方向选，则被叫到主叫方向选ITSn+F/2。其中。其中F是一帧的时隙数。是一帧的时隙数。 X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 51 页例题例题例：主叫用户例：主叫用户a的话音从的话音从0号输入号输入/输出线的输出线的TS3时隙收发，时隙收发， 被被叫用户叫用户b的话音从的话音从127号输入号输入/输出线的输出线的TS31时隙收发，设从时隙收发，设从主叫到被叫的内部时隙选主叫到被叫的内部时隙选ITS2，用反相法选另外一个内部时，用反相法选另外一个内部时隙，要实现隙，要实现ab用户话音互通，传输过程见下图。用户话音互通，传输过程见下图。X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 52 页读写式读写式TST型三级数字交换网络示意图型三级数字交换网络示意图020.13015.255aITS2bITS1300入15入0出15出CM0CM15024a255SMA00224255MUX(0)HW0HW7输出控制aTS3aTS24CMA0bITS1300255bSMA150130255255MUX(15)HW120HW127bTS31bTS255CMA15024b255SMB0013024255HW0HW7aITS2CMB00255aSMB1502255255DMUX(15)HW120HW127aTS31aTS255CMB15DMUX(0)bTS24bTS3输入控制输出控制RRWWX第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 53 页写读式写读式TST型三级数字交换网络示意图型三级数字交换网络示意图020.13015.255aITS2bITS1300入15入0出15出CM0CM1502a255SMA00242255MUX(0)HW0HW7输出控制aTS3aTS24CMA0bITS1300130b255SMA150255130MUX(15)HW120HW127bTS31bTS255CMA150130b255SMB0024130255HW0HW7aITS2CMB002a255SMB1502552DMUX(15)HW120HW127aTS31aTS255CMB15DMUX(0)bTS24bTS3输出控制输入控制WWRRX第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 54 页4. TST交换网络的分析交换网络的分析4. TST交换网络的分析交换网络的分析（1）输入级）输入级T接线器和输出级接线器和输出级T接线器的控制存储器合用接线器的控制存储器合用 输入级输入级T接线器和输出级接线器和输出级T接线器的控制方式一般是不同的接线器的控制方式一般是不同的，这样有利于这样有利于控制存储器合用控制存储器合用。当去话和来话两个方向的内部时。当去话和来话两个方向的内部时隙的选取有一定规律时，即采用隙的选取有一定规律时，即采用奇偶法奇偶法或或反相法反相法，就可实现用，就可实现用一个存储器控制输出和输入级的控制。一个存储器控制输出和输入级的控制。 可以看到写读方式下，可以看到写读方式下，当采用反相法时当采用反相法时， CMA和和CMB相相同地址单元里放的话音存储器地址差半帧，意味着两个地址只同地址单元里放的话音存储器地址差半帧，意味着两个地址只是最高位是最高位A7相反。同理相反。同理当采用奇偶法当采用奇偶法时，时， CMA和和CMB相同地相同地址单元里放的话音存储器地址最低位址单元里放的话音存储器地址最低位A0相反。相反。 以下是采用反相法时在写读方式下的存储器合用示意图。以下是采用反相法时在写读方式下的存储器合用示意图。X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 55 页写读方式下输入写读方式下输入/输出输出T接线器的控制存储器合用示意图接线器的控制存储器合用示意图020.13015.255aITS2bITS1300入15入0出15出CM0CM1502a255SMA00242255MUX(0)HW0HW7输出控制aTS3aTS24CMA0bITS1300130b255SMA150255130MUX(15)HW120HW127aTS31bTS255CMA150130b255SMB0HW0HW7aITS202a255SMB15DMUX(15)HW120HW127aTS31aTS255DMUX(0)aTS24bTS3输出控制输入控制WWRRA7A6A0A7A6A010000010(130) 00000010(2)00000010(2) 10000010(130)X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 56 页（2）网络的内部阻塞问题（选学）网络的内部阻塞问题（选学）（2）网络的内部阻塞问题）网络的内部阻塞问题 “阻塞阻塞”是指当输入级和输出级都有空闲话路，但因为是指当输入级和输出级都有空闲话路，但因为网络内部链路不通（没有空闲话路）而造成输入和输出话路网络内部链路不通（没有空闲话路）而造成输入和输出话路无法连接，以致使呼叫损失的情况，又称为无法连接，以致使呼叫损失的情况，又称为“内部阻塞内部阻塞”。A. 阻塞的发生阻塞的发生 为了说明问题，我们用一个为了说明问题，我们用一个33的的TST网络示范。输入和输网络示范。输入和输出级的出级的T接线器的时隙数都是接线器的时隙数都是3，S接线器各有接线器各有3条出条出/入线，入线，交换过程见下页。交换过程见下页。 可见阻塞主要发生在可见阻塞主要发生在S接线器出入线上，这主要是因为内部接线器出入线上，这主要是因为内部时隙不够用引起的。时隙不够用引起的。一条通路的建立，必须是一条通路的建立，必须是S接线器出入线接线器出入线上都有相同编号的空闲内部时隙才行上都有相同编号的空闲内部时隙才行。X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 57 页阻塞发生示意图阻塞发生示意图a和和b通话，通话，c和和d通话，通话，e和和f通话，通话，m和和n通话通话0021121, 0202aITS20入2入0出2出CM0CM2CM10b1c2aSMA0021021输出控制aTS0CMA00e1d2mSMA2011022CMA20b1d2aSMB0011220CMB00n1f , c2SMB2011120CMB2输出控制输入控制WWRRbTS1cTS2aTS1bTS2bITS0aITS2bITS0fTS10n1f2SMA101021CMA1W0e12mSMB101220CMB1ReTS21出1入fITS1dTS0eTS1fTS2dITS1nITS0eITS0cITS1fITS1cTS0eITS0dITS1dTS0mTS2nTS1nTS2nITS0cITS1mITS2mITS2mTS1X第四章第四章 数字交换网络数字交换网络 朱云鹏朱云鹏第 58 页B.降低阻塞概率的方法及无阻塞网络降低阻塞概率的方法及无阻塞网络B. 降低阻塞概率的方法及无阻塞网络降低阻塞概率的方法及无阻塞网络 阻塞率主要受阻塞率主要受话务量话务量Y1和和内部链路数内部链路数N的影响，的影响，内部链路数越多则阻塞内部链路数越多则阻塞率越低；话务量越大则阻塞率越高。率越低；话务量越大则阻塞率越高。