程控交换机的交换网络.ppt

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1、第四章程控交换机的交换网络,第四章 程控交换机的交换网络,4.1 空分交换网络 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）。,第四章 程控交换机的交换网络,4.2 脉码调制简介4.2.1 话音信号的数字化,第四章 程控交换机的交换网络,模拟话音信号变为PCM信号要经过抽样（又称取样）、量化和编码三个过程。PCM信号经过通信信道传送到接收端经过解码（又称译码）、重建两个过程恢复为模拟话音信号。1、抽样 每隔一定的时间间隔T，在抽样器上接入一个抽样脉冲，通过抽样的脉冲去控制抽样器的开关电路，取出话音信号的瞬时电压值。抽样后的信

2、号称为抽样信号，是按幅度调制的脉冲信号，即PAM信号，其幅度的取值是连续的，因此仍是模拟信号。,f(t),t,t,t,0,0,0,抽样脉冲,抽样信号,原始模拟信号m(t),抽样信号,1T 2T 3T 4T 5T 6T,1T 2T,3T 4T 5T 6T,取样值,抽样器,图4-4 话音信号的抽样,第四章 程控交换机的交换网络,抽样定理：对于一个具有有限带宽的模拟信号f（t），其最高频率分量为fm，则当抽样频率fs2fm时，样值可以完全表征原信号。当抽样频率为原信号最高频率的两倍以上时，抽样信号可以还原为原信号。目前话音通信的频率为3003400Hz，故抽样速度为6800次/s以上时，抽样才是有意

3、义的。目前PCM通信普遍采用每秒抽样8000次的方法，即抽样周期为 1/8000s125s。,第四章 程控交换机的交换网络,2、量化 在幅度上离散化抽样信号，就是量化。采用“四舍五入”的方法，使每个抽样后的幅值用一个邻近的“整数”值来近似。,第四章 程控交换机的交换网络,为提高小信号量化后的信噪比，可以采用不均匀量化分组。就是将小信号的量化级分得更细些，将大信号的量化级分得粗些，这种做法叫“压缩扩张法”，简称压扩法。3、编码 编码就是把量化后抽样点的幅值分别用代码来表示。通常用8位码表示一个样值。经过编码后的信号，就已经是PCM信号了。,第四章 程控交换机的交换网络,4、解码和重建 在PCM通

4、信的接收端，需把PCM信号恢复为模拟信号。这要经过解码和重建两种处理。解码就是把接收到的PCM代码转变成与发送端一样的PAM信号。重建就是PAM信号通过低通滤波器分离出所需要的话音信号。,第四章 程控交换机的交换网络,4.2.2 时分多路复用概念1.时分多路复用概念 时分多路复用是利用各路信号在信道上占有不同时间间隙而把各路信号分开。每路所占有的时间间隙称为“路时隙”，简称时隙（TS）。每传送一轮所用的总时间称为1帧。,第四章 程控交换机的交换网络,对话音信号的抽样频率fs=8000Hz，抽样周期 Tl/8000125（s）。对30/32路PCM系统而言，是将125s的时间分成32个时隙。因此

5、在30/32路PCM中，一个时隙所占用的时间为125/32=3.9s。即一帧有32个时隙，1帧的时间为125s。,LP1,LP2,图4-8 时分多路复用原理示意图,n,n,抽样,发端,收端,分路,信道,3,1,1,2,3,2,第四章 程控交换机的交换网络,2、PCM的基群和高次群 30/32路系统每帧有32个时隙，每一时隙为8位码，因抽样频率为8000次每秒，因此其数码率为 32880002.048 Mb/s（兆比特/秒）。PCM的高次群由若干个低次群通过数字复接设备汇总而成。,第四章 程控交换机的交换网络,3、30/32路PCM系统的帧结构,第四章 程控交换机的交换网络,4.3 数字交换网络

6、4.3.1 交换网的发展和数字交换网络的出现,PCM传输产生,数字交换机产生,模拟传真，电视业务产生,第四章 程控交换机的交换网络,4.3.2 数字交换原理1、数字交换 数字程控交换机的根本任务就是要通过数字交换来实现任意两个用户之间的语音交换，即要在这两个用户之间建立一条数字话音通道。当话音信号变成数字信号后，每个用户的话音信息就在PCM（脉冲编码调制）复用线上占据一个固定的时隙，在这个固定的时隙上，周期地传递该用户的话音信息。,a,b,c,0,1,2,3,N,N,31,n,0,TS0,a,b,n,c,TS1,TS2,TS3,TSN,TS0,b,a,c,n,TS1,TS2,TS3,TSN,1

7、,2,3,N,K入,K出,N,图4-11 用时序开关代替控制机构的表示方法,1,1,0,0,话音存储器,时隙交换原理,0,1,2,3,N,N,31,0,1,2,3,N,K入,K出,N,1,1,0,0,话音存储器,时序开关K入和K出同步旋转（以每秒旋转8000周）。,时隙交换原理,0,1,2,3,N,N,31,0,1,2,3,N,K入,K出,N,1,1,0,0,话音存储器,在TS1时隙时，K入和K出分别与接点1#入和1#出相连接。输入端将话音信息a就存入话音存储器的1#单元。输出端将2#单元内存放的话音信息b送给TS1用户。,时隙交换原理,0,1,2,3,N,N,31,0,1,2,3,N,K入,

8、K出,N,1,1,0,0,话音存储器,TS1,b,a,TS2,在TS2时隙时，K入和K出分别与接点2#入和2#出相连接。输入端将话音信息b就存入话音存储器的2#单元。输出端将1#单元内存放的话音信息a送给TS2用户。,时隙交换原理,0,1,2,3,N,N,31,0,1,2,3,N,K入,K出,N,1,1,0,0,话音存储器,a,b,c,n,TS1,b,a,n,TS2,TS3,在TS3时隙时，K入和K出分别与接点3#入和3#出相连接。输入端将话音信息c就存入话音存储器的3#单元。输出端将N#单元内存放的话音信息n送给TS3用户。,时隙交换原理,0,1,2,3,N,N,31,0,1,2,3,N,K

9、入,K出,N,1,1,0,0,话音存储器,TS1,b,a,n,TS2,TS3,TSN,c,在TSN时隙时，K入和K出分别与接点N#入和N#出相连接。输入端将话音信息n就存入话音存储器的N#单元。输出端将3#单元内存放的话音信息c送给TSN用户。,时隙交换原理,0,1,2,3,N,N,31,0,1,2,3,N,K入,K出,N,1,1,0,0,话音存储器,TS1,b,a,n,TS2,TS3,TSN,c,A,B,数 字 交 换 网络,第四章 程控交换机的交换网络,2、数字交换网络 时隙交换的实质就是通过时分接线器将一个话音信息由某个时隙搬移至另一个时隙。还需要利用空间交换来扩大其容量。将信息编码由一

10、条复用线上交换到另一条复用线上，时隙不变。数字交换网络包括时分接线器和空间接线器两种基本部件，分别用于完成时间交换和空间交换。,第四章 程控交换机的交换网络,4.3.3 时分接线器（T接线器）一、T接线器的基本组成 话音存储器（Speech Memory，SM）控制存储器（Control Memory，CM）功能：把某一时分复用线中的某一时隙的信息交换至另一时隙。,第四章 程控交换机的交换网络,1、话音存储器（SM）用于暂存经过PCM编码的数字化话音信息，由随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）构成。每一单元可以存储一个话路时隙的8位PCM编码信息。存储单元数等于输

11、入或输出时分复用线上的时隙数。,第四章 程控交换机的交换网络,2、控制存储器（CM）也由RAM构成，用于控制话音存储器信息的写入或读出。存储的是话音存储器的地址，由处理机控制写入。因此，控制存储器的单元数应等于话音存储器的单元数，控制存储器每个单元的位数由话音存储器的容量来决定。,第四章 程控交换机的交换网络,话音存储器中每个存储单元内存入的是发话人的话音信息编码，通常是8位编码。在控制存储器的每个存储单元内存放的是发话人话音信息在话音存储器中的存放单元地址，所以在每个单元内存放的是地址码，地址码的位数与话音存储器的容量相关。,第四章 程控交换机的交换网络,二、T接线器的工作原理 读出控制方式

12、顺序写入，控制读出 写入控制方式控制写入，顺序读出,第四章 程控交换机的交换网络,1、读出控制方式 时分复用线上话音信息内容在时钟控制下顺序写入SM中，在CM的控制下读出SM中的信息送到输出时分复用线上。控制存储器的写入是受中央处理机控制的，是控制写入；它的读出则是在定时脉冲控制下，顺序读出。,TS3,A,B,TS7,TS7,TS3,TS3,SM,A,B,A,3,7,写,写,读,读,7,3,CM,TS7,B,时钟控制计数器,时钟,CPU控制,TS7,TS3,7,3,顺序写入，控制读出方式,：TS7 TS1 TS24 TS2 此时SM、CM的内容？,例,第四章 程控交换机的交换网络,2、写入控制

13、方式 话音存储器SM的写入受控制存储器控制，它的读出则是在定时脉冲的控制下顺序读出。控制存储器的写入是受中央处理机控制的，是控制写入；它的读出则是在定时脉冲控制下，顺序读出。,A,TS3,SM,A,B,B,A,3,7,写,写,读,读,7,3,CM,TS7,B,3,7,时钟,时钟,CPU控制,TS7,TS3,控制写入，顺序读出方式,：TS7 TS1 TS24 TS2 此时SM、CM的内容？,例,小结 T型接线器的SM采用两种不同的工作方式：A、顺序写入，控制读出（读出控制）Tr型B、控制写入，顺序读出（写入控制）Tw型,输出控制：CM：控制写入，顺序读出。每个单元所存贮的具体内容，是由 计算机（

14、处理机）控制写入的。,SM：写入：在时钟的控制下各时隙的 信息依次写入。读出：依照控制存储器所存的读出地址读出信息。,SM：单元地址数与输入时隙数相等。CM：单元地址数与输出时隙数相等，内容即输入时隙数。它的内容是在 计算机的控制下写入地，在交换过 程中保持不变。,输入控制：CM：控制写入，顺序读出。SM：写入依照控制存储器所存的写 入地址进行写入。读出在时钟的控制下各时隙的 信息依次读出。,SM：单元地址数与输出时隙数相等。CM：内容即输出时隙数，它的内容 在计算机的控制下写入。,第四章 程控交换机的交换网络,三、T接线器的电路组成 复用器 话音存储器（SM）控制存储器（CM）分路器,第四章

15、 程控交换机的交换网络,1、复用器 基本功能：串/并变换和并路复用。由串/并变换和并路复用电路构成。,移位寄存器,81D0,D0,D7,D0,D7,HW0,HW7,81D7,D0,D7,D0,D7,HW0,HW7,HW0,HW7,D0,D7,CP,CP,CPTD7,至话音存储器输入,图4-16 复用器的构成框图,移位寄存器,锁 存 器,锁 存 器,第四章 程控交换机的交换网络,（1）串行码和并行码 串行码是指各时隙内的8位码D0D7是按时间的顺序依次排列。并行码是指各时隙内的8位码D0，D1，D7分别同时出现在8条线上。,第四章 程控交换机的交换网络,（2）控制时序 T接线器连接了多条HW，这

16、些HW中的时隙顺序在进入T接线器时如何排列呢？假设8端PCM脉码输入，一共有256个时隙。那么，把HW0的TS0作为总时隙的TS0，HW1的TS0为总时隙的TS1，HW7的TS0为总时隙的TS7，HW0的TS1为总时隙的TS8，HW7的TS1为总时隙的TS15，HW7的TS31为总时隙的TS255。,第四章 程控交换机的交换网络,总时隙号HW线上的时隙号8HW号。总时隙的8位二进制编码的前3位A7A6A5表示8个HW的号；总时隙的8位二进制编码的后5位A4A3A2A1A0表示各端HW中的32个时隙号。例：HW6上的TS8用二进制编码表示为：11001000,第四章 程控交换机的交换网络,A7A

17、0作为定时脉冲，通过译码电路可译成256个时间位置（对应于时隙）不同的定时脉冲。它们的持续时间为488ns，周期为125s，用以代表不同的256个存储单元地址，并控制其单元的写入或读出。,第四章 程控交换机的交换网络,（3）串/并变换 每一条HW接一个移位寄存器，移位寄存器的输入端为一条线，线上传输的是32个时隙的串行码。共有8个移位寄存器，分别与8条HW相接。每个移位寄存器的输出端为8条线，每条线上在各个时隙里只有一位码。,移位寄存器,81D0,D0,D7,D0,D7,HW0,HW7,81D7,D0,D7,D0,D7,HW0,HW7,HW0,HW7,D0,D7,CP,CP,CPTD7,至话音

18、存储器输入,图4-16 复用器的构成框图,移位寄存器,锁 存 器,锁 存 器,第四章 程控交换机的交换网络,（4）并路复用 8选1电子选择器的功能是把8个HW的并行码按一定的次序进行排列，一个一个地送出。在它的输入端有8条线，分别与8个锁存器相连，因此在8条线上的脉码是各个HW的同一位码。,第四章 程控交换机的交换网络,2、分路器 由锁存器和移位寄存器组成，完成并/串变换和分路输出功能。锁存器是并入并出的8位寄存器。它是在位脉冲控制下，将8条HW的各位码（D0D7）分别写入到锁存器07中。在CP的前半期，移位寄存器处于置数状态，将锁存器中8位码转存于移位器中。CP后半期，移位寄存器处于移位状态

19、，在CP的控制下，按CP的节拍一位一位地输出，,HW0 D0 HW0 D7,TD0CP,TD0CP,CP,S,S,D0,D7,HW0,HW7,输入,输出,图4-19 分路器的构成框图,锁存器(0),锁存器(7),移位寄存器,TD7CP,HW7 D0 HW7 D7,第四章 程控交换机的交换网络,3、话音存储器 由RAM组成，是暂存话音信息编码的存储设备。,写入控制,读出控制,定时脉冲,A0,A1,A7,B0,B1,B7,来自控制存储器,A0,A1,A7,DI0,DI1,DI7,DO0,DO1,DO7,输入数据由串/并变换电路来,至并/串变换电路输出数据,话音存储器,R/W,RAM2561,RAM

20、2561,RAM2561,图4-20 读出控制方式的话音存储器,0,0,0,1,1,0,写入控制,读出控制,定时脉冲,A0,A1,A7,B0,B1,B7,来自控制存储器,A0,A1,A7,DI0,DI1,DI7,DO0,DO1,DO7,输入数据由串/并变换电路来,至并/串变换电路输出数据,话音存储器,R/W,RAM2561,RAM2561,RAM2561,图4-20 读出控制方式的话音存储器,0,1,1,0,0,1,第四章 程控交换机的交换网络,4、控制存储器 由RAM、锁存器、比较器和读写控制器组成，写入受中央处理机（CPU）控制。有256个存储单元的控制存储器，和CPU之间有17条线相连。

21、其中数据总线（DB）有8条（BW0BW7），是发话人的话音信息在话音存储器中的存储地址。地址总线（AB）有8条（AW0AW7），AW0AW7是控制存储器的单元地址。还有一条“写”命令线，用于写入控制。,A0,A7,BI0,BI1,BI7,B0,B1,B7,至SM,控制存储器,R/W,RAM2561,RAM2561,RAM2561,比 较,锁存器,锁存器,BW7,BW1,BW0,AW0,AW7,DB,AB,R/W,定时脉冲,地址,A0,A7,CP,写命令,由CPU来,图4-21 控制存储器,1,1,1,0,0,A0,A7,BI0,BI1,BI7,B0,B1,B7,至SM,控制存储器,R/W,RA

22、M2561,RAM2561,RAM2561,比 较,锁存器,锁存器,BW7,BW1,BW0,AW0,AW7,DB,AB,R/W,定时脉冲,地址,A0,A7,CP,写命令,由CPU来,图4-21 控制存储器,1,0,1,1,1,第四章 程控交换机的交换网络,4.3.4 空分接线器（S接线器）功能是完成“空间交换”。即在一根入线中，可以选择任何一根出线与之连通。一、S接线器的基本组成 由mn交叉点矩阵和控制存储器组成。在每条入线i和出线j之间都有一个交叉点Kij，当某个交叉点在控制存储器控制下接通时，相应的入线即可与相应的出线相连，但必须建立在一定时隙的基础上。,A0,A7,B0,B1,S,至SM

23、,控制存储器,R/W,RAM2561,RAM2561,RAM2561,比 较,锁存器,锁存器,BW2,BW1,BW0,AW0,AW7,DB,AB,R/W,定时脉冲,地址,A0,A7,CP,写命令,由CPU来,图4-22 S型接线器的控制存储器,RAM2561,S,B2,第四章 程控交换机的交换网络,二、S接线器的工作原理1、输出控制方式 每条出线上的所有交叉点均由一个控制存储器控制，每个控制存储器有32个单元，其中单元的地址与输入线的时隙号相对应，单元中的内容与输入线号对应。控制存储器的写入受CPU控制，读出是按定时脉冲时序进行控制，即按时间顺序读出。,a,a,HW0,HW1,HW7,TS2,

24、TS2,HW0/,HW1/,HW7/,CM0,CM1,CM7,0,1,2,31,0,图4-23 输出控制方式的88 S接线器,第四章 程控交换机的交换网络,2、输入控制方式 每条输入线上都配有一个控制存储器，控制该输入线与输出线的所有交叉接点。,HW0,HW1,HW7,HW0/,HW1/,HW7/,0,1,2,31,a,TS2,a,TS2,CM0,CM1,CM7,7,图4-24 输入控制方式的88 S接线器,第四章 程控交换机的交换网络,4.4 多级时分数字交换网络4.4.1 T-S-T型时分交换网络基本组成：由输入级T接线器（TA）、输出级T接线器（TB）和中间S接线器组成。控制方式读-写方

25、式：TA读出控制、TB写入控制、S输出控制。写-读方式：TA写入控制、TB读出控制、S输出控制。,一、读-写方式的TST网络,1、中间时隙的选择,HW0TS3经复用后变为TS24=38+0 HW127TS31经复用后变为TS255=318+7AB方向：选取中间时隙ITS2CMA0的2#单元内容为“24”CMS15的2#单元内容为“0”CMB15的2#单元内容为“255”,2、工作原理,BA方向：反相法：选取中间时隙ITS130CMA15的130#单元内容为“255”CMS0的130#单元内容为“15”CMB0的130#单元内容为“24”,2、工作原理,二、写-读方式的TST网络,选取中间时隙I

26、TS2CMA0的24#单元内容为“2”CMS15的2#单元内容为“0”CMB15的255#单元内容为“2”,1、AB方向,反相法：选取中间时隙ITS130CMA15的255#单元内容为“130”CMS0的130#单元内容为“15”CMB0的24#单元内容为“130”,2、BA方向,第四章 程控交换机的交换网络,三、TST网络的分析1、输入级T与输出级T的安排 话音信息存储单元 读-写方式：话音信息只能顺序写入到输入时隙号 一致的SMA单元中，仅一种选择。写-读方式：话音信息可以写入到由CPU任意指定 SMA单元中，有多种选择。,第四章 程控交换机的交换网络,内部链路测试 读-写方式：内部链路有

27、CPU控制，有多种选择。写-读方式：内部链路与用户的输入时隙号一致，仅一种选择。结论：写-读方式可靠性高，测试维护方便。,第四章 程控交换机的交换网络,2、控制存储器的合用（1）读-写方式下的合用 CMA0的2#单元中存入“24”CMB0的130#单元中存入“24”CMA0在选用2#单元时，就不会再选用130#单元;或者 在选用130#单元时，就不会再选用2#单元 因此，CMA0与CMB0可以进行合用 同样，CMAi 与CMBi也可以进行合用 合用方法：在相差半帧的CM两个单元中，存入相同的话音信息存放地址，该地址等于话音信息的输入线时隙号。,b,a,TS255,TS24,R,读出控制,130

28、,a,24,a,a,b,b,255,255,15,0,2,b,a,a,b,b,W,R,W,0入,0出,15入,15出,ITS130,ITS2,ITS130,ITS2,TS24,TS255,写入控制,输出控制,TA0,SMA0,TB0,SMB0,TA15,SMA15,TB15,SMB15,S,1616,CMS0,CMS15,图4-27 读-写方式控制存储器合用,24,255,255,2,SMA15,130,第四章 程控交换机的交换网络,（2）写-读方式下的合用 CMA0与CMB0占用的单元地址相同，只是保存的内容（SM的地址）相差半帧。可以合用CM。合用方法：只需在CM内容取出作为SM地址码进行

29、操作时，将其中一侧（如输出侧）的A7地址线取“非”就可以解决合用问题。,W,2,24,130,130,255,a,2,a,a,b,b,130,2,15,0,2,b,b,a,a,a,b,b,R,W,R,0入,0出,15入,15出,ITS130,ITS2,ITS130,ITS2,TS24,TS255,TS255,TS24,TA0,SMA0,TB0,SMB0,TA15,SMA15,TB15,SMB15,S,1616,CMA0,CMA15,CMS0,CMS15,130,A0A6,A0A6,图4-28 写读方式控制存储器的合用,第四章 程控交换机的交换网络,4.4.2 S-T-S型时分交换网络基本组成：

30、由输入级S接线器、输出级S接线器、中间T接线器组成。控制方式 输入级S接线器（S入级）：输出控制 输出级S接线器（S出级）：输入控制 中间级T接线器：读出控制,2.4.2 S-T-S型时分交换网络,由于CMS入0与CMS出0的内容完全相同，所以也可以合用。,第四章 程控交换机的交换网络,4.4.3 其他形式的多级时分交换网络一、T-S-S-T 网络 最多可由22个网络模块组成。每个网络模块有6个初级T型接线器TA，一个624初级S型接线器S1，一个246次级S型接线器S2和6个次级T型接线器TB。最大容量为63360个话路/67584个时隙。交叉接点为62422+24622=6336个。,第四

31、章 程控交换机的交换网络,二、S-S-T-S-S网络 在两侧各配备两级S型接线器，中间为一级T型接线器。S1和S4分别为814和148的S型接线器，S2和S3分别为158和815的S型接线器，122个T接线器。网络容量为14400个话路/15360个时隙，其交叉点为6720个。,第四章 程控交换机的交换网络,4.5 阻塞的概念与计算4.5.1 阻塞的概念 阻塞是指主叫向被叫发出呼叫时，被叫虽然空闲，但由于网络内部链路不通，而使呼叫损失的情况（内部阻塞）。TST网络：一条通路的建立，必须是S接线器的控制存储器和两侧T接线器的控制存储器都有相同地址的空闲单元才能接通，否则就出现阻塞。,第四章 程控

32、交换机的交换网络,2.5.2 阻塞概率的计算 以TST网络为例，若每条线占用概率为Y 空闲概率为1-Y 主被叫所占用两条通路同时空闲的概率为(1-Y)2 主被叫所占用两条通路不同时空闲的概率为 1-(1-Y)2 两条通路处于同一个T内时，阻塞概率 1-(1-Y)2128 两条通路处于不同T内时，阻塞概率 1-(1-Y)2256,第四章 程控交换机的交换网络,总阻塞概率为：P=1-(1-Y)2128+15 1-(1-Y)225616 若Y=0.6Erl，则 P=1.27 10-11 Y=0.8Erl，则 P=3.6 10-4 若Y=0.4Erl，链路数为512，则：P=1-(1-Y)2256+15 1-(1-Y)251216=1.5110-51，可认为是无阻塞网络,