第 3章 程控交换机的交换网络第 3章 程控交换机的交换网络
3.1 空分交换网络
3.2 脉码调制简介
3.3 数字交换网络
3.4 串并变换和扩大时隙复用度
3.5 数字接线器与交换网络的组成第 3章 程控交换机的交换网络
3.1 空分交换网络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 。
在纵横制交换机中采用各种机电式接线器 ( 如纵横接线器等 ) ;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 3章 程控交换机的交换网络分程控交换机中只有空分接线器,时分程控交换机中可以有时分,空分两种接线器 。 考虑到交换网络对交换机总体性能及体积,成本诸方面的影响,小容量的模拟程控交换机几乎都只采用空分接线器 ( 所以我们有时以空分机代替模拟机,与数字机并称 ) 。 小容量的数字程控交换机几乎都采用时分接线器;中,
大容量的数字交换机几乎全部采用时分或时分与空分组合的交换网络 。
第 3章 程控交换机的交换网络在程控交换机中,目前广泛采用交叉点开关阵列集成电路作为空分接线器,以取代老式的纵横制机电接线器 。 这种开关阵列电路主要由交叉电子开关与控制存储器 ( 或锁存器 ),译码器组成,如图 3― 1所示 。
在控制信号作用下,由译码输出 S ij的状态来选择和确定相应交叉开关导通,以实现与该接点相连的输入输出线的接续 。
第 3章 程控交换机的交换网络图 3―1 空分接线器结构示意图第 3章 程控交换机的交换网络目前这类电路的产品很多,但其内部构成与工作原理基本相同 。 图 3― 2给出 RCA公司 CD22100( 4× 4) 交叉点开关阵列的结构,它有 16个交叉点开关,分布在 4
行 × 4列的交叉点上,编号为 0~ 15,这 16个开关由 16个锁存器输出控制 。 地址码输入 DCBA经 4- 16译码,选择相应的锁存器,并由输入数据 DI控制相应的开关的状态 。 若 DI为 1,则开关导通;若 DI为 0,则开关截止 。
第 3章 程控交换机的交换网络图 3―2 CD22100 电路结构原理图第 3章 程控交换机的交换网络目前的交叉开关一般用 CMOS工艺制作,因而导通时呈现一定的电阻值 ( 约为 50~ 100Ω),增加了插入损耗 。 另外,现有开关阵列产品规模较小,常用的规模较大的产品为 MT8816( 8× 16),因此,空分交换机的容量一般较小 。
第 3章 程控交换机的交换网络
3.2 脉码调制简介
3.2.1
话音信号是模拟信号,为使模拟的话音信号数字化,
可采用脉码调制的方法,即 PCM。 我们知道,模拟信号数字化称为模/数 ( A/D) 变换,而把数字化信号还原为模拟信号称为数/模 ( D/A) 变换 。 综合 A/D及 D/A的一般步骤,图 3― 3示出了 PCM通信的简单模型 。
第 3章 程控交换机的交换网络图 3― 3PCM通信的简单模型第 3章 程控交换机的交换网络
1.
话音信号在时间上是连续的,经过抽样后将变为时间上离散的信号 。 抽样上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,即样值,如图 3― 4所示 。 抽样后的信号称为抽样信号,
显然它可以看作按幅度调制的脉冲信号,即 PAM信号,
其幅度的取值仍是连续的,不能用有限数字来表示,
因此抽样值仍是模拟信号 。
第 3章 程控交换机的交换网络图 3―4 话音信号的抽样第 3章 程控交换机的交换网络
2.
抽样后的信号,其幅度的取值仍是无限多个,是连续的,在幅度上离散化抽样信号,就是量化 。 量化可以采用,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,图 3― 5就是这种量化方法的示意图 。 图中把信号归纳为 0~ 7级共八级,并规定:小于 0.5的为 0级; 0.5~ 1.5之间为 1级等 。 这样经过量化,
连续的样值被归到了 0~ 7级中的某一级,图 3― 5( b )
就是量化后的值,这里的每一级称为量化级 。 需要注意的是把无限多种幅值量化成有限的量化级,必然会产生误差,即量化误差 。 关于量化误差我们在此不详细讨论 。
第 3章 程控交换机的交换网络图 3― 5
(a)取样; (b)量化第 3章 程控交换机的交换网络
3.
编码就是把量化后抽样点的幅值分别用代码来表示 。 代码的种类很多,采用二进制代码是通信技术中常见的 。 图 3― 5中分 8个量化级用 3位二进制码表示 。
实际应用中,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 3章 程控交换机的交换网络
4.
在 PCM通信的接收端,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,如图 3― 6所示 。
第 3章 程控交换机的交换网络图 3―6 解码示意图第 3章 程控交换机的交换网络
3.2.2
1.
为在较少的硬件资源上传输更多的信号,即要实现多路复用,可采用频分与时分两种方法 。 现有的有线电视信号传送,就采用频分的办法,即把多种频段的信号混合在一起传输,由接收机选频来分离信号 。
第 3章 程控交换机的交换网络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 。 具体来说,就是把时间分成均匀的时间间隔,将每一路信号的传输时间分配在不同的时间间隔内,以达到互相分开的目的 。 每路所占有的时间间隙称为,路时隙,,简称时隙 ( TS) 。
如果复用路数为n,则每一路所占用时隙如图 3― 7
所示 。 第 1路话音信号的抽样值经过量化编码后的 8位码占用 1时隙,同样第 2路的 8位码占用 2时隙 ……这样依次传送,直到把第n路传送完后,再进行第二轮传送 。
每传送一轮所用的总时间称为 1帧 。
第 3章 程控交换机的交换网络图 3―7 时分制时隙分配示意图第 3章 程控交换机的交换网络图 3―8 时分多路复用原理示意图第 3章 程控交换机的交换网络
2,PCM
PCM的高次群由若干个低次群通过数字复接设备汇总而成 。 由于基群有上述两种系统,所以高次群 ( 二次群,三次群 …… ) 也有两个系列,如表 3― 1所示 。
第 3章 程控交换机的交换网络表 3―1 高次群的复接系列第 3章 程控交换机的交换网络图 3―9 30/32 路 PCM系统的帧结构第 3章 程控交换机的交换网络
3.3 数字交换网络
3.3.1 时分接线器 (T接线器 )
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,它主要由话音存储器和控制存储器组成,如图 3― 10所示 。
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”。
第 3章 程控交换机的交换网络图 3―10 T 接线器结构原理图第 3章 程控交换机的交换网络
3.3.2 空分接线器 (S接线器 )
数字交换网络中的空分接线器,就其结构而言与空分交换网络中的空分接线器是相同的 。 它在数字交换网络中的作用是完成不同 PCM复用线上同时隙间的信码交换 。 由于其工作方式与空分交换网络中的空分接线器不同,我们重画空分接线器的结构如图 3― 11所示 。 为明确其工作情况,与图 3― 1相比,我们着重画出了存储器对交叉点开关的控制关系 。
第 3章 程控交换机的交换网络图 3―11 空分接线器结构示意图第 3章 程控交换机的交换网络
3.3.3 TST和 STS数字交换网络程控交换机的交换网络可以是单级 T接线器 。 但有的程控交换机的交换网络可能由 T接线器和 S接线器多级组合而成,其中 TST和 STS网络是最基本的两种组合形式,尤其是 TST网络,由于成本低,路由选择简单,
从 80年代开始就被广泛采用 。
第 3章 程控交换机的交换网络
1.TST
TST交换网络是三级交换网络,输入输出级都是时分接线器,中间是空分接线器 。 图 3― 12示出了一个
TST网络的结构原理 。
图 3― 12中有 8条输入 PCM复用线,每条接至一个
T接线器 (称为输入 T级 ),其工作方式为,控制写入,
顺序读出,;有 8条输出 PCM复用线从输出 T级接出,
其工作方式为,顺序写入,控制读出,;中间级 S接线器相应则为 8× 8的交叉矩阵,其出入线对应地接到两侧的 T接线器上 。
第 3章 程控交换机的交换网络图 3―12 TST 交换网络结构举例第 3章 程控交换机的交换网络
TST
( 1) 在 A→B 方向找到空闲内部时隙时,也就决定了 B→A 方向的内部时隙,因此,减少了空闲时隙测选工作 。
( 2)输入 T级和输出 T级其对应的控制存储器 CM
可以合用。
第 3章 程控交换机的交换网络
2,STS
STS交换网络的输入输出级都是 S接线器,中间一级为 T接线器 。 图 3― 13所示即为 STS交换网络的一种形式 。 其中输入级 S为输出控制方式,T级采用顺序写入,
控制读出方式,输出级 S采用输入控制方式 。
第 3章 程控交换机的交换网络图 3―13 STS 交换网络结构举例第 3章 程控交换机的交换网络从图 3― 13中还可以看出,两个用户的通信也可途经中间 T级的其它话音存储器,但是在本次交换发生时,
被测的 SM某一对特定的出入时隙 (如上例中的 TS2、
TS31)都必须是空闲的才可被选中,实际上这种选择比
TST网络中无条件地选择内部时隙要复杂一些 。
第 3章 程控交换机的交换网络
3.4 串并变换和扩大时隙复用度在技术及经济条件许可的情况下,一般都尽可能地提高进入交换网络的时分复用线的复用度,来扩大交换网络的容量,提高 T和 S接线器的效率 。
图 3― 14( a ) 示出了 4条各具有 32个时隙的 PCM
复用线,它们经过一个 TST网络进行交换,其交换的总数为 32× 4= 128个时隙 。 图 3― 14( b ) 则示出了另外一种节省硬件提高效率的办法 。
第 3章 程控交换机的交换网络图 3―14 与 TST网络等效的 T网络第 3章 程控交换机的交换网络复用器又称并路器,其客观存在的作用是把 PCM
复用线的复用度提高 。 在复用度较高的情况下,目前主要采用串,并变换 (S→P) 降低码率,这种复用器实际上是由几级数据选择器组成,其组成框图如图 3― 15
所示 。
分路器的作用是把交换网络输出的信息先进行分路,再进行并串变换 (p→s),使其恢复为原来的复用度和码率 。 所以分路器的组成框图与复用器的结构正好相反 。
第 3章 程控交换机的交换网络图 3―15 复用器的组成第 3章 程控交换机的交换网络
3.5 数字接线器与交换网络的组成作为例子,我们来看一个小容量的 ( 256× 256)
数字接线器芯片的内部结构原理 。 图 3― 16 示出了这种芯片的结构图 。 从图中可见,在输入端由串 → 并变换电路将串行信号变成并行信号,然后进入话音存储器进行交换;
第 3章 程控交换机的交换网络在输出端由并 → 串变换电路将其复原成串行码,然后输出 。 话音存储器也由控制存储器控制 。 图中的 2选 1
电路用于选择输出端是话音存储器内容或是控制存储器内容 。 话音存储器和控制存储器所需要的定时信号由时基电路产生 。 后者由时钟信号产生,并受同步信号控制 。
第 3章 程控交换机的交换网络图 3― 16256× 256数字接线器芯片结构原理图第 3章 程控交换机的交换网络
CPU通过数据线 D0~D7来控制芯片工作,它可以通过各种指令使得芯片的 8条 PCM线的每个,交叉接点,
接通或释放 。 256× 256的交换网络芯片的交换速率为
2Mb/s。
作为一个例子,图 3― 17是由上述芯片组成的容量为 1024× 1024的交换网络的一种结构,当然还可以有其它的结构方式,图示的这种方式最常采用 。
第 3章 程控交换机的交换网络图 3―17 1024 × 1024交换网络结构