第3章 程控交换机的交换网络.ppt

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,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）。,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。,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31所示。在控制信号作用下，由译码输出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。,图31空分接线器结构示意图,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32给出RCA公司CD22100（44）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015，这16个开关由16个锁存器输出控制。地址码输入DCBA经416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。,图32CD22100电路结构原理图,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50100），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（816），因此，空分交换机的容量一般较小。,3.2脉码调制简介,3.2.1话音信号的数字化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33示出了PCM通信的简单模型。,图33PCM通信的简单模型,1.抽样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，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34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。,图34话音信号的抽样,2.量化抽样后的信号，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35就是这种量化方法的示意图。图中把信号归纳为07级共八级，并规定：小于0.5的为0级；0.51.5之间为1级等。这样经过量化，连续的样值被归到了07级中的某一级，图35（）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。,图35量化示意图(a)取样；(b)量化,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。代码的种类很多，采用二进制代码是通信技术中常见的。图35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。,4.解码和重建在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36所示。,图36解码示意图,3.2.2时分多路复用概念1.时分多路复用概念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。,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，则每一路所占用时隙如图37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。,图37时分制时隙分配示意图,图38时分多路复用原理示意图,2.PCM的基群和高次群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31所示。,表31高次群的复接系列,图3930/32路PCM系统的帧结构,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310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”。,图310T接线器结构原理图,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311所示。为明确其工作情况，与图31相比，我们着重画出了存储器对交叉点开关的控制关系。,图311空分接线器结构示意图,3.3.3TST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。,1.TST交换网络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312示出了一个TST网络的结构原理。图312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88的交叉矩阵，其出入线对应地接到两侧的T接线器上。,图312TST交换网络结构举例,TST交换网络内部时隙的选择采用反相法有如下好处：（1）在AB方向找到空闲内部时隙时，也就决定了BA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。,2.STS交换网络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313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。,图313STS交换网络结构举例,从图313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。,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314（）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32128个时隙。图314（）则示出了另外一种节省硬件提高效率的办法。,图314与TST网络等效的T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(SP)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315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(ps)，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。,图315复用器的组成,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（256256）数字接线器芯片的内部结构原理。图316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；,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