第3章 程控数字交换的基本原理ppt课件

.,第3章程控数字交换的基本原理,3.1程控交换机概述3.2语音信号数字化的基本原理3.3数字交换的基本原理,.,3.1程控交换机概述,3.1.1程控交换机的优点1、灵活性大2、便于维护管理，可靠性高3、体积小，耗电低4、便于向综合业务数字网发展,.,3.1.2程控交换技术的发展趋势1、软硬件模块化设计2、进一步加强有关智能网、综合业务功能的开发3、大力开发各种接口4、加强网络管理功能，并为进入管理网做好准备5、积极研究异步转移技术（ATM）,.,3.2语音信号数字化的基本原理,3.2.1模拟信号数字化的基本原理,.,特点：用数字通信系统传输模拟信号,任务：模拟信号的数字化，形成数字基带信号,数字基带信号的无失真传输,从接收数字信号中完整无失真的还原模拟信号,.,ms(t),0,时域图,频谱图,m(t),讨论：,结论：fs的值必须满足抽样定理,.,脉冲调制,脉冲调制就是时间上离散的脉冲串作为载波，用模拟基带信号m(t)去控制脉冲串的某个参数，使其按照m(t)的规律变化的调制方式。,幅度脉冲振幅调制PAM,宽度脉冲宽度调制PDM,位置脉冲位置调制PPM,.,PAM、PDM、PPM信号波形,.,按照抽样后脉冲顶部的形状不同：,自然抽样脉冲幅度调制平顶抽样脉冲幅度调制,抽样幅度（顶部）随被抽样信号m(t)变化，或者说保持了m(t)的变化规律。,抽样信号中脉冲顶部不随被抽样信号变化，而且都是保持平坦的形状，即平顶抽样是由矩形脉冲序列构成的，矩形脉冲的幅度即为瞬时抽样值。,.,自然抽样信号及其频谱,.,平顶抽样信号与产生原理,.,特点：脉冲载波用基带信号去改变脉冲的振幅,原理：抽样定理，用窄带脉冲串实现冲激序列,一、产生原理,图示,二、PAM(PulseAmplitudeModulation)波形及频谱,.,PAM的波形及频谱,.,脉冲编码调制（PCM）的原理,定义：将模拟信号抽样量化，然后使已量化值变为代码。属于信源编码,.,模拟信号：m(t),量化信号：mq(t),样值信号：ms(t),量化误差信号：,常用名词,量化区间：(mi-1,mi),量化电平：qi,量化间隔v=(mi-mi-1)=2a/M,(量化噪声),量化信噪比Sq/Nq,波形,量化级数M,动态范围（-a,a),eq(t)=|ms(t)-mq(t)|,.,量化过程及量化误差,.,定义：把输入信号m(t)的值域按等距离分割的量化称为均匀量化，其量化电平取量化区间的中点。,均匀量化,v为常数,分析量化信噪比(quantizingSNR)：,设m(t)的参数：动态范围（-a,a),量化间隔v=2a/M,mi=-a+iv第i个量化区间的终点,量化级数为M,qi=(mi-1+mi)/2i=1、2M,mi-1=-a+(i-1)v第i个量化区间的起点,量化区间,量化电平,量化信噪比：模拟输入信号的功率与量化噪声功率之比。,量化误差绝对值0.5；超出范围，称为过载或饱和。,.,Ts2Ts3Ts4Ts5Ts6Ts7Ts8Ts9Ts10Ts,m(t),qi,mi-1,mi,mq(t),ms(t),.,.,非均匀量化,定义：v不为常数,思路：输入信号的特征是小信号出现的概率大，大信号出现的概率小，因而重点要改善小信号的量化信噪比。,实现方法：将抽样值通过对数压缩(logarithmcompress)再进行均匀量化,对数压缩方法：,15折线率压缩,13折线A率压缩,8,7,.,13折线分段时的x值与实际的x值比较,13折线A率压缩,.,2脉冲编码调制（PCM）的原理,定义：将模拟信号抽样量化，然后使已量化值变为代码。属于信源编码,.,自然二进制码折叠二进制码格雷码,码型的选择,折叠码优点：1）只需对单极性信号进行，再增加最高位来表示信号的极性。,2）小信号的抗噪性能强，大信号的抗噪性能弱。,.,码位数N的确定：,当输入信号动态范围一定，量化级数M越大，量化间隔v越小，量化噪声越小，但所需编码位数N越多。,定义：,PCM信号参数,fs=8KHz、混合量化方法、二进制折叠码、M=256、N=8,一个码组：C1C2C3C4C5C6C7C8,C1：极性码,C2C3C4：段落码,C5C6C7C8：段内码,.,PCM编码方法,量化区间的划分,1,非均匀量化：M1=8，分为8个段落,均匀量化：M2=16，每段分为16级,第一、二段,依此类推：,第三段,M=M0M1M2=,.,编码方法,例,.,例：已知输入信号的一个抽样值为+1270个量化单位，采用13折线A率压缩。求PCM编码码组和量化误差。,解：1）确定C1,C1=1,+1270个量化单位=+1270v0,2）确定C2C3C4,第8段的起始电平为1024,102412702048,C2C3C4=111,3）确定C5C6C7C8,C5C6C7C8=0011,样值落在第3量化级,4）确定量化误差,第3量化级的坐标为（1216，1280）,量化电平,量化误差=1270-1248=22(量化单位),(量化单位),样值落在第8段,码组：11110011,.,时分复用(TDM)的基本概念,多路复用(Multiplex)：使多路信号沿同一信道传输而互不干扰。,时分多路复用：使各路信号在信道上占有不同的时间间隔同时传输而互不干扰。,帧(Frame)周期：抽样周期Ts。,路时隙(slot)：每路信号的一个样值占有的时间TC。,位时隙：码组中一个码元占有的时间TB。,第一路信号,第二路信号,复用信号,Ts,Ts,TC,TC,Ts,Ts,.,量化编码译码,K2,量化编码译码,K1,特征：将各路信号的抽样时间错开,TDM原理框图：,时分复用系统,要求：收、发两端开关K1、K2完全同步。保证开关K1、K2旋转一圈的频率（即抽样频率）满足抽样定理，既可实现收发一致。,.,PCM30/32路复用系统,帧周期Ts=125s,时分多路数字电话系统,基群信号：包含30路用户信号和2路信令信号,每路信号的采样频率fs=8000Hz,PCM高次群,将4个基群复接成二次群，将4二次群复接成三次群,复接的目的：提高传输速率,帧结构及参数,PCM高次群的复接方法,.,PCM30/32路系统帧结构,125s(F),TS0、TS16为信令,TS0.TS31称为路时隙,TS1TS15、TS17TS31为用户信号,PCM30/32路系统帧参数,路时隙的时间,位时隙的时间,数码率,帧长度,PCM30/32路系统复帧结构,16个基本帧组成1个复帧,.,信令,奇帧TS0,复帧对告码,复帧同步码,帧同步码,偶帧TS0,CH16,CH1,CH30,CH15,F0,F1,125s,F15,A1：帧失步对告,同步：A1=0、A2=0,失步：A1=1、A2=1,abcd的组合描述各话路的空闲、忙、主叫、被叫、摘机、挂机等信息,.,复接方法,按位复接：每次复接1bit,基群1,特点：复接后每位码元的宽度为原来的1/4,基群2,基群3,基群4,二次群,1001011,1101001,0110100,0010110,1100011000111100001110011100,按码字复接：每次复接8bit，循环周期长。,按帧复接：每次复接256bit，利于信息交换，但需大容量存储器。,.,.,3.3数字交换的基本原理,交换网络是交换机的重要组成部分，在程控数字电话交换机中用计算机程序来控制交换网络内话路时隙的交换。3.3.1时隙交换的概念对于模拟信号，话音信号的交换就是物理电路之间的交换，即在交换网络的输入与输出端两条电路之间建立一个实际的连接。,.,在程控交换机中，首先将模拟话音信号变换成PCM数字信号，然后再将多路数字话音信号复用在一起构成一帧，最后送入交换网络。一条物理电路上顺序传输多路话音信号，每路信号占用一个时隙，要是实现信号交换，就要对每一时隙进行交换。在数字交换网络中对话音信号的交换实际就是对时隙的交换。,.,时隙交换：在交换网络的一侧，将某条电路上的某个时隙内的8bit信号，通过交换网络，转移到另一侧的某条电路上的某个时隙的8bit位置。每一帧都重复进行，从而实现话音电路的交换。,.,数字交换网络的功能是完成时隙交换，也就是要完成任意PCM复用线上任意时隙之间的信息交换。两种基本功能：（1）在一条复用线上进行不同时隙交换的功能。由于这种时隙交换是在同一复用线上完成的，为“时分交换”。（2）在不同复用线之间进行同一时隙交换的功能。“空分交换”时分交换与空分交换的组合可以完成任意PCM复用线上任意两个时隙之间信息的交换,.,3.3.2接线器的工作原理1、时分接线器（T型接线器）话音存储器（SpeechMemory，SM）控制存储器（ControlMemory，CM）两部分组成，其功能是进行时隙交换，完成同一母线不同时隙的信息交换，即把某一时分复用线中的某一时隙的信息交换至另一时隙,.,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（RAM）构成。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。话音存储器存储的是话音信息，控制存储器存储的是话音存储器的地址。话音存储器的容量等于进入T型接线器的输入复用线的时隙数。控制存储器的容量与话音存储器容量相同。,.,依照话音信号在话音存储器的读/写受控性不同，时分接线器分为“顺序写入，控制读出”和“控制写入，顺序读出”两种工作方式。顺序：在存储器在读写操作时，复用线上的时隙序号与存储单元序号一一对应。控制：不按顺序，由控制信息决定当前写入或读出的单元地址。,.,（1）顺序写入，控制读出,.,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。T接线器的工作是在中央处理机的控制下进行。当中央处理机得知用户的要求（拨号号码）后，首先通过用户的忙闲表，查被叫是否空闲，若空闲，就置忙，占用这条链路。中央处理机CPU根据用户要求，向控制存储器发出“写”命令，将控制信息写入控制存储器。用户B的回话信息b如何传送，也要由中央处理机控制，向控制存储器下达“写”命令，令其在1#单元中写入“8”。,.,（2）控制写入，顺序读出,.,当中央处理机（CentralProcessingUnit，CPU）得知用户要求后，即向控制存储器下“写”令，命令在控制存储器的1#单元写入“8”，在8#单元写入“1”。,.,T型接线器，都是将PCM复用线中的每个输入时隙内的信息对应存入SM的一个存储单元。这就意味着由空间位置的划分来实现时隙交换，所以时分接线器是按空分方式工作的。时分接线器是由处理机控制，在处理机的控制下将输入PCM端口上某一时隙的话音信号交换到输出PCM端口的任意时隙上，在与复用器的分路器配合使用时还可以实现多个PCM端口上信号的交换。,.,2、空分接线器（S型接线器）,S型时分接线器是空间型接线器(spaceswitch)，其功能是完成“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。S型接线器由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。,.,根据控制存储器是控制输出线上交叉接点闭合还是控制输入线上交叉接点的闭合，可分为输出控制方式和输入控制方式两种。,.,控制输入,.,控制输出,.,3.3.3串/并变换和扩大时隙的复用度一般至少由4组PCM一次群构成的时分复用线（一般称为母线，HW）来传输才有实用价值。输入端，串/并变换，扩大容量输出端，并/串变换，还原一次群,.,复用器的基本功能是串/并变换和并路复用。其目的是减低数据传输速率，便于半导体存储器件的存储和取出操作；尽可能利用半导体器件的高速特性，使在每条数字通道中能够传送更多的信息，提高数字通道的利用率。,1、串/并转换,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。,.,.,实际中，通常8个PCM一次群经复用和串/并变换后再输出,.,.,TS与ts的对应：,.,.,.,分路器由锁存器和移位寄存器组成，其功能与复用器正好相反，完成并/串变换和分路输出功能。,2、并/串转换,.,.,3.4数字交换网络,数字交换网络有T型接线器和S型接线器组合而成。三级组合较多，TST组合和STS组合1、TST数字交换网络T-S-T交换网络是由输入级T接线器（TA）和输出级T接线器（TB），中间接有S型时分接线器组成。（1）TA接线器负责输入复用线的时隙交换顺序写入，控制读出（2）S接线器负责复用线之间的空间交换。输入控制型（3）TB接线器负责输出复用线的时隙交换。控制写入，顺序读出,.,T-S-T型交换网络工作原理,返回,.,内部时隙的选取采用