Chapter2 數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)

數(shù)字交換系統(tǒng)與模擬交換系統(tǒng)相比

優(yōu)點(diǎn)：抗干擾性強(qiáng)；便于時分多路復(fù)用；便于加密；適于信號處理與控制；便于引入遠(yuǎn)端集線器；可集成容量大阻塞率低的數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)；有利于實(shí)現(xiàn)數(shù)字交換與數(shù)字傳輸?shù)闹苯勇?lián)系；構(gòu)成綜合數(shù)字網(wǎng)(IDN)，向ISDN（綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)）過渡。通信網(wǎng)：以數(shù)字為主 用戶終端：為模擬話機(jī)語音數(shù)字交換過程：話音（模擬量）A/D數(shù)字交換機(jī)D/A話音（模擬量）數(shù)字交換技術(shù)基礎(chǔ)2.12.1.1語音信號數(shù)字化數(shù)字交換技術(shù)基礎(chǔ)2.1語音信號數(shù)字化過程主要功能單元包括三種功能：抽樣量化編碼抽樣：把話路信號（300-3400HZ）變成脈沖調(diào)幅信號（PAM）量化（取整）：將脈沖調(diào)幅信號（PAM）量化為有限個幅度值的量化信號（會產(chǎn)生誤差（失真），采取對數(shù)形式的壓縮特性）。編碼：將有限個幅度值的量化信號變換成二進(jìn)制編碼，8位碼/抽樣值數(shù)字交換技術(shù)基礎(chǔ)2.1PCM的主要波形數(shù)字交換技術(shù)基礎(chǔ)2.1存在的問題和解決的方法①問題話音信號在量化過程中必然會產(chǎn)生誤差（或失真）引起通話時附加量化噪聲。對于線性量化情況，量化噪聲功率僅與量化間隔大小有關(guān)，大信號時信噪比高；小信號時信噪比低數(shù)字交換技術(shù)基礎(chǔ)2.1②解決方法采用不均勻分層法，解決線性量化時小信號音質(zhì)差的問題，即：讓量化特性在小信號時分層密（量化間隔?。┳屃炕匦栽诖笮盘枙r分層疏（量化間隔大）能在編碼位數(shù)較少的情況下，得到小信號較高的信噪比來改善通話質(zhì)量數(shù)字交換技術(shù)基礎(chǔ)2.1目前國際上有兩種非均勻量化方法：U律15折線非線性量化-北美、日本采用A律13折線非線性量化-中國、歐洲采用分為256個量化級。數(shù)字交換技術(shù)基礎(chǔ)2.1A律：歐洲（我國）μ律：北美，日本A律13折線采用8位編碼數(shù)字交換技術(shù)基礎(chǔ)2.1數(shù)字交換技術(shù)基礎(chǔ)2.12.1.2時分多路通信數(shù)字交換技術(shù)基礎(chǔ)2.1目的：提高傳輸信道的利用率

方法：頻分復(fù)用（FDM）（按頻率劃分信道）時分復(fù)用（TDM）（按時間劃分信道）FDM與TDM信道劃分頻分復(fù)用方法：信道的可用頻帶被分割成若干互不交疊的頻段，每路信號的頻譜占用其一，以實(shí)現(xiàn)多路相加的FDM信號在同一信道中傳輸。在接收端，借助適當(dāng)?shù)膸V波器加以分路，分別進(jìn)行解調(diào)?；竟δ軉卧▽?shí)現(xiàn)信號頻譜的搬移和分割）幅度調(diào)制器；幅度解調(diào)器；帶通濾波器；載波產(chǎn)生器應(yīng)用①載波電話通信②線對增容（程控、用戶載波技術(shù)）數(shù)字交換技術(shù)基礎(chǔ)2.1時分復(fù)用方法：將信道按時間加以分割，各路話音抽樣信息依一定的次序輪流地占用某一時段（時隙），從而實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用通常采用PCM復(fù)用方式提高傳輸速率、交換容量兩種復(fù)用制式：

30/32路幀結(jié)構(gòu) （A律、歐洲、中國）

24路幀結(jié)構(gòu) （μ律、北美、日本）數(shù)字交換技術(shù)基礎(chǔ)2.1數(shù)字交換技術(shù)基礎(chǔ)2.1數(shù)字交換技術(shù)基礎(chǔ)2.12.1.332路PCM的幀結(jié)構(gòu)數(shù)字交換技術(shù)基礎(chǔ)2.1數(shù)字交換技術(shù)基礎(chǔ)2.1小結(jié)數(shù)字交換技術(shù)基礎(chǔ)2.1PCM基群的主要技術(shù)參數(shù)15442048復(fù)用碼流速率/kbit/s2430話路/幀2432時隙/幀125125幀長/μs6464單路編碼率(kbit/s)88編碼拉數(shù)/抽樣μ律（μ=255）A律（A=87.6）壓縮律256256量化層數(shù)88抽樣率/kHZ300～3400300～3400話音頻帶/Hz24路制式30/32路制式制式參數(shù)數(shù)字交換技術(shù)基礎(chǔ)2.1數(shù)字復(fù)用技術(shù)（實(shí)現(xiàn)多路數(shù)字信號按時分復(fù)用方式匯接成一路復(fù)合數(shù)字信號）（群路信號）將編碼數(shù)字信號復(fù)用成為更高速率的群路信號，以適應(yīng)各種信道或介質(zhì)的傳輸能力。基群→復(fù)接（復(fù)用高次群基群）→分接復(fù)用：完成復(fù)接、分接全過程數(shù)字交換技術(shù)基礎(chǔ)2.12.1.4PCM高次群數(shù)字交換技術(shù)基礎(chǔ)2.1數(shù)字交換技術(shù)基礎(chǔ)2.1交換單元的基本概念1.交換單元（SE：SwitchElement）入線出線控制端狀態(tài)端…………MXN的交換單元0011M-1N-1基本交換單元2.2按信息流向分為：有向交換單元：當(dāng)信息經(jīng)過交換單元時只能從入線進(jìn) 出線出，具有唯一確定的方向。無向交換單元：交換單元的每條線既可入也可出，其入線數(shù)必等于出線數(shù)。出線0N-1入線0M-1MXN有向交換單元…..…..入線/出線0N-1N無向交換單元2.交換單元分類基本交換單元2.2入線0M-1出線0N-1集中型（M>N）入線0M-1出線0N-1擴(kuò)散型（M<N）出線0N-1入線0M-1連接型（M=N）按使用需要的不同可分為：集中型(集中器)：入線數(shù)大于出線數(shù)的交換單元。連接型(置換器)：入線數(shù)等于出線數(shù)的交換單元。擴(kuò)散型(擴(kuò)展器)：入線數(shù)小于出線數(shù)的交換單元?；窘粨Q單元2.2按入線和出線之間是否共享單一通路可分為：時分交換單元：所有的輸入端口與輸出端口之間共享 唯一的一條通路?？辗纸粨Q單元：入線與出線之間存在多條通路。01M-1入線01N-1出線空分交換單元……01M-1入線…01N-1出線…時分交換單元共享總線基本交換單元2.2

容量：交換單元所有入線可以同時送入的總的信息量。

接口：交換單元需要規(guī)定自己的信號接口標(biāo)準(zhǔn)，即信號形式、速率及信息流方向

功能：點(diǎn)到點(diǎn)、同發(fā)、廣播

質(zhì)量：完成交換動作的速度、任何情況下是否能完成指定連接、信息經(jīng)過交換單元是否有損傷（時間、語義）3.交換單元性能基本交換單元2.2時間接線器(TimeSwitch)，簡稱為T接線器，用來實(shí)現(xiàn)時隙交換功能，完成一條時分復(fù)用線上時隙的交換。所謂時隙交換是指入線上各個時隙的內(nèi)容要按照交換連接的需要，分別在出線上的不同時隙位置輸出。基本交換單元2.22.2.1時間交換單元??????WRWRSMCM10定時脈沖處理機(jī)時鐘n0??????1基本結(jié)構(gòu)：由話音存儲器(SM)、控制存儲器(CM)組成。

SM用來暫存話音的數(shù)字編碼信息。

SM的單元數(shù)等于輸入復(fù)用線上每幀的時隙數(shù)。每個單元至少應(yīng)為8比特。

CM用來存放控制SM的讀出/寫入話音信息的地址。

CM單元數(shù)等于SM的單元數(shù)；

CM單元的比特?cái)?shù)為k，SM的單元數(shù)為n，則有2k≥n。(s)…n…基本交換單元2.2控制方式 按照CM對SM的控制關(guān)系，T接線器的工作方式可分為：輸出控制方式：順序?qū)懭?、控制讀出輸入控制方式：控制寫入、順序讀出基本交換單元2.2??????WRWRSMCM810定時脈沖處理機(jī)時鐘5110511??????18TS1輸出控制方式：順序?qū)懭?、控制讀出在CLK1時刻，a寫入到SM的第1號單元在CLK8時刻，CM讀出第8號單元的內(nèi)容1，1選中SM的第1號單元，a被讀出。實(shí)現(xiàn)A用戶(占用TS1)和B用戶(占用TS8)通話

中央處理機(jī)根據(jù)用戶要求，向CM發(fā)出“寫”命令，令其在第8號單元中寫入1aTS8bTS1bTS8a18abA→B(TS1→

TS8)B→A(TS8→

TS1)中央處理機(jī)根據(jù)用戶要求，向CM發(fā)出“寫”命令，令其在第1號單元中寫入8在CLK8時刻，b寫入到SM的第8號單元在CLK1時刻，CM讀出第1號單元的內(nèi)容8，8選中SM的第8號單元，b被讀出?；窘粨Q單元2.2???WRWRSMCM10定時脈沖處理機(jī)時鐘51105113210???1TS0aTS2c23TS1bTS3d23TS0dTS2bTS1cTS3aTS0TS2bTS1TS3a…TS0→TS3TS1→TS2TS2→TS1TS3→TS0abcdabcd基本交換單元2.2輸出控制方式：順序?qū)懭?、控制讀出輸入控制方式：控制寫入、順序讀出b???a???WRWRSMCM810定時脈沖處理機(jī)時鐘51105118???1???18TS1aTS8bTS1bTS8a基本交換單元2.2說明：在整個通話期間，中央處理機(jī)向CM只下達(dá)一次“寫”命令，CM的內(nèi)容在整個通話期間不變，通話結(jié)束才清除該內(nèi)容。SM的讀寫是在同一時隙完成，但讀和寫不能同時進(jìn)行，需要將時隙一分為二或一分為三，分別進(jìn)行讀和寫，前半時隙進(jìn)行寫操作，后半時隙讀操作。存在時間延遲。最壞情況，延遲將近一幀。時分交換具有空分性質(zhì)。不論是輸出控制還是輸入控制，每個輸入時隙對應(yīng)著SM的一個存儲單元，即由空間位置的劃分來實(shí)現(xiàn)時隙交換?；窘粨Q單元2.2開關(guān)陣列

在交換單元內(nèi)部，要建立任意入線和任意出線之間的連接，就在每條入線和每條出線之間都各自接上一個開關(guān)，所有開關(guān)就構(gòu)成了交換單元內(nèi)部的開關(guān)陣列。斷開狀態(tài)入線出線接通狀態(tài)入線出線基本交換單元2.22.2.2空間交換單元開關(guān)陣列的特性容易實(shí)現(xiàn)同發(fā)、廣播功能。信息從入線到出線具有均勻的單位延遲時間。開關(guān)陣列的控制簡單開關(guān)陣列適合于構(gòu)成較小規(guī)模的交換單元（開關(guān)數(shù)反映了實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度和成本的高低）。交換單元的性能依賴于所使用的開關(guān)。實(shí)際應(yīng)用中，多選用繼電器、模擬電子開關(guān)、數(shù)字電子開關(guān)?；窘粨Q單元2.2空間接線器空間接線器（SpaceSwitch），簡稱為S接線器，用來實(shí)現(xiàn)多個輸入復(fù)用線與多個輸出復(fù)用線之間的空間交換，而不改變其時隙位置?；窘粨Q單元2.2(1)基本結(jié)構(gòu)由交叉點(diǎn)矩陣、一組控制存儲器(CM)組成。01…01…n…100m(m)開關(guān)陣列，一般具有相同數(shù)量的入線和出線。CM的個數(shù)等于入(出)線數(shù)。每個CM所含的存儲單元個數(shù)等于入(出)線上的復(fù)用時隙數(shù)。每個存儲單元占k位比特，且滿足N≤2k，其中N為入(出)線數(shù)。nn基本交換單元2.2(2)控制方式

S接線器的控制存儲器控制交叉點(diǎn)矩陣的工作方式：輸入控制方式、輸出控制方式。輸入控制方式：控制存儲器按照輸入復(fù)用線配置，即控制每條輸入復(fù)用線上應(yīng)該打開的交叉點(diǎn)開關(guān)。輸出控制方式：控制存儲器按照輸出復(fù)用線配置，即控制每條輸出復(fù)用線上應(yīng)該打開的交叉點(diǎn)開關(guān)?；窘粨Q單元2.2012012

210TS15TS150815220031輸出控制方式TS8TS8★CM的數(shù)量取決于輸出復(fù)用線數(shù)★CM所含的單元數(shù)等于輸出復(fù)用線所復(fù)用的時隙數(shù)★CM單元的內(nèi)容表示哪一個交叉點(diǎn)在所對應(yīng)的時隙內(nèi)接通?；窘粨Q單元2.2★輸出控制方式可實(shí)現(xiàn)多播，即某一條入線的某個時隙的信息可以同時在多條出線上輸出。012012

210080031TS80TS8基本交換單元2.2012012012TS15TS8TS15TS80815312TS8TS81TS15TS1520輸入控制方式基本交換單元2.2

說明：S型接線器的入線數(shù)與出線數(shù)可以不等。CM的內(nèi)容只在通路建立或拆除時才寫入或清除。只完成空間交換，不進(jìn)行時隙交換，即完成輸入復(fù)用線與輸出復(fù)用線相同時隙內(nèi)信息的空間交換。S接線器按時分方式工作，S接線器的入(出)線都是時分復(fù)用線，每個交叉點(diǎn)的開關(guān)按照復(fù)用時隙接通和閉合的?；窘粨Q單元2.2共享總線型交換單元輸入部件輸入部件輸入部件輸出部件輸出部件輸出部件總線01N-101N-1……基本交換單元2.22.2.3時/空結(jié)合交換單元輸入部件的功能：

接收入線信號，進(jìn)行相應(yīng)的格式變換，放在緩沖存儲器中，并在分配給該部件的時隙上把收到的信息送到總線上。出線控制部件的功能：

檢測總線上的信號，并把屬于自己的信息讀入一個緩沖存儲器中，進(jìn)行格式變換，放在緩沖存儲器中，由出線送出，形成出線信號?？偩€： 一般包括多條數(shù)據(jù)線和控制線?；窘粨Q單元2.2數(shù)字交換單元

數(shù)字交換單元(DSE:DigitalSwitchingElement)是一種總線型交換單元，又稱時/空結(jié)合交換單元，既可實(shí)現(xiàn)時隙之間交換，又可實(shí)現(xiàn)復(fù)用線之間的交換?；窘粨Q單元2.2★DSE任一端口的接收部分的任一信道（時隙）可以與任一端口的發(fā)送部分的任一信道接通。16個雙向端口：每個端口包含發(fā)送部分T和接收部分R，可連接復(fù)用了32個話路的PCM復(fù)用線。時分復(fù)用總線：分為數(shù)據(jù)總線、端口總線、話路總線，總線是并行時分工作(分成16個時隙供16個端口使用)。RTRTRTRT并行時分復(fù)用總線07815時鐘基本交換單元2.2 輸入同步器接收部分 端口存儲器(16個單元,4bit)

話路存儲器(32個單元,5bit)

話音存儲器(32個單元,16bit)發(fā)送部分 端口比較器 發(fā)送控制器輸入同步器端口存儲器話路存儲器話音存儲器端口比較器發(fā)送控制器端口032路PCM入32路PCM出RTDPC…基本交換單元2.2端口的內(nèi)部組成及DSE的工作原理：

以Port3TS10Port9TS20實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行說明Port3TS10→Port9TS20910端口RAM2010話路RAMS20數(shù)據(jù)RAMTS10PDCTS20R3T9P—端口Port總線D—數(shù)據(jù)總線C—話路（時隙）總線首先要由處理機(jī)在Port3的接收部分的端口RAM的10號單元寫入9，話路RAM的10號單元寫入20，以控制交換到Port9的TS20?；窘粨Q單元2.2端口的內(nèi)部組成及DSE的工作原理：

以Port3TS10Port9TS20實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行說明TS10到來時刻，話音信號S由R3置于數(shù)據(jù)總線D；端口RAM10號單元中的端口信息“9”順序讀出置入端口總線P；話路RAM的10號單元中的話路信息20也被順序讀出到話路總線C。910端口RAM2010話路RAMS20數(shù)據(jù)RAMSTS10PDCSTS20R3T9P—端口Port總線D—數(shù)據(jù)總線C—話路（時隙）總線S920基本交換單元2.2端口的內(nèi)部組成及DSE的工作原理：

以Port3TS10Port9TS20實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行說明各端口的端口比較器(位于發(fā)送部分T),對端口總線上的端口號碼進(jìn)行識別，Port9的發(fā)送部分的端口比較器比較端口總線上的數(shù)據(jù)與本端口一致，允許其它總線(D.C)數(shù)據(jù)進(jìn)入本發(fā)送部分，控制數(shù)據(jù)RAM進(jìn)行寫操作。話路總線上的內(nèi)容20作為數(shù)據(jù)RAM的地址信號選中20號單元，數(shù)據(jù)總線上的話音信號S經(jīng)數(shù)據(jù)RAM的數(shù)據(jù)輸入線寫入到20號單元。910端口RAM2010話路RAMS20數(shù)據(jù)RAMSTS10PDCSTS20R3T9P—端口Port總線D—數(shù)據(jù)總線C—話路（時隙）總線S920基本交換單元2.2端口的內(nèi)部組成及DSE的工作原理：

以Port3TS10Port9TS20實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行說明在TS20到來時，話音信號S被順序讀出到PCM出線上。910端口RAM2010話路RAMS20數(shù)據(jù)RAMSTS10PDCSTS20R3T9P—端口Port總線D—數(shù)據(jù)總線C—話路（時隙）總線基本交換單元2.2注意：各端口的接收部分應(yīng)在分配給它的時隙上向總線置入數(shù)據(jù)，如另一端口的R部件也在同一時隙TS10將數(shù)據(jù)置入總線，會造成數(shù)據(jù)混亂。實(shí)際上，總線上的時隙=1/N*PCM復(fù)用線上的時隙(N—端口數(shù))

發(fā)送部分應(yīng)在每個總線時隙檢測端口信息?？偨Y(jié)：S接線器是通過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)空間交換；T接線器是通過話音存儲器的緩沖來實(shí)現(xiàn)時間的交換；DSE利用總線的地址選擇來實(shí)現(xiàn)空間交換，利用存儲器(數(shù)據(jù)存儲器)實(shí)現(xiàn)時間交換?；窘粨Q單元2.22.3.1由T接線器與復(fù)合器結(jié)合構(gòu)成的交換網(wǎng)絡(luò)多級交換網(wǎng)絡(luò)2.3A2525143TS25ATS25ATS143ATS3ATS17A

TST網(wǎng)絡(luò)是在電路交換系統(tǒng)中經(jīng)常使用的一種交換網(wǎng)絡(luò)，它是三級交換網(wǎng)絡(luò)，兩側(cè)為T接線器，中間一級為S接線器，S級的出入線數(shù)決定于兩側(cè)T接線器的數(shù)量。TTS多級交換網(wǎng)絡(luò)2.32.3.2由T接線器與復(fù)合器結(jié)合構(gòu)成的交換網(wǎng)絡(luò)031031aa0…8TS2053131TS31S(輸入控制)TS50312a052315a31CM-A0SM-A0SM-B31CM-B31aaTS5T(輸出控制)T(輸入控制)aTS31要實(shí)現(xiàn)PCM0TS2→PCM31TS31交