程控?cái)?shù)字交換技術(shù)（第3版）PPT完整全套教學(xué)課件

目錄第1章概述第2章模擬信號(hào)的數(shù)字化處理與多路復(fù)用技術(shù)第3章交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與原理第4章程控?cái)?shù)字交換機(jī)的接口與外設(shè)第5章控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與程序管理第6章呼叫接續(xù)與程序控制第7章電信網(wǎng)規(guī)程第8章電信網(wǎng)信令系統(tǒng)第9章典型用戶交換機(jī)介紹第10章典型局用交換機(jī)第11章交換技術(shù)的演變與發(fā)展目錄第1章概述1.1電話通信的起源1.2交換與通信網(wǎng)1.3電話交換機(jī)的發(fā)展與分類1.4程控?cái)?shù)字交換機(jī)簡(jiǎn)介1.5程控?cái)?shù)字交換機(jī)的優(yōu)越性與技術(shù)發(fā)展復(fù)習(xí)思考題

1.1電話通信的起源

1.電話的問世電話通信是我們生活中應(yīng)用最廣泛、使用最頻繁的一種通信方式，它于1876年由美國(guó)科學(xué)家貝爾發(fā)明。最初的電話通信只能完成一部話機(jī)與另一部話機(jī)的固定通信，如圖1-1所示。這種兩個(gè)終端直連的通信被稱為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。圖1-1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信存在如下缺點(diǎn)：

(1)任意兩個(gè)用戶之間的通話都需要一條專門的線路直接連接，當(dāng)存在N個(gè)終端時(shí)，需要的傳輸線數(shù)為N(N?-1)/2條，傳輸線的數(shù)量隨終端數(shù)的增加而急劇增加，如圖1-2所示。

(2)每個(gè)終端都有N?-1條線與其他終端相連接，因而每個(gè)終端需要N?-1個(gè)線路接口。

(3)當(dāng)增加第N?+?1個(gè)終端時(shí)，必須增設(shè)N條線路。

(4)當(dāng)終端間相距較遠(yuǎn)時(shí)，線路信號(hào)衰耗大。圖1-2多個(gè)終端的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信

2.交換機(jī)的誕生

1878年，美國(guó)人AlmonB.Strowger提出了交換的設(shè)想，其基本思想是將多個(gè)終端與一個(gè)轉(zhuǎn)接設(shè)備相連，當(dāng)任何兩個(gè)終端要傳遞信息時(shí)，該轉(zhuǎn)接設(shè)備就把連接這兩個(gè)用戶的

有關(guān)電路接通，通信完畢再把相應(yīng)的電路斷開。我們稱這個(gè)轉(zhuǎn)接設(shè)備為交換機(jī)，這個(gè)交換過程被稱為有交換機(jī)的通信，如圖1-3所示。圖1-3有交換機(jī)的通信

1.2交換與通信網(wǎng)

當(dāng)終端用戶分布的地域較廣時(shí)，可設(shè)置多個(gè)交換機(jī)(如市話分局交換機(jī))，每個(gè)交換機(jī)連接與之較近的終端，并且交換機(jī)之間互相連接，如圖1-4所示。圖1-4交換機(jī)之間的通信

當(dāng)終端用戶分布的地域更廣，多個(gè)交換設(shè)備之間也不便做到個(gè)個(gè)相連時(shí)，就要引入?yún)R接交換設(shè)備，構(gòu)成典型的電信通信網(wǎng)(簡(jiǎn)稱電信網(wǎng))，如圖1-5所示。

終端設(shè)備一般置于用戶處，故將終端設(shè)備與交換設(shè)備之間的連接線叫做用戶線，而將交換設(shè)備與交換設(shè)備的連接線叫做中繼線。

用戶交換機(jī)是由機(jī)關(guān)、企業(yè)等集團(tuán)單位投資建設(shè)的，主要供內(nèi)部通信使用的交換機(jī)。圖1-5典型的電信通信網(wǎng)

1.電信網(wǎng)的構(gòu)成要素及主要功能

基本的電信網(wǎng)由終端設(shè)備、傳輸設(shè)備和交換設(shè)備三類設(shè)備組成。

1)終端設(shè)備

終端設(shè)備的主要功能是把待傳送的信息和在信道上傳送的信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。

2)傳輸設(shè)備

傳輸設(shè)備是傳輸媒介的總稱，它是電信網(wǎng)中的連接設(shè)備，是信息和信號(hào)的傳輸鏈路。

3)交換設(shè)備

如果說傳輸設(shè)備是電信網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)系統(tǒng)，那么交換系統(tǒng)就是各個(gè)神經(jīng)的中樞，它為信源和信宿之間架設(shè)了通信的橋梁。其基本功能是根據(jù)地址信息進(jìn)行網(wǎng)內(nèi)鏈路的連接，以使電信網(wǎng)中的所有終端能建立信號(hào)通路，實(shí)現(xiàn)任意通信雙方的信號(hào)交換。

由于交換系統(tǒng)的設(shè)備承擔(dān)了所有終端設(shè)備的匯接及轉(zhuǎn)接任務(wù)，在通信網(wǎng)中成為了關(guān)鍵點(diǎn)，因此在網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖中，常將含交換系統(tǒng)的網(wǎng)點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。

電信網(wǎng)僅有上述設(shè)備還不能形成一個(gè)完善的通信網(wǎng)，還必須包括信令、協(xié)議和各種通信標(biāo)準(zhǔn)。從某種意義上說，信令是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)設(shè)備協(xié)調(diào)工作的依據(jù)，協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)是構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的規(guī)則。因?yàn)樗鼈兛墒褂脩艉途W(wǎng)絡(luò)資源之間，以及各交換設(shè)備之間有共同的執(zhí)行“語(yǔ)言”，通過這些執(zhí)行“語(yǔ)言”可使網(wǎng)絡(luò)合理地運(yùn)行，從而達(dá)到全網(wǎng)互通的目的。

2.電話網(wǎng)的特點(diǎn)

電話網(wǎng)最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)很簡(jiǎn)單，就是要支持話音通信，因此話音業(yè)務(wù)的特點(diǎn)也就決定了電話網(wǎng)的技術(shù)特征。話音業(yè)務(wù)具有如下特點(diǎn)：

(1)速率恒定且單一。

(2)話音對(duì)丟失信息不敏感。

(3)話音對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高。

(4)話音具有連續(xù)性。

1.3電話交換機(jī)的發(fā)展與分類

1.電話交換機(jī)的發(fā)展早期的交換設(shè)備有人工交換機(jī)、步進(jìn)制交換機(jī)、縱橫制交換機(jī)、空分式模擬程控交換機(jī)等，目前先進(jìn)的交換機(jī)有時(shí)分式數(shù)字程控交換機(jī)、ATM交換機(jī)等。不同階段的電話交換機(jī)簡(jiǎn)介如表1.1所示。

2.電話交換機(jī)的分類

(1)按交換機(jī)的使用對(duì)象，電話交換機(jī)可分為局用交換機(jī)(用于電信部門)和用戶交換機(jī)(用于企、事業(yè)集團(tuán))。

(2)按呼叫接續(xù)方式，電話交換機(jī)可分為人工接續(xù)交換機(jī)和自動(dòng)接續(xù)交換機(jī)。

(3)按所交換的信號(hào)特征，電話交換機(jī)可分為模擬信號(hào)交換機(jī)和數(shù)字信號(hào)交換機(jī)。

(4)按接線器的工作方式，電話交換機(jī)可分為空分交換機(jī)(接線器采用空間開關(guān)方式)和時(shí)分交換機(jī)(接線器采用時(shí)間開關(guān)方式)。

(5)按控制電路的結(jié)構(gòu)，電話交換機(jī)可分為集中控制交換機(jī)、分級(jí)控制交換機(jī)和全分散控制交換機(jī)。

1.4程控?cái)?shù)字交換機(jī)簡(jiǎn)介

1.程控?cái)?shù)字交換機(jī)的組成一臺(tái)程控?cái)?shù)字交換機(jī)主要由三部分組成：交換網(wǎng)絡(luò)、接口電路和控制系統(tǒng)，如圖1-6所示。圖1-6程控?cái)?shù)字交換機(jī)的組成框圖

1)交換網(wǎng)絡(luò)

交換網(wǎng)絡(luò)可看成是一個(gè)有M條入線和N條出線的網(wǎng)絡(luò)。其基本功能是根據(jù)需要使某一入線與某一出線連通，提供用戶通信接口之間的連接。此連接可以是物理的，也可以是邏輯的。物理連接是指在通信過程中，不論用戶有無(wú)信息傳送，交換網(wǎng)絡(luò)始終按預(yù)先分配方法，保持其專用的接續(xù)通路；邏輯連接即虛連接(VirtualConnection)，只有在用戶有信息傳送時(shí)，才按需提供接續(xù)通路。

2)接口電路

接口電路分為用戶接口電路和中繼接口電路，其作用是把來自用戶線或中繼線的消息轉(zhuǎn)換成交換設(shè)備可以處理的信號(hào)。

3)控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是程控?cái)?shù)字交換機(jī)工作的指揮中心，它由處理機(jī)、存儲(chǔ)器、I/O接口等部件組成?？刂葡到y(tǒng)的功能通常分為三級(jí)：

第一級(jí)為外圍設(shè)備控制級(jí)，主要對(duì)靠近交換網(wǎng)絡(luò)側(cè)的端口電路及交換機(jī)的其他外圍設(shè)備進(jìn)行控制，跟蹤監(jiān)視終端用戶、中繼線的呼叫占用情況，向外圍設(shè)備送出控制信息。

第二級(jí)為呼叫處理控制級(jí)，主要對(duì)由第一級(jí)控制級(jí)送來的輸入信息進(jìn)行分析和處理，并控制交換機(jī)完成鏈路的建立或復(fù)原。第二級(jí)的控制部分有較強(qiáng)的智能性，所以這一級(jí)被稱為存儲(chǔ)程序控制。

第三級(jí)為維護(hù)測(cè)試控制級(jí)，用于系統(tǒng)的操作維護(hù)和測(cè)試，定期自動(dòng)地對(duì)交換系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)或試驗(yàn)，診斷各種可能出現(xiàn)的故障，并及時(shí)報(bào)告(輸出)異常情況等信息。

控制系統(tǒng)三級(jí)功能的劃分可以是“虛擬”的內(nèi)在分工，僅說明邏輯控制關(guān)系，也可以是“實(shí)際”的物理分工，即分別設(shè)置專用或通用的處理機(jī)來完成不同的功能。

2.程控?cái)?shù)字交換機(jī)的外圍設(shè)備

程控?cái)?shù)字交換機(jī)除上述三部分外，還有一些外圍設(shè)備。

1)信號(hào)設(shè)備

信號(hào)設(shè)備負(fù)責(zé)產(chǎn)生和接收程控?cái)?shù)字交換機(jī)工作所需要的各種信令。信令處理過程需用規(guī)范化的一系列協(xié)議來實(shí)現(xiàn)。

2)備份設(shè)備

備份設(shè)備是指磁帶機(jī)或磁盤機(jī)，用于存儲(chǔ)和備份各類數(shù)據(jù)、話務(wù)統(tǒng)計(jì)以及計(jì)費(fèi)信息等。

3)維護(hù)終端設(shè)備

維護(hù)終端設(shè)備包括終端計(jì)算機(jī)及終端打印設(shè)備等，是對(duì)程控?cái)?shù)字交換機(jī)進(jìn)行日常維護(hù)和管理的設(shè)備。

4)測(cè)試設(shè)備

測(cè)試設(shè)備包括局內(nèi)測(cè)試設(shè)備、用戶線路測(cè)試設(shè)備和局間中繼線路測(cè)試設(shè)備等。

5)時(shí)鐘

時(shí)鐘是保證程控?cái)?shù)字交換機(jī)和數(shù)字傳輸系統(tǒng)協(xié)調(diào)、同步工作必須配置的設(shè)備。

6)錄音通知設(shè)備

錄音通知設(shè)備用于需要話音通知用戶的業(yè)務(wù)，如氣象預(yù)報(bào)、號(hào)碼查詢、空號(hào)或更改號(hào)碼提示等業(yè)務(wù)。

7)監(jiān)視告警設(shè)備

監(jiān)視告警設(shè)備用于系統(tǒng)工作狀態(tài)的告警提示，一般為可視(燈光)信號(hào)和可聞(警鈴、蜂音)信號(hào)。

3.程控?cái)?shù)字交換機(jī)的任務(wù)

程控?cái)?shù)字交換機(jī)必須具備能夠正確接收與分析從用戶線和中繼線發(fā)來的呼叫信號(hào)及地址信號(hào)，按目的地址正確地進(jìn)行選路，控制交換網(wǎng)絡(luò)連接的建立，按照所收到的釋放信號(hào)拆除連接等功能，通過本局接續(xù)、出局接續(xù)、入局接續(xù)、轉(zhuǎn)接接續(xù)可建立各種呼叫類型。

目前，程控?cái)?shù)字交換機(jī)的基本任務(wù)包括以下內(nèi)容：

(1)通過模擬用戶線接口完成模擬電話用戶間的撥號(hào)接續(xù)與信息交換。

(2)通過數(shù)字用戶線接口完成數(shù)字話機(jī)或數(shù)據(jù)終端間的撥號(hào)接續(xù)及數(shù)據(jù)信息交換。

(3)經(jīng)模擬用戶線接口和Modem(調(diào)制解調(diào)器)完成數(shù)據(jù)終端間的數(shù)據(jù)通信。

(4)經(jīng)所配置的硬件和應(yīng)用軟件，提供諸多專門的應(yīng)用功能。

(5)借助話務(wù)臺(tái)等設(shè)備完成對(duì)用戶(分機(jī))的呼叫轉(zhuǎn)接、號(hào)碼查詢、故障受理等服務(wù)業(yè)務(wù)。

(6)借助維護(hù)終端等設(shè)備完成對(duì)程控交換系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)的配置，以及對(duì)各類參數(shù)數(shù)據(jù)、話務(wù)統(tǒng)計(jì)、計(jì)費(fèi)系統(tǒng)等的管理與維護(hù)。

4.程控?cái)?shù)字交換機(jī)的功能

程控?cái)?shù)字交換機(jī)的功能分為交換機(jī)業(yè)務(wù)功能和用戶(分機(jī))功能兩類。

1)交換機(jī)業(yè)務(wù)功能

程控?cái)?shù)字交換機(jī)應(yīng)提供的業(yè)務(wù)功能有以下8類：

(1)控制功能?？刂圃O(shè)備應(yīng)能檢測(cè)是否存在空閑通路以及被叫的忙閑情況，以控制各種電路的建立。

(2)交換功能。交換網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)中任何用戶之間的話音信號(hào)交換。

(3)接口功能。交換機(jī)應(yīng)有連接不同種類和性質(zhì)的終端的接口。

(4)信令功能。信令設(shè)備應(yīng)能監(jiān)視并隨時(shí)發(fā)現(xiàn)呼叫的到來和呼叫的結(jié)束，應(yīng)能向主、被叫發(fā)送各種用于控制接續(xù)的可聞信號(hào)，還應(yīng)能接收并保存主叫發(fā)送的被叫號(hào)碼。

(5)公共服務(wù)功能。交換機(jī)應(yīng)能向用戶提供諸如銀行業(yè)務(wù)、股市業(yè)務(wù)、交通業(yè)務(wù)等各種公共信息服務(wù)。

(6)運(yùn)行管理功能。交換機(jī)應(yīng)具有對(duì)包括交換網(wǎng)絡(luò)、處理機(jī)等在內(nèi)的設(shè)備的管理功能。

(7)維護(hù)、診斷功能。交換機(jī)應(yīng)具有對(duì)交換機(jī)定期測(cè)試、故障報(bào)警、故障分析等功能。

(8)計(jì)費(fèi)功能。交換機(jī)應(yīng)具有計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)收集、話費(fèi)結(jié)算和話單輸出等計(jì)費(fèi)功能。

2)用戶(分機(jī))功能

程控?cái)?shù)字交換機(jī)為用戶(分機(jī))提供了諸如縮位撥號(hào)、熱線服務(wù)、呼叫轉(zhuǎn)移、禁止呼叫、追查惡意呼叫等20多種服務(wù)功能。這些服務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)為辦公室工作和日常生活提供了許多方便。

5.程控?cái)?shù)字交換機(jī)的基本原理

程控?cái)?shù)字交換機(jī)的基本原理是一種電路交換原理，主要包括以下三個(gè)通信階段：

(1)電路的建立階段。通過呼叫信令完成逐個(gè)節(jié)點(diǎn)的接續(xù)，建立起一條端到端的通信

電路。

(2)通信階段。在已建立的端到端的直通電路上，透明地傳送和交換數(shù)字化的話音信號(hào)信息。

(3)電路的拆除階段。當(dāng)結(jié)束一次通信時(shí)，拆除電路連接，釋放節(jié)點(diǎn)和信道資源。

1.5程控?cái)?shù)字交換機(jī)的優(yōu)越性與技術(shù)發(fā)展

與傳統(tǒng)的交換機(jī)相比，程控?cái)?shù)字交換機(jī)采用了存儲(chǔ)程序控制(SPC)技術(shù)，不僅大大增強(qiáng)了呼叫處理的能力，增添了許多方便用戶的業(yè)務(wù)，而且顯著地提高了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、管理和維護(hù)(OAM)的自動(dòng)化程度。

1.程控?cái)?shù)字交換機(jī)的優(yōu)越性

(1)能提供許多新的用戶服務(wù)性能。

(2)維護(hù)管理方便，可靠性高。

(3)靈活性大。

(4)便于向綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)方向發(fā)展。

(5)可以采用公共信道信令系統(tǒng)(No.7信令，也稱為七號(hào)信令)。

(6)便于利用電子器件的最新成果，可使系統(tǒng)在技術(shù)上的先進(jìn)性得到發(fā)揮。

2.程控?cái)?shù)字交換機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

(1)軟、硬件進(jìn)一步模塊化，軟件設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)修改采用數(shù)據(jù)處理機(jī)完成。

(2)控制部分采用計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)，將控制部分設(shè)計(jì)成開放式系統(tǒng)，為今后適應(yīng)新的業(yè)務(wù)和功能奠定基礎(chǔ)。

(3)在交換網(wǎng)絡(luò)方面進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)的集成度和容量，制成大容量的專用芯片。

(4)在接口電路方面進(jìn)一步提高用戶電路的集成度，從而降低整個(gè)交換機(jī)的成本。

(5)加強(qiáng)有關(guān)智能網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)性能的開發(fā)。

(6)大力開發(fā)各種接口，包括各種無(wú)線接口和光接口。

(7)通過專用接口，完成程控?cái)?shù)字交換機(jī)與局域網(wǎng)(LAN)、公用數(shù)據(jù)網(wǎng)(PDN)、ISDN、接入網(wǎng)(AN)以及無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)的互聯(lián)。

(8)加強(qiáng)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)的開發(fā)，全面實(shí)現(xiàn)電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)三網(wǎng)合一，從而給人們提供以寬帶技術(shù)為核心的綜合信息服務(wù)。

復(fù)?習(xí)?思?考?題

1.通過了解交換機(jī)的發(fā)展史，對(duì)電話交換機(jī)進(jìn)行分類。2.為什么說交換設(shè)備是通信網(wǎng)的重要組成部分？3.簡(jiǎn)述交換機(jī)系統(tǒng)的任務(wù)和功能。4.程控?cái)?shù)字交換機(jī)由哪幾部分構(gòu)成？畫出其結(jié)構(gòu)圖并說明各部分的作用。5.與傳統(tǒng)的機(jī)電制交換機(jī)相比，程控?cái)?shù)字交換機(jī)在技術(shù)方面有哪些優(yōu)越性？6.你是如何理解程控?cái)?shù)字交換機(jī)的優(yōu)越性的？程控?cái)?shù)字交換機(jī)的發(fā)展還具有哪些方面的潛力?第2章模擬信號(hào)的數(shù)字化處理與

多路復(fù)用技術(shù)2.1模擬信號(hào)的數(shù)字化處理2.2多路復(fù)用技術(shù)復(fù)習(xí)思考題

2.1模擬信號(hào)的數(shù)字化處理

通信中的信號(hào)大致分為兩類：模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)是一種數(shù)值上連續(xù)變化的信號(hào)，這種信號(hào)的某一參量可以取無(wú)限多個(gè)數(shù)值，并且直接與消息相對(duì)應(yīng)，如話音信號(hào)、圖像信號(hào)等都屬于模擬信號(hào)；數(shù)字信號(hào)是一種離散信號(hào)，它由許多脈沖組成，這種信號(hào)的某一參量只能取有限個(gè)數(shù)值，并且不直接與消息相對(duì)應(yīng)，如電報(bào)信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)等都屬于數(shù)字信號(hào)。

2.1.1數(shù)字信號(hào)的調(diào)制

模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的過程叫做數(shù)字信號(hào)的調(diào)制。數(shù)字信號(hào)有多種調(diào)制方法，常用的有脈沖編碼調(diào)制(PCM)和增量調(diào)制(ΔM)。圖2-1所示為脈沖編碼調(diào)制(PCM)的模型。圖2-1脈沖編碼調(diào)制(PCM)的模型

2.1.2脈沖編碼調(diào)制

脈沖編碼調(diào)制(PCM)在發(fā)送端主要通過抽樣、量化和編碼工作完成A→D轉(zhuǎn)換；在接收端主要通過譯碼和濾波工作完成D→A轉(zhuǎn)換。

1.抽樣

模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)的第一步工作就是要對(duì)初始信號(hào)進(jìn)行抽樣。抽樣的目的是使模擬信號(hào)在時(shí)間上離散化。其原理是通過抽樣脈沖按一定周期去控制抽樣器的開關(guān)電路，取出模擬信號(hào)的瞬時(shí)電壓值，從而將連續(xù)的原始話音信號(hào)變成間隔相等但幅度不等的離散電壓值，如圖2-2所示。圖2-2話音信號(hào)抽樣

所抽取的每個(gè)幅度值為樣值，顯然，該樣值可以看做是按幅度調(diào)制的脈沖信號(hào)，稱為脈沖調(diào)幅(PAM)信號(hào)。PAM信號(hào)的幅度取值是連續(xù)的，不能用有限個(gè)數(shù)字來表示，我們認(rèn)為它仍然是模擬信號(hào)。

為了使抽樣信號(hào)不失真地還原為原始信號(hào)，抽樣頻率(fs)應(yīng)大于話音信號(hào)的最高頻率的兩倍，實(shí)際中fs取8000?Hz，則抽樣周期T為1/8000，即125μs。

2.量化

量化的目的是將抽樣得到的無(wú)數(shù)種幅度值用有限個(gè)狀態(tài)來表示，以減少編碼的位數(shù)。其原理是用有限個(gè)電平表示模擬信號(hào)的樣值。

量化方法大體上有舍去法(即將小于1?V的尾數(shù)舍去)、補(bǔ)足法(即將小于1?V的尾數(shù)補(bǔ)足為1?V)以及四舍五入法三種。

四舍五入法是將每個(gè)抽樣后的幅值用一個(gè)鄰近的“整數(shù)”值來近似。圖2-3所示為四舍五入量化方法的示意圖。圖2-3四舍五入量化方法的示意圖(a)抽樣；(b)量化

需要注意的是，把無(wú)限多種幅值量化成有限的值必然會(huì)產(chǎn)生誤差。我們把量化值與信號(hào)值之間的差異稱為量化誤差。量化誤差是數(shù)字通信中的主要噪聲來源之一。減少信號(hào)的量化噪聲有以下兩種方法：

(1)增加量化級(jí)數(shù)。增加量化級(jí)數(shù)可減小量化誤差，但量化級(jí)數(shù)的增加會(huì)使編碼位數(shù)增加，要求存儲(chǔ)器容量加大，對(duì)編碼器的要求也會(huì)提高。

(2)采用非均勻量化的辦法。圖2-3所示為一種均勻量化。在均勻量化時(shí)，由于量化分級(jí)間隔是均勻的，對(duì)大信號(hào)和小信號(hào)量化階距相同，因而小信號(hào)時(shí)的相對(duì)誤差大，大信號(hào)時(shí)的相對(duì)誤差小。非均勻量化是一種在信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，量化分級(jí)不均勻、量化階距不相等的量化。例如，若使小信號(hào)的量化分級(jí)數(shù)目多，則量化階距??；若使大信號(hào)的量化分級(jí)數(shù)目少，則量化階距大。這樣可保證信噪比高于26?dB。非均勻量化被稱為“壓縮擴(kuò)張法”，簡(jiǎn)稱壓擴(kuò)法。其原理框圖如圖2-4所示。圖2-4非均勻量化的原理框圖

在發(fā)送端，首先將輸入信號(hào)送到壓縮器進(jìn)行壓縮，然后再送到均勻量化器量化并編碼；在接收端，先將收到的數(shù)碼序列進(jìn)行譯碼，然后再通過與壓縮器特性相反的擴(kuò)張器進(jìn)行擴(kuò)張，恢復(fù)為原來的信號(hào)。

非均勻量化就是非線性量化，其壓、擴(kuò)特性采用的是近似于對(duì)數(shù)函數(shù)的特性。ITU-T(國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化部門)建議采用的壓縮律有兩種，分別為A律和μ律。

3.編碼

編碼就是把量化后的幅值分別用代碼來表示。代碼的種類很多，采用二進(jìn)制代碼在通信技術(shù)中較常見。在實(shí)際應(yīng)用中，通常用8位二進(jìn)制代碼表示一個(gè)量化樣值。PCM信號(hào)的組成形式如圖2-5所示。其中，極性碼由高1位表示，用以確定樣值的極性；幅度碼由2～8位共7位碼表示(代表128個(gè)量化級(jí))，用以確定樣值的大?。欢温浯a由高2～4位表示，用以確定樣值的幅度范圍；段內(nèi)碼由低5～8位表示，用以確定樣值的精確幅度。圖2-5PCM信號(hào)的組成形式

段落碼是指將13折線分為16個(gè)不等的段(非均勻量化)，其中，正、負(fù)極各8段，量化級(jí)為8，由3位二進(jìn)制碼表示。

段內(nèi)碼是指將上述16個(gè)段的每段再平均分為16段(均勻量化)，量化級(jí)為16，由4位二進(jìn)制碼表示。

經(jīng)過編碼后的信號(hào)即為PCM信號(hào)。

PCM信號(hào)在信道中是以每路一個(gè)抽樣值為單位傳輸?shù)模虼藛温稰CM信號(hào)的傳輸速率為8?×?8000?=?64?kb/s。我們將速率為64?kb/s的PCM信號(hào)稱為基帶信號(hào)。

PCM常用碼型有單極性不歸零(NRZ)碼、雙極性歸零(AMI)碼、三階高密度雙極性(HDB3)碼等。

1)單極性不歸零碼

單極性不歸零(NRZ)碼如圖2-6所示。圖2-6NRZ碼

NRZ碼具有如下特點(diǎn)：

(1)信號(hào)“1”表示有脈沖，信號(hào)“0”表示無(wú)脈沖。

(2)信號(hào)中有直流分量(即平均分量)，直流信號(hào)衰耗大，不利于遠(yuǎn)距離傳輸。

(3)占用頻帶寬。

因此，NRZ碼一般不用于長(zhǎng)途線路，主要用于局內(nèi)通信。

2)雙極性歸零碼

雙極性歸零(AMI)碼如圖2-7所示。圖2-7AMI碼

AMI碼具有如下特點(diǎn)：

(1)“1”的極性交替變換，因此不存在直流分量。

(2)與NRZ碼相比，碼的寬度壓縮了一半，可有效利用信道。

在圖2-6所示的一組信碼中，有多個(gè)連續(xù)“0”出現(xiàn)，這樣會(huì)使中繼器長(zhǎng)時(shí)間收不到信號(hào)而誤認(rèn)為是空號(hào)，進(jìn)而影響定時(shí)提取時(shí)鐘頻率的工作。

3)三階高密度雙極性碼

三階高密度雙極性(HDB3)碼如圖2-8所示。圖2-8HDB3碼

HDB3碼具有如下特點(diǎn)：一組信碼中，連“0”數(shù)限制在三個(gè)以下，當(dāng)出現(xiàn)第四個(gè)連“0”時(shí)，就自動(dòng)加入一個(gè)“1”取代第四個(gè)“0”，從而克服了過多連續(xù)“0”出現(xiàn)的缺點(diǎn)。被加入的這個(gè)“1”是人為加入的，稱為破壞點(diǎn)。為了使接收端能夠識(shí)別并去除破壞點(diǎn)，破壞點(diǎn)“1”應(yīng)與AMI碼的極性交替規(guī)律相違背。

HDB3碼適合遠(yuǎn)距離傳輸，常用于長(zhǎng)途線路通信。

4.解碼和重建

1)解碼

解碼就是把接收到的PCM代碼轉(zhuǎn)變成與發(fā)送端一樣的PAM信號(hào)，其示意圖如圖2-9所示。圖2-9解碼示意圖

2)重建

在PAM信號(hào)中包含原話音信號(hào)的頻譜，因此可將PAM信號(hào)通過低通濾波器分離出所需要的話音信號(hào)，這一過程即為重建。

PCM信號(hào)在傳輸中，為了減少由長(zhǎng)途線路帶來的噪聲和失真積累，通常在達(dá)到一定傳輸距離處設(shè)置一個(gè)再生中繼器。再生中繼器用來完成輸入信碼的整形、放大等工作，以使信號(hào)恢復(fù)到良好狀態(tài)。

2.2多路復(fù)用技術(shù)

2.2.1多路復(fù)用的概念1.頻分復(fù)用頻分復(fù)用(FDM)是指把傳輸信道的總帶寬劃分成若干個(gè)子頻段，如圖2-10所示的信道1，信道2，…，信道n。每個(gè)子頻段可作為一個(gè)獨(dú)立的傳輸信道使用，每對(duì)用戶所占用的僅僅是其中的一個(gè)子頻段。圖2-10頻分復(fù)用示意圖

2.時(shí)分復(fù)用

時(shí)分復(fù)用(TDM)是指將信道的傳輸時(shí)間劃分成若干個(gè)時(shí)隙，每個(gè)被傳輸?shù)男盘?hào)獨(dú)立占用其中的一個(gè)時(shí)隙，各路信號(hào)輪流在自己的時(shí)隙內(nèi)完成傳輸，如圖2-11所示的信道1，信道2，…，信道n。

由此可見，頻分制是按頻率劃分信道的，而時(shí)分制是按時(shí)間劃分信道的；頻分制同一時(shí)間傳送多路信息，而時(shí)分制同一時(shí)間只傳送1路信息；頻分制的多路信息是并行傳輸?shù)模鴷r(shí)分制的多路信息是串行傳輸?shù)模粚?shí)際應(yīng)用中頻分制多用于模擬通信，而時(shí)分制多用于數(shù)字通信。圖2-11時(shí)分復(fù)用示意圖

2.2.2PCM信號(hào)的時(shí)分復(fù)用

為了提高信道的利用率，常對(duì)基帶PCM信號(hào)進(jìn)行時(shí)分復(fù)用的多路調(diào)制，如圖2-12所示。

比較圖2-12(b)～(e)我們發(fā)現(xiàn)，在125?s抽樣周期內(nèi)，PAM信道每傳送一個(gè)抽樣值，對(duì)應(yīng)基帶PCM傳送8?bit，而TDMPCM則可傳輸n?×?8?bit。因此，TDMPCM信號(hào)的碼元速率為

R1?=?n?×?64?(kb/s)(2.1)圖2-12PCM信號(hào)的時(shí)分復(fù)用

(a)原始模擬信號(hào)；(b)抽樣后形成的PAM信號(hào)；(c)基帶PCM編碼信號(hào)；

(d)多路基帶PCM信號(hào)調(diào)制后形成的TDMPCM信號(hào)；(e)第2路基帶PCM信號(hào)

時(shí)分多路復(fù)用是利用一個(gè)高速開關(guān)電路(抽樣器)來實(shí)現(xiàn)的。高速開關(guān)電路使各路信號(hào)在時(shí)間上按一定順序輪流接通，以保證任一瞬間最多只有一路信號(hào)接在公共信道上。具體來說，就是利用時(shí)鐘脈沖把信道按時(shí)間分成均勻的間隔，每一路信號(hào)的傳輸被分配在不同的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行，以達(dá)到互相分開的目的，如圖2-13所示。圖2-13時(shí)間分割信道原理

所以，對(duì)PCM時(shí)分制而言，就是把抽樣周期125μs分割成多個(gè)時(shí)間小段，以供各個(gè)話路占用。若有n條話路，則每路占用的時(shí)間小段為125/n。顯然，路數(shù)越多，時(shí)間小段將越小。

我們知道，每路信號(hào)經(jīng)PCM調(diào)制后，都是以8?bit抽樣值為一個(gè)信號(hào)單元傳送的，因此，每個(gè)8?bit所占據(jù)的時(shí)間稱為1個(gè)“時(shí)隙”(TS，TimeSlot)，n個(gè)時(shí)隙就構(gòu)成了一個(gè)幀。因此，一路基帶PCM在TDMPCM中周期地每幀占有1個(gè)時(shí)隙，如圖2-14所示。圖2-14幀與時(shí)隙的關(guān)系圖

2.2.3PCM幀結(jié)構(gòu)

目前國(guó)際上有兩種PCM體制：一種是由貝爾(BELL)公司提出，主要在北美各國(guó)和日本采用的24路PCM(n?=?24)；另一種是由歐洲郵電管理協(xié)會(huì)(CEPT)提出，主要在歐洲各國(guó)和中國(guó)等國(guó)家采用的30/32路PCM(n?=?32)。這兩種體制均已被ITU-T采納為正式標(biāo)準(zhǔn)。兩種PCM體制的比較如表2.1所示。

1.30/32路一次群幀結(jié)構(gòu)

30/32路一次群幀結(jié)構(gòu)如圖2-15所示。在圖2-15中，1幀由32個(gè)時(shí)隙組成，編號(hào)為TS0～TS31。第1～15話路的消息碼組依次在TS1～TS15中傳送，而第16～30話路的消息依次在TS17～TS31中傳送。16個(gè)幀構(gòu)成1復(fù)幀，由F0～F15組成。

TS0用來做“幀同步”工作，而TS16則用來做“復(fù)幀同步”工作或傳送各話路的標(biāo)志信號(hào)碼(信令碼)。

“幀同步”和“復(fù)幀同步”的工作意義是控制收、發(fā)兩端數(shù)字設(shè)備同步工作。對(duì)于偶數(shù)幀(F0，F(xiàn)2，F(xiàn)4，…)，TS0被固定地設(shè)置為10011011，第1位碼沒有利用，暫定為“1”，后7位碼“0011011”為幀同步字。幀同步字在偶數(shù)幀到來時(shí)，由發(fā)送端數(shù)字設(shè)備向接收端數(shù)字設(shè)備傳送。

圖2-1530/32路一次群幀結(jié)構(gòu)

對(duì)于奇數(shù)幀(F1，F(xiàn)3，F(xiàn)5，…)，TS0的第3位碼為幀失步告警碼。在消息傳送過程中，當(dāng)接收端的幀同步檢測(cè)電路在預(yù)定時(shí)刻檢測(cè)到輸入序列中與同步字(0011011)相匹配的信號(hào)段時(shí)，便認(rèn)為捕捉到了幀同步字，說明接收信號(hào)正常，此時(shí)由奇數(shù)幀TS0向發(fā)送端數(shù)字設(shè)備傳送的第3位碼為“0”；如果接收端幀同步檢測(cè)電路不能在預(yù)定時(shí)刻收到同步字(0011011)，就認(rèn)為系統(tǒng)失步，由奇數(shù)幀TS0向發(fā)送端數(shù)字設(shè)備傳送的第3位碼為“1”，通知對(duì)端局，本端接收信號(hào)已失步，需處理故障。

為可靠起見，實(shí)際工作中，接收端的幀同步檢測(cè)電路需連續(xù)多次在所期望的時(shí)刻(即每250?μs)收到同步字，才可確認(rèn)系統(tǒng)進(jìn)入了同步狀態(tài)。這樣做的目的是避免把消息中與同步字相同的序列段誤認(rèn)為同步字。

奇數(shù)幀TS0的第1位碼同樣沒有利用，暫定為“1”。第2位碼為監(jiān)視碼，固定為“1”，用于區(qū)分奇數(shù)幀和偶數(shù)幀，以便接收端把偶數(shù)幀與奇數(shù)幀區(qū)別開來(偶數(shù)幀TS0的第2位碼固定為“0”)。奇數(shù)幀TS0的第4～8位碼用來傳送其他信息，在未利用的情況下，暫定為“1”。

在F0的TS16的8位碼中，前4位碼為復(fù)幀同步碼，編碼為“0000”。第6位碼為復(fù)幀失步告警碼，與幀失步告警碼一樣，復(fù)幀同步工作時(shí)這一位碼為“0”，失步時(shí)為“1”。

F1～F15的TS16用以傳送第1～30話路的標(biāo)志信號(hào)。由于標(biāo)志信號(hào)的頻率成分遠(yuǎn)沒有話音的頻率成分豐富，因此用4位碼傳送一個(gè)話路的標(biāo)志信號(hào)就足夠了。每個(gè)TS16又分為前4?bit和后4?bit兩部分，前4?bit用來傳送一個(gè)話路的標(biāo)志信號(hào)，后4?bit用來傳送另一話路的標(biāo)志信號(hào)。具體規(guī)定是，在1復(fù)幀中：

例如，某用戶摘機(jī)后占用第7條話路，那么，為其傳送話音信號(hào)的時(shí)隙是TS7，而為其傳送控制信號(hào)的時(shí)隙則應(yīng)是F7中TS16的前4?bit。

通過對(duì)30/32路一次群幀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，我們不難理解，一路基帶PCM信號(hào)一旦占用了一次群中的某個(gè)時(shí)隙，它隨后所有的8位編碼抽樣都將位于該時(shí)隙。因此，對(duì)于64?kb/s的基帶PCM源而言，一次群系統(tǒng)等價(jià)于提供了32條獨(dú)立的64?kb/s信道，故30/32路一次群的位速率為

B?=?32?×?64000?=?2048?kb/s

2.數(shù)字復(fù)用PCM高次群

目前PCM通信技術(shù)發(fā)展很快，應(yīng)用很廣泛，上述PCM一次群的容量和速率已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足通信要求。為了擴(kuò)大信號(hào)傳輸?shù)乃俾屎徒粨Q容量，提高信道利用率，引入了數(shù)字復(fù)用高次群的概念。

高次群由若干個(gè)低次群通過數(shù)字復(fù)接設(shè)備復(fù)用而成，如圖2-16所示。由圖2-16可知，PCM系統(tǒng)的二次群由4個(gè)一次群復(fù)用而成，速率為8.448?Mb/s，話路數(shù)為4?×?30?=?120話路；三次群由4個(gè)二次群復(fù)用而成，速率為34.386?Mb/s，話路數(shù)為4?×?120?=?480話路；四次群由4個(gè)三次群復(fù)用而成，速率為139.264?Mb/s，話路數(shù)為4?×?480?=?1920話路；五次群則由4個(gè)四次群復(fù)用而成，速率為564.992?Mb/s，話路數(shù)為4?×?1920?=?7680話路。

圖2-16PCM高次群的形成

在數(shù)字復(fù)用時(shí)，由于要加入同步調(diào)整比特，因此高次群的傳輸碼率并不是低次群的四倍，而是要比低次群的四倍高一些，如二次群復(fù)用加入正碼速調(diào)整比特后，速率應(yīng)為4?×?2112(標(biāo)稱值)?=?8448?kb/s。

交換機(jī)接續(xù)常以一次群信號(hào)為單位。如果交換機(jī)接收到的是其他群次的信號(hào)，則必須通過接口電路將它們多路復(fù)接(或分接)成一次群，然后進(jìn)行交換。

2.2.4PCM終端設(shè)備簡(jiǎn)介

PCM多路系統(tǒng)終端設(shè)備的功能圖如圖2-17所示。

圖2-17中的發(fā)端定時(shí)設(shè)備和收端定時(shí)設(shè)備用來產(chǎn)生各種定時(shí)脈沖，如抽樣脈沖，編碼、譯碼用的位脈沖，幀同步脈沖等。定時(shí)設(shè)備是一個(gè)晶體振蕩器，它在發(fā)送端產(chǎn)生穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率(CP)，用這個(gè)時(shí)鐘頻率來控制上述各種脈沖，使它們符合要求。為達(dá)到接收端與發(fā)送端同步，在接收端的再生電路中提取同步信息(或稱提取時(shí)鐘)，用此同步信息來控制接收端的定時(shí)系統(tǒng)。對(duì)于幀同步，接收端在TS0識(shí)別到同步碼(0011011)后才確定第一路從何時(shí)開始。圖2-17PCM多路系統(tǒng)終端設(shè)備的功能圖

位同步和幀同步是數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)闹匾攸c(diǎn)，要求十分嚴(yán)格?！拔煌健笔侵甘?、發(fā)雙方的傳輸碼率必須完全一致，也就是說，收、發(fā)雙方每位碼的傳送時(shí)間應(yīng)完全相同。位同步功能通常在再生中繼器中實(shí)現(xiàn)，由再生中繼器提取位同步信號(hào)。“幀同步”是指收、發(fā)各路要對(duì)齊，為此，發(fā)送端在發(fā)送一幀信號(hào)的時(shí)間內(nèi)還要留一定時(shí)隙來發(fā)送特定的幀同步脈沖，以便接收端在收到幀同步脈沖后能夠識(shí)別到第一路從何處開始。幀同步的捕捉由同步檢測(cè)電路實(shí)現(xiàn)。

復(fù)?習(xí)?思?考?題1.簡(jiǎn)述話音信號(hào)的數(shù)字化過程。2.用抽樣信號(hào)不失真地代替原話音信號(hào)必須滿足什么樣的條件?3.在PCM30/32編碼方案中，如何表示樣值的正、負(fù)極性和幅度的大?。糠却a有幾位(比特)？它可以表示幾種不同幅度的樣值？4.簡(jiǎn)述時(shí)分復(fù)用的基本原理。

5.?PCM幀結(jié)構(gòu)在國(guó)際上有哪兩種制式？試比較這兩種制式的特點(diǎn)。

6.簡(jiǎn)述30/32路PCM幀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。

7.某用戶通話時(shí)長(zhǎng)為2min，則交換機(jī)共為其交換多少次信號(hào)？

8.一路模擬電話占據(jù)的帶寬是多少？一路數(shù)字電話占據(jù)的帶寬是多少？

9.在PCM幀結(jié)構(gòu)中，幀同步碼由什么端向什么端發(fā)送？每隔多長(zhǎng)時(shí)間送一次？占用的是什么幀的第幾個(gè)時(shí)隙的第幾位比特？幀失步告警碼由什么端向什么端發(fā)送？每隔多長(zhǎng)時(shí)間送一次？占用的是什么幀的第幾個(gè)時(shí)隙的第幾位碼？失步時(shí)該位碼是多少?

10.單路PCM信號(hào)在傳輸時(shí)，其抽樣頻率是多少？傳輸碼率是多少？30/32路基群傳輸碼率是多少？

11.某主叫用戶摘機(jī)后占用第17條話路，為其傳送話音信號(hào)的時(shí)隙是TS17，請(qǐng)問：

(1)該話路在每一幀中被接通幾次？隔多長(zhǎng)時(shí)間被接通一次？每次接通的時(shí)長(zhǎng)是多少？

(2)為其傳送控制信號(hào)(信令)的時(shí)隙是什么？此控制信號(hào)隔多長(zhǎng)時(shí)間傳送一次？每次傳送的時(shí)長(zhǎng)是多少？

12.PCM高次群有什么意義？四次群可傳輸多少路話路信號(hào)？傳輸速率是多少？第3章交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與原理3.1交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)3.2數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的接續(xù)原理3.3多級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)復(fù)習(xí)思考題

3.1交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

從外部看，交換網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于一個(gè)由若干入線和若干出線構(gòu)成的交換矩陣，如圖3-1所示。在圖3-1中，由每條入線和出線構(gòu)成的交叉接點(diǎn)類似于開關(guān)電路，平時(shí)是斷開的，當(dāng)選中某條入線和出線時(shí)，對(duì)應(yīng)的交叉接點(diǎn)才閉合。實(shí)際中的交換矩陣叫接線器，接線器的入線接主叫用戶接口電路，出線接被叫用戶接口電路或各種中繼接口電路。圖3-1交換網(wǎng)絡(luò)示意圖

3.1.1交換網(wǎng)絡(luò)的線束利用度

交換網(wǎng)絡(luò)的線束利用度分為兩種不同的情況：全利用度線束和部分利用度線束。

1.全利用度線束

任一條入線可以到達(dá)任一條出線的情況稱為全利用度線束。

2.部分利用度線束

任一條入線只能到達(dá)部分出線的情況稱為部分利用度線束。

可見，與部分利用度線束相比，全利用度線束的接通率高，但出線的效率低。

3.1.2交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)分單級(jí)接線器結(jié)構(gòu)和多級(jí)接線器結(jié)構(gòu)。

1.單級(jí)接線器結(jié)構(gòu)

單級(jí)接線器結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。其中，一個(gè)n?×?m的接線器存在n?×?m個(gè)交叉接點(diǎn)。如果交換網(wǎng)絡(luò)的n和m數(shù)值很大，則交叉接點(diǎn)數(shù)必然變得很大。在數(shù)字交換中，這意味著對(duì)存儲(chǔ)器的存取速率要求很高。

2.多級(jí)接線器結(jié)構(gòu)

多級(jí)接線器結(jié)構(gòu)可以克服單級(jí)接線器結(jié)構(gòu)存在的問題。圖3-2所示為一個(gè)n?×?nm的二級(jí)接線器結(jié)構(gòu)。第一級(jí)接線器A的入線數(shù)與出線數(shù)相等，是一個(gè)n?×?n的接線器，如果第一級(jí)接線器A的n條出線接至n個(gè)1?×?m的第二級(jí)接線器B的入線，則第一級(jí)的每條入線將有nm條出線，于是1?+?n個(gè)接線器便構(gòu)成了一個(gè)n?×?nm的交換網(wǎng)絡(luò)。圖3-2一個(gè)n?×?nm的二級(jí)接線器結(jié)構(gòu)

若把第一級(jí)接線器A增加到m個(gè)，并把第二級(jí)每個(gè)接線器的入線數(shù)也增加到m條，便可得到如圖3-3(a)所示的一個(gè)nm?×?nm的二級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)，其簡(jiǎn)化形式如圖3-3(b)所示。圖3-3一個(gè)nm×nm的二級(jí)接線器結(jié)構(gòu)(a)連線圖；(b)簡(jiǎn)化圖

在二級(jí)接線器結(jié)構(gòu)中，由于第一級(jí)的每一個(gè)接線器與第二級(jí)的每一個(gè)接線器之間僅存在一條內(nèi)部鏈路，因此任何時(shí)刻在一對(duì)接線器之間只能有一對(duì)出、入線接通。例如，當(dāng)?shù)谝患?jí)第1個(gè)接線器的1號(hào)入線與第二級(jí)第2個(gè)接線器的m號(hào)出線接通時(shí)，第一級(jí)第1個(gè)接線器的其他入線都無(wú)法再與第二級(jí)第2個(gè)接線器的其余出線接通。這種雖然入、出線空閑，但因沒有空閑級(jí)間鏈路而無(wú)法接續(xù)的現(xiàn)象稱為交換網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部阻塞。

二級(jí)接線器結(jié)構(gòu)的每條內(nèi)部鏈路被占用的概率可近似為

(3.1)

式中，A為整個(gè)交換網(wǎng)絡(luò)的輸入話務(wù)量。

交換網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部阻塞率應(yīng)等于所需鏈路被占用的概率，則二級(jí)接線器結(jié)構(gòu)的內(nèi)部阻塞是

Bi2?=?a(3.2)

當(dāng)進(jìn)一步增加網(wǎng)絡(luò)的輸入線數(shù)時(shí)，可依照相同的方法將二級(jí)接線器結(jié)構(gòu)擴(kuò)展為三級(jí)或更多級(jí)。圖3-4所示為一個(gè)nmk?×?nmk的三級(jí)接線器結(jié)構(gòu)。圖3-4一個(gè)nmk×nmk的三級(jí)接線器結(jié)構(gòu)

在三級(jí)接線器結(jié)構(gòu)中，任何一個(gè)第一級(jí)接線器與一個(gè)第三級(jí)接線器之間仍然只存在一條通路，但這條通路卻是由兩條級(jí)間鏈路級(jí)聯(lián)而成的。因此，當(dāng)假設(shè)每條內(nèi)部鏈路被占用的概率是a時(shí)，每條鏈路空閑的概率是1-a。兩條鏈路均空閑，則級(jí)聯(lián)鏈路空閑的概率便為(1-a)2。因此，三級(jí)接線器結(jié)構(gòu)的內(nèi)部阻塞率為

Bi3?=?1-(1-a)2

(3.3)

比較式(3.2)和式(3.3)不難發(fā)現(xiàn)

Bi3?>?Bi2

可見，增加級(jí)數(shù)雖然擴(kuò)大了交換網(wǎng)絡(luò)可接續(xù)的容量，但也增加了網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部阻塞率。

3.減小內(nèi)部阻塞率的方法

減小內(nèi)部阻塞率的方法通常有兩種：擴(kuò)大級(jí)間鏈路數(shù)和采用混合級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)。

1)擴(kuò)大級(jí)間鏈路數(shù)

擴(kuò)大級(jí)間鏈路數(shù)的方法如圖3-5所示，即一個(gè)x重連接的二級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)。圖3-5一個(gè)x重連接的二級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)

圖3-5所示的級(jí)間鏈路擴(kuò)大到了x條，其內(nèi)部阻塞率將減少為

Bi2?=?ax

(3.4)

同理，一個(gè)x重連接的三級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部阻塞率為

Bi3?=?1?-?(1?-?ax)2

(3.5)

擴(kuò)大級(jí)間鏈路數(shù)可減小網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部阻塞率，但這是以增大第二級(jí)接線器入、出線數(shù)目為代價(jià)的，如圖3-5所示的第二級(jí)接線器入、出線數(shù)目將相應(yīng)地增大到xm?×?xm。

2)采用混合級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)

圖3-6給出了一種混合級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)。圖3-6的前兩級(jí)是如圖3-3所示的二級(jí)網(wǎng)絡(luò)，但第二級(jí)網(wǎng)絡(luò)的nm條出線并未像圖3-4那樣連到nm個(gè)接線器，而是僅連接了m個(gè)接線器。不難看出，第一級(jí)中任何一個(gè)接線器與第三級(jí)中的任一接線器之間現(xiàn)在有了n條鏈路，因此網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部阻塞率下降為

Bi3?=?[1?-?(1?-?a)2]n

(3.6)

不難想象，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部鏈路數(shù)(如圖3-6所示的第二級(jí)n)達(dá)到一定的數(shù)量時(shí)，可以完全消除內(nèi)部阻塞。下面我們來分析圖3-7所示的三級(jí)無(wú)阻塞交換網(wǎng)絡(luò)。

圖3-6混合級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)圖3-7三級(jí)無(wú)阻塞交換網(wǎng)絡(luò)

3.2數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的接續(xù)原理

數(shù)字交換實(shí)質(zhì)上就是把PCM系統(tǒng)有關(guān)的時(shí)隙內(nèi)容在時(shí)間位置上進(jìn)行搬移，因此數(shù)字交換也叫做時(shí)隙交換。當(dāng)只有一套PCM系統(tǒng)連接數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)時(shí)，交換僅在這條總線的30個(gè)話路時(shí)隙之間進(jìn)行。為了擴(kuò)大數(shù)字信號(hào)的交換范圍，要求數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)具有在不同PCM總線之間進(jìn)行交換的功能。

具體來說，數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有如下功能：

(1)在同一條PCM總線的不同時(shí)隙之間進(jìn)行交換。

(2)同一時(shí)隙在不同PCM總線之間進(jìn)行交換。

(3)在不同PCM總線的不同時(shí)隙之間進(jìn)行交換。

在數(shù)字通信中，由于每一條總線都至少可傳送30路(PCM基群)用戶的消息，因此我們把連接交換網(wǎng)絡(luò)的入、出線叫做PCM母線或HW(HighWay)線。

由于PCM信號(hào)是四線傳輸，即發(fā)送和接收是分開的，因此數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)也要收、發(fā)分開，進(jìn)行單向路由的接續(xù)。實(shí)際中用戶消息通過數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)發(fā)送與接收的過程如圖3-8所示。

圖3-8表明，主叫端的A信號(hào)由TS1發(fā)送，經(jīng)數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)交換后由TS2接收，而被叫端的B信號(hào)由TS2發(fā)送，經(jīng)數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)交換后由TS1接收，由此就完成了主、被叫雙方消息的交換。

那么，數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)是如何完成消息在不同時(shí)隙之間相互交換的呢？這就需要研究數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和工作原理。

數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)由數(shù)字接線器組成。數(shù)字接線器有兩種形式：時(shí)間(T)接線器和空間(S)接線器。它們的基本功能分別是：時(shí)間(T)接線器完成時(shí)隙的交換；空間(S)接線器則完成母線的交換。圖3-8用戶消息通過數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)發(fā)送與接收的過程

3.2.1數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間(T)接線器

1.時(shí)間(T)接線器的結(jié)構(gòu)

T接線器由話音存儲(chǔ)器和控制存儲(chǔ)器組成。話音存儲(chǔ)器和控制存儲(chǔ)器都是隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)。

1)話音存儲(chǔ)器

顧名思義，話音存儲(chǔ)器(SM，SpeechMemory)用于寄存經(jīng)過PCM編碼處理的話音信息，每個(gè)單元存放一個(gè)時(shí)隙的內(nèi)容，即存放一個(gè)8?bit的編碼信號(hào)，故SM的單元數(shù)等于PCM的復(fù)用度(PCM復(fù)用線上的時(shí)隙總數(shù))。

2)控制存儲(chǔ)器

控制存儲(chǔ)器(CM，ControlMemory)又稱為地址存儲(chǔ)器，其作用是寄存話音信息在SM中的單元號(hào)，例如，某話音信息存放于SM的2號(hào)單元中，那么在CM的單元中就應(yīng)寫入“2”。通過在CM中存放地址，可控制話音信號(hào)的寫入或讀出。一個(gè)SM的單元號(hào)占用CM的一個(gè)單元，故CM的單元數(shù)等于SM的單元數(shù)。CM每單元的字長(zhǎng)則由SM總單元數(shù)的二進(jìn)制編碼字長(zhǎng)決定。

例如，某T接線器的輸入端PCM復(fù)用度為128，則SM的單元數(shù)應(yīng)是128個(gè)，每單元的字長(zhǎng)是8?bit，CM的單元數(shù)應(yīng)是128個(gè)，每單元的字長(zhǎng)是7?bit。

2.時(shí)間(T)接線器的工作方式

如果話音存儲(chǔ)器(SM)的寫入信號(hào)受定時(shí)脈沖控制，而讀出信號(hào)受控制存儲(chǔ)器(CM)控制，我們稱其為輸出控制方式，即SM是“順序?qū)懭?，控制讀出”。反之，如果話音存儲(chǔ)器(SM)的寫入信號(hào)受控制存儲(chǔ)器(CM)控制，而讀出信號(hào)受定時(shí)脈沖控制，我們稱其為輸入控制方式，即SM是“控制寫入，順序讀出”。

需要強(qiáng)調(diào)的是，上述兩種控制方式只針對(duì)話音存儲(chǔ)器(SM)，對(duì)于控制存儲(chǔ)器(CM)來說，其工作方式都是“控制寫入，順序讀出”，即CPU控制寫入，定時(shí)脈沖控制讀出。

例如，某主叫用戶的話音信號(hào)(A)占用TS10發(fā)送，通過T接線器交換至被叫用戶的TS50接收。圖3-9(a)、(b)分別給出了兩種工作方式的示意圖。圖3-9T接線器的工作方式(a)

輸出控制方式；(b)

輸入控制方式

要把TS10的內(nèi)容交換到TS50中，只要在TS10到來時(shí)，把它的內(nèi)容先寄存到SM中，等TS50到來時(shí)，再把該內(nèi)容取走即可。通過這樣一存一取，即可實(shí)現(xiàn)不同時(shí)隙內(nèi)容的

交換。

對(duì)于輸出控制方式來說，其交換過程為：第一步，在定時(shí)脈沖CP控制下，將HW線上的每個(gè)輸入時(shí)隙所攜帶的話音信息依次寫入SM的相應(yīng)單元中(SM單元號(hào)對(duì)應(yīng)主叫用戶所占用的時(shí)隙號(hào))；第二步，CPU根據(jù)交換要求，在CM的相應(yīng)單元中填寫SM的讀出地址(CM單元號(hào)對(duì)應(yīng)被叫用戶所占用的時(shí)隙號(hào))；第三步，在CP控制下，按順序在輸出時(shí)隙(被叫用戶所占的時(shí)隙)到來時(shí)，根據(jù)SM的讀出地址，讀出SM中的話音信息。

對(duì)于輸入控制方式來說，其交換過程為：

第一步，CPU根據(jù)交換要求，在CM單元內(nèi)寫入話音信號(hào)在SM的地址(CM單元號(hào)對(duì)應(yīng)主叫用戶所占用的時(shí)隙號(hào))；

第二步，在CM控制下，將話音信息寫入SM的相應(yīng)單元(SM單元號(hào)對(duì)應(yīng)被叫用戶所占用的時(shí)隙號(hào))；

第三步，在CP控制下，按順序讀出SM中的話音信息。

針對(duì)T接線器的討論有以下幾點(diǎn)說明：

(1)不管是哪一種控制方式，話音信息交換的結(jié)果是一樣的。

(2)?T接線器按時(shí)間開關(guān)時(shí)分方式工作，每個(gè)時(shí)隙的話音信息都對(duì)應(yīng)著一個(gè)SM的存儲(chǔ)單元，因?yàn)椴煌拇鎯?chǔ)單元所占用的空間位置不同，所以從這個(gè)意義上講，T接線器雖是一種時(shí)分接線器，但實(shí)際上卻具有“空分”的含義。

(3)?CPU只需修改CM單元內(nèi)的內(nèi)容，就可改變信號(hào)交換的對(duì)象。但對(duì)于某一次通話來說，占用T接線器的單元是固定的，這個(gè)“占用”直至通話結(jié)束才釋放。

(4)話音信號(hào)在SM中存放的時(shí)間最短為3.9?μs，最長(zhǎng)為125?μs。

(5)?CM各單元的數(shù)據(jù)在每次通話中只需寫一次。

(6)當(dāng)CM第K個(gè)單元中的值為j時(shí)，輸入的第j時(shí)隙將被轉(zhuǎn)移到輸出的第k時(shí)隙。由此引起的延時(shí)為

D?=k?-j(TS)(3.7)

例如，當(dāng)k?=?3，j=1時(shí)，信號(hào)交換的延時(shí)為

D=3?-1=2(TS)=7.8μs

再如，當(dāng)k?=?1，j=3時(shí)，信號(hào)交換的延時(shí)為

D=(32?-j)?+k?=?(32?-3)?+1?=30(TS)=117μs

3.話音存儲(chǔ)器(SM)和控制存儲(chǔ)器(CM)的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)原理

在分析SM、CM的數(shù)字電路時(shí)要用到時(shí)鐘(CP)、定時(shí)脈沖(A0～A7)和位脈沖(TD0～TD7)的有關(guān)知識(shí)。圖3-10是由時(shí)鐘(CP)形成的8條HW線所需要的定時(shí)脈沖(A0～A7)和位脈沖(TD0～TD7)的波形。圖3-10形成定時(shí)脈沖(A0～A7)和位脈沖(TD0～TD7)的波形

圖3-10所示的CP具有脈沖和間隔各為244ns的特點(diǎn)，它與30/32路PCM每時(shí)隙的一位碼脈沖寬度一致。CP進(jìn)行2分頻后形成了定時(shí)脈沖A0，而A1由A0進(jìn)行2分頻獲得，A2由A1進(jìn)行2分頻獲得，以此類推，A7由A6進(jìn)行2分頻獲得。

定時(shí)脈沖A0～A2的不同組合又可形成TD0～TD78個(gè)位脈沖。TD0～TD7的周期為3.9μs，脈寬為488ns，間隔為488?×?7ns，用以控制每一時(shí)隙中的每一位碼的移動(dòng)，還可控制8條HW線的選擇。A0～A7組合形成256個(gè)地址脈沖，用以控制SM、CM的256個(gè)單元的選擇。

1)話音存儲(chǔ)器(SM)的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)原理

SM的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)原理如圖3-11所示。該電路由存儲(chǔ)器SM、寫入與門、讀出與門、或門、反相器等讀/寫控制電路組成。該電路是按輸出控制方式設(shè)計(jì)的。圖3-11話音存儲(chǔ)器的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)原理

2)控制存儲(chǔ)器(CM)的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)原理

控制存儲(chǔ)器的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)原理如圖3-12所示。該電路由控制存儲(chǔ)器CM、比較器、鎖存器等組成。

CPU根據(jù)用戶要求，通過數(shù)據(jù)總線(DB)和地址總線(AB)向CM發(fā)送：①?寫入數(shù)據(jù)BW0～BW7(SM的地址)；②?寫入地址AW0～AW7(CM的地址)。

SM的地址寫入CM的時(shí)機(jī)(寫入條件)是：①CPU發(fā)出寫命令脈沖；②定時(shí)脈沖A0～A7所指定的地址與CPU送來的AW0～AW7地址一致(同步)；③CP的前半周(CP?=?1)。圖3-12控制存儲(chǔ)器的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)原理

4.PCM終端設(shè)備和T接線器的連接

1)單端PCM設(shè)備和T接線器的連接

單端是指一條HW線的情況。單端PCM設(shè)備和T接線器的連接電路框圖如圖3-13所示。圖3-13單端PCM設(shè)備和T接線器的連接電路框圖

圖3-13所示的電路包括了碼型變換與逆變換電路、標(biāo)志信號(hào)收/發(fā)電路、同步電路、定時(shí)電路、串/并(S/P)變換電路、匯總電路等。

(1)碼型變換與逆變換電路：進(jìn)行機(jī)內(nèi)碼型與線路碼型之間的變換。

(2)同步電路：取出同步時(shí)隙，在定時(shí)脈沖控制下做同步檢查。

(3)定時(shí)電路：用來產(chǎn)生各種定時(shí)脈沖，如抽樣時(shí)用的抽樣脈沖、編碼時(shí)用的位脈沖和同步時(shí)用的幀同步脈沖等。

(4)標(biāo)志信號(hào)收/發(fā)電路：插入或取出TS16傳輸?shù)臉?biāo)志信號(hào)(控制信令)。

(5)匯總電路：將話音信號(hào)、同步信號(hào)和標(biāo)志信號(hào)匯總在一起，然后通過碼型變換電路送至輸出端。

(6)串/并變換電路：在T接線器的數(shù)據(jù)總線上連接了一個(gè)輸入串/并(S/P)變換電路和一個(gè)輸出并/串(P/S)變換電路，目的是將傳輸線上的串行碼變換成并行碼后存入T接線器

RAM中。

為什么要進(jìn)行串/并變換呢？我們知道，30/32系統(tǒng)PCM一次群的傳送碼率為2.048?Mb/s。如果將時(shí)隙擴(kuò)大到1024個(gè)，仍采用串行碼傳送，則其碼率將為64?Mb/s以上。這樣高的碼率對(duì)T接線器的工作速率要求很高，技術(shù)上較難實(shí)現(xiàn)。也就是說，T接線器容量的增大要受到存儲(chǔ)器讀/寫速度的限制。目前單個(gè)T接線器的容量不超過1024個(gè)單元(32個(gè)一次群信號(hào))。因此，為了解決提高復(fù)用度的同時(shí)，傳輸碼率也提高的問題，就必須把1條復(fù)用線變成8條復(fù)用線，使進(jìn)入話音存儲(chǔ)器(SM)的8位碼以并行方式一次輸入，從而降低對(duì)T接線器RAM的讀/寫速率要求。

例如，當(dāng)PCM的復(fù)用度提高到1024個(gè)時(shí)隙時(shí)，串行碼的碼率是1024?×?8?×?8000=65.536Mb/s，而并行碼的碼率僅是1024?×?1?×?8000=8.192Mb/s，這一碼率是目前T接線器RAM的讀/寫速率能夠適應(yīng)的。

2)多端PCM終端設(shè)備和T接線器的連接

單端PCM終端設(shè)備接入T接線器時(shí)只能處理30個(gè)用戶的話音交換。如果將多端PCM終端設(shè)備(4端、8端、16端、32端)接入T接線器，將會(huì)大大擴(kuò)大T接線器所交換的信息容量。因此，多端PCM終端設(shè)備和T接線器連接時(shí)其接口除了需要串/并、并/串電路外，還需要增加復(fù)用和分路電路，實(shí)現(xiàn)多端PCM復(fù)用線的合并。

復(fù)用器的作用是將多條HW線合并成一條HW線；分路器的作用是將一條HW線分成多條HW線。

圖3-14所示為8條HW線(每條HW線的復(fù)用度為PCM一次群)與T接線器的連接電路框圖。在圖3-14中，T接線器的左端是由8個(gè)串/并變換電路和1個(gè)8并1復(fù)用器組成的電路，該電路將8條HW輸入線的串行信號(hào)變換成1條HW線的并行信號(hào)后輸入T接線器；T接線器的右端是由1個(gè)1分8的分路器和8個(gè)并/串變換電路組成的電路，該電路將T接線器輸出端的1條HW線的并行信號(hào)變換成8條HW線的串行信號(hào)后送至傳輸線。圖3-148條HW線與T接線器的連接電路框圖

圖3-14對(duì)應(yīng)的信號(hào)波形如圖3-15所示。圖3-15串/并變換與復(fù)用波形圖

對(duì)于N條HW線來說，它們經(jīng)串/并變換及多路復(fù)用后，依次寫入話音存儲(chǔ)器的順序如下：

由此得到HWiTSj位于話音存儲(chǔ)器的單元號(hào)為

K?=?N?×?j?+?i(單元)(3.8)

式中：K?——單元號(hào)(或經(jīng)串/并變換及多路復(fù)用后的TS編號(hào))；

N?——HW線總數(shù)；

j?——復(fù)用前的時(shí)隙編號(hào)；

i?——復(fù)用前的HW線編號(hào)。

【例3.1】有N路一次群信號(hào)經(jīng)串/并變換及多路復(fù)用后進(jìn)入話音存儲(chǔ)器，請(qǐng)問：

(1)話音存儲(chǔ)器的讀/寫速率為多少？

(2)話音存儲(chǔ)器的容量為多少？

(3)控制存儲(chǔ)器的容量為多少？

(4)若有4條HW線，每條HW線均為PCM一次群，則復(fù)用前的HW2TS10在復(fù)用后變?yōu)門SX，X為多少？

解

(1)話音存儲(chǔ)器的讀/寫速率為N?×?256?kb/s。

(2)話音存儲(chǔ)器的容量為N?×?32?×?8位。

(3)控制存儲(chǔ)器的容量為N?×?32?×(lbN?+?5)位(其中，N為2的整次冪，lb表示以2為底的對(duì)數(shù))。

(4)?X為N?×?j?+?i?=?4?×?10?+?2?=?42。

5.串/并變換與復(fù)用/分路的邏輯電路

下面仍以8條HW線為例來講述串/并變換與復(fù)用/分路的邏輯電路。

1)串/并變換與復(fù)用

圖3-16是將串行碼變換成并行碼并完成復(fù)用的數(shù)字電路。圖3-16中包含了8個(gè)移位寄存器、8個(gè)鎖存器和8個(gè)8選1電子選擇器。圖3-16串/并變換與復(fù)用的數(shù)字電路

(1)移位寄存器。移位寄存器采用8位串行輸入并行輸出的工作方式，它在位脈沖的控制下，將每個(gè)時(shí)隙中的8位串行碼依次移入寄存器。

(2)鎖存器。因?yàn)橐莆患拇嫫鬏敵龆薉0～D78位碼不是同時(shí)出現(xiàn)的，而是在位脈沖(TD0～TD7)控制下一位一位出現(xiàn)的，所以要加一個(gè)鎖存器，它將移位寄存器中的數(shù)據(jù)移入并鎖存，使8位碼從鎖存器輸出的同時(shí)并行輸出。

(3)?8選1電子選擇器。8選1電子選擇器的功能是把每條HW線的8位并行碼按一定次序進(jìn)行排列、合并后輸出送至話音存儲(chǔ)器。

2)并/串變換與分路

圖3-17是將并行碼變換成串行碼并完成分路的數(shù)字電路。圖中包含了8個(gè)鎖存器和8個(gè)移位寄存器。圖3-17并/串變換與分路的數(shù)字電路

(1)鎖存器。8套鎖存器分別在位脈沖TD0～TD7控制下，接收來自8條HW線的D0～D78位并行碼，例如：

(2)移位寄存器。在下一個(gè)時(shí)隙的位脈沖TD0?到來，即CP∧TD0?=?1時(shí)，8個(gè)移位寄存器的置位端S都為“1”，表示可將8個(gè)鎖存器中的D0?～D78位并行碼同時(shí)置入8個(gè)移位寄存器中。當(dāng)TD0?≠1時(shí)，置位端S為“0”，使移位寄存器不置位，只移位。8個(gè)移位寄存器便同時(shí)在位脈沖的控制下將8位碼按串行順序一位一位送出，直到下一時(shí)隙TD0??=?1再出現(xiàn)時(shí)，移位寄存器再置位一次，即將下一個(gè)8位并行碼置入移位寄存器中。如此循環(huán)下去，就完成了P/S變換。

通過上述對(duì)時(shí)間(T)接線器的研究，我們已經(jīng)知道話音存儲(chǔ)器的讀/寫速率與輸入信道數(shù)成正比，這使得T接線器容量的增大受到了存儲(chǔ)器讀/寫速度的限制。當(dāng)輸入T接線器的路數(shù)超過單個(gè)T接線器所能接受的限度時(shí)，必須使用多個(gè)T接線器組成的交換網(wǎng)絡(luò)。在多個(gè)T接線器組成的交換網(wǎng)絡(luò)中，不同T接線器之間的時(shí)隙交換則需要通過空間(S)接線器來完成。

3.2.2數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的空間(S)接線器

早期機(jī)電制交換機(jī)的空分接線器是一個(gè)由大量交叉接點(diǎn)構(gòu)成的空分矩陣，如圖3-18所示。

如果一個(gè)交叉接點(diǎn)為一個(gè)信息的傳輸通道，那么交叉接點(diǎn)越多，信息傳輸?shù)耐ǖ谰驮蕉啵梢越粨Q的對(duì)象也就越多。

此交叉矩陣的概念被用到了程控?cái)?shù)字交換機(jī)的數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)中，稱為空間(S)接線器交叉接點(diǎn)矩陣。每個(gè)正在通信的用戶在此矩陣中占據(jù)一個(gè)交叉接點(diǎn)。圖3-18機(jī)電制交換機(jī)的空分接線器示意圖

需要注意的是，數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)中的空間(S)接線器與早期機(jī)電制交換機(jī)的空分接線器有以下幾點(diǎn)不同：

(1)機(jī)電制交換機(jī)的空分接線器的交叉接點(diǎn)是金屬接點(diǎn)開關(guān)，所傳輸?shù)男盘?hào)是二線模擬信號(hào)，信道沒有采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)，因此接點(diǎn)一旦接通(被占用)，便一直閉合，直到通話結(jié)束才斷開。

(2)數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的空間(S)接線器的交叉接點(diǎn)是電子接點(diǎn)開關(guān)，所傳輸?shù)男盘?hào)是四線數(shù)字信號(hào)，信道采用了時(shí)分復(fù)用技術(shù)，每個(gè)接點(diǎn)只在一幀的一個(gè)時(shí)隙內(nèi)接通。

(3)機(jī)電制交換機(jī)的空分接線器可以單獨(dú)構(gòu)成交換網(wǎng)絡(luò)，而數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的空間(S)接線器不能單獨(dú)構(gòu)成交換網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樗痪邆鋾r(shí)隙交換功能。

1.空間(S)接線器的結(jié)構(gòu)

數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的空間(S)接線器由交叉接點(diǎn)和控制存儲(chǔ)器兩部分組成，如圖3-19所示。

圖3-19所示為一個(gè)輸入/輸出端各有8條HW線的S接線器。其中8?×?8開關(guān)矩陣由高速電子開關(guān)組成，開關(guān)的閉合受8個(gè)控制存儲(chǔ)器(CM)的控制。圖3-19空間(S)接線器的結(jié)構(gòu)

2.?S接線器的工作方式

S接線器的工作方式也分為輸出控制方式和輸入控制方式。每一個(gè)控制存儲(chǔ)器(CM)控制同號(hào)輸出端的所有交叉接點(diǎn)，稱為輸出控制；每一個(gè)控制存儲(chǔ)器(CM)控制同號(hào)輸入端的所有交叉接點(diǎn)，稱為輸入控制。表3.1給出了兩種控制方式的比較。

例如，圖3-20(a)、(b)所示分別為S接線器按輸出控制方式和輸入控制方式完成HW0TS5→HW3TS5的信號(hào)交換示意圖。

其交換過程分兩步進(jìn)行：

第一步，CPU根據(jù)路由選擇結(jié)果，在CM的相應(yīng)單元內(nèi)寫入輸入(出)線序號(hào)；

第二步，在CP控制下，按時(shí)隙順序讀出CM相應(yīng)單元的內(nèi)容，控制輸入線與輸出線間的交叉接點(diǎn)的閉合。圖3-20S接線器的工作方式(a)輸出控制方式；(b)輸入控制方式

【例3.2】某S接線器的HW線時(shí)隙復(fù)用度為512，交叉矩陣為32?×?32，請(qǐng)問：

(1)有多少個(gè)交叉接點(diǎn)信道？(2)需要多少個(gè)控制存儲(chǔ)器？(3)每個(gè)控制存儲(chǔ)器有多少個(gè)單元？(4)每單元內(nèi)的字長(zhǎng)是幾位？

解(1)有1024個(gè)交叉接點(diǎn)信道；

(2)需要32個(gè)控制存儲(chǔ)器；

(3)每個(gè)控制存儲(chǔ)器有512個(gè)單元；

(4)每單元內(nèi)的字長(zhǎng)是5位。

針對(duì)S接線器的討論有以下幾點(diǎn)說明：

(1)?S接線器按空間開關(guān)時(shí)分方式工作，矩陣中的交叉接點(diǎn)狀態(tài)每時(shí)隙更換一次，每次接通的時(shí)間是一個(gè)TS，即3.9?μs。從這個(gè)意義上理解，S接線器雖是一種空分接線器，卻具有“時(shí)分”的含義。

(2)?S接線器在每一時(shí)隙不允許矩陣中一行或一列同時(shí)有兩個(gè)以上交叉接點(diǎn)閉合，否則會(huì)造成串話。

(3)矩陣中的每8條并行輸入線在任何時(shí)刻必須選相同的輸出線，因此可由同一個(gè)存儲(chǔ)單元控制。

(4)對(duì)于一個(gè)HW線為一次群的N?×?N空間接線器，其控制存儲(chǔ)器的容量應(yīng)為32?×?N?×?lb?N(bit)，其中，N為2的整次冪。

例如，某S接線器采用8?×?8矩陣，每條輸入HW線為二次群復(fù)用，則S接線器控制存儲(chǔ)器的容量應(yīng)為128?×?8?×?lb?8?=?3072bit。

3.?S接線器的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)原理

1)交叉接點(diǎn)矩陣的邏輯控制電路

S接線器的交叉接點(diǎn)矩陣由若干電子選擇器芯片組成，圖3-21所示即為一個(gè)8?×?8電子交叉接點(diǎn)矩陣。它由8片8選1電子選擇器芯片構(gòu)成。圖3-218?×?8電子交叉接點(diǎn)矩陣

2)控制存儲(chǔ)器(CM)的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)原理

S接線器的控制存儲(chǔ)器的數(shù)字電路由控制存儲(chǔ)器、鎖存器、比較器和與非門組成，如圖3-22所示。圖3-22空間接線器的控制存儲(chǔ)器的數(shù)字電路

3.3多級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)

3.3.1T-S-T交換網(wǎng)絡(luò)1.?T-S-T交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖3-23所示為一個(gè)4條PCM一次群連接的T-S-T交換網(wǎng)絡(luò)。圖3-23T-S-T交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

2.?T-S-T交換網(wǎng)絡(luò)的控制原則

輸入級(jí)T接線器與輸出級(jí)T接線器的控制方式不同，而S級(jí)接線器可用任一種工作方式，因此T-S-T網(wǎng)絡(luò)共有四種控制方式：出-入-入、出-出-入、入-出-出、入-入-出。

在圖3-8中，PCM信號(hào)是四線傳輸，即信號(hào)的發(fā)送和接收是分開的，因此T-S-T交換網(wǎng)絡(luò)也要收、發(fā)分開，進(jìn)行單向路由的接續(xù)。那么，中間S級(jí)接線器兩個(gè)方向的內(nèi)部時(shí)隙應(yīng)該是不一樣的。從原理上講，這兩個(gè)內(nèi)部時(shí)隙都可由CPU任意選定，但在實(shí)際中，為方便CPU管理和控制，在設(shè)計(jì)T-S-T交換網(wǎng)絡(luò)時(shí)，將兩個(gè)方向的內(nèi)部時(shí)隙(ITS反向和ITS正向)設(shè)計(jì)成一對(duì)相差半幀的時(shí)隙，即

ITS反向?=?ITS正向±半幀信號(hào)(1幀為交換網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部時(shí)隙總數(shù))(3.9)

例如，在一個(gè)T-S-T交換網(wǎng)絡(luò)中，內(nèi)部時(shí)隙總數(shù)為128，已知CPU選定的正向內(nèi)部時(shí)隙為30，則反向內(nèi)部時(shí)隙為

若上例中CPU選定的正向內(nèi)部時(shí)隙為94，則反向內(nèi)部時(shí)隙為

我們把這樣確定內(nèi)部時(shí)隙的方法稱為反相法。采用反相法避免了CPU的二次路由選擇，從而減輕了CPU的負(fù)擔(dān)。

3.?T-S-T交換網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)交換過程

下面我們通過一個(gè)例子來說明信號(hào)經(jīng)T-S-T網(wǎng)絡(luò)完成交換的過程。

【例3.3】有一個(gè)T-S-T交換網(wǎng)絡(luò)，輸入、輸出均有兩條HW線，網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部時(shí)隙總數(shù)為32。根據(jù)交換要求完成下列信號(hào)的雙向交換，即

HW1TS2(A)←→?HW2TS9(B)

要求：

(1)輸入級(jí)T接線器采用輸出控制方式，S接線器采用輸出控制方式，輸出級(jí)T接線器采用輸入控制方式；

(2)?CPU選定的內(nèi)部正向時(shí)隙為5；

(3)畫出T-S-T交換網(wǎng)絡(luò)圖并在相關(guān)存儲(chǔ)器中填寫數(shù)據(jù)。

解T-S-T交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)以及信號(hào)輸送舉例如圖3-24所示。已知ITS正向?=?5，則ITS反向?=?5?+?=?21。圖3-24T-S-T交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)以及信號(hào)輸送舉例

3.3.2S-T-S交換網(wǎng)絡(luò)

在S-T-S交換網(wǎng)絡(luò)中，各級(jí)的分工如下：

(1)輸入級(jí)S接線器負(fù)責(zé)輸入母線之間的空間交換。

(2)中間T接線器負(fù)責(zé)內(nèi)部時(shí)隙交換。

(3)輸出級(jí)S接線器負(fù)責(zé)輸出母線之間的空間交換。

圖3-25是一個(gè)輸入、輸出都為2條HW線的S-T-S交換網(wǎng)絡(luò)。其中，輸入級(jí)S接線器采用輸出控制方式，中間T接線器采用輸出控制方式，輸出級(jí)S接線器采用輸入控制方式。A信號(hào)占HW1的TS3，B信號(hào)占HW2的TS6。圖3-25S-T-S交換網(wǎng)絡(luò)及信號(hào)輸送舉例

復(fù)?習(xí)?思?考?題

1.設(shè)計(jì)一個(gè)三級(jí)無(wú)阻塞網(wǎng)絡(luò)，要求第一級(jí)為3個(gè)5?×?7的接線器，第三級(jí)為5個(gè)7?×?3的接線器，畫出該網(wǎng)絡(luò)的完全連線圖和簡(jiǎn)化圖。2.數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的基本功能是什么？3.時(shí)間(T)接線器和空間(S)接線器有什么不同？4.某HW線上的主叫用戶占用TS10，被叫用戶占用TS20，請(qǐng)通過T接線器完成彼此的信號(hào)交換(分別按輸出和輸入控制方式)。

5.分別按輸出、輸入控制方式完成HW1TS3→HW4TS3的信號(hào)交換。

6.在一個(gè)T-S-T網(wǎng)絡(luò)中，S接線器的內(nèi)部時(shí)隙數(shù)為128，已知A→B的方向占用的內(nèi)部時(shí)隙為90，則B→A方向的內(nèi)部時(shí)隙是多少？

7.設(shè)某程控?cái)?shù)字交換機(jī)的容量為10000門，若用戶與TS的集線比是4∶1，那么最多有多少用戶同時(shí)摘機(jī)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象？至少有多少用戶同時(shí)摘機(jī)就會(huì)出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象？

8.簡(jiǎn)述復(fù)用器和分路器的作用。

9.某T接線器的輸入/輸出端各有8條HW線，每條HW線的復(fù)用度為32。經(jīng)串/并變換電路和4選1、2選1復(fù)用器完成時(shí)隙復(fù)用。試在圖3-26的空格處填入適當(dāng)?shù)臄?shù)字，并說明串/并變換電路在該圖中的意義。

圖3-26第9題圖

10.兩臺(tái)交換機(jī)距離為20?km，中繼線是雙絞線，時(shí)延為10?μs/km，傳輸信號(hào)是PCM基群，則回路傳輸時(shí)延為多少？

11.已知一個(gè)單路T接線器的控制存儲(chǔ)器在第三個(gè)單元中存儲(chǔ)的值是5，在第五個(gè)單元中存儲(chǔ)的值是3，則：

(1)當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出為00011(二進(jìn)制數(shù))時(shí)，寫入話音存儲(chǔ)器的內(nèi)容是什么？寫入到哪個(gè)單元？讀出的又是話音存儲(chǔ)器的第幾個(gè)單元??是輸入信號(hào)的第幾個(gè)時(shí)隙？

(2)如果希望將輸入TS5交換至輸出TS2，應(yīng)如何處理？接線器所引起的時(shí)延是多少？

12.已知一個(gè)4路T接線器的每路輸入均是PCM基群信號(hào)，經(jīng)多路復(fù)用后：

(1)求話音存儲(chǔ)器的讀/寫速率以及話音存儲(chǔ)器、控制存儲(chǔ)器的容量；

(2)為使輸入端HW2TS5交換至輸出端HW0TS8，話音存儲(chǔ)器和控制存儲(chǔ)器應(yīng)如何填寫？

13.一個(gè)S接線器有4條入線和4條出線，編號(hào)為0～3，每條線上有32個(gè)時(shí)隙，要求：

(1)畫出S接線器的框圖；

(2)如果要求在TS10時(shí)接通入線0和出線3，在TS22時(shí)接通入線2和出線1，請(qǐng)?jiān)赟接線器框圖中的正確位置上寫出正確內(nèi)容。(分別按輸出控制方式與輸入控制方式完成)

14.有一個(gè)T-S-T網(wǎng)絡(luò)，輸入、輸出均有三條HW線，S接線器的內(nèi)部時(shí)隙數(shù)為120，根據(jù)交換要求畫圖并完成下列信號(hào)的雙向交換：

HW1TS50(A)?←→?HW3TS100(B)

要求：T-S-T交換網(wǎng)絡(luò)為“入-出-出”控制方式；CPU選定的內(nèi)部時(shí)隙為TS12。第4章程控?cái)?shù)字交換機(jī)的接口與外設(shè)4.1程控?cái)?shù)字交換機(jī)的接口4.2程控?cái)?shù)字交換機(jī)的外設(shè)復(fù)習(xí)思考題

4.1程控?cái)?shù)字交換機(jī)的接口

由于存在傳輸信號(hào)與交換信號(hào)的匹配問題，因此用戶線以及中繼線的信號(hào)一般不能直接進(jìn)入數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)，它們必須經(jīng)過相應(yīng)的接口進(jìn)行變換。根據(jù)程控?cái)?shù)字交換機(jī)所連接的設(shè)備，其接口可分為用戶線側(cè)接口(簡(jiǎn)稱用戶接口)和中繼線側(cè)接口(簡(jiǎn)稱中繼接口)兩大類，二者又有模擬和數(shù)字之分。一臺(tái)程控?cái)?shù)字交換機(jī)可能配備的接口種類如圖4-1所示。

圖4-1程控?cái)?shù)字交換機(jī)的接口種類

4.1.1模擬用戶接口

在程控?cái)?shù)字交換機(jī)中，模擬用戶接口又稱為Z接口，包括Z1、Z2、Z3接口。其中，Z1接口用于連接單個(gè)用戶的用戶線；Z2、Z3接口用于連接模擬遠(yuǎn)端集線器和模擬PABX(用戶交換機(jī))。

1.模擬用戶接口的功能

交換機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)不僅要考慮與它所直接連接的傳輸系統(tǒng)的特性，還應(yīng)考慮傳輸系統(tǒng)另一端所連接的通信設(shè)備的特性。模擬用戶接口的設(shè)計(jì)與它所連接的話機(jī)以及連接話機(jī)的傳輸線的性能有關(guān)。ITU-T為模擬用戶接口規(guī)定了7項(xiàng)功能，這7項(xiàng)功能用英文名稱的縮寫表示為BORSCHT，它們的含義如下：

·B(BatteryFeed)——饋電；

·O(Over-voltage)——過壓保護(hù)；

·R(Ring)——振鈴；

·S(Supervision)——監(jiān)視；

·C(CODEC)——編/譯碼；

·H(Hybrid)——混合；

·T(Test)——測(cè)試。

BORSCHT功能的關(guān)系如圖4-2所示。圖4-2模擬用戶接口的BORSCHT功能

2.模擬用戶接口的電路設(shè)計(jì)

1)饋電(B)電路

程控交換機(jī)通過用戶接口的饋電電路向電話機(jī)提供通話用的?-48?V饋電電壓。用戶接口的饋電電路如圖4-3所示。話機(jī)所需的電流通過限流電阻R1和R2提供。

圖4-3用戶接口的饋電電路

2)過壓保護(hù)(O)電路

過壓保護(hù)電路是為保護(hù)交換機(jī)的內(nèi)部電路不受外界雷擊、工業(yè)高壓的損害而設(shè)置的。由于外線進(jìn)入交換機(jī)前，配線架已做了一次保護(hù)，因此用戶接口中的過壓保護(hù)電路又叫做二次保護(hù)電路。

用戶接口的過壓保護(hù)電路如圖4-4所示。

圖4-4用戶接口的過壓保護(hù)電路

過壓保護(hù)電路采用的是鉗位法原理，鉗位電橋?qū)⒂脩魞?nèi)線側(cè)c、d兩端的正向高電壓鉗位到0?V，將負(fù)向高電壓鉗位到?-48?V。因壓敏電阻R的阻值隨溫度的升高而降低，故它