程控數(shù)字交換技術（第3版）PPT完整全套教學課件

目錄第1章概述第2章模擬信號的數(shù)字化處理與多路復用技術第3章交換網(wǎng)絡的結構與原理第4章程控數(shù)字交換機的接口與外設第5章控制系統(tǒng)的結構與程序管理第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章典型用戶交換機介紹第10章典型局用交換機第11章交換技術的演變與發(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電話交換機的發(fā)展與分類1.4程控數(shù)字交換機簡介1.5程控數(shù)字交換機的優(yōu)越性與技術發(fā)展復習思考題

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用最廣泛、使用最頻繁的一種通信方式，它于1876年由美國科學家貝爾發(fā)明。最初的電話通信只能完成一部話機與另一部話機的固定通信，如圖1-1所示。這種兩個終端直連的通信被稱為點對點通信。圖1-1點對點通信

點對點通信存在如下缺點：

(1)任意兩個用戶之間的通話都需要一條專門的線路直接連接，當存在N個終端時，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)每個終端都有N?-1條線與其他終端相連接，因而每個終端需要N?-1個線路接口。

(3)當增加第N?+?1個終端時，必須增設N條線路。

(4)當終端間相距較遠時，線路信號衰耗大。圖1-2多個終端的點對點通信

2.交換機的誕生

1878年，美國人AlmonB.Strowger提出了交換的設想，其基本思想是將多個終端與一個轉(zhuǎn)接設備相連，當任何兩個終端要傳遞信息時，該轉(zhuǎn)接設備就把連接這兩個用戶的

有關電路接通，通信完畢再把相應的電路斷開。我們稱這個轉(zhuǎn)接設備為交換機，這個交換過程被稱為有交換機的通信，如圖1-3所示。圖1-3有交換機的通信

1.2交換與通信網(wǎng)

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

當終端用戶分布的地域更廣，多個交換設備之間也不便做到個個相連時，就要引入?yún)R接交換設備，構成典型的電信通信網(wǎng)(簡稱電信網(wǎng))，如圖1-5所示。

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

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

1.電信網(wǎng)的構成要素及主要功能

基本的電信網(wǎng)由終端設備、傳輸設備和交換設備三類設備組成。

1)終端設備

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

2)傳輸設備

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

3)交換設備

如果說傳輸設備是電信網(wǎng)絡的神經(jīng)系統(tǒng)，那么交換系統(tǒng)就是各個神經(jīng)的中樞，它為信源和信宿之間架設了通信的橋梁。其基本功能是根據(jù)地址信息進行網(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通路，實現(xiàn)任意通信雙方的信號交換。

由于交換系統(tǒng)的設備承擔了所有終端設備的匯接及轉(zhuǎn)接任務，在通信網(wǎng)中成為了關鍵點，因此在網(wǎng)絡的結構圖中，常將含交換系統(tǒng)的網(wǎng)點稱為節(jié)點。

電信網(wǎng)僅有上述設備還不能形成一個完善的通信網(wǎng)，還必須包括信令、協(xié)議和各種通信標準。從某種意義上說，信令是實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)設備協(xié)調(diào)工作的依據(jù)，協(xié)議和標準是構成網(wǎng)絡運行的規(guī)則。因為它們可使用戶和網(wǎng)絡資源之間，以及各交換設備之間有共同的執(zhí)行“語言”，通過這些執(zhí)行“語言”可使網(wǎng)絡合理地運行，從而達到全網(wǎng)互通的目的。

2.電話網(wǎng)的特點

電話網(wǎng)最初的設計目標很簡單，就是要支持話音通信，因此話音業(yè)務的特點也就決定了電話網(wǎng)的技術特征。話音業(yè)務具有如下特點：

(1)速率恒定且單一。

(2)話音對丟失信息不敏感。

(3)話音對實時性要求較高。

(4)話音具有連續(xù)性。

1.3電話交換機的發(fā)展與分類

1.電話交換機的發(fā)展早期的交換設備有人工交換機、步進制交換機、縱橫制交換機、空分式模擬程控交換機等，目前先進的交換機有時分式數(shù)字程控交換機、ATM交換機等。不同階段的電話交換機簡介如表1.1所示。

2.電話交換機的分類

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

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

(3)按所交換的信號特征，電話交換機可分為模擬信號交換機和數(shù)字信號交換機。

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

(5)按控制電路的結構，電話交換機可分為集中控制交換機、分級控制交換機和全分散控制交換機。

1.4程控數(shù)字交換機簡介

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

1)交換網(wǎng)絡

交換網(wǎng)絡可看成是一個有M條入線和N條出線的網(wǎng)絡。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，不論用戶有無信息傳送，交換網(wǎng)絡始終按預先分配方法，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，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)換成交換設備可以處理的信號。

3)控制系統(tǒng)

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

第一級為外圍設備控制級，主要對靠近交換網(wǎng)絡側的端口電路及交換機的其他外圍設備進行控制，跟蹤監(jiān)視終端用戶、中繼線的呼叫占用情況，向外圍設備送出控制信息。

第二級為呼叫處理控制級，主要對由第一級控制級送來的輸入信息進行分析和處理，并控制交換機完成鏈路的建立或復原。第二級的控制部分有較強的智能性，所以這一級被稱為存儲程序控制。

第三級為維護測試控制級，用于系統(tǒng)的操作維護和測試，定期自動地對交換系統(tǒng)的各個部分進行狀態(tài)檢測或試驗，診斷各種可能出現(xiàn)的故障，并及時報告(輸出)異常情況等信息。

控制系統(tǒng)三級功能的劃分可以是“虛擬”的內(nèi)在分工，僅說明邏輯控制關系，也可以是“實際”的物理分工，即分別設置專用或通用的處理機來完成不同的功能。

2.程控數(shù)字交換機的外圍設備

程控數(shù)字交換機除上述三部分外，還有一些外圍設備。

1)信號設備

信號設備負責產(chǎn)生和接收程控數(shù)字交換機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)議來實現(xiàn)。

2)備份設備

備份設備是指磁帶機或磁盤機，用于存儲和備份各類數(shù)據(jù)、話務統(tǒng)計以及計費信息等。

3)維護終端設備

維護終端設備包括終端計算機及終端打印設備等，是對程控數(shù)字交換機進行日常維護和管理的設備。

4)測試設備

測試設備包括局內(nèi)測試設備、用戶線路測試設備和局間中繼線路測試設備等。

5)時鐘

時鐘是保證程控數(shù)字交換機和數(shù)字傳輸系統(tǒng)協(xié)調(diào)、同步工作必須配置的設備。

6)錄音通知設備

錄音通知設備用于需要話音通知用戶的業(yè)務，如氣象預報、號碼查詢、空號或更改號碼提示等業(yè)務。

7)監(jiān)視告警設備

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

3.程控數(shù)字交換機的任務

程控數(shù)字交換機必須具備能夠正確接收與分析從用戶線和中繼線發(fā)來的呼叫信號及地址信號，按目的地址正確地進行選路，控制交換網(wǎng)絡連接的建立，按照所收到的釋放信號拆除連接等功能，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，程控數(shù)字交換機的基本任務包括以下內(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)字話機或數(shù)據(jù)終端間的撥號接續(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)所配置的硬件和應用軟件，提供諸多專門的應用功能。

(5)借助話務臺等設備完成對用戶(分機)的呼叫轉(zhuǎn)接、號碼查詢、故障受理等服務業(yè)務。

(6)借助維護終端等設備完成對程控交換系統(tǒng)或網(wǎng)絡的配置，以及對各類參數(shù)數(shù)據(jù)、話務統(tǒng)計、計費系統(tǒng)等的管理與維護。

4.程控數(shù)字交換機的功能

程控數(shù)字交換機的功能分為交換機業(yè)務功能和用戶(分機)功能兩類。

1)交換機業(yè)務功能

程控數(shù)字交換機應提供的業(yè)務功能有以下8類：

(1)控制功能?？刂圃O備應能檢測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)絡應能實現(xiàn)網(wǎng)中任何用戶之間的話音信號交換。

(3)接口功能。交換機應有連接不同種類和性質(zhì)的終端的接口。

(4)信令功能。信令設備應能監(jiān)視并隨時發(fā)現(xiàn)呼叫的到來和呼叫的結束，應能向主、被叫發(fā)送各種用于控制接續(xù)的可聞信號，還應能接收并保存主叫發(fā)送的被叫號碼。

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

(6)運行管理功能。交換機應具有對包括交換網(wǎng)絡、處理機等在內(nèi)的設備的管理功能。

(7)維護、診斷功能。交換機應具有對交換機定期測試、故障報警、故障分析等功能。

(8)計費功能。交換機應具有計費數(shù)據(jù)收集、話費結算和話單輸出等計費功能。

2)用戶(分機)功能

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

5.程控數(shù)字交換機的基本原理

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

(1)電路的建立階段。通過呼叫信令完成逐個節(jié)點的接續(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)字化的話音信號信息。

(3)電路的拆除階段。當結束一次通信時，拆除電路連接，釋放節(jié)點和信道資源。

1.5程控數(shù)字交換機的優(yōu)越性與技術發(fā)展

與傳統(tǒng)的交換機相比，程控數(shù)字交換機采用了存儲程序控制(SPC)技術，不僅大大增強了呼叫處理的能力，增添了許多方便用戶的業(yè)務，而且顯著地提高了網(wǎng)絡運行、管理和維護(OAM)的自動化程度。

1.程控數(shù)字交換機的優(yōu)越性

(1)能提供許多新的用戶服務性能。

(2)維護管理方便，可靠性高。

(3)靈活性大。

(4)便于向綜合業(yè)務數(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，也稱為七號信令)。

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

2.程控數(shù)字交換機技術的發(fā)展趨勢

(1)軟、硬件進一步模塊化，軟件設計和數(shù)據(jù)修改采用數(shù)據(jù)處理機完成。

(2)控制部分采用計算機局域網(wǎng)技術，將控制部分設計成開放式系統(tǒng)，為今后適應新的業(yè)務和功能奠定基礎。

(3)在交換網(wǎng)絡方面進一步提高網(wǎng)絡的集成度和容量，制成大容量的專用芯片。

(4)在接口電路方面進一步提高用戶電路的集成度，從而降低整個交換機的成本。

(5)加強有關智能網(wǎng)、綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)性能的開發(fā)。

(6)大力開發(fā)各種接口，包括各種無線接口和光接口。

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

(8)加強接入網(wǎng)業(yè)務的開發(fā)，全面實現(xiàn)電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、計算機網(wǎng)三網(wǎng)合一，從而給人們提供以寬帶技術為核心的綜合信息服務。

復?習?思?考?題

1.通過了解交換機的發(fā)展史，對電話交換機進行分類。2.為什么說交換設備是通信網(wǎng)的重要組成部分？3.簡述交換機系統(tǒng)的任務和功能。4.程控數(shù)字交換機由哪幾部分構成？畫出其結構圖并說明各部分的作用。5.與傳統(tǒng)的機電制交換機相比，程控數(shù)字交換機在技術方面有哪些優(yōu)越性？6.你是如何理解程控數(shù)字交換機的優(yōu)越性的？程控數(shù)字交換機的發(fā)展還具有哪些方面的潛力?第2章模擬信號的數(shù)字化處理與

多路復用技術2.1模擬信號的數(shù)字化處理2.2多路復用技術復習思考題

2.1模擬信號的數(shù)字化處理

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

2.1.1數(shù)字信號的調(diào)制

模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的過程叫做數(shù)字信號的調(diào)制。數(shù)字信號有多種調(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

模擬信號變成數(shù)字信號的第一步工作就是要對初始信號進行抽樣。抽樣的目的是使模擬信號在時間上離散化。其原理是通過抽樣脈沖按一定周期去控制抽樣器的開關電路，取出模擬信號的瞬時電壓值，從而將連續(xù)的原始話音信號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話音信號抽樣

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

為了使抽樣信號不失真地還原為原始信號，抽樣頻率(fs)應大于話音信號的最高頻率的兩倍，實際中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數(shù)種幅度值用有限個狀態(tài)來表示，以減少編碼的位數(shù)。其原理是用有限個電平表示模擬信號的樣值。

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

四舍五入法是將每個抽樣后的幅值用一個鄰近的“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，把無限多種幅值量化成有限的值必然會產(chǎn)生誤差。我們把量化值與信號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。減少信號的量化噪聲有以下兩種方法：

(1)增加量化級數(shù)。增加量化級數(shù)可減小量化誤差，但量化級數(shù)的增加會使編碼位數(shù)增加，要求存儲器容量加大，對編碼器的要求也會提高。

(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，由于量化分級間隔是均勻的，對大信號和小信號量化階距相同，因而小信號時的相對誤差大，大信號時的相對誤差小。非均勻量化是一種在信號動態(tài)范圍內(nèi)，量化分級不均勻、量化階距不相等的量化。例如，若使小信號的量化分級數(shù)目多，則量化階距??；若使大信號的量化分級數(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“壓縮擴張法”，簡稱壓擴法。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，首先將輸入信號送到壓縮器進行壓縮，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)碼序列進行譯碼，然后再通過與壓縮器特性相反的擴張器進行擴張，恢復為原來的信號。

非均勻量化就是非線性量化，其壓、擴特性采用的是近似于對數(shù)函數(shù)的特性。ITU-T(國際電信聯(lián)盟電信標準化部門)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，采用二進制代碼在通信技術中較常見。在實際應用中，通常用8位二進制代碼表示一個量化樣值。PCM信號的組成形式如圖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個量化級)，用以確定樣值的大??；段落碼由高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信號的組成形式

段落碼是指將13折線分為16個不等的段(非均勻量化)，其中，正、負極各8段，量化級為8，由3位二進制碼表示。

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

經(jīng)過編碼后的信號即為PCM信號。

PCM信號在信道中是以每路一個抽樣值為單位傳輸?shù)?，因此單路PCM信號的傳輸速率為8?×?8000?=?64?kb/s。我們將速率為64?kb/s的PCM信號稱為基帶信號。

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：

(1)信號“1”表示有脈沖，信號“0”表示無脈沖。

(2)信號中有直流分量(即平均分量)，直流信號衰耗大，不利于遠距離傳輸。

(3)占用頻帶寬。

因此，NRZ碼一般不用于長途線路，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：

(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，有多個連續(xù)“0”出現(xiàn)，這樣會使中繼器長時間收不到信號而誤認為是空號，進而影響定時提取時鐘頻率的工作。

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：一組信碼中，連“0”數(shù)限制在三個以下，當出現(xiàn)第四個連“0”時，就自動加入一個“1”取代第四個“0”，從而克服了過多連續(xù)“0”出現(xiàn)的缺點。被加入的這個“1”是人為加入的，稱為破壞點。為了使接收端能夠識別并去除破壞點，破壞點“1”應與AMI碼的極性交替規(guī)律相違背。

HDB3碼適合遠距離傳輸，常用于長途線路通信。

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，其示意圖如圖2-9所示。圖2-9解碼示意圖

2)重建

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

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

2.2多路復用技術

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

2.時分復用

時分復用(TDM)是指將信道的傳輸時間劃分成若干個時隙，每個被傳輸?shù)男盘柂毩⒄加闷渲械囊粋€時隙，各路信號輪流在自己的時隙內(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，而時分制是按時間劃分信道的；頻分制同一時間傳送多路信息，而時分制同一時間只傳送1路信息；頻分制的多路信息是并行傳輸?shù)模鴷r分制的多路信息是串行傳輸?shù)?；實際應用中頻分制多用于模擬通信，而時分制多用于數(shù)字通信。圖2-11時分復用示意圖

2.2.2PCM信號的時分復用

為了提高信道的利用率，常對基帶PCM信號進行時分復用的多路調(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信道每傳送一個抽樣值，對應基帶PCM傳送8?bit，而TDMPCM則可傳輸n?×?8?bit。因此，TDMPCM信號的碼元速率為

R1?=?n?×?64?(kb/s)(2.1)圖2-12PCM信號的時分復用

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

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

時分多路復用是利用一個高速開關電路(抽樣器)來實現(xiàn)的。高速開關電路使各路信號在時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接在公共信道上。具體來說，就是利用時鐘脈沖把信道按時間分成均勻的間隔，每一路信號的傳輸被分配在不同的時間間隔內(nèi)進行，以達到互相分開的目的，如圖2-13所示。圖2-13時間分割信道原理

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

我們知道，每路信號經(jīng)PCM調(diào)制后，都是以8?bit抽樣值為一個信號單元傳送的，因此，每個8?bit所占據(jù)的時間稱為1個“時隙”(TS，TimeSlot)，n個時隙就構成了一個幀。因此，一路基帶PCM在TDMPCM中周期地每幀占有1個時隙，如圖2-14所示。圖2-14幀與時隙的關系圖

2.2.3PCM幀結構

目前國際上有兩種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(CEPT)提出，主要在歐洲各國和中國等國家采用的30/32路PCM(n?=?32)。這兩種體制均已被ITU-T采納為正式標準。兩種PCM體制的比較如表2.1所示。

1.30/32路一次群幀結構

30/32路一次群幀結構如圖2-15所示。在圖2-15中，1幀由32個時隙組成，編號為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個幀構成1復幀，由F0～F15組成。

TS0用來做“幀同步”工作，而TS16則用來做“復幀同步”工作或傳送各話路的標志信號碼(信令碼)。

“幀同步”和“復幀同步”的工作意義是控制收、發(fā)兩端數(shù)字設備同步工作。對于偶數(shù)幀(F0，F(xiàn)2，F(xiàn)4，…)，TS0被固定地設置為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，由發(fā)送端數(shù)字設備向接收端數(shù)字設備傳送。

圖2-1530/32路一次群幀結構

對于奇數(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，當接收端的幀同步檢測電路在預定時刻檢測到輸入序列中與同步字(0011011)相匹配的信號段時，便認為捕捉到了幀同步字，說明接收信號正常，此時由奇數(shù)幀TS0向發(fā)送端數(shù)字設備傳送的第3位碼為“0”；如果接收端幀同步檢測電路不能在預定時刻收到同步字(0011011)，就認為系統(tǒng)失步，由奇數(shù)幀TS0向發(fā)送端數(shù)字設備傳送的第3位碼為“1”，通知對端局，本端接收信號已失步，需處理故障。

為可靠起見，實際工作中，接收端的幀同步檢測電路需連續(xù)多次在所期望的時刻(即每250?μs)收到同步字，才可確認系統(tǒng)進入了同步狀態(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位碼為復幀同步碼，編碼為“0000”。第6位碼為復幀失步告警碼，與幀失步告警碼一樣，復幀同步工作時這一位碼為“0”，失步時為“1”。

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

例如，某用戶摘機后占用第7條話路，那么，為其傳送話音信號的時隙是TS7，而為其傳送控制信號的時隙則應是F7中TS16的前4?bit。

通過對30/32路一次群幀結構的認識，我們不難理解，一路基帶PCM信號一旦占用了一次群中的某個時隙，它隨后所有的8位編碼抽樣都將位于該時隙。因此，對于64?kb/s的基帶PCM源而言，一次群系統(tǒng)等價于提供了32條獨立的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)字復用PCM高次群

目前PCM通信技術發(fā)展很快，應用很廣泛，上述PCM一次群的容量和速率已遠遠不能滿足通信要求。為了擴大信號傳輸?shù)乃俾屎徒粨Q容量，提高信道利用率，引入了數(shù)字復用高次群的概念。

高次群由若干個低次群通過數(shù)字復接設備復用而成，如圖2-16所示。由圖2-16可知，PCM系統(tǒng)的二次群由4個一次群復用而成，速率為8.448?Mb/s，話路數(shù)為4?×?30?=?120話路；三次群由4個二次群復用而成，速率為34.386?Mb/s，話路數(shù)為4?×?120?=?480話路；四次群由4個三次群復用而成，速率為139.264?Mb/s，話路數(shù)為4?×?480?=?1920話路；五次群則由4個四次群復用而成，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)字復用時，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，如二次群復用加入正碼速調(diào)整比特后，速率應為4?×?2112(標稱值)?=?8448?kb/s。

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

2.2.4PCM終端設備簡介

PCM多路系統(tǒng)終端設備的功能圖如圖2-17所示。

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

位同步和幀同步是數(shù)字信號傳輸?shù)闹匾攸c，要求十分嚴格?！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間應完全相同。位同步功能通常在再生中繼器中實現(xiàn)，由再生中繼器提取位同步信號?！皫健笔侵甘?、發(fā)各路要對齊，為此，發(fā)送端在發(fā)送一幀信號的時間內(nèi)還要留一定時隙來發(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別到第一路從何處開始。幀同步的捕捉由同步檢測電路實現(xiàn)。

復?習?思?考?題1.簡述話音信號的數(shù)字化過程。2.用抽樣信號不失真地代替原話音信號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.簡述時分復用的基本原理。

5.?PCM幀結構在國際上有哪兩種制式？試比較這兩種制式的特點。

6.簡述30/32路PCM幀結構的特點。

7.某用戶通話時長為2min，則交換機共為其交換多少次信號？

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幀結構中，幀同步碼由什么端向什么端發(fā)送？每隔多長時間送一次？占用的是什么幀的第幾個時隙的第幾位比特？幀失步告警碼由什么端向什么端發(fā)送？每隔多長時間送一次？占用的是什么幀的第幾個時隙的第幾位碼？失步時該位碼是多少?

10.單路PCM信號在傳輸時，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.某主叫用戶摘機后占用第17條話路，為其傳送話音信號的時隙是TS17，請問：

(1)該話路在每一幀中被接通幾次？隔多長時間被接通一次？每次接通的時長是多少？

(2)為其傳送控制信號(信令)的時隙是什么？此控制信號隔多長時間傳送一次？每次傳送的時長是多少？

12.PCM高次群有什么意義？四次群可傳輸多少路話路信號？傳輸速率是多少？第3章交換網(wǎng)絡的結構與原理3.1交換網(wǎng)絡的結構3.2數(shù)字交換網(wǎng)絡的接續(xù)原理3.3多級交換網(wǎng)絡復習思考題

3.1交換網(wǎng)絡的結構

從外部看，交換網(wǎng)絡相當于一個由若干入線和若干出線構成的交換矩陣，如圖3-1所示。在圖3-1中，由每條入線和出線構成的交叉接點類似于開關電路，平時是斷開的，當選中某條入線和出線時，對應的交叉接點才閉合。實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)絡示意圖

3.1.1交換網(wǎng)絡的線束利用度

交換網(wǎng)絡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)絡的結構設計

交換網(wǎng)絡的結構分單級接線器結構和多級接線器結構。

1.單級接線器結構

單級接線器結構如圖3-1所示。其中，一個n?×?m的接線器存在n?×?m個交叉接點。如果交換網(wǎng)絡的n和m數(shù)值很大，則交叉接點數(shù)必然變得很大。在數(shù)字交換中，這意味著對存儲器的存取速率要求很高。

2.多級接線器結構

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

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

在二級接線器結構中，由于第一級的每一個接線器與第二級的每一個接線器之間僅存在一條內(nèi)部鏈路，因此任何時刻在一對接線器之間只能有一對出、入線接通。例如，當?shù)谝患壍?個接線器的1號入線與第二級第2個接線器的m號出線接通時，第一級第1個接線器的其他入線都無法再與第二級第2個接線器的其余出線接通。這種雖然入、出線空閑，但因沒有空閑級間鏈路而無法接續(xù)的現(xiàn)象稱為交換網(wǎng)絡的內(nèi)部阻塞。

二級接線器結構的每條內(nèi)部鏈路被占用的概率可近似為

(3.1)

式中，A為整個交換網(wǎng)絡的輸入話務量。

交換網(wǎng)絡的內(nèi)部阻塞率應等于所需鏈路被占用的概率，則二級接線器結構的內(nèi)部阻塞是

Bi2?=?a(3.2)

當進一步增加網(wǎng)絡的輸入線數(shù)時，可依照相同的方法將二級接線器結構擴展為三級或更多級。圖3-4所示為一個nmk?×?nmk的三級接線器結構。圖3-4一個nmk×nmk的三級接線器結構

在三級接線器結構中，任何一個第一級接線器與一個第三級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間鏈路級聯(lián)而成的。因此，當假設每條內(nèi)部鏈路被占用的概率是a時，每條鏈路空閑的概率是1-a。兩條鏈路均空閑，則級聯(lián)鏈路空閑的概率便為(1-a)2。因此，三級接線器結構的內(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，增加級數(shù)雖然擴大了交換網(wǎng)絡可接續(xù)的容量，但也增加了網(wǎng)絡的內(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：擴大級間鏈路數(shù)和采用混合級交換網(wǎng)絡。

1)擴大級間鏈路數(shù)

擴大級間鏈路數(shù)的方法如圖3-5所示，即一個x重連接的二級交換網(wǎng)絡。圖3-5一個x重連接的二級交換網(wǎng)絡

圖3-5所示的級間鏈路擴大到了x條，其內(nèi)部阻塞率將減少為

Bi2?=?ax

(3.4)

同理，一個x重連接的三級交換網(wǎng)絡的內(nèi)部阻塞率為

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

(3.5)

擴大級間鏈路數(shù)可減小網(wǎng)絡的內(nèi)部阻塞率，但這是以增大第二級接線器入、出線數(shù)目為代價的，如圖3-5所示的第二級接線器入、出線數(shù)目將相應地增大到xm?×?xm。

2)采用混合級交換網(wǎng)絡

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

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

(3.6)

不難想象，當網(wǎng)絡的內(nèi)部鏈路數(shù)(如圖3-6所示的第二級n)達到一定的數(shù)量時，可以完全消除內(nèi)部阻塞。下面我們來分析圖3-7所示的三級無阻塞交換網(wǎng)絡。

圖3-6混合級交換網(wǎng)絡圖3-7三級無阻塞交換網(wǎng)絡

3.2數(shù)字交換網(wǎng)絡的接續(xù)原理

數(shù)字交換實質(zhì)上就是把PCM系統(tǒng)有關的時隙內(nèi)容在時間位置上進行搬移，因此數(shù)字交換也叫做時隙交換。當只有一套PCM系統(tǒng)連接數(shù)字交換網(wǎng)絡時，交換僅在這條總線的30個話路時隙之間進行。為了擴大數(shù)字信號的交換范圍，要求數(shù)字交換網(wǎng)絡還應具有在不同PCM總線之間進行交換的功能。

具體來說，數(shù)字交換網(wǎng)絡應具有如下功能：

(1)在同一條PCM總線的不同時隙之間進行交換。

(2)同一時隙在不同PCM總線之間進行交換。

(3)在不同PCM總線的不同時隙之間進行交換。

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)絡的入、出線叫做PCM母線或HW(HighWay)線。

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

圖3-8表明，主叫端的A信號由TS1發(fā)送，經(jīng)數(shù)字交換網(wǎng)絡交換后由TS2接收，而被叫端的B信號由TS2發(fā)送，經(jīng)數(shù)字交換網(wǎng)絡交換后由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)絡是如何完成消息在不同時隙之間相互交換的呢？這就需要研究數(shù)字交換網(wǎng)絡的結構和工作原理。

數(shù)字交換網(wǎng)絡由數(shù)字接線器組成。數(shù)字接線器有兩種形式：時間(T)接線器和空間(S)接線器。它們的基本功能分別是：時間(T)接線器完成時隙的交換；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)絡發(fā)送與接收的過程

3.2.1數(shù)字交換網(wǎng)絡的時間(T)接線器

1.時間(T)接線器的結構

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

1)話音存儲器

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

2)控制存儲器

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

例如，某T接線器的輸入端PCM復用度為128，則SM的單元數(shù)應是128個，每單元的字長是8?bit，CM的單元數(shù)應是128個，每單元的字長是7?bit。

2.時間(T)接線器的工作方式

如果話音存儲器(SM)的寫入信號受定時脈沖控制，而讀出信號受控制存儲器(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，如果話音存儲器(SM)的寫入信號受控制存儲器(CM)控制，而讀出信號受定時脈沖控制，我們稱其為輸入控制方式，即SM是“控制寫入，順序讀出”。

需要強調(diào)的是，上述兩種控制方式只針對話音存儲器(SM)，對于控制存儲器(CM)來說，其工作方式都是“控制寫入，順序讀出”，即CPU控制寫入，定時脈沖控制讀出。

例如，某主叫用戶的話音信號(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，把它的內(nèi)容先寄存到SM中，等TS50到來時，再把該內(nèi)容取走即可。通過這樣一存一取，即可實現(xiàn)不同時隙內(nèi)容的

交換。

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

對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)寫入話音信號在SM的地址(CM單元號對應主叫用戶所占用的時隙號)；

第二步，在CM控制下，將話音信息寫入SM的相應單元(SM單元號對應被叫用戶所占用的時隙號)；

第三步，在CP控制下，按順序讀出SM中的話音信息。

針對T接線器的討論有以下幾點說明：

(1)不管是哪一種控制方式，話音信息交換的結果是一樣的。

(2)?T接線器按時間開關時分方式工作，每個時隙的話音信息都對應著一個SM的存儲單元，因為不同的存儲單元所占用的空間位置不同，所以從這個意義上講，T接線器雖是一種時分接線器，但實際上卻具有“空分”的含義。

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

(4)話音信號在SM中存放的時間最短為3.9?μs，最長為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CM第K個單元中的值為j時，輸入的第j時隙將被轉(zhuǎn)移到輸出的第k時隙。由此引起的延時為

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

例如，當k?=?3，j=1時，信號交換的延時為

D=3?-1=2(TS)=7.8μs

再如，當k?=?1，j=3時，信號交換的延時為

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

3.話音存儲器(SM)和控制存儲器(CM)的數(shù)字電路實現(xiàn)原理

在分析SM、CM的數(shù)字電路時要用到時鐘(CP)、定時脈沖(A0～A7)和位脈沖(TD0～TD7)的有關知識。圖3-10是由時鐘(CP)形成的8條HW線所需要的定時脈沖(A0～A7)和位脈沖(TD0～TD7)的波形。圖3-10形成定時脈沖(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，它與30/32路PCM每時隙的一位碼脈沖寬度一致。CP進行2分頻后形成了定時脈沖A0，而A1由A0進行2分頻獲得，A2由A1進行2分頻獲得，以此類推，A7由A6進行2分頻獲得。

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

1)話音存儲器(SM)的數(shù)字電路實現(xiàn)原理

SM的數(shù)字電路實現(xiàn)原理如圖3-11所示。該電路由存儲器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計的。圖3-11話音存儲器的數(shù)字電路實現(xiàn)原理

2)控制存儲器(CM)的數(shù)字電路實現(xiàn)原理

控制存儲器的數(shù)字電路實現(xiàn)原理如圖3-12所示。該電路由控制存儲器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的時機(寫入條件)是：①CPU發(fā)出寫命令脈沖；②定時脈沖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控制存儲器的數(shù)字電路實現(xiàn)原理

4.PCM終端設備和T接線器的連接

1)單端PCM設備和T接線器的連接

單端是指一條HW線的情況。單端PCM設備和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、標志信號收/發(fā)電路、同步電路、定時電路、串/并(S/P)變換電路、匯總電路等。

(1)碼型變換與逆變換電路：進行機內(nèi)碼型與線路碼型之間的變換。

(2)同步電路：取出同步時隙，在定時脈沖控制下做同步檢查。

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

(4)標志信號收/發(fā)電路：插入或取出TS16傳輸?shù)臉酥拘盘?控制信令)。

(5)匯總電路：將話音信號、同步信號和標志信號匯總在一起，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)總線上連接了一個輸入串/并(S/P)變換電路和一個輸出并/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。如果將時隙擴大到1024個，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T接線器的工作速率要求很高，技術上較難實現(xiàn)。也就是說，T接線器容量的增大要受到存儲器讀/寫速度的限制。目前單個T接線器的容量不超過1024個單元(32個一次群信號)。因此，為了解決提高復用度的同時，傳輸碼率也提高的問題，就必須把1條復用線變成8條復用線，使進入話音存儲器(SM)的8位碼以并行方式一次輸入，從而降低對T接線器RAM的讀/寫速率要求。

例如，當PCM的復用度提高到1024個時隙時，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/寫速率能夠適應的。

2)多端PCM終端設備和T接線器的連接

單端PCM終端設備接入T接線器時只能處理30個用戶的話音交換。如果將多端PCM終端設備(4端、8端、16端、32端)接入T接線器，將會大大擴大T接線器所交換的信息容量。因此，多端PCM終端設備和T接線器連接時其接口除了需要串/并、并/串電路外，還需要增加復用和分路電路，實現(xiàn)多端PCM復用線的合并。

復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個串/并變換電路和1個8并1復用器組成的電路，該電路將8條HW輸入線的串行信號變換成1條HW線的并行信號后輸入T接線器；T接線器的右端是由1個1分8的分路器和8個并/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線的并行信號變換成8條HW線的串行信號后送至傳輸線。圖3-148條HW線與T接線器的連接電路框圖

圖3-14對應的信號波形如圖3-15所示。圖3-15串/并變換與復用波形圖

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

由此得到HWiTSj位于話音存儲器的單元號為

K?=?N?×?j?+?i(單元)(3.8)

式中：K?——單元號(或經(jīng)串/并變換及多路復用后的TS編號)；

N?——HW線總數(shù)；

j?——復用前的時隙編號；

i?——復用前的HW線編號。

【例3.1】有N路一次群信號經(jīng)串/并變換及多路復用后進入話音存儲器，請問：

(1)話音存儲器的讀/寫速率為多少？

(2)話音存儲器的容量為多少？

(3)控制存儲器的容量為多少？

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

解

(1)話音存儲器的讀/寫速率為N?×?256?kb/s。

(2)話音存儲器的容量為N?×?32?×?8位。

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

(4)?X為N?×?j?+?i?=?4?×?10?+?2?=?42。

5.串/并變換與復用/分路的邏輯電路

下面仍以8條HW線為例來講述串/并變換與復用/分路的邏輯電路。

1)串/并變換與復用

圖3-16是將串行碼變換成并行碼并完成復用的數(shù)字電路。圖3-16中包含了8個移位寄存器、8個鎖存器和8個8選1電子選擇器。圖3-16串/并變換與復用的數(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，將每個時隙中的8位串行碼依次移入寄存器。

(2)鎖存器。因為移位寄存器輸出端D0～D78位碼不是同時出現(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行排列、合并后輸出送至話音存儲器。

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個鎖存器和8個移位寄存器。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。在下一個時隙的位脈沖TD0?到來，即CP∧TD0?=?1時，8個移位寄存器的置位端S都為“1”，表示可將8個鎖存器中的D0?～D78位并行碼同時置入8個移位寄存器中。當TD0?≠1時，置位端S為“0”，使移位寄存器不置位，只移位。8個移位寄存器便同時在位脈沖的控制下將8位碼按串行順序一位一位送出，直到下一時隙TD0??=?1再出現(xiàn)時，移位寄存器再置位一次，即將下一個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。

通過上述對時間(T)接線器的研究，我們已經(jīng)知道話音存儲器的讀/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器讀/寫速度的限制。當輸入T接線器的路數(shù)超過單個T接線器所能接受的限度時，必須使用多個T接線器組成的交換網(wǎng)絡。在多個T接線器組成的交換網(wǎng)絡中，不同T接線器之間的時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)絡的空間(S)接線器

早期機電制交換機的空分接線器是一個由大量交叉接點構成的空分矩陣，如圖3-18所示。

如果一個交叉接點為一個信息的傳輸通道，那么交叉接點越多，信息傳輸?shù)耐ǖ谰驮蕉啵梢越粨Q的對象也就越多。

此交叉矩陣的概念被用到了程控數(shù)字交換機的數(shù)字交換網(wǎng)絡中，稱為空間(S)接線器交叉接點矩陣。每個正在通信的用戶在此矩陣中占據(jù)一個交叉接點。圖3-18機電制交換機的空分接線器示意圖

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

(1)機電制交換機的空分接線器的交叉接點是金屬接點開關，所傳輸?shù)男盘柺嵌€模擬信號，信道沒有采用時分復用技術，因此接點一旦接通(被占用)，便一直閉合，直到通話結束才斷開。

(2)數(shù)字交換網(wǎng)絡的空間(S)接線器的交叉接點是電子接點開關，所傳輸?shù)男盘柺撬木€數(shù)字信號，信道采用了時分復用技術，每個接點只在一幀的一個時隙內(nèi)接通。

(3)機電制交換機的空分接線器可以單獨構成交換網(wǎng)絡，而數(shù)字交換網(wǎng)絡的空間(S)接線器不能單獨構成交換網(wǎng)絡，因為它不具備時隙交換功能。

1.空間(S)接線器的結構

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

圖3-19所示為一個輸入/輸出端各有8條HW線的S接線器。其中8?×?8開關矩陣由高速電子開關組成，開關的閉合受8個控制存儲器(CM)的控制。圖3-19空間(S)接線器的結構

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。每一個控制存儲器(CM)控制同號輸出端的所有交叉接點，稱為輸出控制；每一個控制存儲器(CM)控制同號輸入端的所有交叉接點，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的信號交換示意圖。

其交換過程分兩步進行：

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

第二步，在CP控制下，按時隙順序讀出CM相應單元的內(nèi)容，控制輸入線與輸出線間的交叉接點的閉合。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線時隙復用度為512，交叉矩陣為32?×?32，請問：

(1)有多少個交叉接點信道？(2)需要多少個控制存儲器？(3)每個控制存儲器有多少個單元？(4)每單元內(nèi)的字長是幾位？

解(1)有1024個交叉接點信道；

(2)需要32個控制存儲器；

(3)每個控制存儲器有512個單元；

(4)每單元內(nèi)的字長是5位。

針對S接線器的討論有以下幾點說明：

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

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

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

(4)對于一個HW線為一次群的N?×?N空間接線器，其控制存儲器的容量應為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線為二次群復用，則S接線器控制存儲器的容量應為128?×?8?×?lb?8?=?3072bit。

3.?S接線器的數(shù)字電路實現(xiàn)原理

1)交叉接點矩陣的邏輯控制電路

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

2)控制存儲器(CM)的數(shù)字電路實現(xiàn)原理

S接線器的控制存儲器的數(shù)字電路由控制存儲器、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器的數(shù)字電路

3.3多級交換網(wǎng)絡

3.3.1T-S-T交換網(wǎng)絡1.?T-S-T交換網(wǎng)絡的結構圖3-23所示為一個4條PCM一次群連接的T-S-T交換網(wǎng)絡。圖3-23T-S-T交換網(wǎng)絡的結構

2.?T-S-T交換網(wǎng)絡的控制原則

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

在圖3-8中，PCM信號是四線傳輸，即信號的發(fā)送和接收是分開的，因此T-S-T交換網(wǎng)絡也要收、發(fā)分開，進行單向路由的接續(xù)。那么，中間S級接線器兩個方向的內(nèi)部時隙應該是不一樣的。從原理上講，這兩個內(nèi)部時隙都可由CPU任意選定，但在實際中，為方便CPU管理和控制，在設計T-S-T交換網(wǎng)絡時，將兩個方向的內(nèi)部時隙(ITS反向和ITS正向)設計成一對相差半幀的時隙，即

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

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

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

我們把這樣確定內(nèi)部時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的負擔。

3.?T-S-T交換網(wǎng)絡的信號交換過程

下面我們通過一個例子來說明信號經(jīng)T-S-T網(wǎng)絡完成交換的過程。

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

HW1TS2(A)←→?HW2TS9(B)

要求：

(1)輸入級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T接線器采用輸入控制方式；

(2)?CPU選定的內(nèi)部正向時隙為5；

(3)畫出T-S-T交換網(wǎng)絡圖并在相關存儲器中填寫數(shù)據(jù)。

解T-S-T交換網(wǎng)絡的結構以及信號輸送舉例如圖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)絡的結構以及信號輸送舉例

3.3.2S-T-S交換網(wǎng)絡

在S-T-S交換網(wǎng)絡中，各級的分工如下：

(1)輸入級S接線器負責輸入母線之間的空間交換。

(2)中間T接線器負責內(nèi)部時隙交換。

(3)輸出級S接線器負責輸出母線之間的空間交換。

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

復?習?思?考?題

1.設計一個三級無阻塞網(wǎng)絡，要求第一級為3個5?×?7的接線器，第三級為5個7?×?3的接線器，畫出該網(wǎng)絡的完全連線圖和簡化圖。2.數(shù)字交換網(wǎng)絡的基本功能是什么？3.時間(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，請通過T接線器完成彼此的信號交換(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的信號交換。

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

7.設某程控數(shù)字交換機的容量為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摘機時不會出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象？至少有多少用戶同時摘機就會出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象？

8.簡述復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線的復用度為32。經(jīng)串/并變換電路和4選1、2選1復用器完成時隙復用。試在圖3-26的空格處填入適當?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

10.兩臺交換機距離為20?km，中繼線是雙絞線，時延為10?μs/km，傳輸信號是PCM基群，則回路傳輸時延為多少？

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

(1)當計數(shù)器輸出為00011(二進制數(shù))時，寫入話音存儲器的內(nèi)容是什么？寫入到哪個單元？讀出的又是話音存儲器的第幾個單元??是輸入信號的第幾個時隙？

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

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

(1)求話音存儲器的讀/寫速率以及話音存儲器、控制存儲器的容量；

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

13.一個S接線器有4條入線和4條出線，編號為0～3，每條線上有32個時隙，要求：

(1)畫出S接線器的框圖；

(2)如果要求在TS10時接通入線0和出線3，在TS22時接通入線2和出線1，請在S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T-S-T網(wǎng)絡，輸入、輸出均有三條HW線，S接線器的內(nèi)部時隙數(shù)為120，根據(jù)交換要求畫圖并完成下列信號的雙向交換：

HW1TS50(A)?←→?HW3TS100(B)

要求：T-S-T交換網(wǎng)絡為“入-出-出”控制方式；CPU選定的內(nèi)部時隙為TS12。第4章程控數(shù)字交換機的接口與外設4.1程控數(shù)字交換機的接口4.2程控數(shù)字交換機的外設復習思考題

4.1程控數(shù)字交換機的接口

由于存在傳輸信號與交換信號的匹配問題，因此用戶線以及中繼線的信號一般不能直接進入數(shù)字交換網(wǎng)絡，它們必須經(jīng)過相應的接口進行變換。根據(jù)程控數(shù)字交換機所連接的設備，其接口可分為用戶線側接口(簡稱用戶接口)和中繼線側接口(簡稱中繼接口)兩大類，二者又有模擬和數(shù)字之分。一臺程控數(shù)字交換機可能配備的接口種類如圖4-1所示。

圖4-1程控數(shù)字交換機的接口種類

4.1.1模擬用戶接口

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

1.模擬用戶接口的功能

交換機接口電路的設計不僅要考慮與它所直接連接的傳輸系統(tǒng)的特性，還應考慮傳輸系統(tǒng)另一端所連接的通信設備的特性。模擬用戶接口的設計與它所連接的話機以及連接話機的傳輸線的性能有關。ITU-T為模擬用戶接口規(guī)定了7項功能，這7項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；

·R(Ring)——振鈴；

·S(Supervision)——監(jiān)視；

·C(CODEC)——編/譯碼；

·H(Hybrid)——混合；

·T(Test)——測試。

BORSCHT功能的關系如圖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計

1)饋電(B)電路

程控交換機通過用戶接口的饋電電路向電話機提供通話用的?-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(O)電路

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

用戶接口的過壓保護電路如圖4-4所示。

圖4-4用戶接口的過壓保護電路

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