交换原理课程设计.doc

1、设计报告成绩 （按照优、良、中、及格、不及格评定）指导教师评语：指导教师（签名） 年 月 日说明：指导教师评分后，设计报告交院实验室保存。设计一个“TSST”时分数字交换网摘要：程控交换机是采用计算机进行存储程序控制的交换机，它将各种控制功能，方法编成程序，存入存储器，利用对外部状态的扫描数据和存储程序来控制，管理整个交换系统的工作。对于用户来说，为保证网络的高可靠性、高性能、易维护、易扩展，采用程控交换技术已成为重要选择。单一的S接线器不能单独构成数字交换网络，而T接线器可以单独构成，但是T接线器容量受到限制，因此通常采用多级接线器构成的数字交换网络。关键词：程控交换机；S接线器；T接线器目

2、 录第1章 引言11.1 背景11.2 本课程设计的主要参数和内容1第二章 数字交换的基本概念及原理22.1 数字交换网的基本概念22.2 时间（T）接线器32.2.1 T接线器的基本功能32.2.2 T接线器的基本组成32.2.3 T 接线器的工作方式和工作原理42.3 空间（S）接线器6 2.3.1 S接线器的基本功能62.3.2 S接线器的基本组成63.3.2 S接线器的两种控制方式和控制原理7第三章 TSST时分数字交换网93.1 串/并变换和并/串变换93.2 TSST系统的组成方框图103.3 TSST数字交换网络的工作原理和工作过程113.3.1 TSST网络的工作原理113.3

3、.2 TSST网络的工作过程13第四章 TSST交换网络的阻塞分析144.1 阻塞的概念144.2 阻塞分析14总结15参考文献16第1章 引言1.1 背景程控电话交换机就是电子计算机控制的电话交换机。它是利用电子计算机技术，用预先编好的程序来控制电话的接续工作。从技术结构上划分为程控空分用户交换机 和程控数字用户交换机两种。前者是对模拟话音信号进行交换，属于模拟交换范畴。后者交换的是PCM数字话音信号，是数字交换机的一种类型。用户交换机在技术上的发展趋势是采用程控用户交换机，采用新型的程控数字用户交换机不仅可以交换电话业务，而且可以交换数据等非话业务，做到多种业务的综合交换，传输。为各单位组

4、建综合业务数字网（ISDN）创造了条件。目前已可接入ISDN用户。数字交换机的诞生不但使电话交换跨上了一个新的台阶，而且对开通非电话业务提供了有利条件。随着通讯技术的飞速发展使得目前高速通讯网络性能的瓶颈集中在高速交换系统，研究、设计和制造高速交换系统对目前高速通讯网络具有极其重要的意义。交换技术正朝着智能化的方向演进，从最初的第2层交换发展到第3层交换，目前已经演进到网络的第7层应用层的交换。其根本目的就是在降低成本的前提下，保证网络的高可靠性、高性能、易维护、易扩展，最终达到网络的智能化管理。1.2 本课程设计的主要参数和内容设计参数：输入级：128个T接线器；输出级：128个T接线器；每

5、个接线器要求16线，每条HW线复用度为32；中间级：S型接线器，接线法自定设计内容：1、T、S接线器的工作原理2、组网系统图3、TSST网络的工作原理（举例说明，以某一个时隙交换为例）4、网络阻塞分析第二章 数字交换的基本概念及原理2.1 数字交换网的基本概念在数字程控交换机中，来自于不同用户和中继线的话音信号被转换为数字信号，并被复用到不同的PCM复用线上。这些复用线连接到数字交换网络。为实现不同用户之间的通话，数字交换网络必须完成不同复用线之间的时隙交换，即将数字交换网络某条输入复用线上某个时隙的内容交换到指定的输出复用线上的指定时隙。数字交换机中的A，B两个用户通话时经数字交换网络连接的

6、简化示意图，如图3-1所示。数字交换网络ABAHW1 TS2 TS2 TS31 TS31AABBHW3图2-1 数字交换机中两用户通话经数字交换网连接的简化示意图 由图可见，交换系统通常包括若干条PCM复用线，用HW来表示；每条复用线又可以有若干个串行通信时隙，用TS表示。假设存在主叫用户A，占用了HW1上的TS2；被叫用户B，占用了HW3上的TS31；由于用户语音信号在用户线上以二线双向的形式传送，经过用户接口电路后，将上、下行通路分开。这里我们将从用户模块进入数字交换网络的通路称为上行通路，而将从数字交换网络中出来到达用户模块的通路称为下行通路。那么，两个用户的通话过程就可以表示为：将A用

7、户的语音从上行通路的HW1TS2经过数字交换网络后传送到交换网络下行通路HW3TS31再传送给B用户，同时，将B用户的语音从上行通路的HW3TS31经过数字交换网络后传送到交换网络下行通路HW1TS2再传送给A用户。在此交换过程中，既有时隙间的交换，又有复用线间的交换。分别称为时间交换和空间交换。这两种交换可以通过时间接线器和空间接线器来实现。 时间（T）接线器和空间（S）接线器是数字交换机中两种最基本的接线器。将一定数量的T接线器和S接线器按照一定的结构组织起来，可以构成具有足够容量的数字交换网络。2.2 时间（T）接线器2.2.1 T接线器的基本功能T接线器的作用是完成同一复用线（母线）上

8、的不同时隙的交换。即将T接线器中输入复用线上的某个时隙的内容交换到输出复用线上的制定时隙。2.2.2 T接线器的基本组成 T接线器的结构如图2-2所示。由图可见，T接线器主要由话音存储器（SM）、控制存储器（CM）以及必要的接口电路组成。SM和CM都包含若干个存储单元，存储器单元数量等于复用线的复用度。为了简化，通常将SM和CM用示意图的形式表示出来。语音存储器存储用户的语音信号。注意这里的语音信号是数字形式的并行码，因此在实际存储前需要将PCM复用线上送来的串行码进行串/并变换，变换为并行码。在交换机中，SM不仅可以存储语音信号，也可以存储用户的数据信息，以及信号音设备提供的数字化的信号音等

9、。由于SM用来存放语音信号的PCM编码，所以每个单元的位元数至少为8位。控制存储器的作用是存储处理机的控制命令字，控制命令字的主要内容用来指示写入或读出的语音存储器地址。设控制存储器的位元数为i，复用线的复用度为j，则应满足2ij条件。 语音存储器 SM语音信息 S SS TS1 TSj 时钟 CLK控制命令字 控制存储器 CM图2-2 T型接线器的结构2.2.3 T 接线器的工作方式和工作原理T接线器可以有两种控制方式：输出控制方式和输入控制方式。在两种控制方式下，语音存储器（SM）的写入和读出地址按照不同的方式确定。 （1） 输出控制方式采用输出控制方式的T接线器的工作原理如图2-3所示。

10、 SM0TS TS20 S SS 631 CLK 写 读CM062031 写 读 CLKCPU图2-3 输出控制方式下工作的T型接线器的工作原理图 输出控制方式也叫顺序写入、控制读出方式，T接线器的输入线的内容按照顺序写入话音存储器（SM）的相应单元，即输入复用线上第I时隙的内容就写入SM的第I个单元。话音存储器的写入地址，是由时钟信号分频后得到的。而输出复用线某个时隙应读出话音存储器的哪个单元的内容，则由控制存储器的相应单元的内容来决定，即控制存储器的第j个单元存放的内容k，就是输出复用线第j个时隙应读出的话音存储器的地址。控制存储器的内容是在呼叫建立时由计算机写入的，在此呼叫接续期间，控制

11、存储器j单元的内容保持不变。例如，在图2-3中，要将T接线器的输入线上TS6的内容S交换到输出线的TS20上，为完成这个交换，计算机在呼叫建立时将控制存储器第20单元的值设置为6；在此呼叫接续期间，输入复用线TS6的内容S按照数序写入话音存储器的6单元，而在时隙20时，由于控制存储器的20单元的内容是6，就将话音存储器6单元的内容S输出到输出线的TS20，从而完成规定的交换。 （2）输入控制方式采用输入控制方式的T接线器的工作原理如图2-4所示。SM0 S TS6 TS20 S SS S 20 31 写 读 CLKCMS020 631 写 读 CLKCPU图2-4 输入方式下工作的T型接线器的

12、工作原理图 输入控制方式也叫控制写入、顺序读出方式，采用输入控制方式时，T接线器的输入复用线上某个时隙的内容，应写入话音存储器的哪个单元，由控制存储器相应单元的内容来决定。即控制存储器的I单元的内容j，就是输入复用线TSi的内容应写入的话音存储器的地址j。同样，控制存储器的内容，是在呼叫建立时由计算机控制写入的。而输出复用线的某个时隙，就依次读出话音存储器相应单元的内容，即在时隙k时，就将话音存储器的k单元的内容读出，输出到输出线的TSk。话音存储器的读出地址，是由时钟信号分频得到的。例如，在图2-4中，要将输入线上TS6的内容S交换到输出线的TS20，在建立这个交换时，计算机将控制存储器的6

13、单元的值设置为20，在这个呼叫接续期间，由于控制存储器的6单元的值为20，就将输入线TS6的内容S写入话音存储器的20单元，而在时隙20时。就将话音存储器20单元的内容S读出并输出到输出线的TS20，完成规定交换。2.3 空间（S）接线器2.3.1 S接线器的基本功能S型接线器的作用是完成在不同复用线之间同一时隙内容的交换，即将某条输入复用线上某个时隙的内容交换到指定的输出复用线的同一时隙。2.3.2 S接线器的基本组成 S接线器的组成结构如图2-5所示。 HW1 HW1 HW2 HW2 HW3 HW3 CM1 CM2 CM3 0 1 . . m图2 S接线器的组成结构由图可见，S接线器主要由

14、一个连接n条输入复用线和n条输出复用线的n*n的电子接点矩阵、控制存储器组以及一些相关的接口逻辑电路组成。S接线器交换的时隙信号通常是并行信号，因此，在实际交换系统中，如果交换的话音信号是8位的数字信号，则图3-5所示的交叉矩阵就应该配备8个，每个完成1位的交换。当然这8个交叉矩阵是在同一组控制存储器中控制命令控制下并行工作的。电子交叉点矩阵由高速门电路构成的多路选择器组成。矩阵的大小取决于S接线器的内容，例如88的交叉矩阵可由8个8选1的选择器构成。控制存储器共有n组，每组控制存储器的存储单元数等于复用线的复用度。第j组控制存储器的第I个单元，用来存放在时隙I时第j条输入（输出）复用线应接通

15、的输出（输入）线的线号。设控制存储器的位元数为i，S接线器的输入（输出）线的数目为n，则控制存储器的位元数应满足以下关系：2i n。3.3.2 S接线器的两种控制方式和控制原理S型接线器有输入和输出两种控制方式。在输出控制方式下，控制存储器是为输出线配置的。对于有n条输出线的S接线器来说，配备有n组控制存储器CM1-CM,设输出线的复用度为m,则每组控制存储器都有m个存储单元。CM1控制第1条输出线的连接，在CM1的第I 个存储单元中，存放的内容是时隙I时第1条输出线应该接通的输入线的线号。Cm2控制第2条输出线的连接，以此类推，CMn控制第n条输出线的连接。控制存储器的内容是在连接建立时由计

16、算机控制写入的。在输出控制方式下工作的S接线器的工作原理如图26所示。由图可见，由于控制存储器CM1的1号单元值为n,所以输出线HW1在时隙1时与输入线HWn接通，将输入线HWnTS1上的内容C交换到输出线HW1的TS1上，CM1的2号线单元的值为2，所以输出线HW1在时隙2时与输入线HW2接通，将输入线HW2TS2的内容e交换到输出线HW的TS。ehc TS3 TS2 TS1 TS3 TS2 TS1adg HW1adiibehHW1HW2 HW2fbgcfiHWn HWn CM1 CM2 CMn 0 n12 121n 22n1 3 31 图26 输出控制方式下工作的S接线器的工作原理在输入控

17、制方式时，控制存储器是为输入线配置的，在控制存储器CM的第I个单元中存放的内容，是第条输入复用线在时隙I时应该接通的输出线的线号。 在输入控制方式下工作的S接线器的工作原理如图27所示。 TS3 TSTSTS3TS2 TSibeadg HW1gcdbehHW1HW2 HW2hfacfiHWn HWn CM1 CM2 CMn 0 n12 112n 22n1 3 31 图27 输入控制方式下工作的S接线器的工作原理由图可见，由于控制存储器CM1的1号单元值为n,所以输入线HW1在时隙1时与输出线HWn接通，将输入线HW1TS1上的内容C交换到输出线HWn的TS1上，CM1的2号线单元的值为2，所以

18、输入线HW1在时隙2时与输出线HW2接通，将输入线HW1TS2的内容d交换到输出线HW2的TS。第3章 TSST时分数字交换网TSST为四级交换网络，两侧是T接线器，中间是S接线器对于有n条输入复用线和n条输出复用线的交换网络而言，需要配置2n套接线器。其中一个n条复用线在输入侧，称为初级T接线器，将输入线上的某个时隙的内容交换到选定的交换网络内部公共时隙；另一个n套在输出侧，称为次级T接线器，将交换网络内部的公共时隙的内容交换到输出线的定制时隙。交换网络内部能够提供的公共时隙的数量决定了交换网络中能够形成的话路通道的数量。中间的S接线器主要由相应设计的线路来决定，是用来将交换网络内部运载用户

19、信息的公共时隙，从一条输入侧复用线上交换到规定的一条输出复用线上。而初级T接线器和次级T接线器一般采用不同的工作方式。一般将数字交换网络的输入端称为上行通路，用来与用户信息的发送端相连；将数字交换网络的输出级称为下行通道，用来与用户信息的接收端相连，TSST交换网络结构图如图3-1所示。S mn交叉矩阵 Snm交叉矩阵T1T111 T2T2TnTn 图3-1 TSST数字交换网络3.1 串/并变换和并/串变换T接线器和S接线器的工作原理，是以PCM基群为例，实际交换中，为了达到一定的容量要求，在交换器件允许的条件下，尽量提高复用线的复用度。这就要在交换前，将多个PCM低次群系复用成PCM高次群

20、系统，然后一并进行交换。这个复用的过程也称为集中。例如，在FETEX-150程控系统中，选组级就是将32个PCM32系统复用为一个PCM1024系统后再进行交换，完成交换后，将复用的信号还原到原来的PCM低次群上，还原过程称为分路。在T、S接线器工作过程中，进行存储和交换的都是并行的数字幸好，因此PCM复用线的串并码在交换前后要经过串并变换和并串变换。在程控交换机中，这样的过程中通常和复用、分路的过程结合实现。经过复用和串并变换，原来的8路PCM32系统的2Mbit/s串行码转换成了有8条数据线、每条速率为2Mbit/s的并行码。经过串并变换的信号有数字交换部件完成必要交换后，还需要由并串变换

21、电路完成并串转换，在经PCM系统传送出去。如下图：图3-2 8/1复用和串并变换3.2 TSST系统的组成方框图TSST时分数字交换网由二级T型接线器和二级S型接线器组成。TSST接续网方框图如图3-3所示。由图可知：初级为128个初级T接线器，输入为16线，经过串并变换后，输出为8线。中间级由1个816的S接线器（S1）和一个168的S接线器（S2）构成，16个S1接线器和16个S2接线器为一组，一共8组。次级为128个T接线器，输入为8线，经过并串变换后，输出为16线。如果每个T型接线器可进行16端脉码交换，则TSST网的总容量可达128162048端脉码。中间二级S型接线器是背对背地对称

22、连接，即第二级S接线器为816矩阵，第三级S接线器为168矩阵。初级T1接线器可实现64个时隙之间的交换。第一个初级T接线器的8条输出线分别与每组S接线器的第一个S1接线器的第一条输入线相连 ，以此类推，最后一个初级T接线器的8条输出线分别与每组S接线器的最后一个S1接线器的最后一条输入线相连。每组的S1接线器的输出线分别与组内的S2接线器的输入线相连。第一个S1接线器的16条输出线分别连接组内16个S2接线器的第一条输入线。最后一个S1接线器的16条输出线分别连接组内16个S2接线器的最后一条输入线。第一个次级T接线器的8条输入线分别与每组S接线器的第一个S2接线器的第一条输出线相连，同理，

23、最后一个次级T接线器的8条输入线分别与每组S接线器的最后一个S2接线器的最后一条输出线相连。 串并转换 并串转换 T S S T 16 8 8 16 16 16 (512) 8 8 (512) 0 0 0 0 16 8 8 16 15 0 15 16 8 8 16 0 0 8 16 16 8 16 15 15 16 (512) 8 8 (512) 127 15 15 127 7图3-3 TSST网络方框图3.3 TSST数字交换网络的工作原理和工作过程3.3.1 TSST网络的工作原理如图3-4所示，所设计的TSST网络中，初级T接线器采用控制输入，顺序读出方式，两个S接线器S1,S2都采用输

24、出控制方式，次级T接线器采用顺序输入，控制读出方式。网络中初、次级T接线器各128个，每个T接线器有16条复用线，每条复用线的复用度为32。 初级T接线器 S1接线器 S2接线器 次级T接线器 （输入控制） （输出控制） （输出控制） （输出控制） SMA1 SMB1 0 0 TS15 ITS10 ITS26 TS15BBBA AA 10 26 HW1 HW1 31 31 输入 输出 S1 S1 0 0 1 0 0 10 10 267 15 26 15 31 63 63 31 CMA1 CMC1 CMC1O CMB1 SMA7 S2 S2 SMB7 0 0 0 0A101 TS25 ITS26

25、 I ITS10 TS25AAB BB 26 26 10 10 HW7 HW7 31 63 63 31 CMC1 CMC7 0 010026 25 25 31 31 CMA7 CMB7 图3-4 TSST网络的工作原理说明：对于初级T接线器，有码率为512bit的时隙单元，经过串/并变换变为16bit，每根线的复用度是32。T1是控制输入的工作方式，即控制读入，顺序写出。这里选择的内部时隙是ITS10,那么由反向外部时隙为 Y=(X+n/2)mod n=(10+32/2)mod 32=26 (3-1)Y为方向通路的内部时隙号，X为正方向通路内部的时隙号，n为每帧的时隙数。Mod是取余的意思。中

26、间的两个S接线器，将带有A和B的时隙进行再一次的交换，为控制输出的工作方式。传送时隙中的内容。对于次级接线器，是将码率为16bit的时隙单元通过控制输出的工作方式，通过串/并变换将起转换成512bit的时隙单元。且分别由HW1交换到HW7，和HW7到HW1，两个交换的过程。3.3.2 TSST网络的工作过程A到B的交换：1号复用线的15号时隙里装内容A。通过初级T接线器（工作方式为控制输入），将A交换到内部时隙ITS10中，通过中间的两个S接线器，两S接线器间的内部时隙为10号时隙。ITS10将内容A送到次级T接线器（控制输出），在交换到7号复用线的25号时隙当中。将用户A的话音信息的PCM编

27、码由交换网络的上行通路HW1的TS15，交换到用户B占用的下行通路HW7的TS25，交换网络的内部时隙选用ITS10。为完成这个交换，计算机在呼叫建立时将初级T接线器的控制存储器的CMA1(15)的值设为10，将第一个S接线器S1的控制存储器CMC10(10)的设为1，将第二个S接线器S2的控制存储器CMC7(10)的内容设为10，将次级T接线器的控制存储器的CMB7(25)的内容设为10。网络中初级T接线器采用控制输入，顺序输出方式，上行通路传送来的用户A的信息被写如其话音存储器SMA1(10)，在时隙10时被读出并送到输出端，也就是S1的输入线HW1的ITS10。由于S1采用输出控制方式，

28、S1的控制存储器CMC10(10)的值为1，所以S1的输入线HW1与输出线HW10在时隙10时连通。S1的输出线HW10也是S2的输入线。因为S2采用输出控制方式且S2的控制存储器CMC7(10)的内容为10，所以S2的输入线HW10与输出线HW7在时隙10时接通。S2的输出线HW7又为次级T接线器的输入线，由于次级T接线器采用顺序输入，控制输出方式，并且次级T接线器的CMB7(25)的值为10，因此用户A的话音信息被交换到了HW7的TS25，网络完成了规定的交换。B到A的交换：将7号复用线中25号时隙中内容B通过初级T接线器交换到反向内部时隙ITS26通过两个S接线器将B送到次级T接线器，交换后送到1号复用线的15号时隙。将用户B的话音信息的PCM编码从交换网络的上行通路HW7的TS25交换到A所占用的下行通路的HW1的TS15。 反向通路中的内部时隙则有上式（3-1）算的为26。反向通路的交换过程与与正向通路完全类似，不在赘述。第四章 TSST交换网络的阻塞分析 4.1 阻塞的概念交换网络