交换技术-第4章

1、2021-10-291 第第4章章 同步时分数字交换网络同步时分数字交换网络 交换网络已从最初的模拟空分线路交换（或称母线交换）发展到现在的数字时分时隙交换。同步时分数字交换网络（DSN）相当于程控交换机的“编组站”。本章主要围绕DSN，介绍交换原理、网络构成及典型交换网络等。 2021-10-292 交换单元是构成交换网络的最基本的部件，用若干个交换单元按照一定的拓扑结构和控制方式就可以构成交换网络。连接特性是交换单元的基本特性，它反映交换单元入线到出线的连接能力。 图4.1 交换的一般结构 4.1 交换网络基础交换网络基础 2021-10-293 交换单元的最基本功能也就是交换的功能，即在

2、任意的入线和出线之间建立连接，或者说是将入线上的信息传递到出线上去。 在交换系统中完成这一基本功能的部件就是交换网络，它是交换系统的核心。 交换网络是由若干个交换单元按照一定的拓扑结构和控制方式构成的。交换单元是构成交换网络的最基本的部件。2021-10-294 交换单元具有M 条入线，N 条出线，称为MN 的交换单元。其中入线用0M1 编号来表示，出线用0N1 编号来表示。 若入线数与出线数相等且均为N，则称为NN 对称交换单元。 交换单元通常同时还必须具有完成控制功能的控制端和描述内部状态的状态端，才能完成信息的交换。交换单元是信息交换的基本单位。MN 的交换单元2021-10-295 如

3、果有信息需要交换，信号到达交换单元时，根据复用方式的不同，分为时分复用方式和统计复用方式。 在时分复用方式中，同步时分复用信号中只携带用户信息，没有指定出线地址，需交换单元根据外部送入的命令，在交换单元内部建立通道，将该入线与相应出线连接起来，入线上的输入信号沿内部通道在出线上输出，如图所示，入线的信息没有指定出线的地址，由交换单元根据内部的空闲情况，建立一个通道，使信息从出线输出，具体从哪一条出线输出取决于交换单元的控制信号。 这种情况就是我们所说的电路交换2021-10-296 在统计复用方式中，统计复用信号中不仅携带用户信息，还有出线地址。这时，交换单元可根据信号所携带的出线地址，在交换

4、单元内部建立通道，如图所示。对于统计复用的信号，各个分组信息在输入时使用不同的时隙，它的标识码在一次接续中是相同的，而且在终端还要按照发送信息先后顺序排列。标识码也是路由选择的标志。 如：分组交换、ATM交换等2021-10-297 根据入线和出线的数目不同，可以大致分为三类如图所示： 集中型：入线数大于出线数(M N)，可称集中器； 分配型：入线数与出线数相等(M = N)，可称连接器； 扩散型：入线数小于出线数(M 1024即时分接线器可交换的时隙数为1024 ，SM容量为10248 ；存储器是采用高速的随机存取存储器 2021-10-2920 S S型接线器：型接线器： 数字交换机中当接

5、至数字交换网的PCM复用线为两条或两条以上时，要完成它们之间的信码交换，其主要方法之一就是采用S型接线器，亦称空分接线器。S型接线器主要是由交叉矩阵及控制存储器（CM）作组成的，作用是完成不同PCM复用线之间的信码交换位置，如图4.4所示。2021-10-2921 图 4.4 S型接线器 2021-10-2922输入控制方式，它对应每一条输入PCM复用线就有一个入CM，由这个CM决定输入PCM线上各时隙中的信码，要交换到哪一条输出PCM线上去。输出控制方式，它对应每一条输出PCM复用线有一个CM，由这个CM来决定哪条输入PCM线上哪个时隙的信码，要交换到这条输出PCM线上来2021-10-29

6、23S型接线器中的控制存储器也是高速的随机存取存储器。电子交叉矩阵采用高速电子门电路组成的选择器来实现。S型接线器作为空分接线器不是传统意义上的空分概念，仍然空时分的，是因为用来完成时隙空间位置的交换而得名的。2021-10-2924综上所述，对应图3.6可以归纳出以下几条： S型接线器有88（即64）个交叉点。 若每条PCM入线有32个时隙的串行码，则传输速率为3288=2048kbit/s。 与每条入线相连的所有出线接点由一个控制存储器CM控制，因此有8个CM。 每个CM有32个单元，其单元地址与时隙号相对应。 CM的写入受专门的处理机控制，读出则受地址计数器控制。 2021-10-292

7、5 CM中存放的内容是PCM入线号。 S型接线器中的CM对电子交叉点的控制有两种方式，即输入控制和输出控制。 如果每条线上的时隙数为32，使用88矩阵，则这个矩阵可以接入832（即256）路；如每条线上的时隙数为1024，使用1616矩阵，则这个矩阵可以接入161024（即16384）路。但这些话路之间不能交换，而被分成1024组，只有每组中的16个话路之间才能交换。2021-10-2926 交换网络是由若干个交换单元按照一定的拓扑结构和控制方式构成的网络。对于一个大的交换网络，单级的T 型接线器或者S 型接线器都不可能实现。 由于T型时间接线器只能完成时隙的交换，而空间接线器只能完成空间的交

8、换，只有把二者结合起来，才能够既实现空间交换，又实现时隙交换，同时还能够增加交换容量。现在常见的是三级的交换网络，即T-S-T 和S-T-S。 一个交换网络可以由很多的交换单元组成，最简单的交换网络由一个交换单元组成。交换网络按拓扑连接方式可分为：单级交换网络和多级交换网络。2021-10-2927 单级交换网络在实际使用并不多，通常使用的是多级的交换网络。 多级交换的特点：第 1 级的入线都与第1 级的交换单元连接；所有与第1 级相连的交换单元出线都只与第2 级的入线连接，所有第2 级的出线只与第3 级的入线连接；所有第n 级的交换单元入线只与第n 1级的出线连接，所有的第n 级的出线只与第

9、n +1级的入线相连。2021-10-2928 根据控制方式的不同，可以分为读写控制方式和写读控制方式。 1) 读写控制方式 T-S-T 交换网络是由输入级T 接线器(TA)、输出级T 接线器(TB)和中间级S 接线器组成。当T 接线器的输入级是读出控制方式，输出级是写入控制方式时，称为读写控制方式2021-10-2929读写控制方式的T-S-T交换网络结构图2021-10-2930读写方式的存储器合用2021-10-2931 在输入级是一个读出控制的T接线器。它有8 个输入的接线器，每一个T 接线器有8 条PCM，控制存储器和话音存储器容量为328个单元； 在输出级是一个写入控制的T接线器，

10、也是有8个输出的T接线器，每一个T接线器也是有8路的PCM，控制存储器和话音存储器容量为256个单元； 中间是一个输出控制的容量为88 的S 接线器，在S接线器上的时隙是由CPU 任意选择的，它和T接线器的时隙的选择没有必然的联系，两者可以独立选择，所以也称为内部时隙。 对于内部的时隙的选择一般是收发同时选择，收发选择具有一定的关系，最常用的有两种：奇偶关系和相差半帧关系。2021-10-2932 (1) 奇偶关系。 如果输入接线器的时隙为TSi，输出接线器的时隙选择为为 TSi+1 ，也就是也就是主叫用户的时间和被叫用户的时隙相差一个时隙。 (2) 相差半帧的关系。 主叫用户和被叫用户选择的

11、内部时隙，相差半帧，对于T 接续器如果有N 个存储单元，那么主叫用户的时隙为TSi，被叫用户的时隙选择TSi+N/2。它的一次接续过程和奇偶关系除了内部时隙选择方法不同之处，原理是完全一样的。2021-10-2933写读控制方式的T-S-T交换网络2021-10-2934写读方式的存储器合用2021-10-2935 图4.5 TST交换网络的结构 2021-10-2936二、二、STS交换网络交换网络 STS交换网络也是由三级组成的。输入侧和输出侧为S型接线器，中间级为T型接线器，其结构如图4.6所示。输入S型接线器采用输出控制方式，输出S型接线器采用输入控制方式，它们的控制存储器也可以合用（

12、即CM1和CM3）。T型接线器采用“顺序写入，控制读出”方式。 2021-10-2937 图4.6 STS交换网络的结构 2021-10-2938 AB方向：在PCM0上的TS3时隙到来时，CM1控制输入侧S接线器的入线PCM0和出线PCM0接通，TS3就传送到了T型接线器中，并顺序写入语音存储器SM1的3号单元中，CM2控制在TS9时刻读出，这样就完成了时隙交换。在输出S级CM3控制入线PCM0和出线PCM1在TS9时刻接通，TS9就交换到了输出PCM1上，这就完成了AB方向的通话。 2021-10-2939 在STS交换网络中，S型接线器可以采用输入或输出控制，中间T型接线器也可以采用“顺

13、序写入，控制读出”或“控制写入，顺序读出”方式，在设计中可以灵活应用。 2021-10-2940三、其他类型的交换网络三、其他类型的交换网络 在数字程控交换机中采用的交换网络还有TSST、TSSST和SSTSS等类型。它们都是以TST和STS交换网络为基础的，只是增加了S的级数以减少总的交叉点数，从而降低成本，因此它们的工作原理与TST或STS网络相似。 2021-10-2941 三级CLOS的结构。两边各有r 个对称的mn 个交换单元，中间是m 个rr 的交换单元。而且每一个交换单元都和下一级的交换单元连接，且仅有一个连接。对于三级交换网络，如果mn，则此网络是重排无阻塞的。2021-10-

14、2942 TSST交换网络的结构如图4.7所示。图中的输入、输出为T级模块（以T型接线器为主构成的交换网络），中间为两级由若干个S型接线器组成的空分模块。每个T级模块入端有16条PCM复用线，每线有32个时隙；出端为8条复用线，每线有64个时隙。也就是说，每个T级模块有3216（入端）=648（出端）= 512个时隙，是完全可以实现512个时隙内部交换的。 2021-10-2943图4.7 TSST交换网络的结构 2021-10-2944 SSTSS交换网络的结构如图4.8所示，它共分为两级，第1级交换网络含第1个和第5个空分级，每个空分级由15个814的交叉矩阵组成。进入第1级的每一条复用线

15、上有128个时隙，相当于由4套PCM进一步复用形成的二次群，这样空分级的每个交叉点承担了128个时隙接续工作。第2级交换网络含第2个和第4个空分级及中间的时分级，共有14个模块。 2021-10-2945图4.8 SSTSS交换网络的结构2021-10-2946四、串四、串/并变换原理及应用并变换原理及应用 为了提高交换机的运行速度和数字交换网络的容量，一般将4组只有32个时隙的PCM一次群复接在一条PCM线上进行传输。这样既可提高PCM复用线上的时隙复用度（即每帧时隙数），又可以减少接线器数量，提高接线器效率，降低成本。如图4.9所示，有4路PCM一次群进入一个交换网络进行交换，交换的总时隙

16、数为432=128个，用图4.9（a）和图4.9（b）所示的两种方法进行交换。2021-10-2947图4.9 TST等效网络的结构 2021-10-2948 图4.9（a）所示TST功能。这时1帧的时间仍为125s，但总时隙数却为324=128，图4.9（b）中的 T 型 接 线 器 交 换 的 数 码 率 将 提 高 到42.048=8.192Mbit/s，比图4.9（a）中的2.048Mbit/s高很多，它也要求T型接线器存储器芯片的存取速率要高。 复用器复接原理如图4.10所示。4路PCM一次群要复接到1条PCM复用线上，复用后的时隙顺序不变，只是先传输完PCM1PCM4的TS0后，再

17、传PCM1PCM4的TS1，依此类推。 2021-10-2949图4.10 复用器复接原理图 2021-10-2950图4.11 串/并变换原理图 2021-10-2951 如图4.11所示，输入侧有8条PCM复用线，每条有32个时隙，数码传输速率为2.048Mbit/s。进行串/并变换后，也就是将8条串行PCM复用线上的32时隙变为在8条并行PCM复用线上传输，复用度为256，数码传输速率为2.048Mbit/s，此时数码传输速率没有改变。若经复用器复用后，复用度仍为256，但数码传输速率将升为16.368Mbit/s。 2021-10-2952 串/并变换的作用是将串行的码流转换为并行的码

18、流，并/串变换的作用是将并行的码流转换为串行的码流，其电路如图4.12所示。并串变换的作用与串并变换的作用相反。 图4.12 串/并及并/串变换电路 2021-10-2953图4.13 采用复用器和分路器的串/并（并/串）变换数字交换网络 2021-10-2954四、交换网络内部阻塞计算四、交换网络内部阻塞计算 如图4.14（a）所示为TST数字交换网络，输入和输出各有16条母线，每条母线上均为256个时隙，T-S、S-T级间链路母线上的时隙数也为256。如图4.14（b）所示为图4.14（a）等效的空分模拟交换网络，输入和输出各有25616= 4096条线。假定每条入线的话务量为Y1，即每条

19、入线的占用概率为Y1。因各级间的链路数和入线数相等，故每条链路占用概率也为Y1，因而每条链路空闲的概率为。 2021-10-2955模拟空分Y1-Y(1-Y)21-(1-Y)21-(1-y)2256数字时分(1-Y)41-(1-Y)41-(1-Y)4256/21-(1-Y)4256图4.14 TST及其空分等效网络 2021-10-29564.3* 典型交换网络 交换机话路系统的结构如图4.15所示。它分为两级，即用户级（包括用户电路、用户级T型接线器和用户处理机）和选组级（包括TST数字交换网络、复用器及分路器）。图4.15给出了16个机框，每个机框有120个用户，每个机架总共有1920个用

20、户，采用4条PCM母线的120个话路的集中方式。 2021-10-2957图4.15 交换机话路系统结构图 2021-10-2958图4.16 用户板时隙分配2021-10-2959 15块用户板的所有SLC0、SLC1都使用PCM0母线；SLC2、SLC3 使用PCM1母线；SLC4、SLC5 使用PCM2母线；SLC6、SLC7使用PCM3母线。例如：14号板的SLC0应占用PCM0TS14，14号板的SLC1应占用PCM0TS30。这样，根据用户占用的时隙号也可以惟一地确定它的设备号（即板号、用户号等）。有的交换机也将设备号称为物理线号或物理端子号。 2021-10-2960 用户级T型

21、接线器的结构如图4.17所示，它由串/并（并/串）转换器、复用器/分路器（分路器/复用器）组成。从用户电路来的4条PCM母线进入复用器。复用器的任务是首先将串行码变为并行码（8位），然后将4条母线集中到一个通路内。复用器的输出端和语音存储器相连，语音存储器的输出端接分路器。 2021-10-2961图4.17 用户级T型接线器的结构 2021-10-2962 前面已介绍，要实现双方通话必须同时建立起正反两个方向的通话通路。由用户电路将语音信号发送给数字交换网络的通路称为上行通路，T型接线器为顺序写入、控制读出型；由用户电路接收语音的通路称为下行通路，T型接线器为控制写入、顺序读出型。图4.19

22、所示的是同一机框内A、B两个用户间的通话路由。 2021-10-2963图4.19 同一机框内A、B两个用户间的通话路由 2021-10-2964图4.20 不同机框间两个用户通话的路由 2021-10-2965 不同机框间两个用户通话的路由如图4.21所示。与图4.20不同的是图4.21中的用户级T型接线器增加到两组。因为主叫和被叫来自不同的用户级，所以不同机架的通话路由也同图4.21中所示的基本一样。图4.21中控制存储器LCM为公用的，与实际有些差别。 2021-10-2966 图4.21为DSM的组成框图，它主要由复用器、分路器、语音存储器、控制存储器、空分接线器、信号接收分配器和定时

23、发生器等组成。DSM属于TST网络，网络内部传输速率为8Mbit/s。两个传输方向（AB及BA）的内部时隙采用反向控制方式，它们之间相差半帧。内部时隙数量为1024。 2021-10-2967 图4.21 DSM的组成框图 2021-10-2968 传输段的情况如图4.22所示。在DL上，将各个HW的同号时隙集中排在一起，再按时隙号顺序由031排列，即HW0HW3的TS0对应DTS0DTS3，HW0HW3的TS1对应DTS0-DTS7，依次类推。这样每帧的DTS数量为128个（DTS0DTS127），每个DTS的8位码B1B8串行传送，这时每位二进制码为122ns，因而每条DL的传输速率为8Mbit/s。图4.23表示了复用器输出的NHW线上的时隙NITS与DL上的DTS间的对应关系。 2021-10-2969图4.22 HW上的时隙与DL数据格式（8Mbit/s） 2021-10-2970图4.23 DL时隙与NITS数据格式（8Mbit/s） 2021-10-2971NTS、DTS和TS的对应关系还可用下式计算：DTS号=TS号4+HW号NTS号=DTS号8+DL号 初级时分接线器指的是数字交换模块的第一级时分接线器，它主要包括初级时分语音存储器PTS、接收信号存储器RSM以及初级时分控