第3章数字交换机的话路部分(程控数字交换技术-叶敏版)

第3章数字交换机的话路部分第3章数字交换机的话路部分3.1数字交换机的系统结构3.2用户模块的组成3.3中继器3.4音频信号的产生、发送和接收3.5数字交换和数字交换网络3.1数字交换机的系统结构图3-1数字交换机系统结构用户电路数字中继器数字中继模拟中继数字中继器用户电路用户处理机用户处理机信号发/收中央处理机数字交换网络模拟/数字远端用户模块PCM用户模块---用户级选组级模拟中继线数字中继线3.1数字交换机的系统结构典型结构如图3-1所示，可以看出，数字交换机分成选组级（数字交换网络）和用户级（用户模块和远端模块）两部分。用户级功能：集中用户的话务量，然后通过用户级和选组级间的数字中继线送至选组级。远端模块：将用户级设备放到用户集中点，与选组级之间通过数字中继设备相连。与用户模块之间的差别在于与选组级距离不同。数字中继设备：主要作用是信号的码型转换。3.1数字交换机的系统结构返回首页选组级数字交换网络：主要用来对话务量进行集中和分散，由各种接线器组成。信号收/发设备：用于提供局间信号以及各种信号音。除了上述各种接口设备之外，作为数字交换系统应能连接各种非话业务终端和接口，如数据终端（计算机或其他）、数字用户、传真、用户电报等等。3.2用户模块的组成3.2.1用户模块基本结构3.2.2用户电路返回首页3.2.1用户模块基本结构图3-2用户模块结构收号器用户电路用户电路串/并串/并串/并用户级交换网络信号提取插入网络接口扫描存储器分配存储器微处理机至数字交换网络3.2.1用户模块基本结构组成：用户电路、集线器、用户处理机和网络接口用户集线器：主要包括一个由一级T接线器组成的交换网络，它负责话务量的集中或扩散。信号提取和插入电路：负责把处理机通信信息从信息流中提取出来（或插入进去）。3.2.1用户模块基本结构网络接口：用于和数字交换网络的接口。扫描存储器：属于用户模块，用于暂存从用户电路读取的信息。分配存储器：属于用户模块，用于暂存向用户发出的命令信息。返回本节3.2.2用户电路数字交换机的用户电路的功能可以归纳为BORSCHT这七个功能，具体是：B（Batteryfeeding）馈电；O（Overvoltageprotection）过压保护；R（Ringingcontrol）振铃控制；S（Supervision）监视；C（CODEC&filters）编译码和滤波；H（Hybridcircuit）混合电路；T（Test）测试3.2.2用户电路

馈电：向主、被叫用户提供通话直流。图3-3用户馈电原理图在我国，馈电电压规定为-48V或60V，国外设备为-48V。如果用户线距离增长，还可能提高。ab-V3.2.2用户电路

过压保护：用户电路中的过压保护是二次保护,通常由钳位电路来实现。图3-4过压保护电路ab用户外线-V用户内线3.2.2用户电路

振铃控制：由于振铃电压较高（国内规定90V±15V）,在程控交换机当中采用振铃继电器，由继电器接点控制铃流。图3-5由继电器控制的振铃原理a振铃开关R用户线RR截铃振铃控制b3.2.2用户电路

监视：通过监视用户线直流来监视用户线回路的通/断状态。可以检测到以下状态：用户话机的摘挂机状态；号盘话机发出的拨号脉冲；投币话机的输入信号；用户通话时的话路状态（话终挂机时的监视）放大用户线监视信号-V比较用户线RR监视信号图3-6用户线状态监视功能的是实现图3-7通过比较来检测用户线状态3.2.2用户电路

编译码和滤波编译码的任务是完成模拟信号和数字信号间的转换。模拟信号变为数字信号由编码器（Coder）完成，而数字信号变为模拟信号则由译码器（Decoder）完成。它们统称CODEC。滤波器：需在编码器前加一个带通滤波器，而在译码器后放一个低通滤波器。3.2.2用户电路

混合电路功能：用来进行二/四线转换。示意图：图3-8混合电路平衡网路用户线接收发送3.2.2用户电路

测试

功能：负责将用户线接至测试设备，以便对用户线进行测试，一般由软件控制。除了上述七项功能外，用户电路还具有极性倒换、衰减控制、收费脉冲发送、投币话机硬币集中控制功能。测试开关振铃开关极性倒换开关过压保护电路馈电电桥混合电路平衡网络编译码器监视电路测试总线极性倒换控制振铃控制监视信号图3-9用户电路功能框图返回本节3.3中继器3.3.1模拟中继器3.3.2数字中继器返回首页3.3.1模拟中继器模拟中继器是数字交换机和模拟局间中继线的接口电路，它用于和模拟交换机的连接。与用户电路的功能有很多相似之处，两者相比较发现，模拟中继器比用户电路少了振铃控制和对用户馈电的功能，而多了一个忙/闲指示功能，同时把对用户线的监视变为对线路信号的监视。测试开关线路信号监视过压保护忙闲指示混合电路平衡网络编译码器模拟中继线2MbpsPCM信号图3-10模拟中继器功能框图返回本节3.3.2数字中继器是连接数字局间中继线的接口电路，它连接数字交换局或远端模块，入/出均为数字信号。功能：码型变换和反变换。主要是HDB3NRZ始终提取和帧同步。提取和插入随路信号。码型变换复帧定位信号插入帧定位信号插入信号控制帧定位帧同步时钟提取码型变换收发PCM传输图3.11数字中继器功能框图返回本节3.4.1数字音频信号的产生3.4.2数字音频信号的发送3.4.3数字音频信号的接收3.4音频信号的产生、发送和接收返回首页交换机需要向用户发送各种信号音，其包括：音频信号各种用户信号音：如拨号音、忙音和回铃音等局间信令：如多频信号等由于信号设备是接在数字交换网络上的，因此这些信号必须是“数字化了的”，即必须是用PCM调制了的音频信号才能在数字网中通过。信号音分类：单音频信号：如拨号音、忙音和回铃音均为450Hz单频信号。双音频信号：如记发器信号，分为前向信号（六中取二）和后向信号（四中取二）3.4.1数字音频信号的产生①②③④⑤⑥⑦⑧⑨

125us单频信号的产生500Hz音频信号的产生原理3.4.1数字音频信号的产生图3-12500Hz音频信号产生原理2msIIIIIIIV图中把信号音按125us间隔抽样，量化和编码运算，得到各抽样点的PCM信号，然后送入ROM中。图中信号周期为2ms，抽样16次就够了，因此占用ROM的16个单元。在对ROM做一般PCM信号读出时就是500Hz的音频信号（数字化了的）了。图3-13信号发生器硬件结构12161-16循环计数器译码器①②ROM帧脉冲读出数据单频信号的产生2）讨论节省ROM容量的方法可将一个周期音频信号分为4段，而这四段有共同之点，如图中I段和II段是对称的（III和IV也如此）。把I段的编码信号倒过来就变成了II段的内容。3.4.1数字音频信号的产生双音频信号的产生设产生1380Hz和1500Hz的双音频信号首先找重复周期，取1380Hz、1500Hz、8000Hz的最大公约数，为20Hz可，所以其重复周期为50ms。需ROM的400个单元，采用分段方法，则只需100个单元即可。3.4.1数字音频信号的产生返回本节3.4.2数字音频信号的发送通过数字交换网络送出，和普通话音一样处理。通过指定时隙（如时隙0、时隙16）传送。返回本节信号音（单音频信号）由用户话机接收的，因此在用户电路中进行译码后就变成了模拟信号自动接收。多频信号也应由接收器接收。一般采用数字滤波器滤波后进行识别取得。3.4.3数字音频信号的接收返回本节3.5.1数字接线器的基本功能3.5.2数字交换网络的基本结构和工作原理3.5.3时分交换网络3.5数字交换和数字交换网络返回首页当前的数字交换机能连接的用户很多，若要使每个用户之间都能进行语音交换，采用的方法是给每个用户分配一个固定时隙（TS：TimeSlot），然后在两个用户（两个不同时隙）间进行交换。3.5.1数字接线器的基本功能

数字交换网络TS5TS1812n12n3-14数字交换网络进行时隙交换返回本节

数字交换网络（DigitalSwitchNetwork）由数字接线器组成，有两种数字接线器：时间接线器（TimeSwitch）和空间接线器（SpaceSwitch），其中T接线器完成时隙交换S接线器完成母线交换3.5.2数字交换网络的基本结构和工作原理时间（T）接线器由话音存储器（SM：SpeechMemory）和控制存储器（CM：ContolMemory）两部分组成，其功能是完成“时隙交换”。SM中存储的是抽样后经编码的话音信息，每一单元有8位信息码。CM的每个存储单元存放的是话音信息在SM中的存储地址。3.5.2数字交换网络的基本结构和工作原理1、单端输入的T接线器其输入端只接一条基群PCM线，共有32个时隙，30个话路，所以SM和CM的容量均为32个单元。（1）读出（输出）控制方式的T接线器SM的工作方式是“顺序写入，控制读出”CM的工作方式是“控制写入，顺序读出”3.5.2数字交换网络的基本结构和工作原理SM31

CMA0-A4定时脉冲RW012383101158ab18baTS8TS1TS2TS0baTS1TS8图3-15读出控制方式的T接线器(动画)假设用户A（占用TS1）和用户B（占用TS8）通话，即TS1TS8ab1、单端输入的T接线器（2）写入（输入）控制方式的T接线器

SM的工作方式是“控制写入，顺序读出”CM的工作方式是“控制写入，顺序读出”下面仍假设用户A（占用TS1）和用户B（占用TS8）通话，即TS1TS8ab3.5.2数字交换网络的基本结构和工作原理SM

CMA0-A4定时脉冲RW0128310115831图3-16写入控制方式的T接线器(动画)18TS1TS8baabTS8TS1TS2TS0ba2、多端输入的T接线器即在接线器的输入端连接多条PCM线，每一条PCM线称为HW（Highway），简称母线，如果接8条HW，T接线器的SM就应有256个存储单元，如果16条HW，SM就有512个存储单元。这样就产生两个问题：a）这些时隙进入T接线器后如何排列b）降低速率的问题下面以8端PCM复用线为例说明，见图3-17

3.5.2数字交换网络的基本结构和工作原理TS31TS0TS31TS0TS31TS0A0-A702550255SMCM串/并变换并/串变换HW0HW1HW0HW7HW7HW1图3-178端输入的T接线器2、多端输入的T接线器（1）多端脉码的排列8端脉码共有256个时隙，排列方式为：HW0的TS0，HW1的TS0，…，

HW7的TS0，HW0的TS1，HW1的TS1…HW7的TS1，等等，HW0的TS0作为总时隙的他tS0，HW1的TS0作为总时隙的tS1，…，HW7的TS31为tS255，则256个时隙为tS0~tS255。各端脉码的时隙号与总时隙号的对应关系为：总时隙的8位二进制数码的低3位A2A1A0表示8个HW的号，如HW0，即0#HW，用000表示。总时隙的8位二进制数码的高5位A7A6A5A4A3表示各端HW中的32个时隙号，例如TS1为00001，TS3为00011。各端脉码的端号、时隙号及总时隙号的对应关系如下：3.5.2数字交换网络的基本结构和工作原理A7A6A5A4A3A2A1A03.5.2数字交换网络的基本结构和工作原理时隙号端号（母线号）例如：求HW1TS20的总时隙编号端号：001，1#HW，即用001表示时隙号：10100，TS20，即用10100表示则总的时隙号为：10100001，即tS161。这个编码的定时脉冲必定产生在tS161时隙。它既是话音存储器的单元地址，也是控制161号单元写入的定时脉冲。A7~A0作为定时脉冲，其相应的脉冲波形如图3-18所示：CPA0A1A2A3A4A5A6A7244/244ns488/488ns976/976ns1.952/1.952us3.904/3.904us7.808/7.808us15.62/15.62us31.24/31.24us62.5/62.5us00001001图3-18定时脉冲波形图

A7~A0

通过译码电路可译成256个时间位置不同的定时脉冲。它们的持续时间为488ns，周期为125us，用以代表不同的256个存储单元地址，并控制其单元的写入或读出。例如：HW1TS1即第一端HW的时隙1，其代码为：

A7A6A5A4A3A2A1A0

000010013.5.2数字交换网络的基本结构和工作原理送入译码电路后，定时脉冲变成如果Ai=1，即是原形Ai，如果Ai=0，则将原波形取“非”，即原波形为1时变为0，为0时变为1。所以00001001代码为(9)10，其脉冲波形是这八个定时脉冲相“与”的结果，即3.5.2数字交换网络的基本结构和工作原理相“与”后的波形见上页图所示，恰好出现在CP9的那一时刻。

综上所述，从变换过程我们可以看出总的时隙号tSj与各端的时隙号TSk之间的关系为：

j=端数×k+端号（HW号）例如：HW1TS20的端数是8（因为8端脉码输入），k=20，HW号=1，所以

j=8×20+1=161

即：HW1TS20=tS1613.5.2数字交换网络的基本结构和工作原理2、多端输入的T接线器（2）降低速率每一端的脉码传输速率是2.048Mb/s，若8端脉码输入，其速率将达到16.384Mb/s，这样高的速率会带来许多问题，如辐射、干扰等。为此，必须采取降低速率的措施，一般采用串/并变换的方法。

3.5.2数字交换网络的基本结构和工作原理TS1TS0串行码HW并行码TS31TS16TS0D7D1D0……………………………………………D0D1D7D0D7D12.048Mb/s256kb/s256kb/s256kb/s从上图可以看出，并行码较串行码的速率降低了8倍3、串/并变换电路（S/P：Serial-ParallelConversion）是将串行码变成并行码，由移位寄存器、锁存器和8选1的电子选择器组成。3.5.2数字交换网络的基本结构和工作原理D0锁存器移位寄存器移位寄存器锁存器8-1（D7）8-1（D0）HW0HW7……D0D0D0D0D7D7D7D7D7HW0HW0HW7HW7……至话音存储器输入（8）（8）（8）CPCP是在每一时隙最后一位（D7）的CP后半周期（）时打开。

图3-19串/并变换后的输入、输出波形图TS1TS0HW7HW0HW0HW0TS1TS0…………D0D7D0D7………………………………HW7……………………HW1HW7…D1D7D0…输入输出4、并/串变换电路（P/S：Parallel-SerialConversion）是将并行码变成串行码，由锁存器、移位寄存器组成。3.5.2数字交换网络的基本结构和工作原理锁存器0移位寄存器移位寄存器锁存器7HW0HW7D7D0……………………输出输入（1）在每一时隙的第1位（D0）的后半周期打开，这样将HW0的D0～D7写入到锁存器0，其他同理。（2）S是控制线：CP=1（前半周期），S=1，移位寄存器处于置数状态，只置数而不移位CP=1（前半周期），S=0，移位寄存器处于移位状态，只移位而不置数5、话音存储器（SM：SpeechMemory）由RAM组成,是暂存话音信息编码的存储设备,我们以读出控制方式为例说明。（1）写入：当B0～B7全为0时，“读出控制”信号为0，“写入控制”信号为1，此时打开写入地址A0～A7的门，同时，即RAM处于写入状态，于是话音存储器将DI0～DI7的内容写入到相应单元。（2）读出：当B0～B7不全为0时，“读出控制”信号为0，同时，使RAM处于读出状态，读出地址由B0～B7提供，此时将RAM中的数据由DO0～DO7读出。3.5.2数字交换网络的基本结构和工作原理

话音存储器（RAM）+●●+●●

+A0A0A7A7…………B7B0DI7DI0……DO7DO0写入控制读出控制写入地址(定时脉冲)自控存输入数据输出数据图3-20话音存储器(动画)6、控制存储器（CM：ControlMemory）由RAM、锁存器、比较器等组成。（1）写入：当定时脉冲A0～A7与CPU送来的地址AW0～AW7相符合时，且，同时CPU送来“写命令”（CP的前半周期写入）。（2）读出：CP的后半周期，若，控制存储器按定时脉冲A0～A7指定的地址，将其内容通过B0～B7送至话音存储器。3.5.2数字交换网络的基本结构和工作原理

控制存储器（RAM）锁存器比较●锁存器A0A7BW7BW0AW7AW0CPB7B0DBAB………写命令至话音存储器来自CPU定时脉冲图3-21控制存储器(动画)S型时分接线器（SpaceSwitch）由m×n的交叉点矩阵和控制存储器（CM：ContolMemory）组成，其功能是完成“空间交换”，即母线交换，可分为输出控制方式和输入控制方式。（1）输出控制方式我们以8×8S型时分接线器为例说明，它有8条入线和8条出线，每条入线和每条出线之间均有交叉接点。每根入线若是32时隙的串行码，每个时隙又有8位码，因此每条入线的数码率是2.048Mb/s，每条出线也是2.048Mb/s。3.5.2数字交换网络的基本结构和工作原理HW0HW0HW7HW1TS2CM0TS2CM1HW7HW1CM7031210aa输入母线号输出母线号特点：每条输出线上都配有一个控制存储器；只完成了母线交换，而没有时隙交换图3-22输出控制S接线器(动画)（2）输入控制方式我们仍以8×8S型时分接线器为例说明，其特点是每条输入线上都配有一个控制存储器，控制该输入线的所有与输出线的交叉接点。3.5.2数字交换网络的基本结构和工作原理输出母线号输入母线号图3-23输入控制S接线器(动画)CM0CM1CM7HW0HW7HW1TS27HW0TS2HW7HW1aa31210（3）8×8交叉点矩阵采用8片8选一（8-1）的电子选择器芯片组成。8-1选择器各负责一个输出端B0~B2决定哪一个输入端和输出端接通S是选通信号（4）控制存储器与T型接线器的控制存储器（CM）的结构基本相同。3.5.2数字交换网络的基本结构和工作原理8-1(0)8-1(1)8-1(7)HW0出B1HW1出HW7出S选通B0B0B0B1B1B2B2B2S选通S选通HW7入自控存0自控存7自控存1HW0入……………图3-248×8输出控制S接线器原理图返回本节在大型程控交换机中，数字交换网络的容量比较大，只靠T接线器或者S接线器是不能实现的。必须要将他们组合起来，才能达到要求。1、三级交换网络（1）读-写方式的T-S-T型交换网络T-S-T网络是由输入T级和输出T级，中间接有S型时分接线器组成。现在有3个输入T接线器和3个输出T接线器，中间是3×3的S型接线器的交叉矩阵，来完成3.5.3时分交换网络

（TimeDivisionSwitchNetwork）

S接线器上使用的时隙既不是主叫用户时隙，也不是被叫用户时隙，而是“内部时隙（InternalTimeSlot）”也称“中间时隙”，是由CPU任选的的空闲时隙。内部时隙的选择一般遵循下面两种关系：

奇偶关系：主叫TS2P，被叫选TS2P+1

相差半帧关系——反相法主叫用户选用TSi，被叫用户应选用TSi+F/2。F是一帧的时隙数，也就是话音存储器的单元数，例如，主叫用户的去话内部时隙为ITS2，根据反相法，被叫用户内部时隙应选ITS2+32/2=ITS18图3-25读写控制方式的T-S-T网络HW1HW2HW3HW3HW2HW1TS2TS31TS23TS7TS7TS23TS31TS221223313113317A2B20A3103103122323317B20003103131723ABAABBSMASMASMASMBSMBSMBCMACMBCMBCMACMCABBAT（读出控制）T（写入控制）S（输入控制）（2）写-读方式的T-S-T型交换网络T-S-T网络是由输入T级和输出T级，中间接有S型时分接线器组成。输入T级是写入控制，输出T级是读出控制，S接线器仍为输入控制方式，也来完成3.5.3时分