第3章程控数字交换机的硬件系统

105二月2023第3章程控数字交换机的硬件系统3.1电话机3.2程控数字交换机的硬件结构3.3程控数字交换机的话路部分3.4程控数字交换机的控制部分205二月2023最简程控电话系统示意图上图中：电话机：电话系统终端机，收发话音，声电转换，产生接续所需控制信号交换机：根据主叫用户（话机）的拨号信号选择被叫，使主被叫建立连接，实现通话。话毕断开连接电话铜线：实现传输功能电话机A电话机B程控交换机电话铜线电话铜线305二月20233.1电话机—基本结构基本组成部分：转换设备：亦称叉簧，实现摘/挂机状态的转换信号设备：分为发信和收信两部分发信：拨号设备（号盘或键盘）收信：接收交换机的铃流信号，使话机中的扬声器振铃通话设备：发送和接收话音的设备，由送话器和收话器及话音收发电路组成音频发送电路音频接收电路二/四线转换电源变换送话器受话器振铃电路拨号电路收信部分发信部分通话部分叉簧（挂机状态）外线405二月20233.1电话机—基本工作情况电话机一般由交换机馈电供电（有些功耗大的需要单独供电）挂机时，话机只能接受铃流信号摘机时，可进行拨号或通话505二月20233.1电话机—基本类型三种基本类型号盘式（号码由脉冲信号表示，已淘汰）按键式（号码由双音多频DTMF或脉冲信号表示）卡式（磁卡、光卡、IC卡）、投币特殊功能电话机保密电话机留言电话机无绳电话机自动翻译电话机……605二月20233.1电话机—按键式双音频话机每一个电话号码码字由一个按键拨出，每个码由一对高、低音频信号表示ITU-T（原CCITT）建议，按键话机一般为16个按键123A456B789C*0#D1209Hz1336Hz1477Hz1633Hz697Hz770Hz852Hz941Hz注：有的只有12个键，无ABCD有的多于16个键，如增加：重拨、免提等705二月20233.2数字交换机的硬件结构实验室程控交换机房设备间805二月20233.2数字交换机的硬件结构程控交换机正面905二月20233.2数字交换机的硬件结构程控交换机背面1005二月20233.2数字交换机的硬件结构三种控制结构的交换机类型全分散控制结构的交换机整个系统中所有的处理机都处于在同一级别上，不同的处理机完成不同的功能，系统中没有负责数字交换网络的中央处理机。典型代表：上海贝尔S1240分级控制结构的交换机系统的处理机按照控制的范围和完成的功能分成不同的级别，低级别的处理机是在高级别的处理机指挥下工作。基于容量分担的分布式结构的交换机交换机分为若干个独立的模块，模块间为全分散控制结构；模块内为分级控制结构。综合性能最好。典型代表：华为C&C08、中兴ZXJ101105二月2023分级控制结构的交换机硬件话路部分控制部分信令设备数字交换网络数字中继用户处理机用户电路中央处理机用户模块用户级PCM流远端模块数字中继线选组级用户电路用户处理机数字中继存储器I/O设备数字中继模拟中继线模拟中继控制设备用户电路交换机内部1205二月2023数字交换机的系统硬件包括话路部分选组级：数字交换网络，负责交换用户级：用户模块和远端模块，集中用户话务量，送至选组级数字中继设备：进行码型转换、线路信号提取信令设备：提供局间信号和各种信号音控制部分由中央处理机、存储器和I/O设备组成，存储各种程序和数据，对进入交换机的各种信息进行分析和处理，对话路或I/O设备发出各种指令等3.2数字交换机的硬件结构1305二月20233.3程控交换机的话路部分3.3.1用户模块3.3.2用户电路3.3.3中继器3.3.4音频信号产生与收发3.3.5数字交换与交换网络3.3.6数字交换网络的阻塞1405二月20233.3.1用户模块用户级分为用户模块和远端用户模块用户模块和远端用户模块结构基本一致作用提供用户侧的接口、集中话务量远端模块与用户模块的区别

远端用户模块

中继器、HDB3码交换网络数千米

用户模块

PCM流交换网络通过交换机内部在实际交换机中对应一块用户板（如华为C&C08机中ASL用户板－16路或32路）1505二月2023用户模块的组成用户级交换网络串/并并/串用户电路用户电路扫描存储器分配存储器微处理机信号提取插入网络接口收号器数字交换网络HW（母线）HW串/并3-161010101100001111D0D1D2D3D4D5D6D7TS0TS1数字交互网络串行数据格式并行数据格式1111000011010101TS0TS1D0D7D0D711110000110101012M2M÷8=256K串/并转换问题1705二月2023用户模块的组成用户级交换网络：负责话务量集中（或分散），一般无真正的交换功能，只是完成用户集线器功能。（注意：现在有些也有交换功能，如远端模块）信号提取和插入电路：负责把CPU的通信信息从信息流中提取出来（或插入）。网络接口：实现和网络的接口。扫描存储器：暂存从数字交换用户电路读取的信息。分配存储器：暂存向用户电路发出的命令信息。用户电路：实现与用户间的接口。1805二月20233.3.2用户电路类型：模拟用户电路和数字用户电路

（注意：现在大量使用模拟话机，因此以下讨论的是模拟用户电路）作用：直接连接到每个用户终端（话机）每个用户终端都与一个独立的用户电路相连用户电路主要功能：B0RSCHTB（BatteryFeeding）馈电O（OvervoltageProtection）过压保护R（RingingControl）振铃控制S（Supervision）监视C（CODEC&Filters）编解码与滤波H（Hibridcircuit）混合电路T（Test）测试1905二月2023馈电电路

目的：向用户话机馈电。电感线圈对话音信号呈高阻抗，对直流馈电电流呈低阻抗。馈电电压-48V或-60V。-48vab用户线电感线圈隔交流通直流电容隔直流通交流接交换机目的：防止高压损坏程控交换机。措施：采用两级保护第一级是用户线入局的配线架上安装保安器（放电管）。第二级即用户电路中过压保护（热敏电阻和二极管钳位）过压保护

-48v-48v用户线RRR：正温度系数热敏电阻。当二线电压过高时：IR↑→

温度↑→

RR↑→VR↑（使增加的电压由R来分担）当温度达到热敏电阻的极限值，则烧毁，保护内线

馈电过压保护电路说明-48v-48v用户线RR二极管钳位电路始终将A,B两点之间电压钳位在0～-48v以内，不受外界电压变化的影响。原理如下：初始条件下，A点为-48v，B点为0v。D1,D2,D3,D4均不导通当外界引起A点电压下降，VA<-48v，则AB之间电压差>48v，此时D2导通，将A点拉回到-48v当外界引起A点电压升高，-48v<VA<0，此时AB之间电压差<48v，因此无影响当外界引起A点电压继续升高，VA>0，此时D1导通，将A点拉回到0vD1D2D3D4ABCD因此，钳位电路保证A点电压只能在0~-48v之间变化，从而保证了AB之间的电压在0~-48v之间因桥式电路的对称性，反之对B点亦然，钳位电路也保证B点电压只能在0~-48v之间变化2205二月2023振铃电压：90V土15V(空载），25Hz交流振铃信号源：交换机独立的部件，平时处于常开状态作用：向被叫用户振铃（1S通，4S断），将外线与用户模块断开，被叫摘机后自动停止振铃，并将外线接通用户模块控制：由CPU控制继电器动作振铃控制

R振铃开关~振铃控制用户线截铃用户模块继电器注意：用户线的距离受限过长线路衰减可能造成振铃判决电压过低2305二月2023监视功能：监测用户状态信息实现原理：利用用户线上直流电流的变化当用户挂机，直流环路断开，馈电电流为零；接通，直流电流20mA以上用户状态检测内容：用户话机摘挂机状态号盘话机发生的拨号脉冲投币话机的输入信号，一般为脉冲拨号用户通话时的话路状态（挂机监视）2405二月2023监视注意：用户线的距离受限环路长阻抗大，无法保证电流20mA以上-48vab用户线R放大GotoCPU电容：用于防止线路瞬间干扰摘/挂机开关2505二月2023编译码和滤波编译码将模拟信号转化成数字信号（PCM流），同时进行反变换滤波：带通滤波（300～3400Hz）实现：滤波、抽样、量化、编译码由一块芯片集成2605二月2023混合电路

作用：实现二线/四线，四线/二线转换二线：平衡线，不对地，互为参考点，用于用户与交换机之间的信号传输四线：收发各用一对线。PCM数字信号采用四线单向传送实现二线/四线转换的电路很多2705二月2023测试作用：用于故障检测用。如混线、断线、接地、元器件损坏方法：通过测试继电器或电子开关将用户电路或用户线接至测试设备。一般测试设备有专门软件完成测试工作（自动）方便装机调试和线路维护2805二月2023分级控制结构的交换机硬件话路部分控制部分信令设备数字交换网络数字中继用户处理机用户电路中央处理机用户模块用户级PCM流远端模块数字中继线选组级用户电路用户处理机数字中继存储器I/O设备数字中继模拟中继线模拟中继控制设备用户电路交换机内部2905二月20233.3.3中继器－模拟中继器(已不用)中继器是连接交换局间中继线的接口电路模拟中继器用途：连接数字交换机与模拟交换机（出、入均为模拟信号）功能：测试过压保护线路信号监视忙闲指示混合电路编译码3005二月2023数字中继器连接数字局间中继线的接口电路。入/出端均为数字信号。主要功能：码型变换/反变换：传输线上HDB3码，局内单极性不归零码。时钟提取和帧同步：从PCM码中恢复时钟，以保证同步帧同步使收发时隙对齐。提取、插入随路信号：即信令的提取和插入在某些固定时隙中。3105二月2023码型变换时钟提取帧同步帧定位信号控制码型变换帧定位信号插入复帧定位信号插入收发数字中继器功能框图HDB3NRZ2M时钟0011011TS1~TS31TS16TS0HDB3NRZTS16交换网络3205二月2023分级控制结构的交换机硬件话路部分控制部分信令设备数字交换网络数字中继用户处理机用户电路中央处理机用户模块用户级PCM流远端模块数字中继线选组级用户电路用户处理机数字中继存储器I/O设备数字中继模拟中继线模拟中继控制设备用户电路交换机内部3305二月20233.3.4音频信号的产生与收发音频模拟信号各种信号音（拨号音、忙音、回铃音），由交换机—>用户局间信令（多频信号）：交换机<—>交换机注意：1）音频模拟信号也必须经过“数字化”即PCM调制后才能在数字网上传输。2）信号源是公共的，都使用特定的音频信号（如450Hz），改变通断的间隔作为不同的信号音。3405二月2023

我国程控交换机产生的音频信号包括：交换机发送到用户的音频信号拨号音、忙音、回铃音等采用单频450Hz交换机之间的局间信号采用双音频信号前向信号（6取2），后向信号（4取2）

1380HZ、1500HZ、1620HZ、

1740HZ、1860HZ、1980HZ注意：信号源是模拟的，必须数字化；同时也是公共的，必须经交换网络交换音频信号的类型3505二月2023

500Hz单频信号的产生抽样频率8000Hz，周期125us，抽样16次对信号进行PCM变换，然后存入ROM中数字音频信号的产生－单频信号(自学)1234567891011121314151612ms125usⅠ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

3605二月2023数字音频信号的存储（自学）每抽样一次，产生一个8位的PCM信号每8位存放一个存储单元存储方式有两种方式一：每单元存储一个码组，一个完整的500Hz波形的数字化码组需要16个存储单元方式二：信号波形一个周期分为4段，根据波形的对称形和极性变换特点，只存储1/4波形的码组提醒：现一般采用方式一3705二月2023双音信号数字化音的产生（自学）步骤1：找出重复频率频率1，频率2及抽样频率三者的最大公约数步骤2：计算存储单元抽样频率/重复频率示例：f1＝1380Hz，f2＝1500Hz，f抽＝8KHz重复频率＝20Hz存储单元＝8000/20＝400意味着一个周期（50ms）内1380Hz重复69次1500Hz重复75次8000Hz重复400次3805二月2023数字音频信号的发送与接收发送：由程控交换机发送（发向用户或他局）接收：用户接收单音信号，他局接收多音信号从ROM中取出码组并串转换在规定时隙以串行方式交换网络用户模块用户电路D/A转换模拟信号用户交换机向用户发送单音信号示例话路时隙或信令时隙3905二月2023分级控制结构的交换机硬件话路部分控制部分信令设备数字交换网络数字中继用户处理机用户电路中央处理机用户模块用户级PCM流远端模块数字中继线选组级用户电路用户处理机数字中继存储器I/O设备数字中继模拟中继线模拟中继控制设备用户电路交换机内部4005二月20233.3.5数字交换与交换网络空分交换的概念时分交换的概念时间接线器T空间接线器S数字交换网络——TST数字程控交换机中话路连接4105二月2023空分交换的概念只要将空分交换矩阵的某个交叉点接通，就能将入线交换到出线上（完全透明）收发交换是在同一矩阵接点完成的，不分开空分交换网络无话音存储功能即可交换模拟信号，也可交换数字信号控制简单，能实现全双工通信，但容量有限1234空分交换网络1出34入2用户1用户24205二月2023时分（时隙）交换的概念时隙交换是在某个时隙将话音存入话音存储器，在另一个时刻将该话音取出（输出）时隙交换所交换的一定是数字化的信息时隙交换需要数字交换网络能暂存数字信息时分交换网络t1t2空分交换网络t1t14305二月2023数字交换网络数字交换网络的基本功能完成多个用户数字信息（如数字话音）的交换既要完成不同时隙的交换，还要完成不同母线（HW）之间的交换（母线：一条PCM复用线）示例母线1时隙1和母线1时隙2的交换母线2时隙2和母线4时隙3之间的交换TS3TS1TS2数字交换网络12341234TS1TS2TS3母线母线4405二月2023数字交换网络的特点交换（接续）是单向的，收发分开用户在一次接续中，需要分配固定的时隙，且一个用户收、发使用相同的时隙为了提高交换容量，进入数字交换网络前需要进行复用（串并转换），出交换网络再分路（并串）为什么需要并串和串并转换？串/并转换

4605二月2023时隙交换示意图发送群设备即为复用设备（串/并转换）接收群设备即为分接设备（并/串转换）二/四线转换分路发分路收分路发分路收发送群设备数字交换网络接收群设备....ABTS1TS2TS1TS2TS1TS2二/四线转换TS1TS2TS2TS14705二月2023数字交换网络的特点交换（接续）是单向的，收发分开用户在一次接续中，需要分配固定的时隙，且一个用户收、发使用相同的时隙为了提高交换容量，进入数字交换网络前需要进行复用（串并转换），出交换网络再分路（并串）通过时分方式复用交换单元（共享存储器）4805二月2023共享存储器型交换单元结构结构存储器被划分成N个区域N路输入数字信号分别写入存贮器的N个不同区域，再分别读出存储器的写入和读出采用不同的控制，以完成交换。1N-14905二月2023共享存储器型交换单元工作方式输出控制方式（又称入线缓冲）若存储器中的N个区域是和各路输入信号顺序对应的，即第1路输入信号送到第1个存储区域（编号为0），第2路输入信号送到第2个存储区域（编号为1）…则称交换单元是入线缓冲的。输入控制方式（又称出线缓冲）若存储器中的N个区域是和各路输出信号一一对应的，即第1个存储区域（编号为0）的数据作为第1路输出信号，第2个存储区域（编号为1）的数据作为第2路输出信号…，则称交换单元是出线缓冲的。0122100120212102100120125005二月2023数字交换网络的组成通过时分方式复用交换单元（共享存储器）时间接线器（T）和空间接线器（S）T接线器负责完成时隙交换S接线器负责完成母线交换5105二月2023时间接线器（T接线器）功能：完成同一母线不同时隙交换组成：话音存储器（SpeechMemory，SM）控制存储器（ControlMemory，CM）

SM:暂存数字话音，也称话音缓冲存储器

CM:暂存数字话音的地址，也称地址存储器话音xqSM写入/读出控制写入读出CMx00单元号单元号存储数字话音的SM的地址（单元号）nn5205二月2023T接线器——SM与CM的存储空间SM的存储单元数n＝一条输入PCM复用线的时隙数SM每个单元的位数＝每个时隙的码位数

例如：30/32基群每帧32个时隙，每时隙8位码CM的存储单元数＝SM的存储单元数CM每个单元的位数m＝log2n

即n=2m

例如：30/32基群，CM每个单元的位数m＝5

（即32个地址只需用5位二进制数表示）5305二月2023T接线器的工作原理T接线器有两种工作方式方式1：输出控制（顺序写入，控制读出）方式2：输入控制（控制写入，顺序读出）特别注意：输入/输出控制方式是对话音存储器而言的控制存储器总是输入控制LQ2008年秋5405二月2023输出控制（顺序写入，控制读出）

SM的工作方式：顺序写入，控制读出写入：由时隙脉冲控制（时隙0时写入到单元0……

时隙N

时写入到单元N）写入单元号=输入时隙号，写入内容=输入时隙对应的数字话音读出：由CM控制CM的工作方式：控制写入，顺序读出写入：由CPU控制，写入时与时隙没有对应关系

写入CM的单元号＝输出时隙号，写入内容＝输入时隙号读出：由时隙脉冲控制时隙0时读出0单元内容……

时隙N时读出N单元内容，并根据单元中的SM地址控制SM的输出LQ2008年秋5505二月2023输出控制（顺序写入，控制读出）

示例说明：要求：在TS50时写入话音，在TS450时输出话音过程如下：

1）CM在CPU控制下在第450号单元写入50（存话音SM地址）

2）SM由TS50时隙脉冲控制，将话音写入50号单元存储

3）CM由TS450脉冲控制，读出第450号单元的值为504）同时（TS450），CM控制SM读出第50单元值（数字话音）话音50450SM写入读出CM5000单元号单元号存储数字话音的SM的地址（50）TS50W时隙脉冲RWRCPU时隙脉冲LQ2008年秋5605二月2023输出控制（顺序写入，控制读出）

课堂练习要求：TS35到TS60的交换

？3？5？4SM写入读出CM？200单元号单元号？1W时隙脉冲RWwCPU时隙脉冲?1=TS35?2=35?3=TS35时存入的数字话音?4=60?5=35（存储话音的地址）LQ2008年秋5705二月2023输入控制（控制写入，顺序读出）（自学）

SM的工作方式：控制写入，顺序读出写入：由CM控制

CM控制SM，在输入时隙到来时，将数字话音写入的单元号＝输出时隙的值

如要将时隙a交换到c，则在时隙a时，将数字话音写入SM的c单元读出：由时隙脉冲控制CM的工作方式：控制写入，顺序读出（同前一种方式）写入：由CPU控制，

CM的单元号＝输入时隙号，写入内容＝输出时隙号读出：由时隙脉冲控制输入控制

示例说明：要求：话音在TS50时写入，在TS450时输出过程如下：

1）CM在CPU控制下在第50号单元写入450（存话音SM址）2）CM由TS50时隙脉冲控制，读出第50号单元的值为4503）同时（TS50时），CM控制将话音写入SM450号单元存储

4）SM由TS450脉冲控制，读出第450单元值（数字话音）

实现了TS50到TS450的交换话音45050SM写入读出CM45000单元号单元号存储数字话音的SM的地址（450）TS50R时隙脉冲WWRCPU时隙脉冲5905二月2023输入控制

练习要求：TS35到TS60的交换

？3？5？4SM写入读出CM？200单元号单元号？1W时隙脉冲RWRCPU时隙脉冲?1=TS35?2=60?3=TS35时存入的数字话音?4=35?5=60（存储话音的地址）6005二月2023T接线器的容量容量时间接线器的容量等于话音存储器的容量或控制存储器的容量，也即等于输入复用线上的时隙数。若单路信号的速率为v，采用的存储器为双向数据总线，数据总线的宽度（即每次存取数据的比特数）B比特，存取B比特所需要的时间t，则有下述关系式成立：

2×N×v=B/t

即存取操作的速率要等于来信号的总速率增加容量的方法使用快速的存储器。这相当于减少上式中的t增加存储器数据总线的宽度。即增加上式中的B6105二月2023T接线器的时延经过一个时间接线器的时延包括：①信号进行串并变换时的延迟。这项延时与存储器的数据总线宽度成正比。②在存储器中的延时。因为时隙互换的关系，所以每个时隙的信号在经过存储器后都会有大小不等的延迟。假设T接线器在一帧各时隙的信号都到齐后经过τ时间开始输出，则信号经过时间接线器的平均时延为T=τ+NW，其中N是每帧中的时隙数，W是一个时隙的时间长度。注意:各时隙中的单路信号经历的时延各不相同。6205二月2023T接线器小结功能：实现相同母线不同时隙之间的交换T接线器对话音交换有延迟（平均为一个PCM帧周期）T接线器是按空间存储、时隙交换的信息存入空间单元，按时隙写入或读出组成：SM和CMSM存储话音CM存储存放话音的SM地址控制方式：输出控制和输入控制（针对SM而言）输出控制：SM顺序写入，输出受CM控制读出输入控制：SM写入受CM控制，输出按时隙顺序读出无论哪种控制方式，CM的写入都是由CPU控制，读出都是按时隙顺序读出注意：两种方式下，CM写入的单元号和内容均不同LQ2008年秋6305二月2023空间接线器（S接线器）问题的提出：T接线器不能实现不同母线之间的交换，不能满足大容量的需求S接线器功能：完成不同母线的同时隙交换组成：控制存储器CM和交叉矩阵CM：控制交叉点矩阵的通断，实现母线之间的交换CM的单元数＝一条母线所含的时隙数CM的个数＝输入或输出母线的数量交叉矩阵：电子开关阵列，交叉点的开、闭由CM控制矩阵大小：如2X2表示输入和输出母线各2条控制方式：输入控制和输出控制6405二月2023空间接线器（S接线器）TS1TS2TS3TS1TS2TS3HW0...HW4HW1HW0...HW4HW1输入输出44100CM号时隙12301102346505二月2023S接线器的输出控制按输出母线配置CM，即每条输出母线对应一个CM该CM决定哪些输入母线的哪些时隙要交换到该输出母线上来CM的单元数＝一条母线的时隙数CM号对应输出母线号，CM每个单元的内容对应输入母线号2

012n单元地址CM5输入母线号对应时隙号存储器5对应第5条输出母线含义：在时隙1，CM控制电子开关接通入线2与出线5即：在时隙1时，完成输入母线2到输出母线5的交换66S接线器的输出控制TS1TS2TS3TS1TS2TS3HW0...HW4HW1HW0...HW4HW1输入输出TS1:入HW0交换到出线HW1

入HW1交换到出线HW0TS2:入HW4交换到出线HW0

入HW0交换到出线HW4TS3:入HW4交换到出线HW0

入HW0交换到出线HW1

入HW1交换到出线HW444100时隙1230110234CM号6705二月2023S接线器的输入控制按输入母线配置CM，即每条输入母线对应一个CM该CM决定该输入母线的各时隙要交换到哪一条输出线上CM号对应输入母线号，CM每个单元的内容对应输出母线号2

012n单元地址CM5输出母线号对应时隙号存储器5对应第5条输入母线含义：在时隙1，CM控制电子开关接通入线5与出线2即：在时隙1时，完成输入母线5到输出母线2的交换6805二月2023S接线器的输入控制TS1TS2TS3TS1TS2TS3HW0...HW4HW1HW0...HW4HW1输入输出TS1:入HW0交换到出线HW1

入HW1交换到出线HW0TS2:入HW4交换到出线HW0

入HW0交换到出线HW4TS3:入HW4交换到出线HW1

入HW0交换到出线HW4

入HW1交换到出线HW044100时隙1230110234CM号6905二月2023S接线器的容量和时延容量S接线器的容量为控制存储器的容量控制存储器的个数等于入线数或出线数控制存储器的单元数等于每条母线的时隙数时延S接线器无时延7005二月2023S接线器小结功能：实现相同时隙不同母线之间的交换没有暂存功能，不能单独用作数字交换网络S接线器的交换是在一个时隙内完成的组成：控制存储器和矩阵控制方式：输出控制和输入控制输出控制：每条输出母线对应一个CM。单元内容为其对应时隙需要与该输出母线交换的输入母线号输入控制：每条输入母线对应一个CM。单元内容为其对应时隙需要与该输入母线交换的输出母线号7105二月2023数字交换网络为了实现大容量的交换网络通常将T和S接线器组合，形成TST（本课程仅讨论此种组合）STSTSSTSSTSS…特别提醒：T接线器可以级联形成TTT数字交换网络S接线器不能单独、也不能级联形成数字交换网络7205二月2023TST交换网络T和S最简单的组合是TST三级交换网络每条输入、输出母线各需要一个T接线器图示中假设：

3条输入和3条输出母线

S接线器的矩阵为333x3123123TTHW1HW2HW3HW1HW2HW3S7305二月2023TST交换网络HW0HW2HW1HW0HW2HW10223731A2ASMACMAT(输出控制)B31SMACMA223TS2TS7SMA310TS23BTS31ABTS23BTS7A12BSMBCMBT(输入控制)2331ASMBCMB731SMBBTS2ATS3127S(输入控制)2CMS7405二月2023TST交换网络HW0HW2HW1HW0HW2HW10223731A2ASMACMAT(输出控制)B31SMACMA223TS2TS7SMA310TS23BTS31ABTS23BTS7A12BSMBCMBT(输入控制)2331ASMBCMB731SMBBTS2ATS3127S(输入控制)2CMS用户A发端用户A收端用户B发端用户B收端7505二月2023分析接续之前必须强调的概念通信是双向的，但正、反接续是分开的（单向接续）一个用户的送、受话时隙相同，但接续方向相反两个方向同时接续同时释放必须选择2个中间时隙（内部时隙）作为S接线器的交换时隙（分别用于正、反方向）该中间时隙一定是A、B级T（输入、输出级）都空闲该中间时隙由CPU根据一定规则选取（相差半帧时隙）7605二月2023TST交换网络接续过程分析如前面的图，假设输入T为A级，输出控制；输出T为B级，输入控制设S接线器为输入控制、母线的时隙数为32讨论

A用户：HW0的TS2

双向交换

B用户：HW2的TS31即：A---B的正向接续和B---A的反向接续7705二月2023正向接续过程分析假设已选好正向接续中间时隙为TS7要实现

A用户：HW0的TS2

TASTB

B用户：HW2的TS31将接续分解为三个步骤：（1）A级接线器（TA

）完成HW0的TS2到TS7的交换（2）S接线器在TS7完成HW0到HW2的交换（3）B级接线器（TB

）完成HW2的TS7到TS31的交换7805二月2023

1）A级T完成HW0的TS2到TS7的交换（输出控制）CMA0在CPU控制下，在单元7写入2SMA0在TS2时隙在单元2写入数字话音CMA0在TS7时隙读出单元7的内容2，控制SMA1读出单元2的数字话音SMA0在TS7时隙从单元2读出数字话音（去S的母线1）7SMA0写入读出CMA000ATS2W时隙脉冲RWRCPU时隙脉冲A---B正向接续过程（1）AATS7HW022GotoS7905二月20232）S在TS7时完成HW0到HW2的交换（输入控制）S共有3个CM（CMS0、CMS1、CMS2，对应A级母线)在CPU控制下，在CMS0的单元7写入2A---B正向接续过程（2）HW0HW1HW2HW0HW1HW220127ATS7ATS7FromA级TGotoB级T8005二月20233）B级T完成HW2的TS7到TS31的交换（输入控制）CMB2在CPU控制下，在单元7写入31CMB2在TS7时隙读出单元7的内容31，控制SMB2将数字话音写入单元31SMB2在TS7时隙在CMB2控制下，在单元31写入数字话音SMB2在T31时隙从单元31读出数字话音7SMB2写入读出CMB200单元号ATS7R时隙脉冲WWRCPU时隙脉冲A---B正向接续过程（3）AATS31HW23131HW2FromS8105二月2023反向通路中间时隙的选取与正向中间时隙相差半帧时隙，具体计算如下：假设每条母线时隙数为n正向中间时隙为p，则反向中间时隙q为：B---A反向接续q=p+n/2（当p+n/2<n时）

q=p－n/2（当p+n/2>=n时）本例中，n＝32，p＝7

则q=7+32/2=23注意：正、反向中间时隙同时由CPU选取，要求同时为空闲时隙8205二月2023反向接续过程分析已选好反向接续中间时隙为TS23要实现

B用户：HW2的TS31

TASTB

A用户：HW0的TS2将接续分解为三个步骤：（1）A级接线器（TA

）完成HW2的TS31到TS23的交换（2）S接线器在TS23完成HW2到HW0的交换（3）B级接线器（TB

）完成HW0的TS23到TS2的交换8305二月20231）A级T完成HW2的TS31到TS23的交换（输出控制）CMA2在CPU控制下，在单元23写入31SMA2在TS31时隙，在单元31写入数字话音CMA2在TS23时隙读出单元23的内容31，控制SMA2读出单元31的数字话音SMA2在T23时隙从单元31读出数字话音23写入读出CMA200BTS31W时隙脉冲RWRCPU时隙脉冲B---A反向接续过程（1）HW23131去SSMA2BBTS238405二月20232）S在TS23时完成HW2到HW0的交换（输入控制）S共有3个CM（CMS0、CMS1、CMS2，对应B级母线)在CPU控制下，在CMS2的单元23写入0B---A反向接续过程（2）HW0HW1HW2HW0HW1HW2001223BTS23BTS23FromA级TGotoB级T8505二月2023

3）B级T完成HW0的TS23到TS2的交换（输入控制）CMB2在CPU控制下，在单元23写入2CMB2在TS23时隙读出单元23的内容2，控制SMB2在单元2写入数字话音SMB2在TS23时隙，在单元2写入数字话音SMB2在TS2时隙从单元2读出数字话音23写入读出CMB200BTS23R时隙脉冲WWRCPU时隙脉冲B---A反向接续过程（3）HW222SMB2BBTS28605二月2023每条输入母线需要一个T接线器每条输出母线需要一个T接线器输入母线和输出母线的T接线器控制方式应不同接续路由是通话双方双向的，同时占用/释放必须同时选取正反路由的中间时隙中间时隙（公共时隙）用作S接线器的交换时隙正反中间时隙都必须是空闲的正反路由中间时隙相差半帧时隙特别注意：TST交换网络存在阻塞问题TST交换网络小结内部阻塞问题示例2x21212TTHW1HW2HW1HW2SATS1TS1BTS2TS1CTS2DTS3TS2ABBTS1ATS1ATS1BTS2DTS3假设每条HW复用的时隙数为3，交换机为A~D四个用户分配如下的链路资源：用户A：HW1的时隙1用户B：HW2的时隙1用户C：HW1的时隙2用户D：HW1的时隙3当用户A和B之间的双向通话链路已如图建立，那么新加入的用户C和D之间的双向通话就无法建立。CTS2DTS3DTS38805二月2023STS交换网络－自学CMS313231312231ABBATS31TS2ABTS31TS2SMT3CMT3BABATS31TS2SASBBA231SMT1输入控制输出控制输出控制8905二月2023思考对于T-S-T交换网络，输入和输出端T接线器的工作方式一般要相反，这样做有什么好处？S接线器的工作方式对交换网络有无影响？9005二月2023不同控制方式的比较2CMA72CMB237CMA22CMB23233173131237317CMA223CMB22CMA723CMB23123317231317输出－输入－输入输入－输入－输入输入－输入－输出输出－输入－输出正向正向反向反向9105二月2023

入、出交换网络信息的示意图数字交换机中的话路连接本局用户发本局用户收入中继出中继信号设备入中继出中继本局用户发本局用户收交换网络本局用户其他局局内用户交换话路示例数字交换机中的话路连接用户电路DMTM0TSTD0TD31M31T用户电路用户电路用户电路MDTDMTMDT用户级PCM0出PCM7选组级PCM0入015选组级PCM0出0入70入70出7选组级PCM31入选组级PCM31出015015015AAABBABBFBFB9305二月2023局内用户交换话路连接示意说明图中用户级描述共有16个用户模块（只画2个），每用户模块接240个用户（假设）每个用户模块都有一个前向（F）和后向（B）交换网络，由T接线器组成，完成用户的复用（集中）用户级T完成256个时隙的交换（240个用户话务的集中）在用户级输出8条母线（每条32时隙，2.048Mbps的速率）连至选组级9405二月2023局内用户交换话路连接示意说明图中选组级描述选组级交换网络采用TST，共有32条母线输入母线来自复用器，每条输入母线由16条32个时隙的HW复接而成，故母线复用度为32X16=512个时隙TST的交换的时隙数为：512x32=16384输出母线连接分路器，每条512时隙的HW分路成16条32个时隙的HW，然后送到用户级后向通路（也可能送至中继口）9505二月2023局内用户交换话路连接示意说明需要理解的几个问题每个用户一旦开通，用户线对应的用户电路和用户模块的物理位置就定了。同时每个用户都分配了一个固定的时隙，但这个固定时隙仅在用户级有效当用户级通过复用后进入选组级交换网络时，对应分配给某个用户是临时分配的，通话结束拆链后归还选组级的复用线（母线）是由用户级复用线再度复接而成，因此选组级的复用线的复用度（一条复用线的时隙数）一般大于用户级用户级母线接入哪条选组级母线或选组级输出母线连接哪条用户级母线不是固定的，本图中只是一个案例A用户和B用户间的通话话路（B到A类似）ATSAMATSA256时隙DT接线器ATSx256时隙自A用户电路ATSY32时隙TSTMATSZ512时隙用户级HW0或其他

选组级入HW0或其他ATSp512时隙

选组级出HW31或其他DATSq32时隙HW15或其他M32时隙用户级HW0或其他ATSqT接线器ATSr256时隙ATSB256时隙DATSB去B用户电路n模块后向通路（接B用户），用户级0模块前向通路（接A用户），用户级选组级9705二月2023几个基本概念话务量呼损数字交换网络的阻塞问题探讨控制部件呼叫处理能力－BHCA3.3.6数字交换网络的阻塞9805二月2023话务量也称电话负荷，通俗理解为表达电话网内机线设备负荷数量的一种量值话务量定义：在单位时间T内发生的呼叫次数与平均占用时间t的乘积

A=N*CT*t（N为用户数，CT为一群用户在T时间内的呼叫次数，t为平均占用时长）话务量9905二月2023话务量单位：爱尔兰Erl；小时呼（T.C）；分呼（C.M）；百秒呼（C.C.S）1Erl＝1小时呼＝60分呼＝36百秒呼理解话务量注意：通常话务量是指最忙1小时的话务量（亦称话务量强度）任何一条信道的最大话务量为1Erl话务量单位最近我国话务量统计资料表明：一个用户的话务量为0.1Erl，即话路利用率为10％一条中继线的话务量为0.6～0.7Erl，即中继线利用率为60％～70％10005二月2023概念用户在一次呼叫时，因交换网络中已找不到出线，而未能完成通话，称为呼叫损失，即“呼损”呼损是偶然发生的，因此也称为“呼损概率”引起呼损的原因交换网中已没有出线交换网络内部阻塞话务量突增交换机对呼损的处理方式明显损失制等待制呼损10105二月2023交换网络为何会出现内部阻塞？为实现大容量，交换网络通常需要多级因而在入出线之间存在内部连线，称为“链路”当出线空闲，而内部链路不空闲时，也会导致呼损，称为交换网络的内部阻塞内部阻塞的解决措施扩大内部链路数交换网络的内部阻塞问题思考：内部链路数为多少时，交换网络为“无阻塞网络”？解决内部阻塞问题的示例2x21212TTHW1HW2HW1HW2SATS1TS1BTS2TS1CTS2DTS3TS2ABBTS1ATS1ATS1BTS2DTS3为解决上述TST网络的内部阻塞问题，可以适当增加S接线器的所有输入/输出母线的时隙数。可以证明，当S接线器的所有输入/输出母线的时隙数增加到5时，上述TST网络就变为内部无阻塞的。CTS2DTS3DTS3CTS2DTS32x21212TTSATS1TS1BTS2TS1TS2ABBTS1ATS1ATS1BCTS3DTS4CTS3DTS4TS2DTS3C10305二月2023交换网络的内部阻塞阻塞概率的计算方法：先将数字交换网络等效成相应的空分模拟交换网络。然后分析该空分模拟交换网络的内部阻塞问题。结合数字交换网络在呼叫接续中的特点，对结果加以修正。补充内容10405二月2023T-S-T的等效网络T-S-T交换网络T-S-T等效网络16条输入母线

16条输出母线

每条母线256个时隙

0115012550115012550125501255012550125501255ABCSMA0SMA1SMA15HWU0HWU1HWU15SMA0SMA1SMA15HWU0HWU1HW1515100115TST001515015015015015补充内容........中间S接线器之所以等效为256个交换网络，是因为S接线器每次只能同时交换16路信号，因此必须有256个等效网络10505二月2023等效网络阻塞的计算等效的空分模拟交换网络输入和输出线各为256*16=4096条A级与B级之间、B级与C级之间链路也为4096条假设每条入线话务流量为Y1，则每条入线占用概率为Y1。故每条链路空闲概率为（1-Y1）AB级间的链路和BC级间的链路同时空闲的概率为（1-Y1）2

，通常为（1-Y1）K-1

（K为交换网络级数），此处K=3所以一条通路忙(即不同时空闲)的概率为[1-（1-Y1）2]一条入线到出线之间最多能利用256条通路完成连接，当全忙时则无法接续，所以阻塞的概率为[1-（1-Y1）2]L

（L为256）补充内容10605二月2023网络阻塞概率公式修正补充内容修正原因：在空分模拟交换网络中只需一条通路即可完成双向话音传输，而数字交换网络中需要两条通路所以两条链路同时空闲的概率为[(1-Y1)2]2，即(1-Y1)4所以两条链路不同时空闲的概率为[1-(1-Y1)4]当两条通路同时处于同一个T型接线器时(同一个A和C)，则阻塞概率为[1-(1-Y1)4]L/2当两条通路处于两个T型接线器中时，则阻塞概率为[1-(1-Y1)4]L所以，呼叫在交换网络中发生阻塞的概率为

P=1/T[1-(1-Y1)4]L/2+(T-1)/T[1-(1-Y1)4]L

此处L=256，T=16同一个A级和C级接线器（只有1/T种组合）不同A级和C级接线器（有T-1/T种组合）10705二月2023无阻塞交换网络条件设A级入线与出线之比为n:m，C级为m:n,则无阻塞交换网络的条件为m>=2n-1。当n很大时，一般取m=2n。物理含义：对于T-S-T网络，只要网络内部时隙数为网络输入时隙数的两倍，则是无阻塞网络。补充内容10805二月2023控制部件的呼叫处理能力评价程控交换机的两个参数交换网络可以同时连接的路由数－话务量单位时间内控制设备能够处理的呼叫数－BHCABHCABusyHourCallAttempts－忙时试呼次数含义：单位时间内处理的呼叫总数10905二月2023影响程控交换机呼叫处理能力的因素系统容量的影响容量越大，呼叫处理能力越低。如扫描开销比较大。系统结构的影响多处理机通信的影响负荷分担的影响备用方式的影响（校对、话务分担）处理机能力的影响指令系统的强弱时钟频率的高低访问存储空间I/O口的类别和数量软件设计水平的影响操作系统程序效率11005二月2023分级控制结构的交换机硬件话路部分控制部分信令设备数字交换网络数字中继用户处理机用户电路中央处理机用户模块用户级PCM流远端模块数字中继线选组级用户电路用户处理机数字中继存储器I/O设备数字中继模拟中继线模拟中继控制设备用户电路交换机内部11105二月20233.4程控交换系统的控制部件

3.4.1对控制部件的要求3.4.2控制系统的结构方式3.4.3多处理机结构3.4.4备份方式与故障处理3.4.5处理机之间的通信方式11205二月20233.4.1对控制部件的要求呼叫处理能力含义：在保证规定的服务质量标准的前提下，处理机能处理呼叫要求的数量。表示方式：常用最大忙时试呼次数来表示。BHCA(MaximumNumberofBusyHourCallAttempts)标识系统性能指标之一。可靠性要求长时间连续工作无故障，或故障后快速恢复灵活性和适用性经济性11305二月20233.4.2控制系统的结构方式

系统指一台由若干处理机控制的程控交换机及其控制部分。控制方法集中控制分散控制11405二月2023集中控制概念每台处理机都能到达系统的所有资源，也能执行所有功能优点改变功能只需改变软件，容易升级处理机故障，不会影响系统工作缺点程序太大，管理复杂改动一点，涉及全局，不利于模块化11505二月2023集中控制处理机1处理机2处理机n资源1资源2资源n功能1功能2功能n

每台处理机都对所有资源进行操作能独立完成所有功能11605二月2023分散控制概念每台处理机只能操作部分资源，控制某一部分，每台处理机只完成自己的功能。需要处理机之间通信，协同工作。各处理机功能的分配：静态和动态静态分配：各部分独立硬件和软件，完成独立功能动态分配：在特定状态下，各处理机只完成部分功能，需要时可完成全部功能静态分配设计简单，易于管理，便于模块化动态分配设计难，实现复杂，难管理，不宜模块化程控交换机一般采用分散控制的静态分配方式11705二月2023分散控制（静态分配）

每台处理机只能对部分资源进行操作只能独立完成部分功能所有处理机相互通信，协同工作资源1资源2资源n功能1功能2功能n处理机1处理机2处理机n11805二月20233.4.3多处理机结构

现今程控交换机都采用多处理机结构，分散＋集中控制结合方式工作方式按功能分担按话务分担备用方式控制用户级的用户处理机控制交换网络的中央处理机处理前台和后台的处理机（显示、输入）供管理和调度的专用处理机控制中继电路、信号设备等的专用处理机指每台处理机完成一部分话务处理功能每台处理机都有备份，主/备方式主用机故障时，启动备用机工作11905二月20233.4.4备份方式与故障处理

备份方式冷备份热备份平时备用机不加电，主用机故障时，人工启动备用机正在处理和已经接续的呼叫全部中断和丢失平时备用机加电，并同时存储呼叫数据一旦主用机故障，自动切换到备用机工作已经建立的呼叫不中断，正在建立的呼叫中断，需重新开始从可靠性出发，热备份具有较好的服务质量热备份工作方式包括：同步方式互助方式主/备方式12005二月2023热备份－同步方式

工作原理主/备用机同时接收信息，执行相同的命令，并进行比较比较结果相同，则执行下一条指令，否则说明故障产生，退出服务，进行故障处理正常时，只有主用机向外设发布命令或输出数据，主用机故障时，自动转向备用机控制电话外设处理机A比较器存储器处理机B12105二月2023热备份－同步方式

故障处理过程1）比较结果不相同，说明故障产生2）两机立即脱离，分别启动各自检查（诊断）程序：若确有一台故障，故障机退出服务若两机正常，主用机继续工作，备用机退出3）若主用机再次故障，立即换上备用机4）若主用机在10～20ｓ内不再故障，说明刚才的故障为临时的。主用机继续工作，仍需对备用机仔细测试以备用电话外设处理机A比较器存储器处理机B12205二月2023热备份－同步方式同步方式下备用机状态转换图脱机状态校验状态同步状态备用机准备就绪主备用机存储器内容一致比较数据出错、修改软件或测试外设12305二月2023热备份－互助方式

工作原理多台处理机各自分担一部分话务量各自具有自己的存储器，独立工作彼此可交换信息（以便发现故障）每台处理机故障时，其负荷由别的处理机分担电话外设处理机A存储器处理机B电话外设存储器12405二月2023热备份－互助方式

故障处理过程1）平时各处理机分担一部分话务量2）处理机之间互通信息，当一台处理机故障时：故障机立即退出服务故障机所有业务由另一台分担

处理带来的影响１）正在处理的呼叫被丢失，需要重新开始２）对正在振铃、通话中的用户，呼叫不丢失电话外设处理机A存储器处理机B电话外设存储器12505二月2023互助方式举例在一个用户框内有两个DRV32板。DRV32单板的串行通信口驱动功能模块工作于互助方式。正常工作时，每块DRV32单板分别负责各自半框串行通信口驱动。当其中一块DRV32板串口通讯故障或主机强制互助时，在主机控制下，进入节点互助状态，由正常的DRV32完成整框的串行通信口驱动。DRV32单板上的收号器工作于负荷分担方式，每块单板上的收号器均可供整框用户使用。12605二月2023热备份－主/备方式

工作原理平时只有主用机工作，备用机加电但不处理数据两机可共用存储器，也可各自有存储器如果各自采用存储器，则主用机必须同时向两个存储器写数据主用机故障时，切换程序动作，自动启动备用机。电话外设处理机A存储器备用机B存储器12705二月2023热备份－主/备方式

故障处理过程备用机平时不参与呼叫处理，当主用机故障，由切换程序启动，直接切换到备用机上，而不作校验。

处理带来的影响１）正在处理的呼叫被丢失，需要重新开始２）对正在振铃、通话中的用户，呼叫不丢失电话外设处理机A存储器备用机B存储器12805二月2023主/备方式举例SM模块的交换网络采用主备用配置方式，采用共写分读方式作热备份。时钟框共有2个CK2槽位，2块CK2板处于主备用热备份状态。如果不在数据上作设置，通常开机时由硬件自动判定时钟精度高的CK2板为主用板。12905二月2023冷备份的故障处理及影响

备用机平时不加电，主用机故障时，由人工切换备用机没有呼叫处理数据，无公共存储器（使用自备存储器）主用机故障时，备用机加电初始化，正在接续和已经建立的呼叫全部中断。13005二月2023几种备份方式的比较备份方式优点缺点热备份同步对故障反应快，丢失数据少比较、校验占用时间，降低处理能力，易出现软件故障互助偶然性故障处理能力强软件复杂主/备软件相对简单，无比较，无校对共用存储器，效率低冷备份最简单切换时，所有呼叫全部丢失13105二月20233.4.5处理机间的通信方式多处理机系统中，处理机间的通信是必须的。采用类似计算机通信网的方式。由于有远端模块，因此涉及到远距离通信。通过PCM信道通过计算机网络常用通信方式处理机间通信方式总线结构环型结构13205二月2023通过PCM信道进行通信通过TS16进行通信TS16本来用来传输局间的数字线路信号（标志信号码）用，在从局到另一局之后就没用了，因此可用来作处理机间通信用。优点：附加硬件、软件少，可以方便地和远端通信。缺点：信息量少，速度慢。通过数字交换网络的PCM信道直接传送作为一个独立的时隙数据（任意时隙）通过PCM语音信道传送，进行交换，要用不同的标志加以区别。优点：传输信息量大，可提高速度。缺点：占用通信信道，费用大，影响通信量。13305二月2023采用计算机网络常用方式－多总线结构：由一种总线连接所有处理机两种耦合方式紧耦合：多处理机之间通过共享存储空间传递信息。松耦合：多处理机间通过I/O结构传送信息总线结构通信的必要条件有一组共享总线及多总线协议多处理机占用总线的控制与判优电路总线结构的实现方式共享存储器共享输入/输出接口13405二月2023多总线方式－共享存储器（自学）若干处理机连接若干存储器。共享存储器方式：互连方式时分总线互连交换矩阵互连多通道互连13505二月2023多总线－共享存储器－时分总线互连

所有存储器与处理机均连在总线上PPPMM存储器处理机总线需要一种方法分配总线控制权13605二月2023总线判别法一：PPPMM存储器处理机总线

每台处理机有一条专用请求线和一条允许线接判别器，判别器根据优先权，对每个处理机分配总线控制权。判别器请求线允许线优点：灵活缺点：每台处理机需要两条控制线多总线－共享存储器－时分总线互连13705二月2023总线判别法二：PPPMM存储器处理机总线

所有处理机用同一条请求线和一条允许线。判别器收到请求后，通过地址或时间片判别请求的处理机。判别器请求线允许线优点：控制线减少缺点：判别复杂度增加多总线－共享存储器－时分总线互连13805二月2023总线判别法三：PPPMM存储器处理机总线

所有处理机共用请求线，但允许线串联。判别器收到请求就发允许信号，则处理机一级一级传下，直到提出请求的处理机上。判别器请求线允许线优点：控制线减少（允许线）缺点：增加处理机的判别难度，且有一定延时多总线－共享存储器－时分总线互连13905二月2023

每台处理机和存储器都有独立总线，由一台单独的处理机控制交换矩阵。PPPMMM存储器处理机P优点：避免总线结构造成的“瓶颈”缺点：处理机和存储器增加，矩阵容量以平方增长控制多总线－共享存储器－交换矩阵互连

14005二月2023多总线－共享存储器－多通道互连PPMM存储器处理机存贮器有多通道，分别接不同处理机。典型的如：双口RAM优点：提供较高速度和通信量缺点：对存储器要求较高，要有双向端口14105二月2023多总线－共享输入/输出接口通信一台处理机将另一台处理机看作一般的输入/输出端口，如并口或串口特别提示：共享存储器方式：