富士通F150 PCM及时隙交换原理

PCM基本原理及F-150SPS的时隙交换原理福建富士通2004.06TEC-F150-002-A1一.PCM基本原理脉冲编码调制(简称脉码调制)即PCM的原理1.时间分割多路复用原理:见图1.1所示.图.1.1时分多路复用原理在发送端有个”选择器”按一定时间分配分别接通每一路信号。这样在选择器的输出端就会是3个话路的复用信号了。这个选择器实际上是完成”抽样”的功能。在接收端,由”选择器”按次序将三路复用的话音信号分别分配给3个话路。2一.PCM基本原理2.抽样信号的量化和编译码:话音频带为300~3400HZ,

抽样频率取8000HZ.,抽样信号采用压扩法进行量化,编码.图1.2抽样原理示意图量化过程就是把在输入端连续变化的有无限种幅度的模拟量变成在输出端的有限种幅度的模拟量。3一.PCM基本原理3.抽样信号的量化和编码:抽样信号采用压扩法进行量化,编码.图.1.3压扩法基本原理示意图4一.PCM基本原理3.抽样信号的量化和编码:抽样信号采用压扩法进行量化,编码.

量化共分为正负8段,每段可以进一步分为16个等份,每一等份为一个量化级。这样共有±8X16=±128量化级。因此,在32路PCM中用8位码来表示。经过量化后的信号要通过编码处理变成一组码子,它由各种码元组成。32路PCM采用8位码,分为三部分:最高位为极性码,代表信号的极性;剩下的7位码正好代表128个量化级。其中高三位为段落码,共有8段;低4位为段内码,即每一段分为16个量化级。5一.PCM基本原理4.传输码型:编码器的输出码型有以下几种.见图1.4所示.图.1.4PCM

码型6一.PCM基本原理5.HDB3码的转换:HDB3码的转换过程见图1.5所示.图.1.5HDB3三阶高密度双极性码7一.PCM基本原理5.HDB3码的转换:HDB3码的转换过程见图1.5所示。图中(a)为单极性不归零码;(b)为双极性归零码;(c),(d),和(e)是将它转换成HDB3三阶高密度双极性码的转换过程。转换过程如下:(1).在(b)中,依次将4个连续的”0”编成一组;(2).在(c)中,将每组最后的一个”0”用”1”取代,以V+或V-表示。新加上的”V+”,”V-”和前面的一个”B+”,”B-”同极性。这样新加的V+,V-破坏了原来的”+,-”交替的规律。将”V+,V-”称为”破坏点”

。(3).在(d)中,为保证线路中没有自流分量,要求相邻两个破坏点的极性不一样。要求两个破坏点间有奇数个”1”来达到。也就是说在两个破坏点间遇到偶数个(或零个)”1”时中间加一个”1”,即加(B’+或B’-),其极性和前一个破坏点相反。8一.PCM基本原理5.HDB3码的转换:HDB3码的转换过程见图1.5所示。(4).在(d)中,设在信元(1)以前的破坏为V-的情况下。(5).在(e)中,设在信元(1)以前的破坏为V+时,在信元(6)的破坏点应改为V-。同理,在信元(11),信元(15)和信元(22)的破坏点的极性都应改变。由于信元(6)的破坏点极性改成了V-,按照上述的规则在信元(7)新加的B-应改为B+(使其极性与前一破坏点的极性相反)。在信元(2)的位置上也应加上B’-。同理,在信元(12),(17),(18),(19),(24),(26)中的极性也应进行相应的变更。

9一.PCM基本原理PCM的帧结构:见图1.6所示.1).时隙和帧:PCM的抽样频率为8000HZ。也就是每隔125μs抽样一次。对每一个话路来说,每次抽样值经过量化后可编成8位PCM码组,这就是一个”时隙”。在32路PCM系统中,32路复用,即在125μs范围内要有32个时隙。每一个时隙占3.9μs。而32路合起来的125μs时间内由32个时隙合成一个帧,16帧合成一个”复帧”。一个复帧为2ms。10一.PCM基本原理2).32路PCM的帧结构:见图1.6所示.

一个复帧由16帧组成,1帧由32个时隙组成。时隙1∽15,17∽31共30个时隙用来作话路,传送话音信号。时隙0(TS0)是帧定位码,用于发/收端的同步。其中偶数帧(TS0)的2∽8位为帧定位码组,规定内容为0011011;奇数帧的4∽8位是备用码组,用于国内通信。当数字链路跨越国际边界,或这些比特不被利用时,则将其固定为”1”。第三位是帧告警码,用于指示远端失步告警(非告警状态为”0”;告警状态为”1”),奇数帧的第二位用来区别是偶数帧还是奇数帧。时隙16用于传送话路的标志信号,F1∽F15的TS16传送30个话路的标志信号。每路占4比特,以a,b,c,d

表示。F0的TS16为复帧定位码组,第1∽4位为复帧定位码组(“0000”),第6位为复帧告警指示。11一.PCM基本原理图1.6

32路PCM的帧结构12

二.F-150话路子系统SPS

LCDSMDTDTLCATDTRECCSEICPRCCACSEMPRTWSSCWSVDUMOSPS子系统MOS子系统CPS子系统F-150系统结构图13二.F-150话路子系统SPS话路子系统（SPS）是F-150交换系统的组成之一，在CPC中的CC控制下建立话音通道，实现话音和数据的交换。1.F-150话路子系统的组成

话路子系统(SPS)是由交换网络和用户集线器(LC),模拟中继(AT),数据终端(DT),音发生器(RNG)及接收器(REC)等各种功能模块组成。14二.F-150话路子系统SPS1).交换网络交换网络是SPS的重要组成部分，采用T-S-T的结构实现话音和数据交换。F-150交换系统最多可以安装64个交换网络DSM。每个DSM容纳32条2MbpsHW,即1024个TS,960个话音通路。交换网络由

TSWSH

和

SSWSH

组成。TSWSH实现两级时分交换（初级和次级时分交换）。SSWSH实现空分交换。一个TSWSH容纳4个DSM,DSM的内部传输速率是8Mbps。一个SSWSH实现16NWX16NW的空分交换。15二.F-150话路子系统SPS

2)

终端设备(1).用户集线器LC:用户集线器有LC-A和LC-C。

LC-A用户集线器用于模拟用户，实现用户话务量的集中和分配功能。由LPRSH和SLCSH组成。

LC-C用户集线器既可安装模拟用户又可安装数字用户。由LCSH、DLCSH、DTSH和SLCSH组成(LCSH包括执行一级时分交换的硬件(SP)和用户处理机部分(CP/IO),DLCSH为ISDN用户提供基本速率接口.DTSH提供一次群速率接口,SLCSH为模拟用户提供接口).(2).数字中继DT:CPR下DT提供局间中继，LC-C下DT提供PRI和V5接口。(3).音信号接收器REC:包括DTR、MFCREC、MFREC等。(4).模拟中继AT:包括TWT、TKT、JTE、CSEI等。(5).同步设备:

主要为同步机框。16二.F-150话路子系统SPS

2.交换网络

1).概念:

交换网络是话路子系统(SPS)的主要组成部分，能够实现话音和非话音数据的全透明传输和无阻塞的数据传输，采用双备份结构。F-150交换系统的交换网络采用时分－空分－时分(T-S-T)结构，T-S-T交换模块称为数字交换模块(DSM)，一个DSM容纳32条2MbpsHW即1024个时隙(TS),其中960个话音通道。双备份的DSM通过信号接收分配器（SRD〕和SP－bus与CC相连。系统最大结构为64个DSM，而一个CPR最多可控制8个DSM。也就是一个CPR可控制2个TSWSH－G或2个TSWSH－H。17二.F-150话路子系统SPS图2.1DSM结构

P-TSWSSWS-TSWP-TSWS-TSW960ch1024TS(64)(64)960ch960ch960ch1024TS1024TS1024TSFromterminalToterminal18二.

F-150话路子系统SPS图2.2

交换网络的结构19二.F-150话路子系统SPS

2).网络中的名称SPC:一对双备份的DSM称为一个话路控制器SPC，并在一个

CPR中对其进行连续的编号。即每个CPR中的编号为

SPC0~SPC7。SPU：一个SPC中的一个DSM称为话路单元SPU(SPU00/01,10/11,20/21,30/31对应SPC0~3）.NW:在局数据中使用，编号0~63。NW号和SPC号没有一一对应的关系。出于维护的目的，网络号是以4个

DSM为单元分配给每个SRD的。SRD:信号接收分配器，一个SRD最多带4个SPC(SRD00/01-SPC0~3,SRD10/11-SPC4–7)为了维护，通常用NW

号代替SPC号，如进行网络测试时就使用NW号。

20二.F-150话路子系统SPS

CPR、NW和SPC的对应关系(例)－16～1920～238～11－4～712～150～3NW号4～70～34～70～34～70～34～70～3SPC号4321CPR号21二.

F-150话路子系统SPS22二.F-150话路子系统SPS3).硬件组成

交换网络由时分交换机框(TSWSH)和空分交换机框(SSWSH)组成。时分交换机框(TSWSH):可容纳4个DSM的时分交换(MPXDMPX/PTSW/STSW/RSM/SSMPTC/STC/SWC/PAD/PADC/TMG)。空分交换机框(SSWSH):执行16NWX16NW的空分交换

(SSW)。23二.

F-150话路子系统SPS(1).TSWSH–C系统结构.:

TSWSH-C是双备份的,能实现多达4个网络（NWs）的功能。在图2.3中NW1用作时分交换，信号接收分配器SRD用作与中央控制器CC的接口。TSWSH-C连接到两个SSWSH–Bs。图案2.4TSWSH–C系统结构24二.

F-150话路子系统SPS(2).SSWSH–B的系统结构:

SSWSH-B是双备份的。每个SSWSH-B有16×16的空分交换网络矩阵.图2.5SSWSH–B系统结构25二.F-150话路子系统SPS(3).32-网络系统结构由TSWSH-C与SSWSH–B结合可构成一个最大为32—网络的系统。图2.632–网络系统结构

(TSWSH-C和SSWSH-B)10011126二.

F-150话路子系统SPS(4）64-网络系统结构

如果采用一个扩充层架EXTSH-A将TSWSH-C与SSWSH-B组合起来，可以构成一个64—网络的系统结构。这是FETEX-150的最大网络系统结构。EXTSH-A将TSWSH-C和SSWSH-B之间的连接路由增加一倍。图2.7给出了EXTSH-A的功能概况。图2.8给出了64－网络的系统结构。图2.7EXTSH-A的功能27二.

F-150话路子系统SPS图2.864－网络的系统结构（TSWSH-C、SSWSH-B

和EXTSH-A）01020310111213203021222331323328二.F-150话路子系统SPS3.交换网络功能1).交换网络的构成:

*1.

数字交换模块的组成:复用器MPX/分线器DMPX*2.初级时分接线器PTSW/初级时分接线器控制器PTC*3.空分接线器SSW/空分接线器控制器SWC*4.次级时分接线器STSW/次级时分接线器控制器STC*5.接收信号存储器RSM/信号接收分配器SRD*6.定时发生器TMG

一个交换网络经

8

条数据链(DL0~DL7)可收容32

条2Mbit/sHW

的数据。(DLO:HW0~

3/DL1:HW4~7/DL2:HW8~11/

DL3:HW12~15/

DL4:HW16~

19/DL5:

HW20~23/DL6:HW24~27/DL8:HW28~31)

一条数据链由128时隙组成（DTS0～127）。29二.F-150话路子系统SPS2).网络和终端间的接口:

终端是通过光纤电缆与网络相连接。光纤数据链上的主要功能如下:

把传输的数据信号从电信号转换成光信号。把传输的数据码从NRZ转换成CMI(CodedMarkInversion)光信号。从接收到的信号中提取出时钟信号。图2.9

二进制信号转换为CMI

在二进制传输码中,”1”比特表示正负状态交替变化。而每个”0”比特总是表示在一个比特间隔中的前半部为负,后半部为正。一个CMI码的任何一对比特,它们的极性至少变化一次。因此,与数据同步的时钟成分可以从CMI码中提取出来。数据的开始可以根据检查CMI码中”1”的交替变化规律是否被违反来确定。

在交换网络中,PCM数据是采用NRZ码传送的参见图2..2<1>所示。因此,网络一侧的终端接口电路和终端一侧的网络接口电路把数据从NRZ码变换为CMI码,从而,从CMI码的数据中提取出时钟信号。并将CMI码变换为NRZ码,在NRZ码和CMI码的变换期间进行帧时钟信号的插入和提取。30F-150话路子系统SPS3).数据链号、DTS号和网络时隙号NTS之间的关系参见下图2.10

DLNO.L2L1L0TSNOD6D5D4D3D2SHHWNOD1D0T4T3T2T1T0H4H3H2H1H0

N9N8N7

N6N5N4N3

N2N1N0

T4T3T2T1T0

H1H0H4H3H2

TSNO.SHHWNO.DLNO.DTSNO.NTSNO.NTSeNO.

T4~T0表示TS号=TS0~TS31H4~H0表示HW号=HW0~HW31（在旧型交换网络中NTS号的定义）(在改进型交换网络中NTSe

的定义)图2.10

时隙对应图31二.F-150话路子系统SPSMPXNIHWNITSPTSWP-HWITSSSWNOHWNOTSDMPX图2.11

数字交换模块的组成S-HWITSSTSW32二.F-150话路子系统SPS4.交换操作

交换网络的所有操作是由CC发出的控制数据进行控制的，这些控制数据通过话路总线(SP-BUS)经SRD送到各个控制存储器，最终由相应的控制存储器完成指定的工作。

根据转送方向，SP-BUS分为两类：

话路地址总线(SPAB)和话路应答总线

(SPWB)。*1.SPAB总线：CC送往SRD的控制数据通过SPAB总线传送。

SPAB总线共有23

条：

16条数据线（D0~D15),

1条奇偶校验线PTY)，

2条同步信号线(ASYNF/ASYNS),

4条ACT信号线。

SPAB数据由32位码组成。而CC和SRD间只有17条数据线，所以32位数据要分2次转送。每次与一个同步信号和一个奇偶校验信号一同转送。33二.F-150话路子系统SPS4.交换操作

ASYNF用于第1次数据同步；

ASYNS

用于第2次16位数据同步。

4条ACT信号线转送ACT信号到SRD，它指明双备份中哪个CC为主用。使用2条ACT信号线是为了能够检测

ACT信号的出错，而使用2对ACT(ACTA/ACTB）信号线是为了防止一个SRD出现故障影响其他SRD。*2.SPWB总线：SRD送往CC的控制数据通过SPWB总线传送。

SPWB总线共有20条：16条数据线（D0~D15),1条奇偶校验线PTY)，2条同步信号线(WSYNF/WSYNS),1条ASW全好信号线。由此可见，17条数据线（16＋1P）具有双重作用，既属于SPAB总线，也属于SPWB总线。34二.

F-150话路子系统SPS图2.12

交换网络控制图

35二.

F-150话路子系统SPS图