数字交换网络.ppt
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1、第四章 数字交换网络,4.1 数字交换原理 4.2 T型时分接线器 4.3 S型空分接线器 4.4 数字交换网络,第四章 数字交换网络,4.1 数字交换原理 4.2 T型时分接线器 4.3 S型空分接线器 4.4 数字交换网络,4.1 数字交换原理,一、交换网络概念 交换网络特指交换机内部能完成出入线上不同用户信息 相互交换的接续网络;交换网络是交换机实现用户间信息动态传输交换的关键部件。根据交换机传输信号的不同,交换网络有多种形式:模拟交换网络:用机械式触点开关或半导体器件作为交换接点,用于交换模拟信号。信号有损耗,时延较大。已淘汰 数字式交换网络:由数字逻辑器件构成,用于完成数字PCM信号
2、传输和交换的数字式网络。速度快,信号无损耗。,程控数字交换机的基本结构,二、知识回顾,数字程控交换采用的是同步时分复用技术来传输用户信息;中继线的传输能力被分成若干时隙(TS:Time Slot)提供给不同用户传输信息;不同用户信息位于不同中继线上的不同时隙,以PCM信号传输,每个时隙传输8bit PCM编码;PCM 30/32路系统一帧共有32个时隙,其中TS0用来传帧同步信号,TS16传信令信号,剩下的TS1TS15、TS17TS31共30个时隙提供给用户作为30个可以共用的话路。一次群数据传输速率为8000Hz328bit=2.048Mbit/s,每个时隙作为提供给用户使用的通信信道,其
3、数据传输速率为8000Hz8bit64Kbit/s。,三、功能分析,0号入线的TS1时隙分配给A发话音,0号出线的TS1时隙分配给A收话音0号入线的TS2时隙分配给B发话音,0号出线的TS2时隙分配给B收话音1号入线的TS3时隙分配给C发话音,1号出线的TS3时隙分配给C收话音1号入线的TS1时隙分配给D发话音,1号出线的TS1时隙分配给D收话音2号入线的TS2时隙分配给E发话音,2号出线的TS2时隙分配给E收话音2号入线的TS3时隙分配给F发话音,2号出线的TS3时隙分配给F收话音,三、功能分析,AB间的交换必须完成同号线的不同时隙间的交换CE间和DF间的交换必须完成不同线且不同时隙间的交换
4、,数字交换网络必须能完成两种交换:时分交换和空分交换 时分交换就是时隙交换,将话音从某个时隙搬移到另一个时隙,不涉及空间线路间的交换。空分交换就是在某一时隙将话音从某一编号的入线交换到另一编号的出线,不涉及时隙交换。,四、时分交换的原理,如何实现“时隙交换”呢?答:可以用存储器暂存来实现时隙交换。顺序写入,延时控制读出。用来完成时隙交换功能的器件称为“T接线器”。,五、空分交换的原理,如何实现“空分交换”呢?答:可以用交叉矩阵来完成不同出入线的交换,控制不同的交叉点在不同的时隙闭合。用来完成空分交换功能的器件称为“S接线器”。,第四章 数字交换网络,4.1 数字交换原理 4.2 T型时分接线器
5、 4.3 S型空分接线器 4.4 数字交换网络,4.2 T型时分接线器,一、T型时分接线器的基本结构 T型时分接线器又称时间接线器(Time Switch),简称T接线器,用来实现时隙交换功能。它由话音存储器(SM:Speech Memory)和控制存储器(CM:Control Memory)组成,都是随机存储器(RAM)。话音存储器用来存储抽样编码后的PCM话音信息,其容量即存储单元个数与输入复用线上的时隙数相同(32,128,256,512等),每一个存储单元可以存储8bit信息。控制存储器用来控制话音存储器的写入或读出地址,容量一般与SM相同,每个存储单元存储的是发话人的话音信息在SM中
6、的存储地址,所以每个存储单元可以存储log2(N)bit信息,其中N为SM存储单元个数。,二、T接线器的控制方式,T接线器的控制方式有两种:输出控制和输入控制 输出控制:话音顺序写入SM,由CM控制读出SM中的内容,简称顺序写入,控制读出 输入控制:话音在CM控制下写入SM,顺序读出SM中内容,简称控制写入,顺序读出例:输入复用线上共有32个时隙(PCM30/32路系统),a要从TS1交换到TS8,b要从TS8交换到TS1,c要从TS2交换到TS15,分别要求用输出控制和输入控制方式的T接线器实现交换 图示见下页,T接线器的控制方式原理图,参时序图,思考问题,串并转换和并串转换?SM容量?CM
7、容量?SM中内容何时写入?CM中内容何时写入?SM读写冲突?话音传输有延时吗?输入控制T接线器工作特点?输出控制T接线器工作特点?,问题解答,1.串并转换和并串转换?答:进入SM前,PCM数据要经过串并转换变成8位并行数据,因而进入SM时速率降为2.048Mb/s8=256Kb/s,SM和CM的读写周期都是1/(256103)=3.9us;2.SM容量?答:因为复用线有32个时隙,所以SM共有32个存储单元,需要5位地址线寻址(A3A7),每单元存储8比特;3.CM容量?答:CM也有32个存储单元,因为用来控制SM的写入或读出,所以存储的是SM的地址,每单元存储log2(32)=5比特;,问题
8、解答,4.SM中内容何时写入?答:SM中每个单元的内容总是最新的话音样本信号,是随着新的输入时隙中的内容而不断变化的,在通话过程中,每个用户的话音抽样信号总是固定地占用某个编号的时隙,同时也固定写入对应的存储单元,例:上图中输出控制方式下,a占用TS1,所以总固定写入话音存储器的第1号单元。5.CM中内容何时写入?答:CM中每个单元的内容是在建立话路的时候由处理机控制写入的,在通话过程中不变,直到通话结束才被改变,重新写入0,这时候话路随之被拆除。6.SM读写冲突?话音传输有延时吗?答:SM的写入是在时钟脉冲的前半周期,读出是在时钟脉冲的后半周期,所以在经过T接线器后话音会有时延,时延为:(N
9、O-NI)mod N+0.5个时钟周期长度(cp),其中NI为输入时隙号,NO为输出时隙号,N为总时隙数。所以最长时延为(N-1)+0.5个cp,最短为0.5个cp。,问题解答,7.输入控制T接线器工作特点?答:输出控制方式下:话音顺序写入SM,由CM控制读出SM中的内容,SM中每个存储单元的地址与输入时隙号对应,CM中每个存储单元的地址与输出时隙号对应,存储器内容是输入时隙号。8.输出控制T接线器工作特点?答:输入控制方式下:话音在CM控制下写入SM,顺序读出SM中内容,SM中每个存储单元的地址与输出时隙号对应,CM中每个存储单元的地址与输入时隙号对应,存储器内容是输出时隙号。注:一个cp就
10、是一个时隙的时间长度。,三、串并变换,在进入SM前,PCM数据要经过“串并转换”变成8位并行数据,才能存入SM;而在读出数据时,也必须将8位并行数据转换回串行数据,因而需要进行“并串转换”。,1.时钟和定时脉冲 为了完成对信号的交换控制,需要准确的产生各种时钟和定时脉冲控制信号,见下图。PCM30/32路系统的每一时隙长3.9us,每时隙传送8bit,每比特长488ns,设定时钟cp的脉冲宽度和间隔宽度均为244ns,TD0TD7分别代表每一个比特的位脉冲,他们可以由A0A2译码得到。(参见时序图),时序图,返回,2.串并变换电路,串并变换电路(S/P:Serial-Parallel Conv
11、ersion)负责将串行码变成并行码。主要由“移位寄存器”和“锁存器”组成。,串并变换时序图,(对比多线时的串并转换时序图),3.并串变换电路,并串变换电路(P/S:Parallel-Serial Conversion)负责将并行码变成串行码。主要由“锁存器”和“移位寄存器”组成。锁存器是高电平锁存,移位寄存器由CP和S端控制,当S=1时处于置位状态,S=0时处于移位状态。,比较多路复用线时的并串转换电路,并串变换时序图,比较多路复用线时的时序图,四、多端输入的T接线器,当需要对不同的一次群PCM信号中的各时隙进行交换时,可采用多端输入的T接线器,每一条输入的PCM线称为母线HW(highwa
12、y)。例如,有8路PCM复用线上的时隙需要相互进行时隙交换,可用如下结构实现。,说明,说明:T接线器的容量:因为有8路PCM30/32复用线,故而T接线器的话音存储器需要832=256个单元,而控制存储器也需要256个单元,每单元8bit。速率变换:经过复用器后,8路2.048Mb/s的PCM30/32复用线上的信号合成1路16.384Mb/s的PCM信号,共有256个时隙,为了减少传输处理的难度(辐射、干扰、硬件速度等),将这1路串行码流通过串并变换变成8路并行码流,同时降低了每条并行线上的速率2.048Mb/s,减小传输难度。,说明,多端脉码的排列:经过复用器(MUX)的串并转换后,并行线
13、上共有256个时隙,原来8条母线上的时隙需要重新排列,排列方式如下:HW0 HW7上的TS0作为总时隙的TS0TS7,HW0 HW7上的TS1作为总时隙的TS8TS15,HW0 HW7上的TS31作为总时隙的TS248TS255。总时隙号母线上的时隙号8母线号例如:HW1上的TS20对应的总时隙号为:即2081TS161。通过复用器、分路器和T接线器的配合,既完成时分交换,又完成空分交换。,多端输入的T接线器框图,入线HW1上的TS20中的话音a交换到出现HW7上的TS31中去,1.复用器的实现,输入端复用器需要完成合路(复用)和串并转换功能。,串并转换和复用的时序图,(对比单线时的串并转换时
14、序图),参时序图,图中HWn和Wn代表母线。,时序图,返回,2.分路器的实现,输出端分路器需要完成分路(解复用)和并串转换功能,并串转换和分路的时序图,比较单一复用线时的时序图,五、集中、扩散式T接线器和用户集线器,程控数字交换机中都含有“用户集线器”,用户电路一般都通过用户集线器连接到数字交换网络上,而不能直接连接到数字交换网络上。,用户集线器的作用在于可以将用户的话务量集中以后再送到数字交换网络。,1.集中、扩散式T接线器和用户集线器,用户集线器中主要含有“集中式T接线器”和“扩散式T接线器”,只为通话的用户分配时隙后,再送到交换网络中去交换话音。集中式T接线器用于用户发信息端,主要作用是
15、集中用户的话务量,扩散式T接线器用于用户收信息端,主要实现分话功能。,时隙少了,时隙利用率较高,1.集中、扩散式T接线器和用户集线器,时隙太多,时隙利用率太低!,使用复用器和分路器为每个用户分配一个时隙进入交换网络行吗?,1.集中、扩散式T接线器和用户集线器,如果不通过用户集线器,而是通过一个复用器,固定的为每一个用户分配一个时隙,然后直接连接到数字交换网络,那么:一方面,如果为每一个用户分配一个时隙直接进入交换网络,就会造成大量浪费。因为同时通话的用户比较少,只有通话用户的时隙真正有效利用,而大量的未通话用户的时隙就没有有效话音信息传送,处于空闲状态,这些时隙的利用率非常得低,也就是这些时隙
16、的话务量很低。另一方面,连接到数字交换网络的PCM复用线需要大量时隙,造成数据进入数字交换网络时的速率太高,并且因为有很多时隙上没有话音,所以数字交换网络的交换效率也不高;所以一般需要通过用户集线器来连接用户电路和数字交换网络,用户集线器只需要为通话用户分配一对时隙,然后再连接到数字交换网络,这样一方面每一用户时隙的利用率大大的提高了,节约了设备成本,另一方面,时隙数量少了,数据进入数字交换网络时的速率降低了。,1.集中式T接线器和扩散式T接线器,集中式T接线器:出时隙数小于入时隙数,扩散式T接线器:入时隙数小于出时隙数,2.用户发端集中式T接线器,由CM控制从1024个单元中读出128个话音
17、数据完成时隙交换。,3.用户收端发散式T接线器,在CM控制下,将128个入时隙中的话音交换到出线上1024个时隙中真正通话的用户时隙中去,再由分路器将话音分发到对应的用户接口上去。,本局呼叫信号流程,假设一共1024个电话用户:U0U1023,第四章 数字交换网络,4.1 数字交换原理 4.2 T型时分接线器 4.3 S型空分接线器 4.4 数字交换网络,4.3 S型空分接线器,当交换网络的容量增大时,只有T接线器就不能满足要求了,因为1级T接线器容量有限(最多2048单元),要扩大容量还需要S型空分接线器配合T接线器组成多级交换网络来完成。一、S型空分接线器的基本结构 S型时分接线器又称空间
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