程 控 交 换 技 术第3章

3.1 交换网络的结构
图3-2 一个n × nm的二级接线器结构
3.1 交换网络的结构
若把第一级接线器A增加到m个，并把第二级每个接线 器的入线数也增加到m条，便可得到如图3-3(a)所示的nm × nm的二级交换网络，其简化形式如图3-3(b)所示。
3.1 交换网络的结构
图3-3 一个nm×nm的二级接线器结构 (a) 连线图；(b) 简化图
3.1 交换网络的结构
图3-1 交换网络示意图
3.1 交换网络的结构
3.1.1 交换网络的线束利用度
交换网络的线束利用度分为两种不同的情况：全利用度 线束和部分利用度线束。 1. 全利用度线束 任一条入线可以到达任一条出线的情况叫全利用度线束。 2. 部分利用度线束 任一条入线只能到达部分出线的情况叫部分利用度线束。 可见，与部分利用度线束相比，全利用度线束的接通率 高，但出线的效率低。
3.2 数字交换网络的接续原理
图3-8 用户消息通过数字交换网络发送与接收的过程
3.2 数字交换网络的接续原理
3.2.1 数字交换网络的时间(T)接线器 数字交换网络的时间(T)接线器 (T)
时间(T) (T)接线器的结构 1. 时间(T)接线器的结构 T接线器由话音存储器和控制存储器组成。话音存储器 和控制存储器都是随机存储器RAM。 1) 话音存储器 顾名思义，话音存储器(SM，Speech Memory)用于寄存 经过PCM编码处理的话音信息，每个单元存放一个时隙的内 容，即存放一个8 bit的编码信号，故SM的单元数等于PCM 的复用度(PCM复用线上的时隙总数)。
3.2 数字交换网络的接续原理
图3-9 T接线器的工作方式 (a) 输出控制方式；(b) 输入控制方式
3.2 数字交换网络的接续原理
要把TS10的内容交换到TS50中去，只要在TS10到来时，把 它的内容先寄存到SM中，等到TS50 到来时，再把该内容取走 即可。通过这样一存一取，即可实现不同时隙内容的交换。 对于输出控制方式来说，其交换过程为：第一步，在定 时脉冲CP控制下，将HW线上的每个输入时隙所携带的话音 信息依次写入SM的相应单元中(SM单元号对应主叫用户所占 用的时隙号)；第二步，CPU根据交换要求，在CM的相应单 元中填写SM的读出地址(CM单元号对应被叫所占用的时隙 号)；第三步，在CP控制下，按顺序在输出时隙(被叫所占的 时隙)到来时，根据SM的读出地址，读出SM中的话音信息。
3.1 交换网络的结构
3.1.2 交换网络的结构设计
交换网络的结构分单级接线器结构和多级接线器结构。 1. 单级接线器结构 单级接线器结构如图3-1所示，一个n × m的接线器存在 n × m个交叉接点。如果交换网络的n和m数值很大，则交叉 接点数必然变得很大。在数字交换中，这意味着对存储器的 存取速率要求很高。
3.1 交换网络的结构
2. 多级接线器结构 多级接线器结构可以克服单级接线器结构存在的问题。 图3-2所示为n × nm的二级接线器结构，第一级接线器A的 入线数与出线数相等，是一个n × n的接线器，如果第一级 接线器A的n条出线接至n个1 × m的第二级接线器B的入线， 则第一级的每条入线将有nm条出线，于是1 + n个接线器便 构成了一个n × nm的交换网络。
3.2 数字交换网络的接续原理
对于输入控制方式来说，其交换过程为：第一步， CPU根据交换要求，在CM单元内写入话音信号在SM的地 址(CM单元号对应主叫用户所占用的时隙号)上；第二步， 在CM控制下，将话音信息写入SM的相应单元(SM单元号 对应被叫用户所占用的时隙号)中；第三步，在CP控制下， 按顺序读出SM中的话音信息。
Bi = [1 -(1 -a)2]n
不难想象，当网络的内部链路数(如图3-6所示的第二级n) 达到一定的数量时，可以完全消除内部阻塞。下面我们来分 析图3-7所示的三级无阻塞交换网络。
3.1 交换网络的结构
图3-6 混合级交换网络
3.1 交换网络的结构
图3-7 三级无阻塞交换网络
3.1 交换网络的结构
3.1 交换网络的结构
图3-4 一个nmk×nmk的三级接线器结构
3.1 交换网络的wk.baidu.com构
在三级接线器结构中，任何一个第一级接线器与一个第 三级接线器之间仍然只存在一条通路，但这条通路却是由 两条级间链路级联而成的。因此，当假设每条内部链路被 占用的概率是a时，每条链路空闲的概率是1 -a。两条链路 均空闲，则级联链路空闲的概率便为(1 -a)2。因此，三级 接线器结构的内部阻塞率为 (3.3) 比较式(3.2)和式(3.3)不难发现：
3.1 交换网络的结构
在二级接线器结构中，由于第一级的每一个接线器与第 二级的每一个接线器之间仅存在一条内部链路，因此任何时 刻在一对接线器之间只能有一对出、入线接通。例如，当第 一级第1个接线器的1号入线与第二级第2个接线器的m号出线 接通时，第一级第1个接线器的其他入线都无法再与第二级 第2个接线器的其余出线接通。这种虽然入、出线空闲，但 因没有空闲级间链路而无法接续的现象称为交换网络的内部 阻塞。 二级接线器结构的每条内部链路被占用的概率可近似为
A a= nm
式中，A——整个交换网络的输入话务量。
(3.1)
3.1 交换网络的结构
交换网络的内部阻塞率应等于所需链路被占用的概率， 则二级接线器结构的内部阻塞是：
Bi2 = a
(3.2)
当进一步增加网络的输入线数时，可依照相同的方法 将二级接线器结构扩展为三级或更多级。图3-4所示为一个 三级接线器结构。
3.2 数字交换网络的接续原理
2) 控制存储器 控制存储器(CM，Control Memory)又称为地址存储器， 其作用是寄存话音信息在SM中的单元号，如某话音信息存 放于SM的2号单元中，那么在CM的单元中就应写入“2”。通 过在CM中存放地址，从而控制话音信号的写入或读出。一 个SM的单元号占用CM的一个单元，故CM的单元数等于SM的 单元数。CM每单元的字长则由SM总单元数的二进制编码字 长决定。 例如，某T接线器的输入端PCM复用度为128，则SM的 单元数应是128个，每单元的字长是8 bit，CM单元数应是 128个，每单元的字长是7 bit。
Bi3 = 1 -(1 -a)2 Bi3 > Bi2
可见，增加级数虽然扩大了交换网络可接续的容量，但也增 可见，增加级数虽然扩大了交换网络可接续的容量， 加了网络的内部阻塞率。 加了网络的内部阻塞率。
3.1 交换网络的结构
3. 减小内部阻塞率的方法 减小内部阻塞率的方法通常有两种：扩大级间链路数 和采用混合级交换网络。 1) 扩大级间链路数 扩大级间链路数的方法如图3-5所示。
3.2 数字交换网络的接续原理
在PCM传输系统中加入数字交换网，相当于将时分复用线（PCM线）分成输入和输出 侧。输入复用线和输出复用线各具有32个时隙，如果输入复用线上任一时隙的内容可以 在输出复用线上任一个时隙输出，这就称为时隙交换。如输入TS5中的内容A在输出TS19 出现；输入TS10中的内容B在输出TS0中出现，这时隙中的内容，就是话路信息，也就是8 比特的数字信息。时隙交换功能是数字交换网所具备的功能之一。 在一个数字交换网上，为加大交换容量，输入复用线和输出复用线都不止一条。这 就必然出现任一输入线与任一输出线之间的交换，这就是复用线之间的交换概念，而各 复用线在空间是分割开的，因而常称为空分交换。如输入侧复用线1的TS3的信息经过数 字交换网在输出侧复用线4的TS3上出现。空分交换功能是数字交换网络的功能之二。 具体来说，数字交换网络应具有如下功能：
3.1 交换网络的结构
图3-5 一个x重连接的二级交换网络
3.1 交换网络的结构
图3-5所示的级间链路扩大到了x条，其内部阻塞率将减少为
Bi = ax
(3.4)
同理，一个x重连接的三级交换网络的内部阻塞率为
Bi = 1 -(1 -ax)2
(3.5)
扩大级间链路数可减小网络的内部阻塞率，但这是以 增大第二级接线器B入、出线数目为代价的，如图3-5所示 的第二级接线器B入、出线数目将相应地增大到xm×xm。
3.1 交换网络的结构
2) 采用混合级交换网络 图3-6给出了一种混合级交换网络。 图3-6的前两级是如图3-3所示的二级网络，但第二级 网络的nm条出线并未像图3-4那样连到nm个接线器，而是 仅连接了m个接线器。不难看出，第一级中任何一个接线 器与第三级中的任一接线器之间现在有了n条链路，因此网 络的内部阻塞率下降为
3.2 数字交换网络的接续原理
针对T接线器的讨论有以下几点说明： (1) 不管是哪一种控制方式，话音信息交换的结果是一 样的。 (2) T接线器按时间开关时分方式工作，每个时隙的话 音信息都对应着一个SM的存储单元，因为不同的存储单元所 占用的空间位置不同，所以从这个意义上讲，T接线器虽是 一种时分接线器，但实际上却具有“空分”的含义。 (3) CPU只需修改CM单元内的内容，就可改变信号交换 的对象。但对于某一次通话来说，占用T接线器的单元是固 定的，这个“占用”直至通话结束才释放。
第3章 数字交换和数字交换网络
3.1 3.2 3.3 交换网络的结构 数字交换网络的接续原理 多级交换网络
3.1 交换网络的结构
从外部看，交换网络相当于一个由若干入线和若干出线 构成的开关矩阵，如图3-1所示。 在图3-1中，由每条入线和出线构成的交叉接点类似于 开关电路，平时是断开的，当选中某条入线和出线时，对应 的交叉接点才闭合。实际中的开关矩阵叫接线器，接线器的 入线接主叫用户接口电路，出线接被叫用户接口电路或各种 中继接口电路。
3.2 数字交换网络的接续原理
(1) 在同一条PCM总线的不同时隙之间进行交换； (2) 同一时隙在不同PCM总线之间进行交换； (3) 在不同PCM总线的不同时隙之间进行交换。 在数字通信中，由于每一条总线都至少可传送30路(PCM 基群)用户的消息，因此我们把连接交换网络的入、出线叫做 PCM母线或HW(High Way)线。 由于PCM信号是四线传输，即发送和接收是分开的，因 此数字交换网络也要收、发分开，进行单向路由的接续。实 际中用户消息通过数字交换网络发送与接收的过程如图3-8所 示。
3.2 数字交换网络的接续原理
(4) 话音信号在SM中存放的时间最短为3.9 μs，最长 为125 μs。 (5) CM各单元的数据在每次通话中只需写一次。
(6) 对输出控制而言，当CM第K个单元中的值为j时，输 入的第j时隙将被转移到输出的第k时隙。由此引起的延时为
D = k -j(TS)
在图3-7中，第一级有2个3 × 5接线器，第二级有5个2 × 2接线器，第三级有2个5 × 3接线器。现假设第一级接线器A 的一条空闲入线要与第三级接线器C的一条空闲出线接通。 在最坏的情况下，当接线器A的入线希望接通时，它的其余2 条入线已占用了其5条出线中的2条，于是这条入线尚有3条出 线与接线器C相通。再假设接线器C的其余2条出线均已被占 用，而它们使用的入线又恰好是A、C之间剩余3条链路中的2 条，于是A、C之间还存在1条通路。这种只要交换网络的出、 入线中有空闲线，则必存在内部空闲链路的网络称为无阻塞 网络或Clos网络。
3.2 数字交换网络的接续原理
时间(T) (T)接线器的工作方式 2. 时间(T)接线器的工作方式 如果话音存储器(SM)的写入信号受定时脉冲控制，而读出信号 受控制存储器(CM)控制，我们称其为输出控制方式，即SM是“顺序 写入，控制读出”。反之，如果话音存储器(SM)的写入信号受控制 存储器(CM)控制，而读出信号受定时脉冲控制，我们称其为输入控 制方式，即SM是“控制写入，顺序读出”。 需要强调的是，上述两种控制方式只针对话音存储器(SM)，对 于控制存储器(CM)来说，其工作方式都是“控制写入，顺序读出”， 即CPU控制写入，定时脉冲控制读出。 例如，某主叫用户的话音信号(A)占用TS10发送，通过T接线器 交换至被叫用户的TS50接收。图3-9(a)、(b)给出了两种工作方式的 示意图。