《现代交换》第2章 交换单元与网络

功能及特点
(1)入线控制部件将入线上的信息经过格式变换存入缓 冲存储器，在分配给该部件的时隙上将信息送到总线 上。设一个入线控制部件每隔时间τ获得一个时隙， 输入信息的速率为Vbit/s，则缓冲存储器的容量至少 是（ τ × V） bit。 (2)出线控制部件检测总线上的信息，将属于自己的信 息读入缓冲存储中，经过格式变换，由出线送出。设 一个出线控制部件在每个时间段τ内获得的信息量是 一个常数，而出线的数字信息 速率为Vbit/s，则缓 冲存储器的容量至少是（ τ × V） bit。 (3)总线一般包括多条数据线和控制线。 (4)总线时隙分配要按一定的规则。


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，则称交换单元 是入线缓冲的。 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，则称交换单元 是出线缓冲的。
时间接线器（Time Switch）
时间接线器是用于同步时分复用信号交换 的共享存储器型交换单元，可简称T接线器， 具体功能是完成一条时分复用线上时隙的交 换。 组成： 话音存储器（Speech Memory） 控制存储器（Control Memory） 类型：按工作方式分类 顺序写入，控制读出（或输出控制） 控制写入，顺序读出（或输入控制）
TS0 TS1 TSn-1 TS0 TS1 TSn-1
Ａ
时间
Ｂ
125us
Ｘ
Ａ
Ｂ
125us
Ｘ
Ａ
Ｂ
每个用户的采样周期都是125us，都能在接收端正确还原。
统计时分复用
信息按分组先存储再发送，每个分组附加标志码， 各个分组占用不同的时隙；但标志相同的分组属于一个 用户，将它们所占用的信道容量看成一个子信道，这种 复用方式称为统计时分复用。
一个信道复用了32个时隙(或24个时隙) 称为PCM基群。 随着技术的发展，信息传输速率的提高， PCM基群可以进一步复用，形成PCM高次群。
PCM 基群 PCM n-1次 基群
复 用 复 用
PCM一次群
PCM n次群
同步时分复用信号的交换常常是要通过 时隙交换实现（时隙交换的概念）
复用
分路发
TS3 TS1
多路复用技术
频分复用:将信道按频率分割为 多个子信道。 时分复用:将信道按时间分割为 多个子信道。 空分复用:将信道按空间分割为 多个子信道。 码分复用:将信道通过不同的扩 频码序列分割成多个子信道。
频分复用和时分复用的区别
频率
信道 1
频率
信道 2
不同用户在同 一时段发送， 占用不同频道
信 道 信 道 ２
不同用户占用 同一频道，在 不同时段发送
信道 n
１
信 道 n
时间 a 时分复用示意图 b 频分复用示意图
时间
a 频分复用
b 时分复用
时分交换
同步时分（时间位置、物理信道）
(STD：Synchronous Time Division) 异步时分（标记、物理信道）：统计时分复用
(ATD：Asynchronous Time Division)
8选一 （ 1）
PCM7
来自控 选通 制存储 B0 B1 器7 B2
8选一 （ 7）
输入控制方式
1.
2.
输出控制方式有一个优点：某一输入线 上的某一个时隙的内容可以同时在几条 输出线上输出。 而在输入控制方式时，若在多个控制存 储器的相同单元中写入相同的内容，只 会造成重接或出线冲突，这对于正常的 通话是不允许的。
W
R
CM
• • •
定时脉冲
2
8
• • •
W
R
处理机
时钟
结构



话音存储器用来暂存数字编码的话音信息。每 个话路时隙有8位编码，故话音存储器的每个 单元应至少具有8个比Βιβλιοθήκη Baidu。 话音存储器的容量等于输入复用线上的时隙数。 控制存储器的容量通常等于话音存储器的容量， 也就是取决于复用线上的时隙数。 输入时隙选定一个输出时隙后，由处理机控制 写入控制存储器的内容在整个通话期间都是保 持不变的。
工作原理
输出控制的T接线器PCM入线上各时隙的话音信号在定 时脉冲的控制下按时隙号顺序地写入到话音存储器，然后 在控制存储器的控制下读出到指定的时隙上。 输入控制的T接线器PCM入线上的各时隙的话音信号在 控制存储器CM的控制下写入到话音存储器的指定存储单元， 然后在定时脉冲的控制下顺序读出。 T接线器的CM是按控制写入顺序读出的方式工作，原理 与S接线器的CM相同。 定时脉冲由环形计数器输出，输出数据值与时隙时刻 值相等。 备注:顺写控读的T接线器中，定时脉冲作为SM写入数据时 存储单元的地址，控制存储器CM的输出数据作为SM读出数 据时存储单元的地址。

电信号

模拟信号 数字信号

光信号
交换网络中的信号形式及 时隙交换概念
交换网络中的信号形式是数字的、时分 复用信号。 电路交换采用 同步时分复用信号 分组交换和ATM交换采用 统计时分复用信号 什么是同步时分复用信号和统计时分复用 信号？
信道共享与多路复用技术
为了提高信道的利用率，通常采用多路复用 技术，使多路信息在一个信道或一条传输线 路上传输。
信 息 1 信 息 2 信 息 标志 3 信 息 2 信 息 2 信 息 传输方向 1
信息2速度＞信息速度1＞信息速度3
因为信道是按时间分割为多个子信道，而子信道的 容量需要通过统计才能得到，所以称为统计时分复用。 特点:先存储再发送，信息速率高的用户所占的信道容量 大，且所占信道容量随着信息的多少动态变化，取消了 帧概念，统计时分复用信道又称标志信道，是通过标志 来区分各子信道的。
话音信号的同步时分复用—— PCM30/32帧结构
话音信号需要数字化后才能在数字交 换网络中传输、交换，话音信号数字化后 的信号为PCM信号。 话音信号的采样周期为125us，将 125us分成32个时隙进行时分复用就形成 了PCM30/32帧结构(欧洲体制)，或将 125us分成24个时隙就形成了24时隙的帧 结构(北美与日本体制）。 我们国家采用欧洲体制。
容量



时间接线器的容量等于输入复用线上的时隙数 N，N的增加是有限制的。 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，需要时间t，则： 2×N×v=B÷t 因此，增加时间接线器的容量的方法包括：


使用快速的存储器 增加存储器数据总线的宽度 使用单向数据总线的存储器
时间接线器
数据入 TS49 TS58 数据出 读数据
a
写数据 写地址
a
SM
49 a CM读出数据=SM的读数地址 读地址 时隙计数器 58 49
CM
以源端时隙号为地址以目的端时隙号为内容写入
呼叫处理机
图2.18 时间接线器
顺序写入、控制读出的T接线器的结构示意图
SM
TS2 A 0 1 2 TS8
第二章 交换单元与交换网络
第二章 交换单元与交换网络
2.1 引言 2.2 具体交换单元介绍 2.3 交换网络
2.1 引言
什么是 交换网络？ 交换网络是交换设备的一 个重要组成部分，用来提 供交换所需的通路。
交换网络是由基本的交换单元组成。 交换单元是基本元素，例如一组开关、一组存储单元等。
信号的基本形式
0 1 2
1 3 2
31
（a ）
入线上有几个时隙， 控制 存储器就有几个存储单 元。 存储单元的地址码与 时隙号一一对应。 存储单元的内容表示该 时隙应接通的出线号。
四个控制存储器 输入控制方式
PCM 入线 0 1 2 3 1 3 0
PCM 出线 0 1 2 3
(b)
输出方式
注意
1.
2.
S型接线器的入线数与出线数可以不等 控制存储器的内容只在通路建立或拆 除时才写入或清除。
S接线器的交叉矩阵
PCM0
来自控 选通 制存储 B0 B1 器0 B2
8选一 （ 0） 该 交 叉 矩 阵 是 什 么 控 制 方 式？
PCM0 PCM1 PCM7
PCM1
来自控 选通 制存储 B0 B1 器1 B2
A • • • W R
A
以TS2→TS8 的 实现介绍T接线 器的工作原理。 要实现 TS2→TS8 的交 换，首先要由处 理机在CM的8号 单元写入2。 在CLK2时刻， A顺序写入到 SM的第2号单元 在CLK8 时刻， CM读出第8号单 元的数据2，2选 中SM的第2号单 元，A被读出。
2.2.3 时分复用交换单元
共享存储器型交换单元
共享存储器型交换单元的一般结构如图所示，N路输入 信号分别送入存储器的N个不同区域，再分别送出，存储 器的写入和读出采用不同的控制，以实现交换。 共享存储器型交换单元可对三种时分复用信号进行交换， 但其具体实现有所不同。
0 • • •
N-1
工作方式
定时脉冲
CM
• • •
8
2
• • •
W
R
处理机
时钟
控制写入、顺序读出的T接线器的结构示意图
SM
TS2 A 8
• • •
TS8 A
A
• • •
要实现 TS2→TS8 的交 换，首先要由处 理机在CM的2号 单元写入8。 在CLK2时刻， CM读出第2号单 元的数据8，8选 中SM的第8号单 元，A被写入SM 的第8号单元。 在CLK8时刻， SM第8号单元 中的A被顺序 读出。
空间接线器的类型
类型：两种工作方式对应两种类型 输入控制：控制存储器对交叉矩阵的入 线进行控制，一条入线配一 个控制存储器 输出控制：控制存储器对交叉矩阵的出 线进行控制，一条出线配一 个控制存储器
TS2 TS1 TS0 0 TS0 1 TS2 2 TS1 3 PCM 入线
PCM 出线 0 1 2 3
PCM30/32帧结构的特点




一帧周期为125us，分成32个时隙TS0～ TS31。每个 时隙传输8位二进制码，一个时隙3.91us。 32个时隙中，TS0为帧同步时隙， TS16为标志信号 时隙，其余时隙传送30路的话音信号。 每个话路的传输码率： 8000HZ×8bit=64kbit/s 复用后线路基群的传输码率: 32× 64Kbit/s=2048 kbit/s=2Mb/s 16 帧为一复帧，复帧周期为2ms

总线型交换单元

1
一般结构
入线控制 出线控制 出线 1
入线 1
2
入线控制 入线控制
出线控制 出线控制
2 n
n
总线管理
总线
一般结构



总线型交换单元包括入线控制部件、出 线控制部件和总线三部分。 交换单元的每条入线都经过各自的入线 控制部件与总线相连，每条出线也经过 各自的出线控制部件与总线相连。 总线按时隙轮流分配给各个入线控制部 件和出线控制部件使用，分配到的输入 部件将输入信号送到总线上。
（b）统计复用信号的交换
（a）同步时分复用信号的交换
交换单元的分类


按使用需要的不同，交换单元可分为集 中型(入线数大于出线数)、分配型(入出 线数相等)、扩散型(入线数小于出线数)。 按信息流向可分为有向交换单元和无向 交换单元。
2.2 具体交换单元介绍
一、 空间接线器（space switch） 空间接线器用来完成不同复用线之间 的交换，而不改变时隙的位置，可简称为 S接线器 ，主要用于同步时分复用信号的 交换。 （1） 结构 交叉矩阵（交叉点阵） 组成 控制存储器
第一路
群发送
TS1 TS3
分路收
群接收 分路
数字 交换 网络
第三路
分路发
分路收
时隙交换示意图（实现第一话路与第三话路的信息交换）
同步时分复用信号的交换需要通过复用 线的交换和时隙的交换来完成。
2.2具体交换单元介绍
2.2.1 交换单元及其数学描述

交换单元是构成交换网络的最基本单元， 可实现任意入出线间的连接，完成同步 时分交换或统计复用交换。
统计时分复用
※统计时分复用的显著优点是按照用户的需要动态 地分配信道容量。一个用户信息速度高时，占 的信道容量大，当它的信息速度变低的时候， 它占的信道容量也随之减小。 ※分组交换的统计复用时分信号使用的分组长度不 相等，因此分组传输速率不固定，不适于采用 硬件交换单元。ATM交换的统计时分复用信号 使用的分组长度相等（信元），适于采用硬件 交换单元，故ATM交换速度快。
ATD与STD的概念
同步时分复用
同步时分复用：话音信号的频率300HZ～3400HZ，取采样 频率为8KHZ，即采样周期为125us，采样值用8位二进制编码，8 位二进制占用的时间相对于125us很少，为了提高传输线的利用率， 将125us分成若干时隙，不同用户的采样值占用不同的时隙进行传 输。 因为子信道在每一帧时间轴上的位置是固定的，所以称为同步 时分复用。同步时分复用信道又称位置信道，是通过时间轴上的位 置来区分子信道（话路）的。同步时分复用子信道的速率是恒定的。
时延
信号进行串并变换时的时延：这与存储器的数据 总线宽度成正比。 在存储器中的时延。 假设时间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 N是一帧的时隙数，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。