教學(xué)課件·程控?cái)?shù)字交換技術(shù)(第二版)

1、第1章 概 述 1.1 電話通信的起源1.2 交換與通信網(wǎng)1.3 電話交換機(jī)的發(fā)展與分類1.4 程控?cái)?shù)字交換機(jī)簡(jiǎn)介1.5 程控?cái)?shù)字交換機(jī)的優(yōu)越性與技術(shù)發(fā)展 1.1 電話通信的起源 1. 電話的問世電話通信是我們生活中應(yīng)用最廣泛、使用最頻繁的一種通信方式。電話通信于1876年由美國(guó)科學(xué)家貝爾發(fā)明。最初的電話通信只能完成一部話機(jī)與一部話機(jī)的固定通信，如圖1-1所示。這種僅涉及兩個(gè)終端的通信稱為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。 圖1-1 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信存在如下缺點(diǎn)：(1) 任意兩個(gè)用戶之間的通話都需要一條專門的線路直接連接，當(dāng)存在N個(gè)終端時(shí)，需要的傳輸線數(shù)為N(N -1)/2條，傳輸線的數(shù)量隨終端數(shù)的增加而急劇

2、增加，如圖1-2所示。 (2) 每個(gè)終端都有N -1條線與其他終端相連接，因而每個(gè)終端需要N -1個(gè)線路接口。(3) 增加第N + 1個(gè)終端時(shí)，必須增設(shè)N條線路。(4) 當(dāng)終端間相距較遠(yuǎn)時(shí)，線路信號(hào)衰耗大。 圖1-2 多個(gè)終端的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信 2. 交換設(shè)備的誕生1878年，美國(guó)人阿爾蒙B史端喬提出了交換的設(shè)想，其基本思想是將多個(gè)終端與一個(gè)轉(zhuǎn)接設(shè)備相連，當(dāng)任何兩個(gè)終端要傳遞信息時(shí)，該轉(zhuǎn)接設(shè)備就把連接這兩個(gè)用戶的有關(guān)電路接通，通信完畢再把相應(yīng)的電路斷開。我們稱這個(gè)轉(zhuǎn)接設(shè)備為交換機(jī)，如圖1-3所示。 圖1-3 有交換設(shè)備的通信 1.2 交換與通信網(wǎng) 當(dāng)終端用戶分布的地域較廣時(shí)，可設(shè)置多個(gè)交換機(jī)(如市話

3、分局交換機(jī))，每個(gè)交換機(jī)連接與之較近的終端，且交換機(jī)之間互相連接，如圖1-4所示。 圖1-4 交換機(jī)之間的通信 當(dāng)終端用戶分布的地域更廣，多個(gè)交換設(shè)備之間也不便做到個(gè)個(gè)相連時(shí)，就要引入?yún)R接交換設(shè)備，構(gòu)成典型的電信通信網(wǎng)，如圖1-5所示。終端設(shè)備一般置于用戶處，故將終端設(shè)備與交換設(shè)備之間的連接線叫做用戶線，而將交換設(shè)備與交換設(shè)備的連接線叫做中繼線。用戶交換機(jī)是由機(jī)關(guān)、企業(yè)等集團(tuán)單位投資建設(shè)，供內(nèi)部通信使用的交換機(jī)。 圖1-5 典型的電信通信網(wǎng) 1. 電信網(wǎng)的構(gòu)成要素及主要功能基本的電信網(wǎng)由終端、傳輸和交換等三類設(shè)備組成。1) 終端設(shè)備終端設(shè)備的主要功能是把待傳送的信息和在信道上傳送的信號(hào)進(jìn)行相互

4、轉(zhuǎn)換。對(duì)應(yīng)不同的電信業(yè)務(wù)有不同的終端設(shè)備，如電話業(yè)務(wù)的終端設(shè)備就是電話機(jī)終端，數(shù)據(jù)通信的終端設(shè)備就是計(jì)算機(jī)等。 2) 傳輸設(shè)備傳輸設(shè)備是傳輸媒介的總稱，它是電信網(wǎng)中的連接設(shè)備，是信息和信號(hào)的傳輸通路。傳輸鏈路的實(shí)現(xiàn)方式很多，如市內(nèi)電話網(wǎng)的用戶端電纜，局間中繼設(shè)備和長(zhǎng)途傳輸網(wǎng)的數(shù)字微波系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)以及光纖系統(tǒng)等。 3) 交換設(shè)備如果說傳輸設(shè)備是電信網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)系統(tǒng)，那么交換系統(tǒng)就是各個(gè)神經(jīng)的中樞，它為信源和信宿之間架設(shè)通信的橋梁。其基本功能是根據(jù)地址信息進(jìn)行網(wǎng)內(nèi)鏈路的連接，以使電信網(wǎng)中的所有終端能建立信號(hào)通路，實(shí)現(xiàn)任意通信雙方的信號(hào)交換。對(duì)不同的電信業(yè)務(wù)，交換系統(tǒng)的性能要求不同，例如對(duì)電話業(yè)務(wù)網(wǎng)

5、，交換系統(tǒng)的要求是話音信號(hào)的傳輸時(shí)延應(yīng)盡量小，因此目前電話業(yè)務(wù)網(wǎng)的交換系統(tǒng)主要采用直接接續(xù)通話電路的電路交換設(shè)備。交換系統(tǒng)除電路交換設(shè)備外，還有適合于其他業(yè)務(wù)網(wǎng)用的報(bào)文交換設(shè)備和分組交換設(shè)備等。 由于交換系統(tǒng)的設(shè)備承擔(dān)了所有終端設(shè)備的匯接及轉(zhuǎn)接任務(wù)，在通信網(wǎng)中成為了關(guān)鍵點(diǎn)，因此在網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖中，常將含交換系統(tǒng)的點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。電信網(wǎng)僅有上述設(shè)備往往不能形成一個(gè)完善的通信網(wǎng)，還必須包括信令、協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)。從某種意義上說，信令是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)設(shè)備相互聯(lián)絡(luò)的依據(jù)，協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)是構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的規(guī)則。因?yàn)樗鼈兛墒褂脩艉途W(wǎng)絡(luò)資源之間，以及各交換設(shè)備之間有共同的“語言”，通過這些“語言”可使網(wǎng)絡(luò)合理地運(yùn)轉(zhuǎn)和正確地控制，從而達(dá)

6、到全網(wǎng)互通的目的。 2. 電話網(wǎng)的特點(diǎn)電話網(wǎng)最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)很簡(jiǎn)單，就是要支持話音通信，因此話音業(yè)務(wù)的特點(diǎn)也就決定了電話網(wǎng)的技術(shù)特征。話音業(yè)務(wù)具有如下特點(diǎn)： (1) 速率恒定且單一。每個(gè)用戶的話音經(jīng)過抽樣、量化、編碼后都形成了64 kb/s的速率，網(wǎng)中只有這種單一的速率。(2) 話音對(duì)丟失不敏感。電話通信中允許一定的信息丟失，因?yàn)樵捯粜畔⒌南嚓P(guān)性較強(qiáng)，可以通過通信的雙方用戶來恢復(fù)。 (3) 話音對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高。話音通信中，時(shí)延應(yīng)盡量小，用戶雙方應(yīng)像面對(duì)面一樣進(jìn)行交流。(4) 話音具有連續(xù)性。通話雙方一般是在較短的時(shí)間內(nèi)連續(xù)地表達(dá)自己的通信信息的。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，通信的業(yè)務(wù)將越來越豐富，傳統(tǒng)

7、的電話網(wǎng)正在向綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)發(fā)展。 1.3 電話交換機(jī)的發(fā)展與分類 1. 電話交換機(jī)的發(fā)展早期的交換設(shè)備有人工交換機(jī)、步進(jìn)制交換機(jī)、縱橫制交換機(jī)、空分式模擬程控交換機(jī)等，目前先進(jìn)的交換機(jī)有時(shí)分式數(shù)字程控交換機(jī)、ATM交換機(jī)等。不同階段的電話交換機(jī)簡(jiǎn)介如表1.1所示。 表1.1 不同階段的電話交換機(jī)簡(jiǎn)介 2. 電話交換機(jī)的分類(1) 按交換機(jī)的使用對(duì)象，電話交換機(jī)可分為局用交換機(jī)(用于電信部門)和用戶交換機(jī)(用于企、事業(yè)集團(tuán))。(2) 按呼叫接續(xù)方式，電話交換機(jī)可分為人工接續(xù)交換機(jī)和自動(dòng)接續(xù)交換機(jī)。(3) 按所交換的信號(hào)特征，電話交換機(jī)可分為模擬信號(hào)交換機(jī)和數(shù)字信號(hào)交換機(jī)。(4) 按

8、接線器的工作方式，電話交換機(jī)可分為空分交換機(jī)(接線器采用空間開關(guān)方式)和時(shí)分交換機(jī)(接線器采用時(shí)間開關(guān)方式)。(5) 按控制器電路的結(jié)構(gòu)，電話交換機(jī)可分為集中控制、分級(jí)控制和全分散控制。 1.4 程控?cái)?shù)字交換機(jī)簡(jiǎn)介 1. 程控?cái)?shù)字交換機(jī)的組成一臺(tái)程控?cái)?shù)字交換機(jī)主要由三部分組成：交換網(wǎng)絡(luò)、處理機(jī)控制系統(tǒng)和接口電路，如圖1-6所示。 圖1-6 程控?cái)?shù)字交換機(jī)的組成框圖 1) 交換網(wǎng)絡(luò)交換網(wǎng)絡(luò)可看成是一個(gè)有M條入線和N條出線的網(wǎng)絡(luò)。其基本功能是根據(jù)需要使某一入線與某一出線連通，提供用戶通信接口之間的連接。此連接可以是物理的，也可以是邏輯的。物理連接指通信過程中，不論用戶有無信息傳送，交換網(wǎng)絡(luò)始終按預(yù)

9、先分配方法，保持其專用的接續(xù)通路；而邏輯連接即虛連接(Virtual Connection)，只有在用戶有信息傳送時(shí)，才按需分配提供接續(xù)通路。2) 接口電路接口電路分為用戶接口電路和中繼接口電路，其作用是把來自用戶線或中繼線的消息轉(zhuǎn)換成交換設(shè)備可以處理的信號(hào)。 3) 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是程控?cái)?shù)字交換機(jī)工作的指揮中心，它由處理機(jī)、存儲(chǔ)器、I/O接口等部件組成?？刂葡到y(tǒng)的功能通常分為三級(jí)。第一級(jí)為外圍設(shè)備控制級(jí)，主要對(duì)靠近交換網(wǎng)絡(luò)側(cè)的端口電路及交換機(jī)的其他外圍設(shè)備進(jìn)行控制，跟蹤監(jiān)視終端用戶、中繼線的呼叫占用情況，向外圍設(shè)備送出控制信息。第二級(jí)為呼叫處理控制級(jí)，主要對(duì)由第一級(jí)控制級(jí)送來的輸入信息進(jìn)行分

10、析和處理，并控制交換機(jī)完成鏈路的建立或復(fù)原。第二級(jí)的控制部分有較強(qiáng)的智能性，所以這一級(jí)稱為存儲(chǔ)程序控制。第三級(jí)為維護(hù)測(cè)試控制級(jí)，用于系統(tǒng)的操作維護(hù)和測(cè)試，定期自動(dòng)地對(duì)交換系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)或試驗(yàn)，診斷各種可能出現(xiàn)的故障，并及時(shí)報(bào)告(輸出)異常情況信息。2. 程控?cái)?shù)字交換機(jī)的外圍設(shè)備程控?cái)?shù)字交換機(jī)除上述三部分外，還有一些外圍設(shè)備。1) 信號(hào)設(shè)備信號(hào)設(shè)備負(fù)責(zé)產(chǎn)生和接收程控?cái)?shù)字交換機(jī)工作所需要的各種信令。信令處理過程需用規(guī)范化的一系列協(xié)議來實(shí)現(xiàn)。2) 備份設(shè)備備份設(shè)備指磁帶機(jī)或磁盤機(jī)，用于存儲(chǔ)備份各類數(shù)據(jù)、話務(wù)統(tǒng)計(jì)以及計(jì)費(fèi)信息等。 3) 維護(hù)終端設(shè)備維護(hù)終端設(shè)備包括終端計(jì)算機(jī)及終端打印設(shè)備等

11、，是對(duì)程控?cái)?shù)字交換機(jī)進(jìn)行日常維護(hù)管理的設(shè)備。4) 測(cè)試設(shè)備測(cè)試設(shè)備包括局內(nèi)測(cè)試設(shè)備、用戶線路測(cè)試設(shè)備和局間中繼線路測(cè)試設(shè)備等。5) 時(shí)鐘時(shí)鐘是保證程控?cái)?shù)字交換機(jī)和數(shù)字傳輸系統(tǒng)協(xié)調(diào)、同步工作必須配置的設(shè)備。 6) 錄音通知設(shè)備錄音通知設(shè)備用于需要話音通知用戶的業(yè)務(wù)，如氣象預(yù)報(bào)、號(hào)碼查詢、空號(hào)或更改號(hào)碼提示等業(yè)務(wù)。7) 監(jiān)視告警設(shè)備監(jiān)視告警設(shè)備用于系統(tǒng)工作狀態(tài)的告警提示，一般為可視(燈光)信號(hào)和可聞(警鈴、蜂音)信號(hào)。 3. 程控?cái)?shù)字交換機(jī)的任務(wù)程控?cái)?shù)字交換機(jī)必須具備能夠正確接收與分析從用戶線和中繼線發(fā)來的呼叫信號(hào)及地址信號(hào)，按目的地址正確地進(jìn)行選路，控制交換網(wǎng)絡(luò)連接的建立，按照所收到的釋放信號(hào)拆

12、除連接等功能。通過本局接續(xù)、出局接續(xù)、入局接續(xù)、轉(zhuǎn)接接續(xù)可建立各種呼叫類型。目前，程控?cái)?shù)字交換機(jī)的基本任務(wù)包括以下內(nèi)容：(1) 通過模擬用戶線接口完成模擬電話用戶間的撥號(hào)接續(xù)與信息交換。 (2) 通過數(shù)字用戶線接口完成數(shù)字話機(jī)或數(shù)據(jù)終端間的撥號(hào)接續(xù)及數(shù)據(jù)信息交換。(3) 經(jīng)模擬用戶線接口和Modem完成數(shù)據(jù)終端間的數(shù)據(jù)通信。(4) 經(jīng)所配置的硬件和應(yīng)用軟件，提供諸多專門的應(yīng)用功能。(5) 借助話務(wù)臺(tái)等設(shè)備完成對(duì)用戶(分機(jī))的呼叫轉(zhuǎn)接、號(hào)碼查詢、故障受理等服務(wù)業(yè)務(wù)。(6) 借助維護(hù)終端等設(shè)備完成對(duì)程控交換系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)的配置，以及對(duì)各類參數(shù)數(shù)據(jù)、話務(wù)統(tǒng)計(jì)、計(jì)費(fèi)系統(tǒng)等的管理與維護(hù)。 4. 程控?cái)?shù)字交換

13、機(jī)的功能程控?cái)?shù)字交換機(jī)的功能分為交換機(jī)業(yè)務(wù)功能和用戶(分機(jī))功能兩類。 1) 交換機(jī)業(yè)務(wù)功能程控?cái)?shù)字交換機(jī)應(yīng)提供的業(yè)務(wù)功能有以下八類： (1) 控制功能?？刂圃O(shè)備應(yīng)能檢測(cè)是否存在空閑通路以及被叫的忙閑情況，以控制各種電路的建立。(2) 交換功能。交換網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)中任何用戶之間的話音信號(hào)交換。(3) 接口功能。交換機(jī)應(yīng)有連接不同種類和性質(zhì)的終端接口。 (4) 信令功能。信令設(shè)備應(yīng)能監(jiān)視并隨時(shí)發(fā)現(xiàn)呼叫的到來和呼叫的結(jié)束，應(yīng)能向主、被叫發(fā)送各種用于控制接續(xù)的可聞信號(hào)，還應(yīng)能接收并保存主叫發(fā)送的被叫號(hào)碼。(5) 公共服務(wù)功能。交換機(jī)應(yīng)能向用戶提供諸如銀行業(yè)務(wù)、股市業(yè)務(wù)、交通業(yè)務(wù)等各種公共信息服務(wù)。

14、(6) 運(yùn)行管理功能。交換機(jī)應(yīng)具有對(duì)包括交換網(wǎng)絡(luò)、處理機(jī)以及各種接口等設(shè)備的管理功能。(7) 維護(hù)、診斷功能。交換機(jī)應(yīng)具有對(duì)交換機(jī)定期測(cè)試、故障報(bào)警、故障分析等功能。(8) 計(jì)費(fèi)功能。交換機(jī)應(yīng)具有計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)收集、話費(fèi)結(jié)算和話單輸出等計(jì)費(fèi)功能。 2) 用戶(分機(jī))功能程控交換機(jī)為用戶(分機(jī))提供了諸如縮位撥號(hào)、熱線服務(wù)、呼叫轉(zhuǎn)移、禁止呼叫、追查惡意呼叫等20多種服務(wù)功能。這些服務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)為辦公室工作和日常生活提供了許多方便。 5. 程控?cái)?shù)字交換機(jī)的基本原理程控?cái)?shù)字交換機(jī)的基本原理是一種電路交換原理，主要包括以下三個(gè)通信階段：(1) 電路的建立階段。通過呼叫信令完成逐個(gè)節(jié)點(diǎn)的接續(xù)，建立起一條端到端

15、的通信電路。(2) 通信階段。在已建立的端到端的直通電路上，透明地傳送和交換數(shù)字化的話音信號(hào)信息。(3) 電路的拆除階段。結(jié)束一次通信時(shí)，拆除電路連接，釋放節(jié)點(diǎn)和信道資源。 1.5 程控?cái)?shù)字交換機(jī)的優(yōu)越性與技術(shù)發(fā)展 1. 程控?cái)?shù)字交換機(jī)的優(yōu)越性(1) 能提供許多新的用戶服務(wù)性能；(2) 維護(hù)管理方便，可靠性高；(3) 靈活性大；(4) 便于向綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)方向發(fā)展；(5) 可以采用公共信道信號(hào)系統(tǒng)(No.7信令)；(6) 便于利用電子器件的最新成果，可使系統(tǒng)在技術(shù)上的先進(jìn)性得到發(fā)揮。 2. 程控?cái)?shù)字交換機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)(1) 軟、硬件進(jìn)一步模塊化，軟件設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)修改采用數(shù)據(jù)處理機(jī)完

16、成；(2) 控制部分采用計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)，將控制部分設(shè)計(jì)成開放式系統(tǒng)，為今后適應(yīng)新的業(yè)務(wù)和功能奠定基礎(chǔ)；(3) 在交換網(wǎng)絡(luò)方面進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)的集成度和容量，制成大容量的專用芯片；(4) 在接口電路方面進(jìn)一步提高用戶電路的集成度，從而降低整個(gè)交換機(jī)的成本；(5) 加強(qiáng)有關(guān)智能網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)性能的開發(fā)； (6) 大力開發(fā)各種接口，包括各種無線接口和光接口；(7) 通過專用接口，完成程控?cái)?shù)字交換機(jī)與局域網(wǎng)LAN、分組數(shù)據(jù)網(wǎng)PDN、ISDN、接入網(wǎng)AN以及無線移動(dòng)通信網(wǎng)的互聯(lián)；(8) 加強(qiáng)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)三網(wǎng)合一，從而給人們提供以寬帶技術(shù)為核心的綜合信息服務(wù)。 第

17、2章 模擬信號(hào)的數(shù)字化處理 與多路復(fù)用技術(shù) 2.1 模擬信號(hào)的數(shù)字化處理 2.2 多路復(fù)用技術(shù) 2.1 模擬信號(hào)的數(shù)字化處理 2.1.1 數(shù)字信號(hào)的調(diào)制模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的過程叫做數(shù)字信號(hào)的調(diào)制。數(shù)字信號(hào)有各種調(diào)制方法，常用的有脈沖編碼調(diào)制(PCM)和增量調(diào)制(M)。圖2-1所示為脈沖編碼調(diào)制(PCM)的模型。 圖2-1 脈沖編碼調(diào)制(PCM)的模型 2.1.2 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制(PCM)在發(fā)送端主要通過抽樣、量化和編碼工作完成AD轉(zhuǎn)換；在接收端主要通過譯碼和濾波工作完成DA轉(zhuǎn)換。1. 抽樣模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)的第一步工作就是要對(duì)初始信號(hào)進(jìn)行抽樣。抽樣的目的是使模擬信號(hào)在時(shí)間上離散

18、化。其原理是通過抽樣脈沖按一定周期去控制抽樣器的開關(guān)電路，取出模擬信號(hào)的瞬時(shí)電壓值，從而將連續(xù)的原始話音信號(hào)變成間隔相等但幅度不等的離散電壓值，如圖2-2所示。 圖2-2 話音信號(hào)抽樣 所抽取的每個(gè)幅度值為樣值，顯然，該樣值可以看做是按幅度調(diào)制的脈沖信號(hào)，稱為脈沖調(diào)幅(PAM)信號(hào)。PAM信號(hào)的幅度取值是連續(xù)的，不能用有限數(shù)字來表示，我們認(rèn)為它仍然是模擬信號(hào)。 為了使抽樣信號(hào)不失真地還原為原始信號(hào)，抽樣頻率(fs)應(yīng)大于話音信號(hào)的最高頻率的兩倍，實(shí)際中fs取8000 Hz，則抽樣周期T為1/8000，即125s。 2. 量化量化的目的是將抽樣得到的無數(shù)種幅度值用有限個(gè)狀態(tài)來表示，以減少編碼的位

19、數(shù)。其原理是用有限個(gè)電平表示模擬信號(hào)的樣值。 量化方法大體上有舍去法(即將小于1 V的尾數(shù)舍去)、補(bǔ)足法(即將小于1 V的尾數(shù)補(bǔ)足為1 V)以及四舍五入法三種。四舍五入法是將每個(gè)抽樣后的幅值用一個(gè)鄰近的“整數(shù)”值來近似。圖2-3所示為四舍五入量化方法的示意圖。 圖2-3 四舍五入量化方法的示意圖(a) 抽樣；(b) 量化 需要注意的是，把無限多種幅值量化成有限的值必然會(huì)產(chǎn)生誤差。我們把量化值與信號(hào)值之間的差異稱做量化誤差。量化誤差是數(shù)字通信中的主要噪聲來源之一。減少信號(hào)的量化噪聲有以下兩種方法：(1) 增加量化級(jí)數(shù)。增加量化級(jí)數(shù)可減小量化誤差，但量化級(jí)數(shù)的增加會(huì)使編碼位數(shù)增加，要求存儲(chǔ)器容量加

20、大，對(duì)編碼器的要求也會(huì)提高。 (2) 采用非均勻量化的辦法。圖2-3所示為一種均勻量化。在均勻量化時(shí)，由于量化分級(jí)間隔是均勻的，對(duì)大信號(hào)和小信號(hào)量化階距相同，因而小信號(hào)時(shí)的相對(duì)誤差大，大信號(hào)時(shí)的相對(duì)誤差小。非均勻量化是一種在信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，量化分級(jí)不均勻、量化階距不相等的量化。例如，若使小信號(hào)的量化分級(jí)數(shù)目多，則量化階距?。蝗羰勾笮盘?hào)的量化分級(jí)數(shù)目少，則量化階距大。這樣可保證信噪比高于26 dB。非均勻量化叫做“壓縮擴(kuò)張法”，簡(jiǎn)稱壓擴(kuò)法。其原理如圖2-4所示。 圖2-4 非均勻量化的原理框圖 在發(fā)送端，首先將輸入信號(hào)送到壓縮器進(jìn)行壓縮，然后再送到均勻量化器量化并編碼；在接收端，先將收到的數(shù)碼序

21、列進(jìn)行譯碼，然后再通過與壓縮器特性相反的擴(kuò)張器進(jìn)行擴(kuò)張，恢復(fù)為原來的信號(hào)。非均勻量化就是非線性量化，其壓、擴(kuò)特性采用的是近似于對(duì)數(shù)函數(shù)的特性。CCITT建議采用的壓縮律有兩種，分別叫做A律和 律。A律的壓縮系數(shù)(A)為87.6，用13折線來近似。歐洲各國(guó)、中國(guó)的PCM設(shè)備采用這種壓縮律。 律的壓縮系數(shù)()為255，用15折線來近似。北美各國(guó)的PCM設(shè)備采用這種壓縮律。 3. 編碼編碼就是把量化后的幅值分別用代碼來表示。代碼的種類很多，采用二進(jìn)制代碼在通信技術(shù)中較常見。實(shí)際應(yīng)用中，通常用8位二進(jìn)制代碼表示一個(gè)量化樣值。PCM信號(hào)的組成形式如圖2-5所示。 圖2-5 PCM信號(hào)的組成形式 極性碼：

22、由高1位表示，用以確定樣值的極性。幅度碼：由28位共7位碼表示(代表128個(gè)量化級(jí))，用以確定樣值的大小。段落碼：由高24位表示，用以確定樣值的幅度范圍。段內(nèi)碼：由低58位表示，用以確定樣值的精確幅度。段落碼是指將13折線分為16個(gè)不等的段(非均勻量化)，其中，正、負(fù)極各8段，量化級(jí)為8，由3位二進(jìn)制碼表示。 段內(nèi)碼是指將上述16個(gè)段的每段再平均分為16段(均勻量化)，量化級(jí)為16 ，由4位二進(jìn)制碼表示。經(jīng)過編碼后的信號(hào)即為PCM信號(hào)。PCM信號(hào)在信道中是以每路一個(gè)抽樣值為單位傳輸?shù)模虼藛温稰CM信號(hào)的傳輸速率為8 8000 = 64 kb/s。我們將速率為64 kb/s的PCM信號(hào)稱為基帶

23、信號(hào)。PCM常用碼型有單極性不歸零(NRZ)碼、雙極性歸零(AMI)碼、三階高密度雙極性(HDB3)碼等。 1) 單極性不歸零碼單極性不歸零(NRZ)碼如圖2-6所示。 圖2-6 NRZ碼 NRZ碼具有如下特點(diǎn)：(1) 信號(hào)“1”表示有脈沖，信號(hào)“0”表示無脈沖。(2) 信號(hào)中有直流分量(即平均分量)，直流信號(hào)衰耗大，不利于遠(yuǎn)距離傳輸。(3) 占用頻帶寬。因此，NRZ碼一般不用于長(zhǎng)途線路，主要用于局內(nèi)通信。 2) 雙極性歸零碼雙極性歸零(AMI)碼如圖2-7所示。 圖2-7 AMI碼 AMI碼具有如下特點(diǎn)：(1) “1”的極性交替變換，因此不存在直流分量。 (2) 與NRZ碼相比，碼的寬度壓縮

24、了一半，可有效利用信道。 在圖2-6所示的一組信碼中，有多個(gè)連續(xù)“0”出現(xiàn)，這樣會(huì)使中繼器長(zhǎng)時(shí)間收不到信號(hào)而誤認(rèn)為是空號(hào)，進(jìn)而影響定時(shí)提取時(shí)鐘頻率的工作。 3) 三階高密度雙極性碼HDB3碼如圖2-8所示。圖2-8 HDB3碼 HDB3碼具有如下特點(diǎn)：一組信碼中，連“0”數(shù)限制在三個(gè)以下，當(dāng)出現(xiàn)第四個(gè)連“0”時(shí)，就自動(dòng)加入一個(gè)“1”取代第四個(gè)“0”，從而解決了過多連續(xù)“0”的出現(xiàn)。被加入的這個(gè)“1”是人為加入的，稱為破壞點(diǎn)。為了使接收端能夠識(shí)別并去除破壞點(diǎn)，破壞點(diǎn)“1”應(yīng)與AMI碼的極性交替規(guī)律相違背。HDB3碼適合遠(yuǎn)距離傳輸，常用于長(zhǎng)途線路通信。 4. 解碼和重建在PCM通信的接收端，需要把

25、數(shù)字信號(hào)恢復(fù)為模擬信號(hào)，這要經(jīng)過解碼和重建兩個(gè)處理過程。 1) 解碼解碼就是把接收到的PCM代碼轉(zhuǎn)變成與發(fā)送端一樣的PAM信號(hào)，如圖2-9所示。 圖2-9 解碼示意圖 2) 重建在PAM信號(hào)中包含原話音信號(hào)的頻譜，因此可將PAM信號(hào)通過低通濾波器分離出所需要的話音信號(hào)，這一過程即為重建。PCM信號(hào)在傳輸中，為了減少由長(zhǎng)途線路帶來的噪聲和失真積累，通常在達(dá)到一定傳輸距離處設(shè)置一個(gè)再生中繼器。再生中繼器用來完成輸入信碼的整形、放大等工作，以使信號(hào)恢復(fù)到良好狀態(tài)。 2.2 多路復(fù)用技術(shù) 2.2.1 多路復(fù)用的概念1. 頻分復(fù)用頻分復(fù)用(FDM)是指把傳輸信道的總帶寬劃分成若干個(gè)子頻段，如圖2-10所

26、示的信道1、信道2、信道n。每個(gè)子頻段可作為一個(gè)獨(dú)立的傳輸信道使用，每對(duì)用戶所占用的僅僅是其中的一個(gè)子頻段。 圖2-10 頻分制示意圖2. 時(shí)分復(fù)用時(shí)分制是將信道的傳輸時(shí)間劃分成若干個(gè)時(shí)隙，每個(gè)被傳輸?shù)男盘?hào)獨(dú)立占用其中的一個(gè)時(shí)隙，各路信號(hào)輪流在自己的時(shí)隙內(nèi)完成傳輸，如圖2-11所示的信道1、信道2、信道n。由此可見，頻分制是按頻率劃分信道的，而時(shí)分制是按時(shí)間劃分信道的；頻分制同一時(shí)間傳送多路信息，而時(shí)分制同一時(shí)間只傳送1路信息；頻分制的多路信息是并行傳輸?shù)?，而時(shí)分制的多路信息是串行傳輸?shù)?；?shí)際應(yīng)用中頻分制多用于模擬通信，而時(shí)分制多用于數(shù)字通信。目前，程控?cái)?shù)字交換機(jī)采用的多路復(fù)用技術(shù)為時(shí)分復(fù)用(

27、TDM)。 圖2-11 時(shí)分制示意圖 R1 = n 64 (kb/s) (2.1) 2.2.2 PCM信號(hào)的時(shí)分復(fù)用為了提高信道的利用率，常對(duì)基帶PCM信號(hào)進(jìn)行時(shí)分復(fù)用的多路調(diào)制，如圖2-12所示。比較圖2-12(b)圖2-12(e)我們發(fā)現(xiàn)，在125s抽樣周期內(nèi)，PAM信道每傳送一個(gè)抽樣值，對(duì)應(yīng)基帶PCM傳送8 bit，而TDM PCM則可傳輸n 8 bit。因此，TDM PCM信號(hào)的碼元速率為 圖2-12 PCM信號(hào)的時(shí)分復(fù)用(a) 原始模擬語言信號(hào)；(b) 抽樣后形成的PAM信號(hào)；(c) 基帶PCM編碼信號(hào)；(d) 多路基帶PCM信號(hào)調(diào)制后形成的TDM PCM信號(hào)；(e) 第2路基帶PC

28、M信號(hào) 時(shí)分多路復(fù)用是利用一個(gè)高速開關(guān)電路(抽樣器)來實(shí)現(xiàn)的。高速開關(guān)電路使各路信號(hào)在時(shí)間上按一定順序輪流接通，以保證任一瞬間最多只有一路信號(hào)接在公共信道上。具體地說，就是利用時(shí)鐘脈沖把信道按時(shí)間分成均勻的間隔，每一路信號(hào)的傳輸被分配在不同的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行，以達(dá)到互相分開的目的，如圖2-13所示。 圖2-13 時(shí)間分割信道原理 所以就PCM時(shí)分制而言，就是把抽樣周期125s分割成多個(gè)時(shí)間小段，以供各個(gè)話路占用。若有n條話路，則每路占用的時(shí)間小段為125/n。顯然，路數(shù)越多，時(shí)間小段將越小。我們知道，每路信號(hào)經(jīng)PCM調(diào)制后，都是以8 bit抽樣值為一個(gè)信號(hào)單元傳送的，因此，每個(gè)8 bit所占據(jù)的

29、時(shí)間稱為1個(gè)“時(shí)隙”(TS，Time Slot)，n個(gè)時(shí)隙就構(gòu)成了一個(gè)幀。因此，一路基帶PCM在TDM PCM中周期地每幀占有1個(gè)時(shí)隙，如圖2-14所示。 圖2-14 幀與時(shí)隙的關(guān)系圖 2.2.3 PCM幀結(jié)構(gòu)目前國(guó)際上有兩種PCM體制：一種是由貝爾(BELL)公司提出，主要在北美各國(guó)和日本采用的24路PCM(n = 24)；另一種是歐洲郵電管理協(xié)會(huì)(CEPT)提出，主要在歐洲各國(guó)和中國(guó)等國(guó)家采用的30/32路PCM(n = 32)。這兩種體制均已被CCITT采納為正式標(biāo)準(zhǔn)。兩種PCM體制的比較如表2.1所示。 表2.1 BELL 24路、CEPT 30/32路PCM體制的比較 1. 30/3

30、2路一次群幀結(jié)構(gòu)30/32路一次群幀結(jié)構(gòu)如圖2-15所示。在圖2-15所示的30/32路一次群幀結(jié)構(gòu)中，1幀由32個(gè)時(shí)隙組成，編號(hào)為TS0TS31。第115話路的消息碼組依次在TS1TS15中傳送，而第1630話路的消息依次在TS17TS31傳送。16個(gè)幀構(gòu)成1復(fù)幀，由F0F15組成。TS0用來做“幀同步”工作，而TS16則用來做“復(fù)幀同步”工作或傳送各話路的標(biāo)志信號(hào)碼(信令碼)。 “幀同步”和“復(fù)幀同步”的工作意義是控制收、發(fā)兩端數(shù)字設(shè)備同步地工作。對(duì)于偶數(shù)幀(F0，F(xiàn)2，F(xiàn)4，)，TS0被固定地設(shè)置為10011011，第1位碼沒有利用，暫定為“1”，后7位碼“0011011”為幀同步字。幀

31、同步字在偶數(shù)幀到來時(shí)，由發(fā)送端數(shù)字設(shè)備向接收端數(shù)字設(shè)備傳送。 圖2-15 30/32路一次群幀結(jié)構(gòu) 對(duì)于奇數(shù)幀(F1，F(xiàn)3，F(xiàn)5，)，TS0的第3位碼為幀失步告警碼。在消息傳送過程中，當(dāng)接收端的幀同步檢測(cè)電路在預(yù)定時(shí)刻檢測(cè)到輸入序列中與同步字(0011011)相匹配的信號(hào)段時(shí)，便認(rèn)為捕捉到了幀同步字，說明接收信號(hào)正常，此時(shí)由奇數(shù)幀TS0向發(fā)送端數(shù)字設(shè)備傳送的第3位碼為“0”；如果接收端幀同步檢測(cè)電路不能在預(yù)定時(shí)刻收到同步字(0011011)，就認(rèn)為系統(tǒng)失步，由奇數(shù)幀TS0向發(fā)送端數(shù)字設(shè)備傳送的第3位碼為“1”。通知對(duì)端局，本端接收信號(hào)已失步，需處理故障。 為可靠起見，實(shí)際工作中，接收端的幀同步

32、檢測(cè)電路需連續(xù)多次在所期望的時(shí)刻(即每250s)收到同步字，才可確認(rèn)系統(tǒng)進(jìn)入了同步狀態(tài)。這樣做的目的是避免把消息中與同步字相同的序列段誤認(rèn)為同步字。 奇數(shù)幀TS0的第1位碼同樣沒有利用，暫定為“1”。第2位碼為監(jiān)視碼，固定為“1”，用于區(qū)分奇數(shù)幀和偶數(shù)幀，以便接收端把偶數(shù)幀與奇數(shù)幀區(qū)別開來(偶數(shù)幀TS0的第2位碼固定為“0”)。奇數(shù)幀TS0的第48位碼用來傳送其他信息，在未利用的情況下，暫定為“1”。 在F0的TS16的8位碼中，前4位碼為復(fù)幀同步碼，編碼為“0000”。第6位碼為復(fù)幀失步告警碼，與幀失步告警碼一樣，復(fù)幀同步工作時(shí)這一位碼為“0”，失步時(shí)為“1”。F1F15的TS16用以傳送第

33、130話路的標(biāo)志信號(hào)。由于標(biāo)志信號(hào)的頻率成分遠(yuǎn)沒有話音的頻率成分豐富，用4位碼傳送一個(gè)話路的標(biāo)志信號(hào)就足夠了，因此，每個(gè)TS16又分為前4 bit和后4 bit兩部分，前4 bit用來傳送一個(gè)話路的標(biāo)志信號(hào)，后4 bit用來傳送另一話路的標(biāo)志信號(hào)。具體規(guī)定是在1復(fù)幀中： F1中TS16的前4 bit用來傳送第1話路的標(biāo)志信號(hào)；F2中TS16的前4 bit用來傳送第2話路的標(biāo)志信號(hào)；F3中TS16的前4 bit用來傳送第3話路的標(biāo)志信號(hào)；F15中TS16的前4 bit用來傳送第15話路的標(biāo)志信號(hào)。F1中TS16的后4 bit用來傳送第16話路的標(biāo)志信號(hào)；F2中TS16的后4 bit用來傳送第17

34、話路的標(biāo)志信號(hào)；F3中TS16的后4 bit用來傳送第18話路的標(biāo)志信號(hào)；F15中TS16的后4 bit用來傳送第30話路的標(biāo)志信號(hào)。 例如，某用戶摘機(jī)后占用第7條話路，那么，為其傳送話音信號(hào)的時(shí)隙是TS7，而為其傳送控制信號(hào)的時(shí)隙則應(yīng)是F7中TS16的前4 bit。 通過對(duì)30/32路一次群幀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，我們不難理解，一路基帶PCM信號(hào)一旦占用了一次群中的某個(gè)時(shí)隙，它隨后所有的8位編碼抽樣都將位于該時(shí)隙。因此，對(duì)于64 kb/s的基帶PCM源而言，一次群系統(tǒng)等價(jià)于提供了32條獨(dú)立的64 kb/s信道，故30/32路一次群的位速率為 B = 32 64 000 = 2048 kb/s 2. 數(shù)

35、字復(fù)用PCM高次群目前PCM通信技術(shù)發(fā)展很快，應(yīng)用很廣泛，上述PCM一次群的容量和速率已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足通信要求。為了擴(kuò)大信號(hào)傳輸?shù)乃俾屎徒粨Q容量，提高信道利用率，引入了數(shù)字復(fù)用高次群的概念。高次群由若干個(gè)低次群通過數(shù)字復(fù)接設(shè)備復(fù)用而成，如圖2-16所示。 由圖2-16可知，PCM系統(tǒng)的二次群由4個(gè)一次群復(fù)用而成，速率為8.448 Mb/s，話路數(shù)為4 30 = 120話路；三次群由4個(gè)二次群復(fù)用而成，速率為34.386 Mb/s，話路數(shù)為4 120=480話路；四次群由4個(gè)三次群復(fù)用而成，速率為139.264 Mb/s，話路數(shù)為4 480 = 1920話路；五次群則由4個(gè)四次群復(fù)用而成，速率為5

36、64.992 Mb/s，話路數(shù)為4 1920 = 7680話路。數(shù)字復(fù)用時(shí)，由于要加入同步調(diào)整比特，因此高次群的傳輸碼率并不是低次群的四倍，而是要比它的四倍高一些，如二次群復(fù)用加入正碼速調(diào)整比特后，速率應(yīng)為4 2112(標(biāo)稱值) = 8448 kb/s。交換機(jī)接續(xù)常以一次群信號(hào)為單位。如果交換機(jī)接收到的是其他群次的信號(hào)，則必須通過接口電路將它們多路復(fù)接(或分接)成一次群，然后進(jìn)行交換。 圖2-16 PCM高次群的形成 2.2.4 PCM終端設(shè)備簡(jiǎn)介 圖2-17 PCM多路系統(tǒng)終端設(shè)備的功能圖 第3章 交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與原理 3.1 交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu) 3.2 數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的接續(xù)原理 3.3 多級(jí)交換

37、網(wǎng)絡(luò) 3.1 交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu) 從外部看，交換網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于一個(gè)由若干入線和若干出線構(gòu)成的開關(guān)矩陣，如圖3-1所示。在圖3-1中，由每條入線和出線構(gòu)成的交叉接點(diǎn)類似于開關(guān)電路，平時(shí)是斷開的，當(dāng)選中某條入線和出線時(shí)，對(duì)應(yīng)的交叉接點(diǎn)才閉合。實(shí)際中的開關(guān)矩陣叫接線器，接線器的入線接主叫用戶接口電路，出線接被叫用戶接口電路或各種中繼接口電路。 圖3-1 交換網(wǎng)絡(luò)示意圖 3.1.1 交換網(wǎng)絡(luò)的線束利用度 交換網(wǎng)絡(luò)的線束利用度分為兩種不同的情況：全利用度線束和部分利用度線束。1. 全利用度線束任一條入線可以到達(dá)任一條出線的情況叫全利用度線束。2. 部分利用度線束任一條入線只能到達(dá)部分出線的情況叫部分利用度線束。

38、可見，與部分利用度線束相比，全利用度線束的接通率高，但出線的效率低。 3.1.2 交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)分單級(jí)接線器結(jié)構(gòu)和多級(jí)接線器結(jié)構(gòu)。1. 單級(jí)接線器結(jié)構(gòu)單級(jí)接線器結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，一個(gè)n m的接線器存在n m個(gè)交叉接點(diǎn)。如果交換網(wǎng)絡(luò)的n和m數(shù)值很大，則交叉接點(diǎn)數(shù)必然變得很大。在數(shù)字交換中，這意味著對(duì)存儲(chǔ)器的存取速率要求很高。 2. 多級(jí)接線器結(jié)構(gòu)多級(jí)接線器結(jié)構(gòu)可以克服單級(jí)接線器結(jié)構(gòu)存在的問題。圖3-2所示為n nm的二級(jí)接線器結(jié)構(gòu)，第一級(jí)接線器A的入線數(shù)與出線數(shù)相等，是一個(gè)n n的接線器，如果第一級(jí)接線器A的n條出線接至n個(gè)1 m的第二級(jí)接線器B的入線，則第一級(jí)的每條入線將有

39、nm條出線，于是1 + n個(gè)接線器便構(gòu)成了一個(gè)n nm的交換網(wǎng)絡(luò)。 圖3-2 一個(gè)n nm的二級(jí)接線器結(jié)構(gòu) 若把第一級(jí)接線器A增加到m個(gè)，并把第二級(jí)每個(gè)接線器的入線數(shù)也增加到m條，便可得到如圖3-3(a)所示的nm nm的二級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)，其簡(jiǎn)化形式如圖3-3(b)所示。 圖3-3 一個(gè)nmnm的二級(jí)接線器結(jié)構(gòu)(a) 連線圖；(b) 簡(jiǎn)化圖 在二級(jí)接線器結(jié)構(gòu)中，由于第一級(jí)的每一個(gè)接線器與第二級(jí)的每一個(gè)接線器之間僅存在一條內(nèi)部鏈路，因此任何時(shí)刻在一對(duì)接線器之間只能有一對(duì)出、入線接通。例如，當(dāng)?shù)谝患?jí)第1個(gè)接線器的1號(hào)入線與第二級(jí)第2個(gè)接線器的m號(hào)出線接通時(shí)，第一級(jí)第1個(gè)接線器的其他入線都無法再與第二級(jí)

40、第2個(gè)接線器的其余出線接通。這種雖然入、出線空閑，但因沒有空閑級(jí)間鏈路而無法接續(xù)的現(xiàn)象稱為交換網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部阻塞。二級(jí)接線器結(jié)構(gòu)的每條內(nèi)部鏈路被占用的概率可近似為 (3.1)式中，A整個(gè)交換網(wǎng)絡(luò)的輸入話務(wù)量。 交換網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部阻塞率應(yīng)等于所需鏈路被占用的概率，則二級(jí)接線器結(jié)構(gòu)的內(nèi)部阻塞是： Bi2=a (3.2) 當(dāng)進(jìn)一步增加網(wǎng)絡(luò)的輸入線數(shù)時(shí)，可依照相同的方法將二級(jí)接線器結(jié)構(gòu)擴(kuò)展為三級(jí)或更多級(jí)。圖3-4所示為一個(gè)三級(jí)接線器結(jié)構(gòu)。 圖3-4 一個(gè)nmknmk的三級(jí)接線器結(jié)構(gòu) 在三級(jí)接線器結(jié)構(gòu)中，任何一個(gè)第一級(jí)接線器與一個(gè)第三級(jí)接線器之間仍然只存在一條通路，但這條通路卻是由兩條級(jí)間鏈路級(jí)聯(lián)而成的。因此，

41、當(dāng)假設(shè)每條內(nèi)部鏈路被占用的概率是a時(shí)，每條鏈路空閑的概率是1-a。兩條鏈路均空閑，則級(jí)聯(lián)鏈路空閑的概率便為(1-a)2。因此，三級(jí)接線器結(jié)構(gòu)的內(nèi)部阻塞率為Bi3=1-(1-a)2 (3.3) 比較式(3.2)和式(3.3)不難發(fā)現(xiàn)： Bi3Bi2 可見，增加級(jí)數(shù)雖然擴(kuò)大了交換網(wǎng)絡(luò)可接續(xù)的容量，但也增加了網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部阻塞率。 3. 減小內(nèi)部阻塞率的方法減小內(nèi)部阻塞率的方法通常有兩種：擴(kuò)大級(jí)間鏈路數(shù)和采用混合級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)。1) 擴(kuò)大級(jí)間鏈路數(shù)擴(kuò)大級(jí)間鏈路數(shù)的方法如圖3-5所示。 圖3-5 一個(gè)x重連接的二級(jí)交換網(wǎng)絡(luò) 圖3-5所示的級(jí)間鏈路擴(kuò)大到了x條，其內(nèi)部阻塞率將減少為 Bi=ax (3.4) 同理

42、，一個(gè)x重連接的三級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部阻塞率為 Bi=1-(1-ax)2 (3.5) 擴(kuò)大級(jí)間鏈路數(shù)可減小網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部阻塞率，但這是以增大第二級(jí)接線器B入、出線數(shù)目為代價(jià)的，如圖3-5所示的第二級(jí)接線器B入、出線數(shù)目將相應(yīng)地增大到xmxm。 2) 采用混合級(jí)交換網(wǎng)絡(luò) 圖3-6給出了一種混合級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)。圖3-6的前兩級(jí)是如圖3-3所示的二級(jí)網(wǎng)絡(luò)，但第二級(jí)網(wǎng)絡(luò)的nm條出線并未像圖3-4那樣連到nm個(gè)接線器，而是僅連接了m個(gè)接線器。不難看出，第一級(jí)中任何一個(gè)接線器與第三級(jí)中的任一接線器之間現(xiàn)在有了n條鏈路，因此網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部阻塞率下降為 Bi=1-(1-a)2n 不難想象，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部鏈路數(shù)(如圖3-6所示的

43、第二級(jí)n)達(dá)到一定的數(shù)量時(shí)，可以完全消除內(nèi)部阻塞。下面我們來分析圖3-7所示的三級(jí)無阻塞交換網(wǎng)絡(luò)。 在圖3-7中，第一級(jí)有2個(gè)3 5接線器，第二級(jí)有5個(gè)2 2接線器，第三級(jí)有2個(gè)5 3接線器?，F(xiàn)假設(shè)第一級(jí)接線器A的一條空閑入線要與第三級(jí)接線器C的一條空閑出線接通。在最壞的情況下，當(dāng)接線器A的入線希望接通時(shí)，它的其余2條入線已占用了其5條出線中的2條，于是這條入線尚有3條出線與接線器C相通。再假設(shè)接線器C的其余2條出線均已被占用，而它們使用的入線又恰好是A、C之間剩余3條鏈路中的2條，于是A、C之間還存在1條通路。這種只要交換網(wǎng)絡(luò)的出、入線中有空閑線，則必存在內(nèi)部空閑鏈路的網(wǎng)絡(luò)稱為無阻塞網(wǎng)絡(luò)或C

44、los網(wǎng)絡(luò)。 圖3-6 混合級(jí)交換網(wǎng)絡(luò) 圖3-7 三級(jí)無阻塞交換網(wǎng)絡(luò) 3.2 數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的接續(xù)原理 數(shù)字交換實(shí)質(zhì)上就是把PCM系統(tǒng)有關(guān)的時(shí)隙內(nèi)容在時(shí)間位置上進(jìn)行搬移，因此數(shù)字交換也叫做時(shí)隙交換。當(dāng)連接數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)只有一套PCM系統(tǒng)時(shí)，交換僅在這條總線的30個(gè)話路時(shí)隙之間進(jìn)行。為了擴(kuò)大數(shù)字信號(hào)的交換范圍，要求數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)具有在不同PCM總線之間進(jìn)行交換的功能。具體來說，數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有如下功能： (1) 在同一條PCM總線的不同時(shí)隙之間進(jìn)行交換；(2) 同一時(shí)隙在不同PCM總線之間進(jìn)行交換；(3) 在不同PCM總線的不同時(shí)隙之間進(jìn)行交換。在數(shù)字通信中，由于每一條總線都至少可傳送30路(P

45、CM基群)用戶的消息，因此我們把連接交換網(wǎng)絡(luò)的入、出線叫做PCM母線或HW(High Way)線。由于PCM信號(hào)是四線傳輸，即發(fā)送和接收是分開的，因此數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)也要收、發(fā)分開，進(jìn)行單向路由的接續(xù)。實(shí)際中用戶消息通過數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)發(fā)送與接收的過程如圖3-8所示。 圖3-8 用戶消息通過數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)發(fā)送與接收的過程 3.2.1 數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間(T)接線器1. 時(shí)間(T)接線器的結(jié)構(gòu)T接線器由話音存儲(chǔ)器和控制存儲(chǔ)器組成。話音存儲(chǔ)器和控制存儲(chǔ)器都是隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM。1) 話音存儲(chǔ)器顧名思義，話音存儲(chǔ)器(SM，Speech Memory)用于寄存經(jīng)過PCM編碼處理的話音信息，每個(gè)單元存放一個(gè)時(shí)隙的內(nèi)

46、容，即存放一個(gè)8 bit的編碼信號(hào)，故SM的單元數(shù)等于PCM的復(fù)用度(PCM復(fù)用線上的時(shí)隙總數(shù))。 2) 控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器(CM，Control Memory)又稱為地址存儲(chǔ)器，其作用是寄存話音信息在SM中的單元號(hào)，如某話音信息存放于SM的2號(hào)單元中，那么在CM的單元中就應(yīng)寫入“2”。通過在CM中存放地址，從而控制話音信號(hào)的寫入或讀出。一個(gè)SM的單元號(hào)占用CM的一個(gè)單元，故CM的單元數(shù)等于SM的單元數(shù)。CM每單元的字長(zhǎng)則由SM總單元數(shù)的二進(jìn)制編碼字長(zhǎng)決定。例如，某T接線器的輸入端PCM復(fù)用度為128，則SM的單元數(shù)應(yīng)是128個(gè)，每單元的字長(zhǎng)是8 bit，CM單元數(shù)應(yīng)是128個(gè)，每單元的字長(zhǎng)

47、是7 bit。 2. 時(shí)間(T)接線器的工作方式如果話音存儲(chǔ)器(SM)的寫入信號(hào)受定時(shí)脈沖控制，而讀出信號(hào)受控制存儲(chǔ)器(CM)控制，我們稱其為輸出控制方式，即SM是“順序?qū)懭?，控制讀出”。反之，如果話音存儲(chǔ)器(SM)的寫入信號(hào)受控制存儲(chǔ)器(CM)控制，而讀出信號(hào)受定時(shí)脈沖控制，我們稱其為輸入控制方式，即SM是“控制寫入，順序讀出”。需要強(qiáng)調(diào)的是，上述兩種控制方式只針對(duì)話音存儲(chǔ)器(SM)，對(duì)于控制存儲(chǔ)器(CM)來說，其工作方式都是“控制寫入，順序讀出”，即CPU控制寫入，定時(shí)脈沖控制讀出。例如，某主叫用戶的話音信號(hào)(A)占用TS10發(fā)送，通過T接線器交換至被叫用戶的TS50接收。圖3-9(a)、

48、(b)給出了兩種工作方式的示意圖。 圖3-9 T接線器的工作方式(a) 輸出控制方式；(b) 輸入控制方式 要把TS10的內(nèi)容交換到TS50中去，只要在TS10到來時(shí)，把它的內(nèi)容先寄存到SM中，等到TS50到來時(shí)，再把該內(nèi)容取走即可。通過這樣一存一取，即可實(shí)現(xiàn)不同時(shí)隙內(nèi)容的交換。對(duì)于輸出控制方式來說，其交換過程為：第一步，在定時(shí)脈沖CP控制下，將HW線上的每個(gè)輸入時(shí)隙所攜帶的話音信息依次寫入SM的相應(yīng)單元中(SM單元號(hào)對(duì)應(yīng)主叫用戶所占用的時(shí)隙號(hào))；第二步，CPU根據(jù)交換要求，在CM的相應(yīng)單元中填寫SM的讀出地址(CM單元號(hào)對(duì)應(yīng)被叫所占用的時(shí)隙號(hào))；第三步，在CP控制下，按順序在輸出時(shí)隙(被叫所

49、占的時(shí)隙)到來時(shí)，根據(jù)SM的讀出地址，讀出SM中的話音信息。 對(duì)于輸入控制方式來說，其交換過程為：第一步，CPU根據(jù)交換要求，在CM單元內(nèi)寫入話音信號(hào)在SM的地址(CM單元號(hào)對(duì)應(yīng)主叫用戶所占用的時(shí)隙號(hào))上；第二步，在CM控制下，將話音信息寫入SM的相應(yīng)單元(SM單元號(hào)對(duì)應(yīng)被叫用戶所占用的時(shí)隙號(hào))中；第三步，在CP控制下，按順序讀出SM中的話音信息。 針對(duì)T接線器的討論有以下幾點(diǎn)說明：(1) 不管是哪一種控制方式，話音信息交換的結(jié)果是一樣的。 (2) T接線器按時(shí)間開關(guān)時(shí)分方式工作，每個(gè)時(shí)隙的話音信息都對(duì)應(yīng)著一個(gè)SM的存儲(chǔ)單元，因?yàn)椴煌拇鎯?chǔ)單元所占用的空間位置不同，所以從這個(gè)意義上講，T接線器

50、雖是一種時(shí)分接線器，但實(shí)際上卻具有“空分”的含義。(3) CPU只需修改CM單元內(nèi)的內(nèi)容，就可改變信號(hào)交換的對(duì)象。但對(duì)于某一次通話來說，占用T接線器的單元是固定的，這個(gè)“占用”直至通話結(jié)束才釋放。 (4) 話音信號(hào)在SM中存放的時(shí)間最短為3.9 s，最長(zhǎng)為125 s。(5) CM各單元的數(shù)據(jù)在每次通話中只需寫一次。(6) 當(dāng)CM第K個(gè)單元中的值為j時(shí)，輸入的第j時(shí)隙將被轉(zhuǎn)移到輸出的第k時(shí)隙。由此引起的延時(shí)為 D= k-j(TS) 例如，當(dāng)k=3，j = 1時(shí)，信號(hào)交換的延時(shí)為 D=3-1 = 2(TS) = 7.8 s 再如，當(dāng)k=1，j = 3時(shí)，信號(hào)交換的延時(shí)為 D =(32-j)+ k=

51、 (32-3) +1= 30TS= 117 s 3. 話音存儲(chǔ)器(SM)和控制存儲(chǔ)器(CM)的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)原理在分析SM、CM的數(shù)字電路時(shí)要用到時(shí)鐘(CP)、定時(shí)脈沖(A0A7)和位脈沖(TD0TD7)的有關(guān)知識(shí)。圖3-10是由時(shí)鐘(CP)形成的8條HW線所需要的定時(shí)脈沖(A0A7)和位脈沖(TD0TD7)的波形。 圖3-10 形成定時(shí)脈沖(A0A7)和位脈沖(TD0TD7)的波形 1) 話音存儲(chǔ)器(SM)的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)原理SM的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)原理如圖3-11所示，該電路由存儲(chǔ)器RAM、寫入與門、讀出與門、或門、反相器等讀/寫控制電路組成。該電路是按輸出控制方式設(shè)計(jì)的。 圖3-11 話音存儲(chǔ)器的

52、數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)原理 當(dāng)CM無輸出時(shí)，B0B7全為“0”，或門輸出為0，此時(shí)RAM的R/=0，RAM處于寫狀態(tài)?！白x出控制”為0，關(guān)閉讀出地址B0B7的與門；“寫入控制”為1，打開寫入地址A0A7的與門。根據(jù)定時(shí)脈沖A0A7組合的256個(gè)地址，在位脈沖TD0TD7控制下按順序?qū)0D7 8位并行碼(話音信號(hào))寫入到相應(yīng)的RAM單元中。當(dāng)CM有輸出時(shí)，B0B7不全為“0”，此時(shí)RAM的R/=1，RAM處于讀狀態(tài)?！皩懭肟刂啤睘?，關(guān)閉寫入地址A0A7的與門；“讀出控制”為1，打開讀出地址B0B7的與門。按照CM提供的B0B7組合的256個(gè)地址，從相應(yīng)的SM單元讀出數(shù)據(jù)D0D7。 2) 控制存儲(chǔ)器(C

53、M)的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)原理控制存儲(chǔ)器的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)原理如圖3-12所示，該電路由存儲(chǔ)器RAM、反相器、比較器、鎖存器等組成。 CPU根據(jù)用戶要求，通過數(shù)據(jù)總線(DB)和地址總線(AB)向CM發(fā)送：寫入數(shù)據(jù)BW0BW7(SM的地址)；寫入地址AW0AW7(CM的地址)。 SM的地址寫入CM的時(shí)機(jī)(寫入條件)是： CPU發(fā)出寫命令脈沖； 定時(shí)脈沖A0A7所指定的地址與CPU送來的AW0AW7地址一致(同步)； CP的前半周(CP=1)。 圖3-12 控制存儲(chǔ)器的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)原理 4. PCM終端設(shè)備和T接線器的連接1) 單端PCM設(shè)備和T接線器的連接所謂單端，是指一條HW線的情況。單端PCM設(shè)備和T接

54、線器的連接如圖3-13所示。 圖3-13 單端PCM設(shè)備和T接線器的連接電路框圖 圖3-13所示的電路包括了碼型變換與逆變換電路、標(biāo)志信號(hào)收/發(fā)電路、同步電路、定時(shí)電路、串/并(S/P)變換電路、匯總電路等。(1) 碼型變換與逆變換：指機(jī)內(nèi)碼型與線路碼型之間的變換。(2) 同步：取出同步時(shí)隙，在定時(shí)脈沖控制下做同步檢查。(3) 定時(shí)：用來產(chǎn)生各種定時(shí)脈沖，如抽樣時(shí)用的抽樣脈沖、編碼時(shí)用的位脈沖和同步時(shí)用的幀同步脈沖等。(4) 標(biāo)志信號(hào)收/發(fā)：插入或取出TS16傳輸?shù)臉?biāo)志信號(hào)(控制信令)。 (5) 匯總：將話音信號(hào)、同步信號(hào)和標(biāo)志信號(hào)匯總在一起，然后通過碼型變換電路送至輸出端。 (6) 串/并變

55、換：在T接線器的數(shù)據(jù)總線上連接了一個(gè)輸入串/并(S/P)變換電路和一個(gè)輸出并/串(P/S)變換電路，目的是將傳輸線上的串行碼變換成并行碼后存入T接線器RAM中。為什么要進(jìn)行串/并變換呢？我們知道，30/32系統(tǒng)PCM一次群的傳送碼率為2.048 Mb/s。如果將時(shí)隙擴(kuò)大到1024個(gè)，仍采用串行碼傳送，則其碼率將達(dá)到64 Mb/s以上。這樣高的數(shù)碼率對(duì)T接線器的工作速率要求很高，技術(shù)上較難實(shí)現(xiàn)。也就是說，T接線器容量的增大要受到存儲(chǔ)器RAM讀/寫速度的限制。目前單個(gè)T接線器的容量不超過1024個(gè)單元(32個(gè)一次群信號(hào))。因此，為了解決提高復(fù)用度的同時(shí)，傳輸碼率也提高的問題，就必須把1條復(fù)用線變成

56、8條復(fù)用線，使進(jìn)入話音存儲(chǔ)器(SM)的8位碼以并行方式一次輸入，從而降低對(duì)T接線器RAM的讀/寫要求。2) 多端PCM終端設(shè)備和T接線器的連接單端PCM終端設(shè)備接入T接線器時(shí)只能處理30個(gè)用戶的話音交換。如果將多端PCM終端設(shè)備(4端、8端、16端、32端)接入T接線器，將會(huì)大大擴(kuò)大T接線器所交換的信息容量。因此，多端PCM終端設(shè)備和T接線器連接時(shí)其接口除了需要串/并、并/串電路外，還需要增加復(fù)用和分路電路，實(shí)現(xiàn)多端PCM復(fù)用線的合并。復(fù)用器的作用是將多條HW線合并成一條HW線；分路器的作用是將一條HW線分成多條HW線。 圖3-14所示為8條HW線(每條HW線的復(fù)用度為PCM一次群)與T接線器

57、的連接圖。圖3-14中，T接線器的左端是由8個(gè)串/并變換電路和1個(gè)8并1復(fù)用器組成的電路，該電路將8條HW輸入線的串行信號(hào)變換成1條HW線的并行信號(hào)進(jìn)入T接線器；T接線器的右端是由1個(gè)1分8的分路器和8個(gè)并/串變換電路組成的電路，該電路將T接線器輸出端的1條HW線的并行信號(hào)變換成8條HW線的串行信號(hào)送至傳輸線。 圖3-14 8條HW線與T接線器的連接圖 圖3-15 串/并變換與復(fù)用波形圖 每路信號(hào)依次進(jìn)入話音存儲(chǔ)器的順序如下：HW0TS0，HW1TS0，HW7TS0；HW0TS1，HW1TS1，HW7TS1； HW0TS2，HW1TS2，HW7TS2； HW0TS31，HW1TS31， ，HW

58、7TS31。 對(duì)于N條HW線來說，它們經(jīng)串/并變換及多路復(fù)用后，依次寫入話音存儲(chǔ)器的順序?yàn)镠W0TS0，HW1TS0，HWN-lTS0；HW0TS1，HW1TS1，HWN-1TS1； HW0TS2，HW1TS2，HWN-1TS2； HW0TS31，HW1TS31，HWN-lTS31。 由此得到HWi，TSj位于話音存儲(chǔ)器的單元號(hào)為K=Nj+i (單元) (3.8) 式中：K單元號(hào)(或經(jīng)串/并變換及多路復(fù)用后的TS編號(hào))；NHW線總數(shù)；j復(fù)用前的時(shí)隙編號(hào)；i復(fù)用前的HW線編號(hào)。 【例3.1】 有N路一次群信號(hào)經(jīng)串/并變換及多路復(fù)用后進(jìn)入話音存儲(chǔ)器，問： 話音存儲(chǔ)器的讀/寫速率為多少？ 話音存儲(chǔ)器

59、的容量為多少？ 控制存儲(chǔ)器的容量為多少？ 若有四條HW線，每條HW線均為PCM一次群，則復(fù)用前的HW2TS10在復(fù)用后變?yōu)門SX，X為多少？解： 話音存儲(chǔ)器的讀/寫速率為N256 kb/s。 話音存儲(chǔ)器的容量為N328位。 控制存儲(chǔ)器的容量為N32(lbN+5)位(其中N為2的整次冪)。 X為N j + i = 4 10 + 2 = 42。 5. 串/并變換與復(fù)用/分路的邏輯電路我們?nèi)砸?條HW線為例來講述串/并變換與復(fù)用/分路的邏輯電路。1) 串/并變換與復(fù)用圖3-16是將串行碼變換成并行碼并完成復(fù)用的數(shù)字電路。圖3-16中包含了8套移位寄存器、8套鎖存器和8套8選1電子選擇器。 圖3-16

60、 串/并變換與復(fù)用的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)原理 (1) 移位寄存器。移位寄存器采用8位串行輸入并行輸出的工作方式，它在位脈沖的控制下，將每個(gè)時(shí)隙中的8位串行碼依次移入寄存器。(2) 鎖存器。因?yàn)橐莆患拇嫫鬏敵龆薉0D7 8位碼不是同時(shí)出現(xiàn)的，而是在位脈沖(TD0TD7)控制下一位一位出現(xiàn)的，所以要加一個(gè)鎖存器，它將移位寄存器中的數(shù)據(jù)移入并鎖存，使8位碼從鎖存器輸出的同時(shí)并行輸出。8位并行碼送入鎖存器的時(shí)機(jī)為在8位碼中最后一位碼的控制脈沖TD7到來時(shí)及CP的后半周期。 (3) 8選1電子選擇器。8選1電子選擇器的功能是把每條HW的8位并行碼按一定次序進(jìn)行排列、合并后輸出送至話音存儲(chǔ)器。 2) 并/串變換與