现代交换技术Chapter 数字交换网络.pptx

数字交换技术基础2.1n 语音信号数字化过程第1页/共67页主要功能单元包括三种功能：抽 样 量化 编码抽样：把话路信号（300-3400HZ300-3400HZ）变成脉冲调幅信号（PAMPAM）量化（取整）：将脉冲调幅信号（PAMPAM）量化为有限个幅度值的量化信号（会产生误差（失真），采取对数形式的压缩特性）。编码：将有限个幅度值的量化信号变换成二进制编码，8 8位码/抽样值数字交换技术基础2.1第2页/共67页PCMPCM的主要波形数字交换技术基础2.1第3页/共67页 存在的问题和解决的方法问题话音信号在量化过程中必然会产生误差（或失真）引起通话时附加量化噪声。对于线性量化情况，量化噪声功率仅与量化间隔大小有关，大信号时信噪比高；小信号时信噪比低数字交换技术基础2.1第4页/共67页解决方法采用不均匀分层法，解决线性量化时小信号音质差的问题，即：让量化特性在小信号时分层密（量化间隔小）让量化特性在大信号时分层疏（量化间隔大）能在编码位数较少的情况下，得到小信号较高的信噪比来改善通话质量数字交换技术基础2.1第5页/共67页数字交换技术基础2.1第6页/共67页目前国际上有两种非均匀量化方法：U律15折线非线性量化-北美、日本采用A律13折线非线性量化-中国、欧洲采用分为256个量化级。数字交换技术基础2.1第7页/共67页实际广泛采用的两种对数形式的压缩特性A A律：欧洲（我国）律：北美，日本（压缩特性归一化表示）数字交换技术基础2.1第8页/共67页A律13折线采用8位编码数字交换技术基础2.1第9页/共67页数字交换技术基础2.1第10页/共67页2.1.2 2.1.2 时分多路通信数字交换技术基础2.1n 目的：提高传输信道的利用率n 方法：频分复用（FDMFDM）（按频率划分信道）时分复用（TDMTDM）（按时间划分信道）FDMFDM与TDMTDM信道划分第11页/共67页n 频分复用p方法：信道的可用频带被分割成若干互不交叠的频段，每路信号的频谱占用其一，以实现多路相加的FDMFDM信号在同一信道中传输。在接收端，借助适当的带通滤波器加以分路，分别进行解调。p基本功能单元（实现信号频谱的搬移和分割）幅度调制器；幅度解调器；带通滤波器；载波产生器p应用 载波电话通信 线对增容（程控、用户载波技术）数字交换技术基础2.1第12页/共67页n 时分复用p方法：将信道按时间加以分割，各路话音抽样信息依一定的次序轮流地占用某一时段（时隙），从而实现多路复用 通常采用PCMPCM复用方式提高传输速率、交换容量 两种复用制式：30/3230/32路帧结构（A A律、欧洲、中国）2424路帧结构（律、北美、日本）数字交换技术基础2.1第13页/共67页数字交换技术基础2.1第14页/共67页数字交换技术基础2.1第15页/共67页2.1.3 322.1.3 32路PCMPCM的帧结构数字交换技术基础2.1第16页/共67页数字交换技术基础2.1第17页/共67页小结数字交换技术基础2.1第18页/共67页PCMPCM基群的主要技术参数1 5442 048复用码流速率/kbit/s2430话路/帧2432时隙/帧125125帧长/s6464单路编码率(kbit/s)88编码拉数/抽样律（=255）A律（A=87.6）压缩律256256量化层数88抽样率/kHZ3003 4003003 400话音频带/Hz24路制式30/32路制式 制 式参数数字交换技术基础2.1第19页/共67页 数字复用技术（实现多路数字信号按时分复用方式汇接成一路复合数字信号）（群路信号）将编码数字信号复用成为更高速率的群路信号，以适应各种信道或介质的传输能力。基群复接（复用高次群基群）分接复用：完成复接、分接全过程数字交换技术基础2.12.1.4 PCM2.1.4 PCM高次群第20页/共67页数字交换技术基础2.1第21页/共67页数字交换技术基础2.1第22页/共67页用时序开关代替控制机构的表示方法2.1.5 2.1.5 时隙交换原理数字交换技术基础2.1第23页/共67页交换单元的基本概念1.交换单元（SE：Switch Element）入线入线出线出线控制端控制端状态端状态端M X N的交换单元的交换单元00 11M-1N-1基本交换单元2.2第24页/共67页按信息流向分为：按信息流向分为：q有向交换单元：当信息经过交换单元时只能从入线进有向交换单元：当信息经过交换单元时只能从入线进 出线出，具有唯一确定的方向。出线出，具有唯一确定的方向。q无向交换单元：交换单元的每条线即可入也可出，无向交换单元：交换单元的每条线即可入也可出，其入线数必等于出线数。其入线数必等于出线数。出线0 N-1入线0M-1M X N有向交换单元.入线/出线0N-1N无向交换单元2.交换单元分类基本交换单元2.2第25页/共67页入线入线0M-1出线出线0 N-1集中型（集中型（MN）入线入线0M-1出线出线0 N-1扩散型（扩散型（MN）出线出线0 N-1入线入线0M-1连接型（连接型（M=N）按使用需要的不同可分为：按使用需要的不同可分为：q集中型集中型(集中器集中器)：入线数大于出线数的交换单元。：入线数大于出线数的交换单元。q连接型连接型(置换器置换器)：入线数等于出线数的交换单元。入线数等于出线数的交换单元。q扩散型扩散型(扩展器扩展器)：入线数小于出线数的交换单元。入线数小于出线数的交换单元。基本交换单元2.2第26页/共67页按按入线和出线之间是否共享单一通路可分为：入线和出线之间是否共享单一通路可分为：p时分交换单元：所有的输入端口与输出端口之间共享时分交换单元：所有的输入端口与输出端口之间共享 惟一的一条通路。惟一的一条通路。p空分交换单元：入线与出线之间存在多条通路。空分交换单元：入线与出线之间存在多条通路。01M-1入线入线01N-1出线出线空分交换单元空分交换单元01M-1入线入线01N-1出线出线时分交换单元时分交换单元共享总线共享总线基本交换单元2.2第27页/共67页p 容量：容量：交换单元所有入线可以同时送入的总的信息量。交换单元所有入线可以同时送入的总的信息量。p 接口：接口：交换单元需要规定自己的信号接口标准，即信号形式、速率及信息流方向交换单元需要规定自己的信号接口标准，即信号形式、速率及信息流方向p 功能：功能：点到点、同发、广播点到点、同发、广播p 质量：质量：完成交换动作的速度、任何情况下是否能完成指定连接、信息经过交换单完成交换动作的速度、任何情况下是否能完成指定连接、信息经过交换单元是否有损伤（时间、语义）元是否有损伤（时间、语义）3.交换单元性能基本交换单元2.2第28页/共67页时间接线器(Time Switch)，简称为T接线器，用来实现时隙交换功能，完成一条时分复用线上时隙的交换。所谓时隙交换是指入线上各个时隙的内容要按照交换连接的需要，分别在出线上的不同时隙位置输出。基本交换单元2.22.2.1 2.2.1 时间交换单元第29页/共67页WRWRSMCM10定时脉冲处理机时钟n01基本结构：由话音存储器(SM)、控制存储器(CM)组成。SM用来暂存话音的数字编码信息。SM的单元数等于输入复用线上每帧的时隙数。每个单元至少应为8比特。CM用来存放控制SM的读出/写入话音信息的地址。CM单元数等于SM的单元数；CM单元的比特数为k，SM的单元数为n，则有2kn。(n)n基本交换单元2.2第30页/共67页控制方式按照CM对SM的控制关系，T接线器的工作方式可分为：输出控制方式：顺序写入、控制读出输入控制方式：控制写入、顺序读出基本交换单元2.2第31页/共67页WRWRSMCM810定时脉冲处理机时钟511051118TS1输出控制方式：顺序写入、控制读出u在在CLK1时刻，时刻，a写入到写入到SM的第的第1号单元号单元u在在CLK8时刻，时刻，CM读出第读出第8号单元的内容号单元的内容1，1选中选中SM的第的第1号单元，号单元，a被读出。被读出。u实现实现A用户用户(占用占用TS1)和和B用用户户(占用占用TS8)通话通话 u中央处理机根据用户要求，中央处理机根据用户要求，向向CM发出发出“写写”命令，令命令，令其在第其在第8号单元中写入号单元中写入1aTS8bTS1bTS8a18abAB (TS1 TS8)BA (TS8 TS1)u中央处理机根据用户要求，中央处理机根据用户要求，向向CM发出发出“写写”命令，令命令，令其在第其在第1号单元中写入号单元中写入8u在在CLK8时刻，时刻，b写入到写入到SM的第的第8号单元号单元u在在CLK1时刻，时刻，CM读出第读出第1号单元的内容号单元的内容8，8选中选中SM的第的第8号单元，号单元，b被读出。被读出。基本交换单元2.2第32页/共67页WRWRSMCM10定时脉冲处理机时钟511051132101TS0aTS2c23TS1bTS3d23TS0dTS2bTS1cTS3aTS0TS2bTS1TS3aTS0 TS3TS1 TS2TS2 TS1TS3 TS0abcdabcd基本交换单元2.2输出控制方式：顺序写入、控制读出第33页/共67页n输入控制方式：控制写入、顺序读出baWRWRSMCM810定时脉冲处理机时钟51105118118TS1aTS8bTS1bTS8a基本交换单元2.2第34页/共67页 说明：在整个通话期间，中央处理机向CM只下达一次“写”命令，CM的内容在整个通话期间不变，通话结束才清除该内容。SM的读写是在同一时隙完成，但读和写不能同时进行，需要将时隙一分为二或一分为三，分别进行读和写，前半时隙进行写操作，后半时隙读操作。存在时间延迟。最坏情况，延迟将近一帧。时分交换具有空分性质。不论是输出控制还是输入控制，每个输入时隙对应着SM的一个存储单元，即由空间位置的划分来实现时隙交换。基本交换单元2.2第35页/共67页开关阵列在交换单元内部，要建立任意入线和任意出线之间的连接，就在每条入线和每条出线之间都各自接上一个开关，所有开关就构成了交换单元内部的开关阵列。断开状断开状态态入线入线出线出线接通状态接通状态入线入线出线出线基本交换单元2.22.2.2 2.2.2 空间交换单元第36页/共67页开关阵列的特性开关阵列的特性n容易实现同发和广播功能。n信息从入线到出线具有均匀的单位延迟时间。n开关阵列的控制简单n开关阵列适合于构成较小规模的交换单元（开关数反映了实现的复杂度和成本的高低）。n交换单元的性能依赖于所使用的开关。实际应用中，多选用继电器、模拟电子开关、数字电子开关。基本交换单元2.2第37页/共67页空间接线器 空间接线器（Space Switch），简称为S接线器，用来实现多个输入复用线与多个输出复用线之间的空间交换，而不改变其时隙位置。基本交换单元2.2第38页/共67页(1)基本结构由交叉点矩阵、一组控制存储器(CM)组成。0 10 1n 1 00m(m)开关阵列，一般具有相同数量的入线和出线。CM的个数等于入(出)线数。每个CM所含的存储单元个数等于入(出)线上的复用时隙数。每个存储单元占k位比特，且满足N2k，其中N为入(出)线数。nn基本交换单元2.2第39页/共67页(2)控制方式 S接线器的控制存储器控制交叉点矩阵的工作方式：输入控制方式、输出控制方式。输入控制方式：控制存储器按照输入复用线配置，即控制每条输入复用线上应该打开的交叉点开关。输出控制方式：控制存储器按照输出复用线配置，即控制每条输出复用线上应该打开的交叉点开关。基本交换单元2.2第40页/共67页0 1 20 1 2 2 1 0TS15TS150815220031n输出控制方式TS8TS8 CM的数量取决于输出复用线数 CM所含的单元数等于输出复用线所复用的时隙数 CM单元的内容表示哪一个交叉点在所对应的时隙内接通。基本交换单元2.2第41页/共67页输出控制方式可实现多播，即某一条入线的某个时隙的信息可以同时在多条出线上输出。0 1 20 1 2 2 1 0080031TS80TS8基本交换单元2.2第42页/共67页 0 1 20 1 20 1 2TS15 TS8TS15 TS80815312TS8TS81TS15TS1520n输入控制方式基本交换单元2.2第43页/共67页说明：S型接线器的入线数与出线数可以不等。CM的内容只在通路建立或拆除时才写入或清除。只完成空间交换，不进行时隙交换，即完成输入复用线与输出复用线相同时隙内信息的空间交换。S接线器按时分方式工作，S接线器的入(出)线都是时分复用线，每个交叉点的开关按照复用时隙接通和闭合的。基本交换单元2.2第44页/共67页共享总线型交换单元输入部件输入部件输入部件输出部件输出部件输出部件总线01N-101N-1基本交换单元2.22.2.3 2.2.3 时/空结合交换单元第45页/共67页输入部件的功能：接收入线信号，进行相应的格式变换，放在缓冲存储器中，并在分配给该部件的时隙上把收到的信息送到总线上。出线控制部件的功能：检测总线上的信号，并把属于自己的信息读入一个缓冲存储器中，进行格式变换，放在缓冲存储器中，由出线送出，形成出线信号。总线：一般包括多条数据线和控制线。基本交换单元2.2第46页/共67页 数字交换单元数字交换单元(DSE:Digital Switching Element)是一种总线型交换单元，又称时/空结合交换单元，既可实现时隙之间交换，又可实现复用线之间的交换。基本交换单元2.2第47页/共67页 DSE任一端口的接收部分的任一信道（时隙）可以与任一端口的发送部分的任一信道接通。16个双向端口：每个端口包含发送部分T和接收部分R，可连接复用了32个话路的PCM复用线。时分复用总线：分为数据总线、端口总线、话音总线、控制总线，总线是并行时分工作(分成16个时隙供16个端口使用)。RTRTRTRT并行时分复用总线07815时钟基本交换单元2.2第48页/共67页输入同步器接收部分 端口存储器(16个单元,4bit)话路存储器(32个单元,5bit)话音存储器(32个单元,16bit)发送部分 端口比较器发送控制器输入同步器端口存储器话路存储器话音存储器端口比较器发送控制器端口032路PCM入32路PCM出RTD P C基本交换单元2.2第49页/共67页端口的内部组成及DSE的工作原理：以Port3TS10 Port9TS20 实现过程进行说明Port3TS10 Port9TS20910端口RAM2010话路RAMS20数据RAMTS10P D CTS20R3T9P端口Port总线D数据总线C话路（时隙）总线n首先要由处理机在Port3的接收部分的端口RAM的10号单元写入9，话路RAM的10号单元写入20，以控制交换到Port9的TS20。基本交换单元2.2第50页/共67页端口的内部组成及DSE的工作原理：以Port3TS10 Port9TS20 实现过程进行说明TS10到来时刻，话音信号S由R3置于数据总线D；端口RAM10号单元中的端口信息“9”顺序读出置入端口总线P；话路RAM的10号单元中的话路信息20也被顺序读出到话路总线C。910端口RAM2010话路RAMS20数据RAMSTS10P D CSTS20R3T9P端口Port总线D数据总线C话路（时隙）总线S920基本交换单元2.2第51页/共67页端口的内部组成及DSE的工作原理：以Port3TS10 Port9TS20 实现过程进行说明各端口的端口比较器(位于发送部分T),对端口总线上的端口号码进行识别，Port9的发送部分的端口比较器比较端口总线上的数据与本端口一致，允许其它总线(D.C)数据进入本发送部分，控制数据RAM进行写操作。话路总线上的内容20作为数据RAM的地址信号选中20号单元，数据总线上的话音信号S经数据RAM的数据输入线写入到20号单元。910端口RAM2010话路RAMS20数据RAMSTS10P D CSTS20R3T9P端口Port总线D数据总线C话路（时隙）总线S920基本交换单元2.2第52页/共67页端口的内部组成及DSE的工作原理：以Port3TS10 Port9TS20 实现过程进行说明在TS20到来时，话音信号S被顺序读出到PCM出线上。910端口RAM2010话路RAMS20数据RAMSTS10P D CSTS20R3T9P端口Port总线D数据总线C话路（时隙）总线基本交换单元2.2第53页/共67页注意：各端口的接收部分应在分配给它的时隙上向总线置入数据，如另一端口的R部件也在同一时隙TS10将数据置入总线，会造成数据混乱。实际上，总线上的时隙=1/N*PCM复用线上的时隙(N端口数)发送部分应在每个总线时隙检测端口信息。总结：S接线器是通过多路转换开关实现空间交换；T接线器是通过话音存储器的缓冲来实现时间的交换；DSE利用总线的地址选择来实现空间交换，利用存储器(数据存储器)实现时间交换。基本交换单元2.2第54页/共67页2.3.1 2.3.1 由T T接线器与复合器结合构成的交换网络多级交换网络2.3A2525143TS25ATS25ATS143ATS3ATS17A第55页/共67页TST网络是在电路交换系统中经常使用的一种交换网络，它是三级交换网络，两侧为T接线器，中间一级为S接线器，S级的出入线数决定于两侧T接线器的数量。TTS多级交换网络2.32.3.2 2.3.2 由T T接线器与复合器结合构成的交换网络第56页/共67页第57页/共67页双向通路的建立为减少选路次数，简化控制，可使两个方向的内部时隙具有一定的对应关系，可采用反相法或奇偶法。反相法：设Nf=一帧的时隙数，Na=A到B方向的内部时隙数，Nb=B到A方向的内部时隙数，则：Nb=Na+Nf/2奇偶法：当一个方向选用偶数时隙2j(j=0,1,(n-2)/2)时，另一个方向选用奇数时隙2j+1。多级交换网络2.3第58页/共67页TSST网络TSSST网络SSTSS网络TTT网络2.3.3 2.3.3 多级数字交换网络多级交换网络2.3第59页/共67页基本话务理论2.4 对于电话交换机，输入的是电话呼叫，这些事件不是确知的，而是一些随机事件。如何描述这种随机事件的特性、规律，以及它们与交换机资源的数量和服务质量的关系，是基于概率论和随机过程的话务理论的任务。2.4.1 2.4.1 话务量概念第60页/共67页话务量与BHCA基本话务理论2.4 在电话交换系统中，通常把源对服务器的需求量称为源的话务量,而将服务器所负担的话务量称为话务负荷，为便于理解和讨论，往往将它们都称作话务量。为平均呼叫时间为单位时间内平均发生的呼叫次数A A的单位：爱尔兰（ErlangErlang）与 同单位 分钟呼（cmcm）小时 分钟 百秒呼（ccsccs）小时 百秒第61页/共67页基本话务理论2.4例：已知小时内平均呼叫42004200次，每次呼叫平均占时2 2分钟第62页/共67页交换系统处理话务的两种方法基本话务理论2.41）呼损工作制 在一定的平均话务量和服务器数情况下，在一定的平均话务量和服务器数情况下，用户发出的呼叫有的获得了服务，有的没有得用户发出的呼叫有的获得了服务，有的没有得到成功的处理与服务，产生阻塞，这种遇阻的到成功的处理与服务，产生阻塞，这种遇阻的呼叫称为呼损。呼叫称为呼损。2）接待工作制第63页/共67页流入话务量和完成话务量基本话务理论2.4第64页/共67页影响话务量的因素1）用户性质的影响2）社会经济条件的影响3）电话普及率的影响4）收费制度的影响基本话务理论2.4第65页/共67页线群的概念线群的分类线群的呼损1）按时间计算的呼损E2）按呼叫计算的呼损B3）按负载计算的呼损H2.4.2 2.4.2 线群与呼损基本话务理论2.4第66页/共67页感谢您的观看！第67页/共67页