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现代交换原理

课程设计报告

题目设计一个“TSST”时分数字交换网

学院电子信息工程学院

专业通信工程

学生姓名谭子强

学号201010315235年级2010级

指导教师宋刚职称副教授

2013年12月6日

设计报告成绩

（按照优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师评语：

指导教师（签名）

年月日

说明：

指导教师评分后，设计报告交院实验室保存。

设计一个“TSST”时分数字交换网

专业：

通信工程学号：

201010315235

学生：

谭子强指导教师：

宋刚

摘要：

为了实现不同用户之间的通话，数字交换网络必须完成不同复用线上不同时隙的交换，即将数字交换网络上某一条输入复用线上某个时隙的内容，交换到指定的输出复用线的指定时隙。

时间（T）接线器和空间（S）接线器是数字交换机中两种最基本的接线器，将一定数量的T接线器和S接线器按照一定的结构组织起来，可以构成具有足够容量的数字交换网络。

关键词：

数字交换网络；T接线器；S接线器；复用线

目录

绪论1

第1章时间（T）接线器2

1.1T接线器的基本功能2

1.2T接线器的基本组成2

1.3T接线器的工作方式和工作原理3

第2章空间（S）接线器5

2.1S接线器的基本功能5

2.2S接线器的基本组成5

2.3两种控制方式和控制原理6

第3章网络阻塞8

3.1网络阻塞的计算8

3.2内部阻塞8

第4章TSST时分数字交换网络10

4.1TSST设计思路10

4.2TSST数字交换网络的系统组成10

4.3TSST数字交换网络系统的工作原理12

第5章结论15

参考文献16

绪论

交换技术正在从传统的数字程控交换向以宽带IP交换和软交换为中心的下一代网络发展，与传统的数字电话网相关的技术已不再发展，但采用电路交换方式的数字电话网仍然是语音通信的主体设备，它是电信运营商当前主要的收入来源，在向下一代网络发展的过程中必须考虑与传统数字电话网兼容问题，传统的交换技术仍须掌握。

数字交换则是当下研究的热门，在数字交换过程中，被交换的是已经完成模数转换的数字信号，这正是与模拟信号的不同之处。

要说数字交换原理，就得先了解时隙交换的基本概念。

用图0-1来说明时隙交换的概念。

设有n条PCM复用线进入数字交换网络，任一条PCM复用线的任一话路时隙的8b编码信息通过交换网络交换到其他PCM复用线或本复用线的任一时隙中去。

数字交换网络的功能是完成时隙交换，也就是要完成任意PCM复用线上任意时隙之间的信息交换。

要实现TSST时分数字交换，还将涉及到T接线器、S接线器、网络阻塞等的应用。

后续几章，将详细介绍这三部分。

第1章时间（T）接线器

1.1T接线器的基本功能

T接线器的作用是完成在同一条复用线上的不同时隙之间的交换。

即将T接线器中输入复用线上某个时隙的内容交换到输出复用线上的指定时隙。

1.2T接线器的基本组成

T接线器的结构如图1-1

由图可见，T接线器主要由话音存储器（SM）、控制存储器（CM）以及必要的接口电路（如串→并，并→串转换等）组成。

SM和CM都包含若干个存储器单元，存储器单元数量等于复用线的复用度、为了简化，通常将SM和CM用示意图的形式表示出来。

话音存储器存储用户的话音信号。

这里的话音信号是数字形式的并行码，因此在实际存储前需要将PCM复用线上送来的串行码进行串/并变换，变换为并行码。

由于SM用来存放话音信号的PCM编码，所以每个单元的位元数至少为8位。

控制存储器的作用呢是存储处理机的控制命令字，控制命令字的主要内容用来指示写入或读出的话音存储器地址。

1.3T接线器的工作方式和工作原理

T接线器有两种控制方式：

输出控制方式和输入控制方式。

1、输出控制方式

采用输出控制方式的T接线器的工作原理如图1-2（a）所示。

输出控制方式也叫顺序写入、控制读出方式，T接线器的输入线的内容按照顺序写入话音存储器（SM）的相应单元，即输入复用线上第I时隙的内容就写入SM的第I个单元。

话音存储器的写入地址，是由时钟信号分频后得到的。

而输出复用线某个时隙应读出话音存储器的哪个单元的内容，则由控制器的相应单元的内容来决定，即控制存储器的第j个单元存放的内容k就是输出复用线第j个时隙应该读出的话音存储器的地址。

控制存储器的内容是在呼叫建立时由计算机写入的，在此呼叫处理期间，控制存储器j单元的内容保持不变。

例如，在图1-2（a）中，要将T接线器的输入线上的TS6内S交换到输出线的TS20上，为完成这个交换，计算机在呼叫建立时将控制存储器第20单元的值设置为6；在此呼叫持续期间，输入复用线TS6的内容S按照顺序写入话音存储器的6单元，而在时隙20时，由于控制存储器的20单元的内容是6，就将话音存储器6单元的内容S输出到输出线的TS20，从而完成规定的交换。

2、输入控制方式

采用输入控制方式的T接线器的工作原理如图1-2（b）所示。

输入控制方式也叫控制写入、顺序读出方式，采用输入控制方式时T接线器的输入复用线上某个时隙的内容，应写入话音存储器的哪个单元，由控制存储器相应单元的内容来决定。

即控制存储器的I单元的内容j，就是输入复用线TSi的内容应写入的话音存储器的的地址j。

同样，控制存储器的内容，是在呼叫建立时由计算机控制写入的。

而输出复用线的某个时隙，就依次读出话音存储器相应单元的内容，即在时隙k时，就将话音存储器的k单元的内容读出，输出到输出线的TSk。

话音存储器的读出地址，是由时钟信号分频得到的。

例如，在图1-2（b）中，要将输入线TS6的内容S交换到输出线的TS20，在建立这个交换时，计算机将控制存储器的6单元的值设置为20，在这个呼叫持续期间，由于控制存储器的6单元的值为20，就将输入线TS6的内容S写入话音存储器的20单元，而在时隙20时就将话音存储器20单元的内容S读出并输出到输出线的TS20。

，完成规定的交换。

（a）输出控制方式（b）输入控制方式

图1-2时间（T）接线器的工作原理

第2章空间（S）接线器

2.1S接线器的基本功能

S接线器的作用是完成在不同条复用线上的同一时隙之间的内容交换。

即将某条输入复用线上某个时隙的内容交换到指定的输出复用线的同一时隙。

由于交换前后发生变化的是被交换内容所在的复用线，而其所在的时隙并不发生变化，因此，可以形象地将其称为空间交换。

2.2S接线器的基本组成

S接线器的组成结构如图2-1所示。

由图可见，S接线器主要由一个连接n条输入复用线和n条输出复用线的n×n的电子接点矩阵、控制存储器组以及一些相关的接口逻辑电路组成。

S接线器交换的时隙信号通常是并行信号，因此，在实际交换系统中，如果交换的花园信号是8位的数字信号，则图2-1所示的交叉矩阵就应该配备8个，每个完成1位的交换。

当然这8个交叉矩阵是在同一组控制存储器中控制命令字控制下并行工作的。

电子交叉点矩阵由高速门电路构成的多路选择器组成，矩阵的大小取决于S接线器的容量，例如8×8的交叉矩阵可由8个8选1的选择器构成。

控制存储器共有n组，每组控制存储器的存储单元数等于复用线的复用度。

第j组控制存储器的第I个单元，用来存放在时隙I时第j条输入（输出）复用线应接通的输出（输入）线的线号。

设控制存储器的位元数为i，S接线器的输入（输出）线的数目为n，则控制存储器的位元数应满足以下关系：

。

2.3两种控制方式和控制原理

与T接线器类似S接线器也有输出和输入两种控制方式。

在输出控制方式下，控制存储器是为输出线配置的。

对于有n条输出线的S接线器来说，配备有n组控制存储器CM1~CMn，设输出线的复用度为m，则每组控制存储器都有m个存储单元。

CM1控制第1条输出线的连接，在CM1的第I个存储单元中，存放的内容是时隙I时第1条输出线应该接通的输入线的线号。

CM2控制第2条输出线的连接，依次类推，CMn控制第n条输出线的连接。

控制存储器的内容是在连接建立时由计算机控制写入的。

在输出控制方式下工作的S接线器的工作原理如图2-2所示。

由图可见由于控制存储器CM1的1号单元值为n，所以输出线HW1在时隙1时与输入线HWn接通，将输入线HWnTS1上的内容C交换到输出线HW1的TS1上，CM1的2号单元的值为2，所以输出线HW1在时隙2时与输入线HW2接通，将输入线HW2TS2的内容e交换到输出线HW1的TS2。

在输入控制方式时，控制存储器是为输入线配置的，在控制存储器CMq的第I个单元存放的内容，是地q条输入复用线在时隙I时应接通的输出线的线号。

输入控制方式下S的工作原理与输入控制方式类似，如图2-3所示。

第3章网络阻塞

3.1网络阻塞的计算

在进入阻塞计算之前，首先我们得了解话务量，话务量反应了电话负荷的大小，与呼叫发生强度和平均占用的时间长度有关。

其话务量的表达式是

，其中A表示话务量强度，单位为爱尔兰（Erl），

为呼叫发生强度，S为平均占用时长。

占用概率分布：

在一个线束中同时占用的线路数是一个随机变量。

爱尔兰分布适用于花源数N为无穷大、线束容量为有限值的情况。

在爱尔兰分布情况下，线束中有X条被占用的概率为式子（3-1）

（3-1）

式中，

为线束中x条线被占用的概率，A为线束的流入话务量，m为线束的容量。

当x=m时，线束全忙，即产生呼损，爱尔兰呼损公式为（3-2）

（3-2）

式中，E为线束发生呼损的概率，A为线束的流入话务量，m为线束的容量。

实际应用中可以查看爱尔兰呼损表，只要知道E，A和m的任何两个值，通过查表可以查出第三个值。

3.2内部阻塞

多级交换网络会出现内部阻塞。

图3-1所示为一个nm×nm的两级交换网络，第一级由m个n×n的交换单元构成，第二级由n个n×m的交换单元构成，第一级同一交换单元的不同编号的出线分别接到第二级不同交换单元的相同编号上。

交换网络的nm条入线中的任何一条均可与nm条出线的任何一条接通，因此它相当于一个nm×nm的单级交换网络。

图3-1中，第一级的每一个交换单元与第二级的每一个交换单元之间仅存在一条链路，假设当第一级1号入线与第二级2号交换单元的2号出线接通时，第一级1号交换单元的任何其他入线都无法再与第二级2号交换单元的其余出线接通。

这就是网络的内部阻塞。

按照计算机和数据通信的观点，网络内部阻塞也可称为冲突，即不同入线上的信息试图同时同时占用同一条链路。

图3-1nm×nm的两级交换网络

第4章TSST时分数字交换网络

4.1TSST设计思路

本课程设计是一个TSST时分数字交换网络。

利用时间T接线器和空间S接线器功能设计一个要求输入为128个T接线器，每个T接线器输入线为16条HW线，第一个空间接线器S1是8*16的交叉矩阵，第二个空间接线器S2是16*8的交叉矩阵，输出是128个T接线器，每个T接线器输出线为16条HW线，此系统中每条HW线的复用度都为32。

在本课程设计中，初级T接线器采用输入控制方式，中间级的两个S接线器也都采用输入控制方式，次级T接线器采用输出控制方式。

4.2TSST数字交换网络的系统组成

TSST交换网络的系统组成的结构如图4-1所示。

TSST交换网络是四级交换网络，两侧是T接线器，中间采用S接线器。

对于有16条输入复用线和16条输出复用线的交换网络而言，每16条输入、输出复用线分别接一个初级T接线器和一个次级T接线器，需要配置256套T接线器。

其中128个T接线器在输入端，称为初级T接线器，将输入线上的某个时隙的内容交换到选定的交换网络内部公共时隙；另外128个T接线器在输出端，称为次级T接线器，将交换网络内部的公共时隙的内容交换到输出线的制定时隙。

中间两个S接线器主要是完成不同复用线上的内容的交换。

空间接线器S1采用8*16的交叉矩阵，空间接线器S2采用16*8的交叉矩阵。

交换网络内部能够提供的公共时隙的数量决定了交换网络中能够形成的话音通道的数量。

中间S接线器主要由相应设计的线路来决定，是用来将交换网络内部运载用户信息的公共时隙，从一条输入侧复用线上交换到规定的一条输出复用线上。

而初级T接线器和次级T接线器一般采用不同的工作方式。

一般将数字交换网络的输入端称为上行通路用来与用户信息的发送端相连：

将数字交换网络的输入端称为下行通路，用来与用户信息的接收端相连。

其网络方框图如图4-2所示。

初级T接线器有128个，每个初级T接线器接有16条输入复用线，输出级为8条复用线。

中间级由8个S1与S2组成的网络构成，S1与S2组成的网络如图4-2中虚线框所示，每个虚线框中有16个S1和16个S2组成，S1接线器是8*16的交叉矩阵，S2接线器是16*8的交叉矩阵。

次级T接线器也有128个，每个次级T接线器输入级有8条复用线，输出级有16条输出复用线。

TSST交换网络的复用线的具体连接如图4-2所示。

4.3TSST数字交换网络系统的工作原理

TSST网络的工作原理如图4-3所示。

初级T接线器采用输入控制方式，即控制写入、顺序读出方式。

S1接线器采用输入控制方式。

S2采用输入控制方式。

次级T采用输出控制方式，即控制输出、顺序写入的方式。

复用线的复用度为32。

图4-3所示的TSST网络初级T接线器和次级T接线器都有128个，连接有16条输入、输出复用线。

S1采用8*16的交叉矩阵，S2采用16*8的交叉矩阵。

下面简要说明用户A到用户B的交换过程。

A→B的交换：

将用户A的话音信息经第一个初级T接线器的HW1的TS5，交换到用户B占用的第128个次级T接线器的HW0的TS20，交换网络的内部时隙选用ITS10。

为完成这个交换，计算机在呼叫建立时将初级T接线器的第一个接线器的控制存储器CMA0的第5个时隙的值设置为10，由于初级T接线器采用的时输入控制方式，所以在初级T接线器的输出时隙是第10个时隙，并且用户A的信息由第一个初级T接线器话音存储器出来后交换到第一条IHW0线上，IHW0再连接到空间接线器S1的第一组的第一个接线器的HWC0，这个接线器的控制存储器CMC0（0）的第10个时隙的值设置为15，由于空间接线器采用输入控制方式，所以HWC0和HWC15相连。

然后HWC15连接到空间接线器S2的第一组的第15个接线器的HWD0，这个接线器的控制存储器CMD0（15）中第10个时隙的值设置为7，此接线器采用输出控制方式，所以信息由此接线器的输出复用线的HWD7线输出，此接线器的输出复用线的HWD7与第128个次级T接线器的输入复用线的IHW0接通。

第128个次级T接线器的控制存储器CMB127（20）的值设置为10，由于次级T接线器采用输出控制的方式，所以A的信息交换到第20时隙输出，所占用的复用线是此接线器的输出复用线HW0。

B→A的交换：

将用户B的话音信息经第128个初级T接线器HW0的TS20，交换到用户A占用的第1个次级T接线器HW1的TS5。

其内部时隙ITS选用一般采用反相法来决定。

采用反相法时，两个通路内部时隙相差半帧，其公式表示为4-1所示。

4-1

式中Y为方向通路的内部时隙号，X为正向通路的内部时隙号，n为每帧的时隙数即（复用度）。

（X+2/n）modn表示（X+2/n）对n取余。

在本例中，S1*S2的复用度为32，按照反相法，反向通路的内部时隙号计算公式入式子4-2所示。

4-2

为了完成此交换，计算机在建立呼叫时将初级T接线器的第128个接线器的控制存储器CMA127（20）的值设置为26，由于初级T接线器采用的是输入控制的方式，所以用户B的信息从此接线器出来是在ITS26时隙。

并且此信息交换到第128个初级T接线器的内部复用线IHW0上。

此内部复用线IHW0与空间接线器S1的第一组的第16个接线器的HWC7相接，这个空间接线器的控制存储器CMC7（15）的第26个时隙的值设置为0，由于空间接线器采用输入控制方式，所以S1的第一组的第16个空间接线器的输入线HWC7与其输出线HWC0相连。

其输出线HWC0与S2的第一组的第1个空间接线器的HWD15相连。

S2的第一组的第1个空间接线器的控制存储器CMD15（0）的第26个时隙的值设置为0，此接线器采用输入控制方式，所以此接线器的输入线HWD15与其输出线的HWD0相连，其输出线的HWD0与第1个次级T接线器的输入线IHW0相连，这个时间接线器的控制存储器CMB0的第5个时隙设置为26，此接线器采用输出控制方式，所以用户B的信息交换到TS5，所占用的复用线是次接线器的输出复用线HW1。

第5章结论

为了增加时分交换网络的容量，本课题采用了S接线器与T接线器配合组成的TSST四级交换网络，在工业制造方面，许多厂家也会选择这种多级S接线器取代单级S接线器的经济的方法来降低生产成本。

因此，TSST时分数字交换网络设备有很好的发展前景。

为了实现不同用户之间的通话，数字交换网络必须完成不同复用线上不同时隙的交换，即将数字交换网络上某一条输入复用线上某个时隙的内容，交换到指定的输出复用线的指定时隙。

时间（T）接线器和空间（S）接线器是数字交换机中两种最基本的接线器，将一定数量的T接线器和S接线器按照一定的结构组织起来，可以构成具有足够容量的数字交换网络。

T接线器的作用是完成在同一条复用线上的不同时隙之间的交换，即将T接线器中输入复用线上某个时隙的内容交换至输出复用线的指定时隙。

T接线器主要由话音存储器（SM）和控制存储器（CM），以及必要的借口电路组成。

T接线器可以有两种控制方式：

输出控制方式和输入控制方式，两种控制方式下，话音存储器（SM）的写入和读出地址按照不同的方式确定。

空间S接线器的作用是完成在不同丰富一下之间同一时隙内容的交换，即将某条输入复用线上某个时隙的呢让人交换到自定的输出复用线的同一时隙。

S接线器主要由一个连接n条输入复用线和n条输出复用线的n×n的电子接点矩阵、控制存储器组以及一些相关的借口逻辑电路组成。

S接线器也由输出和输入两种控制方式，在输出控制方式下，控制存储器是为输出线配置的。

在输入控制方式时，控制存储器是为输入线配置的。

参考文献

[1]桂海源，张碧玲.现代交换原理（第4版）[M].北京：

人民邮电出版社,2013.1

[2]商书明，万东.数字程控交换技术与应用[M].北京：

北京理工大学出版社,2008.2

[3]张文东.程控数字交换技术原理[M].北京：

北京邮电大学出版社,1994

[4]张曙光，李茂长.电话通信网与交换技术[M].北京：

国防工业出版社,2002.6

[5]页敏.程控数字交换与交换网[M].北京邮电大学出版社,2003