1.2.2　程控交換機(jī)的交換單元與交換網(wǎng)絡(luò)

1.2.2.1　交換單元與交換網(wǎng)絡(luò)的基本概念及功能

交換單元是構(gòu)成交換網(wǎng)絡(luò)的最基本部件，主要實(shí)現(xiàn)交換功能，即在任意的入線和出線之間建立連接，或者說(shuō)是將入線上的信息傳遞到出線上去。交換網(wǎng)絡(luò)是將若干個(gè)交換單元按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式構(gòu)成的，是交換系統(tǒng)的核心。

1.2.2.2　程控交換機(jī)的分類

我們知道，程控交換分為空分程控和數(shù)字程控，其中程控空分交換機(jī)的接續(xù)網(wǎng)絡(luò)（或交換網(wǎng)絡(luò)）采用空分接線器（或交叉點(diǎn)開關(guān)陣列），且在話路部分中一般傳送和交換的是模擬語(yǔ)音信號(hào)，因而習(xí)慣稱為程控模擬交換機(jī)，這種交換機(jī)不需要進(jìn)行語(yǔ)音的模數(shù)轉(zhuǎn)換，用戶電路簡(jiǎn)單，因而成本低，目前主要用作小容量模擬用戶交換機(jī)，本節(jié)不做詳細(xì)介紹。

程控?cái)?shù)字交換機(jī)的根本任務(wù)是要通過(guò)數(shù)字交換來(lái)實(shí)現(xiàn)任意兩個(gè)用戶之間的語(yǔ)音交換，即要在這兩個(gè)用戶之間建立一條數(shù)字語(yǔ)音通道。最簡(jiǎn)單的數(shù)字交換方法就是給每個(gè)用戶分配一個(gè)不同于其他用戶的固定時(shí)隙，在這個(gè)固定的時(shí)隙上，周期地傳遞該用戶的語(yǔ)音信息。例如，A用戶占據(jù)的是TS₁時(shí)隙，則A用戶的語(yǔ)音信息就將每隔125μs（話音信號(hào)抽樣頻率為8kHz，抽樣周期為125μs）在TS₁時(shí)隙內(nèi)以數(shù)字信號(hào)的方式向交換網(wǎng)絡(luò)傳遞一次。由交換網(wǎng)絡(luò)傳送給A用戶的語(yǔ)音信息也將每隔125μs時(shí)間在TS₁時(shí)隙內(nèi)送給A用戶。所以TS₁時(shí)隙就是固定給A用戶使用的話路，無(wú)論是發(fā)話還是受話，均使用這個(gè)TS₁時(shí)隙的時(shí)間。A、B兩用戶信息交換過(guò)程如圖1-16所示。

在實(shí)際的數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)中，僅僅依靠時(shí)隙交換實(shí)現(xiàn)電話交換局的任務(wù)是不現(xiàn)實(shí)的，必須結(jié)合空間交換來(lái)擴(kuò)大其容量。因此數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)包括時(shí)分接線器和空分接線器兩種基本部件，分別用于完成時(shí)間交換和空間交換。

1.2.2.3　基本的時(shí)分交換部件

（1）時(shí)分接線器

時(shí)分接線器又稱時(shí)分交換單元、時(shí)間接線器，簡(jiǎn)稱T接線器。它的功能是用來(lái)完成在同一條復(fù)用線（HW）上的不同時(shí)隙之間的交換。也就是將T接線器中輸入復(fù)用線上某個(gè)時(shí)隙的內(nèi)容交換到輸出復(fù)用線上的指定時(shí)隙中。T接線器主要由語(yǔ)音存儲(chǔ)器（SM）和控制存儲(chǔ)器（CM）組成，如圖1-17所示。語(yǔ)音存儲(chǔ)器（SM）主要用來(lái)暫時(shí)存儲(chǔ)編碼后的語(yǔ)音信息，又稱為“信息存儲(chǔ)器”或“緩沖存儲(chǔ)器”；控制存儲(chǔ)器（CM）用來(lái)寄存語(yǔ)音時(shí)隙地址，又稱為“地址存儲(chǔ)器”。

由于SM用來(lái)暫存數(shù)字編碼的話音信息，而每個(gè)話路時(shí)隙有8位編碼，故SM的每個(gè)單元應(yīng)至少具有8比特。SM的容量，也就是所含的存儲(chǔ)單元數(shù)應(yīng)等于輸入復(fù)用線上的時(shí)隙數(shù)。假定輸入復(fù)用線上有512個(gè)時(shí)隙，則SM要有512個(gè)單元。

CM的容量通常等于SM的容量。但CM每個(gè)存儲(chǔ)單元只需存放SM的地址碼（SM單元數(shù)編號(hào)），CM地址碼位數(shù)由PCM復(fù)用線每幀內(nèi)的時(shí)隙數(shù)決定。

例如，PCM復(fù)用線每幀有32個(gè)時(shí)隙，則SM存儲(chǔ)單元數(shù)（地址數(shù)）為32，CM的存儲(chǔ)單元數(shù)也32；SM每個(gè)存儲(chǔ)單元的位數(shù)為8，CM每個(gè)存儲(chǔ)單元的位數(shù)為5（32=2⁵）。

根據(jù)時(shí)間接線器的話音存儲(chǔ)器受控制存儲(chǔ)器的控制方式不同，可分為：順序?qū)懭耄刂谱x出，簡(jiǎn)稱為輸出控制；控制寫入，順序讀出，簡(jiǎn)稱為輸入控制。

輸出控制方式的T接線器是“順序?qū)懭搿⒖刂谱x出”的，如圖1-18所示，其中SM的寫入是在定時(shí)脈沖控制下順序?qū)懭耄菚r(shí)鐘的連續(xù)關(guān)系，可由遞增計(jì)數(shù)器來(lái)控制；其輸出是在相應(yīng)的時(shí)間（時(shí)隙），按CM中已寫入的內(nèi)容來(lái)控制SM的讀出。SM中每個(gè)存儲(chǔ)單元內(nèi)存入的是發(fā)話人的話音信息編碼，通常是8位編碼，CM每個(gè)單元所存的內(nèi)容是由處理機(jī)控制寫入的。

輸入控制方式的T接線器是“控制寫入、順序讀出”的，如圖1-19所示，它的話音存儲(chǔ)器SM的寫入受控制存儲(chǔ)器控制，它的讀出則是在定時(shí)脈沖的控制下順序讀出。

例如，對(duì)于1條PCM，有32個(gè)時(shí)隙。假如主叫用戶A占用TS₁時(shí)隙，被叫用戶B占用TS₁₇時(shí)隙，要求A和B進(jìn)行通話，在A講話時(shí)，就應(yīng)把TS₁的語(yǔ)音信息交換到TS₁₇中去，試采用讀出控制方式和寫入控制方式實(shí)現(xiàn)A和B通話過(guò)程。

讀出控制方式：在時(shí)鐘脈沖控制下，當(dāng)TS₁時(shí)刻到來(lái)時(shí)，將入線TS₁中的語(yǔ)音信息順序?qū)懭隨M內(nèi)地址為1的存儲(chǔ)單元內(nèi)；由于此T接線器的讀出是受CM控制的，而B用戶要到A用戶的信息，這時(shí)就由處理機(jī)在CM中的第一7個(gè)單元寫入地址“1”，當(dāng)TS₁₇到來(lái)時(shí)，出線根據(jù)CM中地址為17的單元里的內(nèi)容“1”，從SM第一個(gè)單元中取出語(yǔ)音信息，完成交換。這樣就完成了把TS₁中的語(yǔ)音信息交換到TS₁₇中去的任務(wù)，如圖1-20所示。

寫入控制方式：當(dāng)中央處理機(jī)得知主叫用戶A和被叫用戶B要進(jìn)行通話要求后，將向T接線器的CM內(nèi)地址為1的存儲(chǔ)單元內(nèi)寫入“17”；向CM內(nèi)地址為17的存儲(chǔ)單元內(nèi)寫入“1”。當(dāng)TS₁時(shí)隙到來(lái)，根據(jù)CM地址為1的單元內(nèi)寫的信息“17”，數(shù)據(jù)輸入線TS₁的內(nèi)容寫入SM地址為17的存儲(chǔ)單元中，同時(shí)SM地址為1的內(nèi)容被讀取；同理，當(dāng)TS₁₇時(shí)隙到來(lái)，數(shù)據(jù)輸入線TS₁₇的內(nèi)容寫入SM地址為1的存儲(chǔ)單元，同時(shí)SM地址為17的內(nèi)容送到輸出的數(shù)據(jù)線上。這樣就完成了把TS₁中的語(yǔ)音信息交換到TS₁₇中去的任務(wù)。

對(duì)于輸入為n條PCM時(shí)，為了在T接線器上實(shí)現(xiàn)時(shí)隙交換，就要采用T復(fù)用和分路的方法。在實(shí)際的數(shù)字交換系統(tǒng)中，為達(dá)到一定的容量要求，在條件允許的條件下，要盡量提高PCM復(fù)用線的復(fù)用度。時(shí)分接線器的交換容量主要取決于組成該接線器的存儲(chǔ)容量和速度，以8端或16端PCM交換來(lái)構(gòu)成一個(gè)交換單元，每一條PCM線稱為HW線。圖1-21是8端脈碼輸入輸入的T接線器方框圖，由復(fù)用器、話音存儲(chǔ)器、控制存儲(chǔ)器和分路器等組成。T接線器輸入端由8條PCM組成，所以它的SM共有8×32=256個(gè)存儲(chǔ)單元。T接線器的CM單元數(shù)目和SM的單元數(shù)目相同。8個(gè)輸入端的數(shù)據(jù)線輸入數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)復(fù)用器送到話音存儲(chǔ)器，從話音存儲(chǔ)器處理的話音信息，經(jīng)過(guò)分路器送到各處PCM。

其中HW₀-TS₀對(duì)應(yīng)總時(shí)隙TS₀，HW₁-TS₀對(duì)應(yīng)總時(shí)隙TS₁，…HW₀-TS₁對(duì)應(yīng)總時(shí)隙TS₈，…HW₇-TS₃₁對(duì)應(yīng)總時(shí)隙TS₂₅₅。這里總時(shí)隙指的是SM輸入端、復(fù)用器輸出端的時(shí)隙，總時(shí)隙TS號(hào)=HW線時(shí)隙號(hào)×8+HW號(hào)。

（2）空分接線器

空分接線器又稱為空分交換單元或空間接線器，簡(jiǎn)稱S接線器，其作用是完成不同PCM復(fù)用線之間同一時(shí)隙的信碼交換。即將某條輸入復(fù)用線上某個(gè)時(shí)隙的內(nèi)容交換到指定的輸出復(fù)用線的同一時(shí)隙中去。

空分接線器由電子交叉矩陣和控制存儲(chǔ)器（CM）組成，如圖1-22所示。

圖1-22所示為8×8的電子交叉矩陣，它有8條輸入復(fù)用線和8條輸出復(fù)用線，每條復(fù)用線上有32個(gè)時(shí)隙。每條輸入復(fù)用線可以通過(guò)交叉點(diǎn)選擇到8條輸出復(fù)用線中的任一條，但這種選擇是建立在一定的時(shí)隙基礎(chǔ)上的。因此對(duì)應(yīng)于一定出/入線的交叉點(diǎn)是按一定時(shí)隙做高速啟閉的。從這個(gè)角度看，S接線器是以時(shí)分方式工作的。各個(gè)電子交叉點(diǎn)在哪些時(shí)隙應(yīng)閉合，在哪些時(shí)隙應(yīng)斷開，是由CM控制的。

空分接線器控制存儲(chǔ)器的作用是對(duì)電子交叉矩陣上的交叉點(diǎn)進(jìn)行控制，按照S接線器CM的配置形式，其工作方式可分為輸入控制和輸出控制，如圖1-23所示。

輸入控制方式對(duì)應(yīng)于每一條入線都配有一個(gè)CM，由這個(gè)CM控制入線上每個(gè)時(shí)隙接通到哪一條出線上。CM中寫入的內(nèi)容是輸出復(fù)用線的編號(hào)。CM的存儲(chǔ)單元數(shù)等于每條輸入復(fù)用線上的時(shí)隙數(shù)，CM每個(gè)單元需要的位數(shù)則決定于輸出復(fù)用線的多少。例如，每條復(fù)用線上有32個(gè)時(shí)隙，交叉點(diǎn)矩陣是4×4，則要配4個(gè)CM，每個(gè)CM有32個(gè)單元，每個(gè)單元有2位，可以選擇4條出線。

例如，將入線HW₀上的TS₃₁信息送到出線HW₇上，如圖1-23（a）所示。其交換原理是：CM₀的1單元中由處理機(jī)控制寫入了7，表示第0條輸入復(fù)用線在第三1個(gè)時(shí)隙到來(lái)時(shí)，與第7條輸出復(fù)用線的交叉點(diǎn)接通，即在TS₃₁開關(guān)閉合。

輸出控制方式對(duì)應(yīng)每一條輸出用線有一個(gè)CM，由這個(gè)CM控制其對(duì)應(yīng)的出線上各個(gè)時(shí)隙依次與哪些入線接通。在該方式中，CM中寫入的內(nèi)容是輸入復(fù)用線的編號(hào)。CM的存儲(chǔ)單元數(shù)等于每條輸復(fù)用線上的時(shí)隙數(shù)，CM每個(gè)單元需要的位數(shù)則決定于輸入復(fù)用線的多少。例如，每條復(fù)用線上有128個(gè)時(shí)隙，交叉點(diǎn)矩陣是8×8，則要配8個(gè)CM，每個(gè)CM有128個(gè)單元，每個(gè)單元有3位，可以選擇8條入線。

圖1-23（b）中，CM₇的第三1單元中由處理機(jī)控制寫入了0，表示第7條輸出復(fù)用線在第三1個(gè)時(shí)隙到來(lái)時(shí)，與第0條輸入復(fù)用線的交叉點(diǎn)接通，開關(guān)閉合。

1.2.2.4　交換網(wǎng)絡(luò)

交換網(wǎng)絡(luò)是由若干個(gè)交換單元按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于一個(gè)大的交換網(wǎng)絡(luò)，單級(jí)的T型接線器或者S型接線器都不可能實(shí)現(xiàn)。由于T型時(shí)間接線器只能完成時(shí)隙的交換，而空間接線器只能完成空間的交換，只有把二者結(jié)合起來(lái)，才能夠既實(shí)現(xiàn)空間交換，又實(shí)現(xiàn)時(shí)隙交換，同時(shí)還能夠增加交換容量。現(xiàn)在常見的是三級(jí)的交換網(wǎng)絡(luò)，即T-S-T和S-T-S。

T-S-T交換網(wǎng)絡(luò)是一種在程控?cái)?shù)字交換機(jī)中得到廣泛應(yīng)用的交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖1-24所示。T-S-T交換網(wǎng)絡(luò)是由輸入級(jí)T接線器（TA）、輸出級(jí)T接線器（TB）和中間級(jí)S接線器組成。根據(jù)控制方式的不同，可以分為讀寫控制方式和寫讀控制方式。

當(dāng)T接線器的輸入級(jí)是讀出控制方式，輸出級(jí)是寫入控制方式時(shí)，稱為讀寫控制方式。圖1-24為讀寫控制方式的T-S-T交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，在輸入級(jí)是一個(gè)讀出控制的T接線器。它有8個(gè)輸入的接線器，每個(gè)T接線器有一條PCM復(fù)用線（HW），每線包含32個(gè)時(shí)隙（即復(fù)用度為32），實(shí)際上由于經(jīng)交換機(jī)終端進(jìn)行復(fù)用及串/并變換，HW線上的時(shí)隙數(shù)可能更高。每個(gè)T接線器配置一個(gè)SM和CM，由于輸入線復(fù)用度為32，因此，SM和CM的單元數(shù)為32。SM的每個(gè)存儲(chǔ)單元分別對(duì)應(yīng)32個(gè)時(shí)隙；CM的32存儲(chǔ)單元分別對(duì)應(yīng)SM的存儲(chǔ)地址，其內(nèi)容是由處理機(jī)寫入。在輸出級(jí)是一個(gè)寫入控制的T接線器，也是有8個(gè)輸出的接線器，每個(gè)T接線器也是有一條PCM復(fù)用線（HW），每個(gè)T接線器也是配置一個(gè)存儲(chǔ)容量為32個(gè)單元的SM和CM；中間是一個(gè)輸出控制的容量為8×8的S接線器，S接線器的出/入線分別對(duì)應(yīng)連接到兩側(cè)的T接線器。在S接線器上的時(shí)隙是由CPU任意選擇的，它和T接線器的時(shí)隙的選擇沒(méi)有必然的聯(lián)系，兩者可以獨(dú)立選擇。由于它的選擇是任意的，與輸入和輸出端的T接線器無(wú)關(guān)，所以也稱為內(nèi)部時(shí)隙。為了選擇方便，對(duì)于內(nèi)部時(shí)隙的選擇一般是同時(shí)選擇，收發(fā)選擇具有一定的關(guān)系，最常用的有兩種：奇偶關(guān)系和相差半幀關(guān)系。

如果輸入接線器的時(shí)隙為TS_i，輸出接線器的時(shí)隙選擇為TS_i+1，也就是主叫用戶的時(shí)間和被叫用戶的時(shí)隙相差一個(gè)時(shí)隙。

現(xiàn)以PCM₀（HW₀）上的時(shí)隙2（主叫用戶A）與PCM₇（HW₇）上的時(shí)隙31（被叫用戶B）交換為例，來(lái)說(shuō)明T-S-T網(wǎng)絡(luò)的工作原理。因數(shù)字交換機(jī)中通話路由是四線制的，因此，應(yīng)建立A→B和B→A兩條路由。

先看A→B方向。首先，CPU在收到主叫用戶的要求通話的信息后，選擇了兩個(gè)空閑的內(nèi)部時(shí)隙，也就是TS₈和TS₉。假設(shè)A→B方向選擇內(nèi)部時(shí)隙為TS₈，則TS₉為B→A方向的內(nèi)部時(shí)隙。CPU在地址為8的輸入級(jí)控制存儲(chǔ)器CMA₀的單元寫入2，表示在讀出時(shí)要讀地址為2的話音存儲(chǔ)單元的內(nèi)容；CPU在地址為9的輸出級(jí)控制存儲(chǔ)器CMB₀的單元寫入2，表示在寫入時(shí)要寫到地址為2的話音存儲(chǔ)單元。CMS₇的單元8中寫入0。于是PCM₀時(shí)隙2的用戶信息a按順序?qū)懭氲絊MA₀的單元2中，當(dāng)輸出時(shí)隙8到來(lái)時(shí)，存入的用戶信息a就被讀出送到S接線器。在S接線器中，由于在CMS₇的單元8中寫入0，所以在內(nèi)部時(shí)隙8所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，第8條（編號(hào)7）輸出線與第一條（編號(hào)0）輸入線的交叉點(diǎn)接通，于是用戶信息a就通過(guò)S接線器在CMB₇的控制下于時(shí)隙8輸入SMB₇的單元31中，當(dāng)輸出時(shí)隙31到來(lái)時(shí)，存入的用戶信息a將被順序讀出，送到輸出線PCM₇上，完成了交換連接。

再看B→A方向。CPU在地址為9的輸入級(jí)控制存儲(chǔ)器CMA₇的單元寫入31，表示在讀出時(shí)要讀地址為31的話音存儲(chǔ)單元的內(nèi)容；CPU在地址為8的輸出級(jí)控制存儲(chǔ)器CMB₇的單元寫入31，表示在寫入時(shí)要寫到地址為31的話音存儲(chǔ)單元。CMS₀的單元9中寫入7。于是PCM₇時(shí)隙31的用戶信息b按順序?qū)懭氲絊MA₇的單元31中，當(dāng)輸出時(shí)隙9到來(lái)時(shí)，存入的用戶信息b就被讀出送到S接線器。在S接線器中，由于在CMS₀的單元9中寫入7，所以在內(nèi)部時(shí)隙9所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，第一條（編號(hào)0）輸出線與第8條（編號(hào)7）輸入線的交叉點(diǎn)接通，于是用戶信息b就通過(guò)S接線器在CMB₀的控制下于時(shí)隙9輸入SMB₀的單元2中，當(dāng)輸出時(shí)隙2到來(lái)時(shí)，存入的用戶信息b將被順序讀出，送到輸出線PCM₀上，完成了交換連接。