第2章 数字交换和数字交换网络-09

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时分多路复用技术是数字电话多
路通信的主要方法。
目前使用的采用时分多路复用技
术的数字信号主要有： • 用于电路交换的同步时分复用信号
• 用于分组交换和ATM交换的异步时
分复用信号。
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对同步时分复用信号的交换实际 上是话路所在位置的交换，即时 同步时分复用信号 隙的内容在时间轴上的移动。
所有帧中相同的时 隙成为一个子信道， 是恒定速率的，一 个子信道传递一个 话路的信息。
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可以看出：
时间125μs被分成一个个均匀的小 段。每个8位PCM编码占据一小段时 间称为时隙（TS：Time Slot）。
N路复用时，在125μS内有N个时 隙。每一路信号占一个指定的时隙， N路信号轮流占用一次的总时间就构 成了一个帧。
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在30/32路PCM通信系统中，在 125μs时间内，每一路轮流传送8位码 的码组一次（共32路）即为一帧，每 一路的8位码在一帧中占一个“时 隙”。传送一个8位码的路时隙只占 用125/32=3.9μs。 每一帧包括32个时隙，而真正 用来传送话音信息的是30路。
从码率上看：
每 秒 传 送 8000 帧 ， 每 帧 有 32×8=256bit ， 总 码 率 为 256bit/s ×8000帧/s=2048Kbit/s。
对于每一话路来说，在每帧中占一个 时隙，每秒钟传送8000个时隙，码率 为8000×8=64K bit/s。
对于32路来说，每秒传送 8000×32=256K个时隙。
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对电话通信来说，一对线上可 以同时有若干对用户进行通话， 每对用户信号占其中一个信道。
第一路
第一路
传输 第二路 选择器 选择器 第二路
第三路 发送端 接收端
第三路
多路通信
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每路信号被调制在不同 的载频上，使其频谱占 用某一频段，以实现多 路相加的FDM信号在同 一信道中传输。
信号 信号 信号 A B C 频 分 多 路 复 用 器
第二章
数字交换和数字交换网络
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本章主要内容： 2.1 数字化通信 2.2 △★多路复用技术 2.3 ★交换单元及其数学描述 2.4 △数字交换原理 2.5 △时间T接线器 2.6 △空间S接线器 2.7 多级交换网络
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2.1 数字化通信
电话网的网络节点已经从第一代 的模拟交换机到目前网上大量使用的 程控交换机，它的主要特点是数字方 式，它对数字化的话音信道 （64Kbit/S 时隙）以时分方式实现电 路交换，以时分或空分存储器作为交 换单元。
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在现实应用中，PCM复用系统与通 常的电话交换、DDN（数字数据网） 等属于采用固定划分和固定分配信道 时隙工作方式； 计算机局域网的介质访问控制与通常 的分组交换、帧中继等属于采用可变 划分和可变分配信道时隙工作方式； 对于异步转移模式ATM则采用固定 划分和可变分配信道时隙的方式。
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把每16帧叫作一复帧。第0帧 （F0）的TS16作复帧同步用，其它 每一帧的TS16传送两个话路的标志 信号码，每16帧轮流传送一次，可 传输完所有30个话路的标志信号码。
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从时间上看：
一复帧为125×16=2ms；
一帧占125μs；
一个时隙占3.9μs;
每时隙8位码，每位占488ns。
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把一个传输信道按时间分割，以 传送若干路信息。此通信方式使 多个用户在不同的时间段（时隙） 占用或共享通信资源。
信 号 信 号 信 号 B C A 时 分 多 路 复 用 器 时 分 多 路 复 用 器 信 号 信 号 信 号 A B C
帧 2
帧 1
信 号
D
D A
C
B
A
D
C
B
信 号
D
时分多路复用所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度
序列 “000V”表示“1”的数目 为奇数；“B00V”表示“1”的数目为 偶数。
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单 极 性
0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
1
0
单极性码→AMI码
AMI
1 AMI码→HDB3码
加V
1 1 与前向的一 个 “ 1” 同 极 性 1 1
1
（V-）
V 1
V 1
相邻两个破坏点 的极性不一样
两个破坏点间有 偶数个“1”
1
（V+）
V
1
1
B B 1 V V
1
1 B V
1
1
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2.2 多路复用技术
通信信道是信息网络的重要组成 部分和宝贵的资源之一。 为了提高信道利用率，使多路信 号沿同一信道传输而互不干扰，称多 路复用。
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根据信道所拥有的资源，在实际 中往往将信道共享方式分为： 频 分 复 用 FDM （ Frequency Division Multiplex） 空 分 复 用 SDM （ Space Division Multiplex） 时 分 复 用 TDM （ Time Division Multiplex） 码分复用CDM（Code Division Multiplex）
把信道的可用频带分割成若 干互不交叠的频段，每个频 段均可作为一个独立的传输 信道使用。
信号 A B C D
频
段 1（60－64） 频
分 段 2（50－54） 多 路 复 段 3（40－44） 用 器
信号 信号 信号
频
频 频
信号
D
段 4（30－34）
频谱迁移
频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源
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TS1～TS15和 TS17～TS31为 “话路时隙”， 一个时隙传输 一路话音信号， 共可传送30个 话路的话音信 号。
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F1、F2、…… 表示帧顺序， 由F0～ F15共 16个帧组成了 一个复帧；每 一帧有32个时 隙（TS）；每 一时隙有8位 码组
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•TS0为“帧同 步时隙”，用 于收/发端同步。 •TS16为“标 志信号时隙”， 用来传送复帧 同步码和各个 话路的标志信 号
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PCM30/32路 系统的传送码 流速率为： 256b/125μs=2 .048Mb/s，即 PCM 30/32系 统的码流速率 为2.048Mb/s。
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30/32路PCM信号主要时间和速率关系： 帧速率 8K帧/S 帧周期 125μs 3.9μs
时隙速率 256K时隙/S 时隙宽度 码元速率 2048Kbit/S
HDB3 码可解决过多连续“0”使 中继器长时间收不到信号而影响定时 提取时钟频率的工作的问题。
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规则一：若发现连续多于三个“0”的序 列，第四个“0”就用“1”来置换。即 发送一个“V”标志（即“破坏点”）。
规则二：两个连续的“破坏点”务必反 转极性，在两个连续“破坏点”之间 “1”的数目是一个奇数，亦即，在两 个“V”之间“1”的数目是奇数。是偶 数则第1个0的位置改成“B”（填充码）
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• 时隙的划分可有两类：
a.固定划分：将信道分割成定长、周期 性的时间段。 b.可变划分：将信道划分为变长的时间 段。
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• 时隙的分配也有两类：
a.固定的分配（静态分配）：将信道 各时隙固定的或以帧为周期的分给 用户。
b.可变的分配（动态分配或按需分 配）：按用户的需要将信道时隙动 态地分配给各用户。
对异步时分复用信号的交换实际 上就是按照每个分组信息前的路 由标记，将其分发到出线。 异步时分复用信号
标志码相同 的分组属于 一次接续
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PCM30／32路系统的帧结构
所谓“帧结构”就是在一帧时间内 的时间分配关系，它包括了时隙、码 位、同步与标志信号的分配关系。
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125 μs
(a)
对每一个话路来说， 每次抽样值经过量 化后编成8位信码。
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交换单元的基本功能是通过交换单元连接入线 和出线的“内部通道”完成的。这样的“内部 通道”通常被称为“连接”，建立内部通道就 是建立连接，拆除内部通道就是拆除连接。
入线
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4
出线
同步时分复用信号的交换
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信号为异步时分复用信号，信号中 不仅携带有用户信息，还有出线地 址。这时，交换单元可根据信号所 携带的出线地址，在交换单元内部 建立通道 。
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0 入 线 1 2
2 1 2
0 0
0 1 2
0
0 出 1线
2
2
异步时分复用信号的交换
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交换单元分类：
1、按入线与出线数目（使用需要）不 同 （1）集中型：入线数大于出线数 (M>N)，可称集中器。 （2）分配型：入线数与出线数相等 （M=N），可称连接器。 （3）扩散型：入线数小于出线数 （M<N ），可称扩散器。
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不管交换单元内部结构如何，我 们总可以把它看作一个黑箱，对外的 特性只有一组入线和一组出线，入线 为信息输入端，出线为信息输出端。
完成控制功 能
描述内部状 态
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当有信号到达交换单元的某条入线需 进行交换时，会出现两种情况： 信号为同步时分复用信号，信号中只 携带有用户信息，没有指定出线地址。 这时，交换单元可根据外部送入的命 令，在交换单元内部建立通道，将该 入线与相应出线连接起来，入线上的 输入信号沿内部通道在出线上输出。
8位码字
(b) 一个时隙
一路基带PCM信号在时分 复用PCM复用线路上周期 地每帧占有一个固定时隙。
N 1 2 N 1 2 N 1 2 N
(c)
1 2 3
(d)
一帧
PCM的形成过程 图(a)为一路模拟信号抽样后形成的PAM信号， 图(b) (d)分别为第一路、第二路模拟信号编码后形成的基带PCM信号， 图(c)为多路调制后形成的时分复用PCM信号。