1、 現代交換原理課程設計報告題 目 設計一個“TSST”時分數字交換網學 院 電子信息工程學院 專 業 電子信息工程（本） 學生姓名 XXX 學 號 XXX 年級 XXX 指導教師 宋剛 職稱 副教授 二一年十二月設計報告成績 （按照優、良、中、及格、不及格評定）指導教師評語：指導教師（簽名） 年 月 日說明：指導教師評分后，設計報告交院實驗室保存。設計一個“TSST”時分數字交換網摘要：交換技術經歷了從模擬交換到數字交換在到程控交換的階段，程控數字交換的特點是控制系統依靠事先存儲的程序和數據引導微分處理機對各種信令進行處理，對交換網絡和接口進行必要的控制。單一的S接線器不能單獨構成數字交換網絡

2、，而T接線器可以單獨構成，但是T接線器容量受到限制，因此本設計四級接線器，按照一定的拓撲結構形成無阻塞型數字交換網。采用多集線器構成的數字交換網絡是時代發展的需要，利用時間接線器和空間接線器的不同組合以得到一定容量要求，在交換器件允許的情況下盡量提高PCM的復用度。關鍵詞：程控交換；S接線器；T接線器；數字交換網絡；PCM復用度目 錄第1章 緒論11.1 選題背景11.2 設計參數及內容1第二章 時分數字交換網32.1 時分數字交換網基本概念32.2 時間（T）接線器32.2.1 T接線器的基本組成32.2.2 T接線器的工作方式和工作原理42.3 空間（S）接線器62.3.1 S接線器的基本

3、組成62.3.2 S接線器的兩種控制方式和控制原理7第3章 TSST時分數字交換網設計93.1 TSST時分數字交換網絡設計原理93.2 TSST時分數字交換網絡設計93.3 TSST時分數字交換網絡工作原理10第4章 網絡阻塞分析134.1 阻塞的概念134.2 網絡阻塞重要參數134.2.1 話務量134.2.2 占用概率分布134.3 TSST時分數字交換網阻塞分析14結論15參考文獻16第1章 緒論1.1 選題背景作為信息產業的基礎,通信技術在推進社會信息化進程中發揮著先導和帶動作用。隨著通信技術的飛速發展,通信新業務不斷涌現,電話通信和數據通信已成為現代社會應用最為廣泛的信息交流方式

4、。交換技術就是實現通信的最重要最有效的手段。數字交換機的誕生不但使電話交換跨上了一個新的臺階，而且對開通非電話業務提供了有利條件。在數字交換機上既能進行電路交換，又能進行分組交換，而且能實現話音和非話業務等多種業務通信，組成綜合業務數字網(ISDN)1。隨著通訊技術的飛速發展使得目前高速通訊網絡性能的瓶頸集中在高速交換系統，研究、設計和制造高速交換系統對目前高速通訊網絡具有極其重要的意義。 交換算法的研究與實現雖然是研究多年的老課題，但由于現在的交換機在不停的更新換代，所以對新的交換算法的需求也在不斷增加，使我們更應對這些基礎的東西增加更多的注意力。而且隨著電信網和計算機網絡的高速發展，高速大

5、容量的交叉連接或交換設備和芯片的性能也在大幅度的提高。程控數字交換技術、計算機技術和大規模集成電路產物，是數字電話網、移動通信網和綜合業務數字網的關鍵設備，在電信網中起著非常重要的作用。以數字交換和數字傳輸為基礎的數字電話網已能向用戶提供良好的話音及相關新業務。近20年以來，程控數字電話網在我國得到了飛速的發展。程控交換技術在交換領域也出現了新情況，即“新技術層出不窮，多種新技術同時發展，技術可選擇性不易確定及各個學科技術相互交叉”2。1.2 設計參數及內容本課題介紹的是“TSST”時分數字交換網的原理及設計。第一至二章主要介紹課程設計前期準備工作和時分數字交換網絡的原理及優勢；第三章介紹數字

6、交換網絡即T接線器、S接線器以及輸入控制、輸出控制的原理；第四章介紹TSST接線器的設計原理和系統分析；第五章計算TSST接線器的網絡阻塞。從本設計的基本機構來看，前三章屬于基本內容，后三章屬于課程設計的主題。本設計在TSST時分數字交換網系統結構時，花費的時間較多。對前三章的基本內容不宜花費過多的時間和精力。設計參數：輸入級：128個T接線器；輸出級：128個T接線器；每個接線器要求16線，每條HW線復用度為32；中間級：S型接線器，接線法自定設計內容：（1）T、S接線器的工作原理（2）系統組成（含系統圖）（3）系統工作原理（舉例說明，以某一個時隙交換為例）（4）網絡阻塞討論及分析第二章 時

7、分數字交換網2.1 時分數字交換網基本概念在數字程控交換機中，來自于不同用戶和中繼線的話音信號被轉換為數字信號，并被復用到不同的PCM復用線上。這些復用線連接到數字交換網絡。為實現不同用戶之間的通話，數字交換網絡必須完成不同復用線之間的時隙交換，即將數字交換網絡某條輸入復用線上某個時隙的內容交換到指定的輸出復用線上的指定時隙。數字交換機中的A，B兩個用戶通話時經數字交換網絡連接的簡化示意圖，如圖2-1所示。AAAABBB數字交換網絡HW1 TS2 TS2 TS31 TS31HW3圖2-1 數字交換機中兩用戶通話經數字交換網連接的簡化示意圖2.2 時間（T）接線器2.2.1 T接線器的基本組成T

8、接線器的作用是完成同一復用線（母線）上的不同時隙的交換。即將T接線器中輸入復用線上的某個時隙的內容交換到輸出復用線上的制定時隙。T接線器的結構如圖2-2所示。由圖可見，T接線器主要由話音存儲器（SM）、控制存儲器（CM）以及必要的接口電路組成。SM和CM都包含若干個存儲單元，存儲器單元數量等于復用線的復用度。為了簡化，通常將SM和CM用示意圖的形式表示出來。語音存儲器存儲用戶的語音信號。注意這里的語音信號是數字形式的并行碼，因此在實際存儲前需要將PCM復用線上送來的串行碼進行串/并變換，變換為并行碼。在交換機中，SM不僅可以存儲語音信號，也可以存儲用戶的數據信息，以及信號音設備提供的數字化的信

9、號音等。由于SM用來存放語音信號的PCM編碼，所以每個單元的位元數至少為8位。控制存儲器的作用是存儲處理機的控制命令字，控制命令字的主要內容用來指示寫入或讀出的語音存儲器地址。設控制存儲器的位元數為i，復用線的復用度為j，則應滿足2ij）1。 語音存儲器 SM控制存儲器CM SS語音信息S 控制命令字 TS1 TSj 時鐘 CLK 圖2-2 T型接線器的結構2.2.2 T接線器的工作方式和工作原理T接線器可以有兩種控制方式：輸出控制方式和輸入控制方式。在兩種控制方式下，語音存儲器（SM）的寫入和讀出地址按照不同的方式確定。（1）輸出控制方式采用輸出控制方式的T接線器的工作原理如圖2-3所示。輸

10、出控制方式也叫順序寫入、控制讀出方式，T接線器的輸入線的內容按照順序寫入話音存儲器（SM）的相應單元，即輸入復用線上第I時隙的內容就寫入SM的第I個單元。話音存儲器的寫入地址，是由時鐘信號分頻后得到的。而輸出復用線某個時隙應讀出話音存儲器的哪個單元的內容，則由控制存儲器的相應單元的內容來決定，即控制存儲器的第j個單元存放的內容k，就是輸出復用線第j個時隙應讀出的話音存儲器的地址。控制存儲器的內容是在呼叫建立時由計算機寫入的，在此呼叫接續期間，控制存儲器j單元的內容保持不變。例如，在圖3-3中，要將T接線器的輸入線上TS6的內容S交換到輸出線的TS20上，為完成這個交換，計算機在呼叫建立時將控制

11、存儲器第20單元的值設置為6；在此呼叫接續期間，輸入復用線TS6的內容S按照數序寫入話音存儲器的6單元，而在時隙20時，由于控制存儲器的20單元的內容是6，就將話音存儲器6單元的內容S輸出到輸出線的TS20，從而完成規定的交換。SMSS S60TS TS20 631 CLK 寫 讀CM02031 寫 讀 CLKCPU圖2-3 輸出控制方式下工作的T型接線器的工作原理圖3（2）輸入控制方式采用輸入控制方式的T接線器的工作原理如圖2-4所示。輸入控制方式也叫控制寫入、順序讀出方式，采用輸入控制方式時，T接線器的輸入復用線上某個時隙的內容，應寫入話音存儲器的哪個單元，由控制存儲器相應單元的內容來決定

12、。即控制存儲器的I單元的內容j，就是輸入復用線TSi的內容應寫入的話音存儲器的地址j。同樣，控制存儲器的內容，是在呼叫建立時由計算機控制寫入的。而輸出復用線的某個時隙，就依次讀出話音存儲器相應單元的內容，即在時隙k時，就將話音存儲器的k單元的內容讀出，輸出到輸出線的TSk。話音存儲器的讀出地址，是由時鐘信號分頻得到的。例如，在圖2-4中，要將輸入線上TS6的內容S交換到輸出線的TS20，在建立這個交換時，計算機將控制存儲器的6單元的值設置為20，在這個呼叫接續期間，由于控制存儲器的6單元的值為20，就將輸入線TS6的內容S寫入話音存儲器的20單元，而在時隙20時。就將話音存儲器20單元的內容S

13、讀出并輸出到輸出線的TS20，完成交換。SM SS SS SS200 TS6 TS20 20 31 寫 讀 CLKCM0 631 寫 讀 CLKCPU圖2-4 輸入方式下工作的T型接線器的工作原理圖32.3 空間（S）接線器2.3.1 S接線器的基本組成S型接線器的作用是完成在不同復用線之間同一時隙內容的交換，即將某條輸入復用線上某個時隙的內容交換到指定的輸出復用線的同一時隙4。S接線器的組成結構如圖2-5所示。由圖可見，S接線器主要由一個連接n條輸入復用線和n條輸出復用線的n*n的電子接點矩陣、控制存儲器組以及一些相關的接口邏輯電路組成。S接線器交換的時隙信號通常是并行信號，因此，在實際交換

14、系統中，如果交換的話音信號是8位的數字信號，則圖2-5所示的交叉矩陣就應該配備8個，每個完成1位的交換。當然這8個交叉矩陣是在同一組控制存儲器中控制命令控制下并行工作的。電子交叉點矩陣由高速門電路構成的多路選擇器組成。矩陣的大小取決于S接線器的內容，例如8×8的交叉矩陣可由8個8選1的選擇器構成。控制存儲器共有n組，每組控制存儲器的存儲單元數等于復用線的復用度。第j組控制存儲器的第I個單元，用來存放在時隙I時第j條輸入（輸出）復用線應接通的輸出（輸入）線的線號。設控制存儲器的位元數為i，S接線器的輸入（輸出）線的數目為n，則控制存儲器的位元數應滿足以下關系： HW1 HW1 HW2

15、HW2 HW3 HW3 CM1 CM2 CM3 0 1 . . m圖2-5 S接線器的組成結構42.3.2 S接線器的兩種控制方式和控制原理S型接線器有輸入和輸出兩種控制方式。在輸出控制方式下，控制存儲器是為輸出線配置的。對于有n條輸出線的S接線器來說，配備有n組控制存儲器CM1-CM,設輸出線的復用度為m,則每組控制存儲器都有m個存儲單元。CM1控制第1條輸出線的連接，在CM1的第I 個存儲單元中，存放的內容是時隙I時第1條輸出線應該接通的輸入線的線號。Cm2控制第2條輸出線的連接，以此類推，CMn控制第n條輸出線的連接。控制存儲器的內容是在連接建立時由計算機控制寫入的5。在輸出控制方式下工

16、作的S接線器的工作原理如圖2-6所示。由圖可見，由于控制存儲器CM1的1號單元值為n,所以輸出線HW1在時隙1時與輸入線HWn接通，將輸入線HWnTS1上的內容C交換到輸出線HW1的TS1上，CM1的2號線單元的值為2，所以輸出線HW1在時隙2時與輸入線HW2接通，將輸入線HW2TS2的內容e交換到輸出線HW的TS。gdahebigfcfbiidahec21n21n2n1 TS3 TS2 TS1 TS3 TS2 TS1 HW1HW1HW2 HW2HWn HWn CM1 CM2 CMn 0 1 2 3 31圖 輸出控制方式下工作的S接線器的工作原理在輸入控制方式時，控制存儲器是為輸入線配置的，在

17、控制存儲器CM的第I個單元中存放的內容，是第9條輸入復用線在時隙I時應該接通的輸出線的線號。在輸入控制方式下工作的S接線器的工作原理如圖2-7所示。gdahebihfcfagdcieb21n21n2n1 TS3 TSTS TS3TS2 TS HW1HW1HW2 HW2HWn HWn CM1 CM2 CMn 0 1 2 3 31 圖2-7 輸入控制方式下工作的S接線器的工作原理第3章 TSST時分數字交換網設計3.1 TSST時分數字交換網絡設計原理TSST為四級交換網絡，兩側是T接線器，中間是S接線器對于有n條輸入復用線和n條輸出復用線的交換網絡而言，需要配置2n套接線器。其中一個n條復用線在

18、輸入側，稱為初級T接線器，將輸入線上的某個時隙的內容交換到選定的交換網絡內部公共時隙；另一個n套在輸出側，稱為次級T接線器，將交換網絡內部的公共時隙的內容交換到輸出線的定制時隙。交換網絡內部能夠提供的公共時隙的數量決定了交換網絡中能夠形成的話路通道的數量。中間的S接線器主要由相應設計的線路來決定，是用來將交換網絡內部運載用戶信息的公共時隙，從一條輸入側復用線上交換到規定的一條輸出復用線上。而初級T接線器和次級T接線器一般采用不同的工作方式。一般將數字交換網絡的輸入端稱為上行通路，用來與用戶信息的發送端相連；將數字交換網絡的輸出級稱為下行通道，用來與用戶信息的接收端相連，TSST交換網絡結構圖如

19、圖3-1所示。T1TnT2T111T2Tn Sn×m交叉矩陣S m×n交叉矩陣 圖3-1 TSST數字交換網絡3.2 TSST時分數字交換網絡設計128個初級T接線器和128個次級T接線器，經過串并變換后，輸出為8線，1個8×16的S接線器（S1）和一個16×8的S接線器（S2）。16個S1接線器和16個S2接線器為一組，一共8組，初級T1接線器可實現64個時隙之間的交換。第一個初級T接線器的8條輸出線分別與每組S接線器的第一個S1接線器的第一條輸入線相連，以此類推，最后一個初級T接線器的8條輸出線分別與每組S接線器的最后一個S1接線器的最后一條輸入線相

20、連。每組的S1接線器的輸出線分別與組內的S2接線器的輸入線相連。第一個S1接線器的16條輸出線分別連接組內16個S2接線器的第一條輸入線。同理，最后一個S1接線器的16條輸出線分別連接組內16個S2接線器的最后一條輸入線。第一個次級T接線器的8條輸入線分別與每組S接線器的第一個S2接線器的第一條輸出線相連，同理，最后一個次級T接線器的8條輸入線分別與每組S接線器的最后一個S2接線器的最后一條輸出線相連。TSST網絡方框圖如3-2圖所示。 串并轉換 并串轉換 T S S T 8 16 16 8 8 16 16 8 8 16 8 1616 8 16 8 16 16 (512) 8 8 (512)

21、0 0 0 0 15 0 15 0 0 16 15 15 16 (512) 8 8 (512) 127 15 15 127 7圖3-2 TSST網絡方框圖3.3 TSST時分數字交換網絡工作原理TSST時分數字交換網絡工作原理如圖3-3所示。初級T接線器采用輸出控制方式， S1接線器采用輸出控制方式， S2接線器采用輸處控制方式，次級T接線器采用輸入控制方式。 初級T接線器 S1接線器 S2接線器 次級T接線器 （輸出控制） （輸出控制） （輸出控制） （輸入控制） A 10AA23 13 BBB20BBB10AAA20 SMA1 SMB1 0 0TS10 ITS5 ITS21 TS10HW1

22、 5 10 HW1 64 64 輸入 輸出 S1 S1 0 0 0 021 5 21 5 64 64 64 64 CMA1 CM3 CM3 CMB1 SMA2 S2 S2 SMB2 0 0 0 0 TS20 ITS21 ITS5 TS20 20 21 5 20 HW2 HW2 64 64 64 64 CM2 CM1 0 0 21 5 64 64 CMA2 CMB2圖3-3 TSST網絡的工作原理A到B的交換：將用戶A的話音信息的PCM編碼由交換網絡的上行通道HW1的TS10，交換到用戶B占用的下行通道HW2的TS20，交換網絡內部時隙選用ITS5 。為了完成這個交換，計算機在呼叫建立時將初級T

23、接線器的控制存儲器CMA1(5)的值設置為10，將S1接線器的控制存儲器CM3(5)的值設置為1，將S2接線器的控制存儲器CM1（5）的值設置為3，將次級T接線器的控制存儲器的CMB2（5）的值設置為20。由于初級T接線器采用順序寫入、控制讀出方式，上行通路HW1的TS10傳送來的用戶A的話音信息的PCM編碼寫入其話音存儲器SMA1（5），在時隙5時被讀出并送到其輸出端，也是S1接線器輸入線HW1的ITS5。由于S1接線器采用輸出控制方式，S1接線器的控制存儲器CM3（5）的值為1，所以S接線器的輸入線HW1與輸出線HW2在時隙5接通，也是S2接線器輸入線HW2的ITS5。由于S2接線器采用輸

24、出控制方式，S2接線器的控制存儲器CM3（21）的值為2，所以S1接線器的輸入線HW2與輸出線HW1在時隙21接通。將用戶A的話音的PCM編碼傳送到S2接線器的輸出線HW2的TS5，即次級T接線器SMB2的輸入線的ITS5，由于次級T接線器采用控制寫入、順序讀出方式，由其輸入線TS5傳送來的用戶A話音信息被寫入話音存儲器SMB2（20），因CMB2（5）的內容是20，所以在時隙20時，用戶A的話音信息從SMB2（20）讀出被傳送到HW2，完成了規定的交換。B到A的交換：將用戶B的話音信息的PCM編碼從交換網絡的上行通路的HW2的TS20交換到用戶A占用的下行通路的HW1的TS10。其內部時隙I

25、TS采用反相法來確定。采用反向法時，兩個通路的內部時隙相差半幀，公式為Y=(X+n/2)mod n，式中Y為反向通路的內部時隙號，X為正向通路的內部時隙號，n為每幀的時隙數（即復用度）。(X+n/2)mod n表示（x+n/2）對n取余。在本傳輸過程中，反向通路的內部時隙號為Y=(X+n/2)mod n=（5+32/2）modn=21，因此反向通路的內部時隙為ITS21。為了完成這個交換。計算機在呼叫建立時將初級T接線器的控制存儲器CMA2（21）的值設置為20，將S1接線器的控制存儲器CM2（21）的值設置為2，將S2接線器的控制存儲器CM2（21）的值設置為3，將次級T接線器的控制存儲器的

26、CMB2（5）的值設置為20。由于初級T接線器采用順序寫入、控制讀出方式，上行通路HW2的TS20傳送來的用戶A的話音信息的PCM編碼寫入其話音存儲器SMA2（20），在時隙20時被讀出并送到其輸出端，也是S1接線器輸入線HW2的ITS21。由于S1接線器采用輸出控制方式，S1接線器的控制存儲器CM2（21）的值為2，所以S接線器的輸入線HW2與輸出線HW1在時隙21接通，也是S2接線器輸入線HW2的ITS21。由于S2接線器采用輸出控制方式，S2接線器的控制存儲器CM3（21）的值為2，所以S1接線器的輸入線HW2與輸出線HW3在時隙21接通。將用戶B的話音的PCM編碼傳送到S2接線器的輸出

27、線HW1的TS21，即次級T接線器SMB1的輸入線的ITS21，由于次級T接線器采用控制寫入、順序讀出方式，由其輸入線TS21傳送來的用戶B話音信息被寫入話音存儲器SMB1（10），因CMB2（21）的內容是10，所以在時隙10時，用戶B的話音信息從SMB1（10）讀出被傳送到HW1，完成了規定的交換。第4章 網絡阻塞分析4.1 阻塞的概念 阻塞是指由于網絡的內部連接方式引起的入出線之間不能建立連接的情形，即某一出線為空閑狀態卻不能被連接。在多級交換網絡中，由于拓撲結構的不同安排，將會出現內部阻塞的問題。 無阻塞網絡分為嚴格無阻塞網絡、可重排無阻塞網絡、廣義無阻塞網絡。嚴格無阻塞網絡是指不管網

28、絡處于何種狀態，只要連接的起點和終點空閑，任何時刻都可建立一個連接，且不影響網絡中建立的其他連接。可重排無阻塞網絡是指不管網絡處于何種狀態，只要連接的起點和終點空閑，任何時刻都可在網絡中直接或者對已有連接重新選擇路由來建立一個連接。廣義無阻塞網絡是指一給定的網絡存在著固有阻塞的可能，但也有可能存在著一種精巧的選路方法，使得所有的阻塞均可避免，而不必重新安排網絡中已建立起來的連接。4.2 網絡阻塞重要參數4.2.1 話務量話務量反應了電話負荷的大小，與呼叫發生強度和平均占用時長有關。呼叫發生強度是指單位時間內發生的呼叫次數；平均占用時長是指每個呼叫的平均持續時間。當使用相同的時間單位時，呼叫發生強度與平均占用時長的乘積，就是單位時間內的話務量，稱為話務量強度，簡稱話務量，通常用愛爾蘭（Erl）為單位。話務量表達式見（4-1）： （4-1）式中，A為話務量強度，為呼叫發生強度，S為平均占用時長。注意：和S必須使用相同的時間單位。 占用概率分布在一個結束中同時占用的線路（中繼或內部鏈路）數是一個隨機變量。根據話源數N和結束線容