1.2.2　程控交换机的交换单元与交换网络

1.2.2.1　交换单元与交换网络的基本概念及功能

交换单元是构成交换网络的最基本部件，主要实现交换功能，即在任意的入线和出线之间建立连接，或者说是将入线上的信息传递到出线上去。交换网络是将若干个交换单元按照一定的拓扑结构和控制方式构成的，是交换系统的核心。

1.2.2.2　程控交换机的分类

我们知道，程控交换分为空分程控和数字程控，其中程控空分交换机的接续网络（或交换网络）采用空分接线器（或交叉点开关阵列），且在话路部分中一般传送和交换的是模拟语音信号，因而习惯称为程控模拟交换机，这种交换机不需要进行语音的模数转换，用户电路简单，因而成本低，目前主要用作小容量模拟用户交换机，本节不做详细介绍。

程控数字交换机的根本任务是要通过数字交换来实现任意两个用户之间的语音交换，即要在这两个用户之间建立一条数字语音通道。最简单的数字交换方法就是给每个用户分配一个不同于其他用户的固定时隙，在这个固定的时隙上，周期地传递该用户的语音信息。例如，A用户占据的是TS₁时隙，则A用户的语音信息就将每隔125μs（话音信号抽样频率为8kHz，抽样周期为125μs）在TS₁时隙内以数字信号的方式向交换网络传递一次。由交换网络传送给A用户的语音信息也将每隔125μs时间在TS₁时隙内送给A用户。所以TS₁时隙就是固定给A用户使用的话路，无论是发话还是受话，均使用这个TS₁时隙的时间。A、B两用户信息交换过程如图1-16所示。

在实际的数字交换网络中，仅仅依靠时隙交换实现电话交换局的任务是不现实的，必须结合空间交换来扩大其容量。因此数字交换网络包括时分接线器和空分接线器两种基本部件，分别用于完成时间交换和空间交换。

1.2.2.3　基本的时分交换部件

（1）时分接线器

时分接线器又称时分交换单元、时间接线器，简称T接线器。它的功能是用来完成在同一条复用线（HW）上的不同时隙之间的交换。也就是将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中。T接线器主要由语音存储器（SM）和控制存储器（CM）组成，如图1-17所示。语音存储器（SM）主要用来暂时存储编码后的语音信息，又称为“信息存储器”或“缓冲存储器”；控制存储器（CM）用来寄存语音时隙地址，又称为“地址存储器”。

由于SM用来暂存数字编码的话音信息，而每个话路时隙有8位编码，故SM的每个单元应至少具有8比特。SM的容量，也就是所含的存储单元数应等于输入复用线上的时隙数。假定输入复用线上有512个时隙，则SM要有512个单元。

CM的容量通常等于SM的容量。但CM每个存储单元只需存放SM的地址码（SM单元数编号），CM地址码位数由PCM复用线每帧内的时隙数决定。

例如，PCM复用线每帧有32个时隙，则SM存储单元数（地址数）为32，CM的存储单元数也32；SM每个存储单元的位数为8，CM每个存储单元的位数为5（32=2⁵）。

根据时间接线器的话音存储器受控制存储器的控制方式不同，可分为：顺序写入，控制读出，简称为输出控制；控制写入，顺序读出，简称为输入控制。

输出控制方式的T接线器是“顺序写入、控制读出”的，如图1-18所示，其中SM的写入是在定时脉沖控制下顺序写入，是时钟的连续关系，可由递增计数器来控制；其输出是在相应的时间（时隙），按CM中已写入的内容来控制SM的读出。SM中每个存储单元内存入的是发话人的话音信息编码，通常是8位编码，CM每个单元所存的内容是由处理机控制写入的。

输入控制方式的T接线器是“控制写入、顺序读出”的，如图1-19所示，它的话音存储器SM的写入受控制存储器控制，它的读出则是在定时脉冲的控制下顺序读出。

例如，对于1条PCM，有32个时隙。假如主叫用户A占用TS₁时隙，被叫用户B占用TS₁₇时隙，要求A和B进行通话，在A讲话时，就应把TS₁的语音信息交换到TS₁₇中去，试采用读出控制方式和写入控制方式实现A和B通话过程。

读出控制方式：在时钟脉冲控制下，当TS₁时刻到来时，将入线TS₁中的语音信息顺序写入SM内地址为1的存储单元内；由于此T接线器的读出是受CM控制的，而B用户要到A用户的信息，这时就由处理机在CM中的第一7个单元写入地址“1”，当TS₁₇到来时，出线根据CM中地址为17的单元里的内容“1”，从SM第一个单元中取出语音信息，完成交换。这样就完成了把TS₁中的语音信息交换到TS₁₇中去的任务，如图1-20所示。

写入控制方式：当中央处理机得知主叫用户A和被叫用户B要进行通话要求后，将向T接线器的CM内地址为1的存储单元内写入“17”；向CM内地址为17的存储单元内写入“1”。当TS₁时隙到来，根据CM地址为1的单元内写的信息“17”，数据输入线TS₁的内容写入SM地址为17的存储单元中，同时SM地址为1的内容被读取；同理，当TS₁₇时隙到来，数据输入线TS₁₇的内容写入SM地址为1的存储单元，同时SM地址为17的内容送到输出的数据线上。这样就完成了把TS₁中的语音信息交换到TS₁₇中去的任务。

对于输入为n条PCM时，为了在T接线器上实现时隙交换，就要采用T复用和分路的方法。在实际的数字交换系统中，为达到一定的容量要求，在条件允许的条件下，要尽量提高PCM复用线的复用度。时分接线器的交换容量主要取决于组成该接线器的存储容量和速度，以8端或16端PCM交换来构成一个交换单元，每一条PCM线称为HW线。图1-21是8端脉码输入输入的T接线器方框图，由复用器、话音存储器、控制存储器和分路器等组成。T接线器输入端由8条PCM组成，所以它的SM共有8×32=256个存储单元。T接线器的CM单元数目和SM的单元数目相同。8个输入端的数据线输入数据，经过复用器送到话音存储器，从话音存储器处理的话音信息，经过分路器送到各处PCM。

其中HW₀-TS₀对应总时隙TS₀，HW₁-TS₀对应总时隙TS₁，…HW₀-TS₁对应总时隙TS₈，…HW₇-TS₃₁对应总时隙TS₂₅₅。这里总时隙指的是SM输入端、复用器输出端的时隙，总时隙TS号=HW线时隙号×8+HW号。

（2）空分接线器

空分接线器又称为空分交换单元或空间接线器，简称S接线器，其作用是完成不同PCM复用线之间同一时隙的信码交换。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中去。

空分接线器由电子交叉矩阵和控制存储器（CM）组成，如图1-22所示。

图1-22所示为8×8的电子交叉矩阵，它有8条输入复用线和8条输出复用线，每条复用线上有32个时隙。每条输入复用线可以通过交叉点选择到8条输出复用线中的任一条，但这种选择是建立在一定的时隙基础上的。因此对应于一定出/入线的交叉点是按一定时隙做高速启闭的。从这个角度看，S接线器是以时分方式工作的。各个电子交叉点在哪些时隙应闭合，在哪些时隙应断开，是由CM控制的。

空分接线器控制存储器的作用是对电子交叉矩阵上的交叉点进行控制，按照S接线器CM的配置形式，其工作方式可分为输入控制和输出控制，如图1-23所示。

输入控制方式对应于每一条入线都配有一个CM，由这个CM控制入线上每个时隙接通到哪一条出线上。CM中写入的内容是输出复用线的编号。CM的存储单元数等于每条输入复用线上的时隙数，CM每个单元需要的位数则决定于输出复用线的多少。例如，每条复用线上有32个时隙，交叉点矩阵是4×4，则要配4个CM，每个CM有32个单元，每个单元有2位，可以选择4条出线。

例如，将入线HW₀上的TS₃₁信息送到出线HW₇上，如图1-23（a）所示。其交换原理是：CM₀的1单元中由处理机控制写入了7，表示第0条输入复用线在第三1个时隙到来时，与第7条输出复用线的交叉点接通，即在TS₃₁开关闭合。

输出控制方式对应每一条输出用线有一个CM，由这个CM控制其对应的出线上各个时隙依次与哪些入线接通。在该方式中，CM中写入的内容是输入复用线的编号。CM的存储单元数等于每条输复用线上的时隙数，CM每个单元需要的位数则决定于输入复用线的多少。例如，每条复用线上有128个时隙，交叉点矩阵是8×8，则要配8个CM，每个CM有128个单元，每个单元有3位，可以选择8条入线。

图1-23（b）中，CM₇的第三1单元中由处理机控制写入了0，表示第7条输出复用线在第三1个时隙到来时，与第0条输入复用线的交叉点接通，开关闭合。

1.2.2.4　交换网络

交换网络是由若干个交换单元按照一定的拓扑结构和控制方式构成的网络。对于一个大的交换网络，单级的T型接线器或者S型接线器都不可能实现。由于T型时间接线器只能完成时隙的交换，而空间接线器只能完成空间的交换，只有把二者结合起来，才能够既实现空间交换，又实现时隙交换，同时还能够增加交换容量。现在常见的是三级的交换网络，即T-S-T和S-T-S。

T-S-T交换网络是一种在程控数字交换机中得到广泛应用的交换网络结构，如图1-24所示。T-S-T交换网络是由输入级T接线器（TA）、输出级T接线器（TB）和中间级S接线器组成。根据控制方式的不同，可以分为读写控制方式和写读控制方式。

当T接线器的输入级是读出控制方式，输出级是写入控制方式时，称为读写控制方式。图1-24为读写控制方式的T-S-T交换网络结构图，在输入级是一个读出控制的T接线器。它有8个输入的接线器，每个T接线器有一条PCM复用线（HW），每线包含32个时隙（即复用度为32），实际上由于经交换机终端进行复用及串/并变换，HW线上的时隙数可能更高。每个T接线器配置一个SM和CM，由于输入线复用度为32，因此，SM和CM的单元数为32。SM的每个存储单元分别对应32个时隙；CM的32存储单元分别对应SM的存储地址，其内容是由处理机写入。在输出级是一个写入控制的T接线器，也是有8个输出的接线器，每个T接线器也是有一条PCM复用线（HW），每个T接线器也是配置一个存储容量为32个单元的SM和CM；中间是一个输出控制的容量为8×8的S接线器，S接线器的出/入线分别对应连接到两侧的T接线器。在S接线器上的时隙是由CPU任意选择的，它和T接线器的时隙的选择没有必然的联系，两者可以独立选择。由于它的选择是任意的，与输入和输出端的T接线器无关，所以也称为内部时隙。为了选择方便，对于内部时隙的选择一般是同时选择，收发选择具有一定的关系，最常用的有两种：奇偶关系和相差半帧关系。

如果输入接线器的时隙为TS_i，输出接线器的时隙选择为TS_i+1，也就是主叫用户的时间和被叫用户的时隙相差一个时隙。

现以PCM₀（HW₀）上的时隙2（主叫用户A）与PCM₇（HW₇）上的时隙31（被叫用户B）交换为例，来说明T-S-T网络的工作原理。因数字交换机中通话路由是四线制的，因此，应建立A→B和B→A两条路由。

先看A→B方向。首先，CPU在收到主叫用户的要求通话的信息后，选择了两个空闲的内部时隙，也就是TS₈和TS₉。假设A→B方向选择内部时隙为TS₈，则TS₉为B→A方向的内部时隙。CPU在地址为8的输入级控制存储器CMA₀的单元写入2，表示在读出时要读地址为2的话音存储单元的内容；CPU在地址为9的输出级控制存储器CMB₀的单元写入2，表示在写入时要写到地址为2的话音存储单元。CMS₇的单元8中写入0。于是PCM₀时隙2的用户信息a按顺序写入到SMA₀的单元2中，当输出时隙8到来时，存入的用户信息a就被读出送到S接线器。在S接线器中，由于在CMS₇的单元8中写入0，所以在内部时隙8所对应的时刻，第8条（编号7）输出线与第一条（编号0）输入线的交叉点接通，于是用户信息a就通过S接线器在CMB₇的控制下于时隙8输入SMB₇的单元31中，当输出时隙31到来时，存入的用户信息a将被顺序读出，送到输出线PCM₇上，完成了交换连接。

再看B→A方向。CPU在地址为9的输入级控制存储器CMA₇的单元写入31，表示在读出时要读地址为31的话音存储单元的内容；CPU在地址为8的输出级控制存储器CMB₇的单元写入31，表示在写入时要写到地址为31的话音存储单元。CMS₀的单元9中写入7。于是PCM₇时隙31的用户信息b按顺序写入到SMA₇的单元31中，当输出时隙9到来时，存入的用户信息b就被读出送到S接线器。在S接线器中，由于在CMS₀的单元9中写入7，所以在内部时隙9所对应的时刻，第一条（编号0）输出线与第8条（编号7）输入线的交叉点接通，于是用户信息b就通过S接线器在CMB₀的控制下于时隙9输入SMB₀的单元2中，当输出时隙2到来时，存入的用户信息b将被顺序读出，送到输出线PCM₀上，完成了交换连接。