1.2.2　程控交換機的交換單元與交換網絡

1.2.2.1　交換單元與交換網絡的基本概念及功能

交換單元是構成交換網絡的最基本部件，主要實現交換功能，即在任意的入線和出線之間建立連接，或者說是將入線上的信息傳遞到出線上去。交換網絡是將若干個交換單元按照一定的拓撲結構和控制方式構成的，是交換系統的核心。

1.2.2.2　程控交換機的分類

我們知道，程控交換分為空分程控和數字程控，其中程控空分交換機的接續網絡（或交換網絡）采用空分接線器（或交叉點開關陣列），且在話路部分中一般傳送和交換的是模擬語音信號，因而習慣稱為程控模擬交換機，這種交換機不需要進行語音的模數轉換，用戶電路簡單，因而成本低，目前主要用作小容量模擬用戶交換機，本節不做詳細介紹。

程控數字交換機的根本任務是要通過數字交換來實現任意兩個用戶之間的語音交換，即要在這兩個用戶之間建立一條數字語音通道。最簡單的數字交換方法就是給每個用戶分配一個不同于其他用戶的固定時隙，在這個固定的時隙上，周期地傳遞該用戶的語音信息。例如，A用戶占據的是TS₁時隙，則A用戶的語音信息就將每隔125μs（話音信號抽樣頻率為8kHz，抽樣周期為125μs）在TS₁時隙內以數字信號的方式向交換網絡傳遞一次。由交換網絡傳送給A用戶的語音信息也將每隔125μs時間在TS₁時隙內送給A用戶。所以TS₁時隙就是固定給A用戶使用的話路，無論是發話還是受話，均使用這個TS₁時隙的時間。A、B兩用戶信息交換過程如圖1-16所示。

在實際的數字交換網絡中，僅僅依靠時隙交換實現電話交換局的任務是不現實的，必須結合空間交換來擴大其容量。因此數字交換網絡包括時分接線器和空分接線器兩種基本部件，分別用于完成時間交換和空間交換。

1.2.2.3　基本的時分交換部件

（1）時分接線器

時分接線器又稱時分交換單元、時間接線器，簡稱T接線器。它的功能是用來完成在同一條復用線（HW）上的不同時隙之間的交換。也就是將T接線器中輸入復用線上某個時隙的內容交換到輸出復用線上的指定時隙中。T接線器主要由語音存儲器（SM）和控制存儲器（CM）組成，如圖1-17所示。語音存儲器（SM）主要用來暫時存儲編碼后的語音信息，又稱為“信息存儲器”或“緩沖存儲器”；控制存儲器（CM）用來寄存語音時隙地址，又稱為“地址存儲器”。

由于SM用來暫存數字編碼的話音信息，而每個話路時隙有8位編碼，故SM的每個單元應至少具有8比特。SM的容量，也就是所含的存儲單元數應等于輸入復用線上的時隙數。假定輸入復用線上有512個時隙，則SM要有512個單元。

CM的容量通常等于SM的容量。但CM每個存儲單元只需存放SM的地址碼（SM單元數編號），CM地址碼位數由PCM復用線每幀內的時隙數決定。

例如，PCM復用線每幀有32個時隙，則SM存儲單元數（地址數）為32，CM的存儲單元數也32；SM每個存儲單元的位數為8，CM每個存儲單元的位數為5（32=2⁵）。

根據時間接線器的話音存儲器受控制存儲器的控制方式不同，可分為：順序寫入，控制讀出，簡稱為輸出控制；控制寫入，順序讀出，簡稱為輸入控制。

輸出控制方式的T接線器是“順序寫入、控制讀出”的，如圖1-18所示，其中SM的寫入是在定時脈沖控制下順序寫入，是時鐘的連續關系，可由遞增計數器來控制；其輸出是在相應的時間（時隙），按CM中已寫入的內容來控制SM的讀出。SM中每個存儲單元內存入的是發話人的話音信息編碼，通常是8位編碼，CM每個單元所存的內容是由處理機控制寫入的。

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，它的話音存儲器SM的寫入受控制存儲器控制，它的讀出則是在定時脈沖的控制下順序讀出。

例如，對于1條PCM，有32個時隙。假如主叫用戶A占用TS₁時隙，被叫用戶B占用TS₁₇時隙，要求A和B進行通話，在A講話時，就應把TS₁的語音信息交換到TS₁₇中去，試采用讀出控制方式和寫入控制方式實現A和B通話過程。

讀出控制方式：在時鐘脈沖控制下，當TS₁時刻到來時，將入線TS₁中的語音信息順序寫入SM內地址為1的存儲單元內；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，這時就由處理機在CM中的第一7個單元寫入地址“1”，當TS₁₇到來時，出線根據CM中地址為17的單元里的內容“1”，從SM第一個單元中取出語音信息，完成交換。這樣就完成了把TS₁中的語音信息交換到TS₁₇中去的任務，如圖1-20所示。

寫入控制方式：當中央處理機得知主叫用戶A和被叫用戶B要進行通話要求后，將向T接線器的CM內地址為1的存儲單元內寫入“17”；向CM內地址為17的存儲單元內寫入“1”。當TS₁時隙到來，根據CM地址為1的單元內寫的信息“17”，數據輸入線TS₁的內容寫入SM地址為17的存儲單元中，同時SM地址為1的內容被讀取；同理，當TS₁₇時隙到來，數據輸入線TS₁₇的內容寫入SM地址為1的存儲單元，同時SM地址為17的內容送到輸出的數據線上。這樣就完成了把TS₁中的語音信息交換到TS₁₇中去的任務。

對于輸入為n條PCM時，為了在T接線器上實現時隙交換，就要采用T復用和分路的方法。在實際的數字交換系統中，為達到一定的容量要求，在條件允許的條件下，要盡量提高PCM復用線的復用度。時分接線器的交換容量主要取決于組成該接線器的存儲容量和速度，以8端或16端PCM交換來構成一個交換單元，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，由復用器、話音存儲器、控制存儲器和分路器等組成。T接線器輸入端由8條PCM組成，所以它的SM共有8×32=256個存儲單元。T接線器的CM單元數目和SM的單元數目相同。8個輸入端的數據線輸入數據，經過復用器送到話音存儲器，從話音存儲器處理的話音信息，經過分路器送到各處PCM。

其中HW₀-TS₀對應總時隙TS₀，HW₁-TS₀對應總時隙TS₁，…HW₀-TS₁對應總時隙TS₈，…HW₇-TS₃₁對應總時隙TS₂₅₅。這里總時隙指的是SM輸入端、復用器輸出端的時隙，總時隙TS號=HW線時隙號×8+HW號。

（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，簡稱S接線器，其作用是完成不同PCM復用線之間同一時隙的信碼交換。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中去。

空分接線器由電子交叉矩陣和控制存儲器（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條輸入復用線和8條輸出復用線，每條復用線上有32個時隙。每條輸入復用線可以通過交叉點選擇到8條輸出復用線中的任一條，但這種選擇是建立在一定的時隙基礎上的。因此對應于一定出/入線的交叉點是按一定時隙做高速啟閉的。從這個角度看，S接線器是以時分方式工作的。各個電子交叉點在哪些時隙應閉合，在哪些時隙應斷開，是由CM控制的。

空分接線器控制存儲器的作用是對電子交叉矩陣上的交叉點進行控制，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。

輸入控制方式對應于每一條入線都配有一個CM，由這個CM控制入線上每個時隙接通到哪一條出線上。CM中寫入的內容是輸出復用線的編號。CM的存儲單元數等于每條輸入復用線上的時隙數，CM每個單元需要的位數則決定于輸出復用線的多少。例如，每條復用線上有32個時隙，交叉點矩陣是4×4，則要配4個CM，每個CM有32個單元，每個單元有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單元中由處理機控制寫入了7，表示第0條輸入復用線在第三1個時隙到來時，與第7條輸出復用線的交叉點接通，即在TS₃₁開關閉合。

輸出控制方式對應每一條輸出用線有一個CM，由這個CM控制其對應的出線上各個時隙依次與哪些入線接通。在該方式中，CM中寫入的內容是輸入復用線的編號。CM的存儲單元數等于每條輸復用線上的時隙數，CM每個單元需要的位數則決定于輸入復用線的多少。例如，每條復用線上有128個時隙，交叉點矩陣是8×8，則要配8個CM，每個CM有128個單元，每個單元有3位，可以選擇8條入線。

圖1-23（b）中，CM₇的第三1單元中由處理機控制寫入了0，表示第7條輸出復用線在第三1個時隙到來時，與第0條輸入復用線的交叉點接通，開關閉合。

1.2.2.4　交換網絡

交換網絡是由若干個交換單元按照一定的拓撲結構和控制方式構成的網絡。對于一個大的交換網絡，單級的T型接線器或者S型接線器都不可能實現。由于T型時間接線器只能完成時隙的交換，而空間接線器只能完成空間的交換，只有把二者結合起來，才能夠既實現空間交換，又實現時隙交換，同時還能夠增加交換容量。現在常見的是三級的交換網絡，即T-S-T和S-T-S。

T-S-T交換網絡是一種在程控數字交換機中得到廣泛應用的交換網絡結構，如圖1-24所示。T-S-T交換網絡是由輸入級T接線器（TA）、輸出級T接線器（TB）和中間級S接線器組成。根據控制方式的不同，可以分為讀寫控制方式和寫讀控制方式。

當T接線器的輸入級是讀出控制方式，輸出級是寫入控制方式時，稱為讀寫控制方式。圖1-24為讀寫控制方式的T-S-T交換網絡結構圖，在輸入級是一個讀出控制的T接線器。它有8個輸入的接線器，每個T接線器有一條PCM復用線（HW），每線包含32個時隙（即復用度為32），實際上由于經交換機終端進行復用及串/并變換，HW線上的時隙數可能更高。每個T接線器配置一個SM和CM，由于輸入線復用度為32，因此，SM和CM的單元數為32。SM的每個存儲單元分別對應32個時隙；CM的32存儲單元分別對應SM的存儲地址，其內容是由處理機寫入。在輸出級是一個寫入控制的T接線器，也是有8個輸出的接線器，每個T接線器也是有一條PCM復用線（HW），每個T接線器也是配置一個存儲容量為32個單元的SM和CM；中間是一個輸出控制的容量為8×8的S接線器，S接線器的出/入線分別對應連接到兩側的T接線器。在S接線器上的時隙是由CPU任意選擇的，它和T接線器的時隙的選擇沒有必然的聯系，兩者可以獨立選擇。由于它的選擇是任意的，與輸入和輸出端的T接線器無關，所以也稱為內部時隙。為了選擇方便，對于內部時隙的選擇一般是同時選擇，收發選擇具有一定的關系，最常用的有兩種：奇偶關系和相差半幀關系。

如果輸入接線器的時隙為TS_i，輸出接線器的時隙選擇為TS_i+1，也就是主叫用戶的時間和被叫用戶的時隙相差一個時隙。

現以PCM₀（HW₀）上的時隙2（主叫用戶A）與PCM₇（HW₇）上的時隙31（被叫用戶B）交換為例，來說明T-S-T網絡的工作原理。因數字交換機中通話路由是四線制的，因此，應建立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，選擇了兩個空閑的內部時隙，也就是TS₈和TS₉。假設A→B方向選擇內部時隙為TS₈，則TS₉為B→A方向的內部時隙。CPU在地址為8的輸入級控制存儲器CMA₀的單元寫入2，表示在讀出時要讀地址為2的話音存儲單元的內容；CPU在地址為9的輸出級控制存儲器CMB₀的單元寫入2，表示在寫入時要寫到地址為2的話音存儲單元。CMS₇的單元8中寫入0。于是PCM₀時隙2的用戶信息a按順序寫入到SMA₀的單元2中，當輸出時隙8到來時，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，所以在內部時隙8所對應的時刻，第8條（編號7）輸出線與第一條（編號0）輸入線的交叉點接通，于是用戶信息a就通過S接線器在CMB₇的控制下于時隙8輸入SMB₇的單元31中，當輸出時隙31到來時，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的輸入級控制存儲器CMA₇的單元寫入31，表示在讀出時要讀地址為31的話音存儲單元的內容；CPU在地址為8的輸出級控制存儲器CMB₇的單元寫入31，表示在寫入時要寫到地址為31的話音存儲單元。CMS₀的單元9中寫入7。于是PCM₇時隙31的用戶信息b按順序寫入到SMA₇的單元31中，當輸出時隙9到來時，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，所以在內部時隙9所對應的時刻，第一條（編號0）輸出線與第8條（編號7）輸入線的交叉點接通，于是用戶信息b就通過S接線器在CMB₀的控制下于時隙9輸入SMB₀的單元2中，當輸出時隙2到來時，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。