1.2 數字交換網絡

對于模擬信號來說，話音電路的交換就是物理電路之間的交換，也就是說在交換網絡的入端和出端兩條電路之間建立一個實際的連接即可。在程控交換機中，為便于傳輸與處理，常將多條話路信號復用在一起（一般是在一條傳輸線上復用30條話路），然后再送入交換網絡。對于采用時分復用的數字信號來說，話音電路之間的交換就不那么簡單了，因為在一條物理電路上順序地傳送著多路話音信號，每路信號占用一個時隙，要想對每路信號進行交換，就不能簡單地將實際電路交叉連接起來，而是要對每一時隙進行交換。所以說，在數字交換網絡中對話音電路的交換實際上是對時隙的交換。

1.2.1 時分復用

一條傳輸線路或一條通路只傳輸一路信號顯然利用率太低，如何讓多路信號共同在一條線路上傳輸，這就是多路復用技術。它的基本方法是使多路信號在進入同一條線路傳送之后相互分離，互不干擾。常用的方法有頻分復用、時分復用和碼分復用。

時分復用（Time Division Multiplexing，TDM），是利用各路信號在一條傳輸信道上占有不同時間間隙，以把各路信號分開。具體說就是把時間分成均勻的時間間隙，將每一路信號的傳輸分配在不同的時間間隙內，以達到互相分開、互不干擾的目的，多用于數字傳輸。每一路信號所占的時間間隙稱為“路間隙”，簡稱為“時隙”（Time Slot，TS）。

時分多路復用示意圖如圖1-8所示。下面以電話通信為例說明時分復用的過程：發送端的各路信號經低通濾波器將帶寬限制在3400Hz以下，然后加到勻速旋轉的電子開關（稱為分配器）k₁上，依次接通各路信號，相當于對各路信號按一定的時間間隙進行抽樣。k₁旋轉一周的時間為一個抽樣周期T，這樣就做到了對每一路信號每隔周期T時間抽樣一次，此時間周期為1幀長。發送端電子開關k₁不僅起到抽樣的作用，還起到復用合路的作用，故發送端分配器又稱為合路門。合路后的樣值信號被送到PCM編碼器進行量化編碼成為數字信碼，然后將數字信碼流送往信道。

圖1-8 時分多路復用的示意圖

在接收端，將各分路信號碼進行統一解碼，還原后的信號由分路開關k₂依次接通各分路，再經低通平滑，重建為話音信號，送往接收端用戶。所以說，接收端分配器起到復用分路的作用，故接收端分配器又稱為分路門。

在上述過程中，應該注意的是：發、收雙方的電子開關的起始位置和旋轉速率都必須一致，否則將會造成錯收，這就是時分多路復用系統中的同步要求。收、發兩端的信息速率或時鐘頻率相同稱為位同步或比特同步，也可通俗地理解為兩電子開關旋轉速率相同；收、發兩端的起始位置是每隔1幀長（即每旋轉一周）核對一次，稱為幀同步，這樣才能保證正確區分收到的碼組是屬于哪一路的信號。

常用的PCM采用的就是時分多路復用技術。

1.2.2 時隙交換

所謂“時隙交換”是指在交換網絡的一側，某條電路上的某個時隙內的8bit信號，通過交換網絡的交換，轉移到交換網絡的另一側的某條電路上的某個時隙的位置。這種交換動作在每一幀都重復進行，從而實現話音電路的交換。圖1-9是一個時隙交換的例子，該例是對3條PCM電路進行時隙交換的交換網絡。通過這個交換網絡，PCM₁的TS₃→PCM₃的TS₅。由于通話是雙向進行的，所以同時還應有PCM₃中的TS₅→PCM₁中的TS₃。

時隙交換的過程可以分成兩步。第一步是在一條電路的任意兩個時隙之間進行的交換，如圖1-10所示。圖中的例子是將TS₃與TS₅交換，這種時隙交換是在同一條電路內完成，不存在電路與電路之間的交換，故稱為“時分交換”。第二步是在兩條電路上的相同時隙之間進行的交換，如圖1-11所示。圖中的例子是兩條電路上的TS₅時隙之間的交換，這種交換的特點是只完成兩電路對應時隙之間的交換，故稱為“空分交換”。時分交換和空分交換的組合就能夠完成任意兩個電路上的任意兩個時隙之間的交換。

圖1-9 時隙交換的示意圖

圖1-10 時分交換的示意圖

圖1-11 空分交換的示意圖

1.2.3 多級組合交換網絡

對于小型交換機來說，交換網絡往往由一級T型接線器組成就可以了，對于大型交換機則肯定是不夠的。這時可以采用多級組合方案，其中T-S-T組合是最常用的，下面來介紹一下T-S-T交換網絡。

圖1-12是一個T-S-T交換網絡的結構圖。圖中有3條輸入PCM線和3條輸出PCM線，HW₁～HW₆為內部PCM線，每條PCM線有32個時隙（其中30個用于傳送話路，另外兩個傳送控制信號）。該交換網絡分為3級，第1級和第3級是時分交換，第2級是空分交換，因此簡稱為T-S-T交換網絡。

圖1-12 T-S-T交換網絡的結構圖

各級交換的作用為：第1級負責輸入PCM線的時隙交換；第2級負責PCM線之間的空間交換；第3級負責輸出PCM線的時隙交換。因為有3條輸入PCM線和3條輸出PCM線，所以第1級和第3級應各有3個T型接線器，而負責PCM線交換的第2級應為3×3的S型接線器。T型接線器中的話音存儲器有32個單元。為便于控制，這里的兩級T型接線器的工作方式不同，第1級中的T型接線器采用“順序存入、控制讀出”方式；而第3級中的T型接線器則采用“控制存入、順序讀出”方式。

下面來討論圖1-12中的工作過程。設話音信號A占用PCM₁線的時隙TS₂，話音信號B占用PCM₃線的時隙TS₃₁，則A→B方向的接續過程如下：

1）CPU在T₁接線器中找到一條空閑路由，即交換網絡中的一個空閑內部時隙，現假設選到TS₇。這時，CPU向T₁發出控制信號，使其將PCM₁線上的TS₂內容交換到HW₁線的TS₇中。

2）CPU控制S接線器，使其在TS₇時將HW₁線和HW₆線接通。這樣就把話音信號A送到第3級的T₆接線器。在CPU的控制下，T₆接線器將HW₆線的TS₇交換到PCM₃線的TS₃₁，從而完成整個交換過程。

以上討論的僅僅是A→B傳送信息的單向通路，而兩個用戶通話必須建立雙向通路，因此還必須建立一條B→A的通路。從原則上講，B→A的通路仍可按上述過程建立，另選一條空閑路由即可。但是這要求CPU選兩次、控制兩次，能否選一次就解決問題呢？我們發現，每次通話總是要選兩條單向通路，不可能只選一條。因此，若是將這兩條通路確定一個有機的聯系，使CPU選一次便是有可能的。在圖1-12中，兩個方向所選的通路號相差半幀，也就是16個時隙。具體說就是A→B方向選中TS₇時，則B→A方向相應就選TS₂₃。當然也可以采用其他聯系方式。B→A方向的接續過程和A→B方向一樣，區別只是具體時隙號、單元號不同而已。