1.2 数字交换网络

对于模拟信号来说，话音电路的交换就是物理电路之间的交换，也就是说在交换网络的入端和出端两条电路之间建立一个实际的连接即可。在程控交换机中，为便于传输与处理，常将多条话路信号复用在一起（一般是在一条传输线上复用30条话路），然后再送入交换网络。对于采用时分复用的数字信号来说，话音电路之间的交换就不那么简单了，因为在一条物理电路上顺序地传送着多路话音信号，每路信号占用一个时隙，要想对每路信号进行交换，就不能简单地将实际电路交叉连接起来，而是要对每一时隙进行交换。所以说，在数字交换网络中对话音电路的交换实际上是对时隙的交换。

1.2.1 时分复用

一条传输线路或一条通路只传输一路信号显然利用率太低，如何让多路信号共同在一条线路上传输，这就是多路复用技术。它的基本方法是使多路信号在进入同一条线路传送之后相互分离，互不干扰。常用的方法有频分复用、时分复用和码分复用。

时分复用（Time Division Multiplexing，TDM），是利用各路信号在一条传输信道上占有不同时间间隙，以把各路信号分开。具体说就是把时间分成均匀的时间间隙，将每一路信号的传输分配在不同的时间间隙内，以达到互相分开、互不干扰的目的，多用于数字传输。每一路信号所占的时间间隙称为“路间隙”，简称为“时隙”（Time Slot，TS）。

时分多路复用示意图如图1-8所示。下面以电话通信为例说明时分复用的过程：发送端的各路信号经低通滤波器将带宽限制在3400Hz以下，然后加到匀速旋转的电子开关（称为分配器）k₁上，依次接通各路信号，相当于对各路信号按一定的时间间隙进行抽样。k₁旋转一周的时间为一个抽样周期T，这样就做到了对每一路信号每隔周期T时间抽样一次，此时间周期为1帧长。发送端电子开关k₁不仅起到抽样的作用，还起到复用合路的作用，故发送端分配器又称为合路门。合路后的样值信号被送到PCM编码器进行量化编码成为数字信码，然后将数字信码流送往信道。

图1-8 时分多路复用的示意图

在接收端，将各分路信号码进行统一解码，还原后的信号由分路开关k₂依次接通各分路，再经低通平滑，重建为话音信号，送往接收端用户。所以说，接收端分配器起到复用分路的作用，故接收端分配器又称为分路门。

在上述过程中，应该注意的是：发、收双方的电子开关的起始位置和旋转速率都必须一致，否则将会造成错收，这就是时分多路复用系统中的同步要求。收、发两端的信息速率或时钟频率相同称为位同步或比特同步，也可通俗地理解为两电子开关旋转速率相同；收、发两端的起始位置是每隔1帧长（即每旋转一周）核对一次，称为帧同步，这样才能保证正确区分收到的码组是属于哪一路的信号。

常用的PCM采用的就是时分多路复用技术。

1.2.2 时隙交换

所谓“时隙交换”是指在交换网络的一侧，某条电路上的某个时隙内的8bit信号，通过交换网络的交换，转移到交换网络的另一侧的某条电路上的某个时隙的位置。这种交换动作在每一帧都重复进行，从而实现话音电路的交换。图1-9是一个时隙交换的例子，该例是对3条PCM电路进行时隙交换的交换网络。通过这个交换网络，PCM₁的TS₃→PCM₃的TS₅。由于通话是双向进行的，所以同时还应有PCM₃中的TS₅→PCM₁中的TS₃。

时隙交换的过程可以分成两步。第一步是在一条电路的任意两个时隙之间进行的交换，如图1-10所示。图中的例子是将TS₃与TS₅交换，这种时隙交换是在同一条电路内完成，不存在电路与电路之间的交换，故称为“时分交换”。第二步是在两条电路上的相同时隙之间进行的交换，如图1-11所示。图中的例子是两条电路上的TS₅时隙之间的交换，这种交换的特点是只完成两电路对应时隙之间的交换，故称为“空分交换”。时分交换和空分交换的组合就能够完成任意两个电路上的任意两个时隙之间的交换。

图1-9 时隙交换的示意图

图1-10 时分交换的示意图

图1-11 空分交换的示意图

1.2.3 多级组合交换网络

对于小型交换机来说，交换网络往往由一级T型接线器组成就可以了，对于大型交换机则肯定是不够的。这时可以采用多级组合方案，其中T-S-T组合是最常用的，下面来介绍一下T-S-T交换网络。

图1-12是一个T-S-T交换网络的结构图。图中有3条输入PCM线和3条输出PCM线，HW₁～HW₆为内部PCM线，每条PCM线有32个时隙（其中30个用于传送话路，另外两个传送控制信号）。该交换网络分为3级，第1级和第3级是时分交换，第2级是空分交换，因此简称为T-S-T交换网络。

图1-12 T-S-T交换网络的结构图

各级交换的作用为：第1级负责输入PCM线的时隙交换；第2级负责PCM线之间的空间交换；第3级负责输出PCM线的时隙交换。因为有3条输入PCM线和3条输出PCM线，所以第1级和第3级应各有3个T型接线器，而负责PCM线交换的第2级应为3×3的S型接线器。T型接线器中的话音存储器有32个单元。为便于控制，这里的两级T型接线器的工作方式不同，第1级中的T型接线器采用“顺序存入、控制读出”方式；而第3级中的T型接线器则采用“控制存入、顺序读出”方式。

下面来讨论图1-12中的工作过程。设话音信号A占用PCM₁线的时隙TS₂，话音信号B占用PCM₃线的时隙TS₃₁，则A→B方向的接续过程如下：

1）CPU在T₁接线器中找到一条空闲路由，即交换网络中的一个空闲内部时隙，现假设选到TS₇。这时，CPU向T₁发出控制信号，使其将PCM₁线上的TS₂内容交换到HW₁线的TS₇中。

2）CPU控制S接线器，使其在TS₇时将HW₁线和HW₆线接通。这样就把话音信号A送到第3级的T₆接线器。在CPU的控制下，T₆接线器将HW₆线的TS₇交换到PCM₃线的TS₃₁，从而完成整个交换过程。

以上讨论的仅仅是A→B传送信息的单向通路，而两个用户通话必须建立双向通路，因此还必须建立一条B→A的通路。从原则上讲，B→A的通路仍可按上述过程建立，另选一条空闲路由即可。但是这要求CPU选两次、控制两次，能否选一次就解决问题呢？我们发现，每次通话总是要选两条单向通路，不可能只选一条。因此，若是将这两条通路确定一个有机的联系，使CPU选一次便是有可能的。在图1-12中，两个方向所选的通路号相差半帧，也就是16个时隙。具体说就是A→B方向选中TS₇时，则B→A方向相应就选TS₂₃。当然也可以采用其他联系方式。B→A方向的接续过程和A→B方向一样，区别只是具体时隙号、单元号不同而已。