時(shí)分交換原理

時(shí)分交換的概念主要有:

①脈沖抽樣。根據(jù)抽樣定律，不論連續(xù)信號(hào)或非連續(xù)信號(hào)，均可周期性地抽樣，用抽樣脈沖傳送原有信息。抽樣脈沖的頻率為信號(hào)最高傳輸頻率的兩倍以上，對(duì)于音頻信號(hào)，抽樣頻率為8kHz(抽樣周期125μs)已足夠，抽樣脈沖信號(hào)可以恢復(fù)為原信號(hào)。進(jìn)行時(shí)分交換的信號(hào)首先要抽樣。

②脈幅調(diào)制和脈碼調(diào)制。抽樣脈沖幅度隨著信號(hào)幅度的變化而變化稱脈幅調(diào)制(PAM)。脈幅調(diào)制的信號(hào)經(jīng)低通濾波器即可以恢復(fù)原信號(hào)。采用脈幅調(diào)制信號(hào)的時(shí)分交換稱脈幅時(shí)分交換。如果將脈幅信號(hào)經(jīng)過(guò)編碼器變?yōu)槎M(jìn)制碼，則稱為脈碼調(diào)制。例如7位二進(jìn)制碼可以代表127個(gè)等級(jí)幅度，足以代表幅度的變化。脈碼信號(hào)在接收端經(jīng)過(guò)譯碼器將二進(jìn)制碼恢復(fù)為脈沖幅度信號(hào)，最后經(jīng)低通濾波器恢復(fù)為模擬信號(hào)，采用脈碼調(diào)制的時(shí)分交換機(jī)稱為脈碼時(shí)分交換機(jī)或數(shù)字時(shí)分交換機(jī)。其他方式的脈沖調(diào)制(例如脈寬調(diào)制)在時(shí)分交換機(jī)中很少采用。

③時(shí)分復(fù)用。話音的周期為125μs，可傳遞多路信號(hào)，每路占據(jù)一時(shí)隙。例如32路PCM(30路話路和2路用于同步和復(fù)幀信號(hào))。抽樣周期內(nèi)傳送256bit。時(shí)分交換中廣泛采用同步信號(hào)，同步信號(hào)使時(shí)鐘保持正確同步，時(shí)鐘用來(lái)激勵(lì)各電路以抽取必要的信號(hào)。

④時(shí)分交換。由于電子電路的單向性，時(shí)分交換不像空分那樣可以二線交換，必須四線交換。圖1(a)表示用戶A的信號(hào)交換到用戶B，用戶信號(hào)已經(jīng)時(shí)分復(fù)用。每一用戶在固定時(shí)隙上發(fā)送，也在該時(shí)隙上接收。圖中用戶A的信號(hào)位于時(shí)隙1，發(fā)送后進(jìn)入時(shí)隙交換電路，在用戶B的接收端，A的信號(hào)已移動(dòng)到時(shí)隙2，B用戶在時(shí)隙2位置接收。同理，B的發(fā)送信號(hào)位于時(shí)隙2，經(jīng)時(shí)隙交換后，到達(dá)A處時(shí)已移動(dòng)到時(shí)隙1為A所接受。可見時(shí)分交換的要點(diǎn)在于時(shí)隙位置的交換，交換的控制顯然是由主叫撥號(hào)所決定。圖1(b)說(shuō)明了時(shí)隙交換原理。為了實(shí)現(xiàn)時(shí)隙交換，必須設(shè)話音存儲(chǔ)器。在抽樣周期內(nèi)有n個(gè)時(shí)隙分別存入n個(gè)存儲(chǔ)器單元中。輸入按時(shí)隙次序順序存入。如果輸出端按特定的次序讀出，即可改變時(shí)隙的次序。圖中交換控制信息收集主叫撥號(hào)信息，由軟件存入控制信息存儲(chǔ)器。該存儲(chǔ)器記錄讀出時(shí)隙的次序，例如信號(hào)B的時(shí)隙應(yīng)交換到A，則B在A的時(shí)隙處讀出。因此，由控倒存儲(chǔ)器控制話音存儲(chǔ)器的讀出次序。輸出時(shí)隙已達(dá)到時(shí)隙交換的要求。以上控制是加于輸出端，如果加于輸入端，即輸入時(shí)按交換的要求存入信息，輸出時(shí)順序取出信號(hào)，也能達(dá)到交換目的。不論何種方式均須有話音存儲(chǔ)器和控制信息存儲(chǔ)器。

脈幅時(shí)分交換的技術(shù)簡(jiǎn)單，成本也低，多應(yīng)用于1000門以下的程控交換機(jī)。當(dāng)時(shí)分交換時(shí)隙數(shù)增加時(shí)，抽樣脈沖變窄，頻寬增加，故很難大幅度擴(kuò)大交換容量。典型的數(shù)字程控交換機(jī)用時(shí)-空-時(shí)(TST)交換級(jí)，還有TSSST交換級(jí)，用來(lái)擴(kuò)大交換級(jí)容量。采用這一原理組成的選組級(jí)可交換十萬(wàn)用戶的電話，圖2(a)表示輸入兩個(gè)時(shí)分脈碼流A和B，每一抽樣周期包含4個(gè)時(shí)隙。輸出也是兩串脈碼流X和Y，但X、Y中不但能改變時(shí)隙次序，而且可以接受A或B的時(shí)隙，即在空間位置上產(chǎn)生交換。圖中交叉的箭頭表示空間交換。第一級(jí)時(shí)分接線器A和B，第三級(jí)也是時(shí)分接線器K和Y，中間一級(jí)為空分，用交叉點(diǎn)矩陣表示。A和B經(jīng)輸入端順序?qū)懭朐捯舸鎯?chǔ)器，輸出由控制存儲(chǔ)器決定讀取時(shí)隙次序。例如，A的讀出次序?yàn)锳1、A3、A2、A4。X和Y在輸入端受控制存儲(chǔ)器作用而寫入，例如X要求寫入時(shí)隙的次序?yàn)?，3、1、4，Y為順序讀出，見圖2(b)?？辗值慕徊纥c(diǎn)也在每一時(shí)隙控制下改變動(dòng)作，由空分控制存儲(chǔ)器控制。例如第一時(shí)隙為AX、BY動(dòng)作，將A1信息傳送到X，寫入到X的第二位話音存儲(chǔ)器。當(dāng)X讀出時(shí)，4個(gè)時(shí)隙信息為B3、A1、A2、B2。因此，TST交換實(shí)現(xiàn)了時(shí)隙和空間的交換，對(duì)于大型程控?cái)?shù)字交換機(jī)一般包含兩個(gè)交換級(jí)，即用戶級(jí)和選組級(jí)。用戶級(jí)多為純時(shí)分，選組級(jí)采用TST。

時(shí)分復(fù)用是指一種通過(guò)不同信道或時(shí)隙中的交叉位脈沖，同時(shí)在同一個(gè)通信媒體上傳輸多個(gè)數(shù)字化數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和視頻信號(hào)等的技術(shù)。電信中基本采用的信道帶寬為 DS0，其信道寬為 64 kbps。 電話網(wǎng)絡(luò)(PSTN)基于 TDM 技術(shù)，通常又稱為 TDM 訪問網(wǎng)絡(luò)。電話交換通過(guò)一些格式支持 TDM:DS0、T1/E1 TDM 以及 BRI TDM。E1 TDM 支持2.048 Mbps通信鏈路，將它劃分為32個(gè)時(shí)隙，每間隔為64 kbps 。T1 TDM 支持1.544 Mbps 通信鏈路，將它劃分為24個(gè)時(shí)隙，每間隔為64 kbps，其中 8 kbps 信道用于同步操作和維護(hù)過(guò)程。E1 和 T1 TDM 最初應(yīng)用于電話公司的數(shù)字化語(yǔ)音傳輸，與后來(lái)出現(xiàn)的其它類型數(shù)據(jù)沒有什么不同。E1 和 T1 TDM 也應(yīng)用于廣域網(wǎng)鏈路。BRI TDM 是通過(guò)交換機(jī)基本速率接口(BRI，支持基本速率 ISDN，并可用作一個(gè)或多個(gè)靜態(tài) PPP 鏈路的數(shù)據(jù)信道)提供?；舅俾式涌诰哂?個(gè)64 kbps 時(shí)隙。TDMA 也應(yīng)用于移動(dòng)無(wú)線通信的信元網(wǎng)絡(luò)。

時(shí)分復(fù)用器是一種利用TDM 技術(shù)的設(shè)備，主要用于將多個(gè)低速率數(shù)據(jù)流結(jié)合為單個(gè)高速率數(shù)據(jù)流。來(lái)自多個(gè)不同源的數(shù)據(jù)被分解為各個(gè)部分(位或位組)，并且這些部分以規(guī)定的次序進(jìn)行傳輸。這樣每個(gè)輸入數(shù)據(jù)流即成為輸出數(shù)據(jù)流中的一個(gè)"時(shí)間片段"。必須維持好傳輸順序，從而輸入數(shù)據(jù)流才可以在目的端進(jìn)行重組。特別值得注意的是，相同設(shè)備通過(guò)相同 TDM 技術(shù)原理卻可以執(zhí)行相反過(guò)程，即:將高速率數(shù)據(jù)流分解為多個(gè)低速率數(shù)據(jù)流，該過(guò)程稱為解除復(fù)用技術(shù)。因此，在同一個(gè)箱子中同時(shí)存在時(shí)分復(fù)用器和解復(fù)用器(Demultiplexer)是常見的。