基于Simulink 的数字交换仿真实现

赵新颖，朱 锦，谢 丹

(郑州铁路职业技术学院，河南 郑州 450052)

Simulink 作为MATLAB 中实现动态系统建模和仿真的集成环境，能对动态系统进行仿真和分析，模拟实际系统的特性和响应，根据设计及使用的要求，对系统进行修改、完善和优化，以提高系统的性能，实现高效开发系统的目标［1］。将其用于教学中，有助于学生在掌握所学理论知识的同时，通过仿真模拟，达到加深理解、自主创新、自主学习的目的。数字交换网络作为程控交换机的核心部件，有着非常重要的作用。其交换原理借助于Simulink 仿真平台进行模拟仿真，目的是使学生清楚地理解和掌握，将抽象问题形象化，将所学知识融会贯通，培养学生处理复杂问题的能力。

1 数字交换网络的基本结构和工作原理

数字交换网络的基本功能是给每个用户分配一个固定时隙后，在两个用户(两个不同时隙)间进行交换，图1 为数字交换网络的示意图［2］。

图1 数字交换网络进行时隙交换

数字交换网络由数字接线器组成，时间(T)接线器和空间(S)接线器。其中，T 接线器负责实现时隙交换，S 接线器负责实现母线交换。

1.1 时间(T)接线器

T 接线器的结构如图2 所示。其中，图2(a)为输出控制方式的T 接线器，图2(b)为输入控制方式的T 接线器。两种方式的接线器均由话音存储器和控制存储器两部分组成。

图2 T 接线器结构

以图2(a)说明其工作原理。设输入话音信号在TS50 上，要求经过T 接线器以后交换至TS450上，然后输出至下一级。CPU 根据这一要求，通过软件在控制存储器的450 号单元写入“50”。这个写入由CPU 控制进行，因此叫做“控制写入”。控制存储器的读出由定时脉冲控制，按照时隙号读出相对应单元内容。0#时隙读出0#单元内容，1#时隙读出1#单元内容……这种工作方式叫做“顺序读出”。

话音存储器的工作方式正好和控制存储器的方式相反，即是“顺序写入，控制读出”。一个T 接线器要进行交换的往往不是一端PCM(30 个话路)，而是多端。这就要在PCM 和T 接线器连接电路中有串→并、并→串电路，并在此电路中加上各端PCM 复用线(又叫母线)之间的组合，使得将输入若干条母线的32 路PCM 串行信号变换成输出更多路(一条母线)的PCM 并行信号。

数字交换网络往往需要交换的话路数多达几万条，这样只用T 接线器进行交换不能达到要求，因此需要采用S 接线器一起组成多级网络工作。

1.2 空间(S)接线器

图3 为S 接线器的示意图。图中S 接线器的交叉点由电子接点矩阵组成，共有n 个入端和n 个出端，形成n ×n 矩阵，由n 个控制存储器控制。每一个控制存储器控制同号输出端的所有交叉点，称之为“输出控制”。控制存储器的工作方式为“控制输入，顺序读出”。

图3 S 接线器结构示意图

1.3 TST 数字交换网络

在大型程控交换机中，数字交换网络的容量比较大，只靠T 接线器和S 接线器是不能实现的，必须将其结合起来，才能达到要求。这里以TST 三级网络为典型结构说明T 接线器和S 接线器组合成的大容量数字交换网络。TST 网络结构如图4 所示。图中假设有3 条母线(HW)，每条母线有32 个时隙，因此A，B 两级话音存储器各有32 个单元，各级控制存储器也各有32 个单元。其中A 级T 接线器负责输入母线的时隙交换，为输出控制方式;S 接线器负责母线之间的空间交换，为输入控制方式;B 级T 接线器负责输出母线的时隙交换，为输入控制方式。

图4 TST 网络

图4 中完成的是A 和B 之间的路由接续，其中A 话音占用HW1 和TS2，B 话音占用HW3 和TS31，首先完成A→B 方向路由的接续。CPU 在存储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，假设此空闲时隙为TS7。这时，CPU 就向HW1的CMA 的7 号单元送“2”;HW3 的CMB 的7 号单元送“31”;1 号CMC 的7 号单元送“3”。SMA 按顺序写入，在TS2 时将A 的话音信号写入到HW1 的SMA2 号单元中去。在TS7 时，顺序读出CMA 的7号单元中的内容“2”作为SMA 的读出地址。于是就在TS2 的A 话音信号转换到了TS7。1 号CMC 读出时，控制1 号输入线和3 号输出线在TS7 时接通，这样就实现了把A 话音信号送至B 级T 接线器。3 号线上的SMB 在CMB 控制下将TS7 中的A 话音信号写入到31 号单元中。在SMB 顺序读出时，TS31 读出A 话音信号送给B。

交换网络建立的通路是双向的，B→A 方向的话音传输同A→B 方向相似，只是内部时隙按反向法进行选取。在通话结束后，要进行拆线处理，这时CPU只要将控制存储器中相应单元内容清除即可。

2 仿真的实现

2.1 仿真思想及目的

用Simulink 仿真软件实现对数字交换网络的仿真，必须采用“化整为零”的思想，首先将整个数字交换网络分为几个简单的部分(模块)，然后用Simulink 对其进行建模、参数设置并进行仿真，最后将每个部分进行整合。这种将复杂问题简单化、化整为零的思想对培养学生能力有重要作用。由于仿真软件毕竟不同于硬件电路，所以在仿真的过程中，多少有所差别，这就要求同学们善于变通，结合Simulink仿真模块的特点灵活地实现对数字交换网络的仿真，这也是用Simulink 对数字交换网络进行仿真的目的所在。

2.2 仿真电路及结果

将数字交换网络分为串↔并转换电路、单T 交换网络、S 交换网络三个子模块后用Simulink 实现对这三个子模块的仿真，最后完成对TST 交换网络的建模，并输出仿真结果。各仿真电路及波形图如图5～10 所示。

图5 位脉冲的产生电路

图6 串并转换电路图及波形

图7 HW0 并串转换电路图及波形

图8 时隙交换电路及波形

图9 空分交换网络及空间交换波形

图10 TST 交换网络及波形

3 结论

实践证明，在深刻理解数字交换网络原理的基础上，借助于仿真软件Simulink 实现对数字交换网络的模拟，能将抽象问题形象化，加深对理论知识的掌握。仿真不完全拘泥于书本上给出的原理图，在仿真过程中存在多种因素会影响仿真结果，这就要求同学们深入思考，借助学过的知识，在总体仿真思想不变的情况下能灵活处理各种问题，这对培养学生分析问题和解决问题的能力有很好的作用。

Simulink 仿真数字交换案例充分说明，在教学过程中，尤其在比较抽象、难以理解的课程教学过程中，引入仿真软件有助于提高学习效率，降低教学成本，启发学生思考，培养学生分析问题和解决问题的能力，促进他们自主学习［3］。

［1］梅志红，杨万铨.MATLAB 程序设计基础及其应用［M］.北京:清华大学出版社，2005:225-226.

［2］叶敏.程控数字交换与现代通信网［M］.北京:北京邮电大学出版社，1998:34-47.

［3］杜宇上，肖化.基于Multisim 的混沌电路仿真实验［J］.实验室研究与探索，2013，1(1):42-45.