在时间-空间交换装置中减少功率 【技术领域】
本发明涉及在电信系统中用于显著地降低功率损耗的一种方法和一种设备，尤其涉及包括以CMOS技术实现的时间-空间型交换装置的电话系统。
【发明背景】
一种已知的时间交换装置表示在例如美国(专利)4,858,227号中。这种已知的交换装置是这样设计的：从任何一个交换装置输入端的信息可以在控制存储器的控制下连接到任何一个交换装置的输出端。
发明概述
在今天的时间-空间型交换装置中大的功率损耗是主要问题之一，特别是当交换装置矩阵增加时。这个问题是由于这样一个事实：用来存储需要经过交换装置而连接的信息的存储器单元的数量随着输入端和输出端的数量成平方而增加。
利用存储器可以实现一种时间-空间交换装置，这些存储器具有分立的或集成的专用集成电路的形式。这就是说，一个输入信号被复制到一系列存储器单元中，其数量等于交换装置的可能输出信号的数量。当输入信号只需要转移到单独一个输出端时，情况也是这样。如上所述，正因为这一事实，使得功率消耗在原理上要按平方增加以致达到不可接受的高水平。
正如在已知设备中所看到的那样，通过简化电路和减少电路数量可以在一定范围内减小功率损耗。在别地一些已知的实施例中这也是很普通的，但是它只能小量地减少功耗。因此，主要问题仍然存在。
按照本发明的方法和设备可解决这个问题，它可以明显地减少时间-空间交换装置中的功率损耗而仍然保持电路的设计和数量。利用CMOS存储器来实施而使这成为现实，因为这些存储器仅在写数据的转换期间才消耗功率。在静止状态它们不消耗或只消耗很微小的功率，这一事实被用来实现按照本发明的设备。
按照本发明的方法和设备的特征表示在权利要求中，它是用这样一种方式来减小功耗而解决问题的，这种方式就是那些时间-空间矩阵中没有被利用的部分是断开的、就是说，它们未被起动。这是通过对转换信息加上这些额外的信息而实现的。这些额外信息分别阻止和允许把新数据写到存储单元中。那些在那一时刻并不用来形成输出信号的存储单元都不会改变其内容，因为那个单元的数据内容的值不会移动。因此，实际上那些单元根本就不会消耗功率。
附图简述
按照本发明的方法和设备将在下面通过实施例并参考附图作更详细的说明，其中
图1以方块图的形式表明包括一个时间-空间交换装置的系统的设计，
图2以方块图的形式表明该交换装置矩阵，
图3a和b原理性地表示交换装置矩阵，且清楚地指明不同的交叉点，
图4表示把信息细分成时隙及帧，
图5说明信息如何在控制存储器的控制下在话音存储器中被写入和读出，
图6说明按照本发明的额外信息如何控制从控制存储器的一个存储列写入到话音存储器，
图7说明按照本发明的额外信息如何控制从具有存储器形式的一个独立的列写入到话音存储器。
优选实施例
从图1可见，按照本发明的一个时间-空间交换装置TS包含在数字电子电话交换机的交换网络SN中。装置DEV连接到交换装置TS上。信息通过交换装置经过一个接口ANI(交换网络接口)在DEV装置间来回交换。交换装置主要用于传递连接到电路的信息。交换装置是非闭塞的，亦即输入端和输出端的选择并不影响切换的可能性，这就是说，系统可以把任何一个输入信道连接到任何一个输出信道。根据有多少用户需要服务，交换装置可以在交换机内延伸成几个层次。在图1中表示了有三个交换装置层次TS的例子。
图2表示以话音存储器SS的矩阵形式而构成的交换装置TS，这里对矩阵中的每一列存储器的写和读都是在独立的控制存储器CS的控制下进行的。
存储器矩阵是由计算机控制的交叉连接的单元组成的，它包括nxm个连接点。本发明性的概念是减少在其中进行写入的话音存储器SS的数量，使得数据仅仅读入到那些现在要从那里读出数据的话音存储器。通过对一条线的贯通连接，哪一个输入是要连接到相应的输出的，就写入到控制存储器CS的有关列中。CS中的信息对把信息读入到话音存储器SS进行控制，使得只有和该信息相关的存储器SS被起动。这样，应从哪个或哪些话音存储器SS取得输出信号的有关信息就写入到控制存储器CS中。
图3表明一个例子，来自输入端IN的信号是如何经过交换装置矩阵TS的各交叉点而连接到选中的输出端OUT的。各交叉点是由相应的话音存储器SS实现的。图3a表示，例如，一个输入端如何能够连接到所有的输出端。图3b表明一个例子，一个输出端如何不和任何一个输入端有接触。对此具有决定性的是从控制存储器CS来的控制切换的信息。
这样，按照本发明的时间-空间交换装置是由一系列具有不同作用的存储器组成的。话音存储器SS存储要经过交换装置连接的信息。控制存储器CS则控制从一个或若干话音存储器SS的读出。把信息读入到话音存储器是由一个计数器CR实现的，它保证输入数据总是以某种顺序读入的。该同一个计数器在从控制存储器CS读数时用作为地址指针。具有帧内二进制串行数据形式的信息经过交换接口SNI到达各相应的输入端，每一帧包括若干个时隙(信道)，按照本例每个时隙包括8个比特。每个时隙的内容以水平方式存储在话音存储器SS的一行中，在这种情况下话音存储器容纳270行，每行8位，这本身相当于一个帧。要提供给某个输出端上的一个8位的样本可以在任何时候从存储在和该输出端唯一有关的时间阶段/存储器SS中的任何一个样本中选出。选择是通过控制存储器CS进行的，它也是和输出端有关的。经过交换装置的延时是极短的，因为样本在输入端和输出端间只缓冲一次。它周期性地写入时间阶段(存储器SS)，而在每个输入上产生的样本要存储m次，每个输出一次。
话音存储器SS分成第一部分和第二部分，第一部分用于把数据写入存储器，而第二部分则用于在第一部分进行写的同时读出数据。两部分的存储器都用于交替地写和读，从而可以避免形成排队。
同样的缓冲存储器组织也用于控制存储器CS。
从图4可见，以帧F的形式进入的数据流包括一系列信息子帧SF，帧的长度例如为125微秒，而每个子帧包括一系列时隙S(0-269)，每个时隙又包括8个比特(0-7)。按照这个例子，每个话音存储器SS包括270个这种8比特的时隙，这就相应于一个子帧SF，它也相当于CCITT标准SDN G707-G709。为了按照本发明起动或者不起动话音存储器SS的存储单元，从而导致上面所说的节约功率，必须对从控制存储器CS来的正常信息加上额外的信息。
图5表示这样的一个例子。在话音存储器SS中信息要被读入到存储器各单元中(时隙)。数据输入端DI接收送到存储器中的信息。在系统时钟CL(未示出)的控制下，循环步进计数器CR向存储器SS提供写地址，这个地址决定进入的信息应该存储在存储器的什么地方。上述的那个在输入端DI收到而要送到话音存储器SS而且要读入存储器的存储单元的数据信息是由计数器CR所确定的，这个计数器的用途是控制对控制存储器CS的读和对话音存储器SS的写。通过把额外的存储在控制存储器CS中的信息E加到进入到输入端DI上的信息中，就得出对是否要进行读入到存储器单元的控制，由此也是对进入到话音存储器输入端的信息是否要用作为输出信号的控制。被加进来的额外信息E的数量取决于由一个并且是同一个控制存储器CS所控制的话音存储器的数量。按照这个例子，额外信息E可以以二进制的1和0的形式被读入到控制存储器CS的额外的一列中，这里1是指起动话音存储器SS并写入来到输入端DI的数据信号，而0表示阻塞进入的信号，即不起动话音存储器。当计数器CR通过读地址RA1而指出控制存储器的某一位置时，就要注意在所指出的地址上的额外信息E是个1还是个0。如果存储在那个地址里的额外信息是1，则控制存储器CS向话音存储器SS发出一个写便能脉冲WE，这个脉冲使进入到存储器SS的数据信息被写入到由从计数器CR来的写地址脉冲WA所决定的地址里。在读阶段，控制存储器CS向话音存储器SS提供一个读地址RA2，这个读地址等于进入存储器SS的数据信息的存储地址，上述的信号是要读出到与存储器SS有关的输出端DU上的。如果在由计数器CR指出存储器SS的地址时，存储在该指出地址中的额外信息是个0，则不会从控制存储器CS向话音存储器SS提供有效的写使能脉冲，因而后者那个存储器不会起动，所以也就不会消耗任何功率，因为在使用上述的CMOS电路的情况下，功率消耗仅发生于转换存储器内容的情况。通常的双极型存储器并没有这种性质，因为它们不能被切断而是在所有情况下都是在工作的，而且由于它们在大多数类型的大型交换机中是占主导地位的存储器类型，因此就可以理解，利用按照本发明的方法和设备，节约功率将是显著的。
当几个话音存储器SS由同一个控制存储器CS控制时，就有可能不使用额外的列(这个列在归结为位时，和话音存储器的数量一样大)而是使用按照已知的编码原理进行编码的多个比特。这样做可以节约存储器空间。
图6表示话音存储器SS的一个列的例子，存储器全部都处于该列所共有的控制存储器CS的控制之下。这个图表明在该列中的每个话音存储器SS是如何利用标准类型的解码器DEC来接收从存储器CS送出的并和所述的额外信息E有关的写使能脉冲WE并对它进行解码的。图中控制存储器CS中带斜线的部分相当于为了产生和列中的话音存储器的数量有关的写使能脉冲而需要的额外的比特数量，其中的b代表互相邻近的比特数。存储器CS中剩下的空间是由从相应的话音存储器SS进行读出的地址所组成的。
按照本发明的过程可以参考图2按下列方式来说明。假定一个输入信号A要经过交换矩阵TS连接到一个输出端Z。每个控制存储器CS1-CS3控制对在话音存储器SS各列中的一列的地址的指出。输入信号A提供到在矩阵第一行的所有话音存储器SS的输入端，输入信号B提供到矩阵的第二存储器行的所有话音存储器的输入端，依次类推。各存储器是否要被起动取决于相应的控制存储器CS所提供的信息。切换是藉助于那些连接输入信号A和输出信号Z的存储器进行的，按照图2这是矩阵中第三列的最上边那个存储器SS。输入信号A要以时隙的形式被存储在由循环步进计数器CR所指出的地址的那个话音存储器SS中。在从计数器CR发往控制存储器CS的读脉冲的控制下，控制存储器一方面向话音存储器SS发出一个写使能脉冲WE，另一方面还发出一个读地址到话音存储器。如果脉冲WE是有效的，输入信号A写入到话音存储器中被指定的位置。如果脉冲WE不是有效的，则写入被阻塞且存储器不起动。从控制存储器CS来的到话音存储器SS去的读地址指出要从存储器的哪个地址进行读出，在工作的话音存储器中，读出是发生在和话音存储器有关的输出端Z。为了实现本发明，如前所述，必须有一个额外的二进制1和0的列被读入到控制存储器CS中，这里在列中的存储器位置的个数至少相当于由所述控制存储器CS所控制的矩阵TS中该列的存储器SS的数量。所述额外信息以及其余控制信息的被写入到控制存储器是经过外部系统进行的，所述信息取决于实时的一些事件，例如电话拨号，由此它将直接影响控制存储器的信息内容。应该指出，从话音存储器SS读出的信息是在前面的时间间隔内存储的那些信息，而对刚写入的信息的读出则要在下一个时间间隔内(周期内)进行。
这个发明的概念也可以这样来实现：在控制存储器CS中的额外信息的列是在控制存储器以外的独立的存储器CM所提供的。这样一种方法示于图7中。在有大量的进入数据DI1连续而循环地写入到话音存储器SS但却只有一部分是要读出的这类应用中，如所示的那样，在试图节省功率时，最好避免把那些不准备读出的数据写进存储器。对于话音存储器SS的每个存储器位置或存储器位置组，要产生并存储关于在前一个时间间隔内(例如在位于话音存储器SS附近的单独的存储器CM中)是否进行过读的信息。然后这一信息用来控制对话音存储器的写入功能，使得写入仅发生于要读出的存储器位置。为了在交换装置的布局改变时，就是说，在控制存储器CS的内容改变时，能够立即有实际的数据用于读入到话音存储器SS，要产生一个“写入所有位置的信号”，亦即一个控制信号WIP，它在对应于控制存储器CS的至少一个读周期的时间期间起动对所有话音存储器位置的写入。
按照图7的一个设备这样工作，它使输入数据DI1写入到话音存储器SS的由计数器CR在从存储器CM的额外列来的信息控制之下所指出的各位置中。每次当控制存储器CS的内容要改变时，就起动“写入所有位置的信号”WIP。存储器CS本身由计数器CR控制，在计数器的一个完全的循环之后(即存储器CS的一个读周期之后)存储器CS的内容被改变，这将立即影响它的输出数据。在这以后，存储器CM被更新成使它被一个复位信号R置成零，此后，在下一周期时，二进制的1以来自存储器CS的写入地址从数据输入端DI2被写入到那些位置，写入的那些位置将起动对话音存储器SS的写入。因此，存储器CM中那些不会起动把数据写到话音存储器SS的位置中的内容就是零。这时存储器CM的更新就已完成而信号WIP可以取消。这样就可以认为，在读出存储器CM中的二进制1时将导致把信息DI1写入到话音存储器SS因而它就被起动，而在读出存储器CM中的二进制0时将导致对输入信息DI1的阻塞因而话音存储器SS不起动。按照图7和前面已经说明的，一个循环步进计数器CR向话音存储器CR提供一个写地址WA1以指出输入数据DI1要写到话音存储器的那个地址。计数器还发一个读地址信号RA1到控制存储器CS，并且还发一个读地址信号RRA2给单独的存储器CM，这个读地址是和构成对话音存储器SS写地址的信息相同的信息。从控制存储器CS到话音存储器SS的读地址RA3同时构成到所述单独的存储器CM的写地址WA2。在从控制存储器CS来的上述读信号的控制之下从存储器SS读出时，从存储器CS到存储器CM的写信号指出后一存储器的地址，在这个地址上按照本例是一个二进制1或0的外部信号要从输入端DI2写入。当计数器CR向话音存储器SS提供一个写地址脉冲时，这同一个信号作为读地址而提供给存储器CM。假定计数器CR指明话音存储器中的地址7，则在存储器CM中同一地址7处的以前所提供的信息位被读出。这个比特提供给逻辑电路OR的第一输入端，按照本发明这个逻辑电路是个或门电路，它的第二输入端接收一个外部控制信号WIP，该控制信号在控制存储器CS的至少一个读周期内不管所述第一输入端的信号电平如何，总把这样一个固定信号加到该逻辑电路OR，使得由该电路提供的写使能信号WE在被加到一个与门电路O的输入信号DI1之后能把输入数据DI1在这个第一周期内被写到话音存储器SS的所有位置/时隙中。这样做是为了，如前所述，在交换装置布局有变化时，即在控制存储器CS中的数据有变化时，在存储器SS中立即有数据可用来读出。从话音存储器中所举例子的地址7中读出数据是在控制存储器CS的控制下进行的，且信号提供到输出端DU。然后输入数据DI1被写入到话音存储器SS中的由计数器CR所指出而且现在已可供使用的地址7中。
在这个第一读周期之后，在电路OR输入端上的信号WIP被取消，此后从存储器CM来的信号进行对信号WE的控制，藉此，按照从存储器CM来的信息，只有那些在该时刻被用来进行切换的存储器SS被赋予这样的可能性，而其余的存储器SS被阻塞，也就是说，它们并不接收任何有效的控制信号WE。在这种情况下，下面所说当然也是正确的，即首先从指定的地址读出信息，然后新信息被写入上述地址，这个信息在下一时间间隔(周期)内被读出。
在时间-空间交换装置中如前所述有n×m个连接点，这里n相当于输入端数而m相当于交换装置的输出端数。正常情况下n＝m，就是说，有n2个连接点。按照本发明的方法和设备把“在工作的”连接点的数量减少到交换装置的输出端数。这导致的节省量等于n×m－m＝m(n－1)。由于时间-空间交换装置的功耗正比于触点数，节省是明显的，例如，对于具有10个端口的二次交换装置为90％。