程控交换与综合业务通信网第五章程控数字交换机的硬件结构.

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1、 第五章 程控数字交换机的硬件结构 5.1 系统概述 5.1.1 数字交换机的基本功能 无论交换机怎样演变，其最基本的功能是一样 的：在任意两个用户之间建立一条双向的通信通 路，以实现两个用户之间的通话。可分为本局呼叫 和出局呼叫。 以呼叫处理为例说明通路的建立过程。 以呼叫处理为例说明通路的建立过程： （1）用户扫描 （2）向用户送拨号音 （3）接收用户拨号信息 （4）号码分析 （5）地址接收和选择路由 （6）向被叫用户振铃 （7）通话接续与监视 （8）话终拆线 具体而言，交换机有以下基本功能： （1）接口功能 实现交换机和用户终端设备之间的连接以及 交换机和各种通信网络之间的连接。接口功能

2、通 过各种不同的接口电路来实现。 根据交换机在外部线路上传送的信号形式， 可将外围接口电路分为模拟接口电路和数字接口 电路；根据交换机连接的对象不同，接口电路又 可分为用户接口电路和中继接口电路。 （2）交换接续功能 在两个用户之间提供一条实际的物理信道。交 换接续功能由交换网络实现。 交换可分为模拟交换和数字交换。模拟交换的 信道是实线，数字交换的信道是时隙。 （3）控制功能 对各种外围接口电路及交换网络等硬件设备 进行控制操作。主要有： n 收集及处理外围接口电路的状态变化信息 ； n 选择接续路由并控制交换网络的接续过程 ； n 调度管理交换机的硬件、软件资源； n 故障诊断及处理。 （

3、4）运行维护功能 交换机允许用户根据自己的实际情况进行数 据设定和更改；交换机必须能够自动对系统软件、 硬件进行测试，检测故障，一旦发现故障以后， 立即对故障进行定位隔离。 运行功能发映了系统的灵活性，维护功能发 映了系统的可靠性。 5.1.1 程控数字交换机的总体结构 总体结构是从模块化的角度分析程控交换机的 构成。模块是由具有一定基本功能的基本电路和基 本部件组成，而模块的划分则由程控交换机所采用 的控制方式决定，不同的控制方式得到不同的模块 结构。 程控交换机的控制方式一般可分为集中控制和 分散控制。分散控制又可分为分级控制和分布控制。 1.分级控制方式的模块结构 整个系统分成三大模块：

4、外围模块（PM）, 交 换模块（SM）和中央模块（CM）。 外围模块：各种外围接口电路以及外围交换网 络和外围处理单元组成。 交换模块：扩容方便的中央交换网络和系统时 钟组成。 中央模块：中央处理单元和若干通信接口电路 组成。 分级控制方式如图5.1所示： 图5.1 分级控制方式交换机硬件的基本结构 2.分布控制方式的模块结构 采用分布控制方式的程控交换机，其模块划分 有按模块功能划分和模块容量划分的两种方法。 （1）按功能划分的模块结构 将模块划分为模拟用户模块、数字用户模块、 模拟中继模块、数字中继线模块等等，这些模块通 过标准接口连接到数字交换网络而形成一个“蜘蛛网” 结构。（教材 图5

5、.2） 图5.2 功能划分的模块结构 （2）按容量划分的模块结构 按容量划分则要求每个模块具有一定容量的用 户接口、中继接口等各种外围接口电路和必要的服 务电路，并且每个模块都能独立完成交换机应具备 的各种基本功能，也就是说，每个模块相当于一个 小型交换系统。（教材 图5.4） 图5.3 容量划分的模块结构 5.2 外围接口 5.2.1 概述 外围接口的主要功能是连接各种用户终端设备 以及将交换系统接入各种不同的通信网络。 根据连接对象的不同，外围接口电路分为用户 电路和中继电路。 5.2.2 模拟用户电路 模拟用户电路（ALC,analogue line circuit) 是交换机和传统的模

6、拟话机之间的接口电路，其外 接的传输线路为2 线模拟线路，并采用直流环路信 令方式。 1. BORSCHT 功能 模拟用户电路的基本功能可用缩写字母BORSCHT 表示，其具体含义如下： （1）馈电（B,battery feeding) 所有连在交换机的电话用户，无论通话与否， 都要由交换机向其供电。馈电电压一般为 -48v， 通话时馈电电流在2050mA之间。 馈电方式有电压馈电和电流馈电两种。电压 馈电如图5.4所示： 图5.4 电压馈电方式 （2）过压保护（O,overvoltage protection) 程控交换机一般采用两级保护措施。第一级保 护时在配线架上安装防止高压的保安器和防

7、止过流 的熔丝。第二级保护采用四个二极管组成的嵌位电 路，如图5.5所示： 图5.5 过压保护电路 （3）振铃（R,ringing） 振铃控制的基本功能是提供符合规定的铃流信 号，以便向分机振铃，提示用户有电话呼叫到来， 同时还要随时检测被叫用户摘机应答，以便及时截 铃。 我国规定的标准是用 90V+20V、25Hz的交流信 号作为铃流信号。如图5.6所示： 图5.6 振铃控制电路 （4）监视（S,superrision） 监视功能通过用户直流回路的通断来判定用户 线回路的接通、断开和对拨号脉冲数字进行检测。 监视电路如图5.7所示： 图5.7 监视电路原理 （5）编解码（C,Codec） 数

8、字交换机只能对数字信号进行处理。在模拟 用户电路中需要用编码器把模拟信号转换成数字信 号，然后送到交换网络进行交换。反之，通过解码 器把从交换网络来的数字信号转换成模拟话音送到 用户。 为了避免模数转换由于抽样信号产生的失真以 及50Hz电源的感染影响，模拟信号要通过一个带通 滤波器。 （6）混合（H,hybrid） 数字交换是4线单向交换，模拟用户线上的模拟 话音信号是2线双向传送。因此要进行2/4线转换。 实现2/4线转换的电路称为混合电路。 图5.8 混合、编译码和滤波功能的示意图 （7）测试（T,test） 测试功能主要通过测试继电器或电子开关对用 户电路的内侧或外侧进行测试，判断其工

9、作状态。 内侧指用户电路本身，外侧包括用户话机在内 的用户线环路。如图5.9所示： 图5.9 测试原理图 2.电路结构 模拟用户接口电路的总体框图如图5.10所示： 图5.10 模拟用户接口电路的总体框图 5.2.3 模拟中继单元 1.基本功能 模拟中继单元 （ATU,analogue trunk unit） 是数字交换网络和模拟中继线之间的接口，其作用 是通过模拟中继线连接交换机或接入到通信网络中 去。 模拟中继单元要求所采用的信令方式与对端交 换机相应接口电路的信令方式一致。 目前，大多数程控用户交换机都是通过 2线实 线与对端交换机的模拟用户电路相连，采用用户线 信令。因此在许多功能上，

10、模拟中继单元和用户电 路是一样的，不同之处具体体现在以下几个方面： （1）模拟中继单元能够识别铃流信号，以检测 入局呼叫，而模拟用户电路则是向外发送铃流信号。 （2） 模拟中继单元能够发送示闲、占用、应答、 前向释放、后向释放这些用户线监视信号，而模拟 用户电路则是在用户线上接收检测这些信号。 （3） 为了便于对分机用户进行管理控制，模拟 中继单元需要转发分机用户所拨的被叫号码等地址 信号，而模拟用户电路则是接收这些地址信号。 （4） 模拟用户电路是为单个分机用户服务的， 而模拟中继单元则是交换机所有分机用户的共用资 源。 2.电路结构 模拟中继单元电路的总体框图如图5.11所示： 图5.11

11、 模拟中继单元框图 5.2.4 数字用户电路 1.基本功能 数字用户电路（DLC，digital line circuit） 是程控数字交换机和数字用户终端设备之间的接口 电路。 为了可靠地实现数据发送和接收，数字用户电 路应具备下述基本功能： （1）码型变换 在数字交换机内部，进行传输和交换地数字信 号是简单的二进制信号，它是一种单极性不归零码， 含有较大的直流成分，且不具有定时信息，一般不 用来作为线路的传输码型。 目前，在数字用户线路上所使用的传输码型主 要有双相码、AMI码以及2B1Q码等等。 （2）回波相消 数字交换机中是 4线交换，数字用户环路是 2 线，因此，和模拟用户电路一样，

12、在数字用户电路 中也要利用混合电路进行 2/4线变换，这将导致回 波的产生，需要通过回波相消器来消除回波的影响。 常见回波相消器有两种结构：一种是横向滤波 器结构，一种是存储器结构。 （3）均衡 由于实际的传输信道不可能具有理想的频率特 性，这可能引起传输信号的码间干扰，影响信号的 正确接收，因此，需要对信道的频率特性进行补偿， 其补偿方法称作均衡。 目前常常采用自适应判决反馈均衡器消除码间 干扰。 （4）扰码和去扰码 扰码器的作用就是在发送数据序列中加入一个 伪随机序列，以破坏发送数据中可能会出现的全1、 全0或某种周期重复的规律性。 由于发送端使用扰码器后，在接收端就必须用 去扰码器来恢复

13、提取用户原来发送的实际数据。 ITU-T规定：数字用户环路的基本接口采用 2B+D信道结构，其中，B信道用来传送用户数据， 称为数据信道，数据传输速率为64kbit/s；D信 道用来传送控制、状态信息，称为控制信道，其 数据传送速率为16kbit/s。所以， 2B+D接口的 基本速率是26416144kbit/s。 2. 电路结构 SOPHOiS数字用户电路由两部分组成：用户线 接口电路、控制和通信接口电路。 用户线接口提供全双工2B+D接口，实际数据传 输速率为152kbit/s，线路传输码型为AMI。 控制和通信接口电路采用Z80CPU处理器，可以 控制15个用户线接口，既可以控制30个数

14、字用户终 端和数字交换机之间的通信。 具体电路见教材（图5.26，图5.27） 5.2.5 数字中继单元 数字中继单元（DTU,digital trunk unit）是 数字交换系统与数字交换系统之间，或者数字交换 系统与数字传输系统之间的接口单元。 数字中继单元主要作用：将30路64kbit/s的话 路信号复合成2048kbit/s基群群路信号发送出去； 把从其它数字交换系统来的2048kbit/s基群群路信 号分成30路话路信号，然后再通过数字交换网络分 接到各个相应的用户。 1.基本功能 （1）时钟提取 为了在两个数字交换系统之间能够正确传送数 据流，数字交换系统必须从所输入的数据流中提

15、取 时钟信号作为输入数据流的基准时钟，所提取的时 钟信号被用来读取输入数据。 （2）码型变换 在数字交换机内部，一般使用单极性不归零码 来表示数据。这种码型不利于传送定时信息。依次 要进行码型变换。 在 PCM传输线路上，线路传输码型一般使用高 密度双极性的HDB3码。 （3）帧同步 在 PCM30/32路帧结构中，每一帧有32个时隙 组成，其中TS0时隙用来传输帧同步码字。同步码 字规定为0011011，它在偶数帧的TS0时隙中发送。 帧同步就是要从接收的数据流中搜索并识别这 个同步码字，使接收端的帧结构排列与发送端完全 一致。 （4）位同步 从数字中继线输入的串行数据有它自己的时钟 信息，

16、而接收端的数字交换机有它自己的系统时钟， 这两个时钟不一定完全一致，因此，从数字中继线 上直接接收的数据是和系统时钟不同步的。位同步 就是要在它们之间实现同步。 2.电路结构 数字中继单元基本框图如图5.12所示： 图5.12 数字中继单元的功能框图 5.2.6 多频信号收发器 在电话通信网络中，拨号信息可以用直流脉冲 或者双音多频信号来表示。 双音多频信号是用两个不同频率的信号组合来 表示一个字符或数字。这两个频率一个选自低频段， 一个选自高频段，每个频段分别包含四个不同低频 率，所有总共可以组合成16种选择。 对于脉冲拨号，可以利用软件技术进行号码接 收和发送。对于双音多频信号，数字交换机必须配 备专门的硬件电路收发器。 1. 双音多频接收器 在数字交换机中，通过模拟用户电路对所接收 的双音多频模拟信号进行抽样编码，将其转换为数 字信号，在分配给该用户的时隙中传送到接收器。 接收器从相应的时隙中接收这个信号，进行数 模转换和低通滤波，使其恢复成原来的、含有两个 不同频率的模拟信号。这个模拟信号再由双音多频 检测器检测出所含有的两个不同的频率，由此判决 出用户发来的拨号数字。