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1、1,现代交换原理,重庆交通大学大学信息科学与工程学院,许 登 元,2,第3章 数字程控电话交换与电话通信网,本章主要讲述内容: 介绍电话通信的产生和电话交换技术的发展 (历史) 介绍数字程控电话交换系统的体系结构，并在此基础上重点阐述电话交换系统硬件系统各个组成部分的工作原理、控制系统的构成方式 软件系统的组成以及程控交换软件技术 介绍电话通信网的网络结构和工作原理等相关技术。,3,3.1概述,3.1.1 电话通信与电话机 电话机的基本构成及通话原理如图3.1所示，其中送话器是将声音变换为相应电信号的转换装置，受话器是将相应的电信号还原为声音的转换装置，二-四转换是指完成二线和四线转换的混合电
2、路，消侧音电路则用于消除回声改善话音质量。此外还要有拨号盘和振铃器，用于发送通信地址（被叫号码）和呼叫被叫。拨号盘有旋转式拨号盘和按键式拨号盘两种,4,图3.1 旋转式电话机的基本构成及通话原理,5,l脉冲速度：表示拨号盘每秒钟发生的脉冲个数，按照我国电话交换设备用户信令的相关规定，入网电话机的脉冲速度应为8-14个/s。 l脉冲断续比：表示在一个脉冲周期里，断开电流的时间和接通电流的时间之比，按照我国电话交换设备用户信令的相关规定，入网电话机的脉冲断续比t断/t续=（1.3-2.5）:1。 (“0”表示“续”，摘机状态) l 位间隔：用户每拨一个数字，拨号盘就发出一串脉冲，脉冲个数与拨号数字
3、相同（0为10个脉冲）。在拨两个数字之间，也就是在发两个脉冲串之间应有一个时间间隔，以使交换机能正确区分所拨数字，这个间隔就叫做位间隔。按照我国电话交换设备用户信令的相关规定位间隔应350ms。,旋转式拨号盘有三个关键参数：,6,3.1.2 电话交换技术的发展,电话交换技术的发展经历了三个阶段： 人工交换阶段 机电式自动交换阶段 电子式自动交换阶段 (存储程序控制 SPC),7,3.2 数字程控交换机系统结构,数字程控交换机的基本结构是由话路子系统和控制子系统构成的，话路子系统又是由交换网络和接口设备组成的。,图3.2数字程控交换机的基本结构,8,图3.3 数字程控交换机的典型系统结构,9,(
4、1)控制子系统 控制子系统是交换机的“指挥系统”，交换机的所有动作 都是在控制系统的控制下完成的。 包括：中央级和用户级（话路的集中）P71 (2)话路子系统 话路子系统是由中央级（选组级）交换网络和用户级交换网络以及各种接口设备组成的。 交换网络主要完成交换功能，即在某条入线与某条出线之间建立连接，从而实现不同线路端口上的话音交换。 数字程控交换机的交换网络是数字交换网络，主要采用T接线器或T和S接线器，并按照一定的拓扑结构和控制方式构成的，用于完成时分复用信号的交换。,10,接口设备是数字程控交换机与外围环境的接口，其功能主要是完成外部信号与交换机内部信号的转换。程控数字交换机的接口设备主
5、要有用户电路、中继电路和信令收发设备。 用户电路是用户终端设备与交换机的接口，用户终端通过用户线连接到交换机，因而每条用户线对应一套用户电路。 中继电路：交换机之间的接口 信令收发设备：信号发生器 （用户线上信号的发送）、DTMF接收器（DTMF 信号的接收）、MFC收发器（中继线上CAS信令的发送与接收）、公共信道信令终端设备（CCS信令的发送与接收）,11,数字程控交换机的模块化设计,分为中央级模块和用户级模块（图3.3） 中央级模块： 功能：核心交换和信令处理 部件： 中央级交换网络、信令接口、中继接口（中继电路）、中央级控制系统 用户级模块： 功能：话务量的集中和内部交换功能 部件：用
6、户模块和远端模块局（RSU）,12,3.3 接口设备,接口设备是数字程控交换机与外围环境的接口，其功能是完成外部信号与交换机内部信号的转换。数字程控交换机的接口设备主要有用户电路、中继电路和信令收发设备。 3.3.1 数字程控交换机的接口类型 (略) 图3.4表明了数字程控交换机的各种接口. 用户侧接口V类和Z类接口是数字程控交换机用户侧接口； 网络侧接口： A类、B类和C类接口是数字程控交换机之间的接口，是网络侧接口。 数字接口有用户侧的V类接口和网络侧的A 类、B类接口，模拟接口有用户侧的Z类接口和网络侧的C 类接口.,13,图3.4数字程控交换机的接口类型,14,（1）V接口（用户侧、数
7、字接口）： V1：连接数字用户线接口，速率一般为64kbit/s,它所连接的终端可为ISDN的2B+D。 V2：是连接数字远端模块的接口。 V3：连接数字PABX的接口，为ISDN的基群速率接口 （30B+D）。 V4：是支持多个2B+D终端接入的接口。 V5：是接入网第一个标准化的接口，支持n条E1的接入 （1n16），V5接口包括V5.1接口和V5.2接口。 （2）Z接口（用户侧、数字接口）： Z1接口：连接单个模拟用户终端的接口（用户电话）。 Z2接口：连接模拟远端集线器的接口。 Z3接口：连接模拟PABX的接口。,用户侧接口,15,（3）A接口：PCM一次群接口，速率为2048kbit
8、/s。 （4）B接口：PCM二次群接口，速率为8448kbit/s。 （5）C接口：二线或四线模拟中继接口（目前很少使用） （6）Q3接口：与电信管理网（TMN）的接口，用于操作维护管理和计费等。,网络侧接口,16,3.3.2 用户电路,用户电路是程控交换机通过用户线与用户终端（电话或者数字电话）相连的接口电路，由于用户线和用户终端有数字和模拟之分，因而用户电路也有两种：模拟用户电路和数字用户电路。 模拟用户电路是程控交换机通过模拟用户线与模拟终端设备（电话）相连的接口电路. 数字用户电路是程控交换机（ISDN交换机）通过数字用户线与数字终端设备相连的接口电路.,17,模拟用户电路的功能框图如
9、图3.5所示。,图3.5模拟用户电路的功能框图,18,模拟用户电路的功能可归纳为以下BORSCHT七个功能： lB（Battery feeding）馈电 lO（Overvoltage protection）过压保护 l R（Ringing control）振铃控制 lS（Supervision）监视 lC（CODEC & filters）编译码和滤波 l H（Hybird circuit）混合电路 l T（Test）测试,19,1、馈电 在电话通信中，交换机通过用户线向用户终端提供通信 的电源，这种馈电功能是由交换机的用户电路完成的。,图3.6馈电原理,20,2、过压保护 用户电路的过压保护常
10、采用钳位方法，如图3.7所示。从图中可见，平时用户内线的a、b线上的电位将保持在48V伏或60V状态。 若外线电压高于内线电压，则在电阻R上产生压降，用户内线电压被二极管钳住在0；若外线电压低于内线电压，用户内线电压被二极管钳住在48V伏或60V 。 两种情况下在热敏电阻R上都会产生压降，平时R具有很小的电阻值，而当高压进入时，R的电阻值升高从而降低了内线电压和电流，而且必要时可自行烧毁，内外线断开，从而达到保护内线的目的。,21,图3.7 过压保护原理,22,3、振铃控制 由振铃继电器控制振铃的原理如图3.8所示。从图中可知，由交换机CPU送出的振铃控制信号控制继电器的通断，当继电器接通时就
11、可将铃流送往用户（电话振铃）； 被叫用户摘机后，振铃开关送出截铃信号，CPU则控制停止振铃。,图3.8 振铃原理,23,4、监视 为完成电话呼叫，交换机必须能够正确判断出用户线上 的以下几种情况（状态的变化）： l用户话机的摘挂机状态（监视用户线的通断，摘机时有直流，挂机时无直流信） l用户话机（拨号盘）发出的拨号脉冲 l投币、磁卡等话机的输入信号,24,用户线监视原理如图3.9所示。在图3.9（a）中，直流馈电 电路串联了一个小电阻，通过检测电阻上的直流压降便可得 知在a、b线上是否形成了直流通路；在图3.9（b）中，通过 从过压保护电阻R的内外侧各引出信号进行比较而得知用户 线状态，有压降
12、则形成直流通路，无压降则没有直流通路。,(a) 用户线监视方法一,(b) 用户线监视方法二,图3.9 用户线监视原理,25,5、编译码和滤波 编译码器的任务是完成模拟信号和数字信号间的转换。数字交换机只能对数字信号进行交换处理，而话音信号是模拟信号，所以需要用编码器（Coder）把模拟话音信号转换成数字话音信号（A/D），然后送到交换网络中进行交换；并通过解码器（Decode）把从交换网络来的数字话音信号转换为模拟话音信号送给用户。 编译码器和滤波，一般采用集成电路来实现。,26,6、混合电路 混合电路用来完成二/四线的转换。 用户话机的模拟信号是二线双向的，数字交换网的PCM数字信号是四线单
13、向的，因此，在编码以前和译码以后一定要进行二/四线转换。 混合电路的平衡网络用于平衡用户线阻抗。,27,7、测试 用户电路可配合外部测试设备对用户线进行测试，用户线测试功能的实现如图3.10所示，它是通过测试开关将用户线接至外部测试设备来实现的。,图3.10 配合外部测试原理,28,3.3.3 中继电路,中继电路是交换机和中继线的接口设备，也叫中继器。交换机的中继电路有数字中继电路和模拟中继电路。模拟中继电路是交换机与模拟中继线的接口，用于连接模拟交换局，模拟中继电路的功能与用户电路的功能基本相似，目前在电话网上已很少使用.,29,数字中继电路是连接局间数字中继线的接口设备，用于与数字交换局或
14、远端用户模块相连。数字中继电路的功能框图如图3.11所示。,图3.11 数字中继电路的基本框图,30,数字中继电路的基本功能主要有： l码型变换 由于PCM线上使用的传输码型与交换网络内部的码型不一样，PCM线上使用的传输码型一般是HDB3型码（高密度双极性码），交换机内部的码型一般采用单极性不归零码（NRZ码），码型变换的任务就是在接收和发送方向完成这两种码型的相互转换。 l帧同步 数字中继线上的PCM信号是以帧方式传输的，其帧格式如图3.12所示。帧同步就是从接收的数据流中搜索并识别到帧同步码，以确定一帧的开始，使接收端的帧结构排列和发送端的完全一致，从而保证数字信息的正确接收。帧同步码0
15、011011在PCM偶帧的TS0中。,31,图3.12 PCM的帧格式,32,l复帧同步 如果数字中继线上采用的是随路信令（带内信令） （中国No.1信令），则除了帧同步外，还要有复帧同步。 PCM的1个复帧由16个帧组成。复帧同步是使接收端与发送端的复帧结构排列完全一致。在随路信令方式中，各话路的线路信令在一个复帧的TS16中的固定位置传送，如果复帧不同步，线路信令就会错路。复帧同步就是为了保证各路线路信令不错路。 复帧同步码在F0（复帧的第1个帧）的TS16的高4个比特中传送，码字为0000,33,l时钟提取 时钟提取的任务就是从输入的数据流中提取时钟信号，以 便与远端的交换机保持同步。被
16、提取的时钟信号将作为输 入数据流的基准时钟，用来读取输入数据，同时该时钟信 号还可用作本端系统时钟的外部参考时钟源。 l提取和插入信号 提取和插入的信号主要包括帧同步信号、复帧同步信号和告警信息的插入与提取，此外当数字中继线上采用的是随路信令（中国No.1信令）时，在TS16还要提取和插入中国No.1信令的线路信令。,34,l帧定位（再定时） 从数字中继线上输入的码流有它自己的时钟信息（它局时钟），而接收端的交换机也有它自己的系统时钟（本局时钟），这两个时钟在频率和相位上不可能完全一致。 帧定位就是采用弹性缓存的方式，用提取的时钟控制输入码流写入弹性缓冲器，用本局时钟控制从弹性缓冲器中读出码流，从而把输入数据的时钟调整到本局系统时钟上来，实现系统时钟的同步。,35,3.3.4 数字音频信号的产生、发送和接收,1、音频信号种类： l交换机到用户 交换机到用户的信号主要是各种信号音，交换机需要产生的主要信号音及其时间结构如图3.13所示。它们均是单频信号音，信号源为450Hz或 950Hz的正弦波。,36,图3.13 交换机需要产
