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1、程控交换原理,通信网是由用户终端设备、传输设备和交换设备组成。它由交换设备(程控交换机)完成接续，使网内任一用户可与其他用户通信。,1.交换的基本概念,对电信行业而言，交换是一个非常重要的概念。从传统的步进制交换机，到纵横制交换机，直至程控数字交换机和异步传输模式(ATM)交换机都离不开交换的概念。所谓交换就是在公共网络的各终端用户之间，按所需目的地来互相传递话音、数据、图像、视频的信息。对传统的电信行业，20世纪实际上是一个以交换为核心的世纪。在新世纪到来的时候，其实人们早已将交换概念的内涵扩展了，其外延一直延伸至广义的信息交换。这样做，一方面丰富了交换的概念，另一方面也导致了一些困惑。所以
2、我们说人类技术的进步已经进入了一个交换新世纪。这里交换的概念不仅涉及对延时敏感的话音，而且包含数据交换和视频交换。也就是说，现在的交换概念不再是电路交换，也不完全是分组交换，而是信息交换。,2.移动电话通信过程,移动通信网络是目前中国的第一大网络，拥有用户数超过7亿。手机已经成为人们日常生活中不可或缺的工具。本节主要介绍移动电话在整个通话过程中所使用的设备及数据传输过程。,移动电话通信过程,1)用户MS：表示用户所使用的手机。2)BTS：表示与用户手机联系的基站收发器。是移动通信 与用户手机联系的直接设备，其主要功能是提供 与手机之间的无线传输数据和信令。3)BSC：表示控制基站收发器的基站控
3、制器。其主要功能 是控制基站收发器，完成数据的发送接收和无线 资源的管理。,2.1 移动通信中的设备,4)MSC：表示移动业务交换中心。是移动通信过程中最核心的设备。 其主要功能是电路交换，呼叫建立，路由选择，控制、终止 呼叫，交换区内切换，业 务提供，费用信息，信令及网络接 口。5)TMSC：表示汇接MSC。负责汇接和转接移动本地网的端局间的业 务，可以独立设置，也可以综合设置在MSC设备中。6)VMSC：表示被叫用户端的MSC。VMSC与MSC的设备及功能完全 相同，VMSC只是用来区分被叫方的MSC。,1)用户在手机上拨号，拨号完毕后按下发射键。2)手机自动将被叫方的号码，以及其他两组号
4、码国际移动用户识别码IMSI（用于鉴别用户身份的合法性），国际移动设备识别码IMEI（用于鉴别用户手机的合法性）共三组号码发给基站收发器。3)基站收发器将收到的三组号码发给BSC，BSC再收到后再转发给主叫用户所在地区的MSC。,2.2 移动电话通信基本过程,4)MSC在收到三组号码后，首先分析IMSI来判断用户身份的合法性，如果用户是合法用户；则继续分析IMEI来判断用户手机的合法性，如果用户手机是合法手机；则分析主叫用户所拨叫的号码，即被叫方号码。5)MSC通过分析被叫方号码，判断出被叫用户所在大致区域。然后MSC将被叫号码传输给TMSC，进行数据汇接。6)TMSC将号码发给被叫方所在的M
5、SC，即VMSC。,7)VMSC通过收到的号码分析被叫用户的合法性，如果被叫用户是合法用户则判断被叫用户的目前状态。8)如果被叫用户处于状态忙或者是关机状态，则VMSC向主叫用户方发送相应提示信息。9)如果被叫用户处于空闲状态，VMSC根据被叫用户目前所在位置，在整个位置区的所有基站发出呼叫，同时向主叫用户发送回铃音。10)当被叫用户接通电话后，双方电路接通开始通话，通话结束后一方挂机，整个移动电话通话过程结束。,3. 电话通信所需设备,电话通信网的基本组成设备：终端设备：完成声电转换和信令功能，将人的话音信号转换为交变的话音电流信号，并完成简单的信令功能 传输设备：连接 交换设备：交换,电话
6、通信网组成图,4.电路交换,4.1 电路交换的概念 以电路连接为目的的交换方式是电路交换方式。电话网中就是采用电路交换方式。电路交换的动作，就是在通信时建立(即连接)电路，通信完毕时拆除(即断开)电路。至于在通信过程中双方传送信息的内容，与交换系统无关。 公共交换电话网(PSTN网)和移动网(包括GSM网和CDMA网)采用的都是电路交换技术，它的基本特点是采用面向连接的方式 ，其优点是在通信过程中可以保证为用户提供足够的带宽，并且实时性强，时延小，交换设备成本较低，但同时带来的缺点是网络的带宽利用率不高，一旦电路被建立不管通信双方是否处于通话状态，分配的电路都一直被占用。,电路交换是一种实时交
7、换，固定分配带宽，主被叫建立连接后，一直占用电路，直到一次通话结束，才释放这条电路。电路交换必须事先建立连接，对传送的信息不进行差错控制，适合实时传送信息的要求。交换的基本功能是在任意的入线和出线之间建立连接，或者说将入线上的信息分发到出线上去。在交换系统中完成这一基本功能的部件就是交换单元。交换单元是交换系统的核心，而各种交换单元组成了交换网络。,4.2 电路交换基础,电路交换方式是指两个用户在相互通信时使用一条物理链路，在通信过程中自始至终使用该条链路进行信息传输，同时不允许其他用户终端设备共享该链路的通信方式。电路交换的基本过程如图2.1所示。图2.1 电路交换的基本过程,4.2.1 交
8、换单元的基本概念,交换单元是构成交换网络的最基本的部件，用若干个交换单元按照一定的拓扑结构和控制方式就可以构成交换网络。连接特性是交换单元的基本特性，它反映交换单元入线到出线的连接能力。 1. 交换单元的功能 交换单元的最基本功能也就是交换的功能，即在任意的入线和出线之间建立连接，或者说是将入线上的信息传递到出线上去。图2.2中的交换单元具有M条入线，N条出线，称为MN的交换单元。其中入线用0M1编号来表示，出线用0N1编号来表示。若入线数与出线数相等且均为N，则称为NN对称交换单元。 图2.2 MN的交换单元,4.2.2 时间(T)接线器基本原理,时间接线器用来完成在一条复用线上时隙交换的基
9、本功能，可简称为接线器。 交换网络是交换机能实现任意两个用户通话最关键的部件，数字交换网络的基本单元都是接线器。接线器按其功能不同，可分为时间接线器和空间接线器。本节主要讲述时间接线器。 1. 时间接线器的结构和功能 T型时间接线器简称T接线器。它由话音存储器(SM)和控制存储器(CM)两部分组成，其功能是进行时隙交换，完成同一线路不同时隙的信息交换，即把某一时分复用线中的某一时隙的信息交换至另一时隙。 图2.10是T接线器的基本结构示意图，所有的数据都从数据入线进入，所有的数据都从出线输出。 图2.10 T接线器的结构,2. 时间接线器的工作原理 1) 读出控制方式 读出控制方式的T接线器是
10、顺序写入控制读出的，如图2.11所示。它的话音存储器SM的写入是在定时脉冲控制下顺序写入，其读出是受控制存储器的控制读出的。话音存储器中每个存储单元内存入的是发话人的话音信息编码，通常是8位编码。 图2.10 T接线器的结构,2）写入控制方式 T接线器采用写入控制方式时，T接线如图2.12所示，它的话音存储器SM的写入受控制存储器控制，它的读出则是在定时脉冲的控制下顺序读出。图2.12 写入控制方式T接线器,3. T接线器的复用和分路 对于输入为n条PCM时，为了在T接线器上实现时隙交换，就要采用了复用和分路的方法。 在交换前，要将多个PCM低次群系统复用成PCM 高次群系统，然后一并进行交换
11、。这个复用的过程也称为集中。在完成交换后，还要将复用的信号还原到原来的PCM低次群上。这个还原的过程称为分路。图2.13是8端脉码输入的T接线器方框图，由复用器、话音存储器、控制存储器和分路器等组成。 图2.13 8输入T接线器,4. 时间接线器的容量 时间接线器的容量等于话音存储器的容量及控制存储器的容量，也即等于输入复用线上的时隙数，一个输入N路复用信号的时间接线器就相当于一个NN交换单元。因此，增加N就可以增加交换单元的容量。在输入复用信号帧长和并行数据位数确定时，N越大，存储器读写数据的速度就要越快，所以，N的增加是有限的。,4.3 交换网络,交换网络是由若干个交换单元按照一定的拓扑结
12、构和控制方式构成的网络。现在常见的是三级的交换网络，即T-S-T和S-T-S。交换网络的组成如图2.20所示，一个交换网络可以由很多的交换单元组成，最简单的交换网络由一个交换单元组成。交换网络按拓扑连接方式可分为：单级交换网络和多级交换网络。图2.20 交换网络的组成,4.3.1 T-S-T型交换网络,根据控制方式的不同，可以分为读写控制方式和写读控制方式。1) 读写控制方式T-S-T交换网络是由输入级T接线器(TA)、输出级T接线器(TB)和中间级S接线器组成。当T接线器的输入级是读出控制方式，输出级是写入控制方式时，称为读写控制方式。图2.21是读写控制方式的T-S-T交换网络结构图，在输
13、入级是一个读出控制的T接线器。,图2.21 读写控制方式的T-S-T交换网络,(1) 奇偶关系。如果输入接线器的时隙为，输出接线器的时隙选择为，也就是主叫用户的时间和被叫用户的时隙相差一个时隙。 (2) 相差半帧的关系。主叫用户和被叫用户选择的内部时隙，相差半帧，对于T接续器如果有N个存储单元，那么主叫用户的时隙为TSi，被叫用户的时隙选择TSi+N/2。 对于读写的控制方式，从图2.21我们可以看出，由于输入级和输出级的T接线器使用了不同的控制方式，所以它们的控制存储器可以合并使用。图2.22是T接线器的控制存储器的合用。,图2.22 读写方式的存储器合用,2) 写读控制方式同样对于写读的方式，和读写方式一样收发有固定的关系。常用的也是两种：奇偶关系和反相法(相差半帧)。写读控制方式如图2.23所示。,图2.23 写读控制方式的T-S-T交换网络,写读方式的存储器合用示意图如图2.24所示。 图2.24 写读方式的存储器合用,4.3.2 T-S-S-T交换网络,T-S-S-T交换网络中间两级是S接线器，两端各为T接线器。图2.25是T-S-S-T四级交换网络的示意图。图2.25 T-S-S-T四级交换网络,
