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1、第3章 电路交换技术,3.1 概述 3.2 电路交换机的硬件结构 3.3 数字交换网络的结构 3.4 电路交换机的控制软件 3.5 电路交换机的指标体系 3.6 电路交换典型机 思考题,3.1 概 述,3.1.1 电路交换的特点通过第1章的学习，我们初步了解了电路交换的过程，它具有的特点总结如下:(1) 电路交换是一种实时交换，适用于对实时性要求高的通信业务。(2) 电路交换是面向连接的交换技术。在通信前要通过呼叫为主叫、被叫用户建立一条物理连接。如果呼叫数超过交换机的连接能力，交换机向用户送忙音，拒绝接受呼叫请求。从另一个角度看，交换机的功能是在入口侧根据内部资源情况，决定接受或放弃新到达的
2、呼叫，并对已处在通信中的每一个呼叫保证通信完整性。,(3) 电路交换采用静态复用、预分配带宽并独享通信资源的方式。交换机根据用户的呼叫请求，为用户分配固定位置、恒定带宽(通常是64 kb/s)的电路。话路接通后，即使无信息传送，也需要占用电路。因此电路利用率低，尤其是对突发业务来说。(4) 在传送信息期间，没有任何差错控制措施，控制简单，但不利于可靠性要求高的数据业务传送。根据上述特点，电路交换机使用了如下控制技术：利用呼叫处理完成交换网络入端口到出端口之间内部通道的预占；使用局间信令完成中继线上带宽资源的预占。由于呼叫建立阶段已获得了全部的通信资源，通信阶段无需缓存和差错控制机制，因此采用同
3、步时分交换就可以满足要求。,3.1.2 电路交换机的分类从不同的角度可以对电路交换机进行分类。1模拟交换机和数字交换机送入交换机的信号可以是模拟信号，也可以是编码后的数字信号。按交换网络传送的信号形式，可以将电路交换机分为模拟交换机和数字交换机。,2空分交换机和时分交换机交换机的交换网络可以用空分阵列组成，也可以用共享存储器或共享总线的时分交换单元组成。按交换网络的接续方式，可以将电路交换机分为空分交换机和时分交换机。,3布线逻辑控制和存储程序控制交换机对交换机的控制可以用逻辑电路控制，也可以用存储器中的程序控制。按控制方式可以将电路交换机分为布线逻辑控制交换机和存储程序控制SPC(Store
4、d Program Controlled)交换机，简称程控交换机。,3.2 电路交换机的硬件结构,典型的电路交换系统是电话交换系统。本节以数字程控电话交换机为例，说明电路交换机的组成。电路交换机的总体结构包括硬件和软件两部分。本节主要介绍电路交换机的硬件结构。其硬件结构分为话路子系统和控制子系统，如图3.1所示。话路子系统主要由接口电路和交换网络组成。,接口的作用是将来自不同终端(电话机、计算机等)或其它交换机的各种信号转换成统一的交换机内部工作信号，并按信号的性质分别将信令送给控制系统，将业务消息送给交换网络。交换网络的任务是实现各入、出线上信号的传递或接续。控制子系统对话路子系统进行控制，
5、如监视用户线和中继线的状态，处理用户或其它交换局发送的信令，按信令要求控制交换网络接续，通过接口发送信令，协调交换机工作等。它由处理机、存储器、外部设备和远端接口等部件组成。外部设备有外存、打印机、维护终端等，是交换局维护人员使用的设备。远端接口包括至集中维护操作中心CMOC(Centralized Maintenance Operation Center)、网管中心、计费中心等的数据传送接口。存储器用来存储程序和数据，可进一步分为程序存储器和数据存储器。,图3.1 数字交换系统的硬件功能结构,3.2.1 话路子系统话路子系统包括模拟用户接口、用户级、远端模块、数字用户接口、数字中继接口、模拟
6、中继接口、信令设备、交换网络等部件。1模拟用户接口模拟用户接口是数字程控交换机连接模拟用户线的接口电路。模拟用户的传输线路为二线模拟线，终端和交换机之间采用直流环路信令方式。终端向数字交换网络传送话音信号、音频数据和双音多频信号，交换机向模拟话机提供直流馈电和振铃信号，并完成测量等功能。每一个模拟用户均要经模拟用户接口电路连接交换网络，因此这种接口电路占的比例最大，对它的组成和功能有一个基本要求，归纳起来为BORSCHT，如图3.2所示。,图3.2 实现BORSCHT功能的用户电路,BORSCHT的含义如下：B(Battery feed)：馈电。所有连接在交换机上的终端，均由交换机馈电。程控交
7、换机的馈电电压一般为-48 V。通话时馈电电流在20100 mA之间。馈电方式有恒压馈电和恒流馈电两种。O(Over-voltage)：过压保护。程控交换机内有大量的集成电路，为保护这些元器件免受从用户线进来的高电压、过电流的袭击，一般采用二级保护措施。第一级保护是在用户线入局的配线架上安装保安器，主要用来防止雷电。但由于保安器在雷电袭击时仍可能有上百伏的电压输出，对交换机内的集成元器件仍会产生致命的损伤，因此，在模拟用户接口电路中一般还要完成第二级过压保护和过流保护。,R(Ring)：振铃。振铃信号送向被叫用户，用于通知被叫有呼叫进入。向用户振铃的铃流电压一般较高。我国规定的标准是用7515
8、 V、25 Hz交流电压作为铃流电压，向用户提供的振铃节奏规定为l s通，4 s断。高电压是不允许从交换网络中通过的，因此，铃流电压一般通过继电器或高压集成电子开关单独向用户话机提供，并由微处理机控制铃流开关的通断。此外，当被叫用户一摘机，交换机就能立刻检测到用户直流环路电流的变化，继而进行截铃和通话接续处理。,S(Supervision)：监视。用户话机的摘/挂机状态和拨号脉冲数字的检测，是通过微处理机监视用户线上直流环路电流的有、无状态来实现的。用户挂机空闲时，直流环路断开，馈电电流为零；反之，用户摘机后，直流环路接通，馈电电流在20 mA以上。对于脉冲话机，拨号时所发出的脉冲通断次数及通
9、断间隔，也以用户直流环路的通断来表示。微处理机通过检测直流环路的这种状态变化，就可以识别用户所发出的脉冲拨号数字。这种收号方式主要由软件程序实现，称为软收号器。,对于双音多频DTMF(Dual-tone Multi Frequency)话机，用户所拨号码以双音多频信号形式出现在线路上，交换机内要有专用收号器对号码进行接收和识别。专用收号器也叫“硬收号器”。C(Codec)：编译码。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，因此，在模拟用户电路中需要用编码器把模拟话音信号转换成数字话音信号，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输出的数字话音转换成模拟话音送给用
10、户。,H(Hybrid)：混合电路。数字交换网络完成4线交换(接收和发送各1对线)，而用户传输线路上用2线双向传送信号。因此，在用户话机和编/解码器之间应进行2/4线转换，以把2线双向信号转换成收、发分开的4线单向信号，而相反方向需进行4/2线转换；同时可根据每一用户线路阻抗的大小调节平衡网络，达到最佳平衡效果。这就是混合电路的功能。,T(Test)：测试。交换机运行过程中，用户线路、用户终端和用户接口电路可能发生混线、断线、接地、与电力线相碰、元器件损坏等各种故障，因此需要对内部电路和外部线路进行周期巡回自动测试或指定测试。测试工作可由外接的测试设备来完成，也可利用交换机的软件测试程序进行自
11、动测试。测试是通过测试继电器或电子开关为用户接口电路或外部用户线提供的测试接入口而实现的。,2用户级用户级是用户集线器LC(line Concentration)的简称，它完成话务集中的功能。一群用户经用户级集中后以较少的链路接至交换网络，以提高交换网络的利用率。集中比一般为2l8l。用户级和用户接口电路还可以设置在远端，常称为远端模块，见图3.1中的虚线框。远端用户级与母局之间用数字链路连接，链路数与远端用户级的容量及业务量大小有关。远端模块的设置带来了组网的灵活性，节省了用户线的投资。,3数字用户接口连接用户终端且环线采用数字传输的交换机接口称为数字用户接口。已标准化的数字用户接口有基本速
12、率接口BRI(Basic Rate Interface)和基群速率接口PRI(Primary Rate Interface)。这两个接口的传输帧结构分别为2BD和30BD，线路速率分别为192 kb/s和2.048 Mb/s。其中，“B”是64 kb/s的业务信道，“D”是信令信道，在BRI中D是16 kb/s，在PRI中D是64 kb/s。数字用户接口应具有图3.3所示的功能结构。过压保护、馈电和测试功能的作用及实现与模拟用户接口类似。当用户终端本身具有工作电源时，接口还可以免去馈电功能。,图3.3 数字用户接口的基本功能,数字用户线采用专用信令链路传送信令(DSS1信令)。发送方将信令插入
13、专用逻辑信道，以时分复用方式和信息一起传送，接收方从专用逻辑信道提取信令。交换网络接续的信道是64 kb/s的数字信道，而环线的传输速率可能高于或低于64 kb/s。因此，在接口和交换网络之间，需要插入一个多路复用器与分路器，以便将环线信号分离或合并为若干条64 kb/s的信道。,收发器的主要作用是实现数字信号的双向传输。曾经提出的方案有空分、频分、时分和回波抵消法四种。空分法即在两个方向各使用一对独立的双绞线，由于不经济，因此很少使用。频分法即在两个方向使用一对传输线，各使用不同的频段，由于占用频带宽，传输距离近，现在也很少使用。时分法是将收发脉冲压缩，在两个方向使用不同时间段送出信号，所需
14、频带至少是收发信号带宽的2倍，电路易集成。但传输距离近，不适合长距离通信。回波抵消法采用混合线圈实现2/4线变换，在同一对线上可以同时传送两个方向的信号，它所需的频带窄，传输距离长，是目前数字用户线采用的主要技术。此外，收发器中还要有均衡器和扰码器。均衡器用来补偿数字信号传输时产生的非线性衰减和时延，消除码间干扰；扰码器的作用是在发送数据中加入一个伪随机序列，破坏传送数据中可能出现的全1、全0或某种信号周期重复的规律性，可以减少相邻信号的串扰和定时信号的误判。收发器的原理框图见图3.4。,图3.4 收发器的原理框图,4模拟中继接口模拟中继AT(Analog Trunk)接口是数字交换机为适应局
15、间模拟环境而设置的接口电路，用来连接模拟中继线。模拟中继接口具有测试、过压保护、线路信令监视和配合、编/译码等功能。,5数字中继接口数字中继DT(Digital Trunk)接口是数字交换系统与数字中继线之间的接口电路，可适配PCM一次群或高次群的数字中继线。数字中继具有码型变换、时钟提取、帧同步和复帧同步、帧定位、信令插入和提取、告警检测等功能，见图3.5。如果交换局间的传输采用同步数字序列SDH(Synchronous Digital Hierarchy)，则可以将交换机多个中继输出信号装入到SDH端机的不同容器中，再复接成STM-1(155 Mb/s)或STM-4(622 Mb/s)的S
16、DH帧信号传送。,图3.5 数字中继的原理图,6信令设备,图3.6 本局呼叫的信令过程,对于随路信令CAS(Channel Associated Signaling)系统，信令有监视信令、地址信令、各种音信令和铃流。监视信令完成呼叫监视、应答等功能，它分散在用户接口和中继接口电路中。其它两种信令体现在图3.1的信令设备中，包括各种音信号 (拨号音、忙音、回铃音等) 发生器、双音多频信号接收器、多频信号发送和接收器。铃流发生器单独设置，通常放在用户模块中。,除铃流信令外，其它音信令和多频信令都是以数字形式直接进入数字交换网络，并像数字话音信号一样交换到所需端口。音信令的数字化原理和话音完全一样。如果交换局间使用公共信道信令CCS(Common Channel Signaling)，那么图3.1中的信令设备主要完成7号信令第二功能级的功能，第一功能级的功能由数字中继完成，第三和第四功能级的功能由控制系统完成。,7交换网络对电路交换而言，呼叫处理的目的是在需要通话的用户之间建立一条通路，这就是交换功能。交换功能由交换机中的交换网络实现。交换网络可在处理机的控制下建立任意两个终端之间的连接。数字交换系统的交换过程如图3.7所示。,
