第2章 电路交换技术 • 电路交换是为通信开发的交换技术， 电路交换机是数字网、移动网和综 合业务数字网的关键设备，在电信网中起着 十分重要的作用 • 从1876年美国人贝尔发明以来， 通信经历了一百多年的发展历史 • 在前100年，通信网基本是以传送和 交换模拟信号为主 • 上世纪60年代以后，随着数字通信和计 算机技术的发展，通信进入了数字传 输和数字交换时代 • 目前，采用电路交换的数字网仍然 是提供实时业务的基本手段，是电信 运营商的收入主要来源之一 • 电路交换和网奠定了电信网运营和 管理的基础，对其他网系和下一代网络的 发展具有十分重要的借鉴意义 • 本章主要介绍基于数字交换技术的电路 交换机的软硬件组成和工作原理，并对电 话通信网及其相关技术进行介绍 交换机的硬件结构 2.1 数字交换原理 2.2 交换机软件系统 2.3 呼叫处理程序 2.4 程序的执行管理 2.5 交换机相关技术指标 2.6 通信网 2.7 2.1 交换机的硬件结构 图2-1 交换机基本组成 图2-2 数字程控交换机基本组成 2.1.1 话路系统 1．用户级 • 用户级包括本地用户级和远端用户级 （1）本地用户级。
• 用户级又称用户模块，其基本结构如图2- 3所示 图2-3 用户模块结构 • 各组成单元功能如下： ① 用户电路，用户线与交换机的接口电路 ② 用户集线器，包括复用与串并变换，负 责话务量的集中与分散 ③ 信号提取和插入电路，负责把处理机的控 制信息从信息流中提取出来（或插入进去） ④ 网络接口，用于与数字交换网络的连接 ⑤ 扫描存储器，用于暂存从用户电路读取 的信息 ⑥ 分配存储器，用于暂存向用户电路发出 的命令信息 • 用户集线器多采用时分接线器，入端信 道数和出端信道数之比称为集线比，我国 采用的集线比一般为4∶1 • 用户电路是用户线与交换机的接口电路 • 归纳起来，数字程控交换机连接普通用 户的模拟用户电路的功能有下列7项： B（Battery Feed）——馈电； O（Over-voltage Protection）——过压保护； R（Ringing Control）——振铃控制； S（Supervision）——监视； C（Codec & Filters）——编译码和滤波； H（Hybrid Circuit）——混合电路； T（Test）——测试 图2-4 模拟用户电路功能方框图 图2-5 数字用户电路的基本功能方框图 （2）远端用户级。
• 远端用户级是指装在距离局较远的 用户分布点上的话路设备，其基本功能与 本地用户级相似，也包括用户电路和用户 集线器，只是需要把用户级装到远离交换 局的用户集中点上 • 它是将若干个用户线集中后以数字中继 方式连接至交换局的 • 由于用户话音信号在经数字传输之前就 已数字化，故传到交换局的话音信号不必 再进行D/A转换，即可直接经数字中继接 口进入数字交换网络进行交换 • 远端用户级也可称为远端模块 2．选组级 3．中继接口 （1）模拟中继器 图2-6 模拟中继器功能方框图 （2）数字中继器 图2-7 数字中继器功能方框图 4．信号部件 •信号部件的主要功能是接收和发送信令 • 数字程控交换机中具有下列信令设备： （1）信号音发生器：用于产生各种 类型的信号音，如拨号音、忙音、回 铃音等 （2）双音多频（DTMF）接收器： 用于接收用户话机发送的DTMF信号 （3）多频信号发送器和接收器：用 于发送和接收局间的多频信号 （4）No.7信令终端：用于完成No.7 信令的链路级（第二级）功能 2.1.2 控制系统 • 交换设备一旦开通后就要一直不间 断地工作，因此对其系统的可靠性要求很 高，而其控制设备的故障可能会导致系统 中断，从而影响到所有用户的通信，影响 面大。
• 因此，在设计交换机的控制系统时要充 分考虑其安全性和可靠性，同时也对其提 出了各种要求 • 一般来说，对控制系统有以下要求： （1）可靠性 （2）呼叫处理能力 （3）灵活性和适用性 • 控制系统的主要设备是处理机 • 处理机的数量和分工有各种配置方式，但 归结起来可以分为三种基本的配置方式： 集中控制、分散控制和分布式控制 1．处理机控制结构 （1）集中控制 图2-8 集中控制结构 （2）分散控制 图2-9 三级控制结构 （3）分布式控制 ① 在集中控制和分级控制的程控交换机中 ，当增加待定的新性能时，其软件的改动 较大 • 并且由于新业务的处理，将产生对控制 部分的争夺，影响交换机的处理能力 • 而在分布式控制方式中，增加新性能或 新业务时可引入新的组件，新组件中带有 相应的控制设备，从而对原设备影响不大 ② 能方便地引入新技术和新元件，且不必 重新设计交换机的整体结构，也不用修改 原来的硬件 ③ 可靠性高，发生故障时影响面较小，如 只影响某一群用户（或中继）或只影响某 种性能 2．处理机备用方式 • 为了确保控制系统安全可靠，数字程控 交换机的控制系统通常采用双机冗余配置 ，配置方式有微同步、负荷分担和主备用 方式。
（1）微同步方式（同步双工方式） 图2-10 微同步方式结构图 （2）负荷分担（话务分担）方式 图2-11 负荷分担方式结构图 （3）主备用方式 图2-12 主备用方式结构图 3．处理机之间通信 • 数字程控交换机普遍采用多处理机的分 散控制方式 • 为了完成呼叫处理、维护和管理任务， 通常需要多台处理机协同工作 • 因此，采用怎样的通信方式，在很大程度上 影响着系统的处理能力和控制系统的可靠性 • 选择一种合理、高效和可靠的多处理机通信 方式是设计控制系统时必须考虑的问题 • 多处理机间通信既可以通过数字交换网络 实现，也可采用计算机网络通信方式（如总 线结构、环形结构、以太网结构等） （1）通过PCM信道进行通信 • 利用交换机内部的PCM信道进行通信，有 两种不同的实现方法： ① 利用时隙16进行通信 ② 通过数字交换网络的PCM信道直接传送 （2）采用计算机网络通信结构 ① 多总线结构 ② 环形结构 ③ 以太网结构 2.2 数字交换原理 2.2.1 时隙交换的概念 图2-13 时隙交换示意图 图2-14 复用线之间的时隙交换示意图 • 在具体实现时应具备以下两种基本功能 ： （1）在一条复用线上进行各时隙之 间的交换功能。
（2）在复用线之间进行同一时隙的交换功能 • 这两种基本功能分别由不同的数字接线器 实现，一种是时间接线器（T接线器），另 一种是空间接线器（S接线器） 1．时间接线器 • 时间接线器（Time Switch）又称为时间 交换单元，简称为T接线器，其功能是完成 一条PCM复用线上各时隙之间信息的交换 • 时间接线器主要由信息存储器（IM， Information Memory）和控制存储器（ CM，Control Memory）组成，如图2-15 所示 图2-15 T接线器的组成和工作原理 • 信息存储器用来暂时存储要交换的脉码 信息，故又称“缓冲存储器” • 控制存储器用来寄存脉码信息的时隙地 址，又称“地址存储器” • T接线器中IM的存储单元数由PCM输入 复用线每帧内的时隙数决定，IM中每个存 储单元的位数则取决于每个时隙中所含的 码位数 • 例如，图2-15中PCM复用线每帧有32个 时隙，则IM容量应为32个存储单元，其每 一时隙有8位码，则IM每一存储单元至少 要存8位码 • T接线器的工作方式有两种：一种是“顺 序写入，控制读出”方式，如图2-15（a） 所示；另一种是“控制写入，顺序读出”方 式，如图2-15（b）所示。
2．空间接线器 • 空间接线器（Space Switch）又称为空间 交换单元，简称S接线器，其作用是完成不 同PCM复用线之间同一时隙的信码交换 • 图2-16表示2×2的交叉接点矩阵，它有2条 输入复用线和2条输出复用线 • 控制存储器的作用是对交叉接点矩阵进 行控制，控制方式有以下两种 图2-16 S接线器的组成和工作原理 （1）输入控制方式，如图2-16（a）所示 • 它按输入复用线来配置CM，即每一条输 入复用线有一个CM，由这个CM来决定该 输入PCM线上各时隙的信码，要交换到哪 一条输出PCM复用线上去 （2）输出控制方式，如图2-16（b）所示 • 它按输出PCM复用线来配置CM，即每一 条输出复用线有一个CM，由这个CM来决 定哪条输入PCM线上哪个时隙的信码，要 交换到这条输出PCM复用线上来 2.2.2 复用器与分路器 1．复用器和串并变换 • 复用器又称并路器，它的作用是提高 PCM复用线的复用度 • 复用器的组成如图2-17所示 图2-17 复用器组成示意图 • 从图2-17可知，在复用器中先把串行传送的 PCM信号变为并行传送，即进行串并变换（ S→P），然后再进行并路。
• 串并变换和复用的工作过程可用图2-18说明 图2-18 串并变换和复用的波形示意图 2．分路器和并串变换 • 分路器的作用是把数字交换网络输出的 信息编码先进行分路，然后再进行并串变 换（P→S），使它恢复原来的复用度和码 率，所以分路器的组成方框图与图2-17复 用器的组成方框图正好相反 • 分路器的工作过程读者可自行分析 2.2.3 数字交换网络 • 数字交换网络的功能是完成任意入线和 任意出线之间的时隙交换 • 对于不同规模的交换机，数字交换网络 具有不同的组网结构 • 最简单的只有一个单级T接线器，对于大 型网络可以由T接线器组成多级网络，也可 以与S接线器结合，构成T-S-T、T-S-S-T、 T-S-S-S-T、S-T-S、S-S-T-S-S等结构，以 适应大、中、小型数字交换机的网络容量 需要 1．T-S-T数字交换网络 • T-S-T数字交换网络为三级交换网络，两 侧为时间接线器，中间为空间接线器 • 这是一种较为典型的网络 （1）TST交换网的组成 （2）T-S-T的工作原理 图2-19 TST网络结构示意图 图2-20 TST网络的组成和工作原理 2．多级数字交换网络 • 当要求交换网络的规模更大时，可以采 用以下4种典型的多级数字交换网络。
（1）T-S-S-T网络 图2-21 T-S-S-T网络方框图 （2）T-S-S-S-T网络 图2-22 T-S-S-S-T网络方框图 （3）S-S-T-S-S网络 图2-23 S-S-T-S-S网络方框图 （4）T-T-T三级数字交换网络 图2-24 T-T-T网络方框图 2.3 交换机软件系统 • 数字程控交换机是由电子计算机控制的 实时信息交换系统，它主要由硬件和软件 系统两大部分组成 • 随着微电子技术的发展，硬件成本不断 下降，而软件系统的情况则完全不同 • 一个大型数字程控交换机容量可达数十 万门，其软件总量通常由数十万乃至百万 条语句组成，软件开发工作量达数百人年 • 随着新业务的引入，功能的不断完善， 软件工作量也在不断增加 • 可以预见，数字程控交换系统的成本、质 量（如可靠性、话务处理能力、过负荷控制 能力等）在很大程度上取决于软件系统 2.3.1 交换软件组成 • 交换软件系统是指完成交换系统各项功能 而运行于各处理机中的程序和数据的集合 • 交换软件系统十分庞大而复杂，总体上可 以分为运行软件系统和支援软件系统两大部 分，如图2-25所示 图2-25 程控交换软件系统的组成 1．运行软件系统 • 运行软件又称联机软件，是指交换系统 工作时运行在各处理机中，对交换系统的 各种业务进行处理的软件的总和。
• 其中大部分业务具有较强的实时性 • 根据功能的不同，运行软件系统又可分为 操作系统、数据库和应用软件三个子系统 （1）操作系统，用来对交。