第2章 電路交換技術(shù)(一)

1、1 2 定義 電路，指承載用戶信息的物理層媒質(zhì)， 可以是一對銅線、一個(gè)頻段或時(shí)分復(fù)用 電路的一個(gè)時(shí)隙。 電路交換模式，交換設(shè)備只為通信雙方 建立透明的通路連接，不對用戶信息進(jìn) 行任何檢測、識別或處理。 電路交換設(shè)備，常稱作程控交換機(jī)，在 軟件控制下，接收和處理用戶呼叫信令， 分配資源，提供雙向通信電路。 3 2.1.1 電路交換技術(shù)的發(fā)展 1876年貝爾發(fā)明電話。 最早的電話交換機(jī)，1878年英國人設(shè)計(jì) 了磁石電話交換機(jī)。 15年后步進(jìn)制交換機(jī)問世，通過號盤話 機(jī)撥號使直流通斷直接控制接續(xù)選擇。 1919年后，縱橫制交換機(jī)，采用記發(fā)器 集中收號，通過標(biāo)志器驅(qū)動(dòng)縱橫接線器 動(dòng)作完成自動(dòng)接續(xù)。 4

2、 2.1.1 電路交換技術(shù)的發(fā)展 隨著半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展，出現(xiàn)了半電子交 換機(jī)，準(zhǔn)電子交換機(jī)。 計(jì)算機(jī)誕生后，將交換機(jī)的接續(xù)控制用 計(jì)算機(jī)完成，有了模擬空分交換機(jī)。 20世紀(jì)70年代，PCM技術(shù)成熟，產(chǎn)生了 數(shù)字程控交換機(jī)，交換技術(shù)進(jìn)入了數(shù)字 化時(shí)代，可交換數(shù)字話音、數(shù)據(jù)和圖文 業(yè)務(wù)。 5 2.1.2 電路交換機(jī)的分類 (1)按信息表示形式分：模擬和數(shù)字交換機(jī) 模擬交換機(jī)模擬交換機(jī)，交換機(jī)構(gòu)對模擬信號進(jìn)行交 換，包括人工交換臺(tái)、步進(jìn)制、縱橫制等 交換機(jī)。 數(shù)字交換機(jī)數(shù)字交換機(jī)，交換機(jī)構(gòu)對數(shù)字信號進(jìn)行交 換，包括用于固定電話、移動(dòng)電話語音交 換的程控?cái)?shù)字交換機(jī)。 6 2.1.2 電路交換機(jī)的分類 (

3、2)按交換機(jī)構(gòu)組織形式分：空分和時(shí)分交 換機(jī) 空分交換機(jī)空分交換機(jī)，交換機(jī)構(gòu)由空分電路陣列 組成，接續(xù)電路在時(shí)域和頻域上被通信 雙方完全占用。 時(shí)分交換機(jī)時(shí)分交換機(jī)，交換機(jī)構(gòu)由共享存儲(chǔ)器或 共享總線組成，通信雙方只在某一瞬間 占用連接媒質(zhì)。 7 2.1.2 電路交換機(jī)的分類 (3)按控制方式分：人工、布線邏輯控制和 存儲(chǔ)程序控制交換機(jī) 人工交換機(jī)人工交換機(jī)，通過接線員完成請求接收、 狀態(tài)監(jiān)視和接續(xù)操作。 布線邏輯控制交換機(jī)布線邏輯控制交換機(jī)，通過邏輯電路對 呼叫譯碼和選擇接續(xù)通路。 存儲(chǔ)程序控制交換機(jī)存儲(chǔ)程序控制交換機(jī)，利用存儲(chǔ)在控制 計(jì)算機(jī)中呼叫處理軟件處理呼叫請求和 控制接續(xù)動(dòng)作。 8 2

4、.1.3 電路交換技術(shù)的特點(diǎn) (1) 面向連接面向連接，用戶需先通過請求信號告訴 交換機(jī)所需的連接，當(dāng)需求可滿足并由 交換機(jī)建好連接后，雙方才能通信。 (2) 采用靜態(tài)復(fù)用、恒定帶寬采用靜態(tài)復(fù)用、恒定帶寬，每個(gè)用戶獨(dú) 占通信鏈路資源，電路效率低。 (3) 實(shí)時(shí)交換實(shí)時(shí)交換，適合實(shí)時(shí)通信業(yè)務(wù)應(yīng)用，不 會(huì)引入額外時(shí)延。 9 2.2 電路交換機(jī)的基本功能 2.2.1 電路交換呼叫接續(xù)過程 10 2.2.2 電路交換的基本功能 基本要求：基本要求： 能隨時(shí)發(fā)現(xiàn)信呼叫的到來； 能接收并保存主叫發(fā)送的被叫號碼； 能檢測被叫忙閑狀態(tài)及是否有空閑通路； 能向空閑的被叫用戶振鈴，在被叫應(yīng)答時(shí) 建立與主叫的通話電

5、路； 能隨時(shí)發(fā)現(xiàn)任何一方用戶掛機(jī)。 11 2.2.2 電路交換的基本功能 適配外部線路傳輸 特性，信號格式轉(zhuǎn) 換，協(xié)同信令功能 收發(fā)信令。 接收的終端狀態(tài)及信 令消息轉(zhuǎn)換成適合控 制功能處理的消息格 式，或相反過程。 在控制功能管理下，按 需求提供連接通路。 依照呼叫用戶的需求， 并結(jié)合交換設(shè)備的性能 指標(biāo)、資源狀態(tài)完成相 應(yīng)的接續(xù)操作，維持設(shè) 備正常運(yùn)行。 12 2.3 電路交換系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 13 2.3.1 話路子系統(tǒng) 模擬用戶接口 模擬用戶接口模擬用戶接口，是連接普通電話機(jī)的接口電路。 普通電話機(jī)的特點(diǎn)普通電話機(jī)的特點(diǎn) 是一個(gè)無源電聲轉(zhuǎn)換裝置； 通過對絞線以二線模擬方式連接到交換機(jī)；

6、利用二線上直流環(huán)路狀態(tài)表示忙閑； 利用號盤DP或DTMF方式發(fā)送呼叫號碼。 模擬用戶接口須具備的功能模擬用戶接口須具備的功能 饋電、過壓保護(hù)、振鈴、監(jiān)視、編譯碼、二/四線變換、測試 等7項(xiàng)基本功能； 極性倒換、傳送主叫號碼等附加功能。 14 模擬用戶接口 測試測試T，通過繼電器分別將外線或內(nèi)側(cè)電路，通過繼電器分別將外線或內(nèi)側(cè)電路 連接到測試設(shè)備。連接到測試設(shè)備。 外線測試可檢測用戶線短路、斷路、碰地、外線測試可檢測用戶線短路、斷路、碰地、 搭接電力線等故障；搭接電力線等故障； 內(nèi)側(cè)測試模仿話機(jī)的操作過程檢驗(yàn)各功能電內(nèi)側(cè)測試模仿話機(jī)的操作過程檢驗(yàn)各功能電 路是否正常。路是否正常。 振鈴振鈴R，通

7、知被叫用戶有來話呼叫。，通知被叫用戶有來話呼叫。 國標(biāo)規(guī)定，振鈴信號為有效值國標(biāo)規(guī)定，振鈴信號為有效值75V15V、 25Hz的交流電壓，采用的交流電壓，采用1s通、通、4s斷周期斷周期 方式向用戶話機(jī)饋送。方式向用戶話機(jī)饋送。 振鈴電壓較高，該模塊置于過壓保護(hù)功能振鈴電壓較高，該模塊置于過壓保護(hù)功能 模塊之外。模塊之外。 15 模擬用戶接口 過壓保護(hù)過壓保護(hù)O，為防止雷電等高壓損壞交，為防止雷電等高壓損壞交 換機(jī)，三級保護(hù)：用戶配線架采用放換機(jī)，三級保護(hù)：用戶配線架采用放 電管瀉放雷電等超高壓；接口板電管瀉放雷電等超高壓；接口板a、b 線入口采用熱敏電阻、鉗位二極管限線入口采用熱敏電阻、鉗位

8、二極管限 制大于制大于160V的電壓流入板內(nèi)；振鈴電的電壓流入板內(nèi)；振鈴電 路之后再用路之后再用48V鉗位二極管保護(hù)內(nèi)部低鉗位二極管保護(hù)內(nèi)部低 壓電路。壓電路。 饋電饋電B，向無源電話機(jī)饋送，向無源電話機(jī)饋送 -48V直流直流 電源，電流保持在電源，電流保持在2050mA，饋電電，饋電電 路要盡量減小對話音信號傳輸?shù)目缃勇芬M量減小對話音信號傳輸?shù)目缃?和共模影響。和共模影響。 監(jiān)視監(jiān)視S，利用檢測是否在用戶環(huán)路上，利用檢測是否在用戶環(huán)路上 有直流流過來判別用戶摘有直流流過來判別用戶摘/掛機(jī)狀態(tài)，掛機(jī)狀態(tài)， 直流脈沖撥號數(shù)字變化。直流脈沖撥號數(shù)字變化。 二二/四線變換四線變換H，利用混合線，利

9、用混合線 圈或半導(dǎo)體電路完成外部二圈或半導(dǎo)體電路完成外部二 線傳輸?shù)絻?nèi)部四線傳輸方式線傳輸?shù)絻?nèi)部四線傳輸方式 的轉(zhuǎn)換。的轉(zhuǎn)換。 16 模擬用戶接口 編譯碼編譯碼C，數(shù)字交換機(jī)只進(jìn)行數(shù)字信，數(shù)字交換機(jī)只進(jìn)行數(shù)字信 號交換，外線用戶環(huán)路采用模擬方號交換，外線用戶環(huán)路采用模擬方 式傳送話音信號，需采用式傳送話音信號，需采用PCM編譯編譯 碼器完成相互轉(zhuǎn)換。碼器完成相互轉(zhuǎn)換。 極性倒換附加功能，當(dāng)交換機(jī)獲知本極性倒換附加功能，當(dāng)交換機(jī)獲知本 次呼叫的被叫已摘機(jī)時(shí)，利用繼電器次呼叫的被叫已摘機(jī)時(shí)，利用繼電器 倒換饋送給倒換饋送給a、b線的電源極性，以通線的電源極性，以通 知主叫終端開始計(jì)費(fèi)。知主叫終端開

10、始計(jì)費(fèi)。 傳送主叫號碼附加功能，傳送主叫號碼附加功能， 當(dāng)該接口的終端作為被叫當(dāng)該接口的終端作為被叫 時(shí)，在振鈴間隙利用時(shí)，在振鈴間隙利用FSK 調(diào)制器將主叫號送給被叫調(diào)制器將主叫號送給被叫 終端顯示。終端顯示。 DTMF收號，可利用專用收號，可利用專用 單片電路分錄接收，也可單片電路分錄接收，也可 以設(shè)置集中的收號器通過以設(shè)置集中的收號器通過 交換網(wǎng)絡(luò)選擇連接進(jìn)行集交換網(wǎng)絡(luò)選擇連接進(jìn)行集 中收號。中收號。 17 模擬用戶接口電路實(shí)現(xiàn)示例 18 2. 用戶級和遠(yuǎn)端模塊 用戶級，用戶集線器的簡稱，完成用戶話 務(wù)的集中和分配功能，對用戶呼叫信令進(jìn) 行預(yù)處理。目的是減少PCM鏈路和減輕主 控CPU的

11、處理負(fù)荷。 遠(yuǎn)端模塊，遠(yuǎn)離交換機(jī)主體且用戶話 務(wù)較為集中，將用戶級和用戶接口功 能部件移出交換機(jī)，然后通過數(shù)字中 繼接口連接交換機(jī)。遠(yuǎn)端模塊是一個(gè) 基本完整的交換機(jī)，但不對用戶呼叫 進(jìn)行接續(xù)處理，只是集中并轉(zhuǎn)送給主 交換處理器進(jìn)行處理。 19 3. 數(shù)字用戶接口 典型的典型的2B+D基本速率接口?；舅俾式涌谀?塊結(jié)構(gòu)。國標(biāo)規(guī)定，采用塊結(jié)構(gòu)。國標(biāo)規(guī)定，采用 2B1Q碼、回波抵消技術(shù)，以碼、回波抵消技術(shù)，以 數(shù)字方式在用戶環(huán)路上傳送數(shù)字方式在用戶環(huán)路上傳送 數(shù)據(jù)和話音信號。數(shù)據(jù)和話音信號。 基本速率接口提供兩個(gè)基本速率接口提供兩個(gè)64kbps 的的B信道和一個(gè)信道和一個(gè)16kbps的的D信道。信

12、道。 B信道可用來傳輸數(shù)字話音、低信道可用來傳輸數(shù)字話音、低 速圖像和數(shù)據(jù)，速圖像和數(shù)據(jù)，D信道用傳送信信道用傳送信 令和低速數(shù)據(jù)。令和低速數(shù)據(jù)。 20 2B+D數(shù)字用戶線接口示例 21 3. 數(shù)字用戶接口 基群速率數(shù)字用戶接口，采用數(shù)字基群速率數(shù)字用戶接口，采用數(shù)字 中繼接口電路，但在信令方式上為中繼接口電路，但在信令方式上為 用戶信令方式，可提供用戶信令方式，可提供30個(gè)個(gè)B信道信道 和一個(gè)和一個(gè)D信道傳送語音或數(shù)據(jù)，主信道傳送語音或數(shù)據(jù)，主 要用于大客戶、集群用戶的接入。要用于大客戶、集群用戶的接入。 基群速率數(shù)字用戶接口，常稱作基群速率數(shù)字用戶接口，常稱作 V5接口，接口，V5.1為一

13、個(gè)為一個(gè)2Mbps群，群， V5.2可有最多可有最多16個(gè)個(gè)2Mbps群。群。 22 4. 數(shù)字中繼接口 數(shù)字中繼接口是數(shù)字交換系統(tǒng)與數(shù)字中 繼線之間的接口電路，用于交換機(jī)之間 及其他傳輸系統(tǒng)之間的數(shù)字信號傳輸連 接。 數(shù)字中繼接口由碼型變換、時(shí)鐘提取、 幀同步和復(fù)幀同步、幀定位、信令提取 和插入、告警處理等模塊組成。 23 4. 數(shù)字中繼接口 24 4. 數(shù)字中繼接口 (1) 碼形變換碼形變換，將單極性碼變成雙極性碼， 以適應(yīng)外部線路傳輸特性的需要，內(nèi)部 為不歸零碼，外部可為HDB3/AMI碼。 (2) 時(shí)鐘提取時(shí)鐘提取，從輸入PCM碼流中提取 2.048MHz時(shí)鐘信號。 (3) 幀同步和復(fù)

14、幀同步幀同步和復(fù)幀同步，幀同步就是確定 TS0的位置。搜索特定碼組“x0011011”， 連續(xù)兩次搜索到該碼組即可確定TS0位 置。 25 4. 數(shù)字中繼接口 復(fù)幀同步主要在隨路信令應(yīng)用情形下有效，當(dāng) 采用No.7信令時(shí)TS16同于其他話音數(shù)據(jù)時(shí)隙。 隨路信令方式時(shí)， TS16用作話路狀態(tài)信令通 道，30話路復(fù)用，每幀的TS16傳2個(gè)話路的狀 態(tài)，16幀為一個(gè)復(fù)幀。 復(fù)幀定位利用第0#子幀TS16傳送“00001A11” 來標(biāo)識。 26 4. 數(shù)字中繼接口 (4) 告警檢測告警檢測，當(dāng)時(shí)鐘或幀同步故障，則強(qiáng) 迫進(jìn)入搜索和再同步狀態(tài)，并產(chǎn)生告警 信息。 (5)內(nèi)部時(shí)鐘內(nèi)部時(shí)鐘，兩交換機(jī)互連，其時(shí)

15、鐘永遠(yuǎn) 存在差異，不可能做到絕對同步，通常 利用彈性緩存器暫存輸入PCM碼流，用 本機(jī)時(shí)鐘讀出，使兩交換機(jī)時(shí)隙相位達(dá) 到相對同步。 27 4. 數(shù)字中繼接口 (6)信令提取和插入信令提取和插入，復(fù)幀第115幀的TS16 傳送隨路信令的線路狀態(tài)信令，信令提 取時(shí)將每幀收到的8比特分成兩個(gè)4比特 送給交換機(jī)控制系統(tǒng)，插入時(shí)則執(zhí)行相 反過程。 (7)連零控制連零控制，由于比特同步和幀同步的需 要，不允許PCM鏈路輸出超過4個(gè)比特位 置連續(xù)為0，當(dāng)出現(xiàn)時(shí)則自動(dòng)插1，接收 時(shí)再去掉。 28 5. 模擬中繼接口 29 5. 模擬中繼接口 與模擬交換機(jī)互連的中繼接口，采用模 擬中繼線連接。 國標(biāo)規(guī)定，模擬中

16、繼接口類型和信令配 合多達(dá)18種，有二線、四線、六線和八 線接口，復(fù)雜，現(xiàn)已較少使用。 30 6. 信令設(shè)備 信令的作用是通知交換機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)施通信電 路的建立和釋放，控制呼叫進(jìn)程。 信令可有直流狀態(tài)信令、DTMF/MFC地址信 令、音信號和鈴流、No.7分組信令，種類和格 式繁雜，并且不太適合交換控制系統(tǒng)處理。 信令設(shè)備，作用是收集各類信令消息，并轉(zhuǎn)換 成適合控制系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)格式，或者執(zhí)行相 反過程。 31 7. 數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò) 功能功能，將某條線路上某個(gè)時(shí)間傳輸?shù)挠?戶數(shù)據(jù)信號搬移到另一線路的某個(gè)時(shí)間 上輸出，遞交給接收該信號的用戶，以 實(shí)現(xiàn)任意兩用戶間的互連通信。 32 7. 數(shù)字交換網(wǎng)

17、絡(luò) 33 2.3.2 控制子系統(tǒng) 主要由處理機(jī)組成，存儲(chǔ)器作主要由處理機(jī)組成，存儲(chǔ)器作 為輔助環(huán)境，存儲(chǔ)處理程序、為輔助環(huán)境，存儲(chǔ)處理程序、 交換機(jī)資源的狀態(tài)和參數(shù)，控交換機(jī)資源的狀態(tài)和參數(shù)，控 制交換機(jī)動(dòng)作，建立和釋放通制交換機(jī)動(dòng)作，建立和釋放通 信電路。信電路。 遠(yuǎn)程維護(hù)遠(yuǎn)程維護(hù) 本地維護(hù)本地維護(hù) 34 1. 集中控制 主處理機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)交換機(jī)呼叫處理和主處理機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)交換機(jī)呼叫處理和 資源管理，故障時(shí)倒換到備用機(jī)。結(jié)資源管理，故障時(shí)倒換到備用機(jī)。結(jié) 構(gòu)簡單，但倒換時(shí)會(huì)丟失當(dāng)前的呼叫構(gòu)簡單，但倒換時(shí)會(huì)丟失當(dāng)前的呼叫 處 理 和 已 建 立 的 連 接 。處 理 和 已 建 立 的 連 接 。

18、 處理機(jī)都處于工作態(tài)，都接收當(dāng)前處理機(jī)都處于工作態(tài)，都接收當(dāng)前 的資源狀態(tài)和呼叫請求，但只一個(gè)的資源狀態(tài)和呼叫請求，但只一個(gè) 有效發(fā)布控制命令?？刂平Y(jié)構(gòu)較復(fù)有效發(fā)布控制命令?？刂平Y(jié)構(gòu)較復(fù) 雜，但一般不會(huì)丟失當(dāng)前的呼叫處雜，但一般不會(huì)丟失當(dāng)前的呼叫處 理和已建立的連接。理和已建立的連接。 35 1. 集中控制 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 處理機(jī)掌握整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)，可訪問所有資 源； 改變功能一般在軟件進(jìn)行，較方便。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)： 軟件須包含不同特性的功能，龐大，不便管 理； 系統(tǒng)較脆弱，一旦故障會(huì)造成全局癱瘓。 36 2. 分級控制 * 用于控制的每臺(tái)處理機(jī)只能訪問部分資 源或控制部分功能。 * 按照其在管理任務(wù)中的關(guān)系，又可分為 單級多機(jī)系統(tǒng)和多級多機(jī)系統(tǒng)。 37 （1）單級多機(jī)控制方式 38 （2）多級多機(jī)處理機(jī)系統(tǒng) 39 3. 分布式控制 分布式控制分布式控制，每個(gè)功能板均配置單片機(jī)和處理 程序，構(gòu)成完整的基礎(chǔ)模塊，通過相互通信對 消息加工，協(xié)調(diào)完成所承擔(dān)的功能或作用。 結(jié)構(gòu)類似單級多機(jī)系