第二章 電路交換

現(xiàn)代交換技術(shù)

實用教程張春霞第2章電路交換2.1語音信號數(shù)字化2.2固定電話交換機的硬件結(jié)構(gòu)2.3數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)2.4固話電路交換機的軟件系統(tǒng)2.5移動通信系統(tǒng)中的電路交換2.6電路交換機的技術(shù)指標第2章電路交換2.1語音信號的數(shù)字化語音編碼技術(shù)分為波形編碼、參量編碼和混合編碼三類。這些方案的目標主要有兩個：第一是降低語音編碼速率，第二是提高語音質(zhì)量。前者針對語音質(zhì)量好但速率高的波形編碼，后者針對速率低但語音質(zhì)量較差的參量編碼。波形編碼波形編碼將時域信號波形直接變換為數(shù)字序列，目的是盡可能精確地再現(xiàn)原來的語音波形?；驹硎牵涸跁r間軸上對模擬語音信號抽樣，然后將抽樣值分層量化，并用數(shù)字代碼表示。解碼就是將收到的數(shù)字序列經(jīng)解碼和濾波恢復(fù)為連續(xù)信號波形。波形編碼具有低復(fù)雜度、低時延的特點，PCM、ΔM和它們的改進型如ADPCM均屬于波形編碼技術(shù)固話通信系統(tǒng)語音信號的數(shù)字化固話通信系統(tǒng)的語音編碼為波形編碼通信中的語音業(yè)務(wù)，其信源信號在時間上和幅度上均為連續(xù)的模擬信號。這里以語音信號的PCM過程為例展開分析，PCM編碼方法同樣適用于圖像編碼。PCM就是把時間連續(xù)、幅值連續(xù)的模擬信號變換成時間離散、幅值離散的數(shù)字信號，它包括抽樣、量化、編碼個過程。1.PCM編碼抽樣量化編碼二進制數(shù)字序列：抽樣：在時間上將模擬信號離散化。量化：在幅度上將抽樣信號離散化。編碼：把量化幅度值用二進制數(shù)值來表示。

整個過程稱為脈沖編碼調(diào)制（PCM）。6抽樣抽樣定理：如果一個連續(xù)信號f(t)所含有的最高頻率不超過fh，則當抽樣頻率fs≥2fh時，抽樣后得到的離散信號就包含了原信號的全部信息。7量化量化就是進行“舍零取整”處理。將抽樣信號在某個抽樣時間點的瞬時幅度值近似為最接近該點幅值的某個固定整數(shù)電平值上就完成了量化。均勻量化示意圖8非均勻量化要實現(xiàn)非均勻量化，就要使輸入信號經(jīng)量化器處理后得到非均勻量化的量化值。目前主要有兩種壓縮—擴張?zhí)匦约碅律和μ律，中國、歐洲和俄羅斯采用A律壓縮張?zhí)匦裕绹?、加拿大、日本和韓國等采用μ律壓縮擴張?zhí)匦?。律壓縮擴張?zhí)匦允侵阜舷率降膶?shù)壓縮－擴張規(guī)律：

非均勻量化─13折線A律非均勻量化能夠讓小信號放大，而大信號得到壓縮，目的是降低小信號時的量化信噪比。13折線A律示意圖粒度粗細的調(diào)整10編碼量化后的離散抽樣幅值以二進制數(shù)值來表示。最多需要log2N位二進制數(shù)，N是量化級數(shù)。13折線A律二進制編碼值（256級，8比特）11E體系各項關(guān)鍵指標數(shù)據(jù)PCM30/32路系統(tǒng)稱為基群或一次群，簡稱E112PCM30/32的幀結(jié)構(gòu)13PCM30/32路數(shù)字電話系統(tǒng)國際上有兩種標準化制式的多路數(shù)字電話通信系統(tǒng)，即PCM30/32路制式（E體系）和PCM24路制式（T體系），我國和歐洲采用E體系。14PCM數(shù)字體系高次群模擬信號數(shù)字化的其它方法差值脈沖編碼（DPCM）自適應(yīng)差值脈沖編碼（ADPCM）增量調(diào)制（DM）自適應(yīng)增量調(diào)制（ADM）等。162.差值脈沖編碼調(diào)制(DPCM)僅對兩個相鄰抽樣幅值的差值進行編碼，則由于差值信號變化較小，可大大地減少量化級數(shù)，從而減少編碼的位數(shù)。這樣，在相同傳輸速率下，可以成倍地提高信道的傳輸容量。17DPCM抽樣差值圖示18DPCM舉例對模擬話音信號按照8000Hz/s抽樣，話音信號的變化范圍是±3v，若采用8位二進制數(shù)PCM編碼，量化為256級，每級約23.4mv。假定相鄰抽樣差值變化范圍是±0.1v，把其化分為16個均勻量化級，每級為12.5mv，然后使用4位二進制數(shù)進行編碼。編碼后的數(shù)據(jù)發(fā)送速率僅需要4bit×8000=32Kb/s，比采用PCM編碼的64Kb/s速率降低一半，效率提高一倍。193.脈沖增量調(diào)制(△M或DM)僅對當前抽樣值與其前一個抽樣值的符號進行編碼，而不對差值的大小編碼。如果兩個前后抽樣差值為正就編為“1”碼；差值為負就編為“0”碼。因此，“1”和“0”代表的是信號相對于前一時刻的增減，不代表信號的絕對值。20DM波形及編碼結(jié)果示意圖21典型的編碼方式：線性預(yù)測編碼（LPC）等典型的傳輸速率：0.8~9.6Kbps參量編碼22混合編碼在移動通信系統(tǒng)的應(yīng)用IS-95CDMA語音編碼方式：CELP(CodeExcitedLinearPrediction)碼激勵線性預(yù)測,8.6kb/sIS-136系統(tǒng)北美二代蜂窩系統(tǒng)：VSELP(VectorSumExcitedLinearPredictive)矢量和激勵線性預(yù)測,7.95kb/sGSM語音編碼方式：RPE-LPC(RegularPulseExcitedLong-termPredictionCodec)規(guī)則脈沖激勵的線性預(yù)測編碼，13kb/s232.2固定電話交換機的功能結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)交換網(wǎng)絡(luò)接口用戶側(cè)模擬用戶接口數(shù)字用戶接口中繼側(cè)模擬中繼接口數(shù)字中繼接口操作維護管理系統(tǒng)2.2固定電話交換機的硬件結(jié)構(gòu)V接口：

V1：64kb/s，可為2B+D或30B+D的終端V2：連接數(shù)字遠端模塊的接口V3：連接數(shù)字PABX的接口，屬30B+D的接口V4：可接多個2B+D的終端，支持ISDN的接入V5：支持nXE1的接入網(wǎng)，包括V5.1和V5.2接口A接口：速率為2048kb/s的數(shù)字中繼接口B接口：PCM二次群接口，其接口速率為8448kb/s程控交換系統(tǒng)接口類型——數(shù)字接口Z1接口：連接單個模擬用戶的接口

Z2接口：連接模擬遠端集線器的接口Z3接口：連接模擬PABX的接口程控交換系統(tǒng)接口類型——模擬接口1模擬用戶電路模擬用戶電路的功能可歸納為BORSCHT七個功能：——B(Batteryfeeding)饋電——O(Overvoltageprotection)過壓保護——R(Ringingcontrol)振鈴控制——S(Supervision)監(jiān)視——C(CODEC&filters)編譯碼和濾波——H(Hybirdcircuit)混合電路——T(Test)測試模擬用戶電路功能框圖模擬中繼器：是程控數(shù)字交換機與模擬中繼線的接口，用于與模擬交換機的連接。2.模擬中繼電路數(shù)字中繼器：是連接數(shù)字局間中繼線的接口電路，用于與數(shù)字交換局或遠端模塊的連接。主要作用：是根據(jù)PCM時分復(fù)用原理，將30路64kb/s的話路信號復(fù)接成2048kb/s的基群信號發(fā)送出去，或者反之，把從其它數(shù)字交換系統(tǒng)（或數(shù)字傳輸系統(tǒng)）來的2048kb/s的基群信號分成30路話路信號，然后再通過數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)分接到各個相應(yīng)的用戶。在上述過程中，完成信號傳輸、信號同步、信令配合3.數(shù)字中繼電路數(shù)字中繼電路的基本功能碼型變換：單極性不歸零碼HDB3（高密度雙極性碼）時鐘提?。壕褪菑妮斎氲臄?shù)據(jù)流中提取時鐘信號，作為輸入數(shù)據(jù)流的基準時鐘。同時該時鐘信號還用來作為本端系統(tǒng)時鐘的外部參考時鐘源。幀同步：就是從接收的數(shù)據(jù)流中搜索并識別到同步碼，并以該時隙作為一幀的開始，以便接收端的幀結(jié)構(gòu)排列和發(fā)送端的完全一致。復(fù)幀同步：如果數(shù)字中繼線上使用的是隨路信號（中國1號信令），則除了幀同步外，還要有復(fù)幀同步。復(fù)幀同步是為了解決各路標志信號的錯路問題。提取和插入隨路信號幀定位（再定時）數(shù)字中繼電路的基本功能碼型變換碼型變換時鐘提取幀同步幀定位信號提取幀定位信號插入復(fù)幀定位信號插入收發(fā)PCM數(shù)字中繼電路的基本功能控制子系統(tǒng)集中控制分散控制單級多機系統(tǒng)容量分擔功能分擔多級處理機系統(tǒng)容量分擔和功能分擔雙機冗余配置微同步負荷分擔主備用2.3數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)交換機組成部分：接口部分控制系統(tǒng)交換網(wǎng)絡(luò)維護管理361．數(shù)字交換的基本概念數(shù)字交換機中兩用戶通話經(jīng)數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)連接的簡化示意圖372．時間（T）接線器（1）T接線器的基本功能（2）T接線器的基本組成圖T接線器的結(jié)構(gòu)（3）T接線器的工作方式和工作原理①輸出控制方式②輸入控制方式圖

時間（T）接線器的工作原理圖3．空間（S）接線器（1）S接線器的基本功能（2）S接線器的基本組成圖S接線器的組成結(jié)構(gòu)（3）兩種控制方式和控制原理圖

輸出控制方式下工作的S接線器的工作原理數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)1．TST數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)（1）TST數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

典型的TST交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)（2）TST交換網(wǎng)絡(luò)的工作原理圖TST網(wǎng)絡(luò)的工作原理復(fù)用和分路串→并變換實現(xiàn)2.4固話電路交換機的軟件系統(tǒng)程控交換機的特點:業(yè)務(wù)量大，實時性和可靠性要求高，因此對運行軟件也要求有較高的實時效率，能處理大量的呼叫，而且必須保證通信業(yè)務(wù)的不間斷性。即運行軟件的特點為：

實時性、多道程序運行、業(yè)務(wù)的不間斷性交換軟件的組成交換軟件運行軟件支援軟件操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用軟件呼叫處理OAM軟件開發(fā)支援系統(tǒng)軟件加工系統(tǒng)應(yīng)用工程支援系統(tǒng)交換局管理支援系統(tǒng)48輸出狀態(tài)號狀態(tài)狀態(tài)面輸入任務(wù)處理判斷呼叫處理程序呼叫處理程序呼叫處理過程分為三部分（1）輸入處理 識別和接收外部請求和其他有關(guān)信號，如掃描（2）分析處理 根據(jù)輸入信號及現(xiàn)有狀態(tài)進行分析、判斷，決定下一步的任務(wù)。（3）內(nèi)部任務(wù)執(zhí)行與輸出處理 根據(jù)分析結(jié)果，發(fā)送一系列命令，完成下一步任務(wù)。呼叫處理輸入處理1-摘掛機掃描斷‘1’通‘0’SCN11100LL11110SCN∧LL00010200ms斷‘1’通‘0’SCN00011LL00001SCN∧LL00010200ms摘機掛機呼叫處理輸入處理2-按鈕話機收號掃描呼叫處理分析處理1-去話分析呼叫類別一般呼叫拍叉呼叫模擬呼叫用戶狀態(tài)來話專用停用一般用戶類別單線投幣電話集團用戶出局類別本地國內(nèi)國際計費類別免費計次自動計費話機類別號盤話機按鈕話機脈沖收號接續(xù)任務(wù)按鈕收號接續(xù)任務(wù)去話分析過程號碼分析過程輸入主叫他局本局號首國內(nèi)長途國際長途本局號碼分析過程允許是否確定下一步任務(wù)他局號碼分析輸入用戶狀態(tài)來話拒絕停用一般忙閑狀態(tài)閑忙來話分析過程用戶業(yè)務(wù)優(yōu)先自動回叫遇忙暫等主叫信息分析計費類別來話類別一般其他免打擾準備呼叫被叫用戶主叫用戶數(shù)據(jù)分析來話分析過程呼叫處理程序呼叫處理過程分為三部分（1）輸入處理 識別和接收外部請求和其他有關(guān)信號，如掃描（2）分析處理 根據(jù)輸入信號及現(xiàn)有狀態(tài)進行分析、判斷，決定下一步的任務(wù)。（3）內(nèi)部任務(wù)執(zhí)行與輸出處理 根據(jù)分析結(jié)果，發(fā)送一系列命令，完成下一步任務(wù)。輸出處理1-動作準備任務(wù)執(zhí)行首先要做動作準備，這是硬件資源準備階段。路由及中繼線選擇接續(xù)鏈路選擇輸出處理1-動作準備物理地址順序(a)中繼線物理位置及忙閑狀態(tài)表1:空閑,0:忙(b)N號中繼群定義表1:屬于該群,0:不屬于該群路由及中繼線選擇輸出處理1-動作準備接續(xù)鏈路選擇1~2級間鏈路忙閑狀態(tài)表1：空閑，0：忙2~3級間鏈路忙閑狀態(tài)表1：空閑，0：忙8×88×84×48×88×84×4（4）（4）（8）三級交換網(wǎng)絡(luò)輸出處理1-輸出命令根據(jù)編制好的指令執(zhí)行驅(qū)動任務(wù)，主要包括：話路設(shè)備的鏈接和釋放發(fā)送分配信號轉(zhuǎn)發(fā)撥號脈沖多頻信號發(fā)送線路信號發(fā)送發(fā)公告信道信號處理機間通信信息輸出處理1-終了處理驅(qū)動任務(wù)完成后，需終了處理，即硬件已轉(zhuǎn)入新的狀態(tài)，軟件需對相關(guān)數(shù)據(jù)進行修改。主要包括：監(jiān)視存儲器內(nèi)容變更硬件示閑話務(wù)量數(shù)據(jù)的收集、統(tǒng)計。程序調(diào)度管理程控交換系統(tǒng)中任務(wù)按緊急性和實時性的要求不同可分為：故障級：負責故障識別和緊急處理等功能，具有最高優(yōu)先級。周期級：