第二章 電路交換

現(xiàn)代交換技術(shù)

實(shí)用教程張春霞第2章電路交換2.1語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化2.2固定電話交換機(jī)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(jī)的軟件系統(tǒng)2.5移動(dòng)通信系統(tǒng)中的電路交換2.6電路交換機(jī)的技術(shù)指標(biāo)第2章電路交換2.1語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化語(yǔ)音編碼技術(shù)分為波形編碼、參量編碼和混合編碼三類(lèi)。這些方案的目標(biāo)主要有兩個(gè)：第一是降低語(yǔ)音編碼速率，第二是提高語(yǔ)音質(zhì)量。前者針對(duì)語(yǔ)音質(zhì)量好但速率高的波形編碼，后者針對(duì)速率低但語(yǔ)音質(zhì)量較差的參量編碼。波形編碼波形編碼將時(shí)域信號(hào)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(lái)的語(yǔ)音波形。基本原理是：在時(shí)間軸上對(duì)模擬語(yǔ)音信號(hào)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(hào)波形。波形編碼具有低復(fù)雜度、低時(shí)延的特點(diǎn)，PCM、ΔM和它們的改進(jìn)型如ADPCM均屬于波形編碼技術(shù)固話通信系統(tǒng)語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化固話通信系統(tǒng)的語(yǔ)音編碼為波形編碼通信中的語(yǔ)音業(yè)務(wù)，其信源信號(hào)在時(shí)間上和幅度上均為連續(xù)的模擬信號(hào)。這里以語(yǔ)音信號(hào)的PCM過(guò)程為例展開(kāi)分析，PCM編碼方法同樣適用于圖像編碼。PCM就是把時(shí)間連續(xù)、幅值連續(xù)的模擬信號(hào)變換成時(shí)間離散、幅值離散的數(shù)字信號(hào)，它包括抽樣、量化、編碼個(gè)過(guò)程。1.PCM編碼抽樣量化編碼二進(jìn)制數(shù)字序列：抽樣：在時(shí)間上將模擬信號(hào)離散化。量化：在幅度上將抽樣信號(hào)離散化。編碼：把量化幅度值用二進(jìn)制數(shù)值來(lái)表示。

整個(gè)過(guò)程稱(chēng)為脈沖編碼調(diào)制（PCM）。6抽樣抽樣定理：如果一個(gè)連續(xù)信號(hào)f(t)所含有的最高頻率不超過(guò)fh，則當(dāng)抽樣頻率fs≥2fh時(shí)，抽樣后得到的離散信號(hào)就包含了原信號(hào)的全部信息。7量化量化就是進(jìn)行“舍零取整”處理。將抽樣信號(hào)在某個(gè)抽樣時(shí)間點(diǎn)的瞬時(shí)幅度值近似為最接近該點(diǎn)幅值的某個(gè)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(shí)現(xiàn)非均勻量化，就要使輸入信號(hào)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(kuò)張?zhí)匦约碅律和μ律，中國(guó)、歐洲和俄羅斯采用A律壓縮張?zhí)匦?，美?guó)、加拿大、日本和韓國(guó)等采用μ律壓縮擴(kuò)張?zhí)匦?。律壓縮擴(kuò)張?zhí)匦允侵阜舷率降膶?duì)數(shù)壓縮－擴(kuò)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(hào)放大，而大信號(hào)得到壓縮，目的是降低小信號(hào)時(shí)的量化信噪比。13折線A律示意圖粒度粗細(xì)的調(diào)整10編碼量化后的離散抽樣幅值以二進(jìn)制數(shù)值來(lái)表示。最多需要log2N位二進(jìn)制數(shù)，N是量化級(jí)數(shù)。13折線A律二進(jìn)制編碼值（256級(jí)，8比特）11E體系各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)PCM30/32路系統(tǒng)稱(chēng)為基群或一次群，簡(jiǎn)稱(chēng)E112PCM30/32的幀結(jié)構(gòu)13PCM30/32路數(shù)字電話系統(tǒng)國(guó)際上有兩種標(biāo)準(zhǔn)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(guó)和歐洲采用E體系。14PCM數(shù)字體系高次群模擬信號(hào)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(duì)兩個(gè)相鄰抽樣幅值的差值進(jìn)行編碼，則由于差值信號(hào)變化較小，可大大地減少量化級(jí)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(duì)模擬話音信號(hào)按照8000Hz/s抽樣，話音信號(hào)的變化范圍是±3v，若采用8位二進(jìn)制數(shù)PCM編碼，量化為256級(jí)，每級(jí)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(gè)均勻量化級(jí)，每級(jí)為12.5mv，然后使用4位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)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(duì)當(dāng)前抽樣值與其前一個(gè)抽樣值的符號(hào)進(jìn)行編碼，而不對(duì)差值的大小編碼。如果兩個(gè)前后抽樣差值為正就編為“1”碼；差值為負(fù)就編為“0”碼。因此，“1”和“0”代表的是信號(hào)相對(duì)于前一時(shí)刻的增減，不代表信號(hào)的絕對(duì)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(cè)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(dòng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用IS-95CDMA語(yǔ)音編碼方式：CELP(CodeExcitedLinearPrediction)碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè),8.6kb/sIS-136系統(tǒng)北美二代蜂窩系統(tǒng)：VSELP(VectorSumExcitedLinearPredictive)矢量和激勵(lì)線性預(yù)測(cè),7.95kb/sGSM語(yǔ)音編碼方式：RPE-LPC(RegularPulseExcitedLong-termPredictionCodec)規(guī)則脈沖激勵(lì)的線性預(yù)測(cè)編碼，13kb/s232.2固定電話交換機(jī)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(hù)管理系統(tǒng)2.2固定電話交換機(jī)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(yuǎn)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(gè)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(lèi)型——數(shù)字接口Z1接口：連接單個(gè)模擬用戶的接口

Z2接口：連接模擬遠(yuǎn)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(lèi)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(gè)功能：——B(Batteryfeeding)饋電——O(Overvoltageprotection)過(guò)壓保護(hù)——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(cè)試模擬用戶電路功能框圖模擬中繼器：是程控?cái)?shù)字交換機(jī)與模擬中繼線的接口，用于與模擬交換機(jī)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(yuǎn)端模塊的連接。主要作用：是根據(jù)PCM時(shí)分復(fù)用原理，將30路64kb/s的話路信號(hào)復(fù)接成2048kb/s的基群信號(hào)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(lái)的2048kb/s的基群信號(hào)分成30路話路信號(hào)，然后再通過(guò)數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)分接到各個(gè)相應(yīng)的用戶。在上述過(guò)程中，完成信號(hào)傳輸、信號(hào)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：?jiǎn)螛O性不歸零碼HDB3（高密度雙極性碼）時(shí)鐘提?。壕褪菑妮斎氲臄?shù)據(jù)流中提取時(shí)鐘信號(hào)，作為輸入數(shù)據(jù)流的基準(zhǔn)時(shí)鐘。同時(shí)該時(shí)鐘信號(hào)還用來(lái)作為本端系統(tǒng)時(shí)鐘的外部參考時(shí)鐘源。幀同步：就是從接收的數(shù)據(jù)流中搜索并識(shí)別到同步碼，并以該時(shí)隙作為一幀的開(kāi)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(hào)（中國(guó)1號(hào)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(biāo)志信號(hào)的錯(cuò)路問(wèn)題。提取和插入隨路信號(hào)幀定位（再定時(shí)）數(shù)字中繼電路的基本功能碼型變換碼型變換時(shí)鐘提取幀同步幀定位信號(hào)提取幀定位信號(hào)插入復(fù)幀定位信號(hào)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(jí)多機(jī)系統(tǒng)容量分擔(dān)功能分擔(dān)多級(jí)處理機(jī)系統(tǒng)容量分擔(dān)和功能分擔(dān)雙機(jī)冗余配置微同步負(fù)荷分擔(dān)主備用2.3數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組成部分：接口部分控制系統(tǒng)交換網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理361．?dāng)?shù)字交換的基本概念數(shù)字交換機(jī)中兩用戶通話經(jīng)數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)連接的簡(jiǎn)化示意圖372．時(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)2.4固話電路交換機(jī)的軟件系統(tǒng)程控交換機(jī)的特點(diǎn):業(yè)務(wù)量大，實(shí)時(shí)性和可靠性要求高，因此對(duì)運(yùn)行軟件也要求有較高的實(shí)時(shí)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(yùn)行軟件的特點(diǎn)為：

實(shí)時(shí)性、多道程序運(yùn)行、業(yè)務(wù)的不間斷性交換軟件的組成交換軟件運(yùn)行軟件支援軟件操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)用軟件呼叫處理OAM軟件開(kāi)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(hào)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(guò)程分為三部分（1）輸入處理 識(shí)別和接收外部請(qǐng)求和其他有關(guān)信號(hào)，如掃描（2）分析處理 根據(jù)輸入信號(hào)及現(xiàn)有狀態(tài)進(jìn)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(jī)掃描斷‘1’通‘0’SCN11100LL11110SCN∧LL00010200ms斷‘1’通‘0’SCN00011LL00001SCN∧LL00010200ms摘機(jī)掛機(jī)呼叫處理輸入處理2-按鈕話機(jī)收號(hào)掃描呼叫處理分析處理1-去話分析呼叫類(lèi)別一般呼叫拍叉呼叫模擬呼叫用戶狀態(tài)來(lái)話專(zhuān)用停用一般用戶類(lèi)別單線投幣電話集團(tuán)用戶出局類(lèi)別本地國(guó)內(nèi)國(guó)際計(jì)費(fèi)類(lèi)別免費(fèi)計(jì)次自動(dòng)計(jì)費(fèi)話機(jī)類(lèi)別號(hào)盤(pán)話機(jī)按鈕話機(jī)脈沖收號(hào)接續(xù)任務(wù)按鈕收號(hào)接續(xù)任務(wù)去話分析過(guò)程號(hào)碼分析過(guò)程輸入主叫他局本局號(hào)首國(guó)內(nèi)長(zhǎng)途國(guó)際長(zhǎng)途本局號(hào)碼分析過(guò)程允許是否確定下一步任務(wù)他局號(hào)碼分析輸入用戶狀態(tài)來(lái)話拒絕停用一般忙閑狀態(tài)閑忙來(lái)話分析過(guò)程用戶業(yè)務(wù)優(yōu)先自動(dòng)回叫遇忙暫等主叫信息分析計(jì)費(fèi)類(lèi)別來(lái)話類(lèi)別一般其他免打擾準(zhǔn)備呼叫被叫用戶主叫用戶數(shù)據(jù)分析來(lái)話分析過(guò)程呼叫處理程序呼叫處理過(guò)程分為三部分（1）輸入處理 識(shí)別和接收外部請(qǐng)求和其他有關(guān)信號(hào)，如掃描（2）分析處理 根據(jù)輸入信號(hào)及現(xiàn)有狀態(tài)進(jìn)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(dòng)作準(zhǔn)備任務(wù)執(zhí)行首先要做動(dòng)作準(zhǔn)備，這是硬件資源準(zhǔn)備階段。路由及中繼線選擇接續(xù)鏈路選擇輸出處理1-動(dòng)作準(zhǔn)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(hào)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(dòng)作準(zhǔn)備接續(xù)鏈路選擇1~2級(jí)間鏈路忙閑狀態(tài)表1：空閑，0：忙2~3級(jí)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(jí)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(dòng)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(hào)轉(zhuǎn)發(fā)撥號(hào)脈沖多頻信號(hào)發(fā)送線路信號(hào)發(fā)送發(fā)公告信道信號(hào)處理機(jī)間通信信息輸出處理1-終了處理驅(qū)動(dòng)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(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。主要包括：監(jiān)視存儲(chǔ)器內(nèi)容變更硬件示閑話務(wù)量數(shù)據(jù)的收集、統(tǒng)計(jì)。程序調(diào)度管理程控交換系統(tǒng)中任務(wù)按緊急性和實(shí)時(shí)性的要求不同可分為：故障級(jí)：負(fù)責(zé)故障識(shí)別和緊急處理等功能，具有最高優(yōu)先級(jí)。周期級(jí)：