1第二章電路交換

22.1電路交換概述2.2

電路交換核心——數(shù)字交換網(wǎng)絡

2.3電路交換接口2.4電路交換機的軟件控制系統(tǒng)

3本章重點：數(shù)字交換網(wǎng)絡，軟件控制系統(tǒng)工作原理本章難點：T型時分接線器的工作原理本章課時：8學時學習本章達到的目的和要求：1．了解電路交換的基本概念、分類及其基本組成，掌握空分、時分、模擬、數(shù)字交換機的概念；掌握布控、程控、分散、集中、分級控制的概念。了解程控交換機系統(tǒng)的性能和指標，掌握交換機容量和交換網(wǎng)絡規(guī)模的概念，掌握話務量和BHCA的意義及影響B(tài)HCA的因素。2．掌握T型、S型時分接線器及時空一體數(shù)字交換單元的基本組成及其功能，掌握數(shù)字交換網(wǎng)絡的分析方法。3．了解程控交換機各種接口的功能，掌握模擬用戶電路的七大功能(BORSCHT的意義)，掌握數(shù)字用戶接口電路(2B+D)的功能，理解數(shù)字中繼電路的功能(碼型變換、幀同步)。4．了解程控交換機軟件的組成和程控交換機軟件設計所用的語言。理解程控交換機的接續(xù)概念，理解狀態(tài)遷移的概念和狀態(tài)遷移的步驟，理解呼叫處理程序基本原理。掌握交換系統(tǒng)的呼叫處理的特點，了解輸入處理、內部處理和輸出處理的功能和組成。掌握程序的優(yōu)先級別。掌握采用時間表進行周期級程序控制的工作原理及時間表設計的方法。42.1概述

2.1.1電路交換基本概念

電路交換已經有一百多年歷史了，是最早出現(xiàn)的一種交換方式。電路交換經歷了從人工交換到自動交換、從模擬交換到數(shù)字交換、從布控交換到程控交換等發(fā)展歷程。由于程序控制技術最早用于電話交換機，因此最初是將電話交換稱為程控交換。實際上，自從軟件控制技術引入交換機后，各種交換機都是由程序來控制的，都可以稱為程控交換機。

5電路交換定義電路交換CS(CircuitSwitching)也稱線路交換。電路交換是在通信之前先建立連接，通信過程中固定分配帶寬、獨占信道的實時交換，適用于語音、圖像等實時性要求高的業(yè)務，是目前電話網(wǎng)的基本交換方式。電路交換的基本過程包括呼叫建立階段、通話階段和釋放拆除三個階段。

6電路交換特點

優(yōu)點：面向連接，在通信前要通過呼叫在主叫和被叫用戶之間建立一條物理連接。交換中心根據(jù)信令建立連接，連接一旦建立，不論通信的雙方是否有信息傳遞，通信鏈路及有關的系統(tǒng)資源都一直被通信雙方占用，不會出現(xiàn)擁塞。實時交換，時延和時延抖動都較小。因為在通信前先建立了連接，在通信過程中獨占一個信道，所以這種交換方式的信息傳送時延非常小，對一次接續(xù)而言，傳輸時延固定不變。交換處理簡單，交換速度較高。因為交換機對用戶數(shù)據(jù)不處理，不需要添加額外控制信息，即為“透明”傳輸，因此交換效率較高。7缺點：線路利用率低。由于電路交換采用靜態(tài)復用、預分配帶寬并獨享通信資源的方式，交換機根據(jù)用戶的呼叫請求，為用戶分配固定位置、恒定帶寬的電路，通信雙方獨占固定資源，話路接通后，即使某一時刻無信息傳輸，也不能給其它用戶使用，因此信道利用率很低。傳輸速率單一。由于電路交換要求交換時隙具有周期性，所以規(guī)定信道速率只能取某些特定的值，如64kbit/s、2048kbit/s等，不能適應多種速率業(yè)務的接入要求，也不適于突發(fā)業(yè)務。存在呼叫損失。在通信之前建立連接時，如果沒有空閑的電路，呼叫就不能建立而遭受損失，因此交換機應配備足夠的連接電路，使呼叫損失率(簡稱呼損率)不超過規(guī)定值。無差錯控制。在傳送信息期間，網(wǎng)絡不對用戶信息進行誤碼校正等處理，沒有任何差錯控制措施，不利于可靠性要求高的數(shù)據(jù)業(yè)務。8綜上所述，電路交換的要點是面向連接，在通信時需要先建立連接，在通信過程中獨占一個信道。優(yōu)點是實時性高，時延和時延抖動都較小；缺點是信道利用率低，且傳輸速率單一。電路交換主要適用于語音和視頻這類實時性強的業(yè)務。92.1.2電話交換機分類

1.

按服務區(qū)域分市話(地區(qū))交換機——本地區(qū)用戶間的接續(xù)；長途交換機——不同城市用戶之間的接續(xù)；用戶交換機——企事業(yè)內部用戶的接續(xù)。2按接續(xù)方式分人工交換機——由話務員進行接續(xù)，又分磁石式和共電式，磁石式電話機由用戶自己供給；共電式由交換機給用戶集中供電；自動交換機——由交換機進行接續(xù)，均為集中供電。有步進制、縱橫制、電子式和程控交換機。

103.按控制原理分直接控制——直接由用戶撥號脈沖控制接續(xù)，如步進制；間接控制——用戶撥號脈沖由控制設備接收，然后由控制設備進行接續(xù)控制，人工交換機、縱橫制交換機和電子交換機均屬于間接控制。4.按控制設備組成方式分布控——布線邏輯控制WLC(WiredLogicControl)，用邏輯電路形式布線連接控制，為硬件控制；縱橫制和電子式交換機屬于布控式。性能簡單，容量小，不易擴充；程控——存儲程序控制SPC(StoredProgramControl)，用程序控制，為軟件控制。功能多，容量大，易擴充，工作穩(wěn)定，發(fā)展最快，也很廣泛。115.按采用元件分機電式——交換機的主要部件采用電磁元件繼電器和機械結構，如步進制和縱橫制；電子式——交換機的主要部件采用電子元器件，電子式又分為半電子、準電子和全電子。半電子是接續(xù)部分使用縱橫接線器，控制部分使用電子元件；準電子是接續(xù)部分使用比縱橫集線器體積小、速度快的干簧接線器和?；山泳€器，控制部分使用電子元件；全電子是接續(xù)部分和控制部分均使用電子元件。電子式交換機的發(fā)展期最短。

126.按話路接續(xù)的構成方式分空分制——交換網(wǎng)絡的每個連接通路各自占據(jù)不同的空間位置。如步進制交換機選擇器的弧刷和線弧，縱橫制交換機的縱橫接線器都是通過不同的空間位置進行接續(xù)的，空分交換機傳輸?shù)亩际悄M話音信號；時分制——交換網(wǎng)絡的各條話路具有不同的時間位置，各話路傳輸時間相互錯開。數(shù)字程控交換機采用時分方式工作。根據(jù)時分復用的方式又有脈幅調制、脈碼調制和增量調制等。

137.按傳輸信號分模擬交換——交換的是模擬信號，步進制、縱橫制、電子式布控式和時分脈幅調制都是模擬交換；數(shù)字交換——交換的是數(shù)字信號，時分脈碼調制和增量調制以及數(shù)字程控交換機均屬于數(shù)字交換。

14152.1.3電路交換系統(tǒng)組成

電路交換系統(tǒng)組成

16電話交換機的基本組成17程控交換機的組成

18程控交換機硬件結構框圖

19其中，各模塊的功能如下：數(shù)字交換網(wǎng)絡DSN

(DigitalSwitchingNetwork)——主要完成話路接續(xù)，是程控交換機的核心；模擬用戶接口電路ASL(AnalogueSubscriberLine)——連接模擬用戶；數(shù)字用戶接口電路DSL(DigitalSubscriberLine)——連接數(shù)字用戶；遠端用戶單元RSU(RemoteSubscriberUnit)——連接遠端交換模塊；遠端交換模塊RSM(RemoteSwitchingModule)——連接遠端用戶；模擬中繼AT(AnalogTrunk)——連接其它模擬交換機；數(shù)字中繼DT(DigitalTrunk)——連接其它數(shù)字交換機；信令系統(tǒng)——產生和接收/發(fā)送各種信號；存儲器——存儲數(shù)據(jù)；處理機——對程控交換機進行控制；I/O接口——完成處理機和交換機內部設備之間的連接。202.2電路交換核心——數(shù)字交換網(wǎng)絡

2.2.1語音信號數(shù)字化和時分多路通信1．語音信號的數(shù)字化語音信號的數(shù)字化要經過抽樣、量化和編碼三個步驟。（1）抽樣模擬信號的抽樣21（2）量化壓擴法基本原理圖（3）編碼222．時分多路通信時分多路通信常用的復用方式有頻分復用和時分復用兩種。它們分別按頻率和時間劃分信道。

頻分復用和時分復用方式23PCM通信是典型的時分復用多路通信系統(tǒng)PCM通信的基本原理242.2.2數(shù)字交換的基本概念和基本接線器1．數(shù)字交換的基本概念機中兩用戶通話經數(shù)字交換網(wǎng)絡連接的簡化示意圖25

復用和分路、串→并和并→串變換復用和串→并變換26復用器新時隙號換算：

TS'新號＝TS原號×HW端路數(shù)＋HW號例:4端PCM復用后：HW0TS1經復用后TS'總號＝TS1×4＋0＝TS'4HW3TS31經復用后TS'總號＝TS31×4＋3＝TS'127

注意:HW端路數(shù)和HW號僅與本復用器有關,如多個HW統(tǒng)一編號后第16個T型接線器的HW127應為HW7,TS31經復用后仍為：TS'新號＝TS31×8＋7＝TS255

272．時間（T）接線器（1）T接線器的基本功能:時隙交換（2）T接線器的基本組成:由話音存儲器SM(SpeechMemory)和控制存儲器CM(ControlMemory)構成。

28（3）T接線器的工作方式和工作原理①輸出控制方式（控制讀）②輸入控制方式（控制寫）圖2-10時間（T）接線器的工作原理圖293．空間（S）接線器（1）S接線器的基本功能——線間交換，連接不同的T型接線器。（2）S接線器的基本組成：交叉矩陣，控制存儲器CMS接線器的組成結構30輸出控制方式下工作的S接線器的工作原理312.2.4數(shù)字交換網(wǎng)絡以T型或S型時分接線器為基礎，組成兩級或兩級以上的交換網(wǎng)稱作數(shù)字交換網(wǎng)絡。由于T型接線器可進行時隙交換，所以它可以獨立工作。而S型接線器不能進行時隙交換，所以不能獨立工作。常見的數(shù)字交換網(wǎng)絡有：T-T、T-T-T、T-S-T、S-T-S型等。本節(jié)僅介紹T-T和T-S-T的工作原理，其它的分析方法大致相同。

32T-T型二級交換網(wǎng)絡33T-S-T三級交換網(wǎng)（讀寫方式的T-S-T三級交換網(wǎng)絡

）34T-S-T三級交換網(wǎng)（寫讀控制的T-S-T三級交換網(wǎng)絡）35時空一體數(shù)字交換單元（T/S）（1）DSE的基本組成36（2）DSE功能空間交換——各端口間的交換時隙交換——信道信息交換通路選擇——根據(jù)信道字選擇通路37（3）交換端口結構38（4）信道字格式

39信道字格式碼40（5）總線周期41（6）DSE的工作原理42時空一體數(shù)字交換網(wǎng)絡

43網(wǎng)絡連接規(guī)則44通路建立所需指令情況45通路建立過程46兩個CE間通過4級建立雙向通路示意圖47兩個CE間通過3級建立雙向通路示意圖48兩個CE間通過2級建立雙向通路示意圖

492.3電路交換接口

交換機是通信網(wǎng)中的節(jié)點，必須連接用戶終端和其它交換機才能形成有效的通信網(wǎng)。程控交換機所用的接口一般分為用戶側和中繼側兩部分，每部分又分為數(shù)字接口和模擬接口兩種，另外還有一些服務和控制用的接口電路。502.3.1模擬用戶模塊作用：模擬用戶接口電路用于模擬話機和數(shù)字交換機之間的連接。類型：模擬用戶接口稱為“Z”接口，有Z1、Z2、Z3三種類型。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。51功能：模擬用戶接口電路主要有七大功能，即BORSCHT功能。B(Batteryfeed)——饋電；O(Over-voltageprotection)——過壓保護；R(Ringing)——振鈴；S(Supervision)——監(jiān)視；C(CODEC&filters)——編譯碼和濾波；H(Hybrid)——混合電路(2/4線轉換)；T(Test)——測試。52（1）饋電（B）用戶饋電原理圖53（2）過壓保護（O）過壓保護電路54（3）振鈴控制（R）振鈴控制電路55（4）監(jiān)視（S）監(jiān)視功能通過用戶直流回路的通斷來判定用戶線回路的接通和斷開狀態(tài)。用戶線監(jiān)視56（5）編譯碼和濾波（C）編譯碼是兩個相反方向上的轉換。（6）混合電路（H）混合、編譯碼和濾波功能的示意圖57（7）測試控制（T）測試功能的示意圖58模擬用戶接口電路的總體框圖59作用：數(shù)字用戶接口電路用于數(shù)字用戶終端和數(shù)字交換機之間的連接。數(shù)字用戶終端指能直接在傳輸線路上發(fā)送和接收數(shù)字信號的用戶終端，如數(shù)字話機、數(shù)字傳真機、數(shù)字圖像設備和PC機等。這些數(shù)字用戶終端通過用戶線路接到交換機的數(shù)字用戶接口，就可以實現(xiàn)用戶到用戶的數(shù)字連接。

2.3.2數(shù)字用戶模塊60類型：程控交換機的數(shù)字用戶接口統(tǒng)稱為“V”接口。V接口系列包括從V1到V5數(shù)字接口。V1——2B＋D接口，即基本速率接口BRI。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，即基群速率接口PRI；V4——可接多個2B+D的終端，支持ISDN的接入；V5——基于2M的標準化綜合業(yè)務節(jié)點接口，可支持PSTN和ISDN以及租用線業(yè)務的接入；V5.1接口包含一個2M鏈路；V5.2接口可包含1~16個2M鏈路。61利用模擬線路傳輸數(shù)字信號的方法：頻分復用法時間壓縮復用法回聲消除法622.3.3模擬中繼器作用：模擬中繼接口電路簡稱模擬中繼器，用于模擬交換機(如步進制交換機、縱橫制交換機以及空分模擬程控交換機等)和數(shù)字交換機之間的連接，可用于長途交換和市內局間中繼線連接，模擬中繼接口電路又稱為“C”接口。模擬交換機現(xiàn)在基本上不再使用，本節(jié)僅對照模擬用戶接口進行功能對比。功能：模擬中繼接口和模擬用戶接口電路的功能有許多相同的地方，因為它們都是與模擬線路連接。模擬中繼接口完成的功能主要有OSCHT。63642.3.4數(shù)字中繼器作用：數(shù)字中繼線接口電路簡稱數(shù)字中繼器，用于數(shù)字交換機與數(shù)字交換機之間的連接，或用于遠端模塊與數(shù)字交換機的連接。類型：數(shù)字中繼接口有“A”接口和“B接口”兩種類型。A接口——速率為2048kbit/s的數(shù)字中繼接口；B接口——PCM二次群接口，其接口速率為8448kbit/s。65功能：66碼型變換——將線路傳輸?shù)娜A高密度雙極性碼HDB3(HighDensityBipolar)碼轉換為交換機內工作的單極性不歸零碼NRZ(NonReturntoZero)。時鐘提取——從PCM傳輸線上送來的碼流中提取發(fā)端送來的時鐘信息。幀同步和復幀同步——在輸入信號中檢出幀和復幀的同步信號。幀定位——使輸入碼流相位和交換機的時鐘相位同步。信號控制——TS16時隙信令的插入與提取。幀和復幀定位信號插入——幀同步信號：偶幀的TS0幀同步碼“0011011”；復幀同步信號：F0幀TS16的前4位碼“0000”。672.3.5信令設備信令設備的主要功能是接收和發(fā)送信令。程控數(shù)字交換機中主要信令設備有：

信號音發(fā)生器：用于產生各種類型的信號音，如忙音、撥號音、回鈴音等。

DTMF接收器：用于接收用戶話機發(fā)出的DTMF信號。

多頻信號發(fā)生器和多頻信號接收器：用于發(fā)送和接收局間的MFC信號。

No.7信令終端：用于完成No.7信令的第二級功能。681．信號音類型

（1）單音——一種頻率

撥號音——連續(xù)，表示主叫用戶可以開始撥號

450Hz忙音——0.35s續(xù)0.35s斷，表示被叫忙

回鈴音——1s續(xù)4s斷，表示被叫空閑，正在向被叫振鈴

長途通知音——0.2s續(xù)0.2s斷，0.2s續(xù)0.6s斷，通知正在進行市內通話的用戶有長途電話呼入

空號音——0.1s續(xù)0.1s斷（三次），0.4s續(xù)0.4s斷，提示被叫號碼為空號

提醒音——0.4s續(xù)，10s斷，提醒存在第三方950Hz證實音——連續(xù)，話務臺證實主叫正確催掛音——連續(xù)，五級響度，催促用戶掛機69（2）

雙音——兩種頻率

DTMF（DualToneMultiFrequency）——雙音多頻信號。主叫用戶（按鍵話機）發(fā)送的被叫用戶號碼（地址信號），一共8個頻率，4個低頻，4個高頻，每個號碼是兩個四中取一的組合。70MFC（MultiFrequencyCompelledSignal）——多頻互控信號。交換機之間發(fā)送的被叫用戶號碼（地址信號），MFC分為前向信令和后向信令，采用帶內多頻編碼、連續(xù)互控的傳送方式。前向信令用1380Hz～1980Hz的高頻群，采用120Hz級差，按六中取二方式編碼，共有15種信號內容；后向信令用780～1140Hz的低頻群，也采用120Hz級差，按四中取二方式編碼，共有6種信號內容。71722信號音產生(1)單音

由數(shù)字信號發(fā)生器產生，對信號音進行抽樣（8000Hz）和編碼存在ROM中，需要時在計數(shù)器控制下讀出送入交換網(wǎng)絡。數(shù)字信號發(fā)生器的組成：由只讀存儲器ROM、循環(huán)計數(shù)器、譯碼器組成。以500Hz為例，由于500Hz只需經過一個周期就是8000Hz的整數(shù)倍，所以只需抽要16個樣值，ROM需要16個單元。為了節(jié)省ROM，可以根據(jù)圖形的對稱性，減少到5個單元。對于450Hz的單音，計算結果要經過9個周期才是8000Hz的整數(shù)倍，需要存儲單元要160個。根據(jù)圖形的對稱性，可用1/4個存儲單元。(2)雙音基本原理同單音。由數(shù)字信號發(fā)生器＋線性疊加產生。733信號音發(fā)送（1）T接線器發(fā)送利用TS0、TS16對應的單元存放音頻信號，由交換網(wǎng)絡發(fā)送。（2）T－S－T半永久連接發(fā)送在開局時設置好。如撥號音存放在TA15的1號單元，通過S接線器將撥號音送至各TB的1號單元，哪個用戶需要撥號音，就在相應的CM時隙（地址）寫入“129”（一個CM利用反相器控制兩個SM）74（1）單音各種信號音都是由用戶話機接收的。在用戶電路中經過解碼變成模擬信號由電話機接收。（2）雙音多頻信號由相應的DTMF或MFC接收器接收。經過數(shù)字濾波器濾波，通過數(shù)字邏輯識別電路識別后取得。4．數(shù)字音頻信號的接收75DTMF接收器762.4.1

電路交換軟件組成和特點組成：軟件是程控交換機的一個重要組成部分，軟件是由程序和數(shù)據(jù)構成的。特點：實時性強，具有并發(fā)性，適應性強，可靠性和可維護性要求高。2.4電路交換機的軟件控制系統(tǒng)77一、程序種類及其作用

程控交換機的軟件系統(tǒng)分為兩大部分:１、運行程序(聯(lián)機程序、在線程序)：負責程控交換機的運轉維護和管理。運行程序又分為系統(tǒng)程序和應用程序。①系統(tǒng)程序：系統(tǒng)程序是交換機硬件同應用程序之間的接口，主要包括任務調度程序—給各種應用程序分配處理機時間；I/O設備的管理和控制程序—控制I/O設備與處理機之間的通信；資源的調度和分配程序—給運行過程分配存儲器和外設資源；處理機通信管理程序—負責多處理機間的信息交換；系統(tǒng)監(jiān)視和故障處理程序—監(jiān)視交換機設備工作，識別、分析和處理故障；人—機通信程序—編輯和執(zhí)行操作員輸入命令。②應用程序：直接控制電話交換和維護管理的程序，主要包括呼叫處理程序—監(jiān)視、建立、釋放呼叫接續(xù)并計費；管理程序—對交換機的運行進行管理和控制；維護程序—故障檢測、診斷和定位。

78２、支援程序(脫機程序)：安裝、設計、調試軟件，在交換機尚未運轉前所使用的程序(如測試程序和支援程序等)。主要包括

語言翻譯程序連接編譯程序

文件生成程序

安裝測試程序

79二、數(shù)據(jù)種類及其作用

為使程控交換機的軟件能夠適應不同的情況和要求，設計中應將軟件中的程序和數(shù)據(jù)分開。這樣交換機的程序就可以通用，不同的交換機配以不同的數(shù)據(jù)就可適應不同環(huán)境的要求。程控交換機的數(shù)據(jù)有三種類型：１．系統(tǒng)數(shù)據(jù)──僅與交換機系統(tǒng)有關的數(shù)據(jù)。不論交換設備裝在何種話局(市話、長話、國際局),系統(tǒng)數(shù)據(jù)不變。２．局數(shù)據(jù)──與交換局有關的數(shù)據(jù)。包括各種話路設備的配置、編號方式、中繼線信號方式等。３．用戶數(shù)據(jù)──反映用戶情況的數(shù)據(jù)。包括用戶類別、用戶設備號碼、用戶話機類別、新業(yè)務類別等。同一種性質的數(shù)據(jù)按一定規(guī)則存放在一起，構成各種表格，便于查找。

80三、在交換軟件設計中應用的四種類型的程序設計語言匯編語言AL(AssembleLanguage)——用于實時性要求高的程序，如中斷服務；高級語言HLL(HighLevelLanguage)——用于軟件的設計、程序編制、軟件檢驗；規(guī)范說明語言SDL(SpecificationandDescriptionLanguage)——用于軟件系統(tǒng)設計；人機語言MML(Man-MachineLanguage)——用于交換機的操作、維護、安裝和測試。

81SDL/GR描述進程的主要符號822.4.2程序的執(zhí)行管理

一、程序處理的方法