第1章程控交換系統(tǒng)

現(xiàn)代通信的起源可以說是從電話開始的，電話滿足了人們相互之間進行信息交流的需要。人們使用電話離不開電話交換機，交換機能夠?qū)⑷我鈨蓚€電話用戶接通。眾多交換機連在一起就構(gòu)成電話交換網(wǎng)，通過這個網(wǎng)，世界各地的電話用戶可以相互通話。1.1電話交換簡介電話交換的過程中，要經(jīng)過電話機、交換機，以及交換網(wǎng)。電話交換技術(shù)的發(fā)展也是經(jīng)歷了這樣的過程。一百多年來，這一技術(shù)得到了巨大的發(fā)展和廣泛的應用，無論是在結(jié)構(gòu)方面，還是功能方面，都已日趨成熟。

交換技術(shù)的發(fā)展最初的電話通訊只能在固定的兩部電話機之間進行。張三李四王五自動交換的發(fā)展人工交換的缺點是顯而易見的，如果能用機器來代替話務員的工作，那就能大大提高電話交換的工作效率。這就引出了自動電話交換機的產(chǎn)生。自動電話交換機的發(fā)展經(jīng)歷了步進制、縱橫制、程控制等發(fā)展過程。機械式交換機步進制交換機和縱橫制交換機都屬于機械式的，入線和出線的連接都是通過機械觸點，觸點的磨損是不可避免的，時間一長難免接觸不良，這是機械式交換機固有的缺點。

程控交換機房現(xiàn)在，數(shù)字程控交換機已經(jīng)得到廣泛普及。電話交換網(wǎng)的組成交換網(wǎng)中的交換機電話網(wǎng)中不同位置的交換機起著不同的作用，故有不同的名稱，如端局、匯接局、長途局等。不同的連接線也有不同的名稱，如用戶線、中繼線等。

國際通話舉例程控交換機的基本組成

程控交換機是指用計算機來控制的交換系統(tǒng)，它由硬件和軟件兩大部分組成，其中硬件部分被分為兩個子系統(tǒng)：話路子系統(tǒng)控制子系統(tǒng)

程控交換機的硬件結(jié)構(gòu)用戶交換機

交換機按用途可分為局用交換機和用戶交換機兩類。用戶交換機也稱為小交換機（PBX），用于單位內(nèi)的電話交換以及內(nèi)部電話與公共電話網(wǎng)的連接?？梢杂糜脩艟€與局用交換機連接，也可以用中繼線與局用交換機連接。最常見的連接方式是半自動中繼方式和全自動中繼方式。PCM調(diào)制話音信號是模擬信號，送到數(shù)字程控交換機里后，必須轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，即完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)有很多種，最常用的是PCM，即脈沖編碼調(diào)制，簡稱為PCM調(diào)制。它的任務就是把時間連續(xù)、幅值連續(xù)的模擬信號變換為時間離散、取值離散的數(shù)字信號，并按一定規(guī)律組合編碼，形成數(shù)字信號。該過程由抽樣、量化和編碼三個步驟組成。抽樣抽樣又稱為取樣，是指每隔一定的時間間隔抽取模擬信號的一個瞬時幅度值（稱為抽樣值或樣值）。

抽樣定理

一個模擬信號f(t)，它所包含的最高頻率為fH，對它進行抽樣時，如果抽樣頻率fS

≥2fH，則從抽樣后得到的樣值信號fT(t)可以無失真地恢復原模擬信號f(t)。例如，一路電話信號的頻帶為300～3400Hz，則抽樣頻率fS≥2×3400=6800Hz，一般經(jīng)常選定：fS=2fH=8000Hz，TS=1/fS=125μs。

量化——實際上就是分級取整編碼編碼就是給每個已量化的電平賦予一個特定的二進制代碼編碼后得到的就是數(shù)字信號了。數(shù)字信號的傳輸速率（也叫碼速）常用bit/s（比特/秒）來表示。1.2數(shù)字交換網(wǎng)絡對于模擬信號來說，話音電路的交換就是物理電路之間的交換，也就是說在交換網(wǎng)絡的入端和出端兩條電路之間建立一個實際的連接即可。在程控交換機中，為便于傳輸與處理，常將多條話路信號復用在一起（一般是在一條傳輸線上復用30條話路），然后再送入交換網(wǎng)絡。對于采用時分復用的數(shù)字信號來說，話音電路之間的交換就不那么簡單了，因為在一條物理電路上順序地傳送著多路話音信號，每路信號占用一個時隙，要想對每路信號進行交換，就不能簡單地將實際電路交叉連接起來，而是要對每一時隙進行交換。所以說，在數(shù)字交換網(wǎng)絡中對話音電路的交換實際上是對時隙的交換。

時分復用（TDM）時分復用是把時間分成均勻的時隙，將各路信號分配在不同的時隙，以達到互相分開，互不干擾的效果。

時隙交換時隙交換是指在交換網(wǎng)絡的一側(cè)，某條電路上某個時隙內(nèi)的8比特信號，通過交換網(wǎng)絡的交換，轉(zhuǎn)移到另一側(cè)某條電路上某個時隙的位置。時隙交換的過程可以分成時分交換和空分交換兩步來走。時分交換原理一個能完成時分交換的電路，實際上就是一個存儲器。時分交換的原理可簡單概括為“順序存入，控制讀出”。

空分交換原理空分交換可以通過電子接點矩陣完成。多級組合交換網(wǎng)絡

圖1-12是一個T-S-T交換網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)圖。圖中有3條輸入PCM線和3條輸出PCM線，HW1～6為內(nèi)部PCM線，每條PCM線有32個時隙（其中30個用于傳送話路，另外兩個傳送控制信號）。該交換網(wǎng)絡分為3級，第1和第3級是時分交換，第2級是空分交換，因此簡稱為T-S-T交換網(wǎng)絡。多級組合交換網(wǎng)絡多級組合交換網(wǎng)絡

各級交換的作用是這樣的：第1級負責輸入PCM線的時隙交換；第2級負責PCM線之間的空間交換；第3級負責輸出PCM線的時隙交換。因為有3條輸入PCM線和3條輸出PCM線，所以第1級和第3級應各有3個T型接線器，而負責PCM線交換的第2級應為3×3的S型接線器。T型接線器中的話音存儲器有32個單元。為便于控制，這里的兩級T型接線器的工作方式不同，第1級中的T型接線器采用“順序存入、控制讀出”方式；而第3級中的T型接線器則采用“控制存入、順序讀出”方式。1.3用戶電路電話機所產(chǎn)生的話音信號都是模擬信號，而程控交換機所處理的必須是數(shù)字信號。因此，程控交換機必須將電話機發(fā)出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，而且還要對電話機進行饋電、振鈴和測試等。這些必不可少的功能都是由用戶電路來完成的。

用戶電路的功能程控交換機必須為每個用戶提供一個專用的接口電路，即用戶電路，用它來提供“BORSCHT”功能。B——向用戶饋送電源O——過壓保護R——振鈴S——監(jiān)視

C——編譯碼及濾波H——2/4線轉(zhuǎn)換T——測試

用戶電路的功能饋電功能B(Batteryfeed)

為用戶線提供電話和監(jiān)視電流，向用戶話機饋電時采用-48V(或-60V)的直流電源供電。過壓保護功能O(Overvoltageprotection)

用戶線可能受到雷電襲擊，也可能和高壓線相碰。數(shù)字程控交換機一般采用二級保護：第一級是總配線架保護；第二級保護就是用戶電路，通過熱敏電阻和二極管實現(xiàn)。用戶電路的功能振鈴控制功能R(Ringing)

由被叫側(cè)的用戶模塊向被叫用戶話機饋送鈴流信號，同時向主叫用戶送回鈴聲。由于鈴流電壓為交流（90

15）V,頻率為25Hz,當鈴流電壓送往用戶線時，就必須采取隔離措施，使其不能流向用戶電路的內(nèi)線，否則將引起內(nèi)線電路的損壞，一般采用振鈴繼電器實現(xiàn)。監(jiān)測功能S（Supervision）

通過掃描點監(jiān)視用戶回路通、斷狀態(tài)，以監(jiān)測用戶摘機、掛機、撥號脈沖等用戶線信號，并及時將用戶線的狀態(tài)信息送給處理機處理。用戶電路的功能編譯碼功能C(Codecfilter)

把電話機發(fā)出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送往信道，同時把從信道接收的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號送給話機，完成模擬信號和數(shù)字信號間的轉(zhuǎn)換。2/4線轉(zhuǎn)換功能H(Hybirdcircuit)

完成2線的模擬用戶與交換機內(nèi)部4線的PCM傳輸線之間的轉(zhuǎn)換。用戶電路的功能測試功能T(Test)通過軟件控制用戶電路中的測試轉(zhuǎn)換開關，可對用戶進行局內(nèi)側(cè)和外線側(cè)的測試。測試功能主要用于及時發(fā)現(xiàn)用戶終端、用戶線路和用戶線接口電路可能發(fā)生的混線、斷線、接地、與電力線碰接以及元器件損壞等各種故障，以便及時修復和排除。用戶電路的整體結(jié)構(gòu)

用戶電路的物理構(gòu)成

用戶電路一般由兩塊專用集成電路組件組成，一塊是用戶接口電路，另一塊是編譯碼器和濾波器。用戶機柜1.4中繼電路中繼電路是數(shù)字交換網(wǎng)絡與PCM數(shù)字中繼線之間的接口設備。目前大多數(shù)數(shù)字中繼電路所連接的是傳碼率為2.048Mbit/s的PCM32路基群線路，即一個數(shù)字中繼電路可提供30條話路、一條同步通路和一條標志信號通路。PCM數(shù)字中繼線上傳送的信號是數(shù)字信號，但是它和數(shù)字交換網(wǎng)絡上的數(shù)字信號具有不同的碼型，而且時鐘頻率和相位也有差異，另外控制信號的格式也不一樣，為此就需要一個接口設備來協(xié)調(diào)彼此之間的工作，這個設備就是數(shù)字中繼電路。其主要功能有：時鐘提取、碼型變換、幀同步和復幀同步等。

時鐘提取波形變換法延遲相乘法微分整流法數(shù)字信號的常用碼型單極性非歸零碼（NRZ）

雙極性非歸零碼

單極性歸零碼（RZ）

雙極性歸零碼

交替極性碼（AMI）

三階高密度雙極性碼（HDB3）

各種碼型的波形圖碼型變換

在中繼線上傳輸?shù)臄?shù)字信號被稱為線路碼型。為了適應信道傳輸特性和恢復數(shù)字信號的需要，線路碼型應具有下列主要特性：

能從其相應的數(shù)字信號中獲取定時信息。相應的數(shù)字信號無直流成分，并只有很小的低頻成份。不受信息源統(tǒng)計特性的影響，即能夠適應信息源的變化。盡可能地提高傳輸效率。具有內(nèi)在的檢錯能力。碼型變換數(shù)字中繼電路接收到HDB3碼后，首先進行雙→單變換，即把雙極性碼變?yōu)閱螛O性碼，然后再進行HDB3→NRZ變換。將碼型變換分成兩步走，是為了使時鐘提取電路在雙→單變換與HDB3→NRZ變換之間提取時鐘信號。幀同步和復幀同步幀同步就是從接收的數(shù)據(jù)流中搜索并識別這一同步碼字，并以該時隙作為一幀的排頭，使接收端的幀結(jié)構(gòu)和發(fā)送端完全一致，從而保證兩個交換機能同步的工作，這樣才能實現(xiàn)數(shù)字信息的正確接收和交換。

為了能正確提取各路信號，除了幀同步外，還要求復幀同步。在32路PCM系統(tǒng)中，一個復幀由16幀組成，各個話路的標志信號按復幀傳輸，即每隔2ms（=16×125us）傳輸一次，占用TS16時隙。中繼電路的整體結(jié)構(gòu)數(shù)字中繼電路功能框圖1.5信令系統(tǒng)

信令是指通信系統(tǒng)中的控制指令。它可以指導終端設備、交換系統(tǒng)及傳輸系統(tǒng)協(xié)同運行，在指定的終端之間建立臨時的通信信道，并維護網(wǎng)絡本身正常運行。信令系統(tǒng)是通信網(wǎng)的重要組成部分，是通信網(wǎng)的神經(jīng)系統(tǒng)。

電話接續(xù)基本信令流程信令的分類按傳送通道可分為：隨路信令，共路信令按功能可分為：線路信令，路由信令，管理信令按工作區(qū)域可分為：用戶線信令，局間信令七號信令系統(tǒng)

七號信令系統(tǒng)（SS7，SignalingSystemNumber7）是一種被廣泛應用在公共交換電話網(wǎng)、蜂窩通信網(wǎng)絡等現(xiàn)代通信網(wǎng)絡的共路信令系統(tǒng)。它是國際電信聯(lián)盟-電信任務組（IUT-T）在20世紀80年代初為數(shù)字電話網(wǎng)設計的一種局間公共信道信令方式。隨著多年的不斷研究和完善，七號信令系統(tǒng)滿足了多種通信業(yè)務的要求，主要用于數(shù)字電話網(wǎng)、基于電路交換的數(shù)據(jù)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)的呼叫連接控制、網(wǎng)絡維護管理以及處理機之間事物處理信息的傳送和管理。七號信令的特點最適合采用64kbps的數(shù)字信道，也適合在模擬信道中以及較低速率下工作。七號信令系統(tǒng)是多功能的模塊化系統(tǒng)，可靈活地使用其整個系統(tǒng)功能的一部分或幾部分組成需要的信令網(wǎng)絡。具有高可靠性，能夠提供可靠的方法保證信令按正確的順序傳遞而又不致丟失和重復。具有完善的信令網(wǎng)管理功能。采用不定長消息信令單元的形式。七號信令網(wǎng)七號信令網(wǎng)是指一個專門用于傳送七號信令消息的數(shù)據(jù)網(wǎng)，是現(xiàn)代通信網(wǎng)的支撐網(wǎng)，具有多種功能的業(yè)務支撐網(wǎng)。它是由信令鏈路、信令點（SignalingPoint,SP）和信令轉(zhuǎn)接點（SignalingTransferPoint,STP）組成的。七號信令網(wǎng)信令鏈路是信令網(wǎng)中的基本部件，通過它將信令點連接在一起，它提供七號信令消息差錯檢測和校正功能，由信令數(shù)據(jù)鏈路和信令終端組成。信令點是指通信網(wǎng)中提供七號信令功能的結(jié)點，它是七號信令消息的起源點和目的地點。信令轉(zhuǎn)接點是指完成七號信令消息轉(zhuǎn)發(fā)功能的結(jié)點，它負責將信令從一條