1、現(xiàn)代通信技術(shù),南京郵電大學(xué)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究所2009年10月,第五章 交換機(jī)硬件結(jié)構(gòu)和接口電路,12:17:04,1,目錄,硬件總體概述 用戶接口電路 中繼接口電路 測試電路 信號音處理電路,2,12:17:04,硬件總體概述,交換機(jī)的硬件功能是圍繞電話業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)接（交換）展開的，從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的角度來看，除計(jì)算機(jī)（處理機(jī)）以外的通信硬件可以看做是計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備。 計(jì)算機(jī)的軟硬件設(shè)備對這些外圍設(shè)備進(jìn)行管理和控制，就演繹出豐富多彩的業(yè)務(wù)功能。 如前所述，電信業(yè)務(wù)開展涉及到用戶信息傳送、業(yè)務(wù)控制和管理幾個(gè)層面，這些層面任務(wù)的執(zhí)行就是由交換機(jī)硬件來實(shí)現(xiàn)的。,3,12:17:04,硬件總體概述,4,12

2、:17:04,交換網(wǎng)絡(luò),用戶電路,用戶電路,信令裝置,中繼電路,中繼電路,信令裝置,處理機(jī)（分布式多處理機(jī)）,維護(hù)接口,網(wǎng)管接口,計(jì)費(fèi)接口,傳輸設(shè)備,遠(yuǎn)端模塊,PBX,中繼電路,信號音電路,測試電路,硬件總體概述,在交換機(jī)中，除了交換網(wǎng)絡(luò)以外，實(shí)現(xiàn)用戶信息傳送的部件主要是各種傳輸和用戶接口。 這些接口包括中繼接口和用戶接口，用以連接各種用戶線路、局間和長途傳輸電路、交換機(jī)的遠(yuǎn)端模塊、PBX等。這些接口中，有數(shù)字接口，也有模擬接口。 用戶接口包括以下幾種： 二線方式模擬電話接口； 四線方式模擬電話接口； ISDN接口，包括PRI接口和BAI接口。,5,12:17:04,硬件總體概述,中繼接口的情

3、況比較復(fù)雜，當(dāng)前主要是各種PCM傳輸接口和一些模擬接口（包括音頻和載波）。除了傳輸方式的不同以外，中繼接口的分類還與信令形式有關(guān)。 交換機(jī)常見的模擬中繼接口有以下幾種： 二線制模擬中繼接口（直流、多頻信令）； 用于載波接口的四線制中繼接口（2600Hz、多頻信令）； E&M中繼接口（直流信令）。,6,12:17:04,硬件總體概述,數(shù)字中繼接口主要的功能是組成標(biāo)準(zhǔn)的PCM群信號，常見是 PDH 13次群 數(shù)字中繼接口的信令可以采用隨路信令（如中國1號信令），也可以采用共路信令（7號信令）。在數(shù)字電路中，無論中國1號還是7號信令，都是通過1次群的16時(shí)隙傳送的。 在傳送1號信令時(shí)，通過復(fù)幀定位，

4、將16時(shí)隙分配給不同的信道；傳送7號信令時(shí)，則將16時(shí)隙作為一個(gè)信令通道來使用。有時(shí)也可以用其他時(shí)隙來傳送共路信令信息。,7,12:17:04,硬件總體概述,在進(jìn)行交換轉(zhuǎn)接時(shí)，中繼接口的處理與一般用戶線接口相比有以下兩個(gè)特點(diǎn)： 和用戶線不同，對中繼線的選擇主要是選組，而不是個(gè)別線路的選擇； 數(shù)字中繼接口和可以和交換結(jié)構(gòu)一致，進(jìn)行整群的信號轉(zhuǎn)接，不需要對個(gè)別用戶進(jìn)行分路。,8,12:17:04,硬件總體概述,除此之外，交換機(jī)中比較重要的硬件還包括： 各種運(yùn)營維護(hù)接口，例如，網(wǎng)管接口、人機(jī)對話接口、維護(hù)接口等。 用戶線和中繼線測試電路，用于對線路的通、斷、短路等的測試； 各種信號音（例如撥號音、忙

5、音）、其他音頻信號（例如2.6kHz、多頻等）和鈴流發(fā)生電路； 同步時(shí)鐘提取和發(fā)生電路； 系統(tǒng)供電電路。,9,12:17:04,目錄,硬件總體概述 用戶接口電路 中繼接口電路 測試電路 信號音處理電路,10,12:17:04,用戶接口電路,用戶接口電路用以將用戶線路接入交換機(jī)。根據(jù)對端設(shè)備的不同，用戶線接口有以下一些類型： 模擬二線用戶線接口； 模擬四線用戶線接口； ISDN數(shù)字用戶線接口。 其中最常用的是模擬二線用戶線接口，依照接入的設(shè)備，二線用戶線接口可以接入普通電話機(jī)（或二次復(fù)用設(shè)備），也可以接入用戶交換機(jī)（PBX）；四線用戶線接口用以接入PBX；ISDN接入的對象較復(fù)雜，有PRI和BA

6、I兩種接口。,11,12:17:04,電話用戶接口電路,交換機(jī)中數(shù)量最多的電路是二線模擬電話用戶接口電路，每個(gè)電話用戶必須對應(yīng)一套。 模擬電話用戶接口為二線接口電路，線路上傳送以下幾類信號： 用戶語音信號、 數(shù)據(jù)、傳真等二次復(fù)用的音頻信號、 直流饋電和直流信令、 音頻信令或控制信號，例如，DTMF音頻撥號、來電顯示等、 帶外音頻信號，例如，16kHz計(jì)費(fèi)脈沖。,12,12:17:04,電話用戶接口電路,模擬電話用戶接口完成被稱為“BORSCHT”的七項(xiàng)功能： B（Battery Feed），饋電功能； O（Over Voltage），過壓保護(hù)功能； R（Ring），振鈴功能； S（Superv

7、ision），監(jiān)視功能； C（Codec），編碼解碼功能； H（Hybrid），二四線轉(zhuǎn)換（混合）功能； T（Test），測試功能。,13,12:17:04,測 試 T,極性反轉(zhuǎn),振 鈴 R,過流保護(hù),過壓保護(hù) O,饋 電 B,環(huán)路監(jiān)視 S,混合電路 H,編譯碼器 C,帶通,低通,a,b,TX,RX,控制部分,電話用戶接口電路,饋電（B）功能是通過用戶接口向用戶終端（電話機(jī)）供電的電路。 供電電壓一般是48V或60V，用戶通話時(shí)，工作電流是20100mA，不工作時(shí)，允許一定的漏電流，包括話機(jī)的供電和線路漏電產(chǎn)生的電流。,15,12:17:04,由于局方的供電（電池）是（正極）接地的，為了保證線

8、路的平衡，供電電路中有低通濾波元件。,a,b,濾波 元件,用戶側(cè),電話用戶接口電路,過壓保護(hù)（O）功能是為了保護(hù)交換機(jī)用戶電路不被線路的上的高電壓損壞，這些高電壓可能來自于雷擊、感應(yīng)、線路和終端障礙以及誤用等。 進(jìn)局線路的連接設(shè)備（主配線架MDF）對過電壓有熔斷器和放電器件進(jìn)行了保護(hù)，但這種保護(hù)是初步的，通過配線架仍然可能有100V以上的線路電壓進(jìn)入交換機(jī)，交換機(jī)電子器件因此而損壞的可能性還是很大的。 為此，交換機(jī)的用戶接口電路和其他金屬外線接口電路中，都有過壓保護(hù)電路。,16,12:17:04,電話用戶接口電路,交換機(jī)的過壓保護(hù)電路一般采用鉗位的方式進(jìn)行，通常在外加高電壓撤去以后，能夠迅速恢

9、復(fù)工作，除非過大的電流流過，不會(huì)像MDF那樣，需要更換熔斷器或放電器。,17,12:17:04,電話用戶接口電路,振鈴（R）功能是為了向電話機(jī)發(fā)送鈴流，由于鈴流是75V左右的25Hz交流信號，無法通過交換網(wǎng)絡(luò)傳輸，所以在SLIC中，用繼電器或高壓開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)發(fā)送的。,18,12:17:04,電話用戶接口電路,監(jiān)視（S）功能用以檢測用戶線的狀態(tài)。用戶話機(jī)的摘/掛機(jī)狀態(tài)和撥號脈沖數(shù)字的檢測，是通過微處理機(jī)監(jiān)視用戶線上直流環(huán)路電流的有、無狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)的。 對于脈沖話機(jī)，撥號時(shí)所發(fā)出的脈沖通斷次數(shù)及通斷間隔，也以用戶直流環(huán)路的通斷來表示。微處理機(jī)通過檢測直流環(huán)路的這種狀態(tài)變化，就可以識別用戶所發(fā)出的脈沖

10、撥號數(shù)字。這種收號方式主要由軟件程序?qū)崿F(xiàn)，稱為軟收號器。 具體的檢測方法，前面已經(jīng)有介紹。,19,12:17:04,電話用戶接口電路,編譯碼（C）功能實(shí)現(xiàn)用戶語音信號的編譯碼。數(shù)字交換機(jī)只能對數(shù)字信號進(jìn)行交換處理，而話音信號是模擬信號，因此，在模擬用戶電路中需要用編碼器把模擬話音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字話音信號，然后送到交換網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交換。反之，通過解碼器把從交換網(wǎng)絡(luò)輸出的數(shù)字話音轉(zhuǎn)換成模擬話音送給用戶。 編譯碼電路進(jìn)行的是模擬音頻信號和壓擴(kuò)編碼的PCM信號之間的轉(zhuǎn)換。,20,12:17:04,電話用戶接口電路,混合（二四線轉(zhuǎn)換）（H）功能將二線制用戶線的收發(fā)信號分開，以完成四線交換（接收和發(fā)送各1對線）

11、。 混合電路除完成二四先轉(zhuǎn)換功能以外，還需要對回聲進(jìn)行抑制，使接收信號在發(fā)送線路上盡量衰減，反之亦然。 回聲抑制功能可以避免本方的振鳴和對端的回聲。 過去的混合電路使用基于變壓器的橋式平衡電路，當(dāng)前多用集成電路實(shí)現(xiàn)。,21,12:17:04,12:17:04,電話用戶接口電路,測試（T）功能以對內(nèi)外線路進(jìn)行測試。SLIC實(shí)現(xiàn)的并不是真正的測試功能，而是將需要的測試對象通過繼電器連接到測試電路或測試設(shè)備上。 測試設(shè)備可以測試外部線路的斷路、短路、接地、話機(jī)開路、電力線接觸等。 為了測試線路的這些故障，需要對線路的電壓、電阻、電容等參數(shù)進(jìn)行測試，測試時(shí)需要在ab線間、a線對地、b線對地進(jìn)行測量。

12、除了電參數(shù)的測量以外，還可以用脈沖回波的方法對短路點(diǎn)、接地點(diǎn)、斷路點(diǎn)等進(jìn)行定位。,23,12:17:04,12:17:04,24,數(shù)字用戶接口電路,數(shù)字程控交換機(jī)的數(shù)字用戶接口電路主要是ISDN用戶接口，當(dāng)前這些接口已經(jīng)很少使用，代之以的是各種數(shù)字用戶線（xDSL）技術(shù)。 ISDN數(shù)字用戶接口的位置一般稱為U接口，傳輸速率有兩種，一種是2B+D的基本接口（Basic Interface），另一種是30B+D或23B+D的基群速率接口。 其中D通路用于信令，B通路可以用于信令，也可以用于用戶信息。對于BAI來說，D通路的速率是16kbit/s，對于PRI來說是64kbit/s。,25,12:17

13、:04,12:17:04,26,數(shù)字用戶接口電路,這兩種速率的用戶接口仍然可以通過一般的電話用戶線傳輸，BAI一般采用2B1Q碼的基帶傳輸方式，PRI可以采用多對線路HDSL的方式傳送，當(dāng)然也可以通過接入網(wǎng)進(jìn)行傳輸，這時(shí)，用戶可能在T參考點(diǎn)接入。 ISDN用戶接口的線路傳輸幀結(jié)構(gòu)在ITU-T建議 I.430/I.431中定義，其中基本接口在S/T參考點(diǎn)的速率為192kbit/s，幀的長度為48bit，周期為250s。基群速率接口的幀結(jié)構(gòu)與PCM一次群基本相同，只是16時(shí)隙作為D通路使用。,27,12:17:04,數(shù)字用戶接口電路,ISDN用戶接口的信令是共路數(shù)字信令，由ITU-T I.430/

14、I.431（物理層）、Q.920系列（數(shù)據(jù)鏈路層）、Q.930系列（網(wǎng)絡(luò)層）定義，又稱為一號數(shù)字用戶信令（DSS1）。 DSS1為綜合業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)，既可以滿足個(gè)別用戶終端接入的需要，也可以滿足PBX交換機(jī)等群路設(shè)備接入的需要，并可以無連接地傳輸少量用戶信息（例如短信、鍵盤信息、顯示字符信息等）。 雖然ISDN的應(yīng)用有限，但DSS1卻在一些移動(dòng)系統(tǒng)（GSM、小靈通）和數(shù)字PBX中得到應(yīng)用。,28,12:17:04,12:17:04,29,目錄,硬件總體概述 用戶接口電路 中繼接口電路 測試電路 信號音處理電路,30,12:17:04,中繼接口電路,如前所述，中繼接口電路處理的是某一方向的多個(gè)通路的接

15、口。 中繼接口可以用于連接其他交換局（匯接局、長途局）、長途傳輸電路和PBX。 從接口傳輸?shù)挠脩粜畔⑿问椒诸悾欣^接口可以分為模擬中繼接口和數(shù)字中繼接口兩類。模擬中繼接口類型與傳輸線路的類型和信令方式有關(guān)；數(shù)字接口多是PCM13次群的接口。 除了一般的中繼接口以外，還有連接接入網(wǎng)和遠(yuǎn)端用戶模塊的接口，它們的結(jié)構(gòu)和中繼接口類似。,31,12:17:04,中繼接口電路,常見的模擬中繼接口有以下幾種： 模擬載波中繼接口、 直流中繼接口、 環(huán)路中繼接口、 E/M中繼接口。 其中模擬載波中繼接口多采用隨路音頻信令，它的線路信令為2600Hz，記發(fā)器信令為多頻信令。 其他幾種模擬中繼接口基本上采用直流信令

16、的方式。,32,12:17:04,中繼接口電路,載波中繼接口采用四線制接口，分別是一對輸入線路和一對輸出線，線路信令和用戶信息均在這兩對線路上傳輸。 載波中繼接口電路主要包含以下兩個(gè)部分： 編碼解碼器，進(jìn)行語音信號的數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換； 信令處理接口，處理中繼線信令。 除此之外，還包含各種控制接口或控制處理機(jī)。由于是局內(nèi)的四線制音頻傳輸，所以載波中繼接口不需要混合電路、保護(hù)電路、測試接口電路、直流供電電路等。,33,12:17:04,中繼接口電路,直流中繼接口用于局間或與PBX間的實(shí)線傳輸，話音信號采用二線制傳輸（a/b線），為某些特殊業(yè)務(wù)的需要（如計(jì)費(fèi)等），有時(shí)需要另一根狀態(tài)線（c線）。 直流中

17、繼接口和模擬用戶接口類似，包括饋電電路、測試接口電路、保護(hù)電路、編碼解碼器、二四線轉(zhuǎn)換電路、線路監(jiān)測電路（直流信令監(jiān)測）、信令處理接口等，和模擬用戶接口不同的是，它不需要鈴流接口。,34,12:17:04,中繼接口電路,環(huán)路中繼接口采用二線制傳輸，相對于通信的對方，環(huán)路中繼接口的作用類似電話機(jī)，可以接受交換機(jī)對用戶的信令，用于和交換機(jī)（包括局用和PBX）的用戶電路接口。 環(huán)路中繼接口不向?qū)Ψ焦╇姡运鼪]有供電電路，但它包含測試接口電路、保護(hù)電路、二四線變換電路、信令處理和接口電路、編碼解碼器等。 比較特殊的是環(huán)路中繼接口有鈴流檢測電路，用于檢測對方的呼叫（25Hz鈴流），還包含恒流環(huán)路，用于

18、模擬電話摘機(jī)動(dòng)作。,35,12:17:04,中繼接口電路,E/M中繼接口采用四線制傳輸，除了用于用戶信號傳輸?shù)膬蓪€路以外，還有兩條或四條分別稱為E線和M線的直流信令線。 E/M中繼接口可以用于交換機(jī)間的實(shí)線中繼，也常常用作和PCM傳輸設(shè)備、IP電話設(shè)備等的中繼接口。 E/M中繼接口包括保護(hù)電路、供電環(huán)路（用于直流信令）、信令處理和接口電路、編碼解碼器等。,36,12:17:04,中繼接口電路,數(shù)字中繼接口是交換機(jī)中最常用的接口，它的信息傳輸方式與PCM傳輸方式一致，一般采用13群PDH方式接口。 數(shù)字中繼接口的應(yīng)用廣泛，可以用于局間中繼接口、PBX接口、VoIP接口等。接口連接的主要是各種傳

19、輸設(shè)備和轉(zhuǎn)換設(shè)備，例如SDH光纖傳輸設(shè)備、PDH傳輸設(shè)備、xDSL傳輸設(shè)備、接入網(wǎng)、遠(yuǎn)端模塊等。 除了通信和信令功能以外，向上級局的數(shù)字中繼接口往往還承擔(dān)時(shí)鐘提取的功能。,37,12:17:04,中繼接口電路,對局內(nèi)方向，數(shù)字中繼接口的用戶信息和信令信息直接接入交換矩陣，進(jìn)行用戶信號的交換和信令信息的轉(zhuǎn)接（到信令處理機(jī)）。 數(shù)字中繼接口的信令可以是隨路信令（如中國1號），也可以是共路信令（7號信令，CCS7），還可以是數(shù)字用戶信令（DSS1）。 信令信號在一次群16時(shí)隙（TS16）傳輸，如果是隨路信令，用復(fù)幀定位各通路對應(yīng)的信令，如果是共路信令（CCS7、DSS1），則將看作是透明的信令信道，

20、由信令處理機(jī)處理后分路。,38,12:17:04,目錄,硬件總體概述 用戶接口電路 中繼接口電路 測試電路 信號音處理電路,39,12:17:04,測試電路,交換機(jī)的外線測試電路主要對各種接口所連接的線路進(jìn)行測試；內(nèi)線測試電路則依交換機(jī)的結(jié)構(gòu)和類型不同，各有不同的測試和診斷項(xiàng)目。這里主要介紹外線測試電路。 外線測試電路主要的測試功能有兩類，一類是各種交直流電參數(shù)的測試，另一類是脈沖反射測試。交換機(jī)中，并不具備所有的測試功能，需要時(shí)，可以通過交換機(jī)的測試接口（在模擬用戶接口中以有介紹）接出，用外部測試設(shè)備進(jìn)行測試。,40,12:17:04,測試電路,外線測試電路主要包含各種測試電路、A/D轉(zhuǎn)換器

21、、測試接口電路等。 外線測試電路得到的數(shù)據(jù)經(jīng)測試處理機(jī)，通過測試接口（有時(shí)需經(jīng)過交換矩陣），送往維護(hù)管理中心或交換機(jī)的維護(hù)管理終端，進(jìn)行人工或自動(dòng)處理。 測試電路的工作在測試處理機(jī)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行，可以進(jìn)行周期的自動(dòng)測試，也可以根據(jù)需要，人工啟動(dòng)對線路的測試，以判斷和定位故障。,41,12:17:04,測試電路,測試電路主要測試外線的線地和線間的各種電器參數(shù)，包括電流、電壓、電阻、電容等。測試精度一般在10%左右，作為故障的判斷或預(yù)警這一精度已經(jīng)足夠了。 電壓測試主要是測試外線對地和線間電壓，如果測試到的電壓過高，則說明線路接入了高壓（和電力線接觸），需要告警和處理。 環(huán)路電阻測試主要用于判斷用戶

22、線的開路（斷線）或短路（混線），有些情況下，需要用戶摘機(jī)測試，所以，有時(shí)也用電容測試代替。,42,12:17:04,測試電路,絕緣電阻測試用于測試線路的絕緣情況，包括線間絕緣和對地絕緣，絕緣情況不好的線路往往是由于老化、破損、進(jìn)水等引起的，將影響通信質(zhì)量，甚至使通信中斷。 線間電容的測試用于判斷線路的開路和短路，對于掛機(jī)用戶線來說，比使用環(huán)路電阻測試方式要方便。 對地平衡測試，測試線路的對地阻抗的平衡，平衡不好的線路容易受到干擾，這一測試施加的是音頻信號。,43,12:17:04,測試電路,催掛音發(fā)送電路一般也在測試電路中實(shí)現(xiàn)，催掛音也叫“嚎音”，是不斷改變頻率的較強(qiáng)或逐漸增強(qiáng)的音頻信號，用于

23、提醒用戶掛機(jī)。催掛音常常通過用戶電路的測試?yán)^電器接點(diǎn)接入。 其他測試項(xiàng)目還包括用戶話機(jī)的參數(shù)測試、用戶線傳輸特性（如線路衰減、阻抗等）的測試等。 外線測試可以發(fā)生在用戶安裝施工以后（這時(shí)需要記錄基準(zhǔn)測試數(shù)據(jù)）、用戶申告故障時(shí)（判斷故障性質(zhì)）、查修完成后、更換設(shè)備后以及例行測試期間。,44,12:17:04,目錄,硬件總體概述 用戶接口電路 中繼接口電路 測試電路 信號音處理電路,45,12:17:04,信號音發(fā)生和處理電路,在電話呼叫建立過程中，需要一些帶內(nèi)音頻信號的參與，這些帶內(nèi)音頻信號有兩方面的作用： 作為接續(xù)過程中的通知音，向用戶發(fā)送； 作為控制和信令信號。 由于帶內(nèi)音頻信號可以通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)送，所以，它的應(yīng)用也比較廣泛，無論是呼叫建立階段、通信進(jìn)行階段還是呼叫拆除階段，都需要使用帶內(nèi)音頻信號。 信號音的處理包括發(fā)生、識別、傳送等。,46,12:17:04,信號音發(fā)生和處理電路,向用戶發(fā)送的通知信號音的頻率為400或450Hz，根據(jù)通斷比的不同，表示不同的意義。主要有撥號音、回鈴音、忙音、空號音等，當(dāng)前有些通知音已經(jīng)被語音通知信號或音樂信號（彩鈴）代替。 由于電平和頻率不適合通過交