电路交换技术及接口电路.pptx

Chapter 3 电路交换技术及接口电路,1,Key Points,2,本章将要讲述的内容: 电路交换技术的发展与分类 电路交换系统的基本功能 控制系统 接口系统 数字信号音的实现、发送与接收,3.1 电路交换技术,电路交换模式定义：在用户通过呼叫信令通知本地交换机为其建立通信连接并获得电路接续后，通信双方终止该通信连接之前，无论通信双方是否有信息经该通路流过网络，他们都将始终独占着同一条电路。 电路交换属于物理层交换，它不管信息的包装处理，以及信息是否受到损害。,电路交换技术,电路交换技术包括电子域的线路交换、时隙交换和光域的波长交换、分时突发交换等。 线路交换完成两用户间的实线连接，如人工共电交换台、步进交换机、纵横制交换机等。 时隙交换是指利用PCM时分复用方式完成用户信息传送和接续连接的交换方式，通常称作数字程控交换机。 光域的波长交换是利用波长变换器实现WDM技术的波长路由交换 分时突发交换是将波长路由细分成突发时段来实现大块数据交换。,5,电路交换系统的发展,电路交换技术的发展： 人工交换； 机电交换； 1891，步进制交换机：直接控制方式 1938，纵横制交换机：间接控制方式 电子交换； 程控交换。 1965，美国，第一台空分程控交换机 1970，法国拉尼翁，第一台数字程控交换机,6,电路交换系统的分类,信息传递方式 (对应话路网络设备) 模拟交换系统 数字交换系统 控制方式 (对应控制系统) 布线逻辑控制 存储程序控制,3.2 电路交换系统的基本功能 3.2.1 电路交换呼叫接续过程,主叫话机,交换机,被叫话机,摘机,拨号音,号码,回铃音,通话,挂机,振铃,摘机,通话,催挂音,挂机,呼叫(阶段),消息传输,释放 (阶段),电路交换呼叫接续过程,任何呼叫接续都经历3个阶段： 呼叫建立阶段，主叫摘机向交换机发出连接请求，交换机回送信号音予以证实，主叫拨送所需被叫号码，交换机查找被叫并检查状态，空闲则对被叫振铃，给主叫送回铃音。 消息传送阶段，被叫摘机，停铃和停回铃音，通路接续，双方通话。 话终释放阶段，任一方挂机表示请求终止该次接续，交换机对未挂一方送忙音，双方挂机则释放全部资源，本次呼叫接续过程结束。,3.2.2 电路交换的基本功能,能随时发现呼叫的到来； 能接受和保存主叫发送的被叫号码； 能检测被叫忙闲状态及是否有空闲通路； 能向被叫发出来话通知-振铃； 能发送多种通知音，忙音、回令音等； 能为通话双方建立通话通路； 能发现话终挂机状态。,10,交换系统的功能结构,适配外部线路传输特性，信号格式转换，协同信令功能收发信令。,接收的终端状态及信令消息转换成适合控制功能处理的消息格式，或相反过程。,在控制功能管理下，按需求提供连接通路。,依照呼叫用户的需求，并结合交换设备的性能指标、资源状态完成相应的接续操作，维持设备正常运行。,1.连接功能,2.信令功能,状态监视，用户呼叫和应答状态监视； 号码接收，包括DP和DTMF信号接收； 通知提示，通知音包括拨号音、忙音、回铃音等，振铃信号提示被叫有来话到达。 局间信令，交换机之间互通命令，包含呼叫状态、号码、类型、路由、信道分配等信息，有中国1#和No.7信令系统两类。,3.终端接口功能,终端，电路交换机的外围终端由普通电话机、数字电话机、维护计费计算机、其他交换机等。 终端接口，就是提供交换机设备与外部连接的部件。包括普通电话接口电路、数字电话接口电路、中继接口电路、计算机接口电路等。 终端接口的功能，就是为了实现信息的接入和传送，并且方便交换机的通路接续工作，使得外围终端的各项特性能与交换机的内部操作机制相互匹配的设施。 分为中继侧接口和用户侧接口两大类,4.控制功能,交换机的作用，就是根据用户的请求，按照其所发出的目的码为其建立和保持通信通路，通信结束时释放相关资源。 控制功能，就是在分析信令消息的基础上，查询目的端状态和当前资源情况，在允许条件下控制交换网络执行通路连接。分析过程属于高层功能，状态查询、信令接收和连接驱动等属于低层功能。 两种控制方式：布控（硬件控制）与程控（软件控制）,程控交换机控制系统的电路结构,16,3.2.3 控制系统结构,控制系统中处理机的配置方式(按照处理机与话路设备的关系划分) 集中控制 配备一对(也可为若干台)中央处理机，交换机的全部控制工作都由中央处理机来承担。 分散控制 在系统给定的状态下，每台处理机只能达到一部分资源和只能执行一部分功能。,1.集中控制方式,特点 处理机掌握着整个系统的状态，可达系统中所有资源。 优点 某项功能改变只需修改软件即可 缺点 软件体系庞大、复杂，且容易受到破坏。 集中控制结构如图3.5-3.7。小系统可采用单处理机，大系统通常采用双机控制，有负荷分担形式和主备用方式。,负荷分担方式,负荷分担方式，两台处理机独立工作，各自承担一半话务负荷。 优点：负荷能力强，能适应话务量波动；抗软件故障，可防止软件差错引起的系统阻断；调试新程序方便，一机工作，另一调试软件。 缺点：双机互通信息频繁，软件较复杂，且不易发现硬件故障。,主备用方式,主备用方式，一机在线运行，另一待命，主用处理机故障时启动备用机接替工作。 冷备份 热备份 优点：硬件和软件均较简单。 缺点：主备倒换时会丢失当前已建立的连接。,20,冷备份和热备份,主处理机负责整个交换机呼叫处理和资源管理，故障时倒换到备用机。结构简单，但倒换时会丢失当前的呼叫处理和已建立的连接。,处理机都处于工作态，都接收当前的资源状态和呼叫请求，但只一个有效发布控制命令。控制结构较复杂，但一般不会丢失当前的呼叫处理和已建立的连接。,21,冷备用和热备用,热备用是指平时主备用机都保留呼叫处理数据，一旦主用机故障而倒向备用机时，呼叫处理的暂时数据基本不丢失，原来处于通话或振铃状态的用户不中断，损失的只是正在处理过程中的用户。 冷备用是指平时备用机不保留呼叫处理数据，一旦因主用机故障而倒向备用机时，数据全部丢失。新的主用机需要重新初始化，重新启动。一切正在进行的通话全部中断。,2.分散控制方式,分散控制方式，即每台处理机只能达到部分资源和执行部分功能。 单级多机系统 容量分担 功能分担 多级多机系统 分布式控制 特点，系统处理能力强，可独立扩充功能部件，组织结构灵活，适应性强。,23,单级多机控制方式,24,多级多机处理机系统,3.3 电路交换系统的接口电路,26,接口系统,作用 是交换机中唯一与外界发生物理连接的部分。为了保证交换机内部信号的传送与处理的一致性，任何外界系统原则上都必须通过接口与交换机内部发生关系。 接口电路，完成使外部应用系统与交换机在物理层和逻辑链路层相匹配的设备。,电路交换系统的接口电路,按照Q.511规定 中继侧接口（交换机间连接接口）有三种： 接口A，一次群PCM(2.048M bps)数字中继接口； 接口B，二次群PCM(8.448M bps)数字中继接口； 接口C，模拟中继接口。 用户侧接口（与用户终端的连接）有两种： 接口Z，模拟用户接口； 接口V，数字用户接口，如2B+D、V5.1(30B+D)、V5.2(多达16个30B+D群)。 操作、管理、维护接口（OAM）,28,3.3.1 模拟用户接口,模拟用户接口，是连接普通电话机的接口电路。 普通电话机的特点 是一个无源电声转换装置； 通过对绞线以二线模拟方式连接到交换机； 利用二线上直流环路状态表示忙闲； 利用号盘DP或DTMF方式发送呼叫号码。 模拟用户接口须具备的功能BORSCHT 馈电、过压保护、振铃、监视、编译码、二/四线变换、测试等7项基本功能； 极性倒换、传送主叫号码等附加功能。,30,模拟用户接口,测试T，通过继电器分别将外线或内侧电路连接到测试设备。 外线测试可检测用户线短路、断路、碰地、搭接电力线等故障； 内侧测试模仿话机的操作过程检验各功能电路是否正常。,振铃R，通知被叫用户有来话呼叫。 国标规定，振铃信号为有效值75V15V、25Hz的交流电压，采用1s通、4s断周期方式向用户话机馈送。 振铃电压较高，该模块置于过压保护功能模块之外。,31,模拟用户接口,过压保护O，为防止雷电等高压损坏交换机，三级保护：用户配线架采用放电管泻放雷电等超高压；接口板a、b线入口采用热敏电阻、钳位二极管限制大于160V的电压流入板内；振铃电路之后再用48V钳位二极管保护内部低压电路。,馈电B，向无源电话机馈送 -48V直流电源，电流保持在2050mA，馈电电路要尽量减小对话音信号传输的跨接和共模影响。,监视S，利用检测是否在用户环路上有直流流过来判别用户摘/挂机状态，直流脉冲拨号数字变化。,二/四线变换H，利用混合线圈或半导体电路完成外部二线传输到内部四线传输方式的转换。,32,模拟用户接口,编译码C，数字交换机只进行数字信号交换，外线用户环路采用模拟方式传送话音信号，需采用PCM编译码器完成相互转换。,极性倒换附加功能，当交换机获知本次呼叫的被叫已摘机时，利用继电器倒换馈送给a、b线的电源极性，以通知主叫终端开始计费。,传送主叫号码附加功能，当该接口的终端作为被叫时，在振铃间隙利用FSK调制器将主叫号送给被叫终端显示。,DTMF收号，可利用专用单片电路分录接收，也可以设置集中的收号器通过交换网络选择连接进行集中收号。,1 馈电：为用户话机提供通话所需的直流电源,扼流圈阻止交流的话音信号通过电源回路串路。 还有电流馈电方式，通过恒流源馈电，无需电感线圈。,第一级在总配线架上安放保安器 保安器可为热线圈或放电管，有高压时，保安器动作，会引高压入地，但 保安器的输出电压仍可达上百伏，故需第二级保护。 第二级在用户电路中设置二极管箝位电路 箝位电路将用户线(a或b)的电压箝位在-48V0V之间。 热敏电阻R起限流作用，R的阻值随电流增大而增大。 仅有第一级或第二级保护是不够的，需两级配合使用。,2 过压保护：避免高压进入交换机内部而损坏交换机，设置了两极保护。,过程：控制系统发“振铃控制” 开关动作铃流经用户线送达用户话机振铃用户摘机振铃电路产生“截铃”信号控制系统停止“振铃控制”信号开关释放 停止振铃,3 振铃：提供振铃所需25 50HZ，90V15V的 交流电压，发送铃流。,摘、挂机状态 号盘话机的拨号脉冲 投币话机的输入信号,原理图,4 监视：通过用户线回路状态来监视用户状态,实现用户线上的模拟信号与交换机内部的PCM信号之间的转换。,5 编译码和滤波,6 混合电路(二/四线转换),用户话机的模拟信号是二线双向 PCM数字信号在去话方向上要进行编码，在来话方向上要进行译码，必须采用四线制的单向传输。,38,7 测试,当故障发生时，测试开关将用户内线与用户外线分开，以测定故障是局内设备故障，还是局外设备故障。,39,40,模拟用户接口电路实现示例,3.3.2 数字用户线接口,是交换机连接数字用户话机或终端的接口。通常采用2B1Q码数字信号方式在对绞线上传送数字话音和数据。 Q.512规定了V1V4 V1为2B+D接口 V2为一次群或二次群接远端设备 V3为30B+D或23B+D数字用户段 V4为多个V1的复合链路 V5为标准化的30B+D接口，接口电路与PCM中继电路接口基本相同。,42,数字用户接口,典型的2B+D基本速率接口模块结构。国标规定，采用2B1Q码、回波抵消技术，以数字方式在用户环路上传送数据和话音信号。,基本速率接口提供两个64kbps的B信道和一个16kbps的D信道。B信道可用来传输数字话音、低速图像和数据，D信道用传送信令和低速数据。,43,2B+D数字用户线接口示例,44,数字用户接口,基群速率数字用户接口，采用数字中继接口电路，但在信令方式上为用户信令方式，可提供30个B信道和一个D信道传送语音或数据，主要用于大客户、集群用户的接入。,基群速率数字用户接口，常称作V5接口，V5.1为一个2Mbps群，V5.2可有最多16个2Mbps群。,3.3.3 模拟中继接口,用来和模拟交换机互连，电路结构和模拟用户接口类似，但没有馈电和铃流控制。,46,3.3.4 数字中继接口电路,同步：指通信双方的定时信号符合一定的时间关系 可以分为位同步、帧同步和网同步； 位同步是指通信双方的位定时脉冲信号频率相等且符合一定的相位关系。 如果通信双方的位定时信号偏差较大，在接收过程中会造成判决时刻相对于理想时刻的偏离，从而导致误码的增加。在数字通信设备中，位同步是保证通信质量的关键。 帧同步是指通信双方的帧定时信号的频率相同且保持一定的相位关系。 帧同步的作用是在同步复用的情况下，能够正确地区分每一帧的起始位置从而确定各路信号的相应位置并正确地把它们区分开来。帧同步是以位同步为基础的，只有在位同步的情况下，才能使得接收信号帧和接收设备帧的持续时间是相等的，才有可能实现帧同步。 网同步：频率相同、相位相同、UTC相同。,网同步,数字程控交换机通过PCM数字中继互连时，可采用三种数字网同步方式： (1)准同步，即各交换机均采用高精度、高稳定的时钟，相互偏差很小，异步连接通信。 (2)主从同步，全国设置高精密、高稳定钟源作为长途枢纽交换机参考时钟，低一级交换机向高一级交换机锁相同步。 简单主从同步方式 等级主从同步方式 (3)互同步，各交换机有自己的时钟，互连时互锁同步，使时钟稳定在同一频率上。,48,准同步,准同步：各节点的时钟信号是互相独立的，在网中各节点之间没有时钟信号的传输路线，也没有控制信号的传输路线。各节点依靠采用高精度的时钟彼此工作接近于同步状态。,49,主从同步,简单主从同步：在一个交换局设立一高精度的基准时钟，通过传输链路把此基准时钟信号送到网中的各从节点，各从节点利用锁相环把本地时钟频率锁定在基准时钟频率上，从而实现网内各节点之间的时钟信号同步。主从同步网中时钟的传输可以呈现星状结构或树状结构； 等级主从同步：交换局的时钟精度都有一个等级，当基准时钟失效时就采用次一等级的时钟作为主钟，送至交换局的时钟信息都带有等级识别信息，以复杂性换取可靠性；,50,互同步,互同步：交换节点无主节点和从节点之分，时钟传输路线呈网状结构。 时钟信号源的产生：铯钟、铷钟、晶体钟、GPS接收设备。,数字中继接口电路的功能,数字中继接口电路是数字程控交换机之间通过PCM信号互连的接口，它提供GAZPACHO八种功能。,数字中继接口的功能,(1)码形变换P: polar conversion 将单极性码变成双极性码，以适应外部线路传输特性的需要，内部为不归零码，外部可为HDB3/AMI码。 码率转换 (2)时钟提取C: clock recovery 从输入PCM码流中提取2.048MHz时钟信号。 (3)帧同步和复帧同步H: hunt during reframe 确定TS0的位置。搜索特定码组“0011011”，连续两次搜索到该码组即可确定TS0位置。 复帧同步主要在随路信令应用情形下有效，当采用No.7信令时TS16同于其他话音数据时隙。,数字中继接口的功能,(4)监测和传送告警信息A: alarm processing 当6个50ms内连续发生一次以上误码，则发送告警。 (5)帧定位A: alignment of frames 利用弹性缓存器暂存输入PCM码流，用本机时钟驱动读出，使两交换机时隙相位达到同步。 (6)帧和复帧同步信号插入G: generation of frame code 在输出方向的PCM链路上的偶数帧TS0插入10011011，奇数帧插入11X11111帧同步信号，在复帧的第0帧TS16插入00001X11复帧同步信号。,数字中继接口的功能,(7)信令提取和格式转换O: office signalling 复帧第115帧的TS16传送随路信令的线路状态信令，每时隙8比特传两个话路的信令，须分开和转换。 (8)连零控制Z: zero string suppression 由于比特同步和帧同步的需要，不允许PCM链路输出超过4个比特位置连续为0，当出现时则自动插1，接收时再去掉。,3.3.5 数字多频信号发送和接收,交换机中，数字多频信号包括送给用户话机的信号音、用户拨号以及交换局之间的MFC信号。 音频信令有三种：单音、双音（多频编码、双音多频(号码)）、语音通知音。 信令设备是接在交换网络上，因此产生的信令应是数字信号。,数字单音频信令产生的原理： 取单频信号的一个周期进行采样（采样频率为8kHZ）、量化、编码，转化为PCM信号，存入ROM中，需要时以8kHZ的频率循环读出（每隔125us读一个单元）。 双音频信令产生原理类似，只不过要对（f1， f2，8kHz）的公共重复周期内的f1 ， f2采样。,数字音频信令的产生,对500HZ的正弦波信号按8kHZ采样,1-16环形计数器,地址译码器,帧脉冲,ROM,500HZ单音频信令的产生原理图,8kHZ,数据读出,举例：产生50