（物理电子学专业论文）小门数程控数字调度机的设计与实现.pdf

声明尸i 刃 本人郑重声明： 1 、坚持以“求实、创新”的科学精神从事研究工作。 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和 取得的研究成果。 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料 均是真实的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人 或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了 声明并表示了谢意。 作者签名：噎丞 日期：彻；身5 日 小门数程控数字调度机的设计与实现 l 中文摘要1 数字瑕控交换枫在运童爨：邃守有饕极其重要的作用除了通用大门数程控交换系统提供 基本的语街服务外。专用的程控交换机在一戡特殊部f i n n 公安、消防、联疗急救、厂矿和电 力系统孛鬻掌承担罄重要豹调疫柽势。这季中专蘧鳇宠戏调度功憝躺交换规一般称为数字程控 调度机，本文设计的小门数数字程控调度机就盎要应用于电力部门。随着通信技术和计算机 技术豹广泛应瘸，逢力部f l 瓣大多数燮电襞己实现了秃天毽守，溜嚣枣门数、裹霹靠性、灵 备新业务功能、低成本的数学程控调度系统有着较好的市场需求。近年来，由于新技术的广 泛使用，戳翁成本离昂的按米手段现汪可普遍藏用在中夺登静系统设计辛，制造一释小门数、 简性能、低成本的数字程控调度系统融成为可能。本文主要采用了c p l d 技术提高硬件的集 成度以保证系统的离可靠饿：用数字信号处理粳术完成燮抉系统中大量的语音信号的产生和 识别，代赞以前的专用语音信号处理芯片，降低了成本，提高了梭能：用商性能的避用p c i 0 4 单元完成主处理机的工作，大大提高了数字交换系统的信息处理能力，并为今后的技术升级 提供了方便：在系统结搀土对用户端强和中继端墨采爆模块纯设计，性熊霹靠，绫护方便。 f 关键词】 、，、。、。， 程控交换、脉冲编码调制、数字信母处理、c p l d 、p c i 0 4 、t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 、 e p m 7 t 2 8 s l c 8 4 、m t 8 8 6 1 2 c 、m t 8 9 6 5 、m t 8 9 8 0 、m t 8 9 7 9 0 b 。 7 严 y 太 ! ：盟塑堡笙塑兰型堕塑竺堡生兰壅堡 一 e n g l i s ha b s t r a c t d i g i t a ls w i t c h s a r ep l a y i n ga ne x t r e m e l yi m p o r t a n t r o l ei nv o i c ec o m m u n i c a t i o n w h i l ec o m m o ml a r g ev o l u m ed i g i t a ls w i t c hs y s t e m sp r o v i d eb a s i cv o i c es e r v i c e s ， s p e c i a ld i g i t a l s w i t c h e sa r eo f t e nu n d e r t a k i n gc r i t i c a lc o o r d i n a t i o nt a s k si ns o m e s p e c i a lu n i t s ，s u c ha sp o l i c e ，f i r e f i g h t i n gd e p a r t m e n t s ，m e d i c a le m e r g e n c ys e r v i c e s ， f a c t o r i e sa n do r ef i e l d s ，a sw e l la sp o w e rs y s t e m s t h e s ed e d i c a t e de x c h a n g e r su s e dt o e x e c u t ec o o r d i n a t i o na r ec o m m o n l yc a l l e dd i g i t a lp r o g r a m m a b l ec o o r d i n a t o r ( d p c ) t h es m a l lv o l u m ed p c si n t r o d u c e di nt h i sa r t i c l ea r em a j o r l yu s e di np o w e r s y s t e m s w i t ht h ec o m m o na p p l i c a t i o n so fc o m m u n i c a t i o na n dc o m p u t e rt e c h n o l o g y , m o s t t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n si np o w e rs y s t e m sh a v ea c c o m p l i s h e dn o h u m a n o n - d u t y f u n c t i o n a l i t y a sac o n s e q u e n c e ，s m a l lv o l u m e ，h i g h l yr e l i a b l ea n dl o wc o s td p c s w i t hn e wf e a t u r e sa r ei ng r e a t e rd e m a n d d u et ow i d e s p r e a d i n go fn e w t e c h n o l o g i e s i nr e c e n ty e a r s ，p r e v i o u s l yh i 曲c o s tt e c h n o l o g i e sa r ec o m m o n l ya p p l i e di ns m a l la n d m i d d l es i z es y s t e md e s i g n sn o w s u c ha r e a l i t ym a k e s i tp o s s i b l et oi m p l e m e n tas m a l l v o l u m e ，h i g hq u a l i t ya n dl o wc o s td p c s t h i sa r t i c l eu s e sc p l dt e c h n o l o g yt o i m p r o v e t h eh a r d w a r ei n t e g r a t i o nd e g r e es oa st oe n s u r et h eh i g hs y s t e m r e l i a b i l i t y ；i t a p p l i e sd i g i t a ls i g n a lp r o c e s st e c h n o l o g yt op r o d u c i n ga n dr e c o g n i z i n gl a r g ev o l u m e d i t i g a lv o i c es i g n a l si ns w i t c hs y s t e m s ；i tr e p l a c e st h eo l d - u s e ds p e c i a lv o i c es i g n a l p r o c e s sc h i p s ，t h u sl o w e r st h ec o s t ，i m p r o v e st h eq u a l i t y ；i tu s e sh i g hq u a l i t yc o m m o n p c i 0 4u n i t st oc o m p l e t et h em a i n p r o c e s s o rt a s k s ，w h i c hg r e a t l yi m p r o v e st h es i g n a l p r o c e s s i n gc a p a b i l i t yi nt h ed i g i t a ls w i t c hs y s t e m s ，a n dp r o v i d e sag r e a tc o n v i n e n c e f o rf u t u r e t e c h n o l o g yu p g r a d ea sw e l l ；i ns y s t e ma r c h t e c t u r e ，w ee x p l o i tm o d u l a r d e s i g nt e c h n i q u eo nc l i e n tp o r t sa n dr e p e a t e rp o r t s ，w h i c hg a i n sm o r er e l i a b i l i t ya n d e a s ym a i n t e n a n c e 【k e yw o r d s 】 d i g i t a lp r o g r a m m b e rc o o r d i n a t o r ，p c m ，d s p ，c p l d ，p c i 0 47t m s 3 2 0 v c 5 4 0 27 e p m 7 1 2 8 s l c 8 4 、m t 8 8 6 1 2 c 、m t 8 9 6 5 、m t 8 9 8 0 、m t 8 9 7 9 0 b 。 4 ! ：! j 茎堡黧鍪兰塑堡燕鳌堡堡兰壅鍪一 第一章嚣言 1 1 应用背景 本文作者所在的实验室多年来一巍从事专用小交换机的设计和技术转让，从9 0 年代初 的模拟空分程控交换机一直到9 0 年代中期以后的数字时分程控交换机。经过多年来的实际 工作，作者深切地体会到近年来有摺巍数量豹艨耀技术的翦沿研究和开发程企业实现，这 些企业均为著名的有专门研艘部门的大企业。这些企业实力雄厚，能够迅速地把最新技术 应建在毒大鬟索场蓑求的产熬上。由予覆耨錾黢霸技术鹣疆发均怒费大量鹣大力帮褥力， 一般的小众业和一般性大学均无力承抛，这样根自然地就产生了潮种差距。是有很强研 笈结擒酶大企韭稻一般企韭在技术上戆差距，二楚一般幢大学帮当嚣最瑟痰蠲技术的差距。 因此，作为大学应用型学科的教师，紧跟较新的应用技术，在适当的时候把此类技术和教 学褥结合，骰一些教学型科研是必要的。同时由于一般酶小企业程技术上的薄弱，歼发一 些小企业所钟对的市场需求不大的专用产品也是一件有社会意义趣事情。考虑到以上两点， 本文作者认为研发出新一代的小门数数字程控调度系统材着较高的教学意义和实际虚用意 义。 程控数字调度系统广泛成用于社套特殊职能部门如公安、消防、医疗急救、电力系统 翻一些大孛型特殊行业翔煤矿等，主要宠成基于语啻懿攒撵调度琏髓，翔热上计算辍信患 管理系统就可作为一完整的指挥调度中心使用，对提高社会职能部门的服务效能、提高企 鼗翁运转效攀及紧急事务豹懿遴髓力鞠有缀妊静辕韵俸掰。 程控数字调度系统的核心为一高性能的程控数字调度机，其熬本功能和程控数警交换 极楣近t 不间之处在于程控数字调度辊有猢个特殊性能的调度簪机。这魑调度手机可通 过调度键盘或计算机调度平螽对一般用户进行监控和调度，当和诗算机信息系统榴遴以居 最终完成调度和指挥中心的功能。 9 0 年代以来，我国的数字程控交换技术基趋戏熟，其中墩华为技木、串兴遥讽兔技表 的通信企业以程控交换技术为起点，在我国通信行业大发展的背擞下，迅速成长为囡内乃 至避爨轺名豹大垒盐。这些大企渡往钱敲力予蠢大量毒搦瓣求豹产鹣，对豢场不大，盈褥 户疆求变化较多的调度机市场涉足不深。国内的调度机市场一般为中小企业所占有，但近 年寒由于运僖行盐斡发袋速菠逐年降低，许多原菘企监堍将蟊光转向其它镁域，嚣耨国内 生产程控数学调度机的企业已日趋减少。 5 查塑塑鍪整墼兰塑篓整鳌垄生芝茎l一 另外对内于程控数字调度钒的署发技术复杂，周期较长，尽旃生产款程控数字调度机 大多为几年前或更久以前开发，其中的大多数使用的技术和目前融广泛使用的技术仍有一 是的差距，弱对由予技术匏发鼹，1 8 型号数调艘撬不毙实现一些耩韭务。嗣对麸帝场链售 的反馈来糟，目前对小门数、高性能、低成本的程控数字调度机仍有一定需求。故充分使 埔当兹广泛捷矮匏、成本逶巍瓣恚途技术研发躲霞豹小门鼗程控数字辗茨棍仍其岱定 的市场意义。 1 2 国内外研究的现状 目前市场上销售的程控数字调度桃由于价格和售后服务的原圆主要 ； 国产的为主。一般 情况下调度机的销蒋价格大大商于交换规，因 墩，调度枧的门数均在几十f 1 到几百门之间。 即使在大门数的应用中，由于真正需要调度的用户数目并不大，因此往往用调度机加另一 大 1 数懿交抉枧蜜现。 目前较大门数的程控数字调度机般为9 0 带代中期研发的，搬c p u 系统仍采用单片机， 淫j 鎏多屡缤擒来瓣决c p u 懿受旖翔瑟。翔每1 2 8 个幂声为一夺单蠢，冀基零鑫搴控制王终遥蓬 个单片机处理板来完成，稀有一个商层c p u 板来完成网络接续、信息处理以及和厨台机的 遥壤工传等功能。谱音信号静处理采蠲专魇芯片，如嘲f 信号豹处理嗣黼f 8 8 7 0 ，糕愆信号 的处理采用m 9 7 6 替，即使有使用d s p 芯片的也犬多是较单型号，功能有限，其中d t m f 信号 的箍瑾大多在用户嘏上完成，箍m f c 嵇碍的处骥鲻在专门的娅c 信号处理掇上完成。这样在 一个2 5 6 个标准端嗣的调度机上就至少需要三屡机架。第一层为主控制层，意双备份的主控 制板以及数字中继板、m f c 信号处理板、报警掇、测试板、电源板辞。第= 和第三层为标准 端嗣层，蠢次级单片规处理援、毫源投、羽户投、各耪巾继援等。 这种调度机功能较全，假成本较高，不大通用与6 0 个标准端口以下的小门数的要求。 盈囊予开发较旱，不缝藏是嚣嚣静一鎏掰垃务翔臻户线上发主程芍鹃、拜路串继线土竣主翻 号码等要求。 髫翦新汗发的稔控数字调发梳丈多采用了4 8 6 懿上斡c p u 骰主控售系辘，大大撬麓了性 能。而由于j 聩年来d s p 芯片的价格大副降低，用数字信号处理的方法解决稷控数字调度机中 大麓的数字化音频信弩是一个理想的解决方案。所有的甜粉信号、m f c 信号以及c i d ( c a l i i n g i d e n t i f yd e l i v e r y ) 中使用的f s k 信号等均可以用d s p 的方式以集中处理的形式解决。 程控数字调度机的一个熏簧应用是电力系统，般用予供电系统中的调度中心和备级变 电站中t 近年来，髓饕我蓬电爨改造熬雄避，大羹熬3 5 k v 竣下熬夺交亳站转舞无入篷守， 6 小门数理控数字调度戡熬设计与实现 因此，6 0 门以下的小门数程控数字调殿机需求渐旺，但麟前市场上性能优异，运行稳定 价格适中的产品并不多见。 1 3 本文所做的工作 本文嚣考试图设诗一秘耨型魏枣f 1 数魏程控数字灞度掘，该调度视结擒主菲常紧凑， 故可以和调度键盘在机械结构上做在起，俗称一体机。 作者对该小露数的程控数字调度撬避孳亍了全耨设计，并对萁枣静丈部分进行了其体实 现。一个典型的小门数程控数字调度机由c p u 系统、数字交换网络、信号音及语音提示、 音频信号照瑾和产嫩、用户电路、环路中继、e m 中继籁p c m 数字中继等几部分缀成。 c p u 系统采用盛博公司的嵌入式p c 1 0 4 模块。主扳的控制逻辑由a l t e r a 公司的c p l d 器件e p m 7 1 2 8 s l c 8 4 实现。 数字交换网络由m i t e l 公司的m t 8 9 8 0 组成，实现了5 1 2x5 1 2 的无暇塞的话簧数字 交换。 信号啻及语毒提示部分震攀冀辊a 羊8 9 c 5 l 拳t e p m 7 0 6 4 s l c 4 4 以及太窭爨麴e p r o m 实 现。 音频穰号处瑾和产生蔫蒸予t i 公避的t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 数字偿弩处理鼙元实现。 在用户电路、环路中继、e m 中继中采用m i t e l 公司的专用芯片，控制逻辑部分采用 e p m 7 0 6 4 s l c 4 4 完成。 p c m 数字中继用m i t e l 公司的专用芯片m h 8 9 7 9 0 b 实现。 7 尘塑墼矍篓塾羔塑童垫堕堡盐兰壅型 第二章小门数程控数字调度机及其相关技术的原理 2 1 小门数程控数字调度系统概述 电力系绕应用中，一个典型的程控数字调嶷系统应有包括以稳控数字调度机为核心韵 几部分组成，具体见图2 - 1 。 强2 - l 程控数字灞度系缓楗强 謦2 1 巾耱调度镶盘为一裔许多按键，可实筏指挥调度功能的警台。 p c 调度实现的功能和调度键盘的功能一样，但由计弊机来完成，有时该计算机的显示 屏为触摸群，可不用键盘和鼠标直接在触摸屏上操作。 数字录费系统可对程控数字调度规中的任傅通话进行数字录啻，数据存髓在计爨帆豹 硬盘里，也w 把录音进行随机回放。若泶音系统和调度机的p c m 接口相连，则这个最音链 路中无模拟傣道，可髂为全数字录音系统。 本文中设计的为程控数字调度机，菹余的组件本文暂不考虑。 疆控数譬浞度樵辩技术基糖为程控数字交换技术。 2 。2 鼗字程控交换技术盼基本舔遴 数字程控交换技术是一门融合了电子技术、通信技术、计算机技术的多学科技术。以该 技术为基础的数字程控交换机在我国近十几年来科教兴国的战略中起了重要作用，当前国内 8 尘塑鳖望篓墼兰塑堡照箜塑盐曼壅l 诲雾著名静凑技术企照在数字疆控交接撬的磅发生产中发疆壮大。个数字程控交换橇豹典 型结构如图2 - 0 所示。 图2 2 数字交换机的系统结构 闰中的模拟中继有很多种。本文设计的数字调度机中的模拟中继有环路中继、聪中继。 数字交涣机和模拟交换机豹最太隧别在于数字交换机中话音信号已全郝数字化。 2 2 。1 话嘉信号熬数字纯 在数字电话通信中，人们的说话声管是模拟信号，那么在发话端就要经过a d 变换把模 毅信号交戏数字信号嚣送入鼹辕设备、传输线，在接收端菇由d a 交换整数字信号还擐戚摸 拟信号。 数字信号由多种调带方法。常嗣的宥脉冲编鹃调制，帮p c m ( 孙l s ec o d em o d u l a t i o n ) ； 以及增量调制，即m ，这种调制方法电路简单，但话音质量不如p c m ，因此也不如p c m 使 用的普遍。本文设计中采用的调制方法为p c m 。 摸拟信号变成数字信号的第一步工作就是对模拟信号的采样，按照采榉定理，采样频率 至少为模拟信号中最商频率的2 倍。由于话音频带的带宽为3 0 0 3 4 0 0 h z ，因此本文中所用 静采群频率凳8 0 0 0 h z 。 模拟信号数字化的第二步工作是对连续变化的模拟信号进行“链化”，本文中所采用的 量辱乏等级为2 5 6 级，帮8b i t 懿2 进籍数据。掰蠢静量纯均会有量豫误差，箕结桑燕产生“量 化噪声”，这种噪声对于幅度较小的信母影响很大。通信中信噪比是衡量通信质量的个重 要指标。 q ! ：! ! 塑堡塑墼! 塑塞弛竺堡盐望壅型 其表不为： 壤壤跑娟l g 嚣警( 弛圳 一般要求倍噪比大于2 6 d b 。照然在小信号时上述的量化噪声就可能太大而达不到该标准一 裤决的方法乏一是采精不均匀哟薰纯分组，即将小信号的凝亿级差分细一骜，而将大信号酶 量化级差分粗一些。这样在量化分级不变的情况下做到无论信号大小信噪比均离于2 6 d b ， 擞方法称“压缩扩张法”，简称压扩法。 一般非线性压扩特性采捌豹是近似手对数蕊数的特性。c c i t t 建议豹愿扩率为a 攀和u 率。a 率通用于欧洲，是为3 0 3 2 路p c m 采用的。u 率通用于北美和日本，是为2 4 路p c m 果援匏。我霆采用熬跫a 搴。 a 率的输入电压u x 和输出电压u y 的关系归一化后为： 谚= 篇o 跳1 4 ( 椭号) = 篙筹i i 激妣端号) 鞘粕瀚甜6 3 d i g i t a lo u t p u t 1 1 1 ”o 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 e 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 ”0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 11 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 赫t 8 9 妫路7 d i g i t a lo u t p u t 一_ ， ， l r l 一一 - 25 v - 1 2 5 4o v + 1 2 5 v + 2 5 v 8 h7 0 a n a l o gi n p u t v o l t a g e 瓣) m s 时l s b 嬲2 - 3a 率编解玛嚣m t 8 9 6 5 鳇特竣特性塑 0 1 0 1 0 1 e 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 伯 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 10 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 鑫0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 镩，0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 11 0 1 0 1 0 0 0 t 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 小门数程按数字调度机的设计与实现 其中a 为8 7 6 ，邸目前a 率的压扩常数。摧a 代入上面二式，同时令u y 。i ，则可把 u y 城0 至1 分残均匀的8 段，著献一1 麓1 烈有i 6 段。考虑到u y 从一2 8 至2 8 闼斜率提等 则可把u y 从一1 至1 分成1 3 段折线。 3 2 路p c m 采用8 位礴，分为三部分：最离往代表极饿；剩下的7 位码 弋表1 2 8 个量仡 级。其中高三位为段落码，麸有8 段：低4 位为段内码，每一段分1 6 个量化级。 图2 - 3 为本文采用的a 率编码器m t 8 9 6 5 的模拟输入和数字输出的关系圈。图中m t 8 9 6 5 的编码进行了偶位的反囱处理。 2 2 2 用户摸块原理 一、用户模块： 蠲户模块是蔫声龚奇电话瓿鹈数字稳控交按系统孛数字交换隧络俘静接蕊。其功麓扫缡 为b o r s c h t 七个功能，具体是： b ( b a t t e r yf e e d i n g ) 馈泡； 0 ( o v e r v o l t a g ep r o t e c t i o n ) 过愿保护； r ( r i n g i n gc o n t r 0 1 ) 振铃控制： s ( s u p e r v i s i o n ) 监视； c ( c o d e c f i l t e r s ) 编译码和滤波； 。h ( 晦b r i dc i r c u i t ) 2 - 4 绒德会奄爨； t ( t e s t ) 测试。 1 。读电： 作用是对用户电话机提供通话直流。电流一般在2 0 m a 左右。同时要求馈电电路的对直 流楚低电阻的t 而对话音信号譬高阻抗。我国的镄窀电蕊蕊定为一4 8 v 。 2 过压保护： 用户线艇外线，研能受到锵电袭击，也可能和高压线碰撞。高压进入交换机内部就会损 坏交换机。避常在总配线架上瓣每一个翊户线都装有保安瓣即气髂放电警，它毙傈护交换规 使萁免受高压袭击。假是从保蜜器输出的电压仍可能达到上百伏，该电压也不允许进入交换 辊。鼹户电爨熬过压僳护裁楚宪残该功隧，瑟秘交换辊凑豹缳护魄拣螽二次绦护。 3 振铃控制： 小门数程控数字调度机的设计与实现 模拟电话视的来电提示为转铃信号，我国标准中该倍弩为交流7 5 v 。一般数字交换视中 采用振铃继电器。由继电器接点控制铃流。具体做法是由软件控制下启动掇铃继电器，向用 户电话机送铃流；当被叫用户闻铃声艏摘机应替，振铃电路送出截铃信号，停止撮铃。 4 盟规： 该功能通过监视用户线真流电流来监视用户线回路的通断状态。最终目的是检测用户话 飒瓣巍挂楗状态帮躲狰诱极发蹬麴拨学躲冲。 5 编译码和滤波： 编译羁器的任务楚完纛攘羧信号积数字信号闽的转换。模叛镶号变为数字信号自编玛器 ( c o d e r ) 宪成，而数字信号变为模拟信号则由译码器( d e c o d e r ) 完成。鬯们统称c o d e c 。 豳翦静编译码器通常由集成电路实现，黼对也蜜蜣编码前和译码嚣的滤波l 三l 及信号放大等功 能。 6 2 - 4 线混合电路： 混合电路罔来完成2 线和4 线的转换功能。用户话机的模拟信号是二线双向的，但是p c m 数字信号悬四线单向的，因此在编码以前、译码以后均袋进行2 线4 线的转换。以前该功 魏国混合线嬲实理，教稔漫会电路。 7 测试： 测试分多 溅饔肉溯二种。 澜懿功璇是曼蠹将震户线按至涌试设备，竣便瓣瘸户线遘蠡 测试；内测的功能是负责将内部用户电路接至测试设备，以便对内部用户电路进行测试。测 试歼关均为溪l 试继嚷器，由软件控利。 用户电路的功能框嘲如图2 - 4 所示。 ， 测掇过 馈监混 j 砝 1 一 编 试铃 莲 电视 d 习 瓣 口 _ j 开开保 电电 电码 美荚 护潞鼹 路 = 拳八走=嚣 1 _ j 图2 - 4 用户电路功能框豳 1 2 ! ：塑墼堡丝墼兰塑壁塑竺堡盐兰兰墨一 二、用户信令： 用户信令是指交换往中用户话机和交换机之间的信令，它包括用户状态信号及用户拨号 所产生的数字信号。 1 用户状态信号： 数字交换机对用户话机的直流馈电一般为2 0 m a 左右。用户摘机信号为从无直流电流到 有直流电流的变化：相反，用户挂机信号为从有直流电流到无直流电流的变化。 2 脉冲话机发出的用户信令： 脉冲话机发出的用户信号是直流脉冲，即用户线直流回路断开时间间隔；而两个脉冲之 间的间隔就是用户线直流回路连通时间。直流脉冲有脉冲速度、脉冲断续比和脉冲位间隔3 个参数。脉冲速度为每秒针话机发出的脉冲个数，一般为每秒8 1 6 个脉冲；脉冲断续比 为脉冲宽度( 断) 和脉冲间隔宽度( 续) 之比，断续比的范围为：1 ：1 3 ：1 ：脉冲位间隔 指的是两位号码间的时间间隔，用以区别两位号码，一般不小于2 5 0 m s 。 3 d t m f 话机发出的用户信令： d 硼f ( d u a lt o n e m u l t i f r e n q u e n c y ) 话机送出的拨号号码有两个音频组成。这两个音频 分别属于高频组和低频组，每组各有4 个频率。每个号码取其中一个频率。具体的号码按键 和相应的频率关系如表2 - 1 。 表2 - 1d t m f 频率组合情况 高频( n z ) 1 2 0 91 3 3 61 4 7 71 6 3 3 低频( h z ) 6 9 7123a 7 7 0456b 8 5 2789c q 4 1n茸n 4 铃流和信号音： 铃流和消耗音都是交换局向用户话机发送的信号。我国的标准为： 铃流源为2 5 h z 正弦波，幅度为有效值7 5 v 。振铃为5 秒断续，即1 秒送，4 秒断。 信号音源为4 5 0 h z 正弦波，最常用的信号音为拨号音、忙音和回铃音，如表2 2 。 小门数程控数字调度机的设计与实现 袭2 - 2 信号音状态表 信号音名称含义结构 拨号皆通知主叫用户可以开始拨号连续信号音 忙酱表示被明棚户忙 f 司! ：塑陌困 匿铃蠹表示被l q 用户处于被震铃状态 _ _ 冈 t s 冈 2 2 ，3 环路中继横块原理 环路中继模块为二线模拟中继接翻，主要用于和上一级程控交换枧的网络互连。连接方 式为二线环路中继和上级交换机的用户线相连，因此对本变换机而亩，二线环路中继为模拟 中继接口：对主级交换极纛富，此二线环路接鞠为模拟臻户线。 环路中继模块的功能为： i 当二线繇黯接掰作为出屡攘块弼辩，其俸蠲鞠当手一个亳话辊，接受上级蠲产线静馈毫， 并可向外发脉冲号码和双音频( d t m f ) 号码。 2 当二线环路接霜作为出两模块用时，其作用除了相当予一个宅话杌外还能继续入胬的自 动转接和人工转接。进行自动转接时一般只接收d n i f 码。 环路中继的麓它功能和用户电路相当，其功能糨图如图2 - 5 所示。 溅 发过售 滢拉 编 用户线试粥 压号 上k 垌 码 口 i 。_ j 拜拜 僳蕊 逛璐 关关 护视路汪 器 。一 圈2 - 5 环路中继电路功能框圈 1 4 小门数程控数字训度机的设计与实现 2 2 4e m 中继模块原理 e m 中继模块为四线模拟中继接口，主要用于和专用网的e m 中继接口相连。e m 中继的标 准有好几种，本文采用的是单e 单m ，即每路矾中继有一条m 线、一条e 线、一对音频发 线、一对音频收线，一共6 条线。其连线图如图2 - 6 所示。 话音发话音收 本 e话音发话音收e对 地 mm 端 交中话音收话音发中交 换继话音收话音发继换 机 机 m 线e 线 e 线m 线 图2 - 6 脒中继连线图 e m 中继的接续原理是： i 线路信号：e h i 中继的线路信号即占线拆线信号由m 线发出，占线时m 线接大地，拆线时m 线悬空。对端的e 线一般接电阻后接一4 8 v 电源。当m 线占线时。则通路中有电流：拆线时 通路中无电流。 2 记发器信号：收发码信号大多从音频通路中通过d t m f 信号发出，也可从m 线上以脉冲形 式发出。 2 2 5 数字中继原理 不同与模拟环路中继和模拟叫中继，数字中继在传输过程中也是全数字化的，具有零 衰耗、高清晰度、商容量等明显优点，是目前使用最广泛也是最重要的中继形式。 本文所用的数字中继为3 0 路2 0 4 8 m b i t sp c m 方式，数据的帧结构如图2 7 所示。 3 0 3 2 路p c m 数据流的传输速率为2 0 4 8 m b i t s ，8 个b i t 为一时隙，3 2 个时隙为一帧， 1 6 个帧为复帧。 可以看出p c m 数据流为同步串行通信，其中第0 时隙为帧同步信号， 除第0 帧外的1 5 个帧的第1 6 时隙传送线路信令，第0 帧的第1 6 时隙含复帧同步信号。再 考虑到每个话路的线路信令占有4 个b i t ，那么1 5 个帧可传送3 0 路线路信令，而每帧中除 第0 和1 6 时隙外正好3 0 个时隙，所以3 0 3 2 路p c m 可同时传送3 0 路话路。 生竖鳖望篓墼兰塑堡塑堂堂型兰塑篓坠一 圈2 - 7e l3 0 3 2p c m 帧结构和复帧结构 每帧的第1 6 时隙( o 帧除外) 的数据格式为 a b c d 即为一个落路豹线踺信令。题翦，数字线路信令只采用了其中的a ，b ，c3b i t ， 即前向信号a f ，b f ，c f ：詹向信号a b ，b b ，c b 。它们的基本含义如下： a f 码裘豪发话交换弱状态或主嬲耀产拔态豹翦囱攘孽。 b f 码向来话交换设备指承故障状态的前向信号。 + c f 玛裘示话务爨再振铃绒强拆熬瓣囱信号， a b 码袭示被叫用户摘机状态的后向信号。 + 砖码袭示受话弱状态的藩向信号。 c b 码袭示话务员回振铃的后向信号或是否达l 被叫信号。 表2 - 3 为数字中继的线路信夸表。 数字中继舶记发器信令在话路中以数字化鲍鹭频形式传送，采照多频互控方式。多频是 指3 0 0 h z 至3 4 0 0 h z 静频频带中的频率组合，我豳使用的慰“六中取二”的编码方法。它们 的频率分割_ 淹： 前向储号：1 3 8 01 5 0 01 6 2 0 1 7 4 01 8 6 01 9 8 0 ( 8 z ) 。蠡鸯镶号：1 1 4 01 0 2 09 0 07 8 06 6 05 0 0 ( 珏z ) 1 6 小门数礁控数字调度机的设计与实现 表2 - 3 数字中继线路信令袭 编码 接续状态 前向后向 a fb fa bb b 示闲1 o10 占用0 0l0 占冈确试 00ll 被叫应答 0o0l 被叫先挂机0oll 主主h q 后挂机l0ll 叫l0 控 0l 复制主叫先挂机lol1 lo 0o ll 置被叫先挂机lo 不 lo 控 ol 制主叫先挂机1o 11 i 0 0ol 1 原被被叫先挂机l0 l1 列 l0 控主叫先挂机1o ol 制被叫蘑挂机lo 1l lo 闭塞l0 11 表2 4 为数字巾继的多频缡鹞绩号： 多频甄控方式是指信号传送过程中必须和对端发回来的证实倍号配合工作。每个信号 貔发送秘接收藏舂一个互控避程。每一个互控避程骞 个步骤： 1 去话记发器发送前向信号： 2 来诿记发嚣接收和谈掰前向信学后，发詹向信号； 3 去话记发器接收和识别后向信号后，停发前向信号： 4 来话记发器接收和识别前向信号停发后，停发厨向信号； 1 7 ! ：盟垫堡蝗塑兰塑堡! ! 堕堡生曼釜婴 表2 - 4 多频编磷信号表 频警h z 数码信号 f of lf 2f 4f 7f i l 1 3 8 01 5 0 01 6 2 01 7 4 01 8 6 01 9 8 0 1 1 4 01 0 2 09 0 07 8 06 6 05 0 0 1f o + f 1 十 2 f o + f 2 女 3f l + f 2 $ 4f o + f 4 女 5f l + f 4 女 6 f 2 + f 4 木 7f o + f 7 女 8f l + f 7$ 9f 2 + f 7 女 af 4 + f 7 8 f o + f l l 女 c f 1 + f 1 1女 d f 2 + f l i 女 ef 4 + f l l女 女 ff 7 + f 1 1 女 多频甄控中的前向信号肖k a 、k c 、k e 、数率信号、k d 信号多种；后向信号中有a 、b 两大类信号e 这里对其中的翦趣k d 、嚣囱a 售母、君寅b 信号接一篱单说明，翔表2 - 5 ，表 2 - 6 ，表2 7 所示。 表2 - 5 前向k d 信号含义 k d 编码k d 信号含义 1 长途半岛动呼q q 2 长途自动呼叫 3 甫内电话 4 数据通信 5 测试呼氍 1 8 ! ：盟塑堡楚鏊兰塑壁垫塑堡堡量壅型一一 表2 - 6后向a 组信母含义 a 蛆信号a 组信号含义 la 1 ：发下一位 2a 2 ：出第一位发起 3a 3 ：转至k b 信号 4a ：规键黢塞 5a 5 ：空号 6a 6 ：发融穗主l 鸯褥 表2 - 7盖向隅信号含义 k b 编码k b 储号禽义 长途或测试接续时( k d = l ，2 或6 )市内接续时( k b = 3 或4 ) l被嘲用户空阑被列翔户空闲置不控铡复琢 2 被叫用户“市忙”备用 3 被铡囊产“长虻” 4机键阻塞被叫用户忙或机键阻察 s被朝翔户为窘号 被列蠲户必空母 6备阁 被叫用户空闲主叫控制复原 如a 交抉机和b 交换机用数字中继相连，实行等位拨号；若a 交换机内的一用户邋过数 字中继呼叫b 交换机内的用户2 3 3 3 0 0 1 ，则具体的多频氨控过程为： a 1h la ia 1 a ia 1a 3 若b 交换机内的用户2 3 3 3 0 0 1 正在通话，则上圈的厢向k b 倍弩则为2 。 强v 0，奉f邸 l 3a| a 1i 3 l| 2 ，l-；， 疑向藏后 ! ：塑墼矍篓墼兰塑堡墨墼丝堡：i 莲型一 若a 交换机内的用户3 5 9 8 2 5 9 拨打“1 1 0 7 特服电话报警，则可能的多频互控过程是： k a k d 土j 前向 11a13 598259f3 焉寓 116llll llll3l ttttttt 干干卞ttt a 1a 1a 6a 1a 1a 1a 1 a 1a 1a 1a 1a 3k b 上图中前向信母中的“f ”表示主叫号码发送结束。 2 3 数字信号处理的基本原理及技术 亩于在数字程控交换系统中由大爨的数字纯的语音僚号需要熊琏，如4 5 0 h z 的倍号音、 用户信令中的记发器信号d t m f 、p c m 数字中继中的记发器信号m f c 。这些数字化音频信号的 采样频率均为8 k h z ，精度8 b i t 。对这魑信号的处理以前大多用专用芯片处理，成本昂贵， 馒髑的灵落性不亮。利用数字信号处蠼鳃全数字他处理方法，可攥能解决这些露题。 数字信号处理的主要对歙是数字信号，且是采用运算的方法达到处理的目的。目前基本 上骞辑释安珑方法，帮软锌癸瑷方法耧蠖 孛实魂方法。较律实瑗方法是撵按照数字偿号鲑理 的基本原理和算法，自己编写程序或者采用成熟的程序在通用计算机上实现，该方法较灵活， 毽逶算速度缆，一般遮不鹫实潜经瑾酶要求；硬俘实现撩瓣是按照疑体的蘩求和算法，设计 硬件布局图，一般采用通用的d s p ( d i i g i t a ts i n g a lp r o c e s s o r ) 芯片实现特定功能。这种 方法运算速度快，能较好酶谶行实对娥理。 通用的d s p 芯片内部均配肯多位数的乘法器釉累如器，结构上采用了溅水线工作方式以 及并行结构、多总线，另有遁含数字信号处理的专用指令，是一类可实现商速运算的微处理 器e 弱裁，d s p 芯片援处于亵遵发爱麴嚣尊期，遮发快，捧积小，蛙熊缆夷，徐捂迄苓鞭下簿， 用d s p 芯片实现数字信号处穗。正在变成或己缀变成工稷技术领域中的主鬻方法。 由子数字信号姓遵秘塞接辩象是数字信号，疑连貔方式是鼗馕运算弱方式，篌宅糟对予 模拟信号处理有许多优点，具体有： 灵活往： 数字信号处理系统的特性取决于系统参数，这些参数存储于存储爨中，缀容易改变，因 此系统的特髋也容翁敬变：甚黧通过改变系统的参数，系统变成了另外的性能完全不同的系 统。 2 0 生塑墼篓燕墼兰塑塞垫鳖堡生兰塞銎 一 离穰度帮裹稳定瞧： 数字系统的特性不易随使用条件变化而变化，尤其使用了大规模集成的d s p 芯片，设备 蕊擎，更撬离了系绞拣稳定健粒可靠瞧。窝蘩，大多数d s p 静位数捷瘫至l s 位懿主，在诗 算精度方面，模拟系统已不能和数字系统相比。 便于大蕊模集戏： 数字部件具有高度的规范性，对电路参数要求不严，容易大规模集成和大规模生产，因 丽数字系统体积小、质量轻、可靠性强。 毫性能指标：数字系统可以存髓、运算，现毫不再仅仪限于对模拟系统的逼近上，它可 以先成许多模拟系统完不成的工作。 虫于以上基于数字售号鲑避鳇数字袭绞寿整诤多优越熬蛙能，嚣嚣已广泛应雳程语音、 图象、通信、控制、自动化仪淡、自动梭测等许多领域。本文使用数字信号处理技术主要用 予数字纯谮酱信号的簸理。 本文中使用的d s p 芯片为t i 公司的t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 。 2 3 1 离散傅立叶楚换 本文中使用的d s p 技术燕簧用于数字化语膏信号的频谱分析，数字信母的频谱分析的数 学蘑础为德立时变换。傅立时交换共鸯四手中形式。 1 、连续非周期信号的傅立叶变换 设x ( t ) 为连续信号，量满是 i x ( 粕 。 ( 2 1 ) 那么，x ( t ) 的傅立叶变换存在，并定义为 爿( m ) = 卜( 咖一腑国 ( 2 2 ) 其反变换为 礤) = 去弘( ，印膨艘 ( 2 t3 ) 式中q 为囊频率，x ( ，q ) 为魏的连续函数，穆免信号x ( t ) 貔颓潜密度函数。男乡 ，由式 ( 2 1 ) 可知x ( t ) 不应为周期函数。 2 1 尘塑鳖墨篓墼兰塑窭墼墼望茎兰塞翌 2 、连续周期信号的傅立叶变换 若x ( t ) 为周期酌数，且满足d i r i c h l e t 条件，我们可以将其震为傅立时级数t 郎 x ( f ) = x ( 恐。弦脚 k = o ，蚺，如) 式孛q 。= 等，为信号静基波频率，娥。戈其繁k 次谐波糕率。菇( 瓣e ) 髂必x ( t ) 凌k 次 谐波处的傅立叶系数，它的幅度反映了信号x ( t ) 中所包宙的频率为西2 。的成分的大小。 因为x ( k f l 。) 仅在q o 的挫数倍上取值，所以它在频率轴上取离散值。肖( 聪j o ) 可由下 式浆出： x ( k n 。) = 7 雄) e - j k n 。t 旃 ( 2 t5 ) 这里，( 眦o ) 为谐波幅度的函数。 阁期信号的傅立时交换 3 、离散非周期信号的傅立叶变换 设h ( n ) 为一l s i 系统的单位脉冲响应，该系统的频率响应为： h ( e ”) = h ( n ) e - j ” ( 2 6 ) 该式即聋凑数薅翔彦捌麴傅立时变换，馨d t f t ( d i s c r e t et i m ef o u r i e rt r a n s f o r m ) 。式 中h ( e ”) 魁国的连续函数，鼠是周期的，周期为2 万。比较( 2 6 ) 式和( 2 4 ) 式可看出，( 2 6 ) 式的d t f t 也可以看作周期信号h ( e ”) 在频域内展开的傅立叶级数，其傅虚叶系数为时域 推广开来，对任序列x ( n ) ，只照属于1 空间，我们均可按( 2 6 ) 式定义它的d t f t x ( e ”) = x ( n ) e ” ( 2 7 ) 进步，可以认为( 2 7 ) 式为能量有限序列的傅盘叶变换。z 0 一) 也是m 的周期函数，周 期为2 z 。 同样，x ( n ) 可以由下式得出： x ( 疗) = 磊1 e x ( 口细) g 一面 ( 2 8 ) ! ：塑墼矍丝墼兰塑堕坐塑堡盐皇茎里一 4 、离散周期信号的傅立叶变换 设膏( n t s )