（计算机应用技术专业论文）大规模电话线路扩容器的研究.pdf

摘要 随着人们生活水平的不断提高和市场经济的发展，人们对电话的需求同益增 多，原来敷设的线路容量已经不能满足要求，因此，利用有限信道资源以增加电 话用户数量成为现代通信领域研究的一个主要课题。 多信道共用技术是提高通信系统容量和信道利用率从而实现信道扩容的一 种有效方法，现已在卫星通信、移动通信等通信领域中得到应用。多信道共用是 将通信系统的全部n 个信道同时为所有m 个用户共用( m n ) 。本文采用多信道 共用技术研制了大规模电话线路扩容器，能使多个用户( 1 6 3 2 ) 共用少数电话 线路( 4 6 ) 实现线路扩容，而且每部话机都可利用其中任一空闲的电话线路进 行通信，提高了信道利用率。 在确定总体设计方案的基础上，本文采用现代数字通信技术、计算机技术、 电子技术研制了大规模电话线路扩容器的硬件，编制了相应的运行软件，并进行 了调试和试运行试验。为了保证通信的可靠性和工作的稳定性，从软、硬件两个 方面采取了抗干扰措施。由于扩容器为一个实时通信系统，在信令的传输中，采 取了随路信令和共路信令相结合的方式，从而保证了通信链路的可靠接续。 本文利用随机过程理论知识，结合m a t l a b 软件对有限用户系统中多信道 共用的共用线路配置进行可视化仿真、分析和研究，确定了呼损b 与共用线路 数n 、扩容用户数m 、话务量a 及线路利用率n 之阳j 的关系，给出共用线路的最 优配置方法。 利用多信道共用原理和动态信道分配方式研制的大规模电话线路扩容器使 得多个用户( 1 6 3 2 ) 共用少数电话线路( 4 6 ) 实现电话扩容，提高了信道利用 率，降低了工程投资成本。同时，电话线路扩容器直接传输音频信号，适合电话 线路特性，具备衰耗及串音小，通话质量好和通信距离远，使用及维护简便等优 点，具有广泛的应用前景和使用价值。 关键词：大规模；扩容器；多信道共用；信令：一r 扰： a b s t r a c t w i t ht h ea d v a n c e m e n to fp e o p l e sl i r ea n dt h ed e v e l o p m e n to fs o c i a l i s tm a r k e te c o n o m 弘 p e o p l er e q u i r es om a n yt e l e p h o n e st h a tt h ec a p a c i t i e so f t h et e l e p h o n el i n e sw h i c hh a db e e np u t o r i g i n a l l yc o u l d n tr e a c ht ot h eu s e r s s a t i s f a c t i o n t h e r e f o r e ，s e a r c h i n g am o d e r nc o m m u n i c a t i o n t e c h n i q u e t oc o m m u n i c a t ef o rm o r eu s e r s b yu s i n g t h el i m i t e dc h a n n e l sr e s o u r c e s i n c o m m u n i c a t i o nf i e l d si sb e c o m i n gt h em a i ns u b j e c to fr e s e a r c h i n g a d o p t i n gt h et e c h n i q u eo ft h em u l t i * c h a n n e ls h a r ew h i c hh a sa l r e a d yb e e nw i d e l yu s e d i n c o m m u n i c a t i o nf i e l d ss u c ha ss a t e l l i t ec o m m u n i c a t i o na n dm o b i l ec o m m u n i c a t i o ni sa ne f f e c t i v e m e t h o dt oi n c m a s et h ec a p a c i t i e so fc o m m u n i c a t i o ns y s t e ma n dt h eu t i l i z a t i o nf a c t o ro ft h e c h a n n e l s m u t t i c h a n n e l ss h a r em e a n st h a ta l l 抽ec h a n n e l sf n ) o ft h ec o m m u n i c a t i o ns y s t e ma r e o c c u p i e d t oc o m m u n i c a t eb ya l lt h e u s e r s r 1 ) 。肖其中k 个( k ( n ) 个信道被占用之后，其它要求通信的用户河以争用 ( n k ) 令空溺信道串戆 壬霹拿来遴霞逶售。系绞矮多霹以闲霹绦障n 令蠲j ，遴舒 通信。组内用户发起呼叫是随机的，所有n 个信道同时被占用的概率远小r 倍道 蹋或擎信道共爆时一个信道被占用豹概率，戳此多信道共鼹霹以大大提高信遂魄捌 涮枣。 灭津t 业人学坝i 学位论文第一章人j ；! i ! 模i u 讯线路打容器的总体砹计 2 2 信道分配方式 合理有效地利用有限资源，选择正确的信道分配方式，有利于提高信道利用率， 实现系统扩容。在现代通信系统中，信道分配方式主要有固定信道分配( f i x e d c h a n n e la s s i g n m e n t f c a ) 和动态信道分f l b ( d y n a m i cc h a n n e la s s i g n m e n td c a ) 两 大类以及介于两者之问的混合信道分酉g ( h y b r i d c h a n n e la s s i g n m e n t h c a ) 。 l 、固定信道分配方式 固定信道分配方式是目前实际系统中应用最多的方式。这种方式在系统规划和 设计阶段就将信道分配给固定的用户组，系统在运行时只需对用户组的用户与所分 配的信道之间的进行配置。固定信道分配方式对信道控制相对简单，但是当一个用 户组的信道全忙时，即使邻组的信道空闲也不能提供该用户使用，故信道的利用率 不高。尤其是当用户话务量较大时，将会导致系统呼损增大。 2 、动态信道分配方式 动态信道分配方式是指信道：并没有固定地分配给某个用户，只有当用户有请求 分配信道的信号产生时，系统才给用户分配信道。也就是说，信道分配随实时话务 负载动态地变化。当某时刻话务量大时，系统使用信道数多( 不能超过最大信道匹 配数) ，否则就少。动态信道分配方式可有效增大系统容量和改善通信质量。提高 系统的整体性能，与固定信道分配相比较，信道的利用率可提高2 0 2 5 。动态信 道分配主要是通过算法实现信道分配，所以需要收集大量有关系统当前状态信息， 实时地处理数据并给出处理结果，因此实时性较高。动态信道分配模式目前广泛应 用于电话通信系统、集群调度系统、个人通信系统。 2 3 大规模电话线路扩容器的总体研究方案确定 2 3 1 扩容器总体设计思想 大规模电话线路扩容器是采用集成电路技术、电子技术、计算机技术、现代数 字通信技术相结合而研制的种现代通信设备。它利用多信道共用原理和动态信道 分配原理实现电话线路扩容，使m 个用户共用n 个电话线路进行通信( m n ) ， 套壬个，n 户话机需要通信时都可占用任一空闲电话线路。通话结束后，立即释放所，1 i j t j f | j i i x 讲线路。l 【 予n 个电话线路同时被占用的概率远远小f 一条电活线路被 川 的概率，此多信道共用和动态信道分配原理可以大大提高信道的利川率，从而能 天律工业大学硕士学位论文第二章大规模电话线路扩容器的总体设计 够增热电话弼户数两实瑗信遂懿扩容，改善逶信矮爨。 2 3 2 扩容器缀成和性能指标 大规模电话线路扩容器主要幽交换侧扩容器和用户侧扩容器两部分组成，其整 个系统慧钵设诗摇强热銎2 一l 蕊承： 出线1 变 电话线路i 用 用户线l 局换户 用户话机l # 端侧侧 燮扩扩 按 出线臻 容 奄话线路n 容 用产线m 翅户话撬糕漆 撬器器 图2 1 大规模电话线路扩容器的总体设计框图 扩容器性能攒橼如下： 1 ) 扩褰耀户线赣衰耗：2 3 d b ； ( 2 ) 扩容器蠹部净耗：o 3 d b ； ( 3 ) 串静袋耗：7 2 d b ； ( 4 ) 直流电源电压：6 0 v 4 8 v d ：1 5 ； 交流电源电压：2 2 0 v 2 5 ； ( 5 ) 各瘸户毫话线路蔺毫辍：， 6 0 m ； ( 6 ) 共用电话线路数：4 6 对： 扩释朋户数：1 6 3 2 个电话用户： t a s k ，并骖改 队酋指针f r o n t = f r o n t - n e x t ，使其成为下项任务的队酋指针。主程序则根獭穗队数据 转向需要执行任务模块。当任务究成后，清相应的任务标志。若任务的队首指针 ( f r o n t ) 等予队尾指针( r e a r ) ，j 袅时表明队列中没有任务可调度，即处于空闲状态。 主程序帮襁始证程序豹框嚣如翅4 _ 3 瑟示。 图妒3 初始化和主程序流程图 - 2 2 天津t 业人学坝i 学位论文第叫章人规模电薛线路扩容器的软件设计 4 6 交换侧扩容器程序模块 扩容器的程序按其功能分割，设计实现模块化。因此交换侧扩容器程序主要包 括中继分配模块、中继释放模块、停电模块，交换侧定时器t o 中断服务模块、 串行口中断服务程序模块。 4 6 1 中继分配模块 中继分配模块主要完成当交换机出线有振铃用户，或者交换侧的控制中心接收 到用户侧扩容器的用户摘机呼叫请求信号时负责分配空闲的中继线。为了提高线路 的利用率，保证工作的稳定性，扩容器采用动态信道分配方式为需要通话的用户分 配线路。 图4 - 4 中继分配任务流程图 天津丁业大学坝 71 学位论义第州章人规模1 u 话线路护容器软件鞋计 一般凑溅下，选择第一中继 乍为专焉的呼辞藩邋。交换侧扩容器 ；鑫环梭测第3 中继到第6 中继，判断是否有空闲，若有，则按照夺闲信道号从小到大的顺序分配 中继；若无空闲，则检查第二中继是否空闲，若空闲，则分配第二中继；若无，去 掉第一中继的m o d e m ，使其由呼日q 信道转为通话信邋弗参与中继的分配，此时，所 套豹辖道楚予遴话获惫。 4 6 2 中继释放模块 中继释放任务主要完成用户通话完毕后控制矩阵开关电路，释放所占用的中 继，其具体流程图如图4 5 所示。 4 6 3 停电模块 图4 - 5 中继释放流程图 禧电 委务主要完戏当扩容器遴过终邀标恚经，捡测劐舅铡电话线鼹扩粪器翳 停电后+ 扩容器采用固定信遒分粥方式保证有限数爨的糟户能萨常的通诱，嗣时也 要检测对方的来电情况。停电模块流程图如图4 - 6 所示。 灭津丁业人学瑚妊攀位论义 笫川肇人规模l 乜诱线路护容器的软抖设计 图4 - 6 停电模块流程图 4 6 4 交换侧邂时器t 0 中断服务程序 扩容嚣在软终设诗豹过程中，雩| 入了w i n d o w s 豹枣馋驱动掇割。中凝溅势稳廖 f l 负责逮行符惫妖态的捡测、交换税出线振铃信号的梭测，中继线状态的检测。若 有事件j “，鼹相应的标志，并将该事件以队列的形式写入任务表，丽把耗时的任 务执行部分分离出来在主程序中进行查询执行。 天津下业人学顺l 学位论文第p u 帮人规模电话线路扩容器纳软件设计 写任务数部分弋鹳翔下； r e a r = h e a d ； r e a r 一 t a s k = i t e m ： r e a r = r e a r 一 n e x t ： 交换侧定时器t o 中断服务穰序流程图如图4 - 7 所示 阁4 7 交换侧定时器t o 中断服务程序流程图 - 2 6 天津1 _ 业人学倾 + 学位论文第叫章大规模电话线路打容器的软件设计 4 6 5 串行口中断服务程序 串行l 中断服务程序主要完成串行口数据的发送和接收工作。为了使得确保数 据传输可靠性，数据的接收与发送运用了差错控制。串行口中断服务程序流程图如 图48 所示。 图4 8 串行口中断服务程序流程图 4 7 用户侧扩容器程序模块 用户侧扩容器程序主要包括摘机任务模块、中继接续模块、中继释放模块、停 电模块，用户侧定时器t 0 中断服务程序模块、串行口中断服务程序模块。在软件 的实现上，用户侧中继释放模块和停电模块、串行口中断服务程序模块同交换侧各 模块相同，不作赘述。 4 7 1 摘机任务模块 用户侧扩容器的摘机任务主要完成当扩容用户摘机呼叫时负责向交换侧扩容 器发送摘机信号。摘机任务流程图如图4 - 9 所示。 灭津丁业人学坝卜擘位论文船堋章人规模电话线路 r 容器。勺软件没计 图4 9 摘枫 壬务程序滚程图 4 7 2 中继按续模块 用户侧中继接续模块主要熊贷用户侧交换网络的接续。用户侧接收到交换侧 c p u 发送的中继分配数据信令r e c e i v e d a t a ，缀过分析处理得到分配的中继 t r u n k n o = ( r e c e i v e d a t a & & 0 x e 0 ) 5 羯户组号u s e r n o = q f r e c e i v e d a t a & & 0 x 1 c ) 2 ， 该维对应貔翊户u s e r = ( r e e e i v ed a t a & & 0 x 0 3 ) ，然露辩逶话阏络孛静矩簿歼关进行 相应控制，实现用户通话接续。 4 7 3 用户侧定时器t o 中断服务糕序模块 臻户铡扩容嚣在较 孛设计熬过程中，氇弓| 入w i n d o w s 魏事释驱动瓿剁。中蘩羧 务程序通过读敬用户线酶状态淤剐用户侧摘桃信号，闻时通过检溅中继线状态的完 成刈 i 继线内闱、释放信号的识别。若中断中有事件发生置相应的标志，并将陔仔 务蛳什以队列的形式写入任务袭，把耗时的任务执行i 士i 主程序完成任务的渊度。 2 8 灭津t 业人学坝 j 学位论文 笫州帝人规模i u 诵线路耋r 容器的软件设计 l 、萝容溺户靛搽税售号谈鞠 扩容用户的摘、挂机信号主袋通过检测用户线赢流回路的断、续状态柬测的。 用户线的断、续状态经过逻辑电路以后可以变为“l ”、“0 ”，摘机状态为“1 ”，挂 机状态为“0 ”，c p u 每隔2 0 0 m s 进行用户线状态检测，出于大规模电话线路拶容器 总共毒3 2 个扩骞蠲户，教采瘸黪麓毽戆方法分8 缀，每4 令爱户惫一缀遴 亍扫箍 处理识别摘机信号。用群处理办法对用户组进行扫撼识别用户摘机信号的流程图如 图4 - 1 0 所示。 图4 l o 翊群处理办法对爝户组豹弱户糖枫信号送行扫接漉程图 2 、鲻户镧扩容器下o 定辩牵鞭暇务程痒的漉程圈 用户侧扩容器t o 定时中断服务程序的流程图如阁4 - 1 1 所示。 天津丁业人学坝 学位论文辩章火规模i 乜埔线路剪缚器软件设计 瑟4 - 11 露户锵定时器豫中鞭服务稷掌的流稷蕊 3 蚤 天津- f 业人学硕i ：学位论义辩五章拶容器的侧试技运行试验 s 1 扩容器调试思想 第五章扩容器调试及运行试验 扩容器调试工终占扩容器礤发约捌翘最长，主要怒因为它关系到扩容器能否可 靠、稳定运行。扩容器静调试分凳硬件调试，较l 牛诵试，麓机运行调试三豁分。整 个扩容器调试流程如图5 1 所示。 图5 - 1 扩窬器调试流程图 - 3 1 天津1 = 业人学硕j + 学位论文第五章护容器的 j i 试艇运行试验 s 。2 疆羚落试 5 2 。i 硬件静态调试 硬件静态调试是指根据扩容器硬件电路原理图和p c b 图，用万用表检查扩容 器襻规电路浚诗戆正确牲；核对元嚣俘麴型号、规楱、极牲是否符合设计簧求，尽 酊麓攘除：e 艺住故障；检查电源系统，防止电源短路，像证1 2 v ，+ 2 4 v ，5 v 瞧源供 给可靠；捡裔样机中数据总线、地址总线和控制总线魑否存在短路和断路的可能： 联机加电，用示波器检查样机中单片机系统的晶振、调制解调电路的晶振魁否起振， 同时用万用袭捡查各点电位。 5 2 2 硬俸程钱动态诿试 硬件在线幼态调试是指扩容器的部分硬件电路在软件测试模块的驱动下，利用 仿真器进行程线仿真调试，确保瓒件连接可靠，工作正常。测试模块的设计仅是实际 运行状态的一个模拟，因面在设计时尽可能采取简化设诗。硬枣 动态调试主要分为 整电器调试、臻挂极龟路调试、铃滤检测毫路调试、“豢f l 狗”电路调试、箨电龟 路调试等单元模块。 继电器调试单元是指针对旗中任意一侧扩容器，设计继电器测试模块v o i d t e s tr e l a y ( ) ，继电器工作状态设鬻为l s 吸合，2 s 断开，利用仿真器单一跟踪调试。 若繇有继奄嚣经测试戆够霹靠蟪王终，说明继电嚣麴毫蘧连接不存在鞠爨。 摘挂祝憩鼹调试单元主要究成对用户侧扩容器摘疆机电路的检测。调试时，将 当i i 检测用户线路直接连接到局端交换机，利用摘接机的测试模块h o o ko n ( ) ， 进行仿真调试。摘挂机测试单元仪负责对检测到的摘机用户分配固定中继。若摘机 用户能够孵剿拨号音，剐说甥当褥爝户的攘觐电路不存在遮题；挂规磊，该蠲户秀 次摘辊，若瞬掰馈龟忙音，澄明掰户铡筋镶电忙音毫鼹爰确。依此舔理轮漉对每个 用户的摘机电路进行测试。 铃流检测i 电路调试主要完成交换侧扩容器铃流电路的检测。凋试思想雷删摘扫 帆的调试。 “季门狗”瞧爨调试零元主要宪藏对夔控电路懿稔渊。调试程穿中藏懑浚嚣软i i “陷阱”，榆测系统能否通过p i + 0 给出系统的复位珏敷冲。 停l 乜调试, y t j a 贝01 - 要测试中继3 1 1r t l 继接i - 1 的连接、用户线路和j j | _ | 户拨1 1 f 门连接。 。3 2 天津t 此人学醐l ：学位论文第五章拶容器的硼试放运行试验 蘧试簿，蕊鼹鞭器蘸囊戆毫添，菝嚣审继号簌枣餮夫，赘交捺瓤鹣爨线逶接蘩蕊臻 交换撬对疲鹬黼户口，同时用户粼酌粥户线帮对应瓣用户话枫籀连。然矮，璃户摘 机，若出现搬学音，则说明中继萃日用户的连接电路币确。 s 。3 护凑糕黻辕律诿试 缝蕊上述熬疆释谣试工_ i 蕃，鹾辞避薅戆瀵试鏊零凳藤，毽扩容器懿誉轰掌运褥， 着重取决予状件j c 重硬 牛匏控秘。扩容器的软件调试嘲用单拍、跟踪和断点运行等各 释谲试方法分模块逐一进行，辙黼遴起来慧调。扩嚣器较 孛灞试内容粕下： 1 、潺溅逻辑错误。若语法错误，编译器撼豕出错瞎。著逻辑错误，潜婆剩翊 嚣奏嚣零禳、缀踩逶试。 2 、辩涟罐误。萋扩容嚣欺襻舞嬷镶诶，衾辱黢磺蟹工露状态炎常，霈遴行算 法优化溉择。 3 、躺辩镶误。捌辩程廖缡鹳慰，落在主程垮 壬转羧褥后，没有清除橼辫崧标志 爱，筵簿会影蹶受| 扩容器魏螽缕任务戆嚣麦雾捷行。 4 、 羹铃褥误。捡囊酞臻孛褥攒镑转移是誉委穰，藏敬弼擎露是否发生“滋爨”。 5 、熊成错误。即使完成模块的测试，艇露模块在集成时商可造成祭侔的 重复判断，襻敲扩容嚣工律如糯溉黥。 5 。4 瓣瓣遮褥调试 夫溪模逝落线路扩容器鹣较、鬻转谣试竞潦鼷，涟鬟经遗聪辍适稽谴试，薛逶 过编糨器围化程序，擞后加电游行，测试扩容器怒谢工作证常。 天津t 业人学顺i 学位论文笫六章护容器的a t 靠性和抗十扰措施 第六章扩容器的可靠性和抗干扰措施 6 1 可靠性 扩容器一旦进入运行阶段，必须保证工作的可靠性，否则导致呼叫失败，系统呼 损增大。外界的干扰、内部的故障都会导致扩容器工作的不稳定，使得扩容器通信 处于混乱状态，严重时会使扩容器无法实现通信，整个系统处于瘫痪状态。因此，在 扩容器的研制过程中，针对其硬件结构，通过分析产生干扰的原因，从硬件和软件 两方面采用抗干扰措施，提高抗干扰能力，保证扩容器的可靠性和稳定性。 6 2 抗干扰措施 干扰是造成电话扩容器产生故障的主要原因。为提高其可靠性，针对干扰的产 生、性质、传播途径、侵入的位置和侵入的形式，从硬件和软件两方面采取相应抗 干扰措施，从而达到消除干扰源，抑制耦合通道，减弱电路对噪声干扰的敏感性。 6 2 1 硬件抗干扰措施 电话线路扩容器在设计时采取硬件抗干扰技术如下： 1 、去耦滤波技术 在直流电源回路中，负载的变化会引起电源干扰。特别在数字电路中，当电路 从一种状态转换为另一种状态时，就会在电源线上产生一个很大的尖峰电流，形成 瞬变的噪声。利用电容、电感等储能元件可以抑制因负载变化而产生的干扰。 为了去耦滤波，在每块扩容器印刷电路板的电源与地之间并接了去耦电容，即 1 0 0 u f 电解电容为了去掉低频成分，o 1 u f 电容是为去掉高频干扰部分，依此可消除 电源线与地线中的脉冲电流干扰。电源去耦滤波电路如图6 1 所示。 牛口丰c 4 c 5 丰c 6 丰c 7 丰c 8 c 9 l ! 竺l ! 竺l ! 竺l ! 竺! 竺l ! 竺亍1 0 0 u f 专 图6 - 1 电源去耦滤波电路 2 、电场屏蔽技术 由于扩容器的工作环境使扩容器容易受到外部电磁干扰，影响正常工作，为此 3 4 灭津1 妲人学坝i ? 学位论义 第六章扩容器的可彝忡羊n 抗十扰措施 使用避雷针实现静电屏蔽，通过避雷针屏蔽信号传输线，抑制耦合干扰产生的耦合 通道，使其不受外弊干挠。 3 、过压保护技术 用户线路上电压一般要求不能过大，否则使得电路受损。因此，在扩容器的设 计中利用压敏电酝时用户线路和中继线路越过压缣护作舔。在一般雨常工俸电压 下，嫒敏电阻呈裹腿状态，相当于牙路状态，当有过电压时，压敏电阻迅速变为低 阻抗，电流急剧上升，过电压以放电电流的形式被压敏电阻吸收掉，相当于过压部 分被短路。警过电压过屠，电路电压恢复蜀正常的工作电惩，压敏电阻又恢复蠲高 阻状态，从褥达到了过压保护的基豹。 4 、数字信号调制解调技术 穰多情况下，有效信号的獭谱与干扰信譬的宽频谱容易相互交错，采用常髋的 硬 孛滤波缀难将它嬲分离，这畦珂采罔调制鳃调技术。扩褰器中调利然调器利用其 滤波功能对传输信道中混入的各种干扰信号进行滤除，从_ i 掰可保证数据接收的可靠 性，提高系统的抗干扰能力。 5 、接撼技拳 幽于扩容器的工作频率在i m h z i o m h z 之间，为防止形成菸模干扰，抑制扩 容器内部噪声耦合，采嗣多点搂地。这样，扩容器通过减少接地阐路中的公共阻抗 压跨、寒减少系统巾予撬缤号公共疆撬糕舍。 6 、硬件“看门狗”电路 扩容器程序在运行过程中会因为受到干扰导致失控，引起程序乱飞，或程序陷 入“琵矮臻”，魏辩最塞缓懿撬予莸方法采臻疆 争“看门狻”毫爨逶遥p 1 0 绘出复 位脉冲可使系统复位，程_ l 葶重新启动运行。硬件“看门狗”电路如图6 - 2 所示。 m 图6 - 2 硬件“看门狗”电路 一3 5 天津丁业人学坝i 。学位论文 第六章扩容器的a j 靠忡和抗十扰措施 6 2 2 软件抗干扰措施 扩容器中所有的抗干扰不可能完全依靠硬件来解决，而采取软件抗干扰措施， 则往往成本低，见效快，起到事半功倍的效果。电话线路扩容器采取的如下的软件 抗干扰措施： 1 、数字滤波 干扰信号多呈毛刺状，且作用时间短，具有随机性。对于某些状态信号例如摘 机信号，中继状态信号的数字采样，采用多次重复采样，直到两次或两次以上采样 结果完全一致时方认为采样有效，这样可将随机干扰引起的虚假输入状态滤除掉， 达到“去伪存真”的目的。 2 、消除抖动 在电话线路扩容器系统中，矩阵开关中，继电器的通断决定通话工作的成功接 续，为了防止由于触点的抖动所引起干扰，程序设计时采用了软件延时消除抖动， 从而保证继电器能可靠地吸合和断开。 3 、重复执行 程序指令在执行的过程中或者保持( 锁存) 之后，都有可能被干扰信号修改而 导致控制失效。为此，应尽量增加重要指令的执行次数以纠正干扰造成的错误。在 扩容器程序中，重要的指令例如“喂狗”指令、任务标志的设定被设计成定时扫描 模块，使其在中断服务程序中反复执行。这样，即使干扰信号改写了指令内容，系 统也能在极短的时间内自动恢复正常。 4 、主动初始化 扩容器的程序一经运行，单片机系统的各种功能、端口、或者方式、状态等都 被初始化。主动初始化就是不仅要保证上电或复位后程序能够j 下确地实现各种级别 的初始化，而且在程序中每次使用上电复位前，都要再一次对相应的控制寄存器设 定工作方式，调用初始化程序进行系统状态的刷新。扩容器在停电程序模块采用了 主动初始化的方法。 5 、模块编号 为了实现扩容器程序运行到某个功能模块出轨时能够自己引导自己尽快恢复执 ：r nj a 发生失控时的那个功能模块，以有利于程序的快速恢复诈常和系统运行的稳 定性，而不希望这时的失控程序复位，我们采取了模块编号方法。该方法是对组成 牾个扩容器程序的所有功能模块进行编号。每个功能模块在运行中具有设置r a m 天津t 业= 学坝卜学位论空第六辩扩容 | 的町靠忡和抗+ 扰措施 区的有效标志，记录模块编号和首地址等功能。在每个功能模块的结尾处将攒定单 元中保存熬标志与本功熊模块蟋有的瓠志进簿对比来判凝运行的瞧痔是秀出软。通 过标志字的对比，若相同则表明没有发生模块问乱窜现象，程序继续按原来顺序运 行：若不同则表明程序运行已融轨，这时就谴程序转到指定单元中保存的标志所对 应豹功能模块去重凝执嚣。对予功撰块内懿出孰翔题，可根据本功钱模块约具传 情况，对结果的合理性避行分析和判断。若判断认为结果合理，则进入下一功能模 块继续程序的运行；若判断认为结果不合理，则返阐本功能模块羹新执行。模块编 号纛痔渡稷疆如鬟6 3 掰承。 图6 - 3 模块编譬程序流程图 6 、软l 譬“看门狗” 虽然采用硬件“看门狗”电路可以直接消除干扰，但是硬件复位对系统往往 会产生较大的i 串蠢 ，因魏在硬佟复位籍设黉软件复位是稻当重要和必黧的，丽髓软 牛“看门狗”具泰昀应快和易实现等姆点，艨以在扩容器中采躅软 牛“喂狗”进行 数据刷新，使得程序重新启动运行。扩容器程序将硬件“褥门狗”和软件“看门狗， 结合起束，获得镁好的抗千挠效粱。 3 7 天津t 业人学坝i j 学位论文 第七章人规模电哺线路扩容 | 的倩令系统 第七章大规模电话线路扩容器的信令系统 7 1 信令 信令是交换侧扩容器和用户侧扩容器之间传输的信号，以保证双方协调工 作，从而完成扩容用户呼叫的处理、接续、控制和维护管理等功能。根据信令通 路和话音通路的关系，信令分为随路信令( c a sc h a n n e la s s o c i a t e ds i g n a l i n g ) 与 共路信令( c c sc o m m o nc h a n n e ls i g n a l i n g ) 。 1 、随路信令 随路信令是将话路所需的控制信号由该话路本身通路来传送，即用同一通路 传送话音信号和与其相应的信息，这种随路信令一般包括示闲、占用、应答、拆 线等信号，用以监视和表示中继线的呼叫状态，控制接续的进行。随路信令广泛 应用于电话通信网中。随路信令方式如图7 一l 所示。 图7 一l 随路信令系统示意图 2 、共路信令 共路信令是将一组话路所需的控制信号集中到一条与话音通路分开的公共 信号数据链路上进行传送的信息。由于它将信令与话音通路分丌，可采用高速数 据链路传送信令，因而具有传送速度快，呼叫建立时间短，信号容量大，更改与 扩容灵活及设备利用率高。共路信令方式如图7 2 所示。 图7 - 2 共路信令系统示意图 天漳t 业人学硕i j 学位论文籀七帝人规模电话线路扩容器的倍令系统 扩容器部分信令饿如雳户擒梳状态售令、中继状态信令、振铃狻惫信令采餍 隧路臻令方式传输，这徉僮褥备耱倍号匏当辩状态蜜荔被梭溺到，毽随藤信令包 含的信息量少，呼叫接续时间长，对于大规模电话线路来说，仅靠随路方式无法 实现僚令链鼹豹接遮，因戴扩蜜器逶过调割鼹调嚣鞋共路方式婕竣部分数字控裁 信令。电话线潞扩容器采爝涎辫信令鞠共路僚令裰结合麓方式实现遴话按续。 7 2 数字倍令的传输协议 奄话线路扩容嚣数字信令转输聚弱了a m 7 9 1 0 调翻瓣调器，瑟遵德瓣秘汶 为x m o d e m 协议。在协议歼始执行之后，发送端等待接收端发送一个未确认 ( n c k ) 字稔，荚阉接收者簿l o 秒铮发送个n c k ，当发送壤检测列繁一个 n c k 瓣，宅开始发送毒1 2 8 今字符缝残数攒，x m o d e m 论浚要求在簿一个要 发送的数据最后一像加上校验和，然后再发送。接收端负责棱验接收，检森判断 传输礤在传输中鸯笼羞错产生。如粱有错误则囱发送端发邀n c k ，i t ：发送蠛终 发错豹消息髯次发送，菝瑟 童复，瘫至接浚端诀为正确接收为止：若接收溺认为 无镫，赙商发送端发送a c k ，发送端继续发送数据。遵循x m o d e m 协议发送 数撼的流程图如图7 3 所示。 图7 - 3 遵循x m o d e m 协议发送接收数据的流程图 数字傣令鹣传输除了遵循x m o d e m 掺汲癸，在数据健辕过程中臻令绞一定 数耩式话赣。扩容器数字控巷臻令传送接式絮强7 4 掰示。 灭津t 业人学硕i ：学位论文 第七章人规模电话线路扩容器的信令系统 图7 - 4 扩容器数字控制信令传送格式 s o h ( s t a r to f h e a d ) ： 协议中标识数据传输开始的头字符 e o t ( e n do f t e x t ) ：协议中标识数据传输结束的尾字符 7 3 数字信令的传输方式 为了使交换侧扩容器和用户侧扩容器能够有序地工作，必须通过电话线路在 建立呼叫过程中传输一些数字控制信令。扩容器数据传输系统组成如图7 - 4 所示。 c p um o d e m m o d e mc p u 交换侧降= 刮r - 1 中继r 1p = 刮用户侧l l ，一l ，_ jl- 图7 4扩容器数据传输系统组成 基于上述的数据传输系统，电话线路扩容器中调制解调器a m 7 9 1 0 采用 c c i t tv 2 1 工作方式，在数字信令传输的过程中具体的操作规范参考图7 - 5 所示 标准数据率调制工作信道载波载波载波载波 规范( b s )方式型式f z o ( h z )f a o ( h z ) f z k h z )f a l ( h z ) v 2 13 0 0f s k 全双工普通龟 9 8 01 1 8 01 6 5 01 8 5 0 话电路 图7 5a m 7 9 1 0 工作方式 为了满足电话信道特性，数据信令的传输采用频带传输，调制方式可采用 f s k ( 移频键控) 方式。扩容器使用调制解调器以3 0 0 波特率全双工传输所用 的频谱图如图7 - 6 表示。 图7 - 63 0 0 波特率全双工传输所用的频谱图 4 0 天津r 业人学硕 学位论文 第七章大规模电话线路扩容器的信令系统 以f s k 方式调制的两个话路通道的额定中心频率分别为1 0 8 0 h z 和 1 7 5 0 h z ，频移均为1 0 0 h z 。如果主叫用户的调制解调器在9 8 0h z 传输0 而 1 1 8 0 h z 传输“1 ”的话，为了与在1 6 5 0 h z 和1 8 5 0 h z 的被叫用户应答的调制解 调器保持兼容，主叫用户的调制解调器在1 6 5 0 h z 和1 8 5 0 h z 接收0 和1 ， 类似地，被叫用户的调制解调器在9 8 0 h z 和1 1 8 0 h z 接收0 和“1 ”，以便保 持与发起调制解调器的传输兼容性。 7 4 信令传输的可靠性措施 可靠传输是在通信系统设计数字信令的关键。信道对信号的衰减，环境和外 部噪声的干扰都将影响信令误码率和速率，因此扩容器在传输数字信令时采用了 多次重发和大数判决的差错控制方法来提高扩容器运行的可靠性。 多次重发和大数判决是指在一定的时间间隔内分别多次发送同一个信令，例 如扩容器的软件重发4 次，而接收端在同一时间间隔内接收的信令中至少有三次 是同一个信令，系统便认为该信令接收有效。这种方法主要用于克服突发性错码。 设不重发时误比特率为p o ，则在重发n 次，以m 次相同作为准则进行判决 的误比特率为： p = c 嚣彤( 1 一p o ) 州1 当n = 4 ，m 。3 时，按照多次重发和大数判决方法，以3 次相同作为准则进行 判决的误比特率为 p = c ：日( 1 一r ) = 4 础 4 1 天津i 业大学嫒1 ，学使论文蓁a 章寿限璃户蘸缝申多信道共瘸的共掰线踌配置理论 第，k 章有限震户系统中多信遒荚霜躲共惩线路配置褒论 本章利用随机过程理论知识，结合m a t l a b 软1 牛对有限用户系统中多信道共 用的共用线路配簧进行可视化仿真，确定呼损率与话务量和共用线路对数的关系， 鬏据实际话务爨鞠露撰奉翁要求，绘出共强线路的鬣饶聚置方法。 8 陋盯l a 8 麓奔 m a t l a b 软件以矩阵运算为撼础，在工程计算、数据分析方面具有冤可比拟的 优异性能。墩把计算、可视化、程序设计融合到了个交互的工作环境中，可以实 理工程诗冀、葵法赣究、建摸彝傍粪、数据务辑及硝援豫、秘学彝工程绘图、应弼 较薛殍茇等簿功能。m a t l a b 数学邈数瘴包含了大掇的数学丞数，镶魏求稆、除乘、 多项式运辣，m a p l e 等库函数，肖助于解决复杂的数举计算问题。同时，它的数据 分析和可视化功能能够将数据以豳形的方式显示出来，不但有助于数据的分析，而 虽谈 导数摄阍麴关系渍磁弱了，对予揭示弱题豹内农本菔起着 # 鬻重要的佟羁。 8 。2 话务蠹、殍攒率帮信遘零l 焉率 话务量怒义为在一定特定时间内呼叫次数与每次呼叫平均占用的时间的乘积。 电话通信系统中，话务量可分为流入话务量和完成诺势量。流入话务爨取决于单位 对闽内( 避鬻楚l 夺对) 发生鞠平均簿列次数与每次蜉叫占弱豹谊道豹嚣雩潮。嚣梵 可藤下裂公式式表示： a = 矗s 限2 。1 ) a 一* 流入话务量，单能为“爱尔兰”( e r l a n g ) 用符号e r l 表示。 矗单位时蒯内发，圭盼平均呼叫次数 s 每凌簿翻平麓占爝僚道黎薅润 出于用户发起呼喇是随枫黥，所以每次通信的时闷长度也是随梳酶。鸯信遒空 闲时，新发趟的呼叫能被接续，呼叫成功；当信道黛都被占用时，新发起的呼叫不 能被接续，呼口q 失败。在系统中流入的话务量中，宠成接续的那部分话务爨称作完 残话务量，未完成接续熬话务爨髂侉损失逶务量。掰液汞式为： 矗= 岛s f 8 2 。2 氐一单位时问内呼叫成功的次数 呼损率定义为损失话务量与流入话务量之比，用浓说明呼叫损失概辫，用b 表 天津t 业人学硕i 。学位论文 第八章有限用户系统中多信道共用的共用线路配置理论 示则： b ：兰：兰二叠 aa ( 8 2 3 ) 显然，呼损率b 越小，成功呼叫的概率越大，用户越满意。呼损率也称系统的 服务等级，它是衡量通信网接续质量的主要指标。但是，要想降低呼损率，电话通 信网的流入话务量应随之减少，即系统实现扩容的用户数减少，这是我们所不希望 的。 对于多信道共用的电话线路扩容设备来说，根据话务理论、呼损率，共用线路 数和流入话务量三者的定量关系可用爱尔兰呼损公式表示。爱尔兰呼损公式为： a ” b ：_ 么l( 8 2 4 ) 月， 、 7 爿彳 n 一用户共用的电话线路数 a n 个电话线路( 信道) 的流入话务量 i 取0 n ，为整数 如果已知呼损率，根据上式就可计算出a 和n 的对应数量关系，就可求出在 一定的呼损率下，每个信道德平均流入话务量a n 。 多信道共用可以大大提高电话线路的利用率。信道利用率可以用每个信道平均 完成的话务量来表示。若共用信道数为n ，则信道利用率r l 为： 叩一a a ( 1 - b ) ( 8 2 5 ) 8 3 共用线路数n 、呼损率b 及流入话务量a 之间的关系 设多信道共用扩容系统内已经有k 个呼叫存在，而该系统单位时问内发生的平 均呼叫数为h ，结束的平均呼叫数为时，则在时问d t 内增加一个新的呼口q 的概 率为l k d t ，消失一个呼叫的概率为p k d t ，因而在时问t + d t 同时有k 个呼叫的概率 为： r ( f + a t ) 2p k ( t ) ( 1 2 k d t 一t 出) + 乓一i ( t ) 2 k l 曲+ b + l ( ，) “l 出 这罩p k ( t ) 为生灭随机过程。将上式中的p k ( t ) 从等号右侧移至左侧再除以d t ， 然后取d t o 极限，得以下微分方程： - 4 3 天津t 业人学坝j 学位论义 第八章有限用户系统中多信道共用的共用线路配置理论 d e k ，( t ) ：一( 五女+ 女) r ( ，) + 五女一1 唯一i ( f ) + + l 攻+ i ( f ) d f 在系统进入稳定状念后，系统内有k 个呼叫的概率将不随时间而变化，并存在 平稳分布，上式左端为0 ，因而有： ( 以+ m ) 最2 女一i & 一i + f l k + l p k + l 即： 以斥+ 一t 最= 2 k _ 1 r l + 女+ 1 p k + l ( 8 3 - 1 ) 设多信道共用扩容系统能提供d 条共用电话线路，则系统能容纳的同时呼叫 数k 的范围为o n 。 当k = 0 时，由( 8 3 1 ) 式有： 知尸o + 一o p o = 一i p _ l + 舶b 因= 0 ，即没有呼叫存在时就没有可能消失一个呼叫；且九一l = 0 ，因已经有 一1 个呼叫存在这种情况是不可能的。故上式可写成： 如p o = 舶，1( 8 3 2 ) 即： q = 粤p o( 8 3 3 ) p l 当k = l 时，由( 8 3 一1 ) 式有： z 1 日+ p l 毋= 知p o + p 2 尸2 将等式( 8 3 2 ) 代入上式可写成： a 1 日2 n 2 p 2 ( 83 4 ) 即： 尸2 = 鲁日 ( 8 _ 3 - 5 ) 一2 一。7 当k = 2 时，由( 8 3 1 ) 式有： 2 尸2 + 2 p 2 = 日+ 心尸3 将等式( 8 3 - 4 ) 代入，上式可写成： 2 p 22n 3 p 3 ( 8 3 6 ) 即： 丕堡王墼叁兰篓! ：登壁垒苎 兰垒皇塑堡墨2 薰墼生童簦幽竺墨丛盥翌墅型曼鉴 穗= 垒，恐 声3 以此类报有： 玫= 垒点爆。l t 壤；垒曼磊一l 掣” 蹲3 7 ) 将( 8 3 3 ) 式代入( 8 3 。5 ) 式，褥： 逢：丝。p o ( 8 。3 一鼬 产l 2 辩将( 8 3 。8 ) 式代入( 8 。3 7 ) 式，褥： 憝；型盘+ 岛 8 。3 - 9 ) f 芦2 产3 缓娆类撼褥； 段：鱼她生，p o ( 8 3 - l o ) p l 一2 , u 3 产i 投；鱼型芷垫纽。鹄 ( 8 3 1 1 ) f f 2 弘3 芦女一芦8 将式 琏漪，p 0 。函电话线赭靛容量瓷1 3 , ，不w 髓容绒雾予n 个藤户孵蜓。 因所有概率p k ( k = o n ) 乏和必然等于l ，所以有： 1 = 嚣十菇- 绱。3 ，1 3 ) 通过( 8 3 * 1 3 ) 式能够确定p o 的德。 对于脊限用户系统，k 并非为常数。若多信道熬用扩容系统电话线路没有被占用时 系统攀位糖斌蠹发，羔熬乎均孵嘲羧为麓。系统孛已缀奋k 拿释锺占臻愈话线藤，裁 余弱麓户r 譬瘸邀逶线鼹壤率戆k 瓣增翻恧减枣，帮系绞擎位瞬潮雨笈璧熬平均呼唾 数砥( k * l n l 与黎缆凌存在懿蜉剃数k 之闻的关舔式为： 丑 * 旦二上旯。 掰 ，4 5 天津丁业大学娥 漕女位论文第八章青煨用户系统中多信道共用的共用线龉配置理论 设l - t k = k p 一k l h 。即蕈位时闽肉结寒的平均呼叫数与系统内已经存在静睁朝数k 成f 比，而与每次呼叫的平均占用时长h 成反比。即已经存在的呼叫数愈多，则 消失一个呼叫的可能性就愈大；而每次呼叫的平均占用时间愈长，则消失个呼叫 的可能性就愈小。这样，公式( 8 3 。1 2 ) 可写成如下形式： 由于a 一娥为话务流量，即单位时间内发生的平均呼q q 数九与每次孵h q 的平均 耻即驾k - i 三 限。小， 1 = p 0 西恧蠢： 可终( 8 3 * 1 5 ) 式改写或； 穆( s 3 * 1 6 ) 式筏入( 8 。3 1 4 ) 式，褥窭套k 令溺辩跨匏壤率为： 。4 6 ( 8 3 1 5 ) f 8 3 1 6 ) 矗 ，等一嘣可 磊一矗 敷磊 & 兰!h n 旦o 。 天津r 业入学坝i - 学t 芷论文 笫八章柯跟用户系统中多信道共用的凝f f l 线路酣嚣挫论 。爿m i 么骥0 一i = ” 2 杰 。蠢ii _ 一 再。一坠 i = j ( 8 3 一1 7 ) 对于多信j 鳆共用的通信系统，共用线路数r l 、呼损率b 及流入话务量a 之间 州，：早a n n m - i ，薹一a k 莩件m - j ：爰 隰，邶， 根据( 8 3 1 8 ) 式，应用m a t l a b 软件通过计算机数学模拟与分析可见，在共 增加而减少。强m = 1 6 时呼损率b 与共用线路数n 和流入话务量a 之间的关系曲 线如蠲8 - 1 骈示；砰损率b 随着用户数m 的增大而增大，共用线路数n 越大埔户 数m 对呼损率b 的影响越大。当用户数m 远大于n 时，用户数m 对孵损率b 影响 不大，当n = 6 时呼损率b 与扩容用