第2章 电路交换技术(一)

1、1 2 定义 电路，指承载用户信息的物理层媒质， 可以是一对铜线、一个频段或时分复用 电路的一个时隙。 电路交换模式，交换设备只为通信双方 建立透明的通路连接，不对用户信息进 行任何检测、识别或处理。 电路交换设备，常称作程控交换机，在 软件控制下，接收和处理用户呼叫信令， 分配资源，提供双向通信电路。 3 2.1.1 电路交换技术的发展 1876年贝尔发明电话。 最早的电话交换机，1878年英国人设计 了磁石电话交换机。 15年后步进制交换机问世，通过号盘话 机拨号使直流通断直接控制接续选择。 1919年后，纵横制交换机，采用记发器 集中收号，通过标志器驱动纵横接线器 动作完成自动接续。 4

2、 2.1.1 电路交换技术的发展 随着半导体技术发展，出现了半电子交 换机，准电子交换机。 计算机诞生后，将交换机的接续控制用 计算机完成，有了模拟空分交换机。 20世纪70年代，PCM技术成熟，产生了 数字程控交换机，交换技术进入了数字 化时代，可交换数字话音、数据和图文 业务。 5 2.1.2 电路交换机的分类 (1)按信息表示形式分：模拟和数字交换机 模拟交换机模拟交换机，交换机构对模拟信号进行交 换，包括人工交换台、步进制、纵横制等 交换机。 数字交换机数字交换机，交换机构对数字信号进行交 换，包括用于固定电话、移动电话语音交 换的程控数字交换机。 6 2.1.2 电路交换机的分类 (

3、2)按交换机构组织形式分：空分和时分交 换机 空分交换机空分交换机，交换机构由空分电路阵列 组成，接续电路在时域和频域上被通信 双方完全占用。 时分交换机时分交换机，交换机构由共享存储器或 共享总线组成，通信双方只在某一瞬间 占用连接媒质。 7 2.1.2 电路交换机的分类 (3)按控制方式分：人工、布线逻辑控制和 存储程序控制交换机 人工交换机人工交换机，通过接线员完成请求接收、 状态监视和接续操作。 布线逻辑控制交换机布线逻辑控制交换机，通过逻辑电路对 呼叫译码和选择接续通路。 存储程序控制交换机存储程序控制交换机，利用存储在控制 计算机中呼叫处理软件处理呼叫请求和 控制接续动作。 8 2

4、.1.3 电路交换技术的特点 (1) 面向连接面向连接，用户需先通过请求信号告诉 交换机所需的连接，当需求可满足并由 交换机建好连接后，双方才能通信。 (2) 采用静态复用、恒定带宽采用静态复用、恒定带宽，每个用户独 占通信链路资源，电路效率低。 (3) 实时交换实时交换，适合实时通信业务应用，不 会引入额外时延。 9 2.2 电路交换机的基本功能 2.2.1 电路交换呼叫接续过程 10 2.2.2 电路交换的基本功能 基本要求：基本要求： 能随时发现信呼叫的到来； 能接收并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； 能向空闲的被叫用户振铃，在被叫应答时 建立与主叫的通话电

5、路； 能随时发现任何一方用户挂机。 11 2.2.2 电路交换的基本功能 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。 12 2.3 电路交换系统的硬件结构 13 2.3.1 话路子系统 模拟用户接口 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；

6、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模拟用户接口须具备的功能 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。 14 模拟用户接口 测试测试T，通过继电器分别将外线或内侧电路，通过继电器分别将外线或内侧电路 连接到测试设备。连接到测试设备。 外线测试可检测用户线短路、断路、碰地、外线测试可检测用户线短路、断路、碰地、 搭接电力线等故障；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内侧测试模仿话机的操作过程检验各功能电 路是否正常。路是否正常。 振铃振铃R，通

7、知被叫用户有来话呼叫。，通知被叫用户有来话呼叫。 国标规定，振铃信号为有效值国标规定，振铃信号为有效值75V15V、 25Hz的交流电压，采用的交流电压，采用1s通、通、4s断周期断周期 方式向用户话机馈送。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振铃电压较高，该模块置于过压保护功能 模块之外。模块之外。 15 模拟用户接口 过压保护过压保护O，为防止雷电等高压损坏交，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、钳位二极管限线入口采用热敏电阻、钳位

8、二极管限 制大于制大于160V的电压流入板内；振铃电的电压流入板内；振铃电 路之后再用路之后再用48V钳位二极管保护内部低钳位二极管保护内部低 压电路。压电路。 馈电馈电B，向无源电话机馈送，向无源电话机馈送 -48V直流直流 电源，电流保持在电源，电流保持在2050mA，馈电电，馈电电 路要尽量减小对话音信号传输的跨接路要尽量减小对话音信号传输的跨接 和共模影响。和共模影响。 监视监视S，利用检测是否在用户环路上，利用检测是否在用户环路上 有直流流过来判别用户摘有直流流过来判别用户摘/挂机状态，挂机状态， 直流脉冲拨号数字变化。直流脉冲拨号数字变化。 二二/四线变换四线变换H，利用混合线，利

9、用混合线 圈或半导体电路完成外部二圈或半导体电路完成外部二 线传输到内部四线传输方式线传输到内部四线传输方式 的转换。的转换。 16 模拟用户接口 编译码编译码C，数字交换机只进行数字信，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号交换，外线用户环路采用模拟方 式传送话音信号，需采用式传送话音信号，需采用PCM编译编译 码器完成相互转换。码器完成相互转换。 极性倒换附加功能，当交换机获知本极性倒换附加功能，当交换机获知本 次呼叫的被叫已摘机时，利用继电器次呼叫的被叫已摘机时，利用继电器 倒换馈送给倒换馈送给a、b线的电源极性，以通线的电源极性，以通 知主叫终端开始计费。知主叫终端开

10、始计费。 传送主叫号码附加功能，传送主叫号码附加功能， 当该接口的终端作为被叫当该接口的终端作为被叫 时，在振铃间隙利用时，在振铃间隙利用FSK 调制器将主叫号送给被叫调制器将主叫号送给被叫 终端显示。终端显示。 DTMF收号，可利用专用收号，可利用专用 单片电路分录接收，也可单片电路分录接收，也可 以设置集中的收号器通过以设置集中的收号器通过 交换网络选择连接进行集交换网络选择连接进行集 中收号。中收号。 17 模拟用户接口电路实现示例 18 2. 用户级和远端模块 用户级，用户集线器的简称，完成用户话 务的集中和分配功能，对用户呼叫信令进 行预处理。目的是减少PCM链路和减轻主 控CPU的

11、处理负荷。 远端模块，远离交换机主体且用户话 务较为集中，将用户级和用户接口功 能部件移出交换机，然后通过数字中 继接口连接交换机。远端模块是一个 基本完整的交换机，但不对用户呼叫 进行接续处理，只是集中并转送给主 交换处理器进行处理。 19 3. 数字用户接口 典型的典型的2B+D基本速率接口模基本速率接口模 块结构。国标规定，采用块结构。国标规定，采用 2B1Q码、回波抵消技术，以码、回波抵消技术，以 数字方式在用户环路上传送数字方式在用户环路上传送 数据和话音信号。数据和话音信号。 基本速率接口提供两个基本速率接口提供两个64kbps 的的B信道和一个信道和一个16kbps的的D信道。信

12、道。 B信道可用来传输数字话音、低信道可用来传输数字话音、低 速图像和数据，速图像和数据，D信道用传送信信道用传送信 令和低速数据。令和低速数据。 20 2B+D数字用户线接口示例 21 3. 数字用户接口 基群速率数字用户接口，采用数字基群速率数字用户接口，采用数字 中继接口电路，但在信令方式上为中继接口电路，但在信令方式上为 用户信令方式，可提供用户信令方式，可提供30个个B信道信道 和一个和一个D信道传送语音或数据，主信道传送语音或数据，主 要用于大客户、集群用户的接入。要用于大客户、集群用户的接入。 基群速率数字用户接口，常称作基群速率数字用户接口，常称作 V5接口，接口，V5.1为一

13、个为一个2Mbps群，群， V5.2可有最多可有最多16个个2Mbps群。群。 22 4. 数字中继接口 数字中继接口是数字交换系统与数字中 继线之间的接口电路，用于交换机之间 及其他传输系统之间的数字信号传输连 接。 数字中继接口由码型变换、时钟提取、 帧同步和复帧同步、帧定位、信令提取 和插入、告警处理等模块组成。 23 4. 数字中继接口 24 4. 数字中继接口 (1) 码形变换码形变换，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。 (2) 时钟提取时钟提取，从输入PCM码流中提取 2.048MHz时钟信号。 (3) 帧同步和复

14、帧同步帧同步和复帧同步，帧同步就是确定 TS0的位置。搜索特定码组“x0011011”， 连续两次搜索到该码组即可确定TS0位 置。 25 4. 数字中继接口 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。 随路信令方式时， TS16用作话路状态信令通 道，30话路复用，每帧的TS16传2个话路的状 态，16帧为一个复帧。 复帧定位利用第0#子帧TS16传送“00001A11” 来标识。 26 4. 数字中继接口 (4) 告警检测告警检测，当时钟或帧同步故障，则强 迫进入搜索和再同步状态，并产生告警 信息。 (5)内部时钟内部时钟，两交换机互连，其时

15、钟永远 存在差异，不可能做到绝对同步，通常 利用弹性缓存器暂存输入PCM码流，用 本机时钟读出，使两交换机时隙相位达 到相对同步。 27 4. 数字中继接口 (6)信令提取和插入信令提取和插入，复帧第115帧的TS16 传送随路信令的线路状态信令，信令提 取时将每帧收到的8比特分成两个4比特 送给交换机控制系统，插入时则执行相 反过程。 (7)连零控制连零控制，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。 28 5. 模拟中继接口 29 5. 模拟中继接口 与模拟交换机互连的中继接口，采用模 拟中继线连接。 国标规定，模拟中

16、继接口类型和信令配 合多达18种，有二线、四线、六线和八 线接口，复杂，现已较少使用。 30 6. 信令设备 信令的作用是通知交换机控制系统实施通信电 路的建立和释放，控制呼叫进程。 信令可有直流状态信令、DTMF/MFC地址信 令、音信号和铃流、No.7分组信令，种类和格 式繁杂，并且不太适合交换控制系统处理。 信令设备，作用是收集各类信令消息，并转换 成适合控制系统处理的数据格式，或者执行相 反过程。 31 7. 数字交换网络 功能功能，将某条线路上某个时间传输的用 户数据信号搬移到另一线路的某个时间 上输出，递交给接收该信号的用户，以 实现任意两用户间的互连通信。 32 7. 数字交换网

17、络 33 2.3.2 控制子系统 主要由处理机组成，存储器作主要由处理机组成，存储器作 为辅助环境，存储处理程序、为辅助环境，存储处理程序、 交换机资源的状态和参数，控交换机资源的状态和参数，控 制交换机动作，建立和释放通制交换机动作，建立和释放通 信电路。信电路。 远程维护远程维护 本地维护本地维护 34 1. 集中控制 主处理机负责整个交换机呼叫处理和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 和 已 建 立 的 连 接 。

18、 处理机都处于工作态，都接收当前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杂，但一般不会丢失当前的呼叫处 理和已建立的连接。理和已建立的连接。 35 1. 集中控制 优点优点： 处理机掌握整个系统的状态，可访问所有资 源； 改变功能一般在软件进行，较方便。 缺点缺点： 软件须包含不同特性的功能，庞大，不便管 理； 系统较脆弱，一旦故障会造成全局瘫痪。 36 2. 分级控制 * 用于控制的每台处理机只能访问部分资 源或控制部分功能。 * 按照其在管理任务中的关系，又可分为 单级多机系统和多级多机系统。 37 （1）单级多机控制方式 38 （2）多级多机处理机系统 39 3. 分布式控制 分布式控制分布式控制，每个功能板均配置单片机和处理 程序，构成完整的基础模块，通过相互通信对 消息加工，协调完成所承担的功能或作用。 结构类似单级多机系