《现代交换原理与技术》课件第3章数字程控交换技术赵

第3章数字程控交换技术主要内容数字程控交换机是由计算机控制的实时交换系统，它主要由硬件系统和软件系统两部分组成。其中硬件系统方面会介绍程控交换机的组成框架，主要的接口模块及其功能，数字交换的基本原理和数字交换网络。软件系统方面，先介绍和分析软件系统的特点和组成，紧接着讲解程序的优先级和调度方法，后面简单讲解了程序设计用到的三种语言。最后，本章还会介绍衡量数字程控交换机好坏的性能指标，包括话务量、呼损以及呼叫处理能力。3.1数字程控交换机的硬件组成程控交换机的硬件系统分为话路和控制两个部分。话路部分包含数字交换网络和各种外围接口模块，如用户模块、中继模块、信令模块等。控制部分完成对话路部分的控制和管理，类似人工交换时代的话务员作用，由计算机来进行控制。数字程控交换机的硬件组成框图如图3.1所示。图3.1数字程控交换机的硬件组成框图1．话路部分话路部分用来实现交换机在建立通话过程中的实际话路连接和各种接口，是交换机的业务功能部分。（1）交换网络

目前程控交换机的交换网络全部采用数字交换网络，它直接对PCM编码的数字信号进行交换。交换网络是整个话路部分的核心，它连接各个外围模块。（2）用户模块用户模块中包含用户电路、用户集中器和用户处理机三部分。

用户电路通过用户线直接连接用户的终端设备——话机，主要完成BORSCHT七大功能，这七大功能详见接口电路部分。程控交换机中的用户电路大都采用独占方式供用户使用，即每个用户需要独占一条用户电路。大量用户电路与少量交换网络链路之间不能直接相连，因此通过需要通过用户集中器来实现用户电路与交换网络之间的连接。用户集中器主要完成用户电路与核心交换网络之间的连接，完成用户话务的集中和扩散。用户处理机完成对用户模块的控制功能和管理功能。（3）中继模块中继模块是交换机与局间中继线之间的接口设备，完成与其它交换机之间的连接，从而组成整个通信网。目前主要使用数字中继线。（4）信令设备信令模块完成交换机在话路接续过程中所必须的各种信令功能。

一是产生各种信号音，如拨号音、忙音、回铃音等，

二是接收电话机和其它交换机送来的各种信号，如接收并识别电话机送来的DTMF信号以及七号信令的发送和接收、识别处理等。2.控制部分控制部分是交换机的控制主体，完成整个交换机的控制功能，其实质是计算机系统，由处理机、存储器和输入/输出设备组成，通过执行相应软件，完成规定的呼叫处理、维护和管理的功能。在分级控制方式的程控交换机中，中央处理机负责对数字交换网络和公用资源设备进行控制，如系统的监视、故障处理、话务统计和计费处理等。外围处理机完成对交换网络外围模块的控制，如用户处理机只完成用户线接口电路的控制、用户话务的集中和扩散、扫描用户线路上的各种信号并向呼叫处理程序报告、接收呼叫处理程序发来的指令并对用户电路进行控制。（1）处理机处理机是整个控制部分的核心，用来执行交换机的软件指令，其运算能力的强弱直接影响整个系统的处理能力（2）存储器存储器一般指内部存储程序和数据的设备，存储器容量的大小会对系统的处理能力产生影响。（3）I/O设备输入/输出设备（I/O设备）包括计算机系统中所有的外围部件，输入设备包括键盘、鼠标等；输出设备包括显示设备、打印机等。3-2

数字交换原理

和

数字交换网络原因电话网中核心网和传输部分已经基本实现数字化；用户终端大部分是模拟电话；因此：用户电话语音进入数字交换网络前需要进行模/数转换；转换的位置为程控交换机的用户电路部分。3-2-1语音信号数字化和时分多路

一、语音信号的数字化模拟信号和数字信号模拟信号的特点是幅度连续（如话音、图象等信号）；数字信号的特点是幅度离散（如电报、计算机信号）。t100tuuA010011数字信号模拟信号抽样量化接收端编码信道解码低通发送端A/DD/APCM信号语音信号语音信号你知道吗！3-2-1语音信号数字化和时分多路

1.语音信号的数字化要经过三个步骤：1】

抽样将时间上连续的模拟信号变为时间上离散的抽样定理：抽样频率至少是所传交流信号的2倍。通话频带的300~3400约等于4kHz，因此抽样频率取8kHz。八月2518抽样门t00tt抽样信号0模拟信号2】量化：用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值,这有限个电平称为量化电平。tu0-1-423/2-30t量化误差1/2-2样值2.2443.10.8-1.4-2.6-3.2-2.80.2量化值24431-1-3-3-3量化等级越多，则误差越小。量化的目的：减少编码数，幅度离散与抽样的关系：抽样是把一个时间连续信号变换成时间离散的信号，而量化则是将取值连续的抽样变成取值离散的抽样值序列。

32路PCM采用8位码，分为三个部分：最高位为极性码，代表信号的极性；剩下7位代表128个量化级。其中高三位为段落码，共有8段；低4位为段位码，即每一段分为16个量化级。

3】编码：把量化后的信号电平值编为八位二进制代码。极性码段落码段内电平码

X1X2X3X4X5X6X7X8已知话音频率：300~3400Hz取fm=4KHz则

抽样频率：fs=2*4KHz=8KHz故

话路速率：B=8bit*8KHz=64Kbit/s带通滤波抽样量化编码复接信道分接再生解码低通滤波PCM码流接收模拟话音发送模拟话音

PCM的组成解调(接收)(发送)

二、时分多路通信和PCM30/32系统DEMUX复用器解复用器共享信道MUX复用——多路信号在同一线路上传输

为何要复用？

信道的带宽往往要比所传送的信号的带宽宽得多，为了充分利用信道的容量，提高信道的传输效率，开发了信道复用技术。多路复用：是指在同一个信道上同时传输多路信号而互不干扰的一种技术。为了在接收端能够将不同路的信号区分开来，必须使不同路的信号具有不同的特征。常用的多路复用方式:

频分复用FDM时分复用TDM码分复用CDM波分复用WDM空分复用SDM

时分多路通信的理论根据：抽样定理一路连续的模拟话音信号S(t)的相邻样值之间有125μs的时间空隙。时分复用的关键时分复用TDM：

（TimeDivisionMultiplexing

）

适合数字信号TDM时分复用：利用多路信号在信道上占用不同时间间隔的特征来分开各路信号如果信道仅用来传送一路话音，则有大量的空闲时间。为了充分利用传输信道的带宽能力和提高通信系统的有效性怎么办？

在125μs的抽样空闲时间内插入其它路的信号（样值信号），即利用一路信号采样的空隙，插入其余用户信号的采样值。时分多路复用的原理正常工作条件：两开关必须同频同相（转速、起始位置相同）。术语：收、发端保持同步。几个基本概念：帧：一个抽样周期的时间。（帧周期125μs）时隙（路时隙）：将时间分为一个个小段，这些小段时间称为时隙，即每个样值所允许占的时间间隔。位时隙：1位码元的时间帧结构 在一帧或取样周期内的时间分配关系，它包括了时隙、码位、同步和标志信号的分配关系。E1-帧格式0121631125ms=32时隙=2.048Mbps帧同步信令信道一种是的PCM30／32路时分复用系统一种是的PCM24路时分复用系统中国和欧洲各国使用北美和日本使用标准PCM时分复用系统对于PCM30/32路系统，在抽样周期Ti=125μs内，可以安排32路时分复用信号对于PCM24路系统，在抽样周期内，可安排24路时分复用信号。上述群路又称为基群和一次群。

PCM30/32系统的含义？PCM30／32路系统PCM30/32系统的含义：在1帧Ti=125μs时间内，共分为32个路时隙，其中30个路时隙分别用来传送30路话音信号，一个路时隙用来传送帧同步码，另一个路时隙用来传送信令码。E1：PCM30/32帧结构

——中国电话通信系统的时分复用方式帧结构11100101偶帧TS0奇帧TS0111A11111TS0TS16TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS8TS9TS10TS11TS12TS13TS14TS15TS17TS18TS19TS20TS21TS22TS23TS28TS29TS30TS31TS24TS25TS26TS270000adcbadcbadcb11A21acbdacbdacbdF0F1F15F2帧同步信号帧告警信号复帧同步和复帧告警第1路和第16路第2路和第17路第15路和第30路a、b、c、d不同时为0A1/A2:帧/复帧失步告警1帧=125μs不同帧的TS16的内容不同1复帧＝16帧＝2ms复帧结构F0F1F2F3F4F4F6F7F8F9F10F11F15F14F13F12同步：A1=0A2=0失步：A1=1A2=1帧同步码--TS0时隙0（TS0）是帧同步码，用于收发同步。偶数帧TS010011011偶数帧帧定位信号保留给国际用（目前固定为1）用于区别偶帧还是奇帧（偶帧为“0”，奇帧为“1”）奇数帧TS011A111111奇数帧保留给国内用（目前固定为1）保留给国际用目前固定为1用于区别偶帧还是奇帧（偶帧为“0”，奇帧为“1”）帧失步告警码，用于指示远端失步告警，非告警状态为“0”，告警状态为“1”标志信号码—时隙16时隙16（TS16）用于传送各话路的标志信号码。每一话路的标志信号按复帧传输，即每格2ms传输一次。abcdabcdF1第一路第十七路F2F15abcdabcd第二路第十八路abcdabcd第十五路第三十一路F1-F15的TS16用于传送标志信号，每话路的标志信号占用4b，因此每次可传2路标志信号。00001A211复帧位信号复帧告警和备用位F0F0的时隙16是复帧同步码组。1-4位是复帧同步码组本身，编码为“0000”；第6位A2为复帧失步告警码，失步为“1”，同步为“0”；其余3b为备用比特，如不用，则为“1”。PCM30／32路系统对于PCM30／32路系统，可以算出以下一组数据：帧周期：125μs；抽样频率8000Hz，意味着每秒采样8000轮，每轮的结果制作成一帧（周期1/8000＝125s），即帧速率8000帧/s。帧长度：32×8＝256bit路时隙：125μs／32＝3.91μs位时隙：3.91μs／8＝0.488μsPCM30／32路系统基群速率（总的信息传输码率）为：Vb=256bit/125μs=2048kbit/s

或Vb=8000(帧/s)×32(时隙/帧)×8（bits/时隙）=2.048Mb/s。每用户/每话路：8bit×8000Hz=64kbit/s由于32个用户中，有2个（TS0和TS16）需用来放置一些必要的公共信息。所以实际上只有30个是真正的用户，

效率为

30÷32＝93.75％

先为第一个用户A抽样，花了3.9s，把抽样结果编成8bit的数码，存在TS0时隙中； 然后为第二个用户B抽样，又花了3.9s……

等32个用户都轮完了第一遍，一共花了3.9×32＝125s，制作成了一个长为8×32＝256bit的帧。每一轮称为一帧。 然后再从头，又为第一个用户抽样第二次，放入第二帧的第一个时隙中。这时，距A用户第一次抽样隔了125s…… 1秒钟过后，一共制作了1000/125＝8000个帧，即抽样了8000轮，每轮32个用户依次抽样一次。即每个用户采样8000次/秒。。T1载波帧结构T1：

24路PCM帧结构相同的是：抽样频率8000Hz，即帧周期125s，帧速率8000帧/s。每时隙依旧8bit，即8bit/时隙，不同的是：T1的一帧只有24个时隙，即每时隙

125s÷24时隙/帧=5.2s/时隙每个时隙内的8bit中，前7bit是数据，第8bit是控制位。另外每帧的第193号bit为帧同步位。 所以：24×8＋1＝193bit/帧T1基群速率：193bit/帧×8000帧/S=1544kbit/s每话路：7bit×8000Hz=56kbit/s（NISDN）效率：（24×7）÷（24×8＋1）＝87％时分多路复用总结：TDM是将传输时间划分为许多个短的互不重叠的时隙，而将若干个时隙组成时分复用帧每个子信道所占用的带宽相同，每个时分复用帧所占的时间也是相同的（125μs）。即在同步TDM中，各路时隙的分配是预先确定的时间且各信号源的传输定时是同步的。对于TDM，时隙长度越短，则每个时分复用帧中所包含的时隙数就越多，所容纳的用户数也就越多。是否进行32路的复用就可以满足需要了？是否32路复用就达到对信道带宽的充分利用了？问题*码分复用技术CDM：（CodeDivisionMultiplex）

分别给各用户分配一个特殊的编码，用户可同时占用全部频带，也没有时间的限制（可以互相重叠）。 在接收端，只能用相匹配的接收机才能检出相符合的信号。*波分复用WDM：（WaveDivisionMultiplex）

光的FDM*空分复用SDM：（SpaceDivisionMultiplexing） 例：双向通信的每一方向各使用一根光纤。 两个方向的信号在两根完全独立的光纤中传输，互不影响，传输性能最佳，系统设计也最简单。但是浪费大。

数字程控交换机的任务是什么呢？程控数字交换机的根本任务是通过数字交换来实现任意两个用户之间的语音交换，即在这两个用户之间建立一条数字话音通道。3-2-2数字交换原理&接线器1.数字交换的基本概念1】时间交换：

注意，同一用户发话（输入端）和受话（输出端）使用相同的时隙编号。2】空间交换是将信息由这一条复用线上交换到另一条复用线上，时隙不变。将一个话音信息由某个时隙搬移至另一个时隙。数字交换的具体任务在交换机中用户间的通话体现为不同时隙的语音编码信号的交换。1、同一PCM母线，不同时隙间的信码交换；——T接线器2、不同PCM母线，相同时隙间的信码交换；——S接线器3、不同PCM母线，不同时隙间的信码交换；——交换网络2、时间（T）接线器功能：完成同一复用总线(PCM线)上不同时隙间的交换。原理：先存储，后转发。组成结构：SM(SpeechMemory) CM(ControlMemory)工作方式：只是针对SM而言，CM总是由时钟信号输入控制。输出控制：SM输出受CM的控制，顺序写入、控制读出输入控制：SM输入受CM的控制，控制写入、顺序读出注意简写T接线器的组成►由话音存储器（SM）和控制存储器（CM）组成1】话音存储器（SM）►存放各个输入时隙的8位PCM话音信息。►每个存储单元对应一个话路时隙。PCM话音信息单元数N=复用线时隙数SMT接线器的组成2】控制存储器（CM）提供话音存储器读写的地址；控制存储器的控制提供两个十分重要的信息；时间：在哪一时隙对话音存储器进行读或写；地址：在某一时隙对话音存储器的哪一个单元进行读或写话音存储器的地址信息单元数N=复用线时隙数CMSM的单元数=CM的单元数=时隙数SM位数为8；CM的位数由SM的单元数决定ARWA310SMCMWCPU控制RT接线器--输出控制地址计数器时钟地址计数器TS6TS176TS6ATS173101761766313029········21TS0313029········21TS01、SM内写用户名2、CM内写要求的输出/入时隙号3、SM、CM外都是时隙号。独门秘笈AAARW310SMCMWCPU控制RT接线器--输入控制地址计数器地址计数器TS6TS1717TS6Tddyoutitle时隙对应关系：整个通话期间，输入时隙-输出时隙对应关系不变，对每一帧都重复以上读写过程。例如：通话时长2min，时隙交换96万次。T接线器的容量：32×8bit（2M）一级T接线器所能交换的容量(时隙数),决定于SM允许的读写速度。话音存储器的位数总按8bit计算。实质：通过空间分割的手段来完成时隙交换。下面这句话相当重要，仔细体会一下，你能理解吗？

一起来练习输出控制方式SM012531ATS2ATS310121231CPU写时钟写时钟读读CMSMCPU写0121231BTS2BTS31012531时钟读时钟读写输入控制方式CMA231B关于数字交换网络（单T接线器）几点说明1、数字交换网络的入线和出线是成对使用的。发送方的话音数据经入线进入交换网络；经过交换网络交换的话音数据通过出线进入接收方。

2、一条入线和一条出线，在工程上称为一条HW（HighWay)。

3、如果某用户占用HW0的入线的TS1用于发送话音信号，那么它肯定也会占用HW0的出线的TS1接收话音信号。我可以单独使用T型接线器来组建交换机吗？如果能，为什么还需要S型接线器呢？只用T型时分接线器完全可以组建数字交换网络，但其交换容量有限制。当连接到交换网络的PCM复用线超过2条的时候，就需要采用S型接线器来完成复用线之间的交换。3.空间接线器（S）功能：完成不同复用总线(PCM线)上同一时隙间的交换。原理：控制电子交叉矩阵接点的闭合。组成结构：电子交叉矩阵

CM(ControlMemory)：控制交叉矩阵中的接点何时开闭;

工作方式：只是针对交叉矩阵，CM总是由时钟信号输入控制。输出控制：控制线与输出HW平行。CM内容对应输入线号输入控制：控制线与输入HW平行。CM内容对应输出线号1234567812345678输入线输出线交叉点交叉矩阵实现简单的交换交叉矩阵：每条输入复用线可以选择到N条输出复用线中的任一条,矩阵中各条线都为时分复用线。各个交叉点在哪些时隙应闭合，在哪些时隙应断开，是由CM控制的。空间接线器（S）入线号时隙号0

1

2TS80812127TS8输入控制方式1出线号/CM内容012

012

1、找到要用的那2条出、入线，及交点，其他的不管。2、画与要求平行的控制线3、顺着控制线找CM，该CM自己的序号即是顺着控制线找到的入线。3.空间接线器（S）

如上图所示，对应于每条入线都配有一个控制存储器。由于它要控制入线上每个时隙接通到哪一条出线上，所以控制存储器的容量等于每条复用线上的时隙数，而每个单元的位数则决定于选择输出线的地址码位数。例如，每条复用线上有512个时隙，交叉点矩阵是32×32，则要配有32个控制存储器，每个控制存储器有512个单元，每个单元有5位，可选择32条出线。012TS80812TS8TS8输出控制方式1272出线号/控制存储器CM时隙号/CM地址入线号/CM内容空间接线器（S）012

012

控制存储器也可以按输出线设置，即每一条输出复用线用一个控制存储器控制该输出复用线上各个时隙依次与哪些输入复用线接通。空分交换网络的入线和出线在整个通话期间一直接通，属于空分交换；而空分接线器的入线和出线只在某个特定时隙接通，因此空分接线器还需要CM来控制在哪个时隙接通，属于时分交换。且慢，有一点不明，既然S型接线器的功能是这样的，那和空分交换有什么区别呢？输入控制方式输出控制方式控制线与入PCM平行就是输入控制方式，否则，就是输出控制方式。控制箭头与哪一条PCM相连，相应的控制存储器（CM）就是该母线的控制存储器PCM0PCM0PCM1PCM1PCM0PCM0PCM1PCM1TS1TS1TS14TS14011431110114310TS1TS1TS14TS14CM0CM1011431110114310CM0CM1时隙号PCM号空分(S)接线器的工作原理一起来练习输控制方式PCM3PCM3PCM6PCM6TS10TS10TS20TS20CM6CM30102031020311036输控制方式PCM3PCM6PCM6TS10TS10TS20TS20CM3CM601020311020311036出入PCM3区别T型接线器S型接线器完成的交换类型时隙交换母线交换交换过程有无时延存储交换，有时延实时交换，无时延可否单独构成数字交换网络可否。必须与T接线器组合使用T接线器与S接线器的比较TST交换网络T接线器－同一母线上不同时隙的信息交换。

S接线器－不同母线上同一时隙的信息交换。如把T、S结合起来，即可完成不同母线的任意时隙之间的信息交换。话音信息需双向传送，而DSN只能进行单向传输，这意味着一对用户需建立两个通话回路。1、作用：完成不同PCM母线上不同时隙间的信码交换2、组成：三级接线器。两侧为T接线器，中间一级为S接线器3-2-3

数字交换网络TST交换网络3.两条通道为完成双向通话，在数字交换网络中要建立两条不同的通路，一条由A到B，另一条由B到A同步时分交换网络62建立A→B的通路：建立B→A的通路TST交换网络4.原则：输入侧与输出侧T接线器可采用任一种控制方式，但两侧控制方式一般相反。S接线器也可使用任一种控制方式输入侧、输出侧及中间S接线器的控制单元都有一个相同的空闲时隙两条内部路由占用的时隙号满足“反相法”（半帧法），即：A到B方向的内部时隙数：TSa=i，则B到A方向的内部时隙数：TSb=i

+N/2(N为总时隙数)半帧法目的：减少CPU路由选择的次数TST交换网络5.TST的CM合用问题可以看出：在相同的单元写入的是相差半帧的内容，10和26。写成二进制的形式如下：

10——0101026——11010再如5——0010121——10101

仔细分析可以发现，相差半帧的两个数的二进制形式中，只有最高位不同。这样，两级T完全可以合用一个控制存储器，只需把一边的数据线的最高位反相即可。65工作原理（方式一）例：用户A占用PCM0、TS2（每条母线为32个时隙），用户B占用PCM7、TS31，A→B占用内部时隙为TS7，试填写网络中有关数据以完成双向通话。PCM0031313131313131313131000000000CP2223227312322331772307TS2TS7TS7TS31TS31TS23TS23TS2CPCPCPCM0CM7PCM7PCM0PCM7输出控制输入控制输出控制方式一SMASMB66工作原理（方式二）例：用户A占用PCM0、TS2（每条母线为32个时隙），用户B占用PCM7、TS31，A→B占用内部时隙为TS7，试填写网络中有关数据以完成双向通话。PCM0031313131313131313131000000000CP7723237223232327272307TS2TS7TS7TS31TS31TS23TS23TS2CPCPCPCM0CM7PCM7PCM0PCM7输出控制输入控制输出控制方式二SMASMB2025/8/1267两种方式性能比较方式一：如果SMA或SMB的某些单元损坏，则部分通路不能使用方式二：在内部时隙存放话音信息，即采用哪一单元是由CPU选的内部时隙来决定，如果SM发生故障，CPU只要使这一单元示忙，重新选择一个内部时隙即可，不影响外部通路；方式二：两侧T接线器的控制存储器的单元号正好和输入、输出时隙号相对应，这样便于检查那条通路正在通话中。结论：方式二比方式一优越，所以通常使用方式二。STS数字交换网络1、组成：输入侧和输出侧为S接线器，中间级为T接线器2、原则：输入侧采用输入控制，则输出侧采用输出控制；输入侧采用输出控制，则输出侧采用输入控制；中间级T接线器两种控制方式均可STS工作原理02PCM0PCM1TS2ATS17B117PCM0PCM1TS2BTS17AA2217

SM3SM0CM0CMA0CMB0输入S级输出S级TS2ATS17AB1217175211217052TS17BTS2B例：用户A占用PCM0、TS2，用户B占用PCM3(1)、TS17，SM0的2、17时隙空闲，试填写网络中有关数据以完成双向通话。TST与STS型交换网络性能比较TSTSTS网络成本低高路由选择简单复杂网络同步优差网络安全性差别不大网路内部阻塞无结论：TST更优，所以程控交换机大多采用TST网路2025/8/1271习题假设有两个小镇A和B，风光秀丽，人们和谐相处。小镇A上一共有64户人家，可巧的是小镇B上的人家与小镇A人数竟然相同。小镇A与小镇B之间想组建一个电话网，这样可以方便大家的交流，可是消息张贴出去很久，小镇上竟然没有一个人能接手这个工程。2025/8/1272习题72时间又过去了很长时间，依旧没有人能够胜任这份工作，镇长为此整天愁眉苦脸镇长有个非常漂亮的女儿，看到父亲为此事烦恼，她说：如果谁能完成这件工程，我可以做他的助手Ok，现在，你愿意接手这件工程吗？假定每个Ｔ接线器有64个存储单元。2025/8/1273习题2025/8/1273完成这样的工程，需要解决哪些问题1.如何为这64个用户分配线路和时隙？2.交换机是采用T接线器还是S接线器？或者都用到？3.如果T和S接线器都用到，那么它们之间怎么连接？4.语音信息在这些接线器内部是如何完成交换的？2025/8/1274解答1.如何为这64个用户分配线路和时隙？每个小镇共有64个用户，当采用PCM32时隙复用线时，每个小镇必须设置至少两条PCM复用线，这样针对交换机而言，有两条PCM32入线和两条PCM32出线。一共有64个时隙，这样每个用户正好可以分配一个时隙来使用。2025/8/1275解答2.交换机是采用T接线器还是S接线器？或者都用到？单独的S接线器不能构建交换网络，因此必须使用T接线器每个村子一共两条复用线，每条复用线上的信号是PCM32路，T接线器的Memory容量为64个单元，因此单一的T接线器即能满足要求，但是有两个村庄，所以必须使用S接线器。2025/8/1276解答3.

T接线器和S接线器如何连接？T接线器的Memory容量为64单元，S接线器交叉矩阵的规模为2×2一种连接方式是先使用T接线器进行时分交换，然后再使用S接线器进行空分交换。另一种连接方式是先使用S接线器进行空分交换，然后再使用T接线器进行时分交换。程控交换机基本结构存储器I/O设备话路部分用户电路用户电路出中继器入中继器CPU收发号器数字交换网络。。。控制部分3-3-1用户模块连接用户回路提供用户终端设备的接口电路完成用户话务的集中和扩散完成呼叫处理的低层控制功能程控数字交换机的终端接口包括用户模块、中继器和信令设备。1．

用户模块的基本结构三个部分：

用户接口电路：与模拟用户线的接口。交换网络：一个由一级T接线器组成，负责话务量的集中和扩散。用户处理机：完成对用户电路、用户级交换网络的控制及呼叫处理的底层控制（摘挂机识别、拨号脉冲识别、振铃控制等。直接控制硬件）。用户电路用户电路并/串串/并串/并用户级交换网络信号提取插入网络接口收号器扫描存储器分配存储器微处理机至数字交换网络HWHW用户模块结构

用户电路：用户线与交换机的接口电路2、用户电路用户电路分为模拟用户电路和数字用户电路。模拟用户电路用于连接模拟用户话机等模拟终端，数字用户电路用于连接数字话机等数字终端，主要用于窄带ISDN，目前很少使用。我们主要介绍模拟用户电路的基本功能。

（1）馈电（Batteryfeeding)

用户话机的工作电源由交换机的用户电路提供。馈电电压为-48V，摘机时，馈电电流为20—100mA，但通常的交换机的馈电电流为20—30mA。-48Vab用户电缆直流阻抗1K1K直流阻抗

300话机工作时，加在其上的电压为6—9V通话时，用户的话音信号经电容耦合至交换机内部。

（2）过压保护（Overvoltageprotection）交换机工作时，有可能遭到高压（雷电、电力线等）袭击，烧毁电路板，因此必须加以保护。过压保护分为2级:

第一级配线架安装保安器，主要用来防雷。

第二级为用户电路中的过压保护，防止保安器输出的上百伏电压输出。1、正常情况下，a、b线上电压比地低，比-48V高，桥路不起作用。2、以a线为例：当a线上的电压比地还高时…3、当a线上的电压比-48V还低时…4、对b线而言，情况是相同的。RRab-48V钳位于地钳位于-48VR为热敏电阻，电流大时，电阻也随之增大，功耗增大，直至烧毁以保护内部电路。

（3）振铃控制（Ringingcontrol）

当有用户呼入时，交换机应向被叫用户发送铃流（75V，25Hz）。振铃控制就是完成这一功能的。由于铃流电压较高，一般的电子器件是不能承受的，因此，通常会使用振铃继电器。是否向用户发送铃流，是由用户处理机来控制的。

在振铃控制信息控制下启动R继电器，就可将铃流送向用户。被叫用户闻铃声后摘机应答，振铃开关送出截铃信号，停止振铃。振铃节奏为1s通，4s断。1、当向用户振铃时…2、当停铃时…3、当振铃1s持续期间用户摘机…ab铃流源振铃继电器线圈+12V振铃控制截铃

（4）监视（Supervision）交换机要时刻监视用户的摘、挂机状态以及用户拨号脉冲状态。监视功能是通过检测用户线是否有环流来实现的。

1、用户挂机时，环路断开，电阻两端无降，监视信号为一电平状态（高或低）。

2、用户摘机时，环路接通，电阻两端会产生压降，经放大后，监视信号为另一电平状态（低或高）-48Vab用户电缆直流阻抗1K1K放大监视信号监视信号×监视信号

（5）编译码和滤波（CODEC&filter）编码器的功能是将用户线上送来的模拟信号转换为数字信号（PCM编码），即模/数转换；译码器则完成相反方向的转换。

通常，在编码器之前要进行带通滤波（300Hz—3400Hz），而在译码器之后要进行低通滤波。

（6）混合电路（Hybridcircuit）用户线上的模拟信号是以二线双向的形式传送的，但在交换机内部，传送的是四线单向的数字信号。混合电路的功能就是进行二/四线转换。1、用户线来的模拟信号进入混合电路时…2、译码器来的模拟信号经滤波器、放大器到达C处时，由于平衡网络的作用，C-B间呈高阻抗…平衡网络放大器放大器滤波器滤波器编码器译码器CBA××上行通路下行通路

测试设备用户外线用户内线外线测试：测试用户线上可能出现的混线、断线、短路、绝缘性等进行判断，进而排除.内线测试：测试交换机提供的话路、振铃、截铃、馈电等是否正常.（7）测试电路（Test）测试可由外接的测试设备，也可利用交换机的软件程序自动测试，测试结果可在交换机的维护终端上显示出来。模拟用户电路BORSCHT功能测试（T）测试电路处理机控制振铃（R）过压保护（O）馈电监视（B）混合（H）编解码及滤波（C）交换网络振铃电路用户外线监视电路（S）用户电路板举例----用户电路板3、用户话务的集中和扩散

交换网络译码器编码器TS0译码器编码器TS1译码器编码器TS31编码器译码器TS0编码器译码器TS1编码器译码器TS31HW0HW51、每个普通电话用户固定占用交换网络的一个入时隙和一个出时隙。通话无阻塞。2、普通电话用户的话务量较低，浪费系统资源。3、为了解决这一矛盾，在用户级增加一级交换网络。1207070707

这是2个256×256时隙的T接线器，将它们的出线分别复接…

组成了一个512×256时隙的接线器，它的入线连接用户电路，可接512个用户，出线连接选组级交换网络入线…

用户电路0用户电路31用户电路480用户电路511交换网络1207070707

512个用户分别固定占用用户级交换网络的一个入时隙，而用户级交换网络只有256个出时隙，这256时隙称为公用时隙。

512个用户只占用选组级交换网络的256个时隙，收敛比为2：1（集中）。有阻塞。用户电路0用户电路31用户电路480用户电路511交换网络1207070707这仅仅是一个上行通路，用于用户的话音发送，因而，也必须有一个下行通路。

用户电路0用户电路31用户电路480用户电路511交换网络上行通路1207070707

这还是2个256×256时隙的T接线器，将它们的入线分别复接…

组成了一个256×512时隙的接线器。其收敛方向恰好与上一个相反（扩散）。现将2个接线器图简化。交换网络512入256出交换网络256入512出交换网络用户电路0用户电路511交换网络交换网络512入256出256入256出512出256入上行通路下行通路交换网络

用户电路0交换网络512入256出256入256出512出256入交换网络用户电路0交换网络用户电路0512入256出512出256入交换网络用户电路0256入256出3.3.2中继器中继器是交换机和交换机之间的接口。中继器交换网络用户电路中继器交换网络用户电路A555001121B6660022拨号：6660022分析号码，不是本局用户，选择一条通往666局的一条话路。并预占交换网络中用户与中继器接通时隙。交换网络我已占用话路1，请占用相同话路。话路1已占用，请送被叫号码。振铃3.3.2中继器中继器是交换机和交换机之间的接口。中继器交换网络用户电路中继器交换网络用户电路A555001121B6660022交换网络被叫号码：6660022分析号码，是本局用户，且用户空闲，预占交换网络中用户与中继器话路1接通时隙，并向被叫振铃。交换网络已向被叫振铃。3.3.2中继器中继器是交换机和交换机之间的接口。中继器交换网络用户电路中继器交换网络用户电路A555001121B6660022交换网络交换网络回铃音振铃被叫摘机应答，停铃，接通预占时隙。被叫已应答。停回铃音，接通预占时隙。双方开始通话。拆线过程略。

可以看出，中继器是交换机与交换机之间传送控制信息和话音信息的通路。一、模拟中继器模拟中继线：中继线上传输的是模拟信号。模拟中继器：模拟中继线和数字交换机之间的接口电路。二、数字中继器1、定义数字中继线：传输数字信号的中继线数字中继器：数字中继线与数字交换机之间的接口设备2、作用解决数字交换机间信号传输、同步、信令配合三方面的问题。数字中继器的作用码型变换中继线上采用抗干扰能力强的HDB3码或AMI码在交换机内部采用处理效率高的NRZ码目的：1、保证传输的信号能准确地恢复2、以方便提取时钟信号。分离或集成话音时隙（1-15，17-31）和信令时隙（0和16）帧同步复帧同步失步告警话路状态信令的插入和提取帧定位数字中继功能框图由交换网络来码型变换线路信令插入同步信令插入插入控制PCM输出码型变换帧定位线路信令提取PCM输入至交换网络时钟提取帧同步复帧同步功能：接收和发送信令。包括：·信号音发生器：产生各种类型的信号音，如忙音、拨号音、回铃音等。·DTMF接收器：用于接收用户话机发出的DTMF信号·多频信号发生器和多频信号接收器：用于发送和接收局间的MFC信号。

·7号信令终端：用于完成7号信令的第二级功能。

3.3.3信令设备信号种类：单音频信号用户线：450HZ：拨号音、回铃音、忙音、空号音950HZ：催挂音1400HZ：三方通话提示音

音频信号双音频信号：中继线：MFC

（双音频信号）用户线：DTMF信号（双音频信号）1．数字化信号音的产生1】单频信号的产生T=2ms500Hz音频信号产生原理2msIIIIIIIV16125μs0例：500HZ音频信号产生162ROM1四位循环计数器译码器帧脉冲读出数据读出控制单音频信号产生原理

将信号按125μs间隔进行抽样（也就是8kHz的PCM抽样频率），然后进行量化和编码，得到各抽样点的PCM信号，放到ROM中，使用时对ROM按一般PCM信号读出，就是这个音频信号（数字化的信号）。单音频信号的产生将模拟的音频信号数字化。（思考为什么？）用8KHz采样，必须满足125us的整数倍。（思考为什么？）如500Hz，其周期为2ms，2000/125=16,单个周期即为125us的整数倍。需要16个单元存储采样后编码的值。如450Hz，其周期为2222.2us，2222.2/125,不成整数倍。那么多少个450Hz的周期信号是125us的整数倍？步骤求重复频率（即最大公约数）求重复周期。求抽样点数量。重复周期/125=8000/重复频率1234567891011若两倍周期满足125us的整数倍只按照一周期来抽样后的失真情况单音数字化举例假定要产生450Hz的信号音（拨号音），求语音存储器需要多少个存储单元，450HZ的信号被采样了多少个完整的信号周期?解：代入公式可得:m=9、l=160、T=20ms

因此：需要160个存储单元，450HZ的信号被采样了9个完整的周期例1、450hz，其周期为2222.2us，2222.2/125,不成整数倍？方法一：求周期的2222.2us与125us的最小公倍数，为20ms，因此重复频率为1/20ms=50Hz。即在20ms内，来了（20ms/125us=160）160个8000Hz的信号，把它们存储在160个存储单元里。释放的时候，把这160个原始小信号，合并成（20ms/2222.2us=9）9个新的大信号，等间隔的释放出去。就得到了9个450Hz的信号。方法二：求频率的450Hz与8000Hz的最大公约数，为50Hz。因此重复周期为1/50=20ms。即在20ms内，来了（8000/50=160）160个8000Hz的信号，把它们存储在160个存储单元里。释放的时候，把这160个原始小信号，合并成（450/50=9）9个新的大信号，等间隔的释放出去。就得到了9个450Hz的信号。高频组低频组H1H2H3H41209133614771633(Hz)L1697123AL2770456BL3852789CL4941(Hz)*0#D2】双音频信号的产生

电话机的双音(DTMF)拨号组成2】双音频信号的产生要求信号的两个组成频率都采样到周期的整数倍（这样组合而成的信号必然是一个完整的信号周期）◎与单音频信号唯一不同，只是多一个信号参与求最大公约数。然后用8000/重复频率（即最大公约数）得到需要的抽样点。

:需要的存储器单元数

Ｔ：重复周期例：f1＝600Hz、f2＝900Hz，由两种信号所组成。1006009008000

6

9

80T波＝1/100＝10ms在10ms内，f1历经了6个完整周期；f2历经了9个周期，有80个取样值。取80个样值应用举例2.数字音频信号的发送（占用时隙资源）1】用T接线器发送音频信号►先将数字音频信号存放在Ｔ接线器的某个指定单元（如TS0或TS16）。►当需要对某个用户送去音频信号时，则可从该单元中取出而送至该用户的所在时隙上。2】T-S-T链路半永久性连接法►半永久性连接是在开局时，就将各链路接好。►信号音接在TST网入口处的指定时隙TSi中，指定一条链路作半永久性连接，将各模块的链路TSi和TSi+半帧腾出来专门用来接续拨号音。3.数字音频信号的接收（占用时隙资源）这种数字音频信号我是如何听到的？单音频信号由话机接收，数字单音频信号在用户电路经过译码，转换成模拟信号后，送到话机。多音频信号有两种：用户电路送来的按键话机双音多频DTMF信号，由DTMF收号器接收；另一种是由中继器送来的多频互控MFC信号(记发器信号)由MFC收号器接收。接收器一般采用数字滤波器滤波，然后由逻辑识别电路识别。接收器根据每个滤波器的输出大小来判决输入信号包含的频率成分。F1数字滤波F2数字滤波Fn数字滤波数字逻辑识别输入输出多频的接收

硬件：由于微电子技术的发展，硬件的成本逐年降低。

软件：软件的成本却在增加，程序变得越来越长，越复杂。3.4程控交换软件系统

程控交换机的成本、质量（包括可靠性、BHCA、过载保护、可维护性等），在很大程度上取决于软件系统。交换机软件系统的组成

操作系统数据程序静态数据动态数据：（忙闲状态、拨号等）局数据系统数据：各局共有，与局条件无关支援软件（脱机软件）维护管理程序支援程序：（开发、生产用）测试程序呼叫处理程序交换软件用户数据故障处理和诊断程序应用程序系统程序运行软件（联机软件）局数据和用户数据都属于半固定数据我们讲交换机的软件主要就是讲这部分内容执行管理程序操作系统运行管理呼叫处理诊断维护操作系统20%运行管理25%呼叫处理15%诊断维护40%各部分程序在运行软件中所占的典型比例

当用户发出处理要求时，交换机都应立即响应，并在允许的时限内及时处理。软件要及时收集外部电路发生的各种事件，并对这些事件及时分析处理，并在规定的时间内做出响应，否则，就会导致丢失信息而使呼叫失败。1】实时性一、程控交换机软件的基本特点根据实时性要求不同，软件可分为不同的等级：故障级：时钟级；基本级3.4.1程控交换软件概述

2】并发性和多道程序运行（1）并发性有2个内容

①同一过程并发：用户呼叫过程是随机的，可能同时有多个用户发出呼叫请求，或有多个用户要求释放呼叫；

②不同过程并发：在同一时刻，可能有些用户发出呼叫请求，而另一些用户要求释放呼叫。软件应能同时处理这些问题。

（2）多道程序运行：提高CPU的利用率

处理机串行、分时处理某一件工作。

将每次的用户呼叫过程分成若干进程（任务）。处理机在处理某个用户呼叫时，完成一个任务后，并不等待外设动作，而是去处理另一呼叫请求，这样即可使多个呼叫“同时”得到处理。

3】可靠性要求高

可靠性典型的指标是：99.98%的正确呼叫处理；40年内系统中断运行时间不超过2小时。

冗余配置增强检错能力，尽快恢复软件提高： 原则上讲软件不会老化，但由于软件不尽完美，所以依旧会有运行错误。编程时需尽量采用模块化设计，结构化编程，使用高级语言。软件冗余： 增加监督程序，定时检测措施

5】可维护性要求高原因：系统有不完善的地方需要改进，新技术不断引进，业务的发展对软件提出新要求。措施：{模块化结构化参数化4】广泛的适应性软件要适应各个交换局的具体要求。二、数据驱动程序的特点及结构

数据驱动程序：根据一些参数查表来决定要启动的程序。

优点：当处理策略变化时，不必修改处理程序，只需修改表格中的部分数据即可。

条件

待执行的程序AB初始规范变化后的规范00R1R201R1R110R2R111R3R3动作驱动程序的流程图

AR2B1R31R100ABR2BR1R3001110(a)变化前的流程图(b)变化后的流程图

我们可以看出，规范发生了变化，程序结构也发生了变化。

如果采用数据驱动程序情况如何呢？首先要制做一系列的表格，然后用参数去检索这些表格，确认要执行的程序。一个表格由2行、2列构成。两行表示一个参数可能取0、1这两值。数据项程序或下一级表格地址程序或下一级表格地址标志0/10/1第一列为标志项，其值为0，表示其后的数据项的内容为要执行的程序的入口地址；其值为1，表示其后的数据项的内容为下一级表格的初始地址。

现在，我们用这种方法描述一下初始规范的执行过程。A值010R11B值01B值01第二级为两张表格0R20R3读A值，查第一张表标志?根据地址查第二张表，用B值检索查程序指针执行相应程序01

同样，我们也可以用这种方法描述变化后的规范的执行情况。读A值，查第一张表标志?根据地址查第二张表，用B值检索查程序指针执行相应程序01A值

0

111B值01B值01第二级也为两张表格，数据发生了变化0R10R300R2R1数据驱动程序的一般结构标志为0表示值域是程序入口地址，标志为1表示值域是表格的入口。1】局数据：各局不同

反映交换局情况，每个交换局所特有（1）配置数据描述交换机的硬件、软件的配置情况。硬件配置数据：说明交换机中各种硬件单板的配置数量、安装位置、相互连接关系等。配置数据一般只在系统容量变化时才修改。（2）号码翻译规则

如前缀分析表、地址翻译表。1、数据3.4.2程控交换软件系统的组成1】局数据反映交换局情况，每个交换局所特有（各局不同）公用硬件配置情况中继数与类别，信号设备数与类别，收号器数局间环境参数局向数、每局的中继器数和类别迂回路由设置出局、入局呼叫迂回路由提供情况接用户交换机用户交换机类别、入网方式、号码、中继线数记费数据用来确定有关的计费方式，如不同局向不同费率、不同时段不同费率等提供新业务能提供的新业务种类、每种业务能提供的最大服务的用户数各种号码本地网编号长度，局号，最多能收的号码等……..…………2】用户数据反映用户情况和属性，每个用户所特有静态数据用户情况如呼入/呼出限制用户类别如私人用户、共用电话话机类别DTMF或脉冲拨号出局限制局内、市内、国内、国际用户业务热线、叫醒、缩位等记费类别定期/立即记费，免费各种号码用户设备号、时隙号、局号、密码等动态数据临时状态数据用户的忙、闲、测试状态，用户的摘、挂机状态等，所占的收号器、时隙……….2.操作系统OS

功能：任务调度；内存管理；进程间的通信；处理机间的通信、定时管理、系统监督和恢复处理机硬件与应用程序的接口一个通用的操作系统的目的是向应用程序屏蔽硬件的差异性，并支持多任务。

8ms时钟中断故障级周期级基本级暂停时钟中断时钟中断时钟中断不同级别程序的工作顺序

在同一级中有很多任务，具体执行哪些任务由任务调度程序来管理，时钟级采用时间表法进行调度；基本级采用队列法任务调度。

3.4.3程序的优先级及调度方法这里的级别是按其实时性来划分的。2.时钟级程序的调度所谓时钟级程序，是指必须周期性执行的程序。如拨号脉冲扫描程序、各种扫描程序以及超时判断程序都属于周期级。周期级程序在定时中断的间隔执行，其周期性由定时中断保证。不同的周期级程序，其执行周期是定时中断的整数倍。

比特型时间表调度时钟级程序的基本原理

采用比特型时间表调度时钟级程序的基本原理。一、表格结构

比特型时间表的数据结构包括时间计数器、时间表、屏蔽表和转移表四个表格。

根据时间表单元数设置，是时间表单元地址的索引，以计数器的值控制执行时间表的各个单元的任务。每次时钟中断到来时，时间计数器加1。

执行任务的调度表。时间表的行数表明单元数，列数表明在每个单元里可以有多少个要执行的程序。每一位代表一个程序，在该位中填入“1”表示执行该程序，填入“0”表示不执行该程序。转移表的行号对应于时间表的列号，其内容是对应的时钟级程序的入口地址。屏蔽表只有一行，表中每一列对应一个程序，其值为“1”表示允许执行该程序，其值为“0”表示不允许执行该程序。

时间表两个重要参数

一个时间表所能调度的程序数等于该时间表的列数时间表能够支持的不同周期数等于时间表行数n的不同因子数。例：一个时间表的总行数为12，由于12有6个不同的因子：12、1、3、4、2、6。该时间表能支持的不同周期有6个。设时钟中断周期为8ms，则该时间表能支持的不同时钟周期分别为8ms，16ms、24ms、32ms、48ms、96ms。

时间计数器（初值为0）拨号脉冲扫描8msDTMF扫描16ms线路信令扫描24ms位间隔识别96ms用户线扫描96ms中继器扫描96ms计数器复位96ms定时器每8ms产生一次中断，计数器加1。1111111屏蔽表123456789101112时间表时间表，12行，7列。表中各项值为1比特，其值为0或1。程序转移表程序转移表，7行，与时间表每列对应；表项为该程序的入口地址（给出了该程序的执行周期）。时间计数器（初值为0）拨号脉冲扫描8msDTMF扫描16ms线路信令扫描24ms位间隔识别96ms用户线扫描96ms中继器扫描96ms计数器复位96ms1111111屏蔽表123456789101112时间表程序转移表当8ms中断到来时，时间计数器值加1，假设结果为1，将时间表第1行的值取出，各列值与屏蔽表各列值相与，然后进行寻1操作，如果某列为1，则执行与该列对应的程序转移表中的程序，直至将所有列为1的程序执行完。当下一个8ms中断到来时，进行同样的操作。周而复始。0101010时间计数器（初值为0）拨号脉冲扫描8msDTMF扫描16ms线路信令扫描24ms位间隔识别96ms用户线扫描96ms中继器扫描96ms计数器复位96ms1111111屏蔽表123456789101112时间表程序转移表111111111111101010101010100100100100100000000000100000000000100000000000000000000001实际应用中，要考虑负载的均衡性时间表为12行，主要是因为12可以被2、3、4、6、12多个数整除，这样，可以调度多种不同周期的程序。屏蔽表各列值可根据本阶段该程序是否应该执行设置为1或0对执行程序的周期要求（时钟中断为8ms）a.周期时间必须是8ms的倍数b.周期时间必须被96ms整除，才能组成整循环。时间表中一个循环为96ms，即要执行的程序最长执行周期为96ms。

3.基本级程序的调度

基本级程序：实时要求低，没有周期性要求的程序。可以等待插空执行，基本级程序在运行时构成进程，由操作系统调度执行。3.4.4呼叫处理程序的基本原理SDL语言简介功能规格和描述语言，是一种图形语言动态特征是一个激励——一个响应过程用来说明程控交换机的各种功能要求和技术规范以有限状态机为基础可以描述多个进程的执行过程常用符号：输入：判别：任务：输出：状态面状态号状态：局内A呼叫B的SDL进程图例A摘机1等收号0空闲拨号A挂机T03听忙音拨号A挂机T10空闲3听忙音2收号（逐位）号收够4振铃A挂机0空闲3听忙音0空闲5通话A挂机B摘机T3A挂机B挂机2收号（逐位）T0:首位拨号等待时间T1:号码间隔时间T3：振铃最长时间0空闲空号B忙

CCITT（现ITU-T）建议使用的三种语言：

CHILL语言 用于程序设计的高级语言，在软件详细设计阶段采用，主要用于软件的编程阶段；真正实现呼叫处理管理等程序。

SDL语言:

一种功能规格和描述语言，主要用于软件设计的前阶段主要包括系统功能的规定和描述，软件系统的流程设计、软件的详细描述等。

MML语言 一种交互式人－机操作和维护命令语言，用于程控交换机的操作、维护、安装和测试。3.4.5软件设计语言

3.5.1话务量Q：设计通信网中的交换设备及局间中继线设备数量时，主要根据是什么？A：所承受的电话业务量及规定的服务质量指标。Q：电话理论是什么？A：研究话务量、呼损率与交换设备数量之间的固有关系的理论。简称话务量指呼损率。即交换设备未能完成接续