《现代通信系统》课件-第1章 程控交换系统

第1章程控交换系统

现代通信的起源可以说是从电话开始的，电话满足了人们相互之间进行信息交流的需要。人们使用电话离不开电话交换机，交换机能够将任意两个电话用户接通。众多交换机连在一起就构成电话交换网，通过这个网，世界各地的电话用户可以相互通话。1.1电话交换简介电话交换的过程中，要经过电话机、交换机，以及交换网。电话交换技术的发展也是经历了这样的过程。一百多年来，这一技术得到了巨大的发展和广泛的应用，无论是在结构方面，还是功能方面，都已日趋成熟。

交换技术的发展最初的电话通讯只能在固定的两部电话机之间进行。张三李四王五自动交换的发展人工交换的缺点是显而易见的，如果能用机器来代替话务员的工作，那就能大大提高电话交换的工作效率。这就引出了自动电话交换机的产生。自动电话交换机的发展经历了步进制、纵横制、程控制等发展过程。机械式交换机步进制交换机和纵横制交换机都属于机械式的，入线和出线的连接都是通过机械触点，触点的磨损是不可避免的，时间一长难免接触不良，这是机械式交换机固有的缺点。

程控交换机房现在，数字程控交换机已经得到广泛普及。电话交换网的组成交换网中的交换机电话网中不同位置的交换机起着不同的作用，故有不同的名称，如端局、汇接局、长途局等。不同的连接线也有不同的名称，如用户线、中继线等。

国际通话举例程控交换机的基本组成

程控交换机是指用计算机来控制的交换系统，它由硬件和软件两大部分组成，其中硬件部分被分为两个子系统：话路子系统控制子系统

程控交换机的硬件结构用户交换机

交换机按用途可分为局用交换机和用户交换机两类。用户交换机也称为小交换机（PBX），用于单位内的电话交换以及内部电话与公共电话网的连接。可以用用户线与局用交换机连接，也可以用中继线与局用交换机连接。最常见的连接方式是半自动中继方式和全自动中继方式。PCM调制话音信号是模拟信号，送到数字程控交换机里后，必须转换为数字信号，即完成模数转换。模数转换技术有很多种，最常用的是PCM，即脉冲编码调制，简称为PCM调制。它的任务就是把时间连续、幅值连续的模拟信号变换为时间离散、取值离散的数字信号，并按一定规律组合编码，形成数字信号。该过程由抽样、量化和编码三个步骤组成。抽样抽样又称为取样，是指每隔一定的时间间隔抽取模拟信号的一个瞬时幅度值（称为抽样值或样值）。

抽样定理

一个模拟信号f(t)，它所包含的最高频率为fH，对它进行抽样时，如果抽样频率fS

≥2fH，则从抽样后得到的样值信号fT(t)可以无失真地恢复原模拟信号f(t)。例如，一路电话信号的频带为300～3400Hz，则抽样频率fS≥2×3400=6800Hz，一般经常选定：fS=2fH=8000Hz，TS=1/fS=125μs。

量化——实际上就是分级取整编码编码就是给每个已量化的电平赋予一个特定的二进制代码编码后得到的就是数字信号了。数字信号的传输速率（也叫码速）常用bit/s（比特/秒）来表示。1.2数字交换网络对于模拟信号来说，话音电路的交换就是物理电路之间的交换，也就是说在交换网络的入端和出端两条电路之间建立一个实际的连接即可。在程控交换机中，为便于传输与处理，常将多条话路信号复用在一起（一般是在一条传输线上复用30条话路），然后再送入交换网络。对于采用时分复用的数字信号来说，话音电路之间的交换就不那么简单了，因为在一条物理电路上顺序地传送着多路话音信号，每路信号占用一个时隙，要想对每路信号进行交换，就不能简单地将实际电路交叉连接起来，而是要对每一时隙进行交换。所以说，在数字交换网络中对话音电路的交换实际上是对时隙的交换。

时分复用（TDM）时分复用是把时间分成均匀的时隙，将各路信号分配在不同的时隙，以达到互相分开，互不干扰的效果。

时隙交换时隙交换是指在交换网络的一侧，某条电路上某个时隙内的8比特信号，通过交换网络的交换，转移到另一侧某条电路上某个时隙的位置。时隙交换的过程可以分成时分交换和空分交换两步来走。时分交换原理一个能完成时分交换的电路，实际上就是一个存储器。时分交换的原理可简单概括为“顺序存入，控制读出”。

空分交换原理空分交换可以通过电子接点矩阵完成。多级组合交换网络

图1-12是一个T-S-T交换网络的结构图。图中有3条输入PCM线和3条输出PCM线，HW1～6为内部PCM线，每条PCM线有32个时隙（其中30个用于传送话路，另外两个传送控制信号）。该交换网络分为3级，第1和第3级是时分交换，第2级是空分交换，因此简称为T-S-T交换网络。多级组合交换网络多级组合交换网络

各级交换的作用是这样的：第1级负责输入PCM线的时隙交换；第2级负责PCM线之间的空间交换；第3级负责输出PCM线的时隙交换。因为有3条输入PCM线和3条输出PCM线，所以第1级和第3级应各有3个T型接线器，而负责PCM线交换的第2级应为3×3的S型接线器。T型接线器中的话音存储器有32个单元。为便于控制，这里的两级T型接线器的工作方式不同，第1级中的T型接线器采用“顺序存入、控制读出”方式；而第3级中的T型接线器则采用“控制存入、顺序读出”方式。1.3用户电路电话机所产生的话音信号都是模拟信号，而程控交换机所处理的必须是数字信号。因此，程控交换机必须将电话机发出的模拟信号转换成数字信号，而且还要对电话机进行馈电、振铃和测试等。这些必不可少的功能都是由用户电路来完成的。

用户电路的功能程控交换机必须为每个用户提供一个专用的接口电路，即用户电路，用它来提供“BORSCHT”功能。B——向用户馈送电源O——过压保护R——振铃S——监视

C——编译码及滤波H——2/4线转换T——测试

用户电路的功能馈电功能B(Batteryfeed)

为用户线提供电话和监视电流，向用户话机馈电时采用-48V(或-60V)的直流电源供电。过压保护功能O(Overvoltageprotection)

用户线可能受到雷电袭击，也可能和高压线相碰。数字程控交换机一般采用二级保护：第一级是总配线架保护；第二级保护就是用户电路，通过热敏电阻和二极管实现。用户电路的功能振铃控制功能R(Ringing)

由被叫侧的用户模块向被叫用户话机馈送铃流信号，同时向主叫用户送回铃声。由于铃流电压为交流（90

15）V,频率为25Hz,当铃流电压送往用户线时，就必须采取隔离措施，使其不能流向用户电路的内线，否则将引起内线电路的损坏，一般采用振铃继电器实现。监测功能S（Supervision）

通过扫描点监视用户回路通、断状态，以监测用户摘机、挂机、拨号脉冲等用户线信号，并及时将用户线的状态信息送给处理机处理。用户电路的功能编译码功能C(Codecfilter)

把电话机发出的模拟信号转换为数字信号送往信道，同时把从信道接收的数字信号转换为模拟信号送给话机，完成模拟信号和数字信号间的转换。2/4线转换功能H(Hybirdcircuit)

完成2线的模拟用户与交换机内部4线的PCM传输线之间的转换。用户电路的功能测试功能T(Test)通过软件控制用户电路中的测试转换开关，可对用户进行局内侧和外线侧的测试。测试功能主要用于及时发现用户终端、用户线路和用户线接口电路可能发生的混线、断线、接地、与电力线碰接以及元器件损坏等各种故障，以便及时修复和排除。用户电路的整体结构

用户电路的物理构成

用户电路一般由两块专用集成电路组件组成，一块是用户接口电路，另一块是编译码器和滤波器。用户机柜1.4中继电路中继电路是数字交换网络与PCM数字中继线之间的接口设备。目前大多数数字中继电路所连接的是传码率为2.048Mbit/s的PCM32路基群线路，即一个数字中继电路可提供30条话路、一条同步通路和一条标志信号通路。PCM数字中继线上传送的信号是数字信号，但是它和数字交换网络上的数字信号具有不同的码型，而且时钟频率和相位也有差异，另外控制信号的格式也不一样，为此就需要一个接口设备来协调彼此之间的工作，这个设备就是数字中继电路。其主要功能有：时钟提取、码型变换、帧同步和复帧同步等。

时钟提取波形变换法延迟相乘法微分整流法数字信号的常用码型单极性非归零码（NRZ）

双极性非归零码

单极性归零码（RZ）

双极性归零码

交替极性码（AMI）

三阶高密度双极性码（HDB3）

各种码型的波形图码型变换

在中继线上传输的数字信号被称为线路码型。为了适应信道传输特性和恢复数字信号的需要，线路码型应具有下列主要特性：

能从其相应的数字信号中获取定时信息。相应的数字信号无直流成分，并只有很小的低频成份。不受信息源统计特性的影响，即能够适应信息源的变化。尽可能地提高传输效率。具有内在的检错能力。码型变换数字中继电路接收到HDB3码后，首先进行双→单变换，即把双极性码变为单极性码，然后再进行HDB3→NRZ变换。将码型变换分成两步走，是为了使时钟提取电路在双→单变换与HDB3→NRZ变换之间提取时钟信号。帧同步和复帧同步帧同步就是从接收的数据流中搜索并识别这一同步码字，并以该时隙作为一帧的排头，使接收端的帧结构和发送端完全一致，从而保证两个交换机能同步的工作，这样才能实现数字信息的正确接收和交换。

为了能正确提取各路信号，除了帧同步外，还要求复帧同步。在32路PCM系统中，一个复帧由16帧组成，各个话路的标志信号按复帧传输，即每隔2ms（=16×125us）传输一次，占用TS16时隙。中继电路的整体结构数字中继电路功能框图1.5信令系统

信令是指通信系统中的控制指令。它可以指导终端设备、交换系统及传输系统协同运行，在指定的终端之间建立临时的通信信道，并维护网络本身正常运行。信令系统是通信网的重要组成部分，是通信网的神经系统。

电话接续基本信令流程信令的分类按传送通道可分为：随路信令，共路信令按功能可分为：线路信令，路由信令，管理信令按工作区域可分为：用户线信令，局间信令七号信令系统

七号信令系统（SS7，SignalingSystemNumber7）是一种被广泛应用在公共交换电话网、蜂窝通信网络等现代通信网络的共路信令系统。它是国际电信联盟-电信任务组（IUT-T）在20世纪80年代初为数字电话网设计的一种局间公共信道信令方式。随着多年的不断研究和完善，七号信令系统满足了多种通信业务的要求，主要用于数字电话网、基于电路交换的数据网、移动通信网的呼叫连接控制、网络维护管理以及处理机之间事物处理信息的传送和管理。七号信令的特点最适合采用64kbps的数字信道，也适合在模拟信道中以及较低速率下工作。七号信令系统是多功能的模块化系统，可灵活地使用其整个系统功能的一部分或几部分组成需要的信令网络。具有高可靠性，能够提供可靠的方法保证信令按正确的顺序传递而又不致丢失和重复。具有完善的信令网管理功能。采用不定长消息信令单元的形式。七号信令网七号信令网是指一个专门用于传送七号信令消息的数据网，是现代通信网的支撑网，具有多种功能的业务支撑网。它是由信令链路、信令点（SignalingPoint,SP）和信令转接点（SignalingTransferPoint,STP）组成的。七号信令网信令链路是信令网中的基本部件，通过它将信令点连接在一起，它提供七号信令消息差错检测和校正功能，由信令数据链路和信令终端组成。信令点是指通信网中提供七号信令功能的结点，它是七号信令消息的起源点和目的地点。信令转接点是指完成七号信令消息转发功能的结点，它负责将信令从一条