程控交換技術(shù)

1、程控交換技術(shù)、概述通信網(wǎng)絡(luò)目前骨干網(wǎng)物理通道的構(gòu)成：光纖，衛(wèi)星和微波現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)：PSTN, CHINAPAC, CHIANDDN, CHINANET, CSTNET, CERNET。按交換方式網(wǎng)絡(luò)分類：(1)電路交換，如PSTN(2)報文交換，如telex(3)分組（包）交換，如(1)電路交換，如PSTN(2)報文交換，如telex(3)分組（包）交換，如PDN, Internet(4)信元交換，如ATM電話交換機的發(fā)展過程發(fā)展歷程大致可以分為：人工交換、機電交換與電子交換三個階段。人工交換機：借助話務(wù)員進行電話接續(xù)，效率很低。步進制交換機（step bye step），標志交換機從人工時代進入

2、機電自動交換時代。這種 機電交換機屬于直接控制方式，即用戶可以通過話機撥號脈沖直接控制步進接線器做升降與 旋轉(zhuǎn)動作，從而自動完成用戶間的接續(xù)。這種交換機雖然實現(xiàn)了自動接續(xù)，但存在速度慢、 效率低、雜音大、機械磨損嚴重等缺點。縱橫制交換機，相對于步進制交換機做了兩方面改進：（1）利用繼電器控制的壓觸接線 陣列代替大幅度動作的步進接線器，從而減小了磨損與雜音，提高了可靠性與接續(xù)速度。（2） 由直接控制過渡到交接控制，用戶撥號脈沖不再直接控制接線器動作，而先由記發(fā)器接收、 存儲，然后通過標志器驅(qū)動接線器，以完成用戶間接續(xù)。這種間接控制方式將控制部分與話 務(wù)部分分開，提高了靈活性和控制效率，加快了速度

3、。電子交換機就控制方式分：布線邏輯控制（WLC，wired logic control）交換機，通過布線方式實現(xiàn)交換機的邏輯 控制功能。通常仍使用機電接線器而將控制部分更新成電子器。屬于機電式向電子式過渡的中間產(chǎn)物。存儲程序控制（SPC, stored program control）交換機，將用戶的數(shù)據(jù)和交換機的控 制、維護與管理功能預(yù)先編成程序，存儲到計算機的存儲器中，當(dāng)交換機工作時，控制部分 自動監(jiān)測用戶的狀態(tài)變化和所撥號碼，并根據(jù)要求執(zhí)行程序，從而完成各種交換功能。程控交換機按使用用途分：市話、長話、用戶交換機。按接續(xù)方式可分為：空分交換機、 時分交換機。程控空分交換機的接續(xù)網(wǎng)絡(luò)（或交

4、換網(wǎng)絡(luò)）采用空分接線器（或交叉開關(guān)陣列），且在 話路部分中一般傳送與交換的是模擬話音信號，因而稱為程控模擬交換機。這種交換機不需 要進行話音的A/D轉(zhuǎn)換，用戶電路簡單，成本低，主要用做小容量的模擬用戶交換機。程控時分交換機一般在話路部分中傳送與交換的數(shù)字話音信號，因而稱為程控數(shù)字交換機。1876Eell發(fā)明電話模擬式數(shù)字式1876Eell發(fā)明電話模擬式數(shù)字式常見的交換機國外：美國 AT&T:No.5 ESS美國 HARRIS:HARRIS2020日本 NTT： D60，70日本 NEC： NEAX-61日本富士通：FETEX150 法國 ALCATEL： E10B/S 瑞典：ERISCSSON

5、： AXE-10, MD110 加拿大 NOR TEL： DMS-100/200/300, Meridian-1 德國 SIEMENS： EWSD-601, HICOM 荷蘭 PHILIPS： SOPHO S, Is3000 國內(nèi)生產(chǎn): 局用程控數(shù)字交換機：HJD-04, C&C08, SP-30, ZXJ10, EIM-601中外合作：S12（S1240），EWSD，5ESS-2000，DMS用戶交換機：（與國外合作生產(chǎn)） 荷蘭 PHILIPS： SOPHO S 系列，iS3000 系列 加拿大北方電訊 NORTEL： Meridian-1，MSL-1 瑞典 愛立信（ERICSSON）： M

6、D-110 德國西門子 SIEMENS： HICOM-300 美國哈里斯：HARRIS-20-20電話網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)電話網(wǎng)主要由交換系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)和通信終端組成。我國電話網(wǎng)絡(luò)采用等級制樹型網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)。分為5級:C1：大區(qū)中心局（6個，北京、沈陽、南京、武漢、成都、西安）C1：C2：省中心局，30個C3：地區(qū)中心局，350多個C4：縣中心局，2200多個C2：省中心局，30個C3：地區(qū)中心局，350多個C4：縣中心局，2200多個C5：端局，本地電話網(wǎng)，利用用戶線信令直接接用戶或利用用戶線信令或局間信令接專 用交換機(如 PABX， private automatic branch exchange)

7、C5：話務(wù)理論基礎(chǔ)話務(wù)理論基礎(chǔ)通常把請求服務(wù)的用戶稱為源，而將中繼線、繩路、記發(fā)器、收號器等被 請求的對象稱為服務(wù)器。4/20/20131、話務(wù)量在電話交換系統(tǒng)中，通常把源對服務(wù)器的需求量稱為源的話務(wù)量，而將服務(wù)器所負擔(dān)的 話務(wù)量稱為話務(wù)負荷，為了便于理解與討論，往往將他們都稱為話務(wù)量（traffic）話務(wù)量：單位時間內(nèi)平均發(fā)生的呼叫次數(shù)與每次呼叫平均占用時長的乘積。A=a*t0A的單位：若a與t0所用時間單位相同，則A的單位是愛爾蘭（Erlang）簡級為Erl。2、BHCA通常把話務(wù)量最大的一個小時稱為忙時，相應(yīng)此小時的呼叫次數(shù)為：“忙時呼叫次數(shù)“， 縮寫為 BHCA （busy hour

8、call attempt）3、呼損率用戶發(fā)出的呼叫有的獲得了服務(wù)，有的沒有得到成功的處理與服務(wù)，這種遇阻的呼叫稱 為呼損。呼損率可以按呼叫次數(shù)來計算：定義為丟失呼叫的概率，即由于服務(wù)器全被占用而 丟失的呼叫次數(shù)與總呼叫數(shù)之比。呼損率也可以按時間計算：即服務(wù)器全被占用時間與總考 察時間。二、信息交換與傳輸技術(shù)基礎(chǔ)交換方式信息交換技術(shù)交換方式信號數(shù)字化技術(shù)2.2.1話音信號數(shù)字化技術(shù)話音模擬信號占據(jù)一個話路頻帶：3003400Hz話音模擬信號數(shù)字化技術(shù)主要包括：基于時域波形的“波形編碼”和基于人聲的聲道模 型與發(fā)聲機理的“參數(shù)編碼”。波形編碼：PCM,增量調(diào)制(DM)與自適應(yīng)增量調(diào)制(ADM),自

9、適應(yīng)差分脈碼調(diào)制(ADPCM) 子帶編碼(SBC)與自適應(yīng)子帶編碼(ASBC), SBC與ADPCM組合編碼，自適應(yīng)預(yù)測編碼(APC), 自適應(yīng)變換編碼(ATC)參數(shù)編碼：線形預(yù)測編碼(LPC),規(guī)則脈沖激勵長時線形預(yù)測編碼(RPE-LTP),碼激勵 線形預(yù)測編碼(CELP)常見話音信號數(shù)字化方法:編碼方式編碼速率(kbit/s)MOS標準PCM644.3G.711ADPCM324.1G.721ABC-ADPCM644.1G.722LD-CELP164.1G.728CS-ACELP8G.729脈沖編碼調(diào)制(PCM)技術(shù):PCM構(gòu)成和原理：主要包括抽樣、量化、編碼三種功能單元。首先，模擬話音經(jīng)防

10、混疊 低通濾波器限帶(3003400Hz),然后以每秒8000次(8KHz)的頻率將其抽樣、量化，編碼 成二進制數(shù)碼。對于電話通信，規(guī)定每抽樣值編為8位碼，共有256個量化級，這樣每路數(shù) 字話的標準速率為：8K*8=64Kbit/S為了解決線形量化時，小信號音質(zhì)差的問題，在實際中通常采用不均勻分層的辦法， 讓量化特性在小信號時分層密，即量化間隔小，而在大信號時分層疏，即量化間隔大。這樣 就能在編碼位數(shù)較少的情況下，得到小信號較高的信噪比，以改善通話質(zhì)量。為此，需要在 發(fā)送端先將話音進行非線形幅度壓縮，再進行線形量化編碼，與次對應(yīng)，在接受端解碼后， 則需要對話音進行擴張，以補償因壓縮造成的非線形

11、，在理想情況下，壓縮器與擴張器特 性應(yīng)當(dāng)完全互補。在實際中廣泛使用兩種對數(shù)形式的壓縮特性，即A律與口律。歐洲與我國使用A律，北美與日本使用口律。2.2.2圖象與視頻信號數(shù)字化技術(shù)常用的方法與標準有：JBIG(joint bilevel image group)， ISO對二值圖象(不具有灰度值的黑白圖象、傳 真圖文等)壓縮編碼制定的標準，屬于無損壓縮技術(shù)，壓縮比為10： 1JPEG (joint photographic experts group)，ISO對彩色連續(xù)色調(diào)靜止圖象壓縮編碼 進行研究并制定的標準。對于無損壓縮，壓縮比為4： 1，對于有損壓縮，壓縮比為10： 11： 100H.26

12、1建議，為了在綜合信息網(wǎng)絡(luò)中提供可視電話和電視會議，ITU-T制定了有關(guān) 可視電話的H.261建議。該建議支持實際活動圖象的壓縮編解碼，采用逐行掃描，每秒29.97 幀，傳輸速率為P*64Kbit/s(P=1，2，30)MPEG (moving picture experts group)， MPEG-1 是 ISO1992 年形成的國際標準， 用于以11.5Mbit/s的速率傳送電視質(zhì)量的視頻信號，幀頻=30，編碼方式與H.261相似。 MPEG-2是一種適應(yīng)性廣的圖象和聲音壓縮編碼方案，兼容MPEG-1，可適應(yīng)于1.560Mbit/s 的編碼范圍，一般圖象速率為4, 5Mbit/s或更高，

13、可用于通信、存儲、廣播及高清晰度電 視作壓縮編碼。此外，ITU-T與ISO還研究和制定了 H.263，MPEG-4, MPEG-7等標準信道共享與多路復(fù)用技術(shù)信道共享方式：頻分復(fù)用FDM (frequency division multiplex)，時分復(fù)用(TDM time division multiplex)，空分復(fù)用(SDM，space division multiplex)，碼分復(fù)用(CDM，code division multiplex)。時分復(fù)用中時隙劃分與分配的方式：(1)是固定劃分時隙，固定分配時隙給用戶，如 PCM，電話交換，DDN等。(2)是可變劃分與可變分配時隙，如分組

14、交換、FR、LAN中的介質(zhì) 訪問控制等。(3)固定劃分，可變分配信道時隙，如ATM。通常人們時隙對用戶的分配關(guān)系，將固定分配歸為同步時分復(fù)用，將可變分配歸為異步 時分復(fù)用E1制式：PCM基群復(fù)用與傳輸系統(tǒng)屬于同步時分復(fù)用STDM,目前有兩種制式：歐洲與我國使用E1制式，北美與日本使用T1制式。按ITU-T G.732建議，PCM E1制式的幀長125 us，幀頻為8KHz，一幀包含32個時隙， 每個時隙有8bit，占3.9 us。其中TS廣TS15，TS17TS31時隙固定分配并依次傳送130 路話音各自的8位抽樣編碼組；TS0時隙用于傳送幀同步（0011011），幀失步告警（A1）， 子復(fù)幀

15、差錯校驗（CRC）與同步碼信息。TS16時隙傳送復(fù)幀同步（0000），復(fù)幀失步告警（A2）、 以及各路相應(yīng)的線路信令等控制信息。歐洲、中國體制北美、日本體制話音頻帶30034003003400抽樣率/kHz88量化層數(shù)256256壓縮律Au編碼位數(shù)88單路編碼率/（kbit/s）6464幀長/us125125時隙/幀3224話路/幀3024復(fù)用碼流速率/（kbit/s）20481544若利用同步或準同步復(fù)接技術(shù)，可將PCM低次群復(fù)用成高次群碼流。PCM復(fù)用等級制式復(fù)用等級歐洲、中國體制話路數(shù)速率/（Mbit/s）E1PCM基群302.048E2PCM 二次群1208.448E3PCM三次群48

16、034.368E4PCM四次群1920139.264E5PCM五次7680564.992%中FIBRLINK NETWORKS群SDH數(shù)字復(fù)用等級SDH制式速率/(Mbit/s)STM-1155.52STM-4622.08STM-162488.32STM-649953.28數(shù)字信號基帶傳輸在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，其傳輸對象通常是二進制數(shù)字信息，它可能來自計算機、網(wǎng)絡(luò)或其 它數(shù)字設(shè)備的各種數(shù)字代碼。也可能來自數(shù)字電話終端的脈沖編碼信號，設(shè)計數(shù)字傳輸系統(tǒng) 的基本考慮是選擇一組有限的離散的波形來表示數(shù)字信息。這些離散波形可以是未經(jīng)調(diào)制的 不同電平信號，也可以是調(diào)制后的信號形式。由于未經(jīng)調(diào)制的脈沖電信號所占

17、據(jù)的頻帶通常 從直流和低頻開始。因而稱為數(shù)字基帶信號。在某些有線信道中，特別是傳輸距離不大遠的 情況下，數(shù)字基帶信號可以直接傳送，我們稱之為數(shù)字信號的基帶傳輸。而在另外一些信道， 特別是無線信道和光信道中，數(shù)字基帶信號則必須經(jīng)過調(diào)制，將信號頻譜搬移到高頻處才能 在信道中傳輸。我們把這種傳輸稱為數(shù)字信號的調(diào)制傳輸（或載波傳輸）。如果把調(diào)制與解 調(diào)過程看作是廣義信道的一部分，則任何數(shù)字傳輸系統(tǒng)均可等效為基帶傳輸系統(tǒng)。因此掌握 數(shù)字信號的基帶傳輸原理是十分重要的。在PSTN，ISDN，DDN等網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字用戶線活數(shù)字中繼鏈路，及LAN，F(xiàn)DDI等網(wǎng)絡(luò)的物理 介質(zhì)上，數(shù)字或數(shù)據(jù)一般都是以基帶信號方式進行

18、傳輸?shù)摹＿@種簡單的基帶傳輸系統(tǒng)有時稱 為基帶Modemo市內(nèi)用戶中繼線：中繼線的定義是指連接用戶交換機、集團電話（含具有交換功能的電話連接器）、無線 尋呼臺、移動電話交換機等與本地電話交換機的電話線路。三、程控交換機的構(gòu)成與原理程控交換機的基本構(gòu)成1、外圍接口單元包括模擬用戶線電路（ALC）、數(shù)字用戶線電路LC）、模擬中繼線單元（ATU）、數(shù) 字中繼線單元（DTU）。ALC 功能：BORSCHTB： battery feed，饋電。交換機通過用戶線向向共電式話機直流饋電。0： overvoltage protection，過壓保護。提供保安措施，防止用戶線上的電壓沖擊或 過壓、過流而損壞交換機

19、。一般采取兩級保護，第一級是在配線架上安裝保安器。第二級是 在ALC上用二極管箝位電路、壓敏電阻等作為二級保護。R： ring，震鈴，向被叫用戶話機饋送鈴流信號。S： supervision，監(jiān)視。監(jiān)視用戶線狀態(tài)，通斷，摘機，掛機，撥號脈沖等C： codec，編解碼。利用編碼器和解碼器及相應(yīng)的濾波器，完成模擬話音信號的A/D， D/AH： hybrid，混合。進行模擬用戶線的2線與編解碼所需的4線之間轉(zhuǎn)換，T： test，測試。提供測試端口，對用戶電路進行測試。對于模擬或空分程控交換機不需要C、H項。DTU是數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字中繼線的接口電路，通過它實現(xiàn)數(shù)字交換系統(tǒng)之間或數(shù)字交 換系統(tǒng)與數(shù)字傳

20、輸系統(tǒng)之間的連接。其主要作用是根據(jù)PCM時分復(fù)用的原理，將30路 64Kbit/s的話音與中繼信令等信號復(fù)接成2.048Mbit/s基群信號輸出。2、交換網(wǎng)絡(luò)包括空分接續(xù)網(wǎng)絡(luò)、時分接續(xù)網(wǎng)絡(luò)、和時分空分組合接續(xù)網(wǎng)絡(luò)。3、控制系統(tǒng)4、信令系統(tǒng)5、網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備6、其他附屬設(shè)備。交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與接續(xù)原理基于交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與工作方式的不同，將其分為：空分接續(xù)網(wǎng)絡(luò)（或稱空間接線器、S接線器），時分接續(xù)網(wǎng)絡(luò)（時間接線器、T接線器）， 時分一空分接續(xù)網(wǎng)絡(luò)等。目前小容量的程控模擬交換機一般采用空分接續(xù)網(wǎng)絡(luò)小容量的程控數(shù)字交換機一般采用時分接續(xù)網(wǎng)絡(luò)大中容量的程控數(shù)字交換機采用時分一空分結(jié)合的接續(xù)網(wǎng)絡(luò)。3.2.1空分

21、接續(xù)網(wǎng)絡(luò)在程控交換機中，目前廣泛采用交叉點開關(guān)陣列集成電路作為空分接續(xù)網(wǎng)絡(luò)，以取代老 式的縱橫制機電接線器。這種電路主要由交叉點電子開關(guān)、控制存儲器、譯碼器組成。這種 接續(xù)網(wǎng)絡(luò)主要用于模擬信息的交換，因此通常稱為模擬交換網(wǎng)絡(luò)。3.2.2時分接續(xù)網(wǎng)絡(luò)時分接續(xù)網(wǎng)絡(luò)是利用控制存儲器存取的原理進行PCM各話路時隙間數(shù)字信息的交換， 因此通常又稱為數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)或時隙交換器（TSI，time slot interchanger）0時分接續(xù)網(wǎng)絡(luò)主要由話音存儲器與控制存儲器兩部分組成。首先將輸入的PCM復(fù)用碼 流以時隙（8bit）為單位按順序?qū)懭朐捯舸鎯ζ?，然后根?jù)呼叫的要求，將來自微處理器的 接續(xù)命令存入控

22、制存儲器，這樣，控制存儲器按要求的順序從話音存儲器中讀出有關(guān)時隙信 息，并構(gòu)成輸出復(fù)用碼流。這種控制方式一般稱為“順序?qū)懭?，控制讀出”。輸入、輸出的 復(fù)用碼流與各個實際用戶有固定的時隙關(guān)系，因而通過上述時隙信息交換轉(zhuǎn)移的過程可以完 成用戶間的話音信息交換。3.2.3時分空分組合接續(xù)網(wǎng)絡(luò)為了滿足大中容量程控數(shù)字交換機的需要，通常將空分與時分接續(xù)網(wǎng)絡(luò)組合成不同性能 的交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在實際中一般采用TSmT或SmTSm組合方式，其中Sm表示m級S接線 器級聯(lián)，通常m=14。由于T接線器比S接線器易于集成化和做到低阻率，因此在程控數(shù) 字交換機中多采用TSmT網(wǎng)絡(luò)形式。四、程控交換機的信令系統(tǒng)按信令的作用范圍分：用戶線信令、局間信令，前者在用戶線上傳送，后者在交換機間 中繼線上傳送。按信令功能分：監(jiān)視信令、地址信令、維護管理信令。4.1.用戶線信令用戶線信令是在用戶與交換機之間用戶線上傳送的信令，對于常見的模擬電話用戶線情 況，這種信令包括監(jiān)視信令與地址信令。1、監(jiān)視信令監(jiān)視信令反映直流用戶環(huán)路通、斷的各種狀態(tài)信號，如主叫用戶摘機（呼出占用）、主 叫用戶掛機（正向清除或拆線）及被叫用戶摘機（應(yīng)答、被叫用戶掛機（反向清除或拆線） 交換機檢測到這些信號，便會產(chǎn)生有關(guān)動作，如交換機向主叫用戶發(fā)撥號音或忙音、回鈴音， 或向被叫用戶饋送振鈴信號。2、地址信令