《現(xiàn)代交換原理與技術》課件第二章

第二章電路交換及程控數(shù)字交換系統(tǒng)

2.1引言2.2程控交換系統(tǒng)的結構2.3程控數(shù)字交換機的硬件系統(tǒng)2.4程控數(shù)字交換機的軟件系統(tǒng)2.5公用交換電話網(wǎng)2.6小結習題2.1引言

2.1.1交換機的演進概述

電信交換技術是從電話交換技術起源的，電話交換采用的是電路交換方式，因此電話交換機伴隨著電話通信的出現(xiàn)而同時產(chǎn)生，隨著通信技術的飛速發(fā)展，交換機也在不斷更新和變化，其發(fā)展歷程可以歸納為以下三個階段。

1．人工交換階段

1876年美國人貝爾發(fā)明了電話機，這是最原始的電磁式電話機。為了適應多個用戶之間的電話通信，1878年出現(xiàn)了第一部人工磁石式交換機。這是最古老的交換機，這種交換機要配備干電池作為通話電源，并用手搖發(fā)電機發(fā)送交流呼叫信號。1882年出現(xiàn)了人工共電式交換機，通話電源由交換機統(tǒng)一供給，省去了電話機中的手搖發(fā)電機，由電話機直流環(huán)路的閉合向交換機發(fā)送呼叫信號。雖然共電式交換機比磁石式交換機有所改進，但兩者都需要人工接線，其效率低下，故已經(jīng)被淘汰。

2．機電式自動交換階段

從人工交換機到自動交換機的變革最早是由步進制交換機完成的。1889年美國人史端喬(A.B.Strowger)發(fā)明了第一部自動電話交換機，即步進制交換機。步進制交換機主要通過電動機驅(qū)動選擇器(又叫接線器)垂直和旋轉(zhuǎn)的雙重運動來實現(xiàn)主叫和被叫用戶之間的接續(xù)。由于其接續(xù)過程是機械動作，故噪聲大、易磨損、呼叫接線速度慢、故障率高。在20世紀30年代末40年代初，出現(xiàn)了縱橫制交換機?？v橫是指它的接線器采用交叉的橫棒和縱棒選擇接點，后期的接線器雖然使用了專門設計的電磁繼電器構成接線矩陣，但縱橫一詞卻一直被沿用下來?？v橫制交換機的技術進步主要體現(xiàn)在兩個方面：一是采用縱橫接線器，雜音小，通話質(zhì)量好，不易磨損，壽命長，維護工作量小；二是采用了公共控制方式，將控制功能與話路設備分開，功能得到增強，靈活性得到提高，更重要的是公共控制方式的實現(xiàn)為后來計算機程序控制方式的出現(xiàn)奠定了基礎。

3．電子式自動交換階段

早期的電子交換系統(tǒng)，只是使用電子元件如晶體管和集成器件代替縱橫制交換系統(tǒng)中的電磁繼電器等體積大、耗電多的機電元件，但隨著計算機技術在通信技術中的應用，交換技術開始了它的第二次變革。新一代的交換系統(tǒng)利用預先編制好的計算機存儲程序來控制整個交換系統(tǒng)的運行，以代替用布線方式連接起來的邏輯電路控制整個系統(tǒng)的運行，這種新型的交換系統(tǒng)通常稱做存儲程序控制(StoredProgramControl，SPC)交換系統(tǒng)，簡稱程控交換系統(tǒng)。

2.1.2程控交換技術的發(fā)展

程控交換機將用戶的信息和交換機的控制、維護管理功能預先編好程序，存儲到計算機內(nèi)。當交換機工作時，控制部分自動監(jiān)視用戶的狀態(tài)變化和所撥號碼，并根據(jù)要求執(zhí)行程序，從而完成各種功能。

1965年美國貝爾公司研制和開通了第一部空分程控交換機(ESSNo.1)，這一成果標志著電話交換機從機電時代躍入電子時代，這時的程控交換機是“空分”的，其話路部分采用機械接點，控制部分采用電子器件。隨著脈沖編碼調(diào)制技術(PCM)的不斷發(fā)展和廣泛應用，程控交換由空間分割的模擬交換機向時間分割的數(shù)字交換機發(fā)展，因此將時分程控交換機稱為程控數(shù)字交換機。1970年法國開通了第一部程控數(shù)字交換機(E10)，使交換技術的發(fā)展進入了更高的階段。我國的程控數(shù)字交換機的發(fā)展要追溯到20世紀80年代，當時我國沒有自己研制生產(chǎn)大型程控交換機的能力，而是在電話網(wǎng)上大量引入國外先進的程控交換系統(tǒng)。1982年，福州首次引進了日本的F-150程控數(shù)字交換機，隨后日本NEC公司生產(chǎn)的NEAX61程控交換機、德國SIEMENS公司生產(chǎn)的EWSD、瑞典ERICSSON公司生產(chǎn)的AXE10、法國ALCATEL公司生產(chǎn)的E10B、美國Lucent公司生產(chǎn)的ESS5、加拿大NORTEL生產(chǎn)的DMS程控交換機陸續(xù)進入中國市場，并在上海、北京、天津分別建立了S1240、EWSD、NEAX61程控交換機生產(chǎn)線。直到1991年，巨龍通信研制成功第一臺萬門局用程控交換設備——HJD04程控交換機，它是我國第一個成功達到國際先進水準的萬門級程控交換系統(tǒng)。隨后我國相繼推出了自行研制的大型程控數(shù)字交換系統(tǒng)，主要有深圳華為技術公司的C&C08、深圳中興通訊的ZXJ10及大唐電信的SP30，并到90年代末形成了“巨大中華”的局面?！熬薮笾腥A”的意義在于它的提升作用，是中國自主創(chuàng)新、群體成功的一個標志，表明中國人的科技和工業(yè)力量，開發(fā)通信設備的能力達到了國際水準，已經(jīng)具備自主支撐中國通信網(wǎng)發(fā)展的能力。

2.2程控交換系統(tǒng)的結構

2.2.1程控交換系統(tǒng)的組成

程控交換機是公用電話交換網(wǎng)(PublicSwitchedTelephoneNetwork，PSTN)的核心設備，其主要功能是實現(xiàn)語音通話。程控交換機由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)包括話路部分和控制系統(tǒng)，話路部分主要有交換網(wǎng)絡、各種接口設備及信令設備；控制系統(tǒng)包括處理機、I/O接口、程序存儲器及數(shù)據(jù)存儲器。軟件系統(tǒng)由程序和數(shù)據(jù)組成，用于完成程序控制功能。程控交換機的基本結構如圖2-1所示。圖2-1程控交換機的基本結構各模塊及其所實現(xiàn)的功能如下：

(1)交換網(wǎng)絡。交換網(wǎng)絡是一個有M條入線和N條出線的網(wǎng)絡，是程控交換機的核心部件。在處理機的控制之下實現(xiàn)某一條入線與某一條出線的連接，為呼叫提供內(nèi)部語音或數(shù)據(jù)通道。此連接是物理連接，可以實現(xiàn)用戶與用戶之間、用戶與中繼之間、中繼與中繼之間的連接，同時提供信令、信號音及外圍處理機間通信信息的半固定連接。

(2)用戶電路。用戶電路是終端設備與交換機的接口電路，通過用戶線與終端設備連接，通過PCM鏈路與交換網(wǎng)絡連接。

(3)中繼器。中繼器是交換機之間的接口電路，分為模擬中繼器和數(shù)字中繼器。模擬中繼器通過模擬中繼線與其他模擬交換機連接。數(shù)字中繼器通過數(shù)字中繼線與其他數(shù)字交換機連接。隨著通信網(wǎng)的數(shù)字化，數(shù)字中繼器在電話通信網(wǎng)中逐漸替代了模擬中繼器。

(4)信令設備。信令設備用于產(chǎn)生和接收/發(fā)送呼叫接續(xù)所需要的各種控制信號。常用的信令設備有雙音多頻(DTMF)收號器、多頻互控(MFC)發(fā)送器及接收器、信號音(TONE)發(fā)生器、No.7信令系統(tǒng)。

(5)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)是由中央處理器、存儲器和I/O等設備組成的計算機控制系統(tǒng)，是程控交換機的“中樞神經(jīng)”，呼叫通路的建立與釋放、交換機的維護管理等工作都是在控制系統(tǒng)的控制下完成的。2.2.2程控交換機提供的業(yè)務

程控交換機在提供基本的電話通信業(yè)務的基礎上，還提供各類補充業(yè)務，通過模擬用戶線也能向用戶提供傳真、話路數(shù)據(jù)業(yè)務、分組數(shù)據(jù)業(yè)務等。基本電話業(yè)務，也就是基本的點到點的通話業(yè)務，包括本地、國內(nèi)長途、國際長途語言業(yè)務。程控交換機提供的常用補充業(yè)務見表2-1。2.2.3程控交換系統(tǒng)的主要技術指標

程控交換系統(tǒng)的主要技術指標有話務量、阻塞率、呼叫處理能力、可靠性、容量和擴容能力等。

1.話務量

交換機的主要功能是實現(xiàn)用戶間通話，因此交換機的主要負荷就是話務，而話務負荷的大小是用話務流量(簡稱為話務量)這個指標來表示的。話務量定義為單位時間(1小時)內(nèi)平均發(fā)生的呼叫數(shù)與每次呼叫平均占用時長的乘積。若話務量用A表示，單位時間內(nèi)平均發(fā)生的呼叫數(shù)(或呼叫強度)用α表示，每次呼叫平均占用時長(或呼叫持續(xù)時間、服務時間)用t表示，則話務量為

A=αt

(2.1)若α與t用相同的時間單位，則A的單位是愛爾蘭(Erlang)，簡記為Erl(這是為了紀念話務理論的創(chuàng)始人丹麥數(shù)學家A.?K.?Erlang而命名的)。

若α以小時作為時間單位，即次/小時，t以分鐘為單位，即分鐘/次，則A的單位是分鐘呼(cm)。

若α以小時作為時間單位，即次/小時，t以百秒為單位，即百秒/次，則A的單位是百秒呼(ccs)。

由于1小時=60分鐘=36百秒，因而1Erl=60cm=36ccs。例1某用戶線1小時有4個6分鐘的呼叫，問該用戶線的話務量是多少。

解α?=4次/小時，t=6/60小時/次，則話務量從數(shù)量上表明用戶占用交換網(wǎng)絡的程度。對一個特定的電話局來說，一天內(nèi)承受的話務量是變化的，是與用戶活動情況相關的。圖2-2為一天中按小時統(tǒng)計的呼叫次數(shù)變化情況。從圖中可以看出，交換機所能承受的話務量在一天內(nèi)是連續(xù)變化的，一般在夜間處于低谷，上下午工作繁忙時間增至高峰。通常將一天之內(nèi)達到最大話務量的小時叫做“最繁忙小時”，簡稱“忙時”。最繁忙小時的話務量叫做“忙時話務量”，它是設計交換機的重要依據(jù)。圖2-2一天中按小時統(tǒng)計的呼叫次數(shù)變化情況例2如果一個用戶線的忙時話務量為0.2?Erl，可以理解為該用戶在最忙1個小時平均有20%的時間在打電話，即最忙1個小時有12分鐘在打電話，可能打了4次電話，平均每次3分鐘，也可能打了6次電話，平均每次2分鐘。

2.阻塞率

交換網(wǎng)絡通常要由若干級接線器組成，因而從交換網(wǎng)絡的入線到出線之間將經(jīng)過若干級網(wǎng)絡內(nèi)部的級間鏈路。當呼叫由入線進入交換網(wǎng)絡，但其出線全忙，因而該呼叫找不到一條空閑出線時，該呼叫將損失掉。有時出線雖然空閑，而相應的鏈路不通，呼叫也將損失掉。這種由于網(wǎng)絡內(nèi)部級間鏈路不通而使呼叫損失掉的情況稱做交換網(wǎng)絡的內(nèi)部阻塞。怎樣構成無阻塞的交換網(wǎng)絡？一般通過增加交換網(wǎng)絡內(nèi)部級間鏈路數(shù)來降低內(nèi)部阻塞的概率。當鏈路數(shù)量大到一定程度時，內(nèi)部阻塞概率將等于零，即成為一種無阻塞的交換網(wǎng)絡。以三級交換網(wǎng)絡為例，設第一級入線與出線之比為n∶m，第三級為m∶n，則無阻塞交換網(wǎng)絡的條件為m≥2n

－?1，當n很大時，一般取m=2n。

3.呼叫處理能力

話務量取決于交換網(wǎng)絡的話務負荷能力，而交換網(wǎng)絡的建立是在控制設備的控制下完成的，所以交換機的話務量往往受到控制設備呼叫處理能力的限制。因此呼叫處理能力也是衡量交換機話務能力的另一個重要指標。

控制部件對呼叫處理能力是以忙時試呼次數(shù)(BusyHourCallAttempts，BHCH)來衡量的，它是評價交換系統(tǒng)的設計水平和服務能力的一個重要指標。為了建立BHCA的基本模型，先引用幾個定義。

(1)系統(tǒng)開銷：在充分長的統(tǒng)計時間內(nèi)，處理機運行處理軟件的時間和統(tǒng)計時長之比，即時間資源的占用率。

(2)固有開銷：與話務負荷大小(或呼叫處理次數(shù))無關的系統(tǒng)開銷，比如操作系統(tǒng)任務的調(diào)度，呼叫處理軟件的掃描開銷等，都不隨話務負荷的大小而變化。

(3)非固有開銷：與話務負荷大小(或呼叫處理次數(shù))有關的系統(tǒng)開銷，如呼叫處理軟件中的號碼分析處理開銷等。

呼叫處理能力通常用一個線性模型來粗略地計算。根據(jù)這個模型，單位時間內(nèi)處理機用于呼叫處理的開銷(也叫處理機的占有率)為：

t=a+b×N

(2.2)

其中：a為與呼叫處理次數(shù)(話務量)無關的固有開銷；b為處理一次呼叫的平均開銷，即非固有開銷；N為單位時間內(nèi)所處理的呼叫總數(shù)，即處理能力，在忙時它就是BHCA。例3某處理機忙時用于呼叫處理的開銷(忙時占用率)

平均為0.7，固有開銷a=0.29，處理一個呼叫平均需時32ms,則可得這就是該處理機忙時呼叫處理能力值BHCA。影響程控交換機呼叫處理能力(BHCA)的因素主要有以下四方面。

(1)處理機能力：包括主時鐘頻率的高低，指令系統(tǒng)功能的強弱等。一般地，處理機速度越快，呼叫處理能力就越強。

(2)系統(tǒng)結構：不同的系統(tǒng)結構其開銷也不同。系統(tǒng)結構合理，則各級處理機的負荷分配合理，相當于提高了處理機的呼叫處理能力。

(3)軟件設計水平：操作系統(tǒng)、應用程序是否精練，所使用的語言、數(shù)據(jù)結構是否合理等都會影響交換機的呼叫處理能力。一般地，操作系統(tǒng)效率越高，數(shù)據(jù)結構越合理，呼叫處理能力就越強。

(4)系統(tǒng)容量：系統(tǒng)容量越大，用戶呼叫處理所花費的開銷也越大，固有開銷增加，相應的呼叫處理能力必然降低。

4.可靠性

程控交換機的可靠性是衡量交換機維持良好服務質(zhì)量的持久能力的指標。它是指產(chǎn)品在規(guī)定時間內(nèi)和規(guī)定的條件下完成規(guī)定功能的能力。

完成規(guī)定功能有不同的含義，如果完成規(guī)定功能是指系統(tǒng)的技術性能，則可靠性可以用系統(tǒng)的平均故障間隔時間(MeanTimeBetweenFailures，MTBF)來描述，它取決于系統(tǒng)中各元器件正常工作的概率和系統(tǒng)的組成。如果完成規(guī)定功能是指系統(tǒng)的維修性能，則可靠性就可以用系統(tǒng)的平均維修時間(MeanTimeToRepair，MTTR)來描述。這種條件下的成功概率通常稱為維修度。

如果完成規(guī)定功能是指技術性能和維修性能的綜合，則可靠性可以用系統(tǒng)的可用度A來描述。可用度是指系統(tǒng)的正常運行時間與總運行時間之比，它反映控制系統(tǒng)對電話服務的不間斷性。(2.3)其中：正常運行時間可用平均故障間隔時間(MTBF)表示，它與失效率λ(指單位時間內(nèi)出現(xiàn)的失效次數(shù))互為倒數(shù)關系，即(2.4)總運行時間可用正常運行時間(MTBF)加上平均維修時間(MTTR)表示，其中MTTR與修復率μ(單位時間內(nèi)的修復故障數(shù))互為倒數(shù)關系，即(2.5)

5．容量與擴容能力

交換機所能提供的用戶線或中繼線的最大數(shù)量即交換機的容量。當然，這個容量往往是個理論值。計算交換機的實際容量時還要考慮網(wǎng)絡阻塞率、控制系統(tǒng)處理能力等因素。

一個設計優(yōu)良的程控交換系統(tǒng)應該具備簡單而方便的擴容能力。這樣，通過增加模塊，就能使初裝容量較小的交換局輕松地升級成為容量較大的交換局，另一方面通過選用不同的模塊可使遠端模塊局增強為獨立的交換局，使市話局增強為市話匯接局。選用不同的模塊還可以組成各種業(yè)務節(jié)點，例如綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)、移動交換局、數(shù)字交換局業(yè)務、智能網(wǎng)中的業(yè)務交換點等。要達到靈活擴容的目標，就要求交換系統(tǒng)采用模塊化設計(包括硬件設計和軟件設計)，通過增加模塊即可增加系統(tǒng)的容量。

2.3程控數(shù)字交換機的硬件系統(tǒng)

現(xiàn)代數(shù)字程控電話交換機的構成通常分為用戶級和選組級兩大部分，如圖2-3所示。

選組級是交換機中完成交換功能的核心部分，被稱為“母局”。用戶級是與用戶直接連接的部分，可分為用戶模塊和遠端用戶模塊，它們的結構基本相同，只是遠端用戶模塊一般放在遠離母局的用戶集中點。用戶級的基本任務是把從用戶電話機發(fā)出的呼叫集中，并將模擬語音信號變成為數(shù)字語音信號，然后送到選組級。圖2-3程控交換機的結構2.3.1用戶模塊

用戶模塊的基本結構如圖2-4所示，主要包括以下部分。圖2-4用戶模塊基本結構

(1)用戶集線器：完成話務量的集中和擴散，由用戶級T接線器、串/并及并/串轉(zhuǎn)換電路構成。

(2)信號提取和插入電路：從信息流中提取出信令信號送給處理機處理或?qū)⑿帕钚盘柌迦氲叫畔⒘髦小?/p>

(3)微處理機：用戶模塊的控制部件，控制用戶模塊的整個呼叫處理過程。此外，用戶模塊還包括掃描存儲器，用于暫時存儲從用戶電路讀取的信息；分配存儲器，用于暫時存儲向用戶電路發(fā)出的信令信息；收號器，用于識別接收用戶所撥號碼；網(wǎng)絡接口，用于和數(shù)字交換網(wǎng)絡的連接。

用戶電路(SubscriberLineCircuit，SLC)也稱為用戶接口電路，是交換網(wǎng)絡與用戶線間的接口電路，分為模擬和數(shù)字兩類。

1.模擬用戶接口電路

模擬用戶接口電路(ASLC)也稱作模擬Z接口，包括Z1、Z2、Z3接口。Z1接口用來連接模擬用戶線，用戶端為模擬話機?，F(xiàn)在PSTN網(wǎng)中大量使用的固定電話還是模擬電話，采用Z1接口。Z2接口用來連接遠端模擬集線器。Z3接口用來連接用戶交換機(PrivateAutomaticBrancheXchange，PABX)。

在程控數(shù)字交換機中，模擬用戶電路(ASLC)具有七大基本功能(BORSCHT)，如圖2-5所示。圖2-5模擬用戶電路的功能框圖其中，BORSCHT中各字母所代表的意義分別如下：

·B——BatteryFeeding，饋電；

·O——OverVoltageProtection，過壓保護；

·R——Ringing，振鈴控制；

·S——Supervision，監(jiān)視；

·C——Codec&Filters，編譯碼和濾波；

·H——Hybrid，混合電路；

·T——Test，測試。

1)饋電(B)

所有接在交換機上的電話用戶，都要由交換機向其提供通信電源，即饋電。程控交換機的饋電電壓一般為?-48V，通話時的饋電電流一般在20～50?mA之間。圖2-6為饋電電路的原理示意圖。圖2-6饋電電路原理圖圖2-6中的電感線圈對語音信號呈現(xiàn)高阻抗，對直流則可視為短路，這樣可防止用戶間經(jīng)電源而串話。而電容具有隔直流、通交流的作用，可以很好地將語音信號傳送到交換機內(nèi)。

2)過壓保護(O)

用戶線是外線，可能受到雷擊，也可能和高壓線碰撞，高壓進入交換機內(nèi)部就會毀壞交換機。為了防止外來高壓的襲擊，交換機一般采用兩級保護措施，第一級保護是在總配線架上安裝避雷措施和保安器(氣體放電管)，但是仍然會有上百伏的電壓輸出，因此需要第二級保護，即用戶電路的過壓保護，目的是禁止從總配線架上保安器輸出的高壓進入交換機內(nèi)部。

用戶電路的過壓保護由四個二極管組成了橋式鉗位電路，如圖2-7所示。圖2-7過壓保護電路的原理圖平時用戶內(nèi)線間c、d兩端的正向電壓鉗位到0?V，負向電壓鉗位到?-48?V。若外線電壓高于內(nèi)線電壓，則在熱敏電阻R上產(chǎn)生壓降，一般R具有很小的電阻值，當有高壓進入時，R的阻值會隨電流增加而增加，由于熱敏電阻具有抑制電流增加的作用，因此當電流過大時，自行燒毀，內(nèi)外線斷開，從而達到保護內(nèi)線的作用。

3)振鈴控制(R)

振鈴控制的基本功能是提供符合規(guī)定的鈴流信號，以便向被叫話機振鈴，提示用戶有電話呼叫到來，同時還要隨時檢測被叫用戶的摘機應答，以便及時截鈴。

向用戶振鈴的鈴流信號一般具有有較高的電壓，我國標準規(guī)定的鈴流信號是75?V?±?15?V、25?Hz、1秒通、4秒斷的交流信號。這么高的鈴流電壓是不允許通過用戶電路的，以避免損壞電路元器件。因此，鈴流信號一般是通過繼電器或高壓集成電子開關單獨向用戶話機提供。振鈴電路的原理圖如圖2-8所示。圖2-8振鈴電路的原理圖當需要向用戶送振鈴信號時，在用戶處理機的軟件控制下，控制相應的振鈴繼電器RJ吸動，使RJ1和RJ2接點由1轉(zhuǎn)接至3，接點2～3接通，鈴流通過繼電器的接點2～3、話機電鈴、隔直流電容而至地，形成鈴流環(huán)路。由于振鈴信號是1秒通、4秒斷的，從而繼電器RJ是1秒吸動、4秒釋放。吸動時，2～3點閉合，送鈴流；釋放時，2～1點閉合，鈴流中斷，使話機與a、b重新接通。若被叫用戶電路在振鈴中斷時摘機，話機恰與a、b線相連，摘機信號可通過用戶電路中的監(jiān)視電路送出。若用戶在振鈴期間摘機，話機是與a、b線相脫離的，此時的摘機信息則要由與鈴流電源相串聯(lián)的-48?V直流電源供電。這樣，無論何時，只要用戶一摘機，交換機就可以立即檢測到用戶直流環(huán)路電流的變化，繼而進行停鈴和通話接續(xù)處理。當被叫用戶摘機時，由振鈴開關送出截鈴信號，停止振鈴。

4)監(jiān)視(S)

用戶電路通過監(jiān)視用戶線的直流電流來監(jiān)視用戶線回路的通/斷狀態(tài)，以此來判斷用戶摘/掛機狀態(tài)和撥號脈沖信號。監(jiān)視電路的原理圖如圖2-9所示。圖2-9監(jiān)視電路的原理圖用戶若使用脈沖話機，則其撥號所發(fā)的脈沖號碼，也由用戶直流環(huán)路的通斷次數(shù)及通斷間距比來表示。用戶處理機按一定規(guī)則檢測直流環(huán)路的這種狀態(tài)變化，就可以判別用戶撥號所發(fā)的脈沖號碼數(shù)字，用于這種情況的脈沖收號器主要由軟件實現(xiàn)，故也稱之為軟收號器。而對于雙音多頻(DTMF)話機，用戶所撥號碼不是由直流脈沖，而是由雙音多頻信號組成的，對于這種情況，有專用收號器來收號，將在2.3.4節(jié)詳細講解，這種收號器也稱為硬收號器。

5)編譯碼和濾波(C)

編譯碼和濾波功能是完成模擬信號和數(shù)字信號間的轉(zhuǎn)換。由于程控數(shù)字交換機只能對數(shù)字信號進行交換處理，而語音信號是模擬信號，因此，在模擬用戶電路中需要用編碼器(coder)把模擬語音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字語音信號，然后送到交換網(wǎng)絡進行交換，再通過解碼器(decoder)把從交換網(wǎng)絡送來的數(shù)字語音轉(zhuǎn)換成模擬語音送至用戶。

codec是coder和decoder這兩個英文單詞詞頭的縮寫。為了避免在模擬數(shù)字交換中由于信號抽樣而產(chǎn)生的混疊失真以及50Hz電源的干擾影響，模擬語音在進行編碼前要通過一個帶通濾波器，以濾除50Hz電源的干擾和3400Hz以上的頻率分量信號，而在接收方向方面，從解碼器輸出的PAM信號，要通過一個低通濾波器以恢復原來的模擬語音信號。目前該功能由PCM編/解碼器和濾波器專用集成芯片實現(xiàn)。

6)混合電路(H)

混合電路完成二線和四線的轉(zhuǎn)換。用戶話機的模擬信號是二線(a，b線)雙向的，而PCM數(shù)字信號是四線(2線發(fā)，2線收)單向的，因此在編碼之前/譯碼之后必須進行2/4線的轉(zhuǎn)換。圖2-10為混合電路與編解碼電路的連接圖。圖2-10混合電路與編解碼電路連接圖圖2-10中平衡電路是對用戶線的阻抗進行平衡匹配。目前混合電路的功能由集成電路實現(xiàn)。

7)測試(T)

測試功能主要是由內(nèi)線測試繼電器、外線測試繼電器完成用戶電路的內(nèi)線、外線的測試功能。測試目的是為了及時發(fā)現(xiàn)用戶終端、用戶線路和用戶線接口電路可能發(fā)生的混線、斷線、接地、與電力線碰接以及元件損壞等各種故障，以便及時修復和排除。圖2-11為用戶接口測試電路示意圖。在測試軟件控制下，由測試繼電器將用戶線接至專用測試設備，真正的測試工作由專用測試設備來完成。用戶電路中的測試模塊僅僅由內(nèi)、外側繼電器實現(xiàn)用戶內(nèi)/外線與測試設備的連接。內(nèi)線測試主要用來判斷撥號音、振截鈴、饋電電壓等是否正常；而外線測試通過測試用戶外線的絕緣電阻、用戶環(huán)路電阻、直流電壓、交流電壓等判斷混線、斷線、接地等問題。圖2-11用戶接口測試電路示意圖目前PSTN網(wǎng)中使用的程控數(shù)字交換機，其模擬用戶電路將BRSH功能集成在一塊專用芯片上，編解碼功能也由專用的編解碼芯片實現(xiàn)。

除了上述7項基本功能以外，有些局用程控交換機的用戶電路還設計了極性反轉(zhuǎn)，衰減控制、發(fā)送計費脈沖等功能。

2.數(shù)字用戶接口電路

數(shù)字用戶接口電路(DSLC)用于數(shù)字用戶終端與數(shù)字交換機的連接。常用的數(shù)字終端有數(shù)字話機、數(shù)字傳真機、PC等。程控交換機的數(shù)字用戶接口統(tǒng)稱為V接口，包括V1到V5。

·V1接口：2B?+?D接口，即基本速率接口(BasicRateInterface，BRI)，其中B為64kb/s，D為16kb/s，為窄帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(N-ISDN)數(shù)字用戶接口。

·V2接口：連接數(shù)字遠端模塊接口。

·V3接口：連接數(shù)字PABX的30B?+?D接口，即基群速率接口(PrimaryRateInterface，PRI)。

·V4接口：連接多個2B?+?D終端，支持ISDN接入。

·V5接口：由ITU-T定義的標準化的綜合業(yè)務節(jié)點接口，可支持PSTN、ISDN以及租用線業(yè)務的接入，包括V5.1接口和V5.2接口。其中，V5.1接口包含一個2Mb/s鏈路，V5.2接口可包含1～16個2Mb/s鏈路。2.3.2中繼接口電路

中繼接口電路(也稱做中繼器)是交換機和中繼線的接口電路，包括模擬中繼電路和數(shù)字中繼電路。模擬中繼電路是模擬交換局與模擬中繼線的接口，其功能與用戶電路的功能基本相似，目前在電話網(wǎng)上已很少使用，在此不作詳細介紹。本節(jié)重點介紹數(shù)字中繼接口電路。數(shù)字中繼器(DigitalTrunk，DT)是數(shù)字程控交換局局間或數(shù)字程控交換機與數(shù)字傳輸設備之間的接口設備，它的輸入端和輸出端都是數(shù)字信號，采用PCM信號傳輸。數(shù)字中繼接口有A接口和B接口兩種類型。

(1)?A接口：速率為2.048Mb/s，即30/32路的PCM一次群，傳輸碼型為HDB3碼。

(2)?B接口：速率為8.448Mb/s，PCM二次群接口。

數(shù)字中繼器的主要功能是碼型變換、時鐘提取、幀同步、

復幀同步、幀定位、信號的提取和插入等。其功能框圖如圖2-12所示。圖2-12數(shù)字中繼器功能框圖

1．碼型變換

以A接口為例，碼型變換實現(xiàn)線路上傳輸?shù)娜A高密度雙極性碼(HDB3)與中繼電路工作的單極性不歸零碼(NRZ)之間的轉(zhuǎn)換。

在數(shù)字交換機內(nèi)部，一般使用NRZ碼來表示數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)信息流中出現(xiàn)長串的連續(xù)1或連續(xù)0，這種碼型將呈現(xiàn)出連續(xù)的固定電平，從而無法傳送定時信息。經(jīng)過變換后的HDB3碼沒有直流分量，碼中信息1被交替地交換極性。此外，如果碼流中連續(xù)出現(xiàn)4個0，就發(fā)送一個1來代替第4個0，而且這個1違反極性交替變化的規(guī)則使其在接收端很容易被檢測出來并予以取消，同時變換后的碼不會出現(xiàn)連續(xù)的固定電平。因此，這種碼型可以用來傳送定時信息，適合在中繼線上傳輸。

2．時鐘提取

從輸入的數(shù)字流中提取時鐘信號作為輸入數(shù)據(jù)流的基準時鐘，所提取的時鐘信號被用來讀取輸入數(shù)據(jù)，實現(xiàn)收端和發(fā)端同步。同時該時鐘信號還用來作為本端系統(tǒng)時鐘的外部參考時鐘源。

3．幀同步與復幀同步

A接口采用PCM30/32路幀結構，如圖2-13所示。每一幀由32個時隙組成，其中TS0時隙中發(fā)送幀同步碼字和警告信息。同步碼字規(guī)定為0011011，它在偶數(shù)幀的TS0時隙中發(fā)送。幀同步就是要從接收的數(shù)據(jù)流中搜索并識別這一同步碼字，并以該時隙作為一幀的排頭，使接收端的幀結構排列和發(fā)送端完全一致，否則，就不能正確地實現(xiàn)數(shù)字信息的接收和交換。圖2-13PCM30/32路幀結構幀同步碼是由幀同步檢測器來檢測的，有兩種狀態(tài):

(1)幀同步狀態(tài)，在給定的幀同步碼位上檢測出已知的幀同步碼型；

(2)幀失步狀態(tài)，在給定的幀同步碼位上檢測到與已知碼型不一致的次數(shù)大于某個定值(這個定值一般大于1)。當電路連續(xù)多次收到幀失步信號時，必須重新搜尋同步碼，一旦檢測出幀同步碼字達幾幀，就重新返回到幀同步狀態(tài)。如果數(shù)字中繼線上使用的是隨路信號(如中國No.1信令)，則除了幀同步以外，還要實現(xiàn)復幀同步。

復幀同步是為了解決各路標志信號的錯路問題。采用隨路信號方式時，各路標志信號在一個復幀的TS16時隙中都各有自己確定的位置，如果復幀不同步，標志信號就會錯路。此外，即使是幀同步以后，復幀也不一定同步，因此，在獲得幀同步以后還必須進行復幀同步，以使接收端自第零幀(F0)開始的各幀與發(fā)端排列一致。復幀同步碼字為0000，安排在F0幀的TS16時隙之中的高4位。復幀同步檢測器檢測復幀同步信號，如果連續(xù)兩次沒有檢測到復幀同步信號，或者在一個復幀中所有的TS16時隙中均為0碼，則判為復幀失步。同樣，在失步狀態(tài)時，復幀同步檢測器也要逐位檢測接收的數(shù)據(jù)流，只有在檢測到復幀同步碼字，而且前一幀TS16中不是全0碼時，才恢復復幀同步。

4．幀定位

為了正確地接收數(shù)據(jù)，從中繼線上讀取的輸入數(shù)據(jù)必須使用從它里面所提取的時鐘。然而，由于數(shù)據(jù)信息的交換以交換機自身的系統(tǒng)時鐘進行，而這兩個時鐘又不一致，因此必須實現(xiàn)幀定位。

幀定位可以借助彈性存儲器來實現(xiàn)。彈性存儲器由從輸入數(shù)據(jù)中提取的時鐘來寫入輸入數(shù)據(jù)，而由系統(tǒng)時鐘來讀出這些數(shù)據(jù)，這樣就保證了輸入數(shù)據(jù)和系統(tǒng)時鐘的同步。同時消除了輸入碼流的相位抖動，使幀相位調(diào)整到交換機統(tǒng)一位置上，實現(xiàn)幀對齊，以滿足時隙交換的要求。

5．信號的提取與插入

除了幀同步碼、復幀同步碼與告警信息的提取與插入外，如果數(shù)字中繼線上使用的是隨路信號，還包括線路信令的提取和插入。

(1)線路信令的提取：信號控制電路將傳輸線上通過TS16時隙送來的信令碼提取出來，在輸入時鐘的控制下，寫入控制電路的存儲器；在本局時鐘的控制下，從存儲器中讀出并送往交換網(wǎng)絡。

(2)線路信令的插入：在發(fā)送碼流的規(guī)定時隙(TS16)插入所要傳送的線路信令信號。2.3.3信令設備

信令設備是交換機的一個重要組成部分，用來產(chǎn)生和接收/發(fā)送呼叫接續(xù)所需要的各種控制信號。常用的信令設備有如下幾種。

·信號音(TONE)發(fā)生器：提供各種數(shù)字化的單音頻信號音(如撥號音、忙音、回鈴音等)及雙音頻信號音(局間采用隨路信令時的多頻記發(fā)器信令)。

·雙音多頻(DualToneMulti-Frequency，DTMF)收號器：接收和識別DTMF話機的雙音頻信號。

·多頻互控(Multi-FrequencyControlled，MFC)發(fā)送器及接收器：局間采用隨路信令時，實現(xiàn)多頻記發(fā)器信號的接收和發(fā)送。

·No.7信令系統(tǒng)：局間采用No.7信令時，實現(xiàn)No.7信令的所有功能。

本節(jié)重點介紹TONE的產(chǎn)生與發(fā)送、DTMF信號的接收與識別及MFC的發(fā)送與接收，No.7信令系統(tǒng)將在第3章詳細介紹。

1.信號音的種類

1)程控交換系統(tǒng)到終端用戶的單音頻信號音

交換機傳送給用戶的信號音主要為450Hz或950Hz的單音頻信號，其時間結構及含義如表2-2所示。

2)終端用戶到交換機的雙音頻信號音

用戶向交換機發(fā)送的信號主要是被叫號碼，主要有兩種：傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤式電話機產(chǎn)生的直流脈沖信號和現(xiàn)代按鍵式話機產(chǎn)生的DTMF信號。直流脈沖信號由用戶處理機采用軟件收號，也稱做軟收號器。而DTMF采用DTMF收號器收號，也稱做硬收號器。DTMF信號是由兩個頻率組成的雙音頻組合信號。國標(GB3378—82)規(guī)定了按鍵數(shù)字與頻率的組合關系，如表2-3所示。

3)交換機到交換機的多頻互控信號

當局間采用中國No.1信令時，交換機間通過中繼接口電路在中繼線上發(fā)送和接收局間MFC信號。MFC信號是互控的雙音頻信號，分前向和后向信號。前向信號采用高頻群按六中取二編碼，最多可組成15種信號，如表2-4所示。后向信號采用低頻群按四中取二編碼，最多可組成6種信號，如表2-5所示。

2.信號音的產(chǎn)生

1)單音頻信號音的產(chǎn)生

以500?Hz單音頻信號音產(chǎn)生為例。500?Hz單頻信號周期為2?ms，按125?μs間隔進行抽樣(抽樣頻率為8?kHz)，然后將量化編碼后得到的PCM信號存入ROM中，配合控制電路，需要時讀出即可。圖2-14為單音頻信號產(chǎn)生原理圖，圖2-15為單音頻信號讀出原理圖。圖2-14單音頻信號產(chǎn)生原理圖圖2-15單音頻信號讀出原理圖

2)雙音頻信號音的產(chǎn)生

交換機產(chǎn)生的雙音頻信號指的是MFC信號。其產(chǎn)生原理與單音頻信號大致相同，不同的是它有兩個頻率，因此需要確定一個“重復周期”，使得在這個周期內(nèi)兩個雙音頻信號和8kHz的抽樣信號都能重復完整的周期。以產(chǎn)生1380Hz和1500Hz的數(shù)字信號為例。首先找到一個重復周期T，使得1380Hz、1500Hz、8kHz成整數(shù)循環(huán)，即求三者的最大公約數(shù)。當最大公約數(shù)為20Hz，則重復周期T?=1/20=50ms。在50ms內(nèi)1380Hz重復69次，1500Hz重復75次，8kHz重復了400次，因此在50ms內(nèi)需要有400個抽樣值存放在ROM中，配合控制電路，需要時讀出即可。

3.數(shù)字音頻信號的發(fā)送

在數(shù)字交換機中，不論是450Hz的單音頻信號，還是DTMF雙音多頻、MFC多頻互控信號，都通過數(shù)字交換網(wǎng)絡發(fā)送出去。數(shù)字音頻信號的發(fā)送示意圖如圖2-16所示。圖2-16數(shù)字音頻信號的發(fā)送示意圖交換網(wǎng)絡通過半固定連接實現(xiàn)數(shù)字音頻信號的發(fā)送。所謂半固定連接方式，是指在數(shù)字交換網(wǎng)絡里，預先指定好一些內(nèi)部資源，固定作為信號音存儲的通道，比如，如果某用戶需要聽某種信號音，只要將這個信號音的PCM碼在該用戶所在的時隙讀出即可。

4．數(shù)字音頻信號的接收

交換設備要接收的信號有DTMF信號和MFC信號，它們都是多頻信號。為了實現(xiàn)DTMF和MFC信號的接收，交換設備設有DTMF收號器和MFC接收器，兩者的接收原理大致相同。這里我們以DTMF收號器為例講解數(shù)字音頻信號的接收原理。DTMF收號器的任務就是識別組成DTMF信號的兩個頻率，并將其轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)字。DTMF收號器可分為兩種：模擬收號器和數(shù)字收號器。

1)模擬收號器

用戶撥的被叫號碼(DTMF信號)通過用戶接口電路的A/D轉(zhuǎn)換，以PCM形式進入交換網(wǎng)絡中，從交換網(wǎng)絡輸出的PCM信號經(jīng)過PCM解碼器輸出為模擬的雙音多頻(DTMF)信號。這個模擬的DTMF信號再由雙音多頻檢測器測出所包含的兩個不同頻率，由解碼邏輯電路判決出用戶發(fā)來的撥號數(shù)字，并把此數(shù)字送給處理器處理。模擬收號器的接收原理圖如圖2-17所示。圖2-17模擬收號器的接收原理圖

2)數(shù)字收號器

數(shù)字收號器的接收原理與模擬收號器相似，只是數(shù)字收號器由數(shù)字濾波器和數(shù)字邏輯電路構成，目前由數(shù)字信號處理器(DSP)來實現(xiàn)，即將交換網(wǎng)絡送來的數(shù)字化的DTMF信號，直接送到DSP解出數(shù)字。目前的大型程控交換機主要采用數(shù)字收號器。

在數(shù)字交換機中，接收器一般是公用資源，所需接收器的數(shù)量由整個交換系統(tǒng)的容量來確定。2.3.4數(shù)字交換網(wǎng)絡

1)交換單元

交換單元是構成交換網(wǎng)絡的基本部件，其功能是將某條入線上的信號，交換到某條出線上去。

一個具有M條入線，N條出線的交換單元稱為M×N的交換單元，如圖2-18所示。圖2-18M?×?N的交換單元1.概述圖2-18中，控制端用來控制交換單元某條入線與某條出線的連接，實現(xiàn)信息從入線交換到出線的交換功能。狀態(tài)端用來描述交換單元的內(nèi)部狀態(tài)，讓外部了解交換單元的內(nèi)部工作情況。

按照交換單元入線與出線的數(shù)量關系，可以把一個M×N的交換單元分為集中型、分配型、擴散型三種，如圖2-19所示。圖2-19交換單元分類

·集中型：入線數(shù)大于出線數(shù)(M>N)，稱為集中器。

·分配型：入線數(shù)等于出線數(shù)(M=N)，稱為分配器。

·擴散型：入線數(shù)小于出線數(shù)(M<N)，稱為擴展器。

按照交換單元的所有入線和出線之間是否共享單一的通道，把交換單元分為時分交換單元和空分交換單元。時分交換單元中所有的輸入口與輸出口之間共享唯一的一條通道，從入線來的信息都要通過這條唯一的通道才能交換到目的出線上去。這條唯一的通道可以是一個共享總線，更常用的是一個共享存儲器。時分交換單元共享通道類型如圖2-20所示。圖2-20時分交換單元共享通道類型

典型的空分交換單元就是開關陣列，所有入線與出線之間存在多條通道，從不同入線來的信息可以從不同的出線傳送，如圖2-21所示。圖2-21空分交換單元(開關陣列)如果交換單元的任意入線可以和任意出線相連接，這種網(wǎng)絡稱為全利用度交換網(wǎng)絡，否則，就是非全利用度網(wǎng)絡。利用度是用來描述網(wǎng)絡輸出信道的可用數(shù)量的，全利用度即表示所有的輸出信道都可以被任意一個輸入信道使用，也就是說，任意一個輸入信道可以和所有的輸出信道相連接。

2)交換網(wǎng)絡的結構

際的交換單元稱做接線器。一個M×N的接線器就可以構成一個單級交換網(wǎng)絡，若干個接線器按照一定的拓撲結構連接就可以構成各種多級交換網(wǎng)絡。目前的交換網(wǎng)絡結構多采用三級交換。圖2-22三級交換網(wǎng)絡一般地，我們將接線器之間的連線稱為鏈路。如圖2-22所示的三級交換網(wǎng)絡，每一級由兩個2×2的接線器構成，并且每級之間僅存有一條內(nèi)部鏈路。因此任何時刻在一對接線器之間只能有一對出、入線接通。這樣就可能出現(xiàn)雖然有空閑的網(wǎng)絡內(nèi)部通路，但卻不能把某個指定的空閑輸入信道和某個指定的空閑輸出信道相連接的現(xiàn)象。例4假設第1級標號為?#1的輸出“1”號線空閑，第3級標號為?#1的輸入“0”號線空閑，其他內(nèi)部鏈路皆為占用。試問是否可以將第1級?#1上某個空閑的輸入信道和第3級?#1上某個空閑的輸出信道連接起來？解分析圖2-22的結構可以得知：雖然第1級標號為?#1的輸出和第3級標號為?#1的輸入都有空閑信道，即網(wǎng)絡內(nèi)部有空閑通路，但第1級?#1和第3級?#1間卻不能建立連接，我們將這種現(xiàn)象稱為交換網(wǎng)絡的內(nèi)部阻塞。因此，阻塞是表示網(wǎng)絡內(nèi)部通路的可用性，即對于空閑的輸入信道和空閑的輸出信道，即使網(wǎng)絡內(nèi)部有空閑的通路，這些通路也不能用來將空閑的輸入信道和空閑的輸出信道連接起來，從而出現(xiàn)阻塞。一個網(wǎng)絡是否有阻塞由網(wǎng)絡結構決定，而阻塞率的大小不僅和網(wǎng)絡結構有關，還和話務量的大小及其分布有關。顯然，交換網(wǎng)絡的內(nèi)部阻塞是由于網(wǎng)絡內(nèi)部的鏈路不通而造成的，所以要想減少內(nèi)部阻塞，應增加網(wǎng)絡內(nèi)部的鏈路數(shù)。

在2.3.3節(jié)中，我們已經(jīng)給出了網(wǎng)絡無阻塞的條件，即對于一個三級交換網(wǎng)絡，假如第1級采用擴散型接線器，其入線數(shù)與出線數(shù)之比為N?:?M?(M>N)，第3級采用集中型接線器，其入線數(shù)與出線數(shù)之比為M?:?N(M>N)，則網(wǎng)絡無阻塞的條件為M≥2N－1。當?時，一般取來滿足無阻塞網(wǎng)絡條件。

2.交換網(wǎng)絡的組成及工作原理

在程控數(shù)字交換機中，采用的數(shù)字交換網(wǎng)絡。數(shù)字交換網(wǎng)絡的重要特點是它通過PCM鏈路與外圍模塊(用戶模塊、中繼器、信令設備等)連接。交換網(wǎng)絡是整個話路部分的核心，它在控制系統(tǒng)的控制之下，為用戶模塊建立語音信號臨時通道(接續(xù))。圖2-23給出了交換網(wǎng)絡外部結構示意圖。圖2-23交換網(wǎng)絡外部結構示意圖

1)時間(T)接線器

(1)組成。

T接線器由話音存儲器(SpeechMemory，SM)和控制存儲器(ControlMemory，CM)構成。SM和CM都是由隨機雙端口存取存儲器(DualPortRandomAccessMemory，DPRAM)構成的。①話音存儲器：用于暫時存儲經(jīng)過PCM編碼的數(shù)字化話音信號，每一個單元存放一個時隙的話音信號，由于每個時隙是8位編碼，因此話音存儲器每個單元的大小為8位。而話音存儲器的單元數(shù)等于PCM復用線上復用的時隙總數(shù)。例如，一個T接線器的PCM鏈路速率為2.048Mb/s，則對應的復用時隙數(shù)為32，那么該T接線器的SM有32個存儲單元，每個單元字長為8bit，SM的容量為32×8(bit)。②控制存儲器：控制存儲器存放的是話音存儲器讀出或?qū)懭氲牡刂诽?也稱做單元號或控制字)，用來控制話音存儲器的讀或?qū)憽Ｈ绻秤脩舻脑捯舸娣旁谠捯舸鎯ζ鞯牡?單元，即單元地址為6，則在控制存儲器某個單元中就應寫入該話音存儲器的地址“6”，此控制字控制話音信號的讀出或?qū)懭??？刂拼鎯ζ骱驮捯舸鎯ζ鞯拇鎯卧獢?shù)相同，每個單元的字長為話音存儲器總單元數(shù)的二進制編碼字長。例如，某話音存儲器的單元數(shù)為1024，則控制存儲器的單元數(shù)也為1024，每個單元的字長為10bit，即210=1024。

(2)工作方式。

T接線器有兩種工作方式，分別為輸出控制方式和輸入控制方式。

①輸出控制方式：話音存儲器的寫入信號受定時脈沖控制，而讀出信號受控制存儲器的控制，即話音存儲器采用“順序?qū)懭?，控制讀出”方式。

②輸入控制方式：話音存儲器的寫入受控制存儲器的控制，而讀出信號受定時脈沖控制，即話音存儲器采用“控制寫入，順序讀出”方式。例5某主叫用戶的話音信號(用a表示)占用時隙TS25，通過T接線器交換至被叫用戶TS48，圖2-24(a)、(b)給出了兩種工作方式的示意圖。圖2-24T接線器工作方式對于輸出控制方式，其工作過程如下：

①CPU根據(jù)所選路由在控制存儲器的第48單元填寫控制字25；

②在TS25到來時，主叫用戶的話音信號a在定時脈沖的控制下，寫入話音存儲器第25單元內(nèi)；③在定時脈沖控制下，在TS48這一時間，從控制存儲器的第48單元讀出內(nèi)容25，把它作為話音存儲器的讀出地址，讀出話音存儲器25單元的內(nèi)容。這正好是原來在第TS25寫入的主叫話音a，而此話音信號在話音存儲器讀出的時隙為TS48，即把主叫用戶話音信號a從TS25交換到TS48了，實現(xiàn)了主叫話音的時隙交換。由于PCM通信采用四線通信，即發(fā)送信道和接收信道是分開的，如果要把被叫用戶的話音信號(用b表示)交換給主叫用戶，只要在TS48到來時，將被叫用戶話音b寫入話音存儲器第48單元，CPU根據(jù)所選路由在控制存儲器的第25單元填寫控制字48，在定時脈沖控制下，控制存儲器在第TS25讀出內(nèi)容48作為話音存儲器的讀出地址，將其內(nèi)容b讀出，即把被叫用戶話音b從TS48交換到TS25了。同理，對于輸入控制方式，其工作原理與輸出控制方式相似，不同點是話音存儲器的寫入受到控制存儲器的控制，而讀出是在定時脈沖控制下順序讀出。詳細工作方式這里就不多說了。對于T接線器的兩種工作方式，有以下4點說明：

①不論采用輸出控制工作方式還是輸入控制工作方式，控制存儲器都采用CPU控制寫入，順序讀出。

②工作方式不同，存儲器中存儲單元的內(nèi)容就不同，但可以達到相同的結果，即話音信號的交換結果是一樣的。③T接線器是以空間位置的劃分來實現(xiàn)時隙交換的。這是因為不論采用哪種工作方式，都是將PCM復用線上的每個輸入時隙的信息對應存入SM的一個存儲單元，其實質(zhì)是由空間位置的劃分來實現(xiàn)時隙交換的，所以認為T接線器是采用空分方式工作的。④T接線器采用時隙交換，它對輸入信號會產(chǎn)生延遲。例如，要把TS1的輸入信號交換到TS6中去就會產(chǎn)生5個時隙的延遲。交換過程中信息延遲最大有將近1幀(在寫入時隙的前一個時隙讀出)。此外，在一個時隙內(nèi)話音存儲器和控制存儲器都要完成讀/寫各一次操作，當輸入/輸出PCM鏈路速率增大時，則要求存儲器讀/寫速率要足夠快。隨著微電子技術的快速發(fā)展，存儲器的讀/寫速度不斷提高，但由于專用IC芯片的速度是有限的，因此，交換網(wǎng)絡輸入及輸出速率也是有限的，相應地，交換網(wǎng)絡的容量也是有限的。

(3)?T接線器的實現(xiàn)原理。

①T接線器由話音存儲器(SM)和控制存儲器(CM)構成。話音存儲器電路實現(xiàn)原理如圖2-25所示。圖2-25SM電路實現(xiàn)原理圖

SM主要構件是隨機DPRAM，它可寫可讀。SM除雙端口存儲器外，還需要相應的讀/寫控制電路。圖2-25為采用輸出控制方式的SM電路實現(xiàn)原理圖。話音存儲器在定時脈沖控制下將語音信號順序?qū)懭?，因此首先要產(chǎn)生用于語音信號寫入的定時脈沖信號。如圖2-26為產(chǎn)生的定時脈沖及位脈沖波形圖。圖2-26定時脈沖及位脈沖波形圖從圖2-26中可見，CP時鐘周期為488ns，頻率為2.048MHz，對應于32路PCM幀結構的碼元速率。經(jīng)過分頻電路形成定時脈沖A0～A7，這樣在A0～A7控制下可以按順序提供話音存儲器的寫入地址。當控制存儲器CM無輸出，即B0～B7全為0時，寫入控制信號有效，打開寫入地址A0～A7的門，向SM寫地址總線寫入地址，于是話音信號DI0～DI7的內(nèi)容順序?qū)懭朐捯舸鎯ζ?SM)相應單元中。一般控制存儲器在CP的前半周期不送數(shù)據(jù)，而在后半周期送數(shù)據(jù)。因此在CP后半周期時，B0～B7不全為0時，這時讀控制信號有效，則按照控制存儲器(CM)提供的B0～B7作為SM的讀地址，從相應的SM單元讀出輸出數(shù)據(jù)DO0～DO7。②控制存儲器電路實現(xiàn)原理如圖2-27所示。圖2-27CM電路實現(xiàn)原理圖

CPU選定路由以后，控制存儲器通過鎖存器，從CPU地址總線送來寫入地址AW0～AW7，從CPU數(shù)據(jù)總線送來寫入數(shù)據(jù)BW0～BW7。同時發(fā)來寫命令，即在=?1時使控制信號=0，將控制字BW0～BW7寫入到CM中。當=0時=1，即讀有效，則按照定時脈沖A0～A7指定的地址，順序讀出單元內(nèi)的內(nèi)容，此內(nèi)容作為SM的讀出地址，B0～B7送到SM的地址線上。

(4)?T接線器與外圍模塊的連接。

由圖2-23可知，交換網(wǎng)絡通過多條PCM復用線與外圍模塊連接。例如傳輸速率為2.048Mb/s的PCM鏈路由32個時隙復用得到，每個時隙含有8?bit的數(shù)字化信號，并以串行方式進入交換網(wǎng)絡，而交換網(wǎng)絡的主要部件是T接線器，其話音存儲器實質(zhì)就是隨機RAM，用于暫時存儲從PCM復用鏈路進來的數(shù)字化信號，此數(shù)字化信號是以8?bit的并行方式進入到話音存儲器的。因此，除了需要串/并及并/串轉(zhuǎn)換電路外，還需要增加復用和分路電路，來實現(xiàn)T接線器與外圍模塊的連接，如圖2-28所示。圖2-28T接線器與多個PCM鏈路連接原理圖圖2-28中的PCM復用線也稱為HW(highway)線(或稱做母線)，它是網(wǎng)絡板和外圍資源板用來通信的高速數(shù)據(jù)線。HW線的速率與復用時隙數(shù)有關，圖2-28所示的HW線由32個時隙復用得到，速率為2.048Mb/s。

①復用器/分路器的工作原理。圖2-28中左方框所示為復用器模塊，右方框所示為分路器模塊。復用器和分路器是成對出現(xiàn)的，分路器是復用器的逆過程。圖2-29復用器波形圖圖2-30復用器工作原理圖從圖2-30可以看出，復用后的輸出構成新的幀結構，新幀包含32×8=256個時隙(TS0～TS255)，新幀中的每個時隙編號與復用前的對應關系為：

TS復=TS號×HW總+HW號

(2.6)

其中，TS復為復用后的TS編號；TS號為復用前的TS編號；HW總為HW線總數(shù)；HW號為復用前的HW線編號。例6圖2-30中HW6TS3經(jīng)復用后的時隙編號為3×8+6=30，即TS30。HW3TS20

經(jīng)復用后的時隙編號為20×8+3=163，即TS163。

②復用器/分路器電路實現(xiàn)。復用器的電路實現(xiàn)原理圖如圖2-31所示。圖2-31復用器的電路實現(xiàn)原理圖移位寄存器是8位串入并出的，總共有8組，實現(xiàn)8條HW線的串入并出。每個移位寄存器在時鐘CP的控制下，將每個時隙中的8bit串行碼依次移入寄存器，所以移位寄存器輸出端D0～D7碼不是同時出現(xiàn)的，而是在時鐘CP控制下一位一位鎖存到移位寄存器的輸出端的。圖2-31中，位脈沖TD0～TD7的周期為3.9μs，脈寬為488ns，標志了每一個時隙8位碼的某一位。中間級鎖存器在時鐘的控制下(^TD7的時序圖參見圖

2-26)，即在每個時隙的最后一位(D7)的后半周期(

)將D0～D7的8位碼輸出到鎖存器的輸出端，因此鎖存器輸出端的數(shù)據(jù)和串行輸入端的數(shù)據(jù)在時間上已經(jīng)延遲了一個時隙。最后一級的8選1選擇器在時鐘脈沖CP的控制下將8條HW線的8位并行碼依次輸出送至T接線器的話音存儲器的數(shù)據(jù)總線上。圖2-32為復用器輸入/輸出信號波形示意圖。圖2-32復用器輸入/輸出信號波形示意圖分路器的電路實現(xiàn)原理如圖2-33所示。圖2-33分路器的電路實現(xiàn)原理圖分路器是復用器的逆過程。圖2-33中鎖存器在TDi∧(i?=?0，1，…，7)時鐘控制下，將8條HW線的D0～D7分別寫入到鎖存器的輸出端，即當TD0∧=1時，將HW0的D0～D7寫入到鎖存器0；當TD1∧?=1時，將HW1的D0～D7寫入到鎖存器1；…；當TD7∧=1時，將HW7的D0～D7寫入到鎖存器7。在下一個時隙的位脈沖TD0到來時，即TD0=1，且滿足TD0∧CP=1時，8個移位寄存器的置位端“S”置為1，則將8個鎖存器的輸出端D0～D7并行碼同時置入移位寄存器中。當下一個時鐘CP到來時，這時TD0=0，移位寄存器在CP時鐘控制下，將輸入端的并行碼一位一位串行輸出，如此循環(huán)下去，實現(xiàn)并行碼/串行碼的轉(zhuǎn)換。

2)空間(S)接線器

S接線器完成不同復用總線間同一TS的交換，即完成空間交換(也稱做母線交換)。如圖2-34所示，n條輸入復用線和n條輸出復用線形成n×n矩陣，由n個控制存儲器(CM1～CMn)控制。圖2-34S接線器結構

(1)組成。S接線器由電子交叉矩陣和控制存儲器(CM)構成，通過控制存儲器控制電子交叉矩陣接點的閉合來實現(xiàn)同一時隙(TS)在不同HW之間的交換。

①交叉矩陣：也稱為開關矩陣，在圖2-34中為n×n矩陣，共有n2個交叉點，每個交叉點有接通與斷開兩種狀態(tài)，這些交叉點的狀態(tài)由該輸入復用線或輸出復用線所對應的

控制存儲器來控制，其功能即在多條入線之間選擇一條接通出線。②控制存儲器(CM)：用來控制交叉矩陣中的接點何時打開何時閉合?？刂拼鎯ζ饔呻S機雙端口存取存儲器(DPRAM)構成，其數(shù)量等于輸入線或輸出線的個數(shù)，每個CM所含的單元數(shù)等于每條輸入線或輸出線所復用的時隙數(shù)。例如，一個8×8的交叉矩陣，每條復用線每幀含有32個時隙，則需要8個控制存儲器，且每個CM有32個單元。

(2)工作方式。S接線器有兩種工作方式，分別為輸出控制方式和輸入控制方式。

·輸出控制方式：每一個控制存儲器控制同號輸出端的所有交叉點；

·輸入控制方式：每一個控制存儲器控制同號輸入端的所有交叉點。例7某S接線器大小為(n+1)×(n+1)，則其控制存儲器有n+1個(CM0～CMn)。設每個CM的單元數(shù)為32，對應時隙TS0～TS31。要將HW0線TS3的信息傳送到與HWn線的TS3上及將HWn線上TS25的信息傳送到HW1線的TS25上。圖2-35(a)、(b)給出了兩種工作方式的示意圖。對于輸出控制方式，其工作過程如下：

①CPU根據(jù)路由選擇結果在CM寫入控制字，用來控制編號相同的輸出復用線上的所有開關。即在CMn的第3單元填寫輸入線號“0”，在CM1的第25單元填寫輸入線號“n”。(注：輸出控制方式按輸出復用線來配置CM，即一條輸出母線對應一個CM，則CM1對應HW1輸出復用線，CMn對應HWn輸出復用線，以此類推，存儲單元的內(nèi)容表示該存儲器所對應的輸出母線所要接通的輸入母線的號數(shù)。)②控制存儲器在定時脈沖的控制下順序讀出其內(nèi)容，當TS3到來時，其對應的CMn單元數(shù)據(jù)為“0”，表明在TS3時隙內(nèi)，在CMn的控制下，將閉合出線HWn與入線HW0相交叉的開關，使得HW0入線上TS3的信息交換到HWn出線上。同理，當TS25到來時，在CM1的控制下，將閉合出線HW1與

入線HWn相交叉的開關，使得HWn入線上TS25的信息交換到HW1出線上。圖2-35S接線器的工作方式同理，對于輸入控制方式，其工作原理與輸出控制方式相似，不同點在于它按輸入復用線來配置CM，即一條輸入母線對應一個CM，CM存儲單元的內(nèi)容為該存儲器所對應的輸入母線所要接通的輸出母線的號數(shù)。詳細工作過程這里不再贅述。對于S接線器的兩種工作方式，有以下幾點說明：

①不論采用輸出控制工作方式還是輸入控制工作方式，控制存儲器都采用CPU控制寫入，順序讀出。

②S接線器只能實現(xiàn)不同HW線間的交換，不能實現(xiàn)時隙交換，因此S接線器不能單獨實現(xiàn)數(shù)字交換。③S接線器以時分方式實現(xiàn)HW線之間的空間交換，這是因為交叉矩陣的輸入線和輸出線都是時分復用線，交叉矩陣的各個開關是按照復用時隙閉合和打開的，因此S接線器采用時分工作方式。

(3)?S接線器的實現(xiàn)原理。?S接線器由電子交叉矩陣和控制存儲器構成，電子交叉矩陣(以8×8交叉矩陣為例)的電路實現(xiàn)原理如圖2-36所示。圖2-36電子交叉矩陣的實現(xiàn)原理圖

S接線器以時分方式工作，每隔一個時隙(3.9?μs)改變一次接續(xù)，因此一般采用電子接點。

電子交叉接點由電子選擇器組成的。圖2-36中，電子交叉接點矩陣由8片8選1電子選擇器構成，采用輸出控制方式，因此每個8選1電子選擇器負責一個輸出端?？刂拼鎯ζ魍ㄟ^選通信號決定此次接續(xù)選擇的是哪一片8選1電子選擇器，同時控制存儲器通過B0～2來選擇數(shù)據(jù)，決定是哪個輸入端要和輸出端接通。

空間接線器的控制存儲器電路實現(xiàn)原理如圖2-37所示。圖2-37空間接線器的CM電路實現(xiàn)原理圖

3.幾種常用的交換網(wǎng)絡

在大型程控交換機中，數(shù)字交換機較多采用三級組合方式，如TST、STS、TTT。其中，由于TTT和TST使用得較多，因此本節(jié)重點介紹單T交換網(wǎng)絡及TST和TTT三級組合

網(wǎng)絡。

1)單T交換網(wǎng)絡

對于T接線器，其基本功能就是實現(xiàn)時隙交換，只要配上復用器和分用器，它就可以單獨構成一個單T數(shù)字交換網(wǎng)絡，如圖2-38所示。

圖2-38所示的單T交換網(wǎng)絡假設有4條HW線，每條HW線有32個時隙。因此T接線器中的話音存儲器和控制存儲器各有32×4=128個單元。T接線器可以采用輸入控制方式或輸出控制方式工作，圖2-38中采用的是輸入控制方式。如果要完成下列信號的雙向交換：HW1TS5(A)HW3TS20(B)，分析雙向接續(xù)過程。圖2-38單T數(shù)字交換網(wǎng)絡由式(2.6)可知:

A語音經(jīng)過復用器后占用的時隙號為

TS復A=5×4+1=21

B語音經(jīng)過復用器后占用的時隙號為

TS復B=20×4+3=83

則其雙向接續(xù)過程如下：

(1)?CPU根據(jù)所選路由在控制存儲器的第21單元填寫控制字83，第83單元填寫控制字21。

(2)當TS21到來時，主叫用戶的語音信號A在控制存儲器的控制下，寫入話音存儲器第83單元內(nèi)；當TS83到來時，被叫用戶的語音信號B在控制存儲器的控制下，寫入話音存儲器第21單元內(nèi)。

(3)話音存儲器在定時脈沖控制下順序讀出，當TS21到來時，讀出話音存儲器的第21單元內(nèi)容B，即已把被叫用戶語音信號B從TS83交換到TS21了；當TS83到來時，讀出話音存儲器的第83單元內(nèi)容A，即已把主叫用戶語音信號A從TS21交換到TS83了，實現(xiàn)了雙向時隙交換。單T網(wǎng)絡不僅是一個全利用度、無阻塞的時分交換網(wǎng)絡，而且控制簡便。然而，單T網(wǎng)絡的容量是受限的。它主要受到3個方面的限制：一是受限于語音信號的延遲，二是受限于實際制造能力，三是受限于控制存儲器的字長。

2)?TST交換網(wǎng)絡

TST網(wǎng)絡主要由復用器、分用器、時分接線器和空分接線器組成。這里將主要討論TST網(wǎng)絡的工作方式及其雙向通路的建立過程。

(1)?TST網(wǎng)絡的工作方式及雙向通路的建立。

T接線器和S接線器都有兩種工作方式：輸入控制方式和輸出控制方式。因此，從原理上來講，在TST網(wǎng)絡中，無論是T接線器還是S接線器，采用這兩種工作方式中的任意一種都可以實現(xiàn)交換接續(xù)功能。但是，在實際應用中，兩邊的T接線器往往采用兩種不同的工作方式，即輸入級T接線器若采用輸出控制方式，則輸出級T接線器就采用輸入控制方式；反之亦然。而用得更普遍的情況是，輸入級T接線器采用輸入控制，輸出級T接線器采用輸出控制，之所以如此，是因為這種結構所得到的一系列對應關系有利于軟件的設計和接續(xù)控制。如圖2-39所示的TST交換網(wǎng)絡，假設有3條HW線，每條HW線有32個時隙。輸入側T接線器采用輸入控制方式，輸出側T接線器采用輸出控制方式，S接線器矩陣是3×3的電子交叉接點矩陣，采用輸出控制方式。要在用戶A和用戶

B之間建立呼叫接續(xù)。其中，主叫用戶A占用HW1的第3時隙，被叫用戶B占用HW3的第28時隙，如果要完成A用戶與B用戶的雙向通信，就要實現(xiàn)HW1TS3(A)HW3TS28(B)的交換。下面分析雙向接續(xù)過程。圖2-39TST交換網(wǎng)絡接續(xù)示意圖①A→B前向通路的接續(xù)過程。

首先，在S接線器相應的控制存儲器中尋找空閑的時隙作為內(nèi)部通路。由于S接線器采用輸出控制方式，且被叫用戶B在第3個T接線器上，故應在標號為“3”的控制存儲器中尋找空閑時隙。假設選定的空閑時隙序號為6，則在該地址的存儲單元中寫入主叫用戶A所在的輸入線序號“1”，從而建立了S級的內(nèi)部通路。其次，在輸入側T接線器建立交換接續(xù)通路。由于輸入側T接線器采用輸入控制方式，且用戶A占用TS3，故應在控制存儲器CMA1的第3地址單元中寫入內(nèi)部通路號6。這樣，用戶A的信息將在TS3時隙寫入到話音存儲器的第6個存儲單元之中，并在內(nèi)部時隙TS6時刻讀出，從而實現(xiàn)輸入側T接線器的交換接續(xù)。最后，在輸出側T接線器建立交換接續(xù)通路。由于輸出側T接線器采用輸出控制方式，且用戶B占用TS28，故應在控制存儲器CMB3的第28地址單元中寫入內(nèi)部通路號6，從而在輸出側T接線器建立起交換接續(xù)通路。

至此，從用戶A到用戶B的前向通路已建立完成。下面，還需建立一條從用戶B到用戶A的后向通路。②B→A后向通路的接續(xù)過程。

同樣地，首先在S接線器相應的控制存儲器中尋找空閑的內(nèi)容時隙作為后向內(nèi)部通路。在實際中，為了方便CPU管理和控制，一旦選中前向空閑時隙，根據(jù)反相法，后向通路的內(nèi)部時隙號為TS反向=TS前向±半幀時隙數(shù)。這樣，CPU只需選一次，第二次自動在第一次選擇的時隙號上加半幀時隙數(shù)即可，無須再選第二次通路時隙。本例中前向空閑時隙序號為6，且S接線器一幀所含時隙數(shù)為32，則反向空閑時隙序號為TS反向=6+32/2=22。

其次，建立后向通路。只需在相應的控制存儲器中寫入適當?shù)臄?shù)據(jù)即可，即在S接線器的標號為“1”的控制存儲器第22地址單元中寫入輸入線序號3；在輸入側T接線器的控制存儲器CMA的第28地址單元中寫入后向通路序號22；在輸出側T接線器的控制存儲器CMB1的第3地址單元中也寫入后向通路序號22。從上述雙向通路的建立過程可以清楚地看到，TST三級網(wǎng)絡各級的分工分別為：輸入側T接線器負責輸入母線(HW)的時隙交換，中間S接線器負責母線(HW)之間的交換，而輸出側T接線器負責輸出母線(HW)的時隙交換，因此TST組合后的網(wǎng)絡，能夠利用T和S接線器的特點，實現(xiàn)任何不同HW線各時隙間信息的交換。

(2)?TST網(wǎng)絡幾點說明。

①在TST網(wǎng)絡