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1、第第2 2章电路交换技术章电路交换技术1本讲稿第一页，共四十一页定义电路，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。2本讲稿第二页，共四十一页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
2、标志器驱动纵横接线器动作完成自动接续。3本讲稿第三页，共四十一页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。4本讲稿第四页，共四十一页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
3、控数字交换机。5本讲稿第五页，共四十一页2.1.2 电路交换机的分类(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。6本讲稿第六页，共四十一页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
4、制计算机中呼叫处理软件处理呼叫请求和控制接续动作。7本讲稿第七页，共四十一页2.1.3 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。8本讲稿第八页，共四十一页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 9本讲稿第九页，共四十一页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
5、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路；能随时发现任何一方用户挂机。10本讲稿第十页，共四十一页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。11本讲稿第十一页，共四十一页2.3 电路交换系统的硬件结构 12本讲稿第十二页，共四十一页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
6、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；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。13本讲稿第十三页，共四十一页模拟用户接口 测试测试T，通过继电器分别将外线或内侧电路连接到，通过继电器分别将外线或内侧电路连接到测试设备。测试设备。外线测试可检测用户线短路、断路、碰地、搭接外线测试可检测用户线短路、断路、碰地、搭接电力线等故障；电力线等故障；内侧测
7、试模仿话机的操作过程检验各功能电路是内侧测试模仿话机的操作过程检验各功能电路是否正常。否正常。振铃振铃R，通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的交的交流电压，采用流电压，采用1s通、通、4s断周期方式向用户话机馈断周期方式向用户话机馈送。送。振铃电压较高，该模块置于过压保护功能模块之振铃电压较高，该模块置于过压保护功能模块之外。外。14本讲稿第十四页，共四十一页模拟用户接口 过压保护过压保护O，为防止雷电等高压损坏交换机，为防止雷电等高压损坏交换机，三级保护：用户配线架采用放电管泻放雷三级保护：用户配线架采
8、用放电管泻放雷电等超高压；接口板电等超高压；接口板a、b线入口采用热敏电线入口采用热敏电阻、钳位二极管限制大于阻、钳位二极管限制大于160V的电压流入板的电压流入板内；振铃电路之后再用内；振铃电路之后再用48V钳位二极管保护钳位二极管保护内部低压电路。内部低压电路。馈电馈电B，向无源电话机馈送，向无源电话机馈送-48V直流电源，电直流电源，电流保持在流保持在2050mA，馈电电路要尽量减小，馈电电路要尽量减小对话音信号传输的跨接和共模影响。对话音信号传输的跨接和共模影响。监视监视S，利用检测是否在用户环路上有直，利用检测是否在用户环路上有直流流过来判别用户摘流流过来判别用户摘/挂机状态，直流脉
9、冲拨挂机状态，直流脉冲拨号数字变化。号数字变化。二二/四线变换四线变换H，利用混合线圈或，利用混合线圈或半导体电路完成外部二线传输到内半导体电路完成外部二线传输到内部四线传输方式的转换。部四线传输方式的转换。15本讲稿第十五页，共四十一页模拟用户接口 编译码编译码C，数字交换机只进行数字信号交，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式传送话换，外线用户环路采用模拟方式传送话音信号，需采用音信号，需采用PCM编译码器完成相互编译码器完成相互转换。转换。极性倒换附加功能，当交换机获知本次呼极性倒换附加功能，当交换机获知本次呼叫的被叫已摘机时，利用继电器倒换馈送叫的被叫已摘机时，利用继
10、电器倒换馈送给给a、b线的电源极性，以通知主叫终端开始计费。线的电源极性，以通知主叫终端开始计费。传送主叫号码附加功能，当该接传送主叫号码附加功能，当该接口的终端作为被叫时，在振铃间口的终端作为被叫时，在振铃间隙利用隙利用FSK调制器将主叫号送给被调制器将主叫号送给被叫终端显示。叫终端显示。DTMF收号，可利用专用单片电路收号，可利用专用单片电路分录接收，也可以设置集中的收号分录接收，也可以设置集中的收号器通过交换网络选择连接进行集中器通过交换网络选择连接进行集中收号。收号。16本讲稿第十六页，共四十一页模拟用户接口电路实现示例 17本讲稿第十七页，共四十一页2.用户级和远端模块 用户级，用户
11、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。18本讲稿第十八页，共四十一页3.数字用户接口 典型的典型的2B+D基本速率接口模块结基本速率接口模块结构。国标规定，采用构。国标规定，采用2B1Q码、码、回波抵消技术，以数字方式在用回波抵消技术，以数字方式在用户环路上传送数据和话音信号。户环路上传送数据和话音信号。基
12、本速率接口提供两个基本速率接口提供两个64kbps的的B信信道和一个道和一个16kbps的的D信道。信道。B信道可信道可用来传输数字话音、低速图像和数据，用来传输数字话音、低速图像和数据，D信道用传送信令和低速数据。信道用传送信令和低速数据。19本讲稿第十九页，共四十一页2B+D数字用户线接口示例 20本讲稿第二十页，共四十一页3.数字用户接口 基群速率数字用户接口，采用数字中继接口基群速率数字用户接口，采用数字中继接口电路，但在信令方式上为用户信令方式，可电路，但在信令方式上为用户信令方式，可提供提供30个个B信道和一个信道和一个D信道传送语音或数信道传送语音或数据，主要用于大客户、集群用户
13、的接入。据，主要用于大客户、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接接口，口，V5.1为一个为一个2Mbps群，群，V5.2可有最多可有最多16个个2Mbps群。群。21本讲稿第二十一页，共四十一页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。22本讲稿第二十二页，共四十一页4.数字中继接口 23本讲稿第二十三页，共四十一页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，
14、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。24本讲稿第二十四页，共四十一页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。25
15、本讲稿第二十五页，共四十一页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。26本讲稿第二十六页，共四十一页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
16、位置连续为0，当出现时则自动插1，接收时再去掉。27本讲稿第二十七页，共四十一页5.模拟中继接口 28本讲稿第二十八页，共四十一页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。29本讲稿第二十九页，共四十一页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
17、，或者执行相反过程。30本讲稿第三十页，共四十一页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。31本讲稿第三十一页，共四十一页7.数字交换网络 32本讲稿第三十二页，共四十一页2.3.2 控制子系统 主要由处理机组成，存储器作为辅助环境，主要由处理机组成，存储器作为辅助环境，存储处理程序、交换机资源的状态和参数，存储处理程序、交换机资源的状态和参数，控制交换机动作，建立和释放通信电路。控制交换机动作，建立和释放通信电路。远程维护远程维护本地维护本地维护33本讲稿第三十三页，共四十一页1.集
18、中控制 主主处处理理机机负负责责整整个个交交换换机机呼呼叫叫处处理理和和资资源源管管理理，故故障障时时倒倒换换到到备备用用机机。结结构构简简单单，但但倒倒换换时时会会丢丢失失当当前前 的的 呼呼 叫叫 处处 理理 和和 已已 建建 立立 的的 连连 接接。处理机都处于工作态，都接收当前的资处理机都处于工作态，都接收当前的资源状态和呼叫请求，但只一个有效发布源状态和呼叫请求，但只一个有效发布控制命令。控制结构较复杂，但一般不控制命令。控制结构较复杂，但一般不会丢失当前的呼叫处理和已建立的连接。会丢失当前的呼叫处理和已建立的连接。34本讲稿第三十四页，共四十一页1.集中控制优点优点：处理机掌握整个
19、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。35本讲稿第三十五页，共四十一页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。36本讲稿第三十六页，共四十一页（1）单级多机控制方式 37本讲稿第三十七页，共四十一页（2）多级多机处理机系统 38本讲稿第三十八页，共四十一页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
20、构类似单级多机系统。优点优点标准组件化，设计和编程规整，易组成更大容量、更复杂功能系统；方便引入新技术、新元件，系统持续发展性好；可靠性高，故障只影响局部。39本讲稿第三十九页，共四十一页2.3.3 处理机间通信利用利用PCM信道进行消息通信信道进行消息通信：TS16信道，无需额外硬件，开销小，容量较小。共享存储器通信结构共享存储器通信结构：设置共享的公共存储器缓存处理消息，缺点是不适合大型系统。以太网通信总线结构以太网通信总线结构：利用IP通信模型，配置和编程容易，但处理机之间通信消息一般较短，TCP协议太复杂，多用改进的UDP协议。40本讲稿第四十页，共四十一页习题2.2、2.4、2.6、2.8、2.1041本讲稿第四十一页，共四十一页