现代交换原理第3章电路交换技术及接口电路

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1、1 三、电路交换技术及接口电路 本章主要内容 1. 电话通信的基本原理 2. 电话交换技术的发展 3. 程控数字交换机的系统结构 4. 控制系统 5. 接口电路 3 1、电话通信的基本原理 1875年 6月 2日贝尔和沃森发明了电话 （原始的电磁式电话） 1877年爱迪生发明了碳精式送话器 （磁石式电话机） 1882年出现了共电式电话机 1896年出现了自动电话机 -拨号盘电话机 1.1电话机的发展 70年代出现电子电话机 -按键式电话机 80年代出现数字电话机， 之后出现了各种新式电话机 送话器 受话器 原始 话音 还原 话音 二 -四 转换 消侧音电路 电话机 原始 话音 还原 话音 受话

2、器 ： 将相应的电信号还原为声音的转换器。 （喇叭） 送话器 ： 将声音变换为相应电信号的转换器。 （话筒） 1.2 电话机的构成及通话原理 电话机 6 2、电话交换技术的发展 一、人工交换阶段 1.磁石式电话交换机 1878年 与磁石式电话机配套使用 2.共电式电话交换机 与共电式电话机配套使用 特点 ： 人工接续，速度慢、效率低 标准沿用至今：语音二线传输，交换局集中馈电等 电话交换技术发展的三个阶段 二、机电式自动交换阶段 1.步进制交换机 （ Step by Step System）： 史端乔（ Strowger） 式自动电话交换机 1892 美国 -为每个用户指定唯一的电话号码，通过

3、拨号盘自动拨号 -使用电磁控制的机械触点开关代替人工操作，自动实现 线路接续 特点 ：直接控制方式（由拨号脉冲直接控制交换机的接线 器动作，通过一位一位拨号，一步步找到被叫接续点） 电话交换技术发展的三个阶段 旋转制、升降制电话交换机 特点 ：间接控制方式（用户拨号脉冲由“记发器”接 收，通过译码器译成电码控制接线器） 共同特点 ： 噪声大 易磨损 维护工作量大 接线速度慢 故障率高 电路技术简单 人员培训容易 电话交换技术发展的三个阶段 2.纵横制交换机 （ Crossbar System） 1938年 特点 ：接线器接点采用压接触方式 公共控制方式（控制部分与话路部分分离， 控制部分可独立

4、设计） 电话交换技术发展的三个阶段 三、电子式自动交换阶段 1.半电子交换机（准电子交换机）： 话路部分采用机械接点，控制部分采用电子器件。 2.全电子交换机： 话路部分和控制部分均采用电子器件。 电话交换技术发展的三个阶段 模拟程控交换机 ： 1965年 5月 美国 ESS No.1 数字程控交换机 ： 1970年 法国 E10 程控交换机：把各种控制功能、步骤、方法编成程序， 放入存储器，利用存储器内所存储的程序来控制整个交 换工作。 几个概念 ：程控与布控、时分与空分、模拟与数字 电话交换技术发展的三个阶段 引进交换机 AXE10， FETEX-150， E10B， 5ESS、 NEAX

5、61 、 EWSD 引进生产线 上海： S1240， 北京： EWSD， 天津： NEAX61 自行研制 巨龙 HJD-04， 大唐 SP30， 华为 C&C08， 中兴 ZXJ10 我国程控交换技术的发展 14 3、程控数字交换机的系统结构 数字交换机的系统结构 数 字 交 换 网 络 数字 中继电路 信令设备 用 户 级 用户电路 用户电路 用户处理机 用 户 级 用户电路 用户电路 用户处理机 数字 中继电路 模拟 中继电路 数字 中继电路 PCM 用户模块 远端 用户模块 中央处理机 存储器 外设 话路子系统 控制子系统 返回 话路子系统 由交换网络和各种外围模块组成 数字交换网络 ：

6、核心，实现交换功能 用户模块 用户电路：用户终端设备与交换机的接口 用户级交换网络： -集中 /分散用户的话务量 -采用单 T交换网络 用户处理机：控制用户级交换网络 远端用户模块 ：放置在远离母局的用户密集区 与用户模块基本相同 区别：具有模块内交换功能 优点： -避免用户线长距离铺设，节省成本 -将模拟传输改为数字传输，改善了线路的 传输质量 数字交换机的系统结构 话路子系统 中继电路 ：交换机与中继线的接口，一般是 交换机与交换机或交换机与远端模块的接口 数字中继电路：连接数字中继线 模拟中继电路：连接模拟中继线 信令设备 ：用来接收和发送呼叫接续时所需 的信令信息，比如各种信号音。 数

7、字交换机的系统结构 控制子系统 是交换机的“指挥系统”，采用分级分散 控制方式 中央处理机 ：负责系统资源分配，中央交换 网络控制，呼叫处理，信令处理，系统的操 作、维护、管理等。 用户处理机 数字交换机的系统结构 19 4、程控交换机的控制系统 1、呼叫处理能力：最大忙时试呼次数 （ Maximum Number of Busy Hour Call Attempts） 2、高可靠性： 99.99%的正确率和 40年中断时间小 于 2小时 其它：灵活性和适应性；经济性 交换系统对控制部件的要求 控制系统的构成方式： 集中控制、分散控制（分级控制、分布控制） 多处理机的工作方式： 按功能分担、按

8、话务分担、备用方式 备用方式：同步方式、互助方式、主 /备方式（冷 备用、热备用） 处理机间的通信方式： 通过 PCM信道进行通信、采用计算机网常用的通 信方式 控制系统的结构 1、集中控制 任一处理机能使用系统的所有资源（硬件、软件）， 执行交换系统的全部功能。 资源 1 资源 2 资源 r 处理 机 1 处理 机 2 处理 机 n 功能 1 功能 2 功能 f 特点： 控制关系简单，处理机间通信接口简单，可靠 性差， 软件庞大，维护困难 控制系统的构成方式 2、 分散控制 控制系统中的每台处理机只能使用部分资源，完 成部分功能。 （ 1）分级控制 将控制功能分级，不同层次的控制功能由不 同

9、的处理机完成。 控制系统的构成方式 交换网络 LPR LPR LPR LPR CPR CPR MPR 日本富士通， FETEX-150 低层次 ：用户线扫描，摘挂机识别 -用户处理机 (LPR) 高一层次：号码分析，路由选择 -呼叫处理机 (CPR) 最高层次：故障诊断，维护管理 -主处理机 (MPR) 分级控制 去交换机结构图 返回 （ 2）分布式控制 以 S-1240数字交换机为典型代表。 取消了中央处理机，将控制功能分散到各个终端模 块的控制单元 (TCE)中 。 优点： 硬件和软件的模块化 扩充性好 可靠性高 缺点： 多处理机间通信接口复杂 控制系统的构成方式 分布式控制 图 3 -

10、1 4 全 分 散 控 制 系 统 的 结 构 R I M T C E 数 字 中 继 模 块 A S M T C E A C E M P M T C E T C E ： 终 端 控 制 单 元 系 统 辅 助 控 制 单 元 远 端 用 户 单 元 接 口 模 块 服 务 电 路 模 块 维 护 外 设 模 块 时 钟 音 信 号 模 块 模 拟 用 户 模 块 C T M T C E T C E D T M T C E T T M T C E S C M 公 共 信 令 模 块 T C E C C M 中 继 测 试 模 块 D S N 多处理机的工作方式 1、功能分担 不同处理机完成不同

11、功能。 2、话务分担 每台处理机只完成一部分用户的呼叫处理任务。 3、备用方式 双处理机，一台主用机，一台备用机。 去 FETEX-150 去交换机结构图 用户 用户 处理机 1 处理机 2 (1)同步方式（同时接收话路设备的输入信息，执行相 同的指令） 两台处理机同步工作，执行结果进行比较，相同则 继续。如结果不一致，则中断正常业务，各自启动检 测程序，检测有故障的处理机退出服务，且应尽快修 复，返回到工作系统中。 备用方式 (2) 互助方式 主、备用机平时分别承担一半话务负荷， 一旦有一台处理机出现故障，就由另一台 处理机承担全部的话务工作。 备用方式 用户 用户 处理机 1 处理机 2

12、(3) 主 /备用方式 一台处理机正常工作，一台处理机备用，一旦主 用机出现故障，进行主 /备用设备切换。 备用方式有两种： 冷备用： 备用机不保存呼叫数据，发生故障切换时，当 前正在进行的呼叫会丢失掉。 热备用： 备用机保存呼叫数据，切换时不会丢失呼叫。 备用方式 多处理机间的通信方式 通信方式 采用计算机网常用方式：如总线等 利用 PCM信道 利用 TS16进行通信：如 FETEX-150 与话音信息一样在交换网络中传输， 用不同的标志区分：如 S1240中的换 码信道字 32 5、接口电路 接口设备：数字程控交换机与外围环境的接口 功能：完成外部信号与交换机内部信号的转换 模拟用户接口电

13、路 数字用户接口电路 操作、管 理、维护 交 换 网 络 数字中继接口电路 数字中继接口电路 模拟中继接口电路 控制系统 中 继 侧 接 口 A B C Z V OAM 用 户 侧 接 口 数字交换机接口类型 ET ET ET ET ET ET ET ET ET ET ET ET ET ET 数 字 交 换 网 络 模拟用户线 Z1 模拟远端集线器 Z2 模拟 PABX Z3 数字用户线 V1 LT LT LT LT Z1 V2 V3 V4 V5 数字远端模块 Z1 V1 NT 数字 PABX m X (2B+D) n X E1 2,048kbit/s A B LT C11 C12 C21 C

14、22 LT 本地 转换 二线 中继器 通路转 换设备 四线 FDM 实线 PCM 8,448kbit/s LT 34,368kbit/s 8,448kbit/s LT 数字交换机接口类型 V接口：数字用户接口 V1： 64kb/s， 可为 2B+D或 30B+D的终端 V2： 连接数字远端模块的接口 V3： 连接数字 PABX的接口，属 30B+D的接口 V4： 可接多个 2B+D的终端，支持 ISDN的接入 V5： 支持 n X E1的接入网，包括 V5.1和 V5.2接口 A接口： 速率为 2048kb/s的数字中继接口 B接口： PCM二次群接口，其接口速率为 8448kb/s 程控交换

15、系统接口类型 数字接口 Z接口：模拟用户接口 Z1接口：连接单个模拟用户的接口 Z2接口：连接模拟远端集线器的接口 Z3接口：连接模拟 PABX的接口 程控交换系统接口类型 模拟接口 用户电路：交换机通过用户线与用户终端相连的接口电路。 模拟用户电路的功能可归纳为 BORSCHT七个功能： B(Battery feeding)馈电 O(Overvoltage protection)过压保护 R(Ringing control)振铃控制 S(Supervision)监视 C(CODEC & filters)编译码和滤波 H(Hybird circuit)混合电路 T(Test)测试 5.1 模拟

16、用户电路 电容的特性：“隔直流，通交流” 电感的特性：“隔交流，通直流” （ 1） B:馈电 馈电 ：由用户电路向电话提供直流电源， -48v， 20-50mA。 a b 用户线 用户线 48V （ 2） 0:过压保护 用户线是外线，为避免高压进入交换机内部而损坏交换 机，设置了两极保护，将线路的高压分别限制在 48V和 地电位。 第一级在总配线架上安放气体放电管； 第二级在用户电路中设置二极管桥式钳位电路。 -48V 内 线 外线 a b R R 1 2 3 4 （ 3） R:振铃控制 控 制 系 统 S 振铃 控制 振铃电路 用户线 截铃 铃流 振铃信号（铃流）： 90V 15V， 25H

17、Z， 1s通， 4s断。 过程 :控制系统发“振铃控制” 继电器动作 铃流经用户线 送达用户话机 用户话机振铃 用户摘机 振铃电路产生 “截铃”信号 控制系统停止“振铃控制”信号 开关释放 停止振铃 监视用户线回路的通、断状态。 主要用来识别用户话机的摘机和挂机，号盘话机发出的号码等。 （ 4） S:监视 用户线 监视信号 -V 编码器：完成模拟信号到数字信号的转换（ Coder）。 译码器：完成数字信号到模拟信号的转换（ Decoder） 。 （ 5） C:编译码和滤波 LPF 模拟 模拟 300 3400HZ 编码器 译码器 PCM PCM 交换机侧 用户侧 BPF 完成二线到四线的转换功

18、能。 （ 6） H:混合电路 平衡网络 模 /数 数 /模 模拟用户线 数字信号 数字信号 （ 7） T:测试 外 线 测 试 继 电 器 内 线 测 试 继 电 器 后 级 用 户 电 路 内 线 测 试 电 路 外 线 测 试 电 路 外 线 图 3 - 9 测 试 功 能 连 接 示 意 图 测试 功能是为了在出现故障时能对用户线和用户电路进行测试。 分为外线测试和内线测试。 外线测试 是对用户线进行测试，主要测试用户电缆的一些指标， 如环阻、对地电阻、对地电容、线间电容等。 内线测试 是对用户电路本身进行测试。 极性倒换（反转） 计费脉冲发送 其它功能 模拟用户电路功能框图 举例 用户

19、电路板 数字中继电路 ：交换机与数字中继线的接口设备， 用于与数字交换局或远端模块的连接。 主要作用 ：完成 信号传输、信号同步、信令配合 5.2 数字中继电路 数字中继电路的结构框图 码型变换 帧定位 信令提取 时钟提取 帧 /复帧同步 告警检测 同步插入 PCM 输入 PCM 输出 信令插入 码型变换 交 换 网 络 返回 （ 1）码型变换 PCM线上 HDB3 交换机内部 NRZ （ 2）时钟提取 从输入的 PCM数据流中提取时钟信号，作为输入数据流 的基准时钟，正确的一位一位接收数据。 数字中继电路的基本功能 0 1 0 0 1 0 1 1 读出结果： 0010010011 读出结果：

20、 0100011 去中继图 （ 3）帧同步 目的：使接收端的帧结构排列和发送端的完全一致， 保 证各路信息能够准确接收 。 方法：从接收的数据流中搜索并识别到 帧同步码 ，以该 时隙作为一帧的开始。 数字中继电路的基本功能 0 0 0 1 1 0 1 1 TS0 TS1 TS0 TS1 去中继图 （ 4）复帧同步 目的：如果数字中继线上使用的是随路信号（中国 1号信 令），使收、发两端一复帧中的帧与帧对齐，以便正确接 收各路信令信号。 方法：识别复帧同步码 数字中继电路的基本功能 TS16 F0 0 0 0 0 F1 1 F2 2 F15 15 16 17 30 去中继图 (5)帧定位（再定时

21、） 将输入的 PCM码流同步到本局时钟上来（频率相位一致）。 数字中继电路的基本功能 弹性存储器 写入 控制 读出 控制 本局时钟 及帧同步 PCM出 PCM入 时钟提取 及帧同步 去中继图 (6)信令的提取和插入 TS16中的标志信号的提取（收时）和插入（发时）。 (7)帧和复帧同步信号的插入 数字中继电路的基本功能 去中继图 1、音频信号种类 交换机到用户 各种信号音（ 单频 ，信号源 450Hz或 950Hz的 正弦波 ） 5.3 音频信号 1、音频信号种类 用户到交换机 直流脉冲（拨号盘话机） - 通过用户线扫描， 拨号信息 由软件识别 DTMF （双音多频话机） -专用解码器 高 频

22、 /HZ 低频 /HZ 1290 1336 1477 1633 697 1 2 3 A 770 4 5 6 B 852 7 8 9 C 941 * 0 # D 1、音频信号种类 交换机到交换机 NO.1信令时，局间信令为 局间多频互控信号 (MFC) 前向信号：主叫所在发端局 被叫所在收端局 （ 6中取 2） 后向信号：被叫所在收端局 主叫所在发端局 （ 4中取 2） 1、音频信号种类 频率 /HZ f0 f1 f2 f4 f7 f11 编码 信号 前向 1380 1500 1620 1740 1860 1980 后向 1140 1020 900 780 1 f0+f1 * * 2 f0+f2 * * 3 f1+f2 * * 4 f0+f4 * * 5 f1+f4 * * 6 f2+f4 * * 7 f0+f7 * * 8 f1+f7 * * 9 f2+f7 * * 10 f4+f7 * * 11 f0+f11 * * 12 f1+f11 * * 13 f2+f11 * * 14 f4+f11 * * 15 f7+f11 * * MFC信号编码规则