通信基础知识

基础通信知识

1第一章通信系统模型第二章通信系统相关概念第三章交换技术介绍

2通信系统模型通信系统的组成-通信系统的一般模型描述了消息由发送至接收的流程1.经典模型第3页

模拟信号和数字信号

模拟信号：代表消息的信号参量取值连续，例如麦克风输出电压：通信系统的组成-模拟通信系统模型和数字通信系统模型话音信号(b)抽样信号通信系统的组成数字信号：代表消息的信号参量取值为有限个，例如电报信号、计算机输入输出信号：4数字信号

什么是数字信号？什么是模拟信号？一般来说，数字信号必须满足在时间和信号幅值上是离散的，相反模拟信号在幅值上是连续的。数字信号模拟信号5

模拟通信系统模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统：

两种变换：模拟消息原始电信号（基带信号）基带信号已调信号（带通信号）模拟通信系统模型和数字通信系统模型天线、变频、放大、解调等调制、放大、天线等模拟通信系统模型通信系统的组成6通信系统的组成

模拟通信的主要特点抗干扰能力差不易于保密通信设备不易于大规模集成不适应飞速发展的计算机通信的要求简单、易于实现7通信系统的组成

数字通信系统模型数字通信系统模型8通信系统的组成抗干扰能力强。传输差错可控。易于与各种数字终端接口，用现代计算技术对信号进行处理、加工、变换、存储，从而形成智能网。易于集成化，从而使通信设备微型化。易于加密处理，且保密强度高。需要较大的传输带宽，对同步要求高。数字通信的主要特点9通信系统分类与通信方式

按通信业务分：话务通信和非话务通信。非话务通信主要是分组数据业务、计算机通信、数据库检索、电子信箱、电子数据交换、传真存储转发、可视图文及会议电视、图像通信等。按调制方式分类：基带传输和频带（调制）传输按信号特征分类：模拟信号还是数字信号按传输媒质分类：有线通信系统和无线通信系统

按工作波段分类：长波通信、中波通信、短波通信、微波通信、红外线通信……

按信号复用方式分类：频分复用、时分复用和码分复用。通信系统的分类10通信系统分类与通信方式通信系统的分类常见调制方式及用途11通信系统分类与通信方式通信系统的分类续表1-112通信系统分类与通信方式

单工、半双工和全双工通信

单工通信：消息只能单方向传输的工作方式半双工通信：通信双方都能收发消息，但不能同时收发的工作方式通信方式13通信系统分类与通信方式

单工、半双工和全双工通信

全双工通信：通信双方可同时进行收发消息的工作方式通信方式14通信系统主要性能指标有效性：指传输一定信息量时所占用的信道资源（频带宽度和时间间隔），或者说是传输的“速度”问题。可靠性：指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”问题。15与网络相关的国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织（ISO）电气电子工程师协会（IEEE）Internet标准化组织因特网协会（InternetSociety，ISOC）因特网体系结构研究委员会（InternetArchitectureBoard，IAB）因特网工程任务部（InternetEngineeringTaskForce，IETF）因特网工程指导组（InternetEngineeringSteeringGroup，IESG）因特网研究指导组（InternetResearchSteeringGroup，IRSG）因特网编号管理机构（InternetAssignedNumberAuthority，IANA）16与网络相关的国际标准化组织电信标准化组织国际电信联盟ITU（InternationalTelecommunicationUnion）国际电报电话咨询委员会CCITT（ConsultativeCommitteeInternationalTelegraphandTelephone）其它标准化组织欧洲计算机制造协会（ECMA

EuropeanComputerManufacturesAssociation）美国国家标准协会（ANSI

AmericanNationalStandardsInstitute）美国电子工业协会（EIA

ElectronicIndustriesAssociation）17第一章通信系统模型第二章通信系统相关概念第三章交换技术介绍第四章SP30系统介绍18

时分复用技术（PCM)Pulse-codemodulation），即脉冲编码调制）数字交换原理信令系统路由设计计费系统编号计划系统同步通信系统概念-电路交换原理19语音信号抽样量化编码译码低通语音信号模/数转换数/模转换传输fs≥2BwBw为输入信号带宽，语音信号的能量主要集中在300—3400Hz频率范围内。所以抽样频率至少为6800Hz，国际标准确定为fs=8000Hz，即每秒抽样8000次，或者说每隔125us抽样一次数字化时分复用技术20低通取样量化编码复用线路编码数字传输或交换机线路译码去复用译码低通滤波模拟信号A/D数字信号数字信号NRZHDB3HDB3NRZ数字化模型21抽样、量化、编码、译码取样（Sampling）是将时间和幅度都连续的模拟信号变换成时间离散的幅度连续的另一种模拟信号（脉冲幅度调制PAM信号），为了使取样后的PAM信号能在接收端完全无失真地恢复为原始信号，取样周期应该满足如下所述的奈奎斯特定理（NyquistTheorem）：一个频带受限于BHz的信号可以唯一地用周期为的样值系列确定,只要fs≥2B。话音信号频率范围为300-3400Hz，国际统一规定取样频率为8KHz。22采样波形+0.3+0.2-0.4+0.10+0.1-0.4+0.2-0.5Nq(t)(a)实现原理图取样量化Sp(t)&(t)S(t)Sq(t)(b)采样波形Sq(t)S(t)Sp(t)5.310.27.62.15.08.113.614.27.5510825814148&(t)23

量化就是对取样后的PAM信号的幅值转换成数字的过程。量化产生量化噪声，分均匀量化和非均匀量化。均匀量化：由于对量化范围内的大小信号均采用相等的量化阶距进行量化，造成大信号的信噪比SNR（信号功率与量化噪声功率之比）有富俗，而小信号的SNR又嫌不足（SNR值越大，音质越好）。为了提高小信号的SNR，采用非均匀量化，即对大小信号分别采用不等的量化阶距，对小信号采用小的量化阶距，对大信号采用大的量化阶距，从而使大小信号具有基本相同的SNR。量化24

常用的压缩特性有A律（欧洲和中国采用）和律（北美和日本采用）对数压缩。实现上述连续压扩特性需无穷多个量化级,实际上无法加以实现,为此通常采用数字电路分段进行压扩。这样，不仅实现容易,而且成本低。

A律压缩采用的就是十三折线法，一象限分8段（在时间轴以1/2递减规律分成8大段，分段点是1、1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128；幅度轴分8均匀段），1-8段斜率分别为1/4、1/2、1、2、4、8、16、16，7、8段斜率一样；一、三象限对称，故共13折线段。A律25A律压扩特性13折线近似图A律13折线26编码就是把量化的幅度信号变成二进制数据的过程，中国采用A律13折线压缩编码，规则如下:

信号样值有正有负,要用一位码来表示，这一位码叫极性码。正极性以比特“1”表示，负极性以比特“0”表示。

13折线压缩律在第一象限有8大段，每一段斜率不同，故需要用3位码表示8个不同的段落，这3位叫段落码，它们也表示各段的起始电平。在每段落内再均匀分为16个小段，这4位叫段内码。由于各段长度均不同，均分后各段内的小段的长度也不等。

D1D2D3D4D5D6D7D8

极性码段落码段内码在PCM32系统中，采用8位码来表示一个样值，最高位是极性码，剩下的7位对应128个量化级。编码27取样、量化、编码后的波形取样速率8KHz，每路信号编码后速率64KHzD(t)S(t)28译码为了从数字信号恢复原模拟信号，需要对数字信号进行译码和滤波。译码是编码的逆过程，即将接收的PCM编码信号转换成与发端一样的量化信号。这可以根据码组中的段落码所对应的量化阶距值及四位段内码所对应的段序号值，求出对应的原量化值（绝对值）。译码器是一个积分过程，其充电速度快放电速度慢，其输出是一个非平滑的模拟信号，用低通滤波器对其滤波，滤除其高频分量，可使其平滑成模拟信号。尽管模拟信号的数字化及其逆过程经过很多步骤但实现起来很简单。随着大规模集成技术的发展，一片芯片可完成上述功能。译码291帧1个TS二进制码元….….….N1ttttt125usabcdePCM形成8000*8*32=2048000bit/s

(125us/8/32=0.488us)30第N帧第N+1帧同步话路或数据信令话路或数据Ts0Ts1Ts2Ts15Ts16Ts17Ts31Ts0Ts1PCM的帧结构31话音信号数字化

话音模拟信号（连续时间信号）

低通滤波器

采样器

量化器

编码器

再生中继器

再生中继器

再生电路

译码器

低通滤波器

接受器发送端接受端PCM系统的基本单元码速64kb/s32

人类语声的基本频率范围是80～1200Hz，但是泛音和子音都包含有大量的比基频高的各种频率成分。 试验证明，要正确的重发同样的语言，则频带必须在80～8000Hz范围。在电话传输中，为了减少频带，提高线路利用率，将语声的频带限制在300～3400Hz，便可保证能够听清讲话内容和讲话者的语音特征。 因此语声的抽样频率fS

选为8000Hz，其抽样周期TS＝

1/8000＝125uS。语音信号数字化-抽样定理33PCM基群格式PCM基群系统是数字复接的最基本的系统,它由30话路组成。构成的基群帧结构包含32个时隙，通常将TS0作为帧同步时隙。中国一号信令：TS1-15、TS17-31为话路时隙，TS16作为本基群线路信号时隙，30个话路只有8bit线路信号,这显然是不够的。为此采用复帧结构，即由16个单帧组成一个复帧（Multi-frame）这样安排就可以保证在2ms时间内为每个话路分配到4个信息比特，即信令速率为2Kb/s,这就是30/32PCM复帧结构中的随路信令的线路信号速率。中国七号信令：可从TS1-31时隙中任选1个时隙为信令时隙，其它时隙为话路时隙。34PCM基群的主要技术参数3516帧，2ms复帧结构32时隙，256bit，125us帧结构帧同步时隙帧同步信号

保留给国内通信用偶帧TS0奇帧TS0CH30信令时隙

话路时隙（CH1～

CH15）

话路时隙（CH16～

CH29）复帧同步信号备用比特F1F2F15CH1CH16CH2CH17CH15CH30488ns3.91usPCME1复帧结构图1个取样周期为125µs，1个复帧有16个子帧，其中TS0为帧同步时隙，偶帧TS0用于传送帧同步码，奇帧TS0的比特3为帧失步告警。36一次群复接器四次群复接器二次群复接器三次群复接器123264Kb/s2.048Mb/s8.448Mb/s34.368Mb/s139.264Mb/sPCM的高次群37常用的传输与接口38每秒传送8000帧，每帧32个时隙，每个时隙8比特串行码，16帧构成一个复帧，其时间长度为125μs×16＝2ms。传送码率为8比特/时隙×32时隙/帧×8000帧/秒＝2048kb/s，而每一路信号的速率为64kb/s

PCM帧结构39四路信号复用ABCDABCD第一帧第二帧ABCDABCD同步时钟40数字交换原理时隙交换TS12BTS10BTS25A数字交换网络PCM1PCM2PCM3PCM4PCM1PCM2PCM3PCM4TS8A将某数据流中的时隙信息转移到另一信息流中的某时隙上，这个过程称为时系隙交换。时隙交换是由数字接线器完成的。数字接线器有两种，一种叫T接线器，另一种叫S接线器。网络通常由这两者组合。41数字交换的基本概念1．

在程控数字交换机中两个用户通话连接示意图

将A用户的话音从上行通路的HWlTS2经过数字交换网络后传送到交换网络下行通路HW3TS31后传送给B用户

将B用户的话音从上行通路的HW3TS31经过数字交换网络后，传送到交换网络的下行通路的HWl’TS2后传送给A用户

数字交换网络的基本功能是完成不同复用线之间不同时隙内容的交换。数字交换网络一般由T接线器和S接线器组成AB42时间（T）接线器T接线器的基本功能

T接线器的基本功能是完成在同一条复用线（母线）上的不同时隙之间的交换。即将T接线器中输入复用线上某个时隙的内容交换至输出复用线的指定时隙。

43T接线器的基本组成44T接线器的基本组成T接线器主要由话音存贮器SM，控制存贮器CM，以及必要的接口电路（如串/并，并/串转换等）组成。

SM和CM都包含若干个存储器单元，其数量等于复用线的复用度。

SM用来存贮话音信号，也可以用来存贮用户的数据信息，以及信号音设备提供的数字化的信号音等。由于SM是用来存放话音信号的PCM编码的，所以每个单元的位元数至少为8位。控制存贮器CM的作用是用来存贮处理机的控制命令字，控制命令字的主要内容是用来指示写入或读出的话音存储器的地址。设控制存储器的位元数为i，复用线的复用度为j，则应满足2i≥j。

45T接线器的工作方式和工作原理

T接线器可以有两种控制方式：输出控制和输入控制方式。两种控制方式下，话音存储器SM的写入和读出地址按照不同的方式确定。

46（1）

输出控制方式控制读出顺序写入47

输出控制方式也叫做顺序写入，控制读出方式。

T接线器的输入线的内容按照顺序写入话音存储器SM的相应单元；输出复用线某个时隙应读出话音存储器的哪个单元的内容，则由控制存储器的相应单元的内容来决定。控制存储器的第j个单元存放的内容k，就是输出复用线第j个时隙应读出的话音存储器的地址。控制存储器的内容是在呼叫建立时由计算机写入的

48（2）

输入控制方式顺序读出控制写入49数字交换网络—空分接线器原理（1）实现不同PCM之间相同时隙交换的S接线器原理图输入控制，CM对应入线50数字交换网络—空分接线器原理（2）S接线器：由交叉接点距阵与控制存储器（CM）组成交叉接点分类：（1）有实线圈的交叉接点（2）没有实线圈的交叉接点CM对交叉接点的两种控制方式：（1）输入控制方式：每条入线有一个CM（2）输出控制方式：每条出线有一个CMS接线器的工作过程：当需要交换的时隙到来时，在时隙所在入（出）线对应的CM控制下，使CM存储的实线圈内交叉接点闭合，就实现了入线到出线相同时隙的交换51123。。。49A话音存储器SM数据入TS49AA数据出TS58AA4958控制存储器CM时钟处理机控制写写地址读地址CM读数据T型接线器5243211322414317CMAAAAS型接线器53T接线器既可以实现时隙交换，又可以完成路间（PCM）交换，因此，一些小型系统的交换机常采用单T接线器构成交换网络。T接线器容量的大小取决与大规模集成电路的发展。128TS*128TS~4096TS*4096TS甚至很大当网络容量增加时，必须采用若干个T接线器和S接线器组成一个多级的交换网络。如TST、STS、TSST、TTTT等。交换网络54T－S－T交换网络示例初级T接线器采用输入控制方式，即控制写入，顺序读出方式。

S接线器采用输出控制方式。

次级T接线器采用输出控制方式，即顺序写入，控制读出方式。

下一页55信源信令设备话路信令设备信源信令设备话路信令设备终端交换机交换机终端任何通信网都必须有一个信令系统。信令是网络中终端与交换机，交换机与交换机之间通信的语言。信令系统用户信令局间信令用户信令56用户信号和局间信号用户信号是指用户话机和交换机之间进行“对话”所使用的语言。局间信号是指交换机和交换机之间进行“对话”所使用的语言。用户信号——直流脉冲和双音多频接收器（DTMF）局间信号——随路信号和共路信号随路信号包括局间直流信号、局间带内单频脉冲线路信号（2600HZ）、局间数字型线路信号、局间多频互控信号（MFC）。共路信号主要是N0.7信号系统。信令系统57信号过程：呼叫建立——消息传递——释放摘机呼叫信号

听拨号音拨号地址信号占用信号选择信号回铃音信号振铃信号应答信号应答信号摘机通话忙音信号反向拆线挂机信号挂机挂机挂机信号正向拆线信号拆线证实用户信号局间信号用户信号呼叫建立消息传递释放58信令分类

按工作区域分用户线信令：用户与交换间的信令；局间信令：交换局间的信令；按功能分：线路信令：反映线路工作状态的信令，如空闲、占用、释放等。路由信令：提供接续信息的信令，如被叫号码、主叫类别等。管理信令：传递网络管理信息，如测试、维护等。按信道分随路信令（CAS）：e.g.中国1号共路信令（CCS）：e.g.No.759信令网结构---无级信令网信令网按网络结构的等级可分为无级信令网络和分级信令网络;无级信令网是指未引入信令转接点、信令点间都采用直联方式的信令网，所有的信令点均处于同一等级级别。无级信令网按照拓扑结构，有直线型网、环形网、格子型网、蜂窝状网、网状网等几种结构类型;60信令网结构---分级信令网分级信令网也称为水平分级信令网，是引入信令转接点的信令网。分级信令网的一个重要特点是每个信令点发出的信令消息一般需要经过一级或N级信令转接点的转接。只有当信令点之间的信令业务量足够大时，才设置直达信令链路，以便使信令消息快速传递并减少信令转接负荷。61我国No.7信令网的网路等级分为三级。第一级是高级信令转接点（HSTP），第二级是低级信令转接点（LSTP），第三级是信令点（SP）,信令点为各种交换系统和特种服务中心。HSTPLSTPLSTPLSTPHSTPHSTPSPSPSP信令网结构---我国信令网连接方式62OSI/RM和TCP/IP相结合的5层结构——原理体系结构：应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层应用层表示层会话层传输层物理层数据链路层网络层7654321OSI/RM应用层传输层网络接口层网际层TCP/IPPPP,HDLC,FDDI,Ethernet,802.3,802.5等等TCP/IP支持所有标准的物理层和数据链路层协议TCP/IP与OSI/RM的对应关系63图中：INAP：智能网应用部分 OMAP：操作维护应用部分CAP：CAMEL应用部分MAP：移动应用部分 TCAP：事务处理能力应用部分BSSAP：基站子系统应用部分 ISUP：ISDN用户部分TUP：电话用户部分 SCCP：信令连接控制部分MTP：消息传递 ISP：中间服务部分L7：应用层L6：表示层L5：会话层L4：传输层L3：网络层L2：数据链路层L1：物理层

N0.7信令系统的分层结构MTPUP64No.7信令TUP、ISUP等信令路由选择消息单元、差错控制电气特性信令数据链路消息传递部分

（MTP）信令链路功能信令网功能用户L1L2L3L4用户部分

（UP）No.7信令系统结构65SP&STPSP：信令点STP：信令转接点

综合STP

独立STPNo.7信令基本概念66

DPC&OPC&CICDPC：目的地信令点编码；OPC：发端信令点编码；CIC：话路指示。No.7信令基本概念67我国目前规定采用的编码方案为统一编码方案。全国NO.7信令网的信令点编码采用统一的24位编码方案，依据我国的实际情况，将编码在结构上分为三级即三个信令区，其中第三个八位用来区分主信令区编码，第二个八位用来区分分信令区编码，第一个八位用来区分信令点编码。国内信令点编码68

连接方式No.7信令基本概念69七号信令网结构70电话用户部分TUP定义了用户电话接续所需的各类局间信令，这些信号通过消息传递部分MTP传送。电话用户消息以消息信令单元（MSU）的形式在信令链路上传送，与其他用户部分消息一样，电话用户消息的内容在MSU中的SIF中传送的。SIF由标记、标题码及信令信息三部分组成,下图即为电话信令消息格式:电话用户部分TUP71

电话用户部分TUP---初始地址消息IAM初始地址消息（IAM）IAM消息是为建立呼叫由去话局发出的第一个信令消息，它包括下一交换局为建立呼叫、确定路由所需要的全部信息，其格式如下图所示：72综合业务数字网用户部分ISUP---ISUP消息的结构每个ISUP消息信号单元的信号信息字段由八位位组的整数倍组成，是以八位位组的堆栈形式出现的。ISUP消息由路由标记、电路识别码、消息类型编码、必备固定部分、必备可变长部分和任选部分组成。前三个部分是公共部分，其格式适用于所有的ISUP消息；后三部分是消息的参数，它的内容和格式随消息而异。堆栈格式见右图:73综合业务数字网用户部分ISUP---IAM消息IAM消息是去话局呼叫建立第一个要发送的消息，IAM消息有6个必备参数（5个必备固定长度、1个必备可变长度参数）和28个任选参数。必备参数

IAM消息有消息类型（1byte）、连接性质表示语（1byte）、前向呼叫表示语（2byte）、主叫用户类别（1byte）、传输媒介请求（1byte）、被叫用户号码(4~11byte)，共6个必备参数。任选参数

IAM消息中包括28个任选参数，主叫用户号码、改发号码、参数兼容性信息等是其中较为常用的几个参数;74分局至分局/汇接局的直达接续呼叫遇被叫用户空闲的接续呼叫遇被叫忙等的接续75呼叫遇被叫用户空闲的接续LSLS/TMIAMACMRLGCLFCBK回铃音

被叫先挂机ANC

通话CLF主叫先挂机RLG76呼叫遇被叫忙等的接续LSLS/TMIAMSLB,STB,LOS,UNN,SSTRLG

空号音或录音通知（UNN）CLF77分局经汇接局的本地转接接续呼叫遇被叫用户空闲的接续呼叫遇被叫忙等的接续78

呼叫遇被叫用户空闲的接续LSLSIAMACMRLG

回铃音被叫先挂机

通话CLF主叫先挂机IAMTMACMANCANCCLFRLGCBKCBKRLGCLFCLFRLG

通话79

呼叫遇被叫忙等的接续LSLSIAMRLGCLFIAMTMCLFRLGSLB,STB,LOS,UNN,SSTSLB,STB,LOS,UNN,SST80当用户有呼叫请求时，在交换局之间要为其建立起一条传输信息的通道，这个通道就是路由。路由是网络中任意两个交换中心建立一个连接或传输信息的途径。它可以是一个电路群，也可以由多个电路群经交换局串接组成。

路由设计A交换局B交换局C交换局定义：81按呼损分高效路由低呼损路由按所连交换中心的地位分基干路由跨区路由跨级路由按路由选择分直达路由迂回路由最终路由路由分类82选路原则基本的原则：有明确的规律和顺序，确保传输质量和可靠；路由选择顺序是先选高效直达路由，当高效直达路由忙时，再选迂回路由。在本地网中通常先选直达路由，其次选汇接次数少的(段数少的)路由，最后选汇接次数多的(段数多的)路由。83计费系统a．包月制在包月制中，每个月对每台话机收取固定的费用，通话不再收费，且通话的次数和时间不限。b．单式计次制这种计费制度除收取每台话机的月租外，还对每次通话收固定的通话费，每次通话的时间不限。

c．复式计费在复式计费制中，除收取每台话机的月租外，还根据每次通话的距离、时间和服务种类收取通话费。计费方式：84计费中心

计费中心系统打印输出存储（磁盘）通信接口交换机系统通信接口85编号计划所谓编号计划指的是本地网，国内长途网、国际长途网、特种业务以及一些新业务等各种呼叫所规定的号码编排和规程。自动电话网中的编号计划是使自动电话网正常运行的一个重要规程。编号要求：全球统一尽可能短有规律易扩充86国内长途号××××××××××××××国家号用户号码862988310436编号计划示例87固定电话的编号方式编号方式是电话网中规定的号码编排方案编号方式分为：闭锁编号和开放编号，等位编号和不等位编号市话号码采用闭锁等位编号方式长话号码采用开放不等位编号方式88电话网的编号原则编号计划应给本地电话与长途电话发展留有充分余地合理安排编号计划，使号码资源运用充分国内有效号码的长度不能超过１２位，国际有效号码长度不能超过１５位（CCITT）编号计划应具有相对的稳定性89国际长途电话号码编号方案长途区号为两位时，用x1x2表示。北京：10，20广州，21上海，22天津，23重庆，24沈阳，25南京，26暂空，27武汉，28成都，29西安。长途区号为三位时，用x1x2x3表示，当x1=3~9（6除外），x2为奇数，x3=0~9，约有300个。分配给大中城市使用。x1=6时，60、61留给台湾作为两位区号使用，其余作为三位区号使用。90移动电话编号方式移动号码由CC（国家号）+NDC（国内目的地码）+SN（移动用户号码）国家代码由ITU-T管理。如中国为86，美国为1NDC=13S。S=5，6，7，8，9为中国移动的接入网号。另1340—1348亦为移动的号码，1349为中国卫星集团公司所有。S＝0，1，2为中国联通的接入网号；NDC=15SNDC=18S91系统同步在数字通信网中，传输链路和交换节点上传输和处理的都是数字信号的比特流，都具有特定的比特率。同步是指信号之间频率相同，相位之间保持某种严格的特定关系。奇数帧偶数帧帧同步时隙帧同步字监测TS0TS31TS0TS31TS0X001101192时钟同步的方法可分为准同步法和主从同步法两种。系统同步准同步方式： 又称独立同步方式。网内交换机都可采用独立时钟，彼此间的频率相近，要求各交换局的时钟采用高精度和高稳定度的原子钟。主从同步方式： 网内设一个中心局，它具有高稳定度的主时钟源，作为各交换局的时钟基准，分送至各交换局，采用锁相环使其时钟频率锁定在主时钟频率上，使各交换局的时钟和主时钟同步。93我国网同步方式我国数字网采用分级主从同步方式，分为四级：第一级为基准时钟，使用铯原子种，它是最高基准源，可设置在指定的一级交换中心和国际局所在地。有主、备用时钟。最低准确度为±1×10-11，没有频率漂移。第二级为有记忆功能的高稳定度的晶体时钟，设置在国际局和各级长途交换中心。最低准确度为±4×10-7，最大频率漂移<1×10-9/天。第三级有记忆功能的高稳定度的晶体时钟，设置在本地网中的汇接局和端局内。最低准确度为±4×10-6，最大频率漂移<1×10-8/天。第四级为一般晶体时钟，受第三级时钟控制，设置在本地网中的远端模块、数字终端和用户交换设备中。最低准确度为±50×10-694第一章通信系统模型第二章通信系统相关概念第三章交换技术介绍

95交换机主要作用及发展史程控交换机结构交换机局内呼叫处理过程程控交换机提供的业务电话网结构交换技术96Nx(N-1)/2用户数电缆数

5 1010 45100 49501000 50万

交换的基本概念97用户数电缆数

5 510 10100 1001000 1000Exchange

交换机

交换的基本概念98原始的电话网模型

为保证任意两个用户间都能通话，最简单的办法就是每两个用户用一对线路连起来。那么，如果有n个用户需要连接，所用线路数为n(n-1)/2对。且每个用户家里要安装n-1对线。

引入交换局后的电话网模型

在用户分布的密集中心，部署交换局，这好比是一个开关接点，平时是打开的，当任意两个用户之间需要通话时，交换局就把连接两个用户的电话线接通。也就是说交换局可根据发话者的要求，完成与另外一个用户之间交换信息的任务

电信网发展历史回顾—电信局的出现99

交换局与交换局之间的通信需要，导致了建设交换网的需要。我国的交换网由原来的5级网（C1—C5）发展到现在的长途二级网加本地网的三级结构。电信网发展历史回顾—交换网简介100交换机主要作用及发展史1.电话交换机的发展概况1837年发明了电报，它是以数字信号的形式传递信息。1876年贝尔发明了电话，它是将语音变成模拟的电信号进行传输，从而实现了双方在两地之间的对话。随着电话用户的增加，为了使任意两个用户间都能进行通话，就发明了交换机。1878年出现了磁石式人工电话交换机。1891年开始采用共电式电话交换机。1892年史端乔发明了步进制交换机.1919年出现了纵横制交换机。

1011965年美国研制和开通了第一部空分程控交换机，1970年法国开通了第一部程控数字交换机，使交换技术的发展进入了更高的阶段。90年代：我国自行研究并生产了HJD-04，SP30,ZXJ10，C&C08交换机。交换机主要作用及发展史1022.电话交换机的基本功能(1)呼叫检测功能；(2)接收被叫号码；(3)对被叫进行忙闲测试；(4)若被叫空闲，则应准备好空闲的通话回路；(5)向被叫振铃，向主叫送回铃音；(6)被叫应答，接通话路，双方通话；(7)及时发现话终，进行拆线，使话路复原。交换机主要作用及发展史103每个通信终端通过一条专用线路和通信网的一个节点相连。通信网终端节点

通信网的资源由所有终端共享通信网为所有的终端提供信道通信网为终端提供多种业务（话音、数据、图像。三者都具备叫综合通信网）通信网形式多样，交换式是其中之一通信网概念104交换式通信网：由交换机组成的通信网称为交换式通信网。交换机是交换式通信网的重要设备之一。交换机的概念交换机：能够在任意选定的两个用户之间建立和（而后）释放一条通信链路。程控：交换的控制方式。数字：交换的信息是数字式。通信网概念105BACD优点：可靠性高缺点：交换点增加，中继群急剧增加。

M=N（N-1）/2N：节点数，M：中继群数适用场合：适用于交换点少，话务量大的场合（区域中心）网状网交换式通信网的网络形式106ABCD星形网优点：简单，电路效率高。缺点：转接段数多，相邻局也要转接交换成本高。适用场合：本地网建设。（汇接型网络）交换式通信网的网络形式107复合网：星形和网状网结合根据话务量区别：话务量大的采用网状网（A、B、C）话务量小的采用星形网（D、E、F、G、H、F）ABCDEFGHF交换式通信网的网络形式108

网状网星状网复合网电话网的组网方式ABCDEABCDE中心局ABCDE中心局HIJ优缺点？109网络的评价

接通的任意性接通的快速性信号传输大透明性（对传输信息不加限制）信号传输质量的一致性（有相仿传输质量，不能与介质距离等因素有关）可靠性经济性110网络发展趋势通信技术与计算机技术、控制技术、数字信号处理技术等相结合是现代通信技术的典型标志,目前通信技术的发展趋势。数字化、综合化、融合化、宽带化、智能化和个人化。111程控交换机的组成1 硬件系统：

话路系统 控制系统2 软件系统：

运行软件 支援软件112程控交换机的硬件系统数字交换网络用户电路用户电路模拟中继器数字中继器多频收/发码器双音频收/发码器中央处理机存储器I/O设备113话路系统控制系统

呼叫处理外围控制处理器

用户接口电路；中继接口电路；交换网络；信号部件；等操作维护系统114用户接口部分交

换

网模拟用户数字用户数字用户模拟用户PBX115模拟用户接口

功能:BORSCHT馈电（-48V直流电）；过流保护;铃流;监视;编解码;二/四线混合电路;测试；反极性外线内线测试总线a线b线计价器116数字用户接口BRI（2B+D）；PRI（30B+D）；

码型变换回波消除均衡扰码和去扰码信令插入和提取多路复用和分路117中继接口部分模拟中继；数字中继；数字光中继

功能

码型变换;

时钟提取、再定时;

帧/复帧同步;

控制、检测、告警;功能类似于模拟用户电路的功能118数字中继器码型变化时钟提取码型变化信号控制

帧定位

帧同步复帧定位信号插入

帧定位信号插入收发PCM传输119数字中继器功能1.帧和复帧同步码的产生与插入；2.帧定位；3.连零抑制；4.码型变换；5.告警处理；6.时钟恢复；7.帧同步；8.信令插入与提取；120电话交换机的基本组成程控交换机结构121程控交换机结构程控数字交换机的基本组成122程控交换机的分类和特点程控交换机的分类123程控交换机的优点(1)灵活性大(2)提供新的服务项目(3)便于维护管理，可靠性高(4)通话质量高(5)体积小、耗电省(6)便于保密(7)支持综合业务数字网(ISDN)程控交换机的分类和特点124问题：假设有一火箭需通过铁路从制造厂运到发射场，现有三种方案：专列专线、专列非专线、非专列非专线，现要求大家一起看看这三种方案的优劣。通信网交换技术125结论：在这三种方案中是通过提高线路的利用率来有效地降低费用的。特点优点缺点甲线速度最快费用最高乙线费用较低速度最慢、对火车头要求较高丙线费用最低、速度较快，对火车头要求低。运输前后需对火箭进行拆分、复原工作。通信网交换技术126通信网交换技术电路交换技术报文交换技术分组交换技术127用户线交换机交换机交换机交换机用户线中继线中继线ABCD电路交换示意图128电路交换技术工作原理：电路交换技术即为已对需要进行通信的装置之间提供一条临时的专用传输通道。出123n...1’2’3’n’入...空分电路交换129时分电路交换t1t2tn12n入t’1t’2t’n1’2’n’出输入控制门输出控制门公用通信线路130报文交换技术工作原理：报文交换技术不需要事先建立物理线路，它将发送的数据作为一个整体发给中间交换设备。中间交换设备先将数据存储起来，然后选择一条合适的空闲线路将数据转发给下一个交换设备，如此循环直至数据发送到目的节点。N3MMMMN1N2N4N5N6HSHD131分组交换技术工作原理：分组交换技术是报文交换技术的改进，它是将用户传送的数据划分成一定的长度，每个部分叫做一个分组。在每个分组的前面加上一个分组头，用以指明该分组发往何地址，然后由交换机根据每个分组的地址标志，将它们转发至目的地，这一过程称为分组交换。分组交换技术是在数据网络中最广泛使用的一种交换技术.N1N2N3N4N5N6HSHDMMP3P3P3P2P2P2132三种交换技术类比三种数据交换技术与三种火箭运输方案的对应关系。电路交换技术——甲线报文交换技术——乙线分组交换技术——丙线可进行类比的项目： 数据———火箭（即所需运输的货物）中间交换设备———火车头线路———铁路线路利用率———铁路的使用率133

数字交换网络

完成时隙交换的交换网基本单元:

包括T型时分接线器，S型时分接线器（1）T型时分接线器可以完成同一PCM线不同时隙的交换。（2）S型时分接线器可以完成不同PCM线相同时隙的交换。134数字交换网络0123NbaabTS2TS1TS2TS1时隙交换原理话音存储器135

数字交换网络

时隙交换原理

136交换网络分类空分接续网络 （空间接线器、S接线器）时分接续网络（时间接线器、T接线器）137T型时分接线器T型接线器（TimeSwitch）由话音存储器（SMSpeechMemory）和控制存储器CMControlMemory）两部分组成。话音存储器是存储抽样后经编码的话音信息，由随机存储器（RAM）构成。控制存储器是控制话音存储器的写入和读出，也由RAM构成。存储单元里存放的是话音信息在话音存储器中的存放地址。按照控制存储器对话音存储器的控制关系T型接线器有两种工作方式：读出控制方式和写入控制方式。138单端输入的T接线器012331baabTS3TS0TS3TS1读出控制方式的T接线器SMWR定时脉冲012331A0~A4CM139单端输入的T接线器012331baabTS3TS1TS3TS0写入控制方式的T接线器SMWR定时脉冲012331A0~A4CM140多端输入的T接线器ＳMA0~A7

串并变换

并串变换02550255HW1HW0HW7TS0TS31TS0TS0TS31TS318端输入的T接线器HW1HW0HW7ＣＭ141S型时分接线器S型时分接线器是空间接线器，在一根入线中，可以选择任何一根出线与之相连。入线和出线只是在某一时隙内接通，每个交叉接点是时分复用的。S型接线器由m×n的交叉接点和控制存储器组成。根据控制存储器是控制输出线上还是控制输入线上交叉接点的闭合，可分为输出控制方式和输入控制方式。142S型时分接线器HW1HW0HW7HW1HW0HW7012331CM0CM1CM7输出控制S接线器TS2TS2143S型时分接线器HW1HW0HW7HW1HW0HW7012331CM7CM1CM0输入控制S接线器TS2TS2144呼叫类型呼叫类型话源话务流向本局呼叫本局用户本局用户出局呼叫本局用户出中继入局呼叫入中继本局用户转接呼叫入中继出中继145本局呼叫处理的基本过程用户呼出阶段

交换机按照一定的周期检查每一条用户线的状态。当发现用户摘机时，交换机就根据用户线在交换机上的安装位置找到该用户的用户数据，并对其进行分析。如该用户有权发起呼叫，交换机就寻找一个空闲的收号器并通过交换网络将该用户电路与收号器相连，向用户送拨号音，进入收号状态。146本局呼叫处理的基本过程数字接收及分析阶段

此阶段是处理任务最繁重的一个阶段。交换机接收用户拨号。对于脉冲拨号方式，每次收到的是一个脉冲，并由信令接收程序将收到的多个脉冲装配为拨号数字；对于DTMF信号，每次收到的是一个数字。当交换机收到一定位数的号码后将进行数字分析，从而确定呼叫的类型、路由等。当数字分析的结果是本局呼叫时，就通知信令接收程序继续接收剩余号码。147本局呼叫处理的基本过程通话建立阶段

当被叫号码收起后，交换机根据被叫号码查询被叫用户数据。若被叫空闲且未登记与被叫有关的新业务（如呼叫转移），交换机就在交换网络中寻找一条能将主叫用户和被叫用户连接的通路，并预先占用该通路，同时向被叫用户送振铃信号，向主叫用户送回铃音。148本局呼叫处理的基本过程通话阶段当被叫用户摘机应答后，交换机停止向被叫用户送振铃信号，停止向主叫用户送回铃音，将交换网络上连接主被叫用户的通路接通，同时启动计费，呼叫进入通话阶段。交换机透明传输话音信号，不做任何处理。

呼叫释放阶段

在通话阶段，交换机如果发现一方挂机，就给另一方送忙音。当双方都挂机时，交换机就收回此次呼叫占用的资源，停止计费，呼叫处理结束。

149

呼叫处理过程

呼叫处理的基本过程：（1）主叫用户摘机

,直到主叫听拨号音。（2）主叫拨号，交换机收号。（3）交换机进行号码分析，确定呼叫类别以及下一步执行的任务。（4）选择一条接通被叫的通路，接通至被叫。（5）给被叫振铃，给主叫送回铃音。（6）被叫应答，通话。（7）话终挂机。150用户摘机、呼出分析、听拨号音用户接口TONE数字交换网络控制机构主叫用户接口被叫28711102871111DTMF拨号音摘机检测；主叫呼出分析；资源准备；听拨号音。151用户拨号、交换机收号用户接口TONE数字交换网络控制机构主叫用户接口被叫28711102871111DTMF2871111用户拨号，脉冲？双音频？DTMF接收送处理机。152号码分析（本局呼叫）、收号结束用户接口TONE数字交换网络控制机构主叫用户接口被叫28711102871111DTMF2871111号码分析，收完“287”后，判断出为局内呼叫；接收完剩余的号码。153用户接口TONE数字交换网络控制机构主叫用户接口被叫2871111DTMF回铃音RNG振铃音被叫受话分析、被叫振铃2871110被叫受话分析；被叫振铃、主叫听回铃音；定时。154被叫应答、通话开始2871110用户接口TONE数字交换网络控制机构主叫用户接口被叫2871111DTMFRNG被叫应答、应答检测；主叫侧用户线极性反转（若是反极性用户）；通路接通、开始计费。155主叫挂机、拆线、被叫听忙音2871110用户接口TONE数字交换网络控制机构主叫用户接口被叫2871111DTMFRNG忙音挂机检测、计费停止、拆线；被叫听忙音。156

被叫挂机、呼叫结束2871110用户接口TONE数字交换网络控制机构主叫用户接口被叫2871111DTMFRNG定时、挂机检测、呼叫结束。157电话接续基本信令流程

呼叫处理过程

158PSTN用户主要基本业务用户类别普通用户/话务台/投币用户终端类别脉冲/双音频/反极性/CID计费类别不计费/定期计费/立即计费呼叫权限本局/市话/国内长途/国际长途159PSTN用户主要补充业务缩位拨号热线业务呼出限制免打扰服务查恶意呼叫闹钟服务截接服务记存呼叫无条件呼叫转移无应答呼叫转移遇忙呼叫转移缺席用户服务呼叫等待遇忙回叫三方通话会议电话主叫号码显示主叫号码显示限制160

网状网星状网复合网电话网的组网方式ABCDEABCDE中心局ABCDE中心局HIJ优缺点？161电话网的结构PSTN的三级结构PSTN本地网二级结构大城市本地网分区双汇接中等城市汇接局全覆盖不同运营网关口局设置162电话网的结构—PSTN的三级结构

国际交换中心ISC长途网本地网DLDLDC2DTmTelephoneTelephone(PublicSwitchedTelephoneNetwork)公共电话交换网络DC1一级长途交换中心DC2二级长途交换中心DTm本地网汇接局DL本地网端局DC2DC1DC1DC1DC1DTm163二级长途网交换中心DC1：主要是汇接所在省的省际长途来话、去话话务，以及所在本地网的长途终端话务。DC2：主要是汇接所在本地网的长途终端话务。164电话网的结构—PSTN本地网二级结构PABXTelephoneTelephoneTelephoneTelephone远端模块本地汇接局DTm

本地端局DL专用自动用户交换机DTmDTmDTmDTmDLDLDLDL165电话网的演进我国电话网由五级逐步演变为三级，新的等级结构为：长途两级，一级交换中心DC1和二级交换中心DC2；本地两级，汇接交换中心DTm和终端交换中心DL。按照使用范围，电话网分为农村电话网、市内电话网、本地电话网和长途电话网。166电话网的结构—大城市本地网分区双汇接DTm21DTm22DLDDLCDLEDTm11DTm12DLADLB汇接区1汇接区2167电话网的结构—中等城市汇接局全覆盖汇接局（DTm）端局（DL）1212N168电话网的结构—不同运营网关口局设置电信联通移动GWGWGW169话务量话务量：单位时间内发生的呼叫次数与每次呼叫的平均占用时长的乘积A=C*tA:话务量，单位为“爱尔兰”或Erl.C:单位时间内发生的平均呼叫数（呼叫／秒）t:每次呼叫的平均占用时长（秒／呼叫）例：设c=3600呼叫/小时=60呼叫/分钟=1呼叫/秒

t=60小时/3600呼叫=1分钟/呼叫=60秒/呼叫则A=3600呼叫/小时×60小时/3600呼叫

=60呼叫/分钟×1分钟/呼叫=1呼叫/秒×60秒/呼叫=60E170呼叫处理能力BHCA：忙时试呼次数，处理机单位时间（一个小时）内所处理的呼叫次数目标BHCA是衡量交换机设计处理能力的重要指标，实际BHCA与交换机工作时的话务量大小有关系程控交换机实际处理能力满足线性模型U=U0+B*N方程

U为处理机的占用率（%）：交换机有呼叫发生时CPU占用率，正常时U<=90%U0为处理机的固有开销（%）：无任何呼叫发生时CPU占用率B为处理机处理一次呼叫的平均开销（%）N为处理机单位时间（一个小时）内所处理的呼叫次数（BHCA）根据以上公式计算交换机的设计BHCA，设备正常工作时BHCA值要求小于N值171BHCA&CAPS例：某处理机忙时用于呼叫处理的时间开销平均为0.85，固有开销a=0.29，处理一个呼叫平均需时32ms，求其BHCA为多少？0.85=0.29+（32X10-3/3600）XNN=63000次/小时注：影响呼叫处理能力的因素。BHCA是程控交换机控制部件呼叫处理能力的重要指标，公式为单位时间内的试呼次数。CAPS乘以3600就是BHCA。CAPS=用户数×平均话务量/平均占用时长平均话务量：指的是每用户的平均话务量。如果用户忙时平均呼叫次数为x，则其CAPS=用户数*(x/3600)BHCA=CAPS×3600/用户数=平均话务量×3600/平均占用时长BHCA表示最大忙时试呼次数；它与交换系统容量、系统结构、处理机处理能力、软件设计水平等因素有关。172电话复原控制方式主叫控制通话后，主叫用户先挂机，主叫自由，通话电路复原，并向被叫用户送忙音。如被叫先挂机，通话电路在一定时间内不复原。在此时限内如被叫再取下话机，仍可继续通话。逾此时限后，如主叫用户仍不挂机或被叫用户不再摘机则话路释放，主叫端局向主叫用户送忙音。被叫控制通话后，被叫用户挂机被叫自由，通话电路复原，向主叫用户送忙音。如主叫先挂机，通话电路不复原，主叫再取下话机，仍可继续通话。互不控制通话后，主叫用户任何一方先挂机，通话电路立即复原，挂机用户立即自由，由未挂机方的端局向未挂机用户送忙音。173时间监视及通话强迫释放摘机不拨号时间监视：10秒。位间不拨号时间监视：发端端局对位间不拨号的时间监视为20秒。久叫不应时间监视：本地呼叫60秒，长途呼叫90秒，国际呼叫120秒。无应答转移时间监视为20秒听忙音时间监视：40秒听嗥鸣音时间监视：60秒174计费要求计费起始时间：计费起始时间为被叫用户应答时间计费结束时间：为电路拆线时间呼叫前转的计费：A用户对B用户的呼叫转移至C用户时，A用户按照A至B的计费，对B用户按照B至C的计费话单分类：

详细话单：描述了一次通话的详细信息，包含呼叫的主被叫号码，通话时长（精确到秒或0.1秒），通话的起止时间等详细计费信息的记录计次表话单：描述一次或多次通话的信息，信息内容较少，仅有主叫号码，呼叫时长等简单信息175编号要求0为国内长途全自动电话冠号00为国际全自动电话冠号1为本地特种业务号码，新业务号码，网号的首位号码，无线寻呼号码，网间互通号码，话务员座席群号码的首位号码等2－9为本地电话号码的首位号码本地电话网的编号位长一般情况下采用等位编号，但应能适应在同一本地网中号码位长差一位编号的要求长途区号3～4位三种位长的长途区号，长途区号的规律为：首位为2的长途区号号码长度为三位，02X首位为3.4.5.7.8.9的长途区号长度为四位176首位为1的常用号码112

障碍申告 （部分地区统一为1000客服业务）114

电话查号117

报时119

火警 110

匪警 120

急救中心121

天气预报

道路交通事故报警134～139、147、150~152、158、159、182、187、188

中国移动通信接入码130,132,155-156,185-186联通移动通信133、153、189...中国电信DMA网接入码168

自动信息服务台（168+5位）

177交换机的控制方式集中控制方式分散控制方式：－分级控制方式－分布控制方式178集中控制方式：是指整个交换机系统的控制系统集中在一级处理机处理所有资源的使用，全部功能的实现均由集中控制系统负担。在一级处理机中任何一台处理机均可共享所有资源，功能上由各处理机分担。执行这种形式的优点是处理机对整个系统状态较清楚，但其缺点是系统较脆弱，一旦一台处理机出现故障，将导致全机瘫痪。因此这种控制方式仅限于小交换机系统。集中控制方式179二级分散控制方式 这是指由主处理机和外围处理机二级控制构 成的控制系统，外围处理机执行各种不同的 外围功能，如：用户级、中继级、选路级等。 主处理机只执行系统的调度管理等功能。三级分散控制方式 是指功能上分担和话务分担，二级控制加 上中央处理机系统构成三级控制形式分级控制方式180分级控制方式181分布式控制方式 分布式控制就是所有的呼叫控制功能和 数字交换网络的控制功能都由和小用户 线群、中继线群相连的处理机提供。由 用户群及中继群组成终端模块，每个模 块都带有控制单元。分布式控制方式182分布式控制方式183控制系统的配置方式为了提高交换机系统的可靠性，交换机系统的处理机部分常常采用双机工作系统，双机结构形式又可分为以下几种：同步工作方式话务分担工作方式主/备用工作方式184同步工作方式185话务分担工作方式186主/备复用工作方式187程控交换机的软件系统

程控交换的特点是业务量大，实时性和可靠性要求高。因此对运行软件要求有较高的实时效率，能处理大量呼叫而且必须保证通信业务的不间断性。 程控交换机的软件由运行软件和支援软件组成。188运行软件

运行软件是程控交换机在运行中直接使用的软件，包括运行程序和数据。 运行程序分为系统程序和应用程序。 系统程序是交换机硬件同应用程序的接口。 应用程序时直接控制电话交换和维护管理的程序。1891、程控交换软件的特点和组成程控交换软件的特点交换软件的基本任务就是控制交换机的运行，也就是完成呼叫处理。程控交换机的特点是业务量大，实时性和可靠性要求高，因此对运行软件也要求有较高的实时效率，能处理大量的呼叫，而且必须保证通信业务的不间断性。交换软件的3大特点：实时性、多任务并发执行、高可靠性（业务的不间断性）。190程控交换机的软件组成软件系统系统软件数据库系统应用软件呼叫处理OAM程控交换机的软件系统=系统软件+应用软件191程控交换机的操作系统程控交换机的操作系统是计算机硬件与应用软件的接口，是一个实时多任务的操作系统。（1）实时操作系统：能对随机发生的外部事件做出及时地响应，并进行处理。虽然事件的发生时间是无法预知的，但必须在事件发生时能够在严格的时限内做出响应，即使是在负荷较大的情况下。（2）多任务操作系统：支持多任务（Task）并发处理，由于多任务的并发性因而必然会引起任务的同步、互斥、通信以及资源共享等问题。此外，由于程控交换系统的控制系统多采用分布式多处理机结构，所以其操作系统也具有网络操作系统和分布式操作系统的特点。192 程控交换机的操作系统对任务调度一般采用基于优先级的抢占式调度算法。（1）基于优先级调度算法： 系统中的每个任务都拥有一个优先级，任何时刻系统内核将CPU分配给处于