第三章 电信网3

第三章电信网电信网主要由交换系统,传输系统和通信终端组成.交换系统负责把各个用户终端连接起来;终端设备包括电话机,数据终端等用户终端;传输设备负责把用户终端和交换设备连在一起的传输媒质.交换系统在设计时必须考虑通信网的以下几个方面:

3.1路由规划路由规划编号制度计费系统传输系统信令系统通信网络规划的一个重要问题是路由问题,它包括:给定各交换机之间的话务量后,中继线应如何配置,网络应采用何种拓扑;当两台交换机之间的通信存在多条路由时,应按何种规则选择路由.3.1.1路由设计设三台交换机A,B,C之间的话务量如图3-1(a)所示.在设计或安装交换机时,一个现实的问题是,它们之间的中继线应如何连接?更具体地讲,交换机A应配备多少条中继线,其中与交换机B和C相连接的又各应是多少?最直接的方法是独立地为每个方向提供所需的中继线.例如,当设gos=0.01时,由表2-3可求得连接AB,AC和BC的中继群各应包括18,11和24条中继线,如图3-1(b)所示.另一种方法如图3-1(c)所示,此时AC间的话务量全部通过交换机B汇接.因此AB和BC之间的话务量分别为10+5=15erl,15+5=20erl.再次由表2-3可查得所应配备的中继线分别为24和30条.在图3-1(b)中,AC间的话务量通过AC之间的直达中继线传输,而在图3-1(c)中该话务量改由汇接中继ABC传输.与直达中继法相比,汇接中继法增加了:①6条AB中继线.②6条BC中继线.③6路汇接交换设备.它节约了:④11条AC直达中继线.在实际中,AC间直达中继的安装往往如图3-2所示,因而它仅仅是电气上的直达,而在地理上并非直达.这是出于两点原因:①直达中继线与汇接中继线在物理上可利用同一管道或线杆,甚至使用同一电缆,节省了施工量;②大容量的电缆相对的价格较低.例如,一条50对线的双股电缆的价格是10对线电缆价格的2~3倍.在这种情况下,直达与汇接的区别仅在与AC中继线是否通过交换机B的交换.在地理上非直达的情况下,汇接中继法与直达中继法相比节约了6条中继线路,但增加了6路交换设备.采用何种方案更经济应根据这两种方案的价格比决定.为比较这两种方案,定义两个比值TDR=LR=在一般情况下,总有TDR>1.显然,当TDR/LR=汇接成本/直达成本<1

即TDR<LR(3.3)时,采用汇接中继将比采用直达中继更经济.

例3.1设A,B,C三台交换机之间的话务量如图3-3所示,已知AB,BC和AC之间的中继传输设备的费用为

AB1.0万元/路

BC1.2万元/路

AC1.8万元/路

B汇接费0.5万元/路TDR=(1.0+1.2+0.5)/1.8=1.5设gos=0.01,采用直达中继时,各中继群的线数可由表2-3求得为AB,A=30erl,M=42,BC,A=40erl,M=53,AC,A=10erl,M=18.如改为采用汇接中继,则各中继群的线数将变为AB:A=40erl,M=53,BC:A=50erl,M=64汇接话务量使AB和BC中继群各增加了11条中继线.于是LR=18/11=1.64>TDR因此,采用汇接中继比直达中继更经济.

如果AC之间的话务量增加到20erl,则AC间的直达中继群将需要30条,而采用汇接中继分别需要AB,A=50erl,M=64,BC,A=60erl,M=75因此LR=30/22=1.36<TDR此时采用直达中继更为经济.采用汇接中继方案的优点在于话务量集中,因而中继线的利用率较高.它的缺点是需要附加的交换设备,并且可能增加传输距离.一种更有效的方法是采用混合路由,即两台交换机之间的话务量部分地通过直达中继,部分地经过汇接中继,以期提高直达中继的效率,同时又减小较昂贵的汇接中继设备的数量.具体的作法是,提高直达路由的阻塞率,以达到较高的效率,而直达中继所溢出的话务量则经过汇接中继传输,使其达到规定的服务等级.混合路由:即两台交换机之间的话务量部分的通过直达中继,部分的通过汇接中继,提高直达中继的效率,同时又减少较昂贵的汇接中继设备的数量.

3.1.2路由选择等级制的树状网络分为国际电信网和国内电信网两部分.国内电信网分为本地网和长途网.什么是本地电话网？是指同一长途编号区域范围内，由若干个端局及局间中继线、长话市话中继线、用户线、用户交换机、电话机等组成的电话网。

长途网采用复合型网络结构,由共四级交换中心组成.网络等级结构如图3-7所示.C1为大区中心,共有6个,分别位于北京,沈阳,南京,武汉,成都与西安.C1级之间采用网状结构,以下各级主要是采用逐级汇接制并转以一定数量的直达路由.C2为省中心,C3为地区中心,C4为县中心.C5为长途网的长途端局.CCITT为各级所规定的名称以及美,英和我国所使用的各级交换机的名称见表3-1.显然,在这样一种等级制通信网中,任何两台交换机之间都可能存在着多条路由,因此必须有一种经济合理的选择路由的方法.实际中常用的是一种所谓“由远至近”的路由选择方案.下面将以图3-8中的三级网络为例加以说明.设C5ı欲与C5通信,C5ı首先选择直达路由C5ı→C5,如果该路由中的所有中继线都忙,则依次选择替代路由其中最后一条路由称为最终路由或基干路由.最终路由应能负担所有直达和替代路由所溢出的话务量,保证系统达到所要求的服务等级.这里可以看到一种“由远至近”的选择规则,即任一结点选择下一结点时,总是选择沿基干路由距终局(被叫局)最接近的那一个结点.例如,C5ı选择下一站的顺序依次为C5,C4,C3,C4ı;而C3依次选择C5C4,C3ı依次选择C4,C3,等等交换机的每一条输出路由都有一个路由编号.交换机必须首先由用户所拨的电话(或终端)号码分析出直达路由号.如果直达路由中的中继线全忙,则应按照路由选择规则依次试探各个路由,直至找到空闲的中继线为止.当所选择的路由需要通过其它交换机进一步汇接时,可采用两种方法:①直接法,即由主叫交换机直接选择汇接交换机的出局路由.在这种情况下,主叫交换机只需向汇接交换机发送路由号,而无需发送完整的被叫号码.这种方法又称为直通路由法.

②间接法,即将用户所拨的号码完整地送至汇接交换机,由它再次分析并确定出局路由.这又称为宿码路由法.第一种方法的优点是汇接交换机的控制较简单,但当它所连接的路由发生变化时,必须相应地改变与它连接的所有交换端局中路由翻译表.后一种方法较为灵活,但由于在每次汇接时都需要进行路由翻译,因而接续速度较慢.

3.2编号制度在电信网中,每台电话机(或其它业务终端)的地址称为它的电话号码.为使交换系统正确,有效地选择路由和被叫终端,必须有一个合理的编号制度.一般地讲,一个良好的编号制度应符合下列原则:①全球编号统一.②号码的位数尽可能短.③编号有规律,便于简化交换机的路由选择过程,便于用户记忆.④编号制度应充分考虑系统的发展,易于扩充.根据上述原则,CCITT建议每台电话机的完整号码如下号码总长不得大于12位,建议为11位.国家号,国内长途号及用户号的位数需视具体情况决定.

1.国家号国家号是用于区别国家或地区的号码.表3-2给出了一些国家号的例子.由表可见,北美和苏联的国内号最多可达10位,而英等国的国内号可达9位.也就是说,具有1位长和2位长国家号的国家最终可安装的话机(或其它业务终端)的总数量分别100亿门和10亿门.在国家号中,第一位是国际区号.CCITT将全世界按地理位置划分成了9个编号区域,如表3-3所示.0号保留供特殊业务使用,例如,用户呼叫话务员等.因此表3-2中列出的号码仅从第2位开始才是国家号.中国的国家号是6,日本是1,香港是52,等等.1并非美国的国家号,而是北美区域号.00869914332444

2.国内长途号国内长途号是用以区别同一国家内不同编号区域的号码.我国的长途号可以是1~4位,表3-4给出了一些城市和地区的长途号.三位长途号的第一位为3~9,第二位为奇数,第三位为0~9.因此3位的长途号有7×5×10=350个.各县区的长途号为4位,第一位是3~9,第二位为偶数,第三,四位为0~9,因而共有7×5×10×10=3500.根据上述编号规则,不难判别我国各种长途区号的长度:第一位是1,区号长度为1位.第一位是2,区号长度为2位.第一位是3~9,第二位是奇数,区号长度为3位.第一位是3~9,第二位是偶数,区号长度为4位.3.用户号用户号是用于区别同一本地网或编号区域中各个话机的号码.两部分组成:局号和用户号.4.缩位拨号及特种业务号码由上所述,一台话机的完整号码最长可达到11位.在我国,用户号码第一位为1时,表示特种业务,例如112市话障碍,114市话查号,117报时,119火警,110报警,174国内长途查号,170国内长途全自动花费查询.新服务项目编号我国规定:200,300,400,500,600,700,800为新业务号码.例如,规定200号为中国电话卡业务(俗称200号业务).1、电话铃响就开始计费吗？电话计费是从对方摘机开始的，与响铃次数没有任何关系。所以，无论电话响铃多少次，只要对方没拿起听筒，或没按免提键就不计费。社会上曾流传这样一种说法:电话挂通后，当振铃响到地7下时，不管对方有没有人接电话，计算机都会自动记录通话一次，实际上，这种说法是错误的。正确的解释是：电话不是以话机响铃多少次来计费的，计费时间是从受话人摘机开始计费的。

2、对方电话无人接听时，有哪些情况要缴费？A、如对方电话上接有传真机，当电话接通后，先听到振铃音，接着就听到“叽----咕咕”不间断的拨号音，这就告诉您，电话已经处于自动接收状态的传真机接通,此时,计费就开始了.用户虽未通话，但已接通了对方的终端设备.为避免多计费,应立即挂机.B、拨打分机电话。这种接在单位的小交换机上,进出的电话需要电脑或话务员转接。电话接通小总机就算接通了电话.计费从接通开始,电话就算未接通也要计费.C、对方的电话办有装移呼叫功能.电话拨通后,有的是听到呼叫BP机的声音,有的转移到其他话机上,遇到这种情况,客户虽未与对方通话,但接通了其他的通信设备,完成了转移的功能,所以也要计费.D、如属客户语音留言信箱播出的录音，或总机转分及时播出的提示性录音，则电话已接通，就开始计费。如属电话机房播出提示性录音，如听到“没有这个号码，您拨的电话是空号”.等录音时,均不收取电话费.

3.3计费系统3.3.1通信设备的投资与回收系统中的通信设备的投资主要通过收取用户的服务费得到补偿.收费应根据服务时所占用的设备情况决定.图3-9说明了网中点对点通信所涉及的设备,这些设备可分为两类,一类是用户单独占用的设备,另一类是许多用户共享的设备.因此,电话收费也应包括两个部分.第一部分是月租金,月租金可表示为其中,是每话机所用交换接口的租金,

是每公里用户线租金,而是用户线长度,单位为公里.第二部分是通话费,它应按通信话务量计算.当需要使用中继传输系统时,还应考虑传输距离,因此这部分费用可表示为其中,和分别为交换系统和中继接口每单位时间的使用费,为每公里中继系统每单位时间的使用费,为中继系统的传输距离,单位为公里,T为通话时长.在大多数国家中,通话费以每分钟为单位计算.各部分设备在通信网投资中所占的比例典型地如表3-5所示,投资及其回收过程可用图3-10说明.图中第一部分是初始规划,研究和工程设计所需要的投资;第二部分是主要投资阶段,包括设备,材料,工具,安装验收和人员培训等的投资;第三部分是投资的回收阶段,它是服务收费与系统运行费(包括维护,运行人工和材料费用等)之差,它一直持续到设备的寿命末期;第四部分是设备的退役阶段,它可能因设备的老化而不再能满足需要,或新技术使得它被淘汰,或因服务需求的下降(或消失)造成.正常的经营应使第3,4阶段回收的金额大于1,2阶段的投资.设在投资后第i年回收的金额为,每年因税收,物价和人工费用的上涨等因素造成的通货膨涨率为r,则折合到投资当年相当于整个寿命期间回收的总金额为其中Co为投资当年回收的金额,N为设备的工作寿命.我们可以两种收费策略.第一种是在整个设备寿命期间以恒定价格收费,即于是折合到投资当年的总回收资金为作为正常营运,Co应满足

其中是设备的总投资.第二种收费方法是使每年的回收金额为将它代入到式(3.17)中,得到总回收金额为因此Co应满足Co≥V_/(N+1)(3.22)例3.3已知一通信系统如图3-11所示,各部分设备的投资及使用寿命如下:设备及材料投资,元寿命,年用户环线150/km•线40用户接口800/话机20中继接口1000/线20交换设备(共享部分)1000/线20中继传输设备350/km•线40当采用恒定价格收费,且设年通货膨胀率为r=0.08时,由式(3.19)可求得各部分投资每年应收回的费用为由于共享设备是按平均忙时话务量设计的,其平均话务流量通常较小,假设它为0.1erl,

小时于是交换和中继设备每分钟的通话成本费为

每话机的月租金每分钟的长途通话费应当指出,通信系统越发展,规模越大,平均每用户所需的投资额越低.交换设备的投资效率与其容量的关系大致为交换成本/每用户∝(交换机容量)

3.3.2计费方法根据上一节的讨论计费系统主要应计算每次呼叫的通话费.实际中的计费方法常受限于交换机控制系统及计费系统的发展水平.早期的人工计费系统依靠话务员监视通话,掐表计时.这种方法费工费时,且准确性较差.后期的电动计费式自动计费系统虽能较迅速,准确地给出通话费,但一般无法给出每次通话的详细数据,如通话时间,被叫号码等.现代的程控交换机与计算机自动计费系统相结合,可以实现理想的计费.目前实用中的计费方法主要有下列三种.1.包月制.2.单式计次制.3.复式计费.市话计费通常在市话局内进行.长话计费则长途局进行.在实际使用中,通话费可根据事先约定由发话方或受话方支付,也可由第三方支付.3.3.3计算机自动计费在现代程控数字交换系统中,常采用计算机自动计费.为了减轻交换机主控系统的负担,通话的记录,计费及费单的生成常由独立的计算机进行,而交换机仅负责输出通话的原始数据.因此,一个计算机自动计费系统的组成常如图3-13所示.对于每一次通话,交换机至少应输出下列信息:主叫话机的号码所用中继线被叫话机的号码账号呼叫开始的时间业务种类通话持续时间在程控数字交换机中,业务种类信息可能相当复杂.为了提高传输的可靠性,交换机输出的数据常组成如图3-14所示的帧.帧中各数据域可采用ASCⅡ编码或二进制编码.前者能够简化计费系统的处理和输出,甚至可将各数据域直接送入打印机打印.后者则可使数据帧较短,节省数据的传输时间.这一点对于大容量的交换机时分重要的.因为它意味着在单位时间内能传送更多的通话数据.这就是说,在给定交换机的话务量和缓存器容量后每次通话的数据帧越短,允许使用的传输速率便越低.由于交换机和计费系统之间的传输常采用异步方式,因此具有复杂通话数据的大容量交换机多采用二进制编码.过低传输速率会造成通话数据丢失.计费处理一般由软件完成,计费系统的基本功能是实现每次通话的复式计费,并产生适合存档和用户查询的费单报告.一个良好的计费系统通常应具备下列一些主要功能:①及时,准确地接收并存储交换机送来的通话原始数据,能检测出传输差错并予以记录或给出提示.②根据通话时间和距离计算出话费.在已知通话时长T和费率R(即每单位计价时间的话费)后,该次通话的话费可简单地由下式计算C=(R×T)/.通话时长T已由通话原始数据给出;单位计价时间,应能由系统管理员设置,在我国,市话常取,直拨长途电话取;费率R与通话发生的时间及通话距离有关.通话距离一般由被叫号码判断.因此系统应允许管理员为每一个(或一批)号码规定一个费率.出于管理需要,对于不同时刻发生的通话可能规定不同的费率,因此系统还应允许管理员对于一周中不同的日子设置不同的费率.对于一天中不同的时间设置不同的费率.对于异常日(通常是节假日)设置不同的费率.定义异常日.③输出话费.处理获得的话费记录即可即时输出,也可存盘供日后生成费单.前一种方式对于营运单位(例如电话局)是必不可少.此时话费处理速度是一个重要指标.当系统容量较大时,要求处理系统有很高的效率,否则可能造成话费输出的延时过长.系统能由存盘的话费记录产生可满足管理员和电话用户需要的各种费单,常见的有：明细费单,包括每次通话的日期,时间,通话时长,所拨号码,对应地名,呼叫类型,通话费用等.某类用户(例如某个单位)的汇总(即通话总次数,总费用等)或明细费单.某些号码的用户(例如,1211~1230)的汇总或明细费单.某类呼叫(例如国内长途)的汇总或明细费单.某段时间内(例如23/8/9115:00~28/8/917:00)呼叫的汇总或明细费单.此外,系统还应能对计费结果进行税金,手续费等附加费调整.因此,一个良好的计费处理系统应包括通话原始数据接收,话费计算和费单输出三个部分.3.4传输系统本节将讨论电信网中常见的传输系统的基本组成和工作模式,它们与交换系统的接口,以及数字通信网的同步等问题.

3.4.12/4线传输及衰耗分配传输系统设计的根本目的是用最小的代价提供优质的信号传输(足够大的信号电平和足够小的失真).出于经济上的考虑,电信网的用户环线通常采用2线传输,即收,发两个方向的传输使用同一对导线.在2线传输中,发送信号可能直接返回到已方的接收端,形成所谓的“侧音”.少量的侧音是必要的,它可以产生在空间面对面谈话的真实感.但过分的侧音会使发话者不自觉地降低讲话声,影响受话方的收听效果,因而有必要加以抑制.消侧音电路的基本原理如图3-20所示.送话器发送的信号一路经过短接线直接返回接收端,另一路则经侧音消除电路形成反相信号,与直接返回的同相信号相加后抵消.消侧音电路常用耦合变压器实现.2线传输同样可用于数字传输,此时消侧音电路常称为回波抑制器,一般由横向数字滤波器组成.回波抑制器在第五章中还会进一步讨论.2线传输的距离由话机中送话器所需要的工作电流决定.纵横交换机的馈电电压通常为-60v,而现代程控交换机的电压一般为-48v.话机所获得的电流取决于话机内阻,交换机馈电电路的内阻和用户环线的电阻,如图3-21所示.用户线的往返电阻之和称为环路电阻.如果话机的工作电流范围为,则环路,话机和接口的电阻应满足对于目前的电话机制造技术,送话器的正常工作电流常在20mA<<100mA之间,而在200Ω数量级.程控交换机的供电电压通常为-48V,接口的馈电内阻在400Ω数量级.将上述各值代入式(3.23),可求得最大环路电阻为1800Ω(3.24)实际中,为了保证话机中的送话器及交换机接口中的摘机检测电路正常工作,常规定环路电阻不得大于1300Ω.表3-7给出了我国用户环线传输中常用的线径及其音频衰耗(1KHz时),环路电阻和最大传输距离.话音传输的质量主要受到传输系统衰耗和失真的影响.理想的传输性能是产生两人面对面相距1m时的谈话效果.由于电话机中送话器和扬声器在进行声电和电声转换过程中的增益作用,允许传输系统存在一定的衰耗.CCITT基于对大量用户主观评价的统计,提出了传输系统的规划标准.对于目前电话机声电转换水平,传输系统各部分的衰耗分配如图3-22所示.中继传输距离可以长达数千公里乃至上万公里.为了不超过规定的衰耗,必须在长途传输系统中插入必要的放大器.2线传输所需要的双向放大器实现时分困难,因而长途中继系统常采用4线传输(即每个传输方向使用一对导线).2/4线变换原理如图3-23所示.理想的桥路可以使A点流入的电流全部流向上分支,而由下分支流回的的电流则全部流向A,从而实现2线传输与4线传输的互换.实际中的桥路并不如此理想,下分支流回的电流除流向A处,还有一部分漏电流流入上支路,形成.由A点流入上分支的原始电流在B点的桥路同样会形成漏电流,由下分支流回后,经重新进入上支路.显然,当回路总增益大于1时,系统将发生振鸣.因此,整个回路必须有一定的衰减.考虑到电路特性的离散性,为保证绝大多电路稳定工作,通常规定整个闭合回路的衰减必须满足6dB(3.25)或每个方向的传输衰耗不得小于3dB.由于2/4线回路的上述衰耗要求,整个传输链路中不宜出现多次2/4线变换.中继传输系统典型的传输方式及衰耗如表3-8所示.因此,整个通信网的传输方式具有如图3-7的形式.数字中继通常采用4线传输,因此在综合数字网中,所有的中继系统均采用4线传输.由于在数字传输中,信号的幅度表现为二进制码字,传输误码仅会引起个别抽样值的误差,而不会造成原始话音信号电平的整体下降,因而数字传输系统中衰耗一般不成为重要问题.由图3-21和表3-7可知,当用户环线达到最大距离时,音频衰耗可能大于8dB,此时话音质量可能略低于规定水平.为了保证交换机接口可靠地工作,接口端的话音信号电平应保持在-16~25dBm之间(dBm即相对于1mW的dB值).3.4.2中继传输系统与交换机接口现行电信网的中继系统常用的传输媒介有双股电缆,同轴电缆,微波(包括卫星)和光纤.它们的典型工作带宽如表3-9所示.这些带宽都远大于基带话音信号(模拟为4kHz,数字为64kb/s),因而模拟中继传输常用频分复用(FDM),而数字中继常用时分复用(TDM).这些复用处理即可属于交换机,也可属于传输系统的一部分.复用设备的位置决定了交换机与传输系统接口的方式.双股电缆主要用于400Km以内的短距离中继传输,大于400Km时常采用同轴电缆.双股电缆和同轴电缆的一个重要优点是与交换机的接口简单.当采用模拟基带传输时,交换机输出的模拟信号可以不经任何变换地直接与双股电缆或同轴电缆相连接.当采用复用技术时,交换机输出与电缆之间必须有适当的复用设备.图3-24给出了频分复用和时分复用传输时的情况.当交换机为模拟时,交换机输出的若干路(例如12路)模拟话音信号经过频分多路调制后,形成频带较宽的(例如,48Hz)FDM信号,然后经双绞线或同轴线传输.完成FDM调制和解调的设备称为载波端机,或简称为载波机.载波机归于传输系统.数字传输时，模拟话音信号首先应经PCM编码和时分多路复接,形成了TDM信号.由于TDMPCM信号通常为

TTLNRZ(NoneReturntoZero—

不归零)信号,不适于直接通过电缆长距离传输,因而必须经过数字线路终端(DLT)进行适当的传输编码(例如,HDB3编码).实现PCM,TDM和传输编码的设备称为PCM传输端机,也简称为PCM端机.它同样属于传输系统.对于数字交换机,交换网络输出的即PCM一次群信号,因此传统的数字中继传输系统中的TDMPCM和传输编码常由交换机的接口系统完成.

图3-25给出了典型的微波系统的组成.交换机输出的模拟话音信号经频分多路调制形成FDM信号后,再经过FM调制,形成3OMHz带宽的FDM一FM信号,然后经过微波发射系统发射.发射载频为4GHz,工作带宽为500MHz,共分成了16个3OMHz的信道,每方向8个信道,因而可以提供8路双向的3OMHz信道.应用典型的FDM一FM技术,一条3OMHz带宽的信道可携载1800路话音.这些3OMHz带宽信道同样可以用于数字信号传输.模拟话音信号经PCM编码和多路复接后,形成了TDMPCM数字信号,再经过数字调制,搬移到适当的信道频率.为与现行模拟微波系统兼容,数字频带信号的带宽不应超过3OMHz.因此,当TDMPCM的速率较高时,常需要使用多进制数字调制技术.例如,14OMb/s的四次群PCM信号常采用64QAM调制.同样,PCM和TDM处理可由数字交换机的接口系统完成,而数字微波系统一般可以直接接受PCMTDM输入.微波信号只能直线传播,由于地球表面的曲率,长距离微波传输需要使用中继铁塔.中继塔距离一般为40一5Okm.当传输距离很远时,微波中继塔的数目将变得很多,这样既提高了成本,又增大了维护量.因此,在超长距离的通信中,常采用卫星中继.卫星通信系统与微波通信的根本差别是以一个高空卫星取代了若干个较低的中继铁塔.与微波系统的另一个差别是卫星通信的两个传输方向使用了不同的载频.为了减小星载接收天线的尺寸,上行(即地面站至卫星)频率采用6GHz.下行频率采用4GHz.

光纤系统一般仅用于数字信号传输.图3-26给出了一个典型的光纤传输系统的例子.TDMPCM信号经HDB3编码后,由交换机接口输出.该信号输入光纤传输系统,经扰码和5B6B编码后,送入一个电光转换器,对激光源进行调制.调制后的光信号再经过光纤传输.传导光的波长为1.3㎛,作带宽为2GHz.因此,即使对于14OMb/s的四次群PCM信号,也不难采用二进制信号传输.目前已出现了565Mb/s(五次群)的数字光纤系统.当交换机不具有高次群接口时,交换机与光纤系统之间应有一个实现高次群调制和解调的数字端机.综上所述,尽管存在着种类繁多的中继传输系统,数字交换机只需提供具有输出单话路模拟信号和各次群PCM信号的中继接口.

3.4.3数字通信网的同步

根据第二章中介绍的时间交换器接续原理(见图2-31),有两个问题:①交换机提供给循环计数器的时钟频率必须与输入的TDMPCM信号的位速率相同;②计数器的输出应与输入信号的帧同步,即当输入信号为每帧的第0时隙时,计数器输出00000.上述两个问题分别称为数字通信网的位同步和帧同步.一次群信号的帧同步是利用第0时隙(TSo)来完成的.在发送端,每个偶数帧的TSo被固定地设置为XOO11011,其中第一位是链路监测位与同步无关.后7位是帧同步字,如图3-27所示.接收端的帧同步检测电路不断地检查输入序列中是否存在同步字.当帧同步电路检测到输入序列中与同步字相匹配的信号段时,便初步认为捕捉到了帧同步字,并该时刻为参考点,检查后续各帧的TSo中是否也含有同步字.仅当连续数次(一般大于10次)在所期望的时刻(即每隔250㎲)收到同步字,才确认系统进入了同步状态.这种同步方法可以避免把消息中与同步字相同的序列段误认为同步字.在巳经进入同步状态后,如果帧同步检测电路连续数次不能在预定的时刻收到同步字,就认为系统失步,立即重新开始同步过程.这里要求连续多次收不到同步字时才认为失步的原因同样是为了避免偶然的传输误码造成同步过程的误启动.现考虑两台交换机A和B之间通过数字中继的传输过程(图3-28).设A至B的单向传输延时为ts.

当交换机B的计数器与接收信号帧同步时,B的帧起始时刻将比A的帧起始时刻滞后ts(见图3-28(b)).在一般情况下,两个方向的传输延时相等,且交换机B中的发送信号与接收信号的帧相位同步[见图3-28(c)].于是A接收到的信号帧将比它发送的帧滞后2ts.为使A的发送信号与接收信号也达到帧同步,必须满足2ts=n×TS=n×125㎲(3.26)

增加回路的传输延时,使之达到125㎲

整数倍的常用方法是采用了弹性存储器,弹性存储器是一个n位的随机存储器(RAM).图3-29说明了它的工作原理.接收端收到的输入序列被顺序,循环地写入存储器,即各个信号位(或码元)依次被写入存储器的1，2，n，…,1,2,…单元.读出过程同样是顺序,循环地进行的.但在同一时刻,被写入的存储单元一般与读出单元不同.通常写入时钟来自位同步提取电路,因而与接收到的信号速率相同.读出时钟为本机时钟.在正常情况下,所有交换机应达到位同步,于是本机时钟与发方时钟同步,即.如果当写入k单元时,读出的是j单元,则被写入k单元的输入位将在W=k一j个读写周期后读出.因此输出序列是一个延时了的输入序列,其延迟时间为D=(k-j)T=(k-j)/Modn(3.27)其中T=1/是输入信号的重复周期.显然,当我们希望延时为M个码元周期时,存储器容量应不小于M十1位.例3·4设两台交换机的距离为4Okm，中继线是双绞线,延时为5㎲/km,传输32/3OCHPCM.求交换机的弹性存储器容量.解:回路传输延时=2X40X5=400㎲

每帧周期=125㎲,400/125≈4因此取n=4,总延时为4帧时间.所以弹性存储器应延时D=4X125-400=100㎲速率由式(3.27)k-j=D×=100×10×2.048×10=204.8因此,弹性存储器的容量应不小于205位。

通信网同步的另一个问题是位同步.当收发双方的时钟频率不同时,图3-29中的弹性存储器的读,写速率将不同.例如,当时,读写间隔W将逐渐增大.一定时间之后,写入地址将超过读出地址,使读出数据漏掉一帧(因为存储器容量为256位=1帧).同理,当时,会出现重读.这两种情况均称为滑码.滑码发生的频繁程度与存储器的容量及收,发两端时钟的频差有关.当存储器为n位,标称频率为r,相对频差Δr时,滑码发生的周期为Ts=n/(Δr×r)(3.28)因此当传输速率为2.048Mb/s,两个时钟频差为,而存储器容量为256位时,滑码发生的周期为或每天丢失(或重读)69帧。每次滑码发生将使每路基带PCM信号丢失(或重复)了一个8bit的码字.对于PCM话音信号,这相当于它的PAM信号中少了(或多了)一个抽样,接收者只听到“喀勒”一声.因此影响不显著.但对于数据传输,尤其是图像传输,滑码可能彻底毁坏全部数据或整个画面.根据CCITT建议,数据传输系统应满足每2Oh滑码不超过1次.对于CEPT一次群传输,由式(3.28),这相当于要求时钟频差Δr=n/Tsr=256/(20X3600X2.048X10)=1.74X这一要求是相当高的。位时钟同步的方法可划分为准同步法和同步法两种.在准同步方式中,各交换器的时钟相互独立,因而准同步网络方式又称为异步方式.任何通信双方的时钟都不可避免地存在一定偏差.如前所述,这将造成滑码.为了使滑码发生频度足够小,一般要求各交换机的时钟有很高的稳定度.前面已经证明,对于数据传输,时钟频率稳定度应优于1×

数量级.一般的晶体管振荡器已无法满足,因而常需要使用原子钟.表3-10给出了常用的铷钟和铯钟的主要参数.可以看出,铷钟稳定度不如铯钟,但寿命较长.此外铷钟的体积可以做得较小.当用铷钟作为各交换机的本机时钟时,滑码周期为Ts=256/(2.048XX3X)=1157h

完全可以满足实用要求。

习题P823-1已知A,B,C三台交换机之间的话务量如图3-34所示.试比较A,B之间完全采用直达中继和完全通过C汇接这两种方案哪一种更经济(设TDR=1.8,gos=0.001).解:A,C之间的话务量25erl,M=41,C,B之间的话务量25erl时,中继群的线数为M=41,A,B之间的话务量为20erl时,中继群的线数为M=35,采用汇接时,AC:45erl,M=65,CB:45erl,M=65,汇接话务量使AC和CB中继群各增加了65-41=24条中继线.于是LR=35/24≈1.5<TDR,此时采用直达中继更经济.3-2已知A、B、C三台交换机之间的话务量及传输距离如图3-35所示.传输设备的费用为0.l万元/(km·线),交换设备为0.4万元/路.试比较在A、C之间完全采用直达中继和完全采用汇接中继这两种方案的费用(设gos=0.01).图3-34图3-3520erl,20kmB解:gos=0.01,查表2-3得各中继群线数为采用直达中继时,AC:10erl,M=18,CB:25erl,M=36,AB:20erl,M=30;采用汇接时,AB:30erl,M=42,BC:35erl,M=47.直达中继花费18×0.1×35=63(万元)汇接中继花费12×15×0.1+11×30×0.1+12×0.4=55.8(万元)∴采用汇接中继比直达中继更经济.3-5设交换机A至D及其话务量分布如图3-36所示,传输设备的费用为0.l万元/(km·线),交换设备为0.4万元/路.如果A,B间的传输采用混合路由,并要求gos=0.001,各路由应配备的中继线是多少?解:TDR=[0.1×(15+30)+0.4]/0.1×(15+25)=1.4,由式(3.9),gos=0.001时,

由(3.13)知:对比图3-6,直达路由中继线数改为11.