第二章 电路交换

现代交换技术

实用教程张春霞第2章电路交换2.1语音信号数字化2.2固定电话交换机的硬件结构2.3数字交换网络2.4固话电路交换机的软件系统2.5移动通信系统中的电路交换2.6电路交换机的技术指标第2章电路交换2.1语音信号的数字化语音编码技术分为波形编码、参量编码和混合编码三类。这些方案的目标主要有两个：第一是降低语音编码速率，第二是提高语音质量。前者针对语音质量好但速率高的波形编码，后者针对速率低但语音质量较差的参量编码。波形编码波形编码将时域信号波形直接变换为数字序列，目的是尽可能精确地再现原来的语音波形。基本原理是：在时间轴上对模拟语音信号抽样，然后将抽样值分层量化，并用数字代码表示。解码就是将收到的数字序列经解码和滤波恢复为连续信号波形。波形编码具有低复杂度、低时延的特点，PCM、ΔM和它们的改进型如ADPCM均属于波形编码技术固话通信系统语音信号的数字化固话通信系统的语音编码为波形编码通信中的语音业务，其信源信号在时间上和幅度上均为连续的模拟信号。这里以语音信号的PCM过程为例展开分析，PCM编码方法同样适用于图像编码。PCM就是把时间连续、幅值连续的模拟信号变换成时间离散、幅值离散的数字信号，它包括抽样、量化、编码个过程。1.PCM编码抽样量化编码二进制数字序列：抽样：在时间上将模拟信号离散化。量化：在幅度上将抽样信号离散化。编码：把量化幅度值用二进制数值来表示。

整个过程称为脉冲编码调制（PCM）。6抽样抽样定理：如果一个连续信号f(t)所含有的最高频率不超过fh，则当抽样频率fs≥2fh时，抽样后得到的离散信号就包含了原信号的全部信息。7量化量化就是进行“舍零取整”处理。将抽样信号在某个抽样时间点的瞬时幅度值近似为最接近该点幅值的某个固定整数电平值上就完成了量化。均匀量化示意图8非均匀量化要实现非均匀量化，就要使输入信号经量化器处理后得到非均匀量化的量化值。目前主要有两种压缩—扩张特性即A律和µ律，中国、欧洲和俄罗斯采用A律压缩张特性，美国、加拿大、日本和韩国等采用µ律压缩扩张特性。律压缩扩张特性是指符合下式的对数压缩－扩张规律：

非均匀量化─13折线A律非均匀量化能够让小信号放大，而大信号得到压缩，目的是降低小信号时的量化信噪比。13折线A律示意图粒度粗细的调整10编码量化后的离散抽样幅值以二进制数值来表示。最多需要log2N位二进制数，N是量化级数。13折线A律二进制编码值（256级，8比特）11E体系各项关键指标数据PCM30/32路系统称为基群或一次群，简称E112PCM30/32的帧结构13PCM30/32路数字电话系统国际上有两种标准化制式的多路数字电话通信系统，即PCM30/32路制式（E体系）和PCM24路制式（T体系），我国和欧洲采用E体系。14PCM数字体系高次群模拟信号数字化的其它方法差值脉冲编码（DPCM）自适应差值脉冲编码（ADPCM）增量调制（DM）自适应增量调制（ADM）等。162.差值脉冲编码调制(DPCM)仅对两个相邻抽样幅值的差值进行编码，则由于差值信号变化较小，可大大地减少量化级数，从而减少编码的位数。这样，在相同传输速率下，可以成倍地提高信道的传输容量。17DPCM抽样差值图示18DPCM举例对模拟话音信号按照8000Hz/s抽样，话音信号的变化范围是±3v，若采用8位二进制数PCM编码，量化为256级，每级约23.4mv。假定相邻抽样差值变化范围是±0.1v，把其化分为16个均匀量化级，每级为12.5mv，然后使用4位二进制数进行编码。编码后的数据发送速率仅需要4bit×8000=32Kb/s，比采用PCM编码的64Kb/s速率降低一半，效率提高一倍。193.脉冲增量调制(△M或DM)仅对当前抽样值与其前一个抽样值的符号进行编码，而不对差值的大小编码。如果两个前后抽样差值为正就编为“1”码；差值为负就编为“0”码。因此，“1”和“0”代表的是信号相对于前一时刻的增减，不代表信号的绝对值。20DM波形及编码结果示意图21典型的编码方式：线性预测编码（LPC）等典型的传输速率：0.8~9.6Kbps参量编码22混合编码在移动通信系统的应用IS-95CDMA语音编码方式：CELP(CodeExcitedLinearPrediction)码激励线性预测,8.6kb/sIS-136系统北美二代蜂窝系统：VSELP(VectorSumExcitedLinearPredictive)矢量和激励线性预测,7.95kb/sGSM语音编码方式：RPE-LPC(RegularPulseExcitedLong-termPredictionCodec)规则脉冲激励的线性预测编码，13kb/s232.2固定电话交换机的功能结构控制系统交换网络接口用户侧模拟用户接口数字用户接口中继侧模拟中继接口数字中继接口操作维护管理系统2.2固定电话交换机的硬件结构V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nXE1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程控交换系统接口类型——数字接口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1模拟用户电路模拟用户电路的功能可归纳为BORSCHT七个功能：——B(Batteryfeeding)馈电——O(Overvoltageprotection)过压保护——R(Ringingcontrol)振铃控制——S(Supervision)监视——C(CODEC&filters)编译码和滤波——H(Hybirdcircuit)混合电路——T(Test)测试模拟用户电路功能框图模拟中继器：是程控数字交换机与模拟中继线的接口，用于与模拟交换机的连接。2.模拟中继电路数字中继器：是连接数字局间中继线的接口电路，用于与数字交换局或远端模块的连接。主要作用：是根据PCM时分复用原理，将30路64kb/s的话路信号复接成2048kb/s的基群信号发送出去，或者反之，把从其它数字交换系统（或数字传输系统）来的2048kb/s的基群信号分成30路话路信号，然后再通过数字交换网络分接到各个相应的用户。在上述过程中，完成信号传输、信号同步、信令配合3.数字中继电路数字中继电路的基本功能码型变换：单极性不归零码HDB3（高密度双极性码）时钟提取：就是从输入的数据流中提取时钟信号，作为输入数据流的基准时钟。同时该时钟信号还用来作为本端系统时钟的外部参考时钟源。帧同步：就是从接收的数据流中搜索并识别到同步码，并以该时隙作为一帧的开始，以便接收端的帧结构排列和发送端的完全一致。复帧同步：如果数字中继线上使用的是随路信号（中国1号信令），则除了帧同步外，还要有复帧同步。复帧同步是为了解决各路标志信号的错路问题。提取和插入随路信号帧定位（再定时）数字中继电路的基本功能码型变换码型变换时钟提取帧同步帧定位信号提取帧定位信号插入复帧定位信号插入收发PCM数字中继电路的基本功能控制子系统集中控制分散控制单级多机系统容量分担功能分担多级处理机系统容量分担和功能分担双机冗余配置微同步负荷分担主备用2.3数字交换网络交换机组成部分：接口部分控制系统交换网络维护管理361．数字交换的基本概念数字交换机中两用户通话经数字交换网络连接的简化示意图372．时间（T）接线器（1）T接线器的基本功能（2）T接线器的基本组成图T接线器的结构（3）T接线器的工作方式和工作原理①输出控制方式②输入控制方式图

时间（T）接线器的工作原理图3．空间（S）接线器（1）S接线器的基本功能（2）S接线器的基本组成图S接线器的组成结构（3）两种控制方式和控制原理图

输出控制方式下工作的S接线器的工作原理数字交换网络1．TST数字交换网络（1）TST数字交换网络的结构

典型的TST交换网络的结构（2）TST交换网络的工作原理图TST网络的工作原理复用和分路串→并变换实现2.4固话电路交换机的软件系统程控交换机的特点: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。即运行软件的特点为：

实时性、多道程序运行、业务的不间断性交换软件的组成交换软件运行软件支援软件操作系统数据库系统应用软件呼叫处理OAM软件开发支援系统软件加工系统应用工程支援系统交换局管理支援系统48输出状态号状态状态面输入任务处理判断呼叫处理程序呼叫处理程序呼叫处理过程分为三部分（1）输入处理 识别和接收外部请求和其他有关信号，如扫描（2）分析处理 根据输入信号及现有状态进行分析、判断，决定下一步的任务。（3）内部任务执行与输出处理 根据分析结果，发送一系列命令，完成下一步任务。呼叫处理输入处理1-摘挂机扫描断‘1’通‘0’SCN11100LL11110SCN∧LL00010200ms断‘1’通‘0’SCN00011LL00001SCN∧LL00010200ms摘机挂机呼叫处理输入处理2-按钮话机收号扫描呼叫处理分析处理1-去话分析呼叫类别一般呼叫拍叉呼叫模拟呼叫用户状态来话专用停用一般用户类别单线投币电话集团用户出局类别本地国内国际计费类别免费计次自动计费话机类别号盘话机按钮话机脉冲收号接续任务按钮收号接续任务去话分析过程号码分析过程输入主叫他局本局号首国内长途国际长途本局号码分析过程允许是否确定下一步任务他局号码分析输入用户状态来话拒绝停用一般忙闲状态闲忙来话分析过程用户业务优先自动回叫遇忙暂等主叫信息分析计费类别来话类别一般其他免打扰准备呼叫被叫用户主叫用户数据分析来话分析过程呼叫处理程序呼叫处理过程分为三部分（1）输入处理 识别和接收外部请求和其他有关信号，如扫描（2）分析处理 根据输入信号及现有状态进行分析、判断，决定下一步的任务。（3）内部任务执行与输出处理 根据分析结果，发送一系列命令，完成下一步任务。输出处理1-动作准备任务执行首先要做动作准备，这是硬件资源准备阶段。路由及中继线选择接续链路选择输出处理1-动作准备物理地址顺序(a)中继线物理位置及忙闲状态表1:空闲,0:忙(b)N号中继群定义表1:属于该群,0:不属于该群路由及中继线选择输出处理1-动作准备接续链路选择1~2级间链路忙闲状态表1：空闲，0：忙2~3级间链路忙闲状态表1：空闲，0：忙8×88×84×48×88×84×4（4）（4）（8）三级交换网络输出处理1-输出命令根据编制好的指令执行驱动任务，主要包括：话路设备的链接和释放发送分配信号转发拨号脉冲多频信号发送线路信号发送发公告信道信号处理机间通信信息输出处理1-终了处理驱动任务完成后，需终了处理，即硬件已转入新的状态，软件需对相关数据进行修改。主要包括：监视存储器内容变更硬件示闲话务量数据的收集、统计。程序调度管理程控交换系统中任务按紧急性和实时性的要求不同可分为：故障级：负责故障识别和紧急处理等功能，具有最高优先级。周期级：