第二章电路交换

1第二章电路交换

22.1电路交换概述2.2

电路交换核心——数字交换网络

2.3电路交换接口2.4电路交换机的软件控制系统

3本章重点：数字交换网络，软件控制系统工作原理本章难点：T型时分接线器的工作原理本章课时：8学时学习本章达到的目的和要求：1．了解电路交换的基本概念、分类及其基本组成，掌握空分、时分、模拟、数字交换机的概念；掌握布控、程控、分散、集中、分级控制的概念。了解程控交换机系统的性能和指标，掌握交换机容量和交换网络规模的概念，掌握话务量和BHCA的意义及影响BHCA的因素。2．掌握T型、S型时分接线器及时空一体数字交换单元的基本组成及其功能，掌握数字交换网络的分析方法。3．了解程控交换机各种接口的功能，掌握模拟用户电路的七大功能(BORSCHT的意义)，掌握数字用户接口电路(2B+D)的功能，理解数字中继电路的功能(码型变换、帧同步)。4．了解程控交换机软件的组成和程控交换机软件设计所用的语言。理解程控交换机的接续概念，理解状态迁移的概念和状态迁移的步骤，理解呼叫处理程序基本原理。掌握交换系统的呼叫处理的特点，了解输入处理、内部处理和输出处理的功能和组成。掌握程序的优先级别。掌握采用时间表进行周期级程序控制的工作原理及时间表设计的方法。42.1概述

2.1.1电路交换基本概念

电路交换已经有一百多年历史了，是最早出现的一种交换方式。电路交换经历了从人工交换到自动交换、从模拟交换到数字交换、从布控交换到程控交换等发展历程。由于程序控制技术最早用于电话交换机，因此最初是将电话交换称为程控交换。实际上，自从软件控制技术引入交换机后，各种交换机都是由程序来控制的，都可以称为程控交换机。

5电路交换定义电路交换CS(CircuitSwitching)也称线路交换。电路交换是在通信之前先建立连接，通信过程中固定分配带宽、独占信道的实时交换，适用于语音、图像等实时性要求高的业务，是目前电话网的基本交换方式。电路交换的基本过程包括呼叫建立阶段、通话阶段和释放拆除三个阶段。

6电路交换特点

优点：面向连接，在通信前要通过呼叫在主叫和被叫用户之间建立一条物理连接。交换中心根据信令建立连接，连接一旦建立，不论通信的双方是否有信息传递，通信链路及有关的系统资源都一直被通信双方占用，不会出现拥塞。实时交换，时延和时延抖动都较小。因为在通信前先建立了连接，在通信过程中独占一个信道，所以这种交换方式的信息传送时延非常小，对一次接续而言，传输时延固定不变。交换处理简单，交换速度较高。因为交换机对用户数据不处理，不需要添加额外控制信息，即为“透明”传输，因此交换效率较高。7缺点：线路利用率低。由于电路交换采用静态复用、预分配带宽并独享通信资源的方式，交换机根据用户的呼叫请求，为用户分配固定位置、恒定带宽的电路，通信双方独占固定资源，话路接通后，即使某一时刻无信息传输，也不能给其它用户使用，因此信道利用率很低。传输速率单一。由于电路交换要求交换时隙具有周期性，所以规定信道速率只能取某些特定的值，如64kbit/s、2048kbit/s等，不能适应多种速率业务的接入要求，也不适于突发业务。存在呼叫损失。在通信之前建立连接时，如果没有空闲的电路，呼叫就不能建立而遭受损失，因此交换机应配备足够的连接电路，使呼叫损失率(简称呼损率)不超过规定值。无差错控制。在传送信息期间，网络不对用户信息进行误码校正等处理，没有任何差错控制措施，不利于可靠性要求高的数据业务。8综上所述，电路交换的要点是面向连接，在通信时需要先建立连接，在通信过程中独占一个信道。优点是实时性高，时延和时延抖动都较小；缺点是信道利用率低，且传输速率单一。电路交换主要适用于语音和视频这类实时性强的业务。92.1.2电话交换机分类

1.

按服务区域分市话(地区)交换机——本地区用户间的接续；长途交换机——不同城市用户之间的接续；用户交换机——企事业内部用户的接续。2按接续方式分人工交换机——由话务员进行接续，又分磁石式和共电式，磁石式电话机由用户自己供给；共电式由交换机给用户集中供电；自动交换机——由交换机进行接续，均为集中供电。有步进制、纵横制、电子式和程控交换机。

103.按控制原理分直接控制——直接由用户拨号脉冲控制接续，如步进制；间接控制——用户拨号脉冲由控制设备接收，然后由控制设备进行接续控制，人工交换机、纵横制交换机和电子交换机均属于间接控制。4.按控制设备组成方式分布控——布线逻辑控制WLC(WiredLogicControl)，用逻辑电路形式布线连接控制，为硬件控制；纵横制和电子式交换机属于布控式。性能简单，容量小，不易扩充；程控——存储程序控制SPC(StoredProgramControl)，用程序控制，为软件控制。功能多，容量大，易扩充，工作稳定，发展最快，也很广泛。115.按采用元件分机电式——交换机的主要部件采用电磁元件继电器和机械结构，如步进制和纵横制；电子式——交换机的主要部件采用电子元器件，电子式又分为半电子、准电子和全电子。半电子是接续部分使用纵横接线器，控制部分使用电子元件；准电子是接续部分使用比纵横集线器体积小、速度快的干簧接线器和剩簧接线器，控制部分使用电子元件；全电子是接续部分和控制部分均使用电子元件。电子式交换机的发展期最短。

126.按话路接续的构成方式分空分制——交换网络的每个连接通路各自占据不同的空间位置。如步进制交换机选择器的弧刷和线弧，纵横制交换机的纵横接线器都是通过不同的空间位置进行接续的，空分交换机传输的都是模拟话音信号；时分制——交换网络的各条话路具有不同的时间位置，各话路传输时间相互错开。数字程控交换机采用时分方式工作。根据时分复用的方式又有脉幅调制、脉码调制和增量调制等。

137.按传输信号分模拟交换——交换的是模拟信号，步进制、纵横制、电子式布控式和时分脉幅调制都是模拟交换；数字交换——交换的是数字信号，时分脉码调制和增量调制以及数字程控交换机均属于数字交换。

14152.1.3电路交换系统组成

电路交换系统组成

16电话交换机的基本组成17程控交换机的组成

18程控交换机硬件结构框图

19其中，各模块的功能如下：数字交换网络DSN

(DigitalSwitchingNetwork)——主要完成话路接续，是程控交换机的核心；模拟用户接口电路ASL(AnalogueSubscriberLine)——连接模拟用户；数字用户接口电路DSL(DigitalSubscriberLine)——连接数字用户；远端用户单元RSU(RemoteSubscriberUnit)——连接远端交换模块；远端交换模块RSM(RemoteSwitchingModule)——连接远端用户；模拟中继AT(AnalogTrunk)——连接其它模拟交换机；数字中继DT(DigitalTrunk)——连接其它数字交换机；信令系统——产生和接收/发送各种信号；存储器——存储数据；处理机——对程控交换机进行控制；I/O接口——完成处理机和交换机内部设备之间的连接。202.2电路交换核心——数字交换网络

2.2.1语音信号数字化和时分多路通信1．语音信号的数字化语音信号的数字化要经过抽样、量化和编码三个步骤。（1）抽样模拟信号的抽样21（2）量化压扩法基本原理图（3）编码222．时分多路通信时分多路通信常用的复用方式有频分复用和时分复用两种。它们分别按频率和时间划分信道。

频分复用和时分复用方式23PCM通信是典型的时分复用多路通信系统PCM通信的基本原理242.2.2数字交换的基本概念和基本接线器1．数字交换的基本概念机中两用户通话经数字交换网络连接的简化示意图25

复用和分路、串→并和并→串变换复用和串→并变换26复用器新时隙号换算：

TS'新号＝TS原号×HW端路数＋HW号例:4端PCM复用后：HW0TS1经复用后TS'总号＝TS1×4＋0＝TS'4HW3TS31经复用后TS'总号＝TS31×4＋3＝TS'127

注意:HW端路数和HW号仅与本复用器有关,如多个HW统一编号后第16个T型接线器的HW127应为HW7,TS31经复用后仍为：TS'新号＝TS31×8＋7＝TS255

272．时间（T）接线器（1）T接线器的基本功能:时隙交换（2）T接线器的基本组成:由话音存储器SM(SpeechMemory)和控制存储器CM(ControlMemory)构成。

28（3）T接线器的工作方式和工作原理①输出控制方式（控制读）②输入控制方式（控制写）图2-10时间（T）接线器的工作原理图293．空间（S）接线器（1）S接线器的基本功能——线间交换，连接不同的T型接线器。（2）S接线器的基本组成：交叉矩阵，控制存储器CMS接线器的组成结构30输出控制方式下工作的S接线器的工作原理312.2.4数字交换网络以T型或S型时分接线器为基础，组成两级或两级以上的交换网称作数字交换网络。由于T型接线器可进行时隙交换，所以它可以独立工作。而S型接线器不能进行时隙交换，所以不能独立工作。常见的数字交换网络有：T-T、T-T-T、T-S-T、S-T-S型等。本节仅介绍T-T和T-S-T的工作原理，其它的分析方法大致相同。

32T-T型二级交换网络33T-S-T三级交换网（读写方式的T-S-T三级交换网络

）34T-S-T三级交换网（写读控制的T-S-T三级交换网络）35时空一体数字交换单元（T/S）（1）DSE的基本组成36（2）DSE功能空间交换——各端口间的交换时隙交换——信道信息交换通路选择——根据信道字选择通路37（3）交换端口结构38（4）信道字格式

39信道字格式码40（5）总线周期41（6）DSE的工作原理42时空一体数字交换网络

43网络连接规则44通路建立所需指令情况45通路建立过程46两个CE间通过4级建立双向通路示意图47两个CE间通过3级建立双向通路示意图48两个CE间通过2级建立双向通路示意图

492.3电路交换接口

交换机是通信网中的节点，必须连接用户终端和其它交换机才能形成有效的通信网。程控交换机所用的接口一般分为用户侧和中继侧两部分，每部分又分为数字接口和模拟接口两种，另外还有一些服务和控制用的接口电路。502.3.1模拟用户模块作用：模拟用户接口电路用于模拟话机和数字交换机之间的连接。类型：模拟用户接口称为“Z”接口，有Z1、Z2、Z3三种类型。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。51功能：模拟用户接口电路主要有七大功能，即BORSCHT功能。B(Batteryfeed)——馈电；O(Over-voltageprotection)——过压保护；R(Ringing)——振铃；S(Supervision)——监视；C(CODEC&filters)——编译码和滤波；H(Hybrid)——混合电路(2/4线转换)；T(Test)——测试。52（1）馈电（B）用户馈电原理图53（2）过压保护（O）过压保护电路54（3）振铃控制（R）振铃控制电路55（4）监视（S）监视功能通过用户直流回路的通断来判定用户线回路的接通和断开状态。用户线监视56（5）编译码和滤波（C）编译码是两个相反方向上的转换。（6）混合电路（H）混合、编译码和滤波功能的示意图57（7）测试控制（T）测试功能的示意图58模拟用户接口电路的总体框图59作用：数字用户接口电路用于数字用户终端和数字交换机之间的连接。数字用户终端指能直接在传输线路上发送和接收数字信号的用户终端，如数字话机、数字传真机、数字图像设备和PC机等。这些数字用户终端通过用户线路接到交换机的数字用户接口，就可以实现用户到用户的数字连接。

2.3.2数字用户模块60类型：程控交换机的数字用户接口统称为“V”接口。V接口系列包括从V1到V5数字接口。V1——2B＋D接口，即基本速率接口BRI。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，即基群速率接口PRI；V4——可接多个2B+D的终端，支持ISDN的接入；V5——基于2M的标准化综合业务节点接口，可支持PSTN和ISDN以及租用线业务的接入；V5.1接口包含一个2M链路；V5.2接口可包含1~16个2M链路。61利用模拟线路传输数字信号的方法：频分复用法时间压缩复用法回声消除法622.3.3模拟中继器作用：模拟中继接口电路简称模拟中继器，用于模拟交换机(如步进制交换机、纵横制交换机以及空分模拟程控交换机等)和数字交换机之间的连接，可用于长途交换和市内局间中继线连接，模拟中继接口电路又称为“C”接口。模拟交换机现在基本上不再使用，本节仅对照模拟用户接口进行功能对比。功能：模拟中继接口和模拟用户接口电路的功能有许多相同的地方，因为它们都是与模拟线路连接。模拟中继接口完成的功能主要有OSCHT。63642.3.4数字中继器作用：数字中继线接口电路简称数字中继器，用于数字交换机与数字交换机之间的连接，或用于远端模块与数字交换机的连接。类型：数字中继接口有“A”接口和“B接口”两种类型。A接口——速率为2048kbit/s的数字中继接口；B接口——PCM二次群接口，其接口速率为8448kbit/s。65功能：66码型变换——将线路传输的三阶高密度双极性码HDB3(HighDensityBipolar)码转换为交换机内工作的单极性不归零码NRZ(NonReturntoZero)。时钟提取——从PCM传输线上送来的码流中提取发端送来的时钟信息。帧同步和复帧同步——在输入信号中检出帧和复帧的同步信号。帧定位——使输入码流相位和交换机的时钟相位同步。信号控制——TS16时隙信令的插入与提取。帧和复帧定位信号插入——帧同步信号：偶帧的TS0帧同步码“0011011”；复帧同步信号：F0帧TS16的前4位码“0000”。672.3.5信令设备信令设备的主要功能是接收和发送信令。程控数字交换机中主要信令设备有：

信号音发生器：用于产生各种类型的信号音，如忙音、拨号音、回铃音等。

DTMF接收器：用于接收用户话机发出的DTMF信号。

多频信号发生器和多频信号接收器：用于发送和接收局间的MFC信号。

No.7信令终端：用于完成No.7信令的第二级功能。681．信号音类型

（1）单音——一种频率

拨号音——连续，表示主叫用户可以开始拨号

450Hz忙音——0.35s续0.35s断，表示被叫忙

回铃音——1s续4s断，表示被叫空闲，正在向被叫振铃

长途通知音——0.2s续0.2s断，0.2s续0.6s断，通知正在进行市内通话的用户有长途电话呼入

空号音——0.1s续0.1s断（三次），0.4s续0.4s断，提示被叫号码为空号

提醒音——0.4s续，10s断，提醒存在第三方950Hz证实音——连续，话务台证实主叫正确催挂音——连续，五级响度，催促用户挂机69（2）

双音——两种频率

DTMF（DualToneMultiFrequency）——双音多频信号。主叫用户（按键话机）发送的被叫用户号码（地址信号），一共8个频率，4个低频，4个高频，每个号码是两个四中取一的组合。70MFC（MultiFrequencyCompelledSignal）——多频互控信号。交换机之间发送的被叫用户号码（地址信号），MFC分为前向信令和后向信令，采用带内多频编码、连续互控的传送方式。前向信令用1380Hz～1980Hz的高频群，采用120Hz级差，按六中取二方式编码，共有15种信号内容；后向信令用780～1140Hz的低频群，也采用120Hz级差，按四中取二方式编码，共有6种信号内容。71722信号音产生(1)单音

由数字信号发生器产生，对信号音进行抽样（8000Hz）和编码存在ROM中，需要时在计数器控制下读出送入交换网络。数字信号发生器的组成：由只读存储器ROM、循环计数器、译码器组成。以500Hz为例，由于500Hz只需经过一个周期就是8000Hz的整数倍，所以只需抽要16个样值，ROM需要16个单元。为了节省ROM，可以根据图形的对称性，减少到5个单元。对于450Hz的单音，计算结果要经过9个周期才是8000Hz的整数倍，需要存储单元要160个。根据图形的对称性，可用1/4个存储单元。(2)双音基本原理同单音。由数字信号发生器＋线性叠加产生。733信号音发送（1）T接线器发送利用TS0、TS16对应的单元存放音频信号，由交换网络发送。（2）T－S－T半永久连接发送在开局时设置好。如拨号音存放在TA15的1号单元，通过S接线器将拨号音送至各TB的1号单元，哪个用户需要拨号音，就在相应的CM时隙（地址）写入“129”（一个CM利用反相器控制两个SM）74（1）单音各种信号音都是由用户话机接收的。在用户电路中经过解码变成模拟信号由电话机接收。（2）双音多频信号由相应的DTMF或MFC接收器接收。经过数字滤波器滤波，通过数字逻辑识别电路识别后取得。4．数字音频信号的接收75DTMF接收器762.4.1

电路交换软件组成和特点组成：软件是程控交换机的一个重要组成部分，软件是由程序和数据构成的。特点：实时性强，具有并发性，适应性强，可靠性和可维护性要求高。2.4电路交换机的软件控制系统77一、程序种类及其作用

程控交换机的软件系统分为两大部分:１、运行程序(联机程序、在线程序)：负责程控交换机的运转维护和管理。运行程序又分为系统程序和应用程序。①系统程序：系统程序是交换机硬件同应用程序之间的接口，主要包括任务调度程序—给各种应用程序分配处理机时间；I/O设备的管理和控制程序—控制I/O设备与处理机之间的通信；资源的调度和分配程序—给运行过程分配存储器和外设资源；处理机通信管理程序—负责多处理机间的信息交换；系统监视和故障处理程序—监视交换机设备工作，识别、分析和处理故障；人—机通信程序—编辑和执行操作员输入命令。②应用程序：直接控制电话交换和维护管理的程序，主要包括呼叫处理程序—监视、建立、释放呼叫接续并计费；管理程序—对交换机的运行进行管理和控制；维护程序—故障检测、诊断和定位。

78２、支援程序(脱机程序)：安装、设计、调试软件，在交换机尚未运转前所使用的程序(如测试程序和支援程序等)。主要包括

语言翻译程序连接编译程序

文件生成程序

安装测试程序

79二、数据种类及其作用

为使程控交换机的软件能够适应不同的情况和要求，设计中应将软件中的程序和数据分开。这样交换机的程序就可以通用，不同的交换机配以不同的数据就可适应不同环境的要求。程控交换机的数据有三种类型：１．系统数据──仅与交换机系统有关的数据。不论交换设备装在何种话局(市话、长话、国际局),系统数据不变。２．局数据──与交换局有关的数据。包括各种话路设备的配置、编号方式、中继线信号方式等。３．用户数据──反映用户情况的数据。包括用户类别、用户设备号码、用户话机类别、新业务类别等。同一种性质的数据按一定规则存放在一起，构成各种表格，便于查找。

80三、在交换软件设计中应用的四种类型的程序设计语言汇编语言AL(AssembleLanguage)——用于实时性要求高的程序，如中断服务；高级语言HLL(HighLevelLanguage)——用于软件的设计、程序编制、软件检验；规范说明语言SDL(SpecificationandDescriptionLanguage)——用于软件系统设计；人机语言MML(Man-MachineLanguage)——用于交换机的操作、维护、安装和测试。

81SDL/GR描述进程的主要符号822.4.2程序的执行管理

一、程序处理的方法