第三章-程控交换机的硬件结构要点课件

程控交换与宽带交换CCIT-wsh本课程的基本要求掌握程控交换系统的硬件结构及数字交换的基本原理掌握信令系统，特别是NO.7信令系统的基本结构及各部分功能，理解NO.7信令系统的工作原理掌握程控交换机运行软件的组成及功能，理解程控操作系统及呼叫处理程序的基本原理CCIT-wsh本课程的基本要求掌握智能网的基本概念，智能网的网络结构.掌握N-ISDN的基本定义，N-ISDN的结构，了解N-ISDN的协议和N-ISDN功能在交换机上的实现。了解了解程控软件开发过程及程控软件开发中涉及的基本程序设计技术和程序设计语言。ATM的基本原理和ATM的协议CCIT-wsh第三章程控交换的硬件结构3.1程控交换系统的主要性能指标13.2程控交换系统硬件的基本结构23.3数字交换原理和数字交换网络33.4数字交换机的终端及接口43.5程控交换系统控制系统的组成特点5小结6CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构程控交换机是公用电话网PSTN中重要组成设备，本章将主要介绍程控数字交换机完成数字交换的硬件系统结构，包括程控交换机的各项指标、数字交换的原理和实现、TST三级数字交换网络的组成、数字交换单元DSE等内容，此外介绍了其他外围模块，如用户模块、中继模块、信令模块等，还有控制系统采用多处理机结构等。3.1程控数字交换系统的主要性能指标3.1.1主要业务性能指标一、基本电话业务见P120各类呼叫业务二、补充业务见P1213.1.2基本呼叫处理功能见P122CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构3.1.3程控数字交换机的容量指标程控交换机的容量指标主要包括交换机能够承受的话务量、呼叫处理能力和交换机能够接入的用户线和中继线的最大数量等。一、话务负荷能力话务负荷能力是指在一定的呼损下交换系统在忙时可以承担的话务量。话务量又称为电话负载，常用“小时呼”或“分钟呼”来表示，即以呼叫次数和每次呼叫占用的时间乘积来计量。我们更加关心的是在单位时间内发生的话务量，即话务强度。其大小用单位时间（每小时或是每分钟）内系统中通过的话务量来表示，计量单位用爱尔兰（Erl）表示。程控交换机可以承受的话务量直接由交换网络可以同时连接的话路数量决定，现代的局用程控交换机的话务量通常可达到数万爱尔兰以上。二、控制系统的呼叫处理能力话务量衡量的是交换系统能够同时提供的话路数目，此外，交换机的话务能力还受到控制设备的呼叫处理能力的限制。控制系统的呼叫处理能力用最大忙时试呼次数（MaximumBusyHourCallAttempts-BHCA）来衡量。这是评价交换系统的设计水平和服务能力的重要指标。CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构BHCA数值越大，说明系统能够同时处理的呼叫数目就越大。这个数值的相关因素很多。包括交换系统容量、控制系统结构、处理机能力、软件结构、算法、甚至编程时选用的语言，都有关系。1.交换系统容量的影响交换系统的用户容量越大，要求处理机付出的固定开销也就越大，主要是各种扫描程序的开销。2.控制系统结构的影响普遍采用多处理机结构的控制系统。处理机之间的通信方式、不同处理机之间的负荷或功能的分配方式，以及多台处理机的组成方式都会影响到呼叫处理能力。3.处理机性能的影响处理机是一个计算机系统，因此它的指令功能、工作频率、存储器寻址范围和I/O端口的数量都是影响处理机性能的重要指标。4.软件的设计水平这是影响控制系统处理能力的重要因素。三、交换机连接用户线和中继线的最大数量数字交换网络一般能够提供数万条话路，可以连接到用户线和中继线上。由于用户线上的平均话务量较小，只有0.2Erl左右，即同时进行呼叫和通话的用户只占全部用户的小部分，因此程控交换机的用户模块都有话务集中（扩散）的能力。这样交换机的话路系统就可以连接更多的用户线。很多的交换机能够连接用户线达10万线以上，中继线也可以达到数万线。CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构3.1.4程控交换机提供的接口和信令方式现代局用交换机提供多种接口和信令方式。对于普通的模拟用户线，支持模拟的用户线信令，能够提供的用户线接口有：普通模拟单线用户、同线用户、投币电话用户、PABX用户线等。对于ISDN用户，能够提供数字型的用户线信令，可以支持：2B+D的基本接入方式和30B+D、23B+D基群速率接入方式。对于接入网设备，能够提供V5接口，包括V5.1和V5.2接口协议。在局间中继线上，普遍采用数字中继，如：2048kbits的E1或1544kbits的T1速率接口。3.1.5交换系统的可靠性见P1243.1.6交换系统的可维护性见P125什么是再启动3.1.7服务质量标准见P125什么是呼损指标什么是接续时延CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构3.2程控数字交换系统硬件的基本结构程控交换机系统硬件可分成：话路部分和控制部分。一、话路部分1.数字交换网络是整个话路部分的核心，连接外围的各种模块。在处理机的控制下，它除了为呼叫提供需要的内部话音/数据通路外，有时候还提供信令、信号音和处理机间通信信息的固定或半固定的连接。在数字交换网络中直接对以PCM编码的数字信号进行交换。2.用户模块用户模块通过用户线路直接连接用户的终端设备，与数字交换网络通过PCM链路相连接。用户模块的主要功能是向用户终端提供接口电路，完成用户话务的集中和扩散，以及对用户侧的话路进行必要的控制。3.远端用户模块通常设置在远离交换局（母局）的用户密集的区域。功能与用户模块相同，但与母局之间采用数字线路传输（如PCM），并且本身具有话务集中功能，大大降低用户线的投资，同时提高了信号的传输质量。远端模块和母局之间需要有数字中继接口设备进行配合完成数字传输所需要的码型转换、信令信息的提取和插入等功能。CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构3.2程控数字交换系统硬件的基本结构4.中继模块中继模块是交换机与中继线的接口设备，完成与其他交换设备的连接，从而组成整个电话通信网。模拟中继已被逐步淘汰。5.信号设备信号设备提供程控交换机在完成话路接续过程中所必须的各种数字化的信号音、双音多频话机发出的DTMF信号的接收、各种信令信息的接收和发送。根据功能可分成DTMF收号器、MFC发送器和接收器、信号音发生器、N0.7信令系统的信令终端等设备。二、控制部分是一个计算机系统，由处理器、存储器和输入/输出设备组成，通过执行软件系统，完成规定的呼叫处理、维护和管理的功能逻辑。

CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构3.3数字交换原理和数字交换网络3.3.1语音信号数字化和时分多路通信语音信号的数字化需要经过：抽样、量化和编码。一、抽样模拟信号在时间和幅度上都是连续的，如何变成时间上离散的离散信号--------抽样 抽样定律：抽样频率应大等于两倍的抽样信号频率，可以不失真。 话音信号带宽：0.3～3.4kHz

抽样频率：2*（0.3～3.4）kHz〈8kHz1/8000SCCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构语音信号的数字化需要经过：抽样、量化和编码。二、量化抽样出来的离散信号可能无限多个值。对无限个样值一一给出数字码组来对应是不可能的。为了实现以数字码表示样值，必须采用“四舍五入”的方法把样值分级“取整”，使一定取值范围内的样值由无限多个值变为有限个值。-----------量化。CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构语音信号的数字化需要经过：抽样、量化和编码。三、编码量化后的抽样信号仅有有限个可取的样值，且区分正、负值。将有限个量化样值依次赋予一个十进制数字代码，在码前加“＋”、“－”号区分样值的正、负，则量化后的抽样信号就转化为按抽样时序排列的一串十进制数字码流，即十进制数字信号。 将这些十进制转换为二进制编码，用0、1分为代表正、负值。

话音信号抽样值分128个级数，加上正负区别共256个量级即28，一个8位的二进制编码，即8BIT，由于抽样的频率为8Khz，

8BIT*8000=64KB/S即为话音数字信号的速率。CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构四、时分复用

显然，某一路数字信号通过一个信道传输时不会全时地占据该信道，因此，一个信道应能分时地传输多路数字信号。这就是时分复用的物理基础。 时分复用技术是把抽样周期均分成若干个时隙（TSn,n=0，1，2,3,….），各路信号的抽样值编码依一定的顺序占用某一时隙，组成多路复用数字信号，用同一个信道独立传输的技术。我国与西欧采用30/32路话音数字信号为一个基本群体，基群传输速率为2048kb/s的制式，称为E制。E1

北美、日本等国采用以24路话音数字信号复接为一个基本群体，基群速率为1554kbit/s的制式，称为T制。T1

把话音的抽样周期T=1/8000秒=125µs均分成32个时隙（TS0～TS31），每时隙长125/32=3.91µs。采用码组复接方式，每时隙容纳8bit。这种周期125µs，内含32时隙，每时隙8bit，总计32×8=256bit的结构称为一个PCM帧（欧洲标准），帧结构是周期性重复的，每秒8000帧，即基群E1的速率为：E1=32×8×8000=2048kbit/s。CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构3.3.2数字交换的基本概念和两种基本的接线器数字程控电话交换机通过用户电路把用户的话音模拟信号进行PCM编码，变成64kb/s的数字信号。此后，交换机内部和交换机间的全部运作都是数字化的。 在交换机中，30个64kb/s话音电路被时分复用成一条PCM30/32基群通路并称为HW（Highway）。每个话路的8bit话音编码占用HW的一个时隙。用户间电话交互实际就是这些HW内容的交互称为电路交换。 电路交换分为时分交换和空分交换两种方式，分别由以下两种设备完成，是程控交换机“交换”的主要部件T接线器，时分S接线器，空分

CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构T接线器，时分话音存储器控制存储器顺序写入、控制读出控制写入、顺序读出CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构T接线器的容量用同时可以交换的时隙数表示，例如，一次可以同时交换32条HW，每条HW为32个时隙，交换网络的容量为32×32=1024时隙的网络，简称1K×1KT接线器或1K网络，即每次暂存1024个PCM码组。CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构2.S接线器，空分控制存储器只能不同PCM间同一时隙交换CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构3.复用、串并转换、交换、并串转换、分路在技术及经济条件许可的情况下，一般都尽可能地提高进入交换网络的时分复用线的复用度，来扩大交换网络的容量，提高T和S接线器的效率。图（ａ）示出了4条各具有32个时隙的PCM复用线，它们经过一个TST网络进行交换，其交换的总数为32×４＝128个时隙。图（ｂ）则示出了另外一种节省硬件提高效率的办法。CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构复用器又称并路器，其客观存在的作用是把PCM复用线的复用度提高。在复用度较高的情况下，目前主要采用串、并变换(S→P)降低码率，这种复用器实际上是由几级数据选择器组成，其组成框图如图3―15所示。分路器的作用是把交换网络输出的信息先进行分路，再进行并串变换(p→s)，使其恢复为原来的复用度和码率。所以分路器的组成框图与复用器的结构正好相反。CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构串并转换CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构3.数字交换网络两种接线器的综合使用TSTCCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构3.4程控数字交换机的终端及接口用户模块模拟用户电路 具备BORSCHT基本功能： 馈电(Batteryfeeding)

过压保护(OvervoltageProtection)

振铃(Ringing)

监视(Supervision)

编解码(CODEC)

混合(Hybrid)

测试(Test)

或反极性、远距离、CID、计费脉冲等其他功能。

CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构馈电(Batteryfeeding)：交换机通过用户线向用户话机直流馈电；-48V，20MA---100MA。过压保护(OvervoltageProtection)：防止用户线上的电压冲击或过压而损坏交换机。二次保护。振铃(Ringing)：向被叫用户话机馈送铃流。振铃电压为交流75±15V，频率为25Hz。话机内部设置隔直电容接收铃流信号。监视(Supervision)：借助扫描点监视用户线直流回路通断状态，以检测话机的摘机，挂机，拨号脉冲等用户线信号，转送给控制设备，以表示用户的忙闲状态和接续要求。编解码(CODEC)：利用编码器和解码器，完成话音信号的模数与数模交换，以与数字交换机的数字交换网络接口。混合(Hybrid)：进行用户线的2/4线转换，以满足编解码与数字交换对四线传输的要求。用户线上信号为2线双向传递，交换机内部信号均为单向传递。需要将2线上的收发信号分隔开成4线2对传递。

测试(Test)：提供测试端口，进行用户电路的测试。内部将用户线并上测试设备。CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构2.话务集中和扩散

通过用户模块内部交换网络完成 将M条直接连接数字交换网络的话路分配给N条用户线共用。而集中比N：M通常大于1（通常所说的收敛比）。 经济：不可能从数字交换网络针对每一个用户线进行直接连接。 呼损：M条线全忙导致N条中的其他用户无线路可以占用则产生呼损，需要对用户线分布进行调整。CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构中继器模拟中继器

功能和模拟用户电路类似，是数字交换机与其他交换机之间采用模拟中继线相连接的接口电路，它是为数字交换机适应模拟环境而设置的。 同样具备OSCHT功能。 逐步淘汰，非常少见。2.数字中继器 数字中继器是连接数字局之间的数字中继线与数字交换网络的接口电路，它的输入端和输出端都是数字信号，因此，不需要进行模/数和数/模转换。

CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构

主要功能：码型转换：交换机内部采用NRZ码进行数据传输，局间数字信号传递通常采用HDB3码。

NRZ码是用信号的幅度来表示二进制数据的，通常用正电压表示数据“1”，用负电压表示数据“0”，并且在表示一个码元时，电压均无需回到零，故称不归零码。一般的数据传输系统都不采用这种编码方式。时钟提取：时钟提取电路是用来从PCM传输线上送来的码流中提取发端送来的时钟信息，以便控制帧同步电路，使收端和发端同步。帧同步：帧同步的目的是使接收端帧的时序一一对应，即从TS0开始，使后面的各路时隙一一对应，保证各路信息能够准确地被接收端的各路所接收。复帧同步：随路信令需要完成复帧同步，识别线路信令。信令提取和插入：采用随路信令时数字中继器发端把各话路的线路信令插入到复帧相应的TS16，在收端反之提取给控制系统。CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构信令设备

信号音发生器 用于产生各种类型的信号音，如忙音、拨号音、回铃音等单频信号交换机中上述音频信号均以数字信号方式存储在ROM当中。 如：交换机先将模拟的拨号音信号进行抽样量化编码后以数字形式存储在存储器中，当用户具备条件需要播放时播放的过程就是依次取出相应的信号音存储器中单元的内容，通过PCM链路送到用户通路的过程。

DTMF接收器

DTMF：双音多频（DualToneMulti-Frequency） 用户话机发出的DTMF信号用高低两种不同的频率代表一个拨号数字，共有4高频和4低频信号，两两组合成0到9以及*、#和A到D共16个信号组合。

DTMF接收器的任务就是识别组成信号的两个频率，并转换成相应的拨号数字。CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构MFC收发器

MFC：多频互控（Multi-FrequencyControlled） 交换机中的MFC信令多作为NO1的记发器信令使用，主要用做传送主被叫的电话号码以及通话前交换机间电路接续的控制； 也是通过高低两种频率的组合来组合出各种控制信息以及数字；

MFC发送器根据主机命令，控制发送器的数字信号处理器产生所要求的多频信号，并通过交换网络交换到对端去。

MFC接收器通过识别组成信号的两个频率，并转换成相应的数字或信令。CCIT-wsh第三章程控交换机的硬件结构NO7信令终端 交换机中NO7信令功能的处理涉及信令数据链路接口、交换网络、信令终端电路和主处理机； 一般NO7信令链路是PCM传输帧中的某一时隙，时隙经过数字交换网络连接至信令终端电路，信令终端链路通过数据总线和主处理机进行数据交互。 其中信令数据链路接口完成NO7的第1级功能 其中信令终端电路完成NO7的第2级功能 其中主处理机完成NO7的第3、4级功能C