第一章 电话交换技术基础

程控交换与宽带交换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第一章电话交换技术基础1.1电话交换的发展过程11.2电话交换的基本原理21.3电话通信网的结构及编号制度3小结4CCIT-wsh第一章电话交换技术基础本章讲述程控电话交换技术的一些基础知识，包括电话交换技术的发展过程，电话机的基本组成和工作原理，交换机的主要组成及功能，电话通信网以及我国电话网的编号方案和计费方式等。这些基础知识对于后面各章的学习都是非常必要的。1.1电话交换的发展过程

自1876年美国贝尔发明电话以来，随着社会需求的日益增长和科技水平的不断提高，电话交换技术处于迅速的变革和发展之中。CCIT-wsh第一章电话交换技术基础在多用户通信时，为了降低用户线路的投资，在通信网中就要引入交换机进行交换。交换机在通信网中起着非常重要的作用。由此可见，实现通信必须要有三个要素，即终端、传输和交换。CCIT-wsh第一章电话交换技术基础人工交换1876年贝尔发明电话1878年人工电话交换机开通使用（21线磁石式）1891年供电式交换机开始使用人工电话交换机的优点是设备简单、安装方便、成本低廉。缺点是话务员的接线速度慢、易出错、劳动效率低。电话交换是指根据电话用户的要求，用一条传递语音信号的电路将电话的主叫用户与被叫用户连接起来；在通话过程中，这条电路由他们独占使用，而在通话结束后，将原来连通的电路断开，并准备分配给其他用户使用。CCIT-wsh第一章电话交换技术基础机电交换1891年史瑞乔发明了机电制自动电话交换机1919年，瑞典的电话工程师帕尔姆格伦和贝塔兰德发明了一种自动接线器，叫做“纵横制接线器”。电子交换1965年美国贝尔系统的1号电子交换机问世，它是世界上第一部开通使用的程控电话交换机。1970年，法国开通了世界上第一部程控数字交换机，采用时分复用技术和大规模集成电路。随后世界各国都大力开发。进入80年代，程控数字电话交换机开始在世界上普及。

CCIT-wsh第一章电话交换技术基础电话交换机经历了人工交换系统、机电式自动交换系统（如步进制和纵横制交换系统）和电子交换系统三个发展阶段。目前，公用电话交换网采用的是电子式存储程序控制SPC（StoredProgramControlled）交换机，简称程控数字交换机CCIT-wsh第一章电话交换技术基础名称年代特点人工交换机1878借助话务员进行电话接续，效率低，容量受限步进制交换机1892交换机进入自动接续时代。系统设备全部由电磁器件构成，靠机械动作完成路由接续。接线器的机械磨损严重，可靠性差，寿命低。控制方式为直接控制接续纵横制交换机1938接线器的制造工艺有了很大改进，部分解决了步进制的问题。控制方式为间接控制接续存储程序控制交换机1965交换机进入电子计算机时代。系统靠软件程序控制完成电话接续。所交换的信号是模拟信号。交换网络采用空分技术全数字式存储程序控制交换机1970交换技术从传统的模拟信号交换进入了数字信号交换时代，在交换网络中采用时分技术CCIT-wsh

CycleDiagram智能化数字化宽带化个人化综合化通信网的发展趋势现代程控交换机CCIT-wsh第一章电话交换技术基础1.2电话交换的基本原理1.2.1电话通信网的基本组成。终端设备在电话通信网中，用户终端主要是电话机，可以是送出模拟信号的脉冲式或双音频式电话机，也可以是ISDN中使用的数字电话机。也可能是各种传真机或数字终端设备。通信网传输设备是用来将用户终端设备和交换设备连接在一起的传输媒介，可以是有线或无线的，传送的信息可以是模拟的或数字的，传送的形式可以是电信号或是光信号。一般将连接用户终端和交换设备的电路称为用户线路，把各交换机间的传输线路称为中继线路。交换设备是根据通信要求将通信线路接通的设备。电话通信网中的交换设备是各种电话交换机。他根据用户的接续要求，连通用户间的通话通路。现在PSTN上运行的交换机普遍采用局用程控数字交换机，一般具有万门以上的容量能承受较高的话务量和具有较强的呼叫处理能力，其控制系统是采用存储程序控制方式的计算机系统。CCIT-wsh第一章电话交换技术基础1.2.2电话机的基本组成与工作原理电话机完成通信网中电信号和用户语音信号的转换：（1）将本端用户的语音信号以电流的方式传送到对端用户；（2）同时将对端用户送来的语音电信号转换为语音信号。一、电话机技术的发展过程第一代电话机磁石电话机以贝尔发明的电话机为代表，其主要特点是电源自备，另设一手摇发电机作为信号源；第二代电话机脉冲拨号盘的共电式自动电话机，其主要特点是电话机的电源都集中到交换机；第三代电话机按键拨号盘的自动电话机。其主要特点为电子化，按键拨号盘取代了旋转拨号盘。CCIT-wsh第一章电话交换技术基础二、电话机的基本组成模拟电话机通过二线的模拟用户线（通常称为a、b线）与程控交机连接，与程控交换机的硬件系统和呼叫处理程序相配合，使用户完成发呼、拨号、振铃、通话和释放等操作。通话设备包括送话器、受话器和必要的接口电路信号设备用来发送和接收用户信号的设备，包括发送被叫号码的号盘和接收入呼叫指示的振铃装置。转换装置信号设备和通话设备一般不能同时工作，由转换装置完成切换。如电话中的叉簧。CCIT-wsh第一章电话交换技术基础三、电话机的类型按信号类型分类脉冲拨号话机双音频电话机脉冲话机发号速度慢、发号时长不等、由于包含直流成分在传输中易产生畸变、不易开放新业务等缺点。双音频话机一般除了能够发送DTMF信号外，还能够兼容脉冲工作方式，已经成为公用电话网上模拟电话的主流CCIT-wsh第一章电话交换技术基础DTMF电话机双音频电话出现于20世纪60年代，它以双音多频信号（DTMF）代替传统的脉冲拨号。双音频电话分别用高、低两个频率的正弦波单音频信号表示按键盘中的每个数字键（0-9）和符号键（*、#）。高音频信号（高于1075Hz）和低音频信号（低于1075Hz）各4个。双音频信号为语音频带内信号，无直流成分，传输性能远优于脉冲信号，并且缩短了发号时间，发号时间与数字本身无关，易于实现新业务所需的特殊拨号（如*、#键）CCIT-wsh第一章电话交换技术基础123A456B789C*0#D1209HZ1477HZ1336HZ1633HZ697HZ770HZ852HZ941HZCCIT-wsh第一章电话交换技术基础极性保护电路拨号电路通话电路振铃电路Ha/bb/aC手柄图1双音多频电话机电路框图CCIT-wsh第一章电话交换技术基础1.2.3交换机的基本组成在程控交换机的发展史上，首先出现的是模拟程控交换机，然后才是数字程控交换机。我们首先介绍模拟程控交换机的硬件结构。CCIT-wsh第一章电话交换技术基础出中继入中继收号器信号音I/O设备交换网络用户电路用户电路存储器中央处理器控制部分话路部分图2模拟程控交换机结构框图CCIT-wsh第一章电话交换技术基础话路部分： （1）用户电路是交换机与每个电话机的接口电路，每个电话机对应一个用户电路，主要用于监视用户状态（如摘挂机）及提供驱动（如振铃）功能。 （2）出入中继是交换机之间的接口电路，传输交换机之间的各种通信信号，以及监视局间通话话路的状态。 （3）收号器主要接收用户发出的号码，可以包括硬件和软件或只包括软件。 （4）信号音设备则是为用户提供各种所需的信号音，如拨号音、忙音、回铃音等。 （5）交换网络是话路部分的核心，通过交换网络实现用户与用户之间的信息交换。在模拟程控交换机种交换网络一般由电子开关矩阵组成。控制部分： 控制部分实际上是一台电子计算机，它控制话路部分的接续，由中央处理器（CPU）、存储器和输入输出设备组成。CCIT-wsh第一章电话交换技术基础数字中继数字中继信号收/发数字交换网络用户电路用户电路中央处理器图3数字程控交换机结构框图数字中继模拟中继用户处理机用户处理机PCM用户模块模拟/数字远端模块数字中继线模拟中继线CCIT-wsh第一章电话交换技术基础数字程控交换机的用户电路除了包含模拟交换机用户接口的功能外，还必须有A/D和D/A转换、2线/4线、4线/2线转换功能。数字中继是数字交换局间或数字交换局与远端模块的接口电路。信号收/发包括信号音的产生以及多频互控信号音的收发。交换网络实现数字化，一般是由存储器及一些控制电路组成。CCIT-wsh第一章电话交换技术基础交换网络结构的演进空分和时分是交换网络的两种不同的实现方式。空分是指空间分隔，时分是指时间复用。空分交换由空分交换网络来实现。不同通话话路是通过空间位置的不同来进行分隔的，即在空间位置上实现的一种交换方式。时分交换是指对时分复用的信号进行交换。时分复用通常采用脉冲编码调制(PCM)。CCIT-wsh第一章电话交换技术基础控制系统的演进（1）布线逻辑控制（WLC：WiredLogicalControl）交换机

所谓布控，是指将交换机各控制部件按逻辑要求设计好，并用电路板布线的方法将各元器件固定连接好，具有一定的逻辑操作功能，在外来信号作用下，交换机的各项功能即能实现的一种控制方法。这种交换机的控制部件做成后不好修改，灵活性很小。(2)存储程序控制（SPC：StoredProgramControl）交换机所谓程控，是存储程序控制的简称，程控交换是一种用计算机控制的电话交换技术，它将对交换机话路设备的控制功能预先编制好程序存到存储器中，然后用计算机启动运行程序，再通过接口电路控制交换机话路设备接续。CCIT-wsh第一章电话交换技术基础年代特点第一代（20世纪60~70年代初）处理机采用集中控制；交换网络是空分控制的金属或电子交叉接点；交换的信号是模拟信号第二代（20世纪70年代）处理机采用分级控制，分工明确，负荷小；交换网络是时分控制的电子交叉接点，速度快；交换的信号是数字信号第三代（20世纪80年代）处理机全分散控制，提高了系统的可靠性；系统提供2B+D接口，增强了非语音业务的能力第四代（20世纪90年代后）提供30B+D接口，可传输公共信道信令；可处理综合的宽带业务数据（B-ISDN）程控交换机的发展及特点CCIT-wsh第一章电话交换技术基础1.2.4电话呼叫的基本处理过程用户甲主叫用户（发起呼叫端）用户线用户线中继线用户乙被叫用户（接受呼叫端）发端局收端局图4局间电话呼叫CCIT-wsh第一章电话交换技术基础一、主叫用户摘机，发出呼叫请求一次呼叫处理过程是从主叫用户摘机后开始的，主叫用户的摘机动作对应的是用户回路的状态由断开到接通的变化，这种变化被发端局程控交换机识别后，激活呼叫处理进程，根据主叫用户对应的用户线的物理连接位置（即设备码），检索和分析主叫用户数据，以区分用户的用户类别、话机类别等信息。

1.交换机检测到主叫用户摘机的状态

2.交换机调查主叫用户的状态

3.调查话机类别（一般电话、投币电话、小交换机等），以便接上相应的收号器CCIT-wsh第一章电话交换技术基础二、交换机送拨号音，准备收号在对主叫用户的去话分析结束后，如果判定这是一个可以继续的呼叫，交换机就应该寻找一个空闲的收号器，并把它连接到主叫用户回路上去，同时连接的还有作为提示的拨号音

1.交换机寻找一个空闲收号器以及与主叫用户之间空闲的路由

2.寻找一个与主叫用户之间空闲的信号音源，向主叫用户送拨号音

3.监视收号器的输入信号，准备收号CCIT-wsh第一章电话交换技术基础三、收号当主叫用户按位拨出被叫号码时，由连接在用户环路上的收号器按位接收、存储，并将号首报告给呼叫处理程序中的号码分析程序进行分析；呼叫处理程序在收到首位号码后应断开拨号音

1.收到第一位号之后停送拨号音

2.对收到的号码按位存储

3.对“应收位”和“已收位”进行计数

4.将号首送给分析程序进行分析CCIT-wsh第一章电话交换技术基础四、号码分析和路由选择根据用户拨打的被叫号码进行分析，如果是出局呼叫，则应该查找路由表来选择一条空闲的出局路由

1.分析号首以决定呼叫类别（本局、出局、长途、特服）

2.检查这个呼叫是否允许接通（是否限制用户等）

3.检查被叫用户是否空闲，若空闲则予以示忙CCIT-wsh第一章电话交换技术基础五、接至被叫用户，向被叫用户振铃对于出局呼叫，在发话端局，应预占主叫用户和选定的出局中继间的通路，同时通过局间信令占用发端局和终端局之间的一条局间中继，并向被叫端局传送被叫用户的地址信息，由受话端局根据收到的被叫号码完成必要的分析。如果被叫用户处于空闲状态，而且允许被呼入，则应预占入局中继和被叫用户线间的经过交换网络的一条话路；如果整条话路通路选试成功，则受话端局应该向被叫用户环路发送铃流（25HZ/90V左右的交变电流），使被叫话机振铃，同时通过局间中继向主叫送回铃音。

1.测试并预占与被叫用户之间的空闲路由

2.向被叫用户所在交换局发送被叫用户号码

1.向被叫用户送振铃音

2.向主叫用户送回铃音

3.监视主、被叫用户状态CCIT-wsh第一章电话交换技术基础六、被叫用户应答通话当被叫用户听到振铃音后，摘机应答。这个动作所引发的被叫侧的用户环路的状态变化会被被叫侧的用户模块检测到，并通知呼叫处理程序，断开向被叫用户发送的铃流及向主叫用户回送的回铃音，接通预占的主、被叫之间的通路。发话端局侧会根据计费类别的需要启动计费程序。此后，用户的话音信息可以通过：主叫用户—发端局交换网络—出中继—入中继—终端局交换网络—被叫用户。这样一条建立的通路相互传送了。

1.被叫用户摘机应答，交换机检测到以后停振铃和回铃音

2.建立主、被叫用户之间的通话路由，开始通话

3.启动计费设备

4.监视主、被叫用户状态CCIT-wsh第一章电话交换技术基础七、话终释放用户通话结束后，对应的就是话终释放过程，可能是主叫用户先挂机，也可能是被叫用户先挂机。主叫侧或是被叫侧的用户模块检测到这类事件后，会通知对端局开始话路释放过程，并停止计费。释放后话路资源可以继续分配给其他的呼叫使用。在市话自动呼叫中，一般采用互不控的复原方式，即任何一方挂机，都会启动话路资源的释放过程；即使这样，主叫先挂机或是被叫先挂机对应的释放过程中的信令程序还是有所不同的。

1.一方挂机被交换机检测到以后，释放复原路由

2.停止计费

3.向未挂机一方送忙音CCIT-wsh第一章电话交换技术基础总之以上仅仅是一个简化的例子，实际的呼叫处理过程会复杂的多，还需要对呼叫过程中可能出现的其他各种事件进行处理，如主叫用户逾权呼叫、久不拨号、空号、中途挂机、被叫忙、久叫不应、话终久不挂机等等。所以，我们得出的结论是：呼叫的处理过程是在多个不同的稳定状态之间的迁移过程，而迁移是被外部的各种事件所触发的，在迁移的过程中，会伴随着各种分析和处理，一次迁移的终结是达到一个新的稳定状态。CCIT-wsh第一章电话交换技术基础1.3电话通信网的结构及编号制度电话通信网承担了绝大部分的通信业务流量，因此在设计电话通信网结构时，要求既要满足电话业务的要求，保证满意的服务质量，如传输质量、接通率和足够高的稳定性；也要考虑网络建设的经济性和合理性，尽量降低投资和维护费用；此外，还应能够适应通信技术和通信业务的发展，使得网络能够及时和稳定的扩展。1.3.1电话通信网的一般结构按照拓扑学结构分析，通信网的基本形式有星型网、网状网、环型网、复合网等。星型网：中央节点相当于汇结局，而周边节点就相当于端局，这种网络结构的优点是节省传输线路设备，缺点是缺乏可靠性。CCIT-wsh第一章电话交换技术基础网状网：节点是个个相连的，显然这种结构具有最高的可靠性，但是同时线路投资也是最高，不适合节点较多的网络。环型网：在计算机通信网中使用，电话网中应用较少。CCIT-wsh第一章电话交换技术基础复合网：以星形网为基础，在通信量较大的地区间构成网状网，又称为汇接辐射式网，比较经济合理且有一定的可靠性，是目前构成长途通信网的最基本形式。1.3.2电话网等级结构及网