计算机硬件及网络程控交换专业基础知识

程控交换基础

安徽安联同创通信规划设计院有限公司

主要内容

♦程控交换机的基本结构

♦数字通信的一般概念；

♦电话网络的基本结构

♦电话信令与接续流程

♦其它……

什么是通信

什么是通信

♦这就是通信

什么是通信

♦这也是通信

传输媒体

通信系统

发

接

信

信

信

信

送

收

信

息

信

信

息

号

号

变

变

源

道

宿

换

换

器

器

噪

声

信息：声音，图形，图像，文字等

信号：随信息做相应变化的电压或电流（也可以是光）

什么是通信网

♦能够将各种语言、声音、文字、图像、图

表、数据、视频等媒体变换成电信号；

♦并且在任何两地间的任何两个人或两个通

信终端设备之间，按照预先约定的规则

（或称‘协议'）进行传输和交换的网络,

就称为通信网络（简称“通信网”）o

电话通信网的基本组成部件

♦电话通信网由三部分组成：终端设备或用

户设备(CPE)、交换设备和传输设备或链

路

为什么要引入交换机

为什么要引入交换机

■■■

为什么要引入交换机

为什么要引入交换机

♦用户两两直接相连（用户数为N时）

所需的互连线对数为：

为什么要引入交换机

♦引入交换机：每

个用户只要一对

线，接入到一个

交换机，就能与

世界上的任一用

户通话。

电话交换网络

♦复杂一些的通信网要包括若干个交换设备，每个交换设备

要和许多用户终端相连。根据通信网所管辖的范围不同，

其交换机的数量也不一样。从少的几个交换机到多的几十

个、几百个甚至更多。譬如国内或国际长途电话网，它的

交换机数量是非常之多的。

A汇接交换机电话机

市话交换机中继线

用户交换机用户缓

常见

(a)星形网(b)网状网

(d)树形网

我国PSTN网络结构（1997前）

长

长

途

途

电

电

话

话

网

网

—

▼

▲

本

本

地

地

电

电

话

话

网

网1

▼▼

电话网的五级结构

现在我国PSTN的二级结构

省际平面

i省内平面

长途网络和本地网络

终端用户

长途网络路选择顺序

C1

数字通信

♦模拟信号和数字信号

(a)模拟信号(b)数字信号

数字通信

数字通信与模拟通信相比，具有如下优点

♦抗干扰性强、

♦保密性好、

♦设备易于集成化

♦便于使用计算机技术进行处理

语音（模拟）信号数字化

♦语音信号的数字化要经过抽样、量化和编

码三个步骤。

模拟信号数字化

电压

(1)模拟信号（2）信号采样

00000001

00000010

00000011

11101010

(3)信号量化(4)信号编码

奈奎斯特定理

♦信号的双边频谱在|f|vW范围内不全为0,

而在其它区间为0,其中f为频率，W为一

常数。抽样定理就是说如果要无失真地将

该带限信号复原，抽样频率必须大于2W

语音（模拟）信号数字化

语音（模拟）信号数字化

♦抽样：抽样的功能是将时间上连续的模拟

信号变为时间上离散的抽样值。抽样频率

取值为8000Hz,即抽样周期为1252。

♦量化：量化是指用有限个度量值来表示抽

样后的信号的幅度值。

♦编码：根据量化级的选取，有均匀量化和

非均匀量化两种方法。

语音（模拟）信号数字化

♦在PCM32系统中，采用8位码来表示一个

样值，最高位是极性码，剩下的7位对应

128个量化级。

♦话音信号的PCM编码的传输速率

=8000Hz/sX8=64kb/So

♦64kb/s是程控数字交换机中基本的交换单

位。

PCMA律13折率非线性编码

PCMA律13折率非线性编码

线性编码

•为什么采用非线性编码？

•为什么叫A律13折线？

量化误差：采样值（真实值）与量化结果的差值

误差的后果产生“量化噪声”

信噪比：表示通信质量的一个重要指标

信噪比=10lg信号/噪声=10lg信号/（信号-采样值）

采用均匀（线性）量化法：由于量化误差对大小信号一样，使小信号信噪比较大,

通信质量较差

A率13折线：中国与欧洲采用的一种非线性量化编码法，保证大小信号通信质量

不变<

复用技术

频率

频分复用

频分和时分

♦频分复用方式是将信道的可用频带划分为

若干互不交叠的频段，每路信号的频谱占

用其中的一个频段，以实现多路传输。

♦时分制是把一条物理通道按照不同的时刻

分成若干条通信信道（如话路），各信道按照

一定的周期和次序轮流使用物理通道，这

样，从宏观上看，一条物理通路就可以

‘同时'传送多条信道的信息。

PCM时分多路通信系统的基本原理

♦(PCM=PulseCodeModulation)

同步蚓

10第一密

强三路0—

PCM时分多路通信系统的基本原理

PCM传输系统图

发送端接收端

螂

话

低

再

音

通

浊

倍

码

波

PCM号

信号生

A/D变换信道——BA无换-----

PCM传输码型

11LLT31JJTZu国改性不归T码，NRZ)

nnnn

用观性日书研，RZ)

□“网性闩牛因'MID

PCM传输码型

•NRZ：单极性不归零码

NRZ是简单的二进制数字信号，其频谱包含有直流分量与较多的低频分量,

只能用于设备内部传输及交换，不能作为在电缆信道上进行基带传输的码

型

•AMI：极性交替反转码

AMI码又称伪三元码，有“0”码，“+1”码和“一1”码（三元）。二进制码中

的“0”码对应AMI中的“0”码，而二进制码中的“1”码则对应AMI中交替变化

的“+1”和“一1”，解决了多个连“1”的直流分量问题

•HDB3：三阶高密度双极性码

将连“0”码给予限制，使之不超过3个，它既保持了AMI码的优点（无直流分

量，低频分量少），又克服了AMI码的连“0”码所引起的缺点，因此，在

PCM中它被广泛采用，在AMI基础上，又解决了多个连“0”的直流分量问题

PCM传输码型

近1i|a|cooi|co|巾|巾|。|。卜卜♦HDB3码

人们希望在整个脉

aNRZi'-冲序列中出“0”和出

“1”的概率大体相同。

为此，CCTT提出了

HDB3码（High

DensityBipolarof

orderthree,三阶高

密度双极性码）。在

这种码型中，连“0”

的数量被限制在三个

以下。

PCM帧结构

PCM帧结构

16个子帧T=（2na）-------------------------------------------►

盾构FOF1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11F12F13F14F15FOF1F2F3••••••

32衡隙256t第.T=125怦

TS

0123456789101112131415161718192021222324252627282930311

一国内留用_

奇顿

F1

10A111111abcdabcd

4CHI—k―CH17—4

A1：正常为0.失步告警为1

abcdabcd

—012T-0418—>

F15abcdabcd

CH15一CH31一

PCM30/32系统的几个主要参数为：

♦每秒传送8000帧，每帧32个时隙，每个时

隙8比特串行码

♦传送码率为8比特/时隙X32时隙/帧

X8000帧/秒=2048kb/s,而每一路信号

的速率为64kb/s。

交换机的几种类型

♦人工电话交换机：由话务员完成转接的。

♦机电制交换机：主要有步进制交换机和纵

横制交换机

♦模拟程控交换机：控制部分采用计算机控

缶I」，而话路部分传送和交换的仍然是模拟

的话音信号。

♦数字程控交换机：控制部分采用计算机控

制，话路部分交换的是经过脉冲编码调制

(PCM)后的数字化的话音信号。(用户

话机发出的模拟话音信号在数字交换机的

用户电路板上要转换为PCM信号)

几种主要的交换方式

♦电路交换：两个用户在相互通信时使用一

条实际的物理链路

♦分组(IP)交换：将信息打包，采用存储一转

发的方式传送。

♦ATM交换：(asynchronoustransfer

modeswitching)即异步传送模式，采用

信元作为基础单元。

程控交换机总体结构

程控交换机的基本结构

♦交换机的硬件系统由用户电路、中继器、

交换网络、信令设备和控制系统这几部分

组成。

―-中燃器—

-----芯用R电？8—交

0I换

।网

，中；继器71

络-4-

~~—用户电路一I9

1ZT-信令设备

控制设备■

程控交换机的基本结构

I数字中继I------

模拟中继线I模拟中继卜

数字中继线

话路子系统

子系统

程控交换机的基本结构

林圉接口出备i―8海口好I

快依

便根H:户电路一上―I?收中空也泠.；»,।

话机

数

2B+D第

数于用户电路字数字中善电路苴盲文施机

30B-D

交

掩

近端麋块

救拈网A数字接口

势端士/收据适闽潺改接入网

络

信号有里路OAM接I.0AMOE

桂制收菁

华为CC08交换局基本结构

常见程控交换机

♦CaC08（深圳华为）

♦ZTE10J（深圳中兴）

♦S1240（上海贝尔）

♦NEAX61（日本NEC）

♦EWSD（西门子）

♦5ESS（美国AT&T）

常见模块（S12为例）

♦ASM（用户模块）

♦ISM（ISDN用户模块）

♦DTM（数字中继模块）

♦CTM（时钟与信号音模块）

♦ISM（ISDN用户模块）

♦CCSMN7（公共信道模块）

♦SCM（服务电路模块）

♦ACE（辅助控制单元模块）

模拟用户模块（ASM）

网

媒

极

日

M归

例电

开

株

开

开电

关

关

关

桥

测成施骨极性倒舞帔信号

忌蜿控细换控制

-B(Batteryfeeding)馈电；

-O(Overvoltageprotection)过压保护;

-R(Ringingcontrol)振铃控缶j；

-S(Supervision)监视;

-C(CODEC&filter)编译码和滤波；

-H(Hybridcircuit)混合电路；

-T(Test)测试。

模拟用户模块（ASM）

用通浊波券

叫娓极混

日

性例电合

粗平衡

讦电心

开开电电

美

关关精

茹祝电睁

振铎极性例期教倍号

怠线按明

♦1.馈电（B）

♦向用户话机馈电是采用一48V（或一60V）的

直流电源供电。

模拟用户模块（ASM）

用通浊波券

叫娓极混

日

性例电合

粗平衡

讦电心

开开电电

美

关关精

茹祝电睁

测状振铎极性例期教倍号

@线控明投按耐

♦2.过压保护（0）

♦用户外线可能受到雷电袭击，也可能和高

压线相碰。。

模拟用户模块（ASM）

用户话H：

测状振铎极性例期教倍号

@线控明投按耐

♦3.振铃控制（R）

♦由于振铃电压为交流90土15V,频率为25Hz,当铃流高压送往用

户线时，就必须采取隔离措施，使其不能流向用户电路的内线，否

则将引起内线电路的损坏。一般采用振铃继电器实现

模拟用户模块（ASM）

用户话H：

测状振铎极性例期教倍号

控明投按耐

♦4.监视（S）

♦监视功能主要是监视用户线的通/断状态，及时

将用户线的状态信息送给处理机处理。

模拟用户模块（ASM）

用通浊波券

叫娓极混

日

性例电合

粗平衡

讦电心

开开电电

美

关关精

茹祝电睁

振铎极性例期教倍号

怠线控明投按耐

♦5.编译码和滤波（C）

♦编译码和滤波功能是完成模拟信号和数字

信号间的转换。

模拟用户模块（ASM）

叫

开

关

测仇施的极性创务发信号

总线控舸换控朝

♦6.混合电路（H）

♦混合电路的功能是用来进行二/四线转换。

模拟用户模块(ASM)

用户话H：

测状振铎极性例期教倍号

@线控明投按耐

♦7.测试(T)

♦测试功能主要用于及时发现用户终端、用户线

路和用户线接口电路可能发生的混线、断线、

接地、与电力线碰接以及元器件损坏等各种故

(

工

出

D

铝

渣

出

工

出

中继器

♦1、模拟中继器

模拟中继器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。

中继器

♦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。

数字中继电路板

码里变换I

叫件提取一恸同步

交换网络测

就定位Q航定位

发一料史垩梅

信号插入信号插人

.

♦码型变换和反变换。主要是PCM传输线上的HDB3码和局内的单极

性不归零码（NRZ码）之间的变换

♦时钟提取和帧同步

♦提取和插入随路信号（或脉冲转发信号）

数字交换网络

♦数字时分接线器（T接线器）

♦数字空分接线器（S接线器）

数字时分接线器（T接线器）

O

TS1

2

3

TS31

W写入

:R

读L-J

-丕

时

仲

R:I—

“顺序写入，控制读出"T接线器

数字时分接线器（T接线器）

♦假设T接线器的输入和输出各为一条32个时隙的PCM复

用线。如果占用时隙TS3的用户A要和占用时隙TS19的

用户B通话，在A讲话时，就应该把TS3的话音信码交换

至UTS19中去。

♦在时隙脉冲的控制下，当TS3时隙到来时，把TS3中的话

音信码写入SM内地址为3的存储单元中。而此话音信码

的读出则受CM控制，CM中地址为19的存储单元存有A

用户的地址“3”。

♦当TS19时隙到来时，从CM读出19号存储单元的内容

“3”，以“3”这个地址去控制读出SM内3号存储单元中

的话音信码。这样就完成了把TS3的信码交换到TS19中

去的任务。

数字空分接线器（S接线器）

CMOCM1

数字空分接线器（S接线器）

♦若输入PCM0/TS1中的信码要交换到输出PCM1中去，

则当时隙TS1到来时，CMO应控制实线圈内的交叉接点

1闭合，从而把输入PCMO/TS1时隙中的信码直接转接

到输出PCM1/TS1中去。

♦同理，若要把输入PCM1/TS14的信码交换到输出

PCM0/TS14,则当时隙TS14到来时CM1应控制实线圈

内的交叉接点2闭合。

♦S接线器完成了不同的PCM复用线（HW）之间的信码

交换。但是这种交换仅能在相同时隙间进行，不同时隙

间不能进行交换。所以S接线器在数字交换网络中不能

单独使用，这是S接线器和T接线器的重大区别。

数字交换网络(DSN)

♦T接线器以空间位置的划分来实现时隙交换，

而S接线器却以时分方式完成HW(复用线)

之间的空间交换。

♦在容量较小的数字程控电话交换机中，数字交

换网络可以由单级T接线器构成，但容量有限.

♦为了扩大交换机的容量，通常采用T接线器和

S接线器相结合的多级交换结构。

♦多级交换结构有2种基本情况：

2、

数字交换网络(TST)

PCM0/TS2--PCM7/TS3

数字交换网络(TTT)

m\Ta，"出F?*»•«海Ti»|忖山？？阴，■出Ta岫人护川

信号

各种信号音（单频，信号源450Hz或

950Hz的正弦波）

前向信号频率：1380Hz,1500Hz,

1620Hz,1740Hz,1860Hz,1980Hz

（6中取2）

后向信号频率：1140Hz,1020Hz,

900Hz,780Hz,（4中取2）

户到交换机:拨号信息（直流脉冲、

DTMF）

信号的产生

♦1.单音频信号的产生

数字交换机中，单音频信号是由数字

信号发生器产生的数字信号音。

♦2.多频信号的产生

双音频信号的产生和单音频信号产生

的原理相同，也可以通过线性叠加，找出

波形的对称性来节约ROM的容量。

音频信号的产生

♦将信号按125|JS间隔进行抽样（也就是

8kHz的PCM抽样频率），然后进行量化和

编码，得到各抽样点的PCM信号，放到

ROM中，使用时对ROM按一般PCM信号读

出，就是这个音频信号（数字化的信号）。

音频信号的产生

♦T=2ms500Hz单音频信号产生原理

信号发生器的原理

。读出数据

交换机到用户信号音

I50IIZ

拨号音:含义：通知主叫用户

可以开始拨号了

0.35|0.351().35|().351

忙音:含义：表小被叫用户忙

0.7s.

含义：表示被叫用户处

回铃音:1.04.01.04.0于被振铃状态

<——；>s--------

含义:含示所拨号码

空号音：0.10._1__0.10.10.10.10.40.1

为空号

1《------1.4S-------------->1

含义：用于呼叫等待服务，表示

仃第三方等待呼叫

含义：用于三方通话接续状态,

表小接续中存有第三方

多频信号

♦一种是由用户电路送来的按钮话机双音多

频(DualToneMulti-Frequency,

DTMF)信号；

♦另一种是由中继线接口电路送来的多频互

控(Multi-FrequencyControlled,MFC)

信号。

DTMF电话机频率表

频

低解1209Hz1336Hz1477Hz1633Hz

697Hz123A

770Hz456B

852Hz789C

941Hz*0#D

多频信号的接收

程控交换机软件系统

♦在线程序（联机程序）

♦支援程序（脱机程序）

在线程序

♦在线程序是交换机中运行使用的、对交换

系统各种业务进行处理的软件总和，它可

分成。

在线程序

♦1、呼叫处理程序

呼叫处理程序负责整个交换机所有呼

叫的建立与释放，以及交换机各种新服务

性能的建立与释放。呼叫处理程序主要有

以下功能。

①交换状态管理

②交换资源管理

③交换业务管理

④交换负荷控制

在线程序

♦2、执行管理程序（或叫操作系统）

执行管理程序负责对交换系统（尤指

处理机）的硬件和软件资源进行管理和调

度。

①任务调度

②I/0设备的管理和控制

③处理机间通信的控制和管理

④系统管理

在线程序

♦3、维护管理程序

维护管理程序用于维护人员存取和修

改有关用户和交换局的各种数据，统计话

务量和打印计费清单等各项任务。

♦4、系统恢复程序

系统恢复程序亦称故障处理程序，负

责对交换系统作经常性的检测，并使系统

恢复工作能力。

在线程序

♦5、故障诊断程序

故障诊断程序是用于确定硬件故障位

置的程序。对于多数程控交换机来说，可

将故障诊断到某块印刷电路板（PCB）。

在线程序

♦5.1、故障诊断程序（工作方式）

①开机诊断，交换机加电后，首先自

动对所有硬件部件进行诊断，将结果报告

系统恢复程序。

②人-机命令诊断，由操作人员通过

人-机命令指定对交换机某一部件执行诊断

③自动诊断，当系统恢复程序发现运

行中的交换机有故障部件时，用备用部件

代替该部件，并调用故障诊断程序对其进

行诊断。1r

支援程序

♦支援程序按其功能可划分为

支援程序

设计子系统用在设计阶段，作为功能

规范和描述语言（SDL）与高级语言间的

连接器，各种高级语言与汇编语言的编译

器，链接定位程序及文档生成工作。

支援程序

测试子系统用于检测所设计软件是否

符合其规范

生成子系统用于生成交换局运行所需

的软件（即程序文件），它包括局数据文

件、用户数据文件和系统文件

支援程序

维护子系统用于对交换局程序的现场

修改（或称补丁）的管理与存档。

数据

♦L系统文件

系统数据对不同交换局（如市话局、

长途局、国际局等）均适用，不随交换局

的外部条件而变。

♦2.局数据文件

它指示交换局设备的安装条件，包括

硬件配置、编号方式、中继线信号方式等,

这部分内容随不同交换局而异。

♦3■用户数据文件

它指示交换局中用户分配、新业务类

另h话机类型、用户类别等。

信令概述