《通信网理论与技术》课件第3章

第3章电话通信网3.1电话网概述3.2电话网传输技术3.3电话网交换技术3.4电话网组网3.5电话网接口3.6电话网信令3.7电话网的服务质量及运行、管理与维护（OAM）3.1电话通信网概述

3.1.1电话通信的起源

1.电话的问世电话通信是我们生活中应用最广泛、使用最频繁的一种通信方式。电话通信的起源要追溯到1876年,由美国科学家贝尔发明。最初的电话通信只能完成一部话机与另一部话机的固定通信,如图3.1所示。这种仅涉及到两个终端的通信称为点对点通信。图3.1点对点通信点对点通信存在以下缺点：

(1)任意两个用户之间的通话都需要一条专门的线路直接连接,当存在N个终端时需要的传输线数为N(N-1)/2对,传输线的数量随终端数的增加而急剧增加。如图3.2所示。

(2)每个终端都有N-1对线与其他终端相接,因而每个终端需要N-1个线路接口。

(3)增加第N+1个终端时,必须增设N对线路。

(4)当终端间相距较远时,线路信号衰耗大。图

3.2多个终端的点对点通信

2.交换设备的诞生

1878年,美国人阿尔蒙·B·史端乔的提出了交换的设想。其基本思想是将多个终端与一个转接设备相连,当任何两个终端要传递信息时,该转接设备就把连接这两个用户的有关开关电路合上,通信完毕,再把相应的电路断开。我们称这个转接设备为交换机,如图3.3所示。

图

3.3有交换设备的通信

3.1.2电话通信网的特点当前在通信网中主要的业务是电话业务,因此电话网是通信网的基础,那么什么是电话通信网呢？

1.电话通信网的定义

电话通信网是以电路交换为基础,以电话业务为主体的电信网。在电话通信网中还可以包含一些非话业务,例如传真、数据等。如果把其他一些业务(如电报、图像等)都包括进去就是我们通常所说的综合业务数字网(ISDN)。

2.电话通信网的组成

(1)终端设备位于电话网中的起点和终点,其任务是将含有信息的消息转换成可被传输媒介接受的电信号形式,同时将来自传输媒介的电信号还原成原始消息。此外,终端设备还用于产生和识别网内所需的信令,以便相互连系和应答。电话网中的终端设备主要指电话机。

(2)传输系统是传输媒介(传输线路)和传输设备的总称,其任务是把电信号从一个地点传输至另一地点。常用的传输媒介有电缆、

光缆等,相应的传输设备有PCM端机、

光端机等。

(3)交换设备承担了为所有终端提供连接通路的任务,它根据地址信息和信令进行网内链路的连接,以使电话网中的多对用户建立信号通路,实现任意通信双方的话音信号交换。早期的交换设备有人工交换机、步进制交换机、纵横制交换机、空分式模拟程控交换机等,目前先进的交换机有时分式数字程控交换机、ATM交换机等。在电话通信网中,当用户分布的地域较广时,就设置多个交换设备(如市话分局交换机设备),当电话网的范围更大时,就要引入汇接交换设备。一个典型的市话通信网如图3.4所示。

图

3.4典型的市话通信网结构

3.电话网特点电话网最初的设计目标很简单,就是要支持话音通信,因此话音业务的特点也就决定了电话网的技术特征。归纳起来,电话网的特点有以下几点:

(1)同步时分复用。在电话网中,广泛采用同步时分复用方式。它是将多个用户信息在一条物理传输媒介上以时分的方式进行复用,来提高线路利用率。在复用时,每个用户在一帧中只能占用一个时隙,且是固定的时隙,因此每个用户所占的带宽是固定的。这一点与话音通信的恒定速率是相适应的。

(2)同步时分交换。在交换时,直接将一个用户所在时隙的信息同步地交换到对端用户所占用的时隙中,以完成两用户之间话音信息的交换。

(3)面向连接。在用户开始呼叫时,先要为两用户之间建立起一条端到端的连接,并进行资源的预留(预留时隙)。这样,当双方用户进入通话状态在进行用户信息传输时,不需要再进行路由选择和排队过程,因此时延非常小,最大时延不超过125μs。

(4)接口功能:能连接不同种类和性质的终端设备。

(5)运行、管理和维护功能:通过信令系统和维护软件实现对电话网的配置以及对性能、故障、安全、统计、计费等的管理与维护。

3.1.3电话通信网的分类

1.按照电话网所管辖的范围分类

(1)公用电话网：它又叫公众网,指的是由国家电信主管部门经营的、向全社会开放的通信网。公用电话网又可以按地理范围划分为国际长途电话网、国内长途电话网、本地电话网、城市电话网和农村电话网等。

(2)专用电话网:它是为具有特殊业务性质的单位进行内部通信所设置的通信网,有各行业自己的通信特点。常见的专用网有军队网、公安网、铁路网和银行交易通信网等。

2.按照不同的信号类型分类按照不同的信号类型分为数字网、模拟网和数模混合网。

(1)模拟网:指的是通信网的三要素都是按模似信号工作的。

(2)数字网:指的是通信网的三要素都是按数字信号工作的。

(3)数模混合网:指的是通信网的三要素中有用模似信号工作的,也有用数字信号工作的。

3.按照传输媒介分类

按照传输系统中所使用的传输媒介分为有线传输网和无线传输网。

(1)有线传输网：有载波传输系统、PCM传输系统、光纤传输系统等。

(2)无线传输网:有微波传输系统、

卫星传输系统等。

4.按照网络结构分类

根据电话网交换节点互连的不同方法分为树型结构、星型结构、环型结构、网状结构、总线结构、

蜂窝结构等。

5.按照复用方式分类

(1)频分复用方式:是指把传输频带分割成若干部分,每个部分均可作为一个独立的传输信道使用,每个用户所占用的仅仅是其中的一个频段。

(2)时分复用方式:是指把传输信道按时间分割成若干部分,每个部分均可作为一个独立的传输信道使用,每个用户在信道上所占用的仅仅是其中的一段使用信道时间。随着复用技术的发展，还有码分多址、

空分多址等方式。

6.按照用户业务和管理业务分类

按照用户业务和和管理业务分为业务网和支撑网。电话网属于业务网。支撑网是在业务网的基础上,为增强业务网的功能,保证全网服务质量,快速、方便、经济、灵活地提供新的电信业务而设置的附加网络结构。支撑网包括信令网、同步网、智能网和管理网。

(1)信令网。它是专门用来传输信令的公共网络,可实现网络节点间信令的传输和转接。

(2)同步网。为提高数字信号传输的完整性,必须使数字设备中的时钟速率同步。同步网的功能就是使全网中的数字交换系统和数字传输系统工作于相同的时钟频率。

(3)管理网。在业务网中为防止由于某一路由或局站(节点)的阻塞而引起全网阻塞,必须对网络实行自动监控。管理网的功能就是对网络运行进行实时监测,保证网络安全运行,控制异常状态的扩散。同时做好网络设备的调度,以达到在任何情况下,最大限度地使用网络中一切可以利用的设备。

(4)智能网。它是在No.7信令网的基础上发展起来的。它应用智能因素对网络资源进行动态分配,使网络结构的灵活性增大,从而使用户对网络的控制能力增强。

3.1.4电话通信网的发展

1.电话网业务的发展

电话网提供的传统业务有:市内电话、本地网电话(郊区、郊县、农村电话)、国内长途电话、国际长途电话、用户交换机业务和各种特服呼叫等。电话网提供的新型业务有:电话会议、可视电话、智能网电话、磁卡电话、IC卡电话和向用户提供与公用网中移动用户间的呼叫等。

电话网提供的补充服务有:缩位拨号、热线服务、呼叫转移等多项业务。随着各种电信新业务及其相应终端设备的迅猛发展,电话网除了上面提到的传统业务、新型业务和补充业务外,还可以提供一些增值业务,如在电话网上加挂计算机控制的语音平台,可以提供语音信箱业务、电话信息服务业务(即声讯台业务)。在电话网上叠加智能网,可提供被叫集中付费的800号,密码记账的200号、300号等电话智能网业务。借助于信息电话机,通过电话网还可提供包括信息查询、

短消息在内的多种信息服务。

2.电话网设备的发展趋势

1)交换设备

(1)交换设备模块化,控制部分采用局域网技术。交换设备的软、硬件完全模块化,软件设计和数据修改采用数据处理机。控制部分采用计算机局域网技术,将控制部分设计成开放式系统,为今后适应新的业务和功能奠定基础。

(2)增强交换机接口建设。大力开发交换机的各种接口,包括各种无线接口和光接口。实现终端移动性的个人化电信网,使固定通信和移动通信融为一体。

(3)采用集中的多业务节点与分布式开放型用户接入网相结合的方式,增大网络节点的容量,适应本地网建设需要。

(4)增强No.7信令系统的处理能力。应用No.7信令系统的处理能力,提供2Mb/s的信令链路,实现信令的集中监控及网络管理,以满足宽带网络对高带宽信令链路的要求。

(5)支持IP业务的发展。随着因特网用户的迅速增加,常会给交换机带来拥塞等问题,为支持IP业务的发展,交换机要开发较大容量的网关设备。

2)传输设备目前，在以光纤为主要媒介的传输网上采用脉冲编码调制(PulseCodeModulation,PCM)设备实现话音信号的数字化传输。随着通信技术的飞速发展,电话网的传输已不仅仅是包括简单的传输媒介和PCM传输设备了,而形成了包括分插复用设备(ADM)和数字交叉连接设备(DXC)的“传输网”。对于连接用户终端的用户传输设备也已经以“接入网”的形式出现了。

3)终端设备随着综合业务数字网(ISDN)的出现,电话通信网的终端除电话机设备外,已发展为包括传真机、数据收发信机、PC计算机、

多媒体终端等在内的各种设备。

3.2电话网传输技术

3.2.1时分复用(TDM)技术

TDM是将模拟信号经过PCM调制后变为数字信号,然后采用时分多路复用的技术。

1.脉冲编码调制过程脉冲编码调制过程如图3.5所示。

图

3.5脉冲编码调制过程

(1)采样(sample):在采样器的控制下,以8000Hz的采样频率离散地抽取原始话音信号的一个瞬时电压值。

(2)量化(quantize):将采样得到的无数种幅度值,用有限个状态来表示,以减少编码的位数。

(3)编码(code):通过编码器把量化后抽样点的幅值分别用相应的二进制代码来表示。经过编码后的信号,便是PCM信号。

2.PCM帧结构

调制后的PCM信号以帧的形式在信道中传输。PCM帧结构在国际上有两种制式,分别是北美、日本的24路制式和欧洲、中国的30/32路制式。北美、日本的24路制式是指在一个PCM基群帧结构中,共有24个时隙(TimeSlot,TS),这24个时隙全部用来传输24个话路信息。24路基群的传输速率为1.5Mb/s,国际上称为T1。欧洲、中国的30/32路制式是指在一个PCM基群帧结构中,共有32个时隙,其中TS1～TS15和TS17～TS31分别用来传递30个话路的话音信号,TS0用来传递同步信号,TS16用来传递控制信令。30/32路基群的传输速率为2.048Mb/s,国际上称为E1。图

3.6PCM30/32系统的帧结构

3.2.2准同步数字体系(PDH)

标称速率相同、实际允许有一定偏差的数字体系,称为准同步数字体系(PDH)。PDH是一种准同步复用方式,多个PCM的基群信号可逐步复用为二次群、三次群或更高次群以满足大容量通信的需要。

PDH体系的数字复接如图3.7所示。

图

3.7PDH体系的数字复接

PDH存在下述缺点:

(1)没有国际统一的数字速率标准,存在T、E两大系列,这两大数字体系的信号速率在PDH中互不兼容。

(2)采用异步复用。在PDH系列中只有基群速率的信号采用同步复用,其他等级的信号采用异步复用。在异步复用中由于PDH收/发两端的时钟不一样,工作频率就不一样,两端的时隙因此便不能同步。解决办法是靠塞入一些额外比特(正码速调整),使各支路信号与复用设备同步,从而才可复用成高速信号。

(3)面向点到点的传输,组网的灵活性不够。

(4)低阶支路信号上、下电路复杂,需要逐次复用、解复用。

(5)帧结构中缺乏足够的冗余信息用于传输网的监视、维护和管理。

3.2.3同步数字体系(SDH)

1.SDH特点与PDH相比,SDH主要有以下特点:

(1)兼容PDH数字体系的所有群路等级速率信号。SDH把PDH两大数字体系在四次群以上兼容互通,将其变为155.520Mb/s,构成一个基本模块信号STM-1。在STM-1帧结构中既可包含2Mb/s、8Mb/s、34Mb/s、140Mb/s的数字体系信号,也可包含1.5Mb/s、6.3Mb/s、45Mb/s、100Mb/s的数字体系信号。SDH可以支持任何形式的同步或异步业务数据帧的传输,如ATM信元、IP分组、Ethernet帧等。

(2)标准统一的光接口。SDH具有全球统一的网络节点接口(NNI),解决了PDH中的“电—光—电”接口问题。SDH线路码型一律采用NRZ加扰码。从而使世界上各生产厂家的SDH设备在光路上都能互通。

(3)采用同步复用和灵活的复用映射结构。采用指针调整技术,使得信息净负荷可在不同的环境下同步复用,引入虚容器(VirtualContainer,VC)的概念来支持通道层的连接。当各种业务信息经过处理装入VC后,系统不用管所承载的信息结构如何,只需处理各种虚容器即可,从而实现业务信息传输的透明性。

(4)强大的网管功能。在SDH帧结构中传输的比特流信号分为两部分,一部分是净负荷,一部分是开销。依据开销字节的信息引入了网管功能,支持对网元的分布式管理,支持逐段的以及端到端的对净负荷字节业务性能的监视管理。

2.SDH的速率等级

SDH系统中的基本传输速率是STM-1(155.520Mb/s),其他高阶信号速率均由STM-1的整数倍构造而成,例如STM-4(4×STM-1=622.080Mb/s),STM-16(4×STM-4=2488.320Mb/s)等。SDH的速率等级如表3.1所示。

表3.1SDH的速率等级

3.SDH帧结构

STM-N由横向270×N列(N=1、4、16、64、256)和纵向9行字节(1字节为8比特)的矩形块状构成。

如图3.8所示。

图

3.8SDH帧结构

4.SDH映射和复用过程

SDH映射是将PDH信号和各种新业务装入SDH信号空间,并构成SDH帧的过程。

SDH复用是将几路信号逐字节间插(SDH)或逐比特间插(PDH)合为一路信号的过程。

PDH支路信号纳入到SDH-N帧结构中,必须经过三个过程处理:映射→定位(指针调整)→复用。SDH映射和复用过程如图3.9所示。

图

3.9SDH映射和复用过程

由于在传输过程中,不能绝对保证所有虚容器的起始相位始终都能同步,所以要在VC的前面加上管理单元指针(AUPTR),以进行定位校准。加入指针后组成的信息单元结构分为管理单元(AU)和支路单元(TU)。AU由高阶VC(如VC4)加AU指针组成,TU由低阶VC加TU指针组成。TU经均匀字节间插后,组成支路单元组(TUG),然后组成AU3或AU4。三个AU3或一个AU4组成管理单元组(AUG),加上段开销SOH,便组成了STM-1同步传输信号;N个STM-1信号按字节同步复接,便组成了STM-N。

5.SDH相关设备

(1)终端复用器(TM):把PDH信号纳入SDH系统,将低阶SDH支路信号复接成高阶STM-N线路信号。例如将多路E1信号复接成STM-1信号及完成其逆过程,或者实现与非SDH网络业务的适配。

(2)分插复用器(ADM):利用分接功能将输入信号所承载的信息分成两部分,一部分直接转发,另一部分卸下给本地用户。

然后信息又通过复接功能将转发部分和本地上送的部分合成输出。

(3)数字交叉连接设备(DXC)。它是一种兼有同步复用、分插、交叉连接、网络的自动保护与恢复、网络的自动化管理等多项功能的SDH设备。它类似于交换机,一般有多个输入和多个输出,通过适当配置可提供不同的端到端连接。

6.SDH传输网的拓扑结构

SDH不仅适合于点对点传输,而且适合于多点之间的网络传输。图3.10给出了SDH传输网的拓扑结构。

SDH解决了PDH存在的问题,是一种比较完善的传输体制,现已得到了广泛的应用。这种传输体制不仅适用于光纤信道,也适用于微波和卫星干线传输。

图

3.10SDH传输网的拓扑结构

3.3电话网交换技术

3.3.1程控交换机的任务和接续类型

1.程控交换机的任务程控交换机的任务如下：

(1)实现模拟电话用户间的拨号接续与信息交换。

(2)实现数字话机间的拨号接续及信息交换。

(3)通过模拟用户线接口和Modem实现数据终端间的数据通信。

(4)通过ModemPool及模拟中继线接口实现与接于上级局或另一交换机的数据终端间的数据通信。

(5)通过专用接口,完成交换机与局域网LAN、分组数据网PDN、ISDN、接入网AN及无线移动通信网的互连。

(6)通过所配置的硬件和应用软件,提供诸多专门的应用功能,借助维护终端、话务台等设备实现对程控交换系统或网络的配置以及对故障、安全、统计与计费等的管理与维护。

2.程控交换机的接续类型从电话网的角度出发,程控交换机的接续类型有以下四种:(1)本局接续:本局用户之间的接续。(2)出局接续:用户与出中继之间的接续。(3)入局接续:用户与入中继之间的接续。(4)转换接续:中继线与中继线之间的接续。

3.3.2电路交换技术目前,程控交换机的交换技术主要采用电路交换(CircuitSwitching)方式。

1.电路交换的通信过程

电路交换的通信过程分三个阶段:电路建立、

信息传输和电路拆除。

2.电路交换的特点

(1)电路交换是面向连接的交换技术。在通信前要通过呼叫为主叫、被叫用户建立一条物理连接。如果呼叫数超过交换机的连接能力,交换机向用户送忙音,拒绝接受呼叫请求。

(2)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(通常是64kb/s)的电路。话路接通后,即使无信息传输,也需要占用电路。因此电路利用率低,尤其是对突发业务来说。

(3)控制简单。电路是“透明”的,即发送端用户送出的信息通过节点连接,毫无限制地被传输到接收端。所谓“透明”，是指交换节点不对用户信息进行任何修正或解释,即在传输信息期间,没有任何差错控制措施。

3.3.3数字程控交换机的基本组成数字程控交换机的硬件结构可划分为话路系统和控制系统两部分。话路系统包括各种接口电路、数字交换网络和信令电路;控制系统包括CPU、存储器和I/O设备。数字程控交换机硬件结构如图3.11所示。

图

3.11数字程控交换机硬件结构

(1)用户电路是终端设备与交换网络之间的接口电路。

(2)交换网络的作用是提供交换机内部链路。它根据用户接续请求,由CPU送入控制命令驱动工作,为主被叫用户建立通话路由。

(3)出、入中继器是交换机与中继线的接口,传输交换机之间的各种通信信号。

(4)处理机用于控制所有电路的运行。

(5)信号电路提供程控交换机在完成话路接续过程中所必需的各种控制信令。信号电路根据功能可分为DTMF收号器、随路记发器信令的发送器和接收器、信号音发生器、No.7信令系统的信令终端等设备。

3.3.4数字交换网络

1.数字信号交换原理根据PCM帧结构所知,不同用户通话时在PCM复用线上占用的时隙是不一样的,这就意味着两个用户要想完成通信,就必须将主叫时隙上所携带的话音信号搬移到被叫所占用的时隙中,反之将被叫时隙上所携带的话音信号搬移到主叫所占用的时隙中。我们把这种话音信号在不同时隙上的“搬移”就叫做数字信号“交换”。在程控交换机中,数字信号交换是由数字交换网络实现的。

2.数字交换网络的基本功能数字交换网络的基本功能是:完成同一母线(HW)不同时隙(TS)的交换;完成不同母线不同时隙的交换。图3.12表示占用HW0TS1的用户通过数字交换网络(DSN)与占用HWnTS7的用户进行话音信号交换;占用HW1TS3的用户通过数字交换网络与占用HW1TS5的用户进行话音信号交换。

图

3.12数字交换网络的基本功能示意图

3.数字交换网络的结构和工作原理程控交换机的数字交换网络由“时分接线器”或“时分接线器与空分接线器”组合而成。

1)时分接线器(TimeSwitch)时分接线器由话音存储器(SpeechMemory,SM)和控制存储器(ControlMemory,CM)组成。主要完成某HW线上的信号从一个TS到另一个TS的搬移。

(1)话音存储器的功能:寄存经过PCM编码处理的话音信息。话音存储器的容量:话音存储器的单元数等于HW入线上的PCM复用度,即输入端时分复用线上的时隙数。话音存储器每单元的字长为8bit,这是根据PCM编码方式规定的。

(2)控制存储器的功能:寄存话音信号在语音存储器中的单元号。控制存储器又被称为“地址存储器”,它控制话音信号的读出或写入。控制存储器的容量:控制存储器的单元数等于话音存储器的单元数,控制存储器每单元的字长由话音存储器总单元数的二进制编码字长决定。

(3)时分接线器时隙交换原理:它有两种工作方式,分别是输出控制方式和输入控制方式。在输出控制方式中,话音存储器由时钟(CP)控制写入信息,由控制存储器控制读出信息;而控制存储器由CPU控制写入信息,由时钟(CP)控制读出信息。

图

3.13输出控制方式的时隙交换

要把TS5的内容交换到TS25中去,只要在TS5到来时,把它的内容先寄存到SM中,等到TS25到来时,再把该内容取走就可以了。通过这一存一取,即可实现不同时隙的交换。在输入控制方式中,话音存储器在控制存储器的控制下写入信息,由时钟(CP)控制读出信息;而控制存储器仍然由CPU控制写入信息,由时钟(CP)控制读出信息。例如,某主叫用户占用TS5,被叫用户占用TS25,他们按照输入控制方式完成话音交换的过程如图3.14所示。图

3.14输入控制方式的时隙交换

2)空分接线器(SpaceSwitch)在大容量的程控交换机中,只用时分接线器构成数字交换网络是不能满足信息交换要求的,为了扩大数字交换网络的交换容量,程控交换机还采用空分接线器与时分接线器组合而构成数字交换网络。常用的结构有T-S-T、S-T-S等。

(1)空分接线器的作用:完成同一时隙上的信号在不同HW线上的交换。

(2)空分接线器的结构:由电子开关阵列和控制存储器(CM)构成。

图

3.15输出控制方式的HW线交换

在输入控制方式中,CPU在与输入线相同序号的CM中写入输出线序号;然后由CP控制,按时隙顺序读出CM相应单元的内容,从而完成输出线与输入线间的交叉点的建立。例如,按输入控制方式完成HW1TS3→HW4TS3的交换过程如图3.16所示。

图

3.16输入控制方式的HW线交换

3)TST交换网络TST交换网络结构如图3.17所示。

图

3.17

TST交换网络结构

3.3.5程控交换机的控制系统

1.电话网对程控交换机控制系统的要求

(1)对控制系统可靠性的要求:要求交换机控制设备的故障率尽可能低。一旦出现故障,要求处理故障的时间尽可能短。

(2)对控制系统灵活性和适用性的要求:要求控制系统能适应新的服务要求和技术发展。

(3)对控制系统呼叫处理能力的要求:交换机的话务处理能力是指处理机在忙时(1h)能及时处理的最多呼叫次数,也称忙时试呼数,用BHCA(BusyHourCallAttempts)表示,要求BHCA值应尽可能大。

2.程控交换机话务处理能力的核算

话务处理能力用BHCA表示,BHCA的具体计算公式为

式中,R0为所需的话务处理能力(BHCA);Nsub为用户电路数(条);Nict为来话中继电路数;Aso为用户电路的设计发话负荷(Erl);AT为来话中继电路的设计负荷(Erl);T为平均通话时长(s)。

【例3.1】设某工程需安装的市话交换容量为20000,每用户线忙时话务量(话务量是用户占用交换机资源的一个量度,其基本单位是[WTBZ]Erl)取0.15Erl,其中发话话务量为0.08Erl/用户,每来话中继电路话务量取0.7Erl,按工程计算,需要来话中继电路1800条,平均通话长为90s,求该处理机的话务量处理能力。

解:将各项数值代入BHCA的具体计算公式可得

3.控制系统的控制方式

1)集中控制方式在集中控制方式中,处理机能达到全部资源,也能执行所有功能,对整个系统的运行状态有全面的了解。集中控制方式的缺点是:处理机软件包括所有功能,规模大,管理困难,系统的可靠性差。

2)分级控制方式在分级控制方式中,每台处理机只能达到资源的一部分,只执行部分功能。

3)全分散控制方式全分散控制方式也叫单级多机系统。在该方式中,每台处理机只能达到全部负荷的一部分,只执行部分容量。分级控制方式、全分散控制方式的优点如下:

(1)每台处理机软件只包括部分功能或容量,规模小,易管理。

(2)系统的可靠性好,灵活性高,处理能力强。

(3)系统扩充方便而且经济。随着微处理机技术的迅速发展,程控交换普遍采用全分散控制方式。

4.多处理机间的控制关系

1)对于集中控制方式在集中控制方式中,考虑到系统的可靠性,处理机都采用双机配置。双机的关系有双机话务分担配置和双机主/备用配置两种方式。

(1)双机话务分担配置方式:它是指两台处理机独立进行工作,在正常情况下各承担一半话务负荷。当一机发生故障,可由另一机承担全部负荷。双机话务分担配置方式如图3.18所示。

图

3.18双机话务分担配置方式

双机话务分担配置方式特点如下:①两台处理机独立工作,自备存储器。②为防止故障,两台处理机有互通信息的通路。③

为防止两机同抢一个呼叫,两台处理机间有互斥电路。

(2)双机主/备用配置方式：它是指主处理机联机运行,备处理机与话路完全分离而作为备用。当主机发生故障时,进行主/备用转换,如图3.19所示。

图

3.19双机主/备用配置方式

双机主/备用方式又分为冷备用和热备用两种方式。①冷备用。在冷备用方式中,平时备用机不保留呼叫处理数据,不做任何处理,当收到主机发来的转换请求信号后,开始接收数据,进行处理。冷备用方式的缺点:一旦因主用机故障而倒向备用机时,数据全部丢失。新的主用机需要重新初始化、重新启动。一切正在进行的通话全部中断。②热备用在热备用方式中,平时主/备用机都随时接收并保留呼叫处理数据,但备用机不做处理工作。当收到主机转换请求时,备用机立即工作。呼叫处理的暂时数据基本不丢失,原来处于通话状态的用户不中断。损失的只是正在处理过程中的用户。

2)对于分级控制方式分级控制方式也叫多级处理机系统,如图3.20所示。

图

3.20分级控制方式

3)对于全分散控制方式全分散控制方式也叫单级多处理机系统,如图3.21所示。

图

3.21全分散控制方式

3.4电

话

网

组

网3.4.1电话网常用的网络结构电话网的网络结构(即网络拓扑)是指网络在物理上的连接方式。根据交换机节点互连的不同方法,可构成多种类型的结构。常见的网络结构有:星型网结构、网状网结构、树型网结构、环型网结构等。各种网络结构都有其特点,因而在网络结构选择和设计时要综合考虑现有的及长远的规划,包括节点的地理位置、网络的重要性、需要提供的业务、保护要求、经济性以及维护管理等。现代通信网已经开始向综合业务网发展,通信网往往不再是单纯的某一种结构形式,而是它们的组合,形式则更加多样化。

3.4.2我国的电话网结构我国的电话网由长途网和本地电话网构成,分五级等级结构,即四级长途交换中心(C1～C4)

和第五级端局(C5)交换中心,如图3.22所示。

图

3.22我国电话网结构

1.长途电话网

1)长途电话网结构我国长途电话网的结构是按行政区建立的四级汇接辐射式电话网。

2)长途电话网电路建设原则

(1)北京至省中心局均有直达电路。

(2)同一大区内的各省中心局彼此相连。

(3)任何两个交换中心之间,只要长途电话业务量大,地理环境合适,又有经济效益,都可以建立直达电路。

3)长途电话网路由选择原则

(1)路由种类。长途电话网路由种类有:直达路由、迂回路由和基干路由。直达路由分为两种:低呼损直达路由和高效直达路由。当高效直达路由忙时,其溢出话务量由迂回路由疏通。所谓迂回路由是指通过其他局迂回的路由,它由部分基干路由和直达路由组成。

(2)路由选择顺序。长途电话网路由选择顺序应符合受话区“自下而上”，发话区“自上而下”,全网“自远而近”的方案。即先选直达路由,次选迂回路由,最后选基干路由。路由选择顺序如图3.23所示。图3.23路由选择顺序

4)长途电话网的发展趋势随着电话网的发展与进步,我国长途电话网将逐渐去除C4、C3、C2级，向长途动态无级网过渡。电话网将演变成由一级长途网和本地网组成的两级网络结构。由于用户接入网的兴起,未来电话网将由三个平面组成,即长途无级电话网平面、本地电话网平面和用户接入网平面,如图3.24所示。

图

3.24未来的电话网结构

2.本地电话网本地电话网是指在同一个长途编号区范围以内,由若干个端局、局间中继线、用户线以及话机所组成的电话网络。

(1)本地电话网的组成：包括市内电话网及其周边郊区、郊县城镇和农村电话网。

(2)本地电话网的结构：

如图3.25所示。

(3)本地电话网的路由选择原则：先选直达路由，当选择两段或以上路由时,先选汇接次数少的路由,后选汇接次数多的路由。

图

3.25本地电话网的结构

3.4.3用户交换机入公网方式用户交换机(PABX)应接入本地电话网相应的端局下面,相当于末端设备。其接入公网的方式(中继方式)有三种:全自动直拨入网方式(DOD1＋DID)、半自动直拨入网方式(DOD2＋BID)、混合入网方式。

1.全自动直拨入网方式(DOD1＋DID)全自动直拨入网方式如图3.26所示。

图

3.26全自动直拨入网方式

全自动直拨入网方式的特点如下:

(1)用户交换机的出/入中继线接至公用交换机的入/出中继线。

(2)用户交换机的用户出局呼叫时直接拨公网用户号码,且只听本用户交换机送的一次拨号音。公网用户入局呼叫时直接拨分机号码。

(3)在该方式中,用户交换机的分机号码占用市话号码资源,费用较高。

(4)公用网对分机用户直接计费。

2.半自动入网方式(DOD2＋BID)

半自动入网方式如图3.27所示。

图

3.27半自动入网方式

半自动入网方式特点如下:

(1)用户交换机的出/入中继线均接至公用交换机的用户级。

(2)用户交换机的每一条中继线对应公网一个号码(相当于一条用户线)。

(3)用户交换机设置话务台。分机用户出局呼叫时可以直接拨号,但要听两次拨号音。公网用户入局呼叫时由话务台应答,话务员再拨分机号码，叫出被叫。

(4)在该方式中,用户交换机的分机号码不占用市话号码资源,费用较低。

(5)由于不能向公用网送主叫分机号码,故不能对主叫计费。

3.混合入网方式(DOD＋DID＋BID)

图

3.28混合入网方式

3.4.4电话网的编号原则

1)国内长途直拨用户号码的组成国内长途直拨用户号码按以下序列组成:长途字冠＋长途区号＋被叫号码。

(1)长途字冠：我国长途全自动接续字冠为“０”。

(2)长途区号：我国长途区号按不等位原则编制,以防号码过长。CCITT对国际电话号码长度做了限定。

(3)被叫号码：

被叫用户在本地网中的编号,统一采用等位编号。

2)本地网用户号码的组成本地网自动直拨用户号码按“局号＋用户号码”的方式组成。3)特种业务编号特种业务号码按三位编号,首位是1。

4)国际长途直拨号码的组成

(1)国际长途字冠：它是呼叫国际电话的标志,由国内长话局识别后把呼叫接入国际电话网。国际长途冠号由各国自行规定,例如,我国规定为“00”,而比利时规定为“91”。

(2)国家号码：它的长度规定为1～3位。我国为86,长度2位。

5)国内长途区号编制原则

(1)北京:长途区号

(2)大区中心:长途区号长两位,第一位为2;第二位在1～9中取数。

(3)省中心:长途区号长三位,第一位在3~9中取数;第二位取奇数;第三位在1~0中取数。

(4)地、市中心:同省中心。

(5)县中心:长途区号长四位,第一位在3~9中取数;第二位取偶数;第三位在1~0中取数;第四位在1~0中取数。

3.5电

话

网

接

口3.5.1电话网接口种类电话网的接口电路分为用户接口电路和中继接口电路。用户接口电路是用户线与交换网络之间的接口电路。根据用户终端是模拟设备还是数字设备,用户接口电路分为模拟用户接口电路和数字用户接口电路。中继接口是电话网中局间中继线的接口设备,通过它完成与其他交换设备的连接,从而组成整个电话通信网。按照连接的中继线的类型,可分为模拟中继接口电路和数字中继接口电路。

3.5.2接口电路的功能

1.模拟用户接口电路功能模拟用户接口功能用英文缩写字母可归纳为BORSCHT七项。模拟用户接口电路功能如图3.29所示。

图

3.29模拟用户接口电路功能

(1)馈电(BatteryFeeding):向主、被叫用户提供通话的直流电压为-48V,电流为20mA或30mA。

(2)过压保护(OvervoltageProtection):防止因用户线遭雷击、碰高压而损坏交换机设备。其原理是通过正温度系数热敏电阻(PTC)和氧化锌压敏器件以及半导体器件组成过压防护。也可通过二极管钳位电桥使用户内线侧电压在地和-48V之间。

(3)振铃控制(RingingControl):向被叫用户发送振铃信号。

(4)监视(Supervision):监视主、被叫用户摘/挂机状态。

(5)编码和译码(CODEC&Filters):完成用户线的模拟信号与交换机的数字信号的转换。

(6)混合电路(HybridCircuit):完成用户线的二线与交换机的四线转换。

(7)测试(Test):通过对用户线的内、

外线测试,发现是否有断线、

碰线等故障。

模拟用户接口具体有以下种类:

(1)Z1接口:该接口用来连接单个用户的用户线。

(2)Z2、

Z3接口:用来连接模拟远端集线器和PABX。

2.数字用户接口电路

数字用户接口电路接口把数字交换机的64kb/s信道延伸到用户端,向用户提供端对端的数字连接,支持2B+D(B:业务通路;D:信令通路)信道传输,即为话音和非话业务各提供一个64kb/s的基本业务通路,还提供一个16kb/s信令通路。数字用户接口具体有以下几种:

(1)V1接口:该接口的一般速率为64kb/s,可连接2B+D或30B+D的ISDN终端或其他数字终端。

(2)V2接口:该接口是连接数字远端模块(远端集线器)的接口。

(3)V3接口:该接口是连接数字PABX的30B+D接口。

(4)V4接口:该接口可接多个2B+D的终端,支持ISDN接入。

(5)V5接口:该接口支持n×E1(数据速率:2.048Mb/s)的接入网。对于V5.1接口:n=1;对于V5.2接口，

1≤n≤16。

3.模拟中继接口电路

模拟中继接口是数字交换系统为适应局间模拟环境而设置的终端接口,用来连接模拟中继线。其基本功能归纳为OSCHT以及忙闲指示。模拟中继接口电路功能如图3.30所示。

图

3.30模拟中继接口电路功能

模拟中继接口电路与模拟用户电路比较没有了B(馈电)和R(振铃),增加了忙闲指示。此外对用户线状态的监视变为对中继线信号的监视。模拟中继接口具体有以下种类:

(1)C1接口:4线音频接口。

(2)C2接口:2线音频接口。

(3)C11接口:通过通路转换设备接入FDM的载波设备。

(4)C12接口:通过中继器接入4线模拟实线电路。

(5)C21接口:数字转接局的2线模拟接口。

(6)C22接口:数字本地局的2线模拟接口。

4.数字中继接口电路数字中继接口电路是电话网局间PCM数字传输系统的接口电路,可适配一次群或高次群。数字中继接口电路主要完成以下功能:

(1)码型变换和反变换:HDB3与NRZ的变换。

(2)时钟提取:从入中继线上提取对端交换机送来的主时钟(主工作频率),使本端交换机与对端交换机受同一时钟源控制,收、发码率一致。

(3)帧同步:把每帧的头和尾识别出来。具体实现是利用一个比较器,判别A是否等于B,由此捕捉帧同步字。

A:发送端帧同步字样本为0011011(TS0)。

B:接收端帧同步字样本为0011011(TS0)。

图

3.31数字中继接口电路功能

(4)帧定位:如果连续三次每隔125μs收到同步字,则系统进入同步状态(判断三次的原因是避免偶然的误码造成假同步)。

(5)帧定位信号、复帧定位信号插入和提取:发送端将帧/复帧定位信号样本0011011、0000分别插入到TS0和F0TS16中,由接收端将此定位信号提取出来,从而掌握对端局的帧/复帧结构。

(6)失步告警:如果连续三个同步帧(偶帧)未收到帧同步码,就认为系统失步。失步告警信号是在奇帧的TS0由收端局送往对端局(此时奇帧TS0的第三比特为1)。

数字中继接口具体有以下种类:①A接口:速率为2048kb/s的接口,其帧结构和传输特性符合32路PCM要求。②B接口:PCM二次群接口,其接口速率为8448kb/s。四个二次群B接口合群以后可以接三次群的PCM,其速率为34.368Mb/s。

3.6电

话

网

信

令

3.6.1电话网信令的种类下同介绍电话网信令的种类。1)按信令的功能分按信令的功能分为监视信令、地址信令、维护管理信令。2)按信令作用的区域分按信令作用的区域分为用户线信令、局间信令。3)按信令传输的方向分按信令传输的方向分为前向信令、后向信令。

4)按信令的信号形式分按信令的信号形式分为直流信号信令、交流信号信令、数字信号信令。

5)按信令通路与话音通路的关系分按信令通路与话音通路的关系分为随路信令(CAS)、公共信道信令(CCS)。

3.6.2用户线信令用户线信令是指用户话机与交换机之间传输的信令。用户线信令可分为以下三类。

(1)用户状态信号：即用户监视信号,是指通过用户环路通断表示的主叫用户摘机(呼出占用)、主叫用户挂机(正向拆线)及被叫用户摘机(应答)、被叫用户挂机(后向拆线)等信号。

(2)被叫地址信号：即被叫号码。主叫用户通过号盘或按键发出脉冲号码或双音频号码给交换局,供接通被叫用户。

(3)铃流和信号音：由交换局向用户发送的可闻信号。铃流源为25Hz正弦波,采用5s断续(即1s续、4s断)。信号音为450Hz正弦波,其中拨号音是连续信号;忙音为0.7s断续(即0.35s续、0.35s断);

回铃音为5s断续(即1s续、

4s断)。

各种信号音含义及结构如表3.2所示。

表3.2各种信号音含义及结构

表3.2各种信号音含义及结构

3.6.3局间信令局间信令是指交换机与交换机之间传输的信令。局间信令分为随路信令和公共信道信令。

1)随路信令将话路所需要的各种控制信号(如占用、拨号、振铃、应答、拆线等)由该话路本身或与之有固定联系的一条信令通路(信道)来传输的方式。目前,我国采用的局间随路信令叫“中国1号”信令。

2)公共信道信令将话路所需要的各种控制信号由一条与话路分开的高速数据链路来传输的方式。目前，国际标准化公共信道信令系统是“CCITT7号”信令或表示为No.7信令。关于No.7信令的内容将在8.1节中讲述。上述用户线信令与局间信令举例如图3.32所示。

图

3.32用户线信令与局间信令举例

3.6.4中国1号信令中国1号信令包括线路信号和记发器信号两部分。线路信号由线路设备发送与接收,记发器信号由记发器设备发送与接收。

如图3.33所示。

图

3.33线路信号与记发器信号的发送设备

1.线路信号线路信号在线路设备(中继器)之间传输。表明中继线的使用状态。信号内容包括中继线示闲、占用、应答、拆线等。

1)中国1号线路信号的信号形式中国1号线路信号的信号形式有:

(1)直流线路信号。

(2)交流线路信号(带内单频2600Hz脉冲信号)。

(3)数字型线路信号。

2)中国1号线路信号的传输方式信令经过一个或几个中间局转接时,其传递方式通常有两种:端到端传输方式和逐段传输方式(逐段传输、

校正后转发)。

我国线路信令采用逐段传输方式。

2.记发器信号记发器信号主要包括选择路由所需的地址信号(即被叫号码)。

1)记发器信号的结构记发器信号分前向信令和后向信令。前向信令采用“六中取二”频率编码方式,最多可组成15种不同含义的信号;后向信令采用“四中取二”频率编码方式,最多可组成六种不同含义的信号。

2)记发器信号的传输方式每传输一个记发器信号时,前向信令和后向信令配合且采用“四拍”互控传输方式,故称记发器信号为多频互控(MFC)信号。四个节拍的含义分别如下:

(1)第一拍:去话记发器发送前向信号。

(2)第二拍:来话记发器接收和识别前向信号后,发后向信号。

(3)第三拍:去话记发器接收和识别后向信号后,停发前向信号。

(4)第四拍:来话记发器识别前向信号停发以后，

停发后向信号。

3.随路信令的缺陷

(1)信号传输速度较慢,因此“拨号后等待时间”一般较长。这对电话通信来说,大多数还是可以容许的,但对于程控交换机来说就要影响某些新业务的应用。

(2)信息容量有限。

(3)传递与呼叫无关的信号信息能力有限,有些系统在通话期间不能传输信号。

(4)各种信令系统都是为特定应用条件而设计的,这就可能使得在同一网络中形成各种不同系统,造成经济上和管理上的困难。

(5)由于大多数系统都是按照每话路配备信号设备的,所以比较昂贵。

3.7电话网的服务质量及运行、管理与维护(OAM)3.7.1电话网的服务质量

1.传输质量传输质量表示在给定的条件下,信号经网络设备传输到接收端时再现其原有信号的程度。通话质量又分为送话质量、传输质量和受话质量。送话质量与发话人的语言种类、发话声级、送话器位置和送话器效率有关。受话质量与受话人听力、环境噪音、受话器灵敏度有关。而传输质量直接与传输系统的各项电气参数有关。因此,在一般情况下,可以用传输质量来衡量通话质量。传输质量的好坏,主要体现在响度、清晰度和逼真度。

(1)响度:它反映通话的音量。

(2)清晰度：它反映通话的可懂度,是指受话人收听一串无连贯意义的音节时,能正确听懂的百分数。

(3)逼真度：

它反映音色特性的不失真程度。

2.接续质量接续质量用服务等级来规定。服务等级的定义是:用户因遭受损失对接续质量感到不方便、不满意的服务标准。不方便、不满意的含义与交换系统如何处理遭受损失呼叫的方式有关,在明显损失制交换系统中呼叫遭受损失后,立即向主叫用户送忙音,而在等待制交换系统中主叫用户可等待一段时间,一旦有空闲线群时中继线即可接通。因此,服务等级包括两方面内容:呼损率和接续时延。

1)呼损率用户发起呼叫时,如果在交换网络或中继电路中因不能占用一条空闲出线,从而不能建立接续,这种状态称为呼叫损失,简称呼损或呼损率。呼损有两种计算方法,一种是按呼叫次数计算的呼损,另一种是按时间计算的呼损。按呼叫次数计算的呼损表示当用户发生呼叫时,交换网络的所有出线全部被占用,而使呼叫失败的概率。

它等于呼叫损失次数占总呼叫次数的比,用公式表示为

按时间计算的呼损表示交换网络在一段时间间隔内出线全部被阻塞的概率,它等于交换网络的出线全部被占用的时间占总统计时间的比,用公式表示为

2)接续时延接续时延是指完成一次接续过程中交换设备进行接续和传递相关信号所引起的时间延迟。对用户来说,他们最关心的两项时延指标是拨号前时延和拨号后时延。拨号前时延也称听拨号音时延,它是指从用户摘机到听到拨号音的这段时间,产生这段时延的原因在于等待公共控制设备时间和选线时间等因素。拨号后时延是指用户拨完最末一位号码至听到回铃音或忙音的这段时间,产生这段时延是由于接续时间、信令传递时间和等待公共控制设备时间等因素造成的。

CCITT的建议中对这两项时延规定的指标为:拨号前时延应不大于0.4s,在额定负荷情况下超过0.6s的概率应小于0.05,在高负荷情况下超过1s的概率应小于0.05;拨号后时延应不大于0.65s,在额定负荷情况下超过0.9s的概率应小于0.05,在高负荷情况下超过1.6s的概率应小于0.05。

表3.3拨号前的时延要求

3.稳定质量

稳定质量是指当传输、交换等设备发生故障和话务异常时可以维持正常业务的程度。从用户的角度看,希望网络稳定质量越高越好,但提高稳定质量必然增加网络成本,因此在规定指标时,要综合考虑技术上和经济上的因素。全网稳定质量分为用户系统稳定质量和接续系统稳定质量两大部分。用户系统包括用户终端和用户线路,其稳定质量表示用户终端和用户线路由于故障而不能进行发送和接收的程度。接续系统是指从发端局至收端局间的交换设备