程控交换技术概述.ppt

1、程控数字交换技术概述,电话通信的起源,电话交换机的发展与分类,语音信号的数字化基础,目 录,电信网概述,1876年Bell发明了电话，从而开始了点到点的双向会话通信 “沃森先生，请过来！我有事找你！” 最初的电话通信只能完成一部话机与一部话机的固定通信。这种仅涉及两个终端的通信称为点对点通信,图1.1 点对点通信,电话通信的起源,点对点通信存在如下缺点： 1）传输线的数量随终端数的增加而急剧增加,图1.2 多用户全互连式连接,电话通信的起源,电话通信的起源,点对点通信存在如下缺点： 2）每个终端都有N-1条线与其他终端相连接，因而每个终端需要N-1个线路接 3）增加第N+1个终端时，必须增设N

2、条线路 4）当终端间相距较远时，线路信号衰耗大 这些缺点便造成了 交换设备的诞生,电话通信的起源,最早的自动电话交换机在1892年11月3日投入使用 由美国人阿尔蒙.B.史瑞乔提出步进制自动电话交换机,人工交换机 1878 步进制交换机 1892 纵横制交换机 1919 空分模拟程控交换机 1965 时分数字程控交换机1970,程控交换机的发展,人工交换机 1878 步进制交换机 1892 纵横制交换机 1919 空分模拟程控交换机 1965 时分数字程控交换机 1970,空分模拟,自动交换,1,2,3,4,5,6,4,电话交换机的分类,电话交换机的分类: 按交换机的使用对象：局用交换机（用于

3、电信部门）和用户交换机（用于企、事业集团） 按呼叫接续方式：人工接续交换机和自动接续交换机 按所交换的信号特征：模拟信号交换机和数字信号交换机 按接线器的工作方式：空分交换机（接线器采用空间开关方式）和时分交换机（接线器采用时间开关方式） 按控制器电路的结构：集中控制、分级控制和全分散控制,电话交换机的组成,交换网络,存储器 CPU I/O设备,收号器,小王,小李,电源 时钟,电话交换机的组成,小王,小王 的舅舅,程控数字交换机的基本原理,程控交换机的基本原理是一种电路交换原理，主要包括以下三个通信阶段： 电路的建立阶段。通过呼叫信令完成逐个节点的接续，建立起一条端到端的通信电路 通信阶段。在

4、已建立的端到端的直通电路上，透明地传送和交换数字化的话音信号信息 电路的拆除阶段。结束一次通信时，拆除电路连接，释放节点和信道资源,程控数字交换机的基本原理,电路的建立阶段 信令/消息 主叫：摘机-听拨号音-拨号-听回铃音 被叫： 振铃-应答 通信阶段 语音信号 电路的拆除阶段 信令/消息 主叫：前向拆线 被叫：后向拆线 另一方听 催挂音,电话通信的起源,电话交换机的发展与分类,语音信号的数字化基础,目 录,电信网概述及发展,模拟信号的数字化处理,模拟信号： 数值上连续变化的信号，某一种参量可以取无限多个数值，且直接与消息相对应,数字信号： 离散信号，由许多脉冲组成，某一参量只能取有限个数值，

5、且不直接与消息相对应,数字信号的调制,脉冲编码调制（PCM）的模型,脉冲编码调制（PCM）,1.抽样 目的：使模拟信号在时间上离散化 原理：通过抽样脉冲按一定周期去控制抽样器的开关电路，取出模拟信号的瞬时电压值，从而将连续的原始话音信号变成间隔相等但幅度不等的离散电压值,1.抽样 所抽取的每个幅度值为样值，可以看做是按幅度调制的脉冲信号，称为脉冲幅度（PAM）信号 话音信号频率范围为300-3400Hz。为了使抽样信号不失真地还原为原始信号，抽样频率应大于话音信号的最高频率的两倍，实际中取8000Hz，则抽样周期为1/8000,即125us,脉冲编码调制（PCM）,脉冲幅度信号 （PAM）,脉

6、冲编码调制（PCM）,数字信号的调制,2.量化 目的：将抽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 原理：用有限个电平表示模拟信号的样值 量化方法有： 舍去法（将小于1V的尾数舍去） 补足法（将小于1V的尾数补足为1V） 四舍五入法（将每个抽样后的幅值用一个邻近的“整数”值来近似 ）,脉冲编码调制（PCM）,量化误差：量化值与信号值之间的差异。把无限多种幅值量化成有限的值必然会产生误差 量化误差是数字通信中的主要噪声来源之一 减少信号的量化噪声有以下两种方法： 增加量化级数 采用非均匀量化的方法,脉冲编码调制（PCM）,四舍五入量化方法的示意图,脉冲编码调制（PCM）,脉冲编码

7、调制（PCM）,非均匀量化法的原理：非均匀量化是一种在信号动态范围内，量化分级不均匀、量化阶距不相等的量化 在均匀量化时，由于量化分级间隔是均匀的，对大信号和小信号量化阶距相同，因而小信号时的相对误差大，大信号的相对误差小,脉冲编码调制（PCM）,非均匀量化就是非线性量化，其压、扩特性采用的是近似于对数函数的特性。CCITT建议采用的压缩率有两种，分别叫做A律和u律 A律的压缩系数（A）为87.6，用13折线来近似。欧洲各国、中国的PCM设备采用这种压缩律。U律的压缩系数（u）为255，用15折线来近似。北美各国的PCM设备采用这种压缩律,脉冲编码调制（PCM）,A律压缩采用的是十三折线法,斜

8、率： 1段：16 2段：16 3段：8 4段：4 5段：2 6段：1 7段：0.5 8段：0.25,脉冲编码调制（PCM）,A律压缩法的各折线段的斜率,脉冲编码调制（PCM）,极性码： 1：正 0：负,段落码,段内码,幅度码,样值,PCM信号,脉冲编码调制（PCM）,表示最小量化间隔1/2048，称为1个量化单位,已知抽样值为+635单位，试求编码器输出的8位码组,并计算量化误差。 信号为“+”故C7=1 又第七段为5121024Is=635在第七段 故段落码为110 而段内码为 635-512=123 即 C7+C1=64+32=96 段内码为 0011 编码输出：11100011 量化误差

9、：635-608=27,脉冲编码调制（PCM）的模型,脉冲编码调制（PCM）,经过编码后的信号即为PCM信号 PCM信号在信道中是以每路一个抽样值为单位传输的，因此单路PCM信号的传输速率为8*8000=64kb/s 我们将速率为64kb/s的PCM信号称为基带信号 PCM常用码型有 单极性不归零（NRZ）码 双极性归零（AMI）码 三阶高密度双极性（HDB3）码等,脉冲编码调制（PCM）,单极性不归零码 NRZ码具有如下特点： 信号“1”表示有脉冲，信号“0”表示无脉冲 信号中有直流分量（即平均分量），直流信号衰耗大，不利于远距离传输 占用频带宽,脉冲编码调制（PCM）,双极性归零码 AMI

10、码具有如下特点： “1”的极性交替变换，因此不存在直流分量 与NRZ码相比，宽度压缩了一半，可有效利用信道 有多个连续“0”出现，这样会使中继器长时间收不到信号而误认为是空号，进而影响定时提取时钟提取频率的工作,脉冲编码调制（PCM）,三阶高密度双极性码 HDB3码具有如下特点：一组信码中，连“0”数限制在三个以下，当出现第四个连“0”时，就自动加入一个“1”取代第四个“0”，从而解决了过多连续“0”的出现。被加入的这个“1”是认为加入的，称为破坏点 HDB3码适合远距离传输，常用于长途线路通信,多路复用技术,多路复用技术的出现提高了硬件资源的利用率，降低了通信网中硬件资源的成本 目前，有线通

11、信中的多路复用技术主要有 频分复用 时分复用,频分复用 频分复用（FDM）是指把传输信道的总带宽划分成若干个子频段，分为信道1、信道2、信道n。每个子频段可作为一个独立的传输信道使用，每对用户所占用的仅仅是其中的一个子频段,多路复用技术,时分复用 时分制是将信道的传输时间划分成若干个时隙，每个被传输的信号独立占用其中的一个时隙，各路信号轮流在自己的时隙内完成传输，分为信道1、信道2、信道n,多路复用技术,频分制按频率划分信道，而时分制按时间划分信道的；频分制同一时间传送多路信息，而时分制同一时间只传送一路信息，频分制的多路信息是并行传输的，而时分制的多路信息时串行传输的，实际应用中频分制多用于

12、模拟通信，而时分制多用于数字通信 目前，程控数字交换机采用的多路复用技术为时分复用（TDM）,多路复用技术,时分多路复用是利用一个高速开关电路（抽样器）来实现的。高速开关电路使各路信号在时间上按一定顺序轮流接通，以保证任一瞬间最多只有一路信号接在公共信道上,d N1,a N1,多路复用技术,每路信号经PCM调制后，都是以8bit抽样值为一个信号单元传送的 每个8bit所占据的时间为1个“时隙”（TS，Time Slot时间片段），125s的时间长度固定为一个帧 一路基带PCM在TDM PCM中每帧占有1个时隙,多路复用技术,PCM帧结构,目前国际上有两种PCM体制：一种是贝尔（BELL）公司提

13、出，主要在北美各国和日本采用的24路PCM（n=24）；另一种是欧洲邮电管理协会（CEPT）提出，主要在欧洲各国和中国等国家采用的30/32路PCM（ n=32 ）,PCM帧结构,一个单帧中，PCM 30/32系统的特征数据如下 话音频带：3003400Hz 取帧速率：8000Hz 帧周期：125s 每样值编码比特：8bit 每话路速率：64kbit/s 每帧时隙数：32 每帧比特数：256,每秒传送8000帧，每帧32个时隙，每个时隙8比特串行码，16帧构成一个复帧，其时间长度为125s162ms。传送码率为8比特/时隙32时隙/帧8000帧/秒2048kb/s，而每一路信号的速率为64kb

14、/s 通常将TS0作为帧同步时隙，TS16作为信令时隙。30个话路只有8bit的信令信息，这显然是不够的。为此采用复帧结构，即由16个单帧组成一个复帧。这样安排就可以保证在2ms时间内为每个话路分配到4个信息bit，即信令速率为2kb/s，这就是30/32PCM复帧结构中随路信令的信息速率,PCM帧结构,PCM基群帧结构(30/32),PCM帧结构,电话通信的起源,电话交换机的发展与分类,语音信号的数字化基础,目 录,电信网概述及发展,电信网概述与发展,电信网组成 电信网分类 通信网交换技术 通信网发展,1. 电信网组成,从逻辑上 电信网是由节点（Node）、链路（Link）和端点（End）以

15、及信令（协议）组成的 从物理上 完善的电信网则是由交换网、传输承载网和终端设备以及支撑系统组成的,举例：两个电话用户或两个计算机用户互相通信需要经过的设备。（终端可以是电话、计算机等） 终端 传输 交换 传输 终端,1. 电信网组成,1. 电信网组成,基本的电信网由终端、传输和交换三类设备组成 终端设备：终端设备的主要功能是把待传送的信息和在信道上传送的信号进行互相转换,数据通信终端,电话业务的终端,1. 电信网组成,传输设备：传输设备是传输媒介的总称，它是电信网中的连接设备，是信息和信号的传输通路,卫星系统,数字微波系统,1. 电信网组成,交换设备：如果说传输设备是电信网络的神经系统，那么交

16、换系统就是各个神经的中枢，它为信源和信宿之间架设通信的桥梁。其基本功能是根据地址信息进行网内链路的连接，以使电信网中的所有终端能建立信号通路，实现任意通信双方的信号交换,由此可见，交换机在通信网中起着非常重要的作用，它就像公路中的立交桥，可以使路上的车辆(信息)安全、快捷地通往任何一个道口(交换机输出端口),1.电信网组成,2.电信网分类,电信网的结构在数学上可用拓扑学来描述其特性，这里我们用简单的连线和节点来表示 典型的电信网结构有网状网、星型网、树形网、环形网和总线网,2.电信网分类,电信网络框架结构：基础网、支撑网和业务网,2.电信网分类,2.电信网分类,面向连接和无连接： 面向连接是指

17、两个用户之间的通信信息沿着预先建立的通路传输；面向无连接是指依靠路由来完成选路工作 物理连接和逻辑连接： 物理连接是建立专用的物理链路；逻辑连接不独占线路，是在一条物理链路上建立多条虚电路,2.电信网分类,同步时分交换和异步时分交换 同步时分交换是指每个连接属于不同的呼叫，它们在信道中各自占用不同的时间，但属于同一呼叫的连接位置是固定的，交换时按照时间位置来区分每个连接 异步时分交换是指每个连接所占用的时间、位置都不固定，属于某个呼叫的连接时根据该连接所需的带宽大小来灵活分配的,2.电信网分类,交换系统的功能最终可归纳为两种不同的描述：一种功能是在网络的入端和出端之间建立连接，即交换系统好比一

18、堆开关，当需要时把一个入端和一个出端连接起来 另一种功能是交换系统好比一个信息转运站，它把网络入端的信息根据需要分发到网络不同的出现上 经历了电路交换 报文交换 分组交换,电路交换 特点 电路交换是面向物理连接的交换。在发送消息前，必须建立起点到点的物理通路 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，即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 电路交换的通信过程分为三个阶段： 电路建立 消息传输 电路拆除,3 .通信网交换技术,用户线,交换机,交换机,交换机,交换机,用户线,中继线,中继线,A,B,C,D,电路交换,3 .通信网交换技术,工

19、作原理：电路交换技术即为已对需要进行通信的装置之间提供一条临时的专用传输通道,3 .通信网交换技术,电路交换空分电路交换,电路交换时分电路交换,3 .通信网交换技术,报文交换 报文交换的定义 信息以报文（逻辑上完整的信息段）为单位进行存储转发的方式叫报文交换 报文交换的通信过程 接收和存储报文（给报文加上报头符号和报尾符号） 将报文送到输出队列上排队输出线空闲时发送报文 例如，A用户向B用户发送信息，A用户不需要叫通B用户之间的电路，而只需要与交换机接通，由交换机暂时把A用户要发送的报文接收并存储起来，交换机根据报文中提供的B用户的地址在交换网中确定路由，并将报文送到下一个交换机，最后送到终端用户B,3 .通信网交换技术,工作原理：报文交换技术不需要事先建立物理线路，它将发送的数据作为一个整体发给中间交换设备。中间交换设备先将数据存储起来，然后选择一条合适的空闲线路将数据转发给下一个交换设备，如此循