第3章 数字程控交换机的硬件系统

13数字程控交换机的硬件系统3.1交换机硬件的基本结构3.2数字交换原理3.3数字交换网络3.4交换机的终端与接口3.5控制系统的基本结构23.1交换机硬件的基本结构程控交换机是电话交换网的核心设备，其主要功能是完成用户之间的接续交换机集成了通信技术、计算机技术、大规模集成电路技术等包括软件系统和硬件系统两大部分硬件部分包括话路部分和控制部分根据控制方式的不同，硬件结构分为:(1)分级控制方式；(2)全分散控制方式；(3)基于容量分担的分散控制方式；33.1交换机硬件的基本结构(1)分级控制方式用户模块远端用户模块数字中继器模拟中继器数字交换网络信令设备控制系统交换机硬件45(2)全分散控制方式数字交换网DSN与DSN相连的模块(CE+TC)交换机硬件不同的模块，控制单元部分的硬件实现相同，但终端电路部分不同。由于交换局的类型和容量不同，交换机所配置模块的种类和数量也不同。6S1240交换机的基本结构7DSN采用专用的集成电路芯片DSE组成。每个交换单元DSE就是一块印刷电路板，一个DSE有16个交换端口，端口编号为0-15，每个交换端口都为双交换端口，包括一个接收端口Rx，一个发送端口Tx，16个交换端口集成在一块大规模集成电路芯片上。每个DSE可以完成任一接收端口上接收信道至任一发送端口上发送信道的信息交换。由于每个PCM链路上有32个时隙，所以DSE相当于是一个512×512的全利用度接线器。8DSE的结构9S1240交换机的主要模块：（1）模拟用户模块（ASM）（2）数字中继模块（DTM）（3）ISDN用户模块（ISM）（4）ISDN中继模块（ITM）（5）服务电路模块（SCM）（6）ISDN远端用户单元接口模块（IRIM）（7）高性能公共信道信令模块（HCCM）（8）外设与装载模块（P&L）（9）时钟与信号音模块（CTM）（10）辅助控制单元模块（ACE）10(3)基于容量分担的分散控制方式交换模块SM管理模块AM交换机硬件每个交换系统可有多个交换模块SM。通信模块CM11基于容量分担的分散控制方式交换机的基本结构121．交换模块交换模块（SM）主要完成交换和控制功能，并提供用户线和局间中继线的接口电路。2．通信模块通信模块（CM）的主要功能是完成管理模块（AM）与交换模块（SM）之间、各交换模块之间的连接与通信，它还完成管理模块（AM）与交换模块（SM）之间的呼叫处理和管理信息的传送，同时完成各交换模块之间的功能话音时隙交换。3．管理模块管理模块（AM）用来完成呼叫处理的支援功能（包括系统范围内的维护访问、诊断、控制和调度、软件恢复和初始化、故障检测和恢复等，这些都是集中控制的），同时完成管理功能，提供访问软件的外接数据链路和磁盘存储器。13C&C08程控交换机的结构143.2数字交换原理1语音数字化2时分多路通信3数字交换153.2.1语音信号的数字化语音信号是模拟信号，为使模拟的语音信号数字化，一般采用脉码调制的方法，即PCM(PulseCodeModulation)。模拟语音信号变为PCM信号，要经过取样、量化、编码三个过程。PCM信号经过通信信道传送到接收端，经过解码、重建两个过程恢复为模拟语音信号。取样量化编码信道解码低通PCM信号PCM信号A/D变换D/A变换发送端接收端语音信号语音信号16（1）抽样：根据抽样定理，当抽样脉冲的频率f≥2fMax时，所产生的PAM信号可以完全地反映出原模拟信号。由于语音信号的频率为：300—3400Hz,则抽样频率为6800Hz以上时，抽样才有意义。目前：PCM通信系统采用的抽样频率为：8000Hz。（2）量化：抽样后的信号，也是连续的，在幅度上离散化抽样信号，就是量化。PCM系统量化采用不均匀量化分组，即将小信号的量化级分得更细些，将大信号的量化分得粗些。（3）编码：编码就是把量化后的抽样点的幅值分别用二进制码表示，编码将量化后的一组有限个幅度的离散值转换成更适于传输的码。常用的码型包括单极性不归零码、单极性归零码、双极性归零码、三阶高密度双极性码(HDB3)码等。在PCM系统中，HDB3码应用得最为广泛。1718压扩法基本原理图19对于语音信号的PCM编码，由于采用频率为8KHz，每个采样值编码为8位二进制码，所以其传输速率为8000/秒×8bit=64kb/s64kbps是数字程控交换机中基本的交换单位。20在PCM的接收端，需把PCM信号恢复为模拟信号，这要经过解码和重建。（4）解码：就是把接收到的PCM编码转变为与发送端一样的PAM信号。（5）重建：在PAM信号中包含原语音信号的频谱，可以采用把PAM信号通过低通滤波器的方法分离所需要的语音信号。经过以上两过程后，就恢复为发送端所需传递的原语音信号。213.2.2时分多路通信（TDMA）多路复用是指多路信号在同一传输线上进行互不干扰的传输，它是提高传输线利用率，降低成本的有效途径。常见的多路复用技术有两种，即频分制(FDM)和时分制(TDM)。在FDM中，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。采用频分制的交换机，一对线上可以同时有若干用户进行通话，每对用户所占用的仅仅是其中的一个频段。而时分制(TDM)是把一个传输通道或信道按时间分割，以传送若干路电话的通信方式。频分制通信又称为载波通信，它是模拟通信的主要手段。时分制通信也称时间分割制通信，它是数字电话多路通信的主要手段。时分复用就是把时间分成均匀的时间间隔，将每一路信号的传输时间分配在不同的时间间隔内，以达到互相分开的目的。每路所有的时间间隙称为时隙(TS)。22频分复用和时分复用方式23如果复用路数为n，则每一路所占用的时隙如图所示，每路抽样值经过量化编码后的8位码占用一个时隙。每传送n个时隙的时间称为1帧。第n路的信息码12n121帧(周期为T)1时隙11个样值量化编码为8位1010011在30/32路PCM系统中，32路复用即在125µs范围内要有32个时隙，因此，每一个时隙占用125µs/32=3.9µs，每个时隙传送8位码，1帧共传送256位。对语音信号的抽样频率为：8000Hz，即每秒传送8000帧，因此传送速率：256位/帧×8000帧/秒=2.048Mb/s，即30/32PCM线路码率为：2.048Mb/s。PCM通信是典型的时分复用多路通信系统24两种国际标准：（1）PCM32：线路码率为:2.048Mb/s，E1接口。（2）PCM24：线路码率为:1.544Mb/s，T1接口。25LP1:低通滤波器，将频带限制在3400Hz以内。K1:抽样电子开关，即每路信号每隔周期T抽样一次。K2:分路开关。LP2:低通滤波器把信号恢复为语音信号。K1和K2的起始位置和旋转速度必须一致，否则出错，这是PCM系统同步的要求。随着大规模集成电路的发展，每个话路分别采用一片集成电路PCM编码器和解码器。1路2路3路n路量化、编码解码123n信道1路2路3路n路123nLP1LP2抽样分路发端收端PCM通信系统基本原理26PCM30/32路系统时分复用的话路容量一般为30路，而同步或告警码和信令码占2路，共32路。A/D取样量化编码D/A解码低通滤波低通滤波混合电路二线语音信号单片集成电路汇总码型变换32路1230分离1230发送支路接收支路码型反变换再生发收273.2.3数字交换（1）数字交换的基本概念完成任何PCM复用线的任一时隙之间的交换，即将数字交换网络中某条输入复用线上某个时隙的内容交换到指定的输出复用线上的指定时隙。28（2）时分交换—T接线器PCM信号传输时，同一路信号占用一个固定的时隙，时分交换的目的，就是要完成在同一条复用线上的不同时隙之间的交换。即将某一路信号交换到其它任意的时隙去。（3）空分交换—S接线器当交换网络的容量超过一条PCM总线的容量时，就要使用多条PCM总线，空分交换就是要实现不同PCM复用线之间的交换。29（4）T接线器在同一条PCM复用线上的不同时隙间进行交换T接线器由SM、CM以及接口电路构成SM主要用于存储用户的语音信号CM主要存储处理机的控制命令字，命令字用来指示写入和读出的SM地址T接线器30T接线器的基本结构31两种控制方式：输出控制、输入控制32T接线器的存储容量SM容量：由PCM复用线的复用度决定；SM位数：由每一时隙的码位数决定；CM单元数：与SM相等；CM位数：由SM地址数决定。在满足容量的前提下，交换机尽量采用时分交换33（5）S接线器完成不同复用线上同一时隙的内容交换由n×n电子接点矩阵、CM组以及接口电路构成S接线器34S接线器的基本结构35两种控制方式：输出控制、输入控制S接线器一般采用输出控制方式,由此可实现广播发送。36（6）复用和分路、串→并和并→串变换把两路或两路以上的低速数字信号合并成一路高速数字信号的过程称为数字复接复用和分路373.3数字交换网络（1）T接线器可以单独构成数字交换网络；（2）S接线器不能单独构成数字交换网络；（3）常由S和T接线器构成多级数字交换网络；（4）常见的有TSNT、STS、TTT等类型。典型的数字交换网络技术中包括了T接线器、S接线器以及多级交换网络技术。38……交叉矩阵nnT1T2TNT1T2TN输入输出初级T次级TS接线器nn的S接线器数字交换网络需配置n2套T接线器。（1）TST数字交换网络的结构39（2）TST数字交换网络的工作原理40BAABBBBAA…CMC1CMC6CMB6CMA6SMB6SMB1SMA6SMA1HW1A10B26ITS10TS5HW6ITS26TS20HW1’TS5ITS26HW6’TS20ITS100311003150312603120031260315031100311026A10031266103110…………41T接线器集成电路芯片（3）T接线器数字交换网络42T接线器的扩展容量扩展后所需T单元的数量k的值是按照扩展倍数的平方增长的。即k＝2T单元的容量单个扩展的容量k43TTT三级交换网络44T/S交换单元可同时完成时分和空分交换T/S的典型代表是DSEDSE的构成及功能（4）T/S交换单元45DSE的工作原理463.4交换机的终端与接口用户模块中继器信令设备473.4.1用户模块用来连接用户回路，提供用户终端设备的接口电路，完成用户话务的集中和分流以及呼叫处理的低层控制。用户模块的基本结构用户电路--用户线的接口电路，分为两类：模拟用户接口电路、数字用户接口电路4849模拟用户接口电路（BORSCHT功能）（1）馈电（B:Batteryfeeding）：向用户话机提供直流电流。馈电电压为－48V,馈电电流不小于20mA；50模拟用户接口电路（BORSCHT功能）（2）过压保护（O:OvervoltageProtection）：防止过压过流冲击和损坏电路、设备；第一层过压保护：总配线架(MDF)的保安设备(气体放电管)，防雷击和高压第二层过压保护：过压保护电路防止上百伏高压输入a点或b点上电压-E，D3D4导通，二极管箝位-E上；输入a点或b点上电压-E，D3D4截止；a点或b点上电压0，D1D2导通，二极管箝位于0V上。51模拟用户接口电路（BORSCHT功能）（3）振铃控制（R:Ringing）：向用户话机馈送铃流；我国标准75V±15V25HZ的交流电压作为铃流电压。振铃节奏为1S通、4S断，方法：由软件控制振铃继电器动作。52模拟用户接口电路（BORSCHT功能）（4）监视（S:Supervision）：监视用户线的状态，检测话机摘机、挂机与拨号脉冲等信号以送往控制网络和交换网络；用户话机的摘挂机状态和拨号脉冲数字的检测是通过微处理机监视用户线上直流环路电流的通断两种状态来实现的。挂机：环路断开，馈电电流为零。摘机：直流环路接通，馈电电流≥20mA。53模拟用户接口电路（BORSCHT功能）（5）编译码与滤波（C:CODEC）：完成模拟话音与数字码流间的转换INTEL2