程控交换技术概述

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终端终端传输媒介图1.1点对点通信电话通信的起源Nx(N-1)/2用户数电缆数51010451004950100050万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1231234564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用户电路用户电路交换网络出中继入中继存储器CPUI/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用户电路用户电路出中继入中继存储器CPUI/O设备收号器交换网络惠州市用户电路用户电路出中继入中继存储器CPUI/O设备收号器交换网络广州市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发信信源编码器信道编码器传输媒介信道译码器信源译码器收信噪声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，且不直接与消息相对应数字信号的调制低通滤波器抽样器再生中继器编码器量化器接收器低通滤波器译码器再生中继器模拟信号发送端接收端PCM信号模拟信号脉冲编码调制（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）脉冲编码调制（PCM）数字信号的调制低通滤波器抽样器再生中继器编码器量化器接收器低通滤波器译码器再生中继器模拟信号发送端接收端PCM信号模拟信号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）抽样值四舍五入量化值1000.31000100.510110.8115.150.510.200.030脉冲编码调制（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YX1/82/83/84/85/86/87/811641128132116181412112345678斜率：1段：162段：163段：84段：45段：26段：17段：0.58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）D1D2D3D4D5D6D7D8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）02048△1024△512△256△128△64△32△16△各段折线序号12345678各段落长度0~1616~3232~6464~128128~256256~512512~10241024~2048对应的段落编码000001010011100101110111各段内均匀量化级△△2△4△8△16△32△64△512△1024△544△576△608△640△672△704△736△768△800△832△864△896△928△960△992△0△16△1△2△3△4△5△6△7△8△9△10△11△12△13△14△15△各段折线序号12345678各段落长度0~1616~3232~6464~128128~256256~512512~10241024~2048对应的段落编码000001010011100101110111各段内均匀量化级△△2△4△8△16△32△64△△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512△—1024△∵Is=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：635△-608△=27△低通滤波器抽样器再生中继器编码器量化器接收器低通滤波器译码器再生中继器模拟信号发送端接收端PCM信号模拟信号脉冲编码调制（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0100100000100100001110000010原码NRZ码AMI码HDB3码000V-B400V+000V-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dN1aN1AA同步时钟n+1N1nN1DCBADCBAdN1aN1BCDBCD帧结构数据传输举例多路复用技术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，TimeSlot时间片段），125μs的时间长度固定为一个帧一路基带PCM在TDMPCM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）项目CEPT30/32路BELL24路抽样速率/Hz80008000比特数/抽样88时隙/帧3224PCM话路/帧3024输出比特速率（kb/s）20481544PCM帧结构一个单帧中，PCM30/32系统的特征数据如下话音频带：300－3400Hz取帧速率：8000Hz帧周期：125μs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125μs×16＝2ms。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/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16帧,125s×16=2msF0F1501151617303132时隙,256bit,125s,1帧保留给国际用(目前固定为1