电话交换原理

电话交换原理2第三章电话交换原理第一节电话交换概述张运旺编辑2012年2月11日13:20:42我国公用电话交换网（PSTN）是我国发展最早的电信网，主要为用户提供电话业务。就目前来看，PSTN仍然是规模最大、业务量最高的电信业务网。一、交换系统在电话网中的作用电信交换的基本含义是在公用网大量的终端用户之间，按所需目的地相互传递信息，也就是说，任何一个主叫用户的信息，可以通过电信网中的交换节点发送到所需的任何一个或多个被叫用户。电话交换是电信交换中最基本的一种交换方式。自从贝尔发明电话以来。就产生了在一群人之间相互通话的要求。这意味着其中任意两个用户在需要时都可以进行通话。在用户数很少时，可以采用个个相连的方法（见图3－1）再加上相应的开关控制。显然，当用户较多时这种个个相连的方法，是很不经济的，甚至根本就无法实现。于是引入了交换节点（其核心设备是交换系统），所有的用户线都连到交换系统，由交换系统控制任意用户之间的接续，（见图3－2）。图3－l用户个个相连图3-2交换节点的引入因此，交换系统应具有下述的三个功能：l、为两个用户通过话音信号进行会话临时提供一条双向传输的媒介，其通频带应3在300－3400HZ之间。2、提供并传输用户线和网内各种信号。这些信号包括摘挂机信号、电话号码以及为呼叫的建立、监视和释放所必须的控制信号。这些控制信号要在网络内的相关节点予以执行。3、为了提高电话网络的运行和管理效率，网内还需要互相和处理一些命令和信息（如话务餐测量、计费、设备故障检测、故障诊断、故障应急处理和故障排除后的重新运行组织等）。由此可见，交换系统实际上是电话网络的指挥执行中心。二、电话网的技术结构在电话网中，要在两部川户话机问建立双向语音传输路由所需的设备是相当多的，电话网的技术结构就反映了所需要的设备和它们之间的相互连接关系（见图3-3），它可以分为下述三部分：1、用户环路：它是用户话机和交换机之间的连接部分，也叫配线网络。2、交换部分：它是电话网的“智能”部分。有了它，每一个主叫用户才能与被叫用户连接起来。如果主被叫双方在同一交换局内，交换机可以通过用户环路把它们直接连接起来。如果主被叫双方不在同一电话局内，则交换机可以通过交换局之间的连接线路（通常叫中继线路），使主叫用户的交换局和被叫用户的交换局连接后，再将主被叫用户间接连接在一起。3、局间传输设备：这是各交换局之间的电话网部分。它既包括了发送和接收设备，包括了各种多路传输媒体。4图3－3电话网的技术结构第二节程控数字交换机程控数字交换系统是由硬件和软件两大部分组成的。一、硬件程控数字交换系统的硬件可以分为三个系统：话路系统、控制系统和输入输出系统。（见图3－4）。图3－4程控数字交换机的基本组成话路系统是指与话音接续有关的设备，它又包括用户级、远端用户级、各种中继接口、信号部件和选组级，其中选组级为交换系统的核心设备。控制系统的功能包括两个方面：一方面是对呼叫进行处理，另一方面对整个交换系统的运行进行管理、监测和维护。控制系统的硬件由两部分构成：一个是处理机（CPU），另一个是存储器。其中处理机是控制系统的核心。输入输l出系统一般包括打字机、显示器、打印机、以及磁盘和磁带机等外存储器。5打字机是用来输入维护、测试、运转管理等方面的人机命令、显示器和打印机是交换机的输出设备。外存储器中存放了交换机的全部程序和数据。二、软件程控交换机的软件是用来实现交换机的各种控制，是交换机必不可少的一个重要组成部分。软件又分成程序和数据两大部分。第三节数字交换原理一、时隙交换的基本概念图3-5时隙交换示意图现在用图3—5来说明时隙交换概念。设有n套PCM系统进入数字交换网络，任一套PCM系统的任一个话路时隙的8比特编码信息，通过交换网络交换到其它PCM系统或本系统的任一时隙中去。图3．5中表示了第一套PCM中的第2时隙与第n套PCM的第3时隙、第二套PCM中的第3时隙与第一套PCM的第22时隙、第n套PCM的第21时隙与第2时隙之间实现交换。数字交换网络的功能是完成时隙交换，在具体实现时应具备以下两种基本功能：1、在一条复用线上进行时隙交换功能。2、在复用线之间进行同一时隙的交换功能。二、复用器和分路器前面简述进入数字交换网络的是一次群PCM系统，仅有32个时隙，实际应用上价值不大。一般，进入数字交换网络至少由4组一次群PCM构成的时分复用线来传输才有实用价值。那么怎样才能使用若干个一次群PCM合并起来，在一条（或一组）母线6上传送呢?这需要采用多路复用技术。同样，从数字交换网络输出后，最终还是要还原成一次群PCM，这需要分路技术。进入数字交换网络的时分复用线的复用度，也就是时隙数，各交换系统并不相同。一般来说，在技术经济条件允许的情况下，尽量增加复用度，可以扩大容量。30/32系统的PCM一次群，每帧125微秒，每个时隙3.9微秒，8位码串行传送，故每位码为488毫微秒，传送码率为2.048Mbit/s。如果将复用度提高到512时隙。8位码仍串行传送，码率将提高16倍，达到每秒32Mbit以上。为使复用度高而不使码率太高，一般可进行串/并变换，将每个话路的8位串行码变为8位并行码。这样当复用度为512时，码率仅为4.096Mbit/s。三、时分（T）接线器T接线器的作用是完成在同一条复用线（母线）上的不同时隙之间的交换，即将输入侧复用线上的时隙内容交换到输出侧复用线上的指定时隙上。T接线器的结构见图3-6所示。由图可见，T接线器主要由话音存储器SM、控制存储器CM，以及必要的接口电路（如串/并，并/串转换等）组成。为了简化，通常我们只将SM和CM用示意图的形式表示出来。顾名思义，话音存储器SM的作用是用来存储用户的话音信号，控制存储器CM的作用是用来存储处理机的控制命令字：其格式在各种程控交换机中会有所不同，这里我们只关心它们的主要内容，而不管具体格式。7图3-6时分（T）接线器的结构图3-7时分（T）接线器的工作原理在实际的T接线器中，存储器的容量的大小是由复用线和复用度来决定的，如果T接线器连接的是一条PCM32系统，相应地，CM和SM都应该有32个存储单元，编址为0－31。SM中每个存储单元是8bit,与PCM的每个时隙的位元数目一致；CM中每个存储单元的位元数目由控制命令字的具体格式决定。T接线器可以有两种控制方式——输出控制和输入控制方式。两种控制方式下，DM和CM以不同的方式进行信息存储和访问。下面我们通过一个具体的例子来说明两种不同的控制方式：假设需要将输入复川线上的时隙6（TS6）交换到输出复用线上的时隙20（TS20）。当T接线器工作在输出控制方式下时，SM将以顺序写入，控制读出的方式来工作。所谓顺序写入，是指写入的次序由定时脉冲控制，按照各时隙对应的脉冲将时隙内容写入到SM的相应单元内。如在TS1时，将复用线上该时隙的内容写入到SM的第1＃单元中，TS2的内容则写入到SM的第2＃单元中……。所谓控制读出，指的是在某一时隙到来时，读出话音存储器中哪个存储单元的内容是由控制命令字所决定的，因此也称为随机读出。采用输出控制方式时，为完成TS6→TS20的交换，在每帧中T接线器将会由硬件自动完成：第一，在时隙6的写入周期到来时，将输入复用线上的时隙6的内容写入到SM的第6号单元中；第二，在时隙20的读出周期到来时，取出CM相应单元的控制命令字内容（6）并作为SM的寻址地址，读出SM的第6号单元内容，送到输出复用线上。经过如上过程，就完成了规定的隙间的交换。为了完成上述过程，需要处理机根据呼叫控制逻辑产生规定格式、内容的控制命令字写入到控制存储器中，本例中，就是在CM的第20（输出时隙）号单元中写入控制命令字。这里的写入的单元地址与输出时隙号一致，而为简化起见，控制命令字的内容只用输入时隙号6来表示。输入控制方式与输出控制方式不同的是，话音存储器SM采用的是控制写入、顺序读出的方式工作，即写入是由处理机的控制命令字决定的，而读出则是由定时脉冲控8制的。在输入控制方式下，同样是为了完成TS6到TS20的交换。在每帧中，T接线器完成的是：第一，在时隙6的写入周期到来时，首先读出CM的第6号单元内容（20），然后将此内容作为SM的寻址地址，将输入复用线上的内容写入到SM的相应单元中：第二，在时隙20的读出周期到来时，读出SM的第20号单元内容，经过串转换后送到输出复用线上的发送出去。同样，为了完成上述交换过程，处理机也要按照呼叫控制逻辑产生规定格式、内容的控制命令字写入到CM的第6（输入时隙）号单元中，这里控制命令字的内容用简单的输出时隙号20来表示。以上两种控制方式的T接线器的工作过程如上图3—7所示。上面提供的控制方式都是相对话音存储器SM而言的，而控制存储器CM只有一种控制方式——控制控入，顺序读出方式，上例也证明了这一点。四、空分（S）接线器空分（S）接线器的作用是完成时隙在不同复用线之间的交换。由丁交换前后发生变化的是被交换的信息所位于的复用线，而被交换的信息所在的时隙本身的次序并不发生变化，因此形象地称为空间交换。通过空间交换能够将信息传送到指定的复用线上去。S接线器的组成结构见图3－8。由图可见，S接线器主要由一个连接n条输入复用线和n条输出复用线的n×n的电子交叉接点矩阵、n个控制存储器组成的控制存储器（CM）组，以及一些相关的接口逻辑电路组成。9图3－9输出控制方式下S接线器工作示例与T接线器类似，S接线器也有输出和输入两种控制方式。在输出控制方式下，每个CM中存储的控制命令字反映的是同号输出复用线在各个时隙与哪条输入复用线对应的交叉接点闭合情况。如需要在TSl时完成输入复用线HW1利输出复用线HW2对应的交叉接点团合，就应该在CM2的第1号单元中填入输入复用线号1。而输入控制方式则不同，每个控制存储器中存储的控制命令字反映的是同号输入复用线在各个时隙与哪条输出复用线对应的交叉接点闭合情况。上例同样的交换，就应该在CM1的第1号单元中填入输出复用线号2。下面将举例说明S接线器在输出控制方式下的工作过程，如上图3－9所示。S接线器模型是有连接输入、输出侧条N条复用线的N×N的交叉接点矩阵。设每条复用线上每帧有32个时隙，即复用度为32，为直观起见，每一个时隙都用内部的不同标识来表示。如果需要在输出控制方式下完成输入侧各复用线上的各时隙交换到输出侧复用线上，处理机将产生规定格式、内容的控制命令字写入到控制存储器组中的各相关单元中。为简化起见，我们只将输入复用线号在各存储单元中标记出来。S接线器10的接点控制过程如下：1、控制存储器在各时隙对应的定时脉冲到来时，顺序读出各控制存储器相应单元的内容，如在TS1时：读出1号控制存储器的l号单位内容n，并控制1号输出复用线和n号输入复用线对应的交叉接点关闭；读出2号控制存储器的1号单位内容1，并控制2号输出复用线和1号输入复用线对应的交叉接点闭合；……读出N号控制存储器的1号单元内容2，并控制n号输出复用线和2号输入复用线对应的交叉点闭合。2、在其他时隙进行类似的过程，这样就完成了在一帧中所有交叉接点的闭合控制；3、当下一帧到来时，重复上述过程。通过上面的过程，我们能够发现，S接线器完成的是信息在不同复用线之间的交换，而信息所在的时隙本身的次序并不发生变化。工作在输入控制方式下的S接线器工作过程读者可以自行推导，此处从略。通过上述过程，我们能够确定S接线器的几个主要的参数。控制存储器的数目由复用线的数目决定。严格地讲，输出控制方式下，控制存储器的个数应与输出复用线的个数一致；而输入控制方式下，控制存储器的个数应与输入复用线的个数一致。但是在实际设备中，输入和输出复用线的数目一般是相同的。每个控制存储器中，存储单元的个数应与复用线的复用度一致，每个存储单元的具体组织由控制命令字的格式决定。我们还可以知道，S接线器的每一个交叉接点只在规定的时隙完成规定的闭合，而其他时隙可能是完全不同的闭合，因此可以说，空间接线器是时分工作的。五、数字交换网络1、TST网络在局用大型程控交换机中，通常应具有数千条以上的话路。这样单纯