《現(xiàn)代通信系統(tǒng)導論》課件第二章 程控交換系統(tǒng)

第二章程控交換系統(tǒng)2.1電話交換簡介2.2數(shù)字交換網(wǎng)絡2.3程控交換機硬件組成2.4程控交換機的軟件系統(tǒng)2.5交換機的信令系統(tǒng)

2.6智能網(wǎng)習題

2.1電話交換簡介 2.1.1交換技術的發(fā)展 最初的電話通信只能在固定的兩部電話機之間進行,如圖2-1所示。 在用戶分布的密集中心,安裝一個設備,也就是建立了一個電話交換站,所有電話機都與這個交換站相連,如圖2-2所示。圖2-1電話機間的固定連接圖2-2電話機與電話交換站的連接 1.人工交換階段 上述需要話務員中轉電話的電話交換站就是早期的電話交換,屬于人工交換,它所依靠的是話務員的大腦和手。

2.機電式自動交換 自動交換機是靠主叫用戶發(fā)送號碼控制自行選線接通被叫用戶,而無需話務員的幫助。

3.電子式自動交換 電子式交換機是隨著半導體技術的發(fā)展而出現(xiàn)的,早期的電子交換機采用布線邏輯控制方式,即通過布線方法實現(xiàn)交換機的控制功能,其控制部分采用數(shù)字邏輯電路,話路部分仍采用機電式接續(xù)器件,所以也稱為半電子交換機。 4.程控交換機

1946年世界上第一臺存儲程序控制的電子計算機在美國誕生,對電話交換技術產(chǎn)生了深遠的影響,這一新技術的問世,使得有可能在電話交換領域引入“存儲程序控制”這一全新的概念。所謂存儲程序控制就是把交換控制、維護管理等功能預先編成程序,存儲在電子計算機的存儲器中,當交換機工作時,時刻監(jiān)視交換對象及維護管理設備的工作狀態(tài)及要求,對每種狀態(tài)變化和要求實時地做出響應,自動執(zhí)行有關程序,以完成各種任務,實現(xiàn)預定的功能。 2.1.2電話交換網(wǎng)的組成 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,人們不僅需要進行本地電話交換,而且需要與世界各地進行通話聯(lián)系,這樣,就要考慮如何把各地的電話連接起來,也就是如何組建電話網(wǎng)。圖2-3是一次國際通話的連接示意圖,用戶連接在本地的某一臺交換機上,這個交換機叫作“端局”。圖2-3國際通話舉例

公用電話網(wǎng)劃分為三個部分: (1)本地電話網(wǎng)(也稱市話網(wǎng)); (2)國內長途電話網(wǎng); (3)國際長途電話網(wǎng)。 如圖2-4所示,兩個端局之間可能直接連接,也可能通過一個匯接局或多個匯接局建立連接;每個匯接局之間都有直達中繼線。

圖2-4本地電話網(wǎng)組成示意圖 2.1.3用戶交換機與公用電話網(wǎng)的連接 交換機按用途可分為局用交換機和用戶交換機兩類。

1.半自動中繼方式 圖2-5是半自動中繼方式連接的示意圖,這種中繼方式,適合容量較小的小交換機的入網(wǎng)。

圖2-5半自動中繼方式

中繼方式如圖2-6所示,中繼電路從小交換機的中繼接口連到市話端局的中繼接口。這種入網(wǎng)方式適用于較大容量的小交換機。圖2-6全自動中繼方式 3.出中繼與入中繼 在如圖2-5和圖2-6所示的中繼方式連接圖中,可以看到小交換機與市話端局的中繼電路分為入中繼和出中繼兩種,實際上是規(guī)定了中繼電路的呼叫方向;具體地說就是:入中繼電路上的通話都是由公用網(wǎng)用戶向小交換機的分機用戶發(fā)起呼叫的通話。 4.中繼電路的數(shù)量 小交換機和公用網(wǎng)之間的話路數(shù)就是中繼電路的數(shù)量。一個小交換機根據(jù)其分機用戶的數(shù)量能夠確定中繼電路的數(shù)量。

2.1.4程控交換機的服務功能

1.系統(tǒng)功能

(1)服務等級限制。

(2)靈活編號。

(3)截接服務。

(4)自動路由選擇。

(5)話務量自動控制。

(6)自動故障處理。

2.用戶功能

(1)尋線組。

(2)呼叫代答。

(3)接入到錄音通知。

(4)縮位撥號。 (5)熱線服務。

(6)叫醒服務。

(7)呼叫轉移。呼叫轉移可分為: ①跟隨轉移。 ②遇忙轉移。 ③無應答轉移。 (8)呼叫等待。

(9)自動回叫。 自動回叫分兩種： ①遇忙回叫。 ②無應答回叫。

(10)免打擾。

(11)交替通話。

(12)插入。

(13)會議電話。 會議電話按照接入方式可分為兩種： ①主動式。 ②漸進式。 (14)缺席用戶服務。

(15)電話跟蹤。

(16)話音郵政。

2.1.5程控數(shù)字交換機的優(yōu)越性 程控數(shù)字交換機的優(yōu)越性可從四個方面來進行說明。

1.服務方面的優(yōu)越性

(1)接續(xù)速度快。

(2)接通率高。

(3)通話質量高。

(4)易于加密。

(5)業(yè)務范圍寬。

(6)提供多種新的用戶服務功能。 2.維護管理方面的優(yōu)越性

(1)智能化控制。

(2)便于集中維護管理。

(3)便于統(tǒng)計和記錄業(yè)務數(shù)據(jù)。

(4)便于處理日常業(yè)務。

3.網(wǎng)絡組織方面的優(yōu)越性

(1)適配能力強。

(2)宜于采用公共信道信號。

(3)便于組建綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)。 4.安裝建設方面的優(yōu)越性

(1)容量范圍寬。

(2)體積小、重量輕。

(3)組建方便。2.2數(shù)字交換網(wǎng)絡

2.2.1時隙交換的基本概念 圖2-7是一個時隙交換的例子,該例是對三條PCM電路進行時隙交換的交換網(wǎng)絡。通過這個交換網(wǎng)絡,PCM3的TS5→PCM1的TS19。圖2-7時隙交換示意圖

時隙交換的過程可以分成兩步。第一步是在一條電路的任意兩個時隙之間進行的交換,如圖2-8所示。 第二步是在兩條電路上的相同時隙之間進行的交換,如圖2-9所示。圖2-8時分交換示意圖圖2-9空分交換示意圖 1.時分交換

32路PCM系統(tǒng)中的各路信號都是按照各個時隙的位置,在系統(tǒng)中順序傳送的。TS0后面?zhèn)魉偷氖荰S1,TS1后面?zhèn)魉偷氖荰S2,…,TS31后面的傳送又是TS0等等,如此反復,連續(xù)傳送。 時隙內容的交換實際上是對某一時隙信號的延時傳送,用圖2-10來解釋。圖2-10時分交換原理圖 2.空分交換 時分接線器很靈活,能夠完成系統(tǒng)內任意時隙內容的交換,但是它不能實現(xiàn)多條PCM電路之間的交換,因此交換容量受到限制?？辗纸粨Q的作用是將一條電路上的某一時隙的內容搬移到另一條電路的對應時隙上去。 圖2-11是空分交換的示意圖。圖2-11空分交換原理 2.2.2多級組合交換網(wǎng)絡 對于小型交換機來說,交換網(wǎng)絡往往由一級T型接線器組成就可以了,對于大型交換機則肯定是不夠的。這時可以采用多級組合方案,其中T-S-T組合是最常用的。 圖2-12是一個T-S-T交換網(wǎng)絡的結構圖。 如在圖2-13中,兩個方向所選的通路號相差半幀,也就是16個時隙。圖2-12T-S-T交換網(wǎng)絡圖2-13忙閑狀態(tài)表 2.2.3交換網(wǎng)絡的控制 交換網(wǎng)絡的控制一般包括接收要求建立接續(xù)的地址,尋找通過單級或多級網(wǎng)絡的通路,建立通路接續(xù)以及最后釋放該通路。這里,接收地址、建立和釋放通路主要由硬件實現(xiàn),而尋找通路則主要由軟件實現(xiàn)。 圖2-13是按級構成的忙閑狀態(tài)表,其行號表示時隙序號,列號表示T接線器的序號。 例如,圖2-13表示S級的3號輸入T接線器和6號輸出T接線器在0號時隙進行接續(xù),這種方法稱為標志法。2.3程控交換機硬件組成 2.3.1程控交換機的硬件基本結構 程控交換機是指用計算機來控制的交換系統(tǒng),它由硬件和軟件兩大部分組成。這里所說的基本組成只是它的硬件結構。圖2-14是程控交換系統(tǒng)的基本組成框圖,它的硬件部分可以分為話路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩個子系統(tǒng)。整個系統(tǒng)的控制軟件都存放在控制系統(tǒng)的存儲器中。圖2-14程控交換機的基本組成 1.話路系統(tǒng) 它由交換網(wǎng)絡、用戶電路、中繼器和信號終端等幾部分組成。交換網(wǎng)絡的作用是為話音信號提供接續(xù)通路并完成交換過程。

2.控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)的功能包括兩個方面:一方面是對呼叫進行處理;另一方面是對整個交換機的運行進行管理、監(jiān)測和維護?？刂葡到y(tǒng)的硬件由掃描器、驅動器、中央處理器、存儲器、輸入/輸出系統(tǒng)等幾部分構成。

分散控制是指多臺處理器按照一定的分工,相互協(xié)同工作,完成全部交換的控制功能,如有的處理器負責掃描,有的負責話路接續(xù)。多臺處理器之間的分工方式有功能分擔方式、負荷分擔方式和容量分擔方式三種。

2.3.2用戶電路

1.用戶電路的功能

(1)饋電功能。 饋電是采用集中供電方式的交換機必須具備的一項功能,它為每一個用戶提供通話所需的電源。

(2)過壓保護功能。 程控交換機采用了大量集成電路,它們的耐壓一般都很低,當受到高電壓沖擊時,極易 損壞,因此,除了進行必要的電壓隔離(例如隔離供給用戶的48V直流電,不讓其進入交換機內部)之外,更重要的是防止高壓進入交換機內部,這些高壓主要來自雷電襲擊及電力設施的干擾,通常的做法是設立保護電路。 保護電路的第一級通常設在總配線架(MDF,MainDistributingFrame)上?？偱渚€架主要有兩項功能:一是實現(xiàn)內(交換機側)、外(外線側)線的交換,便于調配與測試;二是提供保護設備。

圖2-15是一個由四只二極管組成的橋型鉗位保護電路。

(3)振鈴控制功能。 振鈴控制電路的工作原理如圖2-16所示。圖2-15過壓保護電路圖2-16振鈴電路 (4)監(jiān)視功能。 程控交換機采用運算放大器監(jiān)視a、b線狀態(tài)的變化,如圖2-17所示。圖2-17監(jiān)視電路 (5)編譯碼功能。 編譯碼與濾波電路是模擬用戶接口電路的重要組成部分,它主要完成信號的數(shù)模轉換及濾波任務。 把模擬信號轉換為數(shù)字信號的過程稱為編碼,把數(shù)字信號轉換為模擬信號的過程稱為譯碼。編譯碼合稱為CODEC(Coder-DECoder)。 完成話音信號編譯碼的方法有兩種:一種是群路編譯碼;另一種是單路編譯碼。 (6)二/四線轉換功能。 數(shù)字交換是四線單向交換,而用戶線上的模擬話音信號是按二線雙向傳送。因此,要在用戶電路中設置二/四線轉換器,以便將二線雙向傳送變換為四線單向傳送方式,其作用如圖2-18所示。

(7)測試功能。 測試功能的工作原理如圖2-19所示。圖2-18二/四線轉換示意圖圖2-19測試電路 2.用戶電路的整體結構 圖2-20給出的是SOPHOiS3000系列程控交換機的用戶電路方框圖。圖2-20用戶電路方框圖 2.3.3中繼器 市話交換機之間是由中繼線連接的。中繼線分為模擬中繼線(傳遞模擬信號)和數(shù)字中繼線(傳遞數(shù)字信號)兩種。 模擬中繼器是交換機與模擬中繼線之間的接口設備。它的主要功能與模擬用戶電路相似,如忙閑控制、信號發(fā)送與接收、過壓保護、發(fā)送與接收電平的調節(jié)、各種傳輸參數(shù)的分配、提供調試接口、完成話音信號的A/D和D/A轉換。 1.極性變換

2.時鐘提取

3.碼型變換

4.幀同步和復幀同步

(1)幀同步。

(2)復幀同步。

(3)幀定位。 幀定位的原理如圖2-21所示。 數(shù)字中繼器的功能方框圖如圖2-22所示。圖2-21幀定位原理圖圖2-22數(shù)字中繼器功能框圖2.4程控交換機的軟件系統(tǒng) 2.4.1軟件系統(tǒng)的結構 如圖2-23所示,程控交換機的軟件系統(tǒng)從總體上可分為運行軟件和支持軟件兩大部分。圖2-23軟件系統(tǒng)的構成 2.4.2對軟件系統(tǒng)的要求 對交換機軟件系統(tǒng)有以下特殊要求。

1.運行時間快、占用存儲空間小

2.以多道程序運行的方式工作

3.保證系統(tǒng)不中斷

4.通用性能好 2.4.3程序控制基本原理

1.一個呼叫的處理過程

(1)主叫用戶摘機呼叫。

(2)送撥號音,準備收號。

(3)收號。

(4)號碼分析。檢查所撥號碼是否合法;測試被叫用戶是否空閑。

(5)預占路由。

(6)振鈴。

(7)通話。

(8)掛機。 2.用狀態(tài)遷移圖表示呼叫遷移過程 由于在不同情況下,出現(xiàn)的請求以及處理的方法各不相同,因此一個呼叫處理過程是相當復雜的。 首先,可把整個接續(xù)過程分為若干階段,每一階段用一個穩(wěn)定狀態(tài)來標志,各個穩(wěn)定狀態(tài)之間由執(zhí)行的各種處理來連接,如圖2-24所示。圖2-24呼叫過程的狀態(tài)遷移圖 2.4.4呼叫處理軟件 由圖2-24的描述看,一個呼叫處理過程可以概括為三部分,即輸入處理、輸出處理和內部處理。

1.輸入處理

2.輸出處理 輸出處理完成話路設備的驅動,如接通或釋放交換網(wǎng)絡中的通路,啟動或釋放某話路設備中的繼電器或改變控制電位,以執(zhí)行振鈴、發(fā)碼等功能。

3.內部處理2.5交換機的信令系統(tǒng) 2.5.1信令的概念 在電話通信網(wǎng)中,為了實現(xiàn)主叫用戶與被叫用戶之間的接續(xù),在用戶與交換機之間以及交換機與交換機之間必須傳遞適當?shù)目刂菩盘枴＝粨Q機根據(jù)收到的信號作出相應的反應并完成一定的交換動作。 下面以兩個電話用戶通過兩個交換機進行電話接續(xù)為例,說明信令傳遞的基本概念(如圖2-25所示)。圖2-25電話接續(xù)基本信令流程 2.5.2信令的分類

1.用戶線信令和局間信令 信令按其工作區(qū)域不同可分為用戶線信令和局間信令兩種。 用戶線信令是通信終端(如電話機)和網(wǎng)絡節(jié)點之間的信令。

2.隨路信令和共路信令 按信令傳送通道與用戶信息傳送通道的關系不同,信令可分為隨路信令和共路信令。 圖2-26(a)是隨路信令系統(tǒng)示意圖。圖2-26(b)為共路信令系統(tǒng)示意圖。

圖2-26信令系統(tǒng)示意圖(a)隨路信令系統(tǒng);(b)共路信令系統(tǒng) 3.線路信令、路由信令和管理信令 信令按其功能可分為線路信令、路由信令和管理信令三種。 線路信令是具有監(jiān)視功能的信令,用來監(jiān)視終端設備的忙閑狀態(tài),如電話機的摘/掛機狀態(tài)。路由信令是具有選擇功能的信令,用來選擇接續(xù)方向,如電話通信中主叫所撥的被叫號碼。 2.5.3信令方式

1.結構形式 信令的結構形式有未編碼和已編碼兩種。 已編碼的信令主要有模擬編碼信令、數(shù)字型線路信令和信令單元三種。

(1)模擬編碼信令。 中國1號信令系統(tǒng)使用這種六中取二的多頻信令,其編碼如表2-1所示,所使用的六個頻率為1380～1980Hz。表2-1MFC信令編碼 (2)數(shù)字型線路信令。 該信令是使用4位二進制編碼表示線路狀態(tài)的信令。當局間傳輸使用PCM數(shù)字系統(tǒng)時,在隨路信令系統(tǒng)中應當使用數(shù)字型線路信令。這樣每一幀的TS16可以傳送2個話路的線路信令,15幀正好傳送30個話路的線路信令,具體分配見圖2-27。圖2-2732路PCM中的數(shù)字型線路信令 (3)信令單元。 這種方式使用經(jīng)過二進制編碼的若干個八位位組構成的信令單元來表示各種信令。

2.傳送方式 信令在多段路由上的傳達方式有如下三種: (1)端到端方式。 以電話通信為例,如圖2-28所示,發(fā)端局的收碼器收到用戶發(fā)來的全部號碼后,由發(fā)端發(fā)碼器發(fā)送轉接局所需要的長途區(qū)號(圖中為ABC),并將電話接續(xù)到第一轉接局;圖2-28端到端方式示例 (2)逐段轉發(fā)方式。 仍以電話通信為例,如圖2-29所示,信令逐段進行接收和轉發(fā),全部被叫號碼(ABC××××)由每一轉接局全部接收,并逐段轉發(fā)出去。圖2-29逐段轉發(fā)方式示例 (3)混合方式。 實際中通常將前兩種方式結合起來使用,就是混合方式。

3.控制方式

(1)非互控方式(脈沖方式)。 如圖2-30所示,非互控方式即發(fā)端不斷地將需要發(fā)送的脈沖信令發(fā)向收端,而不管收端是否收到。這種方式設備簡單,但可靠性差。

圖2-30非互控方式 (2)半互控方式。 如圖2-31所示,發(fā)端向收端每發(fā)一個或一組脈沖信令后,必須等待收到收端回送的接收正常的證實信令后,才能接著發(fā)下一個信令。圖2-31半互控方式 (3)全互控方式。 發(fā)端連續(xù)發(fā)前向信令且不能自動中斷,要等收到收端的證實信令后,才停止發(fā)送該前向信令;收端連續(xù)發(fā)證實信令也不能自動中斷,需在發(fā)端信令停發(fā)后,才能停發(fā)該證實信令。因前后向信令均是連續(xù)的,故也稱連續(xù)互控,如圖2-32所示。圖2-32全互控方式 2.5.4信令網(wǎng) 當電話網(wǎng)采用共路信令后,除原有電話網(wǎng)外,還要有一個獨立的數(shù)據(jù)通信網(wǎng),即信令網(wǎng)。2.6智能網(wǎng)

2.6.1智能網(wǎng)體系結構 智能網(wǎng)體系結構是為增強網(wǎng)絡智能化程度,在現(xiàn)有通信網(wǎng)上增加一些網(wǎng)絡設備,以便在網(wǎng)內靈活、方便地引入新的業(yè)務和新的網(wǎng)絡能力。這些網(wǎng)絡設備有業(yè)務交換點(SSP,ServicesSwitchPoint)、業(yè)務控制點(SCP,ServicesControlPoint)、業(yè)務管理點(SMP,ServicesManagementPoint)和業(yè)務生成設備(SCE,ServicesCreationEquipment)等。這些網(wǎng)絡設備的配置方式稱為智能網(wǎng)體系結構,如圖2-33所示。圖2-33智能網(wǎng)體系結構

智能網(wǎng)的體系結構可以采用重疊式結構(如圖2-34(a)所示),也可以采用綜合式結構(如圖2-34(b)所示)。

圖2-34智能網(wǎng)的綜合式結構

(a)重疊式結構；

圖2-34智能網(wǎng)的綜合式結構

(b)綜合式結構

圖2-35給出了智能網(wǎng)800業(yè)務電話流程示意圖,由該圖可以進一步了解智能網(wǎng)的概念及結構。圖2-35智能網(wǎng)800業(yè)務電話流程示意圖 2.6.2智能網(wǎng)業(yè)務 現(xiàn)階段通過智能網(wǎng)可以提供被叫集中計費業(yè)務(即800業(yè)務)、記賬卡呼叫業(yè)務(即200業(yè)務)、虛擬專用網(wǎng)業(yè)務(即600業(yè)務)、個人通信業(yè)務、電話股票業(yè)務和大眾呼叫業(yè)務等。 下面介紹部分主要業(yè)務。

1.被叫集中計費業(yè)務(FPH,FreePHone) FPH業(yè)務又稱800號業(yè)務。

2.記賬卡呼叫業(yè)務(ACC,AccountCardCalling)) ACC又稱300號業(yè)務。

3.虛擬專用網(wǎng)業(yè)務(VPN,VirtualPri