第3章电话通信系统分解
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通信系统讲义
美国AT&T公司已经在实验室中研究第四代移动通信技术，其目的是提高蜂窝电话 和其他移动设备访问互联网的速率；大约五年后，这项技术即可面世。 日本的DoCoMo移动通信公司也在进行第四代移动通信的研究，争取在2008年左右 推出4G产品。 爱立信公司宣布已开始着手研制第四代移动通信系统，其研究机构负责人表示， 第四代移动通信技术不仅可以将上网速度提高到超过 3G技术的50倍，而且届时人 类将首次实现三维图像的高质量传输。该公司预计第四代移动通信系统大约在 2010年正式投入市场。 我国对第四代移动通信技还处于探讨起步阶段，因此，对4G移动通信的研制工作 显得十分迫切。 11Leabharlann LTE标准
LTE(Long Term Evolution)长期演进项目并非是人们所认为的 4G技术，它是3G和4G之间的一个过渡技术，是3.9G的全球标 准。 目前主流的3G技术主要有TD-SCDMA、WCDMA和 CDMA2000，而前两种采用了3GPP(3rd generation partnership project)技术演进路线，即由HSDPA演进至HSPA+，进而发展 为LTE。虽然CDMA2000采用的是3GPP2路线，但由于高通对 其最终演进技术UMB研发的放弃，其最终演进方向也定格在 了LTE上。在我国，由于WIMAX和其他技术的边缘化，而 LTE自身完善的产业链、规模效应和更高的成熟度， 故而受到了大多运营商的青睐。
一、移动通信的定义 二、移动通信的分类 三、移动通信的特点 四、移动通信发展状况 五、我国移动通信发展状况
3
由于移动通信是要保持在运动状态下的实时通信，要完 成运动物体之间的通信联系，因此只能使用无线通信这种传 输手段。由于它是用于全球的表层和空间，会遇到各种恶劣 的地形、环境和天气。因此，要求通信设备必须适应严酷的 使用条件，使得它比固定通信设备难度更高，需要满足的使 用技术要求更加苛刻，因此移动通信往往综合体现整个通信 技术发展的水平。 总之，移动通信技术是一种综合技术，如基地台、移 动台的收发信机设备、移动通信交换局的程控交换机。基站 与交换局之间的联系可用有线或无线（采用微波）线路。由 于近几年来大规模集成电路（L.S.I）、微处理器、射频单片 硅及砷化镓集成电路，声表面波（SAW）器件以及数字信号 处理、程控交换技术的进步，使移动通信趋于相当完善的程 度。
PABX
电话机通话电路原理
听话电路原理
送话电路原理
送话放大器由交换机的恒 流源直接供电， 流源直接供电，在恒流原 供电方式下， 供电方式下，三极管的输 出特性曲线将变的非常密 这时MIC若有话音输 集，这时 若有话音输 入，则将引起极射电压 (Vce)的显著变化，这个变 的显著变化， 的显著变化 化的电压在恒流原端被取 出并传输到接听的对方。 出并传输到接听的对方。
DSU: Distributed Switch Unit.
Each of the Distribution switch units perform serial/parallel conversion of PCM signals to and from the device boards.
LSU: LIM Switch Unit.
TLU76: Trunk Line Unit.
•WHP-E PABX interfaces with WHPB PABX system via a redundant E1 link. •Primary E1 trunk link is via sub-se fiber optical cable. •In case of Fiber optical transmission failure, PABX system will automatically switch over to microwave backup E1 trunk link.
It contains speech and control memories from time switch, and a microprocessor that controls internal functions of the switch. It maintains contact with the communication processor.
第3章-通信子网
• 介质访问控制技术：令牌环硬件在所有计算机中协调来保证许 介质访问控制技术：
可按顺序传送给每一个计算机， 令牌”的特殊的报文。 可按顺序传送给每一个计算机，其中使用一种 “令牌”的特殊的报文。 在任何时刻，环上只有一个令牌。为了发送数据， 在任何时刻，环上只有一个令牌。为了发送数据，计算机必须等待令牌到 然后传输一帧，再向下一台计算机传输令牌。 来，然后传输一帧，再向下一台计算机传输令牌。当没有计算机要发送数 据时，令牌以高速在环上循环。 据时，令牌以高速在环上循环。
比特率 = 波特率 * log 2K
只有当每个信号事件仅代表一个2进位的情况下， 只有当每个信号事件仅代表一个 进位的情况下，波特率才相当于比特 进位的情况下 采用多进制调制体制时，比特率为波特率的倍数。 率；采用多进制调制体制时，比特率为波特率的倍数。
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3-2-2
信道复用
三种信道连接方式： 点到点连接、共享信 道、信道复用。 信道复用的目的：让不同的计算机接到相 同的信道上，共享信道资源。 信道复用技术的基本原则：
7
3-3
局域网（LAN）技术
3-3-1 局域网的基本概念
局域网就是一个通信系统， 局域网就是一个通信系统，它在一定的地理区域内可使 多个相互独立的设备在同一共享的介质上以一定的速率进 行通信，以便共享资源和交换信息。 行通信，以便共享资源和交换信息。
这些设备包括网络设备、计算机、终端、外设、传感器、电话机等。 这些设备包括网络设备、计算机、终端、外设、传感器、电话机等。 设备包括网络设备
发送数据之前必须等待许可。一旦它得到许可， 发送数据之前必须等待许可。一旦它得到许可，发送计算机完全控制令牌 许可 当发送计算机传输帧时，比特流从发送计算机向下一个计算机传送， 环。当发送计算机传输帧时，比特流从发送计算机向下一个计算机传送， 再向下一台传送，直至比特流完全在整个环上发送并传回发送计算机。其 再向下一台传送，直至比特流完全在整个环上发送并传回发送计算机。 目的站点转发比特流的同时复制一个副本。 中，目的站点转发比特流的同时复制一个副本。
第3章时分多路复用及PCM3032路系统
图3-16 帧同步系统工作流程图
图中A表示帧同步状态；B表示前方 保护状态；C表示捕捉状态；D表示后方 保护状态。
图中PS 为帧同步码标志；PC 为收端产 生的比较标志。
4．帧同步码型与长度
在选择帧同步码组结构时，要考虑 由于信息码而产生伪同步码的概率越小 越好。
如果增加帧同步码组的码位数，可
3.2.1 PCM30/32路系统帧结构
PCM30/32系统的帧周期是125 s，
每一帧由32个时隙组成，每个时隙对应1 个样值，1个样值编8位码。
图3-10 PCM30/32路系统帧结构
1．30个话路时隙：TS1∽ TS15 ，TS17∽TS 31
TS1∽ TS15 分别传送第1∽15路（ CH1 ∽ CH15 ）话音信号，TS ∽ 17 TS 31 分别传送 第16∽30路（ CH16 ∽CH 30）话音信号。
为了提高通信信道的利用率，使信 号沿同一信道传输而不互相干扰，这种 通信方式称为多路复用。
目前多路复用方法中用得最多的有 两大类：频分多路复用（FDM）和时分 多路复用（TDM）。
频分多路复用方式用于模拟通信； 时分多路通信方式用于数字通信，例如 PCM通信。
2．时分多路复用的概念
所谓时分多路复用（即时分制）是 利用各路信号在信道上占有不同的时间 间隔的特征来分开各路信号的。
因此用户的话音信号需要经过2/4线 变换的差动变量器，经1 2端送入PCM 系统的发送端。
差动变量器1 2端与4 1端的传输 衰减要求越小越好，但4 2端的衰减要 求越大越好，以防止通路振鸣。
话音信号再经过放大（调节话音电
平）、低通滤波（限制话音频带，防止 折叠噪声的产生）、抽样和路及编码。
其抽样周期为 1 125s 16 16T (T 125s)， 而且信令信号抽50样0 后只编4位码。
《通信系统》课件
通信系统安全技术和加密方法
通信系统安全技术和加密方法是确保通信过程保密性、完整性和可用性的重要手段。
安全技术
包括防火墙、入侵检测等技 术，可以保护通信系统不受 非法侵入。
加密方法
如DES、RSA等对称和非对称 加密算法，可以保护通信内 容不被窃取或篡改。
数字证书
数字证书是公钥加密技术的 一种应用，可以用于身份认 证、数据加密等。
3 基本原理
卫星通信是将地面站发出的电信号转发到另一个地面站或用户的一种无线通信方式。
通信系统网络协议和拓扑结构
通信系统的网络协议和拓扑结构是保证通信系统稳定、安全和高效的重要保障。
网络协议
TCP/IP、HTTP、FTP等协议实现了互联网的通信和文 件传输。
拓扑结构
包括星型、总线型、环形、网状等不同的结构。
通信系统性能评估和优化方法
通信系统的性能评估和优化方法是确保通信质量和有效性的重要手段。
性能评估
包括信道误码率、抗干扰能力等 参数的测量和评估。
优化方法
包括信号处理技术、信道编码技 术等优化手段，可以提高通信系 统性能。
频谱分析
频谱分析能够帮助我们了解系统 频谱特性，为系统性能优化提供 帮助。
通信系统故障诊断和维护技术
1 5G通信技术
更高的速率、更低的延迟、更好的覆盖，将带来更多的业务应用。
2 物联网技术
将实现万物互联，推动通信系统向大数据、人工智能等方向发展。
3 智能制造和工业控制
将推动通信系统向工业互联网、智能制造等方向发展。
如AM、FM等模拟调制和QPSK、QAM等数字调制。
3
信道分配技术
如TDMA、CDMA等技术，可以有效地提高信道利用率。
《计算机网络技术基础》第三章
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
图3-3 OSI参考模型的结构
OSI参考模型中，划分层（子模块）要遵循以下原则： （1）各层（子模块）具有相对的独立性，保持层间交互的信息最少。 （2）单向调用：各层（子模块）只能引用其下层提供的服务。 （3）增值服务：在使用下层服务的基础上，各层完成特定的通信功能。
用户写信人邮政局运输部门用户收信人邮政局运输部门用户间约定信件格式和内容邮局间约定邮政编码等运输部门间约定到站地点费用等用户邮局约定信封格式及邮票邮局运输部门约定到站地点时间等用户子系统邮局子系统运输部门子系统甲地乙地图31邮政通信系统分层模型31网络体系结构概述从图31中可以看出邮政系统中的各种约定都是为了将信件从写信人送到收信人而设计的也就是说它们是因信息的流动而产生的
计算机网络技术基础
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03
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第3章
网络体系 结构
章节导读
计算机网络是一个庞大的、多样化的复杂 系统，涉及多种通信介质、多厂商和异种机互 连、高级人机接口等各种复杂的技术问题。要 使这样一个系统高效、可靠地运转，网络中的 各个部分都必须遵守一套合理而严谨的网络标 准。这套网络标准就称之为网络体系结构。
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3.2 OSI参考模型
世界上第一个网络体系结构是1974年由IBM公司提出的“系统网络体系结构 （System Network Architecture，SNA）”。此后，许多公司纷纷推出了各自的网 络体系结构。虽然这些体系结构都采用了分层技术，但层次的划分、功能的分配 及采用的技术均不相同。随着信息技术的发展，不同结构的计算机网络互联已成 为迫切需要解决的问题。
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3.2 OSI参考模型
机械特性：规定了物理连接时所使用可接插连接器的形状和尺寸，连接器中引脚的数量与 排列情况等。
第三章 移动通信技术
时分双工 (TDD): 上行频带和下行频带相同
DUDDDDDD 频分双工 (FDD): 上行频带和下行频带分离 D DDDDDD
U U 上行 D 下行 未使用源自1.6 移动通信中多址技术
1、双工通信
TDD方式的主要优缺点： 方式的主要优缺点： 方式的主要优缺点 优点： 优点：每一个收发信机 在同一频率上要么作为 发送机要么作为接收机， 发送机要么作为接收机， 从而消除了单独下行和 上行频率波段的需要， 上行频率波段的需要， 这样就不需要双工器。 这样就不需要双工器。 缺点： 缺点：接收和发送之 间存在着一段潜在时间 间隔，降低频谱利用率。 间隔，降低频谱利用率。
1.6 移动通信中多址技术
频分多址(FDMA) 二、频分多址(FDMA)
频分多址(FDMA)是将给定的频谱资源划分为 是将给定的频谱资源划分为 频分多址 若干个等间隔的频道供不同的用户使用。 若干个等间隔的频道供不同的用户使用。 信码
信道 信道 N 信道 信道 信道 信道 N 信道 信道
信道 信道 3 信道 信道 信道 信道 3 信道 信道 信道 信道 2 信道 信道 信道 信道 2 信道 信道 信道 信道 1 信道 信道 信道 信道 1 信道 信道
解：
(1)一比特时长 )
Tb = 1 = 3.692 µs 270.833kbps
1.6 移动通信中多址技术
解：
(2) 一个时隙长 )
Tslot = 156.25 × Tb = 0.577 ms
(3)帧长 )
T f = 8 × Tslot = 4.615ms
(4)用户必须等待 )用户必须等待4.615ms，在一个新帧到来之后 ， 才可进行下一次发射。 才可进行下一次发射。
1.6 移动通信中多址技术
通信过程的分解过程
通信过程的分解过程通信是人类社会发展和交流的重要方式之一，通过通信可以将信息传递给他人，加强人际关系，推动经济发展等。
现在，我将为你分解一下通信过程的主要步骤和环节。
1.信息的生成和编码：通信的第一步是生成信息。
信息可以是文字、语音、图像等形式，它们代表着发送者想要传达的意思和知识。
然后，发送者需要将信息编码成一种可以传输的形式。
编码是将信息转换为一组可以被传输和存储的数字或信号的过程。
2.信息的发送和传输：接下来，编码后的信息会被发送出去。
通信可以通过不同的方式进行，例如：电报、邮件、电话、短信、电子邮件、即时通讯等。
这些方式通过电信网络或无线信号传输信息，确保信息能够跨越地域边界被接收方收到。
3.信息的接收和解码：一旦信息被接收方收到，接收方需要解码这些信息，将其转换为可以理解的形式。
解码是将编码的信息转换为原始信息的过程。
这个过程需要接收者能够识别和理解所用的编码方式，并对信息进行正确的解析。
4.信息的理解和反馈：接收方在解码后需要理解所接收到的信息的含义和目的。
这个过程在很大程度上依赖于接收方的知识、经验和上下文环境。
理解信息后，接收方可以对信息进行反馈，例如回复一条短信、回复一封邮件等方式。
反馈可以让发送者知道信息是否被正确理解和接收，同时也可以继续沟通和交流。
5.信息的保存和整理：通信过程中的信息可以被接收方保存和整理，以便以后使用。
保存和整理可以是将信息存储在电子设备中，例如计算机、手机、云存储等，也可以是以书面形式保存在文件夹中。
这样，人们可以随时回顾、查找和使用这些信息。
通信过程中涉及的环节和步骤各有不同，同时还会受到各种因素的影响，如传输介质、网络条件、语言和文化差异等。
在现代社会中，随着技术的发展和应用的普及，通信方式也变得更加多样和便捷，信息传递的速度和效率也得到了大幅提升。
尽管通信过程可能会出现一些障碍或问题，如网络中断、信息丢失等，但通信本身的意义和价值是无法替代的。
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1．程控交换机组成
是由硬件系统和软件系统组成 程控交换机的硬件系统包括话路部分、控制部分和输入输出部分。 程控交换系统中的硬件动作均由软件进行控制完成，程控交换机的软件系统包括运行 处理所必需的在线程序和用于交换的设计、调试、软件生产和管理的支援程序两部分 。
输入输出部分
2．各组成部分功能
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1、 电话交换的概念模型
交换机能够实现多用户之间“两两连线构通回路”
的设想，同时也节省了连接线路。
话机 （a）两部话机之间的连接 用户线 交换机 中继线 交换机 中继线 话机
话机
交换机
中继线 （c）多个交换机
交换机
（b）单个交Biblioteka 机382、 电话交换技术发展史
表3-1 各类交换机及其主要特点
终端设备
2.传输设备
传输设备是将电信号、电磁信号或光信号从一个地点
传送到另一个地点的设备，它构成电信系统的传输链 路（信道），包括无线传输设备和有线传输设备。
无线传输设备有短波、超短波、微波收发信机和传输系
统以及卫星通信系统（包括卫星和地球站设备）等；
有线传输设备有架空明线、同轴电缆、海底电缆、光缆
通过抽样得到一系列在时间上离散的幅值序列称为样值序列。
这些样值序列的包络线仍与原模拟信号波形相似，我们把它称 之为脉冲幅度调制（Pulse Amplitude Modulation，PAM）信号 。
话音信号的离散化处理 时间上的离散性
使连续信号f(t)变 成了离散的f(t0)、 f(t1)、 f(t2)、 f(t3) · · ·
信道
信源：是产生信息的人或机器，如声音（话筒），符号源（计算机），图像源（ 摄像机）等，将原始信息转换成基带电信号。 发送器：完成变换，使信号源的输出基带信号变成为便于传输的信号（电或光信 号）的设备。如编码、调制、放大等。 信道：是传送信号的媒介，如电缆、光纤、空间等。 接收器：完成反变换（输出基带信号）以便获得能识别消息的设备，如译码器、 解调器、放大器等。 信宿：为接收信息的人或机器。如听筒，显示屏等。将基带信号恢复为原始信号 。 交换设备：交换设备在用户群内每对用户终端间，按需提供传输信道构成临时通 信连接；并可控制信号流向及流量的集散，从而达到共用电信设施和提高设备利
固定电话和移动电话
3.1 电信系统构成
打电话时声音信息传递的过程。
通话是如何实现的？
探讨
电信系统是各种协调工作的电信设备集合的整体，最
简单的电信系统是只在两个用户之间建立的专线系统 ，如有5部电话要实现相互之间通话，则需要专线将5 部电话两两相连 。
当通话的电话用户越来越 多时，会出现什么问题呢？
信道传输码型
单极性不归零
双极性归零
双极性不归零
差分码
单极性归零
多极性码
3．接收端的数/模变换
（1）再生、解码
（2）低通滤波（平滑）
信号再生
再生中继器消 除遇到的问题 －－门限电平
信号衰减
噪声干扰
波形失真 误码产生
传输距离增加 信噪比下降
数字通信过程包括以下三个过程： 发送端的模/数变换包括抽样、量化和编码三个过程 ； 归纳思考 信道传输包括码型变换和再生中继； 接收端的数/模变换包括再生、解码和低通滤波三个 过程。
警 示
抽样后的信号时间上变成离散的，但仍 然是模拟信号。
设时间连续信号f（t），其最高截止频率为fm。要从
样值序列无失真地恢复原时间连续信号，其抽样频率 应选为fs≥2fm。这就是著名的奈奎斯特抽样定理，简 称抽样定理。 人的话音信号频率为300～3400Hz，考虑防卫带的预 留： fs＝8KHz，抽样周期T＝125μs。
交换设备
4.通信电源设备
整流器
以终端设备、交换设备为点，以传输设备为线，点、
线相连就构成了一个通信网，即电信系统的硬件设备 。
警 示
电信系统只有这些硬件设备也是不能很好的完成信息
的传递和交换，还需有系统的软件，类似于人的神经 系统的功能。
3.2 电话通信过程
声音是如何变成数字信号进行传输的？
第3章 电话通信系统
3.1电信系统的组成 3.2电话通信过程 3.3数字程控交换技术 3.3信令系统
1
电话机的发明
1875年6月2日贝尔和沃森发明了电话，这就是原始的电磁式电话。 1877年爱迪生发明了碳精式送话器，将碳精式送话器与手柄、呼叫设备（电
铃）、手摇发电机和干电池组合起来就成为磁石式电话机。 1882年出现了共电式电话机，这种电话机不需要手摇发电机和干电池，通话 所用电源由交换机供给，这种概念一直沿用到今天。 1896年美国人爱立克森发明了旋转式电话拨号盘。1920年美国人坎贝尔发明 了消侧音电路，这样就产生了自动电话机——拨号盘电话机。 上个世纪60年代电子学飞速发展，70年代大规模集成电路的出现，出现了电 子电话机——按键式电话机。80年代随着N-ISDN的应用出现了数字电话机， 从电话机出来的是数字话音信号。随着B-ISDN网络和IP骨干网络的出现，多 媒体用户终端和IP电话机相继出现。
交换机类型 磁石式 共电式 接续方式 人工 人工 控制方式 铃流* 环路电流 ** 接线器 塞绳 塞绳 供电方式 自备 交换机提供 交换信息 模拟话音 模拟话音 年代 1878 1891
步进制
纵横制 模拟程控 程控数字
自动
自动 自动 自动
拨号脉冲
布线逻辑 存储程序 存储程序
步进接线器
纵横接线器 干簧接线器 电子接线器
2．信道及再生中继
（1）信道传输的码型变换 单极性不归零码（Non-Return Zero，NRZ）码变换为双 极性归零码（Return Zero，RZ）。 （2）再生中继 在信道上每隔一段距离就要对数字信号波形进行一次“ 修整”，再生出与原发送信号相同的波形，然后,再进 行传输。
3.1.2电信系统的三大硬件设 备
终端设备
传输设备 交换设备
1.终端设备
将话音、文字、数据和图像信息转变为电信号、电
磁信号或光信号发出去 将接收到的电信号、电磁信号或光信号复原为原来 的话音、文字、数据或图像
电话机、电报机、移动电话机、微型计算机，数据
终端机、传真机、电视机
PCM数字通信过程
PCM
1.发送端的模/数变换
（1）抽样 （2）量化 （3）编码
模拟信号 抽样 量化 v t 编码
00 01 11 10
数字信号
0100110…
（1）抽样
模拟信号数字化的第一步是在时间上对信号进行离散化处理，
即将时间上连续的信号处理成时间上离散的信号，这一过程称 之为抽样。
这一近似过程一定会产生误差，称为量化误差。量化误差就是指量化前后信号
之差，会产生量化噪声。
（3）编码
编码是把抽样并量化的量化值变换成一组（8位）二进制码组 对于一个数字话路来说，每秒钟抽取8000个样值，每个样值编为8位二进
制代码，则每一话路的数码率为：8×8000＝64kbit/s。
3.3.1电话交换系统概述
电话交换系统从早期人工式、机械式、电子式交换阶
段，发展成为如今以计算机程序控制为主的程控数字交 换阶段，不仅实现了数字语音通信，还能实现传真、数 据、图像通信，构成了综合业务数字通信网。 本节将首先给出电话交换的概念模型、功能模型以及 程控数字交换机的基本组成，然后就程控数字电话交换 系统的基本工作原理从硬件和软件两个方面进行说明。
探 讨
电话通信是利用电的方法传送人的语言并完成远距离语音通信过
程。一般使用的固定电话为模拟电话终端，通过用户线连接到交 换机，交换机之间中继线传输的是数字信号。 数字通信过程包括发送端的模/数变换、信道传输和接收端的数/模 变换三部分。
模拟信号转换为数字信号设备称为模/数转换设备。
将模拟信号转换为数字信号的方法有 PCM脉冲编码调制（Pulse Code Modulation 差值编码调制（Difference Pulse Code Modulation，DPCM） 自适应差值编码（Adaptive Difference Pulse Code Modulation， ADPCM） 增量调制（Delta Modulation，△M）
交换机提供
交换机提供 交换机提供 交换机提供
模拟话音
模拟话音 模拟话音 数字话音等
1891
1919 1965 1970
*铃流：接线员听到主叫振铃后，人工完成接线 **用户摘机后接线员看到灯闪，人工完成接线
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3.3.2程控数字交换机的组成
1．程控交换机组成
2．各组成部分功能 3．程控交换机的用户服务性能
3.3 数字程控交换技术
程控数字电话交换系统实际上完全是由计算机控制的
电话交换系统，由硬件和软件两大部分组成。本节将 重点说明其中数字交换的基本工作原理。 程控交换机是存储程序控制交换机（Stored Program Contro1，SPC） 的简称。是利用电子计算机进行控制 的，它把电话交换机各种控制功能按步骤编成程序存 入存储器，利用存储器内所存的程序来控制整个交换 机工作。
等传输系统。
3.交换设备
交换设备是实现一个呼叫终端（用户）和它所要求的另一个或
多个终端（用户）之间的接续或非连接传输选路的设备和系统 ，是构成通信网中节点的主要设备。 交换设备根据主叫用户终端所发出的选择信号来选择被叫终端 ，使这两个或多个终端间建立连接，然后，经过交换设备连通 的路由传递信号。 交换设备包括电话交换机、电报交换机、数据交换机、移动电 话交换机、分组交换机、ATM交换机、宽带交换机等。
（1）用户电路 用户线进入交换局的接口电路 。