【大学课件】数字程控交换与现代通信网

11程控数字交换与交换网(第二版)

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程控数字交换与交换网

（第二版）

叶敏编著

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 第1章绪论

 第2章话音信号的数字化基础

 第3章数字交换机的话路部分

 第4章程控交换系统控制部件的组成特点

 第5章程控交换机软件概况

 第6章呼叫处理的基本原理

 第7章交换技术基础

 第8章电话通信网

 第9章信令方式

 第10章部分有关通信网简介

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第1章绪论

 1.1 自动电话交换机的发展

 史端乔交换机

 西门子式自动交换机

 旋转制和升降制交换机

 纵横制交换机

 电子交换机

 程序控制交换机

 数字交换机

 1.2 自动电话交换机的分类

 模拟交换机

 数字交换机

 布线逻辑控制交换机

 存储程序控制交换机

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 1.3 程控交换机的基本概念

 图中所示的中继器和用户电路包括收号器都受中央处理机控制。这样就可以得出结论：程控交换机实质上是数字电子计算机控制的交换机。

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 1.4 程控交换机的优越性

 技术上的优越性

 能提供许多新的用户服务性能

 维护管理方便，可靠性高

 灵活性大

 便于向综合业务数字网方向发展

 有可能采用公共信号系统

 便于利用电子器件的最新成果，使整机技术的先进性得到发挥

 经济上的优越性

 交换设备方面

 线路设备方面

 维护和生产方面

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 1.5 程控交换机的服务性能

 给一般用户的服务

 给各种用户交换机用户的服务

 在管理和维护上的新业务

 1.6 程控交换技术的发展

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 1.7 当前世界通信的发展

 1.7.1 当前世界通信产业发展的特点

 世界通信技术进步越来越快

 世界通信市场竞争日趋激烈

 1.7.2 当代通信技术综观

 传送网技术

 接入网技术

 ISDN技术和ATM技术

通信基础知识(程控交换)

第二部分数字程控交换的基本原理

一．交换机的发展

最早的自动电话交换机是在1892年投入使用的。这是步进制交换机。1926年开通了纵横制交换机。随着电子技术，尤其是半导体技术的迅速发展，人们在交换机内引入了电子技术，称作电子交换机。1965年美国贝尔公司投产开通了第一个程控交换机。

二．程控数字交换机的基本结构

全数字交换机的典型程控数字交换系统的基本结构如图2-1，图中交换机分为选组级（数字交换网络）和用户级（用户模块和远端模块）二部分，各有自己的处理机进行控制，处理机之间则通过通信信息进行联系。总体上，交换机包括话路系统(交换网和用户模块)和控制系统两部分。

2-1 典型数字交换系统

⑴ 用户级的主要任务是集中用户的话务量，由用户模块将一群用户集中后，然后通过用户级和选组级间的数字中继线送至选组级。如果我们将用户级的设备放到用户集中点，形成一个“远端模块”（或叫模块局），它和选组级（也叫母局）之间也是通过数字中继线相连。这样大大提高了线路的利用率，节约了投资，传输质量也提高了。用户模块和远端模块之间

数字交换网络用户电路

用户处理机

数字中继

模拟中继

信号收/发数字中继用户电路

中央处理机用户

模块

远端

模块

话机

用户处理机 PCM 的差别在于后者通过数字中继设备和选组级相连；而前者没有，这里数字中继设备的主要任务是码型转换和信号。

⑵ 用户电路：在数字交换机中，用户电路有BORSCHT七个功能。这七个功能分别是——馈电（BF）、过压保护（OP）、振铃控制（RC）、监视（S）、编译码和滤波（C&F）、混合电路（HC）与测试（T）。

⑶ 数字交换网：交换网络的功能是根据用户的呼叫要求，通过控制部分的接续命令，建立主叫与被叫用户间的连接通路。数字交换网络由时分交换网络（随机存储器构成）和空分交换网络（电子开关阵列构成）构成。

⑷ 中继器：是中继线和交换网络间的接口电路。包括码型变换及反变换、时钟提取与帧同步、提取和插入随路信令等功能。

程控交换基本原理

一、程控交换概述：

1、电话交换的基本原理

语音信号数字化过程；PCM时分多路通信系统的基本原理；PCM30／32路的帧结构；主要

的交换方式。

*PCM的含义是脉冲编码调制。

*语音信号的数字化要经过抽样、量化和编码三个步骤。

*抽样是将时间上连续的模拟信号变为时间上离散的抽样值。抽样频率取值8000Hz，即抽

样周期为125μs。

*话音信号的PCM编码传输速率=8000Hz/s×8=64kb/s；64kb/s是程控数字交换机中基本的

交换单位。

*常用的复用方式：频分复用、时分复用。

*国际上一般有两种PCM制式，PCM24及PCM30/32系统。

*每个PCM系统有32个时隙；32个信道称为一帧；一个时隙为8位码组。

*每帧的第一时隙(TS0)为一个帧同步时隙，用来传送帧同步；时隙16(TSl6)用于传送各话路

的标志信号码与复帧同步码。

*现代通讯网中采用的交换方式主要有电路交换、分组交换、ATM交换和IP交换。

*电话交换一般采用电路交换方式，电路交换属于电路资源预分配系统。

*分组交换是数据通信的一种交换方式，利用存储—转发的方式进行交换；分组交换中普

遍采用逐段反馈重发措施，以保证数据传送是无差错的。

*ATM即异步传送模式；其特征是传输、复用和交换都是以信元为基本单位进行的。

2、交换机的基本结构

交换机的基本组成；用户模块的组成、功能；数字用户电路的基本功能；中继器基本功能；

信令设备的主要功能及作用。

*交换机的硬件系统由用户电路、中继器、交换网络、信令设备和控制系统这几部分组成。

*模拟用户电路提供数字交换机和模拟话机之间的接口电路；要求具有馈电、过压保护、振

铃、监视、编译码、混合电路、测试七种基本功能。

*数字用户电路再程控交换机中主要采用ISDN定义的2B+D基本接口BRA，通过此接口能够

全双工地传送数字信号：其中B是64kb／s速率的语音信道，D信道是一个16kb／s速率的

程控交换课件

第四章电路交换系统的软件

§4.1 交换软件的组成

4.1.1交换软件的组成

一运行软件系统

数据:反映交换局和用户的情况，为程序的执行提供必要的环境和依据。

操作系统:负责资源的管理和程序的执行控制。操作系统直接覆盖在裸机上，为其它软件提供一个虚拟机环境。

呼叫处理程序:负责呼叫处理功能。

管理程序:协助实现交换机的软、硬件系统的更新(如新用户建立，用户改号时用户数据的更新)；进行计费管理；监督交换机的工作情况，确保交换机的服务质量(如服务观察和话务量测量)。

维护程序:负责交换机的故障检测，诊断和恢复，保证交换机可靠工作。

二软件支援系统

交换机的运行软件本身是很庞大和复杂，它的设计生产和维护工作也是艰巨的，软件支援系统就是提供这两方面的工具和环境。

交换机的运行软件大体结构相同，但对不同的交换局，需作一定的修改以适应各种具体要求，利用软件开发、生产工具与环境可高效、可靠地完成。

软件维护指对原先设计的运行软件不断地改进和扩充，直至交换机退役，这也可以由软件维护工具与环境完成。

三数据库

数字程控交换机数据库所涉及的数据有局数据、用户数据和系统数据。

1．局数据

局数据用来描述交换机的配置及运行环境，主要包含以下内容：  配置数据

 交换局的号码翻译规则

 路由中继数据

 No.7信令数据

 计费数据

 新业务提供情况

2．用户数据

用户数据用来说明用户的情况，每个用户都有其特有的用户数据。用户数据主要包括以下内容：

 用户电话号码、用户设备码

 用户线类别

 话机类别

 用户的服务等级

 用户对新业务的使用权及用户已登记的新业务

 用户计费数据

3．系统数据

这部分数据有设备制造厂即根据交换局的设备数量、交换网络的组成、存储器的地址分配、交换局的各种信号、编号等有关数据在出厂前编写。

程控数字交换技术原理

1 §电话交换机的基本组成：话路系统和控制系统。话路系统包括用户电路、交换网络、出中继器、入中继器、绳路及具有监视功能的信号设备；控制系统包括译码、忙闲测试、路由送择、链路选试、驱动控制、计费等设备。 §话路系统的构成方式：空分方式和时分方式。空间分隔方式是指交换网络的每个连接通路各自占据不同的空间位置，互相隔开。时间分隔方式是指交换网络的各条话路具有不同的时间位置，各路话音的传输时间是互相错开的。 §控制系统的控制方式：布线逻辑控制方式（布控方式）和存储程序控制方式（程控方式）。 §程控交换机的分类：空分模拟程控交换机、时分模拟程控交换机、时分数字程控交换机。 §模拟信号：信号的幅度取值不受任何限制且与原信息准确对应。 §数字信号：信号的幅度取值只能在数轴上有限个离散值上取值，且不准确地与原信息对应。 §抽样是以一定时间间隔，取出连续的模拟信号的瞬时值。 §抽样定理：对于一个有限带宽的连续信号f(t),其最高频率为fM,此信号可由时间上相隔Ts<=1/2fM秒的各均匀间隔点上的信号值f(KTs)唯一确定。 §量化是将样值幅度取值连续的模拟信号变成样值幅度取值离散的数字信号。 §均匀量化是将输入信号的变化范围等分为N级，其量化间隔是相等的。非均匀量化的量化间隔是不相等的，大信号区的量化间隔大，小信号区的量化间隔小，即量化间隔∆V是不固定的。 §编码是将量化后的信号电平值转换成二进制码组。解码是编码的逆变换，是将二进制编码信号还原成离散的样值幅度信号。 §码元就是用占据时间相等的一些电信号波形来表示数字信息的这些电信号波形。 §码元长度就是一个电信号波形所占据的时间间隔。 §时分复用方式是将信道按时间加以分割，各路话音抽样信息按一定的次序轮流地占用某一时间段来传输各路信息。这一时间段称为时隙。 §在交换设备内部传输的码型为NRZ码，而在线路中传输的码型为HDB3码。 §在有线传输线路中传输的码型应考虑一下的要求： 1.在线路中传输的码型不应含有直流分量，且低频成份和过高的频率成份也不宜太多。 2.在传输的码型中应含有时钟信息。 3.要求传输的码型与信息源的统计特性无关。 4.在传输的码流中，应具有一定的检测误码能力。 5.码型的转换设备应简单易于实现。 §程控数字交换系统的功能：信令与终端接口功能，交换接续功能和控制功能。 §交换机的软件系统必须具有：实时效率；有多道程序同时运行功能；有保证电话业务不间断的有效措施。 §分散控制有容量分担或功能分担的工作方式。（分级控制系统和分布式控制系统） §处理机的配置方式采取备份的方式，最简单的备份方式就是双处理机结构。 §双处理机结构有三种工作方式：同步双工、话务分担、主/备用工作方式。 §容量通常以用户线数和中继线数来表示。 §呼叫处理能力以忙时试呼叫次数来表示，通常称作BHCA值。它是衡量交换系统处理机处理能力的重要指标，它表明处理机能处理的用户在忙时摘机呼叫的次数。 §话务负荷能力是指在一定的呼损率下，交换系统在忙时可以负荷的话务量。话务量Y等于单位时间内所产生的平均呼叫次数C和每次呼叫平均占用时间t的乘积。

程控交换概述

第一节电话交换的基本原理

1.1.1. 电话通信网的基本组成部件

电话通信网的基本组成设备是终端设备、传输设备、交换设备。

最简单的终端设备是电话机，电话机的基本功能是完成声电转换和信令功能，将人的话音信号转换为交变的话音电流信号，并完成简单的信令功能。

传输设备的功能是将电话机和交换机、交换机与交换机连接起来。常用的传输设备有电缆、光纤等。

交换机的基本功能是完成交换，即将不同的用户连接起来，以便完成通话。

1.1.2. 为什么要引入交换机

用户直接相连：用户数为N时，所需的互连线对数为N（N-1）/2。

引入交换机：每个用户只要接入到一个交换机，就能与世界上的任一用户通话。

1.1.3. 数字交换原理

语音信号数字化：语音信号的数字化要经过抽样、量化和编码三个步骤。

抽样：抽样的功能是将时间上连续的模拟信号变为时间上离散的抽样值。抽样频率取值为8000Hz，即抽样周期为125μs。

量化：量化是指用有限个度量值来表示抽样后的信号的幅度值。

编码：根据量化级的选取，有均匀量化和非均匀量化两种方法。

在PCM32系统中，采用8位码来表示一个样值，最高位是极性码，剩下的7位对应128

个量化级。

话音信号的PCM编码的传输速率=8000Hz/s×8=64kb/s。

64kb/s是程控数字交换机中基本的交换单位。

频分复用方式和时分复用方式

频分复用方式是将信道的可用频带划分为若干互不交叠的频段，每路信号的频谱占用其中的一个频段，以实现多路传输。

时分制是把一条物理通道按照不同的时刻分成若干条通信信道(如话路)，各信道按照一定的周期和次序轮流使用物理通道，这样，从宏观上看，一条物理通路就可以‘同时’传送多条信道的信息。

PCM时分多路通信系统的基本原理

PCM30/32系统的几个主要参数为：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。

程控交换

交换与通信的关系（三要点）：

（1）交换设备是通信网的重要组成部分。

（2）交换技术与通信的发展是分不开的。

（3）交换技术的发展应与终端业务及传输技术的发展相适应。

N2问题

---连线数随终端数的平方增加；N(N-1)/2

---长途线路费用大；

---每个终端需N-1个线路接口;总共需要N(N-1) 个线路接口

---增加第N+1个终端时，需增设N条线路。

解决多个终端中任何两个都可以进行点对点通信问题的最佳方法就是在通信系统中引入交换节点设备。

电路交换

电路交换的过程——三个阶段：呼叫建立、信息传输(通话)、呼叫释放

电路交换的优点:

1.时延小、固定；

2.对数据不进行存储、分析和处理，开销小效率高。透明传输

3.编码方式不受网络限制。

电路交换的缺点：

1.呼叫建立时间长，

2.网络利用率低,电路利用率低（<50%）；

3.通信要使用相同的协议、格式、同步方式等，限制不同终端的互联；

4.有呼损。

分组交换——在电路有空闲时，以“分组”为单位传送。分组穿过网络互交换机的时间很短（ms级），满足实时性要求。

分组交换的优点：

1.不同数据终端之间灵活沟通（存储——转发）；

2.时延小，能满足数据交互业务要求；（IP 电话）

3.实现线路动态统计复用，在一条物理线路上同时提供多条信息通路；（经济性好,网络利用率高）

4.有分段差错校验功能（X.25规定)；

5.网络费用低;不要求交换机具有很大的存储容量和处理能力

分组交换的缺点:

1.附加信息多，长报文效率低（合理分组）；

2.技术复杂，随时分析处理，要求交换机要有较高的处理能力。

交换的基本功能----在任意入线和出线之间建立连接。或者说是将入线上的信息分发到出线上去。

在交换系统中完成这一基本功能的部件就是交换网络，而交换网络又是由各种交换单元构成的。

交换单元的性能

容量：所有入线可以同时送入的总的信息量。

接口：由所传送信号的形式而定。

程控交换 2

1 一、实验系统指标：

·实验箱采用整板有机玻璃板覆盖，降低人为故障，提高产品可靠性；

·采用经典局用交换机的架构，集成用户交换机的功能。各功能模块布局清晰，且工作状态有发光二极管指示。

·系统具备开机自检功能。开机即自主完成系统的检测工作，减轻实验设备管理工作，缩短设备维护时间。

·交换网络集成人工交换、空分交换和时分交换三种，展示交换发展历程。

·系统集成数字中继局的功能，数字中继采用标准E1接口，符合G.703协议。可以在两台的实验箱之间实现全数字中继功能，模拟长途局之间的交换。

· 支持和实际的SDH等传输设备的对接，并可通过E1接口和实际的传输设备组成PSTN网络。

·用户信号时隙可任意设置，并可用示波器观察时隙交换。

·可支持拨码开关手动用户信令的插入和提取的观测和实验，并能指示传输过程的帧失步及误码状态，展示7号信令结构。

·可在本地及远程设置和修改系统及话机参数。

·支持在线编程的二次开发实验，当学生编写的程序有错误时，可以通过简单的复位立刻回复到厂家的原始设置。

·丰富强大的上位机管理软件，除可完成计费、消息跟踪、系统控制、话务监视等功能外，还可以文本和图形两种方式动态显示程控交换的整个过程，并且可以展示用户信令的文本和图形的动态过程，使相关知识点更加立体和生动。

·软件仿真局用交换机和用户终端，实现程控交换功能，并可动态展示局间信令和用户信令的交换流程。

·系统具备双向来电显示功能。

·提供电子版实验指导书及多媒体教学课件。

二、系统构成

系统硬件主要由以下几个部分构成：

 用户接口电路：

该设计中采用的四路模拟用户接口；

 外线接口：

作为用户交换机和局用交换机相连；

 电源输入模块：

产生整个实验箱所需要的各种电压的工作电源：

输入：AC 220V±10%

输出：DC ±12V±5%，+5V±5%，-5V±5%

 中央处理器：

由MSC-51系列的单片机实现，主要实现人机界面的管理，串口通信以及参数设置及系统管理功能；

程控数字交换技术

@电话交换机可以按什么进行分类？

答：按交换机的使用对象，按呼叫接续方式，按所交换的信号特征，按接线器的工作方式，按控制器电路的结构。

@为什么交换设备是通信网的重要组成部分？

答：其基本功能是根据地址信息进行网内链路的连接，以使电信网中所有终端能建立信号通路，实现任意通信双方的信号交换。

@简述交换机系统的功能

答：程控数字交换机的功能分为交换业务功能（有控制功能，交换功能，接口功能，信令功能，公共服务功能，运行管理功能，维护诊断功能计费功能）和用户（分机）功能（缩位拨号，热线服务，呼叫转移，禁止呼叫，追查恶意呼叫等20多项服务功能）

@为了是抽样信号不失真的还原为原始信号抽样频率（fs）应大于话音信号的最高频率的两倍，实际中fs取8000Hz抽样周期为125us；pcm基带信号速率64kb/s；30/32路一次群的位速率为2048kb/s

@在PCM30/32编码方案中如何表示样值的正负极性和幅度的大小幅度码有几位它表示几种不同幅度的样值？

答：通常采用8位二进制码表示一个量化样值，D1-D8画出来注明第一位是表示极性d2-d4是段落码d5-d8是段内码幅度码是指段落码和段内码共七位代表128个量化级。

@全利用度线束：任一条入线可以到达任一条出线的情况

@部分利用度线束：任一条入线只能到达部分出线的情况。

@模拟中继接口：它是数字交换网络与模拟中继线之间的接口电路。类似与模拟用户接口只是少了振铃控制和用户馈电的功能多了一个中继线指示功能同时把对用户线状态的监视变为了对中继线路信号的监视还要把本端的监视信令插入到传输信道中以供对端检测（出中继接口和入中继接口）

@远端用户模块的定义和功能：远端用户模块放置在远端与母局之间的链接需经过适当的接口和中继线传输系统，它的主要功能是提高数字交换网络和线路利用率。

@2B+D接口：用户环线系统的标准数字传输速率为144Kb/s，为满足综合业务数字对用户环线数字化的传输要求，144Kb/s划分成两个用于传输话音的64Kb/s的基本通道与一个用于传输信令和其他低速数据的16Kb/s的数据通道。

(北邮课件)现代交换原理讲义.doc

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【成文时间】：2002

【语言】：中文

【页数】：8章*30

【作者】：桂海源编

【文件格式】：PPT

【文件原名】：现代交换原理

【推荐点评】：本书4交全血地介绍了程控数字交换系统的硬件、软件和信令技术。内容包括: 电话通信网的基木组成，我国电话网的结构；No. 7信令系统的结构和功能；程控数字交换系统的结构，数字交换原理，程控数字交换机的终端和接口：程控交换软件的基本特点，交换机运行软件的结构，程控操作系统和呼叫处理程序的基本原理；智能网的基木概念和结构；窄带综合业务数字网；宽带综合业务数字网的关键技术一一ATM的结构及工作原理；多协议标记交换MPLS的原理以及综合业务交换机。

本书是高等院校教材，也可作为通信工程技术人员的技术参

【摘要或目录】：第一章电信交换基础1

1电话交换的基本原理1

1. 1. 1电话通信网的基木组成及功能 1

1.2电话机的基本组成及工作原理1

1.3交换机的基本组成及其工作原理3

1.2电话交换机的类型及发展 4

1.3主要的交换方式 5

1.3.1电路交换 5

1.3.2分组交换 6

1.3.3 ATM 交换 7

4我国电话通信网的结构和编号计划 7

1.4. 1长途电话网 8

4. 2本地电话网 9

1.4.3编号计划 10 思考题与练习题 13 第二章信令系统 14

1信令的基本概念和分类 M

1. 1信令的基本概念 14

1.2信令的分类 15

2.2用户线信令 16

2. 1用户话机发出的信令 16

2.2.2交换机发出的信令 16

2.3屮国No. 1信令 17

2. 3. 1线路信令 17

3. 2记发器信令 20

4 No. 7信令系统概述 25

4. 1 No. 7信令系统的特点和功能 25

2. 4. 2 No. 7信令系统的结构 26

4. 3信令单元的格式 29 2.4.4我国No. 7信令网的结构 32