第3章數字交換機的話路部分(程控數字交換技術-葉敏版)

第3章數字交換機的話路部分第3章數字交換機的話路部分3.1數字交換機的系統(tǒng)結構3.2用戶模塊的組成3.3中繼器3.4音頻信號的產生、發(fā)送和接收3.5數字交換和數字交換網絡3.1數字交換機的系統(tǒng)結構圖3-1數字交換機系統(tǒng)結構用戶電路數字中繼器數字中繼模擬中繼數字中繼器用戶電路用戶處理機用戶處理機信號發(fā)/收中央處理機數字交換網絡模擬/數字遠端用戶模塊PCM用戶模塊---用戶級選組級模擬中繼線數字中繼線3.1數字交換機的系統(tǒng)結構典型結構如圖3-1所示，可以看出，數字交換機分成選組級（數字交換網絡）和用戶級（用戶模塊和遠端模塊）兩部分。用戶級功能：集中用戶的話務量，然后通過用戶級和選組級間的數字中繼線送至選組級。遠端模塊：將用戶級設備放到用戶集中點，與選組級之間通過數字中繼設備相連。與用戶模塊之間的差別在于與選組級距離不同。數字中繼設備：主要作用是信號的碼型轉換。3.1數字交換機的系統(tǒng)結構返回首頁選組級數字交換網絡：主要用來對話務量進行集中和分散，由各種接線器組成。信號收/發(fā)設備：用于提供局間信號以及各種信號音。除了上述各種接口設備之外，作為數字交換系統(tǒng)應能連接各種非話業(yè)務終端和接口，如數據終端（計算機或其他）、數字用戶、傳真、用戶電報等等。3.2用戶模塊的組成3.2.1用戶模塊基本結構3.2.2用戶電路返回首頁3.2.1用戶模塊基本結構圖3-2用戶模塊結構收號器用戶電路用戶電路串/并串/并串/并用戶級交換網絡信號提取插入網絡接口掃描存儲器分配存儲器微處理機至數字交換網絡3.2.1用戶模塊基本結構組成：用戶電路、集線器、用戶處理機和網絡接口用戶集線器：主要包括一個由一級T接線器組成的交換網絡，它負責話務量的集中或擴散。信號提取和插入電路：負責把處理機通信信息從信息流中提取出來（或插入進去）。3.2.1用戶模塊基本結構網絡接口：用于和數字交換網絡的接口。掃描存儲器：屬于用戶模塊，用于暫存從用戶電路讀取的信息。分配存儲器：屬于用戶模塊，用于暫存向用戶發(fā)出的命令信息。返回本節(jié)3.2.2用戶電路數字交換機的用戶電路的功能可以歸納為BORSCHT這七個功能，具體是：B（Batteryfeeding）饋電；O（Overvoltageprotection）過壓保護；R（Ringingcontrol）振鈴控制；S（Supervision）監(jiān)視；C（CODEC&filters）編譯碼和濾波；H（Hybridcircuit）混合電路；T（Test）測試3.2.2用戶電路

饋電：向主、被叫用戶提供通話直流。圖3-3用戶饋電原理圖在我國，饋電電壓規(guī)定為-48V或60V，國外設備為-48V。如果用戶線距離增長，還可能提高。ab-V3.2.2用戶電路

過壓保護：用戶電路中的過壓保護是二次保護,通常由鉗位電路來實現(xiàn)。圖3-4過壓保護電路ab用戶外線-V用戶內線3.2.2用戶電路

振鈴控制：由于振鈴電壓較高（國內規(guī)定90V±15V）,在程控交換機當中采用振鈴繼電器，由繼電器接點控制鈴流。圖3-5由繼電器控制的振鈴原理a振鈴開關R用戶線RR截鈴振鈴控制b3.2.2用戶電路

監(jiān)視：通過監(jiān)視用戶線直流來監(jiān)視用戶線回路的通/斷狀態(tài)。可以檢測到以下狀態(tài)：用戶話機的摘掛機狀態(tài)；號盤話機發(fā)出的撥號脈沖；投幣話機的輸入信號；用戶通話時的話路狀態(tài)（話終掛機時的監(jiān)視）放大用戶線監(jiān)視信號-V比較用戶線RR監(jiān)視信號圖3-6用戶線狀態(tài)監(jiān)視功能的是實現(xiàn)圖3-7通過比較來檢測用戶線狀態(tài)3.2.2用戶電路

編譯碼和濾波編譯碼的任務是完成模擬信號和數字信號間的轉換。模擬信號變?yōu)閿底中盘栍删幋a器（Coder）完成，而數字信號變?yōu)槟M信號則由譯碼器（Decoder）完成。它們統(tǒng)稱CODEC。濾波器：需在編碼器前加一個帶通濾波器，而在譯碼器后放一個低通濾波器。3.2.2用戶電路

混合電路功能：用來進行二/四線轉換。示意圖：圖3-8混合電路平衡網路用戶線接收發(fā)送3.2.2用戶電路

測試

功能：負責將用戶線接至測試設備，以便對用戶線進行測試，一般由軟件控制。除了上述七項功能外，用戶電路還具有極性倒換、衰減控制、收費脈沖發(fā)送、投幣話機硬幣集中控制功能。測試開關振鈴開關極性倒換開關過壓保護電路饋電電橋混合電路平衡網絡編譯碼器監(jiān)視電路測試總線極性倒換控制振鈴控制監(jiān)視信號圖3-9用戶電路功能框圖返回本節(jié)3.3中繼器3.3.1模擬中繼器3.3.2數字中繼器返回首頁3.3.1模擬中繼器模擬中繼器是數字交換機和模擬局間中繼線的接口電路，它用于和模擬交換機的連接。與用戶電路的功能有很多相似之處，兩者相比較發(fā)現(xiàn)，模擬中繼器比用戶電路少了振鈴控制和對用戶饋電的功能，而多了一個忙/閑指示功能，同時把對用戶線的監(jiān)視變?yōu)閷€路信號的監(jiān)視。測試開關線路信號監(jiān)視過壓保護忙閑指示混合電路平衡網絡編譯碼器模擬中繼線2MbpsPCM信號圖3-10模擬中繼器功能框圖返回本節(jié)3.3.2數字中繼器是連接數字局間中繼線的接口電路，它連接數字交換局或遠端模塊，入/出均為數字信號。功能：碼型變換和反變換。主要是HDB3NRZ始終提取和幀同步。提取和插入隨路信號。碼型變換復幀定位信號插入幀定位信號插入信號控制幀定位幀同步時鐘提取碼型變換收發(fā)PCM傳輸圖3.11數字中繼器功能框圖返回本節(jié)3.4.1數字音頻信號的產生3.4.2數字音頻信號的發(fā)送3.4.3數字音頻信號的接收3.4音頻信號的產生、發(fā)送和接收返回首頁交換機需要向用戶發(fā)送各種信號音，其包括：音頻信號各種用戶信號音：如撥號音、忙音和回鈴音等局間信令：如多頻信號等由于信號設備是接在數字交換網絡上的，因此這些信號必須是“數字化了的”，即必須是用PCM調制了的音頻信號才能在數字網中通過。信號音分類：單音頻信號：如撥號音、忙音和回鈴音均為450Hz單頻信號。雙音頻信號：如記發(fā)器信號，分為前向信號（六中取二）和后向信號（四中取二）3.4.1數字音頻信號的產生①②③④⑤⑥⑦⑧⑨

125us單頻信號的產生500Hz音頻信號的產生原理3.4.1數字音頻信號的產生圖3-12500Hz音頻信號產生原理2msIIIIIIIV圖中把信號音按125us間隔抽樣，量化和編碼運算，得到各抽樣點的PCM信號，然后送入ROM中。圖中信號周期為2ms，抽樣16次就夠了，因此占用ROM的16個單元。在對ROM做一般PCM信號讀出時就是500Hz的音頻信號（數字化了的）了。圖3-13信號發(fā)生器硬件結構12161-16循環(huán)計數器譯碼器①②ROM幀脈沖讀出數據單頻信號的產生2）討論節(jié)省ROM容量的方法可將一個周期音頻信號分為4段，而這四段有共同之點，如圖中I段和II段是對稱的（III和IV也如此）。把I段的編碼信號倒過來就變成了II段的內容。3.4.1數字音頻信號的產生雙音頻信號的產生設產生1380Hz和1500Hz的雙音頻信號首先找重復周期，取1380Hz、1500Hz、8000Hz的最大公約數，為20Hz可，所以其重復周期為50ms。需ROM的400個單元，采用分段方法，則只需100個單元即可。3.4.1數字音頻信號的產生返回本節(jié)3.4.2數字音頻信號的發(fā)送通過數字交換網絡送出，和普通話音一樣處理。通過指定時隙（如時隙0、時隙16）傳送。返回本節(jié)信號音（單音頻信號）由用戶話機接收的，因此在用戶電路中進行譯碼后就變成了模擬信號自動接收。多頻信號也應由接收器接收。一般采用數字濾波器濾波后進行識別取得。3.4.3數字音頻信號的接收返回本節(jié)3.5.1數字接線器的基本功能3.5.2數字交換網絡的基本結構和工作原理3.5.3時分交換網絡3.5數字交換和數字交換網絡返回首頁當前的數字交換機能連接的用戶很多，若要使每個用戶之間都能進行語音交換，采用的方法是給每個用戶分配一個固定時隙（TS：TimeSlot），然后在兩個用戶（兩個不同時隙）間進行交換。3.5.1數字接線器的基本功能

數字交換網絡TS5TS1812n12n3-14數字交換網絡進行時隙交換返回本節(jié)

數字交換網絡（DigitalSwitchNetwork）由數字接線器組成，有兩種數字接線器：時間接線器（TimeSwitch）和空間接線器（SpaceSwitch），其中T接線器完成時隙交換S接線器完成母線交換3.5.2數字交換網絡的基本結構和工作原理時間（T）接線器由話音存儲器（SM：SpeechMemory）和控制存儲器（CM：ContolMemory）兩部分組成，其功能是完成“時隙交換”。SM中存儲的是抽樣后經編碼的話音信息，每一單元有8位信息碼。CM的每個存儲單元存放的是話音信息在SM中的存儲地址。3.5.2數字交換網絡的基本結構和工作原理1、單端輸入的T接線器其輸入端只接一條基群PCM線，共有32個時隙，30個話路，所以SM和CM的容量均為32個單元。（1）讀出（輸出）控制方式的T接線器SM的工作方式是“順序寫入，控制讀出”CM的工作方式是“控制寫入，順序讀出”3.5.2數字交換網絡的基本結構和工作原理SM31

CMA0-A4定時脈沖RW012383101158ab18baTS8TS1TS2TS0baTS1TS8圖3-15讀出控制方式的T接線器(動畫)假設用戶A（占用TS1）和用戶B（占用TS8）通話，即TS1TS8ab1、單端輸入的T接線器（2）寫入（輸入）控制方式的T接線器

SM的工作方式是“控制寫入，順序讀出”CM的工作方式是“控制寫入，順序讀出”下面仍假設用戶A（占用TS1）和用戶B（占用TS8）通話，即TS1TS8ab3.5.2數字交換網絡的基本結構和工作原理SM

CMA0-A4定時脈沖RW0128310115831圖3-16寫入控制方式的T接線器(動畫)18TS1TS8baabTS8TS1TS2TS0ba2、多端輸入的T接線器即在接線器的輸入端連接多條PCM線，每一條PCM線稱為HW（Highway），簡稱母線，如果接8條HW，T接線器的SM就應有256個存儲單元，如果16條HW，SM就有512個存儲單元。這樣就產生兩個問題：a）這些時隙進入T接線器后如何排列b）降低速率的問題下面以8端PCM復用線為例說明，見圖3-17

3.5.2數字交換網絡的基本結構和工作原理TS31TS0TS31TS0TS31TS0A0-A702550255SMCM串/并變換并/串變換HW0HW1HW0HW7HW7HW1圖3-178端輸入的T接線器2、多端輸入的T接線器（1）多端脈碼的排列8端脈碼共有256個時隙，排列方式為：HW0的TS0，HW1的TS0，…，

HW7的TS0，HW0的TS1，HW1的TS1…HW7的TS1，等等，HW0的TS0作為總時隙的他tS0，HW1的TS0作為總時隙的tS1，…，HW7的TS31為tS255，則256個時隙為tS0~tS255。各端脈碼的時隙號與總時隙號的對應關系為：總時隙的8位二進制數碼的低3位A2A1A0表示8個HW的號，如HW0，即0#HW，用000表示?？倳r隙的8位二進制數碼的高5位A7A6A5A4A3表示各端HW中的32個時隙號，例如TS1為00001，TS3為00011。各端脈碼的端號、時隙號及總時隙號的對應關系如下：3.5.2數字交換網絡的基本結構和工作原理A7A6A5A4A3A2A1A03.5.2數字交換網絡的基本結構和工作原理時隙號端號（母線號）例如：求HW1TS20的總時隙編號端號：001，1#HW，即用001表示時隙號：10100，TS20，即用10100表示則總的時隙號為：10100001，即tS161。這個編碼的定時脈沖必定產生在tS161時隙。它既是話音存儲器的單元地址，也是控制161號單元寫入的定時脈沖。A7~A0作為定時脈沖，其相應的脈沖波形如圖3-18所示：CPA0A1A2A3A4A5A6A7244/244ns488/488ns976/976ns1.952/1.952us3.904/3.904us7.808/7.808us15.62/15.62us31.24/31.24us62.5/62.5us00001001圖3-18定時脈沖波形圖

A7~A0

通過譯碼電路可譯成256個時間位置不同的定時脈沖。它們的持續(xù)時間為488ns，周期為125us，用以代表不同的256個存儲單元地址，并控制其單元的寫入或讀出。例如：HW1TS1即第一端HW的時隙1，其代碼為：

A7A6A5A4A3A2A1A0

000010013.5.2數字交換網絡的基本結構和工作原理送入譯碼電路后，定時脈沖變成如果Ai=1，即是原形Ai，如果Ai=0，則將原波形取“非”，即原波形為1時變?yōu)?，為0時變?yōu)?。所以00001001代碼為(9)10，其脈沖波形是這八個定時脈沖相“與”的結果，即3.5.2數字交換網絡的基本結構和工作原理相“與”后的波形見上頁圖所示，恰好出現(xiàn)在CP9的那一時刻。

綜上所述，從變換過程我們可以看出總的時隙號tSj與各端的時隙號TSk之間的關系為：

j=端數×k+端號（HW號）例如：HW1TS20的端數是8（因為8端脈碼輸入），k=20，HW號=1，所以

j=8×20+1=161

即：HW1TS20=tS1613.5.2數字交換網絡的基本結構和工作原理2、多端輸入的T接線器（2）降低速率每一端的脈碼傳輸速率是2.048Mb/s，若8端脈碼輸入，其速率將達到16.384Mb/s，這樣高的速率會帶來許多問題，如輻射、干擾等。為此，必須采取降低速率的措施，一般采用串/并變換的方法。

3.5.2數字交換網絡的基本結構和工作原理TS1TS0串行碼HW并行碼TS31TS16TS0D7D1D0……………………………………………D0D1D7D0D7D12.048Mb/s256kb/s256kb/s256kb/s從上圖可以看出，并行碼較串行碼的速率降低了8倍3、串/并變換電路（S/P：Serial-ParallelConversion）是將串行碼變成并行碼，由移位寄存器、鎖存器和8選1的電子選擇器組成。3.5.2數字交換網絡的基本結構和工作原理D0鎖存器移位寄存器移位寄存器鎖存器8-1（D7）8-1（D0）HW0HW7……D0D0D0D0D7D7D7D7D7HW0HW0HW7HW7……至話音存儲器輸入（8）（8）（8）CPCP是在每一時隙最后一位（D7）的CP后半周期（）時打開。

圖3-19串/并變換后的輸入、輸出波形圖TS1TS0HW7HW0HW0HW0TS1TS0…………D0D7D0D7………………………………HW7……………………HW1HW7…D1D7D0…輸入輸出4、并/串變換電路（P/S：Parallel-SerialConversion）是將并行碼變成串行碼，由鎖存器、移位寄存器組成。3.5.2數字交換網絡的基本結構和工作原理鎖存器0移位寄存器移位寄存器鎖存器7HW0HW7D7D0……………………輸出輸入（1）在每一時隙的第1位（D0）的后半周期打開，這樣將HW0的D0～D7寫入到鎖存器0，其他同理。（2）S是控制線：CP=1（前半周期），S=1，移位寄存器處于置數狀態(tài)，只置數而不移位CP=1（前半周期），S=0，移位寄存器處于移位狀態(tài)，只移位而不置數5、話音存儲器（SM：SpeechMemory）由RAM組成,是暫存話音信息編碼的存儲設備,我們以讀出控制方式為例說明。（1）寫入：當B0～B7全為0時，“讀出控制”信號為0，“寫入控制”信號為1，此時打開寫入地址A0～A7的門，同時，即RAM處于寫入狀態(tài)，于是話音存儲器將DI0～DI7的內容寫入到相應單元。（2）讀出：當B0～B7不全為0時，“讀出控制”信號為0，同時，使RAM處于讀出狀態(tài)，讀出地址由B0～B7提供，此時將RAM中的數據由DO0～DO7讀出。3.5.2數字交換網絡的基本結構和工作原理

話音存儲器（RAM）+●●+●●

+A0A0A7A7…………B7B0DI7DI0……DO7DO0寫入控制讀出控制寫入地址(定時脈沖)自控存輸入數據輸出數據圖3-20話音存儲器(動畫)6、控制存儲器（CM：ControlMemory）由RAM、鎖存器、比較器等組成。（1）寫入：當定時脈沖A0～A7與CPU送來的地址AW0～AW7相符合時，且，同時CPU送來“寫命令”（CP的前半周期寫入）。（2）讀出：CP的后半周期，若，控制存儲器按定時脈沖A0～A7指定的地址，將其內容通過B0～B7送至話音存儲器。3.5.2數字交換網絡的基本結構和工作原理

控制存儲器（RAM）鎖存器比較●鎖存器A0A7BW7BW0AW7AW0CPB7B0DBAB………寫命令至話音存儲器來自CPU定時脈沖圖3-21控制存儲器(動畫)S型時分接線器（SpaceSwitch）由m×n的交叉點矩陣和控制存儲器（CM：ContolMemory）組成，其功能是完成“空間交換”，即母線交換，可分為輸出控制方式和輸入控制方式。（1）輸出控制方式我們以8×8S型時分接線器為例說明，它有8條入線和8條出線，每條入線和每條出線之間均有交叉接點。每根入線若是32時隙的串行碼，每個時隙又有8位碼，因此每條入線的數碼率是2.048Mb/s，每條出線也是2.048Mb/s。3.5.2數字交換網絡的基本結構和工作原理HW0HW0HW7HW1TS2CM0TS2CM1HW7HW1CM7031210aa輸入母線號輸出母線號特點：每條輸出線上都配有一個控制存儲器；只完成了母線交換，而沒有時隙交換圖3-22輸出控制S接線器(動畫)（2）輸入控制方式我們仍以8×8S型時分接線器為例說明，其特點是每條輸入線上都配有一個控制存儲器，控制該輸入線的所有與輸出線的交叉接點。3.5.2數字交換網絡的基本結構和工作原理輸出母線號輸入母線號圖3-23輸入控制S接線器(動畫)CM0CM1CM7HW0HW7HW1TS27HW0TS2HW7HW1aa31210（3）8×8交叉點矩陣采用8片8選一（8-1）的電子選擇器芯片組成。8-1選擇器各負責一個輸出端B0~B2決定哪一個輸入端和輸出端接通S是選通信號（4）控制存儲器與T型接線器的控制存儲器（CM）的結構基本相同。3.5.2數字交換網絡的基本結構和工作原理8-1(0)8-1(1)8-1(7)HW0出B1HW1出HW7出S選通B0B0B0B1B1B2B2B2S選通S選通HW7入自控存0自控存7自控存1HW0入……………圖3-248×8輸出控制S接線器原理圖返回本節(jié)在大型程控交換機中，數字交換網絡的容量比較大，只靠T接線器或者S接線器是不能實現(xiàn)的。必須要將他們組合起來，才能達到要求。1、三級交換網絡（1）讀-寫方式的T-S-T型交換網絡T-S-T網絡是由輸入T級和輸出T級，中間接有S型時分接線器組成?，F(xiàn)在有3個輸入T接線器和3個輸出T接線器，中間是3×3的S型接線器的交叉矩陣，來完成3.5.3時分交換網絡

（TimeDivisionSwitchNetwork）

S接線器上使用的時隙既不是主叫用戶時隙，也不是被叫用戶時隙，而是“內部時隙（InternalTimeSlot）”也稱“中間時隙”，是由CPU任選的的空閑時隙。內部時隙的選擇一般遵循下面兩種關系：

奇偶關系：主叫TS2P，被叫選TS2P+1

相差半幀關系——反相法主叫用戶選用TSi，被叫用戶應選用TSi+F/2。F是一幀的時隙數，也就是話音存儲器的單元數，例如，主叫用戶的去話內部時隙為ITS2，根據反相法，被叫用戶內部時隙應選ITS2+32/2=ITS18圖3-25讀寫控制方式的T-S-T網絡HW1HW2HW3HW3HW2HW1TS2TS31TS23TS7TS7TS23TS31TS221223313113317A2B20A3103103122323317B20003103131723ABAABBSMASMASMASMBSMBSMBCMACMBCMBCMACMCABBAT（讀出控制）T（寫入控制）S（輸入控制）（2）寫-讀方式的T-S-T型交換網絡T-S-T網絡是由輸入T級和輸出T級，中間接有S型時分接線器組成。輸入T級是寫入控制，輸出T級是讀出控制，S接線器仍為輸入控制方式，也來完成3.5.3時分