《現(xiàn)代交換原理與技術(shù)》課件第二章

第二章電路交換及程控?cái)?shù)字交換系統(tǒng)

2.1引言2.2程控交換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2.3程控?cái)?shù)字交換機(jī)的硬件系統(tǒng)2.4程控?cái)?shù)字交換機(jī)的軟件系統(tǒng)2.5公用交換電話網(wǎng)2.6小結(jié)習(xí)題2.1引言

2.1.1交換機(jī)的演進(jìn)概述

電信交換技術(shù)是從電話交換技術(shù)起源的，電話交換采用的是電路交換方式，因此電話交換機(jī)伴隨著電話通信的出現(xiàn)而同時(shí)產(chǎn)生，隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，交換機(jī)也在不斷更新和變化，其發(fā)展歷程可以歸納為以下三個(gè)階段。

1．人工交換階段

1876年美國人貝爾發(fā)明了電話機(jī)，這是最原始的電磁式電話機(jī)。為了適應(yīng)多個(gè)用戶之間的電話通信，1878年出現(xiàn)了第一部人工磁石式交換機(jī)。這是最古老的交換機(jī)，這種交換機(jī)要配備干電池作為通話電源，并用手搖發(fā)電機(jī)發(fā)送交流呼叫信號(hào)。1882年出現(xiàn)了人工共電式交換機(jī)，通話電源由交換機(jī)統(tǒng)一供給，省去了電話機(jī)中的手搖發(fā)電機(jī)，由電話機(jī)直流環(huán)路的閉合向交換機(jī)發(fā)送呼叫信號(hào)。雖然共電式交換機(jī)比磁石式交換機(jī)有所改進(jìn)，但兩者都需要人工接線，其效率低下，故已經(jīng)被淘汰。

2．機(jī)電式自動(dòng)交換階段

從人工交換機(jī)到自動(dòng)交換機(jī)的變革最早是由步進(jìn)制交換機(jī)完成的。1889年美國人史端喬(A.B.Strowger)發(fā)明了第一部自動(dòng)電話交換機(jī)，即步進(jìn)制交換機(jī)。步進(jìn)制交換機(jī)主要通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)選擇器(又叫接線器)垂直和旋轉(zhuǎn)的雙重運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)主叫和被叫用戶之間的接續(xù)。由于其接續(xù)過程是機(jī)械動(dòng)作，故噪聲大、易磨損、呼叫接線速度慢、故障率高。在20世紀(jì)30年代末40年代初，出現(xiàn)了縱橫制交換機(jī)?？v橫是指它的接線器采用交叉的橫棒和縱棒選擇接點(diǎn)，后期的接線器雖然使用了專門設(shè)計(jì)的電磁繼電器構(gòu)成接線矩陣，但縱橫一詞卻一直被沿用下來?？v橫制交換機(jī)的技術(shù)進(jìn)步主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是采用縱橫接線器，雜音小，通話質(zhì)量好，不易磨損，壽命長，維護(hù)工作量?。欢遣捎昧斯部刂品绞?，將控制功能與話路設(shè)備分開，功能得到增強(qiáng)，靈活性得到提高，更重要的是公共控制方式的實(shí)現(xiàn)為后來計(jì)算機(jī)程序控制方式的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

3．電子式自動(dòng)交換階段

早期的電子交換系統(tǒng)，只是使用電子元件如晶體管和集成器件代替縱橫制交換系統(tǒng)中的電磁繼電器等體積大、耗電多的機(jī)電元件，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在通信技術(shù)中的應(yīng)用，交換技術(shù)開始了它的第二次變革。新一代的交換系統(tǒng)利用預(yù)先編制好的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)程序來控制整個(gè)交換系統(tǒng)的運(yùn)行，以代替用布線方式連接起來的邏輯電路控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，這種新型的交換系統(tǒng)通常稱做存儲(chǔ)程序控制(StoredProgramControl，SPC)交換系統(tǒng)，簡稱程控交換系統(tǒng)。

2.1.2程控交換技術(shù)的發(fā)展

程控交換機(jī)將用戶的信息和交換機(jī)的控制、維護(hù)管理功能預(yù)先編好程序，存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)內(nèi)。當(dāng)交換機(jī)工作時(shí)，控制部分自動(dòng)監(jiān)視用戶的狀態(tài)變化和所撥號(hào)碼，并根據(jù)要求執(zhí)行程序，從而完成各種功能。

1965年美國貝爾公司研制和開通了第一部空分程控交換機(jī)(ESSNo.1)，這一成果標(biāo)志著電話交換機(jī)從機(jī)電時(shí)代躍入電子時(shí)代，這時(shí)的程控交換機(jī)是“空分”的，其話路部分采用機(jī)械接點(diǎn)，控制部分采用電子器件。隨著脈沖編碼調(diào)制技術(shù)(PCM)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，程控交換由空間分割的模擬交換機(jī)向時(shí)間分割的數(shù)字交換機(jī)發(fā)展，因此將時(shí)分程控交換機(jī)稱為程控?cái)?shù)字交換機(jī)。1970年法國開通了第一部程控?cái)?shù)字交換機(jī)(E10)，使交換技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了更高的階段。我國的程控?cái)?shù)字交換機(jī)的發(fā)展要追溯到20世紀(jì)80年代，當(dāng)時(shí)我國沒有自己研制生產(chǎn)大型程控交換機(jī)的能力，而是在電話網(wǎng)上大量引入國外先進(jìn)的程控交換系統(tǒng)。1982年，福州首次引進(jìn)了日本的F-150程控?cái)?shù)字交換機(jī)，隨后日本NEC公司生產(chǎn)的NEAX61程控交換機(jī)、德國SIEMENS公司生產(chǎn)的EWSD、瑞典ERICSSON公司生產(chǎn)的AXE10、法國ALCATEL公司生產(chǎn)的E10B、美國Lucent公司生產(chǎn)的ESS5、加拿大NORTEL生產(chǎn)的DMS程控交換機(jī)陸續(xù)進(jìn)入中國市場，并在上海、北京、天津分別建立了S1240、EWSD、NEAX61程控交換機(jī)生產(chǎn)線。直到1991年，巨龍通信研制成功第一臺(tái)萬門局用程控交換設(shè)備——HJD04程控交換機(jī)，它是我國第一個(gè)成功達(dá)到國際先進(jìn)水準(zhǔn)的萬門級(jí)程控交換系統(tǒng)。隨后我國相繼推出了自行研制的大型程控?cái)?shù)字交換系統(tǒng)，主要有深圳華為技術(shù)公司的C&C08、深圳中興通訊的ZXJ10及大唐電信的SP30，并到90年代末形成了“巨大中華”的局面。“巨大中華”的意義在于它的提升作用，是中國自主創(chuàng)新、群體成功的一個(gè)標(biāo)志，表明中國人的科技和工業(yè)力量，開發(fā)通信設(shè)備的能力達(dá)到了國際水準(zhǔn)，已經(jīng)具備自主支撐中國通信網(wǎng)發(fā)展的能力。

2.2程控交換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2.2.1程控交換系統(tǒng)的組成

程控交換機(jī)是公用電話交換網(wǎng)(PublicSwitchedTelephoneNetwork，PSTN)的核心設(shè)備，其主要功能是實(shí)現(xiàn)語音通話。程控交換機(jī)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)包括話路部分和控制系統(tǒng)，話路部分主要有交換網(wǎng)絡(luò)、各種接口設(shè)備及信令設(shè)備；控制系統(tǒng)包括處理機(jī)、I/O接口、程序存儲(chǔ)器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。軟件系統(tǒng)由程序和數(shù)據(jù)組成，用于完成程序控制功能。程控交換機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1程控交換機(jī)的基本結(jié)構(gòu)各模塊及其所實(shí)現(xiàn)的功能如下：

(1)交換網(wǎng)絡(luò)。交換網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)有M條入線和N條出線的網(wǎng)絡(luò)，是程控交換機(jī)的核心部件。在處理機(jī)的控制之下實(shí)現(xiàn)某一條入線與某一條出線的連接，為呼叫提供內(nèi)部語音或數(shù)據(jù)通道。此連接是物理連接，可以實(shí)現(xiàn)用戶與用戶之間、用戶與中繼之間、中繼與中繼之間的連接，同時(shí)提供信令、信號(hào)音及外圍處理機(jī)間通信信息的半固定連接。

(2)用戶電路。用戶電路是終端設(shè)備與交換機(jī)的接口電路，通過用戶線與終端設(shè)備連接，通過PCM鏈路與交換網(wǎng)絡(luò)連接。

(3)中繼器。中繼器是交換機(jī)之間的接口電路，分為模擬中繼器和數(shù)字中繼器。模擬中繼器通過模擬中繼線與其他模擬交換機(jī)連接。數(shù)字中繼器通過數(shù)字中繼線與其他數(shù)字交換機(jī)連接。隨著通信網(wǎng)的數(shù)字化，數(shù)字中繼器在電話通信網(wǎng)中逐漸替代了模擬中繼器。

(4)信令設(shè)備。信令設(shè)備用于產(chǎn)生和接收/發(fā)送呼叫接續(xù)所需要的各種控制信號(hào)。常用的信令設(shè)備有雙音多頻(DTMF)收號(hào)器、多頻互控(MFC)發(fā)送器及接收器、信號(hào)音(TONE)發(fā)生器、No.7信令系統(tǒng)。

(5)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)是由中央處理器、存儲(chǔ)器和I/O等設(shè)備組成的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是程控交換機(jī)的“中樞神經(jīng)”，呼叫通路的建立與釋放、交換機(jī)的維護(hù)管理等工作都是在控制系統(tǒng)的控制下完成的。2.2.2程控交換機(jī)提供的業(yè)務(wù)

程控交換機(jī)在提供基本的電話通信業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，還提供各類補(bǔ)充業(yè)務(wù)，通過模擬用戶線也能向用戶提供傳真、話路數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等?；倦娫挊I(yè)務(wù)，也就是基本的點(diǎn)到點(diǎn)的通話業(yè)務(wù)，包括本地、國內(nèi)長途、國際長途語言業(yè)務(wù)。程控交換機(jī)提供的常用補(bǔ)充業(yè)務(wù)見表2-1。2.2.3程控交換系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)

程控交換系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)有話務(wù)量、阻塞率、呼叫處理能力、可靠性、容量和擴(kuò)容能力等。

1.話務(wù)量

交換機(jī)的主要功能是實(shí)現(xiàn)用戶間通話，因此交換機(jī)的主要負(fù)荷就是話務(wù)，而話務(wù)負(fù)荷的大小是用話務(wù)流量(簡稱為話務(wù)量)這個(gè)指標(biāo)來表示的。話務(wù)量定義為單位時(shí)間(1小時(shí))內(nèi)平均發(fā)生的呼叫數(shù)與每次呼叫平均占用時(shí)長的乘積。若話務(wù)量用A表示，單位時(shí)間內(nèi)平均發(fā)生的呼叫數(shù)(或呼叫強(qiáng)度)用α表示，每次呼叫平均占用時(shí)長(或呼叫持續(xù)時(shí)間、服務(wù)時(shí)間)用t表示，則話務(wù)量為

A=αt

(2.1)若α與t用相同的時(shí)間單位，則A的單位是愛爾蘭(Erlang)，簡記為Erl(這是為了紀(jì)念話務(wù)理論的創(chuàng)始人丹麥數(shù)學(xué)家A.?K.?Erlang而命名的)。

若α以小時(shí)作為時(shí)間單位，即次/小時(shí)，t以分鐘為單位，即分鐘/次，則A的單位是分鐘呼(cm)。

若α以小時(shí)作為時(shí)間單位，即次/小時(shí)，t以百秒為單位，即百秒/次，則A的單位是百秒呼(ccs)。

由于1小時(shí)=60分鐘=36百秒，因而1Erl=60cm=36ccs。例1某用戶線1小時(shí)有4個(gè)6分鐘的呼叫，問該用戶線的話務(wù)量是多少。

解α?=4次/小時(shí)，t=6/60小時(shí)/次，則話務(wù)量從數(shù)量上表明用戶占用交換網(wǎng)絡(luò)的程度。對(duì)一個(gè)特定的電話局來說，一天內(nèi)承受的話務(wù)量是變化的，是與用戶活動(dòng)情況相關(guān)的。圖2-2為一天中按小時(shí)統(tǒng)計(jì)的呼叫次數(shù)變化情況。從圖中可以看出，交換機(jī)所能承受的話務(wù)量在一天內(nèi)是連續(xù)變化的，一般在夜間處于低谷，上下午工作繁忙時(shí)間增至高峰。通常將一天之內(nèi)達(dá)到最大話務(wù)量的小時(shí)叫做“最繁忙小時(shí)”，簡稱“忙時(shí)”。最繁忙小時(shí)的話務(wù)量叫做“忙時(shí)話務(wù)量”，它是設(shè)計(jì)交換機(jī)的重要依據(jù)。圖2-2一天中按小時(shí)統(tǒng)計(jì)的呼叫次數(shù)變化情況例2如果一個(gè)用戶線的忙時(shí)話務(wù)量為0.2?Erl，可以理解為該用戶在最忙1個(gè)小時(shí)平均有20%的時(shí)間在打電話，即最忙1個(gè)小時(shí)有12分鐘在打電話，可能打了4次電話，平均每次3分鐘，也可能打了6次電話，平均每次2分鐘。

2.阻塞率

交換網(wǎng)絡(luò)通常要由若干級(jí)接線器組成，因而從交換網(wǎng)絡(luò)的入線到出線之間將經(jīng)過若干級(jí)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的級(jí)間鏈路。當(dāng)呼叫由入線進(jìn)入交換網(wǎng)絡(luò)，但其出線全忙，因而該呼叫找不到一條空閑出線時(shí)，該呼叫將損失掉。有時(shí)出線雖然空閑，而相應(yīng)的鏈路不通，呼叫也將損失掉。這種由于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部級(jí)間鏈路不通而使呼叫損失掉的情況稱做交換網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部阻塞。怎樣構(gòu)成無阻塞的交換網(wǎng)絡(luò)？一般通過增加交換網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部級(jí)間鏈路數(shù)來降低內(nèi)部阻塞的概率。當(dāng)鏈路數(shù)量大到一定程度時(shí)，內(nèi)部阻塞概率將等于零，即成為一種無阻塞的交換網(wǎng)絡(luò)。以三級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)為例，設(shè)第一級(jí)入線與出線之比為n∶m，第三級(jí)為m∶n，則無阻塞交換網(wǎng)絡(luò)的條件為m≥2n

－?1，當(dāng)n很大時(shí)，一般取m=2n。

3.呼叫處理能力

話務(wù)量取決于交換網(wǎng)絡(luò)的話務(wù)負(fù)荷能力，而交換網(wǎng)絡(luò)的建立是在控制設(shè)備的控制下完成的，所以交換機(jī)的話務(wù)量往往受到控制設(shè)備呼叫處理能力的限制。因此呼叫處理能力也是衡量交換機(jī)話務(wù)能力的另一個(gè)重要指標(biāo)。

控制部件對(duì)呼叫處理能力是以忙時(shí)試呼次數(shù)(BusyHourCallAttempts，BHCH)來衡量的，它是評(píng)價(jià)交換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平和服務(wù)能力的一個(gè)重要指標(biāo)。為了建立BHCA的基本模型，先引用幾個(gè)定義。

(1)系統(tǒng)開銷：在充分長的統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)，處理機(jī)運(yùn)行處理軟件的時(shí)間和統(tǒng)計(jì)時(shí)長之比，即時(shí)間資源的占用率。

(2)固有開銷：與話務(wù)負(fù)荷大小(或呼叫處理次數(shù))無關(guān)的系統(tǒng)開銷，比如操作系統(tǒng)任務(wù)的調(diào)度，呼叫處理軟件的掃描開銷等，都不隨話務(wù)負(fù)荷的大小而變化。

(3)非固有開銷：與話務(wù)負(fù)荷大小(或呼叫處理次數(shù))有關(guān)的系統(tǒng)開銷，如呼叫處理軟件中的號(hào)碼分析處理開銷等。

呼叫處理能力通常用一個(gè)線性模型來粗略地計(jì)算。根據(jù)這個(gè)模型，單位時(shí)間內(nèi)處理機(jī)用于呼叫處理的開銷(也叫處理機(jī)的占有率)為：

t=a+b×N

(2.2)

其中：a為與呼叫處理次數(shù)(話務(wù)量)無關(guān)的固有開銷；b為處理一次呼叫的平均開銷，即非固有開銷；N為單位時(shí)間內(nèi)所處理的呼叫總數(shù)，即處理能力，在忙時(shí)它就是BHCA。例3某處理機(jī)忙時(shí)用于呼叫處理的開銷(忙時(shí)占用率)

平均為0.7，固有開銷a=0.29，處理一個(gè)呼叫平均需時(shí)32ms,則可得這就是該處理機(jī)忙時(shí)呼叫處理能力值BHCA。影響程控交換機(jī)呼叫處理能力(BHCA)的因素主要有以下四方面。

(1)處理機(jī)能力：包括主時(shí)鐘頻率的高低，指令系統(tǒng)功能的強(qiáng)弱等。一般地，處理機(jī)速度越快，呼叫處理能力就越強(qiáng)。

(2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)其開銷也不同。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，則各級(jí)處理機(jī)的負(fù)荷分配合理，相當(dāng)于提高了處理機(jī)的呼叫處理能力。

(3)軟件設(shè)計(jì)水平：操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序是否精練，所使用的語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是否合理等都會(huì)影響交換機(jī)的呼叫處理能力。一般地，操作系統(tǒng)效率越高，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)越合理，呼叫處理能力就越強(qiáng)。

(4)系統(tǒng)容量：系統(tǒng)容量越大，用戶呼叫處理所花費(fèi)的開銷也越大，固有開銷增加，相應(yīng)的呼叫處理能力必然降低。

4.可靠性

程控交換機(jī)的可靠性是衡量交換機(jī)維持良好服務(wù)質(zhì)量的持久能力的指標(biāo)。它是指產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間內(nèi)和規(guī)定的條件下完成規(guī)定功能的能力。

完成規(guī)定功能有不同的含義，如果完成規(guī)定功能是指系統(tǒng)的技術(shù)性能，則可靠性可以用系統(tǒng)的平均故障間隔時(shí)間(MeanTimeBetweenFailures，MTBF)來描述，它取決于系統(tǒng)中各元器件正常工作的概率和系統(tǒng)的組成。如果完成規(guī)定功能是指系統(tǒng)的維修性能，則可靠性就可以用系統(tǒng)的平均維修時(shí)間(MeanTimeToRepair，MTTR)來描述。這種條件下的成功概率通常稱為維修度。

如果完成規(guī)定功能是指技術(shù)性能和維修性能的綜合，則可靠性可以用系統(tǒng)的可用度A來描述?？捎枚仁侵赶到y(tǒng)的正常運(yùn)行時(shí)間與總運(yùn)行時(shí)間之比，它反映控制系統(tǒng)對(duì)電話服務(wù)的不間斷性。(2.3)其中：正常運(yùn)行時(shí)間可用平均故障間隔時(shí)間(MTBF)表示，它與失效率λ(指單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的失效次數(shù))互為倒數(shù)關(guān)系，即(2.4)總運(yùn)行時(shí)間可用正常運(yùn)行時(shí)間(MTBF)加上平均維修時(shí)間(MTTR)表示，其中MTTR與修復(fù)率μ(單位時(shí)間內(nèi)的修復(fù)故障數(shù))互為倒數(shù)關(guān)系，即(2.5)

5．容量與擴(kuò)容能力

交換機(jī)所能提供的用戶線或中繼線的最大數(shù)量即交換機(jī)的容量。當(dāng)然，這個(gè)容量往往是個(gè)理論值。計(jì)算交換機(jī)的實(shí)際容量時(shí)還要考慮網(wǎng)絡(luò)阻塞率、控制系統(tǒng)處理能力等因素。

一個(gè)設(shè)計(jì)優(yōu)良的程控交換系統(tǒng)應(yīng)該具備簡單而方便的擴(kuò)容能力。這樣，通過增加模塊，就能使初裝容量較小的交換局輕松地升級(jí)成為容量較大的交換局，另一方面通過選用不同的模塊可使遠(yuǎn)端模塊局增強(qiáng)為獨(dú)立的交換局，使市話局增強(qiáng)為市話匯接局。選用不同的模塊還可以組成各種業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，例如綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)、移動(dòng)交換局、數(shù)字交換局業(yè)務(wù)、智能網(wǎng)中的業(yè)務(wù)交換點(diǎn)等。要達(dá)到靈活擴(kuò)容的目標(biāo)，就要求交換系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)(包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì))，通過增加模塊即可增加系統(tǒng)的容量。

2.3程控?cái)?shù)字交換機(jī)的硬件系統(tǒng)

現(xiàn)代數(shù)字程控電話交換機(jī)的構(gòu)成通常分為用戶級(jí)和選組級(jí)兩大部分，如圖2-3所示。

選組級(jí)是交換機(jī)中完成交換功能的核心部分，被稱為“母局”。用戶級(jí)是與用戶直接連接的部分，可分為用戶模塊和遠(yuǎn)端用戶模塊，它們的結(jié)構(gòu)基本相同，只是遠(yuǎn)端用戶模塊一般放在遠(yuǎn)離母局的用戶集中點(diǎn)。用戶級(jí)的基本任務(wù)是把從用戶電話機(jī)發(fā)出的呼叫集中，并將模擬語音信號(hào)變成為數(shù)字語音信號(hào)，然后送到選組級(jí)。圖2-3程控交換機(jī)的結(jié)構(gòu)2.3.1用戶模塊

用戶模塊的基本結(jié)構(gòu)如圖2-4所示，主要包括以下部分。圖2-4用戶模塊基本結(jié)構(gòu)

(1)用戶集線器：完成話務(wù)量的集中和擴(kuò)散，由用戶級(jí)T接線器、串/并及并/串轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。

(2)信號(hào)提取和插入電路：從信息流中提取出信令信號(hào)送給處理機(jī)處理或?qū)⑿帕钚盘?hào)插入到信息流中。

(3)微處理機(jī)：用戶模塊的控制部件，控制用戶模塊的整個(gè)呼叫處理過程。此外，用戶模塊還包括掃描存儲(chǔ)器，用于暫時(shí)存儲(chǔ)從用戶電路讀取的信息；分配存儲(chǔ)器，用于暫時(shí)存儲(chǔ)向用戶電路發(fā)出的信令信息；收號(hào)器，用于識(shí)別接收用戶所撥號(hào)碼；網(wǎng)絡(luò)接口，用于和數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的連接。

用戶電路(SubscriberLineCircuit，SLC)也稱為用戶接口電路，是交換網(wǎng)絡(luò)與用戶線間的接口電路，分為模擬和數(shù)字兩類。

1.模擬用戶接口電路

模擬用戶接口電路(ASLC)也稱作模擬Z接口，包括Z1、Z2、Z3接口。Z1接口用來連接模擬用戶線，用戶端為模擬話機(jī)。現(xiàn)在PSTN網(wǎng)中大量使用的固定電話還是模擬電話，采用Z1接口。Z2接口用來連接遠(yuǎn)端模擬集線器。Z3接口用來連接用戶交換機(jī)(PrivateAutomaticBrancheXchange，PABX)。

在程控?cái)?shù)字交換機(jī)中，模擬用戶電路(ASLC)具有七大基本功能(BORSCHT)，如圖2-5所示。圖2-5模擬用戶電路的功能框圖其中，BORSCHT中各字母所代表的意義分別如下：

·B——BatteryFeeding，饋電；

·O——OverVoltageProtection，過壓保護(hù)；

·R——Ringing，振鈴控制；

·S——Supervision，監(jiān)視；

·C——Codec&Filters，編譯碼和濾波；

·H——Hybrid，混合電路；

·T——Test，測試。

1)饋電(B)

所有接在交換機(jī)上的電話用戶，都要由交換機(jī)向其提供通信電源，即饋電。程控交換機(jī)的饋電電壓一般為?-48V，通話時(shí)的饋電電流一般在20～50?mA之間。圖2-6為饋電電路的原理示意圖。圖2-6饋電電路原理圖圖2-6中的電感線圈對(duì)語音信號(hào)呈現(xiàn)高阻抗，對(duì)直流則可視為短路，這樣可防止用戶間經(jīng)電源而串話。而電容具有隔直流、通交流的作用，可以很好地將語音信號(hào)傳送到交換機(jī)內(nèi)。

2)過壓保護(hù)(O)

用戶線是外線，可能受到雷擊，也可能和高壓線碰撞，高壓進(jìn)入交換機(jī)內(nèi)部就會(huì)毀壞交換機(jī)。為了防止外來高壓的襲擊，交換機(jī)一般采用兩級(jí)保護(hù)措施，第一級(jí)保護(hù)是在總配線架上安裝避雷措施和保安器(氣體放電管)，但是仍然會(huì)有上百伏的電壓輸出，因此需要第二級(jí)保護(hù)，即用戶電路的過壓保護(hù)，目的是禁止從總配線架上保安器輸出的高壓進(jìn)入交換機(jī)內(nèi)部。

用戶電路的過壓保護(hù)由四個(gè)二極管組成了橋式鉗位電路，如圖2-7所示。圖2-7過壓保護(hù)電路的原理圖平時(shí)用戶內(nèi)線間c、d兩端的正向電壓鉗位到0?V，負(fù)向電壓鉗位到?-48?V。若外線電壓高于內(nèi)線電壓，則在熱敏電阻R上產(chǎn)生壓降，一般R具有很小的電阻值，當(dāng)有高壓進(jìn)入時(shí)，R的阻值會(huì)隨電流增加而增加，由于熱敏電阻具有抑制電流增加的作用，因此當(dāng)電流過大時(shí)，自行燒毀，內(nèi)外線斷開，從而達(dá)到保護(hù)內(nèi)線的作用。

3)振鈴控制(R)

振鈴控制的基本功能是提供符合規(guī)定的鈴流信號(hào)，以便向被叫話機(jī)振鈴，提示用戶有電話呼叫到來，同時(shí)還要隨時(shí)檢測被叫用戶的摘機(jī)應(yīng)答，以便及時(shí)截鈴。

向用戶振鈴的鈴流信號(hào)一般具有有較高的電壓，我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鈴流信號(hào)是75?V?±?15?V、25?Hz、1秒通、4秒斷的交流信號(hào)。這么高的鈴流電壓是不允許通過用戶電路的，以避免損壞電路元器件。因此，鈴流信號(hào)一般是通過繼電器或高壓集成電子開關(guān)單獨(dú)向用戶話機(jī)提供。振鈴電路的原理圖如圖2-8所示。圖2-8振鈴電路的原理圖當(dāng)需要向用戶送振鈴信號(hào)時(shí)，在用戶處理機(jī)的軟件控制下，控制相應(yīng)的振鈴繼電器RJ吸動(dòng)，使RJ1和RJ2接點(diǎn)由1轉(zhuǎn)接至3，接點(diǎn)2～3接通，鈴流通過繼電器的接點(diǎn)2～3、話機(jī)電鈴、隔直流電容而至地，形成鈴流環(huán)路。由于振鈴信號(hào)是1秒通、4秒斷的，從而繼電器RJ是1秒吸動(dòng)、4秒釋放。吸動(dòng)時(shí)，2～3點(diǎn)閉合，送鈴流；釋放時(shí)，2～1點(diǎn)閉合，鈴流中斷，使話機(jī)與a、b重新接通。若被叫用戶電路在振鈴中斷時(shí)摘機(jī)，話機(jī)恰與a、b線相連，摘機(jī)信號(hào)可通過用戶電路中的監(jiān)視電路送出。若用戶在振鈴期間摘機(jī)，話機(jī)是與a、b線相脫離的，此時(shí)的摘機(jī)信息則要由與鈴流電源相串聯(lián)的-48?V直流電源供電。這樣，無論何時(shí)，只要用戶一摘機(jī)，交換機(jī)就可以立即檢測到用戶直流環(huán)路電流的變化，繼而進(jìn)行停鈴和通話接續(xù)處理。當(dāng)被叫用戶摘機(jī)時(shí)，由振鈴開關(guān)送出截鈴信號(hào)，停止振鈴。

4)監(jiān)視(S)

用戶電路通過監(jiān)視用戶線的直流電流來監(jiān)視用戶線回路的通/斷狀態(tài)，以此來判斷用戶摘/掛機(jī)狀態(tài)和撥號(hào)脈沖信號(hào)。監(jiān)視電路的原理圖如圖2-9所示。圖2-9監(jiān)視電路的原理圖用戶若使用脈沖話機(jī)，則其撥號(hào)所發(fā)的脈沖號(hào)碼，也由用戶直流環(huán)路的通斷次數(shù)及通斷間距比來表示。用戶處理機(jī)按一定規(guī)則檢測直流環(huán)路的這種狀態(tài)變化，就可以判別用戶撥號(hào)所發(fā)的脈沖號(hào)碼數(shù)字，用于這種情況的脈沖收號(hào)器主要由軟件實(shí)現(xiàn)，故也稱之為軟收號(hào)器。而對(duì)于雙音多頻(DTMF)話機(jī)，用戶所撥號(hào)碼不是由直流脈沖，而是由雙音多頻信號(hào)組成的，對(duì)于這種情況，有專用收號(hào)器來收號(hào)，將在2.3.4節(jié)詳細(xì)講解，這種收號(hào)器也稱為硬收號(hào)器。

5)編譯碼和濾波(C)

編譯碼和濾波功能是完成模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)間的轉(zhuǎn)換。由于程控?cái)?shù)字交換機(jī)只能對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行交換處理，而語音信號(hào)是模擬信號(hào)，因此，在模擬用戶電路中需要用編碼器(coder)把模擬語音信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字語音信號(hào)，然后送到交換網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交換，再通過解碼器(decoder)把從交換網(wǎng)絡(luò)送來的數(shù)字語音轉(zhuǎn)換成模擬語音送至用戶。

codec是coder和decoder這兩個(gè)英文單詞詞頭的縮寫。為了避免在模擬數(shù)字交換中由于信號(hào)抽樣而產(chǎn)生的混疊失真以及50Hz電源的干擾影響，模擬語音在進(jìn)行編碼前要通過一個(gè)帶通濾波器，以濾除50Hz電源的干擾和3400Hz以上的頻率分量信號(hào)，而在接收方向方面，從解碼器輸出的PAM信號(hào)，要通過一個(gè)低通濾波器以恢復(fù)原來的模擬語音信號(hào)。目前該功能由PCM編/解碼器和濾波器專用集成芯片實(shí)現(xiàn)。

6)混合電路(H)

混合電路完成二線和四線的轉(zhuǎn)換。用戶話機(jī)的模擬信號(hào)是二線(a，b線)雙向的，而PCM數(shù)字信號(hào)是四線(2線發(fā)，2線收)單向的，因此在編碼之前/譯碼之后必須進(jìn)行2/4線的轉(zhuǎn)換。圖2-10為混合電路與編解碼電路的連接圖。圖2-10混合電路與編解碼電路連接圖圖2-10中平衡電路是對(duì)用戶線的阻抗進(jìn)行平衡匹配。目前混合電路的功能由集成電路實(shí)現(xiàn)。

7)測試(T)

測試功能主要是由內(nèi)線測試?yán)^電器、外線測試?yán)^電器完成用戶電路的內(nèi)線、外線的測試功能。測試目的是為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)用戶終端、用戶線路和用戶線接口電路可能發(fā)生的混線、斷線、接地、與電力線碰接以及元件損壞等各種故障，以便及時(shí)修復(fù)和排除。圖2-11為用戶接口測試電路示意圖。在測試軟件控制下，由測試?yán)^電器將用戶線接至專用測試設(shè)備，真正的測試工作由專用測試設(shè)備來完成。用戶電路中的測試模塊僅僅由內(nèi)、外側(cè)繼電器實(shí)現(xiàn)用戶內(nèi)/外線與測試設(shè)備的連接。內(nèi)線測試主要用來判斷撥號(hào)音、振截鈴、饋電電壓等是否正常；而外線測試通過測試用戶外線的絕緣電阻、用戶環(huán)路電阻、直流電壓、交流電壓等判斷混線、斷線、接地等問題。圖2-11用戶接口測試電路示意圖目前PSTN網(wǎng)中使用的程控?cái)?shù)字交換機(jī)，其模擬用戶電路將BRSH功能集成在一塊專用芯片上，編解碼功能也由專用的編解碼芯片實(shí)現(xiàn)。

除了上述7項(xiàng)基本功能以外，有些局用程控交換機(jī)的用戶電路還設(shè)計(jì)了極性反轉(zhuǎn)，衰減控制、發(fā)送計(jì)費(fèi)脈沖等功能。

2.數(shù)字用戶接口電路

數(shù)字用戶接口電路(DSLC)用于數(shù)字用戶終端與數(shù)字交換機(jī)的連接。常用的數(shù)字終端有數(shù)字話機(jī)、數(shù)字傳真機(jī)、PC等。程控交換機(jī)的數(shù)字用戶接口統(tǒng)稱為V接口，包括V1到V5。

·V1接口：2B?+?D接口，即基本速率接口(BasicRateInterface，BRI)，其中B為64kb/s，D為16kb/s，為窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(N-ISDN)數(shù)字用戶接口。

·V2接口：連接數(shù)字遠(yuǎn)端模塊接口。

·V3接口：連接數(shù)字PABX的30B?+?D接口，即基群速率接口(PrimaryRateInterface，PRI)。

·V4接口：連接多個(gè)2B?+?D終端，支持ISDN接入。

·V5接口：由ITU-T定義的標(biāo)準(zhǔn)化的綜合業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口，可支持PSTN、ISDN以及租用線業(yè)務(wù)的接入，包括V5.1接口和V5.2接口。其中，V5.1接口包含一個(gè)2Mb/s鏈路，V5.2接口可包含1～16個(gè)2Mb/s鏈路。2.3.2中繼接口電路

中繼接口電路(也稱做中繼器)是交換機(jī)和中繼線的接口電路，包括模擬中繼電路和數(shù)字中繼電路。模擬中繼電路是模擬交換局與模擬中繼線的接口，其功能與用戶電路的功能基本相似，目前在電話網(wǎng)上已很少使用，在此不作詳細(xì)介紹。本節(jié)重點(diǎn)介紹數(shù)字中繼接口電路。數(shù)字中繼器(DigitalTrunk，DT)是數(shù)字程控交換局局間或數(shù)字程控交換機(jī)與數(shù)字傳輸設(shè)備之間的接口設(shè)備，它的輸入端和輸出端都是數(shù)字信號(hào)，采用PCM信號(hào)傳輸。數(shù)字中繼接口有A接口和B接口兩種類型。

(1)?A接口：速率為2.048Mb/s，即30/32路的PCM一次群，傳輸碼型為HDB3碼。

(2)?B接口：速率為8.448Mb/s，PCM二次群接口。

數(shù)字中繼器的主要功能是碼型變換、時(shí)鐘提取、幀同步、

復(fù)幀同步、幀定位、信號(hào)的提取和插入等。其功能框圖如圖2-12所示。圖2-12數(shù)字中繼器功能框圖

1．碼型變換

以A接口為例，碼型變換實(shí)現(xiàn)線路上傳輸?shù)娜A高密度雙極性碼(HDB3)與中繼電路工作的單極性不歸零碼(NRZ)之間的轉(zhuǎn)換。

在數(shù)字交換機(jī)內(nèi)部，一般使用NRZ碼來表示數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)信息流中出現(xiàn)長串的連續(xù)1或連續(xù)0，這種碼型將呈現(xiàn)出連續(xù)的固定電平，從而無法傳送定時(shí)信息。經(jīng)過變換后的HDB3碼沒有直流分量，碼中信息1被交替地交換極性。此外，如果碼流中連續(xù)出現(xiàn)4個(gè)0，就發(fā)送一個(gè)1來代替第4個(gè)0，而且這個(gè)1違反極性交替變化的規(guī)則使其在接收端很容易被檢測出來并予以取消，同時(shí)變換后的碼不會(huì)出現(xiàn)連續(xù)的固定電平。因此，這種碼型可以用來傳送定時(shí)信息，適合在中繼線上傳輸。

2．時(shí)鐘提取

從輸入的數(shù)字流中提取時(shí)鐘信號(hào)作為輸入數(shù)據(jù)流的基準(zhǔn)時(shí)鐘，所提取的時(shí)鐘信號(hào)被用來讀取輸入數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)收端和發(fā)端同步。同時(shí)該時(shí)鐘信號(hào)還用來作為本端系統(tǒng)時(shí)鐘的外部參考時(shí)鐘源。

3．幀同步與復(fù)幀同步

A接口采用PCM30/32路幀結(jié)構(gòu)，如圖2-13所示。每一幀由32個(gè)時(shí)隙組成，其中TS0時(shí)隙中發(fā)送幀同步碼字和警告信息。同步碼字規(guī)定為0011011，它在偶數(shù)幀的TS0時(shí)隙中發(fā)送。幀同步就是要從接收的數(shù)據(jù)流中搜索并識(shí)別這一同步碼字，并以該時(shí)隙作為一幀的排頭，使接收端的幀結(jié)構(gòu)排列和發(fā)送端完全一致，否則，就不能正確地實(shí)現(xiàn)數(shù)字信息的接收和交換。圖2-13PCM30/32路幀結(jié)構(gòu)幀同步碼是由幀同步檢測器來檢測的，有兩種狀態(tài):

(1)幀同步狀態(tài)，在給定的幀同步碼位上檢測出已知的幀同步碼型；

(2)幀失步狀態(tài)，在給定的幀同步碼位上檢測到與已知碼型不一致的次數(shù)大于某個(gè)定值(這個(gè)定值一般大于1)。當(dāng)電路連續(xù)多次收到幀失步信號(hào)時(shí)，必須重新搜尋同步碼，一旦檢測出幀同步碼字達(dá)幾幀，就重新返回到幀同步狀態(tài)。如果數(shù)字中繼線上使用的是隨路信號(hào)(如中國No.1信令)，則除了幀同步以外，還要實(shí)現(xiàn)復(fù)幀同步。

復(fù)幀同步是為了解決各路標(biāo)志信號(hào)的錯(cuò)路問題。采用隨路信號(hào)方式時(shí)，各路標(biāo)志信號(hào)在一個(gè)復(fù)幀的TS16時(shí)隙中都各有自己確定的位置，如果復(fù)幀不同步，標(biāo)志信號(hào)就會(huì)錯(cuò)路。此外，即使是幀同步以后，復(fù)幀也不一定同步，因此，在獲得幀同步以后還必須進(jìn)行復(fù)幀同步，以使接收端自第零幀(F0)開始的各幀與發(fā)端排列一致。復(fù)幀同步碼字為0000，安排在F0幀的TS16時(shí)隙之中的高4位。復(fù)幀同步檢測器檢測復(fù)幀同步信號(hào)，如果連續(xù)兩次沒有檢測到復(fù)幀同步信號(hào)，或者在一個(gè)復(fù)幀中所有的TS16時(shí)隙中均為0碼，則判為復(fù)幀失步。同樣，在失步狀態(tài)時(shí)，復(fù)幀同步檢測器也要逐位檢測接收的數(shù)據(jù)流，只有在檢測到復(fù)幀同步碼字，而且前一幀TS16中不是全0碼時(shí)，才恢復(fù)復(fù)幀同步。

4．幀定位

為了正確地接收數(shù)據(jù)，從中繼線上讀取的輸入數(shù)據(jù)必須使用從它里面所提取的時(shí)鐘。然而，由于數(shù)據(jù)信息的交換以交換機(jī)自身的系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行，而這兩個(gè)時(shí)鐘又不一致，因此必須實(shí)現(xiàn)幀定位。

幀定位可以借助彈性存儲(chǔ)器來實(shí)現(xiàn)。彈性存儲(chǔ)器由從輸入數(shù)據(jù)中提取的時(shí)鐘來寫入輸入數(shù)據(jù)，而由系統(tǒng)時(shí)鐘來讀出這些數(shù)據(jù)，這樣就保證了輸入數(shù)據(jù)和系統(tǒng)時(shí)鐘的同步。同時(shí)消除了輸入碼流的相位抖動(dòng)，使幀相位調(diào)整到交換機(jī)統(tǒng)一位置上，實(shí)現(xiàn)幀對(duì)齊，以滿足時(shí)隙交換的要求。

5．信號(hào)的提取與插入

除了幀同步碼、復(fù)幀同步碼與告警信息的提取與插入外，如果數(shù)字中繼線上使用的是隨路信號(hào)，還包括線路信令的提取和插入。

(1)線路信令的提?。盒盘?hào)控制電路將傳輸線上通過TS16時(shí)隙送來的信令碼提取出來，在輸入時(shí)鐘的控制下，寫入控制電路的存儲(chǔ)器；在本局時(shí)鐘的控制下，從存儲(chǔ)器中讀出并送往交換網(wǎng)絡(luò)。

(2)線路信令的插入：在發(fā)送碼流的規(guī)定時(shí)隙(TS16)插入所要傳送的線路信令信號(hào)。2.3.3信令設(shè)備

信令設(shè)備是交換機(jī)的一個(gè)重要組成部分，用來產(chǎn)生和接收/發(fā)送呼叫接續(xù)所需要的各種控制信號(hào)。常用的信令設(shè)備有如下幾種。

·信號(hào)音(TONE)發(fā)生器：提供各種數(shù)字化的單音頻信號(hào)音(如撥號(hào)音、忙音、回鈴音等)及雙音頻信號(hào)音(局間采用隨路信令時(shí)的多頻記發(fā)器信令)。

·雙音多頻(DualToneMulti-Frequency，DTMF)收號(hào)器：接收和識(shí)別DTMF話機(jī)的雙音頻信號(hào)。

·多頻互控(Multi-FrequencyControlled，MFC)發(fā)送器及接收器：局間采用隨路信令時(shí)，實(shí)現(xiàn)多頻記發(fā)器信號(hào)的接收和發(fā)送。

·No.7信令系統(tǒng)：局間采用No.7信令時(shí)，實(shí)現(xiàn)No.7信令的所有功能。

本節(jié)重點(diǎn)介紹TONE的產(chǎn)生與發(fā)送、DTMF信號(hào)的接收與識(shí)別及MFC的發(fā)送與接收，No.7信令系統(tǒng)將在第3章詳細(xì)介紹。

1.信號(hào)音的種類

1)程控交換系統(tǒng)到終端用戶的單音頻信號(hào)音

交換機(jī)傳送給用戶的信號(hào)音主要為450Hz或950Hz的單音頻信號(hào)，其時(shí)間結(jié)構(gòu)及含義如表2-2所示。

2)終端用戶到交換機(jī)的雙音頻信號(hào)音

用戶向交換機(jī)發(fā)送的信號(hào)主要是被叫號(hào)碼，主要有兩種：傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤式電話機(jī)產(chǎn)生的直流脈沖信號(hào)和現(xiàn)代按鍵式話機(jī)產(chǎn)生的DTMF信號(hào)。直流脈沖信號(hào)由用戶處理機(jī)采用軟件收號(hào)，也稱做軟收號(hào)器。而DTMF采用DTMF收號(hào)器收號(hào)，也稱做硬收號(hào)器。DTMF信號(hào)是由兩個(gè)頻率組成的雙音頻組合信號(hào)。國標(biāo)(GB3378—82)規(guī)定了按鍵數(shù)字與頻率的組合關(guān)系，如表2-3所示。

3)交換機(jī)到交換機(jī)的多頻互控信號(hào)

當(dāng)局間采用中國No.1信令時(shí)，交換機(jī)間通過中繼接口電路在中繼線上發(fā)送和接收局間MFC信號(hào)。MFC信號(hào)是互控的雙音頻信號(hào)，分前向和后向信號(hào)。前向信號(hào)采用高頻群按六中取二編碼，最多可組成15種信號(hào)，如表2-4所示。后向信號(hào)采用低頻群按四中取二編碼，最多可組成6種信號(hào)，如表2-5所示。

2.信號(hào)音的產(chǎn)生

1)單音頻信號(hào)音的產(chǎn)生

以500?Hz單音頻信號(hào)音產(chǎn)生為例。500?Hz單頻信號(hào)周期為2?ms，按125?μs間隔進(jìn)行抽樣(抽樣頻率為8?kHz)，然后將量化編碼后得到的PCM信號(hào)存入ROM中，配合控制電路，需要時(shí)讀出即可。圖2-14為單音頻信號(hào)產(chǎn)生原理圖，圖2-15為單音頻信號(hào)讀出原理圖。圖2-14單音頻信號(hào)產(chǎn)生原理圖圖2-15單音頻信號(hào)讀出原理圖

2)雙音頻信號(hào)音的產(chǎn)生

交換機(jī)產(chǎn)生的雙音頻信號(hào)指的是MFC信號(hào)。其產(chǎn)生原理與單音頻信號(hào)大致相同，不同的是它有兩個(gè)頻率，因此需要確定一個(gè)“重復(fù)周期”，使得在這個(gè)周期內(nèi)兩個(gè)雙音頻信號(hào)和8kHz的抽樣信號(hào)都能重復(fù)完整的周期。以產(chǎn)生1380Hz和1500Hz的數(shù)字信號(hào)為例。首先找到一個(gè)重復(fù)周期T，使得1380Hz、1500Hz、8kHz成整數(shù)循環(huán)，即求三者的最大公約數(shù)。當(dāng)最大公約數(shù)為20Hz，則重復(fù)周期T?=1/20=50ms。在50ms內(nèi)1380Hz重復(fù)69次，1500Hz重復(fù)75次，8kHz重復(fù)了400次，因此在50ms內(nèi)需要有400個(gè)抽樣值存放在ROM中，配合控制電路，需要時(shí)讀出即可。

3.數(shù)字音頻信號(hào)的發(fā)送

在數(shù)字交換機(jī)中，不論是450Hz的單音頻信號(hào)，還是DTMF雙音多頻、MFC多頻互控信號(hào)，都通過數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去。數(shù)字音頻信號(hào)的發(fā)送示意圖如圖2-16所示。圖2-16數(shù)字音頻信號(hào)的發(fā)送示意圖交換網(wǎng)絡(luò)通過半固定連接實(shí)現(xiàn)數(shù)字音頻信號(hào)的發(fā)送。所謂半固定連接方式，是指在數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)里，預(yù)先指定好一些內(nèi)部資源，固定作為信號(hào)音存儲(chǔ)的通道，比如，如果某用戶需要聽某種信號(hào)音，只要將這個(gè)信號(hào)音的PCM碼在該用戶所在的時(shí)隙讀出即可。

4．?dāng)?shù)字音頻信號(hào)的接收

交換設(shè)備要接收的信號(hào)有DTMF信號(hào)和MFC信號(hào)，它們都是多頻信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)DTMF和MFC信號(hào)的接收，交換設(shè)備設(shè)有DTMF收號(hào)器和MFC接收器，兩者的接收原理大致相同。這里我們以DTMF收號(hào)器為例講解數(shù)字音頻信號(hào)的接收原理。DTMF收號(hào)器的任務(wù)就是識(shí)別組成DTMF信號(hào)的兩個(gè)頻率，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字。DTMF收號(hào)器可分為兩種：模擬收號(hào)器和數(shù)字收號(hào)器。

1)模擬收號(hào)器

用戶撥的被叫號(hào)碼(DTMF信號(hào))通過用戶接口電路的A/D轉(zhuǎn)換，以PCM形式進(jìn)入交換網(wǎng)絡(luò)中，從交換網(wǎng)絡(luò)輸出的PCM信號(hào)經(jīng)過PCM解碼器輸出為模擬的雙音多頻(DTMF)信號(hào)。這個(gè)模擬的DTMF信號(hào)再由雙音多頻檢測器測出所包含的兩個(gè)不同頻率，由解碼邏輯電路判決出用戶發(fā)來的撥號(hào)數(shù)字，并把此數(shù)字送給處理器處理。模擬收號(hào)器的接收原理圖如圖2-17所示。圖2-17模擬收號(hào)器的接收原理圖

2)數(shù)字收號(hào)器

數(shù)字收號(hào)器的接收原理與模擬收號(hào)器相似，只是數(shù)字收號(hào)器由數(shù)字濾波器和數(shù)字邏輯電路構(gòu)成，目前由數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)來實(shí)現(xiàn)，即將交換網(wǎng)絡(luò)送來的數(shù)字化的DTMF信號(hào)，直接送到DSP解出數(shù)字。目前的大型程控交換機(jī)主要采用數(shù)字收號(hào)器。

在數(shù)字交換機(jī)中，接收器一般是公用資源，所需接收器的數(shù)量由整個(gè)交換系統(tǒng)的容量來確定。2.3.4數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)

1)交換單元

交換單元是構(gòu)成交換網(wǎng)絡(luò)的基本部件，其功能是將某條入線上的信號(hào)，交換到某條出線上去。

一個(gè)具有M條入線，N條出線的交換單元稱為M×N的交換單元，如圖2-18所示。圖2-18M?×?N的交換單元1.概述圖2-18中，控制端用來控制交換單元某條入線與某條出線的連接，實(shí)現(xiàn)信息從入線交換到出線的交換功能。狀態(tài)端用來描述交換單元的內(nèi)部狀態(tài)，讓外部了解交換單元的內(nèi)部工作情況。

按照交換單元入線與出線的數(shù)量關(guān)系，可以把一個(gè)M×N的交換單元分為集中型、分配型、擴(kuò)散型三種，如圖2-19所示。圖2-19交換單元分類

·集中型：入線數(shù)大于出線數(shù)(M>N)，稱為集中器。

·分配型：入線數(shù)等于出線數(shù)(M=N)，稱為分配器。

·擴(kuò)散型：入線數(shù)小于出線數(shù)(M<N)，稱為擴(kuò)展器。

按照交換單元的所有入線和出線之間是否共享單一的通道，把交換單元分為時(shí)分交換單元和空分交換單元。時(shí)分交換單元中所有的輸入口與輸出口之間共享唯一的一條通道，從入線來的信息都要通過這條唯一的通道才能交換到目的出線上去。這條唯一的通道可以是一個(gè)共享總線，更常用的是一個(gè)共享存儲(chǔ)器。時(shí)分交換單元共享通道類型如圖2-20所示。圖2-20時(shí)分交換單元共享通道類型

典型的空分交換單元就是開關(guān)陣列，所有入線與出線之間存在多條通道，從不同入線來的信息可以從不同的出線傳送，如圖2-21所示。圖2-21空分交換單元(開關(guān)陣列)如果交換單元的任意入線可以和任意出線相連接，這種網(wǎng)絡(luò)稱為全利用度交換網(wǎng)絡(luò)，否則，就是非全利用度網(wǎng)絡(luò)。利用度是用來描述網(wǎng)絡(luò)輸出信道的可用數(shù)量的，全利用度即表示所有的輸出信道都可以被任意一個(gè)輸入信道使用，也就是說，任意一個(gè)輸入信道可以和所有的輸出信道相連接。

2)交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

際的交換單元稱做接線器。一個(gè)M×N的接線器就可以構(gòu)成一個(gè)單級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)，若干個(gè)接線器按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接就可以構(gòu)成各種多級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)。目前的交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多采用三級(jí)交換。圖2-22三級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)一般地，我們將接線器之間的連線稱為鏈路。如圖2-22所示的三級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)，每一級(jí)由兩個(gè)2×2的接線器構(gòu)成，并且每級(jí)之間僅存有一條內(nèi)部鏈路。因此任何時(shí)刻在一對(duì)接線器之間只能有一對(duì)出、入線接通。這樣就可能出現(xiàn)雖然有空閑的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部通路，但卻不能把某個(gè)指定的空閑輸入信道和某個(gè)指定的空閑輸出信道相連接的現(xiàn)象。例4假設(shè)第1級(jí)標(biāo)號(hào)為?#1的輸出“1”號(hào)線空閑，第3級(jí)標(biāo)號(hào)為?#1的輸入“0”號(hào)線空閑，其他內(nèi)部鏈路皆為占用。試問是否可以將第1級(jí)?#1上某個(gè)空閑的輸入信道和第3級(jí)?#1上某個(gè)空閑的輸出信道連接起來？解分析圖2-22的結(jié)構(gòu)可以得知：雖然第1級(jí)標(biāo)號(hào)為?#1的輸出和第3級(jí)標(biāo)號(hào)為?#1的輸入都有空閑信道，即網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部有空閑通路，但第1級(jí)?#1和第3級(jí)?#1間卻不能建立連接，我們將這種現(xiàn)象稱為交換網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部阻塞。因此，阻塞是表示網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部通路的可用性，即對(duì)于空閑的輸入信道和空閑的輸出信道，即使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部有空閑的通路，這些通路也不能用來將空閑的輸入信道和空閑的輸出信道連接起來，從而出現(xiàn)阻塞。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)是否有阻塞由網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)決定，而阻塞率的大小不僅和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)，還和話務(wù)量的大小及其分布有關(guān)。顯然，交換網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部阻塞是由于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的鏈路不通而造成的，所以要想減少內(nèi)部阻塞，應(yīng)增加網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的鏈路數(shù)。

在2.3.3節(jié)中，我們已經(jīng)給出了網(wǎng)絡(luò)無阻塞的條件，即對(duì)于一個(gè)三級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)，假如第1級(jí)采用擴(kuò)散型接線器，其入線數(shù)與出線數(shù)之比為N?:?M?(M>N)，第3級(jí)采用集中型接線器，其入線數(shù)與出線數(shù)之比為M?:?N(M>N)，則網(wǎng)絡(luò)無阻塞的條件為M≥2N－1。當(dāng)?時(shí)，一般取來滿足無阻塞網(wǎng)絡(luò)條件。

2.交換網(wǎng)絡(luò)的組成及工作原理

在程控?cái)?shù)字交換機(jī)中，采用的數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)。數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的重要特點(diǎn)是它通過PCM鏈路與外圍模塊(用戶模塊、中繼器、信令設(shè)備等)連接。交換網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)話路部分的核心，它在控制系統(tǒng)的控制之下，為用戶模塊建立語音信號(hào)臨時(shí)通道(接續(xù))。圖2-23給出了交換網(wǎng)絡(luò)外部結(jié)構(gòu)示意圖。圖2-23交換網(wǎng)絡(luò)外部結(jié)構(gòu)示意圖

1)時(shí)間(T)接線器

(1)組成。

T接線器由話音存儲(chǔ)器(SpeechMemory，SM)和控制存儲(chǔ)器(ControlMemory，CM)構(gòu)成。SM和CM都是由隨機(jī)雙端口存取存儲(chǔ)器(DualPortRandomAccessMemory，DPRAM)構(gòu)成的。①話音存儲(chǔ)器：用于暫時(shí)存儲(chǔ)經(jīng)過PCM編碼的數(shù)字化話音信號(hào)，每一個(gè)單元存放一個(gè)時(shí)隙的話音信號(hào)，由于每個(gè)時(shí)隙是8位編碼，因此話音存儲(chǔ)器每個(gè)單元的大小為8位。而話音存儲(chǔ)器的單元數(shù)等于PCM復(fù)用線上復(fù)用的時(shí)隙總數(shù)。例如，一個(gè)T接線器的PCM鏈路速率為2.048Mb/s，則對(duì)應(yīng)的復(fù)用時(shí)隙數(shù)為32，那么該T接線器的SM有32個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)單元字長為8bit，SM的容量為32×8(bit)。②控制存儲(chǔ)器：控制存儲(chǔ)器存放的是話音存儲(chǔ)器讀出或?qū)懭氲牡刂诽?hào)(也稱做單元號(hào)或控制字)，用來控制話音存儲(chǔ)器的讀或?qū)?。如果某用戶的話音存放在話音存?chǔ)器的第6單元，即單元地址為6，則在控制存儲(chǔ)器某個(gè)單元中就應(yīng)寫入該話音存儲(chǔ)器的地址“6”，此控制字控制話音信號(hào)的讀出或?qū)懭?。控制存?chǔ)器和話音存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元數(shù)相同，每個(gè)單元的字長為話音存儲(chǔ)器總單元數(shù)的二進(jìn)制編碼字長。例如，某話音存儲(chǔ)器的單元數(shù)為1024，則控制存儲(chǔ)器的單元數(shù)也為1024，每個(gè)單元的字長為10bit，即210=1024。

(2)工作方式。

T接線器有兩種工作方式，分別為輸出控制方式和輸入控制方式。

①輸出控制方式：話音存儲(chǔ)器的寫入信號(hào)受定時(shí)脈沖控制，而讀出信號(hào)受控制存儲(chǔ)器的控制，即話音存儲(chǔ)器采用“順序?qū)懭耄刂谱x出”方式。

②輸入控制方式：話音存儲(chǔ)器的寫入受控制存儲(chǔ)器的控制，而讀出信號(hào)受定時(shí)脈沖控制，即話音存儲(chǔ)器采用“控制寫入，順序讀出”方式。例5某主叫用戶的話音信號(hào)(用a表示)占用時(shí)隙TS25，通過T接線器交換至被叫用戶TS48，圖2-24(a)、(b)給出了兩種工作方式的示意圖。圖2-24T接線器工作方式對(duì)于輸出控制方式，其工作過程如下：

①CPU根據(jù)所選路由在控制存儲(chǔ)器的第48單元填寫控制字25；

②在TS25到來時(shí)，主叫用戶的話音信號(hào)a在定時(shí)脈沖的控制下，寫入話音存儲(chǔ)器第25單元內(nèi)；③在定時(shí)脈沖控制下，在TS48這一時(shí)間，從控制存儲(chǔ)器的第48單元讀出內(nèi)容25，把它作為話音存儲(chǔ)器的讀出地址，讀出話音存儲(chǔ)器25單元的內(nèi)容。這正好是原來在第TS25寫入的主叫話音a，而此話音信號(hào)在話音存儲(chǔ)器讀出的時(shí)隙為TS48，即把主叫用戶話音信號(hào)a從TS25交換到TS48了，實(shí)現(xiàn)了主叫話音的時(shí)隙交換。由于PCM通信采用四線通信，即發(fā)送信道和接收信道是分開的，如果要把被叫用戶的話音信號(hào)(用b表示)交換給主叫用戶，只要在TS48到來時(shí)，將被叫用戶話音b寫入話音存儲(chǔ)器第48單元，CPU根據(jù)所選路由在控制存儲(chǔ)器的第25單元填寫控制字48，在定時(shí)脈沖控制下，控制存儲(chǔ)器在第TS25讀出內(nèi)容48作為話音存儲(chǔ)器的讀出地址，將其內(nèi)容b讀出，即把被叫用戶話音b從TS48交換到TS25了。同理，對(duì)于輸入控制方式，其工作原理與輸出控制方式相似，不同點(diǎn)是話音存儲(chǔ)器的寫入受到控制存儲(chǔ)器的控制，而讀出是在定時(shí)脈沖控制下順序讀出。詳細(xì)工作方式這里就不多說了。對(duì)于T接線器的兩種工作方式，有以下4點(diǎn)說明：

①不論采用輸出控制工作方式還是輸入控制工作方式，控制存儲(chǔ)器都采用CPU控制寫入，順序讀出。

②工作方式不同，存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)單元的內(nèi)容就不同，但可以達(dá)到相同的結(jié)果，即話音信號(hào)的交換結(jié)果是一樣的。③T接線器是以空間位置的劃分來實(shí)現(xiàn)時(shí)隙交換的。這是因?yàn)椴徽摬捎媚姆N工作方式，都是將PCM復(fù)用線上的每個(gè)輸入時(shí)隙的信息對(duì)應(yīng)存入SM的一個(gè)存儲(chǔ)單元，其實(shí)質(zhì)是由空間位置的劃分來實(shí)現(xiàn)時(shí)隙交換的，所以認(rèn)為T接線器是采用空分方式工作的。④T接線器采用時(shí)隙交換，它對(duì)輸入信號(hào)會(huì)產(chǎn)生延遲。例如，要把TS1的輸入信號(hào)交換到TS6中去就會(huì)產(chǎn)生5個(gè)時(shí)隙的延遲。交換過程中信息延遲最大有將近1幀(在寫入時(shí)隙的前一個(gè)時(shí)隙讀出)。此外，在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)話音存儲(chǔ)器和控制存儲(chǔ)器都要完成讀/寫各一次操作，當(dāng)輸入/輸出PCM鏈路速率增大時(shí)，則要求存儲(chǔ)器讀/寫速率要足夠快。隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，存儲(chǔ)器的讀/寫速度不斷提高，但由于專用IC芯片的速度是有限的，因此，交換網(wǎng)絡(luò)輸入及輸出速率也是有限的，相應(yīng)地，交換網(wǎng)絡(luò)的容量也是有限的。

(3)?T接線器的實(shí)現(xiàn)原理。

①T接線器由話音存儲(chǔ)器(SM)和控制存儲(chǔ)器(CM)構(gòu)成。話音存儲(chǔ)器電路實(shí)現(xiàn)原理如圖2-25所示。圖2-25SM電路實(shí)現(xiàn)原理圖

SM主要構(gòu)件是隨機(jī)DPRAM，它可寫可讀。SM除雙端口存儲(chǔ)器外，還需要相應(yīng)的讀/寫控制電路。圖2-25為采用輸出控制方式的SM電路實(shí)現(xiàn)原理圖。話音存儲(chǔ)器在定時(shí)脈沖控制下將語音信號(hào)順序?qū)懭耄虼耸紫纫a(chǎn)生用于語音信號(hào)寫入的定時(shí)脈沖信號(hào)。如圖2-26為產(chǎn)生的定時(shí)脈沖及位脈沖波形圖。圖2-26定時(shí)脈沖及位脈沖波形圖從圖2-26中可見，CP時(shí)鐘周期為488ns，頻率為2.048MHz，對(duì)應(yīng)于32路PCM幀結(jié)構(gòu)的碼元速率。經(jīng)過分頻電路形成定時(shí)脈沖A0～A7，這樣在A0～A7控制下可以按順序提供話音存儲(chǔ)器的寫入地址。當(dāng)控制存儲(chǔ)器CM無輸出，即B0～B7全為0時(shí)，寫入控制信號(hào)有效，打開寫入地址A0～A7的門，向SM寫地址總線寫入地址，于是話音信號(hào)DI0～DI7的內(nèi)容順序?qū)懭朐捯舸鎯?chǔ)器(SM)相應(yīng)單元中。一般控制存儲(chǔ)器在CP的前半周期不送數(shù)據(jù)，而在后半周期送數(shù)據(jù)。因此在CP后半周期時(shí)，B0～B7不全為0時(shí)，這時(shí)讀控制信號(hào)有效，則按照控制存儲(chǔ)器(CM)提供的B0～B7作為SM的讀地址，從相應(yīng)的SM單元讀出輸出數(shù)據(jù)DO0～DO7。②控制存儲(chǔ)器電路實(shí)現(xiàn)原理如圖2-27所示。圖2-27CM電路實(shí)現(xiàn)原理圖

CPU選定路由以后，控制存儲(chǔ)器通過鎖存器，從CPU地址總線送來寫入地址AW0～AW7，從CPU數(shù)據(jù)總線送來寫入數(shù)據(jù)BW0～BW7。同時(shí)發(fā)來寫命令，即在=?1時(shí)使控制信號(hào)=0，將控制字BW0～BW7寫入到CM中。當(dāng)=0時(shí)=1，即讀有效，則按照定時(shí)脈沖A0～A7指定的地址，順序讀出單元內(nèi)的內(nèi)容，此內(nèi)容作為SM的讀出地址，B0～B7送到SM的地址線上。

(4)?T接線器與外圍模塊的連接。

由圖2-23可知，交換網(wǎng)絡(luò)通過多條PCM復(fù)用線與外圍模塊連接。例如傳輸速率為2.048Mb/s的PCM鏈路由32個(gè)時(shí)隙復(fù)用得到，每個(gè)時(shí)隙含有8?bit的數(shù)字化信號(hào)，并以串行方式進(jìn)入交換網(wǎng)絡(luò)，而交換網(wǎng)絡(luò)的主要部件是T接線器，其話音存儲(chǔ)器實(shí)質(zhì)就是隨機(jī)RAM，用于暫時(shí)存儲(chǔ)從PCM復(fù)用鏈路進(jìn)來的數(shù)字化信號(hào)，此數(shù)字化信號(hào)是以8?bit的并行方式進(jìn)入到話音存儲(chǔ)器的。因此，除了需要串/并及并/串轉(zhuǎn)換電路外，還需要增加復(fù)用和分路電路，來實(shí)現(xiàn)T接線器與外圍模塊的連接，如圖2-28所示。圖2-28T接線器與多個(gè)PCM鏈路連接原理圖圖2-28中的PCM復(fù)用線也稱為HW(highway)線(或稱做母線)，它是網(wǎng)絡(luò)板和外圍資源板用來通信的高速數(shù)據(jù)線。HW線的速率與復(fù)用時(shí)隙數(shù)有關(guān)，圖2-28所示的HW線由32個(gè)時(shí)隙復(fù)用得到，速率為2.048Mb/s。

①復(fù)用器/分路器的工作原理。圖2-28中左方框所示為復(fù)用器模塊，右方框所示為分路器模塊。復(fù)用器和分路器是成對(duì)出現(xiàn)的，分路器是復(fù)用器的逆過程。圖2-29復(fù)用器波形圖圖2-30復(fù)用器工作原理圖從圖2-30可以看出，復(fù)用后的輸出構(gòu)成新的幀結(jié)構(gòu)，新幀包含32×8=256個(gè)時(shí)隙(TS0～TS255)，新幀中的每個(gè)時(shí)隙編號(hào)與復(fù)用前的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：

TS復(fù)=TS號(hào)×HW總+HW號(hào)

(2.6)

其中，TS復(fù)為復(fù)用后的TS編號(hào)；TS號(hào)為復(fù)用前的TS編號(hào)；HW總為HW線總數(shù)；HW號(hào)為復(fù)用前的HW線編號(hào)。例6圖2-30中HW6TS3經(jīng)復(fù)用后的時(shí)隙編號(hào)為3×8+6=30，即TS30。HW3TS20

經(jīng)復(fù)用后的時(shí)隙編號(hào)為20×8+3=163，即TS163。

②復(fù)用器/分路器電路實(shí)現(xiàn)。復(fù)用器的電路實(shí)現(xiàn)原理圖如圖2-31所示。圖2-31復(fù)用器的電路實(shí)現(xiàn)原理圖移位寄存器是8位串入并出的，總共有8組，實(shí)現(xiàn)8條HW線的串入并出。每個(gè)移位寄存器在時(shí)鐘CP的控制下，將每個(gè)時(shí)隙中的8bit串行碼依次移入寄存器，所以移位寄存器輸出端D0～D7碼不是同時(shí)出現(xiàn)的，而是在時(shí)鐘CP控制下一位一位鎖存到移位寄存器的輸出端的。圖2-31中，位脈沖TD0～TD7的周期為3.9μs，脈寬為488ns，標(biāo)志了每一個(gè)時(shí)隙8位碼的某一位。中間級(jí)鎖存器在時(shí)鐘的控制下(^TD7的時(shí)序圖參見圖

2-26)，即在每個(gè)時(shí)隙的最后一位(D7)的后半周期(

)將D0～D7的8位碼輸出到鎖存器的輸出端，因此鎖存器輸出端的數(shù)據(jù)和串行輸入端的數(shù)據(jù)在時(shí)間上已經(jīng)延遲了一個(gè)時(shí)隙。最后一級(jí)的8選1選擇器在時(shí)鐘脈沖CP的控制下將8條HW線的8位并行碼依次輸出送至T接線器的話音存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)總線上。圖2-32為復(fù)用器輸入/輸出信號(hào)波形示意圖。圖2-32復(fù)用器輸入/輸出信號(hào)波形示意圖分路器的電路實(shí)現(xiàn)原理如圖2-33所示。圖2-33分路器的電路實(shí)現(xiàn)原理圖分路器是復(fù)用器的逆過程。圖2-33中鎖存器在TDi∧(i?=?0，1，…，7)時(shí)鐘控制下，將8條HW線的D0～D7分別寫入到鎖存器的輸出端，即當(dāng)TD0∧=1時(shí)，將HW0的D0～D7寫入到鎖存器0；當(dāng)TD1∧?=1時(shí)，將HW1的D0～D7寫入到鎖存器1；…；當(dāng)TD7∧=1時(shí)，將HW7的D0～D7寫入到鎖存器7。在下一個(gè)時(shí)隙的位脈沖TD0到來時(shí)，即TD0=1，且滿足TD0∧CP=1時(shí)，8個(gè)移位寄存器的置位端“S”置為1，則將8個(gè)鎖存器的輸出端D0～D7并行碼同時(shí)置入移位寄存器中。當(dāng)下一個(gè)時(shí)鐘CP到來時(shí)，這時(shí)TD0=0，移位寄存器在CP時(shí)鐘控制下，將輸入端的并行碼一位一位串行輸出，如此循環(huán)下去，實(shí)現(xiàn)并行碼/串行碼的轉(zhuǎn)換。

2)空間(S)接線器

S接線器完成不同復(fù)用總線間同一TS的交換，即完成空間交換(也稱做母線交換)。如圖2-34所示，n條輸入復(fù)用線和n條輸出復(fù)用線形成n×n矩陣，由n個(gè)控制存儲(chǔ)器(CM1～CMn)控制。圖2-34S接線器結(jié)構(gòu)

(1)組成。S接線器由電子交叉矩陣和控制存儲(chǔ)器(CM)構(gòu)成，通過控制存儲(chǔ)器控制電子交叉矩陣接點(diǎn)的閉合來實(shí)現(xiàn)同一時(shí)隙(TS)在不同HW之間的交換。

①交叉矩陣：也稱為開關(guān)矩陣，在圖2-34中為n×n矩陣，共有n2個(gè)交叉點(diǎn)，每個(gè)交叉點(diǎn)有接通與斷開兩種狀態(tài)，這些交叉點(diǎn)的狀態(tài)由該輸入復(fù)用線或輸出復(fù)用線所對(duì)應(yīng)的

控制存儲(chǔ)器來控制，其功能即在多條入線之間選擇一條接通出線。②控制存儲(chǔ)器(CM)：用來控制交叉矩陣中的接點(diǎn)何時(shí)打開何時(shí)閉合。控制存儲(chǔ)器由隨機(jī)雙端口存取存儲(chǔ)器(DPRAM)構(gòu)成，其數(shù)量等于輸入線或輸出線的個(gè)數(shù)，每個(gè)CM所含的單元數(shù)等于每條輸入線或輸出線所復(fù)用的時(shí)隙數(shù)。例如，一個(gè)8×8的交叉矩陣，每條復(fù)用線每幀含有32個(gè)時(shí)隙，則需要8個(gè)控制存儲(chǔ)器，且每個(gè)CM有32個(gè)單元。

(2)工作方式。S接線器有兩種工作方式，分別為輸出控制方式和輸入控制方式。

·輸出控制方式：每一個(gè)控制存儲(chǔ)器控制同號(hào)輸出端的所有交叉點(diǎn)；

·輸入控制方式：每一個(gè)控制存儲(chǔ)器控制同號(hào)輸入端的所有交叉點(diǎn)。例7某S接線器大小為(n+1)×(n+1)，則其控制存儲(chǔ)器有n+1個(gè)(CM0～CMn)。設(shè)每個(gè)CM的單元數(shù)為32，對(duì)應(yīng)時(shí)隙TS0～TS31。要將HW0線TS3的信息傳送到與HWn線的TS3上及將HWn線上TS25的信息傳送到HW1線的TS25上。圖2-35(a)、(b)給出了兩種工作方式的示意圖。對(duì)于輸出控制方式，其工作過程如下：

①CPU根據(jù)路由選擇結(jié)果在CM寫入控制字，用來控制編號(hào)相同的輸出復(fù)用線上的所有開關(guān)。即在CMn的第3單元填寫輸入線號(hào)“0”，在CM1的第25單元填寫輸入線號(hào)“n”。(注：輸出控制方式按輸出復(fù)用線來配置CM，即一條輸出母線對(duì)應(yīng)一個(gè)CM，則CM1對(duì)應(yīng)HW1輸出復(fù)用線，CMn對(duì)應(yīng)HWn輸出復(fù)用線，以此類推，存儲(chǔ)單元的內(nèi)容表示該存儲(chǔ)器所對(duì)應(yīng)的輸出母線所要接通的輸入母線的號(hào)數(shù)。)②控制存儲(chǔ)器在定時(shí)脈沖的控制下順序讀出其內(nèi)容，當(dāng)TS3到來時(shí)，其對(duì)應(yīng)的CMn單元數(shù)據(jù)為“0”，表明在TS3時(shí)隙內(nèi)，在CMn的控制下，將閉合出線HWn與入線HW0相交叉的開關(guān)，使得HW0入線上TS3的信息交換到HWn出線上。同理，當(dāng)TS25到來時(shí)，在CM1的控制下，將閉合出線HW1與

入線HWn相交叉的開關(guān)，使得HWn入線上TS25的信息交換到HW1出線上。圖2-35S接線器的工作方式同理，對(duì)于輸入控制方式，其工作原理與輸出控制方式相似，不同點(diǎn)在于它按輸入復(fù)用線來配置CM，即一條輸入母線對(duì)應(yīng)一個(gè)CM，CM存儲(chǔ)單元的內(nèi)容為該存儲(chǔ)器所對(duì)應(yīng)的輸入母線所要接通的輸出母線的號(hào)數(shù)。詳細(xì)工作過程這里不再贅述。對(duì)于S接線器的兩種工作方式，有以下幾點(diǎn)說明：

①不論采用輸出控制工作方式還是輸入控制工作方式，控制存儲(chǔ)器都采用CPU控制寫入，順序讀出。

②S接線器只能實(shí)現(xiàn)不同HW線間的交換，不能實(shí)現(xiàn)時(shí)隙交換，因此S接線器不能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)數(shù)字交換。③S接線器以時(shí)分方式實(shí)現(xiàn)HW線之間的空間交換，這是因?yàn)榻徊婢仃嚨妮斎刖€和輸出線都是時(shí)分復(fù)用線，交叉矩陣的各個(gè)開關(guān)是按照復(fù)用時(shí)隙閉合和打開的，因此S接線器采用時(shí)分工作方式。

(3)?S接線器的實(shí)現(xiàn)原理。?S接線器由電子交叉矩陣和控制存儲(chǔ)器構(gòu)成，電子交叉矩陣(以8×8交叉矩陣為例)的電路實(shí)現(xiàn)原理如圖2-36所示。圖2-36電子交叉矩陣的實(shí)現(xiàn)原理圖

S接線器以時(shí)分方式工作，每隔一個(gè)時(shí)隙(3.9?μs)改變一次接續(xù)，因此一般采用電子接點(diǎn)。

電子交叉接點(diǎn)由電子選擇器組成的。圖2-36中，電子交叉接點(diǎn)矩陣由8片8選1電子選擇器構(gòu)成，采用輸出控制方式，因此每個(gè)8選1電子選擇器負(fù)責(zé)一個(gè)輸出端。控制存儲(chǔ)器通過選通信號(hào)決定此次接續(xù)選擇的是哪一片8選1電子選擇器，同時(shí)控制存儲(chǔ)器通過B0～2來選擇數(shù)據(jù)，決定是哪個(gè)輸入端要和輸出端接通。

空間接線器的控制存儲(chǔ)器電路實(shí)現(xiàn)原理如圖2-37所示。圖2-37空間接線器的CM電路實(shí)現(xiàn)原理圖

3.幾種常用的交換網(wǎng)絡(luò)

在大型程控交換機(jī)中，數(shù)字交換機(jī)較多采用三級(jí)組合方式，如TST、STS、TTT。其中，由于TTT和TST使用得較多，因此本節(jié)重點(diǎn)介紹單T交換網(wǎng)絡(luò)及TST和TTT三級(jí)組合

網(wǎng)絡(luò)。

1)單T交換網(wǎng)絡(luò)

對(duì)于T接線器，其基本功能就是實(shí)現(xiàn)時(shí)隙交換，只要配上復(fù)用器和分用器，它就可以單獨(dú)構(gòu)成一個(gè)單T數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)，如圖2-38所示。

圖2-38所示的單T交換網(wǎng)絡(luò)假設(shè)有4條HW線，每條HW線有32個(gè)時(shí)隙。因此T接線器中的話音存儲(chǔ)器和控制存儲(chǔ)器各有32×4=128個(gè)單元。T接線器可以采用輸入控制方式或輸出控制方式工作，圖2-38中采用的是輸入控制方式。如果要完成下列信號(hào)的雙向交換：HW1TS5(A)HW3TS20(B)，分析雙向接續(xù)過程。圖2-38單T數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)由式(2.6)可知:

A語音經(jīng)過復(fù)用器后占用的時(shí)隙號(hào)為

TS復(fù)A=5×4+1=21

B語音經(jīng)過復(fù)用器后占用的時(shí)隙號(hào)為

TS復(fù)B=20×4+3=83

則其雙向接續(xù)過程如下：

(1)?CPU根據(jù)所選路由在控制存儲(chǔ)器的第21單元填寫控制字83，第83單元填寫控制字21。

(2)當(dāng)TS21到來時(shí)，主叫用戶的語音信號(hào)A在控制存儲(chǔ)器的控制下，寫入話音存儲(chǔ)器第83單元內(nèi)；當(dāng)TS83到來時(shí)，被叫用戶的語音信號(hào)B在控制存儲(chǔ)器的控制下，寫入話音存儲(chǔ)器第21單元內(nèi)。

(3)話音存儲(chǔ)器在定時(shí)脈沖控制下順序讀出，當(dāng)TS21到來時(shí)，讀出話音存儲(chǔ)器的第21單元內(nèi)容B，即已把被叫用戶語音信號(hào)B從TS83交換到TS21了；當(dāng)TS83到來時(shí)，讀出話音存儲(chǔ)器的第83單元內(nèi)容A，即已把主叫用戶語音信號(hào)A從TS21交換到TS83了，實(shí)現(xiàn)了雙向時(shí)隙交換。單T網(wǎng)絡(luò)不僅是一個(gè)全利用度、無阻塞的時(shí)分交換網(wǎng)絡(luò)，而且控制簡便。然而，單T網(wǎng)絡(luò)的容量是受限的。它主要受到3個(gè)方面的限制：一是受限于語音信號(hào)的延遲，二是受限于實(shí)際制造能力，三是受限于控制存儲(chǔ)器的字長。

2)?TST交換網(wǎng)絡(luò)

TST網(wǎng)絡(luò)主要由復(fù)用器、分用器、時(shí)分接線器和空分接線器組成。這里將主要討論TST網(wǎng)絡(luò)的工作方式及其雙向通路的建立過程。

(1)?TST網(wǎng)絡(luò)的工作方式及雙向通路的建立。

T接線器和S接線器都有兩種工作方式：輸入控制方式和輸出控制方式。因此，從原理上來講，在TST網(wǎng)絡(luò)中，無論是T接線器還是S接線器，采用這兩種工作方式中的任意一種都可以實(shí)現(xiàn)交換接續(xù)功能。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，兩邊的T接線器往往采用兩種不同的工作方式，即輸入級(jí)T接線器若采用輸出控制方式，則輸出級(jí)T接線器就采用輸入控制方式；反之亦然。而用得更普遍的情況是，輸入級(jí)T接線器采用輸入控制，輸出級(jí)T接線器采用輸出控制，之所以如此，是因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)所得到的一系列對(duì)應(yīng)關(guān)系有利于軟件的設(shè)計(jì)和接續(xù)控制。如圖2-39所示的TST交換網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)有3條HW線，每條HW線有32個(gè)時(shí)隙。輸入側(cè)T接線器采用輸入控制方式，輸出側(cè)T接線器采用輸出控制方式，S接線器矩陣是3×3的電子交叉接點(diǎn)矩陣，采用輸出控制方式。要在用戶A和用戶

B之間建立呼叫接續(xù)。其中，主叫用戶A占用HW1的第3時(shí)隙，被叫用戶B占用HW3的第28時(shí)隙，如果要完成A用戶與B用戶的雙向通信，就要實(shí)現(xiàn)HW1TS3(A)HW3TS28(B)的交換。下面分析雙向接續(xù)過程。圖2-39TST交換網(wǎng)絡(luò)接續(xù)示意圖①A→B前向通路的接續(xù)過程。

首先，在S接線器相應(yīng)的控制存儲(chǔ)器中尋找空閑的時(shí)隙作為內(nèi)部通路。由于S接線器采用輸出控制方式，且被叫用戶B在第3個(gè)T接線器上，故應(yīng)在標(biāo)號(hào)為“3”的控制存儲(chǔ)器中尋找空閑時(shí)隙。假設(shè)選定的空閑時(shí)隙序號(hào)為6，則在該地址的存儲(chǔ)單元中寫入主叫用戶A所在的輸入線序號(hào)“1”，從而建立了S級(jí)的內(nèi)部通路。其次，在輸入側(cè)T接線器建立交換接續(xù)通路。由于輸入側(cè)T接線器采用輸入控制方式，且用戶A占用TS3，故應(yīng)在控制存儲(chǔ)器CMA1的第3地址單元中寫入內(nèi)部通路號(hào)6。這樣，用戶A的信息將在TS3時(shí)隙寫入到話音存儲(chǔ)器的第6個(gè)存儲(chǔ)單元之中，并在內(nèi)部時(shí)隙TS6時(shí)刻讀出，從而實(shí)現(xiàn)輸入側(cè)T接線器的交換接續(xù)。最后，在輸出側(cè)T接線器建立交換接續(xù)通路。由于輸出側(cè)T接線器采用輸出控制方式，且用戶B占用TS28，故應(yīng)在控制存儲(chǔ)器CMB3的第28地址單元中寫入內(nèi)部通路號(hào)6，從而在輸出側(cè)T接線器建立起交換接續(xù)通路。

至此，從用戶A到用戶B的前向通路已建立完成。下面，還需建立一條從用戶B到用戶A的后向通路。②B→A后向通路的接續(xù)過程。

同樣地，首先在S接線器相應(yīng)的控制存儲(chǔ)器中尋找空閑的內(nèi)容時(shí)隙作為后向內(nèi)部通路。在實(shí)際中，為了方便CPU管理和控制，一旦選中前向空閑時(shí)隙，根據(jù)反相法，后向通路的內(nèi)部時(shí)隙號(hào)為TS反向=TS前向±半幀時(shí)隙數(shù)。這樣，CPU只需選一次，第二次自動(dòng)在第一次選擇的時(shí)隙號(hào)上加半幀時(shí)隙數(shù)即可，無須再選第二次通路時(shí)隙。本例中前向空閑時(shí)隙序號(hào)為6，且S接線器一幀所含時(shí)隙數(shù)為32，則反向空閑時(shí)隙序號(hào)為TS反向=6+32/2=22。

其次，建立后向通路。只需在相應(yīng)的控制存儲(chǔ)器中寫入適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)即可，即在S接線器的標(biāo)號(hào)為“1”的控制存儲(chǔ)器第22地址單元中寫入輸入線序號(hào)3；在輸入側(cè)T接線器的控制存儲(chǔ)器CMA的第28地址單元中寫入后向通路序號(hào)22；在輸出側(cè)T接線器的控制存儲(chǔ)器CMB1的第3地址單元中也寫入后向通路序號(hào)22。從上述雙向通路的建立過程可以清楚地看到，TST三級(jí)網(wǎng)絡(luò)各級(jí)的分工分別為：輸入側(cè)T接線器負(fù)責(zé)輸入母線(HW)的時(shí)隙交換，中間S接線器負(fù)責(zé)母線(HW)之間的交換，而輸出側(cè)T接線器負(fù)責(zé)輸出母線(HW)的時(shí)隙交換，因此TST組合后的網(wǎng)絡(luò)，能夠利用T和S接線器的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)任何不同HW線各時(shí)隙間信息的交換。

(2)?TST網(wǎng)絡(luò)幾點(diǎn)說明。

①在TST網(wǎng)絡(luò)