数字程控电话交换 与电话通信网,1,电话通信的基本原理 程控交换机的几个基本概念 程控数字交换机的系统结构 接口设备 交换网络 电话通信网,本章主要内容,1.1 电话通信与电话机,3,一、 电话机的发明,1875年6月2日贝尔和沃森发明了电话 （原始的电磁式电话） ,1877年爱迪生发明了碳精式送话器 +手柄+呼叫设备（电铃）+手摇发电机+干电池 （磁石式电话机） ,1882年出现了共电式电话机 （没有手摇发电机和干电池，通话所用电源由交换机供给） , 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 （自动电话机-拨号盘电话机） ,60年代电子学飞速发展、70年代大规模集成电路出现 (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,一、电话机的发明,送话器,受话器,原始话音,还原话音,二-四转换,消侧音电路,电话机,原始话音,还原话音,二、电话机的构成及通话原理,受话器：将相应的电信号还原为声音的转换器。 送话器：将声音变换为相应电信号的转换器。 旋转式拨号盘（三个参数）：脉冲速度：表示拨号盘每秒钟发生的脉冲个数。普通：10/s 快速：20/s脉冲断续比：在一个脉冲周期里，断开电流的时间和接通电流的时间之比。t断/t续=1.6:1 或 2:1位间隔：300ms,二、电话机的构成及通话原理,按键式拨号盘：与拨号集成电路配合发出脉冲或双音多频(DTMF：Dual Tone Multi Frequency )信令。 振铃器：交铃流、音调振铃器 开关、叉簧：接插件，二、四线绳,二、电话机的构成及通话原理,扬声电话机 免提电话机 无绳电话机 录音电话机 可视电话机 投币电话机 磁卡电话机,三、 电话机的分类,1.程控（存储程序控制）： 把对交换机的各种控制、方法、步骤都编成程序，存放在存储器中，用程序来控制交换机的各项工作。 程控交换是利用计算机软件进行控制的一种交换方式。 软件控制 2.空分与时分 空分：通过交换网络的每个连接通路各自具有不同的空间位置。 在两个用户通话时，必须在交换网络中占有一条专用的通路，一直用到通话结束。 时分：通过交换网络的每个连接通路各自具有不同的时间位置。,2.程控交换机的几个基本概念,几个概念,3.模拟和数字 模拟信号：信号幅度的取值是连续的。（幅值可有无限个数值表示） 数字信号：信号幅度的取值是不连续的，（幅值表示被限制在有限个数值之内），或说是离散的。 模拟方式：通过交换网络的是模拟信号。 双向二线：发、收两个方向的模拟信号在同一通路中传输。 数字方式：通过交换网络的是数字信号。 单向四线：发、收两个方向的数字信号分别通过不同的两条途径传输。,在技术上的：能提供许多新的服务性能维护管理方便、可靠性高灵活性大、便于采用新技术和增加新业务 在经济上的：在交换设备上在线路设备上在维护和生产方面,程控交换机的优越性,3 程控数字交换机的系统结构,13,数字交换机的系统结构,数字程控电话交换系统,话路子系统,控制子系统,接口设备,交换网络,CPU与存储器,远端接口,外部设备,模拟/数字用户电路,数字/模拟中继器,信令设备,MFC（多频互控 Multiple Frequency Control ）接收和发送器,DTMF接收器,信号音发生器,4.接口设备,接口设备是数字程控交换机与外围环境的接口，其功能是完成外部信号与交换机内部信号的转换。数字程控交换机的接口设备主要有用户电路、中继电路和信令收发设备。,3.1 数字交换系统接口类型,交换网络,控制系统,模拟用户接口,用户侧接口,中继侧接口,数字用户接口,数字中继接口,模拟中继接口,数字用户接口,操作维护,OAM,Z,V,A,B,C,Q3,V类和Z类接口： 数字程控交换机用户侧接口； A类、B类和C类接口： 数字程控交换机与其它交换机的接口，是网络侧接口。其中数字接口： 用户侧的V类接口和网络侧的A类、B类接口； 模拟接口： 用户侧的Z类接口和网络侧的C类接口。网管接口Q3接口.,数字交换机接口类型,V接口：V1：64kb/s，可为2B+D或30B+D的终端V2：连接数字远端模块的接口V3：连接数字PABX的接口，属30B+D的接口V4：可接多个2B+D的终端，支持ISDN的接入V5：支持n X E1的接入网，包括V5.1和V5.2接口,程控交换系统接口类型,Z1接口：连接单个模拟用户的接口 Z2接口：连接模拟远端集线器的接口 Z3接口：连接模拟PABX的接口,程控交换系统接口类型,A接口：速率为2048kb/s的数字中继接口 B接口：PCM二次群接口，其接口速率为8448kb/s C接口：二线或四线模拟中继接口（目前很少使用） Q3接口：与电信管理网（TMN）的接口，用于操作维护管理和计费等。,模拟用户接口电路是交换机与模拟用户线相连的接口，简称模拟用户电路。一般电话用户使用的电话机（终端设备）都是模拟电话机，即电话机发送和接收的话音电流都是模拟信号，所以用户线上传递的是模拟信号。故常将模拟用户电路简称为用户电路。,3.2 模拟用户电路,3.2 模拟用户电路,模拟用户电路的功能可归纳为BORSCHT七个功能： B(Battery feeding)馈电 O(Overvoltage protection)过压保护 R(Ringing control)振铃控制 S(Supervision)监视 C(CODEC & filters)编译码和滤波 H(Hybird circuit)混合电路 T(Test)测试,此处主要介绍功能，而不具体介绍电路。,1.馈电: 为用户话机提供通话所需的直流电源,电容的特性：“隔直流，通交流” 电感的特性：“隔交流，通直流”,电压馈电式,为了防止用户间经电源而发生串话，在馈电电路中串联着电感线圈，它对话音信号呈现高阻抗，对直流呈现低阻抗。,-48V,2.过压保护：避免高压进入交换机内部而损坏交换机，设置了两极保护。第一级在总配线架上安放保安器第二级在用户电路中设置二极管箝位电路 保安器可为热线圈或放电管,有高压时，保安器动作，会引高压入地，但保安器的输出电压仍可达上百伏，故需第二级保护。 箝位电路将用户线(a或b)的电压箝位在-48V0V之间。热敏电阻R起限流作用，R的阻值随电流增大而增大。 仅有第一级或第二级保护是不够的，需两级配合使用。,3.振铃:提供振铃所需25 50HZ,90V15V的交流电压, 发送铃流.过程:控制系统发“振铃控制” 开关动作铃流经用户线送达用户话机振铃用户摘机振铃电路产生“截铃”信号控制系统停止“振铃控制”信号开关释放 停止振铃,4. 监视:通过用户线回路状态来监视用户状态摘、挂机状态用户状态 号盘话机的拨号脉冲投币话机的输入信号,监视电路通常是与馈电电路合在一起的。只要在馈电回路中串入一个小电阻或继电器，在两端接放大器，引出监视信号。当回路状态改变时，电阻上的压降或继电器工作状态（吸动或释放）会发生改变，据此变化可检出用户回路的状态变化。,5.编译码和滤波：实现用户线上的模拟信号与交换机内部的PCM信号之间的转换及滤波。,把模拟信号转换为数字信号的过程称为编码，把数字信号转换为模拟信号的过程称为译码，编译码合称为CODEC。信号编码前要用带通滤波器，译码后要用低通滤波器。,6. 混合电路(二/四线转换)用户话机的模拟信号是二线双向的，而PCM数字信号是四线单向的，因此在用户电路中，信号编码前和译码后要进行二线/四线的转换。二/四线转换电路也称为混合电路，以前由混合线圈实现，现在由集成电路（运算放大器和平衡网络组成的电路）实现。 7.测试:当故障发生时,测试开关将用户内线与用户外线分开,以测定故障是局内设备故障,还是局外设备故障.,模拟用户电路功能框图,举例用户电路板,模拟中继器：是程控数字交换机与模拟中继线的接口，用于与模拟交换机的连接。,3.3 中继电路,3.3数字中继电路(Digital trunk)是数字中继线和交换机的接口，主要实现码型变换、同步和信令控制三方面的功能。 具体功能如下:,3.4 音频信号的产生、发送和接收,程控交换机工作时需要很多种音频信号，如向用户发送的拨号音、忙音、回铃音和各种通知音，两个局之间中继线上传输的地址（选择）信号等。因此，要求程控交换机具有音频信号的产生、发送与接收能力。,3.4 音频信号的产生、发送和接收,1、信号种类：交换机到用户：各种信号音（单频，信号源450Hz或 950Hz的正弦波）交换机到交换机：局间信号（MFC）前向信号频率：1380Hz, 1500Hz, 1620Hz, 1740Hz, 1860Hz, 1980Hz（6中取2）后向信号频率：1140Hz, 1020Hz, 900Hz, 780Hz, （4中取2）用户到交换机： 拨号信息（直流脉冲、DTMF）,将信号按125s间隔进行抽样（也就是8kHz的PCM抽样频率），然后进行量化和编码，得到各抽样点的PCM信号，放到ROM中，使用时对ROM按一般PCM信号读出，就是这个音频信号（数字化的信号）。,2.单音频信号的产生,对fm=500Hz： fs=8000Hz，m=1，s=16，T=2ms，即在2ms内抽取16个样值。 对fm=450Hz： fs=8000Hz，m=9，s=160，T=20ms，即在20ms内抽取160个样值。 为简便起见，以产生500Hz的音频信号为例,ROM中存储信息的容量计算：,设要产生的信号频率fm和8000Hz的取样频率fs都 是从零开始，当前者经过m周，后者经过s周，两 者又到达开始位置，这段时间为T：,T=2ms 500Hz音频信号产生原理,3、双音频信号的产生,双音频信号产生原理： 首先要找到一个重复周期。双频信号与单信号的产生原理和过程基本相同，但唯一的区别是同时产生两个单频信号的混合信号。设要产生的双频信号频率分别为f1和f2 ，取样频率为fs，则代入下列计算公式：,f1=700Hz f2=900Hz fs=8000Hz,m=7 n=9 s=80 T=10ms,ROM存储单元为80个,4、数字音频信号的发送,在程控数字交换机中，各种数字音频信号大多是通过数字交换网络送出，和普通话音信号一样处理。数字音频信号发生器是一种公用服务电路，通常连接到交换网络的输入端。数字音频信号经交换网络传输再发送到有关终端。单频信号一般作为与用户“对话”的信号送给用户电路，而双频信号送给中继电路，用来和它局联络。,5. 数字音频信号的接收数字音频信号接收器接收的是经过抽样、量化和编码的音频信号。这些信号通常是由用户电路送来的按键话机双音多频（DTMF）信号或由中继电路送来的多频编码（MFC）信号。它们经数字交换网络进入相应的DTMF信号接收器或MFC信号接收器，在接收器内进行滤波和判断识别，然后将结果译成二进制码送到控制系统（处理机）进行处理。各种信号音是由用户话机接收的。,F1数字滤波,F2数字滤波,Fn数字滤波,数字逻辑识别,输入,输出,多频的接收,空分交换原来一般应用于模拟交换机，那对于数字交换机，应该选用时分交换吧。,时隙交换的实质是将话音信息由一个时隙交换到另一个时隙。由时分接线器完成。,时分接线器分为T型接线器和S型接线器。,目前，时分接线器的容量不太大，因此，要组成大型的交换机还必须使用空分交换思想来扩大其容量。,数字交换网络,2018/10/23,44,什么是空分交换？什么是时分交换？,空分交换：交换部分只有闭合、断开两个状态的元件(交叉节点)组成的交换矩阵。用于小容量的模拟交换机。 时分交换：在一条公共的通路中，提供适当的时隙TS (Time Slot)传送信号，用于数字交换机，又称数字交换、时隙交换，分为T型接线器和S型接线器两种交换方式。,