第3章电话通信系统分解

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。
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。
3.3 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。
（2）量化
抽样后的PAM信号的幅度仍然是连续的，因此还是模拟信号。 幅值在一定范围内为无限多个值，若直接转换成二进制数字信号表示需要
无限多位二进制信号与之对应，这是不可能实现的，为此要采用量化的办 法。 量化是把信号在幅度域上连续的样值序列用近似的办法将其变换成幅度离 散的样值序列。 具体的定义是，将幅度域连续取值的信号在幅度域上划分为若干个分级（ 量化间隔），在每一个分级范围内的信号值取某一个固定的值用m(t)来表 示。 量化误差
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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）单个交换机
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2、 电话交换技术发展史
表3-1 各类交换机及其主要特点
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。
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
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。
用率的目的。是电信网的核心,它的基本功能是完成接入交换节点链路的汇集、 转接接续和分配。 噪声：噪声是除去信息以外所有能量的总称，它并不是一个人为实现的实体，但 在实际通信系统中又是客观存在的，可以存在于发送器、信道、交换设备以及接 收器中。
归纳思考
一个完整的电信系统应由终端设备 、传输设备 （包括线路）和交换设备三大部分组成。例如： 电话系统，终端设备是电话机，传输设备是用户 线，中继线，交换设备是电话交换机。
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
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
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
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）源自文库生、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。
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？
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。
对于较复杂的通信系统，为了解决随着用户数增加而带来的专
线连接问题，因此，在通信系统中，产生了交换式通信系统， 多个用户同时接到交换机上，由交换机根据需要实时完成呼叫 接续，在此基础上形成了以交换机为核心的通信系统。
电信系统组成模型
信息 信号
信源
发送器
信道 噪声 交 换 设 备
信息
信号
信宿
接收器
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？
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
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。
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）
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。
（1）用户电路 用户线进入交换局的接口电路 。
用户电路的主要功能——“BORSCHT”功能： B（Battery Feed）：馈电。为用户线提供通话和监视电流，程控数字交换的额定电压 为-48V的直流，用户线上的馈电电流为18 mA～50mA。 O（Over voltage Protection）：高压和过压保护。.程控数字交换机一般采用两级保护 ：第一级是总配线架保护，第二级保护就是用户电路，通过热敏电阻和二极管实现。 R（Ringing）：振铃。由被叫侧的用户模块向被叫用户话机馈送铃流信号，同时向主 叫用户送出回铃音。 S（Supervision）：监视。通过扫描点监视用户回路通、断状态，以监测用户摘机、 挂机、拨号脉冲等用户线信号。 C（Codec Filtees）：模拟／数字变换，即A／D变换。把电话机发出模拟信号变成数 字信号送往信道传输，同时把从信道接受的数字信号反变换成模拟信号送给话机。 H（Hybird Circuit）：二线／四线变换。完成2线的模拟用户线与交换机内部4线的 PCM传输线之间的转换。 T（Test）：测试。通过软件控制用户电路中的测试转换开关，对用户可进行局内侧和 外线侧的测试。
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