第3章电路交换系统的硬件

第三章 电路交换系统的硬件
上一章我们介绍了交换网络，交换机除了由交 换网络提供交换所需的通路，还应有实现控制功 能的控制部件及其它接口电路，本章即是介绍这 些硬件。
§3.1 概述
本小节的主要内容： ♦ 程控交换机的基本结构及组成 ♦ 电路交换过程
一 程控交换机的基本结构
交 用户电路 网 络 话 路 部 分 用户电路 换
1 同步双步工作方式（同时接收话路设备的 输入信息，执行相同的指令） 两台处理机同步工作，执行结果进行比较， 相同则继续。 两台处理机中只有一台处理机输出信息控 制话路设备工作，如结果不一致，则中断正 常业务，各自启动检测程序，检测有故障的 处理机退出服务，且应尽快修复，返回到工 作系统中。
特点 （1）对硬件故障反应快，对软件故障没有容错能 力 （2）需不停进行同步复核，降低了处理机的效率。
二 目前程控交换机的组成
♦ 交换网络 ♦ 外围接口电路 用户电路 模拟用户电路
数字用户电路 中继单元 模拟中继单元 数字中继单元 操作管理和维护接口 ♦ 控制系统：实现交换的控制和系统的维护管理。 ♦ 信令系统：在交换系统各部件之间，用户与交换 机之间，交换机与交换机之间传送专用 的控制联络信号(信令)的发送接收设 备。 ♦ 网络连接设备:与其它网络(数据网,移动通信网)互 连的接口设备。 ♦ 其它辅助设备:电源,配线架
三 数字音频信令的接收 1 发给用户的数字音频信令经用户电路 变成模拟信号由用户话机自动接收. 2 发给交换机的多频信令由交换机内部 的收号器接收.
收号器原理框图： f1 数字滤波
输入 数 字
f2 数字滤波
逻 辑 判 输出
fn 数字滤波
断
数字逻辑判断：根据频率的组合判断信令含 义（代表什么数字）
§3.4 控制系统
1 馈电：为用户话机提供通话所需的直 流电源
-48V
电压馈电式
扼流圈阻止交流的话音信号通过电源回 路串路。还有电流馈电方式,通过恒流源馈 电,无需电感线圈.
2 过压保护：避免高压进入交换机内部而损坏交 过压保护：
换机，设置了两极保护。 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， 有高压时， 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， 保安器的输出电压仍可达上百伏， 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。 第二级保护。 箝位电路将用户线(a或 的电压箝位在 的电压箝位在-48V～0V之间。 之间。 箝位电路将用户线 或b)的电压箝位在 ～ 之间 热敏电阻R起限流作用 R的阻值随电流增大而增大 起限流作用， 的阻值随电流增大而增大。 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。 仅有第一级或第二级保护是不够的，需两级配合使用。 a 外 线
话路设备 处 理 机 A 机 B 理 处
同步
2 双机互助（话务分担） 话务工作由两台能独立承担该话务工作 的处理机分担，一旦有一台处理机出现故 障，就由另一台处理机承担全部的话务工 作。
话路设备 处 理 机 A 设 备 机 B 理 处
二 多处理机系统的分工方式 1 按功能分担： 如分级控制的不同级之间是按功能分担 2 容量分担：完成的功能一样，使用的资 源不一样，如分级控制的同级处理机之 间可按容量分担。 3 话务分担：各承担一部分话务完成的功 能一样，使用的资源也一样，如集中控 制的处理机之间可按话务分担。 4 业务分担：按业务类分担，实现的功能 不一样，使用的资源也不一样，分布式 控制即是采用业务分担
双/单
码型变换 帧/复帧同步 告警检测 告警控制
时钟提取
信令提取 帧定 位 帧同步 信令 复帧同步 指示 信令 信令 插入 内部时钟
单/双
码型变化
帧/复帧同步及 告警比特插入
数字中继电路的结构框图
§3.3 信令设备 前面已经谈过，交换过程中需要信令的 配合，交换机需要产生信令发送出去，又要 接收信令。 在电路交换系统中，常采用带内音频信 号作信令（便于用户接收） 信令的方式后面介绍，这里只介绍数字 音频信号的产生、发送和接收。
TS1 TS1 TS0 TS0 0 0 0 1 1 0 1 1
4 帧定位（帧调整） 将输入的PCM码流同步到本局时钟上 来（频率相位一致），以便进入本局交换 机流通。
PCM入 时钟提取 及帧同步
弹性存储器 写入 控制 读出 控制
PCM出 本局时钟 及帧同步
5 检测和告警处理 检测：帧/复帧同步检测 误码检测 对端告警检测 告警处理：告警比特插入 6 帧和复帧同步信号插入（输出时） 7 信令提取和插入 TS10中的标志信号的提取（收时）和插入 （发时）
三 电路交换过程(电话交换过程)
主叫话机 呼叫 (阶段) 摘机 拨号音 号码 回铃音 消息 传输 挂机 催挂音 释放 (阶段) 挂机 通话 振铃 摘机 通话 交换机 被叫话机
♦ 电路交换过程分三个阶段:
呼叫建立、消息传输和释放 ♦ 在呼叫建立和释放阶段用户线和中继线上 传输的信号称信令,起联络控制作用,在消息 传输阶段所传输的信号称消息.
—其功能是通过软件体现，此处侧重
于控制系统的硬件构成。
程控交换机中的控制系统实际上是一个 多处理机系统，或计算机的局域网 ，没有 必要讨论每台处理机的组成，这里只了解控 制系统的结构方式。 控制系统的结构方式主要由控制系统的 控制方式、处理机的分工方式来决定。
一 控制方式： 控制方式 集中控制 分散控制 分级控制 全分散控制 1 集中控制 处理机可以使用所有的资源，完成所有的 功能。 特点：灵活性差，经济性差（处理机复杂 故贵）， 软件庞大，维护困难
用 户
号音 音、 （号 音 ） 频 音
交 换 机
频
交 换 机
频
一 数字音频信令的产生
音频信令有三种：单音、双音（多频编码、双 音多频(号码)）、语音通知音。 信令设备是接在交换网络上，因此产生的信令 应是数字信号。 数字单音频信令产生的原理： 取单频信号的一个周期进行采样（采样频率为 8kHZ）、量化、编码，转化为PCM信号，存入 ROM中，需要时以8kHZ的频率循环读出（每隔 125us读一个单元）。 双音频信令产生原理类似，只不过要对（f1, f2,8kHz）的公共重复周期内的f1 ， f2采样。
二数字中继电路(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: 1 码型变换 完成中继线上适于远距离传输的双极性的 HDB3或AMI码与交换机内部单极性的NRZ码之间 的相互转换。 单极性←→ 双极性 NRZ ←→ HDB3(或AMI) 远距离传输码型的特点: 便于时钟提取，具有内在的检错能力，具有 良好的谱结构，便于线路均衡和回波抵消等。
电路
I/O
控制
用户电路——交换机与用户线之 间的接口， 向用户话机提供通话电流,向处 理机提供用户状态等。 出入中继——交换机之间的接口,或交换机与 中继线之间的接口. 收号器 ——接收用户所拨的电话号码。 扫描驱动电路 ——对话路设备的状态进行扫 描,以便送入CPU进行分析处理, CPU发出的指令经驱动电路控 制话路设备动作. I/O设备 —— 键盘,显示器,打印机等.
6 混合电路(二/四线转换) 用户话机的模拟信号是二线双向 PCM数字信号在去话方向上要进行编码,在 来话方向上要进行译码,必须采用四线制的 单向传输. 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.
模拟用户线电路的功能框见书,通过该框图 了解各功能电路的位置(先后次序) 测试 换机 振铃 过压保护 馈电, 监视 混合 滤波与编译码 模拟中继电路与模拟用户电路有许多相同 的地方,同学们自己看
§3.2 电路交换的接口电路 前面谈到外围接口电路主要有用 户电路、中继电路。 用户电路 模拟用户电路 数字用户电路 中继电路 模拟中继电路 数字中继电路
一 模拟用户线接口电路（Analog line circuit） ——交换机与模拟用户线的接口 模拟用户线电路目前都是专用的集 成电路，主要有七大功能：馈电、过 压、保护、振铃、监视、混合、测试。 此处主要介绍功能，而不具体介绍 电路。
2 时钟提取 从输入的 时钟提取:从输入的 从输入的PCM码流中提取对端局 码流中提取对端局 的时钟频率,作为输入基准时钟 作为输入基准时钟,使 的时钟频率 作为输入基准时钟 使 收发频率一致,又称位同步 又称位同步,不至于 收发频率一致 又称位同步 不至于 漏位或一位数据重复接收. 漏位或一位数据重复接收 时钟提取电路:锁相环 谐振回路,晶体滤波 锁相环,谐振回路 时钟提取电路 锁相环 谐振回路 晶体滤波
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
＞ -V 用户线 监视信号
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。
5
模拟 编码器 用户侧 300～3400HZ 译码器 模拟 平滑 PCM 交换机侧 PCM
资源1 资源2
资源m
处理 处理 机1 机2
处理 机2
功能1
功能2
功能f
图：集中控制系统
2 分散控制 控制系统中的每台处理机只能使用部分资源，完 成部分功能。 Ⅰ分级式多处理机系统 将控制功能分级，不同层次的控制功能由不同 的处理机完成。 Ⅱ 分布式（全分散）多处理机系统 取消了中央处理机，处理机遍布于每个功能模 块，每个模块都具有通路选择和建立功能。设立 辅助控制单元完成较高层次的呼叫处理和控制功 能，如S-1240型数字交换机。 特点：更好地使用硬件和软件的模块化，便于系 统扩充，提高了系统的可靠性和灵活性。
话
路
设 备 用户处理机
预处理机1
预处理机2 呼叫处理机 维护管理处理机
预处理机n 可有多台
图：分级控制系统
辅助控制单元 模拟用户模块 数字用户模块 LSDN用户模块 服务电路模块 公告信道模块 数字交 换网络 DSN 模拟中继模块 数字中继模块 LSDN中继模块 维护和外设模块 话务员接口模块 S-1240型数字交换机
三 处理机的冗余配置 对交换机的控制系统的可靠性要求非常高, 指标是累计间断时间≤3分钟/每年,为了提高 控制系统的可靠性,采用冗余配置. 对于完成重要功能的处理机采用1+1冗余 配置,不重要的则可采用(n+1)冗余配置(即n台 , (n+1) ( n 处理机1台冗余) 1+1的冗余配置有三种工作方式: 同步双工工作方式 双机 互助(话务分担) 主/备用方式
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3 帧/复帧同步 复帧同步 帧同步：使收，发两端各路时隙对齐， 帧同步：使收，发两端各路时隙对齐，以便 发端所发送的各路信息都能够被收 端各路正确接收而不会错路。 端各路正确接收而不会错路。 方法：识别帧同步码× 方法：识别帧同步码×0011011 复帧同步：使收、 复帧同步：使收、发两端一复帧中的帧与帧 对齐， 对齐，以便正确接收各路标志信 号。 方法： 方法：识别复帧同步码
R
♦
♦ ♦ ♦
内 线
E(-48V) R
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b
3 振铃:提供振铃所需25 ～50HZ,90V±15V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
用户线 截铃 控 振铃电路 系 统 S 振铃 控制 制
⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯⑰ ①②③④⑤⑥⑦⑧⑨
对500HZ的正弦波信号按8kHZ采样 ROM ① ②
数据读出
帧脉冲 8kHZ
1-16 环形 计数 器
地 址 译 码 器
⑯
500HZ单音频信令的产生原理图
二 数字音频信令的发送
数字音频信令通过数字交换网络送出，和 话音信号一样处理，也可占用某个固定时隙 (如TS10 ,TS16)利用T接线器交换到多个用户， 即向多个用户发送音频信令(一个信号可交换 给多个用户，多个用户信号不能交换给同一 用户)。