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1、第三章 程控交换机的接口与外设,学习内容：,1、话机与电话交换技术的发展2、程控交换机的接口模拟用户接口数字用户接口模拟中继接口数字中继接口数字音频信号的产生、发送和接收3、数字程控的外设运行管理与维护（OAM）计费系统 4、程控交换控制系统控制系统的组成交换机对控制系统的基本要求控制系统的构成方式多处理的工作方式多处理机间的通信,1.1 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）,189
2、6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,1.1 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,1.2 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
3、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,1.2 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频(DTMF)信令。振铃器：交铃流、音调振铃器开关、叉簧：接插件，二、四线绳,1.2 电话机的构成及通话原理,697Hz,770Hz,852Hz,941Hz,1209Hz,1336Hz,1477Hz,1633Hz,高频,低频,1,2,4,5,7,*,8,0,3,6,9,A,B,C,D,#,1.2 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,1.3 电话机的分类,1.4、电话交换技术的发
4、展,人工交换阶段：磁石式电话交换机 共电式电话交换机 机电式自动交换阶段：步进制交换机（Step by Step System）：史端乔（Strowger）式自动电话交换机 德国西门子式自动交换机 特点：直接控制方式,1.4电话交换技术发展的三个阶段,机动制交换机：旋转制或升降制电话交换机 特点：间接控制方式共同特点：噪声大易磨损维护工作量大接线速度慢故障率高电路技术简单人员培训容易,1.4电话交换技术发展的三个阶段,纵横制交换机（Crossbar System）：特点：间接控制方式 接线器接点采用压接触方式 电子式自动交换阶段：半电子交换机（准电子交换机）：话路部分采用机械接点，控制部分采用
5、电子器件。全电子交换机：话路部分和控制部分均采用电子器件。,1.4电话交换技术发展的三个阶段,模拟程控交换机：1965年5月美国开通了第一个程控交换机（ESS No.1）。数字程控交换机：1970年法国开通了第一个数字程控交换机（E10）。几个概念：程控与布控、时分与空分、模拟与数字,1.4电话交换技术发展的三个阶段,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,1.4程控交换机的优越性,缩位拨号热线服务呼出限制免打扰服务查找恶意呼叫闹钟服务截接服务缺席用户服务,补充业务,遇忙回叫无条
6、件呼叫前转遇忙呼叫前转无应答呼叫前转呼叫等待三方通话会议电视主叫号码显示等,引进交换机 AXE10，FETEX-150，E10B，5ESS、NEAX61、EWSD 引进生产线 上海：S1240，北京：EWSD，天津：NEAX61 自行研制 巨龙HJD-04，大唐SP30，华为C&C08，中兴ZXJ10,1.4我国程控交换技术的发展,2、程控数字交换机的系统结构,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接收和发送器,DTMF接收器,信号音发生器,用户集中级,接
7、口设备：是实现数字交换系统和外围环境的接口。远端接口：是到集中维护操作中心、网管中心、计费中心等的数据传送接口。用户集中级：完成话务集中功能，集中比一般为2:1到8:1一般为单T交换网络。用户模块：用户集中级+用户电路远端模块：设置在远端的用户模块。,几个概念,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,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
8、 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,程控交换系统接口类型数字接口,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模拟接口,2、接口电路,2.1 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
9、S(Supervision)监视C(CODEC&filters)编译码和滤波H(Hybird circuit)混合电路T(Test)测试,馈电,电容的特性：“隔直流，通交流”电感的特性：“隔交流，通直流”,（-48v）,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.,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-48V0
10、V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。,过压保护,振铃控制,振铃电压：90+15v,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,可检测以下各种用户状态：1、用户话机的摘挂机状态 2、用户话机（号盘）发出的拨号脉冲 3、投币话机的输入信号 4、话终挂机状态,监视,监视,编译码和滤波（CODEC）,编码器：完成模拟信号到数字信号的转换（Coder）。译码器：完成数
11、字信号到模拟信号的转换（Decoder）。,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。,混合电路,完成二线到四线的转换功能。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.,测试,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,模拟中继电路功能框图,去掉,去掉,数字用户接口,S接口数字用户终端的数字信息采用四线制方式时，应采用S接口。U接口 U接口是在网络终端到电话局之间的ISDN用户线采用二线制市话电缆的接口设备。,数字
12、中继器：是连接数字局间中继线的接口电路，用于 与数字交换局或远端模块的连接。主要作用：是根据PCM时分复用原理，将30路64kb/s的话路信号复接成2048kb/s的基群信号发送出去，或者反之，把从其它数字交换系统（或数字传输系统）来的2048kb/s的基群信号分成30路话路信号，然后再通过数字交换网络分接到各个相应的用户。在上述过程中，完成信号传输、信号同步、信令配合,数字中继电路,数字中继电路的基本功能,码型变换：单极性不归零码 HDB3（高密度双极性码）时钟提取：就是从输入的数据流中提取时钟信号，作为输入数据流的基准时钟。同时该时钟信号还用来作为本端系统时钟的外部参考时钟源。帧同步：就是
13、从接收的数据流中搜索并识别到同步码，并以该时隙作为一帧的开始，以便接收端的帧结构排列和发送端的完全一致。,复帧同步：如果数字中继线上使用的是随路信号（中国1号信令），则除了帧同步外，还要有复帧同步。复帧同步是为了解决各路标志信号的错路问题。提取和插入随路信号帧定位（再定时）,数字中继电路的基本功能,码型变换,码型变换,时钟提取,帧同步,帧定位,信号提取,帧定位信号插入,复帧定位 信号插入,收,发,PCM,数字中继电路的基本功能,2.5 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
14、：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）,2、单频信号的产生,T=2ms 500Hz音频信号产生原理,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）。,单音频信号产生原理,信号发生器的硬件结构,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。将两个双音频信号
15、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。举例：产生1380HZ和1500HZ信号,数字音频信号的发送,指定时隙或占用普通话路的时隙经交换网络送出。,5、数字音频信号的接收,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,程控交换机外设,运行维护和管理计费系统,4、程控交换机的控制系统,呼叫处理能力：最大忙时试呼次数（Maximum Number of Busy Hour Call Attempts）可靠性 灵活性和适应性 经济性,交换系统对控制部件的
16、要求,控制系统的结构,交换机控制系统的结构方式：集中控制、分散控制（静态分配、动态分配）多处理机结构：按功能分担、按话务分担、备用工作（冷备用、热备用）备用方式：同步方式、互助方式、主/备方式 处理机间的通信方式：通过PCM信道进行通信、采用计算机网常用的通信方式,控制系统 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
17、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,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。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。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,预处理机1,预处理机1,预处理机2,预处理机n,用户处理机,
18、呼叫处理机,可有多台,维护管理处理机,图：分级控制系统,数字交换网络 DSN,模拟用户模块,S-1240型数字交换机,数字用户模块,LSDN用户模块,服务电路模块,公告信道模块,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,辅助控制单元,二 多处理机系统的分工方式按功能分担：如分级控制的不同级之间是按功能分担容量分担：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。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。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
19、用业务分担,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,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
20、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。,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。,优点:(1)过负荷能力强(2)对软件故障有容错能力.(3)调试新软件,扩充新设备时,可使一台服务,一台调试缺点:为避免双机同抢资源,双机通信息较频繁,使软件较复杂,对硬件故障不如同步方式反应快.3 主/备方式 一台处理机联机工作,一台处理机备用,一旦主用机出现故障,进行主/备用设备切换.特点:实现简单,主/备用切换时令产生延误或已有的连接中断.,四 多处
21、理机间的通信方式,通信方式 利用PCM信道 利用TS16进行通信 与话音信息一样在交换网络中传输用不同的标志区分,采用计算机网常用方式,作业,1 如何提高交换机控制系统的可靠性?2 交换机采取什么措施防止高压进入交换机?3 为什么数字中继电路要实现帧调整,另外数字中继电路中没有帧同步会出现什么情况?4 1+1冗余配置三种方式的优缺点?,移动电话交换系统组成,移动电话交换机在PLMN网络中的位置,网络功能部件 MS：称为移动台，是移动网的用户终端设备。BS：称为基站，它负责射频信号的发送和接收以及无线信号至MSC的接入，在某些系统中还可以有信道分配、蜂窝小区管理等控制功能。一般情况下个基站控制一
22、个或数个蜂窝小区。MSC：称为移动交换中心。它完成移动呼叫接续、越区切换控制、无线信道管理等功能，同时也是PLMN与PSTN、PDN、ISDN等陆地固定网的接口设备。HLR(Home Location Register)：称为原籍位置登记器。所谓“原籍”指的是移动用户开户登记的电话局所属区域。HLR存储在该地区开户的所有移动用户的用户数据(用户号码、移动台类型和参数、用户业务权限等)、位置信息、路由选择信息等。移动用户的计费信息也由HLR集中管理。,VLR(Visitor Location Register)：称为访问用户位置登记器，存储进入本地区的所有访问用户的相关数据。这些数据都是呼叫处理
23、的必备数据，取自于用户的HLR。MSC处理访问用户的去话或来话呼叫时，直接从VLR检索数据，不需要再访问HLR。访问用户通常称为“漫游用户”。EIR(Equipment Identity Register)：称为设备标识登记器，记录移动台设备号及其使用合法性等信息，供系统鉴别管理使用。AC(Authentication Center)：称为鉴权中心，存储移动用户合法性检验的专用数据和算法。该部件只在数字移动通信系统中使用，通常与HLR位于一起。,网络接口 Um接口：无线接口，又称空中接口，该接口采用的技术决定了移动通信系统的制式。按照话音信号采用模拟还是数字方式传送，可分为模拟和数字移动通信系
24、统；按照多址方式可分为频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)系统 A接口：无线接入接口。该接口传送有关移动呼叫处理、基站管理、移动台管理、信道管理等信息，并与Um接口互通，在MSC和MS之间互传信息。在模拟移动通信系统中，A接口规范没有标推化，作为内部接口处理。在数字系统中，尤其是欧洲的GSM系统，对A接口作了详尽的定义，因此原则上可选用不同厂商生产的MSC和BS互连。,B接口：MSC和VLR之间的接口。MSC通过该接口向VLR传送漫游用户位置信息。并在呼叫建立时向VLR查询漫游用户的有关数据。C接口：MSC和HLR之间的接口。MSC通过该接口向HLR查询被叫移动台的
25、选路信息，以便确定呼叫路由，并在呼叫结束时向HLR发送计费信息。D接口：VLR和HLR之间的接口。该接口主要用于登记器之间传送移动台的用户数据、位置信息和选路信息。E接口：MSC之间的接口。该接口主要用于越局切换。当移动台在通信过程中由某一MSC业务区进入另一MSC业务区时，两个MSC需要通过该接口交换信息，由另一MSC接管该移动台的通信控制，使移动台通信不中断。F接口：MSC和EIR之间的接口。MSC通过该接口向EIR查询发呼移动台设备的合法性。G接口：VIR之间的接口，当移动台由某一VLR管辖区进入另一VLR管辖区时，新老VLR通过该接口交换必要的信息。MSC与PSTNISDN的接口：利用
26、PSTNISDN的网间接口信令建立网间话路连接。,网络部件的物理分布 综合式：MSC，HLR，VLR位于同一物理设备中，即移动交换机兼具位置登记器的功能。这时，移动交换机之间的信令链路中传送C、D、E、G接口的信息，B接口及MSC与本局HLR的C接口成为交换机的内部接口。在移动网发展初期阶段可采用这种方式。部分分离式：MSC和VLR位于同一物理设备中，HLR为单独的物理设备。这种方式应用较为普遍。完全分离式：MSC、HLR、VLR均为独立的物理实体。这时，HLR、VLR为独立的网络数据库，控制移动业务的处理，MSC则完成单纯的话路接续任务。,移动交换机硬件结构,与PSTN电路电话交换机相比 减少了用户级设备 增设基站信令接口(BSI)和网络信令接口(NSI)增设VLR数据库 增设回波抵消器设备EC，用于移动用户和PSTN用户的通话 选用部件网络互通单元IWF，GSM系统中装备在与PSTN接口的GMSC中，用于支持移动用户和PSTN用户之间的数据业务 选用部件码型变换和子复用设备TCSM，在数字移动系统中用作PCM 64kbit/s话音编码和无线接口低速率话音编码之间的转换，以及变换后的子速率信号的复用传输,
