程控交换(北邮)08年第3章(4..ppt
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1、交换作为通信网乃至信息网络的核心,已融入了许多先进的技术,最终将实现综合化与宽带化的交换平台.,交换机在通信网中起着非常重要的作用,它就像公路中的立交桥,可以使路上的车辆(信息)安全、快捷地通往任何一个道口(交换机输出端口)。,第3章 数字交换机的话路部分,3.1 数字交换机的系统结构,数字交换机的典型结构如图31所示。从图中可以看出,数字交换机分成选组级(数字交换网络)和用户级(用户模块和远端模块)两部分。每一部分都由自己的处理机进行控制。处理机之间则通过通信信息进行联系。,第3章 数字交换机的话路部分,3.2 用户模块的组成,数字用户级分为用户模块和远端用户模块,它们的结构基本上一样,只是
2、远端用户模块用户需远距离传输,多了一个PCM码型转换,因此,我们将只讨论用户模块。,3.2.1 用户模块基本结构,用户集线器主要包括:1级T接线器组成的交换网络:负责话务量的集中/扩散 信号提取和插入电路:负责把处理机通信信息从信息流中提取出来(或插入进去)网络接口:用于和数字交换网络的接口,此外,用户模块还包括扫描存储器,用于暂存从用户电路读取的信息;分配存储器则用于暂存向用户电路发出的命令信息。,第3章 数字交换机的话路部分,3.2.2 用户电路,前面已经说过,由于某些信号不能通过电子交换网络,因此就把某些过去由公用设备实现的功能移到电子交换网络以外的用户电路来实现。目前在数字交换机中用户
3、电路的功能可以归纳为BORSCHT这七个功能,具体是:,B(Battery feeding)馈电;O(Overvoltage protection)过压保护;R(Ringing control)振铃控制;S(Supervision)监视;C(CODE&filter)编译码和滤波;H(Hybrid circuit)混合电路;T(Test)测试。,图中两个电感线圈对话音信号呈高阻抗,而对直流馈电电流则是低电阻的。这样一方面可以向用户供电,另一方面对话音信号可有较小损失。在我国,馈电电压规定为-48V或60V,国外设备为-48V。,1、馈电 在机电式交换机的绳路中有一个馈电电桥,它向主、被叫用户提供
4、通话直流。在数字交换机中由用户电路负担这一项任务。但它只要向一个用户馈电就可以了。馈电电桥的基本机构如如33所示。,通话时,馈电电流应控制在1850mA之间,使送话器特性处于最佳工作状态环路电阻应小于1900欧姆.,第3章 数字交换机的话路部分,2、过压保护 用户线是外线,可能受到雷击袭击,也可能和高压线碰撞。高压进入交换机内部就会毁坏交换机。通常在总配线架上对每一条用户线都装有保安器(气体放电管),它能保护交换机使其免高压袭击。但是从保安器输出的电压仍可能达到上百伏,这个电压也不容许进入交换机内部。用户电路中的过压保护就是为了这个,称做二次保护。,第3章 数字交换机的话路部分,用户电路中的过
5、压保护电路常常采用钳位方法,如图所示。图中由钳位二极管组成的电桥使得用户内线电压保持为负压(譬如-48V)。如外线电压低于这个数值,则在R上产生压降,而内线电压仍被钳住不变。必要时R可以采用热敏电阻,甚至可以采用自行烧毁的保护方式。,目前已有考虑采用电器特性和气体放电管保安器十分相似的单片器件来实现这一功能。其接通时间只有几个纳秒(ns)。这样在性能上就会更好一些。,振铃电压为交流9015V,频率为25Hz,当铃流高压送往用户线时,就必须采取隔离措施,使其不能流向用户电路的内线,否则将引起内线电路的损坏。一般采用振铃继电器实现。,3、振铃控制,第3章 数字交换机的话路部分,4、监视 这个功能通
6、过监视用户线直流电流来监视用户线回路的通/断状态。通过监视用户线回路的通/断状态可以检测以下各种用户状态:1)用户话机的摘挂机状态;2)号盘话机发出的拨号脉冲;3)投币话机的输入信号;4)用户通话时的话路状态(话终挂机监视)。,第3章 数字交换机的话路部分,图3.6 用户线状态监视功能的实现,上述监视是监视在用户ab线上是否形成直流通路,因此可以在直流馈电电路中串入小电阻,通过用测量其直流压降来获得信息,如图所示。,第3章 数字交换机的话路部分,5、编译码和滤波-完成模拟信号和数字信号间的转换。模拟信号变为数字信号由编码器(Coder)完成,而数字信号变为模拟信号则由译码器(Decoder)完
7、成。它们统称CODEC。,6、混合电路 混合电路是用来完成二线和四线的转换功能;用户话机的模拟信号是二线双向的,但是PCM数字信号是四线单向的,因此在编码以前、译码以后一定要进行二线/四线的转换。过去这种功能由混合线圈实现,现在改为集成电路,因此叫做“混合电路”,第3章 数字交换机的话路部分,7、测试 这个电测试开关组成的功能是负责将用户线接至测试设备,以便对用户线进行测试。测试开关可以是电子开关也可以是测试继电器的接点,它们由软件控制。,第3章 数字交换机的话路部分,除上述七项基本功能之外,用户电路还具有极性倒换、衰减控制、收费脉冲发送、投币话机硬币集中控制等功能。用户电路的功能框图如图39
8、所示。,第3章 数字交换机的话路部分,3.3 中继器,3.3.1 模拟中继器,模拟中继器是模拟中继线与数字交换机间的接口电路,用于和模拟交换机的连接。模拟中继器和用户电路都是和模拟线路相连接,因此它们的功能有很多相同之处。图310为模拟中继器的功能框图。比较图39和图310可见,模拟中继器比用户电路少了振铃控制和对用户馈电的功能,而多了一个忙/闲指示功能,同时把对用户线状态监视变为对线路信号的监视。还有一个不同之外是用户电路接至用户模块,后者对用户话务量进行集中以后才进行入选组级,而模拟中继器则直接进入交换网络。,第3章 数字交换机的话路部分,有二线和四线之分:C1:四线音频接口 C2:二线音
9、频接口,数字用户接口,是数字用户终端与程控数字交换机之间的接口电路.数字用户终端设备有:数字电话、计算机、数字传真机、数字图象设备等,以数字信号的形式与交换机相沟通,第3章 数字交换机的话路部分,3.3.2 数字中继器,数字中继器是连接数字局间中继线的接口电路,它连接数字交换局或远端模块,它的入/出端都是数字信号,因此在功能上和模拟中继器不同。数字中继器的主要功能有:(1)码型变换和反变换。主要是PCM传输线上的HDB3码和局内的单极性不归零码之间的变换;(2)时钟提取和帧同步;(3)提取和插入随路信号。,第3章 数字交换机的话路部分,图311 数字中继器功能框图,第3章 数字交换机的话路部分
10、,3.4 音频信号的产生、发送和接收,交换机需要向用户发送各种信号音,如拨号音、忙音和回铃音等,也需要向其他交换机发送和接收各种局间信令,如多频信号。这些信号都是音频模拟信号。这一节要讨论的就是关于音频模拟信号的产生、发送和接收问题。从图31中我们看到,信号设备是接在数字交换网络上的,它通过数字交换网络所提供的路由来传送。因此这些模拟信号必须是“数字化了的“,即必须是用PCM调制了的音频信号才能在数字网络中通过。,第3章 数字交换机的话路部分,信号种类很多,我国最常用的用户信息如拨号音、忙音和回铃音均采用450Hz单频,国外有采用双音频的。局间多频信号也各有不同。我国长途电话网中采用的记发器信
11、号前向信号频率为1380、1500、1620、1740、1860、1980后向信号频率为1140、1020、900、780Hz分别采用6中取2和4中取2的频率,因此也是双音频的。在国际电话中还采用R1信号,即信号频率为700Hz,900Hz,1100Hz,1300Hz,1500Hz和1700Hz。也采用6中取2频率。从上面看到,信号音的产生不外乎单音频和双音频两种,下面分别就这两种数字化信号的产生原理作介绍。,3.4.1 数字音频信号的产生,以500Hz音频信号为例,信号周期为2ms,抽样16次就够了,因此占用ROM的16个单元。在对ROM作一般PCM信号读出时就是500Hz的音频信号(数字化
12、的)了。,1 单频信号的产生的方法:,单频信号产生的原理(以500Hz音频信号产生原理分析),图312 500Hz音频信号产生的原理,下面介绍一种节省ROM容量的方法,仍以500Hz信号为例。采用分段法,则只需要占用ROM的4个单元,图314 节省ROM容量的信号产生方法,第3章 数字交换机的话路部分,以记发器信号为例。设要求产生1380Hz和1500Hz的双音频信号。首先要找到一个重复周期,使得在这个周期内上述两个频率恰好成为整数循环,同时又要使PCM的抽样周期也成为整数循环。取1380Hz,1500Hz,8000Hz的最大公约数,应为20Hz,这就是重复频率。其周期为50ms,即在50ms
13、内,1380Hz重复69次,1500Hz重复75次,8000Hz重复400次。因此需要ROM的400个单元。如果采用分段方法,则只需100个单元.,2 双频信号的产生,第3章 数字交换机的话路部分,在数字交换机中,各种数字信号:1、可以通过数字交换网络送出,和普通话音信号一样处理。2、也可以通过指定时隙(如时隙0,时隙16)传送。注意:至于从ROM发出的信号,由于是8位并行码,必须先变成串行码才能进入数字交换网络。,3.4.2 数字音频信号的发送,第3章 数字交换机的话路部分,各种信号音是由用户话机接收的,因此在用户电路中进行译码以后就变成了模拟信号自动接收。多频信号则应由接收器接收。一般采用
14、数字滤波后进行识别取得。,3.4.3 数字音频信号的接收,图315 数字双音频信号接收器,3.5 数字交换和数字交换网络,早期的交换机是模拟交换机,它们交换模拟信号。因此它们的交换网络也是模拟交换网络。交换网络中所采用的接线器也是模拟接线器。当从数字传输设备送来数字信号时,模拟交换机首先要将接收到的数字信号转换成模拟信号,通过模拟交换网络进行交换,然后再将它转换成数字信号,送到数字传输上去。这样信号的来回转换使得信号的量化噪音增加了。所以这种方法不是十分理想。,3.5.1 数字接线器的基本功能,第3章 数字交换机的话路部分,在数字交换机中采用的是数字交换网络。数字交换网络的主要特点:能够将从数
15、字传输设备进来的数字信号直接进行交换,而不必像过去那样,需要进行数/模和模/数转换了。于是,有人就产生了一个问题。任何空分交换网络(或者说任何空分接线器),只要交叉点接通了,它对任何信号都是“透明传输”的,只要空分接线器的传输参数(例如频率、衰耗等)能够满足要求就可以了。这就是说,空分交换网络不仅仅能够传送模拟信号,而且也能够传送数字信号。总之,空分交换网络可以传送数字信号这一点是不容怀疑的。那么为什么又要弄出来一个数字交换网络和数字交换机呢?要数字交换网络有什么用呢?数字信号经过数字交换网络以后又会实现怎样的“交换”功能呢?,数字交换的基本概念,问题?采用空分交换单元可以实现数字交换,是否就
16、满足采用时分多路复用传输技术的需要?,需借助于一个话音存储器,以便实现时隙交换,第3章 数字交换机的话路部分,最简单的数字交换方法就是给要求通话的两个用户之间分配一个公共时隙(时分通路)。动态分配时隙的方法:两个用户的模拟话音信号经过数字化后都进入这一个特定的公共时隙。,优点:硬件电路简单、成本低。缺点:只能在同一个PCM复用线(我们把它叫做母线)内进行“时隙交换”。对于30/32路PCM的一次群来说,最多只能提供30个话路时隙(相当于30条话路),能交换的用户数有限。,当前的数字交换机能连接很多用户。要求它的交换网络不仅仅能像空分交换机那样对空间线路(母线)进行交换,还要在不同时隙之间进行交
17、换(时隙交换)。通常在这种情况下给每一个用户分配一个固定时隙,然后在两个用户(两个不同时隙)间进行交换。这就是“数字交换网络”的基本功能。图316为数字交换网络的示意图。它将占用母线1时隙5(TS5)的话音信号经过数字交换网络交换以后换到了母线2时隙18(TS18),由另一个用户接收。采用这种数字交换的方式就要求有专门的交换网络,并且给每一个用户分配一个固定时隙。,数字交换的实质就是时隙交换.时隙交换的实质就是将一个话音信息由某个时隙搬移至另一个时隙.要实现时隙交换,就要有一个能存储话音信息的话音存储器.数字交换网络有数字接线器组成,接线器有两种:时间(T:Time)接线器:负责时隙交换空间(
18、S:Space)接线器:负责母线(Highway)交换,3.5.2 数字交换网络的基本结构和工作原理,时间接线器(T接线器:Time Switch),组成:话音存储器(SM:Speech Memory)控制存储器(CM:Control Memory)功能:完成时隙交换工作方式:读出控制(输出控制)写入控制(输入控制),1、时间(T)接线器-功能是完成一条PCM复用线上各时隙间信息的交换,主要由话音存储器和控制存储器组成,话音存储器(SM)是用来暂时存储话音脉码信息的,又称“缓冲存储器”。控制存储器(CM)是用来存储话音信息的地址。,控制存储器-“控制写入、顺序读出”:由CPU控制写入,在定时脉
19、冲控制下按顺序读出。“控制写入”:由CPU控制进行的。CPU根据这一要求,通过软件在控制存储器的450号单元写入“50”。读出由定时脉冲控制;按照时隙号读出相对应单元内容。(如0#时隙,读出0#单元内容;1#时隙读出1#单元内容),话音存储器-“顺序写入,控制读出”(由定时脉冲顺序写入,在控制存储器的控制下读出):由定时脉冲控制,按顺序将不同时隙的话音信号写入相应的单元中去。写入的单元号和时隙号一一对应。读出时根据控制存储器的控制信息(读出数据)而进行。,第3章 数字交换机的话路部分,输出控制方式工作原理:CPU在控制存储器中的450号单元已写入了内容“50”。在定时脉冲控制下,在TS450这
20、一时间,从控制存储器的地址450中读出内容为“50”,把它作为话音存储器读出地址,读出话音存储器的50号单元(原来在50号时隙写入的话音信号内容)。即实现了话音信号从TS50交换到TS450,实现了时隙交换。,输入控制方式工作原理:CPU在控制存储器的50号单元写入内容“450”控制存储器按顺序读出,在TS50时读出内容“450”,作为话音存储器写入地址,将输入端TS50中的话音内容写入到450号单元中去。话音存储器按顺序读出,在TS450读出450号单元内容,这也就是TS50的输入内容,完成了时隙交换。,2、PCM端机和T接线器的连接(1)单端PCM30/32和T接线器的连接,码型的变换和逆
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