第三章 程控数字交换机的硬件系统

第三章程控数字交换机的硬件系统一本章的基本要求1.掌握程控数字交换系统硬件的三种基本结构的特点。2．掌握数字交换的基本概念。3．掌握T接线器的功能，基本组成及基本工作原理。4．掌握S接线器的功能、基本组成及基本工作原理。5．掌握T－S－T数字交换网络的基本组成及工作原理。6．熟悉用户模块的基本功能。7．熟悉模拟用户电路的基本功能。8．熟悉数字中继器的基本功能。9．了解控制系统的几种冗余配置方式。10．了解交换机中处理机之间的几种通信方式。电话通信网的基本组成设备是终端设备、传输设备、交换设备。全国电话网简图霸州三河固安沧县河间青县沧州市廊坊市河北省山东省交换机的基本组成交换机的硬件系统由用户电路、中继器、交换网络、信令设备和控制系统这几部分组成。3-1程控数字交换系统硬件的几种基本结构3-2数字交换原理和数字交换网络3-3数字程控交换机的终端与接口3-4控制系统的一般结构3-1程控数字交换系统硬件的几种基本结构1.程控交换机基本组成程控交换机是电话交换网的核心设备。数字程控交换机硬件系统可以分成话路部分和控制部分。数字交换网络用户模块话路部分远端用户模块数字中继模块模拟中继模块信令设备控制部分完成对话路设备的控制功能，由各种计算机系统组成，采用存储程序控制方式。即把对交换机的控制和维护管理功能预先编好程序，工作时，按要求执行程序实现控制。2.程控交换机的几种硬件结构方式程控数字交换机的硬件结构大致可分为：分级控制方式全分散控制方式基于容量分担的分散控制方式3-1-1采用分级控制方式的交换机的硬件的基本结构远端用户模块为呼叫提供内部话音/数据通路终端设备与交换机的接口设置在远离交换局的用户密集区域采用数字线路传输，大大降低用户线的投资信令设备的种类取决于信令方式，如DTMF、MFC、NO7交换机之间的接口通过执行预定的程序和数据,来完成规定的话音通路接续、维护和管理的功能逻辑。为什么叫分级控制方式呢？直接对数字信号进行交换二.分级控制程控交换机的特点特点：处理机划分为中央处理机和各模块的低级别处理机，每个低级别的处理机完成一定的功能，低级别的处理机在高级别的处理机指挥下工作。中央处理器负责对数字交换网络和公用资源设备进行控制，如系统的监视、故障处理、话务统计和计费处理等。外围处理机完成对交换网络外围模块的控制，如用户处理机只完成对用户模块电路的控制，中继处理机只完成对中继线路的的控制，信令设备处理机只完成对信令信息的控制。DSN终端控制单元终端控制单元数字交换网3-1-2采用全分散控制方式的交换机全分散控制方式的交换机的典型代表是S1240交换机处理机处理机部分、终端电路。模拟用户与交换机的接口数字用户与交换机的接口远端用户与交换机的接口ISDN用户与交换机的接口接收、识别用户发来的DTMF信号，产生发送局间的MFC信号处理NO.7信令信息话务员与交换机的接口交换机与交换机的模拟接口交换机与交换机的数字接口会议视频与交换机的接口一次群速率入口与交换机的接口产生系统时钟、各种信号音维护或外设备与交换机接口中继电路的测试通知服务信息的传递为什么叫全分散控制方式呢？S1240交换机的基本组成S1240交换机由数字交换网（DSN）和连接到DSN上各模块组成。模块由两种类型的模块组成：一种是终端控制单元一种是辅助控制单元。终端控制单元终端控制单元由两部分组成，一部分是处理机部分，也称控制单元（CELControlElement），一部分是终端电路TC（TerminalCircuit）。不同的模块控制单元部分的硬件实现相同，但终端电路部分不同。交换机的全部控制功能都由分布在各个控制单元中的处理机来完成。S1240交换机中主要的模块（1）模拟用户模块ASM（2）数字中继模块DTM（3）ISDN用户模块ISM（4）ISDN中继模块ITM（5）服务电路模块SCM（6）ISDN远端用户单元接口模块IRIM（7）高性能公共信道信令模块HCCM。（8）外设与装载模块P&L（9）时钟与信号音模块CTM（10）辅助控制单元模块这个模块不属于终端控制模块，下面单独讲一下ISDN基本入口和S1240交换机之间的接口。一次群速率入口和S1240交换机之间的接口。接收、识别用户发来的DTMF信号，产生发送局间的MFC信号处理NO.7信令信息输入输出设备、程序和数据的装入的接口产生系统时钟、各种信号音辅助控制单元模块ACE辅助控制单元不含终端电路，只有控制单元，主要完成软件控制功能。根据所装软件的不同，ACE有多种类型：1．呼叫服务ACE2．防护、操作及七号信令管理ACE3．数据收集和中继资源管理ACE4．PBX（小交换机）和计费ACE5．智能网和开放系统互连堆栈ACE6．备用ACE：这类ACE没有特定的功能，如果别的ACE出现故障，在装载相应的软件和数据后，原来为备用的ACE可接替它们之工作。数字交换网络DSN1.数字交换网络的一般结构数字交换网DSN是S1240交换机的核心，各个模块通过DSN相连。DSN由最基本的交换单元DSE构成。2．数字交换单元DSE的组成和功能每个交换单元DSE就是一块印刷电路板，一个DSE有16个交换端口，端口编号为0-15，每个交换端口都为双交换端口，包括一个接收端口Rx，一个发送端口Tx。每个DSE可以完成任一接收端口上接收信道至任一发送端口上发送信道的信息交换。由于每个PCM链路上有32个时隙，所以DSE相当于是一个512×512的全利用度接线器。全分散控制交换机的特点特点：在S1240交换机中，整个系统并不配置专用的中央处理机，而是把交换机的全部控制功能都分布在各个模块中的处理机来完成。各个模块的功能比较单一，为了完成呼叫处理和各种维护管理功能，各个模块要通过数字交换网络(DSN)进行大量的通信。3-1-3基于容量分担的分散控制方式的交换机基于容量分担的分散控制方式的交换机主要由交换模块、通信模块和管理模块三部分组成。交换系统中可有一个或多个交换模块（SM）。模块内用户通信模块间用户通信模块间接续管理为什么叫容量分担控制方式呢？主机系统与维护管理系统的开放式管理一.交换模块交换模块(SM)主要完成话音/数据的交换和控制功能，提供用户线和局间中继线的接口电路。交换模块(SM)是交换机中最主要、最基本的组成部分，交换机中大部分的呼叫处理功能和电路维护功能由交换模块完成。在交换模块包括接口单元、模块交换网络和模块控制单元三部分。终端接口单元:用来完成交换机与各种类型的通信终端设备的互连。主要的接口单元有用户接口单元、数字中继接口单元、模拟中继接口单元、数字服务单元、ISDN接口单元以及V5.2接口单元等。交换模块的组成模块交换网络:可完成本模块的各种接口单元的用户线、中继线、信号音之间的时分交换，又可实现到管理模块(AM)／通信模块(CM)链路的时分文换。模块控制单元:用来完成本模块的信令处理和呼叫处理，控制本模块的各种资源。可以简单的说：交换模块(SM)相当于一个小型的独立交换机，可以实现模块内与它相连的任意两用户、任意两中继线、任意用户与任意中继线之间的通信。二.通信模块CM通信模块CM的主要功能是完成管理模块AM与交换模块SM之间及交换模块SM之间的连接与通信。实现模块间用户的通信主机系统与维护管理系统的开放式管理结构AM由主机系统和终端系统构成。主机系统负责整个交换系统的模块间呼叫接续管理，主机系统面向用户，各SM之间的接续都需要经过主机系统转发消息。终端系统采用客户机/服务器的方式提供交换系统与开放网络系统的互联，并且通过Ethernet接口与主机系统直接相连，是交换系统与维护管理系统相连的枢纽，它提供以太网接口，可接入维护工作站WS，并提供到网管中心相连的各种接口。容量分担交换机简图管理模块AMSM1SMnSM2通信模块CM…主机系统终端系统模块内通信模块间通信面向用户面向维护人员网线网线网线交换模块SM：主要完成模块内的交换和控制功能.通信模块CM：模块间通信。主机系统：模块间呼叫接续管理。终端系统采用客户机/服务器的方式提供交换系统与开放网络系统的互联维护管理的枢纽3-1程控数字交换系统硬件的几种基本结构3-2数字交换原理和数字交换网络3-3数字程控交换机的终端与接口3-4控制系统的一般结构3-2数字交换原理和数字交换网络3-2-1语音信号数字化和时分多路通信1.语音信号的数字化现代程控交换机都是数字交换机，在数字交换机内部交换和处理的都是二进制编码的数字信号，在数字电话网，普遍采用模拟电话机和模拟用户线路，模拟电话机发出的话音信号是模拟信号，因此，在用户模块中，需要对用户线送来的模拟信号进行模/数转换，即进行语音信号数字化。语音信号的数字化要经过抽样、量化和编码三个步骤。语音信号数字化一.抽样抽样的功能是将时间上连续的模拟信号变为时间上离散的抽样值。抽样频率取值为8000Hz，即抽样周期为125μs。二.量化量化是指用有限个度量值来表示抽样后的信号的幅度值。根据量化级的选取，有均匀量化和非均匀量化两种方法。均匀量化：在整个量化区间，所有量化间距都相同，实现起来比较容易，其缺点是小信号的信噪比比较小。非均匀量化：对大信号的量化噪音可以大一些，小信号的量化噪音小一些，这样能够保证信号整体的信噪比一致，最常用的方法是压扩法。对于输入的信号首先进行类似对数函数的压扩处理后，小信号扩大了，而大信号压缩了，再进行均匀量化。两种压扩律两种压扩律――A律和μ律。欧洲和我国均采用A律，在PCM30/32系统中采用；μ律通用于北美和日本，在PCM24系统中采用。A律的输入电压和输出电压的关系如下式所示：)(10ln1小信号AuAAuuxxyμ律的输入电压和输出电压的关系如下式所示：A=87.6三.编码在PCM32系统中，采用8位码来表示一个样值，最高位是极性码，剩下的7位对应128个量化级。对于话音信号的PCM编码，由于抽样频率为8000HZ，每个抽样值编码为8位二进制码，所以话音信号的传输码率=8000Hz/s×8=64kb/s。64kb/s是程控数字交换机中基本的交换单位。2.时分多路通信和PCM30/32系统1．频分复用方式和时分复用方式频分复用方式是将信道的可用频带划分为若干互不交叠的频段，每路信号的频谱占用其中的一个频段，以实现多路传输。时分复用方式是把一条物理通道按照不同的时刻分成若干条通信信道(如话路)，各信道按照一定的周期和次序轮流使用物理通道，这样，从宏观上看，一条物理通路就可以“同时”传送多条信道的信息。频分复用时分复用101S…TS1TS2TS102．PCM时分多路通信系统的基本原理PCM通信是典型的时分复用多路通信系统，基本原理如图所示每一路信道都在指定的时间内接通，其他的时间为别的信道接通。利用同步控制信号来确保发端和收端协调工作。话音信号传送时，抽样频率为8000HZ，即每125us抽样一次。在PCM32系统中，32路信息复用一条物理通道。3．PCM30/32系统的几个主要参数为：PCM抽样频率为8000HZ，即每秒传送8000帧。每帧32个时隙，每个时隙8比特串行码PCM32系统的传送码率：8000帧/秒×32时隙/帧×8比特/时隙＝2048kb/s每一路信号的传送码率：8000帧/秒×1时隙/帧×8比特/时隙=64kb/sPCM24系统的传送码率：8000帧/秒×24时隙/帧×8比特/时隙＝1544kb/s国际上将PCM30/32系统的接口称为E1接口。PCM线习惯称为2M线/HW线/E1线。30/32路PCM系统的帧结构3-2-2数字交换的基本概念和两种基本的接线器一、数字交换的基本概念在数字程控交换机中，来自于不同用户和中继线的话音信号被转换为数字信号，并被复用到不同的PCM复用线上。这些复用线连接到数字交换网络。每个用户占据一个固定的位置（ＣＩＣ），为实现不同用户之间的通话，数字交换网络要完成不同用户之间信息的交换。例如：Ａ用户和Ｂ用户通话，Ａ用户和Ｃ用户通话等。1122nnA用户B用户C用户HW时隙TS不同用户的电话线与数字交换网络连接的简化图CIC