程控交换设备运行与维护

程控交换设备运行与维护 贾跃编著科学出版社出版

本书目录 程控交换基础单元一配置小型独立电话局单元二开通局内电话业务单元三开通局间中继电话业务单元四计费设定与话单管理单元五开通电信新业务单元六程控交换技术的未来发展单元七

单元一程控交换基础 【背景描述】电信网络是支撑固定电话、移动电话和Internet技术发展的基础设施，其实现的关键是交换技术。交换技术可分为电路交换和分组交换两种，其中的电路交换是最早最成熟的技术，也是电话交换机所采用的主要交换方式。通过本单元的学习，可了解电话交换的基本原理、电话交换技术的发展、电话交换机的分类和基本结构。【学习目标】了解电话交换的概念以及电话交换机的发展和分类。了解我国电话通信网的组成结构。掌握程控交换机的基本结构和各部分工作原理。

1.1 电话交换原理 话音信息的交换仍然是现代社会信息交换的重要内容，实现话音通信的终端设备便是电话机。电话通信的最基本原理就是每个用户使用一部电话机，用导线将话机连接起来，通过声电转换，使两地用户可以互相通话。如果三部电话机彼此间要成对通话，则需要用三对线将它们分别连接起来。以此类推，若有N部电话，则就需要N（N-1）/2对连线，才能使N部电话机间任意成对通话。

1.1 电话交换原理 不难看出，当话机很多时，所需的连接线数量非常大。这不仅降低了网络线路利用率、增加了建设投资，而且话机与大量连线相接在实际工程安装中也是很难实现的。电话的这种直接连接方法没有实际价值，解决的方法就是在用户分布区域的中心位置，安装一台公共设备，每个用户都用一对线与这公共设备相连。

1.1 电话交换原理 • 当任意两个用户要通话时，都由公共设备将两部话机连通起来，通话结束后再将线路拆除，以备其他用户使用。这个公共设备就是电话交换机。 • 要完成电话交换任务，电话交换机必须具有以下功能： • 及时发现用户的呼叫请求（用户摘机、拨号等）。 • 记录被叫用户号码。 • 判别被叫用户当前的忙闲状态。 • 若被叫用户空闲，交换机应能选择一条空闲的链路临时将主叫、被叫用户话机接通，使双方进入通话状态。 • 通话结束时，交换机要及时进行拆线释放处理。 • 使任意两个交换机所带的用户自由通话。 • 在同一时间内，允许若干对用户同时通话且互不干扰。

1.1 电话交换原理 在电话网中，两部话机之间的通话系统由用户环路、交换局和局间传输设备三部分组成。用户环路是用户话机和交换局总配线架之间的连接线，也常称为用户线。交换局是电话网的核心部分。若主/被叫在同一交换局内，交换机可以通过用户线把它们连接起来；若主/被叫在不同交换局内，则交换机可以通过局间中继线路将它们连接起来。局间传输设备是各交换局之间的连接线路（中继线路），它既包括发送和接收设备，又包括各种多路传输媒体。

1.2 电话交换机的发展和分类 1.2.1 电话交换机的发展自1876年美国人贝尔发明电话以来，电话通信技术取得了巨大的进步和发展，电话交换机完成了由人工到自动的过渡，归纳起来可分为四个时代：

1.2 电话交换机的发展和分类 1. 人工交换机 1878年美国制成了第一台磁电式电话交换机，它能配合磁电电话机工作。这种电话交换方式的特点是每部话机均备有电源电池，以手摇发电机作为发起呼叫信号的工具。在交换机上以用户吊牌接收呼叫信号，以塞绳电路连接用户的通话。这种设备结构简单，容量有限，难以适应发展的需要。接着出现了共电式电话交换机，这种交换机的特点是每个用户话机的电源由电话局统一通过用户线馈送，简化了用户话机，利用话机环路的接通作为呼叫信号。这两种交换机都属于人工交换方式，话务员手工完成交换接续操作，速度慢，易出错，劳动强度大。

1.2 电话交换机的发展和分类 2. 机电式自动交换机 1891年美国人史端乔发明了第一台步进制自动电话交换机，使用上升旋转型机械式接线器，通过用户拨来的号码脉冲控制选线。在话路中主要通过电磁铁控制选择机键的动作完成电话接续，在控制电路中则主要用继电器接点电路构成控制逻辑，自动完成各种控制功能。后经德国西门子公司加以改进，发展成为西门子式步进制自动电话交换机，我国早期安装这种交换机较多。与此同时，世界上还发明了旋转制、升降制、全继电器制等多种机电式交换机。步进制自动电话交换机的特点是选择机键的动作幅度大、噪声响、磨损快、故障率高、传输杂音大和维护工作量大，而且不能用于长途自动交换。

1.2 电话交换机的发展和分类 1926年瑞典制成了第一台纵横制自动电话交换机，沿用了电磁原理，但其话路的主要部件使用了纵横接线器。这种接线器动作小、噪声轻、磨损少，且采用了间接控制技术，选择和接续不由用户的拨号控制，从而克服了步进制交换机的很多缺点，尤其是可用于长途自动电话交换，在世界范围内得到了广泛的推广和使用。

1.2 电话交换机的发展和分类 3. 模拟程控交换机随着电子技术的不断发展，出现了电子式交换设备。早期的电子式交换系统只是使用电子元件（如晶体管和集成电路）代替机电式交换系统中体积大、耗电多的机电元件（如电磁继电器等）。计算机技术在通信技术中的应用，促进了交换机的又一次变革。1965年美国成功地开通了世界上第一台程控电话交换机（ESSI），首次将存储程序控制原理应用于电话交换机的控制系统，其话路系统沿用了纵横制原理交换网络，交换的仍为模拟语音信号。此后一段时间内，世界各国又研制出了多种模拟程控电话交换机，如日本的D10、原联邦德国的EWS等。

1.2 电话交换机的发展和分类 4. 数字程控交换机数字传输系统以其优良的通信质量和性能改变了长期以来使用模拟信号进行通信的局面。数字传输设备与模拟交换机衔接时需要进行数/模、模/数转换，要了简化系统，充分发挥数字通信的优势，就必须对交换机进行数字化，这极大地促进了数字程控交换机的研制。1970年在法国开通了第一部数字交换机E10后，许多新的数字交换系统相继问世，诸如英国的X系统，日本的D60、D70、NEAX-61和F150，瑞典的AXE-10，原联邦德国的EWSD，美国的ESS4和ESS5等。全数字电话交接机在话路中对PCM数字语音编码直接进行交换，控制部分则由存储程序控制的数字计算机或微计算机承担。这类交换机的体积小、工作速度快、可靠性高，具有明显的优越性。

1.2 电话交换机的发展和分类 1.2.2 电话交换机的分类 1. 根据信息传递方式分类（1）模拟交换机：对模拟信号进行交换的交换机。步进式、纵横式等交换机属于模拟交换机。对于电子交换机来说，属于模拟交换机的有空分式电子交换机和脉幅调制（PAM）时分式交换机。（2）数字交换机：对数字信号进行交换的交换机。目前最常用的是对脉冲编码调制（PCM）数字信号进行交换的数字交换机。

1.2 电话交换机的发展和分类 2. 根据控制方式分类（1）布控交换机：交换机的控制部件是将机电器件（如继电器）或电子元件做在一定的印制板上，通过机架布线做成。这种交换机的控制部件做成后不易修改，灵活性小。（2）程控交换机：交换机的控制部分类似计算机，采用的是计算机中常用的“存储程序控制”方式。即把各种控制功能、步骤、方法编成程序，利用存储器内所存储的程序来控制整个交换机的工作。需要改变交换机功能或增加新业务时，只需要修改程序或数据就能实现。这种方式极大地提高了交换机的灵活性。

1.2 电话交换机的发展和分类 3. 根据使用范围分类（1）局用交换机：包括市话交换机、汇接市话交换机、国内长话交换机、国际长话交换机和县内电话（农话）交换机。（2）用户小型交换机（PBX）：用于组建企事业单位内部的电话系统。

1.3 电话通信网 1.3.1 电话网的结构电话通信网是指在本地网和长途网上组织开放电话业务的一种业务网络。为了使全球范围内任意两点之间都能进行通话联系，而且既要保证话音质量，又要经济合理，就需要将各个区域的话务流量逐级汇聚起来，以提高通信电路的利用率。在电话网中根据地理条件、行政区域、话务流量分布情况等因素设立了多级交换局，每一交换局负责一定区域内的话业量，然后逐级形成辐射的星形网或网状网。我国电话网分为五级，一、二、三、四级为长途交换局，第五级为本地电话网的端局。

1.3 电话通信网

1.3 电话通信网 • 1.3.2 长途电话网 • 我国长途电话网采用四级汇接辐射结构，分别在大区、省、地区和县四个不同区域内设立长途电话局，实现话务的汇总与交换。各电话中心局的数量和职责为： • 大区中心局C1：全国共有8个，分别设立在上海、广州、北京、沈阳、南京、西安、成都、武汉，其职责是负责疏通该交换中心服务区内的长途话务，包括长途去话、长途来话和转接业务。 • 省中心局C2：全国共有22个，设立在除C1所在城市以外的各省会城市，其职责是疏通该交换中心服务区内的长途去话、长途来话和转接业务。

1.3 电话通信网 • 地区中心局C3：全国约有350个，其职责是疏通该交换中心服务区内的长途去话、长途来话和转接业务。 • 县中心局C4：全国约有2200个，是长途网最低一级的交换中心，即县长途端局，其职责是疏通该交换中心服务区内的长途去话、长途来话和转接业务。 • 在长途电话网中，上一级交换中心通过直达电路群与下一级交接中心相连。这些直达电路群称为“基干路由”，它保证了全网中任意两地间的用户都可以接通电话。但是，如果电话网仅仅是由基干路由构成，则接通一次电话所需的转接次数在某些情况下可能相当多，网络的接续很不灵活，也不合理。因此，除基干路由外，电话网还要增加低损耗直达路由和高效直达路由。

1.3 电话通信网 1.3.3 本地电话网本地电话网是长途电话网中的一个长途编号区，由若干个端局、汇接局、局间中继线、用户线以及话机组成。本区用户呼叫本编号区内的其他用户时，可直接拨打被叫用户的号码，不需要加拨长途区号。根据规模大小，本地电话网可采用单局制、多局制或汇接制三种结构。

1.3 电话通信网 1．单局制本地电话网单局制本地网是指只有一个电话局的市内电话网。市电话局一方面负责市内电话用户间的通信，另一方面还要将电话用户与市内其它装有电话通信设备的处所进行连接，这些处所包括设立在市内的长途电话局、用户小交换机、特种业务台等。

1.3 电话通信网 2．多局制本地电话网当本地网发展到一定容量时，应该在市内进行分区，每区建立一个电话局，负责本区内电话用户的通话，这样就构成了多局制电话网。

1.3 电话通信网 3．汇接制本地电话网当本地网的容量发展到几万号时，本地网内所包含的分局数就越来越多。由于分局数目很多，服务区域扩大，局间中继线的数量和长度不断增加，使得中继线路的投资加大，甚至超过了用户线路的投资。因此，在分局数很多时，局间中继通常不采用直接连接的方式，而是在分区的基础上，把若干个分区组成一个大的联合区，整个本地网由若干个联合区构成，这种联合区叫做汇接区。每一汇接区内设一汇接局，下设若干个端局，这称为汇接制本地网。端局是通过用户线与用户直接相连的交换局，用以覆盖用户，提供业务服务。它可疏导本局范围的本地电话业务及本局用户的去话和终端来话。汇接局是一个汇接区内的电话交换局，主要提供本地网的话务汇聚，以及各个端局之间的话务转接。

1.3 电话通信网 3．汇接制本地电话网

1.4 语音信号的数字化技术 1.4.1 模拟信号和数字信号人类的声音是传不远的，若想把声音传至远处，就必须对声音进行处理，变换为电信号。电话机的送话器（话筒）就是对声音进行处理的设备。它把声波变为语音电信号，通过导线传至远方。电信号分为模拟信号和数字信号两种。语音信号的大小能够准确反映声音的强弱，其幅度可取一定范围内的任何值，即幅度取值连续，属于模拟信号。数字信号是一种不连续变化的阶跃信号，它的特点是幅度的取值不连续，即幅度取值离散。

1.4 语音信号的数字化技术 1.4.1 模拟信号和数字信号

1.4 语音信号的数字化技术 1.4.2 脉冲编码调制将语音信号转变为数字信号的方法很多，脉冲编码调制（PCM）是其中应用较为广泛的一种。脉冲编码调制包括抽样、量化和编码三个过程。

1.4 语音信号的数字化技术 抽样是对模拟信号进行周期性取值，把时间连续信号变为时间离散信号的过程。抽样电路由二极管或场效应管构成，使用抽样脉冲控制通断。抽样速率是由抽样定理确定的，即：如果要从抽样后信号中完全不失真地恢复原始信号（0-fH），抽样脉冲频率fs应不小于原信号最高频率fH的2倍（fs≥2fH）。

1.4 语音信号的数字化技术 量化是用有限个规定电平近似表示模拟信号抽样值的过程。通过量化，连续的抽样值变为了离散电平。把量化后的信号电平变换成二进制码组的过程称为编码，逆过程称为解码。

1.4 语音信号的数字化技术 1.4.3 时分多路复用一路语音信号变为数字信号在通路中传输所占的时间委短，绝大部位时间里线路都为空闲状态。因此，要想把线路充分利用起来，就应在空闲时多插入些话路，这就是多路复用。目前，常用的多路复用方式有两种：一种是频分复用（FDM）方式，它是将信道的可用频带分割成若干个互不交叠的频段，每路信号占据其中一个频段，可用带通滤波器分离；另一种则是时分复用（TDM）方式，它是将信道按时间加以分割，各路信号按一定次序轮流占用某一时间段来传输，这一时间段称为时隙（TS：Time Slot）。

1.4 语音信号的数字化技术 1.4.3 时分多路复用

1.4 语音信号的数字化技术 在PCM传输系统中，首先使用时间相互错开的32路脉冲分别对32路模拟语音信号抽样，而后将各抽样信号合并为一路，由于抽样点在时间上是相互错开的，因此各路信号互不干扰。最后通过量化和编码在同一线路中传送32路PCM数字信号，从而实现了数字信号的时分多路复用。由于抽样频率为8KHz，每个抽样值用8位二进制数码表示，所以一路语音信号经PCM编码后的速率为64kbit/s。32路信号合在一起的总速率为2.048Mbit/s，称为PCM基群或PCM一次群。系统中一个抽样值转变成的8位数字码占用3.91μs，即1个时隙。32个时隙组成1帧（125μs）。由于在32个时隙中TS0传送同步码，TS16传送信令码，其余30个时隙传送数字语音信号，所以这种系统被称为“PCM30/32路系统”。

1.4 语音信号的数字化技术 目前，PCM通信方式发展很快，传输容量已由一次群发展到二次群、三次群、四次群以至五次群。我国和欧洲采用PCM30/32路系统，一次群（基群）速率为2.048Mbit/s，记为“E1”，中国通信行业俗称为2M；日本和北美采用PCM22/24路系统，一次群速率为1.544Mbit/s，记为“T1”，中国通信行业俗称为1.5M。

1.5 程控交换机硬件 1.5.1 程控交换机硬件结构程控交换机硬件由话路系统和控制系统两个部分组成，交换机运行所需的软件存放在控制系统的存储器中。

1.5 程控交换机硬件 话路系统由交接网络和外围电路构成，其中外围电路又包括用户电路、中继器、扫描器、网络驱动器和话音接口等几个部分。交接网络为音频信号（模拟交换）或PCM数字话音信号（数字交换）提供接续通路。用户电路是交换网络和用户线之间的接口电路。一方面它把语音信号（模拟或数字）传送给交换网络，另一方面把用户线上的其它信号（如铃流等）与交换网络隔离开，以免损坏交换网络。中继器是交换网络和中继线间的接口电路，分为出局中继和入局中继。所谓中继线是指该系统和其它系统或远距离传输设备的连线。中继器除拥有用户电路的功能外，还具有指定信号形式、确定中继工作方向以及为计费提供信号等功能。扫描的目的是为了收集用户信息。用户状态（包括中继线状态）的变化由扫描器采集并送往控制系统。网络驱动器在控制系统的指挥下，完成交换网络中通路的建立和释放。话路设备接口（信号接收分配器）统一协调信号的接收、传送和分配。

1.5 程控交换机硬件 控制系统一方面对呼叫进行处理，另一方面对整个交换系统的运行进行管理、监督和维护。控制系统由三部分组成：一是中央处理芯片（CPU），它可以是一般数字计算机的中央处理芯片，也可以是交换系统专用芯片。二是存储器（内存储器），它存储交换系统常用程序和正式在执行的程序及数据。三是输入/输出系统，包括键盘、打印机和外存储器等。打印机可根据指令或定时时间打印出系统数据。外存储器存储常用运行程序，机器运行时调入内存储器。一些小型交换机的外存储器安装在控制系统里，将程序固化在专门的EPROM存储器中。

1.5 程控交换机硬件 1.5.2 外围电路 1．用户电路用户电路也可称为用户线接口电路（SLIC：Subscriber Line Interface Circuit）。不论是模拟交换机还是数字交换机，都具有用户电路。其中，数字交换机的用户电路又根据所连接电话机类型的不同，被划分为模拟用户电路和数字用户电路两种。

1.5 程控交换机硬件 在程控交换机中，由于交换网络处理的是语音信号，向用户话机提供的-48伏直流馈电以及铃流等信号不能进入其中，否则会损坏交换网络。因此，向用户馈电、送振铃等任务必须由用户电路来承担。随着数字通信技术的发展，数字程控交换机已被广泛采用，其交换网络只能处理数字信号，而用户线上现在一般仍传送模拟信号（用户的电话为模拟话机），这就需要用户电路能够实现模拟信号和数字信号间的相互转换。数字交换机的模拟用户电路应具有七项功能，通常简称为BORSCHT，它来源于七项功能的第一个英文字母，即馈电（B）、过压保护（O）振铃（R）、监视（S）、编译码（C）、混合（H）、测试（T。对模拟交换机的用户电路而言，除没有编译码外，其它六种功能完全一样。

1.5 程控交换机硬件 • 馈电（Battery feeling）：向用户话机送直流电。通常要求馈电电压为−48伏或−24伏，环路电流不小于18mA。 • 过压保护（Overvoltage protection）：防止用户外线受雷击或接触高压而损坏交换机。 • 振铃控制（Ringing Control）：向用户话机送铃流，通常为25Hz/90V±15V的正弦波。 • 监视（Supervision）：监视用户线的状态，检测话机摘机、挂机与拨号脉冲等信号，并送往控制网络和交换网络。 • 编解码与滤波（CODEC/Filter）：在数字交换中，完成模拟话音与数字码间的转换。通常采用PCM编码器（Coder）与解码器(Decoder)来完成，统称为CODEC。PCM编码速率为64kb/s，与之配合工作的平滑低通滤波器带宽为300Hz-3400Hz。

1.5 程控交换机硬件 • 混合（Hyhird）：完成二线与四线的转换。用户话机的模拟信号采用二线双向传输方式，而数字交换网络的PCM收发数字信号采用四线单向传输方式，两者必须进行转换。过去这种功能由混合线圈实现，现在改为集成电路，因此称为“混合电路”。 • 测试（Test）：对用户线（外线）或用户电路（内线）进行测试。

1.5 程控交换机硬件 2．中继电路中继器是中继线和交换网络以及控制系统间的接口电路。中继器上传输的不仅有语音信号，还有各种局间信号。中继器是交换机间的连接设备，不同型号交换机里的中继器并不相同。此外，使用的中继器类型还要适应于相应的传输设备。模拟交换机的中继器由保护电路、信号互换电路、用户线信号电路和隔离电路等组成。其中信号互换电路用来指定中继线工作方向（出中继或入中继）以及信号的形式。用户线信号电路用来在出入中继期间用户电路断开时，代替用户电路完成向话机馈电、接通或切断铃流、传输信号等工作。隔离电路用来分离开用户线、中继线以及交换网络内传输的电流。由于目前还存在模拟中继线，所以数字程控交换系统都配置有模拟中继器AT（模拟口）和数字中继器DT（数字口）两种局间中继器。

1.5 程控交换机硬件 由于目前还存在模拟中继线，所以数字程控交换系统都配置有模拟中继器AT（模拟口）和数字中继器DT（数字口）两种局间中继器。模拟中继器是模拟中继线和数字交换网络的接口电路，在模拟中继线上传送的是模拟信号。数字中继器是局间PCM中继线的终端电路。它的功能与PCM信号传输系统中的信道机制有很多相同之处，具体包括：

1.5 程控交换机硬件 • 码型变换：实现信号单极性与双极性的变换，即完成交换机内部使用的单极性不归零码与适合线路传输的双极性HDB3码之间的转换。 • 时钟提取：从PCM中继线上提取时钟信号作为系统同步信号。 • 帧同步：从PCM中继线上提取帧定位信号，通过帧定位获得帧同步。 • 弹性存储的帧调整：数字中继器具有缓冲存储器，能够存储一帧数据容量，用它来调整帧相位，使PCM传输线上的帧相位和交换网络同步。 • 提取和重新排列随路信号：由于PCM中继线上传输的随路信号和交换网络中的格式不一样，所以随路信号一般要提取后重新排列，以供交换网络使用。

1.5 程控交换机硬件 3．扫描电路扫描电路用于在呼叫的各个阶段收集信息并传送给控制系统。目前，交换机中广泛使用的是光电耦合器和差分放大器。

1.5 程控交换机硬件 光电耦合器可用来进行电源检测，它由一个发光二极管和一个光电三极管封装而成。当有电流流过发光二极管时，发光二极管发光并照射在光电三极管上，使其集电极和发射极导通，从而产生检测信号。光电耦合器最大的优点是使外线电路与用户电路在电气上完全隔离，用它作为扫描器可完全防止高压串入内线电路。

1.5 程控交换机硬件 差动放大器通过检测电压的极性进行扫描。当输入端1的电压大于输入端2的电压时，输出端取逻辑值“1”；当输入端1的电压小于输入端2的电时，输出端取逻辑值“0”。该器件的优点是易于集成，多个这种器件集成在一起即可构成扫描矩阵。当交换机内要检测的点很多时，需要大量扫描器件，此时采用差动放大器组成的扫描矩阵尤为合适。

1.5 程控交换机硬件 4．信号音的产生在模拟交换机中，信号音是由单独的模拟信号发生器产生的。在数字交换机中，信号音和双音频信号都要经过A/D变换后才能通过数字交换网络。采用这种方法不仅需要配备专门的A/D变换设备，而且所生成信号的频率和幅度都不稳定。因此，数字交换机多使用数字信号发生器直接产生数字信号音。数字信号发生器由可编程只读存储器（PROM）实现。对要求产生的信号音每隔125微秒抽样一次，将每次抽样的幅度进行计算，获得所需的数字信息并写入PROM中。使用时按一定规律读出PROM的内容，即可产生数字信号音。

1.5 程控交换机硬件 1.5.3 交换网络电话交换机的任务就是在各条用户线之间、用户线与中继线之间或中继线与中继线之间建立起语音信号通道（或称接续），这一工作是由交换网络完成的。交换网络是交换机中最重要、最复杂的部分。早期的模拟交接机多采用空分交换网络，目前广泛使用的数字程控交换机采用的是时分交换网络。所谓时分交换是指在不同PCM复用线上的各时隙间进行的数据交换，即时隙的交换。构成时分交换网络的基本电路单元是接线器，分为时分接线器（T接线器）和空分接线器（S接线器）两种。接线器的数量和组合形式决定了交换网络的交换能力。

1.5 程控交换机硬件 交换网络将输入线PCMn上TSn时隙中的数据A交换到了输出线PCMm的TSm时隙里；而将输入线PCMm上TSm时隙中的数据B交换到了输出线PCMn的TSn时隙中。

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