现代交换原理电路交换技术讲解

1,第二章 电路交换技术,2,第二章 电路交换技术 2.1 电路交换技术概述,3,电话通信的起源,线路利用率低 使用不方便 安装维护困难,能完成任意两个用户之间的通话接续，即具有任意性。 在同一时间内，能使若干对用户同时通话且互不干扰。,4,电话交换机与电话通信网,终端设备 传输设备 交换设备 信令协议、标准,5,终端设备,终端设备是电话通信网的源点和终点。它的主要功能是把待传送的信息和在信道上传送的信号之间相互转换。它利用发送传感器来感受信息，利用接收传感器将信号恢复成能被人感知的信息。它完成承载信号与传输信道之间的匹配。对应不同的电信业务有不同的终端设备，如电话业务的终端设备就是电话机终端，数据通信的终端设备就是计算机等。,6,传输设备,传输设备是传输媒介的统称，它是电话通信网中的连接设备，是信息和信号的传输通路。它的主要功能是将用户终端设备与交换设备，以及多个交换设备相互连接在一起。传输链路的实现方式很多，如市内电话网的用户端电缆、局间中继设备和长途传输网的数字微波系统、卫星系统以及光纤通信系统等。,7,传输设备,交换设备是整个电话通信网的核心，它的基本功能是根据地址信息进行网内链路的连接，以使电话通信网中的所有终端能建立信号通路，实现任意通信双方的信号交换。,8,信令协议标准,仅包含上述三种设备的电话通信网还不能形成一个完善的通信网，还必须包括信令、协议和标准。从某种意义上说，信令是实现网内设备相互联络的依据，协议和标准是构成网络的规则。它们使得用户和网络资源之间，以及各交换设备之间具备共同的“语言”，通过这些“语言”使电话通信网合理地运转和正确地控制，达到全网互通的目的。,9,电话交换机的发展,10,电话交换机的分类,按交换机的使用对象分 局用交换机和用户交换机 按呼叫接续方式分 人工接续交换机和自动接续交换机 按所交换的信号表示形式分 模拟交换机和数字交换机 按交换机构的工作方式分 空分交换机和时分交换机 按控制器电路的结构分 集中控制、分级控制和全分散控制,11,数字程控交换机的组成框图,12,数字程控交换机的外围设备,13,数字程控交换机的任务,模拟用户线接口：模拟电话用户间的接续与信息交换； 数字用户线接口：完成数字话机间的接续与信息交换； 模拟用户线接口和modem：完成数据终端间的数据通信； 配置硬软件：提供诸多专门的应用功能； 话务台：用户分机的呼叫转接、号码查询、故障受理等服务业务。 维护终端：对程控交换系统或网络的配置以及对各类参数数据、话务统计、计费系统等的管理与维护。,14,数字程控交换机的功能,交换机功能,15,呼叫处理过程,16,数字程控交换机的优越性,能提供许多新的用户服务性能； 维护管理方便，可靠性高； 灵活性大； 便于向综合业务数字网（ISDN）方向发展； 可以采用No.7信令； 便于利用电子器件的最新成果，使系统在技术上的先进性得到发挥。,17,数字程控交换机技术的发展,软、硬件进一步模块化，软件设计和数据修改采用数据处理机完成； 控制系统采用计算机局域网技术，将控制系统设计成开放式系统，为今后适应新的业务和功能奠定基础； 在交换网络方面进一步提高网络的集成度和容量； 在接口电路方面进一步提高用户电路的集成度； 加强有关智能网、综合业务数字网性能的开发； 大力开发各种接口，包括各种无线接口和光接口； 通过专用接口，完成程控交换机与局域网LAN、分组数据网PDN、ISDN、接入网AN及无线移动通信网的互联； 加强接入网业务的开发,实现三网合一, 从而给人们提供以宽带技术为核心的综合信息服务。,18,第二章 电路交换技术 2.2 数字交换网络,19,话音信号数字化,话音信号数字化是将话音信号进行数字传输、数字交换的前提和基础，是话音信号进入数字交换网络之前必须完成的工作。 话音信号为模拟信号，将模拟信号转变为数字信号的过程叫做数字信号的调制。话音信号数字化过程中常用的调制方法有脉冲编码调制（PCM）和增量调制（M）。本小节着重讲述脉冲编码调制（PCM）的基本步骤和基本原理。,20,PCM模型,脉冲编码调制（PCM）模型,21,1）目的：模拟信号在时间上离散化。 2）原理：每隔一定时间离散地抽取信号的一个瞬时幅度值。 3）样值特点： 时间等间隔 幅度变化 4）采样的实现：由取样脉冲电子开关控制 5）采样频率：fs=8000Hz,1. 采样,22,1）目的：使样值在幅度上离散化。 2）原理：用有限个电平表示模拟信号的样值。 PCM系统中，Q=256。（8bit） 3）方法： 均匀量化 非均匀量化 4）实现：信号压缩与扩张技术（压缩与扩张是互逆的）,2. 量化,23,均匀量化,24,非均匀量化：压缩律均匀量化,律：,A律：,x，y 分别是归一化后的输入电压和输出电压。,25,将量化后信号转变为二进制数字信号。 单极性不归零码型NRZ （适用于近距离传输，常用于交换机内部。） 极性交替倒置码AMI码（Alternate Mark Inversion）（局内采用） 三阶高密度双极性码HDB3码（High Density Bipolar 3） （适用于远距离传输，常用于长途线路上。）,3. 编码,26,PCM信号的组成形式,极性码：由高1位表示，用以确定样值的极性。 幅度码：由28位共7位码表示，用以确定样值的大小。 段落码是指将13折线分为16个不等的段（非均匀量化），其中正、负极性各8段，量化级为8，由高24位表示，用以确定样值的幅度范围。 段内码是指将上述16个段的每段再平均分为16段（均匀量化），量化级为16 ，由低58位表示，确定样值的精确幅度。,27,1）目的：消除噪声和失真积累。 2）实现：再生中继器,4. 再生,28,5. 译码 将二进制数字信号还原成样值脉冲序列。 6. 重建 1）目的：将解码后的输出恢复为信号波形。 2）实现：低通滤波器,译码和重建,29,频分复用FDM,原理：传输信道总带宽划分成若干个子频带，每一个子频带传输一路信号。,30,时分复用TDM,原理：将信道的传输时间划分成若干时隙，各路信号轮流在自己的时隙内独占信道传输。,31,联系：二者都是多路复用技术。 区别： FDM 信道以频率划分； TDM 信道以时间段划分。 FDM 同一瞬间传送若干路话音信息； TDM 同一瞬间传送一路话音信息。 FDM 多用于模拟通信； TDM 多用于数字通信。,FDM与TDM的区别与联系,32,话音信号组装成帧,33,PCM30/32路帧结构,34,帧的概念,1. 帧（F）：多路信息轮流被接通一次的总时间。 2. 时隙（TS）：每个话路接通一次所占的时间。 30/32路：每帧32个时隙 30个话路信息 帧同步信号TS0 复帧同步与标志信号TS16 24路：每帧24个时隙24个话路信息 3. 复帧：每16帧构成一个复帧。,35,PCM30/32路帧结构的时间特性,1. 1帧时间：ts = 1/ fs = 125 s ( fs = 8000 Hz ) 2. 1时隙： t = ts / 32 3.9 s 3. 1位码： t = 3.9 s / 8 488 ns 4. 1复帧： t = ts ×16 = 2 ms .,36,PCM30/32路帧结构的位码特性,1. 1时隙传 8 bit 2. 1帧传 8×32 = 256 bit 3. PCM 30/32路制式码率： 256×8000 = 2.048Mb/s,37,PCM30/32路帧结构的时隙分配,1.TS0 帧同步时隙 作用：保证收、发两端同时工作 D1：留作国际通用，目前固定为 “1” 偶数帧D2D8：帧同步码 “ 0011011 ” 奇数帧D2：监视码“1”，区分奇数帧和偶数帧 奇数帧D3：帧失步告警码，同步时发 “0” 失步时发 “1” 奇数帧D4D8：其他信息，未占用时固定发“1”,38,2.TS16 复帧同步和标志信号时隙 F0中D1D4：复帧同步码， “ 0000 ” F0中D6：复帧失步告警码，同步时发“0” 失步时发“1” F0中D5.D7.D8：备用比特，未占用时固定发“1” F1至F15中D1D4：分别传第 1 15路的话路标志信号码。不能同时为0，区分复帧同步码。 F1至F15中D5D8：分别传第1630路的话路标志信号码。,PCM30/32路帧结构的时隙分配,39,3. 话路时隙 TS1 TS15 ：第115路的话音信息码组 TS17TS31 ：第1630路的话音信息码组 D1：极性码 D2D4：段落码 D5D8：段内码,PCM30/32路帧结构的时隙分配,40,PCM一次群,PCM30/32路：30个话路， 传输速率：2.048Mb/s PCM 24路：24个话路， 传输速率：1.544Mb/s,41,1）意义：提高信号传输速率和交换容量 2）高次群构成规则： 通过复用器，四个一次群复用成二次群；四个二次群复用成三次群；四个三次群复用成四次群,PCM高次群,42,交换网络示意图,43,线束利用度,全利用度线束,44,线束利用度,部分利用度线束,45,n×nm的两级接线器结构,46,nm×nm的两级接线器结构,47,nm×nm的两级接线器（简化图）,48,nmk×nmk的三级接线器结构,49,扩大级间链路数,50,混合级交换网络,51,三级无阻塞网络举例,52,CLOS网络无阻塞网络,对于一般情况，Clos已证明，当第一级有m个交换器，每个交换器有n条入线，而第三级有k个交换器，每个有j条出线时，一个三级无阻塞网络应满足。 第一级有m个 n×(nj1)交换器 第二级有nj1个 m×k 交换器 第三级有k个 （nj1）×j 交换器 上述原则可推广到任意奇数级网络。,53,数字交换的实质,数字交换实质：时隙内容在时间位置上进行搬移,54,时隙交换,入线,数字交换网络,出线,HW1,HW2,HW1,HW2,TS1,TS3,时隙交换：同一HW上不同TS的交换,55,线间交换,入线,数字交换网络,出线,HW1,HW2,TS1,TS1,HW1,HW2,TS1,TS1,线间交换：同一TS在不同HW间的交换,56,数字交换网络,入线,数字交换网络,出线,HWi,HWj,TSm,TSn,HWi,HWj,TSm,TSn,数字交换网络：将任一条输入母线(HW)上的任一时隙(TS)交换到所需的任一输出母线（HW）上的任一TS的接续网络。,57,A,B,B,A,暂存经过PCM编码的话音信息,暂存话音存储器的单元地址，用来控制话音存储器的写入或读出,话音存储器,话音信息,单元地址,容量：SM单元数HW线上TS数,T接线器的构成,内容：数字话音信息,字长：8bit,容量：CM单元数SM单元数,内容：SM的单元地址,字长：由SM的单元数决定 log2n bit,58,例：设HW上有1024个时隙，则：,（1）SM的单元数是多少？ 每个单元的字长是多少？ （2）CM的单元数是多少？ 每个单元的字长是多少？,1024 8 1024 10,59,时隙交换举例分析,T接线器,HW入,HW出,（2）CM和SM的读写周期由定时脉冲控制,（1）定时脉冲CP的周期一个时隙的长度,60,A: TS1 TS3 B: TS3 TS1,TS1,TS2,TS3,A,TS1,TS2,TS3,话音存储器,控制存储器,TS2,TS3,B,TS3,A,B,空,TS1,TS2,TS3,A,空,空,TS1,TS2,TS3,B,T接线器的工作原理（输出控制）,3,1,SM单元号输入TS号 SM内容话音