第3章 电路交换技术及接口电路

课堂线索： 交换—复用—连接（连接函数）—开关（开关阵 列组成的连接器）—网络(单级与多级交换网络 区别) 设想一下，接下来内容是什么？ 技术及接口电路。

硬件系统的基本组成

交换内容回顾 1）电路交换技术特点： 当任意两个终端用户需要通信时，可在两用户之间建立一条临时通路，该通路在整个通信期间不论中间是否停顿，都一直连通，直至通信结束时方可释放。 2）电路交换、报文交换和分组交换概念。 电路交换：实时、但不能满足不同类型数据交换。 报文交换：存储转发，可以满足不同类型数据终端设备之间 的相互通信，但是时延太长。 分组交换：存储转发，同时将报文分成许多截，时延小。

目录 3.1 电路交换技术的发展与分类 3.2 电路交换系统的基本功能 3.3 接口电路 3.4 数字多频信号的发送与接收

3.1 电路交换技术的发展 一、人工交换机阶段 1.磁石交换机（1878 美国 新港市） 2.共电交换机（1882 手摇发电机到集中供电） 二、机电式自动交换机阶段 1.步进制交换机（1891 美国 史段乔发明） 2.纵横制交换机（1926 瑞典） 三、电子式自动交换机阶段（存储程序控制） 1.空分程控交换机（1965 美国 AT&T） 2.时分模拟程控交换机 3.时分数字程控交换机 1.空分程控交换机 1965年，美国 AT&T 1ESS—第一部存储程序控制的空分交换机。 话路部分：空分网络 小型纵横继电器+电子元件 2.时分模拟程控交换机 话路部分：PAM 3.时分数字程控交换机 话路部分：PCM 它是计算机与PCM技术相结合的产物。

一、

二 步进制交换机 标志着从人工时代迈入机电自动交换时代。但其速度慢、效率低、杂音大与机械磨损严重 纵横制交换机

三、 全称为存贮程序控制交换系统。这是用计算机控制的交换系统。采用的是电子计算机中常用的“存贮程序控制”方式。即把各种控制功能、步骤、方法编成程序，放入存贮器，利用存贮器内所存贮的程序来控制整个交换工作。

电路交换发展历史

3.2 电路交换系统的基本功能 3.2.1 电路交换呼叫接续过程 3.2.2 电路交换的基本功能概述 3.2.3 控制系统的配置方式 3.2.4 电路交换系统的性能指标 电路交换具体过程？ 从具体过程概括出其具备的基本功能有哪些？ 要实现这些功能需要如何控制？ 如何衡量系统的优劣？

3.2.1 电路交换呼叫接续过程 1）呼叫建立 2）消息传输 3）话终释放 呼叫建立 1.用户摘机表示向交换机发出通信请求信令， 2.交换机向用户送拨号音， 3.用户拨号告知所需被叫号码， 4.如果被叫用户与主叫用户不属于同一个交换机，则还应由主叫方交换机通过中继线向被叫方交换机或中转汇接机发电话号码信令， 5.测试被叫忙闲，如被叫空闲，向被叫振铃， 6.向主叫送回铃音， 7.各交换机在相应的主、被叫用户线之间建立起一条用于用户通信的通路。

3.2.2 电路交换的基本功能概述 1）5项基本要求 能随时发现呼叫的到来 能接收并保存主叫发送的被叫号码 能检测被叫的忙闲以及是否存在空闲通路 能向空闲的被叫用户振铃，并在被叫应答时与主叫建立通话电路 能随时发现任何一方用户的挂机 能随时发现呼叫的到来 能接收并保存主叫发送的被叫号码 能检测被叫的忙闲以及是否存在空闲通路 能向空闲的被叫用户振铃，并在被叫应答时与主叫建立通话电路 能随时发现任何一方用户的挂机

2）交换系统的基本功能 连接功能：是在交换系统中建立通信通路功能 信令功能和终端接口功能 信令功能：是传递控制信号的功能 终端接口功能：是各种与交换系统的连接接口 控制功能：是控制连接系统建立通路的功能 连接功能：是在交换系统中建立通信通路的功能 控制功能：是控制连接系统建立通路的功能 信令功能：是传递控制信号的功能 终端接口功能：是各种与交换系统的连接接口

连接功能

在图3.3中，如果这两个用户要互相通话，则甲中户的话音信息a要在TS1时隙中送至数字交换网络，而在TS30时隙中将其取出送至乙用户。 乙用户的话音信息b也必须在TS30时隙中送至数字交换网络。而在TS1时隙中，从数字交换网络中取出送至甲用户，这就是时隙交换。 至此完成了两个用户之间的连接功能。

信令功能和终端接口功能 信令：除了通信时的用户信息以外的各种控制命令。 信令功能： 在呼叫建立的过程中，离不开各种信令的传送和监视： 监视：呼出监视；应答与接收监视。 号码、脉冲接收；音频信号接收。 音信号：拨号音；铃流与回铃音；忙音。 终端信令(用户--网络信令):用户终端和本地交换机之间的信令。 局间信令:交换机之间通过中继线传递的信令。 终端接口功能：用户线和中继线均通过终端接口而接至交换网，终端接口是交换设备与外界连接的部分,又称为接口设备或接口电路。 在呼叫建立的过程中，离不开各种信令的传送和监视： 监视：呼出监视；应答与接收监视。 号码、脉冲接收；音频信号接收。 音信号：拨号音；铃流与回铃音；忙音。 终端信令(用户--网络信令):用户终端和本地交换机之间的信令。 局间信令:交换机之间通过中继线传递的信令。

控制功能 概念：处理器通过控制交换网络实现连接。 实现：相应的控制部件。如“人” “处理器”等 分层： 低层控制：连接功能和信令功能由一些硬设备实现。包括扫描用来发现外部事件的发生或信令的到来。驱动用来控制通路的连接、信令的发送或终端接口的状态变化。 高层控制：指与硬设备隔离的高一层呼叫控制，例如对所接收的号码进行数字分析，在交换网络中选择一条空闲的通路等。

3.2.3 控制系统的结构 集中控制方式 分散控制方式 分布式控制

集中控制方式 常用的双机集中控制方式又分为负荷分担和主备、用方式 。 负荷分担：也叫话务分担，两台处理机独立进行工作，在正常情况下各承担一半 话务负荷当一个机子产生故障，可由另一机承担全部负荷。 主备用方式：一台处理机连机运行，另一台处理机与话路设备完全分离而作为备用 当主机发生故障时，进行主备用转换。

分散控制方式 所谓分散控制，就是在系统的给定状态下，每台处理机只能达到一部分资源，和只能执行一部分功能。 分类：单级多机系统和多级多机系统 其中，单级多机系统的各台处理机 并行工作，每一台处理机有专用的 存储器，也可设置公用存储器。

多级多处理机系统 在交换处理中，有一些工作执行频繁而处理简单，如用户扫描等。另一些工作处理较复杂但执行次数要少，如数字接收和数字分析。像故障诊断等维护测试则执行次数更少而处理很复杂。即处理的复杂性和执行次数成反比。 多级多机系统能够很好的适应以上特点。

分布式控制 随着微处理机的迅速发展，分散控制程度可以更高，而采用全微机的分布式控制方式，可更好地适应硬件和软件的模块化，比较灵活，适合于未来的发展，出故障时影响小。 在分布式控制中，每个用户模块或中继模块基本上可以独立自主地进行呼叫处理。S--1240数字程控交换机采用的是典型分布式控制方式。

3.2.4 电路交换系统的性能指标 基本指标 (1)类型和容量 (2)话务处理能力：话务负荷能力和呼叫处理能力。 (3)网络环境：编号计划、路由组织、信令方式、CM传输接口、计费方式。 (4)处理机和存储器的配置：处理机的类型、字长和配置方式、内存容量及外存的配置情况。 (5)：说明可完成的基本交换功能，如本机接续，出中继接续，汇接接续及可开放的非话业务。 (6)新服务性能：包括缩位拨号、热线服务、自动叫醒服务等新服务。 (7)使用条件：包括工作电压及允许范围、机房高度、温度与相对湿度允许范围等。 (8)传输特性：　包括传输衰耗，串音衰耗，非线新性失真，群时延，误码率，环程时延（数字交换机连接）等。 质量指标 包括系统阻断率，系统可用性，再启动次数，故障定位程度，呼损率，接续 时延。 (1)类型和容量 (2)话务处理能力 　话务负荷能力和呼叫处理能力。 (3)网络环境 　编号计划、路由组织、信令方式、CM传输接口、计费方式。 (4)处理机和存储器的配置 　处理机的类型、字长和配置方式、内存容量及外存的配置情况。 (5)基本功能 　说明可完成的基本交换功能，如本机接续，出中继接续，汇接接续及可开放的非话业务。 (6)新服务性能 　包括缩位拨号、热线服务、自动叫醒服务等新服务。 (7)使用条件 　包括工作电压及允许范围、机房高度、温度与相对湿度允许范围等。 (8)传输特性 　包括传输衰耗，串音衰耗，非线新性失真，群时延，误码率，环程时延（数字交换机连接）等。

3.3 接口电路 3.3.1 接口电路的概念 3.3.2 接口电路的分类及功能

3.3.1 接口电路的概念 交换网络是核心，连接周围模块。 目前电话交换机中交换网络全部采用数字交换网络。 话路中有各种模拟信号、数字信号，怎么办？采用接口电路。

3.3.2 接口电路的分类及功能 3.3.2.1 用户模块（接口电路） 3.3.2.2 中继模块（接口电路） 中继侧接口分A、B、C三种，A、B接口为数字中继接口，主要完成码型变换，时钟提取，帧同步，帧定位等功能。C接口为模拟中继接口，主要完成A/D、D/A转换，2/4线转换，多路复用等功能。 用户模块中包含用户电路、用户集中器和用户处理机三部分。 用户电路通过用户线直接连接用户的终端设备—话机，主要完成BORSCHT七大功能，这七大功能的具体讲解见接口电路部分。 用户集中器主要完成用户电路与核心交换网络之间的连接，完成用户话务的集中和扩散。 用户处理机完成对用户模块的控制和管理功能。

3.3.2.1 用户模块（接口电路） 用户模块中包含用户电路、用户集中器和用户处理机三部分。 用户电路通过用户线直接连接用户的终端设备—话机，主要完成BORSCHT七大功能，这七大功能的具体讲解见接口电路部分。 用户集中器主要完成用户电路与核心交换网络之间的连接，完成用户话务的集中和扩散。 用户处理机完成对用户模块的控制和管理功能。 用户侧接口也分模拟与数字两类： －－模拟Z接口连接模拟用户线，用户端为模拟话机，现在大量使用的固定电话还是模拟接口。 －－数字接口有V1～V5几种： V1为ISDN基本速率(2B+D)的数字接口 V2主要用于通过一次群或二次群连接远端或本端的数字网 络设备 V3主要用于通过30B+D或23B+D来连接数字用户设备 V4用于连接通过ISDN复用的数字链路

用户侧接口也分模拟与数字两类： －－模拟Z接口连接模拟用户线，用户端为模拟话机，现在大量使用的固定电话还是模拟接口。 －－数字接口有V1～V5几种： V1为ISDN基本速率(2B+D)的数字接口 V2主要用于通过一次群或二次群连接远端或本端的数字网 络设备 V3主要用于通过30B+D或23B+D来连接数字用户设备 V4用于连接通过ISDN复用的数字链路

（一）模拟用户接口功能 B（Battery Feeding）：馈电； O（Over Voltage Protection）：过压保护； R（Ringing Control）：振铃控制； S（Supervision）：监视； C（CODEC & Filter）：编译码和滤波； H（Hybrid Circuit）：混合电路； T（Test）：测试。

模拟用户电路功能框图

B（Battery Feeding）：馈电 从19世纪的共电交换机开始，所有话机都由交换机统一供电，称其为中央馈电。数字程控交换机的馈电电压为－48V，馈电电流为18～50mA。馈电电路一般采用恒流源电路方式，以限制用户线上的电流。

馈电

O（Over Voltage Protection）：过压保护

R（Ringing Control）：振铃控制 当用户作被叫时，都会收到振铃信号，该信号就是由用户电路通过用户线送到话机上的，振铃信号的标准是90±15V、25Hz的高压交流信号，该高压信号是由专门的铃流发生器产生的，当需要对某个话机送振铃音时，用户电路只是控制一个继电器，使继电器切换到铃流发生器上，从而将振铃信号送到话机上。 当用户作被叫时，都会收到振铃信号，该信号就是由用户电路通过用户线送到话机上的，振铃信号的标准是90±15V、25Hz的高压交流信号，该高压信号是由专门的铃流发生器产生的，当需要对某个话机送振铃音时，用户电路只是控制一个继电器，使继电器切换到铃流发生器上，从而将振铃信号送到话机上。

S（Supervision）：监视 模拟用户接口中的监视功能主要是监视用户线回路的通/断状 态，监视功能的是实现通过馈电线路中的测试电阻，对用户 线回路的通/断状态进行检测来确定下列各种用户状态的： 用户话机摘/挂机状态 号盘话机发出的拨号脉冲 对用户话终挂机的监视 投币话机的

C（CODEC & Filter）：编译码和滤波 编译码用来完成模拟用户线上的模拟信号与交换网络中的数字信号之间的转换，完成A/D和D/A转换功能，它由编码器（Coder）和译码器（Decoder）组成，简称为CODEC。在编译码器之前，还有滤波器，以滤除300～3400之外的频率。该电路是实时地进行A/D和D/A转换，语音信号、话机上的DTMF按键音和收到的信号音，都是通过该电路进行实时A/D和D/A转换。

H（Hybrid Circuit）：混合电路 模拟用户线为二线传输方式，而A/D转换后的数字信号采用四线传输，所以在A/D变换之前和D/A变换之后，需要采用混合电路来进行二/四线转换，如图所示为混合电路的框图，图中的平衡网络是对用户线进行阻抗匹配的。

T（Test）：测试 测试功能是为了在出现故障时能对用户线和用户电路进行测试，它分为外线测试和内线测试。外线测试是对用户线进行测试，主要测试用户电缆的一些指标，如环阻、对地电阻、对地电容、线间电容等；内线测试是对用户电路本身进行测试。

（二）数字用户线接口 数字用户线接口是数字程控交换系统和数字用户终端设备之间的接口电路。 能直接在传输线路上发送和接收数字信号的终端用户设备，例如数字话机、数字传真机、数字图象设备和个人计算机等。 这些数字用户终端设备，通过用户线路，接到交换机的数字用户线接口，就可实现用户到用户的数字连接。 为了实现用户到用户的数字连接而开发的本地交换机用户侧的数字接口。即V接口

主要的数字接口 V1接口：综合业务数字网（ISDN）基本速率（2B+D）接入的数字用户接口，B为64kb/s，D为16kb/s，在CCITT建议G.960和G.961中规定了这种接口的有关特性。 V2接口：主要用于通过一次群或二次群数字段去连接远端或本端的数字网络设备，该网络设备可以支持任何模拟、数字或ISDN用户接入的组合。 V3接口：主要用于通过一般的数字用户段，以30B+D或者23B+D的信道分配方式去连接数字用户设备，例如PABX中D为64kb/s。 V4接口：用于连接一个数字接入链路，该链路包括一个可支持几个基本速率接入的静态复用器，实质上是ISDN基本接入的复用。 接口V2、V3和V4的判别主要在复用方式与信令要求方面，希望有一个标准化的V接口能同时支持多种类型的用户接入，ITU-T提出了V5接口：是交换机与接入网络(AN)之间的数字接口。这里的接入网是指交换机到用户之间的网络设备。因此V5接口能支持各种不同的接入类型。

V5接口的优点 V5接口是一个开放的接口 通过V5接口网络运营者可以选择最好的系统设备进行 组合支持不同的接入方式。通过开放接口，本地交换机可 以接纳各种接入网设备，从而使网络向有线/无线结合的方 向发展。 提供综合业务 增加安全、可靠性

3.3.2.2 中继模块（接口电路） 中继侧接口分A、B、C三种，A、B接口为数字中继接口，主要完成码型变换，时钟提取，帧同步，帧定位等功能。C接口为模拟中继接口，主要完成A/D、D/A转换，2/4线转换，多路复用等功能。

与模拟用户接口电路区别 比用户电路少了振铃控制，对用户状态监视变为对线路信令的监视 要接收线路信令和记发器信令按照测检结果，提供扫描信号输出。通过驱动也可使中继电路送出所需的信号。 混合功能是完成双向平衡的2线和单向不平衡的4线之间的转换。也就是2/4线转换。为了防止干扰，在混合电路中还提供了平衡网络。 对音信号电平的调节功能，在发送和接收两个支路中都有独立调节增益电路。 滤波和编译码是将模拟的音信号转换成PCM数字码。编码若按A律压扩，即用2048kHz和8kHz取样。

模拟中继线 模拟中继线有两种： 一种是传送音频信号的实线中继线，和用户线一样，在中继接口中可直接进行数字编码； 另一种是接频分复用（FDM）的模拟载波中继线，这种接口通常要先恢复话音信号，然后再进行数字编码。目前使用较多的是FDM-TDM直接变换方法。

一．频分复用 复用：在一个信道上传输多路信号。 频分复用 （FDM） 时分复用 （TDM） 码分复用（码分多址） （CDMA） 波分复用 （WDM） 频分复用：就是以频段分割的方法在一个信道内实现多路通信的传输体制。 (frequency division multiply)

复用发信端 调制，将各信号搬移到不同的频率范围。

复用收信端 收信端：带通滤波器，分开各路信号，解调。

频分复用解调分析 先利用一个带通滤波器（ ） 滤出 附近的分量，再同步解调 再使用低通滤波器，完成解调。

二．时分复用 ● Time-division Multiplexing (TDM) ●主要用于数字信号的传输和接入 ●把传输信道按时间进行分割成不同的时间段 ●每部分时间段称为时隙 (Time Slot) 优点

优点 时分复用传送PCM信号，传输PCM信号所具备的优点在时分复用都得以体现。 产生与恢复各路信号的电路结构相同，而且以数字电路为主，比频分复用系统的电路更容易实现超大规模集成，电路类型统一，设计、调试简单。 容易控制各路信号之间的干扰（串话），合理设计码脉波形可使频带得到充分利用并且防止码间串扰。 

数字中继接口主要功能 数字中继接口主要是三方面的功能：信号传输、同步、信令变换。与用户电路的BORSCHT功能相对应，可概括为GAZPACHO功能： 　G：Genertion of Frame code 　帧码发生 　A：Alignment of frames 　　 帧定位 　Z：Zero string suppression 　连零抑制 　P：Polar conversion 码型变换　 　A：Alarm processing 告警处理 　C：Clock recovery 　时钟提取恢复 　H：Hunt during reframe 　帧同步 　O：Office signaling 　信令插入、提取

数字中继接口 数字中继接口又称为A接口或B接口，是数字中继线（PCM）与交换机之间的接口。 输入方向首先是码型变换，然后是时钟提取，帧、复帧同步，定位和信令提取。 输出方向是信令插入，连零抑制，帧、复帧同步插入，最后进行码型变换后输出。 数字中继接口又称为A接口或B接口，是数字中继线（PCM）与交换机之间的接口。 应用：常用于长途、市内交换机，用户小交换机和其他数字传输系统

3.4 数字多频信号的发送与接收 3.4.1 常用音信号及多频信号 3.4.2 产生、发送及接收

3.4.1 常用音信号及多频信号

程控交换系统：全称为存贮程序控制交换系统,这是用计 3.4.2 产生、发送及接收 程控交换系统：全称为存贮程序控制交换系统,这是用计 算机控制的交换系统,采用的是电子计算机中常用的“存贮程 序控制”方式。 引言 在程控数字交换机中：除了铃流信号，其他音信号和多频（MF）信号都是采用数字信号发生器直接产生数字信号，使其能直接进入数字交换网。 优点：可以克服振荡器频率和幅度不稳定的缺点，还节省了模数转换设备。

产生 数字音信号发生器的基本原理是把模拟音信号经抽样、量化、按照一定的规律存入只读存储器（ROM）中，再配合控制电路，在使用时按所需要的要求读出即可。

发送 方法1：在数字交换机中，各种数字信号可以通过数字交换网络送出，和普通话音信号一样处理。 方法2：通过指定时隙（如时隙0，时隙16）传送。下面以F--150机为例，数字信号音通过2条上行信道送到数字交换模块。其中一条传送30种双频信号；另一条传送26种信号音。

“链路半永久性”连接法 “链路半永久性”连接法：在数字交换网络里，预先指定好一些内部时隙，固定作为信号音储存到次级T话音存储器的通道。 在音信号采用“链路半永久性”连接时，不管有无要求，在次级T的话音存储器中，总是有数字信号音存在。一旦需要听某种信号音PCM数码在该用户所在的时隙读出即可。 音信号半永久性连接示意图

多个用户同时听一种信号音 因为：次级T的话音存储器是随机存储器，读出时并不破坏其所存的内容。 优点：在一个特定话路上的信号音能够同时送往许多用户，克服了模拟交换机中信号音发生器有一个最大负荷限制的缺陷。

接收 译码：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。 实现：数字信号接收器用于接收MF等信号，尽管模拟信号的选频技术已非常成熟，但在数字程控交换系统中，多用数字滤波器和数字逻辑电路实现。 数字信号接受器