1、通信技术基础之 PCM及程控交换技术,主 要 内 容,一. PCM概述,二. 程控交换网概述,PCM系统简介,PCM： 脉冲编码调制(Pulse Code Modulation）。 PCM的概念最早是由法国工程师Alce Reeres 于1937年提出来的。1946年第一台PCM数字电话终端机在美国Bell实验室问世。1962年后，采用晶体管的PCM终端机大量应用于市话网中，使市话电缆传输的路数扩大了二三十倍。20世纪70年代后期，随着超大规模集成电路PCM芯片的出现，PCM在光纤通信、数字微波通信和卫星通信中得到了更为广泛的应用。,PCM概述,PCM主要包括抽样、量化与编码三个过程。抽样：把
2、连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅 度的抽样信号；量化：把离散时间连续幅度的抽样信号转换成离散 时间离散幅度的数字信号；编码：将量化后的信号编码形成一个二进制码组输 出。,PCM系统框图,PCM系统的基本原理,每秒传送8000帧，每帧32个时隙，每个时隙8比特串行码，16帧构成一个复帧，其时间长度为125s162ms。传送码率为8比特/时隙32时隙/帧8000帧/秒2048kb/s，而每一路信号的速率为64kb/s。 通常将TS0作为帧同步时隙，TS16作为信令时隙。30个话路只有8bit的信令信息，这显然是不够的。为此采用复帧结构，即由16个单帧组成一个复帧。这样安排就可以保证在2ms时间
3、内为每个话路分配到4个信息bit，即信令速率为2kb/s，这就是30/32PCM复帧结构中随路信令的信息速率。,PCM帧结构,（1）30/32路帧结构- 欧洲、中国采用 E1，速率是2.048Mbit/s （2）24路帧结构 - 北美 日本采用 T1，速率是1.544Mbit/s,在一个单帧中，PCM 30/32系统的特征数据如下： 话音频带：3003400Hz 取帧速率：8000Hz 帧周期：125s 每样值编码比特：8bit 每话路速率：64kbit/s 每帧时隙数：32 每帧比特数：256,PCM 30/32系统,PCM线路的优点,与传统的DDN技术相比,PCM具有以下特点： 线路使用费
4、用相对便宜。 能够提供较大的带宽。 接口丰富便于用户连接内部网络。 可以承载更多的数据传输业务。,PCM设备简介,PCM设备将1-30路电话复合成一个标准的E1(2M:G.703)通道进行传输,点对点组网! 电话接口支持FXO/FXS等. 它可以在标准的PCM3032基群即2M传输通道上直接提供30语音、数据业务接口。 目前市场PCM设备多数都是模块化，各种用户模块可以混合装配。具有集中监控功能，方便用户维护管理。有的还可以提供光接口模块，直接利用光纤进行传输。,PCM设备工作原理,二、程控交换技术简介,电信通信网的基本组成部件,终端设备 电话机、传真机等。电话机的基本功能是完成声电转换和信令
5、功能，将人的话音信号转换为交变的话音电流信号，并完成简单的信令功能。 传输设备 传输设备的功能是将电话机和交换机、交换机与交换机连接起来。常用的传输设备有电缆、光纤等。 交换设备 交换机的基本功能是完成交换，即将不同的用户连接起来，以便完成通话。,电话交换的概念,两部有线电话机之间必须有一对线连通才能通话，但在电话用户很多时，不可能在任意两个用户之间都装设一对线路。如果在用户分布的区域中心设置一个公用设备，则每一用户都有一对线路与该设备相连，如图所示,电话交换技术发展概况,1876年贝尔发明电话至今一百多年来，电话交换技术一直在不断地发展。 1878年1月28日第一部人工电话交换机开通使用，它
6、是具有21线磁石式交换机。 1891年，人工电话交换机开始使用，其优点是设备简单、安装方便、成本低廉。缺点是话务员的接线速度慢、易出错、劳动效率低。 1889年美国人史端乔发明自动电话交换机获得专利， 1909年德国西门子公司对史端乔式交换机进行重大改进，制成西门子式交换机，1927年基本完善，成为步进制交换机的基型，实现了自动接续，但存在速度慢，效率低，杂音大与机械磨损严重等缺点。,1938发明了纵横制交换机，提高了接续速度，但其也是靠物理接触的方式传递信号，设备容易磨损 。 1965年由美国贝尔电话公司成功制造了世界上第一台程控交换机。程控交换机最突出的优点是：改变系统的操作时，无需改动交
7、换设备，只要改变程序的指令就可以了，使交换系统具有很大的灵活性，程近年来控交换机一直处在突飞猛进的发展过程中。,电话交换机分类,按照交换机的接线方式划分：人工电话交换机自动电话交换机按交换机的使用划分：局用交换机，它包括市话交换机、汇接市话交换机、国内长话交换机、国际长话交换机 用户小交换机，又称为专用小交换机,可为机关、工矿企业、学校使用。,程控交换机的技术发展很快，其价格不断降低，服务功能不断增加，下面从三个方面说明。 用户方面： 采用脉冲编码信号(PCM)方式，使通话质量大大改善；采用数字信号后加强了保密性；话路网的阻塞非常小，大大提高了电路的接通率；话路网采用了中、大规模集成电路，使接
8、续速度加快。,程控交换机的优点,电话局方面 由于采用中、大规模集成电路，其面积是机电交换机机房面积的1/101/5；可较灵活地修改部分程序，改变交换机的功能；利用故障处理、故障诊断、设备自动检测、资源管理等功能，减少维护工作量；便于实现多种计费方式，如采用单式计费、复式计费等；易于实现维护自动化与集中化。,通信网方面 网路的最佳利用，可减少交换点数目，可配合不同功能的交换机；增加了路由选择、编码选择及交换接口的灵活性，可通过软件来实现 ;有利于向综合业务数字网方向发展，通信网的最终发展方向是要建立一个高质量、高速度、高自动化的综合业务的数字网；采用新的信令方式，尤其是公共信道信令系统的引入。,
9、程控交换机按其交换网络接续方式、交换信息的类型，以及控制方式的不同，可以进行图所示的分类。,程控交换机的分类,按交换网络接续方式来分类 按交换网络的接续方式，程控交换机可分为空分和时分两种方式。 对于空分方式，其交换点可由金属接点或电子接点来组成。是指话路接续中每个用户均占据一定的空间位置。 对于时分方式，目前有脉幅调制(PAM)、增量调制(M)和脉码调制(PCM)三种信号。时分是指许多用户都接在一条公共通话线上，如图所示。,按控制方式分类 按控制方式，可分为集中控制、分级控制和全分散控制三种方式。（1）集中控制方式。程控交换机中只配备一对处理机(称中央处理机)，该交换机的全部控制工作都由中央
10、处理机来承担，这种控制方式称为集中控制方式，早期的空分交换机多采用这种控制方式。其框图如图(a)所示。,图 程控交换机的控制方式示意图,（2）分级控制方式：随着微处理机的发展，在程控交换机里配备若干个微处理机作为区域处理机来完成如监视用户摘机、挂机及接收拨号脉冲等这些比较简单而重复的工作，以减轻中央处理机的大量处理工作，这就是分级控制方式。其框图如图(b)所示。 （3）全分散控制方式：全分散控制的特点是取消了中央处理机。全分散控制的程控交换机示意框图如图(c)所示。图中的、分别是表示信号控制、呼叫控制和交换网络控制三项功能的所在位置。,电话交换机的基本功能 一、电话通信的基本原理,受话器：将电
11、信号还原为声音的转换器。送话器：将声音变换为电信号的转换器。按键式拨号盘：与拨号集成电路配合发出脉冲或 双音频(DTMF)信令。振铃器：交铃流、音调振铃器,检测出主叫用户呼叫； 建立电话交换机到主叫用户的临时通路，通过此通路获得被叫用户信息； 通过振铃呼出被叫用户； 为主、被叫用户建立通话通路； 检测话终，释放通路。,程控交换机的基本功能,程控交换机的基本组成,程控交换机的硬件基本结构 不论空分或时分程控交换机，其硬件主要分为三个系统，即话路系统，控制系统和输入、输出系统。如图所示。,图 程控交换机硬件系统组成,话路系统 作用是把用户线接到交换网络回路，用户电路是用户线与交换网络的接口电路，可
12、完成馈电、扫描、二四线转换、测试、保护、提供铃流通路等功能 控制系统 作用有两个：一是分析收集输入的信息，并进行处理；二是编辑命令，并向话路系统或输入、输出系统发送命令。 输入、输出系统 为了安装测试和维护运转的需要，中央控制系统还要配备一些常规的外围设备，一般包括打印机、终端等，还配备了如磁盘驱动器、磁带机等外存储器。, 程控交换机的软件基本结构如图所示。执行管理程序:是多任务、多处理机的高性能操作系统； 呼叫处理程序：完成用户的各类呼叫接续； 系统监视和故障处理程序：完成故障诊断程序共同保证程控交换机不间断运行； 维护和运行程序：提供人机界面完成程控交换机的运行控制和测试等。,程控交换机的
13、软件基本结构,各类支援系统又称为脱机程序，其数量比联机程序要大得多。 软件开发支援系统主要指语言工具； 应用工程支援系统包括交换网规划、安装测试等； 软件加工支援系统包含数据生成程序等； 交换局管理支援系统包含交换机运行资料的收集、编辑和输出程序等。,接续过程 根据前述程控交换机的基本结构，结合我们拨打电话的过程，程控交换机处理一次电话呼叫的简要流程如图所示。,处理一次呼叫的流程,1、主叫摘机到交换机送拨号音 程控交换机按一定的周期执行用户线扫描程序，对用户电路扫描点进行扫描，检测出摘机呼出的用户，并确定呼出用户的设备号。 2、收号和数字分析 程控交换机中脉冲号码是由用户电路接收的，扫描检出并
14、识别后收入相应存储器，在收到第一位号的第一个脉冲后，停发拨号音。双频号码一般是由双频处理电路板接收识别的。,3、来话分析至向被叫振铃 若数字分析的结果是呼叫本局，则在收号完毕和数字分析结束以后，根据被叫号码从存储器找到被叫用户的数据(包括被叫用户的设备、用户类别等内容)，而后根据用户数据执行来话分析程序进行来话分析，并测被叫用户忙闲。,4、被叫应答双方通话 被叫摘机应答由扫描检出，由预先已选好的空闲路由建立主被叫两用户的通话电路。同时，停送铃流和回铃音信号。通话电源一般经由各自的用户电路提供。 5、话终挂机、复原 双方通话时，一般由其用户电路监视是否话终挂机。如主叫先挂机，由扫描检出，通话路由
15、复原，向被叫送忙音，被叫挂机后其用户电路复原，停送忙音。呼叫接续及其对应的呼叫处理程序，如图所示。,几种主要的交换方式,电路交换 电话交换一般采用电路交换方式。 分组交换 数据通信的一种交换方式。它是利用存储转发的方式进行交换的。 ATM交换 即异步传送模式，又叫异步转移模式。,电路交换的特点,1、 在通信开始时要首先建立连接；2、 一个连接在通信期间始终占用该电路，即使该连接在某个时刻没有信息传送，该电路也不能被其它连接使用，电路利用率低。3、 交换机对传输的信息不作处理，对交换机的处理要求简单，但对传输中出现的错误不能纠正。4、一旦连接建立以后，信息在系统中的传输时延基本上是一个恒定值。,
16、模拟用户接口电话的七项基本功能,通常用BORSCHT七个字母表示: B:Battery Feed，馈电 O:Over Voltage Protection，过压保护 R:Ring Control，振铃控制 S:Supervision，监视 C:CODEC&Filter，编译码和滤波 H:Hybrid，混和电路，即二/四线变换 T:Test，测试,中继器的功能,n 码型变换和反变换。n 时钟提取：从输入的PCM码流中提取时钟信号，用来作为输入信号的位时钟。n 帧同步：在数字中继器的发送端，在偶帧的TS0插入帧同步码，在接收端检出帧同步码，以便识别一帧的开始。n 复帧同步：在采用随路信令时，需完成
17、复帧同步，以便识别各个话路的线路信令。n 信令的提取和插入：在采用随路信令时，数字中继器的发送端要把各个话路的线路信令插入到复帧中相应的TS16；在接收端应将线路信令从TS16中提取出来送给控制系统。,传统的电话网介绍,点到点的数字化,传统电话网公众交换电话网PSTN,话机及按键,在采用机电式模拟交换机的电话网中，用户只能应用拨号脉冲话机，以不同的脉冲个数代表用户所拨的不同号码。采用了程控数字交换机后，用户可使用脉冲话机，也可使用双音多频话机。双音多频话机有12个按键，除“0-9”外，还有“*”和“#”，这两个按键在一般拨号时不用，但在应用某些特殊新业务时将很有用处。,拨号权限,国际有权国内有
18、权郊县有权市内有权,拨号方式,1、本地呼叫 直接拨打七位或八位固网电话号码，本地移动，拨移动网网号(如139)+移动网用户号码 2、长途呼叫 长途字冠0+长途区号+本地电话号码 3、国际呼叫 00+I1I2+被叫国的国内有效号码。其中I1I2为国家号码（以两位国家号码为例） 注：国际电信联盟规定最长电话号码不得超过15位,信令概述,在交换机内各部分之间或者交换机与用户，交换机与交换机间，除传送话音，数据等业务信息外，还必须传送各种专用的附加控制信号(信令)，以保证交换机协调动作，完成用户呼叫的处理，接续，控制与维护管理功能。,信令的类别,按照信令的作用区域可以把信令划分为用户线信令和 局间信令
19、两种。 用户线信令是用户和交换机之间的信令。反映用户话机摘挂机状态、呼叫目的的拨号信号（数字信号）、线路忙闲状态的铃流和忙音等信号。 局间信令是电信网中各个交换节点之间传送的信令。局间信令按技术或传送方式又可分为随路信令和公共信道信令两种方式。,公共信道信令方式的信令系统,公共信道信令方式的NO.7信令系统主要特点是两交换局间的信令通路与话音通路分开，并将多条电路信令复用在一条专用的信令通路上传送，这条信令通路叫做信令数据链路。,七号信令的优点,（1） 信令传递速度快：通常速率为64kbit/s。（2）信令容量大：一条信令数据链路可以传送几百甚至上千条话路的信令，以完成呼叫的建立和释放。（3）
20、灵活性大：能改变和增加信令内容。 (4 ) 可靠性高：一方面对信令内容有检错和纠错功能，一旦发现差错，可要求重发；另一方面一旦信令链路发生故障，可倒换至备用链路。,七号信令网的概念,信令点SP：SP是处理控制消息的节点，产生消息的信令点为该消息的起源点，消息到达的信令点为该消息的目的地节点。 信令转接点STP：具有信令转发功能，将信令消息从一条信令链路转发到另一条信令链路的节点称为信令转接点。 信令链路：在两个相邻信令点之间传送信令消息的链路称为信令链路。 信令链路组：直接连接两个信令点的一束信令链路构成一个信令链路组。 信令路由：承载指定业务到某特定目的地信令点的链路组。 信令路由组：载送业务到某特定目的地信令点的全部信令路由。,电信信令网采用三级信令网,谢谢大家！,
