程控數字交換機的硬件組成

3.2.2 程控數字交換機的硬件組成

程控數字交換機的基本組成如圖3-2所示。

程控數字交換機同樣可分為話路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩大部分，但由于數字交換機的交換網絡實現了數字化，采用了大規(guī)模集成電路，使得過去在公用設備（如繩路）實現的一些用戶功能，如振鈴、餓電等不能通過集成電路的電子接點，而不得不放在用戶電路中來實現。另外，我國目前的電話網仍然有一部分是模一Ife混合網，還擁有一定數量的模擬交換機。模擬局與數字局間的中繼連接需要一些接口電路，即使是數字局與數字局之間的連接，也要接口電路進行碼型變換和同步調整。同時，隨著數字化技術的發(fā)展，使許多非話業(yè)務的終端。如計算機的數據終端、傳真、用戶電報、數字用戶、圖文終端、ISDN終端等都要進入交換機進行交換，也要求交換機配備與各種終端相適應的接口電路。因此，程控數字交換機擁有較為豐富的接口與終端。

1.話路系統(tǒng)

話路系統(tǒng)由用戶級、遠端用戶級、選組級（數字交換網絡）、各種中繼接口、信號部件等組成。

（1）用戶級

用戶級是模擬用戶終端與數字交換網絡（選組級）之間的接口電路，由用戶電路和用戶集線器組成。用戶級的主要作用是對電話用戶線提供接口設備，將用戶話機的模擬語音信號轉換成數字信號，并將每個用戶所發(fā)出的較小的呼叫話務進行集中，然后送至數字交換網絡，從而提高用戶級和數字交換網絡之間鏈路的利用率。

用戶級又稱用戶模塊，基本結構如圖3-3所示，其組成單元功能如下。

用戶集線器，負責話務量的集中與分散。

信號提取和插入電路，負責把處理機通信信息從信息流中提取出來（或插入進去）。

網絡接口，用于與數字交換網絡的連接。

掃描存儲器，用于暫存從用戶電路讀取的信息。

分配存儲器，用于暫存向用戶電路發(fā)出的命令信息。

用戶集線器具有話務集中的功能。由于每個用戶忙時雙向話務量約為0.12?0.20Ert,相當于忙時約有12%?20%的時間在占用。如果每個用戶電路直接與數字交換網絡相連，數字交換網絡的每條通路的利用率就較低，而且使交換網絡上的端子數增加很多，采用用戶集線后，就可將用戶線集中后接出較少的鏈路送往數字交換網絡，這樣不僅提高了鏈路的利用率，而且使接線端子數減少。

用戶集線器多采用時分接線器，其出端信道數小于入端信道數。入端信道數和出端信道數之比稱為集線比，在我國許多的地區(qū)采用的集線比大多為4:1,如480個用戶公用120個。

用戶電路是用戶線與交換機的接口電路。由于某些信號（如振鈴、直流饋電等）不能通過電子交換網絡，因此把某些過去由公用設備實現的功能移到電子交換網絡以外的用戶電路來實現。歸納起來，目前，程控數字交換機中用戶電路的功能有下列七項：

B（Batteryfeed）饋電：

O（Over-voltageprotection）過壓保護；R（Ringingcontrol）振鈴控制：

S（Supervision）監(jiān)視；

C（Codec&filters）--編譯碼和濾波；

H（Hybridcircuit）混合電路：

T（Test）--測試。

圖3-4所示為用戶電路的功能框圖。

下面分別說明上述七項功能。

①餓電。向用戶話機饋電采用48V（SK-60V）的直流電源，如圖3-5所示。圖中兩個電感線圈對語音信號呈高阻抗，而對直流饋電電流則可視為短路，這樣一方面可以向用戶話機供電，另一方面對語音信號可有較小衰減。

②過壓保護。用戶線是外線，可能受到雷電襲擊，也可能和高壓線相碰。高壓進入交換機內部就會毀壞交換機。通常在總配線架上對每一條用戶線都裝有保安器（氣體放電器），它能保護交換機免受高壓襲擊。但是從保安器輸出的電壓仍可能達到上百伏，

這個電壓也不容許進入交換機內部。用戶電路中的過壓保護就是為了這個，稱為二次保護。

用戶電路中的過壓保護是采用二極管組成的鉗位電路，如圖3-6（a）所示。圖中D1?D4銀位二極管平時都受到電源電壓所加以的反偏S.對于絕對值卜V|以內的正常電壓，二極管都處于截止狀態(tài)，使它們都能進入用戶電路之后的部件。當輸入電壓大于卜V|時，二極管被導通，高壓被銀位在卜V|之內，而起到保護作用。另外，過壓保護元件電路中的R可采用熱敏電阻，當電流增大時，阻值也增大，也起到過壓保護的作用。甚至當電流過大時燒毀，造成斷路，這樣可保護交換機的安全使用。

目前已有電器特性與氣體放電管保安器十分相似的單片器件，其接通時間只有幾個納秒，用這種器件構成的過壓保護電路，在保護性能上會更好一些，如圖3-6（b）所示？

③振鈴控制。向被叫用戶振鈴，其鈴流電壓是比較高的。國內規(guī)定是90V±15V,頻率為25Hz,這樣的鈴流高壓在送往用戶線時，就必須采取隔離措施，使其不能流向用戶電路的內線，否則將引起干擾甚至損壞內線電路。由于用電子器件來實現上述要求有一定的困難，并且成本也很高，因此，一般采用振鈴繼電器，由繼電器的接點轉換來控制鈴流的發(fā)送。

用振鈴繼電器控制鈴流的原理如圖3-7所示。

從圖中可見，在振鈴控制信息（由軟件提供）控制下啟動繼電器J,就可將鈴流送向用戶。被叫用戶聞鈴聲后摘機應答，振鈴開關送出截鈴信號，停止振鈴。

有些交換機已將這部分功能由高壓電子器件來實現，從而取消了振鈴繼電器。

④監(jiān)視。這一功能通過監(jiān)視用戶線直流電流來監(jiān)測用戶話機的摘、掛機和號盤話機的撥號脈沖。監(jiān)視電路與饋電電路是合在一起的。在圖3-8（a）中所示的監(jiān)視電路中，就是在饋電回路中串入一個小電阻，在電阻兩端接放大器，引出監(jiān)視信號。在圖3-8（b）中，則是在用戶線的a,b線上串入兩個小電阻R,將R上的電壓引入比較器，經比較器后輸出監(jiān)視信號。

⑤編譯碼和濾波。這一功能完成模擬信號和數字信號間的轉換。由用戶話機送話器送出的語音信號是模擬信號，在送入數字交換網絡前，要由編碼器將其變成數字信號。由于模擬信號在編碼前要進行抽樣，故餺將模擬信號的頻帶限制在300?3400Hz,所以在編碼器前要加一個帶通濾波器。從數字交換網絡送出的數字信號要通過譯碼器變成脈沖幅度信號，再通過低通濾波器還原成模擬信號送至用戶話機的聽筒，所以，在完成模/數轉換和數/模轉換時，編譯碼器和濾波器是密不可分的。

目前編譯碼器和濾波器都采用集成電路，這樣不但體積小，價格也大幅度下降，故常用單路編譯碼器和濾波器，即每個用戶電路中都單獨配備一套編譯碼器和濾波器。

⑥混合電路?；旌想娐返墓δ苁怯脕磉M行二/四線轉換。用戶線上傳送的是模擬信號，-般都采用二線雙向傳輸。而數字信號的傳輸必須是單向，即發(fā)送時要通過編碼器，接收時要通過解碼器，因此需要四線單向傳輸。所以在二線和四線交接處必須要有二/四線轉換接口。過去多采用混合線圈實現這一功能，目前則較多地采用集成電路，因而稱作混合電路。圖3-9所示為混合電路的框圖。圖中的平衡網絡是對用戶線的阻抗平衡匹配，有的數字交換機的平衡網絡有多種，由處理機軟件來控制選用，使得盡可能達到平衡的效果。

⑦測試。測試功能實際上是為測試器提供測試的入口，可由測量臺或操作控制臺控制，接通測試繼電器接點或電子開關，把用戶內、外線分開，以便分別進行測試，測試結果可在操作臺顯示屏上顯示。采用繼電器的測試電路如圖3-10所示。

除了上述基本功能外，某些特殊用戶電路還具有極性轉換，衰減控制，計費脈沖發(fā)送等功能。

上面所說的用戶電路，是指連接普通電話用戶的模擬用戶電路。模擬用戶電路主要完成BORSCHT七大功能，目前已用單片大規(guī)模集成電路（SLIC）來取代傳統(tǒng)的分立元件、厚膜混合集成電路。該SLIC完成BORSCHT七大功能中的五個功能BORSH,CT兩個功能則仍需單獨的編譯碼器和濾波器集成電路來實現。

在程控數字交換機中，還有一種與數字用戶終端連接的用戶接口電路，叫數字用戶電路。常見的數字用戶終端設備有數字話機、個人計算機、數字傳真機及數字圖像設備等。數字用戶終端設備能直接給出數字信號，它通過數字傳輸送至數字交換機。因此，要求數字交換機相應的接口電路，也能直接在數字傳輸線上發(fā)送和接收數字信號。這樣數字交換機和數字用戶終端設備之間所進行的，實際上是數字數據通信。為了可靠地實現數據的發(fā)送和接收，數字用戶電路應具備碼型變換、回波抵消、均衡、擾碼和去擾碼、信令提取和插入、多路復用

（2）遠端用戶級

遠端用戶級是指裝在距離電話局較遠的用戶分布點上的話路設備，其基本功能與局內用戶級相似，也包括用戶電路和話務集中器，只是把用戶級裝到遠離交換局的用戶集中點去，它是將若干個用戶線集中后以數字中繼線連接至母局。由于用戶語音信號在經數字傳輸之前就已數字化，故傳到交換局的語音信號不必再進行D/A轉換，即可直接經數字中繼接口進入數字交換網絡進行交換。遠端用戶級也可稱為遠端模塊。

（3）選組級

選組級一般稱為數字交換網絡，它是話路部分的核心設備，交換機的交換功能主要是通過它來實現的。

在數字交換機中，交換的數字信號通過時隙交換的形式進行，所以數字交換網絡必須具有時隙交換的功能。完成這一功能的設備是時間接線器（T接線器）。由于T接線器的容量不可能很大，因此通常還需要具有空間交換功能的設備，完成這一功能的設備是空間型時分接線器（S接線器）。所以，一個大、中型的數字交換機則往往使用這兩種接線器的組合，采用T-T,T-T-T,T-S-T,T一S_S_T,T-S_S-S-T等形式。有關數字交換網絡的詳盡內容請參閱本章3.3.4節(jié)。

（4）中繼接口

程控數字交換機與程控模擬交換機一樣，在交換網絡（這里就是數字交換網絡）與局間中繼線之間，必須由中繼接口來配合工作。根據中繼線的類型，可有模擬中繼接口和數字中繼接口，分別稱為模擬中繼器和數字中繼器。

①模擬中繼器

模擬中繼器是用于數字交換機與其他交換機之間采用模擬中繼線相連接的接口電路，它是為數字交換機適應模擬環(huán)境而設置的。

模擬中繼線是傳送音頻信號的實線中繼線，或傳送頻分復用的模擬載波信號的中繼線。對于實線中繼線，模擬中繼器需將模擬信號轉換成數字信號或將數字信號轉換成模擬信號；對于頻分多路復用中繼線，可直接將頻分多路復用（FDM信號）轉換成時分多路復用（TDM信號），變成PCM數字編碼。

模擬中繼器的功能與用戶電路相似，也有過壓保護（O），編譯碼及濾波（C），測試（T）功能，不同的是它不需要饋電（B）和鈴流控制（R）功能。在中繼線采用二線制時，有二/四線轉換（H）功能，還有線路信號的監(jiān)視控制和中繼線的忙閑指示功能。另外，由于中繼線利用率高，因此對經模擬中繼的語音信號無需像用戶級那樣進行話務集中。圖3-12所示為模擬中繼器的功能框圖。

②數字中繼器

數字中繼器是數字交換機與數字中繼線之間的接口電路，數字中繼線一般采用PCM作為傳輸手段，一般為PCM30/32.基群接口通常使用雙絞線或同軸電纜傳輸信號，而高次群接口則逐步采用光纜傳輸方式。

數字中繼器的主要作用是將對方局送來的30/32路PCM信號分解成30路64kbit/s的信號，然后送至數字交換網絡。同樣，它也把從數字交換網絡送來的30路64kbit/s的信號，復合為30/32路PCM信號，送到對方局。

雖然PCM數字中繼線傳輸的信號也是數字信號，但它的傳輸碼型和數字交換機內傳輸和交換的信號碼型是不同的，而且時鐘頻率和相位也會有差異，此外其信令格式也不一樣。為此就要求數字中繼器應具有碼型變換、時鐘提取、幀定位、幀同步和復幀同步、信令提取和插入、告警處理等功能，以達到協(xié)調彼此之間的工作。圖3-13所示為數字中繼器的功能框圖。

（5）信號部件

信號部件分信號音發(fā)生器及多頻信號接收器和發(fā)送器。

數字交換機中信號音發(fā)生器一般采用數字音存儲方法，將撥號音、忙音等音頻信號進行抽樣和編碼后存放在只讀存儲器中，在計數器的控制下發(fā)出數字化信號音的編碼，經數字交換網絡發(fā)送到所需的話路上去。當然，在需要的時候，也可通過指定的時隙（如TS0,TS16）傳送。

多頻信號發(fā)送器和接收器主要用于接收和發(fā)送多頻（MF）信號，它包括音頻話機的雙音多頻信號和局間多頻信號。這些雙音多頻信號在相應的話路中傳送，都是以數字化的形式通過交換網絡而被接收和發(fā)送的。故在數字交換機中的多頻接收器和發(fā)送器應能接收或發(fā)送數字化的多頻信號。

1.控制系統(tǒng)

程控數字交換機是在程控模擬交換機的基礎上發(fā)展而成的，程控模擬交換機的控制系統(tǒng)，一般采用單一中央處理器的集中控制方式。程控數字交換機開始出現并迅速發(fā)展時，各種微處理器也相繼問世。因此，數字交換機通常采用引入微處理器的多機控制方式。采用多機控制方式的一種基本方式是設置多級處理機（兩級或三級處理器）。

程控交換機的控制部分一般可分為以下三級。

第一級：電話外設控制級。這一級是靠近交換網絡以及其他電話外設部分，也就是與話路設備硬件關系比較密切的這一部分的控制。這一級的控制功能主要是完成掃描和驅動。其特點是操作簡單，但工作任務非常頻繁，工作量很大。

第二級：呼叫處理控制級。它是整個交換機的核心。在這里將第一級送來的信息經過分析、處理后，再通過第一級發(fā)布命令來控制交換機的路由接續(xù)或復原。這一級的控制功能具有較強的智能性，所以這一級均為存儲程序控制。

第三級：維護測試級。主要用于操作維護和測試，它包括人一機通信。這一級要求更強的智能性，所以需要的軟件數最最多，但對實時性要求較低。

這三級的劃分可能是“虛擬”的，僅僅反映控制系統(tǒng)程序的內部分工。也可能是“實際”的，即分別設置專用的或通用的處理機來分別完成不同的功能。如第一級采用專用的處理機--用戶處理機，第二級采用呼叫處理機，第三級采用通用的處理機--主處理機。這三級邏輯的復雜性和判斷標志能力是按照從一級至三級順序遞增的，而實時運行的重要性、硬件的數量和其專用性則是遞減的。

有關控制部分的詳盡內容請參閱本章3.5節(jié)。

2.其他設備

程控數字交換機的硬件，除上述各部分外，還有外圍設備、監(jiān)視告警設備、錄音通知設備等。

（1）外圍設備

①磁帶機。用途有：作為后備系統(tǒng)，用于存儲統(tǒng)計數據，或用于話單計費系統(tǒng)。

作為后備系統(tǒng)的磁帶機，用于程序和數據的初次裝入及再裝入。而且每隔一段時間，機內的程序和數據要輸出轉儲于磁帶，加以保存。一旦出現軟件故障自動再裝入不成功時，需要找出最近一次轉儲后保存下來的磁帶，進行人工再裝入，如仍不成功，用再前一次轉儲后保存的磁帶，進行人工再裝入，直至成功為止。通常每一個程控局中都應配備一定數量的磁帶，以滿足日常維護及運行的需要。

②磁盤機。有些交換系統(tǒng)除配置磁帶機外，還配置有磁盤機。磁帶機與磁盤機都是計算機系統(tǒng)常用外存設備，也是程控交換機常用的外存設備。磁盤機與磁帶機都有比較大的存儲容量，磁盤機的讀和寫的速度比磁帶機快。因此，備有磁盤機的交換系統(tǒng)的軟件裝入時，-般首先從磁帶機倒入磁盤機。利用磁盤機讀出速度快的優(yōu)點，從磁盤機讀出軟件信息送入交換系統(tǒng)內存。再裝入時，也首先從磁盤機來裝系統(tǒng)，如果磁盤再裝入不成功，則再直接從磁帶機裝系統(tǒng)，或者先從磁帶機裝入磁盤機內。再由磁盤機裝入交換機。

③維護終端設備，包括可視顯示單元、鍵盤及打印設備。

維護終端設備是曰常維護管理的關鍵設備，設備數量應按維護工作量配置（一般至少兩套）。

（2）測試設備

測試設備包括局內測試設備、用戶線路測試和局間中繼線路測試設備等。有的交換系統(tǒng)還配置有測試用戶線及局間中繼線的測量臺和交換系統(tǒng)監(jiān)測臺設備。

（3）時鐘

為了程控交換機及數字傳輸系統(tǒng)的協(xié)調工作，程控交換系統(tǒng)必須配置時鐘設備。為了使各個程控局的時鐘信號同步，在各程控局必須配置網同步設備。程控局的時鐘，應按交換局級別配置具有不同精度及穩(wěn)定度的時鐘。

　?。?）錄音通知設備

用于交換局中需要語音通知的業(yè)務（例如，氣象預報、空號或改號、用戶的代答業(yè)務等）。

（5）監(jiān)視告瞥設備

用于系統(tǒng)工作狀態(tài)的告警裝置，一般均設有可視（燈光）信號和可聞（警鈴或蜂音）信號。