程控數(shù)字交換機的硬件組成

3.2.2 程控數(shù)字交換機的硬件組成

程控數(shù)字交換機的基本組成如圖3-2所示。

程控數(shù)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(shù)字交換機的交換網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了數(shù)字化，采用了大規(guī)模集成電路，使得過去在公用設(shè)備（如繩路）實現(xiàn)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(xiàn)。另外，我國目前的電話網(wǎng)仍然有一部分是模一Ife混合網(wǎng)，還擁有一定數(shù)量的模擬交換機。模擬局與數(shù)字局間的中繼連接需要一些接口電路，即使是數(shù)字局與數(shù)字局之間的連接，也要接口電路進行碼型變換和同步調(diào)整。同時，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，使許多非話業(yè)務(wù)的終端。如計算機的數(shù)據(jù)終端、傳真、用戶電報、數(shù)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(yīng)的接口電路。因此，程控數(shù)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(yuǎn)端用戶級、選組級（數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)）、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(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)（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(shè)備，將用戶話機的模擬語音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并將每個用戶所發(fā)出的較小的呼叫話務(wù)進行集中，然后送至數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)，從而提高用戶級和數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)之間鏈路的利用率。

用戶級又稱用戶模塊，基本結(jié)構(gòu)如圖3-3所示，其組成單元功能如下。

用戶集線器，負(fù)責(zé)話務(wù)量的集中與分散。

信號提取和插入電路，負(fù)責(zé)把處理機通信信息從信息流中提取出來（或插入進去）。

網(wǎng)絡(luò)接口，用于與數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)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(wù)集中的功能。由于每個用戶忙時雙向話務(wù)量約為0.12?0.20Ert,相當(dāng)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(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)相連，數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的每條通路的利用率就較低，而且使交換網(wǎng)絡(luò)上的端子數(shù)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(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)，這樣不僅提高了鏈路的利用率，而且使接線端子數(shù)減少。

用戶集線器多采用時分接線器，其出端信道數(shù)小于入端信道數(shù)。入端信道數(shù)和出端信道數(shù)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(wǎng)絡(luò)，因此把某些過去由公用設(shè)備實現(xiàn)的功能移到電子交換網(wǎng)絡(luò)以外的用戶電路來實現(xiàn)。歸納起來，目前，程控數(shù)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(nèi)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(nèi)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(nèi)的正常電壓，二極管都處于截止?fàn)顟B(tài)，使它們都能進入用戶電路之后的部件。當(dāng)輸入電壓大于卜V|時，二極管被導(dǎo)通，高壓被銀位在卜V|之內(nèi)，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(dāng)電流增大時，阻值也增大，也起到過壓保護的作用。甚至當(dāng)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(gòu)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(nèi)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(nèi)線，否則將引起干擾甚至損壞內(nèi)線電路。由于用電子器件來實現(xiàn)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(zhuǎn)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(yīng)答，振鈴開關(guān)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(xiàn)，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(jīng)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(shù)字信號間的轉(zhuǎn)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(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)前，要由編碼器將其變成數(shù)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(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)送出的數(shù)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(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)/模轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù)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(zhuǎn)換接口。過去多采用混合線圈實現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)是對用戶線的阻抗平衡匹配，有的數(shù)字交換機的平衡網(wǎng)絡(luò)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?yán)^電器接點或電子開關(guān)，把用戶內(nèi)、外線分開，以便分別進行測試，測試結(jié)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(zhuǎn)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(xiàn)。

在程控數(shù)字交換機中，還有一種與數(shù)字用戶終端連接的用戶接口電路，叫數(shù)字用戶電路。常見的數(shù)字用戶終端設(shè)備有數(shù)字話機、個人計算機、數(shù)字傳真機及數(shù)字圖像設(shè)備等。數(shù)字用戶終端設(shè)備能直接給出數(shù)字信號，它通過數(shù)字傳輸送至數(shù)字交換機。因此，要求數(shù)字交換機相應(yīng)的接口電路，也能直接在數(shù)字傳輸線上發(fā)送和接收數(shù)字信號。這樣數(shù)字交換機和數(shù)字用戶終端設(shè)備之間所進行的，實際上是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信。為了可靠地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，數(shù)字用戶電路應(yīng)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(fù)用

（2）遠(yuǎn)端用戶級

遠(yuǎn)端用戶級是指裝在距離電話局較遠(yuǎn)的用戶分布點上的話路設(shè)備，其基本功能與局內(nèi)用戶級相似，也包括用戶電路和話務(wù)集中器，只是把用戶級裝到遠(yuǎn)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(shù)字中繼線連接至母局。由于用戶語音信號在經(jīng)數(shù)字傳輸之前就已數(shù)字化，故傳到交換局的語音信號不必再進行D/A轉(zhuǎn)換，即可直接經(jīng)數(shù)字中繼接口進入數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)進行交換。遠(yuǎn)端用戶級也可稱為遠(yuǎn)端模塊。

（3）選組級

選組級一般稱為數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)，它是話路部分的核心設(shè)備，交換機的交換功能主要是通過它來實現(xiàn)的。

在數(shù)字交換機中，交換的數(shù)字信號通過時隙交換的形式進行，所以數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)必須具有時隙交換的功能。完成這一功能的設(shè)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(shè)備，完成這一功能的設(shè)備是空間型時分接線器（S接線器）。所以，一個大、中型的數(shù)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(guān)數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的詳盡內(nèi)容請參閱本章3.3.4節(jié)。

（4）中繼接口

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

①模擬中繼器

模擬中繼器是用于數(shù)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(shù)字交換機適應(yīng)模擬環(huán)境而設(shè)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(fù)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(zhuǎn)換成數(shù)字信號或?qū)?shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號；對于頻分多路復(fù)用中繼線，可直接將頻分多路復(fù)用（FDM信號）轉(zhuǎn)換成時分多路復(fù)用（TDM信號），變成PCM數(shù)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(zhuǎn)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(jīng)模擬中繼的語音信號無需像用戶級那樣進行話務(wù)集中。圖3-12所示為模擬中繼器的功能框圖。

②數(shù)字中繼器

數(shù)字中繼器是數(shù)字交換機與數(shù)字中繼線之間的接口電路，數(shù)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(shù)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(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)。同樣，它也把從數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)送來的30路64kbit/s的信號，復(fù)合為30/32路PCM信號，送到對方局。

雖然PCM數(shù)字中繼線傳輸?shù)男盘栆彩菙?shù)字信號，但它的傳輸碼型和數(shù)字交換機內(nèi)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(shù)字中繼器應(yīng)具有碼型變換、時鐘提取、幀定位、幀同步和復(fù)幀同步、信令提取和插入、告警處理等功能，以達到協(xié)調(diào)彼此之間的工作。圖3-13所示為數(shù)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(shù)字交換機中信號音發(fā)生器一般采用數(shù)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(shù)器的控制下發(fā)出數(shù)字化信號音的編碼，經(jīng)數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到所需的話路上去。當(dāng)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(yīng)的話路中傳送，都是以數(shù)字化的形式通過交換網(wǎng)絡(luò)而被接收和發(fā)送的。故在數(shù)字交換機中的多頻接收器和發(fā)送器應(yīng)能接收或發(fā)送數(shù)字化的多頻信號。

1.控制系統(tǒng)

程控數(shù)字交換機是在程控模擬交換機的基礎(chǔ)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(shù)字交換機開始出現(xiàn)并迅速發(fā)展時，各種微處理器也相繼問世。因此，數(shù)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(shè)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(shè)控制級。這一級是靠近交換網(wǎng)絡(luò)以及其他電話外設(shè)部分，也就是與話路設(shè)備硬件關(guān)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(qū)動。其特點是操作簡單，但工作任務(wù)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(jīng)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(fù)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(shù)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(nèi)部分工。也可能是“實際”的，即分別設(shè)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(fù)雜性和判斷標(biāo)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(shù)量和其專用性則是遞減的。

有關(guān)控制部分的詳盡內(nèi)容請參閱本章3.5節(jié)。

2.其他設(shè)備

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

（1）外圍設(shè)備

①磁帶機。用途有：作為后備系統(tǒng)，用于存儲統(tǒng)計數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)的初次裝入及再裝入。而且每隔一段時間，機內(nèi)的程序和數(shù)據(jù)要輸出轉(zhuǎn)儲于磁帶，加以保存。一旦出現(xiàn)軟件故障自動再裝入不成功時，需要找出最近一次轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yīng)配備一定數(shù)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(shè)備，也是程控交換機常用的外存設(shè)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(nèi)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(nèi)。再由磁盤機裝入交換機。

③維護終端設(shè)備，包括可視顯示單元、鍵盤及打印設(shè)備。

維護終端設(shè)備是曰常維護管理的關(guān)鍵設(shè)備，設(shè)備數(shù)量應(yīng)按維護工作量配置（一般至少兩套）。

（2）測試設(shè)備

測試設(shè)備包括局內(nèi)測試設(shè)備、用戶線路測試和局間中繼線路測試設(shè)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(shè)備。

（3）時鐘

為了程控交換機及數(shù)字傳輸系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，程控交換系統(tǒng)必須配置時鐘設(shè)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(wǎng)同步設(shè)備。程控局的時鐘，應(yīng)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(shè)備

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

（5）監(jiān)視告瞥設(shè)備

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