第3章电话通信系统课件

第3章 电话通信系统3.1电信系统的组成3.2电话通信过程3.3数字程控交换技术3.3信令系统1电话机的发明1875年6月2日贝尔和沃森发明了电话，这就是原始的电磁式电话。1877年爱迪生发明了碳精式送话器，将碳精式送话器与手柄、呼叫设备（电铃）、手摇发电机和干电池组合起来就成为磁石式电话机。1882年出现了共电式电话机，这种电话机不需要手摇发电机和干电池，通话所用电源由交换机供给，这种概念一直沿用到今天。1896年美国人爱立克森发明了旋转式电话拨号盘。1920年美国人坎贝尔发明了消侧音电路，这样就产生了自动电话机拨号盘电话机。上个世纪60年代电子学飞速发展，70年代大规模集成电路的出现，出现了电子电话机按键式电话机。80年代随着N-ISDN的应用出现了数字电话机，从电话机出来的是数字话音信号。随着B-ISDN网络和IP骨干网络的出现，多媒体用户终端和IP电话机相继出现。固定电话和移动电话3.1 电信系统构成打电话时声音信息传递的过程。通话是如何实现的？探 讨电信系统是各种协调工作的电信设备集合的整体，最简单的电信系统是只在两个用户之间建立的专线系统，如有5部电话要实现相互之间通话，则需要专线将5部电话两两相连。当通话的电话用户越来越当通话的电话用户越来越多时，会出现什么问题呢多时，会出现什么问题呢？对于较复杂的通信系统，为了解决随着用户数增加而带来的专线连接问题，因此，在通信系统中，产生了交换式通信系统，多个用户同时接到交换机上，由交换机根据需要实时完成呼叫接续，在此基础上形成了以交换机为核心的通信系统。电信系统组成模型电信系统组成模型u信源：是产生信息的人或机器，如声音（话筒），符号源（计算机），图像源（摄像机）等，将原始信息转换成基带电信号。u发送器：完成变换，使信号源的输出基带信号变成为便于传输的信号（电或光信号）的设备。如编码、调制、放大等。u信道：是传送信号的媒介，如电缆、光纤、空间等。u接收器：完成反变换（输出基带信号）以便获得能识别消息的设备，如译码器、解调器、放大器等。u信宿：为接收信息的人或机器。如听筒，显示屏等。将基带信号恢复为原始信号。u交换设备：交换设备在用户群内每对用户终端间，按需提供传输信道构成临时通信连接；并可控制信号流向及流量的集散，从而达到共用电信设施和提高设备利用率的目的。是电信网的核心,它的基本功能是完成接入交换节点链路的汇集、转接接续和分配。u噪声：噪声是除去信息以外所有能量的总称，它并不是一个人为实现的实体，但在实际通信系统中又是客观存在的，可以存在于发送器、信道、交换设备以及接收器中。一一个个完完整整的的电电信信系系统统应应由由终终端端设设备备、传传输输设设备备（包包括括线线路路）和和交交换换设设备备三三大大部部分分组组成成。例例如如：电电话话系系统统，终终端端设设备备是是电电话话机机，传传输输设设备备是是用用户户线，中继线，交换设备是电话交换机。线，中继线，交换设备是电话交换机。归纳思考归纳思考3.1.2电信系统的三大硬件设备终端设备传输设备交换设备 1.终端设备将话音、文字、数据和图像信息转变为电信号、电磁信号或光信号发出去将接收到的电信号、电磁信号或光信号复原为原来的话音、文字、数据或图像 电话机、电报机、移动电话机、微型计算机，数据终端机、传真机、电视机 终端设备终端设备2.传输设备传输设备是将电信号、电磁信号或光信号从一个地点传送到另一个地点的设备，它构成电信系统的传输链路（信道），包括无线传输设备和有线传输设备。无线传输设备有短波、超短波、微波收发信机和传输系统以及卫星通信系统（包括卫星和地球站设备）等；有线传输设备有架空明线、同轴电缆、海底电缆、光缆等传输系统。3.交换设备交换设备是实现一个呼叫终端（用户）和它所要求的另一个或多个终端（用户）之间的接续或非连接传输选路的设备和系统，是构成通信网中节点的主要设备。交换设备根据主叫用户终端所发出的选择信号来选择被叫终端，使这两个或多个终端间建立连接，然后，经过交换设备连通的路由传递信号。交换设备包括电话交换机、电报交换机、数据交换机、移动电话交换机、分组交换机、ATM交换机、宽带交换机等。交换设备交换设备4.通信电源设备 整流器以终端设备、交换设备为点，以传输设备为线，点、线相连就构成了一个通信网，即电信系统的硬件设备。电信系统只有这些硬件设备也是不能很好的完成信息的传递和交换，还需有系统的软件，类似于人的神经系统的功能。警警 示示3.2 电话通信过程电话通信是利用电的方法传送人的语言并完成远距离语音通信过程。一般使用的固定电话为模拟电话终端，通过用户线连接到交换机，交换机之间中继线传输的是数字信号。数字通信过程包括发送端的模/数变换、信道传输和接收端的数/模变换三部分。声音是如何变成数字信号进行传输的？声音是如何变成数字信号进行传输的？探探 讨讨模拟信号转换为数字信号设备称为模/数转换设备。将模拟信号转换为数字信号的方法有PCM脉冲编码调制（Pulse Code Modulation差值编码调制（Difference Pulse Code Modulation，DPCM）自适应差值编码（Adaptive Difference Pulse Code Modulation，ADPCM）增量调制（Delta Modulation，M）PCM数字通信过程PCM1.发送端的模/数变换（1）抽样（2）量化（3）编码 抽样量化编码模拟信号数字信号0100110tv00011110（1）抽样模拟信号数字化的第一步是在时间上对信号进行离散化处理，即将时间上连续的信号处理成时间上离散的信号，这一过程称之为抽样。通过抽样得到一系列在时间上离散的幅值序列称为样值序列。这些样值序列的包络线仍与原模拟信号波形相似，我们把它称之为脉冲幅度调制（Pulse Amplitude Modulation，PAM）信号。话音信号的离散化处理时间上的离散性使连续信号f(t)变成了离散的f(t0)、f(t1)、f(t2)、f(t3)抽抽样样后后的的信信号号时时间间上上变变成成离离散散的的，但但仍仍然是模拟信号。然是模拟信号。警警 示示设时间连续信号f（t），其最高截止频率为fm。要从样值序列无失真地恢复原时间连续信号，其抽样频率应选为fs2fm。这就是著名的奈奎斯特抽样定理，简称抽样定理。人的话音信号频率为3003400Hz，考虑防卫带的预留：fs8KHz，抽样周期T125s。（2）量化量化 抽样后的PAM信号的幅度仍然是连续的，因此还是模拟信号。幅值在一定范围内为无限多个值，若直接转换成二进制数字信号表示需要无限多位二进制信号与之对应，这是不可能实现的，为此要采用量化的办法。量化是把信号在幅度域上连续的样值序列用近似的办法将其变换成幅度离散的样值序列。具体的定义是，将幅度域连续取值的信号在幅度域上划分为若干个分级（量化间隔），在每一个分级范围内的信号值取某一个固定的值用m(t)来表示。量化误差这一近似过程一定会产生误差，称为量化误差。量化误差就是指量化前后信号之差，会产生量化噪声。（3）编码编码是把抽样并量化的量化值变换成一组（8位）二进制码组 对于一个数字话路来说，每秒钟抽取8000个样值，每个样值编为8位二进制代码，则每一话路的数码率为：8800064kbit/s。2信道及再生中继（1）信道传输的码型变换单极性不归零码（Non-Return Zero，NRZ）码变换为双极性归零码（Return Zero，RZ）。（2）再生中继在信道上每隔一段距离就要对数字信号波形进行一次“修整”，再生出与原发送信号相同的波形，然后,再进行传输。单极性不归零单极性不归零双极性不归零双极性不归零单极性归零单极性归零双极性归零双极性归零差分码差分码多极性码多极性码信道传输码型信道传输码型3接收端的数/模变换（1）再生、解码（2）低通滤波（平滑）信号衰减噪声干扰波形失真传输距离增加信噪比下降误码产生再生中继器消除遇到的问题门限电平信号再生信号再生数字通信过程包括以下三个过程：发送端的模/数变换包括抽样、量化和编码三个过程；信道传输包括码型变换和再生中继；接收端的数/模变换包括再生、解码和低通滤波三个过程。归纳思考归纳思考3.3 数字程控交换技术程控数字电话交换系统实际上完全是由计算机控制的电话交换系统，由硬件和软件两大部分组成。本节将重点说明其中数字交换的基本工作原理。程控交换机是存储程序控制交换机（Stored Program Contro1，SPC）的简称。是利用电子计算机进行控制的，它把电话交换机各种控制功能按步骤编成程序存入存储器，利用存储器内所存的程序来控制整个交换机工作。3.3.1电话交换系统概述 电话交换系统电话交换系统从从早期人工早期人工式式、机械、机械式、式、电子电子式式交换交换阶段，发展成为阶段，发展成为如今如今以计算机程序控制为主的程控数字以计算机程序控制为主的程控数字交换交换阶段，阶段，不仅实现不仅实现了了数字语音通信，还能实现传真、数字语音通信，还能实现传真、数据、图像通信，构成数据、图像通信，构成了了综合业务数字综合业务数字通信通信网。网。本本节节将首先给出电话交换的概念模型、功能模型以将首先给出电话交换的概念模型、功能模型以及及程控数字程控数字交换机的基本组成，然后就程控数字电话交交换机的基本组成，然后就程控数字电话交换系统的基本换系统的基本工作原理工作原理从硬件和软件两个方面进行说明。从硬件和软件两个方面进行说明。371、电话交换的概念模型 交换机能够实现多用户之间交换机能够实现多用户之间“两两连线构通回路两两连线构通回路”的设想，同时也节省了连接线路。的设想，同时也节省了连接线路。382、电话交换技术发展史39交换机类型接续方式控制方式接线器供电方式交换信息年代磁石式人工铃流*塞绳自备模拟话音1878共电式人工环路电流*塞绳交换机提供模拟话音1891步进制自动拨号脉冲步进接线器交换机提供模拟话音1891纵横制自动布线逻辑纵横接线器交换机提供模拟话音1919模拟程控自动存储程序干簧接线器交换机提供模拟话音1965程控数字自动存储程序电子接线器交换机提供数字话音等1970*铃流：接线员听到主叫振铃后，人工完成接线*用户摘机后接线员看到灯闪，人工完成接线表3-1 各类交换机及其主要特点3.3.2程控数字交换机的组成1程控交换机组成2各组成部分功能3程控交换机的用户服务性能1程控交换机组成是由硬件系统和软件系统组成程控交换机的硬件系统包括话路部分、控制部分和输入输出部分。程控交换系统中的硬件动作均由软件进行控制完成，程控交换机的软件系统包括运行处理所必需的在线程序和用于交换的设计、调试、软件生产和管理的支援程序两部分。输入输出部分输入输出部分2各组成部分功能（1）用户电路用户线进入交换局的接口电路。用户电路的主要功能“BORSCHT”功能：B（Battery Feed）：馈电。为用户线提供通话和监视电流，程控数字交换的额定电压为-48V的直流，用户线上的馈电电流为18 mA50mA。O（Over voltage Protection）：高压和过压保护。.程控数字交换机一般采用两级保护：第一级是总配线架保护，第二级保护就是用户电路，通过热敏电阻和二极管实现。R（Ringing）：振铃。由被叫侧的用户模块向被叫用户话机馈送铃流信号，同时向主叫用户送出回铃音。S（Supervision）：监视。通过扫描点监视用户回路通、断状态，以监测用户摘机、挂机、拨号脉冲等用户线信号。C（Codec Filtees）：模拟数字变换，即AD变换。把电话机发出模拟信号变成数字信号送往信道传输，同时把从信道接受的数字信号反变换成模拟信号送给话机。H（Hybird Circuit）：二线四线变换。完成2线的模拟用户线与交换机内部4线的PCM传输线之间的转换。T（Test）：测试。通过软件控制用户电路中的测试转换开关，对用户可进行局内侧和外线侧的测试。（2）控制系统控制部分是程控交换机的核心，其主要任务是根据外部用户与内部维护管理的要求，执行存储程序和各种命令，以控制相应硬件实现交换及管理功能。（3）输入/输出设备（I/O）包括打印机、终端、磁带、硬盘等设备。3.程控交换机的用户服务性能 q缩位拨号缩位拨号q热线服务热线服务q呼出限制呼出限制q免打扰服务免打扰服务q查找恶意呼叫查找恶意呼叫q闹钟服务闹钟服务q截接服务截接服务q缺席用户服务缺席用户服务q遇忙回叫遇忙回叫q无条件呼叫前转无条件呼叫前转q遇忙呼叫前转遇忙呼叫前转q无应答呼叫前转无应答呼叫前转q呼叫等待呼叫等待q三方通话三方通话q会议电视会议电视q主叫号码显示等主叫号码显示等3.3.3数字程控交换原理数字交换T接线器S接线器TST网络1数字交换数字交换是通过时隙交换来实现的，数字交换的实质就是把信息在时间位置上进行搬移。写入2、时隙交换与复用线交换48 为了了说明数字交明数字交换网的交网的交换原理，先要了解原理，先要了解时隙交隙交换和复用和复用线交交换两个重要的数字交两个重要的数字交换概念。概念。而而时分接分接线器和空分接器和空分接线器器则分分别用来用来实现这两两种交种交换。(1)T接线器时间接线器简称T接线器，T接线器的作用是实现一条时分复用线上的时隙交换功能。主要由语音存储器（Speech Memory，SM）和控制存储器（Control Memory，CM）组成。语音存储器用来暂存语音数字编码信息，每个话路为8bit。SM的容量即SM的存储单元数等于时分复用线上的时隙数。控制存储器用来存放SM的地址码（单元号码），CM的容量通常等于SM的容量，每个单元所存储的SM地址码是由处理机控制写入的。时间接线器的工作方式T接线器的工作方式是指SM的工作方式，CM的工作方式只能是控制写入、顺序读出方式。“顺序写入、控制读出”方式（输出控制方式）。“顺序读出、控制写入”方式（输入控制方式）。时间交换单元的控制方式时间交换单元的控制方式(3)S接线器空间接线器简称S接线器，S接线器的功能是完成各复用线的“空间交换”，即在许多根入线中选择一根接通出线，但是要在入线和出线的某一时隙内接通。S接线器由电子交叉节点矩阵和控制存储器组成。S接线器的工作方式输入工作方式：控制存储器接在输入线上。输出工作方式：控制存储器接在输出线上。0 1 20 1 20 1 2TS12 TS8TS12 TS808121272TS8TS8输入控制方式输入控制方式1TS12TS12200 1 20 1 20 1 2TS12 TS8TS12 TS808122TS8TS8输出控制方式输出控制方式0TS12TS1220127两种接线器的不足56T型接线器只能完成同一条复用线交换；S型接线器只能完成或者入线指定时隙或者出线指定时隙情况下复用线之间的交换，而不能完成入线和出线同时指定时隙的交换；对于大规模的交换网络，必须既能实现同一复用线不同时隙之间的交换又能实现不同复用线之间的时隙交换。因此，两种接线器结合组成复合型交换网络，才能实现这一要求。4TST网络一般单个T接线器的交换容量较小，而S接线器往往很少单独使用。无论是T接线器还是S接线器都不足以组成实用的时分接续网络，实际使用的时分接续网络都是由T接线器和S接线器组合而成。T接线器的工作原理S接线器的工作原理大容量交换如何实现？归纳思考归纳思考3.3.4 电话交换的呼叫接续过程完成一次通话交换机经过哪些接续过程？交换机是如何了解接收者的电话位置信息的？探探 讨讨呼叫接续过程主要包括呼叫建立、双方通话和话终释放。程控数字交换机完成一次呼叫的接续过程主要包括如下几个阶段：（1）主叫摘机，识别主叫、向主叫送拨号音；（2）接收主叫拨号脉冲；（3）分析号码，确定是局内接续还是出局接续；（4）测试被叫忙、闲。如闲，向被叫送振铃并向主叫送回铃音；如忙，则向主叫送忙音；（5）被叫应答，完成通话接续；（6）话终拆线。3.4 信令系统 3.4.1信令的基本概念3.4.2信令的分类3.4.3 No.7信令系统3.4.1信令的基本概念自动完成通话用户的接续或转接需要有一套完整的控制信号和操作程序，用以产生、发送和接收这些控制信号的硬件及相应执行的控制、操作等程序的集合体就称之为电话网的信令系统。信令系统是指为了完成特定的信令方式所使用的通信设备的集合。电话网的信令系统应具有监视功能、选择功能和网路管理功能。一次电话通话的信令流程 当用户摘机时，用户摘机信号送到发端交换机；当用户摘机时，用户摘机信号送到发端交换机；发端交换机收到用户摘机信号后，立即向主叫用户送出拨号音；发端交换机收到用户摘机信号后，立即向主叫用户送出拨号音；主叫用户拨号，将被叫用户号码送给发端交换机；主叫用户拨号，将被叫用户号码送给发端交换机；发端交换机根据被叫号码选择局向及中继线，发端交换机在选好的发端交换机根据被叫号码选择局向及中继线，发端交换机在选好的中继线上向收端交换机发送占用信号，并把被叫用户号码送给收端交中继线上向收端交换机发送占用信号，并把被叫用户号码送给收端交换机；换机；收端交换机根据被叫号码，将呼叫连接到被叫用户，向被叫用户发送收端交换机根据被叫号码，将呼叫连接到被叫用户，向被叫用户发送振铃信号，并向主叫用户送回铃音；振铃信号，并向主叫用户送回铃音；当被叫用户摘机应答时，收端交换机收到应答信号，收端交换机将应当被叫用户摘机应答时，收端交换机收到应答信号，收端交换机将应答信号转发给发端交换机；答信号转发给发端交换机；用户双方进入通话状态，这时线路上传送话音信号；用户双方进入通话状态，这时线路上传送话音信号；话终挂机复原，传送拆线信号；话终挂机复原，传送拆线信号；收端交换机拆线后，回送一个拆线证实信号，一切设备复原。收端交换机拆线后，回送一个拆线证实信号，一切设备复原。3.4.2信令的分类1按工作区域划分用户线信令用户线信令是在用户终端与交换机之间的用户线上传送的信令。对于常见的模拟用户线，用户线信令包括：用户状态信令、选择信令和各种可闻音信令。用户线状态信令是指用户摘机、应答、拆线等信号；用户线状态信令是指用户摘机、应答、拆线等信号；选择信令又称地址信令，是指主叫用户发出的被叫用户号码；选择信令又称地址信令，是指主叫用户发出的被叫用户号码；各种可闻音信令是由交换机发送给用户的，包括振铃信号、回铃音、各种可闻音信令是由交换机发送给用户的，包括振铃信号、回铃音、拨号音、催挂音等等。拨号音、催挂音等等。局间信令局间信令是在交换机与交换机之间的中继线上传送的信令。2按使用信道划分按信令信道可分为随路信令和公共信道信令。随路信令方式就是指在所接续的话路中传递各种所需的功能信号的信令方式。具体地说，随路信令方式就是在所接续的话路中传递两局间所需的占线、应答、拆线等监视信令及控制接续的选择信令和证实信令等。我国自行制定的中国我国自行制定的中国1 1号信令就是随路信令。号信令就是随路信令。公共信道信令是指在电话网中各交换局的处理机之间用一条专门的数据通路来传送信令信息的一种信令方式。我国目前使用的我国目前使用的No.7No.7信令就是公共信道信令。信令就是公共信道信令。3按信令功能划分按信令功能可分为管理信令、线路信令和路由信令。管理信令用于信令网的管理；线路信令是用于表示线路状态的信号；路由信令是指被叫用户地址信号。3.4.3 No.7信令系统1No.7信令特点（1）最适合采用64kbit/s的数字信道，也适合模拟信道和较低速率下的工作。（2）多功能的模块化系统。可灵活地使用其整个系统功能的一部分或几部分，组成需要的信令网络.（3）具有高可靠性。能提供可靠的方法保证信令按正确的顺序传递而又不至丢失和重复.（4）具有完善的信令网管理功能.（5）采用不定长消息信令单元的形式，以分组传送和明确标记的寻址方式传送信令消息。2No.7信令网（1）No.7信令网的基本概念No.7信令网是指一个专门用于传送No.7信令消息的数据网，是具有多种功能的业务支撑网。它由信令点（Signaling Point，SP）、信令转接点（Signaling Transfer Point，STP）以及连接它们的信令链路组成。通信网中提供通信网中提供No.7No.7信令功能的节点称为信令点（信令功能的节点称为信令点（SPSP）。信令点）。信令点是是No.7No.7信令消息的起源点和目的地点。信令消息的起源点和目的地点。某信令点不是某信令点不是No.7No.7信令消息的起源点和目的地点，只完成信令消息的起源点和目的地点，只完成No.7No.7信令消息转发功能的节点称为信令转接点。信令消息转发功能的节点称为信令转接点。信令链路是指连连接各个信令点，传送信令链路是指连连接各个信令点，传送No.7No.7信令消息的物理链信令消息的物理链路，由信令数据链路和信令终端组成。路，由信令数据链路和信令终端组成。（2）我国No.7信令网我国No.7信令网采用三级结构。第一级为高级信令转接点（High Signaling Transport Point，HSTP），是信令网的最高级；第二级为低级信令转接点（Lower Signaling Transport Point，LSTP）；第三级为信令点（SP）。HSTPHSTPLSTPLSTPLSTPLSTPSPSPSPSPSPSPSPSP：信令点 LSTP：低级信令转接点 HSTP：高级信令转接点信令设备信信令令采采集集子子架架信信令令收收敛敛器器本章小结和知识点u 电话系统的组成电话系统的组成u电话系统通信过程电话系统通信过程u单条复用线上时隙交换：时分接线器单条复用线上时隙交换：时分接线器u多条复用线之间时隙交换：空分接线器多条复用线之间时隙交换：空分接线器u程控数字电话交换系统的组成及原理程控数字电话交换系统的组成及原理uTST数字交换网数字交换网u信令系统信令系统73