程控交换第3章硬件系统新

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,第,4,章 程控交换机硬件系统,总体结构,话路系统,控制系统,这一章，我能学到什么？,1.,程控交换机的话路系统,2.,数字中继器,3.,程控交换机控制系统,你认为程控交换机的硬件系统该由哪几部分来构成？,数字交换网络,用户集线器,数字中继器,模拟中继器,中继线,中继线,信号部件,CPU,操作,/,维护,用户电路,用户电路,程控交换机硬件系统包括：话路系统、中央控制系统和维护与操作系统,话路系统,：构成通话回路。由话路设备和话路控制设备组成。,中央处理系统,：存储各种程序和数据，进行分析处理，并对话路系统、输入,/,输出各系统发出指令。由中央处理机和各种存储器组成。,维护与操作系统,：完成系统的操作和日常维护工作。包括用户测量台、系统检测台和输入输出设备等。,三大系统的作用与组成,什么是话路系统？它又包含哪些模块？,话路系统包括用户级（用户终端与数字交换网络之间的接口电路）和选组级,(,数字交换网络,),两部分，用户级主要包括,用户电路、用户集线器,、中继器、信号部件。,用户级话路,用户级话路,组成：用户电路,SLC(Subscriber Line Circuit),和用户集线器。,如果终端是模拟话机，则用户线应为模拟用户线，用户电路是模拟用户电路。,如果终端是数字话机，则用户线应为数字用户线，用户电路是数字用户电路。,用户电路：,用户线与交换机的接口电路,BORSCHT,(,罗宋汤,),b,:t,B.Battery feed,馈电,H.Hybrid,混合电路,O.Overvoltage,protection,过压保护,T.Test,测试,R.Ringing control,振铃控制,S.Supervision,监视,C.CODEC&Filters,编解码和滤波,LPF,BPF,模拟用户电路：数字程控交换机中，用户电路,SLC,应具有,7,大功能,BORSCHT,。,馈电,B,：,向用户话机馈电是采用,48V,（,或,60V,）,的直流电源供电。电感线圈通直流阻话音信号，防止不同用户间经电源产生串话。,过压保护,O,：,用户外线可能受到雷电袭击，也可能和高压线相碰，保安器，二次保护，钳位方法。,D1,D2,A,热敏电阻,振铃控制,R,：,振铃电压为交流,90,15V,，,频率为,25Hz,，,1s,续，,4s,断。铃流高压送往用户线时采取隔离措施，由振铃继电器控制实现。其启动受用户处理机软件控制。,监视,S,：,监视用户线的通,/,断状态，及时将用户线的状态信息送给处理机处理。摘机直流，挂机无，拨号通,/,断电流。实现方法。,编解码和滤波,C,：,编译码和滤波功能是完成模拟信号和数字信号间的转换。,混合电路,H,：,完成,2/4,线转换。模拟线路,2,线双向传输，数字信号单向传输。,编码,解码,编码器,解码器,测试,T,：,测试功能主要用于及时发现用户终端、用户线路可能发生的故障。测试接点和开关，受继电器控制。,数字用户电路：是数字用户终端设备与程控数字交换机之间的接口电路。,1.S,接口：数字用户终端的数字信息采用四线制方式时，应采用,S,接口。其帧结构传输速率,192kbit/s,。,2.U,接口：,U,接口是在网络终端到电话局之间的,ISDN,用户线采用,二线制,市话电缆的接口设备。在二线制的用户线上进行数字信号的双向传输，须采取措施：,时间分隔复用法：又称“乒乓法”。,将时间分成两段，在一段时间传送一个方向的信息，在另一段时间里传送另一个方向的信息。,需要预留线路传输时延,Tp,和收发间的保护时间,Ts,。,突发周期,T=T1+T2+2Tp+2Ts,一般为,2-3ms,回波消除法：采用混合电路进行二,/,四线的变换时，对于数字信号在接收端会产生在大的串扰电平，所以在电路中,增加一个回波消除网络,（与混合电路具有幅度相同，极性相反的特性），抵消近端干扰。,用户集线器,SLC(Subscriber Line Concentrator),是用来进行话务量的集中,(,或分散,),的。,对于单个用户话务量很低，一般在,0.12,0.2Erl,之间。如果每个用户占用一个话路，将会造成资源的极大浪费。,通常是,120,个用户为一个用户群，每个用户群有一个话音存储器，可以有多个用户群复接在一起，从而可以将几百甚至上千个用户共用的,120,个话路接到选组级。,集中比：复接的用户群数。,集中后，话路的话务量达到,0.8Erl,，如此既节省了投资，又能使用户级至选组级间采用传输质量高的,PCM,链路，从而改善了用户线的传输质量。,用户集线器,(SLC),一,用户级,T,接线器复用示意图,SMU,代表上行通路话音存储器，,LCMU,代表上行通路用户级,T,的控制存储器。一个控制存储器按集中比,161,的要求，可控制,16,个话音存储器。,控制存储器的单元数为,128,个单元，每个单元地址对应输出母线的一个时隙,。,上行通路和下行通路的用户级,T,接线器是分别采用,读出,控制方式和,写入,控制方式。,LCMU,和,LCMD,的内容分别代表话音存储器（,SMU,和,SMD,）,的读出地址和写入地址，所以,控制存储器的单元数是,128,个单元，与各话音存储器的单元数一样，编码为,11,位，,4,位,SM,号码,(,16,个,SM,),，,7,位该,SM,单元号码,(,128,个,SM,单元。,),用户集线器,(SLC),二,中继器,中继器是中继线与交换网络以及控制系统间的接口电路。由于目前还存在大量的模拟中继线，因此一般数字交换系统都配备模拟中继器和数字中继器两种局间中继器。,模拟中继器：模拟中继线和数字交换机之间的接口电路。,目的,：是为数字交换机适应模拟环境而设置的，在模拟中继线上传输的是模拟信号。,功能,：与模拟用户电路,SLC,功能类似（不具有,B,和,R,两种功能）。,对于传送音频信号的实际中继线，在模拟终端要进行,A/D,和,D/A,转换；对于传送频分复用载波信号的模拟中继线，要进行,FDM-TDM,转换，直接变成,PCM,数字编码信号。,模拟用户电路的功能框图,模拟中继器的功能框图,数字中继器：数字中继线和数字交换机之间的接口电路。输入端和输出端都是数字信号。数字中继器需要完成如下功能,1.,码型变换；,2.,时钟提取；,3.,帧同步和复帧同步；,4.,帧定位；,5.,信号控制；,6.,帧和复帧定位信号插入。,码型变换：,码型变换是将线路上传输的,3,阶高密度双极性码,HDB3,(High Density,Bipoler,of order 3),码型变成适合数字中继器内逻辑电路工作的非归零码,NRZ,(Non Return to Zero),码。,HDB3-AMI(Alternate Mark Inversion)-RZ(Return to Zero)-NRZ,。,码型介绍,变换过程：,HDB3AMIRZ-NRZ,时钟提取：从,PCM,传输线上送来的码流中提取时钟信息。先把传输线上的,HDB3,码变换成,AMI,码，把,AMI,码经过整流变成,RZ,码，,RZ,码中含有时钟信息，因此可从,RZ,码中提取时钟信息。,帧同步和复帧同步：帧同步的,目的,是使得接收端帧的时序一一对应，保证各路信息能够准确的被接收端的各路所接收。,关键,是检测到,TS0,时隙。偶帧,TS0,时隙发送帧同步码,0011011,，奇帧,TS0,时隙发送帧失步告警信号。复帧不同步会造成信令错位，复帧同步要求检测出,F0,帧,TS16,的前,4,位码,0000,。,复帧结构,信号控制：与帧定位功能类似，提取,TS16,时隙中的信令，利用从输入码流中提取的时钟信号的控制下写入存储器，然后在本局时钟的控制下从存储器读出，送到,TS16,时隙，然后送往交换机。,帧和复帧定位信号插入：交换网络输出信号中包括语音信号和信令信号，不包括同步信号，因此在发送时，需要把帧同步信号,(TS0,时隙,),和复帧同步信号,(F0,帧的,TS16,时隙的前,4bit),插入，形成完整的帧和复帧结构。,（作为发送端时）,帧定位：使输入的码流相位和局内的时钟相位同步。发端局时钟和收端局时钟有偏差、传输码流因时延或其他因素影响与收端局时钟有偏差，从而影响信息的正常交换。因此帧定位的,任务,就是把发端局送来的时隙信息按照本局的时钟传送。帧定位一般由,弹性存储器,实现，写入由从码流信息中提取的时钟来控制，读出由本局时钟控制。,2-19,信号部件,信号部件用来产生交换机向用户发送的各种信号音或向其它交换机发送的局间信号。信号部件主要有,信号音发生器,、多频接收器和发送器。,单音频信号的产生：由数字信号发生器产生数字信号音。该信号发生器由,ROM,、,计数器和译码器,组成，对要产生的单音频信号进行,8khz,的抽样、量化、编码后，存入,R,OM,中，在计数器的控制下，读出,ROM,中的内容，产生数字信号音。,500hz,的单音信号,，对其在一个周期内进行,8khz,的抽样，一个周期内样值数为,8k/500,16,，,因此,ROM,需要,16,个单元,450hz,的单音信号,(,还记得,450hz,的单音频信号用在哪里吗？,),，,ROM,需要多少个单元？,9/450/125us=160,。,节省,ROM,存储单元,的方法是利用对称性，只存放,1/4,个抽样值，读取时按照顺读、倒读、顺读加负号、倒读加负号。,双音频信号的产生和单音频信号产生的原理相同，可以通过线性叠加，找出波形的对称性来节约,ROM,的容量。,对于,700hz,900hz,的双音频信号,，对其进行,8khz,的抽样，要求求出一个时间,T,，,经过,T,时间之后，三者又相互重合。,T,10ms,，,因此可以把,700hz,900hz,叠加信号看作周期为,10ms,的信号，一个周期内抽样为,80,个样值，因此,ROM,单元数为,80,个，采用对称性，,ROM,采用,21,个单元可以了。,练习题,在程控数字交换机中产生单音频数字信号音的是数字信号发生器，简要说明其组成结构。试计算,1800Hz,700Hz,的数字多频信号所需的,ROM,的容量（要求写出计算过程）。,组成结构：,ROM,，计数器，译码器。,令,m/1800,n/700,p/8000,，求得,m,18,，,n,7,，,p,80,时，最大公约数为,100hz,，,T,0.01s,（抽样时间）；,因此对周期为,0.01s,的信号进行,8000hz,的抽样，则一个周期内的样值数为,0.01/(1/8000),80,，故,ROM,需要,80,个单元。若采用节约存储器的存储方法，只需要,21,个,ROM,单元。,数字音频信号是如何发送的呢？,用,T,接线器发送音频信号：把数字音频信号从,ROM,中读出，放在,T,接线器的,SM,的某个单元内，当需要对某个用户送去音频信号时，从该单元中取出送至该用户所在的时隙上。通常取,TS0,和,TS16,。,数字音频信号的发送与普通话音信号的发送一样，通过数字交换网络送出。,TST,链路半永久性连接法：利用一条半永久性连接的链路来传递音频信号。,TST,链路半永久性连接是在开局时，就将各链路接好，指定两个时隙（,TSi,、,TSi+F/2,）,专门用来接续信号音。,这种数字音频信号我是如何听到的？,单音频信号由话机接收，数字单音频信号在用户电路经过译码，转换成模拟信号后，送到话机。,多音频信号有两种：用户电路送来的按键话机,双音多频,DTMF(Doul,Tone Multi-Frequency),信号,，由,DTMF,收号器接收；另一种是由中继器送来的多频互控,MFC,信号,(,记发器信号,),由,MFC,收号器接收。,接收器一般采用数字滤波器滤波，然后由逻辑识别电路识别。,接收器根据每个滤波器的输出大小来判决输入信号包含的频率成分。,数字音频信号的接收,数字双音频信号接收器框图,练习,3-11,试计算,1380+1500Hz,的数字多频信号所需只读存储器的容量,解：,可以发现,1380,，,1500,，,8000,的最大公约数为,20,，可求得,m=69,，,n=75,，,p=400,，可将,1380+1500Hz,双音频信号看作是周期为,50ms,的周期信号，抽样点为,400,个，所以,ROM,需要,400,个单元，采用节约存储单元的方法需,400/4+1=101,个单元。,什么是控制系统？它又是怎么工作的？,控制系统包括硬件系统和软件系统两部分，硬件系统就是中央处理机,CPU,软件系统就是存放在存储器中的程序以及数据库中的数据。,按照功能的不同，控制系统可以分为三级：,电话外设控制级：控制用户电路,SLC,，,完成扫描和驱动；操作简单，工作任务频繁，工作量大。,呼叫处理控制级：核心；将第一级送来的信息分析处理，再通过第一级发布命令来控制数字交换网络完成路由选择；智能性强，存储程序控制。,维护测试控制级：用于维护和测试；智能性更强，所需软件数据量最多，对实时性要求低。,三级的逻辑复杂性和判断标志能力依次增强，实时运行的重要性、硬件数量和专用性依次递减。,处理机的控制方式,处理机的配置有两种方式：单机集中控制和多机分散控制。,单机集中控制：一个处理机可以使用系统中的所有资源，执行交换系统的全部控制功能。,优点：处理机能了解整个系统的状态、控制系统的全部资源，功能改变只需改动软件。,缺点：系统脆弱，软件规模功能庞大，管理困难。,适用范围：小容量的交换机。,多机分散控制：每台处理机只能控制部分资源，执行交换系统的部分功能。,多机之间的工作划分有两种方式：话务容量分担和功能分担,话务容量分担：每台处理机只分担一部分用户的全部呼叫处理任务。处理机数可随容量的增大而扩充，但每机都要执行全部交换控制功能。,功能分担：每机只完成一部分功能，只需装入一部分软件。有利于软件简化，缺点是容量小时，也必须配备全部处理机。功能的分配有静态和动态两种。,静态分配：资源和功能的分配一次完成，各处理机根据不同分工配备一些专门的硬件。优点：提高了稳定性；软件简化，可做成模块化系统，经济性和可扩展性优势较强。缺点：灵活性较差。,动态分配：每台处理机可执行所有功能，也可控制所有资源，但要根据系统的不同状态进行最佳分配。优点：一台故障，其余可完成。缺点：动态分配复杂，系统可靠性降低。,大中型的交换机，两种方式结合使用。,多机之间的控制方式有两种：多级控制系统和分布式控制系统,分级控制系统：按控制功能的高低层次分别配置处理机。用户处理机；呼叫处理机；主处理机。,分布式控制系统：所有的呼叫控制功能和数字交换网络的控制功能都由与小用户线群或小中继线群（组成终端模块，包含一终端控制单元）相连的微处理机（终端控制单元中配备）提供。三种方式，即功能分散、等级分散和空间分散方式。,功能分散方式是每台处理机负责一种功能。,等级分散方式是在一群处理机中，每一台处理机担任一定角色，逐级下控。,空间分散方式是每台处理机负责交换机的一部分区域，此区域通话的全部功能由其负责。,处理机的备用方式,为了提高系统可靠性，保证交换机能够不间断的连续工作。,对于单机系统，最简单的备份就是设置双处理机，形成双处理机结构来进行备份。,双处理机结构有三种工作方式：,同步双工方式,、,话务分担方式,、,主,/,备用方式,存储器,数据存储器,RAM,，,用来暂存呼叫处理中的大量动态数据，可以读出写入。,程序存储器,ROM,，,只读不写。,不太常用的数据和程序也可装入外存,(,硬盘,),中。,程控交换机的可靠性设计,可靠性：产品在规定时间内和规定条件下,完成规定功能,的能力,可靠度：产品在规定时间内和规定条件下完成规定功能的成功概率，可靠度是一个定量指标。,完成规定功能的含义：,如果完成规定功能是指系统的技术性能，可靠度可用系统平均故障间隔时间,MTBF(Mean Time Between Failures),如果完成规定功能是指系统的维修性能，可靠度可用系统平均故障检修时间,MTTR(Maximum Time To Repair).,如果完成规定功能是技术性能和维修性能的综合，则用可用性,A(,availability,),来表示,.A=MTBF/(MTBF+MTTR),作业：,3-4,；,3-9,；,3-11,试计算,1380+1500Hz,的数字多频信号所需只读存储器的容量,解：,可以发现,1380,，,1500,，,8000,的最大公约数为,20,，可求得,m=69,，,n=75,，,p=400,，可将,1380+1500Hz,双音频信号看作是周期为,50ms,的周期信号，抽样点为,400,个，所以,ROM,需要,400,个单元，采用节约存储单元的方法需,400/4+1=101,个单元。,作业讲解,2-10,注意分析题目已知信息,16,端,输入，计算总时隙的公式：,总时隙号,=HW,线上的时隙号*,16+HW,线号,本题：总时隙号,=24*16+15=399,问题：仍有用,8,端输入时总时隙的计算公式,2-14,分析：只需要进行,TS3,和,TS12,的交换，那就用最简单的,T,接线器即可，,SM,和,CM,都只有,32,个单元的。分别画出两种工作方式的图,2-19,出现的问题,缺少控制存储器；,总时隙计算错误,话音存放单元未做标注,2-19,组号,HW,起始,HW,终止,0# 0 7,1# 8 15,2# 16 23,3# 24 .,4# 32 .,5# 40 .,6# 48 .,7# 56 .,8# 64 .,9# 72,10# 80,11# 88,12# 96 97 98 99 100 101 102 103,HW0 1 2 3 4 5 6 7,13# 104,14# 112,15# 120 127,2-20,2-20,节约存储单元,节省存储单元的,500Hz,的信号音发生器,并行,8bit,Y-,与门,H-,或门,同步双工工作方式,优点：对故障反应快；两机并行工作，呼叫基本不丢失；两机合用一台存储器，软件种类少。,缺点：对偶然性故障特别是软件故障的处理不很理想；工作效率较低。,话务分担工作方式,优点：对偶然性故障有较好的处理效果；对软件故障的防护能力较强，较容易发现软件故障；过负荷处理能力较高。,缺点：软件较复杂；双机互通信息也较复杂；对硬件故障较不容易发现。,主,/,备用工作方式,冷备用：备用机只接通电源，处于停用状态，主用机承担全部呼叫处理工作，当发生故障时，换上备用机。,优点：软件和硬件简单,缺点：产生故障时呼叫丢失较多。,热备用：备用机不完成呼叫处理工作，但是和主用机一样接收外部输入数据。,优点：转换速度快，不丢失呼叫。,缺点：两台处理机只完成一台处理机的工作，效率低；可靠性较差。,HDB3,码的全称是三阶高密度双极性码，其编码规则如下：将,4,个连“,0”,信息码用取代节“,000V”,或“,B00V”,代替，当两个相邻“,V”,码中间有奇数个信息“,1”,码时取代节为“,000V”,；有偶数个信息“,1”,码（包括,0,个）时取代节为“,B00V”,，其中,V,的符号与前面一个“,1”,码相同，,B,的符号与前面一个“,1”,码相反。例如：,符号交替：,1,与,1,交替，,V,与,V,交替,AMI,码的全称是传号交替反转码，其编码规则如下：信息码中的“,0”,仍变换为传输码的“,0”,；信息码中的“,1”,交替变换为传输码的“,+1,、,1,、,1,、,1,、,”,。例如：,NRZ,码的全称是单极性不归零码，在这种二元码中用高电平和低电平（这里为零电平）分别表示二进制信息“,1”,和“,0”,，在整个码元期间电平保持不变。例如：,RZ,码的全称是单极性归零码，与,NRZ,码不同的是，发送“,1”,时在整个码元期间高电平只持续一段时间，在码元的其余时间内则返回到零电平。例如：,同步：,A1=0,A2=0,失步：,A1=1,A2=1,