第四章程控交換機的硬件系統4.1程控交換機的硬件結構4.2用戶級4.3中繼器4.4信號設備4.5控制系統4.1程控交換機的硬件結構程控交換機是由硬件系統和軟件系統組成。硬件主要包括話路部分和控制部分。4.1.1話路部分：用戶級、數字交換網絡、中繼器、信號設備。4.1.2控制部分：處理機、存儲器、各種外圍設備等話路部分主要負責監視用戶線或中繼線的狀態，連接用戶線、中繼線與交換網絡之間的鏈路，實現信息的交換，完成向用戶或其他交換局發送、接收信號等呼叫接續工作。控制部分的主要功能部件包括：中央處理機、外圍處理機以及輸入、輸出設備，其主要作用是收集、存儲和分析各種信號，控制交換網絡的接續。

4.1.1話路部分

1．用戶級和遠端用戶級 用戶級由用戶電路和話務集中兩部分組成。用戶級提供對用戶線的接口，將用戶話機的模擬信號轉化成數字信號，并可完成BORSCHT功能。 遠端用戶級的基本功能與局內用戶級相似，也包括用戶電路和話務集中兩部分，只是將用戶級接到遠離交換局的用戶較集中的區域，這就縮短了用戶線路。

2．數字交換網絡數字交換網絡是整個交換機的核心，是話務處理的中心。數字交換網絡接收和發出的信號是以數字多路復用技術為基礎的PCM數字信號。3．模擬中繼接口模擬中繼接口是數字交換網絡與其他采用模擬中繼線的交換機相連接的接口.

模擬中繼線可以是傳送音頻信號的實線中繼線，也可以是頻分多路復用的模擬載波中繼線。對于實線中繼線，模擬中繼接口需將模擬信號轉換成數字信號；對于頻分多路復用的中繼線，可直接將頻分多路復用信號轉換成時分復用信號，進而變換成PCM編碼。

4．數字中繼接口數字中繼接口是數字交換網絡與數字中繼線之間的接口電路。中繼線上傳送的數字信號經數字中繼接口進行同步、碼型變換和線路信號提取等，變為數字交換網絡可以接受的數字信號形式。

5．信號設備信號設備分為信號音發生器及多頻信號接收器和發送器。多頻信號接收器和發送器主要用于記發器多頻信號的接收和發送，同時包括雙音頻話機的雙音多頻接收器。多頻接收器和發送器均可接收或發送數字化的多頻信號。4.1.2控制部分 控制部分的作用主要是存儲各種程序和數據，對交換機的各種信息進行處理，對通話部分及輸入、輸出設備發出指令。控制部分由處理機、存儲器、各種外圍設備組成。圖4-1所示的交換機采用是一種兩級控制的分散控制方式，由中央處理機和外圍處理機構成其控制系統。其中中央處理機對數字交換網絡和公共資源設備進行控制；外圍處理機中的用戶處理機完成較簡單而工作量大的任務，還有一些其他的外圍處理設備放置在外圍接口電路中，這些外圍處理機在中央處理機的統一控制下，完成部分較單純的工作。4.2用戶級 用戶級話路由用戶電路和話務集中組成。用戶級提供對用戶線的接口，將用戶話機的模擬信號轉化成數字信號，并可完成BORSCHT功能。也完成話務集中的任務，將每一個用戶話務所發出的較小的話務量進行集中，送至數字交換網絡，提高用戶級和數字交換網絡之間中繼線的利用率。 用戶級話路由用戶電路和用戶集線器組成。用戶電路是用戶線與交換機的接口電路，若用戶線連接的終端是模擬話機，則用戶線稱為模擬用戶線，其用戶電路稱為模擬用戶電路，應有模/數（A/D）轉換和數/模（D/A）轉換的功能。4.2.1模擬用戶電路

在程控數字交換機中，用戶電路（SubscriberLineCircuit，SLC）應具有七大功能，其框圖如圖所示。用戶電路的功能包括：

饋電、過壓保護、振鈴、監視、編譯碼及濾波、二／四線轉換、測試，簡稱為BORSCHT功能。

對應關系為：B-向用戶饋送電源、O-過壓保護、R-振鈴、S-監視、C-編、譯碼及濾波、H-二／四線轉換、T-測試。

用戶電路的功能框圖1．饋電（B）

向用戶話機饋電是采用?48V（或?60V）的直流電源供電。饋電方式分為電壓饋電和電流饋電。。電壓饋電時要用到電感線圈，其工作原理如圖4-2(a)所示。電感線圈對直流來說，阻值很小，便于向用戶話機饋送足夠的電流；電感線圈對交流信號阻值很大，有利于對話音信號形成高阻抗，減小話音電流的分流。電流饋電是由程控交換機向用戶分機提供恒定的直流電流。圖4-2(b)是一種簡單的恒流饋電示意圖，它通過電子元器件組成的恒流源向用戶饋電。2．過壓保護（O） 用戶外線可能受到雷電襲擊，也可能和高壓線相碰。交換機一般使用兩級保護，第一級保護是在總配線架上安裝避雷器和放電管，用來防止雷電。第二級就是用戶電路中的過壓保護。3．振鈴控制（R）振鈴控制的基本功能是為用戶話機提供符合規定的鈴流信號，以便向被叫用戶振鈴，提示用戶有電話呼叫來。同時還要隨時檢測被叫用戶是否摘機應答，以便及時截鈴。 振鈴電壓為交流90±15V，頻率為25Hz，當鈴流高壓送往用戶線時，就必須采取隔離措施，使其不能流向用戶電路的內線，否則將引起內線電路的損壞。一般采用振鈴繼電器實現。4．監視（S） 監視功能主要是監視用戶線的通/斷狀態，及時將用戶線的狀態信息送給處理機處理。程控交換機采用運算放大器監視用戶a、b線狀態的變化，通過直流環路電流的通斷來判斷監視用戶的摘掛機和撥號。當用戶話機為掛機狀態時，環路中沒有直流電流，檢測電阻上的電壓為0，跨接的運算放大器輸出為“1”信號，將該信號送往掃描電路或掃描存儲器；一旦用戶摘機則檢測電阻上產生電壓，使運算放大器輸出為“0”信號，即表示用戶摘機。5．編譯碼和濾波（C） 用戶講話時，話筒將聲音轉換為模擬話音電流，這個模擬話音電流不能直接通過交換機的數字交換網絡，編譯碼和濾波功能是完成模擬信號和數字信號間的轉換。6．混合電路（H）數字交換是四線單向交換的，而用戶線上的模擬話音信號是按二線雙向傳送的。混合電路的功能是用來進行二/四線轉換。二/四線轉換必須在編譯碼電路以前。7．測試（T） 測試功能主要用于及時發現用戶終端、用戶線路和用戶線接口電路可能發生的混線、斷線、接地、與電力線碰接以及元器件損壞等各種故障，以便及時修復和排除。

BORSCHT功能整體框圖如4-9所示。

4.2.2用戶集線器 用戶集線器（SubscriberLineConcentrator，SLC）是用來進行話務量的集中（或分散）的。

如果一條中繼線只傳送一路話路，就會使交換網絡的利用率降低，造成浪費。為此需要將用戶分散的話務量進行集中，以提高數字交換網絡的利用率。在數字交換網絡中采用數字時分復用的方法進行話務集中。首先將每30路數字話音信號合成一條PCM30/32-次群復用線，接到T型接線器的輸入端，然后在其輸出端再進行復合，最后合成一個PCM30/32路高速母線接至數字交換網絡。用戶級T接線器復用示意圖 上行通路和下行通道的用戶級T接線器是分別采用讀出控制方式和寫入控制方式。LCMU和LCMD的內容分別代表話音存儲器（SMU和SMD）的讀出地址和寫入地址，所以控制存儲器的單元數是128個單元，與各話音存儲器的單元數一樣。數字用戶電路 數字用戶電路（DigitalLineCircuit，DLC）是數字用戶終端設備與程控數字交換機之間的接口電路。1．S接口 數字用戶終端的數字信息采用四線制方式時，應采用S接口。2．U接口

U接口是在網絡終端到電話局之間的ISDN用戶線采用二線制市話電纜的接口設備。（1）時間分隔復用法（TimeDivisionMultiplex） 這種方法又稱“乒乓法”。它是將時間分成兩段，在一段時間傳送一個方向的信息，在另一段時間里傳送另一個方向的信息，就好像打乒乓球似的。（2）回波消除法（EchoCancellation） 采用二線制的數字用戶線在與交換連接時，要采用混合電路進行二/四線的變換。在混合電路中有平衡網絡，使收、發兩端衰減很大。4.3中繼器

交換機之間是通過中繼線連接的，交換機和中繼線之間的接口為中繼器。4.3.1模擬中繼器 模擬中繼器是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境而設置的。4.3中繼器

交換機之間是通過中繼線連接的，交換機和中繼線之間的接口為中繼器。4.3.1模擬中繼器 模擬中繼器是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境而設置的。模擬中繼器的主要功能和模擬用戶電路相似，包括測試、信號發送與接收、過壓保護、混合電路、話音信號的A/D和D/A轉換。少了振鈴控制和饋電，多了一個忙/閑指示功能，同時有一個對線路信號的監視。模擬中繼器直接進入交換網絡。4.3.2數字中繼器1．功能

數字中繼器是連接數字局之間的數字中繼線與數字交換網絡的接口電路，它的輸入端和輸出端都是數字信號，因此，不需要進行模/數和數/模轉換。但它們的數字信號具有不同的碼型，而且時鐘頻率和相位也有差異，另外控制信號的格式也不一樣。需要數字中繼器來協調工作。對于PCM傳輸系統的數字中繼接口電路，可以用GAZPACHO功能來表示。G幀碼產生、A幀定位、Z連零碼抑制、P碼型變換、A告警處理、C時鐘恢復、H幀同步、O信令插入提取2．工作原理（1）幀碼產生

30/32路PCM一次群的幀結構由30個話路時隙、一個信令時隙和一個幀同步時隙組成。幀同步的產生就是在發生PCM碼流中，偶幀零時隙（TS0）的第2位至第8位插入同步碼“0011011”和奇幀零時隙（TS0）的第2位插入固定碼“1”，由接收端識別以建立幀同步。（2）幀定位 數字交換網絡對許多時分復用線進行交換時，要求每條復用線進入交換網的時隙號都是給定的。但來自各條數字中繼線的數字復用碼流的幀定位信號和本機幀定位信號不同步，這就要求接口電路對輸入碼流進行調整，使其同步后再進入數字交換網絡。幀定位是使輸入的碼流相位和局內的時鐘相位同步。（3）連零碼抑制

由中繼線所傳來的PCM碼流中每一位的定位時鐘都是從PCM碼流本身的脈沖激勵的諧振電路中提取的。所傳輸的信號為“1”時，表示有脈沖；為“0”時表示沒有脈沖。如果傳輸碼流中有多個0碼相連，諧振電路會因長時間無激勵而衰減，影響定位時鐘的提取，從而影響原來碼流信號的恢復，因此需要對連零碼抑制。

4．碼型變換根據再生中繼傳輸的特點，PCM傳輸線上傳輸的數字碼，采用高密度雙極性碼HDB3碼或雙極性碼AMI碼。在數字交換機內部，一般使用二進制碼和單極性不歸零碼。為了適應這些要求，接口中傳輸信號的兩個方向都要進行碼型變換。如圖4-12所示，輸入為雙變單，而輸出為單變雙。

5．告警處理

PCM碼流在傳輸中由于受到干擾等因素的影響，接收端不能正確恢復原碼流。集中反映在傳輸波形正負極性規律被破壞、位失步、幀失步和復幀失步等方面。當影響超過一定范圍時就要成為故障而發出告警指示要求維護，嚴重時將影響中繼線的正常使用。告警指示不僅要通知本端的控制設備和維護管理系統，還要通知對端。因此接口電路的告警處理功能應由誤碼檢測、幀同步檢測、復幀同步檢測、對端告警檢測和告警位插入等部分組成。

6．時鐘恢復接收數字中繼線送來的PCM線路碼，首先要恢復時鐘，然后按時鐘信號對送來的PCM碼流中的每一位碼在碼位的中央進行抽樣，判定為“0”碼或“1”碼，以重新恢復成矩形脈沖碼型。時鐘信號是從輸入的PCM碼流中用諧振電路來提取的，與碼流的速率一致，亦稱外同步。可以用這個時鐘與本局時鐘（內時鐘）進行校對，以取得網同步。

7．幀同步在收端從輸入PCM傳輸線上獲得輸入的幀定位信號的基礎上產生收端各路時隙脈沖，使之與發端的幀時隙脈沖自TSO起的各路對齊，以便發端發送的各路信碼能正確地被收端各路接收，這就是幀同步。

在PCM數字通信幀結構中，為了實現幀同步，發端固定在偶幀的TSO發一特定碼組“0011011”，經過比較、保護和調整，控制收端定時的位脈沖發生器和時隙發生器產生時隙脈沖的順序，達到幀同步。同步檢出的脈沖還需識別其真偽。如果發生失步，為了避免對偶發性誤碼或干擾的錯判，及確定經過調整后是否真的進入同步狀態，要采用同步保護。規定連續四次檢測不到同步碼組，判定系統失步，此為前向保護。復幀同步:復幀同步是為了解決各路信令信號的錯路問題。在隨路信令中，各路信令信號同在一個復幀的TS16上傳輸，各自都有自己確定的位置。如果復幀不同步，信令信號就會錯路，通信也無法進行。又由于幀同步以后，復幀不一定同步。因此在獲得幀同步之后還必須獲得復幀同步，以使收端自第0幀開始的各幀與發端對齊。幀同步和復幀同步的結果是使收端的幀和復幀時序按發端的時序一一對準。

8．信令插入、提取數字中繼線路信令是傳遞交換局間數字線路各通道狀態的信號，有隨路信令和公共信道兩種信令方式，它們在傳輸中都占有一確定的時隙（公共信道信令可以幾條中繼線路共用一個時隙）。因此數字中繼接口電路應有局間信令的提取和插入功能。4.4信號設備

信號設備是為接收和發送接續所需要的各種信號而設置的。分為各種信號發生器、多頻接收器和發生器、鈴流發生器等。信號設備分為各種信號音發生器、多頻接收器和發送器、鈴流發生器等。

4.4.1數字音頻信號的產生我國長途電話網中采用的記發器信號，前向信號頻率為1380、1500、1620、1740、1860、1980Hz；后向信號頻率為1140、1020、900、780Hz。分別采用6中取2和4中取2的頻率，因此也是雙音頻的。在國際電話中還有采用Rl信號，信號頻率為700、900、110。1300、1500Hz和1700Hz,也采用6中取2頻率.

1．單頻信號的產生下面以500Hz音頻信號為例來討論單音頻信號的產生原理。圖4-13為其產生的原理示意圖。其產生過程為：將信號音按125ys等間隔抽樣，經量化和編碼運算，得到各抽樣點的PCM信號，然后送入ROM中，圖中信號周期為2ms，抽期16次即可滿足抽樣定理，此時占用ROM的16個單元。在對ROM作為一般PCM信號讀出時就是500Hz音頻信號（數字化）了。

圖4-14為其硬件結構示意圖。采用下面的方法可節省ROM容量。將一個周期的音頻信號分為4段（I段、Ⅱ段、Ⅲ段、Ⅳ段，如圖4-13所示）。這4段的波形有相似之處：I段和Ⅱ段、Ⅲ段和Ⅳ段在水平方向成鏡像關系。把工段的編碼信號倒過來就變成了Ⅱ段的內容，而且I段、Ⅱ段和Ⅲ段、Ⅳ段之間只差一個符號，對于它們的PCM編碼來說僅僅是極性碼不同，工段、Ⅱ段改變符號位就變成了Ⅲ段、Ⅳ段，因此只需在ROM中存放工段的（即①～⑤）編碼信號即可。一個周期的音頻信號編碼后，編碼信號可按以下方法讀取：

A)1～5點時讀①～⑤單元；

B)6～9點時倒過來讀，即讀④～①單元；

C)10～13點時又是正讀，但極性相反，即再讀①～⑤單元，但讀出后極性碼置反；

D)按B)倒讀，極性碼置反。

2．雙音頻信號的產生以記發器信號為例，設要求產生1380Hz和1500Hz的雙音頻信號。首先要找到一個重復周期，使得在這個周期內上述兩個頻率恰好成為整數循環，同時又要使PCM的抽樣周期也成為整數循環。取1380、1500、8000Hz的最大公約數20Hz，這就是重復頻率，其周期為50ms。經計算，在50ms內1380Hz重復69次，1500Hz重復75次，8000Hz重復400次，因此需要ROM的400個單元。4.4.2數字音頻信號的發送 在程控數字交換機中，各種數字音頻信號大多是通過數字交換網絡送出，和普通話音信號一樣處理。1．用T接線器發送音頻信號 要想將數字音頻信號發送給某個用戶，首先要將數字音頻信號存放在T接線器的某個指定單元，當需要對某個用戶送去音頻信號時，則可從該單元中取出而送至該用戶的所在時隙上。2．T-S-T鏈路半永久性連接法

T-S-T鏈路半永久性連接是在開局時，就將各鏈路接好。4.4.3數字音頻信號的接收

各種信號音都是由用戶話機來接收的。這種音頻信號在用戶電路中經過譯碼變成模擬信號自動接收。多頻信號有兩種：一種是由用戶電路送來的按鈕話機雙音多頻（DualToneMulti-Frequency，DTMF）信號；另一種是由中繼線接口電路送來的多頻互控（Multi-FrequencyControlled，MFC）信號。兩種接收方式：1、先進行數/模變換，將數字信息變為模擬信號，然后再用模擬窄帶濾波器選取，最后由邏輯電路判斷取出。2、先由數字濾波器接收，再由數字邏輯電路識別輸出。數字多頻信號有兩種接收方式：

1.先進行數／模變換，將數字信息變為模擬信號，然后再用模擬窄帶濾波器選取，最后由邏輯電路判斷取出。這種方法要使用數／模轉換設備和大量模擬濾波器，體積和成本都將增加。

2.先由數字濾波器接收，然后由數字邏輯電路識別輸出。這種方法可省去數／模變換設備.圖4-15為采用數字濾波器接收數字雙音頻信號的結構框圖。

4.4.4數字音頻信號的接收、發送及和數字交換網絡的連接

圖4-16是采用TST網時數字信號發生器、接收器和TST網連接的原理圖。數字信號的發生和接收通過接口電路和TST網相連，信號發生器連至TST網入口處。一種頻率組合占用一個通道（時隙），一般需占30個通道以容納30個頻率組合。其中前向和后向頻率組合各15個，信號接收器連至TST同出口處，一個接收器占用一個通道（時隙）。4.5控制部分

控制部分是由處理機、存儲器好各種外圍設備組成的。它的作用主要是存儲各種程序和數據，對交換機的各種信息進行處理，并對通話部分和輸入、輸出設備發出詳細的動作指令。 程控交換機的控制系統一般可分為三級。 第一級是低級控制，工作內容簡單且任務良繁重，電話外設控制級。 第二級是中級控制，呼叫處理控制級。 第三級是高級控制，維護測試級。1.低級控制如用戶線掃描程序、用戶線驅動分配程序等。

2.為中級控制這類任務如呼叫處理、尋找空閑中間時隙、填寫控制存儲器、登記通話時間、定期對話路狀態進行導通測試，以及信令轉換等。

3.更高一級控制修改用戶的服務等級、增減其服務項目、進行各類話務統計、進行收費處理（按距離、時間、時長等）、進行各種故障診斷、告警、恢復處理、輸出顯示、打印等。 這三級的劃分可能是“虛擬”的，僅僅反映控制系統程序的內部分工；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。4.5.2控制系統的結構方式一、集中控制 若在一個交換機的控制系統中，任一臺處理機都可以使用系統中的所有資源(包括硬件資源和軟件資源)，執行交換系統的全部控制功能，則該控制系統就是集中控制系統。 集中控制方式的優點是處理機能了解整個系統的狀態和控制系統的全部資源，功能的改變只須在軟件上進行，較易實現。集中控制的主要缺點：軟件量大，設計較繁雜，系統管理業相當困難；同時系統也較脆弱，工作時易造成全局性中斷。二、分散控制

在控制系統中，每臺處理機只能利用資源的一部分，只能執行一部分功能，這種方式稱之為分散控制。2．分散控制在控制系統中，每臺處理機只能利用資源的一部分，只能執行一部分功能，這種方式就稱之為分散控制。在這種方式中，各臺處理機并行工作，每一臺處理機設有專用的存儲器。也可設置公共存儲器，為各處理機所共用以及作為機間通信時用，如圖4-18所示。在分散控制系統中，各臺處理機可按容量分擔或功能分擔的方式工作。容量分擔方式是每臺處理