第3章電話通信本章內容：電話通信過程多路復用技術電話通信技術數字程控交換信令系統電話業務本章重點：數字電話通信過程多路復用技術PCM30/32系統數字程控交換技術電話業務3.1電話通信過程電話通信是利用電的方法傳送人的語言并完成遠距離語音通信過程。一般使用的固定電話為模擬電話終端，通過用戶線連接到交換機，交換機之間中繼線傳輸的是數字信號。數字通信過程包括發送端的模/數變換、信道傳輸和接收端的數/模變換三部分。聲音是如何變成數字信號進行傳輸的？探討模/數轉換模擬信號轉換為數字信號設備稱為模/數轉換設備。將模擬信號轉換為數字信號的方法有PCM脈沖編碼調制（PulseCodeModulation差值編碼調制（DifferencePulseCodeModulation，DPCM）自適應差值編碼（AdaptiveDifferencePulseCodeModulation，ADPCM）增量調制（DeltaModulation，△M）

PCM數字通信過程PCM圖3-1數字電話通信過程示意圖1．發送端的聲/電變換和A/D變換信源發出的聲音經過電話機的送話器/話筒變成電信號，由于話音信號為模擬信號，要經過A/D變換成數字信號。經過抽樣將時間上連續的信號變成時間上離散的信號，然后經過量化和編碼，將信號的幅值也離散化，也就變成了數字信號，這實際上是信源編碼的過程。2．信道傳輸（1）信道傳輸的碼型變換與反變換信源編碼器輸出的信號碼型不符合長距離傳輸，通過碼型變換轉換成適合信道傳輸的線路碼型，這是信道編碼過程。到達接收端需要進行反變換，以便進行D/A變換，這是信道譯碼過程。（2）調制與解調在發送端，將基帶信號調制變成頻帶信號送往信道進行傳輸。到達接收端，將頻帶信號解調恢復出基帶信號。（3）再生中繼數字信號在信道上傳輸的過程中會受到衰減和噪聲干擾的影響，使得波形失真。而且隨著通信距離的加長，接收信噪比下降，誤碼增加，通信質量下降。因此，在信道上每隔一段距離就要對數字信號波形進行一次“修整”，再生出與原發送信號相同的波形，然后，再進行傳輸。3．接收端的數/模變換和電/聲變換（1）再生、解碼接收端收到數字信號后，首先經整形再生，然后將線路碼型轉換為終端設備處理的碼型，送至解碼電路。解碼與編碼恰好相反，是數/模變換，它把二進制碼元還原成與發送端抽樣、量化后的近似的重建信號。（2）低通濾波（平滑）解碼后的信號送入低通濾波器，輸出信號的包絡線。這包絡線與原始的模擬信號極其相似，即還原為（或稱重建）為原始話音的模擬信號，送給收端用戶。（3）電/聲變換將模擬的電信號送給受話器/聽筒，完成電/聲，恢復出聲音信號，送給信宿，完成一次通話過程。電話通信過程電話通信過程包括以下三個過程：發送端的模/數變換包括抽樣、量化和編碼三個過程；信道傳輸包括碼型變換、調制與解調、再生中繼；接收端的數/模變換包括再生、解碼和低通濾波三個過程。歸納思考3.2多路復用技術

為了提高線路利用率，使多個信號沿同一信道傳輸而互不干擾的通信方式。

常用的多路復用技術頻分復用（FDM）時分復用（TDM）波分復用（WDM）DEMUX復用器解復用器共享信道MUX3.2.1頻分多路復用在同一信道上利用頻率分割技術把多個信號調制在不同的載波頻率上，從而在同一信道上實現同時傳送多路信號而互不干擾，通常用于模擬傳輸中。利用各路信號在一條傳輸信道上占有不同時間間隙，以把各路信號分開，具體說就是把時間分成均勻的時間間隙，將每一路信號的傳輸分配在不同的時間間隙內，以達到互相分開的目的，時分多路復用多用于數字傳輸。3.2.2時分多路復用每一路信號所占的時間間隙稱為“路時隙”，簡稱為“時隙”（TimeSlot，TS）。

發送端的各路話音信號經低通濾波器將帶寬限制在3400Hz以內，然后加到勻速旋轉的電子開關K1上，依次接通各路信號。K1旋轉一周的時間為1幀長。發送端電子開關K1不僅起到抽樣作用，同時還要起到合路的作用，將信號碼流送往信道。將各分路信號碼進行統一譯碼，還原后的信號由分路開關K2依次接通各分路，在各分路中經低通濾波器將重建的話音信號送往收端用戶。TDM多適用于數字信號傳輸時分多路復用TDM同步發、收雙方的電子開關的起始位置和旋轉速率都必須一致，否則將會造成錯收，這就是時分多路復用系統中的同步要求。收、發兩端的數碼率或時鐘頻率相同叫位同步或稱比特同步，也可通俗的理解為兩電子開關旋轉速率相同；收、發兩端的起始位置是每隔1幀長（即每旋轉一周）核對一次的，此稱幀同步。這樣才能保證正確區分收到的哪8位碼是屬于同一個樣值的，又是屬于哪一路的信號。3.1.3波分多路復用將兩種或多種不同波長的光載波信號（攜帶各種信息）在發送端經復用器匯合在一起，并耦合到光線路的同一根光纖中進行傳輸的技術；在接收端，經解復用器將各種波長的光載波分離，然后由光接收機作進一步處理以恢復原信號。

多路復用頻分多路復用是通過不同的頻段區分不同的信道；時分多路復用是通過不同的時隙區分不同的信道；波分多路復用是通過不同的波長區分不同的信道。歸納思考3.3電話通信技術3.3.1PCM技術3.3.2PCM一次群系統3.3.3數字復接3.3.1PCM技術1、抽樣2、量化

3、編碼抽樣量化編碼模擬信號數字信號0100110…tv000111101、抽樣模擬信號數字化的第一步是在時間上對信號進行離散化處理，即將時間上連續的信號處理成時間上離散的信號，這一過程稱之為抽樣。通過抽樣得到一系列在時間上離散的幅值序列稱為樣值序列。這些樣值序列的包絡線仍與原模擬信號波形相似，我們把它稱之為脈沖幅度調制（PulseAmplitudeModulation，PAM）信號。使連續信號f(t)變成了離散的f(t0)、f(t1)、f(t2)、f(t3)···抽樣后的信號時間上變成離散的，但仍然是模擬信號。警示2.量化

PAM信號的幅度仍然連續！如何用有限的二進制位來表示這些幅值？?量化

概念：量化就是把信號在幅度域上連續的樣值序列用近似的辦法將其變換成幅度離散的樣值序列。具體方法：將幅度域連續取值的信號在幅度域上劃分為若干個分層（量化間隔），在每一個分層范圍內的信號值取某一個固定的值來表示。帶來問題：量化前后信號之差叫量化誤差，產生量化噪聲。量化分為均勻量化和非均勻量化兩種均勻量化：各量化間隔相等的量化方式對于均勻量化是將-U～+U范圍內均勻等分為N個量化間隔，則N稱為量化級數。設量化間隔為Δ，則Δ=2U/N。量化值取每一量化間隔的中間值，則最大量化誤差為Δ/2。量化方法

均勻量化帶來的問題：大信號時信噪比大，小信號時信噪比小，量化信噪比隨信號電平的減小而下降。

原因：均勻量化的量化間隔是固定值，它不能隨信號幅度的變化而變化，故大信號時信噪比大；小信號時信噪比小。

解決方法：采用非均勻量化。非均勻量化：各量化間隔不等的量化方式

壓縮擴張特性信號幅度小時，量化間隔小，其量化誤差小；信號幅度大時，量化間隔大，其量化誤差大。為什么采用非均勻量化？A律13折線3.編碼編碼是把抽樣并量化的量化值變換成一組（8位）二進制碼組。對于一個數字話路來說，每秒鐘抽取8000個樣值，每個樣值編為8位二進制代碼，則每一話路的數碼率為：8×8000＝64kbit/s。

3.3.2PCM一次群系統我國采用典型的時分復用設備是PCM30/32路系統，稱為一次群或基群。PCM30/32的含義整個系統共分為32個時隙，其中30個路時隙分別用來傳送30路話音信號，一個路時隙用來傳送幀同步碼，另一個路時隙用來傳送信令碼，稱為E1信道，用于北美和日本以外地區，包括中國。1.PCM30/32PCM30/32的每一幀占用的時間是125μs，每幀的頻率為8000幀/秒。一幀包含32個時隙，其編號為TS0，TS1，TS2……TS31，則每一路時隙所占用的時間為3.9μs，包含8bit，則PCM30/32路系統的總數碼率是：fb=8000幀/秒×32路時隙/幀×8比特/路時隙＝2048kbit/s（即2.048Mbit/s）而每一路的數碼率則為：8bit×8000/s=64kbit/s2．PCM30/32路設備在市話通信中的應用PCM30/32路設備最初用于市話中繼線的擴容。一個話路要占用一對中繼線，若拿出兩對中繼線開通一套PCM30/32路系統，在這兩對線上就可以同時傳送30個話路，線路的利用率為原來的15倍。3.PCM24路基群傳輸PCM24路系統，也叫T1信道，廣泛用于北美和日本的電話系統中，是把24路話音信道按時分多路的原理復合在一條1.544Mb/s的高速信道上。該系統用一個編碼解碼器輪流對24路話音信道抽樣、量化和編碼，一個取樣周期中（125μs）得到的7位一組的數字合成一串，共7×24位長。這樣的數字串在送入高速信道前要在每一個7位組的后面插入一個信令位，于是變成了8×24=192位長的數字串。這192位數字組成一幀，最后再加入一個幀同步位，故幀長為193位，如圖所示。3.3.3數字復接擴大數字通信容量有兩種方法。一種方法是采用PCM30/32系統(又稱基群或一次群)復用的方法。另一種方法是將幾個（例如4個）經PCM復用后的數字信號（例如4個PCM30/32系統）再進行時分復用，形成更多路的數字通信系統。國際上有兩種標準系列與速率我國和歐洲等國采用PCM30/32路，2.048Mbit/s作為一次群；日本、美國采用24路，1.544Mbit/s作為一次群；然后，分別以一次群為基礎，構成更高速率的二、三、四、五次群。

復接方式按字節復接(按時隙復接)：01010101

11111111

110010110101010100000000

11100101········按位復接：011

111

010

110

011

110

011

111·······話路1:0101010101010101話路2：11111111

00000000話路3：11001011

11100101

按路復接

同步復接和異步復接從總體上說復接方法有兩種：同步復接和異步復接。如果被復接支路的時鐘都是由同一個主振蕩源所供給的，這時的復接就是同步時鐘復接異步時鐘復接也叫準同步復接，指的是參與復接的各支路碼流時鐘不是出于同一時鐘源。3.4數字程控交換程控交換機是存儲程序控制交換機（StoredProgramContro1，SPC）的簡稱。是利用電子計算機進行控制的，它把電話交換機各種控制功能按步驟編成程序存入存儲器，利用存儲器內所存的程序來控制整個交換機工作。3.3.1程控數字交換機的組成1．程控交換機組成2．各組成部分功能3．程控交換機的用戶服務功能1．程控交換機組成是由硬件系統和軟件系統組成。程控交換機的硬件系統包括話路部分、控制部分。程控交換系統中的硬件動作均由軟件進行控制完成。2．各組成部分功能（1）話路系統（2）控制系統（1）話路系統話路系統可以分為用戶級和選組級兩部分，主要包括用戶電路、用戶集線器、中繼線接口、信號設備、用戶處理機以及數字交換網絡（即選組級）等部件。用戶電路①模擬用戶電路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。模擬用戶電路板實物如圖所示。用戶電路的主要功能——“BORSCHT”功能：B（BatteryFeed）：饋電。為用戶線提供通話和監視電流,向用戶話機饋電是采用?48V（或?60V）的直流電源供電。O（OvervoltageProtection）：過壓保護。.R（Ringing）：振鈴。由被叫側的用戶模塊向被叫用戶話機饋送鈴流信號，同時向主叫用戶送出回鈴音。S（Supervision）：監視。通過掃描點監視用戶回路通、斷狀態，以監測用戶摘機、掛機、撥號脈沖等用戶線信號。C（CodecFiltees）：編譯碼和濾波。把電話機發出模擬信號和信道接收的數字信號進行轉換。H（HybirdCircuit）：混合電路。完成2線的模擬用戶線與交換機內部4線的PCM傳輸線之間的轉換。T（Test）：測試。通過軟件控制用戶電路中的測試轉換開關，對用戶可進行局內側和外線側的測試。話路系統②用戶集線器用戶集線器（SubscriberLineConcentrator，SLC）是用來進行話務量集中（或分散）的。③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。④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。話路系統⑤數字中繼器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。⑥信號設備信號設備是用于產生各種類型的信號音，如忙音、撥號音、回鈴音等，用于接收用戶話機送來的雙音頻信號等，是電話通信中各種音頻信號產生、發送和接收的設備。（2）控制系統控制部分是程控交換機的核心，其主要任務是根據外部用戶與內部維護管理的要求，執行存儲程序和各種命令，以控制相應硬件實現交換及管理功能。程控交換機控制設備主要是指內存儲器和中央處理機（CPU）。3.程控交換機的用戶服務功能縮位撥號熱線服務鬧鐘服務轉移呼叫免打擾服務三方通話呼叫等待遇忙回叫呼出限制缺席用戶服務追查惡意呼叫會議電話

程控電話服務功能（1）縮位撥號此項功能用來減少使用者撥叫多位電話號碼的麻煩，節省時間，便于記憶。對于來往密切而又使用頻繁的電話號碼，可用1～2位代碼來代替。此后使用時，只需撥代碼便可以完成所需的呼叫。縮位撥號也適用于撥叫國內、國際長途自動電話的號碼。（2）熱線服務熱線服務，又叫免撥號接通，這是一種用戶不用撥號，只要拿起聽筒5秒鐘后，就會自動接通所登記的熱線電話的功能。如果用戶撥叫其他用戶，須在摘機后5秒鐘內撥出第一位號碼。程控電話服務功能（3）鬧鐘服務這是一項用戶電話機可起“鬧鐘”作用的業務。

（4）轉移呼叫又稱電話跟蹤，當用戶外出時，可將打給該用戶的電話轉移到臨時去處的電話機，而避免接不到電話。轉移模式有無應答轉移、不可及前轉、遇忙前轉和無條件前轉四種。（5）免打擾服務又叫暫不受話服務。用戶為避免電話鈴聲的干擾，可使用此項業務，暫不受理呼入電話，有電話呼叫時，由電話局代答服務。程控電話服務功能（6）三方通話在兩方使用者進行通話時，如需要第三方也加入通話，一方使用者可不中斷與對方通話而撥叫出第三方使用者。達成三方共同通話或分別與兩方通話。

（7）呼叫等待此功能的其它叫法還有雙向接聽、輪流通話、插入電話等，這是一種提高呼叫接通率，避免重復呼叫的有效方法。在一使用者與另一方使用者通話時，遇到第三方使用者呼叫而進入時，被呼叫的使用者可以根據自己的需要，保留原通話方，而與第三方使用者進行通話。通話完畢，根據使用者需要，又可以與原保留方繼續通話。3.4.2數字程控交換原理1.數字交換2.T接線器3.S接線器1．數字交換數字交換是通過時隙交換來實現的，數字交換的實質就是把信息在時間位置上進行搬移。寫入在程控數字交換系統中的數字交換網絡基本上有兩類：時間接線器和空間接線器。2．T接線器時間接線器簡稱T接線器，T接線器的作用是實現一條時分復用線上的時隙交換功能。主要由語音存儲器（SpeechMemory，SM）和控制存儲器（ControlMemory，CM）組成。語音存儲器用來暫存語音數字編碼信息，每個話路為8bit。控制存儲器用來存放SM的地址碼（單元號碼）。3．S接線器空間接線器簡稱S接線器，S接線器的功能是完成各復用線的“空間交換”，即在許多根入線中選擇一根接通出線，但是要在入線和出線的某一時隙內接通。S接線器由電子交叉節點矩陣和控制存儲器組成。3.4.3電話交換的呼叫接續過程完成一次通話交換機經過哪些接續過程？交換機是如何了解接收者的電話位置信息的？探討呼叫接續過程呼叫接續過程主要包括呼叫建立、雙方通話和話終釋放。程控數字交換機完成一次呼叫的接續過程主要包括如下幾個階段：（1）主叫摘機，識別主叫、向主叫送撥號音；（2）接收主叫撥號脈沖；（3）分析號碼，確定是局內接續還是出局接續；（4）測試被叫忙、閑。如閑，向被叫送振鈴并向主叫送回鈴音；如忙，則向主叫送忙音；（5）被叫應答，完成通話接續；（6）話終拆線。3.5信令系統

3.5.1信令流程3.5.2信令的分類3.5.3信令的作用3.5.4七號信令系統3.5.1信令流程要建立一次電話通信，需要知道什么時候用戶摘機，什么時候用戶掛機，如何進行計費等，這是電話信令需要完成的功能，主要包括以下：監視功能選擇功能網路管理功能一次電話通話的信令流程①當用戶摘機時，用戶摘機信號送到發端交換機；②發端交換機收到用戶摘機信號后，立即向主叫用戶送出撥號音；③主叫用戶撥號，將被叫用戶號碼送給發端交換機；④發端交換機根據被叫號碼選擇局向及中繼線，發端交換機在選好的中繼線上向收端交換機發送占用信號，并把被叫用戶號碼送給收端交換機；⑤收端交換機根據被叫號碼，將呼叫連接到被叫用戶，向被叫用戶發送振鈴信號，并向主叫用戶送回鈴音；⑥當被叫用戶摘機應答時，收端交換機收到應答信號，收端交換機將應答信號轉發給發端交換機；⑦用戶雙方進入通話狀態，這時線路上傳送話音信號；⑧話終掛機復原，傳送拆線信號；⑨收端交換機拆線后，回送一個拆線證實信號，一切設備復原。3.5.2信令的分類1．按工作區域劃分用戶線信令用戶線信令是在用戶終端與交換機之間的用戶線上傳送的信令。對于常見的模擬用戶線，用戶線信令包括：用戶狀態信令、選擇信令和各種可聞音信令。用戶線狀態信令是指用戶摘機、應答、拆線等信號；選擇信令又稱地址信令，是指主叫用戶發出的被叫用戶號碼；各種可聞音信令是由交換機發送給用戶的，包括振鈴信號、回鈴音、撥號音、催掛音等等。局間信令局間信令是交換機和交換機之間、交換機與業務控制點、網管中心、數據庫中心之間傳送的信令，在局間中繼線上傳送。2．按使用信道劃分按信令信道可分為隨路信令和公共信道信令。隨路信令方式就是指在所接續的話路中傳遞各種所需的功能信號的信令方式。具體地說，隨路信令方式就是在所接續的話路中傳遞兩局間所需的占線、應答、拆線等監視信令及控制接續的選擇信令和證實信令等。我國自行制定的中國1號信令就是隨路信令。公共信道信令是指在電話網中各交換局的處理機之間用一條專門的數據通路來傳送信令信息的一種信令方式。我國目前使用的No.7信令就是公共信道信令。信令分類3．按信令功能劃分按信令功能可分為管理信令、線路信令和路由信令。管理信令用于信令網的管理；線路信令是用于表示線路狀態的信號；路由信令是指被叫用戶地址信號。3.5.3信令的作用（1）建立用戶與交換機的聯系，包括用戶→交換機之間的聯系，如用戶話機狀態和撥號信令等；交換機→用戶之間的聯系，如撥號音、回鈴音或忙音，鈴流信號等；（2）建立交換機之間的聯系，如占用、應答、拆線和拆線證實等；（3）用于控制交換機內部接續，如路由選擇、鏈路接通、計費信息及各類統計、故障信息等。3.5.4七號信令系統七號信令系統是一種國際標準，是ITU-T在20世紀80年代初為數字電話網設計的一種局間公共信道信令方式。ITU-T在1980年正式提出了七號信令系統的建議，主要用于數字電話網、基于電路交換的數據網、移動通信網的呼叫連接控制、網絡維護管理和處理機之間事務處理信息的傳送和管理。1．七號信令的特點七號信令主要特點是兩交換局間的信令通路與話路分開，并將若干條電路信令集中于一條專用的信令鏈路—信令數據鏈路上傳送。七號信令的主要優點是：（1）信號傳遞速度快，接續時間短，長途呼叫延時<1秒；（2）信息容量大，控制、網管、計費、維護、新業務信令；（3）可靠性高，可主備轉換，有檢錯和糾錯功能；（4）適應性強，適合ISDN的需要；（5）全球內統一標準的信令系統。2．七號信令網與電話網的關系信令網與電話網之間的關系如圖所示。我國七號信令網采用三級結構，由高級信令轉接點（HSTP）、低級信令轉接點（LSTP）和信令點（SP）組成。HSTP設置在DC1（省）級交換中心的所在地；LSTP設置在DC2（市）級交換中心所在地；端局、DC1和DC2均分配一個信令點編碼。信令網與三級電話網的對應關系如圖所示。3.6電話業務電話業務如何分類？各運營商提供的電話業務有什么不同？探討3.6電話業務3.6.1本地電話業務3.6.2長途電話業務3.6.3特殊號碼業務3.6.4800被叫集中付費業務3.6.5主被叫分攤付費業務（400）3.6.6電話信息服務業務3.6.7語音信箱業務3.6.1本地電話業務本地電話業務是指在同一個長途交換編號區內的電話。用戶撥打本地電話不加長途區號，直接撥打被叫用戶號碼。本地電話業務由區內電話業務和區間電話業務組成。1、區內電話業務：指本地電話網內同一營業區的用戶之間相互通話的業務。2、區間電話業務：指本地電話網內兩個不同營業區用戶之間相互通話的業務。按照用戶裝用的設備和電話企業提供的服務項目分為若干業務種類，如普通電話（正機）、用戶交換機或集團電話、中繼線、專線、公用電話、移機、改名和過戶等本地電話業務。另外還可以開通呼出限制、熱線服務、呼叫轉移、遇忙回叫、縮位撥號、來電顯示、追查惡意呼叫等程控服務項目。其中普通電話業務根據電話裝設位置的不同，電話用戶分為住宅電話用戶（甲種用戶）和辦公電話用戶（乙種用戶）兩種。3.6.2長途電話業務長途電話是指處于兩個不同長途編號區內電話用戶，利用電話進行信息交換的一種通信方式，通過話音交換實現信息的雙向交流。通話時長是從被叫用戶摘機開始至發話用戶掛機為止。被叫電話是總機或分機，通話時長是從總機應答開始計算。長途電話業務分為國內長途電話業務和國際及港澳臺地區長途電話業務。長途電話的撥打方式國內長途電話的撥打方式“國內長途字冠+城市區號（代碼）+被叫電話號碼”例如：撥叫廣州用戶“33060451”撥號順序：0+20+33060451國際長途電話的撥打方式“國際字冠+國家代碼+地區（城市）代碼+被叫用戶電話號碼”3.6.3特殊號碼業務當我們的手機未插電話卡時，往往會提示“僅能用戶緊急呼叫”，也就是只能撥打一些特殊號碼的業務。特殊電話號碼，是電信部門為方便服務大眾而設立的電話號碼，其中一些重要的是完全免費的，世界各國家地區也都設有特殊電話號碼。我國常用的特殊號碼業務表序號特殊號碼業務含義收費情況1110匪警免費2120急救免費3119火警免費4122全國道路交通事故報警免費5114查號基本通話費6121*氣象報時等公共服務基本通話費712315消費者投訴熱線基本通話費3.6.4800被叫集中付費業務

被叫集中付費業務簡稱800業務，是指當主叫用戶撥打800