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第一章 绪论
1.1 交换的概念
网内的任一个用户可以按着自己的要求与网内的其他用户进行信息交换。
1.2 交换机的引入
通信的目的是实现信息的传递。在通信系统中，信息是以电信号或光信号的形式传输的。一个通信系统至少应由终端和传输媒介组成，如图

点对点通话
终端：将含有信息的消息，如话音、图像、计算机数据等转换成可被传输媒介接受的信号形式，同时将来自传输媒介的信号还原成原始消息。
传输媒介：把信号从一个地点传送至另一个地点。
这样一种仅涉及两个终端的单向或交互通信方式称为点对点通信。
当存在多个终端，且希望它们中的任何两个都可以进行点对点通信时，最直接的方法是把所有终端两两相连。
多个终端的缺点：
(1) 当存在N个终端时，需用N(N-1)/2条线对，线对数量随终端数的增加而迅猛增长。
(2) 当这些终端分别位于相距很远的两地时，两地间需要大量的长线路。
(3) 每个终端都有N-l对线与其它终端相接，因而每个终端需要N-1个线路接口。
(4) 增加第N+1个终端时，必须增设N对线路。当N较大时，无法实用化。
(5) 由于每个用户处的出线过多，因此维护工作量较大。
2 交换机的发展
㈠ 开创阶段——人工交换时期
· 1878年出现了磁石式人工电话交换机；
· 1891年采用了共电式电话交换机
㈡ 发展阶段——机电交换时期
①步进制交换机：1892年发明了自动电话交换机，并开通使用。用自动选择器取代了话务员，通常称步进制交换机。
②纵横制交换机（ 1919年发明）:纵横接线器将过去滑动摩擦方式的接点改成了压接触，从而减少了磨损，提高了寿命
1926年世界上第一个大型的纵横制自动电话交换局首先在瑞典使用.
㈢ 迅速发展阶段——电子交换时期
1.1965年美国开通了第一部空分程控交换机，它的话路系统采用纵横接线器，.所以话路系统是空分的，传输的信号是模拟信号。
2.所谓程控就是由存放在存储器中的程序来控制交换网络的接续，这就是所谓的软件控制。
3.当时遇到两个问题：一个是用电子器件代替金属接点，；另一个是时脉冲编码调制技术已在通信线路中使用，但这种数字信号无法进入交换机进行交换。
• 随着微电子技术的发展，超大集成电路的出现，大容量存储器的发展，使数字信号进入交换机成为可能，而且也在交换网络中摒弃了金属接点。
3 交换机的基本功能
◆电话交换机的任务是完成任意两个电话用户之间的通话接续。
◆通过前面对人工交换机通话接续过程，可以归纳出对电话交换机的基本功能要求:呼叫检出功能;接收被叫号码；对被叫进行忙闲测试；若被叫空闲，则应准备好空闲的通话回路；向被叫振铃，向主叫送回铃音；被叫应答，接通话路，双方通话；及时发现话终，进行拆线，使话路复原。
4 交换机的分类
1．按接续方式分类
(1)人工电话交换机：接线、拆线由话务员来完成。
(2)自动电话交换机：接线、拆线完全由用户自动控制电话交换机完成。
2．按自动电话交换机信息传递方式分类
(1)模拟交换机:对模拟信号进行交换(2)数字交换机：对数字信号进行交换。
3．按自动电话交换机控制方式分类
(1)布线逻辑控制交换机。(2)存储程序控制SPC交换机。
5 交换机的基本概念

程控交换机实质上是数字电子计算机控制的交换机。
6 程控数字交换机的性能和指标
用途：程控数字交换系统主要用于：市话交换;长话交换;汇接交换；国际长途交换；农话交换；用户话机交换；远端用户单元等。
容量： 容量通常以用户线数和中继线数来表示。
• 门：一门就是一对用户线；
• 线：指交换网络出、入线的端子数，这是最基本的表示方法。
• 路：指接长途电路数。
话务负载能力 呼叫处理能力
新服务性能：缩位拨号、热线服务、呼出限制、免打扰服务、查找恶意呼叫、截接服务、闹钟服务、无应答转移
服务标准： ①呼损指标 ②接续时延
第二章 话音信号的数字化基础
2.1. 多路复用技术
按信道共享方式 频分复用 时分复用 空分复用 码分复用
频 信道一
率
信道二

信道n

FDM信道划分 时间

频 信 信 信
道 道 道
率 1 2 3

TDM信道划分 时间
2.2. 话音信号数字化
抽样定理
对于一个有限带宽的连续信号f（t）,其最
高频率为fM ，此信号可由时间上相隔
TS ≤ 1／2 fM
秒的各均匀间隔点上的信号值f（KTS ）唯一确定。
人类语声的基本频率范围是80～1200Hz，但是泛音和子音都包含有大量的比频高的各种频率成分。
试验证明，要正确的重发同样的语言，则频带必须在80～8000Hz范围。在电话传输中，为了减少频带，提高线路利用率，将语声的频带限制在300～3400Hz，便可保证能够听清讲话内容和讲话者的语音特征。
因此语声的抽样频率fS 选为8000Hz，其抽样周期TS＝ 1/8000＝125uS。

数字通信的关键是模数转换和数模转换。而模拟信号和数字信导之间的相互转换必须有一定的规律和方法，以便在发端模数转换后在收端按规律正确实行数模转换。 模数转换有多种方法，其中PCM为最常用的一种为了使模拟的话音信号转换为PCM信号，要经过抽样、量化、编码三个过程。
2.3.抽样和抽样定理

PCM信号经过传输和交换后，在接收端将收到的PCM信号进行解码、低通滤波二个过程又恢复为模拟话音信号。
一般称前者为模／数(A/D)转换，称后者为数／模(D/A)转换。
2.4 传输码型
可以用不同电位或电流波形来表示数字码0或1，只要它的不同“电值”与数字码0,1 存在一一对应关系即可。
一、选择传输码型的条件
1.传输码型中不含有直流分量，且低频分量和过高频分量也不易太多，以减小传输失真；
2.传输的码型要便于时钟提取，即从传输码型中简便而稳定地获得定时时钟信息；
3.传输的码型具有一定的规律性，以便于检测误码；
4.码型变换设备要简单，易于实现。
二、线路编码信号
1．单极性归零波形

2．单极性不归零波形

3.双极性归零波形

3．极性交替转换波形(AMI码)，也叫双极性归零码

2.5 几个基本概
时隙和帧
1.对每一个话路来说，每次抽样值经过量化以后可编成8位PCM码组进行传输,每路信号所占有的传输时间称时隙。
2.32时隙合成一个“帧”，16帧合成一个“复帧”。
2.6 32路PCM的帧结构
1．基群概念
PCM时分多路通信可组成若干路的复用，CCITT建议以两种PCM系统为基础。一种是PCM30/32路系统，可供传输30个话路，传输速率为2.048Mb／S，欧洲各国和我国均采用这种系统；
另一种是PCM24路系统，可供传输24个话路，传输速率为1.544Mb／s，美国、加拿大和日本等国采用。称这两种PCM系统为基群或一次群传输系统。
2.7 PCM高次群
为了提高线路利用率，PCM 30/32路系统和PCM24路系统均可以进一步进行多路复用，再经多路复用的系统统称为高次群传输系统，依次称为二次群系统、三次群系统等。
在时分制的数字传输系统中，高次群是由低次群经过数字多路复接而构成。所谓数字多路复接是指把各个群的数字信号在时间上重新进行排列。
PCM 30/32路制式的二次群是由4个一次群经过数字多路复接而构成。
第3章 数字交换机的话路部分
程控交换机是由硬件和软件两大部分组成。
硬件主要分为三个部分即：1、话路接续部分 2、控制部分 3、输入输出部分
软件是指程序和数据，它们都存放在存储器中。
3.1 数字交换机的系统结构

（1）用户电路和模拟交换机的一样，还增加A/D和 D/A转换功能，二至四端口和四至二端口电路转换；
（2）信号收/发包括:信号音的产生及多频互控信号音的收与发；
（4）数字交换网络由T接线器及S接线器组成，是交换机交换功能核心部件。
（5）模拟中继是数字交换机与模拟交换机接口电路；
（6）数字中继是数字交换局之间或数字交换机与远端模块间的接口电路；
中继线一般是两个交换机之间的连接线路，可以传送语音信号及相关的控制信号，中继线按传送信号的类型分为模拟中继线和数字中继线，模拟中继线进入选组级必须通过模拟中继器完成相应的转换，数字中继线进入选组级则必须通过数字中继器完成相应的转换。
3.2 用户模块的组成
3.2.1 用户模块基本结构
用户级交换网络：负责话务量的集中（或扩散）。
信号提取和插入电路：用于交换机中多个处理机之间的通信，负责把从网络接口电路传来的信息从信息流中提取出来传送给处理器，或把处理器发出的信息插入到信息流中去。
网络接口电路：是用户模块和数字交换网络之间的接口电路。
扫描存储器：暂存从用户电路读取的信息，如通过它存储的信息进行摘/挂机识别等。
分配存储器：暂存向用户电路发出的命令信息。
微处理器：负责控制用户模块和用户电路的工作。
3.2.2 用户电路
每个电话用户线接在用户电路上，它是交换机连接模拟用户的接口电路，每个用户占用一套用户电路。用户电路共有七大功能，通称BORSCHT功能。 模拟用户的传输线路为二线模拟线。

用户电路功能示意图
3.3 中继器
模拟中继器其结构形式和用户电路十分相似。和用户电路不同点：
a. 模拟中继单元不向外馈电和发送铃流；
b.模拟用户电路需对用户线状态监视，而模拟中继器则对线路信号监视，监视对方送来的信号变化；
C.用户电路接至用户模块进行话务量集中，模拟中继是直接进入交换网络。
数字中继器：是数字交换机与数字局的中继线相连的接口电路，其作用是发送及接收PCM信号

3.4 音频信号的产生、发送和接收
交换机需要向用户发送拨号音、回铃音、忙音及各种提示音，同时也需要向其它交换机发送、接收各种局间多频互控信号。这些都是模拟信号，必须将它们数字化，用PCM信号表示。
数字音频信号的发送
和普通话音信号一样，各种数字化的音频信号可以通过数字交换网发送，由于从ROM中读出的信号是8 位并行PCM码，需变成串行码并通过复接电路送入指定的时隙。
数字音频信号的接收
单频信号由用户电话机接收，在用户环路中进行译码变成模拟信号，再送用户电话机。
多频信号由专用接收器处理，为区别各种不同频率和组合，6 个数字滤波器对信号滤波，从中取出2 个不同频率信号，再由数字逻辑识别电路识别出它们的组合。
3.5 数字交换和数字交换网
数字接线器的基本功能

图中，母线1 上的A用户使用时隙5 、B用户使用时隙9 ，经交换网络后，A用户的信息交换到母线m 的时隙25中，而B 用户的信息交换到母线2 的时隙21中。
一般情况下，小容量模拟交换机采用空分交换网络；小容量的数字交换机采用时分交换网络；大、中型数字程控交换机使用时分与空分相结合的交换网络。 第4章 程控交换系统控制部件的组成特点
4.1 对控制部件的要求
1）呼叫处理能力
通常用BHCA（Maximum Number of Busy Hour )最大忙时试呼次数来表示。
2）可靠性
要求交换机控制设备的故障率尽可能低，故障维修时间尽可能短。
3）灵活性和适用性
要求控制系统在整个工作寿命期间能跟上技术发展的步伐,能适应新的服务要求和技术发展。
4）经济性
4.2 交换机控制系统的结构方式
控制系统:控制系统的主要设备是处理机。处理机的数量和分工有各种配置方式，但归结起来可以分为
2种基本的配置方式：集中控制、分散控制。
1 集中控制
早期的程控交换机都采用这种控制方式。假设某一交换机的控制系统由多台处理机组成，每一台处理机均装载全部软件，可以完成所有控制功能，访问所有硬件资源，这种控制方式就叫集中控制方式，见图4.1。

2 分散控制
所谓分散控制，就是在给定的系统状态下，每台处理机只能访问一部分资源和执行一部分功能。处理机之间的功能可以静态分配，也可以动态分配。分配方法有多种。
静态分配：就是资源和功能分配一次完成。各处理器根据不同的分工配备一些专门的硬件。不仅是“功能分配”,也可能是“话务分担”。即每台处理机处理一部分话务量。可以做成模块化系统。
优点: 提高了稳定性. 缺点: 降低了灵活性.
动态分配：就是每一台处理机可以处理所有的功能，也可以达到所有资源，但根据系统的不同状态，对资源和功能进行最佳分配。
优点：当有一台处理机发生故障时，可由其余处理机完成全部功能。
缺点：动态分配非常复杂，降低了系统的可靠性。
4.3 多处理机结构
指的是在一个系统中有多于一台处理机配合来完成控制交换机的功能。
1、按功能分担： 不同处理机完成不同功能。
◆控制用户模块(用户级)工作的用户处理机和控制交换网
络(选组级)中央处理机；
◆直接控制硬件工作的前台区域处理机和后台的中央处
理机；
◆专门负责管理、调度或维护的处理机；
◆各个具体部件如各种中继器、信号设备、甚至用户等
都可能有专门处理机控制工作。
2、按话务分组：
每一台处理机完成一部分话务处理功能。例如上述各种处理机可能每一种不止一台，它们之中的每一台完成一部分话务处理功能。
3、备用工作：
为提高控制部件的可靠性，对每台处理机配有备用处理机(有时也采用‘N+1’冗余)。这样就形成主／备用工作方式。 上述各类处理机每一种都可能双机工作，其中一台处理机处于主用状态，另一台则处于备用状态。平时主用机工作，一旦主用机发生效障，立即进行主、备机倒换，让备用机接替主用机工作。
4.4 备用方式
一般来说，备用方式有两种，冷备用和热备用。
热备用方式较好，但冷备用方式硬、软体简单
根据不同的处理方法，热备用还
可有不同方式：
1、同步方式：
二台处理机同时接收信息，同时执行同一条指令，并且比较其执行结果。如果相同，则转入下一条指令，它们好象是一台处理机在工作。如果发现比较后结果不同，则立即在几微秒内退出服务。

2、互助结构：
两台或若干台处理机平时按话务分担工作，即每一台处理机各自负担一部分话务量，当有一台处理机发生故障，则它的部分工作由其它处理机负担。
3、主/备机方式
只有主用机参加运行处理，备用机只通电不运行。一旦主用机发生故障，倒向备用机时，新的主用机仍可利用公用存贮器中数据。当然也可采用各自都有的存储器的办法，但要求二个存贮器内数据保持一致。即主用机要同时写入二个存贮器。
4.5 故障的处理方式和表现
发生故障时，不同备用方式的处理和表现不尽相同。
1.同步方式
在同步方式下，备用机可能处于不同状态：
◆同步状态：这是备用机正常工作状态。它接收外来数据，和主用机并行工作比较处理结果，并准备在主用机发生故障时接替工作。
◆脱机状态：备用机和主用机脱离。不接收外来数据，不运行和不比较结果，这种状态叫做脱机状态。这时备用机可能在修改软件或者对外设进行测试。
◆校验状态：当备用机要从脱机状态转向同步状态时，必须先进入校验状态。这时对主用机存贮器内容和备用机存贮器内容校验。当确认全部内容无误时，才允许备用机进入同步状态。
同步时，两台处理机不断比较，当发现比较结果不符时，说明有一台处理机发生故障，这时要做一下紧急处理：
2、互助方式：
在两台处理机情况下，实际上形成各负担一半话务量。如果有一台处理机产生故障，便立即退出服务，这时全部呼叫由另一台好的处理机单独处理。在发现故障时，正在处理的呼叫就丢失了，但是对在振铃、通话阶段的呼叫不丢失，由完好的处理机接着处理。
3、主／备机方式
这种方式下，平时备用机不参加呼叫处理，只有在主用机发生故障时才将备用机换上，这样新的主用机没有经过事先校验，如果出现问题，就可能使全部呼叫复原重新初始化。
4、冷备用
在冷备用方式下，备用机是没有呼叫处理数据的。当它成为新的主用机时，没有数据，只能将全部呼叫中断，为防止或减少由于主备机倒换引起的呼叫中断，尽可能多的保留原来的呼叫数据，有的交换机定期向外存复制现有的呼叫数据以备倒换后使用。
4.6 处理机间通信方式
1 通过PCM信道进行通信
1）利用TS16进行通信
2）通过数字交换网络的PCM信道直接传送
利用时隙16进行通信：
在数字通信网中，时隙16用来传输数字交换局间的信令，传输线上的信息在到达交换局以后，中继接口提取时隙16的信令，进行处理。交换机内部的16时隙是空闲的，可以用作处理机间的通信信道。
这种通信方式不需要增加额外的硬件，软件的费用也小，但通信的信息量小，速度慢。
2 采用计算机网常用的通信结构
计算机通信网有不同的结构方式，我们在这里只介绍部分在程控交换机中常见的方式。
1) 多总线结构
2） 通过共享输入/输出接口进行通信