3.2.2 程控数字交换机的硬件组成
程控数字交换机的基本组成如图3-2所示。
程控数字交换机同样可分为话路系统和控制系统两大部分，但由于数字交换机的交换网络实现了数字化，采用了大规模集成电路，使得过去在公用设备（如绳路）实现的一些用户功能，如振铃、饿电等不能通过集成电路的电子接点，而不得不放在用户电路中来实现。另外，我国目前的电话网仍然有一部分是模一Ife混合网，还拥有一定数量的模拟交换机。模拟局与数字局间的中继连接需要一些接口电路，即使是数字局与数字局之间的连接，也要接口电路进行码型变换和同步调整。同时，随着数字化技术的发展，使许多非话业务的终端。如计算机的数据终端、传真、用户电报、数字用户、图文终端、ISDN终端等都要进入交换机进行交换，也要求交换机配备与各种终端相适应的接口电路。因此，程控数字交换机拥有较为丰富的接口与终端。
1.话路系统
话路系统由用户级、远端用户级、选组级（数字交换网络）、各种中继接口、信号部件等组成。
（1）用户级
用户级是模拟用户终端与数字交换网络（选组级）之间的接口电路，由用户电路和用户集线器组成。用户级的主要作用是对电话用户线提供接口设备，将用户话机的模拟语音信号转换成数字信号，并将每个用户所发出的较小的呼叫话务进行集中，然后送至数字交换网络，从而提高用户级和数字交换网络之间链路的利用率。
用户级又称用户模块，基本结构如图3-3所示，其组成单元功能如下。
用户集线器，负责话务量的集中与分散。
信号提取和插入电路，负责把处理机通信信息从信息流中提取出来（或插入进去）。
网络接口，用于与数字交换网络的连接。
扫描存储器，用于暂存从用户电路读取的信息。
分配存储器，用于暂存向用户电路发出的命令信息。
用户集线器具有话务集中的功能。由于每个用户忙时双向话务量约为0.12?0.20Ert,相当于忙时约有12%?20%的时间在占用。如果每个用户电路直接与数字交换网络相连，数字交换网络的每条通路的利用率就较低，而且使交换网络上的端子数增加很多，采用用户集线后，就可将用户线集中后接出较少的链路送往数字交换网络，这样不仅提高了链路的利用率，而且使接线端子数减少。
用户集线器多采用时分接线器，其出端信道数小于入端信道数。入端信道数和出端信道数之比称为集线比，在我国许多的地区采用的集线比大多为4:1,如480个用户公用120个。
用户电路是用户线与交换机的接口电路。由于某些信号（如振铃、直流馈电等）不能通过电子交换网络，因此把某些过去由公用设备实现的功能移到电子交换网络以外的用户电路来实现。归纳起来，目前，程控数字交换机中用户电路的功能有下列七项：
B（Batteryfeed）馈电：
O（Over-voltageprotection）过压保护；R（Ringingcontrol）振铃控制：
S（Supervision）监视；
C（Codec&filters）--编译码和滤波；
H（Hybridcircuit）混合电路：
T（Test）--测试。
图3-4所示为用户电路的功能框图。
下面分别说明上述七项功能。
①饿电。向用户话机馈电采用48V（SK-60V）的直流电源，如图3-5所示。图中两个电感线圈对语音信号呈高阻抗，而对直流馈电电流则可视为短路，这样一方面可以向用户话机供电，另一方面对语音信号可有较小衰减。
②过压保护。用户线是外线，可能受到雷电袭击，也可能和高压线相碰。高压进入交换机内部就会毁坏交换机。通常在总配线架上对每一条用户线都装有保安器（气体放电器），它能保护交换机免受高压袭击。但是从保安器输出的电压仍可能达到上百伏，
这个电压也不容许进入交换机内部。用户电路中的过压保护就是为了这个，称为二次保护。
用户电路中的过压保护是采用二极管组成的钳位电路，如图3-6（a）所示。图中D1?D4银位二极管平时都受到电源电压所加以的反偏S.对于绝对值卜V|以内的正常电压，二极管都处于截止状态，使它们都能进入用户电路之后的部件。当输入电压大于卜V|时，二极管被导通，高压被银位在卜V|之内，而起到保护作用。另外，过压保护元件电路中的R可采用热敏电阻，当电流增大时，阻值也增大，也起到过压保护的作用。甚至当电流过大时烧毁，造成断路，这样可保护交换机的安全使用。
目前已有电器特性与气体放电管保安器十分相似的单片器件，其接通时间只有几个纳秒，用这种器件构成的过压保护电路，在保护性能上会更好一些，如图3-6（b）所示？
③振铃控制。向被叫用户振铃，其铃流电压是比较高的。国内规定是90V±15V,频率为25Hz,这样的铃流高压在送往用户线时，就必须采取隔离措施，使其不能流向用户电路的内线，否则将引起干扰甚至损坏内线电路。由于用电子器件来实现上述要求有一定的困难，并且成本也很高，因此，一般采用振铃继电器，由继电器的接点转换来控制铃流的发送。
用振铃继电器控制铃流的原理如图3-7所示。
从图中可见，在振铃控制信息（由软件提供）控制下启动继电器J,就可将铃流送向用户。被叫用户闻铃声后摘机应答，振铃开关送出截铃信号，停止振铃。
有些交换机已将这部分功能由高压电子器件来实现，从而取消了振铃继电器。
④监视。这一功能通过监视用户线直流电流来监测用户话机的摘、挂机和号盘话机的拨号脉冲。监视电路与馈电电路是合在一起的。在图3-8（a）中所示的监视电路中，就是在馈电回路中串入一个小电阻，在电阻两端接放大器，引出监视信号。在图3-8（b）中，则是在用户线的a,b线上串入两个小电阻R,将R上的电压引入比较器，经比较器后输出监视信号。
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⑤编译码和滤波。这一功能完成模拟信号和数字信号间的转换。由用户话机送话器送出的语音信号是模拟信号，在送入数字交换网络前，要由编码器将其变成数字信号。由于模拟信号在编码前要进行抽样，故餺将模拟信号的频带限制在300?3400Hz,所以在编码器前要加一个带通滤波器。从数字交换网络送出的数字信号要通过译码器变成脉冲幅度信号，再通过低通滤波器还原成模拟信号送至用户话机的听筒，所以，在完成模/数转换和数/模转换时，编译码器和滤波器是密不可分的。
目前编译码器和滤波器都采用集成电路，这样不但体积小，价格也大幅度下降，故常用单路编译码器和滤波器，即每个用户电路中都单独配备一套编译码器和滤波器。
⑥混合电路。混合电路的功能是用来进行二/四线转换。用户线上传送的是模拟信号，-般都采用二线双向传输。而数字信号的传输必须是单向，即发送时要通过编码器，接收时要通过解码器，因此需要四线单向传输。所以在二线和四线交接处必须要有二/四线转换接口。过去多采用混合线圈实现这一功能，目前则较多地采用集成电路，因而称作混合电路。图3-9所示为混合电路的框图。图中的平衡网络是对用户线的阻抗平衡匹配，有的数字交换机的平衡网络有多种，由处理机软件来控制选用，使得尽可能达到平衡的效果。
⑦测试。测试功能实际上是为测试器提供测试的入口，可由测量台或操作控制台控制，接通测试继电器接点或电子开关，把用户内、外线分开，以便分别进行测试，测试结果可在操作台显示屏上显示。采用继电器的测试电路如图3-10所示。
除了上述基本功能外，某些特殊用户电路还具有极性转换，衰减控制，计费脉冲发送等功能。
上面所说的用户电路，是指连接普通电话用户的模拟用户电路。模拟用户电路主要完成BORSCHT七大功能，目前已用单片大规模集成电路（SLIC）来取代传统的分立元件、厚膜混合集成电路。该SLIC完成BORSCHT七大功能中的五个功能BORSH,CT两个功能则仍需单独的编译码器和滤波器集成电路来实现。
在程控数字交换机中，还有一种与数字用户终端连接的用户接口电路，叫数字用户电路。常见的数字用户终端设备有数字话机、个人计算机、数字传真机及数字图像设备等。数字用户终端设备能直接给出数字信号，它通过数字传输送至数字交换机。因此，要求数字交换机相应的接口电路，也能直接在数字传输线上发送和接收数字信号。这样数字交换机和数字用户终端设备之间所进行的，实际上是数字数据通信。为了可靠地实现数据的发送和接收，数字用户电路应具备码型变换、回波抵消、均衡、扰码和去扰码、信令提取和插入、多路复用
（2）远端用户级
远端用户级是指装在距离电话局较远的用户分布点上的话路设备，其基本功能与局内用户级相似，也包括用户电路和话务集中器，只是把用户级装到远离交换局的用户集中点去，它是将若干个用户线集中后以数字中继线连接至母局。由于用户语音信号在经数字传输之前就已数字化，故传到交换局的语音信号不必再进行D/A转换，即可直接经数字中继接口进入数字交换网络进行交换。远端用户级也可称为远端模块。
（3）选组级
选组级一般称为数字交换网络，它是话路部分的核心设备，交换机的交换功能主要是通过它来实现的。
在数字交换机中，交换的数字信号通过时隙交换的形式进行，所以数字交换网络必须具有时隙交换的功能。完成这一功能的设备是时间接线器（T接线器）。由于T接线器的容量不可能很大，因此通常还需要具有空间交换功能的设备，完成这一功能的设备是空间型时分接线器（S接线器）。所以，一个大、中型的数字交换机则往往使用这两种接线器的组合，采用T-T,T-T-T,T-S-T,T一S_S_T,T-S_S-S-T等形式。有关数字交换网络的详尽内容请参阅本章3.3.4节。
（4）中继接口
程控数字交换机与程控模拟交换机一样，在交换网络（这里就是数字交换网络）与局间中继线之间，必须由中继接口来配合工作。根据中继线的类型，可有模拟中继接口和数字中继接口，分别称为模拟中继器和数字中继器。
①模拟中继器
模拟中继器是用于数字交换机与其他交换机之间采用模拟中继线相连接的接口电路，它是为数字交换机适应模拟环境而设置的。
模拟中继线是传送音频信号的实线中继线，或传送频分复用的模拟载波信号的中继线。对于实线中继线，模拟中继器需将模拟信号转换成数字信号或将数字信号转换成模拟信号；对于频分多路复用中继线，可直接将频分多路复用（FDM信号）转换成时分多路复用（TDM信号），变成PCM数字编码。
模拟中继器的功能与用户电路相似，也有过压保护（O），编译码及滤波（C），测试（T）功能，不同的是它不需要馈电（B）和铃流控制（R）功能。在中继线采用二线制时，有二/四线转换（H）功能，还有线路信号的监视控制和中继线的忙闲指示功能。另外，由于中继线利用率高，因此对经模拟中继的语音信号无需像用户级那样进行话务集中。图3-12所示为模拟中继器的功能框图。
②数字中继器
数字中继器是数字交换机与数字中继线之间的接口电路，数字中继线一般采用PCM作为传输手段，一般为PCM30/32.基群接口通常使用双绞线或同轴电缆传输信号，而高次群接口则逐步采用光缆传输方式。
数字中继器的主要作用是将对方局送来的30/32路PCM信号分解成30路64kbit/s的信号，然后送至数字交换网络。同样，它也把从数字交换网络送来的30路64kbit/s的信号，复合为30/32路PCM信号，送到对方局。
#p#分页标题#e#虽然PCM数字中继线传输的信号也是数字信号，但它的传输码型和数字交换机内传输和交换的信号码型是不同的，而且时钟频率和相位也会有差异，此外其信令格式也不一样。为此就要求数字中继器应具有码型变换、时钟提取、帧定位、帧同步和复帧同步、信令提取和插入、告警处理等功能，以达到协调彼此之间的工作。图3-13所示为数字中继器的功能框图。
（5）信号部件
信号部件分信号音发生器及多频信号接收器和发送器。
数字交换机中信号音发生器一般采用数字音存储方法，将拨号音、忙音等音频信号进行抽样和编码后存放在只读存储器中，在计数器的控制下发出数字化信号音的编码，经数字交换网络发送到所需的话路上去。当然，在需要的时候，也可通过指定的时隙（如TS0,TS16）传送。
多频信号发送器和接收器主要用于接收和发送多频（MF）信号，它包括音频话机的双音多频信号和局间多频信号。这些双音多频信号在相应的话路中传送，都是以数字化的形式通过交换网络而被接收和发送的。故在数字交换机中的多频接收器和发送器应能接收或发送数字化的多频信号。
1.控制系统
程控数字交换机是在程控模拟交换机的基础上发展而成的，程控模拟交换机的控制系统，一般采用单一中央处理器的集中控制方式。程控数字交换机开始出现并迅速发展时，各种微处理器也相继问世。因此，数字交换机通常采用引入微处理器的多机控制方式。采用多机控制方式的一种基本方式是设置多级处理机（两级或三级处理器）。
程控交换机的控制部分一般可分为以下三级。
第一级：电话外设控制级。这一级是靠近交换网络以及其他电话外设部分，也就是与话路设备硬件关系比较密切的这一部分的控制。这一级的控制功能主要是完成扫描和驱动。其特点是操作简单，但工作任务非常频繁，工作量很大。
第二级：呼叫处理控制级。它是整个交换机的核心。在这里将第一级送来的信息经过分析、处理后，再通过第一级发布命令来控制交换机的路由接续或复原。这一级的控制功能具有较强的智能性，所以这一级均为存储程序控制。
第三级：维护测试级。主要用于操作维护和测试，它包括人一机通信。这一级要求更强的智能性，所以需要的软件数最最多，但对实时性要求较低。
这三级的划分可能是“虚拟”的，仅仅反映控制系统程序的内部分工。也可能是“实际”的，即分别设置专用的或通用的处理机来分别完成不同的功能。如第一级采用专用的处理机--用户处理机，第二级采用呼叫处理机，第三级采用通用的处理机--主处理机。这三级逻辑的复杂性和判断标志能力是按照从一级至三级顺序递增的，而实时运行的重要性、硬件的数量和其专用性则是递减的。
有关控制部分的详尽内容请参阅本章3.5节。
2.其他设备
程控数字交换机的硬件，除上述各部分外，还有外围设备、监视告警设备、录音通知设备等。
（1）外围设备
①磁带机。用途有：作为后备系统，用于存储统计数据，或用于话单计费系统。
作为后备系统的磁带机，用于程序和数据的初次装入及再装入。而且每隔一段时间，机内的程序和数据要输出转储于磁带，加以保存。一旦出现软件故障自动再装入不成功时，需要找出最近一次转储后保存下来的磁带，进行人工再装入，如仍不成功，用再前一次转储后保存的磁带，进行人工再装入，直至成功为止。通常每一个程控局中都应配备一定数量的磁带，以满足日常维护及运行的需要。
②磁盘机。有些交换系统除配置磁带机外，还配置有磁盘机。磁带机与磁盘机都是计算机系统常用外存设备，也是程控交换机常用的外存设备。磁盘机与磁带机都有比较大的存储容量，磁盘机的读和写的速度比磁带机快。因此，备有磁盘机的交换系统的软件装入时，-般首先从磁带机倒入磁盘机。利用磁盘机读出速度快的优点，从磁盘机读出软件信息送入交换系统内存。再装入时，也首先从磁盘机来装系统，如果磁盘再装入不成功，则再直接从磁带机装系统，或者先从磁带机装入磁盘机内。再由磁盘机装入交换机。
③维护终端设备，包括可视显示单元、键盘及打印设备。
维护终端设备是曰常维护管理的关键设备，设备数量应按维护工作量配置（一般至少两套）。
（2）测试设备
测试设备包括局内测试设备、用户线路测试和局间中继线路测试设备等。有的交换系统还配置有测试用户线及局间中继线的测量台和交换系统监测台设备。
（3）时钟
为了程控交换机及数字传输系统的协调工作，程控交换系统必须配置时钟设备。为了使各个程控局的时钟信号同步，在各程控局必须配置网同步设备。程控局的时钟，应按交换局级别配置具有不同精度及稳定度的时钟。
（4）录音通知设备
用于交换局中需要语音通知的业务（例如，气象预报、空号或改号、用户的代答业务等）。
（5）监视告瞥设备
用于系统工作状态的告警装置，一般均设有可视（灯光）信号和可闻（警铃或蜂音）信号。
