兰大信息_第04章 程控交换机的终端和接口.ppt

X第四章 程控交换机的终端和接口第 1 页第四章 程控交换机的终端和接口 4.1 模拟用户线终端 4.2 数字用户电路 4.3 模拟中继器 4.4 数字中继器 4.5 数字信号音的产生、发送和接收X第四章 程控交换机的终端和接口第 2 页概述 由于交换机需要连接的设备种类繁多，不同设备发送的信号种类不同，信号的传输速率相差较大，对于控制方式要求也各异，所以在交换网络和各种设备之间必须有接口以完成特定的转换功能，这些接口电路或接口设备称为终端设备。模拟用户接口是连接模拟用户设备和交换机的接口，主要负责完成向用户设备供电、振铃、模/数、数/模转换及2-4 线变换等功能。数字用户接口是连接数字用户设备和交换机的接口，数字用户设备包括数字话机、数字传真机、数字图像设备和数字计算机等，通信时要求以一定速率一定格式发送数字信号，数字用户接口必须按传输信号要求完成码型变换、回波相消等功能。数字中继器是数字交换机和数字PCM 中继线之间的接口，而模拟中继器是数字交换机和模拟中继线之间的接口，主要完成码型变换、信令收发和线路监视的功能。X第四章 程控交换机的终端和接口第 3 页程控数字交换机的基本结构图X第四章 程控交换机的终端和接口第 4 页 4.1 模拟用户线终端 模拟用户线终端包括模拟用户电路和用户模块，用户电路用来连接模拟用户设备，话音经模拟用户电路AD 转换后，由用户模块进行话务集中，然后送往数字交换网络。反之从交换网络来的话音，先由用户模块分路，然后经用户电路DA 转换后送往用户设备。一、模拟用户电路（SLC:Subscriber Line Circuit)模拟用户电路是连接模拟用户设备和交换机的接口电路，交换机为每个用户分配一套用户电路，一般模拟用户电路具有7 项主要功能，分别是：馈电、过压保护、振铃、监视、编译码、二四线变换和测试，通称为BORSCHT。（请注意各功能顺序）X第四章 程控交换机的终端和接口第 5 页1.馈电1.馈电（B：Battery Feeding）所有连接在交换机上的话机，都由交换机向其馈电。我国规定馈电电压为-60V，国外设备多为-48V，通话时的馈电电流在20 50mA 之间。为使送话器工作于最佳状态，环路电阻应小于1900，当环路电阻超过1900，可在b 线串接24V 升压电池，环路电阻最大不能超过3000。馈电方式可以有两种：电压馈电和电流馈电。电压馈电一般要使用电感，对话音呈高阻抗，对直流馈电则是低阻抗，为减少对地不平衡产生的串话，要求连个电感的感抗要尽可能一致。结构简单，但电感较大，电路不易集成，且用户环线较长时衰减较大。对于电压馈电方式，往往串接环路电流限流器，作用有两个：a.防止意外短路，b.当用户话机在规定时间不挂机时，则封锁用户，停止供电。电流馈电通过恒流源向用户馈电，可以不使用电感线圈，电路体积小，容易集成，而且受线路长度影响小。X第四章 程控交换机的终端和接口第 6 页2.过压保护2.过压保护（O：Over Voltage Protection)因为用户环线经常是裸露在外的明线，所以有可能人为或意外接入高电压，为了保护交换机内部电路不受高压袭击，程控交换机采用两级过压保护措施。X第四章 程控交换机的终端和接口第 7 页2.过压保护 第一级是在配线架上安装保安器，主要用来防止雷电，高电压下保安器首先被击穿，达到泻流目的。但是保安器击穿速度不够快，几百伏的高压仍然可以在短时间内加到接口板的入线端，因此需要加第二级保护。第二级是由热敏电阻和二极管桥式钳位电路组成。热敏电阻R 的作用是抑制电流增加，平时电阻很小，电流大时其发热较高，电阻值也较大，当电流过大时烧毁形成断路。二极管桥式钳位电路可将ab 线的电压钳制在48V。X第四章 程控交换机的终端和接口第 8 页3.振铃控制3.振铃控制（R：Ringing Control）我国规定振铃铃流为：9015V，25Hz 的交流电压信号。铃流发生器是一个连续信号发生器，而振铃的节奏为1s 通，4s断，为此，需要由处理器来控制铃流继电器的通断，由软件控制继电器动作，1s 振铃期接通铃流源，4s 间断期接回ab 线。同时，为了在振铃时检测用户摘挂机状态，在铃流电压中叠加一个-48V 的直流电压，只要用户摘机，交换机就可以检测到用户环路电流的变换，从而产生截铃信号，停止振铃。X第四章 程控交换机的终端和接口第 9 页3.振铃控制X第四章 程控交换机的终端和接口第 10 页4.监视4.监视（S：Supervision)监视功能主要是通过监视用户线上的直流电流来监视用户线回路的通断状态，从而可以及时检测到用户的摘挂机状态和直流拨号脉冲。用户挂机时，直流环路断开，用户线上无直流电流；当用户摘机时，直流环路接通，用户线有20mA 以上的直流电流。对于号盘话机，拨号时使用户环线有规律的通断，从而发出一串直流拨号脉冲，处理器通过软件技术脉冲个数，就可以受到拨出的号码。监视电路与馈电电路一般是合在一起的。X第四章 程控交换机的终端和接口第 11 页4.监视X第四章 程控交换机的终端和接口第 12 页5.编译码和滤波5.编译码和滤波（C：Code、decode&filter）编译码和滤波功能完成模拟信号和数字信号间的转换。为了避免在模数转换中由于信号抽样而产生混叠失真，和消除50Hz 电源及其倍频信号的干扰影响，在发送端模拟信号需要先经过一个300 3400Hz 的带通滤波器，然后再经过编码器变成PCM 数字信号；而在接收端经过解码器解码后，恢复出PAM 信号，然后经过一个0 4000Hz 低通滤波器恢复成模拟连续语音信号。X第四章 程控交换机的终端和接口第 13 页6.混合电路6.混合电路（H：Hybrid Circuit）在用户线上模拟信号是通过2 条用户线双向传输的，而进入交换机后数字信号必须单向传输，需要将收发信号分开，即以4 线单向传输。混合电路的功能就是完成2/4 线转换。平衡网络的作用是对用户线的阻抗进行匹配，使4 线侧的发送和接收端之间有很大的衰减，避免接收端的信号回送到发送端而产生回声。X第四章 程控交换机的终端和接口第 14 页6.混合电路 由图可以看到，平衡网络很重要，如果ZB跟ZL匹配不好，就会使接收信号泄漏到发送端。形成发话回声和受话回声。X第四章 程控交换机的终端和接口第 15 页6.混合电路 由于用户线长度不等，用户话机不同，而且话音是多频信号，所以ZB很难和ZL完全匹配，所以泄漏一定存在。为了防止产生正反馈出现，一般在4线的接收端加入23dB 的衰减，以防止回路不稳产生振鸣。X第四章 程控交换机的终端和接口第 16 页7.测试7.测试（T：Test）测试功能主要是用来检查用户线路和接口可能出现的各种故障，以便及时修复和排除。通过在用户电路中提供一些测试点和开关，可接入测试电路进行内线测试或外线测试。内外线的测试一般采用周期巡回自动测试或制定测试。X第四章 程控交换机的终端和接口第 17 页二、用户模块 用户模块又称用户集线器，主要是用来进行话务集中（或分散）的。因为用户线的话务量很低，即利用率比较低，若给每用户分配一个固定时隙，直接进入交换网络进行交换，则由于大部分时隙是空闲的，而使交换网络效率非常低下，而且造成交换网络内部数据速率很高。所以需要在用户级先对所有用户进行话务集中，将几百或上千个用户共用少数的若干条话路（eg：120 条），然后再送往交换网络进行交换。用户模块主要由一级T 接线器构成用户级交换网络。一般把用户电路到数字交换网络的传输通路称作上行通道，把数字交换网络到用户电路的传输通路称作下行通道。上行通道用集中式T 接线器实现，下行通道用发散式T 集线器实现。X第四章 程控交换机的终端和接口第 18 页用户模块框图X第四章 程控交换机的终端和接口第 19 页上行通道集中式T 交换网络X第四章 程控交换机的终端和接口第 20 页下行通道发散式T 交换网络X第四章 程控交换机的终端和接口第 21 页二、用户模块除了用户交换网络外，用户模块还包括以下几个主要部分：信号提取和插入电路：用于交换机中多个处理器之间的通信，负责把从网络接口传来的处理机通信信息从信息流中的TS16 提取出来给用户处理机，或将用户处理机发出的通信信息插入到信息流的TS16 当中去。扫描存储器：用于暂存从用户电路读取的用户电路状态信息。如：摘机0、挂机状态1。分配存储器：用于暂存处理机向用户电路发出的控制命令。如：振铃控制（“0”不振铃，“1”振铃）；测试控制（“0”正常状态，“1”测试状态）；换极控制（“0”正常，“1”换极）；投币收集控制（“0”正常，“1”送硬币收集信号）用户处理机：负责控制用户模块和用户电路的工作，并对用户电路扫描，进行摘挂机识别，在用户电路中分配驱动信号，并负责和高层处理机通信。X第四章 程控交换机的终端和接口第 22 页 4.2 数字用户电路 数字用户电路（DLC：Digital Line Circuit）是数字用户终端与数字程控交换机之间的接口电路。数字用户终端设备主要有：数字话机，个人计算机，数字传真机及数字图像设备等。这些终端设备都是以数字信号的形式与交换机沟通。不同的数字终端传输信号时采用的协议是不同的，所以数字用户电路需要完成的功能也有差异，但是数据传输协议总是可以按OSI（开放系统互联）规定的7 层协议体系来划分功能，一般交换机上的数据传输协议至少需要完成物理层、数据链路层和网络层的功能。物理层主要规定数据传输时信号的码型，数据传输模式（全双工、半双工、单工、总线），编码，网络拓扑，接口物理特性，及通信时的规程特性（各种信号的出线顺序等）。数据链路层主要完成点到点的传送，链路管理（链路的建X第四章 程控交换机的终端和接口第 23 页 4.2 数字用户电路立、维持和释放），寻址，差错控制，流量控制，接入控制和帧同步等。网络层主要完成全网内的寻址，呼叫控制，逻辑编址，路由、复用等功能。对于不同的数字系统，交换机的数字用户电路需要完成的功能也不一样。在这里主要介绍综合业务数字网（ISDN）的数字用户电路。X第四章 程控交换机的终端和接口第 24 页一、综合业务数字网简介（书上p237）综合业务数字网是将语音、数据、图像等的信息传输业务综合在一起的通信网，所有的业务的信息经过数字化后，都在一个网络中传输和交换。俗称“一线通”。不同的业务对线路的传输速率提出了不同的要求：话音业务要求速率为64kb/s，文件传输75 9600b/s，数据处理75100kb/s，图像至少1Mb/s 以上。不同业务的传输特点也不一样：语音要求实时性、低延迟；数据传输要求高吞吐量、突发性、低误码率，但对时间延迟不敏感。为了适应这些不同要求，就必须有不同的接口。ISDN 为用户定义了不同的功能群和网络参考点，供不同情况下的用户连接网络。X第四章 程控交换机的终端和接口第 25 页一、综合业务数字网简介 图中LT、NT1、NT2、TE1、TE2 和TA 都是一些功能群，功能群是在用户出入口应该具有的一些功能的组合，它是一个抽象的概念，不一定要求实际的装置一致。R、S、T、U 都是一些参考点，参考点的作用是区分功能群，并且规定各功能群之间的接口要求。X第四章 程控交换机的终端和接口第 26 页ISDN 系统应用的例子X第四章 程控交换机的终端和接口第 27 页1.功能群1.功能群 LT：线路终端。在交换机上，功能主要有馈电、信号收发及再生、故障定位等。NT1：网络终端1，为用户线终端处的物理和电气终端装置，功能主要是物理层上的多路复用（例如提供时分复用传输），时钟同步，供电，监视，维护，及多终端的争用D 信道时的冲突控制。是网络的边界，使用户设备不受用户线上传输方式的影响。NT2：网络终端2，又叫作智能的网络终端，具有数据链路层上的复用，交换，集线，和维护功能，相当于用户交换机，或局域网里的终端控制器。TE 就是用户终端设备，可以是数字话机，各种数据终端，工作站，数字传真机等。TE1：标准ISDN 终端，具有13 层协议处理功能，维护功能，接口功能，及与其他装置的连接功能。X第四章 程控交换机的终端和接口第 28 页2.参考点 TE2：非标准ISDN 终端，功能与TE1 相同。TA：终端适配器，具有接口变换功能，对TE2 进行协议转换及速率适配后将其接入S 参考点。2.参考点 S：标准用户网络接口，可直接连接ISDN 标准终端，采用四线传输信号，具有192kb/s 传输速率，其中包括2B D、同步和控制信息。它将用户设备与网络有关的通信功能分开，是用户和网络的分界点。T：是NT1 和NT2 间的接口，性能同S。R：是提供非ISDN 标准的终端入网的接口。U：用户线接口，一般采用二线传输方式（也有采用四线的），在其上传输双向数字信号，它具有144kb/s（2B+D=144）传输速率的信息格式。X第四章 程控交换机的终端和接口第 29 页3.通道类型3.通道类型 B 信道：信息通道，用来传送用户信息，速率为64kb/s。D 信道：信令通道，用于传送电路交换的控制信息，或者作为分组交换的信息通道，速率一般为16kb/s 或者64kb/s。H 信道：信息通道，可传输高速的用户信息，根据速率有H0 信道，速率为384kb/s；H11 信道，速率为1536kb/s；H12 信道，速率为1920kb/s。根据应用场合可分为：基本接口（BRI:Base Rate Interface）：用于连接一般家庭或办公室设备，采用二线传输，信道由2B D 组成，即包括2 个独立的B 信道和1个16kb/s 的D 信道。速率为144kb/s，其中B 信道一般用来传输话音、数据和图像，D 信道用来传输信令或分组信息。基群速率接口（PRI:Primary Rate Interface）：用于PBX（用户交换机）或专用网，采用四线传输，由若干B 信道和一个64kb/s 的D 信道组成，常用的形式有23B D，30B D，3H0+D，nB+mH0+D。X第四章 程控交换机的终端和接口第 30 页4.ISDN 用户-网络接口的协议分层结构4.ISDN 用户-网络接口的协议分层结构 第1 层规定了BRI 和PRI 接口的电气物理条件和特性。第2 层规定了BRI 和PRI 的数据链路控制规程。第3 层规定了BRI 和PRI 的呼叫控制功能。X第四章 程控交换机的终端和接口第 31 页二、数字用户电路 为了能将ISDN 终端数字设备接入ISDN 网，程控交换机需要相应的数字用户接口电路，其功能主要是完成LT、U 参考点的功能。1.基本功能 1）提供双向数字2B D 通道；2）路由寻找和为B、D 信道进行路由选择；3）对每条数字线路进行测试、维护、和特殊保护；4）码型变换，扰码，回声抑制、过压保护及故障检错等。5）第2、3 层的协议处理。X第四章 程控交换机的终端和接口第 32 页2.第一层基本功能（物理层T1.601）2.第一层基本功能（物理层T1.601）主要是码型变换，扰码，回声抑制、过压保护、线路馈电及故障检错，实现帧结构，完成B、D 信道的复合和分离等。其中过压保护和测试功能与模拟用户电路类似。1）收发器 收发器的作用主要是在二线制的用户环线上实现数字信号的双向传输。解决的办法主要有三种：X第四章 程控交换机的终端和接口第 33 页 时间分隔复用法v 时间分隔复用法（TDM：Time Division Multiplex）时间分隔复用法又称作乒乓法（Ping Pong），具体是将发送信息和接收信息放在不同的时间段内进行，一来一去就好像打乒乓球一样，故名乒乓法。实际上这种系统是一种半双工系统。将数据传送时间分成等间隔的区间，称为时隙，所有奇数时隙用于一个方向的数据传送，而偶数时隙用于另一个方向的数据传送。收发双方为了在规定的时间内发送数据，必须先把需要发送的数据缓存起来，当属于自己的发送时间到来时，再以至少2 倍于线路传输速率的速度将数据集中发出去，因为数据是采用突发方式传送出去的，所以又可以称作突发式（Burst Mode）。因为需要考虑到在线路最长情况下的传输时延，所以还需要在发送和接收数据之间留出保护时间。X第四章 程控交换机的终端和接口第 34 页时间分隔复用法X第四章 程控交换机的终端和接口第 35 页频分复用法v 频分复用法（FDM：Frequency Division Multiplex）将收发两个方向的数据传输分别调制到不同的频率上进行，一个方向在高频段，另一个方向在低频段。X第四章 程控交换机的终端和接口第 36 页回波抵消法v 回波抵消法（EC：Echo Cancellation）和模拟用户电路一样，在数字用户电路中也要利用混合电路进行2/4 线变换。由于混合电路中的匹配网络的阻抗不可能完全与用户环路阻抗匹配，所以在2/4 线转换时存在回波泄漏，发送端信号经过本端混合电路泄漏到接收端而形成近端回波，信号经过对端混合电路而产生远端回波，回波是对接收信号的一种干扰。一般利用回波抑制器来消除接收端的回波。回波抑制器能根据当前的输入信号和 信号来估计回波 信号的大小，产生 一个大小跟回波相同的估计信号，在加法器处 和 两信号相减，从而在接收端消除回波信号的干扰。X第四章 程控交换机的终端和接口第 37 页回波抵消法X第四章 程控交换机的终端和接口第 38 页三种传输方法比较传输方法 频分法 时间分隔法 回波抵消法工作原理收发双方使用不同频带收发双方使用不同时间片断用回波抑制器消除回波占用频带宽，至少2 倍于信号频带宽，2 倍于信号频带较窄，和信号频带同样宽电路复杂性 简单 简单 复杂器件可集成性 很困难 可集成 可集成限制传输距离的重要因素噪声干扰 远端传音和噪声 远端串音传输距离 短 短4km 长，可达8km使用情况 基本不用 有的国家用 普遍采用X第四章 程控交换机的终端和接口第 39 页2）码型变换2）码型变换 数字用户终端和交换机中的信号一般都是单极性不归零信号，不但含有较大的直流分量，而且不具有定时信息，不适于直接在线路中传输，所以数字用户电路也需要码型变换功能。为了便于传输并且减小信号损耗和串话干扰，线路传输码应具有一下几个特点：不含直流，能量集中在低频段，能传送定时信息，相关电路简单。目前普遍采用的码型有2B1Q 码和4B3T 码。2B1Q 码是把2 个二进制码变换成1 个四进制码，4B3T 码是把4 个二进制码变换成3 个三进制码。X第四章 程控交换机的终端和接口第 40 页3）扰码和去扰码3）扰码和去扰码 用户发出的数据信号是随机的，可能组合成多种特定的码序列，例如：全1，或全0，或帧同步码，有可能破坏帧的同步，影响接收方定时信号提取，克服这种不利影响的方法就是使用扰码器。扰码器的作用是在发送数据序列中加入一个伪随机序列，以破坏用户发送数据中的特定码组和。X第四章 程控交换机的终端和接口第 41 页4）帧结构发送端：接收端：4）帧结构 每帧长度240bit 或120 个四进制符号，占用时间1.5ms，帧频率为667Hz，帧速率为160kbit/s，每8 帧组成1 个复帧，其中第17 帧的帧同步码FW 为四进制的+3+3-3-3-3+3-3+3+3，即二进制的101000000010001010（共18 位），第0 帧的帧同步码为颠倒的FW，即为IFW-3-3+3+3+3-3+3-3-3（010111111101110101），用以确定复帧开始。X第四章 程控交换机的终端和接口第 42 页3.第二层功能（数据链路层I.440/I.441）3.第二层功能（数据链路层I.440/I.441）ISDN 第2 层协议的任务是管理各终端与网络间信息的传递。通常在该层中采用D 信道上的链路接入规程LAPD（Link Access Procedure for D channel），它是ISO 制定的高级数据链路控制HDLC（High-level Data Link Control)规程的子集，通过LAPD 规程将D 信道变成高效、可靠的数据通道，为第3 层协议服务。主要功能：1）帧的分割、同步和透明传输；2）链路管理：在D 信道上建立1 条或多条逻辑链路以实现复用；3）顺序控制：保持接收帧顺序和发送帧顺序一致；X第四章 程控交换机的终端和接口第 43 页4.第三层功能（网络层I.450/I.451）4）差错控制：检测数据链路上的传输错误，并用重发的方式来纠正传输错误；5）流量控制：当逻辑链路过载时，暂停向该链路发送帧信息，以实现数据流量基本平稳。4.第三层功能（网络层I.450/I.451）第三层协议主要是根据用户终端对信息信道（B 信道）的使用要求，用来对B 信道的建立、保持和释放进行控制，也就是说这一层协议主要是用来完成呼叫控制功能的，因而本层又称为呼叫控制层，本层协议称为呼叫控制协议。协议I.450（又称作Q.930）是基本接口的呼叫控制协议，I.451（Q.931）是基群速率接口的呼叫控制协议。第二层和第三层协议都由相应的软件实现。X第四章 程控交换机的终端和接口第 44 页 4.3 模拟中继器 模拟中继器是数字程控交换机和模拟中继线的接口。模拟中继线一般是二线电路。它的功能跟模拟用户电路类似，也有过压保护（O）、编译码及滤波（C）、测试（T）、线路监视（S）这几个功能，当中继线采用二线制时，还有2/4 线转换即混合电路（H）的功能，不同的是，模拟中继器不需要馈电和振铃的功能，而且线路监视功能是用来反映模拟中继线路的空闲、占用、应答、正向拆线、反向拆线和闭塞等状态。模拟用户接口只需要单向检测话机的直流通断状态，而模拟中继接口不但要检测对端交换机的监测信令，还要将本端交换机的监测信令插入到传输信道中去，需要忙闲指示功能。另外，用户电路发来的信息需要先连接到用户模块，经过话务量集中后才能进入选组级（交换网络），而模拟中继器上接收的信号直接进入交换网络。X第四章 程控交换机的终端和接口第 45 页模拟中继器结构框图X第四章 程控交换机的终端和接口第 46 页 4.4 数字中继器 数字中继器是数字交换机与数字PCM 线路之间的接口设备，通过它可以连接数字交换机或远端用户模块。主要功能有：码型变换和反变换，时钟提取，帧同步和复帧同步，帧定位，帧和复帧同步信号的插入，提取和插入随路信令。X第四章 程控交换机的终端和接口第 47 页1.码型变换和反变换1.码型变换和反变换 码型变换是将线路上的HDB3 码变换成交换机内部使用的NRZ 码。双极性的HDB3 码无直流成分，具有连零抑制能力，但是其中不含时钟信息，所以在将HDB3 码变成NRZ 码之前，需要经过双/单变换，先将双极性码变成单极性归零RZ 码，这样便于提取时钟。在发送数据时，需要将NRZ 码变换成HDB3 码，以便在线路上传输。2.时钟提取 时钟提取的任务是从PCM 传输线上输入的PCM 码流中提取时钟信号，以便使收发双方交换机的时钟同步。X第四章 程控交换机的终端和接口第 48 页3.帧同步3.帧同步 帧同步的主要任务是从进入交换机的码流中找到一帧的起始位置，即发现TS0 的位置，从而实现时隙位置对齐，帧同步是同步时分复用分路和复用的基础。帧同步的方法关键是从接收码流中寻找并识别帧同步码。这个任务由帧同步检测器来完成，它有四个基本工作状态：预同步状态，帧同步状态，预失步状态和帧失步状态。帧同步码在偶帧的TS0 中，码字为0011011，在帧失步状态下，帧同步检测器对进入的比特逐位检查，当发现0011011的码字组合后，首先进入预同步状态，然后将当前的位置当作TS0，向后数两帧，在下一个偶帧的TS0 位置查看是否能再次发现0011011 的码字，当连续数次都能在预定位置检测到同步码，且在中间奇帧的TS0 的第二比特为“1”时，则进入帧同步状态，X第四章 程控交换机的终端和接口第 49 页3.帧同步若没能在预定位置发现同步码或奇帧TS0 里的“1”，则重新回到帧失步状态，继续逐位搜索。这种连续数次（一般大于10 次）都检测到同步码，且在中间奇数帧的TS0 的第二比特为“1”时，才真正进入同步状态的方式称为“后向保护”，是为了避免对“同步”误判。当系统在同步状态下，如果连续三次（或四次）都在偶帧的TS0 位置上检测不到帧同步码时，则判定帧失步，同时在TS0的奇帧向对端交换机发帧失步告警码通知对方。这种方式称作“前向保护”，是为了避免因为偶发性误码或干扰而立即判定系统失步，从而使系统过于频繁的错误调整而采取保护措施。状态转换见下图。X第四章 程控交换机的终端和接口第 50 页帧同步失步状态转换图X第四章 程控交换机的终端和接口第 51 页4.复帧同步4.复帧同步 如果数字中继线上传输的是随路信令，即在TS16 中传送话路信道的信令，为了能够正确提取不同话路各自的信令信号，还必须实现复帧同步，如果复帧不同步，则各路话路的信令就会错路。复帧同步的主要任务是确定复帧中的F0 帧的位置，以便将各帧的位置与发端的复帧中各帧的位置对齐。复帧同步码位于F0 帧的TS16 中的第14 比特，码字为0000。复帧同步检测器负责检测复帧同步码，在检测中也采用同步保护措施，规定连续两次收不到复帧同步码，或一个复帧中各帧TS16 的数据都是0，则判断为复帧失步。复帧失步后，规定在检测到复帧同步码，并且前一帧TS16 中的数据不全为0 时，才认为复帧同步恢复。X第四章 程控交换机的终端和接口第 52 页5.帧定位5.帧定位（位同步）主要是使输入中继线上的码流的时钟相位和速率与接收端交换机的时钟完全同步。虽然经过时钟提取功能，但只能保证收发双方的时钟在长时间内的平均值是同步的，因为数据传输速率受到线路长度和外界温度的影响，会出现一些变化，在接收端交换机处表现出来就是码流的时钟频率和相位的随机抖动，这会造成数据的错误接收。所以必须把发送端送来的各时隙传送的信息，准确的按照本局的时钟传送，这就是帧定位的任务。帧定位一般用弹性存储器实现。弹性存储器有两种：移位寄存器或随机存储器RAM。一般多用5121bit 的RAM，能存储两帧64 字节信息。其写入由从X第四章 程控交换机的终端和接口第 53 页5.帧定位输入数据中提取的时钟（外时钟）来控制，而读出由交换机自己的时钟（内时钟）来控制，通过一读一写，就可以将不同的时钟同步起来。当V1V2，写比读快，会造成信息丢失当V1V2，读比写快，会造成信息重读这两种情况都称作“滑码”，会造成信息的损伤。X第四章 程控交换机的终端和接口第 54 页6.提取和插入随路信令解决办法：当容量C 64B 时，初始化时令读写地址相差一帧，即 W=R+32B，当发生滑码或者将要发生滑码时，就强制使读地址和写地址相对变化32，即如果V1 快，则让W-32；若V1 慢，则让W+32，从而保证它们远离滑码发生位置。这样通过人为的增加一次滑码，避免了由于W 和R 位置过近，而短时间内发生多次滑码的可能。其代价就是重读或漏读一帧的数据。6.提取和插入随路信令 输入时，除了F0 帧外，在其他帧的TS16 中提取各话路的控制信令进行处理，完成相应控制功能；输出时，根据需要完成的控制内容，由处理机在TS16 中插入各话路的信令。X第四章 程控交换机的终端和接口第 55 页 4.5 数字信号音的产生、发送和接收一、概述 为了完成电话自动交换接续任务，交换机需要发送很多信令来进行控制或状态提示，信令可分为用户与交换机之间的用户信令和交换机之间的局间信令。信令的表现形式有多种，可以是直流脉冲，直流电平，铃流，音频信号音，或者是数字编码，也可以是No.7 信令系统中的信令单元（相当于分组交换网里的一个控制分组）。在这里，我们主要是介绍一下音频信号音的产生、传送和接收的原理。音频信号主要有单音频信号和双音频信号两种。交换机向用户发送的各种信号音主要有：拨号音、忙音、回铃音、各种通知音、空号音、排队等待音、催挂音等等。这些信号音的主要作用就是向用户表明当前呼叫的状态，提示用户下一步应该做的事情，以配合交换机完成自动交换任务。X第四章 程控交换机的终端和接口第 56 页一、概述 这些信号音一般都是采用450Hz、950Hz 或1400Hz 的单音频信号音，并以不同的断续时间来表示不同的含义。例如：拨号音是一个450Hz 的连续不间断信号音，提示主叫用户可以拨被叫号码。忙音是0.35s 续，0.35s 断的450Hz 信号音，提示主叫用户被叫忙。回铃音是1s 续，4s 断的450Hz 信号音，提示主叫用户当前接续状态处于被叫振铃当中，请主叫用户等候被叫摘机。催挂音是一个连续的且采用5 级响度逐级上升的950Hz 信号音，用于催请用户挂机。三方通话提示音是0.4s 续4s 断的1400Hz 信号音，用于提示用户有第三方要求加入通话。X第四章 程控交换机的终端和接口第 57 页一、概述 交换机之间发送的信号音是由“记发器”产生和接收的，一般称作记发器信号（或者称作多频互控信号MFC：Multi-Frequency Compelled Signal），主要用来传输被叫号码（路由依据），是一种路由信令（地址信令）。记发器信号分为前向信号（由主叫到被叫方向）和后向信号（由被叫到主叫方向），所有信号都是双音频信号。前向信号采用六中取二的编码方式（1380，1500，1620，1740，1860，1980Hz)，可以表示15 种不同的含义；后向信号采用四中取二的编码方式（780，900，1020，1140Hz），可以表示6 种不同含义。例如：用1500Hz 1860Hz 的双音频表示用户号码“8”。还有一种双音频信号是由双音频电话发出的信号音，称作DTMF 信号：Dual Tone Multi-Frequency，用来表示电话号码，是用4 个高频频率的信号和4 个低频频率的信号组合而成，表示数字0 9、A D、*、#。不过这种信号音不是由交换机来产生，而是由用户设备（电话）产生的。X第四章 程控交换机的终端和接口第 58 页二、数字信号音的产生 总之，交换机需要产生所有发往用户的单音频信号，和发往其他交换机的双音频记发器信号。因此交换机上需要配备相应的信号设备（或称作信号终端），用来产生和接收各种信号。由于各种信号终端是公用设备，必须根据需要动态连接到不同用户或交换机，各种信号音都要通过数字交换网络所提供的路由传送，所以这些信号都必须是PCM 数字信号才能在数字交换网络中通过，因而大多数交换机都采用数字信号发生器和数字信号接收器来提供服务。1.单音频信号的产生 在数字交换机中采用数字信号发生器直接产生数字化信号音。数字信号发生器主要由只读存储器、计数器和译码器组成。下面是500Hz 信号音的产生原理示意图。X第四章 程控交换机的终端和接口第 59 页500Hz 信号音产生示意图X第四章 程控交换机的终端和接口第 60 页信号发生器硬件示意图 按PCM 抽样编码原理，每隔125us（8000Hz 的抽样频率）对500Hz 信号抽样一次，经量化编码变成一个采样点的PCM信号，送入ROM 中存储起来，因为500Hz 信号一周期2ms，所以需要采16 个样本点就够了。当需要产生500Hz 的信号时，就以125us 的间隔循环读出ROM 中的数据就行了。但是如果信号频率变成450Hz 时，应该采多少样本点才够呢？是不是1s450125us17.8 18 个呢？X第四章 程控交换机的终端和接口第 61 页450Hz 信号音产生示意图 从图中看到，因为450Hz 的信号一周期（2.22ms）的长度不是125us 的整数倍，所以，1 号样本点和19 号样本点的幅值不一样，如果只采集18 个样本点保存，仍然通过循环读出的方法产生450Hz 信号的话，就会造成第二周期的第一个样本点幅值偏低，从而带来噪音。X第四章 程控交换机的终端和接口第 62 页 为了解决这个问题，应该多采几个的周期450Hz 信号，使采样时间长度T 刚好为125us 的整数倍，即要求：T450m T8000n T 就是要求 T450和T8000的最小公倍数。或者 为了求出m、n 和T，应该先出450Hz 和8000Hz 的最大公约数，为50Hz，所以T 1s/50=20ms，m 9，n 160，即要求对450Hz 得信号连续采样9 个周期共20ms，产生160 个样本点，需要160 个存储单元。由于单频信号音具有对称性，所以可以得到更加节省存储单元的方案。仍然以500Hz 信号为例，在500Hz 信号图中将一周期信号分为、四段，由图可见，和（或和）是偶对称的，只要把段的信号以颠倒的顺序来读就得1.单音频信号的产生X第四章 程控交换机的终端和接口第 63 页1.单音频信号的产生到了段的内容。另外、和、段之间是奇对称，只差一个负号，对于PCM 码来说仅仅是极性码不同，所以只需要在POM 中存放第段的信号就可以了。只需占用5 个单元。读取的方法如下：1)1 5 帧时读；2)6 9 帧时倒过来读；3)10 13 帧时又正读，读出后极性反转；4)14 17 帧时仍然倒读，同时极性反转。实现电路框图请参考课本p166 图5-31X第四章 程控交换机的终端和接口第 64 页2.双音频信号的产生2.双音频信号的产生 设要产生700Hz 和900Hz 的双音频信号。首先，需要找到一个重复周期T，使其刚好成为上述两个频率信号周期的整数倍，同时也是采样周期125us 的整数倍。即要满足：T700m T900n T8000p T 或者：m/700=n/900=p/8000=T 为了求出m、n、p 和T，应该先求出700Hz、900Hz 和8000Hz 的最大公约数，得100Hz，所以T 1s/100=10ms，m 7，n 9，p=80，即要求对700Hz 的信号连续采样7 个周期，对900Hz 的信号连续采样9 个周期，采样时间10ms，共产生80 个样本点，需要80 个存储单元。如果利用波形的对称性，采用前面的方法，则只需要21 个存储单元。见课本p169。X第四章 程控交换机的终端和接口第 65 页三、数字信号音的发送 数字信号音发生器是一种公用资源，可以为所有用户服务。在程控交换机中，各种数字信号音是通过数字交换网络送出的。1.用输出控制的T 接线器发送音频信号 对于小型的交换机系统，交换网络往往是由一级多输入多输出的T 接线器组成的，这时可以用输出控制的T 接线器来完成信号音的发送。输出控制的T 接线器的特点是顺序写入、控制读出，其最大的好处在于：如果在控制存储器的不同存储单元都写入同一个话音存储单元的地址，则可以将话音存储单元中存储的话音分发到多个输出时隙中去。数字信号音的发送就是利用这一原理。一般选TS0 或TS16 所对应的存储单元存放话音，因为这两个时隙一个存放的是帧同步码，另一个存放各话路的信令，不需要进入交换网络交换，所以在交换网络内部，这两个时隙是空闲的，可以用来存放数字信号音。X第四章 程控交换机的终端和接口第 66 页T 接线器发送音频信号示意图X第四章 程控交换机的终端和接口第 67 页2.TST 网络链路半永久连接法2.TST 网络链路半永久连接法 在大型交换机中，如果交换网络是由TST 三级交换网络组成的，这时，数字信号发生器产生的各种信号音，分别占用上行数字母线中的一个信道，送到数字交换网络，在交换网络中占用一个内部时隙，通过在S 接线器上建立的半固定链路，分别送到第三级（也即接收级）T 接线器中的固定存储单元保存，如果需要给某用户送该信号音时，可以直接以用户使用的网络时隙控制读出即可。所谓半永久连接是指数字信号音从进入数字交换网络到出来所经过的交换网中的链路是在开局的时候建立好的，传输路径是固定的，一般情况下不需要改变，除非交换局认为需要调整时才会改动。上行通道是进入交换网络的通道，下行通道是出来的通道。X第四章 程控交换机的终端和接口第 68 页TST 网络链路半永久连接法X第四章 程控交换机的终端和接口第 69 页四、数字信号音的接收 各种单频信号音都是由用户话机接收的，因此在用户电路中进行解码后，就可以变成模拟信号自动接收。多频信号是由专用的多频信号接收器接收。一般采用数字滤波器实现，通过滤波后，再经过数字逻辑识别电路