作者：许圳彬、王田甜、胡佳、黄秀丽 王娜 倪哲 编著
出版社：人民邮电出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
电话网交换技术试读：
前言
本书借助大量图片和形象的描述，为读者展现了电话网的概貌。通过对程控交换技术和软交换技术的介绍，让读者了解电话网的核心交换技术。本书将理论和实际应用充分结合起来，围绕逐层递进的任务展开，让读者在任务中深刻体会程控交换和软交换设备的实际工作方式。
同时，在完成任务的过程中，将对应的理论知识进行深入讲解，以理论指导实践，再通过实践掌握交换局开局技能，了解工作过程中的经验知识，同时加深对理论的理解。本书力求采用直观形象的描述，并加入多年教学实践总结和工程经验，为读者呈现层次分明、内容新颖、实用性强的《电话网交换技术》。
本书分为3篇共12章。其中，第1章为
基础篇
，介绍了电话网交换技术的基本原理；第2章～第8章为任务实战篇，结合仿真软件介绍了实际交换局开局的过程；第9章～第12章为工程篇，拓展介绍实际交换局开局和维护的工程案例。本书第1篇为基础篇。第1章首先对交换技术的产生和发展进行了阐述，同时对电信网的基本结构进行了总体介绍，让读者全面了解电信网的结构和组成，最后介绍了时分复用PCM系统等重要知识，为后期学习打好基础。
本书第2篇为任务实战篇，围绕两位工程师老张和小李的一系列任务，讲解了交换局的开局过程。本篇在正文内容中，穿插着老张和小李的讨论，以此方式对经验总结性的重点知识进行强调，同时也让读者对实际工作过程更为了解。第2章对交换机房进行介绍，讲解模块成局、常见线缆以及日常工作规范。第3章围绕物理配置任务的完成，介绍程控交换机的物理结构；第4章、第5章通过本局电话开通任务，了解本局通话的呼叫流程。第6章通过局间电话开通任务，介绍七号信令系统和中继系统的工作原理。第7章对常见新业务和群业务进行了介绍，让读者熟悉电话网提供的丰富业务。第8章介绍了电话网向下一代网络演进的趋势，围绕软交换技术让读者了解交换技术的发展趋势。
本书第3篇为工程篇，第9章～第12章结合实际工程经验，对一些典型的工程任务，如机房日常维护、单板维护、后台系统安装和七号信令故障维护进行详细介绍，以期对实际设备操作和工程应用提供帮助。
本书的各个任务以中兴通讯学院开发的实验仿真教学系列软件——ZXJ10仿真软件为背景进行介绍。此软件把大型网络通信系统的所有功能移植于个人电脑上，让每个学生在自己的电脑上就可以亲身体验最真实的硬件环境，适应了现代通信工程教育的需求。
由于编者水平有限、书中难免存在不妥和错误之处，恳请广大读者批评指正。编者2012年4月基础篇
第1章 交换技术基础
【学习目标】通过本章内容的学习，了解电话通信起源、电话交换机的发展和分类，了解电信网的概念和组成，能区分不同交换方式，掌握模拟信号数字化处理过程与多路复用技术以及PCM帧结构。【知识要点】
1.交换技术的产生
2.交换机的发展和分类
3.电路交换和分组交换
4.电话网的结构
5.模/数转换
6.复用方式
1.1 交换概念
通信作为信息产业的基础，在推进社会信息化过程中发挥着先导和带头作用。随着通信技术的飞速发展，通信新业务不断涌现，电话通信已成为现代社会应用最广泛的信息交流方式，是人们日常生活和工作中不可缺少的一部分。
对电信行业而言，交换是一个非常重要的概念。从传统的步进制交换机，到纵横制交换机，直至程控数字交换机和异步传输模式（ATM）交换机都离不开交换的概念。所谓交换就是在公共网络的各终端用户之间，按所需目的来互传话音、数据、图像、视频的信息。对于传统的电信行业，20世纪是一个以交换为核心的世纪。现在，人们早已把交换的概念扩张了，其外延一直扩张至广义的信息交换。
1.1.1 交换技术的产生
如今交换技术在电话通信中广泛使用，大家知道，任何事物的发展都是从最简单、最容易的形式开始，电话通信也不例外，它也经历了这样的过程。电话通信从最简单的用一根线连接的方式发展到采用交换思想，利用交换技术组成的复杂的通信网。
本节将从电话通信起源、交换思想诞生及交换机的种类与发展3个部分进行讲解，让大家对交换技术有一个整体认识。
1.1.1.1 电话通信起源
我们常用的通信工具——电话，在 1876 年由美国科学家贝尔发明。最初的电话通信只能完成一部话机与另一部话机的固定通信，如图1-1所示，这种仅涉及两个终端的通信称为点对点通信。图1-1 点对点通信
1.1.1.2 交换思想诞生
最早的电话网就是采用点对点的通信方式。随着用户数量逐渐增多，电话网络结构逐渐变得复杂，此时，点对点通信的缺点开始暴露出来。若采取任意两个用户之间的通话都需要一条专门的线路直接连接的方式，我们可以计算出：当存在N个终端时，需要的传输线数为N(N−1)/2条，传输线的数量随终端数的增加而急剧增加，如每个终端都有N−1条线与其他终端相连接，那么每个终端需要N−1条线路连接。增加第N+1个终端时，必须增设N条线路。图1-2所示为多个终端的点对点通信。当终端间相距较远时，线路信号衰耗大。
实际上，当电话用户数量过多时，点对点通信是不现实的。如何实现多个终端之间的相互通信呢？终于，美国人阿尔蒙·B·史瑞乔在1878年提出了交换的思想。其基本思想是将多个终端与一个转接设备相连，当任何两个终端要传递信息时，该转接设备就把连接这两个用户的电路接通，通信完毕，再把相应的电路断开，我们称这个转接设备为交换机，如图1-3所示。交换机的出现不仅降低了线路的投资，而且提高了传输线路的利用率。图1-2 多个终端的点对点通信图1-3 有交换设备的通信
1.1.1.3 交换机发展和分类
在美国人阿尔蒙·B·史瑞乔提出交换思想之后，人们就开始考虑如何设计一个交换设备来实现交换的功能，先后出现了人工交换机、自动电话交换机、步进制和纵横制电话交换系统，而后发展到程控交换以及软交换。
最早的交换机是人工交换机，每个用户的话机都连接到交换机上。当A需要和B通话时，A只要摘机，就接通了接线员。接线员会问：“您要哪里？”，A回答：“我要找B”，接线员就手动把A和B的线路连接起来，电话就接通了。这是最古老的交换机，需要依靠人（话务员）完成主被叫用户间的接续。它可以分为磁石式和共电式交换机两种。现在人工交换机已被淘汰，但人工接续这种方式还在某些特殊场合应用。
自动电话交换机是由史瑞乔发明的，于 1892 年在美国开通使用，开始了自动接续的时代。这场革命性的变革是由步进制交换机带来的。步进制交换机是由电动机的转动带动选择器（接线器）垂直和旋转的双重运动来实现主叫和被叫用户接续的。同时期，另外一种经典的交换机是纵横制交换机。这种交换机开始使用电磁力建立和保持接续。它的选择器采用交叉的“纵棒”和“横棒”选择接点，通过控制电磁装置的电流可以吸动相关的纵棒和横棒动作使其在某个交叉点接触，完成接续，因此交换机被命名为纵横制交换机。后期的选择器虽然使用了专门设计的电磁继电器构成接线矩阵，但“纵横”一词却一直被沿用下来。步进制和纵横制电话交换系统通常又被称为机电式电话交换系统。
随着电子技术的发展，特别是半导体技术的迅速发展，人们将电子技术引入交换机内，交换技术迎来了第二次革命性的变革，这种以电子技术为基本控制手段的交换机称作电子式交换机。如今我们家里的固定电话，企业里的内部交换机大多使用的就是这种交换机。程控交换的交换系统利用预先编制好的计算机存储程序，来控制整个交换系统的运行，并用逻辑电路控制整个系统的运行。
本书将对程控交换技术做系统介绍，并借助实际设备或仿真软件让读者对该交换技术有一个全面的了解。在最后一篇，我们将给大家介绍软交换技术。
程控交换机又分为模拟程控交换机和数字程控交换机。这类程控交换机的最大特点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。在话路系统中采用了速度较快的接线器，并设置了扫描器和驱动器。扫描器可以实现将话路的状态信息提供给中央处理机，驱动器可以实现将中央处理机处理结果输出，信息一入一出，最后实现控制话路系统的硬件动作。这种交换机与纵横制交换机相比，沿用了纵横制交换机的这种话路系统交换方式，改变了纵横制交换机机械控制的方式，将此功能转给软件完成，使电路得到简化。
早期的程控交换机所交换的信息是模拟信号，因而这一类的交换机被称做模拟程控交换机，标志事件是 1965年美国研制和开通了第一部模拟程控交换机。后来，随着 PCM（脉冲编码调制）传输技术的发展，交换的信息由模拟信号变成数字信号，与此相对应，模拟程控交换机逐步被数字程控交换机所替代。标志事件发生在 1970年，法国开通了第一部数字程控交换机，首次在交换系统中采用了时分复用技术，使数字信号直接通过交换网络，实现了传输和交换一体化，为向综合业务数字网发展铺平了道路。
不同阶段的电话交换机简介见表1-1。表1-1 不同阶段的电话交换机简介
数字程控交换机具有明显的优越性，自第一部数字程控交换机诞生之日起，不到10年，就得到了很大的发展。许多发达国家都投入了大量的人力物力竞相开发、完善和更新这种交换机。现代的数字交换机，不仅能进行话音业务通信，还能进行许多非话音业务通信。
1.1.2 交换方式
交换方式一般分为电路交换、报文交换和分组交换，分别用于实现信息的交换。下面将对电路交换、报文交换、分组交换技术做详细介绍。
1.1.2.1 电路交换（Circuit Switching）
呼叫双方在通话之前，先由交换设备在两者之间建立一条专用电路，并在整个通话期间独占这条电路，直到通话结束再将这条电路释放，这样一种交换方式被称为电路交换。电路交换的通信过程分为电路建立、通话、电路拆除3个阶段。在通话前，必须建立起点到点的电路连接，在此阶段交换机根据用户的呼叫请求，通过呼叫信令为用户分配固定位置、恒定带宽（通常是64kbit/s）的电路，完成逐个节点的接续，建立起一条端到端的通信电路。到了通话阶段，交换机对经过数字化的话音信号信息不存储、不分析、不处理，不进行任何干预，也没有任何差错控制的措施，仅在已建立的端到端的直通电路上，透明地完成传送。在通信结束时，将电路拆除，释放节点和信道资源。
我们可以通过打一次电话来体验这种交换方式。打电话时，首先是摘机拨号，拨号完毕，交换机就知道了我们要和谁通话，并建立连接，这就完成了电路建立阶段；双方在通话时，话音信号就在已经建立的电路上进行独占带宽不受控制的透明传输，此阶段即通话阶段；等一方挂机后，交换机就把双方的线路断开，此刻即完成电路拆除。
在电路交换中，每个用户占有的信道是周期性分配的，周期的时长固定为 125μs。电路交换的优点是实时性好、传输时延很小，特别适合像话音通信之类的实时通信场合。其缺点是建立物理通路的时间较长（以秒为单位），且电路资源被通信双方独占，话路接通后，即使无消息传送，也需要占用电路，电路利用率低，不适合于突发性强的数据通信。因为电路交换要求通信双方在消息传输、编码格式、同步方式、通信协议等方面完全兼容，所以不同类型和特性的用户终端之间不能互通。
1.1.2.2 报文交换（Message Switching）
报文交换又称为消息交换，用于交换电报、信函、文本文件等报文消息，这种交换的基础就是存储转发（SAF）。在这种交换方式中，发方不需先建立电路，不管收方是否空闲，可随时直接向所在的交换局发送消息。交换机将收到的消息报文先存储于缓冲器的队列中，然后根据报文头中的地址信息计算出路由，确定输出线路，一旦输出线路空闲，即将存储的消息转发出去。电信网中的各中间节点的交换设备均采用此种方式进行报文的接收、存储、转发，直至报文到达目的地。应当指出的是，在报文交换网中，一条报文所经由的网内路径只有一条，但相同的源点和目的点间传送的不同报文可能会经由不同的网内路径，如图1-4（a）所示。
报文交换的通信过程分为4个阶段：接收和存储报文→处理机加工处理（给报文加上报头符号和报尾符号）→将报文送到输出队列上排队→输出线空闲时发送报文。例如，A用户向 B用户发送信息，A用户不需要叫通 B用户之间的电路，而只需要与交换机接通，由交换机暂时把 A 用户要发送的报文接收并存储起来，交换机根据报文中提供的 B 用户的地址在交换网中确定路由，并将报文送到下一个交换机，最后送到终端用户B。
报文交换不需要先建立电路，不必等待收方空闲，发方就可实时发出消息，因此电路利用率高，而且各中间节点交换机还可进行速率和代码转换，同一报文可转发至多个收信站点，如图1-4（b）所示。采用报文交换方式的交换机需配备容量足够大的存储器并具有高速的处理能力，网络中传输时延较大，且时延不确定，因此这种交换方式只适合于数据传输，不适合实时交互通信，如话音通信等。图1-4 两种以SAF为基础的交换方式
1.1.2.3 分组交换（Packet Switching）
在分组交换中，消息被划分为一定长度的数据分组，每个分组通常含数百至数千比特，将该分组数据加上地址和适当的控制信息等送往分组交换机。与报文交换一样，在分组交换中，分组也采用存储转发（SAF）技术；两者不同之处在于，分组长度通常比报文长度要短小得多。在交换网中，同一报文的各个分组可能经过不同的路径到达终点，由于中间节点的存储时延不一样，各分组到达终点的先后与源节点发出的顺序可能不同。因此目的节点收齐分组后尚需先经排序、解包等过程才能将正确的数据送给用户，如图1-4（b）所示。在报文交换和分组交换中，均分别采用差错控制技术来对付数据在通过网络中可能遭受的干扰或其他损伤。
分组交换的优点是可高速传输数据，实时性比报文交换的好，能实现交互通信（包括话音通信），电路利用率高，传输时延比报文交换时小得多，而且所需的存储器容量也比后者小得多。分组交换的缺点是节点交换机的处理过程复杂。
电路交换、报文交换和分组交换的区别如图1-5所示。电路交换和分组交换的特点、优点及缺点归纳见表1-2。图1-5 电路交换、报文交换和分组交换的区别表1-2 电路交换和分组交换的特点、优点及缺点归纳（续表）
你知道吗？
电路交换是面向连接的交换；报文交换和分组交换是面向非连接的交换。
面向连接是指两个用户之间的通信信息沿着预先建立的通路传输，必须要经过建立连接、传输数据、释放连接这3个阶段。
面向非连接是指依靠路由来完成选路工作，只需要传送数据这一个阶段即可。
1.2 通信网与电话网
现代社会有两大基础设施：交通运输网和电信网（Telecommunication Network）。如果把社会比作人，则交通运输网就好比人的血液循环系统，而电信网则好比人的神经系统。在社会信息化发展的过程中，电信基础设施的建设显得尤其重要。
1.2.1 电信网
电信网是指终端设备和业务提供点经过传输设备连接到交换机而构成的网络。其中，交换机实现了电信网的信息交换功能，交换系统的发展影响着电信网的发展，尤其是电信业务的发展。随着通信技术的发展、通信业务的增加，电话通信网的类型和结构也在发生变化。目前，我国通信网的数字化进程已基本完成，初步建立了一个现代通信网，现代通信网正在向综合化、宽带化、智能化、个人化的方向发展。
1.2.1.1 电信网的构成要素
电信网的构成要素包括终端设备、传输系统、交换系统以及实现互联互通的信令协议，即一个完整的通信网包含硬件和软件两部分。
电信网的硬件一般由交换设备、传输设备和终端设备组成。
1.终端设备
终端设备的主要功能是把待传送的信息与适合在信道上传送的信号进行转换。将用户要发送的信息转变为适合在相关电信业务网传送的电磁信号、数据分组等，或反之，将从通信网络中收到的电磁信号、符号、数据分组等转变为用户可识别的信息。对应不同的电信业务有不同的终端设备，如电话业务的终端设备就是电话机，数据通信的终端设备就是计算机等。
2.传输设备
传输设备是传输媒介的总称。它是电信网中的连接设备，是信息和信号的传输通路。如市内电话网的用户端电缆，局间中继设备和长途传输网的数字微波系统、卫星系统以及光纤系统等。
3.交换设备
如果说传输设备是电信网络的神经系统，那么交换系统就是各个神经的中枢，它为信源和信宿之间架设通信的桥梁。其基本功能是根据地址信息进行网内链路的连接，以使电信网中的所有终端能建立信号通路，实现任意通信双方的信号交换。对于不同的电信业务，交换系统的性能要求不同，例如对电话业务网，交换系统的要求是话音信号的传输时延应尽量小，因此目前电话业务网的交换系统主要采用直接接续通话电路的电路交换设备。交换系统除电路交换设备外，还有适合于其他业务网的报文交换设备和分组交换设备等。
终端设备一般置于用户处，故将终端设备与交换设备之间的连接线称为用户线，而将交换设备与交换设备的连接线称为中继线。有了终端设备电话机、交换设备交换机和用于连接用户话机和交换机的用户线及连接交换机和交换机的中继线，就构成了最简单的电信网。交换机之间的通信如图1-6所示。图1-6 交换机之间的通信
当终端用户分布的地域较广时，可设置多个交换机（如市话分局交换机），每个交换机连接与之较近的终端，且交换机之间互相连接。当终端用户分布的地域更广，多个交换设备之间也不便做到个个相连时，就要引入汇接交换设备（汇接交换机），构成典型的电信网，如图1-7所示。
电信网仅有上述设备往往不能形成一个完善的通信网，还必须包括信令、协议和标准，这就是电信网的软件部分。从某种意义上说，信令是实现网内设备互相联络的依据，协议和标准是构成网络的规则。因为它们可使用户和网络资源之间，以及各交换设备之间有共同的“语言”，通过这些“语言”可使网络合理地运转和正确的控制，从而达到全网互通的目的。由于交换系统的设备承担了所有终端设备的汇接及转接任务，在通信网中成为了关键点，因此在网络的结构图中，常将含交换系统的点称为节点。图1-7 典型的电信网
从逻辑上我们认为电信网由端点、链路、节点以及信令协议构成，如图1-8所示。图1-8 电话通信网的构成
1.2.1.2 通信网的组成
为了实现通信网的正常通信，组成网络的每个部分都扮演着不同的角色。为了便于我们对整个网络的开发、维护和升级，我们又把整个电信网按照功能的不同分成多个子网络，层次模型关系如图1-9所示，包括核心交换网、传输承载网和终端设备以及支撑系统（信令网 同步网）。其中，交换网和传输承载网是电信网的基础网，而支撑系统则是电信网的辅助网。目前，我国尚未建成这种多层次的综合电信网，正朝着这个方向发展。
下面简单地介绍层次模型中各子网的功能。图1-9 电话网的多层次模型
第一层是传输承载网。传输承载网主要为了实现数据话音的快速准确传输。传输承载网既可采用PDH（准同步数字系列）技术也可采用SDH（同步数字系列）技术。随着同步数字系列（SDH）的推广应用，传输承载网正越来越多地采用 SDH传输系统。
PDH和SDH
在数字传输系统中，有两种数字传输系列，一种叫“准同步数字系列”（Plesiochronous Digital Hierarchy），简称PDH；另一种叫“同步数字系列”（Synchronous Digital Hierarchy），简称SDH。在以往的电信网中，多使用PDH设备。这类设备适应传统的点到点通信。随着数字通信的迅速发展，点到点的传输方式越来越少，大部分数字传输都要经过转接，因而PDH不能适合现代电信网发展的需要，SDH就是适应这种新的需要而出现的传输体系。
第二层是交换网。它由交换机组成，完成数据和话路的交换。根据所在交换位置的不同，这些交换机通常会被称为国际局交换机、长途端局交换机、长途局交换机、市话汇接局交换机、市话端局交换机、远端模块、远端用户单元和用户交换机等。
第三层是信令网。它是通信网支撑系统之一，是控制传输信令的通道，实现了信令的可靠传输。
信令
在网络中传输着各种信号，其中一部分是我们需要的（例如打电话的话音，上网的数据分组等），而另外一部分是我们不需要的（只能说不是直接需要的），它是用来专门控制电路的，这一类型的信号我们就称之为信令，信令的传输需要一个信令网。信令就是通信设备（包括用户终端、交换设备等）之间传递的除用户信息以外的控制信号，而信令网就是传输这些控制信号的网络。
第四层是同步网。它也是通信网支撑系统之一，数字化通信网络正常工作的关键就是同步，该网络将从一个或多个参考源引出定时信号传播到交换网中的所有数字交换机中,保证网络各设备的时钟同步。
同步
同步是数字化通信网络的基本需求。同步的目的是使通信网内运行的所有数字设备工作在一个相同的平均速率上。如果发送设备的时钟频率快于接收设备的时钟频率，接收端就会周期性地丢失一些送给它的信息，这种信息丢失称为漏读滑动；如果接收端的时钟频率快于发送端的时钟频率，接收端就会周期性地重读一些送给它的信息，这种信息重读称为重读滑动。网络同步的基本目标就是控制滑动的发生。
第五层是智能网。该网络通过在基础网络的基础上增加一些智能网设备，来实现智能网业务，大家熟悉的201、300、彩铃等业务都属于智能网业务。
第六层是电信管理网。该网络也是通过在基础网络的基础上增加控制设备，实现对整个电信网络的控制管理。
1.2.2 电话网
电话网目前主要有固定电话网、移动电话网和IP电话网，这里主要讲述固定电话网即公用电话交换网（Public Switched Telephone Network，PSTN）。电信机房的交换机一层一层互连起来，构成了全国乃至全球范围内庞大的电话交换机网——PSTN网。PSTN网采用电路交换方式，其节点交换设备是数字程控交换机，另外还应包括传输设备及终端设备。为了使全网协调工作还应有各种标准、协议。
专家们把电话交换网络的各种交换机分为几种类型，C1、C2、C3、C4、C5，每种交换机放在交换网中不同的位置，并赋予不同使命，C是“Class”类的意思。由于每个国家的人口数量、经济发展情况不同，C1到C5的分布情况也不相同，因此就构成了不同的等级结构。
1.2.2.1 电话网的等级结构
网络的等级结构是指对网络中各交换中心的一种安排。电话网的基本结构形式可以分为无级网和等级网两种。
无级网指的是每个交换中心都处于相同的等级，完全平等，各交换中心采用网状网或不完全网状网相连，而在等级网中每个交换中心被赋以一定的等级，不同等级的交换中心采用不同的连接方式，一般情况下本地交换中心位于较低等级，而转接交换中心和长途交换中心位于较高等级，除了最高等级的交换中心以外，每个交换中心必须连接到比它高的等级交换中心，形成多级汇接辐射网即星型网，而最高等级的交换中心间则直接相连，形成网状网。
等级结构的电话网一般是复合型网，级数的选择以及交换中心位置的设置需要综合考虑相关因素：主要有各交换中心之间的话务流量、流向，全网的服务质量，例如接通率、接续时延、传输质量、可靠性等，全网的经济性，即网的总费用问题、交换设备和传输设备的费用比等以及运营管理因素，还应考虑国家的幅员，各地区的地理状况，政治、经济条件以及地区之间的联系程度等因素。
1.2.2.2 我国电话网结构
我国电话网目前采用等级制，并将逐步向无级网发展。电话网主要可分为长途网和本地网两部分。
1.四级长途网络结构存在的问题
原邮电部规定我国电话网的网络等级分为五级，包括长途网和本地网两部分。长途网由大区中心C1、省中心C2、地区中心C3、县中心C4四级长途交换中心组成，本地网由第五级交换中心即端局C5和汇接局T组成。m
这种五级等级结构的电话网在网络发展的初级阶段是可行的，它在电话网由人工向自动、模拟向数字的过渡中起过较好的作用，然而由于经济的发展，非纵向话务流量日趋增多，新技术、新业务层出不穷，这种多级网络结构存在的问题日益明显，主要表现在：转接段数多、时延长、传输损耗大、接通率低。此外，从全网的网络管理、维护运行来看，区域网络划分越小，交换等级数量越多，网管工作过于复杂，也不利于新业务网（如移动电话网、无线寻呼网）的发展。
2.长途两级网的等级结构
随着C1、C2间话务量的增加，C1、C2间直达电路增多，从而使C1局的转接作用减弱，当所有省会城市之间均有直达电路相连时，C1的转接作用完全消失，因此，C1、C2 局可以合并为一级，同时全国范围的地区扩大本地网已经形成，即以 C3 为中心形成扩大本地网，因此C4的长途作用也已消失。目前我国长途电话网已由四级转变为两级。
长途两级网的等级结构如图1-10所示。长途两级网将国内长途交换中心分为两个等级，省级（包括直辖市）交换中心以DC1表示；地（市）级交换中心以DC2表示。DC1构成长途两级网的高平网（省际平面）；DC2构成长途网的低平面网（省内平面）。DC1以网状网相互连接，与本省各地市的DC2以星形方式连接；本省各地市的 DC2 之间以网状或不完全网状相连，同时以一定数量的直达电路与非本省的交换中心相连。图1-10 长途两级网的等级结构
以上各级交换中心为汇接局，汇接局负责汇接的范围称为汇接区。全网以省级交换中心为汇接局，分为 31 个省（自治区）汇接区。DC1 的职能主要是汇接所在省的省际长途来去话务，以及所在本地网的长途终端话务；DC2的职能主要是汇接所在本地网的长途终端来去话务。DC1 可以兼有本交换区内一个或若干个 DC2 的功能，疏通相应的终端长途电话业务。本地网汇接局的职能是汇接本地网端局之间的话务，也可以汇接本地网端局或关口局与长话局之间的长市中继话务。本地网端局的职能是疏通本局用户的终端话务，汇接局可以兼有端局功能。不同运营商网间互通的关口局的职能是疏通不同运营商网间的话务，它也可以兼有端局或汇接局功能。
如今，我国国内电话网基本上是按三级交换的网路结构组织，即全国设若干个一级长途交换区，每个长途交换区设一级长途交换中心DC1；每个一级长途交换区划分为一个或若干个二级长途交换区，每个二级长途交换区设二级长途交换中心DC2；每个二级长途交换区划分为一个或几个本地网，本地网可以设置汇接局和端局两个等级的交换中心，也可只设置一个等级的交换中心。
现阶段交换区根据网络规模、业务量流量流向，考虑网络安全，按技术经济的原则划分为长途交换区和本地网范围。一个省、直辖市、自治区的范围不宜划分为一个以上的一级长途交换区，一个地市级的区域范围不宜划分为一个以上的本地网。国际和国内长途来话呼叫应能到达本地网内的每个用户。
今后，我国的电话网将进一步形成由一级长途网和本地网所组成的二级网络，实现长途无级网。这样，我国的电话网将由3个层面（长途电话网平面、本地电话网平面和用户接入网平面）组成，电话网结构演变如图1-11所示。
3.本地网
本地电话网简称本地网，是在同一长途编号区范围内，由若干个端局，或由若干个端局和汇接局及局间中继线、用户线和话机终端等组成的电话网。本地网用来疏通本长途编号区范围内任何两个用户间的电话呼叫和长途发话、来话业务。图1-11 电话网结构演变（1）本地网的类型
自20世纪90年代中期，我国开始组建以地（市）级以上城市为中心的扩大的本地网，这种扩大的本地网的特点是：城市周围的郊县与城市划在同一长途编号区内，其话务量集中流向中心城市。扩大的本地网类型有两种。
1）特大城市和大城市本地网：它是以特大城市及大城市为中心，包括其所管辖的郊县共同组成的本地网。省会、直辖市及一些经济发达的城市组建的本地网就是这种类型。
2）中等城市本地网：它是以中等城市为中心，包括其所管辖的郊县（市）共同组成的本地网。（2）本地网的交换中心及职能
本地网内可设置端局和汇接局，端局通过用户线与用户相连，它的职能是负责疏通本局用户的发话和来话话务，根据服务范围的不同，可以有市话端局、县城端局、卫星城镇端局和农话端局等。汇接局与所管辖的端局相连，以疏通这些端局间的话务；汇接局还与其他汇接局相连，疏通不同汇接区端局间的话务；根据需要，汇接局还可与长途交换中心相连，用来疏通本汇接区内的长途转话话务。汇接局包括市话汇接局、市郊汇接局、郊区汇接局和农话汇接局等几种类型。
在本地网中，有时在用户相对集中的地方，可设置一个隶属于端局的支局，经用户线与用户相连，但其中继线只有一个方向，即到所隶属的端局，用来疏通本支局用户的发话和来话话务。（3）本地网的网络结构
由于各中心城市的行政地位、经济发展及人口的不同，扩大的本地网交换设备容量和网络规模相差很大，所以网络结构分为以下两种。
1）网型网：网型网中所有端局各个相连，端局之间设立直达电路，如图1-12所示，这种网络结构适于本地网内交换局数目不太多的情况。图1-12 本地电话网的网状网结构
本地网若采用网型网，其电话交换局之间是通过中继线相连的。中继线是公用的、利用率较高的电路群，它所通过的话务量也比较大，因此提高了网络效率，降低了线路成本。当交换局数量较多时，仍采用上面所说的网状结构，则局间中继线就会急剧增加，这是不能接受的，因而采用分区汇接制，把电话网划分为若干个汇接区，在汇接区内设置汇接局，下设若干个端局，端局通过汇接局汇接，构成二级本地电话网。
2）二级网：二级网根据不同的汇接方式，可分为去话汇接、来话汇接、来去话汇接等。
① 去话汇接：如图1-13（a）所示，图中有两个汇接区（汇接区1和汇接区2），每区有一个去话汇接局和若干个端局，汇接局除了汇接本区内各端局之间的话务外，还汇接别的汇接区的话务，即T，m还与其他汇接区的端局相连，本汇接区的端局之间也可以有直达路由。
② 来话汇接：来话汇接基本概念如图1-13（b）所示，汇接局Tm除了汇接本区话务外，还汇接从其他汇接区发送过来的来话呼叫，本汇接区内端局之间也可以有直达路由。
③ 来去话汇接：如图1-13（c）所示，除了汇接本区话务外，还汇接至其他汇接区的去话，也汇接从其他汇接区发送来的话务。
4.远端模块
为了提高用户线的利用率，降低用户线的投资，在本地网的用户线上采用了一些延伸设备。它们有远端模块、支局、用户集线器和用户交换机。这些延伸设备一般装在离交换局较远的用户集中区，其目的都是为了集中用户线的话务量，提高线路设备的利用率和降低线路设备的成本。
远端模块是一种半独立的交换设备，它在用户侧接各种用户线，在交换机侧通过PCM中继线和交换局相连。同一模块内用户通信可以在模块内自行交换，其他的呼叫通过局交换。支局就是把端局的一部分设备，装到离端局较远的用户集中点去，以达到缩短用户线的目的。图1-13 本地网汇接方式
1.3 复用技术
我们发明了电话，建立了通信网来实现话音的传送，完成人与人之间无地域限制的信息交流。在进行交流时，人发出的声音信息通过电话传送需要经过一个漫长的过程。这里的漫长不是指每个信号传送到对方的时间长（这个时间一般都以“ms”来计算），而是指传送到对方的整个过程复杂，需要经过一系列转换、传输、交换，为了提高传输速率还需要采用复用技术。
1.3.1 模拟信号数字化
通信中的信号大致分为两类：模拟信号和数字信号。模拟信号是一种数值上连续变化的信号，这种信号的某一种参量可以取无限多个数值，且直接与消息相对应，如话音信号、图像信号等都属于模拟信号；数字信号是一种离散信号，它由许多脉冲组成，这种信号的某一参量只能取有限个数值，且不直接与消息相对应，如电报信号、数据信号等都属于数字信号。现在通信的过程就是将人的声音这种模拟信号转化为适合在设备线路中传输的数字信号，在接收端再转为模拟信号的过程。因此话音信号如何转化成数字信号就成为我们主要研究的内容。
1.3.1.1 脉冲编码调制
模拟信号要转换成二进制数字信号必须经过取样、量化和编码3个步骤，通常我们称这个过程为脉冲编码调制（Pulse-code modulation，PCM），简称脉码调制。在通信过程的发送端信号完成模拟信号到数字信号的转换，简称模/数转换（A/D转换）。模/数转换首先对模拟信号进行抽样，使其成为一系列离散的样值序列，然后对这些抽样值的大小进行离散量化，最后将量化后的样值编码成有限位的数字序列。在通信过程的接收端信号完成数/模转换（D/A 转换），对接收到的数字序列进行译码，恢复出原来的样值序列，再还原成发端的模拟信号。
1.抽样
模拟信号转换成数字信号的第一步工作就是要对初始信号进行抽样。抽样的目的是把时间上连续的模拟信号变成一系列时间上离散的抽样值，使模拟信号在时间上离散化。其原理是通过抽样脉冲按一定周期去控制抽样器的开关电路，取出模拟信号的瞬时电压值，从而将连续的原始话音信号变成间隔相等但幅度不等的离散电压值，如图1-14所示。图1-14 话音信号抽样
经过抽样所抽取的每个幅度值为样值，显然，该样值可以看做是按幅度调制的脉冲信号，称为脉冲幅度调制（PAM）。PAM 信号虽然在时间上是离散的，但幅度取值仍是连续的，不能用有限数字来表示，我们认为它仍然是模拟信号。
如果对于原始的模拟信号以规则时间间隔抽样，且抽样的速率fs至少是原始信号最高频率的两倍，那么所得到的脉冲幅度信号是原始信号的精确表示，即抽样信号能够不失真地还原为原始信号，这就是著名的奈奎斯特抽样定律。我们都知道，在话音通信中，人类话音产生的频率的正常范围是 300～3 400Hz。为了让这个频率范围内的信号顺利地在通信网上传送，我们取其最大值3 400Hz来进行抽样，而在实际中采用的抽样频率f为8 000Hz，则抽样周期T为1/8 000，即s125μs。
2.量化
量化的目的是将抽样得到的无数种幅度值用有限个状态来表示，以便用有限的数字序列近似表示无限种幅度值，从而最终实现模拟信号的数字化。对于话音信号，量化的层次或者阶梯越多，声音的真实性越强。
量化取值方法大体上有舍去法（即将小于1V的尾数舍去）、补足法（即将小于1V的尾数补足为1V）以及四舍五入法3种。图1-15所示为四舍五入量化法的示意图。图1-15 四舍五入量化法的示意图
需要注意的是，把无限多种幅值量化成有限的值必然会产生误差。我们把量化值与信号值之间的差值称为量化误差。量化误差是数字通信中的主要噪声来源之一。减少信号的量化噪声其中的一种方法是增加量化级数，增加量化级数可减小量化误差，但量化级数的增加会使编码位数增加，要求存储器容量加大，对编码器的要求也会提高。
减少信号量化噪声的另一种方法是采用非均匀量化的方法。非均匀量化是一种在信号动态范围内，量化分级不均匀、量化阶距不相等的量化。例如，若使小信号的量化分级数目多，则量化阶距小；若使大信号的量化分级数目少，则量化阶距大。这样可保证信噪比高于26dB。非均匀量化叫做“压缩扩张法”，简称压扩法，其原理如图1-16所示。图1-16 非均匀量化的原理框图
在发送端，首先将输入信号送到压缩器进行压缩，然后送到均匀量化器量化并编码；在接收端，先将收到的数码序列进行译码，然后通过与压缩器特性相反的扩张器进行扩张，恢复为原来的信号，信号压缩后的大小与压缩前的大小之比称为压缩率。
非均匀量化其实就是非线性量化，其压、扩特性采用的是近似于对数函数的特性。CCITT建议采用的压缩率有两种，分别为A律和μ律。A律的压缩系数（A）为87.6，用13折线来近似。欧洲各国、中国的PCM设备采用这种压缩律。μ律的压缩系数（μ）为255，用15折线来近似，北美各国的PCM设备采用这种压缩律。这里主要介绍A律。
A律压缩采用的是13折线法。具体方法是：对x轴在0～1（归一化）范围内不均匀分成8段，分段端点为：0，1/128，1/64，1/32，1/16，1/8，1/4，1/2，1。对y轴在0～1（归一化）范围均匀分成 8 段，分段间隔为 1/8，分段端点为：0，1/8，2/8，3/8，4/8，5/8，6/8，7/8，1。然后把x，y各对应段的交点连接起来构成8段直线，得到如图1-17所示的折线压扩特性。表1-3中为A律压缩法的各折线段的斜率。图1-17 13折线法
对于话音信号只采用16段来量化性能是远远不够的，要达到1126dB的信噪比时，用均匀量化需要11位二进制码，需要覆盖2=2 048个量化电平。因此，我们在非均匀量化时，将每一段再细分为16等份。表1-3 A律压缩法的各折线段的斜率篇幅受限，x、y负方向的关于原点对称的另一部分没有画出。
3.编码
把量化后的信号电平值变换成二进制码组的过程称为编码，在通信技术中常用一组二进制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而实现通信，这就是脉冲编码调制。由于这种通信方式抗干扰能力强，因此获得了极为广泛的应用。代码的种类很多，二进制代码在通信技术中较常见。为保证通信质量，目前国际上多采用8bit编码的PCM系统，这8bit的编码具体安排如图1-18所示。图1-18 PCM信号的组成形式
信号样值有正负之分，采用一位码来表示正负，这一位二进制码D被称为极性码。比特“1”表示正极性，说明样值为正，比特“0”1表示负极性。
用来确定样值大小的后7位码称为幅度码，可分为段落码和段内码，代表128个量化级。13折线在第一象限有8大段，每一段斜率不同，我们采用3位二进制码（DDD）表示这 8 个不同的段落，这 3 234位被称为段落码。其中每一大段内再依据y轴均分为 16个小段，采用4位二进制码（DDDD）表示，用以确定样值的精确幅度，这4位5678被称为段内码。由于各段长度不尽相同，均分后各段间的小段的长度也就不等。把y轴第 1段等分为16份，每个等分作为一个最小的均匀量化间距Δ。在第1～8段内每小段依次应有1Δ，…，64Δ，见表1-4。表1-4 各段内均匀量化级
在电话系统中我们每秒钟要对话音信号进行至少 8 000 次抽样，每次抽样用一个 8位（bit）二进制数表示其振幅，那么每路话音信号需要的数据“宽度”是每秒 6kbit,也就是每秒钟在线路上必须通过 64 000bit 的“0”或者“1”，才能保证有足够的线路宽度供一路话音通过而不至于发生话音信号“走样”。我们将64kbit/s称为一路话音信号的带宽需求量。PCM信号在信道中是以每路一个抽样值为单位传输的，因此单路PCM信号的传输速率为64kbit/s。
话音信号经过在通信网传送后就可以到达接收方，使得我们即使远在异国他乡也可以和家人朋友通话。假如你和家人侃侃而谈的时候，总是说一句话丢半句，家人不知你在说什么，你也不明白家人所说的话，那电话早就被丢在垃圾桶里了，之所以没有出现这样的现象是因为用于传送话音信号的线路通信具有一定的抗干扰能力，这是通过线路编码来实现的。线路编码又称信道编码，其作用是消除或减少数字电信号中的直流和低频分量，以便于在光纤中传输、接收及监测。信道编码的本质是增加通信的可靠性。信道编码的过程是在源数据码流中加插一些码元，从而达到在接收端进行判错和纠错的目的。
1.3.1.2 信道编码常用码形
在信道编码中 PCM 常用码型有单极性不归零（NRZ）码、传号交替反转（AMI）码、三阶高密度双极性（HDB）码等。下面简单3介绍这几种码形。
1.单极性不归零码
如图1-19所示，单极性不归零（NRZ）信号“1”表示有脉冲，信号“0”表示无脉冲，占用频带宽，信号中有直流分量（即平均分量），直流信号衰耗大，不利于远距离传输，因此NRZ码一般不用于长途线路，主要用于局内通信。图1-19 NRZ码
2.传号交替反转（Alternate Mark Inversion，AMI）码
传号交替反转码1（AMI）码如图1-20所示，“1”的极性交替变换，因此不存在直流分量，且高、低频分量少，编译码电路简单，且可利用传号极性交替这一规律观察误码情况，但是当原信码出现长连“0”串时，信号的电平长时间不跳变，造成提取定时信号的困难，收号器长时间收不到信号而误认为是空号。图1-20 AMI码
3.三阶高密度双极性码
解决AMI码存在的连“0”问题的有效方法之一是采用HDB码。3HDB码如图1-21所示。
3图1-21 HDB码3
HDB码是 AMI 码的一种改进型，改进目的是为了保持 AMI 码的3优点而克服其缺点，使连“0”个数不超过3个，其编码规则如下。（1）检查消息码中“0”的个数。当连“0”数目小于等于3时，HDB码与AMI码一样，+1与−1交替。
3（2）连“0”数目超过3时，将每4个连“0”化作一小节，用取代节“000V”“B00V”代4连“0”。其中V称为破坏脉冲，V码间极性交替。（3）V与前一个相邻的非“0”脉冲的同极性，用“000V”代4连“0”；V与前一个相邻的非“0”脉冲的异极性，用“B00V”代4连“0”，B码与本节的V码同极性。（4）V码后面的传号码极性也要交替。
HDB码适合远距离传输，常用于长途线路通信。3
1.3.1.3 解码和重建
经过了抽样、量化、编码之后，模拟信号就变成了数字信号在传输线及相应设备上传输通信网中传送，到达目的地后，即在接收端，需要把数字信号恢复为模拟信号，这要经过解码和重建两个处理过程。解码就是把接收到的 PCM 信号转变成与发送端一样的PAM信号，把所需要的话音信号从PAM信号中分离出来这一过程即为重建。
PCM信号在传输中，为了减少由长途线路带来的噪声和失真积累，通常在达到一定传输距离处设置一个再生中继器。再生中继器用来完成输入信码的整形、放大等工作，以使信号恢复到良好状态。
1.3.2 复用技术
如果我们给每一个用户都分配一个物理的通道，就好像是我们给学校里的每个学生都准备一个食堂的位置一样，大家终于不用等位置了，但是难以想象这个食堂有多大。这是巨大的浪费，也是不合理的，同样对于我们物理通道也是一样，如果一个物理通道上只能固定地传送一路信号，这将是极大的浪费。实际情况是我们需要在一根线上传送多路信号，让多个用户在不同的时间使用一个物理通道，提高线路（物理通道）的利用率，这就要使用在一个信道上同时传输多路独立信号的多路复用技术。
多路复用技术的出现提高了资源利用率，降低了通信网中硬件资源的成本。复用技术已广泛地应用于电子工程领域，特别是现代电信和计算机领域。许多信号不但可以被复用在长度不到 1m 的信道上传输，如在计算机的数据总线和控制总线中，也可以经复用后沿长达几千千米的距离传输，如在两个国际电话交换机间的路由中。在现在大容量远程传输系统和大容量的交换系统中，都会采用复用方式。有线通信中的多路复用技术主要有频分复用和时分复用。数字程控交换机采用时分复用（TDM）技术。
1.3.2.1 时分复用
时分复用利用一个高速开关电路（抽样器），使各路信号在时间上按一定顺序轮流接通，以保证任一瞬间最多只有一路信号接在公共信道上。具体地说，就是利用时钟脉冲把信道按时间分成均匀的间隔，每一路信号的传输被分配在不同的时间间隔内进行，以达到互相分开的目的，这个时间间隔称为时隙。
图1-22为4个低速用户信号（称为支路信号）共享一条高速传输线的时分多路复用系统图。TDM复用器将一个时间周期进行划分，给每个用户分配一个固定的时隙。无论何时，每个用户只能在分配给它的时隙内发送信息。如果一个用户无信息发送时，他的时隙就会处于空闲状态，别人不能加以利用。图1-22 4路信号复用过程示意图
就 PCM 时分制而言，就是把抽样周期 125μs 分割成多个时间小段，以供各个话路占用，每路占用的时间小段为125/n，显然，路数越多，时间小段将越小。图1-23形象地说明了PCM信号进行时分复用的具体过程。图1-23 PCM信号的时分复用
比较图1-23（b）～图1-23（e）我们发现，在125μs抽样周期内，PAM信道每传送一个抽样值，对应基带PCM传送8bit，而TDM PCM则可以传输n×8bit。因此，TDM PCM信号的码元速率为：R=n×64(kbit/s)1
我们知道，每路信号经PCM调制后，都是以8bit抽样值为一个信号单元传送的，每个8bit所占据的时间为1个“时隙”（Time Slot，TS），n个时隙就构成了一个帧。因此，一路基带PCM在TDM PCM中周期地每帧占有1个时隙，如图1-24所示。图1-24 帧与时隙的关系图
1.3.2.2 频分复用与时分复用对比
时分复用是将信道的传输时间划分成若干个时隙，每个被传输的信号独立占用其中的一个时隙，各路信号轮流在自己的时隙内完成传输，如图1-25所示的信道1，信道2，…，信道n。
频分复用（FDM）是指把传输信道的总带宽划分成若干个子频段，如图1-26所示的信道1，信道2，…，信道n。每个子频段可作为一个独立的传输信道使用，每对用户所占用的仅仅是其中的一个子频段。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]