第三章 程控数字交换机的
硬件系统
3.1 程控数字交换机硬件的基本结构
3.2 数字交换原理和数字交换网络
3.3 数字程控交换机的终端与接口
3.4 控制系统的一般结构
3.1 程控数字交换机硬件的基本结构
程控交换机是电话交换网的核心设备,其主要
功能是完成用户之间的接续。
3.1.1 采用分级控制方式的交换机的硬件基本结构
采用分级控制方式的交换机的硬件基本结构如
图 3-1所示。
① 数字交换网络
② 用户模块
③ 远端用户模块
④ 中继模块
⑤ 信令设备
⑥ 控制系统
图 3-1 采用分级控制方式交换机的硬件的基本结构
3.1.2 全分散控制方式交换机的基本结构 图
3-2 S1240交换机的基本结构
（ 1）模拟用户模块（ ASM）
（ 2）数字中继模块（ DTM）
（ 3） ISDN用户模块 （ ISM）
（ 4） ISDN中继模块 （ ITM）
（ 5）服务电路模块（ SCM）
（ 6） ISDN远端用户单元接口模块 （ IRIM）
（ 7） 高性能公共信道信令模块 （ HCCM）
（ 8） 外设与装载模块 （ P&L）
（ 9） 时钟与信号音模块 （ CTM）
（ 10） 辅助控制单元模块 （ ACE）
3.1.3 基于容量分担的分散控制方式的交换机的基本结构
基于容量分担的分散控制方式的交换机主要由交换模
块（ SM）、通信模块（ CM）和管理模块（ AM）三部分
组成。
1,交换模块
交换模块（ SM）主要完成交换和控制功能，并提供用
户线和局间中继线的接口电路。
图 3-3 基于容量分担的分散控制方式交换机的基本结构
2,通信模块
通信模块 （ CM） 的主要功能是完成管理模块 （ AM）
与交换模块 （ SM） 之间, 各交换模块之间的连接与通信,
它还完成管理模块 （ AM） 与交换模块 （ SM） 之间的呼叫处
理和管理信息的传送, 同时完成各交换模块之间的功能话音
时隙交换 。
3,管理模块
管理模块（ AM）用来完成呼叫处理的支援功能（包括
系统范围内的维护访问、诊断、控制和调度、软件恢复和初
始化、故障检测和恢复等，这些都是集中控制的），同时完
成管理功能，提供访问软件的外接数据链路和磁盘存储器。
3.2 数字交换原理和数字交换网络
3.2.1 语音信号数字化和时分多路通信
1．语音信号的数字化
语音信号的数字化要经过抽样、量化和编码三个步骤。
（ 1）抽样
图 3-4 模拟信号的抽样
（ 2）量化
图 3-5 压扩法基本原理图
（ 3）编码
2,时分多路通信
时分多路通信常用的复用方式有频分复用和时分复用
两种。它们分别按频率和时间划分信道。
图 3-6 频分复用和时分复用方式
PCM通信是典型的时分复用多路通信系统，基本原理图
如图 3-7所示。
图 3-7 PCM通信的基本原理
3.2.2 数字交换的基本概念和基本接线器
1,数字交换的基本概念
图 3-8 数字交换机中两用户通话经数字交换网络连接的简化示意图
2,时间 （ T） 接线器
（ 1） T接线器的基本功能
（ 2） T接线器的基本组成
图 3-9 T接线器的结构
（ 3） T接线器的工作方式和工作原理
① 输出控制方式 ② 输入控制方式
图 3-10 时间（ T）接线器的工作原理图
3,空间 （ S） 接线器
（ 1） S接线器的基本功能
（ 2） S接线器的基本组成
图 3-11 S接线器的组成结构
（ 3）两种控制方式和控制原理
图 3-12 输出控制方式下工作的 S接线器的工作原理
3.2.3 复用和分路, 串 → 并和并 → 串变换
图 3-13 8/l复用和串 → 并变换
3.2.4 数字交换网络
1,TST数字交换网络
（ 1） TST数字交换网络的结构
图 3-16 典型的 TST交换网络的结构
（ 2） TST交换网络的工作原理
图 3-17 TST网络的工作原理
（ 3） TST网络的初、次级 T接线器共用控制存储器的问题
2,T接线器集成电路芯片、单 T级和 TTT交换网络
（ 1） T接线器集成电路芯片
图 3-18 256× 256时隙交换的 T接线器的芯片结构原理
（ 2） T单元的扩展
容量扩展后所需 T单元的数量 k的值是按照扩展倍数的
平方增长的 。 即
2
T
?
?
??
?
??
单元的容量单个
扩展的容量k k＝
图 3-19 T单元的扩展
（ 3） TTT型交换网络
图 3-20 TTT三级交换网络的结构
3,时／空结合的交换单元 （ T/S）
（ 1） DSE的基本功能和组成
图 3-21 DSE的基本结构
（ 2） DSE的工作原理
图 3-22 DSE交换示例
图 3-23 DSE工作原理
3.2.5 交换网络的阻塞计算
1,话务基础知识
（ 1） 话务量
呼叫发生强度与平均占用时长的乘积, 就是单位
时间内的话务量, 称为话务量强度, 简称为话务量,
通常用爱尔兰 （ Erl） 为单位 。 用公式表示为
A＝ λ × S
A为话务量强度,λ 为呼叫发生强度,S为平均占
用时长。
?
?
?
m
i
i
x
i
A
x
A
xp
0
!
!
)(
（ 2）占用概率分布
)(
!
!
)(
0
AE
i
A
m
A
mpE m
m
i
i
m
???
?
?
2,数字交换网络的空分等效
（ 1） T接线器的空分等效
图 3-24 T接线器的空分等效
（ 2） S接线器的空分等效
图 3-25 S接线器的空分等效
3,无阻塞网络
（ 1） 单级无阻塞网络
单级的 n× n网络显然是无任何内部阻塞的交换网络。
Y＝ n2
（ 2） 三级 CLOS无阻塞网络
图 3-26 三级 CLOS网络的结构
3.3 数字程控交换机的终端与接口
数字程控交换机的终端与接口主要包括用户模
块, 中继器和信令设备 。
1,用户模块的基本结构
? 用户电路：与模拟用户线的接口 。
? 用户级交换网络：由一级 T接线器组成, 完成话
务量的集中和扩散 。
? 用户处理机：完成对用户电路, 用户级 T接线器
的控制及呼叫处理的低层控制 。
2,模拟用户电路
图 3-27 用户模块的基本结构
（ 1）馈电
图 3-28 用户馈电原理图
（ 2） 过压保护
图 3-29 过压保护电路
（ 3）振铃控制
图 3-30 振铃控制电路
（ 4）监视
监视功能通过用户直流回路的通断来判
定用户线回路的接通和断开状态。
图 3-31 用户线监视
（ 5）编译码和滤波
编译码是两个相反方向上的转换。
（ 6） 混合电路
图 3-32 混合、编译码和滤波功能的示意图
（ 7）测试控制
图 3-33 测试功能的示意图
图 3-34 模拟用户接口电路的总体框图
3．用户话务的集中和扩散
3.3.2 中继器
中继器是数字程控交换机与其他交换机的接口。
1．模拟中继器
模拟中继器的功能框图如图 3-35所示。
图 3-35 模拟中继器的功能框图
2,数字中继器
数字中继器是程控交换机和局间数字中继线的接口
电路, 它的入／出端都是数字信号 。
数字中继器的主要功能有,
① 码型变换和反变换
② 时钟提取
③ 帧同步
④ 复帧同步
⑤ 信令的提取和插入
图 3-36 数字中继器的功能框图
3.3.3 信令设备
信令设备的主要功能是接收和发送信令 。 程控数字交
换机中主要信令设备有,
? 信号音发生器：用于产生各种类型的信号音, 如忙
音, 拨号音, 回铃音等 。
? DTMF接收器：用于接收用户话机发出的 DTMF信
号 。
? 多频信号发生器和多频信号接收器：用于发送和接
收局间的 MFC信号 。
? No.7信令终端：用于完成 No.7信令的第二级功能 。
1．数字化信号音的产生
（ 1） 拨号音 （ 450 Hz的连续音 ） 的产生
＝ ＝ T
l＝ T× fs＝ 0.02× 8000＝ 160
（ 2） MFC的 A1信号 （ 1140 Hz＋ 1020 Hz的双
音频 ） 的产生
＝ ＝ ＝ T
Tflfm
sm
?? Tf
l
f
m
sm
??
Tflfnfm
snm
?? ＝ Tflfnfm
snm
?? ＝ Tflfm
sm
??
2,数字音频信号的接收
（ 1） DTMF接收器
图 3-37 DTMF接收器原理
（ 2）多频接收器
（ 3） No.7信令系统硬件的一般结构
图 3-38 信令终端电路的一般结构
3.4 控制系统的一般结构
1,微同步方式
图 3-39 微同步方式的基本结构
2,互助方式
3,主／备用方式
4,N＋ m备用方式
3.4.2 处理机的控制结构
1,分级控制方式
2,全分散控制方式
3,容量分担的分布控制方式
3.4.3 处理机之间的通信
1．通过数字交换网络进行通信
（ 1）利用 TS16进行通信
（ 2）通过数字交换网络的任一话音信道传送
2．采用计算机网络常用的通信结构方式
（ 1）多总线结构
（ 2）环形结构
当分散的控制系统中的多处理机处于平级关系
时，可以采用环形结构互连，每台处理机相当于环
内的一个节点，和环通过环接口连接。
（ 3）以太网结构
以太网结构同令牌环一样，也是一种局域网多
处理机的通信技术，但是其应用更加普遍。
图 3-40 以太网结构
硬件系统
3.1 程控数字交换机硬件的基本结构
3.2 数字交换原理和数字交换网络
3.3 数字程控交换机的终端与接口
3.4 控制系统的一般结构
3.1 程控数字交换机硬件的基本结构
程控交换机是电话交换网的核心设备,其主要
功能是完成用户之间的接续。
3.1.1 采用分级控制方式的交换机的硬件基本结构
采用分级控制方式的交换机的硬件基本结构如
图 3-1所示。
① 数字交换网络
② 用户模块
③ 远端用户模块
④ 中继模块
⑤ 信令设备
⑥ 控制系统
图 3-1 采用分级控制方式交换机的硬件的基本结构
3.1.2 全分散控制方式交换机的基本结构 图
3-2 S1240交换机的基本结构
（ 1）模拟用户模块（ ASM）
（ 2）数字中继模块（ DTM）
（ 3） ISDN用户模块 （ ISM）
（ 4） ISDN中继模块 （ ITM）
（ 5）服务电路模块（ SCM）
（ 6） ISDN远端用户单元接口模块 （ IRIM）
（ 7） 高性能公共信道信令模块 （ HCCM）
（ 8） 外设与装载模块 （ P&L）
（ 9） 时钟与信号音模块 （ CTM）
（ 10） 辅助控制单元模块 （ ACE）
3.1.3 基于容量分担的分散控制方式的交换机的基本结构
基于容量分担的分散控制方式的交换机主要由交换模
块（ SM）、通信模块（ CM）和管理模块（ AM）三部分
组成。
1,交换模块
交换模块（ SM）主要完成交换和控制功能，并提供用
户线和局间中继线的接口电路。
图 3-3 基于容量分担的分散控制方式交换机的基本结构
2,通信模块
通信模块 （ CM） 的主要功能是完成管理模块 （ AM）
与交换模块 （ SM） 之间, 各交换模块之间的连接与通信,
它还完成管理模块 （ AM） 与交换模块 （ SM） 之间的呼叫处
理和管理信息的传送, 同时完成各交换模块之间的功能话音
时隙交换 。
3,管理模块
管理模块（ AM）用来完成呼叫处理的支援功能（包括
系统范围内的维护访问、诊断、控制和调度、软件恢复和初
始化、故障检测和恢复等，这些都是集中控制的），同时完
成管理功能，提供访问软件的外接数据链路和磁盘存储器。
3.2 数字交换原理和数字交换网络
3.2.1 语音信号数字化和时分多路通信
1．语音信号的数字化
语音信号的数字化要经过抽样、量化和编码三个步骤。
（ 1）抽样
图 3-4 模拟信号的抽样
（ 2）量化
图 3-5 压扩法基本原理图
（ 3）编码
2,时分多路通信
时分多路通信常用的复用方式有频分复用和时分复用
两种。它们分别按频率和时间划分信道。
图 3-6 频分复用和时分复用方式
PCM通信是典型的时分复用多路通信系统，基本原理图
如图 3-7所示。
图 3-7 PCM通信的基本原理
3.2.2 数字交换的基本概念和基本接线器
1,数字交换的基本概念
图 3-8 数字交换机中两用户通话经数字交换网络连接的简化示意图
2,时间 （ T） 接线器
（ 1） T接线器的基本功能
（ 2） T接线器的基本组成
图 3-9 T接线器的结构
（ 3） T接线器的工作方式和工作原理
① 输出控制方式 ② 输入控制方式
图 3-10 时间（ T）接线器的工作原理图
3,空间 （ S） 接线器
（ 1） S接线器的基本功能
（ 2） S接线器的基本组成
图 3-11 S接线器的组成结构
（ 3）两种控制方式和控制原理
图 3-12 输出控制方式下工作的 S接线器的工作原理
3.2.3 复用和分路, 串 → 并和并 → 串变换
图 3-13 8/l复用和串 → 并变换
3.2.4 数字交换网络
1,TST数字交换网络
（ 1） TST数字交换网络的结构
图 3-16 典型的 TST交换网络的结构
（ 2） TST交换网络的工作原理
图 3-17 TST网络的工作原理
（ 3） TST网络的初、次级 T接线器共用控制存储器的问题
2,T接线器集成电路芯片、单 T级和 TTT交换网络
（ 1） T接线器集成电路芯片
图 3-18 256× 256时隙交换的 T接线器的芯片结构原理
（ 2） T单元的扩展
容量扩展后所需 T单元的数量 k的值是按照扩展倍数的
平方增长的 。 即
2
T
?
?
??
?
??
单元的容量单个
扩展的容量k k＝
图 3-19 T单元的扩展
（ 3） TTT型交换网络
图 3-20 TTT三级交换网络的结构
3,时／空结合的交换单元 （ T/S）
（ 1） DSE的基本功能和组成
图 3-21 DSE的基本结构
（ 2） DSE的工作原理
图 3-22 DSE交换示例
图 3-23 DSE工作原理
3.2.5 交换网络的阻塞计算
1,话务基础知识
（ 1） 话务量
呼叫发生强度与平均占用时长的乘积, 就是单位
时间内的话务量, 称为话务量强度, 简称为话务量,
通常用爱尔兰 （ Erl） 为单位 。 用公式表示为
A＝ λ × S
A为话务量强度,λ 为呼叫发生强度,S为平均占
用时长。
?
?
?
m
i
i
x
i
A
x
A
xp
0
!
!
)(
（ 2）占用概率分布
)(
!
!
)(
0
AE
i
A
m
A
mpE m
m
i
i
m
???
?
?
2,数字交换网络的空分等效
（ 1） T接线器的空分等效
图 3-24 T接线器的空分等效
（ 2） S接线器的空分等效
图 3-25 S接线器的空分等效
3,无阻塞网络
（ 1） 单级无阻塞网络
单级的 n× n网络显然是无任何内部阻塞的交换网络。
Y＝ n2
（ 2） 三级 CLOS无阻塞网络
图 3-26 三级 CLOS网络的结构
3.3 数字程控交换机的终端与接口
数字程控交换机的终端与接口主要包括用户模
块, 中继器和信令设备 。
1,用户模块的基本结构
? 用户电路：与模拟用户线的接口 。
? 用户级交换网络：由一级 T接线器组成, 完成话
务量的集中和扩散 。
? 用户处理机：完成对用户电路, 用户级 T接线器
的控制及呼叫处理的低层控制 。
2,模拟用户电路
图 3-27 用户模块的基本结构
（ 1）馈电
图 3-28 用户馈电原理图
（ 2） 过压保护
图 3-29 过压保护电路
（ 3）振铃控制
图 3-30 振铃控制电路
（ 4）监视
监视功能通过用户直流回路的通断来判
定用户线回路的接通和断开状态。
图 3-31 用户线监视
（ 5）编译码和滤波
编译码是两个相反方向上的转换。
（ 6） 混合电路
图 3-32 混合、编译码和滤波功能的示意图
（ 7）测试控制
图 3-33 测试功能的示意图
图 3-34 模拟用户接口电路的总体框图
3．用户话务的集中和扩散
3.3.2 中继器
中继器是数字程控交换机与其他交换机的接口。
1．模拟中继器
模拟中继器的功能框图如图 3-35所示。
图 3-35 模拟中继器的功能框图
2,数字中继器
数字中继器是程控交换机和局间数字中继线的接口
电路, 它的入／出端都是数字信号 。
数字中继器的主要功能有,
① 码型变换和反变换
② 时钟提取
③ 帧同步
④ 复帧同步
⑤ 信令的提取和插入
图 3-36 数字中继器的功能框图
3.3.3 信令设备
信令设备的主要功能是接收和发送信令 。 程控数字交
换机中主要信令设备有,
? 信号音发生器：用于产生各种类型的信号音, 如忙
音, 拨号音, 回铃音等 。
? DTMF接收器：用于接收用户话机发出的 DTMF信
号 。
? 多频信号发生器和多频信号接收器：用于发送和接
收局间的 MFC信号 。
? No.7信令终端：用于完成 No.7信令的第二级功能 。
1．数字化信号音的产生
（ 1） 拨号音 （ 450 Hz的连续音 ） 的产生
＝ ＝ T
l＝ T× fs＝ 0.02× 8000＝ 160
（ 2） MFC的 A1信号 （ 1140 Hz＋ 1020 Hz的双
音频 ） 的产生
＝ ＝ ＝ T
Tflfm
sm
?? Tf
l
f
m
sm
??
Tflfnfm
snm
?? ＝ Tflfnfm
snm
?? ＝ Tflfm
sm
??
2,数字音频信号的接收
（ 1） DTMF接收器
图 3-37 DTMF接收器原理
（ 2）多频接收器
（ 3） No.7信令系统硬件的一般结构
图 3-38 信令终端电路的一般结构
3.4 控制系统的一般结构
1,微同步方式
图 3-39 微同步方式的基本结构
2,互助方式
3,主／备用方式
4,N＋ m备用方式
3.4.2 处理机的控制结构
1,分级控制方式
2,全分散控制方式
3,容量分担的分布控制方式
3.4.3 处理机之间的通信
1．通过数字交换网络进行通信
（ 1）利用 TS16进行通信
（ 2）通过数字交换网络的任一话音信道传送
2．采用计算机网络常用的通信结构方式
（ 1）多总线结构
（ 2）环形结构
当分散的控制系统中的多处理机处于平级关系
时，可以采用环形结构互连，每台处理机相当于环
内的一个节点，和环通过环接口连接。
（ 3）以太网结构
以太网结构同令牌环一样，也是一种局域网多
处理机的通信技术，但是其应用更加普遍。
图 3-40 以太网结构
