1
二、程控数字交换与电话通信网
1,电话通信的基本原理
2,电话交换技术的发展
3,程控数字交换机的系统结构
4,接口电路
5,交换网络 -话路建立
6,控制系统
7,程控交换软件系统
8,呼叫处理的基本原理
9,交换技术基础
10.电话通信网
本章主要内容
3
1、电话通信的基本原理
1.1 电话机的发明
1875年 6月 2日贝尔和沃森发明了电话
（原始的电磁式电话）
↓
1877年爱迪生发明了碳精式送话器
+手柄 +呼叫设备（电铃） +手摇发电机 +干电池
（磁石式电话机）
↓
1882年出现了共电式电话机
（没有手摇发电机和干电池，通话所用电源由交换机供给）
↓
↓
1896年美国人爱立克森发明了旋转式电话拨号盘
1920年美国人坎贝尔发明了消侧音电路
（自动电话机 -拨号盘电话机）
↓
60年代电子学飞速发展,70年代大规模集成电路出现
(电子电话机 -按键式电话机 )
↓
80年代随着 N-ISDN的应用出现了数字电话机
1.1 电话机的发明
送话器
受话器
原始
话音
还原
话音
二 -四
转换消侧音电路 电话机
原始
话音
还原
话音
1.2 电话机的构成及通话原理
受话器, 将相应的电信号还原为声音的转换器。
送话器, 将声音变换为相应电信号的转换器。
旋转式拨号盘 （三个参数）：
脉冲速度,表示拨号盘每秒钟发生的脉冲个数。
普通,10/s 快速,20/s
脉冲断续比,在一个脉冲周期里，断开电流的时间
和接通电流的时间之比。
t断 /t续 =1.6:1 或 2:1
位间隔, ≥300ms
1.2 电话机的构成及通话原理
按键式拨号盘, 与拨号集成电路配合发出 脉冲或双音频
(DTMF)信令。
振铃器,交铃流、音调振铃器
开关、叉簧, 接插件，二、四线绳
1.2 电话机的构成及通话原理
697Hz
770Hz
852Hz
941Hz
1209Hz 1336Hz 1477Hz 1633Hz高频低频
1 2
4 5
7
*
8
0
3
6
9
A
B
C
D#
1.2 电话机的构成及通话原理
? 扬声电话机
? 免提电话机
? 无绳电话机
? 录音电话机
? 可视电话机
? 投币电话机
? 磁卡电话机
1.3 电话机的分类
11
2、电话交换技术的发展
人工交换阶段：
磁石式电话交换机
共电式电话交换机
机电式自动交换阶段：
步进制交换机 （ Step by Step System）：
史端乔（ Strowger） 式自动电话交换机
德国西门子式自动交换机
特点,直接控制方式
电话交换技术发展的三个阶段
机动制交换机,
旋转制或升降制电话交换机
特点,间接控制方式
共同特点,
?噪声大
?易磨损
?维护工作量大
?接线速度慢
?故障率高
?电路技术简单
?人员培训容易
电话交换技术发展的三个阶段
纵横制交换机 （ Crossbar System）：
特点,间接控制方式
接线器接点采用压接触方式
电子式自动交换阶段：
半电子交换机（准电子交换机）,
话路部分采用机械接点，控制部分采用电子器件。
全电子交换机,
话路部分和控制部分均采用电子器件。
电话交换技术发展的三个阶段
模拟程控交换机, 1965年 5月美国开通了第一个程控交
换机（ ESS No.1）。
数字程控交换机, 1970年法国开通了第一个数字程控交
换机（ E10）。
几个概念,程控与布控、时分与空分、模拟与数字
电话交换技术发展的三个阶段
? 在技术上的：能提供许多新的服务性能
维护管理方便、可靠性高
灵活性大、便于采用新技术和增加新业务
? 在经济上的：在交换设备上
在线路设备上
在维护和生产方面
程控交换机的优越性
? 缩位拨号
? 热线服务
? 呼出限制
? 免打扰服务
? 查找恶意呼叫
? 闹钟服务
? 截接服务
? 缺席用户服务
补充业务
? 遇忙回叫
? 无条件呼叫前转
? 遇忙呼叫前转
? 无应答呼叫前转
? 呼叫等待
? 三方通话
? 会议电视
? 主叫号码显示等
? 引进交换机
AXE10,FETEX-150,E10B,5ESS,NEAX61,
EWSD
?引进生产线
上海,S1240,北京,EWSD,天津,NEAX61
?自行研制
巨龙 HJD-04,大唐 SP30,华为 C&C08,中兴 ZXJ10
我国程控交换技术的发展
19
3、程控数字交换机的系统结构
数字交换机的系统结构
数字程控电话交换系统
话路子系统 控制子系统
接口设备 交换网络 CPU与存储器
远端接口
外部设备
模拟 /数字用户电路
数字 /模拟中继器
信令设备
MFC接收和发送器
DTMF接收器
信号音发生器
用户集中级
接口设备,是实现数字交换系统和外围环境的接口。
远端接口,是到集中维护操作中心、网管中心、计费中心
等的数据传送接口。
用户集中级,完成话务集中功能，集中比一般为 2:1到 8:1
一般为单 T交换网络。
用户模块,用户集中级 +用户电路
远端模块,设置在远端的用户模块。
几个概念
数字交换系统接口类型
交
换
网
络
控制系统
模拟用户接口用户
侧
接
口
中
继
侧
接
口数字用户接口
数字中继接口
模拟中继接口
数字用户接口
操作维护 OAM
Z
V
A
B
C
Q3
数字交换机接口类型
ET
ET
ET
ET
ET
ET
ET
ET
ET
ET
ET
ET
ET
ET
数
字
交
换
网
络
模拟用户线 Z1
模拟远端集线器 Z2
模拟 PABX Z3
数字用户线 V1
LT
LT
LT
LT
Z1
V2
V3
V4
V5
数字远端模块Z1
V1
NT
数字 PABX
m X (2B+D)
n X E1
2,048kbit/sA
B
LT
C11
C12
C21
C22
LT
本地
转换
二线
中继器
通路转
换设备
四线
FDM
实线
PCM
8,448kbit/s
LT
34,368kbit/s
8,448kbit/s
LT
V接口：
V1,64kb/s,可为 2B+D或 30B+D的终端
V2,连接数字远端模块的接口
V3,连接数字 PABX的接口，属 30B+D的接口
V4,可接多个 2B+D的终端，支持 ISDN的接入
V5,支持 n X E1的接入网，包括 V5.1和 V5.2接口
A接口,速率为 2048kb/s的数字中继接口
B接口,PCM二次群接口，其接口速率为 8448kb/s
程控交换系统接口类型 ——数字接口
Z1接口,连接单个模拟用户的接口
Z2接口,连接模拟远端集线器的接口
Z3接口,连接模拟 PABX的接口
程控交换系统接口类型 ——模拟接口
27
4、接口电路
4.1 模拟用户电路
模拟用户电路的功能可归纳为 BORSCHT七个功能：
—— B(Battery feeding)馈电
—— O(Overvoltage protection)过压保护
—— R(Ringing control)振铃控制
—— S(Supervision)监视
—— C(CODEC & filters)编译码和滤波
—— H(Hybird circuit)混合电路
—— T(Test)测试
馈电
电容的特性：, 隔直流，通交流,
电感的特性：, 隔交流，通直流,
（ -48v）
过压保护
振铃控制
振铃电压,90+15v
可检测以下各种用户状态：
1、用户话机的摘挂机状态
2、用户话机（号盘）发出的拨号脉冲
3、投币话机的输入信号
4、话终挂机状态
监视
监视
编译码和滤波（ CODEC）
编码器：完成模拟信号到数字信号的转换（ Coder）。
译码器：完成数字信号到模拟信号的转换（ Decoder） 。
混合电路
完成二线到四线的转换功能。
测试
其它功能
? 极性倒换（反转）
? 计费脉冲发送
模拟用户电路功能框图
举例 ——用户电路板
模拟中继器,是程控数字交换机与模拟中继线的接口，用
于与模拟交换机的连接。
4.2 模拟中继电路
数字中继器,是连接数字局间中继线的接口电路，用于
与数字交换局或远端模块的连接。
主要作用,是根据 PCM时分复用原理，将 30路 64kb/s
的话路信号复接成 2048kb/s的基群信号发
送出去，或者反之，把从其它数字交换系统
（或数字传输系统）来的 2048kb/s的基群
信号分成 30路话路信号，然后再通过数字交
换网络分接到各个相应的用户。
在上述过程中，完成 信号传输、信号同步、
信令配合
4.3 数字中继电路
数字中继电路的基本功能
码型变换,
单极性不归零码 HDB3（ 高密度双极性码）
时钟提取,
就是从输入的数据流中提取时钟信号，作为输入数据
流的基准时钟。同时该时钟信号还用来作为本端系统时
钟的外部参考时钟源。
帧同步,
就是从接收的数据流中搜索并识别到同步码，并以该
时隙作为一帧的开始，以便接收端的帧结构排列和发送
端的完全一致。
复帧同步,
如果数字中继线上使用的是随路信号（中国 1号信
令），则除了帧同步外，还要有复帧同步。
复帧同步是为了解决各路标志信号的错路问题。
提取和插入随路信号
帧定位（再定时）
数字中继电路的基本功能
码型变换
码型变换
时钟提取 帧同步
帧定位
信号提取
帧定位信号
插入
复帧定位
信号插入
收
发
PCM
数字中继电路的基本功能
4.4 音频信号的产生、发送和接收
1、信号种类：
? 交换机到用户,
各种信号音（单频，信号源 450Hz或 950Hz的正弦波 ）
? 交换机到交换机,
局间信号（ MFC）
前向信号频率,1380Hz,1500Hz,1620Hz,
1740Hz,1860Hz,1980Hz（ 6中取 2）
后向信号频率,1140Hz,1020Hz,900Hz,780Hz,
（ 4中取 2）
? 用户到交换机, 拨号信息（直流脉冲,DTMF）
2、单频信号的产生
T=2ms 500Hz音频信号产生原理
将信号按 125μs间隔进行抽样（也就是
8kHz的 PCM抽样频率 ）,然后进行量化和编
码，得到各抽样点的 PCM信号，放到 ROM中，
使用时对 ROM按一般 PCM信号读出，就是这
个音频信号（数字化的信号）。
单音频信号产生原理
信号发生器的硬件结构
3、双音频信号的产生
双音频信号产生原理：
首先要找到一个重复周期。
将两个双音频信号按 125μs间隔进行抽样（也就是
8kHz的 PCM抽样频率 ）,然后进行量化和编码，得到各
抽样点的 PCM信号，放到 ROM中，使用时对 ROM按一般
PCM信号读出。
举例：产生 1380HZ和 1500HZ信号
4、数字音频信号的发送
指定时隙或占用普通话路的时隙经交换网络送出。
5、数字音频信号的接收
F1数字滤波
F2数字滤波
Fn数字滤波
数
字
逻
辑
识
别
输入 输出
多频的接收
53
5、交换网络（话路建立）
复用和分路
串并变换原理
移
位
寄
存
器
移
位
寄
存
器
HW0
HW7
CP
锁
存
器
锁
存
器
D0
D7
D0
D7
…
…
D0
D7
D7
D0
…
…
D0
D7
8-1
(D0)
8-1
(D7)
HW0
HW0
HW7
HW7
(8) (8)(8)
CPCP∧ TD7
并串变换原理
时钟、定时脉冲和位脉冲
60
6、程控交换机的控制系统
呼叫处理能力：最大忙时试呼次数
（ Maximum Number of Busy Hour Call Attempts）
可靠性
灵活性和适应性
经济性
交换系统对控制部件的要求
控制系统的结构
交换机控制系统的结构方式：
集中控制、分散控制（静态分配、动态分配）
多处理机结构：
按功能分担、按话务分担、备用工作（冷备用、热
备用）
备用方式：同步方式、互助方式、主 /备方式
处理机间的通信方式：
通过 PCM信道进行通信、采用计算机网常用的通信方式
二、程控数字交换与电话通信网
1,电话通信的基本原理
2,电话交换技术的发展
3,程控数字交换机的系统结构
4,接口电路
5,交换网络 -话路建立
6,控制系统
7,程控交换软件系统
8,呼叫处理的基本原理
9,交换技术基础
10.电话通信网
本章主要内容
3
1、电话通信的基本原理
1.1 电话机的发明
1875年 6月 2日贝尔和沃森发明了电话
（原始的电磁式电话）
↓
1877年爱迪生发明了碳精式送话器
+手柄 +呼叫设备（电铃） +手摇发电机 +干电池
（磁石式电话机）
↓
1882年出现了共电式电话机
（没有手摇发电机和干电池，通话所用电源由交换机供给）
↓
↓
1896年美国人爱立克森发明了旋转式电话拨号盘
1920年美国人坎贝尔发明了消侧音电路
（自动电话机 -拨号盘电话机）
↓
60年代电子学飞速发展,70年代大规模集成电路出现
(电子电话机 -按键式电话机 )
↓
80年代随着 N-ISDN的应用出现了数字电话机
1.1 电话机的发明
送话器
受话器
原始
话音
还原
话音
二 -四
转换消侧音电路 电话机
原始
话音
还原
话音
1.2 电话机的构成及通话原理
受话器, 将相应的电信号还原为声音的转换器。
送话器, 将声音变换为相应电信号的转换器。
旋转式拨号盘 （三个参数）：
脉冲速度,表示拨号盘每秒钟发生的脉冲个数。
普通,10/s 快速,20/s
脉冲断续比,在一个脉冲周期里，断开电流的时间
和接通电流的时间之比。
t断 /t续 =1.6:1 或 2:1
位间隔, ≥300ms
1.2 电话机的构成及通话原理
按键式拨号盘, 与拨号集成电路配合发出 脉冲或双音频
(DTMF)信令。
振铃器,交铃流、音调振铃器
开关、叉簧, 接插件，二、四线绳
1.2 电话机的构成及通话原理
697Hz
770Hz
852Hz
941Hz
1209Hz 1336Hz 1477Hz 1633Hz高频低频
1 2
4 5
7
*
8
0
3
6
9
A
B
C
D#
1.2 电话机的构成及通话原理
? 扬声电话机
? 免提电话机
? 无绳电话机
? 录音电话机
? 可视电话机
? 投币电话机
? 磁卡电话机
1.3 电话机的分类
11
2、电话交换技术的发展
人工交换阶段：
磁石式电话交换机
共电式电话交换机
机电式自动交换阶段：
步进制交换机 （ Step by Step System）：
史端乔（ Strowger） 式自动电话交换机
德国西门子式自动交换机
特点,直接控制方式
电话交换技术发展的三个阶段
机动制交换机,
旋转制或升降制电话交换机
特点,间接控制方式
共同特点,
?噪声大
?易磨损
?维护工作量大
?接线速度慢
?故障率高
?电路技术简单
?人员培训容易
电话交换技术发展的三个阶段
纵横制交换机 （ Crossbar System）：
特点,间接控制方式
接线器接点采用压接触方式
电子式自动交换阶段：
半电子交换机（准电子交换机）,
话路部分采用机械接点，控制部分采用电子器件。
全电子交换机,
话路部分和控制部分均采用电子器件。
电话交换技术发展的三个阶段
模拟程控交换机, 1965年 5月美国开通了第一个程控交
换机（ ESS No.1）。
数字程控交换机, 1970年法国开通了第一个数字程控交
换机（ E10）。
几个概念,程控与布控、时分与空分、模拟与数字
电话交换技术发展的三个阶段
? 在技术上的：能提供许多新的服务性能
维护管理方便、可靠性高
灵活性大、便于采用新技术和增加新业务
? 在经济上的：在交换设备上
在线路设备上
在维护和生产方面
程控交换机的优越性
? 缩位拨号
? 热线服务
? 呼出限制
? 免打扰服务
? 查找恶意呼叫
? 闹钟服务
? 截接服务
? 缺席用户服务
补充业务
? 遇忙回叫
? 无条件呼叫前转
? 遇忙呼叫前转
? 无应答呼叫前转
? 呼叫等待
? 三方通话
? 会议电视
? 主叫号码显示等
? 引进交换机
AXE10,FETEX-150,E10B,5ESS,NEAX61,
EWSD
?引进生产线
上海,S1240,北京,EWSD,天津,NEAX61
?自行研制
巨龙 HJD-04,大唐 SP30,华为 C&C08,中兴 ZXJ10
我国程控交换技术的发展
19
3、程控数字交换机的系统结构
数字交换机的系统结构
数字程控电话交换系统
话路子系统 控制子系统
接口设备 交换网络 CPU与存储器
远端接口
外部设备
模拟 /数字用户电路
数字 /模拟中继器
信令设备
MFC接收和发送器
DTMF接收器
信号音发生器
用户集中级
接口设备,是实现数字交换系统和外围环境的接口。
远端接口,是到集中维护操作中心、网管中心、计费中心
等的数据传送接口。
用户集中级,完成话务集中功能，集中比一般为 2:1到 8:1
一般为单 T交换网络。
用户模块,用户集中级 +用户电路
远端模块,设置在远端的用户模块。
几个概念
数字交换系统接口类型
交
换
网
络
控制系统
模拟用户接口用户
侧
接
口
中
继
侧
接
口数字用户接口
数字中继接口
模拟中继接口
数字用户接口
操作维护 OAM
Z
V
A
B
C
Q3
数字交换机接口类型
ET
ET
ET
ET
ET
ET
ET
ET
ET
ET
ET
ET
ET
ET
数
字
交
换
网
络
模拟用户线 Z1
模拟远端集线器 Z2
模拟 PABX Z3
数字用户线 V1
LT
LT
LT
LT
Z1
V2
V3
V4
V5
数字远端模块Z1
V1
NT
数字 PABX
m X (2B+D)
n X E1
2,048kbit/sA
B
LT
C11
C12
C21
C22
LT
本地
转换
二线
中继器
通路转
换设备
四线
FDM
实线
PCM
8,448kbit/s
LT
34,368kbit/s
8,448kbit/s
LT
V接口：
V1,64kb/s,可为 2B+D或 30B+D的终端
V2,连接数字远端模块的接口
V3,连接数字 PABX的接口，属 30B+D的接口
V4,可接多个 2B+D的终端，支持 ISDN的接入
V5,支持 n X E1的接入网，包括 V5.1和 V5.2接口
A接口,速率为 2048kb/s的数字中继接口
B接口,PCM二次群接口，其接口速率为 8448kb/s
程控交换系统接口类型 ——数字接口
Z1接口,连接单个模拟用户的接口
Z2接口,连接模拟远端集线器的接口
Z3接口,连接模拟 PABX的接口
程控交换系统接口类型 ——模拟接口
27
4、接口电路
4.1 模拟用户电路
模拟用户电路的功能可归纳为 BORSCHT七个功能：
—— B(Battery feeding)馈电
—— O(Overvoltage protection)过压保护
—— R(Ringing control)振铃控制
—— S(Supervision)监视
—— C(CODEC & filters)编译码和滤波
—— H(Hybird circuit)混合电路
—— T(Test)测试
馈电
电容的特性：, 隔直流，通交流,
电感的特性：, 隔交流，通直流,
（ -48v）
过压保护
振铃控制
振铃电压,90+15v
可检测以下各种用户状态：
1、用户话机的摘挂机状态
2、用户话机（号盘）发出的拨号脉冲
3、投币话机的输入信号
4、话终挂机状态
监视
监视
编译码和滤波（ CODEC）
编码器：完成模拟信号到数字信号的转换（ Coder）。
译码器：完成数字信号到模拟信号的转换（ Decoder） 。
混合电路
完成二线到四线的转换功能。
测试
其它功能
? 极性倒换（反转）
? 计费脉冲发送
模拟用户电路功能框图
举例 ——用户电路板
模拟中继器,是程控数字交换机与模拟中继线的接口，用
于与模拟交换机的连接。
4.2 模拟中继电路
数字中继器,是连接数字局间中继线的接口电路，用于
与数字交换局或远端模块的连接。
主要作用,是根据 PCM时分复用原理，将 30路 64kb/s
的话路信号复接成 2048kb/s的基群信号发
送出去，或者反之，把从其它数字交换系统
（或数字传输系统）来的 2048kb/s的基群
信号分成 30路话路信号，然后再通过数字交
换网络分接到各个相应的用户。
在上述过程中，完成 信号传输、信号同步、
信令配合
4.3 数字中继电路
数字中继电路的基本功能
码型变换,
单极性不归零码 HDB3（ 高密度双极性码）
时钟提取,
就是从输入的数据流中提取时钟信号，作为输入数据
流的基准时钟。同时该时钟信号还用来作为本端系统时
钟的外部参考时钟源。
帧同步,
就是从接收的数据流中搜索并识别到同步码，并以该
时隙作为一帧的开始，以便接收端的帧结构排列和发送
端的完全一致。
复帧同步,
如果数字中继线上使用的是随路信号（中国 1号信
令），则除了帧同步外，还要有复帧同步。
复帧同步是为了解决各路标志信号的错路问题。
提取和插入随路信号
帧定位（再定时）
数字中继电路的基本功能
码型变换
码型变换
时钟提取 帧同步
帧定位
信号提取
帧定位信号
插入
复帧定位
信号插入
收
发
PCM
数字中继电路的基本功能
4.4 音频信号的产生、发送和接收
1、信号种类：
? 交换机到用户,
各种信号音（单频，信号源 450Hz或 950Hz的正弦波 ）
? 交换机到交换机,
局间信号（ MFC）
前向信号频率,1380Hz,1500Hz,1620Hz,
1740Hz,1860Hz,1980Hz（ 6中取 2）
后向信号频率,1140Hz,1020Hz,900Hz,780Hz,
（ 4中取 2）
? 用户到交换机, 拨号信息（直流脉冲,DTMF）
2、单频信号的产生
T=2ms 500Hz音频信号产生原理
将信号按 125μs间隔进行抽样（也就是
8kHz的 PCM抽样频率 ）,然后进行量化和编
码，得到各抽样点的 PCM信号，放到 ROM中，
使用时对 ROM按一般 PCM信号读出，就是这
个音频信号（数字化的信号）。
单音频信号产生原理
信号发生器的硬件结构
3、双音频信号的产生
双音频信号产生原理：
首先要找到一个重复周期。
将两个双音频信号按 125μs间隔进行抽样（也就是
8kHz的 PCM抽样频率 ）,然后进行量化和编码，得到各
抽样点的 PCM信号，放到 ROM中，使用时对 ROM按一般
PCM信号读出。
举例：产生 1380HZ和 1500HZ信号
4、数字音频信号的发送
指定时隙或占用普通话路的时隙经交换网络送出。
5、数字音频信号的接收
F1数字滤波
F2数字滤波
Fn数字滤波
数
字
逻
辑
识
别
输入 输出
多频的接收
53
5、交换网络（话路建立）
复用和分路
串并变换原理
移
位
寄
存
器
移
位
寄
存
器
HW0
HW7
CP
锁
存
器
锁
存
器
D0
D7
D0
D7
…
…
D0
D7
D7
D0
…
…
D0
D7
8-1
(D0)
8-1
(D7)
HW0
HW0
HW7
HW7
(8) (8)(8)
CPCP∧ TD7
并串变换原理
时钟、定时脉冲和位脉冲
60
6、程控交换机的控制系统
呼叫处理能力：最大忙时试呼次数
（ Maximum Number of Busy Hour Call Attempts）
可靠性
灵活性和适应性
经济性
交换系统对控制部件的要求
控制系统的结构
交换机控制系统的结构方式：
集中控制、分散控制（静态分配、动态分配）
多处理机结构：
按功能分担、按话务分担、备用工作（冷备用、热
备用）
备用方式：同步方式、互助方式、主 /备方式
处理机间的通信方式：
通过 PCM信道进行通信、采用计算机网常用的通信方式
