數(shù)字交換

數(shù)字交換方面，早在50年代末就由美國BELL實(shí)驗(yàn)室發(fā)表了數(shù)字電路交換實(shí)驗(yàn)成果，并指出了數(shù)字交換和數(shù)字傳輸綜合的發(fā)展前景，但限于當(dāng)時(shí)的元器件條件，僅能停留在實(shí)驗(yàn)室而無法投入實(shí)際應(yīng)用。

70年代初，在數(shù)字PCM傳輸大量應(yīng)用的基礎(chǔ)上，法國成功地發(fā)展了對PCM數(shù)字信號直接交換的交換機(jī)，它在控制方面采用程控方式，通話接續(xù)則采用電子器件實(shí)現(xiàn)的時(shí)分交換方式，由于控制部分和接續(xù)部分都采用了電子器件，也就實(shí)現(xiàn)了全電子交換，這種全電子時(shí)分式數(shù)字程控交換技術(shù)，表現(xiàn)出種種優(yōu)點(diǎn)，促使世界各國都競相發(fā)展這種程控?cái)?shù)字交換技術(shù)，其優(yōu)越性不斷得到改進(jìn)而性能更加優(yōu)越，成本卻不斷下降，到了80年代中期，已經(jīng)發(fā)展到不考慮傳輸和交換的綜合，而在全部模擬環(huán)境下使用它也比其它交換制度來得便宜；已取代空分模擬程控交換而處于發(fā)展全盛時(shí)期。

我國在80年代中期引進(jìn)程控?cái)?shù)字交換技術(shù)，直接跳越了空分模擬和用戶級空分先集中后時(shí)分?jǐn)?shù)字化等階段，一下就從機(jī)電式縱橫制進(jìn)入程控?cái)?shù)字制式；到90年代中期，已有數(shù)干部萬門多種制式(如1240、F-150、NEIOX-61、AXE-10、DMSl00、EWSD、ESS5等)程控?cái)?shù)字交換機(jī)在我國各地電話網(wǎng)內(nèi)使用，國產(chǎn)的程控?cái)?shù)字交換機(jī)如C&C08等機(jī)型在生產(chǎn)和應(yīng)用上也已有相當(dāng)規(guī)模。

數(shù)字交換的基本原理可說明如下：用戶話音的8000Hz樣值，經(jīng)集線器編碼成8比特碼字以時(shí)分復(fù)用方式占用復(fù)合信號的某一個(gè)時(shí)隙傳送到中央交換機(jī)，為用戶尋找空閑時(shí)隙的操作叫做“時(shí)隙匹配”，中央交換機(jī)用脈沖移相器把用戶話音編碼中的某時(shí)隙數(shù)字作短暫遲延，并連接到被叫用戶側(cè)可以占用的空閑時(shí)隙隨多路復(fù)用數(shù)字信號傳送到被叫集線器，經(jīng)過解碼成為話音信號，使主叫用戶與被叫用戶可以通話。整個(gè)交換接續(xù)的過程是在數(shù)字信號的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，叫做“時(shí)隙轉(zhuǎn)換”。這種對隙轉(zhuǎn)換操作由計(jì)算機(jī)控制。

在數(shù)字通信基礎(chǔ)上發(fā)展起來的數(shù)字程控交換系統(tǒng)，其交換網(wǎng)絡(luò)交換的信號是數(shù)字信號，連接的線路是時(shí)分復(fù)用PCM線路。數(shù)字交換是一種新的交換方式，進(jìn)行交換的每個(gè)話路(用戶)在一條公共的導(dǎo)線上占有一個(gè)指定的時(shí)隙，其信息(二進(jìn)制編碼的數(shù)字信號)在這個(gè)時(shí)隙內(nèi)傳送，多個(gè)話路的時(shí)隙按一定次序排列，沿這條公共導(dǎo)線傳送。

通過交換網(wǎng)絡(luò)在通信用戶間建立數(shù)字信息通道的技術(shù)。是實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信的基礎(chǔ)。大多采用時(shí)分多路通信方式。分為電路交換和分組交換。電路交換，需在主叫和被叫終端之間建立一條固定電路連接，直至通信結(jié)束，適合實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。分組交換，不建立固定電路連接，只在傳送分組時(shí)才占用電路，可提高網(wǎng)絡(luò)利用率。采用數(shù)字交換技術(shù)，通信設(shè)備體積小，傳輸質(zhì)量高，接續(xù)速度快，易于進(jìn)行信息加密，便于集中維護(hù)。

數(shù)字信號：數(shù)字信號的特點(diǎn)是：其幅度值被限制在有限個(gè)數(shù)值之內(nèi)，它不是連續(xù)的而是離散的。例如，計(jì)算機(jī)處理的信號，電報(bào)傳送的信號，手機(jī)收、發(fā)處理的信號，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號等均屬于數(shù)字信號。

數(shù)字交換機(jī)：數(shù)字交換機(jī)是針對傳統(tǒng)模擬交換機(jī)而言的。首先我們先了解交換機(jī)的概念：用戶級交換機(jī)（Private Branch Exchange），即公司內(nèi)部使用的電話業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)內(nèi)部分機(jī)用戶分享一定數(shù)量的外線。傳統(tǒng)的PBX利用電路交換的原理來實(shí)現(xiàn)集團(tuán)電話的功能，而IP PBX則使用TCP/IP協(xié)議，利用包交換的原理，語音和圖象等信息轉(zhuǎn)化為由0和1表示的二進(jìn)制的字節(jié)，在以太網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)了相同的功能，所以IP PBX或者說基于IP協(xié)議的PBX是數(shù)字交換機(jī)。

數(shù)字交換網(wǎng)：在數(shù)字交換機(jī)中采用的是數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)。數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)是它能夠?qū)臄?shù)字傳輸設(shè)備進(jìn)來的數(shù)字信號直接進(jìn)行交換，而不必像過去那樣，需要進(jìn)行數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換了。

時(shí)分多路通信：時(shí)分多路通信常用的復(fù)用方式有頻分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用兩種。它們分別按頻率和時(shí)間劃分信道。

頻分復(fù)用方式是將信道的可用頻帶劃分為若干互不交疊的頻段，每路信號的頻譜占用其中的一個(gè)頻段，以實(shí)現(xiàn)多路傳輸。

時(shí)分復(fù)用方式是把一條物理通道按照不同的時(shí)刻分成若干條通信信道(如話路)，各信道按照一定的周期和次序輪流使用物理通道。這樣從宏觀上看，一條物理通路就可以“同時(shí)”傳送多條信道的信息。

數(shù)字交換采用先進(jìn)的程控方式，除了具有程控方式的優(yōu)點(diǎn)以外還有以下優(yōu)越性。

①體積小、重量輕，節(jié)省機(jī)房面積。

②由于采用LSI甚至VLSI，機(jī)間布線簡化，使得可靠性提高。

③交換網(wǎng)絡(luò)阻塞率小，容量大，動(dòng)作速度快。

阻塞率是指由于找不到空閑通路而使呼叫不能成功的次數(shù)與呼叫總次數(shù)之比。由于時(shí)分多路復(fù)用，使得數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的容量大而阻塞率甚微，甚至可做到完全無阻塞，從而提高了服務(wù)質(zhì)量。由于阻塞率很小，可以適應(yīng)較大的話務(wù)波動(dòng)，中繼線可以有很高的利用率。

④便于采用PCM傳輸和靈活地赳網(wǎng)。數(shù)字交換可以直接交換數(shù)字信號，與PCM傳輸配合時(shí)不需要模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換，數(shù)字交換和數(shù)字傳輸結(jié)合在一起，可形成綜合數(shù)字網(wǎng)。

⑤可適應(yīng)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的發(fā)展。

數(shù)字交換機(jī)便于開放各種非話音業(yè)務(wù)，如數(shù)據(jù)、電報(bào)、圖象等，從而形成綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)。

程控?cái)?shù)字交換機(jī)是現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與大規(guī)模集成電路(LSI)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。先進(jìn)的硬件與日臻完美的軟件綜合于一體，賦予程控交換機(jī)以眾多的功能和特點(diǎn)，使它與機(jī)電交換機(jī)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.體積小，重量輕，功耗低，它一般只有縱橫制交換機(jī)體積的1/8-1/4,大大壓縮了機(jī)房占用面積，節(jié)省了費(fèi)用。

2.能靈活的向用戶提供眾多的新服務(wù)功能。由于采用SPC技術(shù)，因而可以通過軟件方便的增加或修改交換機(jī)功能，向用戶提供新型服務(wù)，如縮位撥號、呼叫等待、呼叫傳遞、呼叫轉(zhuǎn)移、遇忙回叫、熱線電話、會(huì)議電話，給用戶帶來很大的方便。

3.工作穩(wěn)定可靠，維護(hù)方便，由于程控交換機(jī)一般采用大規(guī)模集成電路(LSI)電路或?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC)，因而有很高的可靠性。它通常采用冗余技術(shù)或故障自動(dòng)診斷措施，以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。此外，程控交換機(jī)借助故障診斷程序?qū)收献詣?dòng)進(jìn)行檢測和定位，以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)與排除故障，從而大大減少了維護(hù)工作量。

系統(tǒng)還可方便地提供自動(dòng)計(jì)費(fèi)，話務(wù)量記錄，服務(wù)質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)視，超負(fù)荷控制等功能，給維護(hù)管理工作帶來了方便。

4.便于采用新型共路信號方式(CCS,Common Channel Signalling) 。由于程控?cái)?shù)字交換機(jī)與數(shù)字傳輸設(shè)備可以直接進(jìn)行數(shù)字連接，提供高速公共信號信道，適于采用先進(jìn)的CCITT 7號信令方式，從而使得信令傳送速度快、容量大、效率高，并能適應(yīng)未來新業(yè)務(wù)與交換網(wǎng)控制的特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)(ISDN,Integrated Services Digital Network)創(chuàng)造必要的條件。

5.易于與數(shù)字終端，數(shù)字傳輸系統(tǒng)聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)數(shù)字終端，傳輸與交換的綜合與統(tǒng)一?？梢詳U(kuò)大通信容量，改善通話質(zhì)量，降低通信系統(tǒng)投資，并為發(fā)展綜合數(shù)字網(wǎng)(IDN)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)奠定基礎(chǔ)。

世界各國研制與生產(chǎn)出眾多各具特色的程控?cái)?shù)字交換機(jī)，比較有代表性的有：

SOPHO-S/iS 荷蘭飛利浦公司

ISDX 英國GPT公司

HICOM 德國SIEMENS公司

MD-110 瑞典ERICSSON公司

HARRIS20-20 美國HARRIS公司

SX-2000 加拿大MITEL公司

DMS-100,200,300 加拿大NORTHERN TELECOM公司

MSL-1 加拿大NORTHERN TELECOM公司

EWSD-601 德國SIEMENS公司

S-1240 中國，比利時(shí)，上海貝爾電話設(shè)備公司

ITT-1240 比利時(shí)ITT-BTM公司

AXE-10 瑞典ERICSSON公司

No.5 ESS 美國AT&T公司

SCX-1200,5000 美國TELEX公司

MSX 美國TAI公司

E10B,S 法國CIT-ALCATEL公司

D60,70 日本NTT公司

NEAX-61 日本NEC公司

90年代后，我國逐漸出現(xiàn)了一批自行研制的大中型容量的具有國際先進(jìn)水平的數(shù)字程控局用交換機(jī)，典型的如深圳華為公司的C&C08系列、西安大唐的SP30系列、深圳中興的ZXJ系列等等，這些交換機(jī)的出現(xiàn)，表明在窄帶交換機(jī)領(lǐng)域，我們國家的研發(fā)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了世界水平。隨著時(shí)代的發(fā)展，目前的交換機(jī)系統(tǒng)逐漸融合ATM、無線通信、接入網(wǎng)技術(shù)、HDSL、ASDL、視頻會(huì)議等先進(jìn)技術(shù)?？梢韵胂?，今后的交換機(jī)系統(tǒng)，將不僅僅是語音傳輸系統(tǒng)，而是一個(gè)包含聲音、文字、圖象的高比特寬帶傳輸系統(tǒng)，并深入到千家萬戶之中。IP電話就是其應(yīng)用一例。世界上傳統(tǒng)交換機(jī)廠商目前正努力研制，并通過與計(jì)算機(jī)廠商的合作和交流，來達(dá)到這一目的。

程控?cái)?shù)字交換機(jī)綜述

程控?cái)?shù)字交換機(jī)是用電子計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)程序控制的、采用脈沖編碼調(diào)制（絕大多數(shù)情況下）時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)進(jìn)行交換的全電子式自動(dòng)交換機(jī)。這是從控制和接續(xù)兩個(gè)主要功能的角度，相對于機(jī)電制交換機(jī)而言的，也正是程控?cái)?shù)字交換機(jī)的特征。

程控?cái)?shù)字交換機(jī)存儲(chǔ)程序控制

程控?cái)?shù)字交換機(jī)的控制方式是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)程序控制。預(yù)先編好的程序存儲(chǔ)在電子計(jì)算機(jī)內(nèi)，時(shí)刻不停地監(jiān)視收集交換對象的企求動(dòng)態(tài)，實(shí)時(shí)地作出響應(yīng)，以存儲(chǔ)程序的指令實(shí)行智能控制，完成通話接續(xù)，這稱為呼叫處理。此外，存儲(chǔ)程序控制還提供為用戶服務(wù)的多樣化性能，為本交換機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)服務(wù)的許多功能，以及為電話網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理提供系統(tǒng)綜合功能，其智能化程序是很高的。增改性能和進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，只需修改或輸入新程序即可實(shí)現(xiàn)。

程控系統(tǒng)由硬件（設(shè)備）和軟件（數(shù)據(jù)、程序等）組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，由早期的單機(jī)集中控制，逐步經(jīng)過多機(jī)、分級、全分散控制的演進(jìn)，在經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上、安全上都達(dá)到相當(dāng)完滿的程度。

程控?cái)?shù)字交換機(jī)數(shù)字交換

脈沖編碼調(diào)制-時(shí)分多路復(fù)用（PCM-TDM）技術(shù)被引入交換，產(chǎn)生了數(shù)字交換技術(shù)。

PCM是將模擬話音信號，經(jīng)過取樣、量化和編碼等過程，變成數(shù)字信號的調(diào)制方式。交換機(jī)上采用的PCM為30/32基群系統(tǒng)。取樣頻率為8000次/秒，每次取樣周期為125微秒，每條話路的時(shí)間間隙（時(shí)隙）為125/32=3.91微秒，量化等級為256，每時(shí)隙碼數(shù)8位，以二進(jìn)制00000000——11111111代表十進(jìn)制0-255的樣值范圍。經(jīng)過時(shí)分復(fù)用（TDM），將32個(gè)話路加以復(fù)合，傳輸碼率為8000*8*32=2048kb/s。這是發(fā)端的情況，在收端為逆過程，將數(shù)字信號還原為模擬話音信號。

當(dāng)PCM作為傳輸手段時(shí)，A、B兩端的時(shí)隙、依話路次序意義對直，A端各時(shí)隙的8位樣值，依次經(jīng)PCM鏈路匯成2048kb/s的碼流傳向B端，其媒體是線路，脈沖寬度占空比為50%，還要變成雙極傳輸。時(shí)隙0用作幀同步，時(shí)隙16用來傳送各種信號，只有時(shí)隙1~15和17~31能用作話路。一次通話要占兩條話路。

如果沒有這種時(shí)隙交換器，光有脈沖編碼調(diào)制（PCM）和時(shí)分多路復(fù)用（TDM）技術(shù)，是不能實(shí)現(xiàn)交換的。因?yàn)槊}沖編碼調(diào)制只是將300~3400Hz的模擬話音信號調(diào)制成為64kb/s的數(shù)字信號；時(shí)分多路復(fù)用只能把許多64kb/s的單話路數(shù)字信號按時(shí)間間隙順序用公共鏈路匯合成高碼率的脈碼流；只有經(jīng)過時(shí)隙交換器的存儲(chǔ)器組合，按入時(shí)隙的順序?qū)⒏髟捖返臄?shù)字信號一一提取出來，暫時(shí)存儲(chǔ)，再待對方時(shí)隙出現(xiàn)，受控制器件的控制，一一將各路話音數(shù)字信號轉(zhuǎn)移交付，才實(shí)現(xiàn)交換。所以數(shù)字交換應(yīng)使脈沖編碼調(diào)制、時(shí)分多路復(fù)用和時(shí)隙交換三者的綜合。