局间交换系统中的用户模块和交换部分功能分析

应用实例：局间交换。

应用场景：三台交换机组成通信网，其中局用交换机A和局用交换机C通过中继线相连，局用交换机A通过用户线将乙方一路与用户交换机B的外线接口单元相连。交换机均采用武汉凌特的程控交换实验箱模拟。

局间交换的组网图如图3.23所示。交换机上的4部电话号码，甲方一路：8700，甲方二路：8701，乙方一路：8600，乙方二路：8601。

图3.23　局间交换组网图

该应用分为两部分：用户模块和交换部分。

本应用中，局用交换机既可以采用模拟中继接口相连，也可以采用数字中继接口相连。

在局用交换机采用模拟中继接口相连的情况下，各个交换机设置的交换模式为“空分交换”。

交换机按照服务范围不同可以分为局用交换机和用户交换机。其中，局用交换机用于公众交换网中，而用户交换机（PBX，Private Branch Exchange）主要用于机关、企业、学校以及行业等社会集团内部的通信。

用户交换机集中电话后共用外线连接到电信公司的交换设备。其特点如下。

（1）对外只需公布一个引示号：便于客户记忆，一个好的引示号更能突出企业形象，给用户留下深刻印象。

（2）内部间通话不收费：对于办公室较多且部门间联系频繁的大公司十分有用，例如银行、保险公司等。

（3）充分利用有限的电话资源。

（4）功能强大：如自动叫醒、计费系统等。用户交换机还可以实现用户的特殊要求。

用户交换机的原理如下。

（1）有外线打入的时候，外线接口检测到振铃信号，将该信号送入记发器单元。记发器延时若干时间，发模拟摘机命令，接通话路，同时向外线送出分机拨号提示音，此时记发器开始接受双音多频（DTMF）信号。如果拨号正确，则通过交换单元将话路交换到相应的分机上，实现外线和分机的通话。

（2）当内线分机需要拨打外线时，用户必须首先拨外线接入号，如果权限允许且外线不忙，则发模拟摘机命令，接通话路。同时，通过交换单元将分机话路交换到外线上，实现分机和外线的拨号和通话。

交换机A的甲方二路端口，作为外线用户；另一台电话机接在交换机B的乙方二路端口，作为内线用户。

外线用户（甲方二路）呼叫内线用户（乙方二路），因为局用交换机的乙方一路连接在用户交换机的外线接口单元上，所以呼叫内线用户时，先拨打局用交换机的电话号码：8600，待模拟摘挂机电平指示TP703变为高电平时，代表内线和外线接通，再继续拨打用户号码8601，此时外线呼叫内线成功。

内线用户（乙方二路）呼叫外线用户（甲方二路），先拨打外线接入号：9，待模拟摘挂机电平指示TP703变为高电平时，代表内线和外线接通，再继续拨打用户号码8701，此时内线呼叫外线成功。

以外线用户（甲方二路）为例，说明电话交换的应用。

1.用户线接口模块

用户线接口电路选用的是AM79R70集成芯片。

模拟用户线接口功能图如图3.24所示。

图3.24　用户线接口模块功能图

模拟用户线接口电路的功能可以归纳为BORSCHT七种功能，具体含义如下。

（1）馈电（B—Battery feeling）：向用户话机送直流电。

（2）过压保护（O—Overvoltage protection）：防止过压过流冲击和损坏电路、设备。

（3）振铃控制（R—Ringing Control）：向用户话机馈送铃流。

（4）监视（S—Supervision）：监视用户线的状态。

（5）编解码与滤波（C—CODEC/Filter）：完成模拟话音与数字编码间的转换。

（6）混合（H—Hyhird）：完成二线与四线的转换功能。

（7）测试（T—Test）：对用户电路进行测试。

AM79R70是一种功能较强的用户线接口芯片，可完成BORSHT六项功能。AM79R70芯片的C1、C2、C3引脚与两线状态的对应关系如表3.1所示。

表3.1　AM79R70与两线状态的对应关系

工作过程分析如下：

①用户U1摘机时——AM79R70的摘挂机检测输出端DET输出低电平。

②中央控制单元向U1的AM79R70的C3、C2、C1输出0 1 0——使U1处于通话状态。

③中央控制单元根据U1所拨号码——定位到用户U2。

④中央控制单元向U2的AM79R70的C3、C2、C1输出0 0 1——AM79R70处于振铃模式，与其相连的话机振铃。

⑤U2摘机——AM79R70的摘挂机检测输出端DET输出低电平。

⑥中央控制单元向U2的AM79R70的C3、C2、C1输出0 1 0——使U2处于通话状态，停止振铃。

验证结果：“甲方二路”接上话机，分别摘机和挂机，在摘机和挂机时用万用表测量TP401，TP402，TP403的电压值。

（1）馈电B（向用户话机送直流电）

在挂机状态时，直流电平为-48V左右，通过接点TP402接到话机。

（馈电电压（-48V、-24V））AM79R70振铃时用-48V馈电，而平时用-24V馈电，以降低功耗。用示波器测量TP402的结果。基准电压CH1=10V，光标位置为0V。其中，3.25V为挂机状态下的馈电电压，3.26V为摘机状态下的馈电电压。

图3.25　挂机状态下的馈电电压

图3.26　摘机状态下的馈电电压

（2）监视S（监视用户线的状态）

用户挂机时，用户状态监测点TP401输出低电平0V，显示“闲”。挂机状态下用户状态监测点的电压值如图3.27所示。

图3.27　挂机状态下用户状态监测点的电压

用户摘机时，用户状态监测点TP401输出高电平，显示“忙”。基准电压CH1=10V，光标位置为0V。摘机状态下用户状态监测点的电压值如图3.28所示。

图3.28　摘机状态下用户状态监测点的电压

（3）过压保护O（防止过压、过流冲击损坏电路、设备）

AM79R70用户电路的供电电源为+5V，测试点TP403。基准电压CH1=5V，光标位置为0V。过压保护测试点的电压如图3.29所示。

图3.29　过压保护测试点的电压

2.信令信号的产生与观测

信令信号各测量点工作波形如图3.30所示，依次为：回铃控制信号、铃流信号、拨号音信号、忙音信号。

图3.30　信令信号各测量点工作波形

“甲方二路”（A）呼叫“乙方二路”（B），利用示波器观察TP406的波形。把各信令信号波形与电话呼叫时具体信号音进行对比实验。当电话A摘机准备拨号时，对照测量TP306点波形（此时情况同TP06）。拨完B的号码，在B振铃时，对照测量TP406波形（此时情况同TP04）。A摘机后久不拨号、拨空号或对方忙等，此时听电话A听筒中传出的声音，即忙音，对照测量TP406点波形（此时情况同TP07）。示波器测得的振铃信号和拨号音信号分别如图3.31和3.32所示。

图3.31　振铃信号

图3.32　拨号音信号

3.双音多频信号的测试

双音多频即是电话拨号时每按一个键，有两个音频频率叠加成一个双音频信号。

早期的脉冲拨号方式随着电话业务的增加，逐渐体现出效率低、易出错的缺点。

为了解决这个问题，贝尔实验室的科学家们发明了DTMF（Dual Tone Multi-Frequency，双音多频）。双音多频信号（DTMF）是电话系统中电话机与交换机之间的一种用户信令，通常用于发送被叫号码。

双音多频键盘与我们常用电话机的键盘很相似，电话机键盘就是从双音多频键盘发展而来的，只不过已经不再使用A、B、C、D这四个键了。

双音多频键盘如图3.33所示。

图3.33　双音多频键盘(www.xing528.com)

这样8个频率形成16种不同的双频信号。

DTMF接收器基本原理如图3.34所示。

图3.34　典型DTMF接收器原理框图

如果高、低频组信号同时被检测出来，便在STD输出高电平作为有效检测DTMF信号的标志。

在本实验中，DTMF接收器采用的是MT8870芯片。

双音多频实验系统原理如图3.35所示。

图3.35　双音多频实验系统原理图

MT8870是MITEL公司开发生产的复频译码集成电路芯片。

MT8870的译码表如表3.2所示。

表3.2　MT8870译码表

当甲方二路用户摘机，听到拨号音后开始拨打号码，即按电话单机上的任意键，此时液晶屏上将显示所拨的号码，译码指示灯的D0、D1、D2、D3组成的二进制码显示的是MT8870的译码值。用示波器测量双音多频信号的波形如图3.36所示。

图3.36　双音多频信号的波形图

4.空分交换模块

空分交换模块采用的MT8816芯片。MT8816功能及管脚排列图如图3.37所示。

该芯片是8×16模拟开关阵列，它内含7～128线地址译码器、控制锁存器和8×16交叉点开关阵列。

MT8816交换矩阵示意图如图3.38所示。

图3.37　MT8816功能及管脚排列图

图3.38　MT8816交换矩阵示意图

MT8816是一片8×16模拟交换矩阵。COL0～COL3：对应甲方1路、甲方2路、乙方1路、乙方2路的发送端。ROW0～ROW3：对应甲方1路、甲方2路、乙方1路、乙方2路的接收端。当送出地址启动门ST时，就可以将相应交叉点接通了。

列线的译码器采用74LS138译码器。74LS138译码器最多可以扩展8个芯片，地址范围决定于芯片的大小。其本身是3入8出，也就是3根地址线输入。行线的译码器采用两片74LS138译码器级联，实现的是4线16线译码，将4个二进制编码输入，译成16个彼此独立的输出之一。

MT8816芯片的引脚和单片机89C52芯片的引脚如图3.39所示。Y0～Y7为输入通道，分别与用户电话发送端连接；X0～X15为输出通道，分别与用户电话的接收端连接。AY0～AY2为输入通道地址选择脚，AX0～AX3为输出通道地址选择脚，都与单片机的P1脚连接。ST为地址，数据使能位与单片机的P34脚连接。DI为开关位与单片机的P16脚连接。

图3.39　MT8816芯片和单片机89C52引脚图

MT8816的操作程序段如下：

“temp=（（OutStNum＜＜3）&0x78）+InStNum；”为选择输入和输出通道地址，OutStNum为输出通道地址，InStNum为输入通道地址。

“if（SwitchOn）temp=temp|0x40；”为开关操作，对应着DI脚。当SwitchOn为1时，所选地址开关接通，0则相反。

这样在空分交换方式下，进行A和B的相互通话，只需要闭合一对开关。将A的发送端与B的接收端连接，将B的发送端与A的接收端连接。

5.模拟中继接口模块

在图3.23局间交换组网图中的甲方二路和乙方一路进行通话时，用模拟中继接口相连。

中继接口电路主要通过J103和中继电缆连接而成，实验系统可以由任何一方作为主叫，呼叫另一实验箱的各路电话。

主叫用户（如实验箱1）摘机后，听到拨号音时，先拨出中继号码0，然后再拨实验箱2的被叫用户号码。当被叫用户摘机后，两台实验箱的用户通信已建立，可进行通话。模拟中继接口通信连接示意图如图3.40所示。ZJR：表示中继模拟语音信号输入；ZJT：表示中继模拟语音信号输出。

图3.40　模拟中继接口通信连接示意图

6.时隙交换

将图3.23局间交换组网图中的局用交换机改为用数字中继接口相连，此时，两个局用交换机设置的交换方式就换为时分交换。利用数字中继接口相连的局间交换组网如图3.41所示。

图3.41　局间交换组网图

甲、乙两个用户的时隙交换示意图如图3.42所示。

图3.42　时隙交换示意图

交换的过程：由话音信息暂存、内部时隙交换和话音信息输出3个步骤组成。

假设图3.41中甲方二路（话路2）所在的局用交换机为实验箱1，实验箱1的四个话路对应的时隙值如下。

话路1：时隙A1；话路2：时隙B1；话路3：时隙C1；话路4：时隙D1。

假设图3.41中乙方一路（话路3）所在的局用交换机为实验箱2，实验箱2的四个话路对应的时隙值如下。

话路1：时隙A2；话路2：时隙B2；话路3：时隙C2；话路4：时隙D2。

如果实验箱1上的话路2呼叫实验箱2上的话路3，那么：

实验箱1话路1收（TP308）时隙值=C2，

实验箱2话路1收（TP308）时隙值=B1。

同理可以得出任意话路呼叫时相应话路的收发时隙值，此时隙信号可以用示波器在相关测试点（TP809）观测。

验证结果：

（1）按图3.43所示，将实验箱连接好。

图3.43　实验箱连接图

（2）通过薄膜键盘输入，使系统指向时隙设置菜单项，设置每个话路的时隙值（注意在设置过程中请不要把话路的时隙值设置为0或者16），然后按确认键，此时系统会自动进入时分交换状态，可以观察到此时程控信令指示灯已经点亮。在实际设置中，将实验箱1的甲方二路设置为时隙2，实验箱2的乙方一路设置为时隙30。

（3）表示数字中继信令处理器进行信令插入时，选择记发器产生的程控信令作为信令源。

（4）从实验箱1的话路2呼叫实验箱2的话路3。

（5）呼叫方法：实验箱1的甲方二路拨打08600即可。呼叫过程中，设置帧同步码为01110010。

（6）通话建立后，双方均可以听到清晰的话音。用示波器观察此时TP809的各个时隙的波形。TP809波形如图3.44所示。

图3.44　TP809的波形图

图3.44中，上面的CH1波形为实验箱1的TP809波形，下面的CH2波形为实验箱2的TP809波形。根据前面的设置，实验箱1的甲方二路时隙为时隙2，实验箱2的乙方一路时隙为时隙30，帧同步码固定时隙为时隙0。在通过时分交换进行甲方二路和乙方一路的通话时，实验箱1的甲方二路收到的语音信息来自时隙30，而实验箱2的乙方一路收到的语音信息来自时隙2。这说明在甲、乙双方的实际通话中，发生了语音信息的时隙交换。

7.计费模块

现代程控交换系统中，常采用计算机自动计费。一个计算机自动计费系统的组成如图3.45所示。

图3.45　计费系统的组成

程控交换的实验系统的后台管理软件中，集成了一套简单实用的计费系统。计费的原理如下：由于程控交换机运行在受控状态，当一次通话完成时，计费系统将此条通话记录存入相应的数据库中，并根据费率设置等其他参数产生话费清单。网管系统与实验箱接口采用RS232C接口标准。

具体操作步骤如下：

（1）用串口通信线连接实验箱的计算机通信接口和计算机的串口一；

（2）将两部电话机任意接在两个用户端口上；

（3）启动程控交换系统后台管理软件，使用普通用户登录，密码123；

（4）通过菜单将实验箱设置为空分或时分交换方式；

（5）点“计费系统”菜单项，打开计费系统窗口，点击费率设置及历史记录标签，找到刚才的通话记录。通话记录如图3.46所示。进入计费系统的话单结算界面，可以看到每一个用户话费统计。

图3.46　通话记录