5.2 数字程控交换
5.2.1 呼叫处理的一般过程
首先我们以用户主叫的情况为例，说明数字程控交换机进行呼叫接续处理的一般过程。
（1）当用户摘机时，由于线路电压的变化，用户电路即会检测到这一动作，交换机调查用户的类别，以区分一般电话、投币电话、小交换机等，寻找一个空闲收号器并向用户传送拔号音；
（2）用户拔号时，停送拨号音，启动收号器进行收号并对收到的号码按位存储；
（3）在预处理中分析号首，以决定呼叫类别（本局、出局、长途、特服等），并决定一共该收几位号；当收到一个完整有效的号码后，交换机即根据此号码进行号码分析；
（4）根据号码分析的结果向被叫所在的本地交换局查找是否存在空闲线路，以及被叫状态。如果条件都满足，则占用资源，并向主叫用户送回铃音，以及向被叫用户振铃；
（5）被叫用户摘机之后，话音即在分配的线路上传输，同时启动计费设备开始计费，并监视主、被叫用户状态；
（6）当一方挂机之后，即拆线，释放资源，停止计费操作，并向另一方传送忙音。此时就完成了一个完整的正常呼叫流程。
5.2.2 数字交换网络的工作原理
数字程控交换机的核心组成部分即是交换网络，它具有以下特点。
（1）直接交换数字信号：在多被叫用户的用户电路之间，用户话音都是以数字信号的形式存在，因此不必像模拟交换机那样进行多次数/模和模/数的转换。而且数字信号，可以方便在集成电路中进行处理，所以可以设计复杂度更高，规模更大的交换网络；
（2）根据主被叫号码进行交换；在收号完成之后，控制电路会进行号码分析，并根据号码分析的结果产生相应的信息来选择呼叫接续的路由，而经过各交换机建立呼叫路由的过程即是交换的过程，早期的步进式交换机是根据用户的拔号脉冲来选择交换路由；
（3）时隙交换：交换实际上就是将不同线路，不同时隙上的信息进行交换，对这些不同空间和不同时间信号进行搬移，例如：将入中继线1上的TS5与出中继线4上的TS18进行交换，如图5-4所示。
图5-4时隙交换
程控交换机的交换网络根据交换网络的组织形式可以分为时分交换网络、空分交换网络、以及混合型交换网络几种类型。
1．时分交换
（1）时分交换对应的是T接线器，它完成的是同一中继线上不同时隙之间的交换；
（2）组成：T接线器由话音存储器和控制存储器完成，话音存储器用于存储输入复用线上，各话路时隙的8bit编码数字话音信号；控制存储器用于存储话音存储器的读出或写入地址，作用是控制话音存储器各单元内容的读出或写入顺序；
（3）依据对话音存储器的读写控制方式不同，又可以分为顺序写入控制读出和控制写入顺序读出两种。
① 顺序写入控制读出：话音存储器中的内容是按照时隙到达的先后顺序写入的，但它的读出受到控制存储器的控制，根据交换的要求来决定话音存储器中的内容在哪一个时隙被读出；
② 控制写入顺序读出：话音存储器的写入受控制存储器的控制，即根据出中继线的目的时隙来决定入中继线各个时隙中内容被写入话音存储器的位置，而读出则是从话音存储器中顺序依次读出。
时分交换的原理如图5-5所示。
图5-5 时分交换方式
2．空分交换：
（1）空分交换又称为S接线器，功能是完成不同中继线的同一时隙内容的交换。
（2）组成；空分交换器，由交叉结点矩阵和控制存储器组成。交叉结点矩阵为每一入中继线提供了和任一出中继线相交的可能，这些相交点的闭合时刻就由控制存储器控制。空分交换器也包括输出控制和输入控制两种类型。
空分交换的原理如图5-6所示。
图5-6 空分交换方式
3．复合型交换网络：
对于大规模的交换网络，必须即能实现同一中继线不同时隙之间的交换又能实现不同中继线相同时隙之间的交换，因此需要将时分交换和空分交换相结合组成复合型交换网络。
（1）TST型交换网络：这是大规模交换网络中应用最为广泛的一种形式。其中：采用输入T接线器完成同一入中继线不同时隙之间的交换；S接线器负责不同母线之间的空分交换；输出T接线器负责同一出中继线不同时隙之间的交换。各接线器采用哪一种控制方式可以任意选择，而输入/输出T接线器都需要利用交换机内部的空闲时隙来完成交换；
（2）STS交换网络：首先输入的S接线器将时隙信号交换到内部的空闲链路；然后T接线器将这一链路上的信号交换到需要的时隙；最后再由输出S接线器将此信号交换到需要的链路；
（3）多级交换网络：除了以上两种三级交换网络以外还存在着多级交换网络。例如TSST组成的四级网络，TSSST组成的五级网络等。
（4）交换网络的集成化：随着数字交换技术的发展，一些芯片厂商推出了交换网络的集成芯片，目前2048×2048、4096×4096交换规模的交换芯片已经是非常成熟的商用芯片。
5.2.3 程控交换机的组成
1．基本组成
电话交换机主要由话路设备和控制设备两部分组成。
（1）话路设备：完成主被叫之间的呼叫接续，具体传递用户之间的话音信号。用户电路、交换网络、出中继电路、入中继电路均属于话路设备；
（2）控制系统：控制系统控制以上这些呼叫接续动作，程控交换机的控制是通过运行在中央处理器中的软件完成的。控制系统的功能包括两个方面：一方面是对呼叫进行处理；另一方面对整个交换系统的运行进行管理、监测和维护。控制系统的硬件由三部分组成：一是中央处理器（CPU），它可以是一般数字计算机的中央处理芯片、也可以是交换系统专用芯片；二是存储器，它存储交换系统的常用程序和正在执行的程序以及执行数据；三是输入输出系统，包括键盘、打印机、外存储器等，可根据指令打印出系统数据、存储非常用运行程序，在程序运行时刻调入内存储器。
2．用户电路的组成
用户电路是交换网络和用户线间的接口电路，它的作用是：一方面把语音信息（模拟或数字）传送给交换网络；另一方面把用户线上的其它信号（如铃流等）和交换网络隔离开来，以免损坏交换网络。用户电路的功能可以用BORSCHT概括，相应的分别对应不同的功能模块，以下分别说明。
（1）馈电B：向用户话机供电，在我国馈电电压为-48V或-60V，如果用户线距离较长，则馈电电压还可能提高；
（2）过压保护O：用户线是外线，可能遭到雷电袭击或与高压线相碰，因此必须设置过压保护电路以保护交换机内部。通常用户线在配线时已经设置了气体放电装置，但经过气体放电装置的电压仍可能有上百伏，过压保护电路主要针对的是这个电压；
（3）振铃R：由于振铃电压较高，我国规定为75V±15V，因此还是采用由电子元件控制振铃继电器来实现，铃流的产生由继电器接点的通断控制。也有交换机采用高压电子器件来实现振铃功能；
（4）监视S：通过监视用户线的直流电流来确定用户线回路的通断状态，进而检测摘机、挂机、拔号、通话等用户状态；
（5）编译码与滤波C：完成模拟话音信号和数字信号之间的转换，包括抽样、量化、编码三个步骤。此外还负责滤除话音频带以外的频率成份；
（6）混合电路H：混合电路完成二线/四线之间的转换功能，用户线的模拟信号是二线双向的，但PCM中继线的信号是四线单向的。因此在编码之前，或是译码之后要完成二线/四线的转换；
（7）测试T：负责将用户线接到测试设备以便对用户线进行测试。
除去以上七项基本功能之外，用户电路还具有极性倒换、衰减控制、计费脉冲发送，特殊话机控制（如投币电话）等功能。
5.2.4 程控交换机的分类
（1）根据所服务的范围不同：可以分为局用交换机和用户交换机。前者在多个本地交换局或汇接局之间完成交换。通过出入中继线与其它交换局相连。后者直接与用户通过本地用户线相连，将这些用户的呼叫汇接之后，再通过中继线与其它交换局相连；
（2）根据交换方式的不同：可以分为空分交换和时分交换。这实际上是交换网络的工作方式。实用的大规模电话交换机，也经常采用混合交换方式；
（3）根据交换的话音信号不同：可以分为模拟交换机和数字交换机，前者包括机电式交换机，空分式交换机。后者交换的对象都是经过编码之后的数字信号。
