小型数字程控交换机的设计与实现

朱伯江

摘要：程控交换机是现代计算机技术、通信技术及大规模集成电路融合形成的产物，具有完善的功能及特性，相比较传统的机电交换机，具有很大优势。因此，加强有关数字程控交换机的设计与实现研究，对于改善程控交换机的设计水平具有重要的现实意义。文章首先介绍了小型数字程控交换机的系统结构设计，然后具体探讨了数字程控交换机的软件设计与实现，以期为相关技术与设计人员提供参考。

关键词：数字程控交换机；系统结构设计；软件设计；计算机技术；通信技术；集成电路

中图分类号：TN916 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）31-0015-02

作为现代计算机技术、通信技术及大规模集成电路融合形成的产物，程控交换机具有完善的功能及特性，相比较传统的机电交换机，其具备以下优势：方便使用公共信道信号系统，不仅能改善呼叫接续的速率和服务性能，且能提升通信质量；能耗低、体积小、质量轻，节约成本；可充分适应交换机工作条件的变化，通过软件变化便能满足工作条件需要；工作可靠性高，便于维护管理等。因此，加强有关数字程控交换机的设计与实现研究，对于改善程控交换机的设计水平具有重要的现实意义。

1 小型数字程控交换机的系统结构设计

1.1 语音处理单元DSLAC

此模块主要用于编解码、语音滤波及与SLIC接口，其功能主要通过集成电路芯片AM79C03完成，该芯片是一种可编程、高性能、双向编解码滤波器件，其包含时隙分配器、控制接口、信号处理模块及用户电路接口等。AM79C03芯片具有的可编程数字滤波器，可为用户电路及PCM编解码的阻抗匹配设计基本参数，且能同时驱动形成两路独特的片选信号。

编解码是把模拟语音信号合成为PCM码流，然后将PCM码转换为模拟信号。数字滤波器可对语音信号实施带限。为保证转换及时可选用A率编码，各路量化编码后的速率需保持在64kb/s，可将8kHz的帧首脉冲和2.048MHz的位时钟作为实现定位信号，利用软件将用户话音分配至0～31的任意时限中。

1.2 用户线接口电路SLIC

用户电路利用电话机与双绞线进行连接，为保证通常顺畅，用户电路需具备基本的BORSCHT功能，也就是其能提供人机的交互式接口。当用户想打电话时需进行摘机，局端依据直流馈电功能可反馈用户的摘机过程进而获取用户的呼叫请求；当用户被呼叫时，则局端可利用振铃给予用户通知；用户扫描是利用对用户线通断的监控过程来实现对用户挂机、摘机、拨号脉冲等用户线信号的检测，随后系统将信号传输至中心控制单元，以反映用户的接续要求及空闲状态；因电话线受到雷击等强电瞬时干扰的概率较大，因此需在线路上设置过压保护电路，以防止用户线上的过压和电压冲击破坏交换机；数字交换网络需采用用户语音的编译码，而混合电路应开展用户线的2/4转换，以符合数字交换与编译码所需的4线传输标准。此外，为强化对用户线的测试，在用户电路恰当位置应设置测试端口。

1.3 中心控制单元及交换网络

此模块主要包含定时单元、用户电路驱动与扫描、控制微处理器单元及信号音等过程。

1.3.1 信号音是指交换机向用户输送的忙音、拨号音及回铃音等信号。在主叫实施摘机时，需听取拨号音后才可拨号；在主叫拨完号码后，若被叫闲置则会收到来自交换机的回铃音，否则收到忙音。信号音可采用数字信号音与模拟信号音两类，在不同时间段的忙音、拨号音及回铃音，可采用相同的450Hz单品信号利用软件或硬件控制其接通或挂断。

1.3.2 用户驱动是指对用户线的送忙音、振铃、通话等状态进行控制；用户扫描是指对用户线的通断状态进行监控，并由此确定用户话机的摘挂及进行脉冲拨号检测。

1.3.3 定时单元用于提供交换网络的时钟、用户电路的编解码及帧首信号。

1.3.4 交换网络用于完成话音的无障碍交换，交换的主要介质为数字信号；数字交换网络主要由数字接线器构成，当前主要采用的有空间接线器与时间接口线器两种，空间接线器通常用于完成母线交换，时间接线器通常用于完成时隙交换。PCM采用四线传输，其信号接收与发送相互分离，所以数字交换网也应将收、发

分隔。

2 数字程控交换机的软件设计与实现

2.1 程序调度管理

在程控交换机系统中，CPU在同一时间内处理的任务数量有限，所以为满足系统程序的实时性和紧急性要求，通常将软件划分为周期级、故障级及基本级三类执行级别，以方便实施调度管理。

2.1.1 周期级程序的执行级别介于故障级与基本级之间，其基本功能是完成部分需周期定时执行或实时性要求较高的工作，如号码接收程序及各类扫描程序等。通常来说，周期级作业仅对外部形成的时间及信息进行记录，而时间及信息分析处理则需由基本级程序完成，由此便能确保周期级程序的实时性标准。周期级程序依据周期定时启动，并通过时钟中断启动运行。

2.1.2 故障级程序拥有最高的优先级别，其主要用于故障紧急处理及故障诊断。

2.1.3 基本级程序对实时性的要求不高，可延时工作，实施插空或等待处理；其任务类型可分为号码分析模块、摘机处理模块、挂机处理模块，号码分析模块用于对全部刚拨完号的用户实施处理，如向被叫输送铃流、查询被叫用户及向主叫输送铃音；挂机处理模块用于对全部刚挂机的用户实施处理，如输送忙音、回复收号器等；摘机处理模块则对全部摘机用户实施处理，如输送拨号音、配置收号器等。

2.2 呼叫处理

2.2.1 输入处理：其基本功能是监控与识别用户线的状态，并将反馈结果存储在相应区域以等待分析处理，其主要通过各类扫描程序来实现。

如识别用户摘、挂机状态，在系统运行中用户线的状态变化具有一定的随机性，而CPU却按照串行方式进行工作处理，因此CPU需定期、周期性对用户状态进行监控；通常摘挂机识别分析的周期固定在100～200ms，用户挂机时直流回路断开，使用“1”表达，用户摘机时直流回路接通，使用“0”进行表达；摘挂机识别便是查询状态由“0”转换为“1”或由“1”转换为“0”的用户。

2.2.2 处理分析：即对各类输入信息进行处理，以确定下一步需启动的任务，其主要由分析程序来实现。分析程序不存在稳定的执行周期，所以类属于基本级程序。处理分析的基本类型有：（1）号码分析：主叫用户拨出的号码为号码分析的主要数据来源，其基本任务是诊断该号码的合法性，如果合法则与被叫连接并转换为来话分析，如果不合法则恢复收号器并输送忙音；（2）去话分析：其主要用于分析话机类别及摘机用户类型等数据，以确定下一步的执行工作及状态；（3）状态分析：输入信息及工作状态为状态分析的主要数据来源，在用户长时间固定于某一状态时，CPU不工作，只有在外部输入信息反馈处理要求时，CPU才会依据目前状态确定下一步任务。

2.2.3 输出处理：输入信息在完成分析处理后会决定出下一步需执行的任务及需转移的稳定状态；随后便需利用任务执行程序选用恰当程序执行这些作业，并利用输出处理程序将硬件控制指令输出，以调整硬件的释放或接续。

2.3 总体处理结构

系统软件主要由支持软件与运行软件两部分构成，支持软件用于软件维护、调试与开发，其包括连接程序、语言编译及调试程序等；运行软件主要是指交换机内运行使用的、用于处理交换系统各类业务的软件。

程控交换机处理业务数量较多，其对于系统运行可靠性及实时性要求较为严格，因此也要求运行软件具备高速的运行效率，以方便处理大量呼叫，并确保通信业务的连续性。

3 结语

程控交换机的设计质量将直接关系到用户的通信可靠性及总体质量，因此，相关技术与设计人员应加强有关小型程控交换机的设计与实现研究，总结小型程控交换机的设计要点及关键技术处理措施，以逐步改善程控交换机的设计水平。

参考文献

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[2] 韩晓霞.电力通信用小型数字程控交换机的设计[D].河北大学，2010.

[3] 马利娜.浅谈小型数字程控交换系统的设计[J].科技信息（科学教研），2010，13（14）.