小型數(shù)字程控交換機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱伯江

摘要：程控交換機(jī)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)及大規(guī)模集成電路融合形成的產(chǎn)物，具有完善的功能及特性，相比較傳統(tǒng)的機(jī)電交換機(jī)，具有很大優(yōu)勢(shì)。因此，加強(qiáng)有關(guān)數(shù)字程控交換機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究，對(duì)于改善程控交換機(jī)的設(shè)計(jì)水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。文章首先介紹了小型數(shù)字程控交換機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后具體探討了數(shù)字程控交換機(jī)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，以期為相關(guān)技術(shù)與設(shè)計(jì)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字程控交換機(jī)；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)；計(jì)算機(jī)技術(shù)；通信技術(shù)；集成電路

中圖分類號(hào)：TN916 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）31-0015-02

作為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)及大規(guī)模集成電路融合形成的產(chǎn)物，程控交換機(jī)具有完善的功能及特性，相比較傳統(tǒng)的機(jī)電交換機(jī)，其具備以下優(yōu)勢(shì)：方便使用公共信道信號(hào)系統(tǒng)，不僅能改善呼叫接續(xù)的速率和服務(wù)性能，且能提升通信質(zhì)量；能耗低、體積小、質(zhì)量輕，節(jié)約成本；可充分適應(yīng)交換機(jī)工作條件的變化，通過(guò)軟件變化便能滿足工作條件需要；工作可靠性高，便于維護(hù)管理等。因此，加強(qiáng)有關(guān)數(shù)字程控交換機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究，對(duì)于改善程控交換機(jī)的設(shè)計(jì)水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 小型數(shù)字程控交換機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 語(yǔ)音處理單元DSLAC

此模塊主要用于編解碼、語(yǔ)音濾波及與SLIC接口，其功能主要通過(guò)集成電路芯片AM79C03完成，該芯片是一種可編程、高性能、雙向編解碼濾波器件，其包含時(shí)隙分配器、控制接口、信號(hào)處理模塊及用戶電路接口等。AM79C03芯片具有的可編程數(shù)字濾波器，可為用戶電路及PCM編解碼的阻抗匹配設(shè)計(jì)基本參數(shù)，且能同時(shí)驅(qū)動(dòng)形成兩路獨(dú)特的片選信號(hào)。

編解碼是把模擬語(yǔ)音信號(hào)合成為PCM碼流，然后將PCM碼轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。數(shù)字濾波器可對(duì)語(yǔ)音信號(hào)實(shí)施帶限。為保證轉(zhuǎn)換及時(shí)可選用A率編碼，各路量化編碼后的速率需保持在64kb/s，可將8kHz的幀首脈沖和2.048MHz的位時(shí)鐘作為實(shí)現(xiàn)定位信號(hào)，利用軟件將用戶話音分配至0～31的任意時(shí)限中。

1.2 用戶線接口電路SLIC

用戶電路利用電話機(jī)與雙絞線進(jìn)行連接，為保證通常順暢，用戶電路需具備基本的BORSCHT功能，也就是其能提供人機(jī)的交互式接口。當(dāng)用戶想打電話時(shí)需進(jìn)行摘機(jī)，局端依據(jù)直流饋電功能可反饋用戶的摘機(jī)過(guò)程進(jìn)而獲取用戶的呼叫請(qǐng)求；當(dāng)用戶被呼叫時(shí)，則局端可利用振鈴給予用戶通知；用戶掃描是利用對(duì)用戶線通斷的監(jiān)控過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶掛機(jī)、摘機(jī)、撥號(hào)脈沖等用戶線信號(hào)的檢測(cè)，隨后系統(tǒng)將信號(hào)傳輸至中心控制單元，以反映用戶的接續(xù)要求及空閑狀態(tài)；因電話線受到雷擊等強(qiáng)電瞬時(shí)干擾的概率較大，因此需在線路上設(shè)置過(guò)壓保護(hù)電路，以防止用戶線上的過(guò)壓和電壓沖擊破壞交換機(jī)；數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)需采用用戶語(yǔ)音的編譯碼，而混合電路應(yīng)開(kāi)展用戶線的2/4轉(zhuǎn)換，以符合數(shù)字交換與編譯碼所需的4線傳輸標(biāo)準(zhǔn)。此外，為強(qiáng)化對(duì)用戶線的測(cè)試，在用戶電路恰當(dāng)位置應(yīng)設(shè)置測(cè)試端口。

1.3 中心控制單元及交換網(wǎng)絡(luò)

此模塊主要包含定時(shí)單元、用戶電路驅(qū)動(dòng)與掃描、控制微處理器單元及信號(hào)音等過(guò)程。

1.3.1 信號(hào)音是指交換機(jī)向用戶輸送的忙音、撥號(hào)音及回鈴音等信號(hào)。在主叫實(shí)施摘機(jī)時(shí)，需聽(tīng)取撥號(hào)音后才可撥號(hào)；在主叫撥完號(hào)碼后，若被叫閑置則會(huì)收到來(lái)自交換機(jī)的回鈴音，否則收到忙音。信號(hào)音可采用數(shù)字信號(hào)音與模擬信號(hào)音兩類，在不同時(shí)間段的忙音、撥號(hào)音及回鈴音，可采用相同的450Hz單品信號(hào)利用軟件或硬件控制其接通或掛斷。

1.3.2 用戶驅(qū)動(dòng)是指對(duì)用戶線的送忙音、振鈴、通話等狀態(tài)進(jìn)行控制；用戶掃描是指對(duì)用戶線的通斷狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并由此確定用戶話機(jī)的摘掛及進(jìn)行脈沖撥號(hào)檢測(cè)。

1.3.3 定時(shí)單元用于提供交換網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘、用戶電路的編解碼及幀首信號(hào)。

1.3.4 交換網(wǎng)絡(luò)用于完成話音的無(wú)障礙交換，交換的主要介質(zhì)為數(shù)字信號(hào)；數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)主要由數(shù)字接線器構(gòu)成，當(dāng)前主要采用的有空間接線器與時(shí)間接口線器兩種，空間接線器通常用于完成母線交換，時(shí)間接線器通常用于完成時(shí)隙交換。PCM采用四線傳輸，其信號(hào)接收與發(fā)送相互分離，所以數(shù)字交換網(wǎng)也應(yīng)將收、發(fā)

分隔。

2 數(shù)字程控交換機(jī)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 程序調(diào)度管理

在程控交換機(jī)系統(tǒng)中，CPU在同一時(shí)間內(nèi)處理的任務(wù)數(shù)量有限，所以為滿足系統(tǒng)程序的實(shí)時(shí)性和緊急性要求，通常將軟件劃分為周期級(jí)、故障級(jí)及基本級(jí)三類執(zhí)行級(jí)別，以方便實(shí)施調(diào)度管理。

2.1.1 周期級(jí)程序的執(zhí)行級(jí)別介于故障級(jí)與基本級(jí)之間，其基本功能是完成部分需周期定時(shí)執(zhí)行或?qū)崟r(shí)性要求較高的工作，如號(hào)碼接收程序及各類掃描程序等。通常來(lái)說(shuō)，周期級(jí)作業(yè)僅對(duì)外部形成的時(shí)間及信息進(jìn)行記錄，而時(shí)間及信息分析處理則需由基本級(jí)程序完成，由此便能確保周期級(jí)程序的實(shí)時(shí)性標(biāo)準(zhǔn)。周期級(jí)程序依據(jù)周期定時(shí)啟動(dòng)，并通過(guò)時(shí)鐘中斷啟動(dòng)運(yùn)行。

2.1.2 故障級(jí)程序擁有最高的優(yōu)先級(jí)別，其主要用于故障緊急處理及故障診斷。

2.1.3 基本級(jí)程序?qū)?shí)時(shí)性的要求不高，可延時(shí)工作，實(shí)施插空或等待處理；其任務(wù)類型可分為號(hào)碼分析模塊、摘機(jī)處理模塊、掛機(jī)處理模塊，號(hào)碼分析模塊用于對(duì)全部剛撥完號(hào)的用戶實(shí)施處理，如向被叫輸送鈴流、查詢被叫用戶及向主叫輸送鈴音；掛機(jī)處理模塊用于對(duì)全部剛掛機(jī)的用戶實(shí)施處理，如輸送忙音、回復(fù)收號(hào)器等；摘機(jī)處理模塊則對(duì)全部摘機(jī)用戶實(shí)施處理，如輸送撥號(hào)音、配置收號(hào)器等。

2.2 呼叫處理

2.2.1 輸入處理：其基本功能是監(jiān)控與識(shí)別用戶線的狀態(tài)，并將反饋結(jié)果存儲(chǔ)在相應(yīng)區(qū)域以等待分析處理，其主要通過(guò)各類掃描程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。

如識(shí)別用戶摘、掛機(jī)狀態(tài)，在系統(tǒng)運(yùn)行中用戶線的狀態(tài)變化具有一定的隨機(jī)性，而CPU卻按照串行方式進(jìn)行工作處理，因此CPU需定期、周期性對(duì)用戶狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；通常摘掛機(jī)識(shí)別分析的周期固定在100～200ms，用戶掛機(jī)時(shí)直流回路斷開(kāi)，使用“1”表達(dá)，用戶摘機(jī)時(shí)直流回路接通，使用“0”進(jìn)行表達(dá)；摘掛機(jī)識(shí)別便是查詢狀態(tài)由“0”轉(zhuǎn)換為“1”或由“1”轉(zhuǎn)換為“0”的用戶。

2.2.2 處理分析：即對(duì)各類輸入信息進(jìn)行處理，以確定下一步需啟動(dòng)的任務(wù)，其主要由分析程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。分析程序不存在穩(wěn)定的執(zhí)行周期，所以類屬于基本級(jí)程序。處理分析的基本類型有：（1）號(hào)碼分析：主叫用戶撥出的號(hào)碼為號(hào)碼分析的主要數(shù)據(jù)來(lái)源，其基本任務(wù)是診斷該號(hào)碼的合法性，如果合法則與被叫連接并轉(zhuǎn)換為來(lái)話分析，如果不合法則恢復(fù)收號(hào)器并輸送忙音；（2）去話分析：其主要用于分析話機(jī)類別及摘機(jī)用戶類型等數(shù)據(jù)，以確定下一步的執(zhí)行工作及狀態(tài)；（3）狀態(tài)分析：輸入信息及工作狀態(tài)為狀態(tài)分析的主要數(shù)據(jù)來(lái)源，在用戶長(zhǎng)時(shí)間固定于某一狀態(tài)時(shí)，CPU不工作，只有在外部輸入信息反饋處理要求時(shí)，CPU才會(huì)依據(jù)目前狀態(tài)確定下一步任務(wù)。

2.2.3 輸出處理：輸入信息在完成分析處理后會(huì)決定出下一步需執(zhí)行的任務(wù)及需轉(zhuǎn)移的穩(wěn)定狀態(tài)；隨后便需利用任務(wù)執(zhí)行程序選用恰當(dāng)程序執(zhí)行這些作業(yè)，并利用輸出處理程序?qū)⒂布刂浦噶钶敵?，以調(diào)整硬件的釋放或接續(xù)。

2.3 總體處理結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)軟件主要由支持軟件與運(yùn)行軟件兩部分構(gòu)成，支持軟件用于軟件維護(hù)、調(diào)試與開(kāi)發(fā)，其包括連接程序、語(yǔ)言編譯及調(diào)試程序等；運(yùn)行軟件主要是指交換機(jī)內(nèi)運(yùn)行使用的、用于處理交換系統(tǒng)各類業(yè)務(wù)的軟件。

程控交換機(jī)處理業(yè)務(wù)數(shù)量較多，其對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行可靠性及實(shí)時(shí)性要求較為嚴(yán)格，因此也要求運(yùn)行軟件具備高速的運(yùn)行效率，以方便處理大量呼叫，并確保通信業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

3 結(jié)語(yǔ)

程控交換機(jī)的設(shè)計(jì)質(zhì)量將直接關(guān)系到用戶的通信可靠性及總體質(zhì)量，因此，相關(guān)技術(shù)與設(shè)計(jì)人員應(yīng)加強(qiáng)有關(guān)小型程控交換機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究，總結(jié)小型程控交換機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)處理措施，以逐步改善程控交換機(jī)的設(shè)計(jì)水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 時(shí)斌.小門(mén)數(shù)程控?cái)?shù)字調(diào)度機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].南京師范大學(xué)，2010.

[2] 韓曉霞.電力通信用小型數(shù)字程控交換機(jī)的設(shè)計(jì)[D].河北大學(xué)，2010.

[3] 馬利娜.淺談小型數(shù)字程控交換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].科技信息（科學(xué)教研），2010，13（14）.