通信系统/电话系统

从西方视角来看，电话无处不在。然而，现实情况是，世界上 80% 的人口只能有限地使用电话。

对于普通人来说，电话系统就是一个“黑盒子”。很少有人需要了解 PSTN 的工作原理。主要考虑的是它是否正常工作，以及是否相对便宜。PSTN 的设计可靠性为 99.999%（称为 5 个 9 的可靠性）。

电话呼叫

要拨打电话，只需拿起听筒，输入号码，然后等待系统施展魔法即可。

• 从支架上拿起听筒会释放挂钩开关，并使直流电流流动（20-120 毫安）。中央局监控此环路电流，将其解释为服务请求。

• 局通过发送拨号音来确认服务请求。这通常发生在拿起听筒并放到耳边的时间内。接收到拨号音后，用户开始拨号。

• 在过去，拨号时，旋转拨盘开关会以预定方式打开和关闭环路。如果协调性很高，则可以通过闪烁挂钩开关来完成相同的任务。为了确保客户系统正在响应，拨号开始后会移除拨号音。在当今大多数系统中，使用 DTMF（双音多频）信令 电话如何工作

• 根据局类型和接收到的数字，可能会发生一些事情。在大多数情况下，最终用户连接到所谓的 5 类局或终端局。这些是最常见的电话交换类型。每个 5 类局都有一个或多个三位数的交换机号码。这些是普通 7 位电话号码中的前三位数字。

• 如果中央局包含用户拨打的交换机号码，它将知道呼叫是本地呼叫，并且对方连接到同一个局。因此，局将控制整个呼叫建立和拆除。

• 如果前三位数字不对应于终端局处理的交换机，则它必须找到一条到可以处理呼叫的局的干线。这意味着每个局都必须知道其呼叫区内所有局的交换机号码，以及如何到达这些局。因此，呼叫建立和拆除将在两个交换机之间共享。它们必须监控正在进行的呼叫，并相互告知呼叫状态的任何变化。

• 如果拨打的第一个数字是 1，局将识别出这是一个长途电话，并将开始寻找一条空闲的收费干线。收费局拥有更大的知识库，了解远端交换机的位置以及如何到达这些交换机。

• 电话系统必须足够智能，能够识别出在本地呼叫中，通常只需要七位数字。然而，一些非常小的交换机允许通过省略交换机号码，仅使用最后 4 位数字或分机号码来拨打本地电话。在大都市区，可能需要在本地电话前加三位数的区号。国际电话可能需要多达 16 位数字。

• 一旦接收到整个号码，连接两端的局必须提醒双方正在发生的事情。在发起端，将一个振铃音发送到听筒的扬声器中。在终端端，局会产生更大的振铃电压来激活铃声。

• 远端局监控线路以确定是否有人接听振铃的电话。这是通过检查远端用户拿起听筒时通过挂钩开关引起的直流电流来完成的。然后，远端局必须在听筒到达耳边之前断开振铃，并向发起局发出有人接听电话的信号。然后，发起局必须断开振铃返音并完成语音连接。

• 在整个呼叫过程中，两个终端局都会监控各自的环路电流，以确定一方是否挂断电话。一旦发生这种情况，一方的局会向另一方发出信号，并将拨号音放置在环路上。这提醒剩余的方连接已经终止。

• 如果线路正在使用中，中央局将不会建立连接，并向发起方返回忙音。通过这种方式，不会不必要地占用交换、呼叫处理和传输资源。但是，有一些选项（如呼叫转移和呼叫等待）会修改此过程。

• 使用呼叫转移，呼叫到忙线会路由到接听服务。使用呼叫等待，呼叫方会听到振铃音，被叫方会听到蜂鸣声，他们可以忽略蜂鸣声，也可以向局发出信号，要求新呼叫优先于现有呼叫。但是，如果由于系统本身太忙而无法完成呼叫，则会向发起方返回快速忙音。

• 在触屏环境中，会遵循相同的步骤，只是使用音调将号码传送到本地局，而不是中断环路电流。一些通常被称为 CLASS（定制本地区域信令服务）的呼叫功能在有触屏服务的区域可用。

总之，完成本地电话呼叫的步骤如下

• 最初，呼叫方进入摘机状态。
• 一旦直流电流流入环路，交换机就会向呼叫方发送拨号音，以确保其能够访问交换机。
• 现在，呼叫方开始拨打目标电话号码，可以使用旋转拨号器或触屏键盘。
• 交换机将找到目标号码对应的本地环路。
• 找到后，交换机将检查目标用户的摘机或挂机状态，以便直流电流能够流动。同时，交换机为两个本地环路提供信号通路。
• 当目标用户摘机时，交换机向被叫用户发送忙音。
• 如果目标用户摘机，当目标用户接听电话并完成环路时。
• 当目标用户接听电话时，直流电流流过环路。直流电流流过环路表明交换机已接听电话。因此，交换机将删除振铃和振铃返音信号。
• 如果两个电话都挂机，交换机将识别出该环路上的开路并通过交换机断开连接。

但电话线去哪里了？

电话线连接到服务区接口的接线端子。这些通常位于街道上的电线杆或小型外壳上。服务区接口将用户接入电缆捆绑成一根更大的电缆。这些电缆又汇集在一起，形成更大的馈线电缆。整个布线系统有点像一棵巨大的树。

从中央局出来的电缆可能包含数百甚至数千对电线，但当电缆到达最终用户时，通常会减少到大约 50 对。单个用户由许多拼接在一起的电缆段组成。贝尔通信研究公司声称，美国平均用户的线路有 22 个接头。

馈线电缆通过一个叫做电缆库的大型地下室进入中央局。每个馈线可能包含数百对电线，并加压以防止水分或地下水进入并影响电线的传输特性。一个典型的电缆库可能包含数万对电线。

电缆穿过电缆库，并在 MDF（主分配架）的垂直侧端接。为了保护中央局设备免受高压瞬变（如雷击）的影响（这些瞬变可能沿电线传播），线路通过碳块或气体管进行防浪涌保护。

MDF 的水平侧将传入的电话线连接到外围设备。要将线路外观连接到特定的接口，只需在 MDF 的垂直侧和水平侧之间放置一根跳线即可。

来自最终用户的信号通常是模拟信号。因此，外围设备将信号转换为数字形式，然后将其传递到网络的其余部分。

来自其他中央局的传入干线由专门的载波系统组成。它们可以是模拟的或数字的，但所有新系统都是纯数字的。

大多数最终用户的语音和数据接口都复用到高速路径上，这些路径通过内部交换网络，然后路由到传出线路或干线。传入的数字载波系统可以直接通过交叉连接进入交换网络，也可以在交换之前进行解复用。

PSTN 层次结构

从历史上看，电话网络由一个分层的结构组成，包括 5 种不同的局类型。其中最常见的是 5 类终端局。终端局直接连接到用户电话机，并在相对较小的区域内执行交换功能。电话交换机通过本地环路或线路连接到用户，一般每个用户一条线路。电话局之间通过中继线相互连接。

5 类局或终端局在较小的服务区域内互连电话。每个终端局可能包含多个三位数的交换机号码，并知道其他局拥有的其他本地交换机号码。

局之间的呼叫通过局间中继线或汇接中继线路由。长途呼叫通过长途中继线路由到长途局。平均每个 5 类局为大约 41,000 个用户提供服务，在城市环境中覆盖 30 平方公里。

有些节点可能根本没有用户，可能只与其他节点相连。这些节点间或中继线连接通常通过 FDM 或 TDM 传输链路实现。

交换区网络

交换网络由本地交换机和汇接交换机组成，并通过中继线连接。汇接局通过双绞线、同轴电缆、微波或光纤载波互连 5 类局。如果直接中继线被占用，则会提供本地交换机之间的备用路由路径。

交换区包括所有相互了解的局，但不涉及长途费用。在非常大的城市地区，交换区之间会发生重叠，也可能跨越区号边界。

长途网络

长途网络由通过长途局互连的交换机组成。长途局跟踪长途费用，通常局限于国家边界。这些中继线包括高容量同轴电缆、微波或光纤。

用于控制呼叫建立和拆除的消息可以使用两种基本方法发送。传统上，局间消息通过与语音路径相同的信道发送，但在较新的系统中，正在采用共用信道信令。在这种方法中，局拥有专用设施，用于发送局间消息。这有一些优点，可能最值得注意的是，如果有人想要欺诈系统，会遇到更困难的程度。当使用带内信令时，人们可以通过创建禁用长途电路使用的音调，拨打长途电话而不被收费。

局间信令

中继线用于互连不同级别的电话交换机。这些链路需要交换各种信息，包括

• 与呼叫相关的信令消息

• 计费信息

• 路由和流量控制信号

• 维护测试信号

电话局可以通过两种方式相互通信并传递路由信息。信息可以传达在用于传达语音信号的相同信道中，或者可以完全与其分离。

CAS

CAS（信道相关信令）方法使用语音信道通过中继线发送信息。例如，在局间中继线中使用 2600 Hz 音调来指示挂机。该系统的主要缺点是用户可以通过注入适当的音调绕过长途中心。避免此问题的一种方法是使用长途中继线上的带外信号。由于客户的信号必须通过音频抗混叠滤波器，因此无法注入带外信令音调。

信道内信令的主要优点是每次建立连接时都会检查语音路径的完整性。带外信令允许在整个通话过程中对连接进行持续监督。

CCIS

CCIS（共用信道局间信令）方法将信令信息传达在与客户语音路径完全分离的设施上。这使得控制更快、更高效，但 CCS 网络的可靠性必须大大高于单个语音路径的可靠性。信令信道可以遵循与最终连接路径相同的路由，也可以与其完全分离。如果信令路径分离，则网络中需要 STP（交换转移点），从而有效地创建两个网络：语音网络和信令网络叠加。

SS7

几乎所有需要汇接或长途局路由的呼叫都是由 SS7 信令网络建立和控制的。

SS7 信令网络是一个分组交换设施，主要由 STP（信令转移点）和 SCP（服务控制点）组成，它们连接到 PSTN SSP（信令交换点）。STP 成对部署，是系统的核心。它们确定在建立局间连接时应使用哪些中继线和局。

SCP 是一个数据库，用于跟踪以下内容：信用卡授权、虚拟网络用户列表、800 号码转换表、计费和其他特殊服务。

5 类局

电话 中央局 通常被称为交换机，因为它切换或路由呼叫。无论谁发起呼叫，所有 5 类局都有相同的目标，因此结构相似。任何现代交换系统中都有三个主要组件：中央控制、网络和外设。

通用通信交换机

电信交换机的内部结构有点像整个系统的组织。内部结构通常用传统的金字塔或层次结构表示。操作的控制或大脑显示在顶部，连接到外部世界的外围单元放置在底部。

从物理上讲，交换机只是一系列装满电子设备的盒子。

任何 PSTN 交换机的 MTBF（平均故障间隔时间）都必须很长，因为如果电话通信中断很长时间，业务很快就会停滞，更重要的是，紧急服务将受到严重影响。出于这些原因，大型公共交换机内置了大量冗余。冗余以两种基本方式提供：热备用和负载共享。

在热备用配置中，两个或多个处理器被提供相同的信息并做出决策，但是，这些处理器中只有一个负责并执行决策。在发生故障的情况下，正常的单元承担全部负载。性能不会下降，并且正在进行的通话不应丢失。

在负载共享配置中，所有处理器都在积极工作，但没有达到其全部容量。在发生故障的情况下，有故障的处理器将与系统隔离，其他处理器承担其负载。性能可能会下降，正在进行的通话可能会丢失。

外围层

外围是任何系统中最外层。它包含与所有外线和中继线的接口。

网络层

网络交换机实际上执行从一个用户或端口到另一个用户的信号路由。交换可以在空间域或时间域中完成。最初，所有交换都是通过空间域中的机械触点完成的。如今，大多数交换机本质上是数字的，主要在时间域中运行。但是，总是需要一定程度的空间交换，因为信号最终必须从一条线路路由到另一条线路。

网络总是提供某种形式的集中。也就是说，并非所有客户都可以同时得到处理。统计分析表明，在大多数情况下，交换机只需要在同一时间处理大约 20% 的所有用户。这类似于高速公路系统，高速公路的设计不是为了同时处理所有车辆，而只是为了处理特定的峰值负载。

中央控制

它包含系统智能和客户数据库。它知道客户是谁，他们想要什么，以及如何提供他们所需的服務。

在步进式交换机中，智能是完全分布式的，没有中央控制，而在横杆式设备中，所有智能都驻留在中央控制器或计算机中。在所有现代系统中，智能在一定程度上是分布式的，各种功能模块共同参与决策过程。

曾经，计算机和电信交换机之间存在着明显的区别，但如今这种区分变得越来越模糊，中央控制器可以被视为一种专门的计算机。

专用组件

有一些与电话系统相关的组件值得特别关注。

线路卡

线路卡是电话局中最常见的组件。它是一个非常复杂的设备，包含了各种各样的技术。

（电话）线路接口通常被称为 BORSCHT 电路。

这个首字母缩略词描述了标准电话线路接口的功能要求。电话机的尖端和环形引线通过一些保护设备连接到外围模块中的线路接口。此接口必须执行以下功能

B 电池供电

O 过压保护

R 振铃

S 监督和信令

C 编码

H 混合

T 测试

许多这些功能可以集成到一个单一的 IC 中，通常称为 SLIC 芯片（用户线路接口芯片）。SLIC 已经为 PBX 市场提供了十多年。然而，最近它们也开始应用于中央局环境。

B - 电池供电

大多数家用电器都由电力网供电。电话是其中的一个显著例外。这是因为电话应该在停电的情况下仍然可以工作。事实上，电话在灾难或紧急情况下是至关重要的。

电话局提供额定值为 -48 伏的直流电源为电话供电。此幅度被认为是最大安全直流工作电压。对电话公司来说，提供可能对客户或其员工造成电击的直流电压是不利的。选择负极是为了减少埋设电缆的腐蚀作用。

多功能电话并不总是能够从电话交换机获得电源，并且通常需要备用电源。出于这个原因，诸如 ISDN SAA 接口之类的复杂线路接口具有“故障转 POTS”模式。如果电源故障，复杂电话将无法完全发挥作用。电话交换机可以通过电话线环路感知到本地电源故障，并切换到仅 POTS 服务。

POTS 环路需要额定值为 -48 伏的 20-100 毫安直流电流来维持语音和信令路径。手机中的耳机不需要偏置，但碳话筒需要。用户信令是通过在环路上暂时短路来实现的，从而改变环路电流，然后在中央局进行检测。

提供环路电流有几种方法，最简单的方法是在电池串联一个电阻。

另一种提供环路电流的方法是使用电子电流源。

虽然这种方法相当复杂，但在高压双极技术出现后变得非常流行。其中更难满足的要求之一是 60 分贝的纵向线路平衡要求。为了实现这一点，环路两侧对地的阻抗必须匹配在 0.1% 以内。对于激光修整厚膜电阻来说，这很容易实现，但对于电流源来说，则有些棘手。

一部标准电话需要至少约 20 毫安的电流。这意味着最大可能的环路电阻约为 2000 $\Omega$。在实际应用中，环路通常限制在 1250 W。最大环路长度由导线规格决定。

O - 过压保护

可能发生的两种主要类型的过压是雷击和电源线接触。在这两种情况下，电路必须恢复或失效。在任何情况下都不能允许浪涌进一步传播到系统中，或引起火灾。

最初的浪涌保护由 MDF 上的放电管和/或碳块提供，如果施加的电压超过几百伏，它们会产生电弧。由于这些设备需要一定时间才能响应，因此在线路电路输入端也使用了高速二极管。

R - 振铃

振铃通常由专用振铃发生器提供，该振铃发生器通过继电器连接到环路。如果电流发生器具有足够高的电压源，则可以在线路接口处产生振铃电压。或者，可以将具有升压功能的开关转换器放置在接口上。

在加拿大，振铃电压的额定值为 86 Vrms，频率为 20 赫兹，周期为 2 秒开 4 秒关。在农村共用线路上，有时使用长短振铃代码。

在美国，共用线路使用多种全选择和半选择振铃方法。其中一种方法采用从大约 16 赫兹到 66 赫兹的不同频率。在这种情况下，每个电话铃声都调谐到其自己的频率。其他方法使用正负电池电压，或者在与地线相对于尖端或环形侧的线路线上施加振铃。

S - 监督和信令

中央局必须监督环路，以便识别客户的服务请求。服务请求是通过摘机发起的。这只是从 CO 获取环路电流。

在振铃过程中，监测远端的环路电流，使 CO 能够在电话接听时断开振铃发生器。在整个通话过程中，办公室继续监测连接两端的环路电流，以确定何时通过挂机结束通话。

信令是告知 CO 客户想要什么的一种方式。用户环路中使用的两种基本信令方法是脉冲拨号和双音多频。有趣的是，模拟交换机中首选的用户环路信令方法是数字的，而数字交换机中首选的方法是模拟的！

双音多频信令音调

使用两个音调来执行信令功能，以消除将语音解释为信号的可能性。曾经，DTMF 解码器是昂贵且笨重的设备，位于公共设备机架中，但如今随着 LSI 技术的出现，这种功能可以在芯片上实现。例如，Mitel MT8865 DTMF 滤波器和 MT8860 DTMF 解码器。

位置 11 到 14 目前未使用。

C - 编码

电信信号很少进行线性编码，而是进行压缩扩展（压缩和扩展的组合）。这允许在整个信号大小范围内获得更均匀的信噪比。如果没有压缩扩展，则需要 12 位线性编码方案才能在低音量级别获得相同的信噪比。它还能降低接收机处的噪声和串扰水平。

如今，用于实现编码算法的两种主要的国际标准是：A 法，在欧洲使用，以及 µ 法，在北美使用。它们都涉及 8 kHz 采样和 8 位 A/D 和 D/A 转换，从而产生 64 kbps 的数字比特流。

虽然实际的压缩算法是连续函数，但编解码器通过线性段对其进行近似。A 法有 13 个线性段，µ 法有 15 个线性段或线段。

欧洲和北美编解码器之间的另一个重要区别可以从决策阈值的位置及其数字值看出。

当在欧洲和北美之间进行电话通话时，必须考虑到所有这些差异。可以通过将模拟语音通过与最初处理它的相同类型的编解码器，然后使用另一个编解码器重新编码，来重新生成模拟语音。另一种方法是使用查找表将一个系统的二进制值转换为另一个系统的二进制值。

由于通过的最高频率约为 3.4 kHz，因此需要大量的创造力才能以 4.8、9.6 kbps 或更高的速度传递数据。请注意，这些速度远高于奈奎斯特速率，但远低于香农-哈特利极限。

如今，所有现代电话系统都在 BORSCHT 接口中使用编解码器来对传入的模拟信号进行数字化。具有讽刺意味的是，尽管电话系统已经更新为数字技术，但电话机和线路仍然保持模拟状态。

根据国际协议，所有语音编解码器都使用 8 kHz 的采样率。由于每个传输的样本长 8 位，因此模拟语音信号被编码为 64 kbps 的二进制流。此速率决定了大多数其他数字通信系统的基本信道数据速率。

通过绕过编解码器，可以将 64 kbps 的客户数据通过电话系统发送。但是，由于仍然使用旧式的信令方案，因此数字数据速率通常限制为 56 kbps。

H - 混合器

双工器执行双向 2 线到 4 线转换。它允许将两个单向电气路径组合成一个单一的双向路径，反之亦然。将信号的发送和接收部分分开是有利的，因为制作单向放大器、滤波器和逻辑器件更容易。

创建音频频段混合器最简单的方法之一是使用变压器混合器。

单芯变压器混合器

有几种方法可以拆分发送和接收路径，最简单的方法是使用单芯混合变压器。

基本定义的变压器方程为

${\frac {V_{1}}{n_{1}}}={\frac {V_{2}}{n_{2}}}={\frac {V_{3}}{n_{3}}}=\cdots \quad \quad \quad and\quad \quad \quad I_{1}n_{1}+I_{2}n_{2}+I_{3}n_{3}+\cdots =0$

对于具有中心抽头的次级绕组的单芯混合器，正确运行的阻抗关系（共轭匹配）为

$for\quad \quad \quad n_{2}=n_{3}\quad \quad \quad Z_{2}=Z_{3}=2Z_{4}\quad \quad \quad and\quad \quad \quad Z_{1}=\left({\frac {n_{2}}{n_{1}}}\right)^{2}Z_{4}$

注意如果变压器从次级绕组之一驱动会发生什么

$let\quad \quad \quad n_{1}=n_{2}=n_{3}\quad \quad \quad \therefore I_{3}=-I_{1}-I_{2}$

但是I₁ 和I₂ 沿相反方向流动，因此

$I_{3}=-\left({-I}\right)_{1}-I_{2}\quad \quad \quad and\;if\quad \quad \quad \left|{I_{1}}\right|=\left|{I_{2}}\right|\quad \quad \quad then\quad \quad \quad I_{3}=0$

可以通过调整阻抗 Z₁ - Z₄ 来满足最后一个要求，以使电流相等。由此我们观察到，注入任何端口的信号只会在相邻端口出现，而不会出现在对面的端口。

在正确平衡的单芯混合器中，典型的吞吐量或插入损耗约为 3.5 dB，THL（反向混合器损耗）约为 25 dB。

双芯混合器

当正确平衡时，2 芯网络可以实现 50 dB 的 THL，而插入损耗保持在约 3.5 dB。它的性能优于单芯器件，但体积更大，价格也更高。

平衡网络

所有电信设备都针对标准阻抗终端进行测试和表征。这些阻抗基于线路调查，是外部布线厂的近似等效电路表示。出于这个原因，这些网络因国家而异。在北美，IRL（输入回波损耗）针对

T - 测试

为了保持高服务水平（99.999%），设备必须能够在客户甚至意识到可能存在问题之前检测和修复故障。因此，在线路接口上提供了一个单独的测试总线和访问继电器。测试可以在桥接模式下执行，也可以在循环和线路卡彼此断开的情况下执行。

测试可以在三个基本方向进行

• 从线路接口向外查看用户线路

• 从线路连接查看线路卡

• 从线路卡的中央局侧

这些测试通常是自动化的，并且在深夜进行，此时客户很少有可能会请求服务，从而中断测试。一些预定的测试可能包括

• 发送和接收电平

• 发送和接收频率响应

• 插入损耗

• 反向混合器损耗

• 量化失真

• 混叠失真

其他一些在调试线路或投诉时可能执行的测试包括

• 脉冲噪声测试

• C 消息噪声

• 纵向平衡

中继器

通过将两个混合器背靠背放置，可以创建一个双向放大器或中继器。中继器内 4 线路径的总增益不得超过变压器的组合反向混合器损耗。如果发生这种情况，电路将振荡或唱歌。

中继器内 4 线路径的总增益不得超过变压器的组合反向混合器损耗。如果发生这种情况，电路将振荡或唱歌。

空间分隔交换

空间交换机上任何两个客户之间的物理路径不会与其他人共享。由机电继电器组成的交叉点被用来执行互连，但更新的系统使用半导体。

在交叉开关矩阵中，输入和输出的数量不必相等，从而有利于集中或扩展。在任何情况下，都需要总共 NxM 个交叉点。虽然只显示了一个触点，但如果整个系统都保持尖端和环路的完整性，则许多系统需要两个触点。

折叠矩阵对输入和输出进行相同处理，只需要N(N-1)/2个交叉点。这种类型交换机的主要缺点是随着系统规模的扩大，交叉点数量会迅速增加。交叉点数量以N²增长，但任何给定时间最多只有N个交叉点可以处于活动状态。单个交叉点的故障会阻止共享该交叉点的两个设备之间的通信。

多级空间交换机

为了避免与全矩阵相关的成本损失，一种方法是将触点组织成更小的组。这会影响呼叫处理，因为交换机控制器必须管理每个连接的多个触点。此外，两个用户之间的连接可以采用多种路径中的任何一条，从而使决策过程更加复杂。

以下草图显示了一个简单的三级空间交换机。应该记住，由于需要全双工连接，因此必须提供一个提供返回路径的第二级交换机。

上图中的交叉点总数为

在此处放置等式

与方阵相比，这种多级交换机所需的交叉点数量大大减少。中心级允许以多种方式在两个用户之间建立连接，因此可以绕过单个交叉点故障。这使得系统更加灵活和可靠，但需要更复杂的控制结构。

阻塞

非阻塞网络能够在任何空闲输入和任何空闲输出之间找到路径。这并不意味着系统能够同时处理所有用户的服务请求。在这种情况下，系统可能会过载，但用户无法区分阻塞和过载之间的区别。

以下插图显示了阻塞如何发生。实线代表正在使用的连接。

在此处放置插图

正在使用的连接不一定是最优路由，并且可能是由之前的连接强迫的。请注意，在这种情况下，交换机 1:1 上的最后一个用户无法联系交换机 1:3 上的最后一个用户，因为两者都没有一个公共的空闲中心交换级。为了克服这个问题，可以添加一个额外的中心级。为了防止阻塞，需要 2n-1 个中心阵列。

因此，非阻塞网络中的交叉点总数 (NoC) 为

在此处放置等式

随着线路总数的增加，交叉点总数可以用以下公式近似

这种类型的非阻塞网络被称为 Clos 交换机，以其发明者的名字命名。它的基本特征包括

• 第一级交换中的扩展

• 奇数个中心级

• 最后一级中的集中

时分交换

时域交换只是时域复用的应用，可以对模拟信号或数字信号进行。任何数量的输入都可以按顺序路由到单个输出。

这种技术可以提高传输链路利用率，并且可以修改为支持电路交换。如果在输入端放置一个复用器，则在输出端放置一个解复用器。该系统可用于复用模拟信号或数字信号。

每个用户都被分配一个唯一的交换机，但所有用户共享相同的内部信号路径。对于 N 个用户，存在 2N 个交换机。当输入序列与输出序列不同时，会发生 TDM 总线交换。

每个用户都可以短暂地访问公共结构。如果需要更高的数据速率，可以分配多个输入，从而为用户提供更多时间来传输信号。

时隙交换 [TSI]

如果信息可以排列成一个序列，它也可以重新排列，就像洗牌一样。这是时隙交换单元的任务。全双工操作是通过在两个方向上交换时隙来实现的。

传入的 TDM 通道按顺序映射到 RAM 中，而传出的通道则非顺序读出。此输出地址生成器只是一个由中央控制器控制的内存映射指针。

所需的内存访问时间可以近似为通道速率的倒数。RAM 宽度由通道中的位数决定，长度由帧中的通道数决定。

时分复用交换

结合 TDM 和 TSI 允许将来自一个数字比特流的通道切换到另一个数字比特流上的任何通道。多级时间交换机可以由级联的交换模块组成。为了防止阻塞，需要 3 个或更多级。

虽然看起来在这个例子中只使用了时域交换，但它也被称为时间-空间-时间交换机，简称TST。这是因为中心级实际上是在空间上将不同的输入线路切换到公共输出线路。由于术语存在歧义，一些电信设备制造商可能会将此称为TTT交换机，如果所有信号都是数字信号。

对于小型交换机，空间交换最有效。然而，随着交换机规模的扩大，时域交换往往更占优势。

有时很难在各种电信交换机之间进行直接比较，因为内部架构可能完全不同。然而，可以在特定情况下比较 BHCA（繁忙时段呼叫尝试）容量或性能，例如流量强度。

流量强度是平均保持时间和呼叫速率的乘积，用 CCS（百呼秒）或 Erlang 表示。

CCS 定义为：(每小时呼叫次数)x(呼叫保持时间以秒为单位)/100 秒 因此，36 CCS = 1 Erlang

Erlang 是一个衡量流量强度的单位，等于任何给定时刻的平均同时呼叫次数。它代表任何时间间隔内的总电路使用量除以该间隔。它还对应于承载流量所需的最小信道数，如果它可以被安排的话。

示例

想象一下，在一个小型电话系统中，有 8 个用户在随机通话。

这些呼叫可以想象成这样排列

三个 1 小时的信道可以承载此流量，并且仍然有 25 分钟的剩余时间。因此，流量强度小于 3 Erlang。

研究问题

1. 拨号音的作用是什么？

2. CAS 和 CCIS 局间信令的优点是什么？

3. 线路和中继之间的区别是什么？4. 线路电路如何监控电话的状态？

4. 标准电话交换机为什么需要提供 BORSCHT？

5. 列出北美和欧洲编解码器之间的差异。

6. 在什么情况下可以容忍较差的 THL？

7. 回声抑制器和回声消除器之间的区别是什么？

8. 电话术语 tip 和 ring 的起源是什么？Tip 和 Ring 来自交换机时代。操作员线缆上的插头有一个中心 'tip' 用于一根导线，以及一个外部 'ring' 用于另一根导线。9. 定义阻塞。

10. 为什么多级空间（或时间）交换机比单级交换机更实用？