程控交换机如何实现通话接续与信号处理？

程控交换机作为现代通信网络的核心设备,其工作原理基于计算机程序控制与时分复用技术的结合，实现语音、数据等多媒体信息的高效交换与传输，以下从系统架构、核心原理、关键技术及信号处理流程等方面详细解析其工作机制。

系统架构与硬件组成

程控交换机硬件系统可分为用户接口模块、交换网络、控制单元、维护终端及外围设备五大部分，用户接口模块负责连接用户终端，完成模拟信号与数字信号的转换；交换网络采用时分或空分复用技术，实现内部数据的高速交换；控制单元由中央处理器（CPU）、存储器及软件系统构成，负责呼叫接续、路由选择等逻辑控制；维护终端用于系统监控与故障诊断；外围设备包括中继接口、信号音发生器等辅助模块，各模块通过高速数据总线互联，形成统一的交换平台。

核心工作原理

信号数字化与复用

程控交换机首先通过用户线接口电路（SLIC）将用户模拟语音信号采样、量化（通常采用A律或μ律编码），转换为64kbit/s的数字信号，为提高传输效率，采用时分复用（TDM）技术将30路语音信号（含1路信令）复用为一个E1帧（2.048Mbit/s），帧结构包含32个时隙（TS0-TS31），其中TS0为帧同步时隙，TS16为信令时隙，复用后的数字信号进入交换网络处理。

空分交换与时分交换

交换网络是程控交换机的核心,分为空分（Space Division）和时分（Time Division）两种交换方式。

• 空分交换：通过交叉点矩阵实现物理通路的连接，类似电话接线员的人工操作，采用电子开关（如CMOS或继电器）动态建立/拆除连接路径。
• 时分交换：基于存储程序控制（SPC）原理，将语音信号暂存于语音存储器（SM），通过控制存储器（CM）的时序控制，在不同时隙间完成数据搬移，将TS0的语音数据写入SM，再由CM指令在TS15时隙读出，实现时隙交换（TSI）。
  现代程控交换机通常采用时分+空分的多级交换网络（如TST、STS结构），兼顾交换速度与扩展性。

呼叫处理流程

呼叫接续是程控交换机的核心功能,其流程可分为五个阶段：

1. 主叫摘机：用户摘机后，用户接口电路检测到环路电流变化，向控制单元发送摘机请求。
2. 拨号音与收号：控制单元确认用户空闲后，发送拨号音（450Hz），并启动双音多频（DTMF）或脉冲收号程序，将用户拨打的号码暂存于号码缓冲区。
3. 号码分析与路由选择：系统解析号码，查询路由表确定被叫用户状态（空闲/忙）及出局路由，若为局内呼叫，直接获取被叫用户接口地址；若为出局呼叫，则选择对应中继线。
4. 接续与振铃：控制单元向交换网络发出连接指令，建立主叫与被叫的语音通路，若被叫空闲，向被叫用户发送振铃信号（25Hz/75V），同时向主叫回送回铃音。
5. 通话与释放：双方摘机通话后，交换网络维持通路；任一方挂机时，检测到环路中断，控制单元释放资源，向对方发送忙音，结束本次呼叫。

信令系统

信令是控制呼叫建立与释放的指令,程控交换机主要采用：

• 用户线信令：包括直流环路信令（摘机/挂机检测）、脉冲信令（拨号脉冲）及DTMF信令（双音多频编码）。
• 局间信令：共路信令（如No.7信令）通过独立信令链路传输，包含呼叫建立、释放、维护等消息，支持ISDN、智能网等业务。

关键技术特点

1. 集中控制与分布式控制：早期程控交换机采用集中控制（单CPU处理），现代系统则采用分布式控制（多CPU模块化设计），提高可靠性与处理能力。
2. 实时操作系统：系统运行于实时操作系统（RTOS），确保呼叫处理、信令分析等任务在毫秒级完成。
3. 冗余备份：关键部件（如CPU、交换网络）采用1+1热备份，主备切换时间小于50ms，保障通信连续性。
4. 软件模块化：软件系统分为操作系统、数据库、应用层（如呼叫控制、维护管理），便于升级与功能扩展。

信号处理流程示例

以下为局内呼叫的信号时序（简化版）：

相关问答FAQs

Q1：程控交换机与传统机电交换机的主要区别是什么？
A1：程控交换机采用计算机程序控制，通过时分复用和数字交换技术实现高速接续，支持丰富的增值业务（如来电显示、呼叫转移）；而传统机电交换机依靠继电器等机械部件完成接续，速度慢、功能单一，且无法软件升级。

Q2：程控交换机如何实现长途电话的交换？
A2：长途呼叫需通过局间信令（如No.7信令）与上级汇接局互联，主叫拨号后，交换机分析长途前缀（如“0”），选择对应出局中继，将号码与呼叫请求通过信令链路发送至汇接局，汇接局根据路由表逐级转发至被叫局，最终完成端到端接续。