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会议电话系统的设计

2014/07/12 Tang

摘要:在介绍光电端机会议电话系统的基础上,叙述其物理层的结构,详细描述了
其通信协议以及信令通道采用CSMA/CD协议的一些技术,最后介绍系统的信令发送和接收过程以及系统的运行状态。

光钎通信是以光作为信息载体,以光钎作为传输介质的一种通信方式,
它以其容量大,频带宽,保密性好,信号衰减小,传输距离远等优点而获得极大发展。
光电端机随光钎通信的发展应运而生,它广泛应用于高速数字传输系统,如光钎网络,邮电数字传输系统。

会议电话系统是光电端机中的辅助系统,它给值班人员带来便捷快速的通信联络。
不仅能够实现同一键路上选址呼叫,实现与集中监控的通信,接收监控系统的调度与管理。图一是其组成结构图。系统由3大部分组成:复分接电路,PCM编码解码电路,控制管理电路。
其中复分接电路是将思路PCM码,一路信令和一路同步码复接成384kps,或将384kbs分接成四路PCM码,一路同步码和一路信令码;编/解码是将话机模拟信号转换成数字信号或将PCM码变换成模拟信号;
控制管理电路是整个系统的指挥中心,它负责信令的发送和对接信令的分析,数据交换和接续,并产生各种信号音,听从集体监控的调度,以及维护系统的正常运作等作用。

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1 系统的物理层结构
1.1 384kbps数据通道的时隙划分
考虑到以上各种因素,会议电话系统租用384kbps的数据通道,为了将四路PCM 码以及一路同步码和一路信令码复接成384kbpa的数据流,
就必须将384kbps的数据流划分成不同时隙,对各数据流进行分时复用。考虑到话音频率300~3400Hz的范围,要求编码的采样频率为8kHz,如对语音的清晰度有一定的要求,
对采样值进行8bit的量化,那么一路PCM码流为64kbps,四路PCM 码流共计256kbps,再加上信令流和同步码流各为64kbps,共计384kbps,正好租用一条384kbps数据通道,其码流的时隙图如下

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其中FS为同步码流,PCM1,PCM2,PCM3,PCM4分别为四路PCM 码流,ORDER为信令码流。无论是FS,ORDER还是PCM 码流,
它们每十时隙都为8bit,并且重复周期为125μs,这些码流组成一个无头无尾的数据流。
FS(帧同步信号)是为了正确分接各时隙的码流的一种同步标志,
使得无头无尾的码流变得有意义,可见FS在分时复接时隙中起着关键作用 迭也是在分时复接电路中帧同步信号的提取和镄相是重要技术的原因。

1.2 备时障的物理意义
384kbps数据流划分成六十时隙.各时隙的物理意义如下:

FS(Frame Synchronouse):帧同步码,它是为其它时隙正确定位而设置的,考虑到同步信号的特殊性,
在码流中尽量避免出现伪同步码的干扰,根据研究结果,本系统采(111OLOOO)B这种码流作为同步码。

PCM1(Pulse Code Modulation):脉冲编码调制,它是将话音1的模拟信号通过采样、量化、编码而形成8位数据码流,此路的PCM 主要用于本链路中的通信。

PCM2:与PCM1中的内容一样,只是本时隙的PCM 除用于本链路中的通信之外,还可以跨链路与其它链路进行通信。

PCM3,PCM4同PCM2。

ORDER:这是信夸码.用于通信中信夸码的传送。从下面的叙述中可以看出,这是信夸帧中的某一子帧,
而一个信令映由许多子帧组成,不同的帧中的子帧都代表不同意义,由此可组成许多不同作用的信夸帧,这给通信带来了方便.

2 系统的通信协议层结构

通信协议的好坏,直接影响到通信鼓率和通信的可靠性。如果一个通信协议层过多,尽管通信可靠性增加,
但通信效率下降I反过来;如果协议层过少,尽管提高了通信教率,但可靠性又下降。在通信过程中,
在需要高可靠性的场合,就采用较长的协议层,在需要通信效率高的场合,就用较短的通信协议层。本系统中就采纳这中变长的通信协议层。

本系统的通信协议层的制定,要兼顾以下两方面的内窖:一是由于系统是用于通信联络,有呼叫处理,接续等过程,某些协议必须符合程控交换机的规范。
二是系统有跨链路的通信,多个链路之间的通信联络、链路管理、资源共享、尤其一提是本系统是共用信令通道.与网络中拓扑结构为总线型的结构类似,某些协议又必须符合网络协议的要求。

2.1 系缝的通信蜘议层结构

基于 上原因的考虑,本系统的通信协议层结构各层的作用为;

物理层,上面已经介绍过.这主要给通信协议提供一个物理通道。

接入管理层t这是对物理层的使用进行管理。

通信层:这是信令发送和接收层。

高层;这一层除对信夸的意义给予解释外,还负责上.下层和跨链路通信的协调与管理。

2.2 信专杖结构
本系统的信夸帧结构各项意义说明如下:

Fs:同步码。也称信夸起始码,这也是为配合物理层而设置的,但不同于物理层的FS。

CO;信夸帧分类码。在本系统中,信夸帧分为三类:广播信令帧,主呼叫信令帧,被呼信令帧。

SA:源地址码。这也是发送信夸用户的地址码。

DA:目的地址码。这是信夸发送的目的地址用户地址,也是接收信令的用户地址。

CC:现行使用的PCM 通道。由于PCM 有四十通道,在发送或接收信夸时要区别现行是那个PCM 通道在进行联络的通信。

MO:主信夸码。这种信夸码主要说明现在此信令帧的主要作用,因为在本系统中,为了通信而设置许多功能码,如占线码,拆线码,主呼叫码,被呼摘机码,跨链路联络码等。

EO:信令结束码。

FCS:这是校验码。本系统信令帧采用简单模二和校验方式,其算法为

PCS=FS+C0+SA+DA+ CC+ MO+EO。

Ict:闲码,在本系统中设定为(11111111)B。

2.3 信令杖的分类
信令分三类:广播信夸帧,主呼信夸帧,被呼信令帧。

广播信夸帧是对所有用户都接受的信夸帧。在本系统中,广播信令帧有占线信夸、拆线信夸、选址呼叫值号、多方通话叫信令、全呼叫信令,还有下面要谈到的信夸通道的占用和信令通道的释放下信令等。

主呼信令帧是主呼一方向被呼所送的信夸帧,主呼信令帧有主呼叫信令,主呼应答信令,主呼强插倍令,主呼强拆信夸,主呼二次呼叫信夸等;

被呼信夸帧是被呼一方向和呼一方所送的信令帧。被呼信令帧有被呼应答信夸.被呼忙信令、被呼摘机信夸、被呼二次呼叫信夸等。

2.4 信令通道的占用与释放
四路PCM 通道上的通信是共用一个信令通道,信令通道的瓶颈效应是显而易见。为了提高通信效率,快速占用或释放信夸通道,
减少碰撞和退避的几率,信夸信道的占用和释放采用短信夸帧结构,这样会降低通信可靠性,但却提高通信效率。圈2给出其信夸帧结构。

FS.EO.IC 同上节信夸帧说明。

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COR:占用或释放信令通道码。这是为了在有多个PCM通道同时通信时,随机占用信令通道而设置的。
由于有四个PCM 通道,在正常情况下应使四个PCM 都能够正常通信。但由于是共用一个信令通道,在进行主呼、被呼、接续等通信过程中
,就出现不同PCM通道争用同一信夸通道的现象,这就难免出现碰撞现象。碰撞的检测以及随机退避技术将是下面要谈到的主要内窖。
因此,某一PCM 通道在发送信令的时候,一定要检测信令通道是否占用。如果空闲就得发信令通道占用码,通知各用户信令通道暂时忙,
其它用户接收此通知后就不会发送信令码,等到信令帧发送完毕,就发送释放信令通道码,通知各用户信夸通道已闳,可以使用信令通道

3 共用信令通道的CSMA/CD技术

四个PCM 的通道通信,共用一个信令通道,这就象总线型以太同传输信息一样,存在争甩信令通道问题。
在系统中,借鉴CSMA/CD技术,既解决一个PCM通道用一个信令通道浪费现象,又解决因共用倍令通道而发生碰撞问题,
提高信道的利用率,保证通信效率和通信可靠性 下面就奉系统碰撞检测和随机退避问题作较进一步说明。

在信令发送过程中,首先要检测信令通道是否空闲,如果忙,就要继续检测(当然是利用随机延时一段时间再进行检测,即随机退避),
直至检测到信令通道闲为止,当信令通道闲时,就发送占用信令广播码,通知链路上各用户信令通道已被占用。如果发此广播码,
检测到另外的用户也发送此广播码,也就是发生碰撞,此次发送信令通道占用告失败,于是用户箍机退避,再重新检测信令通道忙闲,重复以上过程,
如果未检测到碰撞,占用信令通道成功,随后就发选主信令+待主信令发送完毕,接着是释放已占用的信令通道,供其它用户发送信令占用,这样就完成一次信令通道占用和释放过程

从上面的碰撞过程可了解到,碰撞只发生在争用信令通道的时候,一旦占用信令通道成功。
后面发送主信令和释放信令通道就不会发生碰撞,因为其它用户已接到通知,信令通道已占用(忙),而不会再去发送信令。
在本系统中,检测碰撞的方法是.在发送占用信令通道信令时,打开接收信令通道,如果在此期间,有信令接收发生,说明其它用户也在发进占用信令通道信令,发生碰撞,此时立即进行碰撞处理。

发生碰撞后,除作碰撞处理外,还要随机退避。这里碗机退避的含义是指,延时一个随机时间,然后又重新检测信令通道的忙闲,试图重发。
如果碰撞次数超过规定次数或者随机退避次数超过一定次数,就算此次发送信令失败,并向上层送告警信息+由上层通知用户,有可能系统的物理层发生故障,需要紧急处理。

4 信令的发送与接收
下面给出系统中发送一个完整信令帧或接收一个完整信令帧的全过程 。一个完整信令帧包含三个子帧:一是占用信令通道信令帧,二是主信令帧,三是信令通道释放帧。图3和圈4分别给出发送信令和接收信令的流程图。

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由于奉系统的硬件(物理层)采用FPGA(Fie|d—progammable Gate Array)设计技术,并考虑窖错设计(主要是冗余设计),
设计出电路具有先进性、可靠性以及灵活性 通信协议层(信令发送和接收)采用程控交换技术的规范和阿络协议一些规定,在共用信道采用CSMA/CD技术,
使得通信的效率和可靠性得到保证}底层软件采用模块设计方法,上层软件采用面向对象的设计方法,使得程序设计风格独特,结构清晰,调试方便,运行稳定可靠

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会议电话, 电话会议系统

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