一号信令原理

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1.1  信令概述
1.1.1  信令的概念
在当今信息社会中，人们可以通过一种网络系统进行各式各样的信息传递和交换，这种网络我们称之为通信网，它能使任何人在任何时间、任何地点和对方进行通信。
我们讨论通信网，不外乎要讨论通信网的网络结构、信令方式、编号方式、计费方式及通信质量等，可见信令系统在通信网中的重要性。那么什么是信令呢？我们先来看一下两个异地用户之间的接续过程：



图1-1 电话接续基本信令流
在这里，这些完成呼叫接续的信号就叫信令。人们接通电话，必须通过线路的传输、交换机的交换才能完成，这一系列过程的产生和完成是由信令来控制的，可以说，除了通话时的话音信号以外的控制交换机动作的信号，都属于信令的范畴。信令可以指导终端、交换系统及传输系统协同运行，可以在指定的终端之间建立临时的通信信道，并维护网络本身正常运行。可以说，信令系统是通信网的神经系统。
1.1.2  信令的分类
在通信网中有各种各样的信令，为了更好地了解信令，我们从多方面对信令进行分类：
1、        按工作区域分，有用户线信令和局间信令。用户线信令是指用户终端和交换机之间的信令，在用户线上传送。主要包括用户向交换机发送的监视信令和选择信令，以及交换机向用户发送的铃流和忙音等信号。局间信令是交换机和交换机之间的信令，在中继线上传送，用来控制呼叫接续和拆线等，它完成交换局之间的“对话”。
2、        按传输信令的方式来分，有随路信令和共路信令。随路信令是指信令和话音在同一条通路上传送或者信令通路和话音通路有一一对应关系；共路信令是指专门设有一条或几条信道用来传送所有的信令消息，信令和话音分开传送。
3、        按功能分，有线路信令、路由信令以及管理信令等。线路信令用于主、被叫话机的摘、挂机状态和设备忙闲指示。路由信令具有选择功能，是指根据主叫所拨的被叫号码来选择路由。管理信令具有操作功能，用于电话网的管理和维护,如检测和传送网络拥塞信息，提供呼叫计费信息，提供远距离维护信令等。管理信令不是网管信息，只是简单的维护信息。
4、        按信令信号的表达方式来分，有模拟信令和数字信令。模拟信令是将信令按模拟方式传送，它适用于模拟通路；数字信令是按数字方式编码的信令，它适合在数字通路上传送。
1.1.3  信令方式
信令的产生和传送要遵循一定规约和规定，这就是信令方式，它包括信令的结构形式以及信令在多段路由上的传送方式和控制方式。选择合适的信令方式，关系到整个通信网通信质量的好坏和投资成本的高低。
1、信令的结构形式
信令的结构形式有两种：经过编码的和未经编码的。
A、未经编码的信令
可按脉冲幅度不同、脉冲持续时间不同(脉宽)、脉冲在时间轴上的位置、脉冲频率的不同，以及脉冲数量来区分不同的信令。其特点是：信息量少，传送速度慢，设备复杂。NO.1中模拟线路信令(直流线路信令DC，带内单频线路信令)用此种结构。
B、经编码的信令
一般为数字型信令，有：
    ①起止式单频二进制信令(16种)
    ②双频二进制编码信令(5号信令，16种)
    ③多频制信令(MFC，15种)识别频率多，接收设备复杂，速度快，可靠性高。
    ④数字型线路信令DL(如NO.1中的TS16)
⑤共路信令由8位位组构成帧结构。例如NO.7信令帧格式与HDLC相似，其区别是NO.7空闲时发填充信号维持同步。
2、信令的传送方式
信令传送方式有三种：端到端传送方式、逐段转发传送方式以及混合方式，
    ①端到端传送方式是指在发端局和收端局之间先建立起信令路由然后再进行透明传输，它对电路传输质量要求比较高，但速度快，拨号后等待时间短，记发器使用效率高，但信令在多段路由上的类型必须相同。
    ②逐段转发方式是“逐段识别，校正后转发”的简称，它对线路要求低，信令在多段路由上类型可多种，信令传送速度慢，接续时间长，记发器使用效率相对比较低。
    ③混合方式是前面两种方式的组合，当电路传输质量比较高时采用端到端方式，当电路传输质量比较低时采用逐段转发方式。
3、信令的控制方式
信令控制方式也有三种：非互控方式（脉冲方式）、半互控方式（前向信令受后向信令控制）和全互控方式（前向和后向互相控制）。
    ①非互控方式是指通信双方信息的发送和接收互不控制，即发端不断地发送信令到收端，而不管收端是否收到，也称之为死发方式。
    ②半互控方式是指发端向收端每发一个或一组脉冲信令后，必须等接收到收端回送的接收良好的证实信令，才接着发下一信令。半互控方式就是前向信令受后向信令控制。
   ③互控方式是指通信双方信息的发送和接收互相制约，即发端发前向信令不能自动中断，要等收到收端的证实信令后，才停止发送；收端发证实信令也不能自动中断，须在发端信令停发后，才能停发证实信令。
1.2  一号信令消息类型
中国一号信令（下面简称NO.1）是一种随路信令，它在我国还广泛使用着，它包括线路信令和记发器信令。由于我国电信网的传输系统还存在数模兼容，所以线路信令又分为模拟型和数字型两种。
1.2.1  线路信令
线路信令主要用于监视中继的占用、空闲、闭塞的状态。线路信令根据其结构形式可分为模拟型线路信令和数字型线路信令（DL），模拟型又分为直流线路信令（DC）和带内单频线路信令（SF）。线路信令在多段路由上的传送方式采用逐段转发方式，控制方式为非互控，即脉冲方式。
1、        直流线路信令
直流线路信令用中继a，b线上的电位变化来表示各种信号。直流线路信令表现为各种直流极性标志，分为四种：
              高阻＋ ：经过9000Ω电阻接地；
              －     ：经过800Ω电阻接负电源；
              ＋     ：经过800Ω电阻接地；
               0     ：断路；
直流线路信令共有19种（DC1～DC19），主要用于纵横制与步进制交换机间的配合，也有部分用于与程控交换机的配合。
2、带内单频线路信令（SF）
当使用载波电路作为局间传输媒介时，就采用带内单频线路信令，它采用的单频为2600Hz，基本脉冲为长脉冲600MS，短脉冲150MS，发送两信令之间的最小标称间隔为300MS。由基本脉冲的不同组合来表示各种接续状态。
3、数字型线路信令（DL）
当局间中继使用PCM传输线时，则采用数字型线路信令。在NO.1数字传输线路上，一个复帧由16个子帧组成，记为F0~F15 ，每一个子帧有32个时隙，记为TS0～TS31 ；每一时隙包含8位二进制码字，即8bit；32个时隙中，TS0用于收发端同步，称为帧同步时隙，TS1～TS15，TS17～TS31是话音时隙，TS16用来传送复帧同步及数字型线路信令，称为信令时隙。具体说，每一个时隙包含8比特的二进制码字，而一路话音信号的线路信令只需用4位比特来表示，那么一个TS16时隙就可以传送两路语音话路的线路信令。十六个帧的TS16时隙所传送的具体内容分配如下：
      F0             复 帧 同 步
      F1             1和17话路的线路信令
      F2             2和18话路的线路信令
      F3             3和19话路的线路信令
      F4             4和20话路的线路信令
      F5             5和21话路的线路信令
      F6             6和22话路的线路信令
      F7             7和23话路的线路信令
         


      F15            15和31话路的线路信令
数字型线路信令分为前向信令和后向信令。前向信令采用af、bf二位码字来表示，后向信令采用ab、bb二位码字来表示，各信令的含义如下：
   af码表示发话交换局状态的前向信令：
       af=0   表示主叫摘机（占用）状态
       af=1   表示主叫挂机（拆线）状态
   bf  码表示故障状态的前向信令：
       bf=0   表示正常状态
       bf=1   表示故障状态
ab码表示被叫用户挂机状态的后向信令
       ab=0   表示被叫摘机状态
       ab=1   表示被叫挂机（后向拆线）状态
  bb码表示受话局状态的后向信令
       bb=0   表示示闲状态
       bb=1   表示占线或闭塞状态
具体的数字型线路信令的编码如表1-1所示。
表1-1 数字型线路信令的编码




1.2.2  记发器信令
NO. 1记发器信令又称多频互控信令，简称MFC，其传送方式为端到端方式，但在劣质电路上也可采用逐段转发方式，控制方式为全互控。
多频互控信令分为前向信令和后向信令，前向信令又分为前向Ⅰ组和前向Ⅱ组，后向信令又分为后向A组和后向B组。前向Ⅰ组和后向A组为互控，前向Ⅱ组和后向B组为互控。所谓“互控”是指信号传送过程中必须和对端发回来的证实信号配合工作。每一个信号的发送和接收都有一个互控过程。每一个互控过程分为四个节拍：
        第一拍：来话记发器发送前向信号
        第二拍：来话记发器接收和识别前向信号后，发后向信号
        第三拍：去话记发器接收和识别后向信号后，停发前向信号
        第四拍：来话记发器识别前向信号停发以后停发后向信号
MFC前向信令采用六中取二（频率范围为1380～1980Hz，频差120Hz），共有15种信令。后向信令采用四中取二（频率范围为780～1140Hz，频差为120Hz），共有6种信令。
记发器信号主要完成主、被叫号码的发送和请求，主叫用户类别、被叫用户状态及呼叫业务类别的传送。它们的定义如下表所示：
表1-2 记发器信号的基本含义



1.        前向Ⅰ组信号：
前向Ⅰ组信号由接续控制信号和数字信号组成。
A、KA信号:   KA信号是发端市话局向发端长途局或发端国际局前向发送的主叫用户类别信号，KA信号提供本次接续的计费种类（定期、立即、免费）和用户等级（普通、优先）。这两种信号的相关组合用一位KA编码表示，因此，KA信号为组合类别信号。KA信号中有关用户等级和通信业务类别信息由发端长途局译成相应的KC信号。含义如下表所示：
表1-3 KA信号含义
       


B、KC信号：   KC信号是长话局间前向发送的接续控制信号，具有保证优先用户通话，控制卫星电路段数等功能。含义如下表所示：
表1-4 KC信号含义



C、数字信号   数字信号“0～9”用来表示主、被叫用户号码。此外，数字“15”信号表示主叫用户号码已发完。

2.        后向A组信号：
后向A组信号是前向Ⅰ组信号的互控信号，起控制和证实前向Ⅰ组信号的作用。含义如下表所示：
表1-5 A组信号含义



3.        前向Ⅱ组信号（KD）:
KD信号是发端业务类别。含义如下表所示：
表1-6 KD信号含义



4.        后向B组信号（KB）
KB信号是表示被叫用户状态的信号，起证实KD信号和控制接续的作用。含义如下表所示：
表1-7 KB信号含义



1.3  一号信令与七号信令的对比
1、信道利用率：
        中国一号采用TS16固定用来传送话路的线路信号，一个方向的线路信号需要4个bit传送，因此一个呼叫的两个方向需要8个bit，即一个TS16时隙只能为两个中继话路服务，而线路信号只需在呼叫的建立与释放阶段传送，因此大多数情况下，TS16是空闲不用的，TS16的利用率非常低。
        七号信令采用共路方式传送接续信令，假设完成一个呼叫平均需要双向传送5.5个消息，每个消息的平均长度为140bits，则一个64bits/s信令数据链路每小时平均能传送的呼叫：
64*1000*3600）/（5.5/2*140） = 598000
设呼叫平均时长为60s，中继线平均话务负荷为0.7erl，则一个中继话路每小时平均传送的呼叫数为：
（0.7*3600）/60 = 42
由此可得，一个64bit/s信令链路最多能传送14250个中继话的信令。
信令链路的实际话务量按照0.2erl计算，一个信令链路可为2850个中继话路服务。
2、传送信令与通话能否同时进行：
        在中国一号信令中，记发器信号在话音通道中传送，不但占用话音信道资源，而且在通话期间无法传送信令，局限性很大，不能灵活的进行各种业务处理。
        七号信令中，由于采用共路信令方式，信令与话路不在同一条电路上，所以任何消息都可以在业务通信过程中传送。因此业务处理相当灵活，可以适应多种业务。
3、信号容量：
        中国一号的信令编码少，线路信号最大容量为16，记发器信号的最大容量为15。由于其信号种类特别少，因此可以传送的信息也就极为有限，实现的功能也非常少。
        在七号系统中，一次可传送的信令信息最大长度为272个字节。采用消息包形式传递信令，编码方式十分灵活。所以信令扩充起来也非常方便，可以很轻松的支持各种新业务。
4、信令传送速率：
        中国一号信令在数字话音通道中传送的记发器信号实际上是多频模拟信号的抽样值，交换机收码器必须接收一定数量的抽样值才能识别一个多频信号。以典型的抽样值96计算，识别一个多频信号需要的时间为：
125μs * 96 = 12 ms
在多频互控方式中，发送一位数字要4个节拍；因此至少需时12*4=48ms，即发码速度约为20个数字/秒。实际上考虑到整个传送的互控过程，每秒传送的数字不超过10个，一般只有5~6个。由于一号的记发器信号传送的速度特别慢，在一些长途呼叫特别是国际长途中，经常会由于接续的时延过长而导致接续失败。
        在七号信令中，号码可以在一个消息包中一次发送，而不象一号那样逐位互控发送。号码传送以及应答等时间几乎可以忽略不计，因此七号的接续过程很短，一般情况下用户几乎感觉不到接续时延，这和中国一号的接续速度相比，改善相当明显。
5、信令的规范性：
        中国一号信令中有多种中继方式，比如数字中继、环路中继、四线载波中等等，除了数字中继的规范性好一些之外，其他各种模拟中继的规范性都不是很强，各个厂家的实现都有一定的差距，因此组网比较困难。
        七号信令有一套完善的国际标准，我国的国家标准也比较完善，并且与国际标准很接近，因此组网特别方便。同时随着电信技术的不断发展，ITU-T（国际电信联盟）的专家们不断的对七号信令标准进行补充和完善，因此七号信令可以方便的实现各种最新的电信业务。
6、支持的业务种类：
        由于中国一号的信令类型特别少，因此只适用于基本的电话呼叫接续，很难扩展用于其他新业务，更不能传送非话业务和管理信息。
        七号信令不但可以传送传统的中继电路接续信令，还可以传送各种与电路无关的管理、维护、信息查询等消息，而且任何消息都可以在业务通信过程中传送。因此其应用范围相当广泛，可以支持ISDN、移动通信、智能网等业务。由于七号信令的信令传送采用消息包编码发送，因此扩充信令规范非常方便，可以很容易地适应未来信息技术和各种未知业务发展的需要。同时由于可以传送各种管理、维护消息，因此可以实现信令网与通信网的分离，便于运行维护和管理。
       
7、智能网是一个具有重要战略地位的网络，因为他负责网络的业务提供，所以必须保证智能网有很好的发展性，这就要求承载智能网的网络也要有很好的发展性，而七号信令正好可以满足这个需求。
从以上的对比我们可以看出，中国一号信令的主要缺点就是信道利用率低、信号传送速率低、支持的业务种类少等等，而七号信令在这些方面都有非常大的改善，可以充分满足现阶段以及可预计的将来电信业务发展的要求。