高速公路通信系统程控数字交换技术初探【摘要】随着我国高速公路的建设发展，公路通信技术的不断提高。
本文作者结合多年的工作经验主要以高速公路机电工程程控数字交换技术为分析的重点，主要讲模拟信号数字化，多路复用、复接技术，数字信号的基带传输以及程控数字交换机基本构成等的四个问题，分析证明，高速公路设置专用程控数字交换系统是获取高可靠性、高可用性通信工具的物质保证。
【关键词】高速公路机电工程；数字信号的基带传输；机电工程；程控数字交换；模拟信号数字化
1 程控数字交换系统概述
1.1 功能要求
公路运营公司各级管理机构沿道路分布，相距颇远，为了满足日常管理需要的信息交流，设置专用电话网，除内部通信外，还须与公路行业国家管理部门——交通运输部一级卫星通信网、地区路网管理部门通信网以及与公用邮电网联接，以实现大范围的信息交流，专用话网的规模（门数）与道路里程和进出口数目有关，在话网进入综合业务数字网的时代，系统功能为：完成管理部门各单位点对点的语音、传真、图像和数据的传输；实现管理中心和下属各单位一点对多点的同时通信（如指令电话、电话会议等）；与上级业务管理部门和外界社会的通信：具有对系统状态自动测试的功能。
1.2 程控电话系统通话过程
以a地用户a与b地用户：的通话过程为例说明程控交换系统的工作，两地用户不可能建立一一对应的通话线路，必须在两地设立交换机，汇接当地的用户线，并以少量中继线与另一地区的变换机连接，当某对用户有通话需求时，为他们接续通话线路，a地用户摘下话机表示有通话需要，交换机a通过快速巡回扫描，检测出话机a的需求状态，立即返回一个拨号音，表示已为用户做好服务准备，用户听到拨号音后，会拨出通话对象z的电话号码，交换机作出判别，查明号码所属的交换机号，接续与交换机b的线路，并将号码转送给b。
b检测话机z的状态，如z机正与他人通话，处于忙碌状态，则向a机发回忙音：如z处于空闲状态，则接续与话机z的线路，发出振铃信号，将回铃音经a机传送给话机a，并持续监视z的状态，当测出z机摘机出现应答信号，即将此信号转送给a机，a与z通话开始，此时，a、b两机均须继续保持对已接续话路状态的监测，当通话双方任一端出现挂机状态时即表示通话结束，待测出双方均挂机后，原来建立通话线路的交换机立即拆除路，并由未拆线端的交换机予以证实，此次通话过程才算完全结束。
1.3 程控数字交换系统
程控数字交换系统为实现多个用户能在同一时间成对地可靠通话，需将语音信号变换为数字信号，编辑成二进制代码，用时分多路复用技术，将多路话音按序以一定规格编排，沿一条线路顺序传送给交换机，交换机根据用户的通话要求，分别接续各自的线路，
让顺序排列的各路话音对号进人，并将数字代码恢复为原有的模拟语音信号，让接收端能正确理解。
程控数字交换系统是以程控数字交换机为核心的通信网，在技术上实现传输和交换的数字化，从发展看它应该将话音与非话音（电报、传真、数据、图像等）业务综合进网，根据公路专用通信的现有业务，程控交换类型基本上为集中控制和分级控制两种。
公路专用电话网一般采用一个汇接局和若干个端局组成复合星形或环形数字通信网，各局交换机间中继线使用数字光缆，话机则以模拟机为主，各局数字交换机通过用户线接口电路，进行数模转换后用双绞线（模拟信号）连接话机，对于某些远端用户，也可用数字线或数字环路载渡设备延伸其传输距离，数字通信网传输的是离散脉冲，为了减少误码率，网中各单元应该使用共同的基准时钟频率，新建公路通信网大都为数字同步网。
2 模拟信号数字化
2.1 量化
量化是将一定区间连续多个数值用一个固定值近似代替它，以减少数字的取值范围和简化编码，量化区间大小相等，称为均匀量化，如用统一的四舍五入取整，此方法的量化误差为±0，5，通信中此种误差表现为量化噪声，噪声将降低信号信噪比，这种固定量化误差对大信号样值可以接受，为实现此目标，采用压缩扩张法，先对样值中的小信号放大，对大信号压缩，然后作均匀量化：接收端对解码后的信号作反变换，即对小信号压缩，对大信号扩张，如
此一来，减少了小信号的量化误差，量化值更接近于原有样值。
2.2 编码和解码
编码是将抽样后的量化值转换为组二进制码元，称为模数变换：解码是编码的逆变换，它将一组二进码元还原成相应幅度的量化值，也称数模转换。
脉冲编码技术(pcm)使任何模拟信号都可由一组时间数字序列
近似表示，序列的时间间隔由信号本身确定，序列的每一个值由8位一进码元（脉冲）表示，每个脉冲占用的时间长度希望越小越好，但是，脉冲周期受芯片编码速度（硬件技术）限制。
3 多路复用、复接技术
3.1 频分多路复用fdm
将各终端基带信号调制到宽带信道的不同载波频率，然后将它们经一个信道同时传送出去，再经检波解调恢复原信号面貌，话音传输曾广泛使用此法，频分多路大都用于模拟通信。
3.2 时分多路复用itm
时分多路把时间划分成均匀时隙，将各路信号的传输时间分配在不同的时隙，做到互相分开，互不干扰，各路电话信号经低通滤波器将频带限制在3 400hz以下；送到快速电子分配器k,k依次接通各路信号，进行信号抽样：分配器k不停地匀速旋转，每隔时间t对各路信号抽样一次，依次送入量化编码器进行量化和编码，然后再将数字码元送往信道，收信终端将送来的各路信码依次解码，还原后的pcm信号由收端分配器k2依次接通每一路信号；重建话
音。
3.3 数字复接
光纤和数字微波信道允许速度极高的数字信号通过，将各种低速数字信号复接成高数码率信号，让更多的话路语音信号从一条线路中传输，成为技术发展的需求，数字信号时分复用也称复接，参与复接的信号称支路信号，复接后的信号称合路信号，从合路信号中将各个支路的数字信号一一分离开来称为分接，由一个主振器提供时钟以确定脉冲频率和相位的各路数字信号称同源信号，它的数字复接称同步复接，由不同时钟产生的数字信号称异源信号，异步复接易产生数码的重叠和错位，其根本原因是各支路信号时钟频率并不相同，瞬时数码速率也不相等，而是在标称值上下一定偏差范围内波动，将数个低次群接成高次群时，必须采取恰当措施，使低次群的数码率同步。
4 程控数字交换机基本构成
4.1 中继线接口电路
公路程控电话系统普遍采用数字中继线，接口有出电路和入电路两种，用于实现中继线与数字交换网络间的接口，它通过信号帧的有关时隙传送中继线信令，完成帧同步、时钟恢复、码型变换、指令提取、告警处理等功能，解决信号传送、同步和信令配合三方面的连接。
4.2 数字交换网络
交换网络是交换机实现用户线接续的关键部件，主要功能是根
据用户的呼叫，由软件下达接续命令，硬件执行，建立主叫与被叫用户间的连接通路，根据交换网络结构和工作方式的不同，可分为空分接续网络、时分接续网络和时分、空分组合接续网络等型式，公路电话大量使用的小容量数字交换机大都采用前两种。
4.3 信号部件
信号部件有按钮双频信号接收器、多频接收器、多频发送器和信号音发书器，按钮双频信号和多频信号都是在数字化后，由相应的时隙话路传送，信号音发生器用来产生数字化的信号音，如拨号音和忙音等，通过数字交换网传送给对应的用户。
4.4 控制设备
数字程控交换机的核心是控制设备，其主要任务是根据用户和系统内部维护管理的要求执行存储程序和各种指令，控制相应的硬件实现交换和管理功能，控制设备的主体是微处理机，按其配置与工作方式的不同，可分为集中控制和分散控制两类；目前发展趋势是由分级控制到全分散群控，公路专用程控系统目前大都采用分级控制。
5 结束语：
总之，以上探讨得出的结论是高速公路设置专用程控数字交换系统是得到高可靠性、高可用性通信工具的物质保证：同时也可利用已建管道安装程控电话可节省投资费用。