[科普中国]-本地电话交换局

本地电话交换局(local telephone exchange)指主要实现本地电话交换功能，构成本地电话网的电话交换局（包括端局与汇接局）1。

基本介绍本地电话交换局要实现本地电话交换功能，构成本地电话网的电话交换局(包括端局与汇接局)。

本地电话网(local telephone network)简称本地网，是全国电话网的一部分。是在一个长途编号区范围内所组成的电话网络。本地电话网由用户环路、本地电话交换设备、本地交换局间中继电路及本地交换局和长途交换局间中继电路组成。电话网由相应的支撑系统(如电信管理网、公共信道信令网和同步网等)来支持。本地电话网提供本地的电话业务、低速数据业务和传真业务，还可以接入国内长途电话业务和国际电话业务、移动电话业务以及可以在电话网上传输的其他业务(如寻呼业务)1。

通信网络电话、传真信息、电子邮件、计算机数据，还有广播和电视信号，都是通过一个复杂的全球远程通信网络从一个地方传送到另一个地方的。所有不同的电信形式都被转变成能通过网络传送的信号。信号总是在网络的两点之间传输(例如，两个电话听筒或传真机)，电话交换机的控制电路指引信号通过网络，这种电信网络叫作交换网络。广播和电视网络，信号从一个发射机被发送到许多接收器，这种网络叫作广播网络。

连接到标准电话线的所有的电信设备(电话、传真机和个人计算机)都是由电话线连接到本地电话交换局的。本地交换局通过每条电话线所独有的电话号码进行识别。一个地区的所有本地交换局都和交换总局相连接，相应地，交换总局与其他交换总局相连接，继而形成全国网络。与网络相连接的还有移动通信电话设置的专门的交换局和互联网服务提供商。多数信息(语音、传真信息和计算机数据)以模拟形式传人和传出本地交换局，以数字形式在本地交换局之间进行传输。

在网络上将电话交换局连接起来有几种不同的方法。一些是地下线缆，主要有电缆和光纤电缆。光纤电缆是以光波为载体来传送信号。还有一些是使用微波来建立连接。跨洋的国际连接线路通过环绕地球轨道运行的卫星和横跨海床的电缆构成2。

电话网络在公众电话网络上传输数字信号的主要设备和线路如图4所示，包括：

(1)本地回路(local loop)：从电话用户到本地电话交换局之间的线路，这是用双绞线构成的回路。本地回路也称订户回路(subscriber loop)。由于这段路程是传输模拟信号的回路，因此就要开发新的技术和设备来解决传输数字信号的问题，以克服计算机接入因特网的障碍，这就是我们常听到的“最后一英里’’的问题。

(2)中继线/干线(trunk)：在两个交换局或交换机之间的通信线路。交换局(switching office)也称电话局(central office，CO)是连接指定几何区域的所有电话线的交换站，装备了为用户互连通信线路的电话交换设备，用于连接电话用户的呼叫。

(3)调制解调器(modem/modulator-demodulator)：使计算机能够通过标准电话线传输数字信号的通信设备。由于计算机处理的信号是数字信号，而本地回路传输的信号是模拟信号，因此需要用调制解调器进行相互转换。发送数据时，要把计算机输出的数字信号调制成模拟信号，接收时则要将模拟信号解调成数字信号。除了传输和接收数据外，高级的调制解调器还具有自动拨号、应答和重拨等功能。调制解调器有内置式和外置式之分，前者通常装在计算机内部，后者要用电缆把计算机和调制解调器连接在一起。

(4)终端局(end office，EO)：靠近家庭或办公室的电话交换局。由于从调制解调器来的信号是模拟信号，而在中继线上传输的信号是数字信号，因此在终端局中也需要模拟信号和数字信号的相互转换功能，这个功能由图中的编解码器提供。

(5)编解码器(codec/coder-decoder)：用于将模拟信号转换成数字信号或把数字信号转换成模拟信号的装置。它使用1962年开发的脉冲编码调制(PCM)技术，采样频率为8kHz。

(6)长途电话局(toll office)：长途呼叫的交换中心。

(7)调制解调器堆(modem bank)：连接到服务机并由ISP或LAN操作员维护的许多调制解调器，允许远程用户拨打单一电话号码就可在堆中使用空闲的调制解调器。

(8)因特网接人服务提供商(ISPl和ISP2)使用和维护的计算机。

根据图4，在计算机与ISP的计算机之间，数字数据在电话网络上的传输过程3。

相关介绍与发展电话网络设备可以大致分成4个主要类别：装置、本地回路、中继电路和交换局4。

交换局交换局是永久或临时互连订户的中心位置。电话公司的交换机位于交换局中。交换机是可编程矩阵，它们在两个订户之间提供临时的信号路径。电话机和数据调制解调器通过本地回路连接到交换局中的交换机上。直接与本地回路连接的交换局通常称为本地交换局，有时称为拨号交换机或本地拨号交换机。第一个电话交换局安装于1878年，即发明电话之后仅仅两年。中心交换局又称为中心电话交换局、CO(中心局)、中心导线中心，或简称为中心4。

电话交换局的目的是为将要在两方之间完成的呼叫提供路径。要处理呼叫，交换机必须提供3个主要功能：

· 识别订户

· 安排或建立通信路径

· 监视呼叫过程

本地中心电话交换局第一批电话机是设备齐全的电话机，因为它们配备有自己的电池、扩音器、话筒、电话铃和振铃电路。电话机最初是通过电线杆之间的大尺寸铁导线直接连接起来的，对于你想连接的每个订户，都需要有专用的电缆对和电话机。图5(a)示出了利用单个电缆对互连的两部电话机。这是相当简单的；但是，如果有许多订户希望直接连接到一起，那将变得非常麻烦、昂贵和不切合实际。例如，如图5(b)所示，如果要把一个用户和其他5个用户互连起来，就需要5部电话机和5个电缆对。要完全互连4个用户，需要6个电缆对，并且每个订户需要3部电话机。图5(c)对此进行了演示4。

互连任意数量的站时需要的线路数量由下列等式确定：

其中， =站(参与者)的数量

=互连线路的数量

互连100个参与者所需的专用线路的数量是

此外，每个站还需要100部备用电话或者具有把一部电话切换到99条线路中任意一条的能力。

这些局限性导致了中心电话交换局的迅速发展。电话交换局允许与它连接的任何一部电话互连到与交换局连接的其他任何电话，而不需要对每个连接使用单独的电缆对和电话。通常，一个社区只由一个电话公司提供服务。社区被划分成区，每个区由不同的中心电话交换局提供服务。接受服务的站的数量和密度决定了在给定社区中建立的区的数量。如果一个区中的订户希望呼叫另一个区中的站，最少需要两个本地交换局4。

接线员辅助的本地交换局第一个商业电话交换台于1878年1月28日在Connecticut的New Haven投入运行，这标志着公用交换电话网络的诞生。这个交换台为只连接8条线路(显然，其中一些是合用线路)的21部电话提供服务。同年2月17日，Western Union公司在加州的旧金山开办了第一个大城市交换局，2月21日，New Haven区电话公司发布了世界上第一份电话目录，它只有一页，仅列出了50个名字。在发布这个目录后不久，Boston电话速递公司就发布了比较全面的通信录。

第一批本地电话交换局是交换台(有时称为接线板)，其中的人工连接是使用插接线和插孔完成的。所有订户站都通过本地回路连接到交换台的插孔上。当有人想启动呼叫时，他们可以通过转动他们电话上的摇把，向交换台发送振铃信号。振铃信号启动交换台上的继电器，继电器再点亮该线路插孔上方的监视灯，如图6所示。人工交换台一直使用到1978年，Bell System公司于这一年更换了它们在洛杉矶附近加利福尼亚海岸的SantaCatalina岛上的最后一台塞绳式交换台4。

在电话交换局的早期，使用同一个本地回路，每个电话线路可以将10个或10个以上的订户(居民)连接到中心交换局。这称为合用线路，尽管一次只能有一个订户使用他们的电话。合用线路比专用线路便宜，但还是不够方便。专用电话线路比较昂贵，因为只有一个居民或企业的电话可以连接到本地回路上。

把100个专用电话线路连接到一个交换局需要100个本地回路以及一个配备有100个中继器、插孔和监视灯的交换台。当有人想启动电话呼叫时，他们将向交换台打电话。接线员回答呼叫时说的话是“中心”。主叫方告诉接线员他们想连接的人。接线员然后将给目的地打电话，当有人接电话时，接线员将从插孔中拔下她的插头，然后利用两端有插头的特殊插接线把主叫方和被叫方连接起来。这种系统称为鸣铃系统。如果只有几个订户连接到交换台，接线员在确定哪些插孔用于哪个订户时(通常是根据名字)几乎不用费什么劲。但是，随着电话普及率的提高，给每个订户线路分配一个惟一的电话号码很快成为必要。使用4个数字的交换台可以提供10 000个电话号码(0000～9999)。

图7（a）给出了连接4个空闲订户线路的中心局接线板。注意，任何一条电话线路都没有和其他电话线路连接。图7（b）显示了如何通过连接线路1的插孔和线路2的插孔之间的插接线，使用这个临时连接把订户1和订户2连接起来。使用插接线可以把任何订户和其他用户连接起来4。

自动中心局交换机和交换局随着电话数量在美国的增长，接线员辅助的呼叫和人工接线板很快就无法满足服务的高要求了。因此，人们开发了自动交换机和交换局系统。

自动交换系统是由传感器、交换机以及其他电气和电子设备组成的系统，它允许订户向交换机直接发出指令，而不必通过接线员。此外，自动交换机无须人员辅助且不使用插接线即可执行订户之间的互连。

1890年，在堪萨斯州的堪萨斯市，一位名叫Alman Brown Strowger的企业家担心电话公司接线员把他的业务转给其竞争者。因此，他使用机电式继电器发明了第一个自动交换系统。据说，Strowger是使用纸盒、圆柱销和铅笔发明他的原始设计的。

随着Strowger交换机的出现，机械拨号机制被添加到基本电话机中。机械拨号盘允许订户用手拨打他们想要呼叫的那一方的电话号码。在输入(拨打)一个数字后，交换机中的继电器将把主叫方连接到另一个继电器。继电器称为步进式继电器，因为在输入数字时，系统将逐步通过一系列继电器。这个步进式过程一直持续到输入电话号码的所有数字。这种交换机称为步进式(SXS)交换机或步进机，更常见的叫法也许是Strowger交换机。步进式交换机是渐进式交换机的示例，这意味着主叫方和被叫方之间的连接是通过一系列步骤完成的。

在20世纪初到20世纪60年代中期之间，Strowger交换机逐渐取代了人工交换台。Bell System公司在1919年开始使用步进机，并且一直使用到20世纪60年代早期。1938年，Bell System公司开始使用另一种称为纵横(XBAR)交换机的机电式交换机代替步进机。第一台1号纵横交换机于1938年2月14日在纽约Brooklyn的Troy大街中心局投入使用。纵横交换机使用的是安装在水平或垂直条上的数组接触点(称为交叉点)。电磁铁使垂直条和水平条交叉，在被叫号码确定的坐标处形成接触。最通用和最流行的纵横交换机是#5XB。虽然纵横交换机是对步进式交换机的改进，但是它们的寿命却很短，并且它们中的大多数已经被ESS(电子交换系统)所取代。

1965年，AT&T引进了1号ESS，它是在PSTN上使用的第一个计算机控制的中心局交换系统。ESS交换机与其前身的区别在于它们结合了SPC(存储程序控制)，它使用软件控制几乎所有的交换功能。SPC提高了交换机的灵活性，极大地提高了它的可靠性，并且允许从远距离位置自动监视维护。今天使用的几乎所有的交换机都是电子存储程序交换机。SPC系统需要的维护很少，并且需要的空间大大少于它们的机电式前身。SPC系统使电话公司能够提供今天使用的大量服务，如三方通话、呼叫等待、主叫方识别、呼叫转移、内部呼叫、速拨、返回呼叫、自动重拨和呼叫跟踪。电子交换系统已经从1号ESS发展到5号ESS，这是由Bell System公司开发的最先进的数字交换机。

自动中心局交换机为全自动中心交换局铺平了道路，它允许世界上任何地方的呼叫方直接给世界上其他任何人打电话。自动中心交换局把电话号码解释成PSTN上的地址。网络将自动查找被叫号码、测试它的可用性，然后完成呼叫4。

电路、电路交换机和电路交换电路仅仅是通过其传播语音、数据或视频信号的路径。在远程通信术语中，电路是源和目的地之间(即主叫方和被叫方之间)的路径。电路有时称为线路(如电话线路)。电路交换机是允许电路相互连接的可编程矩阵。电话公司电路交换机把输入回路或中继电路互连到输出回路或中继电路上。交换机能够把与它连接的任何电路互连到其他任何与它连接的电路上。因此，这个交换过程称为电路交换，公用电话网络因此被认为是电路交换网络。电路交换机是透明的。也就是说，它们互连电路时不改变电路上的信息。执行了电路交换操作以后，透明的交换机仅仅是在两个电路之间提供了连续性4。

本地电话交换局和通话区电话交换局被战略地安置在一个城市的四周，以便订户位置和交换局之间的距离最小，同时最优化与任何一个交换局连接的站的数量。交换局覆盖的服务区域的规模取决于订户密度和订户的呼叫模式。目前，美国有20000多个本地交换局。

直接与本地回路连接的交换局被适当地称为本地交换局。由于本地交换局位于其服务区域的中心，所以它们经常被称作CO(中心局)。本地交换局可以直接互连其本地回路连接到同一个本地交换局的任意两个订户。图8(a)示出了一个有6部电话与其连接的本地交换局。注意，这6个电话号码全都以87开头。这个本地交换局的一个订户只需拨打另一个订户的7位数字电话号码，就可以呼叫这个订户。交换机将执行完成呼叫所需的所有测试和交换操作。在单个本地交换局内完成的电话呼叫称为局内呼叫(有时称为交换机内呼叫)。图8(b)示出了如何通过公用本地交换机互连由同一个交换局服务的两个站(874-3333～874.4444)。

在人工接线板时期，为了区分一个本地交换局与另一个本地交换局中的电话号码，并且为了使人们更容易记住电话号码，每个交换局都起了一个名字，如Bronx、Redwood、Swift、Downtown、Main等。电话号码的头两个数字来源于交换局名字的前两个字母。为了使名字与拨号电话相适应，从2到9的每个数字都分配有3个字母。最初，只分配了26个字母中的24个字母(没有包括Q和Z)；但是，为了满足电话号码个性化的需要，现代的电话分配了所有26个字母(数字7和9都分配有4个字母)。作为一个示例，Bronx交换局中的电话号码以27开头(电话拨号盘上的B相当于数字2，R相当于数字7)。使用这个系统，7位数字的电话号码就可以提供100 000个电话号码。例如，分配给Bronx交换局的电话号码是270-0000~279-9999。同样可以给Redwood交换局分配100 000个电话号码(730-0000~739-9999)4。

本词条内容贡献者为:

吴晨涛 - 副研究员 - 上海交通大学