電話交換

電話交換技術的進步經歷了人工交換、機電交換、電子交換和程控數字交換4個主要階段。

人工交換是一種通過電話交換員手動完成通話雙方線路接續的交換方式。用户話機分為磁石和共電兩種，磁石話機需要用户自備乾電池，共電話機由交換機統一供電。每個用户線在人工交換台設有一個塞孔（固定不動）和一個帶插頭的塞繩（可拉出伸長）。當某用户作為主叫時，通過本話機告知話務員被叫號碼或姓名，話務員把主叫用户的塞繩拉出插接到要通話的對方塞孔中，並向對方振鈴叫出對方完成通話；當某用户作為被叫時，主叫方的塞繩就會由話務員插接到己方塞孔上，完成雙方通話迴路的連通。人工交換機最早出現於1878年，由於它是以人作為交換動作的控制沒備，因此轉接效率低、速度慢、勞動強度大，是一種最原始的交換方式。

機電交換是利用電磁機械動作來控制通話雙方線路接續的一種自動交換方式。1891年，美國人阿爾蒙·B·史端喬發明了“步進制自動電話接線器”。1892年，用這種接線器製成的“步進制自動電話交換機”正式投入使用。步進制電話交換機依靠用户話機的撥號脈衝來直接控制機械繼電器的吸合，使接線器的接線端子爬升、旋轉，從而完成線路觸點的接通。這種機械式的交換方式機件磨損大、壽命低、噪聲大，但它畢竟實現了機械代替人工的操作。

1919年，瑞典人帕爾姆格倫和貝塔蘭德發明了“縱橫制接線器”。以縱橫制接線器生產的縱橫制交換機於1926年首先在瑞典投入使用。縱橫制交換機依靠用户撥號，通過一個公共控制設備（記發器和標誌器）間接地控制接線器的動作。這個公共控制設備的功能類似於人工交換中的話務員，負責接收用户的撥號，並進行存儲、計數、轉發等工作。相比步進制交換方式，縱橫制交換機的機械動作少了很多，而且採用耐磨貴重金屬製作接觸點，因此動作噪聲小、磨損和機械維修工作量也小，工作壽命也大大延長。

20世紀40年代以後，隨着半導體電子技術的發展，電話交換機開始了由機電交換階段逐步向電子控制階段轉換的過程。交換機的邏輯控制部分採用半導體器件實現起來較為容易，因而首先被電子元器件所代替。但線路接續部分受當時技術水平的限制，很難找到一種電子開關能比機械金屬觸點的電阻更小並且成本更低的接線器。雖然後來出現了接線速度能夠與電子元器件相近的幹簧接線器，但仍然屬於一種半電子或準電子式交換機。

1965年，由美國貝爾公司研發成功的第一台程控交換機No.1問世。這是首次採用存儲程序控制技術實現的電話交換系統。但該系統傳輸的是模擬語音信號，線路的接續部分採用的仍然是空分交換方式。所渭空分交換是指通話雙方的線路接通後直到通話完成為止，線路始終處於物理接通狀態，通話完成後還要在物理上拆除連接，恢復原始狀態。

1970年，法國拉尼翁開通了第一台真正意義上的程控數字電話交換機E-10。其控制部分直接由計算機完成，而接續部分則完全實現了PCM數字語音編碼信號的時分交換。

進入20世紀80年代以後，程控數字電話交換機逐漸在世界範同內普及，併成為電話交換通信系統的主流。如今，程控數字電話交換網已經發展成支持非話業務的綜合業務數字網，伴隨着計算機網絡技術和專用集成電路的進步，逐漸與分組交換網融合在一起，形成具有高度可靠性和靈活性的數字通信網。具有軟交換特色的交換網成為下一代網絡（NGN）的核心概念，並逐漸被越來越多的客户和運營商所接受。 ^[2] 

通信是人與人之間通過某種介質進行的信息交流與傳遞。從廣義上説，無論採用何種方法，使用何種介質，只要將信息從一地傳送到另一地，均可稱為通信。當傳輸介質採用電信號時，稱為電通信，簡稱為“電信”。

公元968年，我國發明瞭一種稱為“竹信”的東西，它由兩個小竹筒和連接它們的繩子組成。使用竹筒，一方可以聽見另一方小聲説話的聲音。竹信被認為是電話的雛形。19世紀30年代，人們開始探索利用電磁現象來傳送音樂和話音。1876年，美國人貝爾發明了電話。1877年，在波士頓架設的第一條電話線路溝通了查爾斯·威廉斯先生的各個工廠以及他在薩默維爾的私人住宅。同年，有人第一次用電話給《波士頓環球報》發送了新聞消息，從此開始了公眾使用電話的時代。

電話通信的最基本原理就是每個用户使用一部電話機，用導線將電話機連接起來，通過聲電轉換，使兩地用户可以互相通話。如果三部電話機彼此間要成對通話，則需要用三對線將它們分別連接起來。以此類推，若有Ⅳ部電話，則就需要N(N-1)/2對連線，才能使N部電話機間任意成對通話。

不難看出，當電話機很多時，所需的連接線數量非常大。這不僅降低了網絡線路利用率、增加了建設投資，而且電話機與大量連線相接在實際工程安裝中也是很難實現的。此時可在用户分佈密集中心處安裝一個公共設備，任意兩個用户通話時，均由公共設備實現連通。通話結束後再將線路拆除，以備其他用户使用。這個公共設備就是電話交換機。 ^[3] 

電話交換曼完成任意兩個用户之間的通話接續，為此，交換機一般需要具備如下功能：

(1)及時發現用户的接入請求。

(2)根據用户撥號，控制、建立和拆除主、被叫之間的接續。

(3)支持多用户同時接續並且互不干擾

(4)根據用户的不同業務需求提供不同的交換業務，如轉移呼叫、呼出限制等。

交換機可以控制的呼叫類型包括：本局呼叫、出局呼叫、入局呼叫和轉接呼叫。本局呼叫是指本局用户之間的接續；出局呼叫是指本局用户與出中繼之間的接續；入局呼叫是指入中繼與本局用户的接續；轉接呼叫是指人中繼與出中繼之間的接續。

根據上述功能要求可以得出電話交換的功能模型，其中終端接口模塊用實現交換機與外部設備的連接，其功能分為兩部分，一部分與本地用户設備連接，另一部分與其他交換機通過中繼線連接。接續功能模塊用於完成任意兩個用户之間的接續通路，控制功能模塊則控制建立或拆除接續。 ^[2]