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2026-10-07 14:52:02

局间中继与电路复用如何工作?E1/T1、TDM与SDH原理

局间中继用于连接不同电话交换局,传统数字电话网通过TDM将多路64kbit/s语音复用到E1或T1中继,再通过SDH等传输网络汇聚。解析E1时隙、信令、STM-1及与SIP中继的关系。
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局间中继与电路复用如何工作?E1/T1、TDM与SDH原理

一个电话交换局只能直接管理本局用户。主叫和被叫位于不同交换局时,两台交换机之间还需要一条能够承载多路电话的通信通道,这类连接通常称为局间中继。

早期数字电话网如果为每一通电话单独铺设一条物理线路,交换局之间需要大量电缆和接口,成本和维护压力都会迅速增加。因此,数字电话系统利用时分复用(TDM)把多路64kbit/s PCM语音安排到不同时间位置,在一条数字中继上同时传送多路电话。

E1、T1和后来的SDH正是在这个背景下形成的。它们解决的重点不是电话该拨什么号码,而是多路已经数字化的语音和相关信令怎样高效地在交换局与传输网络之间传送。

局间中继连接的是哪些通信设备

在传统PSTN中,用户电话先接入本地交换机。如果被叫也属于同一个交换局,交换机可以在局内建立连接;如果被叫位于其他交换局,则需要选择相应的局间中继,把呼叫送到下一个网络节点。

一个简化的电话路径可以表示为:

用户A → 本地交换机A → 局间中继 → 交换机B → 用户B

局间中继承担的是交换设备之间的大容量传输,不是一根中继只服务一个用户。传统数字电话网络通常把多路PCM语音复用在E1、T1等数字接口中,使几十路电话可以共享一条数字传输链路。

这里还需要区分语音承载和呼叫信令。语音占用数字话路时隙,而号码、占用、应答、释放等控制信息可以采用随路信令,也可以采用SS7等共路信令网络传送。因此,“交换机之间的所有信令和语音都固定走同一个E1时隙”并不是通用结论。

两个电话交换局通过E1或T1数字局间中继连接并承载多路语音的示意图

TDM怎样让多路电话共享一条数字中继

传统电话语音经过PCM处理以后,典型一路语音的基本数字速率为64kbit/s。其来源是8kHz采样频率,每个样值采用8bit编码:

8000次/秒 × 8bit = 64kbit/s

关于模拟语音怎样经过采样、量化和编码形成64kbit/s PCM数据,可以参考PCM是什么?VoIP语音的采样、量化与G.711编码原理。

如果有32个这样的64kbit/s时隙,把它们按照固定时间顺序循环发送,就可以形成:

32 × 64kbit/s = 2048kbit/s

也就是2.048Mbit/s的E1基本速率。

TDM的关键不是“把32路声音混在一起”,而是给不同数字通道分配固定的时间位置。接收端按照同样的时钟和帧结构,就能够从复合数据流中重新分离出各个时隙。

所以在传统数字电话网络中,一条高速数字线路看起来是一串连续比特,实际上内部按照帧和时隙组织着多路独立电话业务。

E1的32个时隙分别承担什么任务

E1的基本帧速率为2.048Mbit/s,每帧包含32个时隙,编号为TS0到TS31,每个时隙传送8bit数据。

其中TS0并不是普通语音时隙,主要用于帧定位、告警、CRC以及同步等相关管理信息。因此,不能把“32个时隙”直接理解成“固定32路电话”。

TS16在传统电话网中经常用于信令,但具体使用方式取决于中继采用的信令体系。

例如采用信道随路信令时,TS16可以承载相应信令信息;在E1 ISDN PRI中,常见结构为:

30B + D

即30个B信道用于业务,1个D信道用于信令,再加TS0承担帧结构相关功能。

如果采用SS7等共路信令,信令也可以通过独立的信令链路或相应时隙承载,此时语音与信令的分配方式会与传统CAS不同。

E1的32个64kbit每秒时隙以及TS0、TS16和业务时隙分配示意图

E1和T1为什么不是同一种数字中继

E1和T1都属于早期数字电话网络中的一次群数字传输体系,但两者采用不同帧结构和基本速率。

项目 E1 T1
基本速率 2.048Mbit/s 1.544Mbit/s
基本64kbit/s通道 32个时隙 24个DS0通道
主要使用区域 欧洲、中国及大量其他地区 北美等地区
典型电话应用 数字中继、PRI、PCM传输 数字中继、PRI等

T1包含24个64kbit/s DS0通道,这24路本身合计1.536Mbit/s,再加帧定位等开销后形成1.544Mbit/s线路速率。因此不能把T1简单写成:

24 × 64kbit/s = 1.544Mbit/s

因为这个乘法实际只得到1.536Mbit/s。

E1与T1的区别主要来自不同地区形成的数字传输体系。对于现代企业VoIP用户来说,日常不一定直接接触这些结构,但在连接传统PBX、运营商数字中继、PRI线路和数字语音网关时仍然会遇到E1/T1接口。

局间信令为什么不一定和语音走同一通道

两台交换机建立电话时,不只是传送语音,还要交换大量控制信息,例如:

  • 主叫号码和被叫号码;
  • 线路占用;
  • 被叫振铃;
  • 用户应答;
  • 呼叫释放;
  • 计费及其他网络控制信息。

早期系统可以采用随路信令,把每路电话的控制信息与对应话路紧密绑定;数字网络发展以后,又广泛采用共路信令,把大量呼叫的控制信息集中到专门的信令链路中传输。

SS7就是典型的共路信令体系。此时语音可能仍然通过E1/TDM中继传送,而呼叫建立和路由所需的信令则通过独立信令网络交换。

所以分析一条传统数字中继时,需要先确认:

  • 它主要承载语音还是也承担信令;
  • 采用CAS、PRI还是SS7等控制方式;
  • TS16是否被用于信令;
  • 信令是否通过独立链路传输。

不同系统的E1接口外观看起来可能相同,但实际时隙和信令配置不一致时,并不能直接互通。

多条E1怎样进入SDH的STM-1

交换局规模继续增加以后,只使用一条条E1传输并不方便。几十路甚至数百路E1需要进一步汇聚到更高速的光传输网络中。

SDH(Synchronous Digital Hierarchy,同步数字体系)就是传统电信传输网络中非常重要的一套同步光传输技术。

SDH最低的基本传输等级之一是STM-1,其线路速率为:

155.52Mbit/s

E1信号进入SDH后,并不是直接把“2.048Mbit/s × 63”简单相加到155Mbit/s。SDH需要经过标准化的容器、虚容器、支路单元和复用结构完成业务映射,同时STM-1自身还包含段开销、指针和管理信息。

典型E1映射关系可以概括为:

E1 → C-12 → VC-12 → TU-12 → TUG → VC-4 → STM-1

通过这套复用层级,一个STM-1中最多可以映射63路E1业务。

多路E1通过VC-12和SDH复用结构映射进入STM-1光传输网络的示意图

如果需要进一步了解SDH帧、VC、指针和复用关系,可以参考时分复用光纤通信系统—SDH光纤通信系统。

波分复用(WDM)又是另一种维度的复用技术。TDM是在时间上复用多个数字通道,而WDM是在同一根光纤上使用不同光波长承载多路高速光信号。它并不是简单把STM-1“再合成1G或10G”,而是可以同时传输多路不同波长的SDH、OTN、Ethernet等光业务。

传统E1中继与今天的SIP中继有什么关系

现代企业电话和运营商语音网络已经大量采用IP承载,因此局间或企业外线不再一定使用传统TDM E1。

例如SIP Trunk可以直接通过IP网络承载多路电话会话:

IP PBX → SIP Trunk → 运营商IP语音网络

与E1不同,SIP中继没有“固定30个或31个64kbit/s语音时隙”这种物理结构。并发呼叫数量更多由SIP账号、运营商授权、网络带宽、媒体编码和平台处理能力决定。

但大量旧PBX、程控交换机和行业通信系统仍保留E1/PRI等数字中继接口,所以新旧网络之间常需要数字中继网关进行转换:

传统PBX / E1 → 数字中继网关 → SIP / RTP → IP PBX或SIP服务器

网关一侧终接E1/TDM时隙和相应信令,另一侧把呼叫转换为SIP会话,并利用RTP在IP网络中传输实际语音。

这也是今天理解E1/T1仍然有实际价值的原因:它们虽然来自传统数字电话网络,但在PSTN迁移、旧PBX改造、数字中继网关和运营商语音互联中仍然可能存在。

科能融合现有数字中继与SIP中继网关用于传统数字语音接口与IP语音网络之间的接入;具体采用E1、PRI、SS7或SIP,应根据原有交换机接口和运营商线路条件确定。

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