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電話交換機(でんわこうかんき)とは、電話回線を相互接続し電話網を構成するための交換機である。2000年代に入り、VoIPへの置き換えが開始されたため、日本ではNTTなど電気通信事業者(キャリヤ)向けの電話交換機はほとんど製造されていない。事務所や工場などの内線電話用(自営設備)の構内交換機は現在も製造されている。

手動交換機からクロスバー交換機へ、さらにデジタル交換機に至るまでの間、交換機は段階的に、かつ大幅に小型化された。そして、従来交換機が陣取っていた局舎内のスペースは空きスペースとなり、現在はコロケーション(co-location=共同の設置場所)スペースとして、ADSL等の他社通信事業者などに貸し出されている。

◆ 交換機間の情報伝送方式

電話番号・輻輳処理・料金計算などのための交換機間の情報伝送方式には、次のようなものがある。

◇ 共通チャネル形信号方式

通話チャネルと同じ伝送路に多重化された別のチャネルで制御信号を送受信するものである。ISDNのDチャネルを用いる場合、「Dチャネル共通線信号方式」と呼ばれる。

遠隔多重加入者線伝送装置(Remote Subscriber Line Terminating Module)・内線電話交換機と加入者交換機との間に用いられている。

  特徴

・同じ伝送路を用いるため低コスト化が可能である。

・制御チャネルが多数の通話チャネルで共用できる。

◇ 共通線信号方式

制御信号を、通話路とは物理的に別の伝送路で、送受信するものである。事業用のデジタル交換機・電子交換機相互間で用いられている。

  特徴

・制御線が多数の通話路で共用できる。

・個別線信号方式と比較して多くの情報のやり取りができ、多機能化が可能である。

・物理的に別の伝送路を用いるため管理が煩雑である。

・通話路の断絶時でも接続操作が行われて課金される可能性もある。

◇ 個別線信号方式

通話路と同じ伝送路で制御信号を送受信するものである。多周波数(Multi Frequency)信号が事業用クロスバー交換機相互間に、DTMF・モデムを用いるものが内線電話交換機と加入者交換機との間に用いられていた。デジタル交換機に置き換えが完了して以降は使われていない。

  特徴

・共通線信号方式と比較して単純な情報のやり取りしかできない。

・物理的に同じ伝送路を用いるため管理が単純である。

・通話路の断絶時は接続操作が行われない。

・音声信号を用いるため交換機などの不正操作が行われる場合がある。

◆ デジタル交換機

デジタル交換機は、制御信号や通話信号を全てデジタル信号で処理し中継交換するものである。ISDN網の構築に用いられている。

電子交換機(後述)は、通話信号をアナログのまま処理していたが、デジタル交換機はPCM伝送される通話信号をPCMのまま交換することに最大の特色がある。

1980年前後に各国で開発が発表され、順次導入されていった。日本では、1982年に東京の大手町局において運用が開始され、以降、2000年代に至っても、なお主力の交換機として活躍している。

◇ 制御方式

  中央処理

電子交換機と同じく、ソフトウェアを書き換えるだけで機能の追加を行うことの出来る蓄積プログラム方式である。各機能を処理するため、優先順位つきの時分割多重化処理が行われている。

  保守運用

自動故障検知・予備系切替えが行われる。遠隔保守・統計機能などのオペレータ向けヒューマンマシンインターフェースも充実している。

  信号処理

通話路の監視・信号の処理、呼び出し音・話中音などの音声信号の発生をデジタル回路で行っている。

◇ 通話路

通話路制御方式として、時分割(Time Division)が用いられる。時分割により多重化された伝送路をハイウエイ(High Way)と呼び、回線交換操作に時間スイッチと空間スイッチとが用いられる。

・時間スイッチ(Time Switch) : 時分割多重化された信号を一時的に半導体メモリに蓄え、時間的位置を入れ替えることで交換操作を行う。

・空間スイッチ(Space Switch) : イメージとしては物理的なスイッチやセレクタに近い。入力された信号を時間位置ごとに別の出力回線に振り分けることで交換操作を実現する。

通話路スイッチを多段構成する場合は、多重化されるチャネル数が増大するにつれて網の使用能率が上昇するTST(時間SW-空間SW-時間SW)の構成が用いられる。

◇ 特徴

・完全にデジタル化されているため伝送・交換による音質などの低下が少ない。

・回線交換部分を含めて集積回路化され機械動作部分が少ないため信頼性が高く、低消費電力である。

・RSBM・RTを用いた時分割多重化による集線で、伝送路の有効利用が可能である。

・デジタル回路になった通話路スイッチからは大電力を供給できないため、各加入者線に個別にBORSCHT機能(B:Battery Feed(電力供給)、O:OverVoltage Protection(過電圧保護)、R:Ringing(呼出信号送出)、S:Supervisor(監視)、C:Codec(符号化/復号)、H:Hybrid(2線-4線変換)、T:Test(加入者試験))を持たせている。

◇ 交換機形式

D60形 ,改D60形、D70形,改D70 DMS-10形 DMS-100形 など

◆ ATM交換機

ATM交換機は音声や動画、FAX等の情報を非同期転送モードにより同じ回線で送ることが出来る。従来の交換機技術の延長で開発された。一時期は次世代の主流になると期待されたが、ルーターを介したIPベースの通信網の方が優れていたため広範な普及には至らず現在では限定的な普及に留まっている。

◆ 電子交換機

電子交換機は、それまでのクロスバー交換機やステップバイステップ交換機(後述)といった電磁機械的制御と異なり、制御回路にマイクロプロセッサ等の電子回路を利用する交換機である。ただし、情報は依然としてアナログ信号で中継交換されていた。

クロスバー交換機との最大の違いは、布線論理(ワイヤードロジック)からソフトウェア制御になったことであるが、扱う信号はアナログ信号のままであるため、通話品質がクロスバーと比較して向上したとは言い難い。

米国のベル研究所によって開発され、1965年に公衆交換電話網用として実用化、日本では1972年にD10形交換機が銀座局などで運用を開始した。

◇ 制御方式

  中央処理

実質的にはコンピュータそのものであり、蓄積プログラム制御されている。ソフトウェアを書き換えることで機能の追加改訂を行うことが出来る。

  入出力

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