一百多年前，电话之父亚历山大·贝尔或许根本无法想象，手机如今已经成为人们日常生活必不可少的通信工具。但很多人不知道的是，手机的发展和普及其实离不开电话交换技术的更新迭代，今天就带大家了解一下电话交换技术的百年演进历程。
电话交换与电话交换机 在电话发明初期，通话主要是用点对点的直连模式用两根导线连接两组结构完全相同在电磁铁上装有振动膜片的送话器和受话器实现两端通话，缺点也很明显距离短效率低。 贝尔发明的电话机模型 随着社会需求的日益增长和科技水的不断提高，电话数量和通话距离也迅速增加，如果使用直连模式，所需的电话连接线路数量将十分庞大，这不仅会降低网络线路利用率增加建设投资，并且电话机与大量线路的相接在实际工程安装也很难实现。于是，人们就在用户分布密集心处安装一个公设备，当任意两个用户通话时，均由公设备实现连通，这个公设备就是早期的电话交换机，即通过电话交换机在两部或多部电话机之间临时接通通话电路，以实现电话用户之间通话的接续过程。使用电话交换机后，每一部电话机只需要一对传输线与交换机相连。 电话机点对点连接 电话机通过电话交换机连接 电话交换技术的发展和分类 电话交换技术分为人工交换和自动交换两大类，在技术的演进主要经历了四个阶段人工交换机电交换电子交换和NGN下一代网络。 人工交换 世界上最早的电话交换机于1878年问世，因在电话交换过程的接线拆线等作业完全由话员用手工操作完成，所以被称为人工交换机。人工交换机由用户线用户塞孔绳路塞绳和插塞和信号灯等设备组成。通信双方进行通话时，必须先与话员通话，再由话员续接，通信效率非常低。1882年，大北电报公司开设电话交换所，装置人工电话交换机一部，经营电话业，领土上的第一个电话交换所正式营业。 大北电报公司电话交换所的交换机及接线生 人工交换机对应用户使用的电话机，又分为磁石式和电式交换机。磁石式电话机因手摇发电机上有两块永久磁铁而得名，依靠用户自备电池供电，用手摇发电机发送呼叫信号。 磁石电话交换机优点是构造简单，易于生，价格低廉；缺点则是容量，使用不便，只适用于话不忙用户不多的地区。 美制三用磁石交换机 而电式电话交换机使电话机简化了结构，由电话局集供给用户通话电源，省去了电话机端的手摇发电机和干电池，用户拿起电话就可以呼叫。 电式人工电话交换机座席 作为早期的电话交换方式，人工交换主要依赖人作为交换动作的控制设备，因此转接效率低速度慢劳动强度大，有时还会出错。 机电交换 1889年，美一家殡仪馆的老板阿尔蒙 · B ·史端乔Almon B. Strowger偶然发现，电话局的话员不知是有意还是无意，常常把他的生意电话接到自己竞争者那里，致使他丢掉多笔生意。为此他大为恼火，发誓要发明一种不需要人工话员接续的自动接线设备。于是他潜心研究，终于在1891年3月获得了发明步进制自动电话接线器的专利权，并于1892年正式投入使用，这也标志着电话交换技术从人工时代迈入机电制的自动交换时代。 史端乔发明这种交换机设备之所以叫做步进制，是因为它依靠用户话机的拨号脉冲直接控制机械继电器的吸合，令接线器接线端升降及旋转，从而自动完成用户间的接续。例如，用户拨号1，发出一个脉冲所谓脉冲，就是一个很短时间的电流，这个脉冲使接线器的电磁铁吸动一次，接线器就向前动作一步。用户拨号码2，就发出两个脉冲，使电磁铁吸动两次，接线器就向前动作两步，以此类推。步进制电话交换机是最早使用机械代替人工操作的交换技术。 JZB步进制自动电话交换机选组器 1914年，美制成了运用记发器技术的旋转制自动交换机。不论是步进制还是旋转制，接线器均需要进行上升和旋转动作，噪声大，易于磨损，维护工作量大。 20世纪2080年代上海电话局使用的比利时生的7a1型旋转制交换机 1919年，瑞典工程师贝塔兰德和帕尔姆格伦同发明了一种纵横接线器的新型选择器，并为之申请了专利。1926年，在纵横连接器的基础上，世界上第一个大型纵横制自动电话交换机在瑞典松兹瓦尔市投入使用。纵横接线器由一些纵棒横棒和电磁装置构成，控制通过电磁装置的电流可吸动相关的纵棒和横棒动作，使得纵棒和横棒在某个交叉点接触，从而实现接线的工作。 步进制旋转制和纵横制同属于机电制自动电话交换机，相对于前两者，后者有了重要改进它利用继电器控制的压接触接线阵列代替大幅度动作的步进接线器，减少了磨损和杂音，提高了可靠性和接续速度；而它由直接控制过渡到间接控制方式，让用户的拨号脉冲不再直接控制接线器动作，而是先由记发器接收存储，然后通过标志器驱动接线器，完成用户间接续，提高了灵活性和控制效率，加快了通信速度。 我从20世纪50年代期开始研制纵横制电话交换机。1959年8月，由上海电信研究所上海自动电话厂和上海市市内电话局联合成功研制了纵横制电话交换机。这是我首部纵横制局用自动电话交换机，填补了我纵横制交换机生上的空白。同年12月16日，我自行研制的第一套1000门纵横制自动电话交换机在上海吴淞局开通使用。 HJ905型200门纵横制自动电话交换机 电子交换 20世纪40年代后，随着半导体电子技术的发展，电话交换机开始了由机电交换阶段逐步向电子控制阶段转换的过程。美贝尔公司于1965年5月研制的1号电子交换机首次采用存储程序控制的电子电话交换系统，这一成果标志着电话交换技术从机电时代跃入电子时代，使交换技术发生时代变革。 就控制方式而论，电子交换机主要分两类。一类为由布线逻辑控制的电子交换机，它用电子元器件代替原的半导体器件，基本上继承与保留了纵横制交换机的机械布控方式，其弊端是体积大业与维护功能低缺乏灵活性，因此它只是机电式向电子式演变历程的过渡性物，通常被称为准电子或半电子。第二类则是存储程序控制的电子交换机。这种交换机属于全电子型，它将用户的信息和交换机的控制以及维护管理功能预先编好程序存储到计算机的存储器内，被称为存储程序控制交换机，或简称为程控交换机。 程控交换机是由电子计算机控制的电话交换机。它利用电子计算机技术，用预先编好的程序控制电话的接续工作。按接续方式又分为空分和时分交换机。空分交换是指通话双方的线路接通后直到通话完成为止，线路始终处于物理接通状态，通话完成后还要在物理上拆除连接，恢复原始状态，空分交换机在话路部分传送和交换的为模拟语音信号，因而又称为程控模拟交换机。时分交换则在话路部分传送和交换的为数字语音信号，因而使用时分交换的交换机又被称为程控数字交换机。 1970年，法拉尼翁开通了第一台真正意义上的程控数字电话交换机E10。其控制部分直接由计算机完成，而接续部分则完全实现了PCM数字语音编码信号的时分交换，标志着交换技术从传统的模拟交换进入数字交换时代。随后世界各开始大力研发，直到80年代，程控数字电话交换机开始在世界上普及。 1982年，我福建福州引进并开通了日本富士通的F150万门程控电话交换机。很快，程控电话如星火燎原般出现在其他城市，一举改变了当时城市电话通信落后的现状，开创了我通信发展的新纪元。 福州电信局万门程控机房工作场景 福州万门程控交换机 20世纪90年代后，我逐渐出现了一批自行研制的大型容量的具有际先进水的数字程控局用交换机，以巨大华为代表，典型的如华为的C＆C08系列大唐的SP30系列兴的ZXJ系列巨龙的HJD04等，这些交换机的出现，表明在窄带交换机领域，我的研发技术已经达到了世界水。与此同时，伴随计算机的普及，互联网逐渐兴起并迅速发展扩大。 程控数字交换与数字传输相结合，构成了综合业数字网ISDN，它通过普通的铜缆，以更高的速率和质量传输语音和数据，不仅能实现传统交换机提供的基本语音通信业，还能实现传真数据图像信息等交换。随着技术的不断进步，电话交换技术由从空分变成了时分，再到频分波分，通信介质也由电缆转换为光缆。 NGN下一代网络 随着交换技术的发展及数据业的快速增长，电信网和电话交换机不再仅提供基本的语音通信业，而是出现多种多样的电信新业，需要服更多的数据传送。于是，进入21世纪后，传统电话交换机开始逐渐淘汰。2017年12月21日，电信最后一台程控交换机在上海退网，标志着程控交换退出历史舞台，并以全光网络全IP 组网开启高速新时代。 电信最后一台TDM交换机下电仪式 NGN，即Next Generation Network下一代网络，最显著的交换特点就是软交换技术，相对于硬交换，其交换机的体系结构开始从封闭的集成化架构向开放的分布式结构发展，软交换技术将呼叫控制媒体传输业逻辑相分离，各实体之间通过标准的协议进行连接和通信。简单说，它将不同的功能实体拆分开各司其职，灵活调度，有利于功能和容量扩展。从技术角度说，软交换技术是程控交换机技术发展的又一里程碑。如今，以语音为主的交换机，逐渐退居二线，而以数据业为主的分组交换机，慢慢占据主导地位。 IMSIP Multimedia Subsystem即IP多媒体系统也是一种全新的多媒体业形式，它能够满足终端客户更新颖更多样化的多媒体业需求，是解决移动与固网融合，引入语音数据视频三重融合等差异化业的重要方式。 2011年7月，电信通过部署IMS系统为包括上海山江苏浙江新疆和四川等六省份用户提供多媒体服，将语音视频和其他数据业等不同类型媒体整合到IP台上，迈出了网络IP化转型的坚实一步。 回顾通信的发展，每一次飞速进步都与信息技术的升级密切相关。从听得见到听得好，电话交换技术历经百年沧桑，不断更新换代，为人们带了更加高效稳定安全和丰富的信息服体验。展望未，期待交换技术出现更加颠覆性的突破，给人们的生生活带更多便利与机遇。 参考资料 1电信电话交换机大事简记，作者程京生； 2人民邮电报交换机技术的发展历程； 3鲜枣课堂通信交换的百年沧桑更新与迭代，从听的到到听的好； 4科普博览数字交换点滴时分多路通信程控交换技术。
