Bài giảng chuyển mạch CHUONG

Chương 2: Kỹ thuật truyền dẫn số
I.

TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ

1. Giới thiệu
2. Tín hiệu tương tự và truyền dẫn số
Truyền dẫn số về cơ bản có nghóa là gởi một
chuỗi các kí tự bao gồm các số 0 và 1 từ một điểm
này tới một điểm khác. Do bởi tiếng nói là tín hiệu
tương tự, liên tục theo thời gian do đó ta phải biến đổi tín
hiệu tương tự thành tín hiệu số. Quá trình này được gọi
là điều chế mã xung (Pulse Code Modulation _PCM).
PCM bao gồm 3 bước chính:
• Lấy mẫu (Sampling).
• Lượng tử hoá (Quantization).
• Mã hoá (Coding).
Ta xem xét khái quát về 3 bước này.
 Lấy mẫu
Lấy mẫu tín hiệu tương tự có nghóa là ta đo tín hiệu
tại những thời điểm nào đó. Mỗi giá trò đo được gọi là
một mẫu và các lần đo được lặp lại sau những quãng
thời gian xác đònh, gọi là chu kì lấy mẫu T s [s]. Chất
lượng của việc số hoá tín hiệu tương tự (tức là khả
năng phục hồi lại tín hiệu đã số hoá có giống như tín
hiệu tương tự ban đầu hay không) phụ thuộc vào nhiều
yếu tố, trong đó yếu tố quan trọng là chu kỳ lấy mẫu
fs = 1/Ts [Hz].

Ts

Tín hiệu tương
tự

Lấy mẫu

Tín hiệu sau khi
lấy mẫu

Hình 1.6 Lấy mẫu tín hiệu tương tự
-15-


Khi lấy mẫu thì tần số lấy mẫu phải thoả mãn
đònh lý lấy mẫu là fs >= 2.fm
Trong đó fs là tần số lấy mẫu, f m là tần số lớn
nhất của tín hiệu.
Tiếng nói thông thường có các thành phần tần số
nhỏ hơn 3000 Hz. Các thành phần tần số cao hơn có
năng lượng khá nhỏ và có thể bỏ qua mà không ảnh
hưởng nhiều đến chất lượng của tiếng nói. Do đó tần
số lấy mẫu fs >=2*3KHz=6KHz. Các hệ thống viễn
thông sử dụng tần số lấy mẫu là 8KHz.
 Lượng tử hoá
Để giới hạn các giá trò được truyền đi, biên độ tín
hiệu được chia thành một tập hữu hạn các mức. Mỗi
mẫu thuộc một khoảng nào đó được biểu diễn bởi
một trong các mức này. Trong hình vẽ biểu diễn nguyên
lý lượng tử hoá tín hiệu tương tự, mẫu thực sự và giá
trò được lượng tử hoá. Hình vẽ cũng biểu diễn nguyên
lý lượng tử hoá đồng đều (uniform) được sử dụng trong

hệ thống GSM. Khoảng cách giữa các mức là không
đổi. Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng sử dụng
quá trình lượng tử hoá luật A, trong đó khoảng cách
giữa các mức thay đổi. Điều này tối ưu được sự chính
xác tại các mức biên độ khác nhau.
Mức độ chính xác phụ thuộc vào số các mức được
sử dụng. Trong các hệ thống điện thoại thông thường
sử dụng 256 mức trong khi hệ thống GSM tín hiệu được
lượng tử hoá bởi 8192 mức.
Rõ ràng, với một số hữu hạn các mức, ta không
thể biểu diễn chính xác tín hiệu tương tự, liên tục. Trong
hầu hết các trường hợp sẽ có một sự sai khác giữa
giá trò lấy mẫu và giá trò lượng tử hoá. Chúng ta có
trò lấy
Giá
thể giảmqsai Giá
số lượng
tử hoá
khi trò
tănglượng
số các mức rời
7
mẫu
tử
hoá
rạc nhưng cũng không thể loại bỏ toàn bộ.
•
 Mã hoá
D=Sai số lượng tư û
q6

•
•
Mỗi giá trò lượng tử hoáhoá
được biểu diễn bởi một
q5
mã nhò phân.
Để biểu diễn cho 256 mức, ta sử dụng 8
•
bit (28=256). Trong hệ
thống GSM,
để biểu diễn 8192 mức
•
q
13
4
thì ta sử dụng
13 bit (2 =8192).
•
T
a
q3
q2
q1
q0

• 2Ts 4Ts
8Ts

6Ts
-16-

Time


Hình 1.7 Lượng tử hoá đồng đều
Quá trình điều chế mã xung PCM bao gồm lấy mẫu
tại 8KHz và thực hiện lượng tử hoá cũng như mã hoá
sử dụng 8 bit, tạo ra tốc độ bit (bit rate) là 8000*8=64
Kbit/s.
Một đường liên kết số được sử dụng để truyền
các bit này gọi là đường liên kết PCM. Để sử dụng
đường liên kết hiệu quả hơn, nhiều kênh truyền sẽ
được ghép lên trên cùng một đường liên kết. Kó thuật
được sử dụng là Đa truy nhập theo thời gian TDMA và có
nghóa rằng nhiều kênh truyền sẽ cùng chia xẻ một
đường liên kết. Mỗi kênh sử dụng đường liên kết trong
một khoảng thời gian nào đó được gọi là khe thời gian.
Hình 1.8 trình bày việc ghép 32 kênh lên cùng một
đường liên kết PCM. Tốc độ bit trên đường liên kết sẽ
là 32*8*8000=2048 Kbit/s.

Ch
0

Samp
Coding

Quant.

64

kbit/s

Ch
1

Samp
Coding

Quant.

64
kbit/s

Ch
31

2048
kbit/s
32
channels

Samp
Quant. 64
kbit/s
Coding
Hình 1.8 Ghép 32 kênh lên một đường PCM.

-17-

32 kênh này hình thành nên một frame như trong hình
1.9. Kênh 0 được sử dụng cho việc đồng bộ, kênh 16 sử
dụng cho việc báo hiệu. 30 kênh còn lại sử dụng cho
việc lưu thông (thoại hoặc dữ liệu).

-18-


Synchronizati
on
0
Speech
channel
1-15

Signaling
15
17

16

31
Speech
channel
16-31

Hình 1.9 Một khung với 32 khe thời gian

II. Kỹ thuật khép kênh
Nguyên lý của ghép kênh PDH (Plesiochochronous Digital

Hierarchy):
Hoạt động của bộ ghép kênh:
Bốn tín hiệu ngõ vào với cùng một tốc độ
ở bên phát sẽ được ghép kênh để tạo thành
một đường truyền tín hiệu tốc độ cao(4  1). Sau
đó tín hiệu sẽ được chuyển mạch đến bên thu
thông qua đường truyền dẫn.
Hoạt động của bộ phân kênh :

Ở bên thu, tín hiệu trên đường truyền tốc
độ cao sẽ được phát lại lần nữa ở đầu ra.
-19-


Các tiêu chuẩn của PDH:
Các cấp truyền dẫn số cận đồng bộ đang
tồn tại theo nhiều tiêu chuẩn khác nhau : Châu
Âu,Bắc Mỹ, Nhật và CCITT. Theo tiêu chuẩn Châu
Âu , muốn có một luồng số cao hơn phải ghép 4
luồng thấp hơn với nhau (Hình 1.1).

Hình 1.1 : Phân cấp số cận đồng bộ của
Châu Âu
Bốn cấp truyền dẫn đầu tiên của Châu Âu
được CCITT công nhận làm tiêu chuẩn quốc tế.
• Tiêu chuẩn của Nhật như hình 1.2

Hình 1.2 : Phân cấp số cận đồng bộ
của Nhật
• Tiêu chuẩn của Bắc Mỹ như hình 1.3

-20-


Hình : Phân cấp số cận đồng bộ của Bắc Mỹ
Ưu và nhược điểm của hệ thống ghép kênh PDH:

-

Ưu điểm:
Dung lượng kênh cao, chất lượng tốt.

- Nguyên tắc ghép kênh theo cấp bậc cho phép
ghép các luồng số chặt chẽ.
- Cấu trúc hệ thống đơn giản , công nghệ chế tạo
hoàn chỉnh , giá thành sản phẩm thấp.
 Nhược điểm:
-

Không đồng bộ tuỳ thuộc vào tốc độ
truyền dẫn ,dung lượng kênh , khung thời gian giữa
các cấp ghép kênh theo các hệ thống Châu Âu,
Bắc Mỹ, và Nhật Bản.

-

Việc ghép và phân kênh diễn ra theo
từng cấp.

-

Đặc biệt với những trạm chuyển tiếp
theo mô hình rớt (drop) hoặc xen (Add) kênh thì phải
sử dụng hai hệ thống thiết bò cho hai hướng không
kinh tế như mô hình sau:

-

Nếu có từ ba hướng trở lên thì việc
thiết kế vô cùng phức tạp.

-21-


-

Không linh hoạt trong việc truy xuất cũng
như ghép các loại luồng số trong quá trình liên lạc.

-

PDH được thiết kế chủ yếu cho các dòch
vụ thoại , do đó khó đáp ứng được với các loại
dòch vụ mới.

-

Không đồng nhất giữa các hệ thống
về tốc độ truyền dẫn , do đó khó khăn trong
việc liên lạc giữa các quốc gia dùng các hệ

thống thuộc các cấp độ khác nhau.

-

Do việc ghép kênh và phân kênh diễn
ra theo từng cấp số nên số lượng bộ kết nối
(connector), dây feeder để nối kết rất lớn dẫn
đến suy hao tín hiệu gay phức tạp và làm tăng
giá thành.

-

Khó quản lý phần mềm tập trung vì
không có các bit trong cấu trúc khung để dành
cho việc quản lý.
Vào những năm 1980, các hãng sản xuất
thiết bò viễn thông đã nghiên cứu các tiêu
chuẩn mới để khắc ph5c các nhược điểm trên ,
và họ đã xây doing nên mô hình hệ thống ghép
kênh đồng bộ số SDH có tốc độ căn bản là 155
Mbps.

-22-