Tìm hiểu tổng quát về kỹ thuật thông tin số, tổng đài điện tử số SPC và đi sâu vào việc tìm hiểu hệ thống báo hiệu số 7 trong mạng điện thoại công cộng PSTN

Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp

Lời Giới Thiệu
Công nghệ viễn thông hiện nay đang là mục tiêu hàng đầu của mọi quốc
gia trên thế giới. Nó đợc coi là kết cấu cơ sở hạ tầng của nền kinh tế quốc dân.
Dịch vụ điện thoại quốc tế trớc kia đợc coi là xa xỉ thì ngày nay đà trở nên
thông dụng với hầu hết mọi ngời. Công nghệ và kỹ thuật hiện đại về viễn thông
ngày càng đợc phát triển và áp dụng rộng rÃi trong hầu hết các nớc. Mạng điện
thoại trớc kia chỉ sử dụng các tổng đài diều khiển bằng nhân công với kỹ thuật
truyền dẫn tơng tự thì nay đà đợc chuyển sang sử dụng các tổng đài điện tử
SPC (Stored Program Controled) với kỹ thuật truyÒn dÉn sè. Tõ khi kü
thuËt truyÒn dÉn sè ra đời đà thay thế hoàn toàn các kỹ thuật tơng tự do các
tính năng u việt của nó trong việc chuyển mạch, xử lý, truyền dẫn,... cùng với
việc phát triển hoàn thiện kỹ thuật thông tin số trong mạng thông tin toàn cầu
thì việc đa vào sử dụng và thay thế toàn bộ bằng các tổng đài điện tử số là
một bớc nhảy vọt trong hệ thống mạng điện thoại quốc tế. Đặc biệt là việc sử
dụng hệ thống báo hiệu số 7 (Hệ thống báo hiệu kênh chung) có tốc độ
cao, dung lơng lớn, độ tin cậy cao, tính kinh tế, tính mềm dẻo thay thế toàn bộ
hệ thống b¸o hiƯu cị hƯ thèng b¸o hiƯu R2 (HƯ thèng báo hiệu kênh
riêng) nhằm đáp ứng đầy đủ nhu cầu về các loại hình dịch vụ trong tơng lai nh
mạng điện thoại công cộng PSTN, mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN, mạng trí
tuệ IN, mạng thông tin di động số PLMN.
Trong thời gian làm đồ án của mình với nhiệm vụ:
Tìm hiểu tổng quát về kỹ thuật thông tin số, tổng đài điện tử
số SPC và đi sâu vào việc tìm hiểu hệ thống báo hiệu số 7 trong
mạng điện thoại công cộng PSTN.

Tôi đà trình bày thành ba phần chính là:
Phần I: Khái quát về kỹ thuật th«ng tin sè.

1


Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp

Phần II: Tổng quát về cấu trúc và chức năng của tổng đài
điện tử
số SPC.
Phần III: Tìm hiểu hệ thống báo hiệu số 7 trong mạng điện
thoại
công cộng PSTN.
Trong mỗi phần tôi đà cố gắng đi sâu, tìm hiểu và trình bày với tất cả sự
hiểu biết của mình. Nhng vì khối lợng công việc lớn, nội dung liên quan đến
nhiều lĩnh vực mới và thời gian thực hiện đồ án có hạn nên trong quá trình thực
hiện không thể tránh khỏi các sơ xuất. Vì vậy tôi rất mong nhận đợc sự góp ý
nhận xét của các thầy cô và bạn bè để giúp tôi hoàn thành công việc một cách
thành công nhất.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình, bảo ban chu đáo của:
thầy giáo: Vũ Đức Lý - cán bộ giảng dạy khoa điện tử - Viễn thông - Trờng đại
học Bách khoa Hà Nội đà giành nhiều thời gian quý báu hớng dẫn và tạo điều
kiện cho tôi hoàn thành nhiệm vụ của mình.

2


Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp
Phần I

Khái quát về kỹ thuật thông tin số.
Chơng 1
Cơ sở thông tin số
I. Sự phát triển của mạng viễn thông.
Lịch sử phát triển của mạng viễn thông gắn liền với sự phát triển của
mạng điện thoại và chuyển mạch điện thoại, trong vòng 35 năm trở lại đây đÃ
chứng kiến một sự phát triển vợt bậc của kỹ thuật chuyển mạch trên nền tảng
của cuộc cách mạng công nghệ, đặc biệt là sự phát triển của kỹ thuật số. ở
hầu hết các nớc, dịch vụ liên lạc đờng dài nay đà đợc tự động hóa, dịch vụ
điện thoại quốc tế trớc đây từng đợc coi nh là một dịch vụ xa xỉ thì nay đà trở
nên thông dụng với hầu hết mọi ngời.
Trong những năm 90 của thế kỷ XX, mạng viễn thông đà phát triển với
một tốc độ chóng mặt, sự phát triển này đà cho ra đời nhiều dịch vụ mới, từ
chỗ ban đầu chỉ có dịch vụ điện thoại công cộng với phơng thức chuyển mạch
cơ khí cổ truyền thì nay đà xuất hiện thêm rất nhiều dịch vụ mới đáp ứng nhu
cầu ngày càng cao của ngời tiêu dùng và đòi hỏi của xà hội.
Mạng viễn thông ngày nay bao gồm các ứng dụng sau:
Mạng thoại
công cộng
Thông tin thư
ơng mại

Mạng báo
hiệu

Mạng
thông minh

Mạng di
động
Mạng số đa
Dịch vụ

Hình 1: Các ứng dụng của mạng viễn thông.
Một điểm mới nữa trong sự phát triển của mạng viễn thông là thay đổi
quan điểm từ nút (Tổng đài) sang quan điểm về mạng trong lÜnh vùc ®iỊu
3


Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp

hành, bảo dỡng và phát triển mạng. Một cấu trúc mạng mới nh vậy dựa trên
sự tách biệt giữa phần chuyển mạch và dịch vụ, cho phép ngời điều hành
mạng và ngời cung cấp dịch vụ thêm vào và thay đổi các dịch vụ trên đờng
dây một cách linh hoạt và hiệu quả.
Nh vậy một mô hình mới cho mạng viễn thông ngày nay có cấu trúc:

Truy nhập

Dịch vụ
Chuyển mạch
Truyền tải

Cung cấp
điều hành

Hình 2: Mô hình mạng viễn thông ngày nay.
Sự phát triển của công nghệ có vai trò to lớn trong phát triển của mạng
viễn thông, tại lớp truyền tải có kỹ thuật SDH (Synchronous Digital
Hierarchy) cho phÐp thùc hiƯn viƯc ghÐp kªnh lớn và quy định các tiêu chuẩn
truyền đồng bộ trong m¹ng, hƯ thèng nèi chÐo sè DCC cho phÐp thùc hiện
việc ghép tách kênh đơn giản và sử dụng có hiệu quả dung lợng của tổng đài.
Tại lớp chuyển mạch và truy nhập những mạch điện truyền thống sẽ đợc thay
thế bởi phơng thức chuyển mạch gói nhanh và tin cậy thông qua phơng thức
truyền không đồng bộ ATM (Asynchronous Transfer Mode), hơn thế nữa kỹ
thuật truyền dẫn số tốc độ cao GHF mà không ảnh hởng đến nội dung truyền
dẫn.
II. Nguyên lý kỹ thuật truyền dẫn.
Truyền dẫn là chức năng truyền một tín hiệu từ một nơi này đến một
nơi khác. Hệ thống truyền dẫn gồm các thiết bị phát và nhận và phơng tiện
truyền cùng bộ lặp lại giữa chúng.
Thiết bị phát

Phương
tiện

Bộ lặp lại

Phương
tiện

Thiết bị nhận

Hình 3: Cấu hình của hệ thống truyền dẫn.
Thiết bị phát sẽ phát và truyền đi những tín hiệu đầu vào (tín hiệu gốc)

để truyền chúng một cách hiệu quả qua phơng tiện, thiết bị nhận tách ra
những tín hiệu gốc trong những tín hiệu nhận đợc Đồng thời bộ lặp lại xử lý
việc bù lại trong quá trình truyền. Các phơng tiện truyền bao gồm dây đồng
4


Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp

cáp đồng trục, radio, ống dẫn sóng và cáp sợi quang truyền dẫn bao gồm
phần truyền dẫn thuê bao nối liền máy thuê bao với tổng đài và phần truyền
dẫn tổng đài nối tổng đài. Truyền dẫn gồm truyền dẫn bằng cáp, truyền radio,
liên lạc vệ tinh, truyền tivi, liên lạc sợ quang ống dẫn sóng. Liên lạc dới đất
dùng bộ chuyển tiếp phục hồi sử dụng các phơng tiện truyền dẫn.
III. Đặc điểm truyền dẫn số.
Truyền dẫn số có nhiều u điểm hơn truyền dẫn tơng tự, nó chống tạp
âm và gián đoạn ở xung quanh tốt hơn vì có bộ lặp để tái tạo, cung cấp chất
lợng truyền dẫn tốt hơn bất kể khoảng cách truyền dẫn kết hợp đợc mọi
nguồn dịch vụ đang có trên đờng truyền dẫn số và truyền dẫn khi chuyển
thành tín hiệu số bất kể thông tin loại nào, tạo ra một tổ hợp truyền dẫn số và
tổng đài số. Nó cũng tạo ra sự kinh tế cho hệ thống vì những phẩn tử bán dẫn
dùng cho truyền dẫn số là những mạch tổ hợp số đợc sản xuất hàng loạt và
mạng liên lạc có thể trở thành rất thông minh vì thực hiện việc chuyển đổi tốc
độ cho các dịch vụ khác nhau, thay đổi thủ tục DSP ( Xử lý tín hiệu số),
chuyển đổi phơng tiƯn trun dÉn, v. v...
Tuy nhiªn trun dÉn sè cịng có những nhợc điểm nh dải tần công tác
tăng lên do viƯc sè hãa tÝn hiƯu cÇn cã bé chun đổi A/D, D/A và đồng bộ
giữa phát và thu, một thiết bị chuyển đổi cần có để kết hợp hệ FDM và hệ TDM
vì hệ thống số không tơng thích với các hệ thống hiện có trớc đây.

5


Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp
Chơng 2

Kỹ thuật PCM (Điều chế xung mÃ)
I. Cấu hình cơ bản của kiểu truyền tin PCM.
1. Nguyên lý cơ bản của kiểu truyền tin PCM.
PCM là phơng pháp chuyển đổi các tín hiệu tơng tự sang tín hiệu số
trong đó các thông tin chứa trong các mẫu của tín hiệu tơng tự đợc biểu diễn
bằng một từ mà dới dạng một chuỗi bit. Trớc tiên tín hiệu vào đợclấy mẫu
một cách tuần tự sau đó đợc lợng tử hóa trên trục biên độ. Các mức lợng tử
này đợc đa tới mạch mà hóa để tạo ra các dạng mà thích hợp tuỳ theo đặc
tính của đờng truyền dẫn và gửi tới các thiết bị đầu cuối qua đờng truyền.
Quá trình này đợc gọi là quá trình biến đổi A/ D hay gọi là điều chế. ở đầu
thu để khôi phục lại dạng tín hiệu ban đầu ngời ta tiến hành thực hiện các bớc
biến đổi ngợc lại với quá trình điều chế. Quá trình này gọi là biến đổi D/A
hay là dải điều chế.
Ưu điểm của loại truyền dẫn này là chất lợng truyền dẫn hầu nh không
phụ thuộc vào khoảng cách, mạng số rẻ, thích hợp trong các môi trờng truyền
dẫn, có thể truyền tiếng nói, dữ liệu, fax, telex, các tín hiệu tin tức truyền
hình. Vì là tín hiệu số, tín hiệu rời rạc nên nó chống đợc sự tích lũy nhiều
trên đờng truyền. Do sử dụng những bộ lặp tái tạo trên đờng truyền vì vậy
chất lợng thu của nó là tuyệt hảo.
2. Cấu hình cơ bản của kiểu truyền tin PCM.

Đầu vào
Tương tự

Lấy
mẫu

Tái
MÃ
Giải
tạo và
Hoá Đầu ra số trễ Đầu ra số MÃ

Hình 4: Cấu hình cơ bản của kiểu truyền tin PCM

6

Lọc

Đầu ra
Tương tự


Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp

II. Các quá trình cơ bản của phơng pháp PCM.
1. Lấy mẫu:
Lấy mẫu là quá trình biến đổi chuỗi tín hiệu liên tục thành các xung
PAM có chu kỳ xác định và biên độ thay đổi. Đây là bớc đầu tiên của kỹ

thuật biến đổi tín hiệu liên tục thành không liên tục. Kỹ thuật này phải theo
một quy luật sao cho tín hiệu rời rạc phải mang đầy đủ tin tức của tín hiệu tơng tự để có thể tái tạo một cách trung thực ở đầu thu.
Theo thuyết của Shannon các tín hiệu ban đầu có thể đợc khôi phục
khi tiến hành lấy mẫu trên các phần tử tín hiệu đợc truyền đi ở chu kỳ hai lần
nhanh hơn tần số cao nhất.
Quá trình lấy mẫu đợc nhà bác học ngời Nga Kachenhicop phát biểu
thành định luật nh sau:
Một tín hiệu X (t) liên tục trong thời gian t có phổ hữu hạn là F đợc
hoàn toàn xác định bời những giá trị rời rạc của X (K t)
K = 0, 1, 2, 3,... , n. và khoảng cách t không vợt quá một nửa chu kỳ
của tần số cao nhất của tín hiệu lấy mẫu.
m(t
)
s(t)
0

t

s(t)x m(t)
Thiết bị nhận

t

0

m(t
)
Hình 5: Quá trình lấy mẫu

TS

Trong kỹ thuật điện thoại tần số đợc xác định là từ 0,3 ữ 3,4 KHz là
đảm b¶o. Nhng thùc tÕ tiÕng nãi con ngêi cã phỉ từ vài chục Hz đến cao hơn
nhiều. Vì vậy trớc khi lÊy mÉu ph¶i cho tÝn hiƯu qua bé läc thông thấp để hạn
7


Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp

chế phổ tiếng nói dới 3,4 KHz. Đây là tần số Fmax . Theo định luật lấy mẫu thì
tần số lấy mẫu phải lớn hơn hoặc bằng 2 lần F max. Nó đợc quy chuẩn là 8
KHz.
- Tần số lẫy mẫu đợc gọi là f s:
fs 2 Fmax
Chu kỳ lấy mẫu đợc gọi lµ Ts.
Ts = 1/f s
Theo quy chn nµy tÝn hiƯu ở đầu thu sẽ đợc khôi phục nh dạng
nguyên thủy ban đầu.
Nếu fs < 2Fmax thì sẽ xảy ra hiện tợng chồng phổ khi đó phổ gốc bị méo
đi tín hiệu khôi phục sẽ không giống tín hiệu gốc.
X(j)

Hình 5: Sự chồng phổ.
* Mạch lấy mẫu thực tế:
K1
X(t)

K2

ra

pam

Hình 6: Mạch lấy mẫu.
Quá trình lấy mẫu đợc mô tả qua bốn giai đoạn:
- Giai đoạn 1: giai đoạn chuẩn bị. Khóa K1, K2 hở mạch, điện áp trên
tụ C = 0. Thời gian chuẩn bị là T1.
- Giai đoạn 2: khóa K1 đóng, K2 hở tụ, C đợc nạp điện tới giá trị của X
(t). Thời gian giai đoạn lấy mẫu là T2.
- Giai đoạn 3: giai đoạn giữ mẫu. Khóa K1, K2 đều hở, điện áp trên tụ
C chính là giá trị của mẫu. Thời gian giai đoạn giữ mẫu lµ T3.
8


Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp

- Giai đoạn 4: giai đoạn giải phóng mẫu. Khóa K1 hở, K 2 đóng, tụ C
phóng điện qua K2 để chuẩn bị nạp mẫu mới. Thời gian giải phóng mẫu là T4.
X(t)
TS

T1

T2

Hình 7: Các giai đoạn lấy mẫu.

T3

T4

t

2. Lợng tử hóa:
Trong quá trình lợng tử phạm vi thay đổi liên tục của biên độ xung
PAM đợc quy về thành một số hữu hạn các giá trị biên độ. Giải biên độ đợc
chia thành nhiều khoảng. Tất cả các xung có biên độ nằm cùng một khoảng
thì nhận đợc một giá trị nh nhau. Mỗi khoảng biên độ đợc đặc trng bởi một
mức lợng tử. Độ rộng giữa hai mức lợng tử đợc gọi là bớc lợng tử. Mức lợng
tử nằm giữa hai bớc lỵng tư.
Ngêi ta thùc hiƯn lỵng tư hãa xung PAM bằng một mạch đặc biệt
trong các mạch này ngời ta so sánh các giá trị của xung PAM với các mức
chuẩn cho trớc tơng ứng với các mức lợng tử để quyết định đa vào mức này
hay mức khác. Căn cứ vào bớc lợng tử hóa ngời ta có thể phân biệt đợc lợng
tử tuyến tính hay lợng tử phi tun.
a. Lỵng tư hãa tun tÝnh.

Lỵng tư hãa tun tÝnh còn gọi là lợng tử hóa đều có nghĩa là bíc lỵng
tư b»ng h»ng sè.

9


Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp

Dạng sóng ban đầu
Dạng sóng đà lượng tử

Bước lượng tử

Tạp âm lượng tử

Hình 9: Lợng tử hoá tuyến tính
Do việc làm tròn biên độ mẫu xung nên không tránh khỏi sai số. Sai số
này đợc gọi là tạp âm lợng tử.
Lợng tử hóa tuyến tÝnh thêng chØ dïng khi tÝn hiÖu cã sù biÕn đổi về
mức không lớn, còn đối với tín hiệu có sù thay ®ỉi vỊ møc lín tõ rÊt thÊp ®Õn
rÊt cao nếu áp dụng lợng tử hóa tuyến tính thì sẽ có tỷ số tín hiệu trên tạp âm
lớn. Muốn giảm tạp âm lợng tử thì ta phải giảm bớt bớc lợng tử khi đó mức lợng tử tăng lên dẫn đến tăng kênh truyền và tốc độ.
b. Lợng tử hoá không đều.

Dựa trên nguyên tắc khi biên độ tín hiệu càng lớn thì bớc lợng tử càng
lớn. Trong các thiết bị ghép kênh chỉ dùng lợng tử hoá không đều.
A(t)
4

4

3

3
2

2
1

0
-1
-2

1
T

-3
-4

Hình 10: Lợng tử hoá không đều tín hiệu

10

t


Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp

Biên độ đợc chia làm 4 khoảng, ký hiệu 1, 2, 3, 4 các khoảng
này gọi là bớc lợng tử. Nh vậy 1< 2 < 3 ,4 các vạch song song vơí trục
hoành gọi là các mức lợng tử. Đánh số 0 trở đi.
Các xung lấy mẫu tại các chu kỳ n x Tm( trong đó n = 1,2,3) đợc lấy
tròn đến mức lợng tử gần nhất.
Muốn lợng tử hóa không đều có thể sử dụng 1 trong 2 phơng pháp:
- Nén Analog và nén dÃn số:
+ Nén dÃn Analog.
Bộ nén Analog đặt ở nhánh phát của thiết bị trong miền tín hiệu thoại

Analog và bộ dÃn Analog đặt ở nhanh thu của thiết bị ghép kênh cùng trong
miền tín hiệu Analog đi qua.
Trong thiết bị ghép kênh số chế tạo theo tiêu chuẩn phân cấp truyền
dẫn số của châu Âu sử dụng bộ nén dÃn theo luật A còn theo tiêu chuẩn của
Bắc Mỹ và Nhật lại theo luật à.
Theo luật A và luật à xây dựng đợc các đờng cong thể hiện đặc tính bộ
nén A và à. Đặc tính bộ dÃn phải đối xứng với các đặc tính bộ nén để không
gây méo tín hiệu.
y
đặc tính bộ nén
1
đặc tính bộ dÃn

-1

1

x

-1
Hình 11: Đặc tính bộ nén và bộ dÃn.
Bộ nén dÃn Analog có nhợc điểm khó có thể tạo ra đặc tính bộ nén và
dÃn đối xứng qua đờng phân giác góc một phần t thứ nhất và thứ ba vì vậy tín
hiệu thu bị méo. Để khắc phục nhợc điểm này cần sử dụng kỹ thuật nén-dÃn
số.
11


Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp

+ Nén dÃn số.
Đặc tính nén và dÃn số dựa trên cơ sở của bộ nén Analog và bộ dÃn
Analog bằng cách gần đúng hóa các đặc tính nén logarit luật A và à bằng các
đoạn thẳng gẫy khúc.
y
1,00
0,75
0,50
0,25
1/64 1/32

1/16

1/8

1/4

1/2

Hình 12: Đờng cong luật nén A và gần đúng hóa bằng các đoạn thẳng (13
đoạn) khi A = 87,6.
Qua hình vẽ ta thấy trong cùng một đoạn tín hiệu không bị nén còn khi
chuyển từ đoạn nọ sang đoạn kia thì tín hiệu bị nén và biên độ càng lớn bị
nén càng nhiều.
Nói tóm lại khi cha nén thì tín hiệu thoại đợc chia thµnh 2048 møc sau
khi nÐn (nÕu dïng bé nÐn A = 87,6/13) thì chỉ còn lại 128 mức tức là số bít
trong một từ mà đà giảm từ 11 xuống còn 7.
3. MÃ hóa và giải mÃ:

Các loại mà hóa.
A. MÃ hóa đều:

Biên độ tín hiệu đợc chia thành các bớc lợng tử đều, mỗi xung tín hiệu
đà đợc lợng tử đợc lấy tròn đến một mức lợng tử nào đó. Nhiệm vụ của bộ mÃ
hóa là chuyển các xung lợng tử thành các nhóm mà nhị phân. Quan hệ giữa
biên độ xung lợng tử và số bít trong một tõ m· cã quan hƯ sau: N = 2m. Lo¹i
m· này chỉ dùng để mà hóa tín hiệu đơn cực và đợc gọi là mà nhị phân tự
nhiên. Nếu tín hiệu là lỡng cực phải có thêm một bít dấu đặt đầu tiên. Khi
12

x


Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp

biên độ dơng bít dấu = 1, khi biên độ âm bít dấu = 0 loại mà này gọi là nhị
phân tự nhiên đối xứng.
B. MÃ hóa nén số:

- Sơ đồ khối.
PAM

G

Bộ nhớ

So sánh

RF1

RF2

Chuyển mạch (sw)
1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12

Nén số (dcom)
2

3

4

5

6

7

8

Bộ ghi dịch (nre)

S
H
PCM

Hình 13: Bộ mà hoá nén số
- Nguyên lý: Xung điều biên PAM đa vào bộ nhớ, đa đến bộ so sánh
đầu vào 2 của so sánh và điện áp mẫu kết quả so sánh thể hiện X = 1, hoặc X
= 0, X quay vỊ bé ghi dÞch sè NRE để điều khiển nhóm bít dấu, chọn mÃ
đoạn và chọn tổ hợp các nguồn áp mẫu trong mỗi đoạn. Bộ nén số (DCOM)
chuyển mà 7 bít đầu vào thành 11 bít đầu ra. 11 bít này tơng ứng với 11 bít
tiếp điểm điện tử trong bộ chuyển mạch (SW) để mắc một số nguồn điện áp
chuẩn trong số 11 loại nguồn chuẩn khác nhau vào mạch để đa đến bộ so
sánh. Nguồn điện áp chuẩn dơng do khối RF1 cung cấp còn âm do RF2 vì
vậy bộ SH sẽ chuyển thành xung nối tiếp và có mức TTL để truyền đi. Nh
vậy ứng với một xung đầu vào PAM thì đầu ra đợc tín hiệu PCM với từ mà 8
bít.
13

Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp

C. Giải mà dÃn số:

- Sơ đồ khối :
pcm

Bộ ghi dịch (nre)
b8 b7 b6 b5 b4 b3 b2

b1

Bé d·n sè (dex)
12 11 10 9

8

7

6

5

4 3 2

Chuyển mạch (sw)

Rf1

Rf2
pam

Hình 14: Sơ đồ khối bộ giải mà dÃn số .
- Nguyên lý:
Các từ mà của tín hiệu PCM đa vào bộ ghi dịch số NRE để chuyển mÃ
nối tiếp thành mà song song khi nhận đợc bít dấu B1 thì:
Nguồn dơng RF1 hoạt động (nếu B1 = 1).
Nguồn âm RF2 hoạt động (nếu B1 = 0).
ứng với 7 bít đầu vào bộ dÃn số DEX sẽ có 11 xung điều khiển xuất
hiện tại đầu ra của DEX. 11 xung này qua bộ chuyển mạch SW đi đến đầu
vào nguồn RF1 hoặc RF2. Đầu vào nào có Logic 1 thì nguồn áp chuẩn nhánh
đó mắc vào sơ đồ. Đầu vào nào có Logic 0 thì nhánh đó có đầu vào điểm
chung nên không có nguồn chuẩn. Kết quả là nguồn áp chuẩn đợc cộng lại và
tổng số các nguồn áp chuẩn đó bằng biên độ xung lấy mẫu UPAM ở đầu ra bộ
giải mà và đa đến kênh tơng ứng.
4. Một số phơng pháp mà hóa khác.
Trong viễn thông công cộng để đảm bảo chất lợng biến đổi tín hiệu tơng
tự/số dùng kỹ thuật PCM. Nó còn có một số phơng pháp mà hóa khác.
14


Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp

a. Điều xung mà vi sai (DPCM).

Phơng pháp này làm giảm độ rộng băng tần trong phơng pháp này chỉ

truyền đi độ chênh lệch giữa các mẫu cạnh nhau thờng nhỏ hơn trị số biên độ
của các xung lấy mẫu lên đặc trng cho độ lệch này cần số bít ít hơn.
Nguyên tắc mÃ: Trong DPCM ngêi ta chØ m· hãa hiÖu sè sai lƯch cđa
hai xung PAM kÕ tiÕp v× vËy bé m· hóa sẽ mà hóa với số mức ít hơn nên sè
bÝt cđa tõ m· sÏ gi¶m hay sè møc Q giảm.
Trong thực tế để biểu diễn về mức ta chỉ cần 3 bít và 1 bít dấu từ mÃ
chỉ có 4 bÝt. Nh vËy m· hãa vi sai chØ cã 4 bít tốc độ số của kênh thoại và giải
tần sau khi mà hóa giảm đi ẵ.
b. Điều xung mà vi sai tự thích nghi (ADPCM).

Trong PCM mỗi từ mà có 8 bít và tín hiệu tiếng nói đợc lấy mẫu với
tần số 8 KHz thì tốc độ truyền của mỗi kênh là 64 Kbít/s đối với tín hiệu mÃ
tiếng nói nhờ sử dụng ADPCM để khắc phục hiện tợng quá tải sờn tín hiệu.
c. Điều chế DELTA (DM).

Điều chế DELTA là một loại điều chế xung mà vi sai DPCM. Trong
đó mỗi từ mà chỉ đợc biểu diễn bằng 1 bít nhị phân.
Ưu điểm của điều chế DELTA so với các loại điều chế của các hệ
thống PCM khác là các mạch đơn giản và dễ dàng chế tạo các CODEC bằng
các mạch tích hợp chíp đơn. Là phơng pháp mà hóa đơn giản nhất vì từ mÃ
chỉ có 1 bít nên tần số lấy mẫu và tần số bÝt nh nhau. M· hãa vi sai vµ
DELTA chØ dïng trong trờng hợp cần giảm giải tần truyền dẫn giảm tốc độ.
Không dùng trong mạng viễn thông công cộng, dùng để truyền tín hiệu trong
dải sóng ngắn.
d. Điều chế DELTA tự thích nghi ADM.

Do hiện tợng quá tải sờn vẫn tồn tại trong hệ thống DM muốn tránh
quá tải đến mức tối đa phải sử dụng hệ thống điều chế DELTA tự thích nghi
ADM. Phơng pháp điều chế này cải biên đợc đặc tính yếu kém của bộ điều
chế DELTAcơ sở nhờ thay đổi hệ số khuếch đại của bộ tích phân phù hợp với

mức công suất trung bình của tÝn hiƯu vµo.

15


Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp

Chơng 3
Hệ thống truyền dẫn PCM.
Sau khi thực hiện A/D thì chúng ta phải truyền dẫn các tín hiệu từ
điểm này đến điểm khác. Để tăng hiệu quả của truyền dẫn thì phải ghép
kênh, dồn kênh. Tín hiệu PCM có chu kỳ truyền đi là Ts với thoại Ts = 125às
thời gian giữa hai mẫu liên tiếp của một tín hiệu PCM là trống có thể ghép
vào các mẫu của các tín hiệu PCM khác. Phơng pháp này gọi là ghép kênh
theo thời gian TDM.
I. GhÐp kªnh theo thêi gian TDM:
Trong ghÐp kªnh theo thời gian thì tín hiệu của các kênh đợc truyền tại
các thời điểm nhất định.
1. Sơ đồ khối hệ thống TDM 4 kênh.
1

1
Bộ chuyển mạch

Bộ phân phối

2

2

Hệ thống
truyền dẫn

3

Xung đồng bộ khung

Tách xung
đồng bộ

4

3

4
Hình 15: Là sơ đồ đơn giản ghép kênh theo thời gian giả thiết là ghép 4
tín hiệu thoại của 4 kênh thuê bao để truyền trên tuyến truyền dẫn. Sơ đồ
này chỉ thể hiện truyền dẫn theo một hớng.
2. Nguyên lý:
- Phía phát có bộ chuyển mạch phía thu có bộ phân phối hai bộ này
quay với tốc độ nh nhau nhng ngợc chiều nhau. Vị trí của chổi phải đặt lên
trên cùng một tiếp điểm nh gốc thời gian đợc tính khi chổi lên tiếp điểm thứ
năm để truyền qua hệ thống gọi là xung ®ång bé khung. Khung ë ®©y chÝnh

16


Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp

là thời gian chổi quay hết đúng một vòng = 125 às sau khi phát xung đồng
bộ khung là đến xung kênh 1. Cuối khung là xung kênh 4 và tiếp tục lặp lại
khung khác.
- Phía thu trớc tiên tách xung đồng bộ khung tiếp đến chổi của bộ
phân phối tiếp xúc với tiếp ®iĨm kªnh 1. Ci kªnh 4 nhê quay ®ång bé cả về
thời gian và về pha của chổi bộ chuyển mạch và bộ phân phối nên tín hiệu
kênh nào đợc đi vào thuê bao bị gọi tơng ứng kênh ấy.
Hình ảnh truyền xung các kênh nh hình dạng sóng.
u
F
F
F
4

4

2
1

2
1

3

3
t

Hình16: Dạng sóng TDM.
F: Xung đồng bộ khung đây cũng là thời điểm bắt đầu của khung và là
thời điểm kết thúc của khung liền trớc. Khoảng cách giữa hai xung F kỊ nhau
= chu kú lÊy mÉu Tm = 125 µs.
Bé lọc lấy thấp phía phát hạn chế băng tần 3,4 Khf.
Bé läc lÊy thÊp phÝa thu läc tÝn hiƯu tho¹i từ xung điều biên PAM.
Trong thông tin số các dÃy xung PAM đợc mà hóa rồi mới truyền đi
với các từ mà lên đờng dây.
II. Thiết bị ghép kênh cơ sở PCM (sơ cấp).
Thiết bị ghép kênh bao gồm thiết bị xử lý tín hiệu tơng tự đầu vào
thành dạng PAM và ghép các xung đó. Thiết bị để chuyển đổi luồng bít hợp
thành một luồng bít PCM có tốc độ bít số nhất định. Có các loại tốc độ bít
sau:
Đối với bộ ghép PCM 30 kênh có tốc độ bít = 2048 Kbit/s.
Đối với bộ ghép PCM 24 kênh có tốc độ bít = 1544 Kbit/s.
Đối với bộ ghép PCM 120 kênh có tốc độ bít = 8498 Kbit/s.
17


Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp

Đối với bộ ghép PCM 96 kênh có tốc độ bít = 6312 Kbit/s.
1. Sơ đồ khối của thiết bị ghép N kênh.
Điều biên xung PAM

1

MÃ hoá

1

Sai
động

Ghép luồng

Ra

Đồng
hồ phát

n
Điều biên xung PAM
Báo hiệu

Điều biên xung PAM
1
n

Sai
động

Đồng
hồ thu

n
Giải MÃ

Điều biên xung PAM

pam

Tách luồng

pam bus

Hình 17: Thiết bị đầu cuối ghép PCM điển hình.
2. Chức năng các khối:
Bộ sai động tách tiếng nói thành mạch phát và thu ở mạch phát trớc hết
hạn chế băng tần đến 3400 Hz nhờ bộ lọc thông thấp đầu ra bộ lọc nối đến
mạch lấy mẫu (bộ điều biên xung PAM).
Các nhóm 24, 30, 96 hoặc 120 kênh thoại đề đà đợc biến đổi thành
dạng điều biên xung (PAM) đợc đa lần lợt vào tuyến ghép hoặc BUS PAM dới sự điều khiển của đồng hồ phát, đồng hồ này tạo ra xung lấy mẫu cho tín
hiệu PAM và điều khiển thông tin vào BUS PAM. Đầu vào bộ mà hãa chØ cã
mét tÝn hiƯu PAM díi sù ®iỊu khiĨn của hệ thống hoặc đồng hồ phát, lợng tử
hóa xung này tạo ra từ mà thích hợp. Đầu ra bộ m· hãa lµ luång bÝt sè cã tèc
18

Vµo


Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp

độ bít của hệ thống đó xung đồng bộ khung đợc ghép vào khe thời gian tơng
ứng cùng tin tức báo hiệu và toàn bộ gói tin xuất hiện ở đầu ra phía thu của
bộ ghép PCM tiếp nhận số liệu đến, tái tạo tín hiệu này và tách thông tin
đồng bộ trong tín hiệu đó. Đồng hồ thu sử dụng thông tin đồng bộ này cho
các thao tác của mạch tách kênh.

Bộ giải mà dới sự điều khiển của đồng hồ thu giải mà các từ mà tơng
ứng của từng kênh thành tín hiệu PAM và đa đến BUS PAM để phân phối
theo thứ tự chính xác cho các bộ lọc băng tơng ứng.
Đầu ra bộ lọc hình thành các tín hiệu tơng tự nguyên thuỷ, các xung
cổng từ đồng hồ thu cũng cho phÐp t¸ch c¸c bÝt b¸o hiƯu tõ tÝn hiƯu vào và
phân phối cho các khối báo hiệu kênh tơng ứng nằm trong sai động để nhận
đợc một động tác phù hợp.
III. Ghép kênh thứ cấp hệ thống PCM cấp hai.
Hệ thống PCM cơ sở chỉ dùng cho các tuyến thông tin ngắn, ở mạng
thông tin cự ly trung bình và xa đòi hỏi dung lợng kênh lớn thì việc ghép
nhóm cho một số lợng lớn kênh PCM vào một đờng truyền chung để tạo ra
các hệ thống PCM cấp cao hơn là hiệu quả và thực tế hơn.
1. Các phơng pháp ghép thứ cấp.
a. Ghép kênh PCM:

Tạo ra một tín hiệu số từ các tín hiệu tơng tự và ngợc lại phơng pháp
này áp dụng cho phơng pháp sơ cấp.
b. Ghép kênh số:

Tạo ra một tín hiệu số bằng cách kết hợp một số các tín hiệu số lại và
ngợc lại thông qua phơng pháp ghép TDM. Nguyên lý đờng truyền tín hiệu
số truyền các tín hiệu số giữa các thiết bị ghép kênh. Chúng đợc thiết kế để
truyền dẫn tín hiệu số có tốc độ xác định nhng không phụ thuộc vào loại tín
hiệu gốc mà các tín hiệu số đó thể hiện có hai loại hệ thống cấp II đợc CCITT
khuyến nghị các hệ thống này làm việc theo phơng thức ghép kênh số và dựa
19


Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp

trên cơ sở của một trong hai hệ thống ghép cơ sở. Cả hai hệ thống này ghép 4
luồng tín hiệu PCM cơ sở thành một tín hiệu số. Các tín hiệu đợc ghép theo
kiểu chèn bít.

n

Ghép
kênh
PCM sơ
cấp

1
2
3
4

Ghép
kênh số
cấp 2

Ghép
kênh số
cấp 2

1
2
3
4

Ghép
kênh
PCM sơ
cấp

Hình 18: GhÐp kªnh sè cÊp II:
a. HƯ thèng CEPT
b. HƯ thèng ST&T.

a. N = 30

2048 Kbit/s

8448 Kbit/s

2048 Kbit/s

N = 30.

b. N = 24

1554 Kbit/s

6312 Kbit/s

1544 Kbit/s

N = 24.

IV. GhÐp kªnh cÊp cao.
Các hệ thống truyền dẫn số có thể liên kết với nhau theo từng cấp tạo
nên một hệ thống ghép kênh số nhiều cấp. Hệ thống này dựa trên cơ sở hệ
thống ghép PCM 30 sơ đồ khối hệ thống ghép kênh cấp cao.
Hệ thống ghép kênh cấp cao không chỉ cho truyền dẫn tiếng nói điều
xung mà mà cho các dạng thông tin khác nh số liệu điện thoại truyền hình,
nhóm ghép kênh theo tần số FDM, truyền hình quảng bá.
Hệ thống ghép kênh số nhiều cấp dựa trên c¬ së hƯ thèng ghÐp PCM 30/32.

20

n


Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp

Sơ cấp
Thứ cấp
Cấp 3
Cấp 4
CÊp 5
(cÊp 1)
(cÊp 2)
2,048 Mbit/s
8,448 Mbit/s
34,368 Mbit/s 139,264 Mbit/s
556 Mbit/s
VF

GhÐp kênh
PCM sơ cấp

30
Data

Ghép kênh
dữ liệu

VF

Ghép kênh số
cấp 2
128
Ghép kênh
thoại ảo

1

1

1

1

2

Ghép
kênh

3
số
cấp 2
4

2
2
Ghép
3 kênh
số
cấp 3

4

2
Ghép
3 kênh
số
cấp 4
3

Ghép kênh
theo tần số

Ghép
kênh
số
cấp 5

4

Truyền hình
quảng bá

4

Hình 19 : hệ thống ghép kênh nhiều cấp dựa trên cơ sở hệ thống ghép
PCM 30/32.

21


Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp
Phần II

Tổng quát về cấu trúc chức năng
tổng đài điện tử số (SPC).
Chơng 1
Tổng quan về tổng đài điện tử.
I. Khái quát chung.
1. Giới thiệu chung:
Để khắc phục những hạn chế và nhợc điểm của các các loại tổng đài
điện thoại nhân công. Các nhà chế tạo đà cho ra đời các loại tổng đài tự động
cơ điện và từng bớc hoàn thiện chúng. Năm 1892 tổng đài tự động đầu tiên
điều khiển trực tiếp đợc chế tạo nhng có rất nhiều nhợc điểm. Năm 1926 ở
Thuỵ Điển đà xuất hiện một số tổng đài ngang dọc. Tổng đài này dùng quá
trình chuyển mạch sử dụng các bộ nối dây ngang dọc. Năm 1965 tổng đài
điện thoại điện tử đầu tiên theo nguyên lý chuyển mạch không gian tơng tự

đà đợc đa vào khai thác ở nớc Mỹ. Tổng đài loại này không có khả năng tiếp
thông hoàn toàn dựa vào phơng pháp này có thể thiết lập tổng đài tiếp thông
hoàn toàn và không tổn thất. Năm 1970 tổng đài điện thoại số đầu tiên đà đợc
sản xuất lắp đặt và đa vào khai thác ở Pháp.
2. Sự ra đời của các tổng đài điện tử.
Năm 1965 khi tổng đài điện tử đầu tiên đợc lắp đặt đà có nhiều thay
đổi trong lĩnh vực công nghệ này. Đây là loại tổng đài tơng tự làm việc theo
nguyên lý SPC (Stored Program Controled) và là tổng đài nội hạt. Trờng
chuyển mạch của nó là trờng chuyển mạch cơ điện dung lợng của nó từ
10000 đến 60000 thuê bao. Nó có thể lu hoạt lợng tải là 600 Erlangs và có
thể thiết lập 30 cuộc nèi trong 1s.

22


Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp

- Năm đầu thập kỷ 70 ở Mỹ hoàn thiện một tổng đài số dùng cho liên
lạc chuyển tiếp, mục tiêu đặt ra là tăng tốc độ truyền dẫn giữa các tổng đài
nhờ phơng thức số.
- Tháng 1/1976 tổng đài chuyển tiếp theo phơng thức chuyển mạch số
mang tính chất thơng mại đầu tiên trên thế giới đợc lắp đặt có dung lợng
107000 kênh và mạch nghiệp vụ. Khả năng truyền tải 47500 Erlangs và khả
năng chuyển mạch cho 150 cuộc gọi mỗi giây.
- Giai đoạn từ 1974 - 1976 là giai đoạn phát triển nhanh nhất và hiệu
quả của kỹ nghệ tổng đài số.
3. Các chức năng của hệ thống tổng đài.
- Nhận dạng thuê bao chủ gọi. Xác định khi thuê bao nhấc ống nghe

và sau đó cuộc gọi đợc nối với mạch điều khiển.
- Tiếp nhận số đợc quay
- Kết nối cuộc gọi.
- Chuyển thông tin điều khiển.
- Kết nối chuyển m¹ch (trung chun).
- KÕt nèi t¹i tr¹m ci.
- Trun tÝn hiệu chuông.
- Tính cớc.
- Truyền tín hiệu báo bận.
- Hồi phục hệ thống .
4. Các loại tổng đài trong mạng viễn thông.
Trong mạng liên lạc viễn thông gồm một hệ thống các tổng đài, trong
đó có thể chia ra làm hai loại chính:
- Loại thứ nhất: bao gồm những tổng đài có thuê bao nối trực tiếp với
nó (PABX và Local).
- Loại thứ hai: bao gồm những tổng đài không có thuê bao nối trực
tiếp với chúng (Transit).
a. Tổng đài cơ quan:

Tổng đài cơ quan PABX (Private Automatic Branch Exchange) đợc sử
dụng rộng rÃi trong các văn phòng khách sạn... Chức năng cơ bản của nó là:
đối những cuộc gọi bên trong tổng đài thì nó không chiếm đờng ở mạng bên

23


Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp

ngoài, nó cho phép rút ngắn việc quay số và thực hiện một cuộc đàm thoại
hội nghị một cách dễ dàng.
b. Tổng đài nội hạt.

Tổng đài nội hạt (Local) là những tổng đài có thuê bao nối trực tiếp
với chúng. Chức năng chính là tạo tuyến nối cho các cặp thuê bao trong cùng
một tổng đài, tạo tuyến nối cho các đờng dây thuê bao của tổng đài tới các đờng
trung kế dẫn tới các tổng đài khác và tạo tuyến nối cho các đờng trung kế từ các
tổng đài khác tới các đờng dây thuê bao của tổng đài.
c. Tổng đài quá giang.

Tổng đài quá giang (Transit) đợc thiết kế để xử lý lu lợng giữa các
tổng đài với nhau... Loại tổng đài này không có thuê bao nối trực tiếp với
chúng. Tổng đài này có chức năng để tạo tuyến nối cho các đờng trung kế
vào từ một tổng đài tới các đờng trung kế ra tới một tổng đài khác.
d. Tổng ®µi qc tÕ (Gateway).

Tỉng ®µi Gateway lµ mét tỉng ®µi quá giang. Nó thực hiện các chức
năng chuyển luồng giữa mạng viễn thông quốc gia và mạng viễn thông quốc
tế.
II. Tổng quan về tổng đài SPC.
Tổng đài SPC là tổng đài điện tử sử dụng phơng pháp điều khiển bằng
chờng trình ghi sẵn trong bộ nhớ. Ngời ta sử dụng các bộ xử lý giống nh ở
máy tính để điều khiển hoạt động của tổng đài. Các chơng trình và sè liƯu
ghi trong bé nhí cã thĨ thay ®ỉi khi cần thiết nhờ vậy ngời quản lý có thể
linh hoạt trong việc điều hành tổng đài.
Kỹ thuật này cho phép thực hiện quá trình xử lý cuộc gọi phức tạp víi
chi phÝ thÊp hiƯu qu¶ kinh tÕ cao nhê sư dụng các mạch tích hợp với mật độ
siêu cao VLSI (Very Large Scale Intergration). Bộ xử lý có khả năng xử lý
hàng chục ngàn tới hàng triệu lệnh mỗi giây vì vậy khi sử dụng nó vào trong

tổng đài ngoài việc điều khiển chức năng chuyển mạch thì cùng một bộ xử lý
có thể điều khiển các chức năng khác. Các chơng trình có thể thay đổi dễ
dàng mang tính tức thời.
1. Ưu điểm của kỹ thuật SPC.
- Việc ứng dụng của kỹ thuật điều khiển bằng chơng trình ghi sẵn vào
tổng đài đà tạo ra khả năng to lớn trong việc chuẩn hóa phần cứng. Các chức
24


Đồ án tốt nghiệp

Mạc Huy Điệp

năng khác nhau thực hiện trong hệ thống là kết quả của việc truy nhập tới
những phần khác nhau trong bộ nhớ điều khiển.
- Kü tht SPC cịng cho phÐp më ra nhiỊu d¹ng dịch vụ mới mà
không cần phải thay đổi kết cấu phần cứng mà chỉ cần sửa đổi phần mềm
trong khi đó phần mềm rất thuận lợi để sản xuất đồng loạt.
- điều khiển theo chơng trình ghi sẵn không những mang lại nhiều
thuận lợi cho ngời sử dụng mà còn đơn giản hóa rất nhiều trong quá trình bảo
dỡng bảo quản. Phần lớn những chức năng bảo dỡng các thiết bị, đờng dây trớc kia bao gồm hàng loạt các thao tác nhân công nay đà đợc đa vào thành số
liệu ghi trong bộ nhớ và đợc thực hiện tự động. Ngoài ra bằng những thao tác
đơn giản bảo đảm đợc việc không phụ thuộc của số thuê bao vào số đờng dây
do đó có thể thay đổi số dễ dàng.
- Sử dụng kỹ thuật SPC cho phép phát triển dung lợng dễ dàng, lắp đặt
nhanh do cấu trúc tổng đài ở dạng modullar.
- Tính linh hoạt cao phối hợp dễ dàng với các hệ thống báo hiệu của
các tổng đài khác, có khả năng tính cớc khác nhau nh thời gian ngày, đêm...
- Giám sát đờng dây tự động để phát hiện lỗi, công việc xử lý lỗi đợc
tiến hành một cách tự động.

- Công việc điều hành hệ thống thuận lợi vì sử dụng các thiết bị trao
đổi I/O.
2. Chức năng của một tổng đài SPC.
Hệ thống chuyển mạch bao gồm các khối chức năng cho phép nó giao
tiếp với các đờng truyền dẫn tới từ thuê bao của các đờng trung kế tới từ các
tổng đài khác. Các đờng dây truyền dẫn từ ngoài vào sẽ đợc đa vào giá đấu
dây rồi tới các khối giao tiếp đờng dây (thuê bao và trung kế). Khối này có
nhiệm vụ chuyển tín hiệu từ dây dẫn thành tín hiệu dạng phù hợp với các
khối chuyển mạch. Tổng đài cung cấp các đờng nối các cuộc gọi thích hợp
bằng cách dịch địa chỉ nhận đợc từ thuê bao yêu cầu gọi thành mà yêu cầu
thuê bao hay đờng trung kế tơng ứng. Tổng đài đồng thời cũng cung cấp quá
trình quản lý cuôc gọi.
Chức năng của một hệ thống chuyển mạch bao gồm các chức năng chủ
yếu sau:
a. Thiết lập cuéc gäi:
25