Báo cáo Đa truy nhập vô tuyến

BÁO CÁO THỰC HÀNH
Môn: ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN

Giảng viên: Thầy Phạm Thanh Đàm

Tên SV:
MSSV:
Lớp:

Thực hành tìm hiều về FDM và TDM qua ứng dụng
Digital Telephony
I.

Giới thiệu về ứng dụng
Ứng dụng Digital Telephony
là một chương trình CBT (Computer
Based Training) do hãng Seimens sản xuất dành cho dân chuyên ngành Viễn
Thông.

II.

Các phần trong ứng dụng
Ứng dụng gồm 5 phần, tuy nhiên chúng ta chỉ tìm hiểu 3 phần đầu gồm:
+ Digital Transmission
+ Principles of PCM Technology
+ Digital Transmission Systems

1. Digital Transmission
1.1 Mục tiêu
- Giải thích nguyên tắc của ghép kênh phân chia theo tần số FDM (Frequency
Division Multiplex) và ghép kênh phân chia theo thời gian TDM (Time

Division Multiplex).
1.2 Kết nối cá nhân
- Trong một mạng điện thoại, mọi thuê bao thường kết nối với tổng đài
thông qua một đường dây riêng, thường là 2 dây

-

Chúng ta có kết nối bằng 2 dây tách rời giữa điện thoại và tổng đài, giữa các
tổng đài với nhau. Bởi vì chi phí cho mạng này quá cao, trong việc truyền


thông từ xa phải giảm thiểu ít nhất các đường truyền. Giải pháp cho việc
này được giới thiệu là công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số FDM.
- Bằng cách gộp các đường nhỏ lại thành một đường lớn gọi là đường trung
kế Trunk.
1.3 FDM Frequency Division Multiplex
- Tín hiệu âm thanh chỉ được phát trong một băng tần hẹp. Dải tần số sử dụng
trong điện thoại ( dải giọng nói) được giới hạn từ 300 – 3400Hz.
- Để tận dụng hết được băng thông, ta chia nhỏ dải tần rộng thành các băng
con liên tiếp là 4kHz, mỗi băng con phát một cuộc gọi có thời gian giống
nhau nhưng chỉ khác tần số.

Do việc thực hiện kĩ thuật này ở dải tần số thấp khá khó khăn, những băng
con đầu thì được bắt đầu là 60kHz. Những dải tần sau nó thì không được sử
dụng.
- Bằng phương pháp điều chế với sóng mang. Mỗi tín hiệu thoại sẽ được
chuyển vào trong những băng con và được phát đi sau đó. Tại mỗi đầu thu,
việc giải điều chế sẽ được diễn ra, tín hiệu thoại sẽ được biến đổi trờ lại
thành tín hiệu gốc. Một số tín hiệu thoại có thể được phát đồng thời trên
một đường.

1.4 TDM Time Division Multiplex
- Thời gian sử dụng đường truyền được chia sẻ cho người sử dụng.Tức là
thời gian sử dụng đường truyền thì được chia làm nhiều khung. Mỗi khung
được chia thành nhiều khe thời gian (Time Slot), mỗi người sử dụng một
khe thời gian dành riêng cho mình để phục vụ cho việc truyền tin.
- Những khoảng lớn được diễn ra giữa mỗi mẫu. Các khoảng này có thể được
sử dụng để truyền tín hiệu điều chế xung biên độ PAM (Pulse Amplitude
Modulation), các mẫu này được phát như là xung với biên độ khác nhau.
- Điều chế xung mã (PCM), mỗi sóng sẽ không phát với biên độ khác nhau
nhưng sẽ là các bit nhị phâ, tín hiệu số sẽ ít nhạy với nhiễu hơn tín hiệu
tương tự. Các mẫu tín hiệu tương tự thường được mã hóa với 8 bits và được
phát đi trong vòng khe thời gian (time slot).
-


1.5 Tổng kết phần 1
Kĩ thuật phát
• Đường trung kế chỉ mang tín hiệu thoại trong khoảng tần số 300-3400kHz.
• Với FDM, tín hiệu thoại được điều chế với sóng mang khác nhau và được
phát đi đồng thời trên một đường chung.
• Với TDM, mã hóa liên tiếp các mẫu của tín hiệu thoại rồi phát đi trên chung
một đường.

2. Nguyên tắc của công nghệ điều chế xung mã PCM (Pulse Code
Modulation)
Điều chế xung mã là quá trình chuyển sóng tương tự thành tín hiệu số. Một
tín hiệu PCM có thể được phát riêng rẽ hoặc xen kẽ với các bit nhị phân của
tín hiệu PCM khác.
2.1 Mục tiêu
- Tên và giải thích bước riêng lẻ của việc chuyển đôi tương tự/ số.

- Mô tả ghép kênh và phân kênh số.
2.2 Các thành phần cơ bản của hệ thống PCM
Mỗi hệ thống PCM có các thành phần cơ bản sau:

2.3 Chuyển đổi Analog/ Digital
- Có 3 bước được yêu cầu để chuyển tín hiệu thoại tương tự thành tín hiệu số:
Giới hạn dải tần, lấy mẫu, mã hóa


• Band limitting (giới hạn dải tần): Với việc giúp đỡ của bộ lọc thông thấp
(low-pass filter) sẽ giới hạn được tần số âm thanh từ 300 -3400Hz.

• Sampling ( lấy mẫu): - Công tắc điện tử sẽ lấy mẫu từ tín hiệu thoại tại các
khoảng đều đặn.

-

Chú ý: Tần số lấy mẫu phải lớn hơn 2 lần tần số cao nhất của tín hiệu tương
tự. Tần số lấy mẫu của tín hiệu thoại phải lớn hươn 6400Hz, tần số lấy mẫu
quốc tế là 8kHz.
1
Mỗi 125𝜇𝑠 (=
𝑠), các công tắc điện sẽ đóng một khoảng thời gian ngắn,
8000

điều này tạo ra một mẫu trong 1 lần.

Tại đầu ra của công tắc điện ta thu được tín hiệu PAM (một dạng tín hiệu
tương tự của tín hiệu thoại).
• Encoding (mã hóa):

- Trong quá trình mã hóa, mỗi giá trị biên độ của tín hiệu PAM sẽ được
chuyển thành mã 8 bit nhị phân.
-


-

Giai đoạn đầu của việc chuyển đổi thành tín hiệu số là lượng tử hóa tín hiệu
PAM. Vì thế, toàn bộ phạm vi giá trị biên độ có thể sẽ được chia thành các
khoảng lượng tử. Ví dụ:

Có 16 khoảng trong hình, nhưng thường thì có 256 được sử dụng.
Các khoảng lượng tử thích hợp thì được xác định cho mỗi mẫu bằng cách
phân bổ tất cả biên độ trong các khoảng lượng tử nhất định đến một giá trị
cố định.
• Ghép kênh (multiplexing): mã 8 bits nhị phân của một số tín hiệu thoại thì
được phát một cách liên tiếp trong chu kì lặp lại. Giữa 2 bit nhị phân của 2
tín hiệu thoại giống nhau, mã nhị phân của tín hiệu thoại khác sẽ được sắp
xếp theo thứ tự liên tiếp. Điều này tạo ra một tín hiệu PCM phân chia theo
thời gian TDM.

Chú ý:
- Hệ thống Multiplexer phục vụ để sắp xếp tín hiệu số trong những liên kết
liên tiếp.
- CODEC thì chuyển đổi tín hiệu PAM tương tự thành tín hiệu số.
- Low-pass filter hay bộ lọc thông thấp sẽ giới hạn được dải tần âm thanh
trong khoảng 300 – 3400Hz.
- Switch hay công tắc điện là hệ thống tạo ra tín hiêu PAM.
Việc phát mã 8 bit nhị phân chỉ yêu cầu một phần của thời gian lấy mẫu. Trong ví dụ ,
việc phát này chỉ yêu cầu 1/3 của khoảng lấy mẫu; thời gian còn lại, các bit nhi phân

của 2 tín hiệu nữa có thể được phát.


• Ghép kênh và phân kênh (multiplexing and demultiplexing)

Có 4 tín hiệu PCM vào (S1 đến S4) được lấy mẫu tuần tự bở công tắt A.
Công tắc A di chuyển từ đầu vào đến vị trí tiếp theo, đồng bộ với đầu vào
mã nhị phân. Tín hiệu PCM phân chia theo thời gian thì sau đó có sẵn tạo
đầu ra của công tắc A.


Tại đầu nhận, tín hiệu PCM riêng rẽ thì được phục hồi lại từ tín hiệu phân
chia theo thời gian, nói cách khác thì tín hiệu mã nhị phân PCM được phân
phối về lối ra tương ứng. Quá trình ghép kênh và phân kênh có thể chỉ hoạt
động nếu máy phát ở A và máy thu ở B hoạt động đồng thời. Vì lý do này,
bên máy phát không chỉ chuyển tiếp tín hiệu PCM qua bên nhận, mà còn
thông tin một cách đồng thời.
Các bit nối tiếp chứa trong một mã nhị phân từ mọi tín hiệu ra được gọi là
khung xung (pulse frame).

2.4 Tổng kết phần 2
Cơ bản về hệ thống truyền tải PCM
Nhiệm vụ của bên phát:
- Giới hạn dải tần cho tín hiệu thoại
- Tạo tín hiệu PCM ( bằng cách lấy mẫu tín hiệu thoại)
- Lượng tử hóa và mã hóa mẫu
- Xen kẽ các mã nhị phân PCM trong tín hiệu thoại với mã nhị phân PCM từ
tín hiệu thoại khác để tạo thành tín hiệu PCM phân chia theo thời gian
Nhiệm vụ của bên thu:
-

Phân phối mã nhị phân thành dòng riêng biệt (phân kênh)
Phục hồi tín hiệu PAM từ mã nhị phân (giải mã)
Phục hồi tín hiệu thoại tương tự gốc từ tín hiệu PAM

Một khung xung của hệ thống PCM, có 16 khe thời gian (time slot) phù hợp để
truyền 16 tín hiệu thoại (không đồng thời). Một chuỗi bit chứa một mã nhị
phân 8 bit từ mỗi tín hiệu vào gọi là khung xung.


3. Digital Transmission Systems
Hệ thống phát PCM 30 và PCM 24 kết hợp 30 và 24 kênh tương ứng để tạo
thành một hệ thống phân chia theo thời gian. Hệ thống này được đề nghị bởi
CCITT
3.1 Mục tiêu
- Giải thích thiết kế của khung xung PCM 30
- Giải thích thuật ngữ hệ thống truyền dẫn kĩ thuật số công suất cao (Digital
Transmission Systems of Higher Capacity)
3.2 Hệ thống phát PCM 30
Trong hệ thống phát PCM 30, các kênh tách rời thì được cung cấp cho mỗi
hướng kết nối thoại. Mỗi đường 2 dây thì được yêu cầu cho mỗi hướng phát

Có tổng 4 đường trên hình
• Thiết kế một hệ thống truyền dẫn PCM

Hệ thống phát PCM ở sau củng tại 2 đầu cuối trong một đơn vị ghép kênh
kĩ thuật số. Mỗi đơn vị ghép kênh có một phần truyền và một phần nhận.
Phần nhận chuyển đổi mã nhị phân PCM nhận được trở lại tín hiệu tương
tự.
• Bộ lặp tái tạo (Regenerative repeates) được cài đặt trên tuyến truyền PCM

tại các khoảng từ 2 đến 5km.


Họ tái tạo tín hiệu PCM ở cả hai hướng, do đó loại bỏ bất kỳ biến dạng. Tại
đầu cuối của liên kết truyền dẫn-không phân biệt chiều dài hay chất lượngmột tín hiệu gần như không có nhiễu.

• Đơn vị kết thúc dòng (Line terminating unit) là liên kết giữa đơn vị ghép
kênh kỹ thuật số và đường truyền dẫn.

• Nó cung cấp dòng cấp cho cái bộ lặp tái tạo và bộ tái tạo lại tín hiệu ở bên
nhận.
• Hệ thống truyền dẫn PCM 30 cho phép truyền đồng thời 30 cuộc gọi bao
gồm báo hiệu và đồng bộ. Một cặp dây được yêu cầu cho mỗi hướng gọi.
Có 30 khe thời gian trên khung xung được yêu cầu để truyền 30 cuộc gọi.

• Mỗi cuộc gọi cần một khe thời gian theo hướng từ A đến B và hướng từ B
đến A. Cuộc gọi đến và đi luôn sử dụng số khe thời gian giống nhau. Các
khe thời gian giống nhau được gọi là trunk


-

a. Khung xung (pulse frame)
Một khung xung PCM 30 bao gồm 32 khe thời gian (kênh)

-

Khe 1 -15 và 17 -31 thì được sử dụng cho việc truyền cuộc gọi
Khe 0, tín hiệu đồng bộ khung và điều khiển mạng được phát luân
phiên

Khe 16 dung để mang báo hiệu kênh riêng CAS (channel asociated
signaling) hoặc báo hiệu kênh chung CSS (common channel signaling)
Một xung khung thì được sắp xếp truyền liên tiếp

-

Tốc độ truyền của của hệ thống PCM 30:
Mỗi 32 channel phát 8000 mã nhị phân với 8 bit/s.
Tốc độ của một channel là 8000(1/s)*8bit=64000 bit/s=64 kbit/s.
Tổng 32 channel là 32*64 bit/s=2Mbit/s.


b. Tín hiệu đông bộ khung (frame alignment signal)
Tín hiệu đồng bộ khung được sử dụng để đồng bộ máy phát/ máy thu của
đường truyền PCM 30. Họ luôn có cùng một mẫu bit.

-

Tín hiệu đồng bộ khung được phát trong mỗi giây khung xung
Một khung xung thì được phát mỗi 8000 1/s nên tín hiệu đồng bộ khung
được phát mỗi 4000 1/s.
c. Điều khiển mạng (service word)
Điều khiển mạng phát tín hiệu điều khiển. Ví dụ, bit 3 thì thiết lập trong
trường hợp báo tin khẩn cấp

Kênh/ tín hiệu được sử dụng để báo cáo một sự gián đoạn của bên A
trong đường truyền PCM 30 là channel 0/ service word


3.3 Hệ thống truyền dẫn kĩ thuật số công suất cao (Digital Transmission Systems

of Higher Capacity)
- Hệ thống truyền dẫn kĩ thuật số với số lượng kênh cao hơn được dựa trên hệ
thống PCM 30 và PCM 24

-

Cáp đồng trục hoặc cáp quang thì được sử dụng làm đường liên kết
Trong đơn vị ghép kênh tín hiệu số, 32 channel của hệ thống PCM được ghi
vào bộ nhớ tuần hoàn, 4 channel được lưu trữ trên mỗi xung lock (f=2MHz)


3.4 Liên kết PCM giữa các tổng đài (Exchanges)
- Tổng đài tương tự có thể được kết nối đến hệ thống PCM với đơn vị ghép
kênh

Tổng đài liên kết trực tiếp đến hệ thống PCM thông qua lối ra tín hiệu tương
tự (chỉ 2 đường trong ví dụ trên).
- Tại đầu ra của tổng đài số, tín hiệu thoại đã có sẵn như là tín hiệu PCM
(định dạng PCM 30 hoặc PCM 24). Không có đơn vị ghép kênh được yêu
cầu ở bên này của hệ thống truyền dẫn PCM.

Khi có liên kết PCM giữa 2 tổng đài số, không có đơn vị ghép kênh ở bên


3.5 Tổng kết phần 3
Hệ thống truyền dẫn số
• Hệ thống truyền dẫn PCM là hệ thống 4 dây ( 1 cặp phát – 1 cặp thu)
• Có 2 hệ thống cơ bản là PCM 30 và PCM 24
• Nó có thể tạo ra hệ thống truyễn dẫn số công suất cao dựa trên 2 hệ thống
đó

• Trên xung khung PCM 30, tín hiệu đồng bộ hoặc cảnh báo thông tin thì
được phát luân phiên ở khe thời gian số 0