Nghiên cứu tổng quan về kỹ thuật chuyển mạch trong tổng đài ALCATEL 1000 E10

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số

Lời nói đầu
Ngày nay chúng ta đã bớc vào những năm đầu tiên của thế kỷ 21 thế kỷ
của sự hội nhập Bu chính Viễn thông. việc xây dựng cơ sở hạ tầng nói
chung cho cả đất nớc mang một ý nghĩa chiến lợc góp phần đa Việt Nam cơ
bản trở thành một nớc công nghiệp vào năm 2020.
Trong xu hớng đó, sự đầu t, nghiên cứu để có đợc một hệ thống thông
tin hiện đại, nhằm đem đến cho con ngời những thông tin cần thiết một cách
nhanh nhất, chính xác nhất là một yêu cầu cấp bách. Vì vậy ngành bu chính
viễn thông Việt Nam đã không ngừng đầu t và phát triển hệ thống viễn thông
của mình. Trong đó việc củng cố, nâng cấp các tổng đài đóng vai trò hết sức
quan trọng. Từ tình hình thực tế nh vậy ngành Bu chính Viễn thông đã có
chủ trơng tiếp nhận công nghệ Viễn thông từ các hãng truyền thông trên thế
giới.
Trong số các thiết bị chuyển mạch dã đợc lắp đặt và khai thác ở Việt
Nam, có thiết bị chuyển mạch điện từ ALCATEL1000 E10 do hãng
ALCATEL CIT chế tạo là một trong những hệ thống chuyển mạch hiện đại với
đầy đủ các tính năng với đáp ứng tốt cho chiến lợc phát triển nâng cấp mạng
lên mạng đa dịch vụ (ISDN) trong những năm tới. Tổng đài ALCATEL 1000
E10 là một loại tổng đài điều khiển nội bộ hay tập trung. Cấu trúc phàn cứng
và phần mềm khá hoàn thiện, với sự hỗ trợ của kỹ thuật hiện đại, công nghệ
tiên tiến của hệ thống đa xử lý A 8300 của ALCATEL khẳng định sự hoàn
thiện của tổng đài.
Trong quá trình viết báo cáo thực tập và làm đồ án tốt nghiệp đợc sự
giúp đỡ tận tình của thầy giáo Nguyễn Văn Biên. Em đã hoàn thành đồ án tốt
nghiệp của mình với đề tài: Nghiên cứu tổng quan về kỹ thuật chuyển mạch
trong tổng đài ALCATEL 1000 E10 . Bao gồm các nội dung sau:

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số

Phần I: Kỹ thuật chuyển mạch số
Phần II: Trờng chuyển mạch trong tổng đài ALCATEL 1000 E10
Trong quá trình làm đồ án mặc dù đã hết sức cố gắng nhng không thể
tránh khỏi những sai xót nhất định, rất mong các thầy giáo, cô giáo và các bạn
đọc đóng góp ý kiến để đồ án đợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số
Phần I : Kỹ thuật chuyển mạch số
Chơng I
Kỹ thuật điều chế xung mã PCM
I. Giới thiệu:
Với sự phát triển của xã hội, nhu cầu trao đổi thông tin của con ngời
ngày càng tăng. Đi kèm với sự phát triển của xã hội là sự phát triển của khoa
học kỹ thuật. Sự phát triển của kỹ thuật mạch tổ hợp cùng với sự ra đời của kỹ
thuật số đợc ứng dụng vào mạng viễn thông đã tạo nên một bớc nhảy vọt quan
trọng. Việc thay thế các tổng đài và các đờng truyền dẫn tơng tự bằng hệ thống
tổng đài và đờng truyền dẫn số đã mở rộng và nâng cao chất lợng phục vụ cho
các dịch vụ.
Quá trình biến đổi hoàn toàn một tín hiệu tơng tự thành một dãy xung để
truyền trong mạng viễn thông gọi là mã hoá nguồn. Đã tồn tại một số kỹ thuật
mã hoá nguồn nh: Điều chế biên độ xung (PAM), điều chế tần số xung (PTM),
điều chế độ xung (PWM), điều chế Delta (AM), nh ng do các phơng pháp
điều chế đó có những nhợc điểm: Xuyên âm giữa các đờng thoại, xu hớng tạp
âm ngoài và tạp âm méo lớn, nên ngời ta sử dụng kỹ thuật điều xung mã để
giảm nhỏ những nhợc điểm đó.
Kỹ thuật điều xung mã PCM (Pulse Code Modulation) là phơng pháp
điều chế biến đổi tín hiệu tơng tự thành tín hiệu số dới dạng mã nhị phân. Cho
đến nay kỹ thuật PCM đợc sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong việc số hoá
tín hiệu thoại, và có hệ thống PCM đang đợc sử dụng nh: hệ thống PCM 32 đ-

ợc sử dụng trên toàn thế giới và hệ thống PCM 24 chỉ đợc sử dụng ở Bắc Mĩ.
2. Nguyên lý PCM.
Phơng pháp điều chế xung mã PCM biến đổi tín hiệu tơng tự thành tín
hiệu số thông qua 3 giai đoạn cơ bản sau:

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số
- Lấy mẫu (Sampling)
- Lợng tử hoá (Quantizzation)
- Mã hoá (Coding)
3. Lấy mẫu
Biên độ của tín hiệu tơng tự là liên tục theo thang thời gian, lấy mẫu là
lấy biên độ của tín hiệu tơng tự vào từng khoảng thời gian nhất định, trong đó
các dãy xung có chu kỳ hoặc dãy xung lấy mẫu đợc điều chế biên độ bởi tín
hiệu tơng tự. Do vậy có các mẫu lấy đợc sẽ gián đoạn theo thời gian. Dãy mẫu
này gọi là tín hiệu PAM (PAM là điều chế biên độ xung).
Hình 1: Quá trình lấy mẫu
Một yếu tố quan trọng trong lấy mẫu là tín hiệu tơng tự thờng đợc lấy
mẫu nh thế nào ở phía phát để cho phía thu tái tạo lại tín hiệu ban đầu. Định lý
lấy mẫu sẽ làm rõ điều này. Định lý lấy mẫu nói rằng Nếu một thông báo là
một hàm biên độ thời gian, đợc lấy mẫu vào các thời điểm nhất định và với
tần số lấy mẫu cao hơn ít nhất hai lần tần số cao nhất của thông báo đó, thì các
mẫu sẽ chứa tất cả mọi thông tin của thông báo ban đầu. Theo định lý này,
t
t
t

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số
bằng cách lấy mẫu tín hiệu tơng tự theo tần số cao hơn ít nhất hai lần tần số tín
hiệu, ta hoàn toàn có thể tạo lại tín hiệu tơng tự các mẫu đó.
Nếu F

LM
< 2fc thì sau khi lấy mẫu, các đoạn phổ của tín hiệu gốc sẽ bị
xếp chồng lên nhau và tín hiệu khôi phục trong trờng hợp này sẽ bị méo, hiện
tợng này gọi là hiện tợng méo chồng phổ.
a. fs > 2fm
Tín hiệu ban đầu Lọc thông thấp
0 f
m
f
s
2f
s
t
b, fs < 2fm
0 f
m
f
s
2f
s
3f
s
t
Hình 2
Nh hình 1 nếu lấy tần số lấy mẫu f
s
lớn hơn hai lần tần số cao nhất f
m
của
tín hiệu tơng tự, các biên sẽ không chồng lên nhau. Lúc này tín hiệu tơng tự

ban đầu sẽ đợc tách ra bằng bộ lọc thông thấp ở phía thu. Ngợc lại, nh hình 1
nếu f
s
thấp hơn hai lần giá trị của f
m.
khi đó các biên sẽ bị chồng lên nhau. Do
vậy khó có thể tái tạo lại tín hiệu ban đầu tại phía thu.
CCITT khuyến nghị tần số lấy mẫu đối với tín hiệu tiếng nói là 8kKz.
Do băng tần của các kênh thoại thờng đợc hạn chế trong khoảng 0.3ữ .4 kHz,

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số
cho nên tần số lấy mẫu của tín hiệu tiếng nói, về lý thuyết có thể lấy ít nhất hai
lần 3.4kHz tức là 6.8kHz, tuy nhiên trên thực tế tần số lấy mẫu đợc chọn là
8kHz. Điều này tính đến đặc tính lọc thực tế hạn chế băng tần đối với các tín
hiệu tiếng nói. Khoảng cách lấy mẫu là 1/8000s, tứ 125às.
1/8000s = 125às
Hình 3: Tần số lấy mẫu; 8kHz (tín hiệu tiếng nói)
Tín hiệu PAM là một dãy xung rời rạc theo thời gian. Độ lớn của mỗi mẫu
bằng biên độ của tín hiệu ban đầu vào từng thời điểm lấy mẫu. Từ đây tín hiệu
PAM là đối tợng của một quá trình xử lý tín hiệu, gọi là lợng tử hoá.
4. Lợng tử hoá (Quanlization)
Trong quá trình lợng tử hoá, thang biên độ đợc chia thành các khoảng
nhất định. Giá trị lợng tử hoá đợc gọi là mức lợng tử và độ lớn giữa hai giá trị
đợc lợng tử hoá đợc gọi là khoảng lợng tử. Độ lớn của mỗi mẫu trong tín hiệu
đợc biểu thị bằng mức lợng tử gần nhất với nó. Thí dụ một mẫu có độ lớn bằng
2,8 ở t
1
đợc lợng tử hoá thành 3 nh trong Hình 4.

Khoảng lợng tử

Mức lợng tử
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5

Hình 4
ơ
5
4
3
2
1
0

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số
Tín hiệu PAM đã đợc lợng tử hoá chỉ gần đúng với tín hiệu tơng tự ban
đầu, có một chút sai lệch giữa hai tín hiệu về độ lớn biên độ. Sai lệch đó gọi là
tạp âm lợng tử hoặc méo lợng tử. Nh trên hình 4, biên độ của tạp âm lợng tử đ-
ợc phân bố đồng đều trong khoảng lợng tử, không tơng ứng với biên độ tín
hiệu ban đầu. Nói cách khác, năng lợng tạp âm lợng tử gần nh không đổi,
không phụ thuộc vào mức năng lợng tín hiệu.
Các mức tín hiệu đợc chia gọi là mức lợng tử hoá, khoảng cách giữa hai

mức lợng tử cạnh nhau gọi là bớc lợng tử hoá. Nếu lợng tử hoá với bớc lợng tử
hoá không đổi thì ta có lợng tử hoá tuyến tính, nếu lợng tử hoá với bớc lợng tử
hoá thay đổi thì ta có lợng tử hoá phi tuyến.
* Lợng tử hoá tuyến tính (Linear Quantization):
Khi dùng phơng pháp lợng tử hoá tuyến tính thì tạp âm lợng phân tử
phân bố đều. Nhng tỷ số tín hiệu/nhiễu (S/N) lại không đều: Nếu biên độ tín
hiệu lớn thì S/N lớn, việc tách tín hiệu ra khỏi tạp âm là dễ dàng. Nếu biên độ
tín hiệu nhỏ thì S/N nhỏ, việc tách tín hiệu nhỏ ra khỏi tạp âm sẽ khó khăn. Để
khắc phục nhợc điểm này ngời ta sử dụng phơng pháp lợng tử hoá phi tuyến.
* Lợng tử hoá phi tuyến (Non Linear Quantization)
Khi lợng tử hoá tuyến tính, tỷ số S/N thay đổi theo mức tín hiệu. Với các
mức tín hiệu càng thấp thì càng khó khăn để tách tín hiệu ra khỏi tạp âm. Vì
vậy, bớc lợng tử hoá cần phải giảm đối với các mức tín hiệu thấp, và ngợc lại.
bớc lợng tử hoá cần phải tăng đối với mức tín hiệu cao để có thể cân bằng đợc
tỷ số S/N với mức tín hiệu đầu vào. Có hai giải pháp cho việc đó:
* Khi biên độ đầu và nhỏ, bớc lợng tử nhỏ. Khi biên độ các xung đầu
vào lớn, bớc lợng tử sẽ lớn.
* Bớc lợng tử sẽ đợc giữ nguyên và trớc khi lợng tử hoá, biên độ của các
xung nhỏ đợc giãn ra và biên độ của các xung lớn đợc nén lại.
Trong thực tế, ngời ta thờng sử dụng phơng pháp thứ hai, nghĩa là: Phía
phát sẽ thực hiện nén tín hiệu (Compressing), còn phía thu sẽ thực hiện dãn tín
hiệu (Expanding).

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số
5. Mã hoá
Tiếp theo, tín hiệu PAM đã lợng tử hoá là đối tợng của bớc xử lý tín hiệu
gọi là mã hoá. Bằng cách mã hoá, các mẫu đã lợng tử hoá đợc chyển đổi thành
các mã nhị phân. Một mã nhị phân là một tổ hợp của một số xung đơn vị. Một
xung đơn vị có thể biểu thị bằng hai trạng thái: có hoặc không có xung, túc1
hoặc 0. Lợng thông tin đợc biểu thị bằng một xung đơn vị gọi là một bit. Trong

hình 5 biểu thị một mẫu đã lợng tử hoá đợc chuyển đổi thành một mã nhị phân
3 bit. Dãy xung tạo ra bằng mã hoá đợc gọi là tín hiệu PCM.
6 5 1 3
Hình 5: Mã hoá
Số mã nhị phân tơng ứng với số mức lợng tử. Do đó, tổng số mức lợng
đợc xác định bởi số bit gán cho mỗi mẫu. Nếu n bit đợc dùng để mã hoá cho
mỗi mẫu thì số lợng tử sẽ là 2
n
. CCITT khuyến nghị mã hoá bằng 8 bit cho mỗi
mẫu. Nói cách khác, số lợng tử là 2
8
= 256 mức.
Tín hiệu PCM phát đi sẽ bị méo do tạp âm và nhiễu trên đờng truyền.
Tín hiệu PCM có thể đợc tạo lại đầy đủ ở phía sau khi sự quyết định có hoặc
không có xung đơn vị sẽ đợc thực hiện đúng. Do đó bằng cách tạo lại tín hiệu
PCM trong từng trạm lặp tái sinh và bằng cách phát tiếp tín hiệu tái sinh cho
trạm lặp sau, ta có thể loại bỏ hoàn toàn ảnh hởng của tạp âm và nhiễu phát
sinh giữa hai trạm lặp và ngăn chặn tác động của chúng lan tới các trạm lặp
Tín hiệu
PCM
7
6
5
4
ơư
3
2
ơ
1
0

0 1 1
0 1 2
1 1 0 1 0 1
0 0 1
Mã nhị
phân
3

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số
tiếp sau đó. Trong các hệ thống dẫn số không có sự tích luỹ tạp âm và nhiễu
nh thờng xảy ra ở các hệ thống truyền dẫn tơng tự.
Tại phía thu, tín hiệu PCM đợc chuyển đổi thành tín hiệu tơng tự thông
qua giải mã và lọc. Tổng hợp hai quá trình xử lý gọi là chuyển đổi D/A. Giải
mã là quá trình ngợc lại với mã hoá. Trong giải mã, bắt đầu bằng việc tách các
mã nhị phân có chứa một số xung đơn vị từ tín hiệu PCM nhận đợc. Tiếp theo,
từ các mã nhị phân đó tính ra các mức lợng tử và mức lợng tử tạo ra mẫu lợng
tử tơng ứng. Tín hiệu PAM đã đợc lợng tử hoá ở đầu phát đợc tạo lại ở đầu thu
bằng cách giải mã nh vậy. Tín hiệu PAM này chứa tạp âm lợng tử. Sau đó, tín
hiệu PAM đợc đa qua lộ lọc thông thấp. Thông qua bộ lọc thông thấp này ta có
tín hiệu tiếng nói tơng tự, tín hiệu này liên tục về thời gian và đợc nội suy giữa
các mẫu kế tiếp nhau (Hình 6)
Hình 6: Quá trình giải mã
* Về nén và giãn tín hiệu:
t
t
t
Giải mã
0
3
6

5
1
3
Lọc thông
thấp
Tín hiệu PCM
nhận được
Tín hiệu PA'M
lưởng tử hoá
0
1
1
0
1
1
0
1
1
00
1
00
1 1

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số
Ta đã biết, trong thông tin PCM thì tạp âm lợng tử là không thể tránh
khỏi, để giảm bớt tác động của tạp âm lợng tử, ngời ta thực hiện quá trình nén
và dãn. Hai quá trình này gội chung là nén dãn. Tạp âm lợng tử gần nh không
đổi, bất kể mức năng lợng của tiếng nói. Do vậy tỷ lệ giữa năng lợng tín hiệu
và năng lợng tạp âm lợng tử S/N sẽ tốt lên ở mức năng lợng cao và xấu đi ở
mức năng lợng thấp.

Muốn nâng cao S/N ở các mức năng lợng thấp phải giảm tạp âm lợng tử
bằng cách giảm khoảng lợng tử, nhng nếu khoảng lợng tử giảm thì số mức lợng
tử và mỗi bit trên mỗi mẫu sẽ tăng, nói cách khác, số xung cần truyền trong
khoảng lợng tử cũng tăng.
Để nâng cao chất lợng tiếng nói trong thực tế, S/N phải giữ không đổi
trong một khoảng rộng các mức năng lợng tín hiệu, với số lợng bit chấp nhận
đợc. Nhằm mục đích đó, các khoảng lợng tử đợc giảm nhỏ khi biên độ thấp và
tăng lên khi biên độ cao. Cách lợng tử hoá lấy khoảng lợng tử khác nhau là tuỳ
thuộc tín hiệu tiếng nói nh vậy gọi là lợng tử hoá không đồng nhất hay lợng tử
hoá phi tuyến. Lợng tử hoá không đồng nhất đợc coi là cách ứng xử lý tín hiệu
hợp lý vì:
Sự phân bố biên độ của tiếng nói là không đồng đều. Các biên độ nhỏ
xuất hiện nhiều hơn biên độ lớn. Do vậy S/N sẽ tốt hơn nếu tạp âm lợng tử đợc
giảm nhỏ đối với các biên độ hay xuất hiện và dành tạp âm lớn cho biên độ ít
xuất hiện.
Ngời ta đã làm phép so sánh giữa lợng tử hoá đồng nhất với lợng tử hoá
không đồng nhất nh sau: Đối với lợng tử hoá đồng nhất, phải cần đến số mức l-
ợng tử là 2000 để đảm bảo chất lợng tiếng nói cao ở mức năng lợng thấp. Điều
này tơng đơng với 11 bit mỗi mẫu. Nhng với lợng tử hoá không đồng nhất thì
chỉ cần số mức lợng tử là 128 và 7 bit cho mỗi mẫu là đủ để có cùng S/N so với
lợng tử hoá đồng nhất. CCITT khuyến nghị dùng lợng tử hoá không đồng nhất
với 8 bit mỗi mẫu và 256 mức lợng tử hoá để đảm bảo chất lợng tiếng nói cao.

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số
Hình 7
Lợng tử hoá không đồng nhất đợc thực hiện bằng xử lý nén tín hiệu ở
phía đầu phát và dãn ở đầu thu (hình 7). Tại đầu phát, tín hiệu tiếng nói biên độ
lớn đợc nén tại bộ nén sau đó thực hiện lợng tử hoá không đồng nhất. Quá trình
này có tác dụng nh thay đổi khoảng lợng tử theo độ lớn của biên độ. Tại đầu
thu, tín hiệu ban đầu đợc tái tạo lại bằng cách làm dãn tín hiệu nén đã nhận đ-

ợc. Quá trình này đợc thực hiện bằng cách đa tín hiệu nhận đợc qua một bộ
dãn có đặc tính ngợc với bộ nén.
Tín hiệu tiếng nói có khoảng động khá rộng. Do vậy tạp âm lợng tử phải
tỷ lệ thuận với miền biên độ rộng. Để đạt đợc điều này, nén dãn đợc thực
hiện theo đặc tính Logarit, sử dụng đặc tính Logarit, tạp âm lợng tử ở mức
năng lợng tín hiệu thấp đợc giảm nhỏ đến mức mong muốn và S/N duy trì
không đổi trên khoảng rộng năng lợng tín hiệu.
6. Ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM): (Time Division
Multiplexing).
Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian đợc dùng để ghép kênh cho
tín hiệu PCM. Ghép kênh phân chia theo thời gian gọi tắt là TDM. Trong
TDM, các tín hiệu PCM của hai hoặc nhiều kênh đợc xem nhau về thời gian để
đợc truyền trên đờng truyền chung. Vì tần số lấy mẫu đối với tín hiệu tiếng nói
là 8kHz, do vậy các mẫu của một tín hiệu phải đợc truyền di 1/8000 giây, tức
là 125às một lần. Nh vậy, thực hiện ghép kênh phân chia theo thời gian của
các tín hiệu PCM bằng cách truyền các mẫu của các kênh, kênh nọ sau kênh
kia, trong khoảng thời gian 125às, nh hình 8.
Kênh 1 2 3 1 2 3 1 2 3
1/8000s = 125às
t
Nén (phía phát)
Bộ nén
t
t
Nén (phía thu)
Bộ dẫn
t

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số
Hình 8: Ghép kênh phân chia theo thời

Hình 9 mô tả sự ghép kênh phân chia theo thời gian của tín hiệu 3 kênh.
Trong hình, tín hiệu tiếng nói của kênh 1 đợc lấy mẫu ở thời điểm t
1,
t
2
,
khoảng thời gian giữa t
1
và t
2
là 125às bằng cách lấy mẫu tín hiệu tiếng nói của
các kênh 2 và 3 vào những thời điểm khác nhau chút ít trong khoảng t
1
và t
2
và
bằng cách tổ hợp những mẫu này với mẫu của kênh 1 theo thang thời gian, ta có
thể thực hiện ghép kênh TDM các mẫu của 3 kênh mà không chồng lên nhau.
Bằng cách lặp lại quá trình này theo chu kỳ 125às, các mẫu của 3 kênh sẽ lần lợt
đợc phát đi trên kênh truyền dẫn chung. Tại đây, lấy mẫu và ghép kênh TDM cho
tất cả các tín hiệu tiếng nói đợc thực hiện đồng thời.
ơ
Hình 9: Ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM)
Trong cấu trúc đa khung của PCM 30/32, một khung PCM 30/32 gồm
32 khe thời gian, mỗi khe thời gian gồm 8 bit, vì vậy tốc độ đờng truyền của
125às
Kênh 1
t
125às
t

1
t
2
t
Kênh 2
125às
Kênh 3
t
1 2 3 1 2 3 1 2
t
Kênh
Tín hiệu
PAM - TDM

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số
PCM 30/32 là 2,048Mbit/s và khe thời gian TS 10 của cấu trúc đa khung đợc
sử dụng cho đồng bộ khung, khe thời gian TS 16 đợc dùng để báo hiệu cho 30
kênh thông tin, các khe thời gian TS1ữ TS 15, TS 17 ữTS 31 đợc sử dụng để
chứa thông tin.
7. Nhóm ghép kênh cơ sở PCM
Thông qua ghép TDm, các kênh điện thoại đợc kết hợp lại để tạo ra một
tập hợp gồm 24 kênh (ghép kênh theo kiểu Bắc Mỹ) hoặc 30 (ghép kênh theo
kiểu Châu Âu). Tập hợp này gọi là khung, chiều dài khung là 125às
* Ghép kênh PCM 30
Ghép kênh PCm 30 ghép từ 16 khung tạo thành một đa khung, mỗi
khung gồm có 32 kênh ghép (T
S0
T
S31
). Số bit trên một khung là 32 x 8 =

256 bit. Trong đó:
T
S0
: Dùng làm tín hiệu đồng bộ khung
T
S16
: Dùng để đồng bộ và báo hiệu đa khung
T
S1
T
S15
và T
S17


T
S31
: dùng cho tín hiệu thoại
Tốc độ bit là 8KHz x 8bit = 64Kb/s PCM
Một đa khung ghép gồm 16 khung: 16 x 125às = 2ms.

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
0 1

16

30 31
X 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 X 0 X X
1 2 3 4 5 6 7 8

Tín hiệu đồng bộ
khung
Đồng bộ và báo hiệu
đã khung ghép
Các khe thời gian dành
cho các kênh thoại
Hình 10: Cấu hình khung của nhóm sơ cấp theo kiểu
125àS
3.9àS
T
S
0
Một khung 125às
T
S
16
T
S
1T
S
15
T
S
17T
S
31

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số
Chơng II
Kỹ thuật chuyển mạch số

I. Giới thiệu về tổng đài số:
Về mặt cơ bản tổng đài số gồm có mạng chuyển mạch, hệ thống báo
hiệu và bộ điều khiển. Tổng đài số đấu nối các thông tin số (đã đợc mã hoá nhị
phân dạng 0 và 1) từ các mạch vào đến mạch ra (Hình vẽ : 11)
Trờng chuyển mạch sử dụng trong các tổng đài điện tử số SPC (Stored
Program Controled) là trờng chuyển mạch thời gian tín hiệu số hoặc trờng
chuyển mạch kết hợp giữa trờng chuyển mạch thời gian kỹ thuật số với trờng
chuyển mạch không gian kỹ thuật số nh: T S, T S T, tr ờng chuyển
mạch trong tổng đài có nhiệm vụ trao đổi vị trí khe thời gian giữa luồng cao
đầu vào với luồng cao đầu ra xác định trớc của trờng chuyển mạch dới sự điều
khiển của bộ điều khiển. Có các bộ vi xử lý giống nh các máy tính để điều
khiển việc hoạt động của tổng đài. Tất cả các chức năng điều khiển đợc đặc tr-
ng bởi các lệnh đã ghi sẵn trong các bộ nhớ của các bộ vi xử lý đó. Các số liệu
trực thuộc tổng đài nh số liệu về thuê bao, các bản phiên dịch địa chỉ, các
thông tin về tạo tyến, tính cớc, thống kê, cũng đ ợc ghi sẵn trong các bộ nhớ
số liệu, qua mỗi bớc xử lý cuộc gọi sẽ nhận đợc một sự quyết định tơng ứng
với loại nghiệp vụ, số liệu đã ghi sẵn để đa tới thiết bị xử lý nghiệp vụ đó.
Ngày nay các tổng đài đã đợc mudul hoá do đó có thể thêm hoặc bớt các chức
năng một cách dễ dàng để phù hợp với các dịch vụ thông tin ngày càng đa
dạng.

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số
ơ
Hình 11: Sơ đồ tổng quát của một tổng đài
I. Đặc điểm chuyển mạch số
Hệ thống chuyển mạch số là hệ thống chuyển mạch trong đó tín hiệu
truyền dẫn qua đờng chuyển mạch ở dạng số (tín hiệu PCI). Tín hiệu này có
thể mang thông tin tiếng nói hay tín hiệu. Nhiều tín hiệu số của các kênh tiếng
nói đợc ghép theo thời gian vào đờng truyền dẫn chung khi truyền qua hệ
thống mạch. Để thực hiện chuyển cho các cuộc gọi đòi hỏi phải sắp xếp các tín

hiệu số từ một khe thời gian ở một tuyến truyền dẫn PCM sang cùng một khe
thời gian của một tuyến PCM khác. Các mẫu PCM xuất hiện ở khe thời gian số
6 (Ts16: Timlot 6) của tuyến dẫn vào PCM cần chuyển sang khe thời gian (Ts
10) của tuyến dẫn ra PCM (qua bộ chuyển mạch số).
II. Nguyên lý chuyển mạch số
Hệ thống chuyển mạch số là hệ thống chuyển mạch trong đó tín hiệu
truyền dẫn qua môi trờng chuyển mạch là tín hiệu đã đợc số hoá. Tín hiệu này
Các đờng
bao
Hệ thống chuyển mạch
Giao tiếp
10001101
Giao tiếp
thuê bao
10001101
Các đường
thuê trung kế
Báo hiệu thuê bao
Báo hiệu thuê bao
Hệ thống điều khiển
(SPC)

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số
có thể mang thông tin là âm thanh, hình ảnh, số liệu .. để thực hiện việc
chuyển mạch cho các cuộc gọi đòi hỏi phải sắp xếp các tín hiệu số từ một khe
thời gian ở một bộ ghép hay một tuyến PCM này sang một bộ ghép hay một
tuyến PCM khác (hình vẽ)
ơ
PCM
0

PCM
0
PCM
1
PCM
1
PCM
2
TS
8
PCM
2
PCM
m
ơ
ơ
PCM
m

Hình 11:
Trờng chuyển mạch sử dụng trong các tổng đài điện tử số SPC đợc cấu
tạo nên từ trờng chuyển mạch thời gian tín hiệu số T hoặc là trờng chuyển
mạch kết hợp giữa chuyển mạch thời gian số và chuyển mạch không gian số
nh: T- S, S T, S T S,
Tại chuyển mạch không gian số, khe thời gian của các tuyến PCM vào
và ra khác nhau đợc trao đổi tơng ứng với nhau, tức là không có sự thay đổi về
mặt thời gian xuất hiện của các khe thời gian, vì không có sự chậm trễ truyền
dẫn tín hiệu khi thực hiện chuyển mạch từ một khe thời gian của một tuyến
PCM này tới cùng một khe thời gian của một tuyến PCM khác.
Tại chuyển mạch thời gian số thì quá trình chuyển mạch thực hiện trao

đổi vị trí khe thời gian từ một tuyến PCM vào đến một khe thời gian bất kỳ của
tuyến PCM ra. ở chuyển mạch thời gian xuất hiện thời gian trễ khi thực hiện
chuyển mạch do quá trình trao đổi khe thời gian. Để khắc phục hiện tợng này, ng-
ời ta dùng bộ chuyển mạch ghép TS T, S T S, T S S T,
Bộ chuyển
mạch số
TS
4

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số
1. Trờng chuyển mạch thời gian tín hiệu số T (Time Switch):
* C u tạo chung:ấ

ơ

Hình 12: Cấu trúc trờng chuyển mạch thời gian tín hiệu số
Chuyển mạch thời gian tín hiệu số hiện đợc coi là thành phần cơ bản và
quan trọng của trờng chuyển mạch trong hệ thống chuyển mạch số. Trờng
chuyển mạch thời gian tín hiệu số gồm hai vi mạch nhớ RAM (Random
Access Memory): RAM tin (SM) và RAM địa chỉ (CM):
Ram tin có chức năng để lu trữ tạm thời các thông tin thoại, số lợng
ngăn nhớ (N) của Ram tin bằng số khe thời gian của tuyến PCM đầu vào (với
tuyến PCM sơ cấp là 32 khe thời gian). Số lợng ô nhớ trong một ngăn nhớ của
RAM tin bằng số bit của một kênh thoại (một khe thời gian tín hiệu số).
RAM địa chỉ thực hiện lu trữ các thông tin địa chỉ về các ngăn của
RAM tin phục vụ cho mục đích Ghi vào đợc Đọc ra tại RAM tin (quá trình Ghi
vào hoặc Đọc ra tại RAM tin phụ thuộc vào phơng pháp điều khiển trờng
chuyển mạch thời gian tín hiệu số). Số lợng ngăn nhớ tại RAM địa chỉ bằng 2
n
trong đó n là số ô nhớ của một ngăn nhớ, và bằng số ngăn nhớ tại RAM tin.

điều khiển
Bộ đếm
khe thời
gian
điều khiển
từ CPU
SM: Speech Memory
CM: Con trol Memory
SM
TA
B
Số liệu ra
TS
A
N
PCM 30/32
Số liệu vào
Tuyến nối
TS
A
--->TS
B
0
0
S

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số
Ngoài ra, cấu túc của chuyển mạch thời gian tín hiệu số còn có bộ đếm khe
thời gian (Time Slot Counter) để đế số khe thời gian tín hiệu số.
Hiện nay có hai phơng pháp điều khiển trờng chuyển mạch thời gian tín

hiệu số: phơng pháp điều khiển đầu vào, và phơng pháp điều khiển đầu ra.
Hai phơng thức điều khiển này khác nhau về nguyên lý điều khiển để
thực hiện đấu nối. Quá trình ghi thông tin vào của chuyển mạch thời gian điều
khiển đầu vào có sự điều khiển còn của chuyển mạch thời gian điều khiển đầu
ra quá trình này laịi đợc thực hiện tuần tự. Quá trình đọc thông tin ra của SM
của chuyển mạch thời gian điều khiển đầu vào đợc đọc tuần tự, chuyển mạch
thời gian điều khiển đầu ra thì có điều khiển sự đọc ra của SM.
* Phơng pháp điều khiển đầu vào (Ghi có điều khiển - đọc tuần tự RWSR):
Khi nhận đợc yêu cầu thiết lập tuyến nối giữa một đầu vào với một đầu
ra, ví dụ giữa TS 2 với TS7, bộ điều khiển trung tâm thực hiện:
+ Ghi thông tin địa chỉ vào RAM địa chỉ:
Tại ngăn nhớ số 2 của RAM địa chỉ, bộ điều khiển trung tâm ghi thông
tin địa chỉ là 7 (địa chỉ của ngăn nhớ số 7 của RAM tin).
+ Quá trình Ghi thông tin thoại vào RAM tin:
Quá trình Ghi thông tin thoại vào RAM tin chịu sự điều khiển của điều
khiển trung tâm, cụ thể là điều khiển trung tâm sẽ đọc lần lợt RAM địa chỉ
(đồng bộ với tuyến PCM đầu vào). Vì vậy tại thời điểm khe thời gian đầu vào
TS2, điều khiển trung tâm đọc đến ngăn nhớ số 2 nhận đợc thông tin là 7.
Thông tin này đợc điều khiển trung tâm sử dụng để điều khiển việc Ghi vào
RAM tin, vì vậy tại ngăn nhớ số 7 của RAM tin sẽ đợc điều khiển để ghi thông
tin thoại tại thời điểm TS2.
+ Quá trình đọc thông tin thoại tử RAM tin:
Điều khiển trung tâm điều khiển việc đọc thông tin thoại từ RAM tin là
lần lợg (đồng bộ với tuyến PCM đầu ra), tức là tại thời điểm của khe thời gian
TS1, RAM tin đợc đọc tại ngăn nhớ số 1, tại thời điểm TS2, RAM tin đợc đọc
tại ngăn nhớ số 2. Đến thời điểm của khe thời gian TS7, điều khiển trung tâm

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số
sẽ đọc đến ngăn nhớ số 7 của RAM tin và nhận đợc nội dung thông tin thoại
của khe thời gian TS2 đầu vào trớc đó. Nh vậy, tại đầu ra của trờng chuyển

mạch thời gian tín hiệu số, tại thời điểm TS 7 có nội dung thông tin thoại của
TS2 đầu vào. Ta nói rằng đã thực hiện đợc việc thiết lập tuyến nối giữa TS2 với
TS7.
Quá trình thiết lập tuyến nối giữa TS2 với TS7 theo phơng thức điều
khiển đầu vào đợc mô tả nh hình vẽ.
+ Để thiết lập đợc tuyến đàm thoại thì tuyến nối giữa TS7 với TS2 cũng
phải đợc thiết lập. Quá trình thiết lập tuyến nối giữa TS 7 với TS2 tơng tự nh tr-
ờng hợp trên, chỉ khác là chỉ số TS2, TS7 có thay đổi.
Hình 12: Chuyển mạch thời gian số điều khiển đầu ra.
* Phơng pháp điều khiển đầu ra: (Ghi tuần tự - Đọc có điều khiển:
SWRR)
Khi nhận đợc yêu cầu thiết lập tuyến nối giữa một đầu vào với một đầu
ra, ví dụ giữa TS2 với TS7, bộ điều khiển trung tâm thực hiện:
+ Ghi thông tin địa chỉ vào RAM địa chỉ (CM): Tại ngăn nhớ số 7 của
RAM địa chỉ, bộ điều khiển trung tâm sẽ ghi thông tin địa chỉ là 2 (địa chỉ của
ngăn nhớ số 2).
điều khiển
từ CPU
31
Tuyến nối
TS
A
--->TS
B
0
điều khiển
Bộ đếm
khe thời
gian
(0 - 31)

SM
TA
7
Số liệu ra
TS
2
Số liệu vào
0
2
31
7

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số
+ Quá trình ghi thông tin thoại vào RAM tin (SM): Quá trình ghi thông
tin thoại vào RAM tin chịu sự điều khoản của điều khiển trung tâm, cụ thể là
điều khiển trung tâm sẽ ghi lần lợt RAM tin (đồng bộ với tuyến PCM đầu vào).
Vì vậy tại thời điểm của khe thời gian đầu vào TS 2, việc ghi vào RAM tin đợc
thực hiện tại ngăn nhớ số 2 của RAM tin.
+Quá trình đọc thông tin thoại tự RAM tin: Điều khiển trung tâm điều
khiển việc đọc thông tin thoại từ RAM tin (đồng bộ với tuyến PCM đầu ra).
Đến thời điểm của khe thời gian TS7, điều khiển trung tâm đọc đến ngăn nhớ
số 7 của RAM địa chỉ và nhận đợc nội dung thông tin địa chỉ là 2. Với thông
tin này điều khiển trung tâm sẽ điều khiển việc Đọc ngăn nhớ số 2 của RAM
tin. Nh vậy tại đầu ra của trờng chuyển mạch thời gian tín hiệu số, tại thời
điểm TS7 có nội dung thông tin thoại của TS2 đầu vào. Ta nói rằng đã thiết lập
tuyến nối giữa TS2 đầu vào với TS7 đầu ra. Quá trình thiết lập tuyến nối đó đợc
mô tả nh hình vẽ của phơng pháp điều khiển đầu vào.
ơ
Đ/C đọc
Hình 13: Trờng chuyển mạch

SM
(32)
Clock
extact
Số liệu ra
Số liệu vào
SELECTOR
SM
(32)
SELECTOR
Bộ đếm
khe thời
gian
Từ điều
khiển tổng
đai
Địa chỉ
Địa chỉ
đọc
Số liệu vào Số liệu vào
Đ/C ghi
1

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số
* Nhận xét về trờng chuyển mạch thời gian tín hiệu số:
Với cấu trúc và nguyên lý hoạt động của trờng chuyển mạch thời gian
tín hiệu số nh trình bày ở trên, chúng ta thấy trờng chuyển mạch thời gian tín
hiệu số hoàn toàn có khả năng thiết lập đợc tuyến nối giữa một đầu vào bất kỳ
với một đầu ra bất kỳ. Chúng ta cũng thấy để hoàn thành một tuyến nối, bộ vi
xử lý (àP) phải thực hiện hai chu trình là Ghi - Đọc tại RAM tin.

Để phân giải khoảng thời gian cần thiết cho chu trình Ghi và Đọc, trong
khoảng thời gian tồn tại của một khe thời gian (ví dụ 3,8às/TS), àP sẽ chia làm
hai nửa thời gian, 1/2 TS đợc dành cho Ghi, 1/2 TS còn lại dành cho đọc (trong
khoảng thời gian của một khe thời gian, quá trình Ghi và Đọc hoàn toàn ở
những ngăn nhớ khác nhau của RAM tin). Chính khoảng thời gian cần thiết để
thực hiện chu trình Ghi và Đọc (1TS) xác định thời gian chuyển mạch cho một
tuyến nối của trờng chuyển mạch. Vì vậy khi số khe thời gian của tuyến PCM
đầu vào càng lớn, thì thời gian chuyển mạch dành cho một tuyến nối phải càng
nhỏ, nói cách khác, tốc độ chuyển mạch đòi hỏi phải càng lớn. Điều này ảnh h-
ởng đến tốc độ làm việc của RAM chuyển mạch (Time Access). Do đó không
thể tăng quá lớn số khe thời gian đợc đấu nối tới trờng chuyển mạch.
2. Trờng chuyển mạch không gian tín hiệu số (S):
Trờng chuyển mạch không gian tín hiệu số là trờng chuyển mạch có khả
năng thay đổi đợc về mặt không gian (vị trí vật lý) của một tín hiệu số (khe
thời gian tín hiệu số) từ vị trí này sang vị trí khác (từ đờng PCM này sang đờng
PCM khác) mà không làm thay đổi thời điểm xuất hiện của tín hiệu số đó (chỉ
số TS không đổi).
* C u trúc và nguyên lý hoạt động của trấ ờng chuyển mạch không
gian tín hiệu số:
Trờng chuyển mạch không gian là một ma trận các mạch Logic AND
gồm M hàng, N cột (M có thể bằng N). Với mỗi hàng, cột là các chỉ số đờng
PCM đầu Vào/Ra tơng ứng. Các mạch Logic AND chịu sự điều khiển của bộ

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số
nhớ CM
i
tơng ứng với mỗi cột (nếu điều khiển theo cột), hoặc với mỗi hàng
(nếu điều khiển theo hàng) của ma trận.
Số lợng ngăn nhớ của bộ nhớ điều khiển bằng số khe thời gian của đờng
PCM. Mỗi ngăn nhớ của một bộ nhớ điều khiển đợc sử dụng để ghi các thông

tin địa chỉ của các tiếp điểm chuyển mạch AND. Bộ điều khiển chuyển mạch
thực hiện điều khiển quá trình Ghi vào ngăn nhớ của CM các thông tin địa chỉ
cần thiết cho quá trình thiết lập tuyến nối. Quá trình đọc từ CM đợc thực hiện
đồng bộ với tuyến PCM( thời điểm TS1 đọc ngăn nhớ 1, thời điểm TS 2 đọc
ngăn nhớ 2, )
Trờng chuyển mạch không gian tín hiệu số hoạt động theo phơng thức
chia thời gian, nghĩa là trên cùng một phần tử AND, ở khe thời gian này dùng
để chuyển mạch cho một cuộc kết nối, tại khe thời gian khác nó lại phục vụ
cho cuộc kết nối khác, quá trình đó đợc lặp lại sau mỗi khung PCM đến khi kết
thúc cuộc kết nối.
Điều khiển đầu nối qua trờng chuyển mạch không gian tín hiệu số:
Ví dụ: Cần thiết lập tuyến nối từ tuyến PCM 2 đầu vào đến tuyến PCM3
đầu ra của trờng chuyển mạch không gian tín hiệu số điều khiển theo cột, bộ
điều khiển CM3 thực hiện đọc lần lợt các ngăn nhớ của bộ nhớ điều khiển đấu
nối đồng bộ với tuyến PCM. Đến thời điểm của khe thời gian TS2, bộ điều
khiển đọc đến ngăn nhớ số 2 của CM3 nhận đợc thông tin địa chỉ là 2 3,
nhờ thông tin này mà bộ điều khiển đấu nối sẽ đa xung điều khiển để mở tiếp
điểm chuyển mạch AND 2- 3. Vì vậy tại đờng PCM ra vào thời đi đó (TS2) có
nội dung thông tin thoại của TS2/PCM2 đầu vào. Ta nói rằng đã thiết lập đợc
tuyến nối qua trờng chuyển mạch không gian tín hiệu số, các thời điểm của các
khe thời gian khác, tiếp điểm chuyển mạch AND 2 3 đợc điều khiển Đóng/
Mở cho các tuyến nối khác. Khi cần giải phóng tuyến nối đó, bộ điều khiển
đầu nối chỉ cần xoá đi nội dung thông tin địa chỉ tại ngăn nhớ 2 của CM 3 tơng
ứng.

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số
Nguyên lý hoạt động
Động tác của một tiếp điểm chuyển mạch sẽ đấu nối một kênh bất kỳ
của một tuyến PCM vào tới cùng kênh của tuyến PCM ra trong khoảng thời
gian của một khe thời gian. Khe thời gian này xuất hiện mỗi khung một lần.

Trong khoảng thời gian của các khe thời gian khác, cùng một tiếp điểm có thể
đợc dùng để đấu nối cho các kênh khác. Tiếp thông hoàn toàn giữa các tuyến
PCM vào và PCM ra trong khoảng mỗi khe thời gian.
ở sơ đồ hình 18: mỗi cột tiếp điểm đợc gắn vào một cột nhớ điều khiển.
Các ngăn nhớ của bộ nhớ điều khiển lu giữ địa chỉ của các tiếp điểm chuyển
mạch. Mỗi tiếp điểm chuyển mạch đợc gắn một tổ hợp mã địa chỉ nhị phân
duy nhất để đảm bảo chỉ một tiếp điểm trong mỗi cột đợc thông mạch trong
khoảng một khe thời gian. Mỗi từ mã địa chỉ đợc đọc ra từ bộ nhớ điều khiển
trong khoảng khe thời gian tơng ứng của nó, nội dung của từ mã đợc chuyển đi
theo tuyến BUS địa chỉ (sau khi giải mã) trong khoảng mỗi khe thời gian và vì
vậy mà tiếp điểm có địa chỉ tơng ứng thao tác chỉ trong khoảng thời gian đó, ở
các khung kế tiếp nhau tiếp điểm lại động tác một lần.
Các cột nhớ của bộ nhớ điều khiển đợc ghép song song với nhau, mỗi
cột điều khiển đấu nối cho một cột tiếp điểm. Trong trờng hợp một khe thời
gian bị chiếm, cột nhớ điều khiển sẽ nhảy sang đọc địa chỉ tiếp điểm theo ở
ngăn nhớ kế tiếp, lệnh điều khiển mới điều khiển một tiếp điểm khác nối thông
cho cuộc gọi khác.
Để giải phóng tuyến nối, bộ điều khiển trung tâm xoá nội dung địa chỉ
ghi ở ngăn nhớ điều khiển tơng ứng với khe thời gian dành cho tuyến nối. Tiếp
điểm chuyển mạch tơng ứng không nhận đợc lệnh mở nữa, tuyến nối bị cắt.
Y
0
Y
1
Y
m
X
0
X
1

X
2
00
:
31
CM0 CM1 CMn
BUS địa chỉ
Các cột
nhớ điều
khiển nối
mạch
Các tuyến
dẫn PCM
vào
:
Các tuyến dẫn PCM ra

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số
ơ
Hình 14: Chuyển mạch không gian điều khiển theo cột sử dụng tiếp điểm
chuyển mạch là cổng các logic AND
* Nhận xét
Trờng chuyển mạch không gian tín hiệu số chỉ cho phép thiết lập tuyến
nối về mặt không gian, còn về thời gian là không thay đổi, vì vậy không thể chỉ
sử dụng duy nhất trờng chuyển mạch không gian tín hiệu số để xây dựng trờng
chuyển mạch cho tổng đài điện tử số SPC.
Trờng chuyển mạch không gian tín hiệu số có khả năng xảy ra tắc nghẽn
nội bộ (tổn thất nội bộ) do khi có hai đầu vào trên hai đờng PCM khác nhau
cùng nối tới một đầu ra là không thể thực hiện đợc (trong cùng một thời điểm
TS).

Thời gian thiết lập tuyến nối qua trờng chuyển mạch bị hạn chế do việc
sử dụng mạch Logic AND.
* Sự khác nhau và giống nhau giữa chuyển mạch không gian và thời
gian: