Tài liệu CHƯƠNG 8: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA HỢP ĐA HỢP TẦN SỐ (FDM) doc

________________________________________________Chương 8 Các phương pháp đa hợp VIII
- 1
 CHƯƠNG 8

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA HỢP

 ĐA HỢP TẦN SỐ (FDM)
 Tạo sóng mang

Điều chỉnh biên độ
 Truyền sóng vi ba
 ĐA HỢP THỜI GIAN (TDM)
 Đồng bộ

Không đồng bộ
__________________________________________________________________________________________

Như chúng ta đã biết, để truyền đồng thời nhiều kênh thông tin trên một đường truyền
người ta có thể dùng một trong hai phương pháp đa hợp: đa hợp phân thời gian và đa hợp
phân tần số.
Phương pháp đa hợp phân thời gian phù hợp với việc truyền tín hiệu số, được dùng
phổ biến trong các hệ thống điện thoại số.
Phương pháp đa hợp phân tầ
n số phù hợp với việc truyền tín hiệu tương tự, được dùng
rộng rãi trong các phương tiện thông tin khác như truyền thanh, truyền hình . .
Trong chương này chúng ta sẽ xét qua các phương pháp đa hợp để truyền dữ liệu
và/hoặc âm hiệu bằng sóng mang tương tự hoặc số.

8.1 đa hợp tần số (frequency division multiplexing, FDM)

Trong truyền dữ liệu dùng sóng mang tương tự, người ta đã khai thác triệt để phương

pháp này để có thể truyền, trong một khoảng thời gian, càng nhiều thông tin càng tốt. Hiện
nay khả năng truyền 10.800 kênh âm thanh (VB, Voice Band) đồng thời trên sóng mang
tương tự đã là hiện thực.
Trong dải tần của đường truyền dùng FDM, mỗi nguồn thông tin chiếm một khoảng
tần số xác định và các nguồn khác nhau sẽ chia sẻ dải tần này.
Thí d
ụ, trong điều chế AM, các nguồn thông tin khác nhau nhưng chiếm cùng một dải
tần số (gọi là dải nền, base band) sẽ điều chế các tần số sóng mang khác nhau để dời phổ tần
của chúng lên các vùng khác nhau và do đó có thể đa hợp để truyền cùng lúc (H 8.1)




(H 8.1)
Ứng với mỗi tín hiệu điều chế sẽ xuất hiện hai băng cạnh trên và dưới, chứa cùng
nguồn thông tin và bản thân sóng mang thì không chứa thông tin trong đó, như vậy một
phương pháp truyền hữu hiệu là chỉ truyền một băng cạnh và loại bỏ sóng mang (SSBSC,
Single Side Band Suppressed Carrier).
_________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
________________________________________________Chương 8 Các phương pháp đa hợp VIII
- 2
Trong hệ thống của AT&T, một kênh thông tin bao gồm 12 kênh âm thanh (VB), mỗi
kênh (gồm tín hiệu tiếng nói hoặc dữ liệu từ một modem) sẽ điều chế một tần số sóng mang
khác nhau và người ta chọn băng cạnh thấp (LSB) để phát đi. Do mỗi kênh âm thanh chiếm
khoảng tần số từ 300 đến 3000 Hz, nên người ta chọn băng thông 4 kHz cho mỗi kênh truyền
và như vậy, 1,3 kHz được xem như khoảng cách an toàn (H 8.2)

(a) Phổ tần AM (b) Phổ tần SSBSC

(H 8.2)

12 kênh âm thanh như thế hợp thành một nhóm (Group) chiếm băng thông 48 kHz, từ
60 đến 108 kHz (H 8.3)





(H 8.3)

Để đa hợp mức cao hơn, 5 nhóm tương tự như thế hợp thành một Super group (SG),
băng thông của một SG, có được từ việc tổ hợp các băng cạnh thấp LSB của mỗi quá trình
điều chế, là 240 kHz và chiếm dải tần từ 312 kHz đến 552 kHz (H 8.4)




_________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
________________________________________________Chương 8 Các phương pháp đa hợp VIII
- 3
(H 8.4)
Đến lượt 10 SG được đa hợp để thành một Master Group (MG), như vậy, một MG
chứa thông tin của 600 kênh âm thanh. (H 8.5) minh họa một U600 MG.

(H 8.5)
Trong (H 8.5) ta thấy khoảng cách an toàn cho hai SG kề nhau là 8 kHz và giữa hai
MG là 80 kHz. Khoảng cách này cho phép mạch lọc ở máy thu có thể tách riêng các SG và
MG ở kề nhau.
MG L600 đa hợp SG1 tới SG10 bằng một phương pháp hơi khác với phương pháp đa
hợp của MG U600 và chiếm khoảng tần số từ 60 đến 2788 kHz.
Các MG chứa 600 kênh âm thanh có thể được truyền trực tiếp trên cáp.
Để tạo một kênh truyền vi ba (microwave radio channel) người ta có thể đa hợp 3 MG
(H 8.6).





(H 8.6)
Ngoài ra, một Jumbo Group (JG) là một tổ hợp 6 MG, gồm 3600 VB và 3 JG được đa
hợp để được một kênh truyền gồm 10.800 VB . Tất cả có thể được truyền trên cáp.

8.1.1 Tạo sóng mang
Một máy thu FDM thực hiện việc giải điều chế bằng cách trộn liên tục tín hiệu dao
động giảm dần tần số cho tới lúc phục hồi được tín hiệu trong khoảng tần số của VB. Điều
kiện cần thiết là sóng mang giữa máy phát và thu phải đồng nhất, nếu không tín hiệu phục hồi
được sẽ bị lệch tần số ra khỏi phổ tần gốc.
V
ới mục đích sử dụng hiệu quả công suất, máy phát FDM đã dùng phương pháp triệt
sóng mang, vì vậy sóng mang phát không thể phục hồi trực tiếp từ tín hiệu dải nền mà máy
thu nhận được.
Nếu để ý các tần số sóng mang từ các Group cho đến JG, ta thấy đều là bội của 4 kHz,
như vậy trong một hệ thống thông tin, một trạm có thể được thiết kế như một trạm chủ, ở
đây

sẽ thực hiện mạch dao động 4 kHz mà tất cả các trạm trong hệ thống phải đồng bộ với nó.
Một cách tổng quát, tần số 4 kHz được nhân lên cho tới tần số hướng dẫn (pilot) cao
hơn (64.312 hoặc 552 kHz) rồi cho trộn với dải tần của tín hiệu. Mỗi trạm thứ cấp (máy thu)
giải điều chế tần số hướng dẫn rồi phục h
ồi và tạo tần số 4 kHz. Như vậy tất cả trạm trong hệ
thống tạo sóng mang từ tần số 4 kHz này.
_________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
________________________________________________Chương 8 Các phương pháp đa hợp VIII
- 4
Trong những hệ thống lớn như hệ thống Bell hay General Telephone, thật là không
thực tế nếu trạm chủ phát tín hiệu 4 kHz trực tiếp đến các trạm con. Thay vào đó, một số trạm
con sẽ được dùng như những repeaters cho các trạm con khác về tín hiệu hướng dẫn này.
Để có được các tần số sóng mang cao hơn người ta cho tín hiệu 4 kHz qua một mạch
phi tuyến rồi lấy ra các họa tần. Nếu tần số 4 kHz này b
ị trôi dạt một ít về pha và tần số sẽ
đưa đến một sự thay đổi đáng kể của các họa tần.

Thí dụ 1:
Xác định tần số phát của kênh vi ba dùng để phát kênh âm thanh VB 10, group 4,
super group 17, master group 3

Ch 10
at GP
GP 4
at SG
SG 17
at MG
MG 3
at radio ch.

fc
LSB
72 kHz
68-72 kHz
564 kHz
492-496 kHz
2108 kHz
1612-1616 kHz
8848 kHz
7232-7236 kHz

Qua thí dụ 1, ta thấy mặc dù tần số của kênh VB tăng lên nhưng nó vẫn chiếm băng
thông gốc là 4 kHz.
Thí dụ 2:
Nếu tín hiệu dao động 4 kHz bị trôi 10 Hz thì tần số âm thanh 1 kHz ở channel VB 3,
group 2, SG 17, MG 2 sẽ trôi bao nhiêu? Giả sử tần số sóng mang được điều chế biên độ và
dẫn xuất từ tần số 4 kHz.
Cho kênh VB 3
fc lý tưởng : 100 kHz
fc thực tế : 4,01 kHz * (100/4) = 100,25 kHz
LSF lý tưởng : 100 kHz - 1 kHz = 99 kHz
LSF thực tế : 100,25 kHz - 1 kHz = 99,25 kHz
Cho Group 2
fc lý tưởng : 468 kHz
fc thực t
ế : 4,01 kHz * (468/4) = 469,17 kHz
LSF lý tưởng : 468 kHz - 99 kHz = 369 kHz
LSF thực tế : 469,17 kHz - 99,25 kHz = 369,92 kHz
Cho SG 17
fc lý tưởng : 2108 kHz

fc thực tế : 4,01 kHz * (2108/4) = 2113,27 kHz
LSF lý tưởng : 2108 kHz - 369 = 1739 kHz
LSF thực tế : 2113,27 kHz - 369,92 kHz =1743,35 kHz
Cho MG 2
fc lý tưởng : 6248 kHz
fc thực tế : 4,01 kHz * (6248/4) = 6263,62 kHz
LSF lý tưởng : 6248kHz - 1739 kHz = 4509 kHz
LSF thực tế : 6263,62 kHz - 1743,35 kHz =4520,27 kHz
Như vậy một sự thay đổi 10 Hz ở tần số dao động đã dẫn tới một thay đổi khoảng 11
kHz ở ngã ra của kênh vi ba. Vì mỗi kênh VB rộng 4 kHz nên sự trôi dạt này tương đương với
3 kênh VB.
Trong (H 8.5) các SG từ 25 tới 28 có thêm chữ D trong số ch
ỉ SG điều này chỉ rằng
tần số sóng mang của các SG này được dẫn xuất không phải từ họa tần của 4 kHz. Sóng mang
của các SG từ 15 đến 18 được trộn với một họa tần thấp hơn (1040 kHz) và băng cạnh trên
được lọc lấy để dùng như sóng mang của các DSG, điều này làm giảm sự sai pha của các sóng
mang SG có tần số cao.

_________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
________________________________________________Chương 8 Các phương pháp đa hợp VIII
- 5
8.1.2 Điều chỉnh biên độ
Trong quá trình truyền, sự thay đổi biên độ tín hiệu có thể xảy ra. Sự thay đổi này cần
phải được xác định để có biện pháp bù trừ. Để thực hiện việc điều chỉnh biên độ tự động, một
tín hiệu hoa tiêu tần số 104,08 kHz có biên độ chuẩn, dùng để tham khảo, được đưa vào
Group. Tín hiệu này được dẫn xuất từ tín hiệu 4 kHz bằng phương pháp như sơ đồ (H 8.7).
Do mỗi SG g
ồm 5 Group nên có 5 tần số hoa tiêu khác nhau (H 8.8). Biên độ của tín hiệu hoa
tiêu đã được xác định trước nên mọi sự thay đổi của biên độ tín hiệu này được tham khảo để

thực hiện việc điều chỉnh một cách tự động biên độ của tín hiệu nhận được.



(H 8.7) (H 8.8)

Nhóm (H 8.9) minh họa việc điều chỉnh biên độ được thực hiện trong từng tầng.
(H 8.9a) cho thấy đặc tuyến truyền lý tưởng, các biên độ của các tín hiệu trong các
MG là như nhau nhưng trong thực tế thì biên độ này thay đổi theo các tần số khác nhau (H
8.9b)
Việc điều chỉnh độ lợi tự động để bù vào sự biến dạng biên độ do các môi trường
truyền khác nhau được thực hiện trong mỗi tầng. Đầ
u tiên, biên độ của mỗi kênh MG được
điều chỉnh (H 8.9c), kế đến là biên độ của tín hiệu trong mỗi kênh SG (H 8.9d) và cuối cùng
việc điều chỉnh được thực hiện ở các GP (H 8.9e).



(H 8.9)

_________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
________________________________________________Chương 8 Các phương pháp đa hợp VIII
- 6
(H 8.10) cho thấy cách lồng tín hiệu hoa tiêu vào tín hiệu dải nền phức hợp như thế
nào. Mỗi nhóm có tín hiệu 104,08 KHz đưa vào ở mạch tổ hợp kênh (channel combining
network). Kết quả là mỗi SG có 5 tín hiệu hoa tiêu của nhóm (đó là các tín hiệu 315,92 KHz,
363,92 KHz, 411,92 KHz, 459,92 KHz và 507,92 KHz). Tín hiệu hoa tiêu của nhóm 1 cũng là
tín hiệu hoa tiêu của super group (315,92 KHz). Đây là tín hiệu dùng tham khảo để hiệu chỉnh
tín hiệu ra ở mạch phân cách SG. Vậy mỗi MG có 50 tín hiệu hoa tiêu của Group, trong đó có

10 tín hiệu đồng thời là tín hiệu hoa tiêu c
ủa SG. Đó là các tín hiệu có được do các tín hiệu f
c

của SG trộn với tín hiệu 315,92 KHz (Thí dụ: với SG13, fc=1116 KHz thì tín hiệu hoa tiêu là
1116-315,92=800,08 KHz). Một tín hiệu hoa tiêu của MG có tần số 2480 KHz được thêm
vào mỗi MG ở mạch tổ hợp SG, tạo thành tổng số là 51 tín hiệu hoa tiêu của MG.



(H 8.10)

(H 8.11) là sơ đồ khối một mạch giải đa hợp FDM, cho thấy tín hiệu hoa tiêu được
tham khảo như thế nào và được dùng để phân cách sự hiệu chính ở các MG, SG và GP.
Tín hiệu phức hợp FDM tới mạch phân cách MG, cụ thể là các mạch lọc dải thông
BPF để tách riêng các tín hiệu MG1 (564 - 3084 kHz), MG2 (3164 - 5684 kHz) và MG3
(5764 - 8284 kHz), các tín hiệu này cùng các tín hiệu hoa tiêu tương ứng ra khỏi mạch phân
cách MG theo 3 đường khác nhau.
Tín hiệu MG1 chia làm hai nhánh, một đưa thẳng vào mạch khuếch đại AGC và một
vào mạch tách tín hiệu hoa tiêu 2840 kHz trước khi vào mạch khuếch đại AGC để so sánh và
điều chỉnh độ lợi tín hiệu MG1. Tín hiệu ra từ mạch khuếch đại AGC được đưa vào mạch
phân cách SG để cho ra tín hiệu của SG13 đến SGD 28.
Riêng hai đường tín hiệu MG2 và MG3 được đưa vào mạch điều chế cân bằng và lọc
BPF để phục hồi dải tần tương ứng với các SG trước khi đưa vào mạch khuếch đại AGC.
Công vi
ệc tương tự được thực hiện ở các tầng hiệu chính SG và GP. Ở ngã ra tầng
hiệu chính GP ta được tín hiệu của 12 kênh VB (60 - 108 kHz) đã được điều chỉnh biên độ.

_________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu

________________________________________________Chương 8 Các phương pháp đa hợp VIII
- 7



(H 8.11)
8.1.3 Truyền sóng vi ba
Một kênh vô tuyến bao gồm 3 kênh MG chiếm dải tần từ 564 kHz đến khoảng 8,3
MHz. Để được phát đi như một sóng vi ba (>1GHz), tín hiệu này phải được nâng tần số lên
bằng cách điều chế FM một sóng mang trung tần 70 MHz, với chỉ số điều chế nhỏ - khoảng
0,4 - ta được kết quả gần giống như điều chế AM, nghĩa là phổ tần chỉ gồm một c
ặp băng
cạnh trên và dưới. Tín hiệu này lại được dùng để điều chế AM một sóng mang 6 GHz và băng
cạnh trên được lọc lấy để phát đi (H 8.12).
Để phát 1800 kênh VB cần một băng thông là 16,6 MHz, mà tiêu chuẩn FCC cho
phép băng thông rộng 29 MHz, như vậy tiêu chuẩn FCC có thừa để phát một kênh vô tuyến
chứa 1800 VB bằng phương tiện vi ba.

_________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
________________________________________________Chương 8 Các phương pháp đa hợp VIII
- 8



(H 8.12)

8.2 ĐA HợP THờI GIAN (Time-division multiplexing ,TDM)
Đa hợp phân thời gian có hai dạng : đồng bộ và không đồng bộ

8.2.1 Đa hợp thời gian đồng bộ (Synchronous time-division multiplexing)

Đa hợp thời gian đồng bộ thực hiện được khi dung lượng của đường truyền vượt
nhiều lần vận tốc bit của tín hiệu cần truyền. Nhiều tín hiệu số (hay tín hiệu tương tự được số
hóa) có thể truyền trên một đường truyền ở những thời điểm khác nhau. Sự phân chia thời
gian có thể thực hiện cho từng bit, từng khối nhiều ký tự hay t
ừng khối lớn dữ liệu. (H 8.13)
cho thấy một số tín hiệu [m
i
(t), i = 1, 2, 3, . . . n) được đa hợp trên một đường truyền, mỗi tín
hiệu được đưa vào vùng đệm trước khi đa hợp, vùng đệm có chiều dài chuẩn là một bit hay
một ký tự, các vùng đệm được quét tuần tự đê tạo tín hiệu đa hợp m
c
(t). Tốc độ quét phải đủ
nhanh sao cho các vùng đệm rổng trước khi dữ liệu mới đến do đó vận tốc bit của m
c
(t) ít nhất
phải là tổng của các m
i
(t). m
c
(t) là tín hiệu số, có thể phát trực tiếp hay qua modem


(H 8.13 )
(H 8.13b) cho dạng thông thường của tín hiệu đa hợp trên đường truyền, tín hiệu này
có cấu trúc khung (frame), mỗi khung chứa một số khe thời gian (timeslot). Trong mỗi khung,
một hoặc nhiều khe thời gian được dành cho mỗi nguồn dữ liệu. Chuỗi các khe dành cho một
nguồn dữ liệu trong các khung khác nhau hình thành một kênh (channel). Chiều dài mỗi khe
bằng chiều dài của thanh ghi đệm phát, cụ thể là 1 bit hoặc chiều dài 1 ký tự.

Trên đường truyền TDM , dữ liệu được xuấ
t ra theo một trong hai kỹ thuật :
- Kỹ thuật xen ký tự (word or character-interleaving) được dùng cho các nguồn bất
đồng bộ, mỗi khe thời gian chứa một ký tự dữ liệu.
- Kỹ thuật xen bit (bit-interleaving) được dùng cho nguồn đồng bộ và không đồng bộ,
mỗi khe thời gian chỉ chứa một bit.
_________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
________________________________________________Chương 8 Các phương pháp đa hợp VIII
- 9
(H 8.14) là một thí dụ cho thấy sự khác nhau của 2 kỹ thuật xen ký tự và xen bit.
Trong thí dụ, để đơn giản ta chỉ vẽ các mẫu bit của 2 kênh thay vì 24 kênh như trong thực tế .

(a) xen bit

(b) xen ký tự
(H 8.14)
Ở máy thu, dữ liệu được giải đa hợp và đưa đến các đích tương ứng .
Ta gọi TDM đồng bộ không chỉ vì lý do phát đồng bộ mà còn bởi một lý do quan
trọng hơn là các khe thời gian dành cho các nguồn dữ liệu được giữ cố định, nghĩa là dù một
kênh nào đó trong hệ thống không có dữ liệu để truyền, khe thời gian dành cho nó vẫn được
phát đi.
Mặc dù các khe thời gian đã được ấn
định, nhưng các thiết bị TDM đồng bộ vẫn có
thể làm việc với những nguồn dữ liệu có vận tốc bit khác nhau. Thí dụ, trong một chu kỳ
những thiết bị có vận tốc thấp nhất có thể sử dụng một khe thời gian trong khi các thiết bị có
vận tốc cao hơn dùng nhiều khe thời gian hơn.

8.2.1.1 Điều khiển đường truyền TDM
Trong mô hình của các khung thông tin TDM giới thiệu ở (H 8.13) ta không thấy các

chi tiết đầu khung (header) và cuối khung (trailer) là những chi tiết phải có trong kỹ thuật
truyền đồng bộ. Thật ra điều này cũng không cần thiết. Chúng ta có thể xem qua hai cơ chế
của giao thức điều khiển liên kết dữ liệu: kiểm soát dòng dữ liệu (flow control) và kiểm soát
lỗi (error control)

- Kiểm soát dòng dữ liệu: vì vận tốc bit trên đường truyền thì cố định và các bộ đa
hợp và giải đa hợp được thiết kế vận hành với vận tốc này nên việc kiểm soát không cần thiết.
Nhưng, giả sử có một kênh trong đường truyền không có khả năng nhận dữ liệu thì việc
truyền các khung khác có dừng lại không? Rõ ràng câu trả lời là không, vì các kênh khác vẫn
mong nhận dữ liệu
ở những thời điểm đã định, vậy trong khoảng thời gian này kênh có vấn đề
sẽ truyền các khe thời gian rỗng.

- Kiểm soát lỗi: Tương tự, việc kiểm soát lỗi sẽ được thực hiện cho từng kênh riêng
biệt vì người ta không thể yêu cầu phát lại tất cả các kênh khi có một kênh bị lỗi.
Tóm lại, trong TDM các giao thức (thí dụ SDLC, HDLC) sẽ được áp dụng cho từng
kênh và giả sử dùng phương pháp xen ký tự, hai kênh truyền cho hai nguồn dữ liệu d
1
và d
2

với các trường cờ (F) và điều khiển (C), địa chỉ (A) và trường FCS (f) sẽ được sắp đặt như
sau:
_________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
________________________________________________Chương 8 Các phương pháp đa hợp VIII
- 10


Ngã vào 1:

F
1
A
1
C
1
d
1
d
1
d
1
f
1
f
1
F
1
A
1
C
1
d
1
d
1
d
1
f
1

f
1
F
1
. . . .
Ngã vào 2:
F
2
A
2
C
2
d
2
d
2
d
2
d
2
f
2
f
2
F
2
A
2
C
2

d
2
d
2
d
2
d
2
f
2
f
2
F
2
. . . .
Dòng dữ liệu đa hợp:
F
F A A C C d d d d d d
2
f
1
d
2
f
1
f
2
F
1
f

2
A
1
F
2
C
1
A
2
d
1
C
2
d
1
d
2
d
1
d
2
f
1
d
2
f
1
d
2
F

1
f
2
. .
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1


(H 8.15)
Nhìn dòng dữ liệu đa hợp chúng ta cảm thấy dường như không có tính nhất quán ở các
khung SDLC (HDLC), do chiều dài khung dữ liệu khác nhau, tuy nhiên các mẫu dữ liệu sẽ
được tách ra và tái hợp một cách chính xác ở các ngã ra của bộ phận thu.

8.2.1.2 Đồng bộ khung
Mặc dù giao thức điều khiển liên kết dữ liệu không được dùng để quản lý toàn bộ
đường truyền TDM nhưng việc đồng bộ khung rất cần thiết để máy thu nhận dạng và thực
hiện nhiệm vụ phân bố dữ liệu của mình.
Hệ thống Telco sử dụng 24 khe thời gian (n= 24) cho một khung, mỗi khe thời gian
dành cho một kênh âm thanh (voice band), các tín hiệu âm thanh được lấy mẫu với vận tốc
8000 mẫu/sec và được mã hóa với 8 bit. Như vậy, một khung dữ liệu chứa :
24 kênh x 8 bit/kênh = 192 bit
Cuối mỗi khung, người ta thêm vào 1 bit dùng cho đồng bộ khung (framing bit) do đó
mỗi khung chứa 193 bit, mẫu của chuỗi bit đồng bộ khung tùy thuộc đường truyền.

- Đường truyền D1 dùng kỹ thuật nén tín hiệu tương tự với hệ số µ = 100 và dùng từ
mã 7 bit nên chỉ cần thêm bit thứ 193, là các bit 0/1 luân phiên, vào cuối khung (hiện nay
đường truyền này không còn sử dụng).
- Các đườ
ng truyền D2 và D3 ngoài các bit đồng bộ khung còn có thêm các bit báo
hiệu (signaling bit), được thực hiện như sau:
Các khung thông tin được nhóm thành từng nhóm 12 khung, gọi là một super frame. Ở

khung thứ sáu và mười hai, các bit LSB của nhóm 8 bit của mỗi từ mã PCM trong tất cả 24
kênh được thay bởi bit báo hiệu (signaling bit), dùng cho tín hiệu báo on-hook/off-hook. Bit
LSB trong các kênh của khung thứ 6 gọi là bit - A và của khung thứ 12 gọi là bit - B
Và máy thu nhận diện khung thứ 6 và 12 nhờ chuỗi bit đồng bộ khung sắp xếp theo
qui luật cụ thể như sau:

Khung 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Bit đồng bộ khung 1 0 1 0 1 0
Bit báo hiệu 0 0 → 1 1 1 → 0

Ta thấy, các bit thứ 193 của các khung lẻ được dùng cho sự đồng bộ và của các khung
chẵn dùng nhận dạng khung thứ 6 và 12 là các khung có chứa bit báo hiệu. Máy thu nhận ra
khung thứ 6 do sự biến đổi từ 0 lên 1 (001) và khung 12 do biến đổi từ 1 xuống 0 của các bit
báo hiệu (110).
Lưu ý là việc thay thế bit LSB trong các kênh âm thanh bởi bit báo hiệu làm ảnh
hưởng đến tín hiệu âm thanh khi giải mã nhưng sự ảnh hưở
ng này là không đáng kể (điều này
không thực hiện trên tín hiệu có nguồn gốc là tín hiệu số) .
_________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
________________________________________________Chương 8 Các phương pháp đa hợp VIII
- 11
Ngoài ra, để duy trì việc định thời, dữ liệu số trên các kênh D phải không chứa các
chuỗi nhiều hơn 14 số 0 liên tiếp. Máy phát sẽ quan sát từng từ mã 8 bit, mỗi từ mã phải có it
nhất một bit 1, nếu từ mã nào gồm toàn bit 0 và nằm trong chuỗi nhiều hơn 14 bit 0 thì bit thứ
7 của từ mã đó (vị trí tính từ trái sang) sẽ được thay bằng bit 1.
Thí dụ:
a. Chuỗi bit 1000 0000 0000 0001 được chấp nhận
b. Chuỗi bit 1000 0000 0000 0000 sẽ được thay bởi: 1000 0000 0000 0010.
Máy thu sẽ tốn một khoảng thời gian để tìm mẫu bit nói trên trong chuỗi dữ liệu đến

để thiết lập sự đồng bộ. Trị trung bình cực đại của khoảng thời gian này xác định bởi:
T
savg
= 2NT = 2N
2
t
t = thời gian bit
N = số bit mỗi khung
T = chu kỳ của khung = Nt
Với N = 193, T = 125 µs và t = 0,648 µs thời gian trung bình là 48,25 ms (đây là thời
gian trễ giữa RTS và CTS mà ta đã thấy trước đây).
Do các khung được tạo ra có tần số trùng với tần số lấy mẫu (8000 lần trong một
giây), vậy đa hợp thời gian 24 kênh đòi hỏi dung lượng đường truyền là 8000x193 = 1,544
Mbps.
Để tương thích với các kênh D, tín hiệu số chỉ được dùng 7 hoặc 6 bit cho mỗi ký t
ự
và dành bit thứ 8 (vị trí LSB) cho tín hiệu điều khiển (nếu dữ liệu 8 bit thì không có bit báo
hiệu).

8.2.1.3 Nhồi xung (pulse stuffing)
Có lẽ vấn đề khó khăn nhất trong thiết kế mạch đa hợp đồng bộ thời gian là sự đồng
bộ của nhiều nguồn dữ liệu khác nhau. Nếu mỗi nguồn sử dụng một xung đồng hồ khác nhau
thì một thay đổi của một tín hiệu đồng hồ nào đó sẽ gây ra sự mất đồng bộ ngay. Hơn nữa
trong nhiều trường hợp, vận tố
c bit của các nguồn dữ liệu vào không phải lúc nào cũng tỉ lệ
với nhau. Kỹ thuật nhồi xung được sử dụng để giải quyết tất cả các vấn đề trên: đưa thêm các
xung vào các nguồn dữ liệu sao cho vận tốc bit của tất cả các nguồn phù hợp với vận tốc bit
của hệ thống. Các xung nhồi được đưa vào nguồn dữ liệu ở những vị trí xác đị
nh để máy thu
có thể nhận dạng và loại bỏ. Như vậy vận tốc dữ liệu ở ngã ra mạch đa hợp lớn hơn tổng vận

tốc bit của tất cả các nguồn.
(H 8.16) là một thí dụ nhồi xung : Giả sử có 11 nguồn dữ liệu được đa hợp trên một
đường truyền:
- Nguồn 1 : tín hiệu tương tự, băng thông 2 kHz
- Nguồn 2 : tín hiệu tương tự
, băng thông 4 kHz
- Nguồn 3 : tín hiệu tương tự, băng thông 2 kHz
- Nguồn 4 - 11 : tín hiệu số, 7200 bps, đồng bộ
_________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
________________________________________________Chương 8 Các phương pháp đa hợp VIII
- 12


(H 8.16)
Các bước sau đây sẽ được thực hiện:
- Bước 1: Các tín hiệu tương tự sẽ được lấy mẫu (PCM), đối với nguồn 1 và 3 cần
4000 mẫu/sec và nguồn 2 cần 8000mẫu/sec, giả sử dùng mã 4 bit . Để thuận tiện, 3 nguồn này
được đa hợp thành một nguồn duy nhất. Với tần số quét 4 kHz, một mẫu PAM dùng cho
nguồn 1 và 3, nguồn 2 dùng 2 mẫu PAM cho mỗi chu kỳ quét. 4 mẫu này được kết hợp (xen
bit hay ký t
ự) và biến đổi thành những mẫu PCM 4 bit. Ta được tổng số 16 bit được tạo ra với
vận tốc 4000 lần /sec, hay nói cách khác ta được tín hiệu 64 kbps.
- Bước 2: Các nguồn tín hiệu số sẽ được nhồi xung để đạt vận tốc 8 kbps, đa hợp 8
nguồn này để được tổng số 64 kbps. Một khung dữ liệu bây giờ chứa 32 bit : 16 bit PCM và
16 bit của 8 nguồn tín hiệu số

8.2.1.4 Hệ thống sóng mang
Tương tự như ở FDM, TDM được dùng như một phần của hệ thống truyền thông tầm
xa nên sự phân cấp của hệ cũng được hình thành.

Bảng 8.1 cho 2 hệ thống dùng đa hợp đồng bộ thời gian quốc tế (CCITT) và Bắc Mỹ
(hệ thống AT & T, cũng dùng ở Nhật Bản)

Bảng 8.1
(a) Bắc Mỹ AT&T (b) Quốc tế (CCITT)
Tên HT Số kênh âm thanh Vận tốc bit Số mức Số kênh âm thanh Vận tốc bit
DS-1
DS-1C
DS-2
DS-3
DS-4
24
48
96
672
4032
1,544 (Mbps)
3,152
6,312
44,736
274,176
1
2
3
4
5
30
120
480
1920

7680
2,048 (Mbps)
8,448
34,368
139,264
565,148

* DS-1 là cấp nền của AT&T, trong đó đa hợp 24 kênh âm thanh, mỗi khung chứa
[(24x8) +1 =193 bit ], mỗi kênh chứa một từ PCM, băng thông tín hiệu là 4000 Hz nên tốc độ
lấy mẫu 8000 mẫu /sec . Vì vậy, mỗi khe thời gian và do đó mỗi khung phải lặp lại 8000 lần
/sec, ta được vận tốc bit là 8000x193 = 1,544 Mbps

* Các kênh dữ liệu số cũng có thể được truyền trên đường DS-1, nghĩa là với vận tốc
1,544 Mbps. Nếu nguồn dữ liệu 8 bit thì không có bit đồng bộ ở mỗi khung nên sự đồng bộ
được thực hiện bằng cách dùng 23 kênh cho dữ liệu và kênh thứ 24 dành cho sự đồng bộ.
- Nếu nguồn dữ liệu là 7 bit thì bit thứ 8 là bit báo hiệu. Do mỗi khung cũng được lặp
lại 8000 lần trong một giây nên vận tốc truyề
n cho mỗi kênh là 7x8000=56 kbps.
- Nếu nguồn dữ liệu là 6 bit, một bit bị bỏ trống (bit MSB) và như vậy vận tốc bit của
mỗi kênh là 6x8000 = 48 kbps. Dung lượng này cũng có được từ việc đa hợp 5 kênh 9,6 kbps
hoặc 10 kênh 4,8 kbps hoặc 20 kênh 2,4 kbps.
_________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
________________________________________________Chương 8 Các phương pháp đa hợp VIII
- 13
* Cuối cùng, cấp nền của hệ thống, đường truyền DS-1 có thể được dùng để truyền
một hỗn hợp các kênh âm thanh và dữ liệu. Trong trường hợp này cả 24 kênh được sử dụng
mà không có byte đồng bộ.
* Bốn hệ thống DS-1 được đa hợp để được hệ thống DS-2 có vận tốc bit là 6,312
Mbps (1,544x4=6,176 Mbps, số bit còn lại dùng cho đồng bộ, kiểm tra và nhồi xung)

* Đa hợp cấp cao hơn cho ta hệ
thống DS-3 và DS-4 với vận tốc bit lên đến 44,376
Mbps và 274,176 Mbps (H 8.17) .

DS4 274,176 Mbps


⋅

M34
6:1

DS3 44,736Mbps

⋅ | | | | |


⋅

⋅


M13
28:1
MX3
7:1(DS2)
14:1(DS1C)
28:1(DS1)

DS2 6,312Mbps

↑ . . . . . . |

↑ or ↑ ⋅


⋅

|

| |

M12
4:1

|
|

| |
| |

DS1C 3,152Mbps

↑ | | |

↓

↓ |

⋅

|

|

M1C
2:1

|
|

|
|

DS1 1,544Mbps

| |

↓

↓


⋅

⋅

⋅

PCM

PCM

PCM

PCM


⋅

⋅

⋅

⋅











(H 8.17)
8.2.2 Đa hợp thời gian không đồng bộ

(Asynchronous time-division multiplexing, ATM)
Đa hợp thời gian không đồng bộ còn có các tên gọi khác do tính chất của nó như:
TDM thống kê (statistical TDM) hoặc TDM thông minh (Intelligent TDM), dưới đây ta gọi
tắt ATM.
Trong đa hợp thời gian đồng bộ, trong một khung có thể có nhiều khe thời gian rỗng
vẫn được truyền đi vì không phải lúc nào mọi kênh đều có dữ liệu để truyền, điều này đưa
đến hiệu suất sử dụng đường truyền rất thấ
p. Để khắc phục khuyết điểm này TDM không
đồng bộ ra đời.
Trong TDM không đồng bộ có thể có n đường I/O nhưng chỉ có k , với k<n, khe thời
gian được dùng. Mạch đa hợp ở máy phát sẽ quét tất cả các đệm ngã vào thu lấy dữ liệu và bỏ
qua các đệm rỗng cho đến khi đầy khung và phát đi, như vậy, thứ tự dữ liệu của các kênh
không theo đúng thứ tự của khe thời gian như
ở TDM đồng bộ. Do đã bỏ qua các đệm rỗng
nên ta được kết quả là vận tốc bit của đường truyền nhỏ hơn tổng các vận tốc bit của các
kênh, nói cách khác với cùng một dung lượng, hệ thống ATM có khả năng phục vụ cho nhiều
kênh truyền hơn hệ thống TDM đồng bộ.
_________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
________________________________________________Chương 8 Các phương pháp đa hợp VIII
- 14
(H 8.18) là một thí dụ, có 4 nguồn dữ liệu được đa hợp trong các khoảng thời gian t
0
,
t
1
, t
2
và t
3

. Trong TDM đồng bộ chu kỳ đầu máy phát đi 4 nguồn dữ liệu trong đó 2 nguồn C
và D không chứa thông tin nên 2 trong 4 khe thời gian là 2 khe rỗng, ngược lại, trong TDM
bất đồng bộ hai nguồn này sẽ không được phát đi và chỉ có 2 khe thời gian chứa thông tin của
nguồn A và B được phát đi. Điều này làm giảm tải cho đường truyền, tuy nhiên khi nhận
được thông tin máy thu sẽ không phân phối dữ liệu đúng địa chỉ của nó do sự đồng bộ đ
ã mất
vì thứ tự của dữ liệu của các nguồn khác nhau không còn đúng thứ tự của các khe.


(H 8.18)

Thông thường, ATM sử dụng giao thức HDLC trong truyền đồng bộ, trong giao thức
HDLC này khung dữ liệu phải chứa các bit kiểm tra sự đa hợp.

Có hai cách thực hiện sự kiểm tra này:
- Trong mỗi khung có một nguồn dữ liệu duy nhất được xác định bởi địa chỉ của nó.
Chiều dài của trường dữ liệu thay đổi và sự kết thúc xác định bởi khung HDLC.
- Trong mỗi khung có nhiều nguồn dữ liệ
u, mỗi nguồn phải được xác định bởi địa chỉ
và chiều dài của nó.



Địa chỉ Dữ liệu

(a) Một nguồn cho mỗi khung

Địa chỉ Chiều dài Dữ liệu . . . . . . . Địa chỉ Chiều dài Dữ liệu

(b) Nhiều nguồn cho mỗi khung

(H 8.19)

Để đảm bảo hiệu suất truyền cao (số bit hữu dụng nhiều so với số bit không phải là
thông tin) người ta có các biện pháp như dùng địa chỉ tương đối (địa chỉ của một nguồn được
xác định so với nguồn trước đó), như vậy trường địa chỉ cần một số bit ít hơn, thí dụ 4 bit
thay vì 8. Và để chỉ chiều dài khung dữ liệu người ta có thể dùng nhãn 2 bit cho tr
ường này,
các giá trị 00, 01, 10 lần lượt chỉ chiều dài khung dữ liệu là 1, 2 và 3 ký tự mà không cần
trường chiều dài. Giá trị 11 chỉ rằng có một trường chiều dài.
_________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
________________________________________________Chương 8 Các phương pháp đa hợp VIII
- 15
Để thực hiện truyền thông dùng ATM có hiệu quả, người ta dựa vào kết quả thống kê
để chọn dung lượng của kênh truyền sao cho phù hợp với vận tốc bit của tất cả các nguồn dữ
liệu.



_________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu