Mạng truyền dẫn tín hiệu số

1.1 Các khái niệm cơ bản Analog là tín hiệu liên tục, các nội dung thông tin của 1 tín hiệu analog được truyền tải bằng các giá trị hoặc cường độ của tín hiệu như biên độ, tần số, pha…

DIGITAL NETWORK

MẠNG TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU SỐ

Nhóm 2:

Nguyễn Hoàng Quân - 08107881 Phạm Thành Danh - 08112111 Huỳnh Bảo Cường - 08103611

Nội dung chương này chúng ta tìm hiểu về:

Phần 1: Truyền dẫn số và Hệ thống PCM cơ bản

Phần 2:Nhiễu Gaussian và các vấn đề liên quan

Phần 3:Chuyển mạch và mạng số

Phần 1

TRUYỀN DẪN SỐ VÀ HỆ THỐNG PCM CƠ BẢN

1.1 Các khái niệm cơ bản

 Analog là tín hiệu liên tục, các nội dung thông tin của 1 tín hiệu analog được truyền tải bằng các giá trị hoặc cường độ của tín hiệu như biên độ, tần số, pha…

 Tín hiệu số là các trạng thái riêng biệt, các nội

dung thông tin của tín hiệu số liên quan đến trạng thái rời rạc của tín hiệu như: có hoặc không có điện

áp, điện áp dương hoặc âm, ánh sáng tắt hoặc mở Các tín hiệu này được gán các giá trị số, hoặc các thông tin khác để có thể kết hợp đa dạng trạng thái riêng biệt của tín hiệu.

1.1 Giới thiệu về truyền dẫn số

 Truyền dẫn số được hiểu là truyền tín hiệu số Mạng

kĩ thuật số dựa trên điều chế xung mã (PCM), một hình thức ghép kênh phân chia theo thời gian

Hai tiêu chuẩn PCM khác nhau

 Tiêu chuẩn Bắc Mỹ (hay T1): còn gọi là hệ thống

phân cấp PCM DS1 (24 kênh – 1 chu kỳ lấy mẫu chia làm 24 kênh)

 Tiêu chuẩn Châu Âu (E1 hay CEPT30+2): CEPT -

Conference European Post and Telegraph (tại Pháp) (32 kênh = 30 kênh thoại + 2 kênh dịch vụ)

1.2 Những nét cơ bản về PCM

1.2.1 Lấy mẫu

Các phần tử thông tin được rút ra từ các tín hiệu tương tự 1 cách tuần tự Tín hiệu sau khi lấy mẫu gọi là PAM.

Khi lấy mẫu cần tuân theo định lí lấy mẫu của Nyquist: “Tần

số lấy mẫu phải lơn hơn hoặc bằng 2 lần tần số tín hiệu gốc thì việc lấy mẫu sẽ chứa đựng tất cả thông tin của tín hiệu gốc.”

1.2 Những nét cơ bản về PCM

1.2.2 Lượng tử hóa

 Một hệ thống PCM đơn giản sẽ gán 1 giá trị nhị phân tuần

tự tới giá trị điện áp lấy mẫu Lượng tử hóa là biến các tín hiệu PAM thành các giá trị rời rạc.

 Các giá trị rời rạc này được lấy là bội số của số nhị phân (2, 4, 8, 16, 32,64).

Vd: Với mã 2 bit ta có 4 giá trị: 00, 01, 10, 11 Như vậy mã 3 bit

sẽ được 8 giá trị khác nhau và n bit được 2n giá trị.

1.2 Những nét cơ bản về PCM

1.2.3 Mã hóa

 Là 1 quá trình so sánh các giá trị rời rạc nhận được bởi quá trình lượng tử hóa với các xung mã.

 Hệ thống PCM cũ sử dụng 1 mã 7 bit, còn hệ thống hiện đại

sử dụng mã 8 bit nhằm cải thiện hiệu suất sái dạng khi lượng

tử hóa.

Khái niệm về Frame

Kết quả cuối cùng của việc lấy mẫu, lượng tử hóa

và mã hóa là 1 dãy các xung điện – một dòng bit nối

tiếp các số 1 và 0, được xác định hoặc dùng làm chỉ thị nhận biết khi bắt đầu 1 trình tự lấy mẫu

Khi nhận được chỉ thị, nó cho biết rằng cần ưu tiên cho 24 khe cắm 8 bit (đối với trường hợp DS1),

đồng bộ bộ nhận Xác định này được thực hiện bởi 1

framing bit (bit thêm vào đầu mỗi frame).

1 trình tự hoặc chu kỳ đầy đủ của lấy mẫu gọi là 1

frame trong PCM.

1 Frame trong hệ thống PCM

1.3 Hoạt động hệ thống PCM

1.4 Mã đường truyền – Line code

 Nếu cùng 1 loại số liệu được truyền liên tục, lỗi có thể phát sinh khi nhận chúng, vì thế việc phục hồi dữ liệu vô cùng khó khăn Đó là lý do dữ liệu khi truyền phải được mã hóa.

 Khi tín hiệu PCM được truyền trên cáp, nó ở chế độ lưỡng cực.

Yêu cầu với chế độ truyền lưỡng cực này:

 Không có thành phần 1 chiều (dc).

 Dải tần hẹp, tiết kiệm băng thông đường truyền.

Ở dạng lưỡng cực, 0 là không có xung và 1 là mã hóa luân phiên xung dương và âm như sơ đồ trên (hình bên dưới) Phương thức này gọi là AMI (luân phiên đánh dấu đảo ngược).

Nhược điểm của AMI là khi có 1 chuỗi dài số 0 được truyền, có thể làm phát sinh lỗi về thời gian Điều

này có thể giảm bớt được bằng cách cấm các chuỗi dài số

0 Các codes được phát triển và được gọi là “BNZS”

codes, với N thay thế số 0

Vd: B6ZS thay thế tín hiệu chuỗi 6 số 0.

Tỉ số tín hiệu nhiễu GAUSSIAN trong hệ thống PCM

Bộ bù tái sinh Các tiêu chuẩn về ghép kênh Truyền dẫn khoảng cách xa trong PCM

Phần 2

I TỈ SỐ TÍN HIỆU NHIỄU GAUSSIAN TRONG HỆ THỐNG PCM

Giống loại nhiễu nhiệt, có phân bố biên

độ theo hàm Gaussian.

GAUSSIAN

Chuyển động nhiệt của các phân tử, ảnh hưởng của môi trường…

Làm méo dạng, suy giảm trên đường truyền …

Dùng các bộ lọc nhiễu

…

I TỈ SỐ TÍN HIỆU NHIỄU GAUSSIAN TRONG HỆ THỐNG PCM

σ = 0.84089642

I TỈ SỐ TÍN HIỆU NHIỄU GAUSSIAN TRONG HỆ THỐNG PCM

Trong hệ thống truyền số binary thì tỉ số S/N khoảng 22 db

thì coi như là hệ thống không có lỗi

I TỈ SỐ TÍN HIỆU NHIỄU GAUSSIAN TRONG HỆ THỐNG PCM

II BỘ BÙ TÁI SINH

Xung truyền qua đường dây truyền dẫn số chịu sự suy giảm và bị méo dạng bởi đặc tính tần số của đường dây Do vậy cần có một bộ bù khuếch đại để tái tạo lại tín hiệu giống như tín hiệu gốc ở đầu ra Hình 6.11 là một sơ đồ khối đơn giản của bộ bù tái sinh và trình bày những dạng sóng tương ứng với từng giai đoạn

xử lý tín hiệu

Ngõ vào của bộ Repeater phải được định thời chính xác để duy trì độ chính xác của độ rộng rung và khoảng cách giữa các xung Bộ timing được lấy từ các dòng bit đến Ngõ vào của tín hiệu được chỉnh lưu và chia nhỏ ra, tạo ra sóng vuông để đưa vào timing extractor, đây là một mạch điều chỉnh tần số timing

II BỘ BÙ TÁI SINH

Ngõ ra của mạch điều khiển một máy phát xung để rạo ra dãy xung hẹp luân

phiên giữa các mức là tích cực, không tích cực và mức không của sóng vuông vào

Xung tích cực hẹp đưa vào ngõ vào của Regenerator, và không tích cực được sử dụng

để đưa ra Regenerator Do đó sự kết nối này được sử dụng để điều khiển độ rộng xung.Hầu hết Regenerator repeater truyền các sóng lưỡng cực 3 mức là tích cực, không tích cực và mức 0 Ngưỡng của mạch là cổng để nhận vào tín hiệu ở khoảng giữa của mức tích cực và không tích cực Ví dụ, nếu tín hiệu là tích cực và vượt quá mức ngưỡng tích cực thì nó được coi như là tích cực Nếu là không tích cực và vượt quá mức không tích cực thì nó sẽ coi như là không tích cực Nếu nằm khoảng giữa mức tích cực và không tích cực thì nó nhận là mức 0

Còn trường hợp nếu không có ngưỡng nào vượt quá hết, regenerator là trigger để tạo ra một khoảng xung tương ứng

II BỘ BÙ TÁI SINH

III CÁC TIÊU CHUẨN GHÉP KÊNH TRÊN THẾ GIỚI

DS29661324

DS1241544Kbit/s

E576805649924

E419201392684

E3480343684

E212084484

E1302048

SỰ CẢI TIẾN TRONG HỆ THỐNG PCM

1 Cải tiến đối với DS1:

Tốc độ frame của hệ thống PCM là 8000 frame/second, mỗi frame có một framing bit Do đó 8000 framing bits sẽ được truyền trong một giây Tuy nhiên không phải 8000 framing bits là được dùng hết mà chỉ có 1/4 trong số đó thật sự cần thiết cho framing,

và số còn lại là 6000 bits/second có thể được dùng cho những mục đích khác như phát hiện lỗi one – line và duy trì liên kết dữ liệu

2 Cải tiến đối với E1:

Nhớ lại time slot 0 trong E1 là kênh đồng bộ, tốc độ bit của một kênh là 64Kbps Nhưng chỉ nửa trong số đó là là yêu cầu cho đồng bộ, số còn lại được dùng cho cơ chế kiểm tra lỗi one – line, cho kênh dữ liệu và cho điều khiển báo động Cơ chế điều khiển báo động này sẽ bảo cho hệ thống hoạt động theo trạng thái khoảng cách của những thiết bị đầu cuối PCM

IV TRUYỀN DẪN KHOẢNG CÁCH XA TRONG PCM

PCM LONG - DISTANCE Jitter and

Wander

Distortion

Crosstalk

Thermal Noise Crosstalk

1 Jitter và Wander:

IV TRUYỀN DẪN KHOẢNG CÁCH XA TRONG PCM

1.1 Jitter (Rung pha)

Là những biến đổi trong thời gian ngắn của tín hiệu so với chuẩn thời gian, biến đổi ngắn hạn là những biến đổi trong tần số lớn hơn hoặc bằng 10Hz

Nguyên nhân: nhiễu trong tín hiệu quang, lấy mẫu truyền tín hiệu, chèn bit trong quá trình tách ghép tín hiệu, trễ khi ghi và đọc tín hiệu…

1.2.Wander (Trôi pha)

Là những biến đổi trong thời gian dài của tín hiệu so với chuẩn thời gian Biến đổi dài hạn là những biến đổi trong tần số nhỏ hơn hoặc bằng 10Hz

Nguyên nhân: sự khác nhau của các nguồn đồng bộ, gateway của các quốc gia, quá trình nhân ra của các nguồn đồng bộ và dị bộ…

IV TRUYỀN DẪN KHOẢNG CÁCH XA TRONG PCM

2.2 Phase Distortion:

Trong quá trình truyền tín hiệu thì sẽ xảy ra sự trễ (delay), các sự trễ khác nhau dẫn đến sái dạng về pha

Nói chung Distortion thường gây ra tại vị trí đầu phát và đầu thu

IV TRUYỀN DẪN KHOẢNG CÁCH XA TRONG PCM

4 Crosstalk:

Nguyên nhân gây ra có thể là do 3 nguyên nhân chính sau đây:

1 Nhiễu gây ra do sự các dây dẫn trong cùng 1 bó dây gây ra

2 Các bộ lọc có chất lượng kém cũng gây ra hiện tượng này

3 Ghép kênh FDM

IV TRUYỀN DẪN KHOẢNG CÁCH XA TRONG PCM

Ph n 3 ầ

CHUYỂN MẠCH VÀ MẠNG SỐ

3.1 CHUYỂN MẠCH SỐ

 THUẬN LỢI

KINH TẾ

 Có ít giao điểm hơn so với chuyển mạch không gian.

 Kích thước nhỏ hơn và có các module phổ biến hơn.

 Dễ dàng đáp ứng các yêu cầu với hạn chế về mặt kinh tế.

KỸ THUẬT

 Có khả năng tái tạo, chống nhiễu tốt.

 Dựa trên nền tảng của máy tính nên có thể kết hợp với hệ thống SPC.

 Không có tổn hao khi thêm bộ chuyển mạch vào hệ thống.

 Tận dụng sự phát triễn của các cổng logic, bộ nhớ bán dẫn, vi mạch.

 HẠN CHẾ

 Một số chuyển mạch làm giảm hiệu suất của hệ thống.

 Hệ thống và chuyển mạch phải đồng bộ với nhau.

Ảnh hưởng của wander và jiter.

DIGITAL SWITCHING

Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu qua 2 hệ thống đơn giản

là TST và STS

3.1 CHUYỂN MẠCH SỐ

CHUYỂN MẠCH THỜI GIAN:

 Một kênh thời gian có 8 bit PCM word.

 Mỗi khe là một kênh thoại, và khe thời gian được lặp đi lặp lại

8000 lần/s.

 Hệ thống DS1 có 24 khe trên một frame, còn E1 là 32 khe.

A TIME SWITCH

MEMORY FOR SPEECH MEMORY FOR CONTROL

TIME-SLOT COUNTER

OR PROCESSOR

3.1 CHUYỂN MẠCH SỐ

CHUYỂN MẠCH KHÔNG GIAN:

Bao gồm các ma trận điểm tạo bởi các cổng logic cho phép chuyển đổi các khe thời gian trong một khoảng không gian.

Việc tổ chức các khe thời gian PCM được tổ chức sao cho phù hợp với yêu cầu của hệ thống.

Ma trận bao gồm các M ngõ vào xếp hàng dọc và N ngõ ra xếp hàng ngang.

3.1 CHUYỂN MẠCH SỐ

CHUYỂN MẠCH TST

Chuyển mạch TST không bị tắt nghẽn nếu thỏa hệ thức sau:

L = 2C – 1 L: là số khe thời gian space – stage.

C: là số khe thời gian TDM bên ngoài.

TSI: Time Slot Interchange.

3.1 CHUYỂN MẠCH SỐ

CHUYỂN MẠCH STS

Cả hai dạng này có thể kết nối với nhau TST có cấu trúc phức tạp hơn so với STS trong không gian tập trung.

3.1 CHUYỂN MẠCH SỐ

 Tất cả các chuyển mạch số đều có 1 xung clock master Các dòng bit di ra khỏi chuyển mạch phụ thuộc vào xung clock này

 Còn Thời gian của các dòng bit đi vào phụ thuộc vào xung clock của bộ chuyển mạch.

 Overflow

 Underflow

 Slip

3.2 MẠNG SỐ (DIGITAL NETWORK)

Có nhiều phương thức đồng bộ mạng được sử dụng nhưng chủ yếu là có 6 phương thức được biểu diễn dưới hình sau:

3.2 MẠNG SỐ (DIGITAL NETWORK)

PHƯƠNG ÁN ĐỒNG BỘ CCITT:

Các đường kết nối quốc tế sẽ kết nối các quốc gia khác nhau và các mạng điện thoại khác nhau Có những hình thức mạng sau đây:

(a): là một mạng hoàn toàn đồng bộ mà thời gian được điều

khiển bởi một xung clock tham chiếu

(b): Là một hệ thống các mạng con đồng bộ mà thời gian được

điều khiển bởi xung clock tham chiếu nhưng phải với sự vận hành sai bộ giữa các mạng con

(c): Là một mạng sai bộ hoàn toàn ( là một mạng mà thời gian

được của mỗi nút mạng điều khiển bởi các xung clock tham chiếu riêng lẽ)

3.2 MẠNG SỐ (DIGITAL NETWORK)

YÊU CẦU ĐỐI VỚI MẠNG SỐ:

 Xác xuất nghẽn mạng: Theo QoS thi xác xuất này là 0.01; với các loại

định tuyến ngày nay thì xác xuất mong đợi là 0.005

 BER: là tỉ lệ số bit bị lỗi trên tổng số bit được truyền trong một khoảng thời gian cố định

 Errored Seconds: khoảng cách một giây có ít nhất một lỗi

 Burst errored seconds: là một nhóm giây chứa ít nhất là 100 lỗi.

Vd: DSX-1, DSX-2,DSX-3: BER phải thấp hơn 2 x 10-10

Ngoài ra còn có các yêu cầu về Slip và jiter.