Kỹ Thuật Ghép Kênh Tín Hiệu Số, Khái Quát Chung

Khái niệm ghép kênh Multiplexing: Điều kiện đơn kênh: Tại một thời điểm, môi trường truyền dẫn chỉ cho phép duy nhất một kênh truyền/tín hiệu truyền qua  Trong trường hợp nhiều kênh tr

Trang 1

BÀI GIẢNG MÔN

Trang 2

GIỚI THIỆU MÔN HỌC

 Thời lượng môn học:

 50 (34LT + 8KT + 8 BT,TH)

 Mục tiêu:

 Nắm được kiến thức cơ bản về tín hiệu; cách thức tín hiệu số được ghép kênh và truyền đi trong mạng; và các giải pháp bảo vệ của mạng để duy trì kết nối

 Nội dung:

 Chương 1: Khái quát chung

 Chương 2: Mã truyền dẫn

 Chương 3: Ghép kênh PCM và PDH và SDH

 Chương 3: Các giải pháp duy trì mạng

 Chương 4: Các phương thức truyền tải số liệu

Trang 3

 Tài liệu tham khảo:

 Cao Phán, Cao Hồng Sơn, Ghép kênh PDH và SDH, Bài giảng

 Stefano Begni, Synchronization of Digital Telecommunications

Network, John Wiley&Sons, 2002

 EURESCOM Project P918, Integration of IP over Optical Networks: Networking and Management, Deliverable 1, 2, 3, 2000

 ITU-T Recommendation G.7041/Y.1303, Generic Framing

Procedure, 2002

 ITU-T Recommendation G.707/Y.1322, Network Node Interface for

Trang 4

 Tài liệu tham khảo:

 ITU-T Recommendation G.7042/Y.1305, Link Capacity Adjustment Scheme (LCAS) for Virtual Concatenated Signals, 2001

 ITU-T Recommendation X.85/Y.1321, IP over SDH using LAPS, 2000

 ITU-T Recommendation X.86, Ethernet over LAPS, 2001

Trang 5

BÀI 1

KHÁI QUÁT CHUNG

Trang 6

1.1 Khái niệm ghép kênh (Multiplexing):

- Thuật ngữ “ ghép kênh ”: chỉ quá trình kết hợp hay tổ hợp nhiều tín hiệu lối vào (có tốc độ bit thấp) tạo nên một tín hiệu lối ra (có tốc độ bit cao hơn)

- Ghép kênh là quá trình xử lý kỹ thuật tín hiệu để bảo đảm truyền được nhiều kênh độc lập không ảnh hưởng lẫn nhau trên một đường truyền.

I/ KHÁI QUÁT CHUNG

1 Một số khái niệm cơ bản trong truyền dẫn tín hiệu:

Ghép kênh

Tách kênh

Trang 7

1.1 Khái niệm ghép kênh (Multiplexing):

 Điều kiện đơn kênh: Tại một thời điểm, môi trường truyền dẫn chỉ cho phép duy nhất một kênh truyền/tín hiệu truyền qua

 Trong trường hợp nhiều kênh truyền cùng chia sẻ một môi trường truyền dẫn: khi đó tài nguyên của môi trường truyền sẽ phải chia nhỏ, mỗi kênh truyền sẽ được chia một phần tài nguyên đó

 Tài nguyên của môi trường truyền dẫn: thời gian, tần số, mã, không gian

 Mục tiêu của ghép kênh:

 Tăng hiệu suất sử dụng môi trường truyền dẫn  tăng dung lượng truyền dẫn của hệ thống

Trang 8

1.2 Tín hiệu và các tham số

a Các loại tín hiệu

- Tín hiệu analog: (tương tự) là loại tín hiệu có các giá trị biên độ liên tục theo thời gian, Ví dụ: tín hiệu thoại analog Một dạng điển hình của tín hiệu analog là sóng hình sine, được thể hiện dưới dạng:

Nếu tín hiệu là tập hợp của nhiều tần số thì ngoài các tham số trên đây còn

có một tham số khác, đó là dải tần của tín hiệu.

- Tín hiệu xung: là loại tín hiệu có các giá trị biên độ là hàm rời rạc của thời gian Điển hình của tín hiệu xung là tín hiệu xung lấy mẫu tín hiệu analog dựa vào định lý lấy mẫu.

Trang 9

- Tín hiệu số: đây cũng là loại tín hiệu có các giá trị biên độ là hàm rời rạc của thời gian như tín hiệu xung Tuy nhiên, khác với tín hiệu xung ở chỗ biên

độ của các xung bằng 0 hoặc 1, mặt khác tập hợp của một nhóm xung đại diện cho một chữ số, hoặc một ký tự nào đó Mỗi một xung được gọi là một bit.

+ Một vài loại tín hiệu số điển hình như: Tín hiệu 2 mức (0 và 1), còn có tên

là tín hiệu xung nhị phân hay tín hiệu xung đơn cực; Tín hiệu ba mức (-1, 0 và +1), còn được gọi là tín hiệu xung tam phân hay tín hiệu xung lưỡng cực.

- Tín hiệu điều biên xung, điều tần xung hoặc điều pha xung: đây là trường hợp mà sóng mang xung chữ nhật có biên độ, hoặc tần số, hoặc pha biến đổi theo quy luật biến đổi của biên độ tín hiệu điều chế Ba dạng tín hiệu này thường được sử dụng trong mạng thông tin analog.

1.2 Tín hiệu và các tham số

a Các loại tín hiệu

Trang 10

b/ Một số tham số tín hiệu: - Mức điện:

- Khái niệm: Mức điện theo công suất tại điểm X bằng lô ga rít của tỉ số giá trị công suất tại điểm đó với giá trị công suất chọn làm chuẩn.

- Tính mức điện tại điểm x?

- So sánh mức điện tại điểm x và mức điện tại điểm y?

Trang 11

+ Mức điện tuyệt đối: Là mức điện khi chọn giá trị chuẩn xác định trước:

Pc = 1mW và Zc = 600 .

(dBm)= 0 dBm khi công suất tại điểm x bằng 1 mW, , (dBm) >0 khi công suất tín hiệu tại điểm x lớn hơn 1 mW, (dBm) < 0 khi công suất tín hiệu tại điểm x bé hơn 1 mW.

+ Mức điện tương đối: Là mức điện khi chọn giá trị chuẩn (Pc, Uc, Ic) bằng giá trị

P, U, I tại điểm đầu mạch điện.

Trong đó: Px là công suất tín hiệu (mW) tại điểm cần xác định mức điện, Pc là công suất tín hiệu tại điểm chọn làm chuẩn (mW)

b/ Một số tham số tín hiệu - Mức điện:

Trang 12

- Tỷ số tín hiệu trên nhiễu:

Trong đó: Ps, Vs, Is tương ứng là công suất, điện áp và dòng điện tín hiệu; Pn, Vn, In tương ứng là công suất, điện áp và dòng điện nhiễu.

b/ Một số tham số tín hiệu

- Tiêu hao truyền dẫn: Để đánh giá mức độ tổn hao năng lượng tín hiệu khi truyền dẫn trên đường truyền, người ta dùng đại lượng tiêu hao truyền dẫn Tiêu hao truyền dẫn bao gồm hai khái niệm: Tiêu hao công tác và Tiêu hao cho phép.

+ Tiêu hao công tác: Tiêu hao công tác của tuyến thông tin là phần năng lượng tín hiệu bị suy giảm khi truyền dẫn qua tuyến thông tin đó.

M4C

) (

)

( lg

10

mW P

mW

P a

r

v ct

Hệ số khuếch đại? Sct

Trang 13

b/ Một số tham số tín hiệu

+ Tiêu hao cho phép:

Tiêu hao cho phép là mức tiêu hao lớn nhất cho phép từ đầu phát đến đầu thu để bảo đảm thu nhận và khôi phục được tín hiệu một cách chính xác.



) (

)

( lg

10

mW P

mW

P a

Trang 14

1.3 Đường truyền và độ rộng băng tần truyền dẫn:

- Đường truyền: Là môi trường truyền dẫn được sử dụng để truyền tải tín hiệu, Ví

dụ: đường truyền cáp kim loại, đường truyền cáp sợi quang, đường truyền Radio, v.v Đường truyền còn được phân chia thành tuyến(Path), kênh v.v.

- Độ rộng băng tần truyền dẫn:

+ Độ rộng băng tần điện (BW)e:

Là băng tần từ tần số tín hiệu bằng zero đến tần số

tín hiệu mà tại đó đáp ứng của tín hiệu (hệ số

khuếch đại, điện áp, dòng điện) giảm còn 0,707

so với giá trị cực đại của đáp ứng tín hiệu

(Hình vẽ minh họa)

Trang 15

* Độ rộng băng tần quang (BW)o:

Là băng tần từ tần số điều chế bằng zero đến

tần số điều chế mà tại đó mức công suất quang

Giảm 50% (3dBm) so với công suất quang cực

đại, như minh hoạ ở bên

P max/2

f1.4 Truyền dẫn đơn kênh và đa kênh :

Truyền dẫn đơn kênh và đa kênh nghĩa là hệ thống truyền dẫn quang (điện) có một hay nhiều kênh tín hiệu (bước sóng, tần số, mã ) Ví dụ: hệ thống thông tin quang

thông thường chỉ có một bước sóng tại 1310 nm hoặc 1550 nm; trong khi đó, hệ thống thông tin quang ghép bước sóng (WDM) có thể truyền đồng thời hàng chục bước sóng khác nhau nằm trong miền cửa sổ thứ hai (1300 nm) hoặc cửa sổ thứ ba(1550 nm) của

Trang 16

Điểm-Điểm, chuỗi

Trang 17

b/ Các tham số:

* Tốc độ bít (D): là số bit phát đi trong một giây.

Các đơn vị đo tốc độ bit: bit/s, kbit/s (1kbit/s = 103 bit/s), Mbit/s (1Mbit/s = 103

kbit/s = 106 bit/s), Gbit/s

(1Gbit/s = 103 Mbit/s = 106 kbit/s = 109 bit/s), Tbit/s (1Tbit/s = 103 Gbit/s = 106Mbit/s

= 109 kbit/s = 1012 bit/s).

Tín hiệu số được sử dụng trong các mạng thông tin số.

* Tỷ số lỗi bit BER: số bit bị lỗi chia cho tổng số bit truyền BER = Ne / Nt

PDH: BER ≤ 10-6 chất lượng đường truyền bình thường, 10-6 < BER < 10-3

ứng với chất lượng đường truyền giảm sút (cảnh báo vàng), BER ≥ 10-3 ứng với chất lượng đường truyền rất xấu (cảnh báo đỏ).

SDH: BER ≤ 10-9 chất lượng đường truyền bình thường, BER = 10-6 chất lượng đường truyền giảm sút (cảnh báo vàng), BER = 10-3 chất lượng đường truyền rất xấu (cảnh báo đỏ).

Trang 18

C là dung lương kênh truyền (Bit/s).

B là độ rộng băng tần kênh truyền (Hz).

SNR: tỉ số tín hiệu/tạp âm

Trang 19

* Rung pha (Jitter):

Rung pha là sự điều chế pha không mong muốn của tín hiệu xung xuất hiện trong truyền dẫn số và là sự biến đổi nhỏ các thời điểm có ý nghĩa của tín hiệu so với các thời điểm lý tưởng Khi rung pha xuất hiện thì thời điểm chuyển mức của tín hiệu số sẽ sớm

hơn hoặc muộn hơn so với tín hiệu chuẩn.

Rung pha xuất hiện là do cự ly

đường truyền khác nhau nên trễ

Trang 20

 TDM – Time Division Multiplexing

 CDM – Code Division Multiplexing

2 Các phương pháp ghép kênh:

Trang 21

2.1 GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ (1)

 Khái niệm: Ghép kênh phân chia theo tần số là phương pháp ghép kênh mà trong đó băng tần truyền dẫn của hệ thống được chia thành nhiều băng con, mỗi băng con truyền tín hiệu của một kênh liên lạc phân biệt với nhau về tần số.

 Để làm được điều đó thì các kênh đưa vào ghép phải được điều chế với các sóng mang có tần số khác nhau, sau đó chúng được xắp xếp tại các vị trí khác nhau trên trục tần số, mỗi kênh chiếm một dải tần riêng nằm trong dải tần truyền dẫn Việc ghép và tách tín hiệu được thực hiện bằng các bộ lọc.

 Thiết bị

 Bộ ghép kênh ở phía phát: ghép các tín hiệu với tần số khác nhau (nằm trong dải băng tần hệ thống) thành tín hiệu tổng để truyền đi

 Bộ tách kênh ở phía thu: tách tín hiệu tổng thành các tín hiệu có tần số khác nhau phù

Trang 22

 FDM thích hợp cho tín hiệu tương tự  chịu nhiễu lớn

 Các hệ thống ứng dụng FDM: phát thanh truyền hình, truyền hình cáp,

hệ thống điện thoại di động,…

Bộ điều chế

Bộ lọc

thấp

Bộ lọcbăng

Bộ lọc

thấp

Bộ điều chế

Bộ lọcbăng

f1

Bộ lọcbăng

Bộ điều chế

Bộ lọc

thấp

f2

Bộ lọcbăng

Bộ giải điều chế

Bộ lọcthấp

f1

Bộ lọcbăng

Bộ lọcthấp

f2

Bộ lọcbăng

Bộ lọcthấp

2.1 GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ (2)

Trang 23

Lọc Thấp

K2

Kn

Lọc Thấp

Trang 24

 Khái niệm:

 FDM trong miền quang

 Ghép các bước sóng khác nhau truyền đi trên một sợi quang

 Tần số sóng mang rất lớn so với tần số trong FDM thông thường

 Phân loại:

2.2 GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO BƯỚC SÓNG(1)

Trang 25

 Bước sóng hoạt động

 Sơ đồ khối hệ thống WDM

2.2 GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO BƯỚC SÓNG(2)

Trang 26

 Khái niệm: Ghép kênh phân chia theo thời gian là phương pháp ghép kênh mà trong đó thời gian sử dụng đường truyền được chia thành các khoảng thời gian khác nhau và mỗi kênh tín hiệu được truyền trong các khoảng thời gian riêng biệt đó Như vậy trong ghép kênh theo thời gian, các kênh thông tin được truyền trong các thời điểm khác nhau trên trục thời gian, sao cho tại mỗi thời điểm trên trục thời gian chỉ truyền tín hiệu của một kênh.

- TDM tín hiệu số và TDM tín hiệu tương tự

 Đặc điểm:

 Tối ưu cho tín hiệu số

 TDM cho phép mỗi kênh

truyền được sử dụng toàn

bộ băng thông hệ thống

 Phân loại: TDM đồng bộ; TDM thống kê

2.3 GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN (1)

Trang 27

 TDM đồng bộ

 Kỹ thuật TDM ra đời đầu tiên

 Đặc điểm

• Kiểu ghép: “round robin”

• Đồng bộ về mặt thời gian: không cần các bit phụ

• Các kênh TH đầu vào có tốc độ như nhau

• Các kênh TH không cùng tốc độ:

sử dụng bộ đệm hoặc bộ ghép đọc nhiều lần liên tiếp kênh TH tốc độ cao

• Tại thời điểm: kênh TH không có

dữ liệu: dành khe thời gian

 Ứng dụng: Tín hiệu thoại T1,

2.3.GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN (2)

Trang 28

• Tạo ra cấu trúc khung phù hợp để có thể tách tín hiệu ở phía thu

Trang 29

 Cấu trúc khung hoàn chỉnh của tín hiệu TDM thống kê

Trang 30

Lọcthấp

Sơ đồ khối TDM tín hiệu tương tự

Lọcthấp

K3Lọc

Bộ phân phối

t

ĐB 1

2

4 3

T

Trang 31

 Sơ đồ khối TDM tín hiệu số

Bộ lọc thấp

Tách xung

Đ hồ

Tín hiệu analog

Tái tạo khung

Bộ mã hoá



Bộ lọc

thấp

Tạo xung ĐB

Các bit báo hiệu

Báo hiệu

Môi trường truyền dẫn

Trang 32

Khái niệm

 Mỗi kênh tín hiệu được gán một từ mã trong không gian mã trực giao cho trước, sau đó các kênh tín hiệu được ghép lại và truyền đi

Đặc điểm

 Mỗi kênh tín hiệu được sử dụng toàn bộ băng thông của hệ thống và toàn bộ khung thời gian truyền dẫn

 Bộ ghép và giải ghép phức tạp

2.4 GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO MÃ (1)

Trang 33

Sơ đồ bộ phát CDMA

Trang 34

Sơ đồ bộ thu CDMA

Trang 35

Kỹ thuật

FDM

-Đơn giản -Giá thành thấp -Ứng dụng: radio, (cable)TV -Các bộ thu của từng kênh không nhất thiết phải ở cùng vị trí (cellular phones)

-Chỉ phù hợp với

TH tương tự -Chịu giới hạn về băng thông

TDM đồng

bộ

-Ứng dụng cho TH số -Đơn giản

-Ứng dụng: E1/T1, ISDN

- Lãng phí băng thông

TDM thống

kê

-Sử dụng hiệu quả băng thông -Độ dài gói dữ liệu có thể thay đổi -Khung dữ liệu có các bit phụ: điều khiển, sửa lỗi,…

- Phức tạp hơn so với TDM đồng bộ

DWDM -Đạt dung lượng ghép kênh rất lớn

-Các kênh TH có thể có tốc độ khác nhau

-Đắt đỏ -Phức tạp

Trang 36

3 Khung và đa khung tớn hiệu:

Đa khung 16 khung T MF = 2ms

F15 F14

F13 F12 F11 F10 F9 F8 F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 F0

1

TS 1

3

TS 3

5

TS 5

7

TS 7

16

TS 17

15

TS 15

13

TS 13

11

TS 11

9

TS 9

30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 29 18 17 14

12 10

8 6

4 2

TS 31

TS 30

TS 29

TS 28

TS 27

TS 26

TS 25

TS 24

TS 23

TS 22

TS 21

TS 20

TS 19

TS 18

TS 16

TS 14

TS 12

TS 10

TS 8

TS 6

TS 4

TS 2

TS

0

Khung đơn T F =125 s

- Khung tớn hiệu là tập hợp của một số bit hoặc một số byte cú chiều dài cố định hoặc

khụng cố định, bao gồm cỏc bit đồng bộ, trường tin để ghộp tớn hiệu của cỏc kờnh và một số bit phụ đúng vai trũ chốn, giỏm sỏt, điều khiển, v v

- Đa khung là tập hợp của một số khung, nhằm mục đớch bỏo hiệu cho cỏc kờnh thoại.

Trang 37

 Khái niệm:

 Quá trình đồng bộ hoạt động của các thiết bị khác nhau hoặc tiến trình của các quá trình khác nhau bằng cách đồng chỉnh thang độ thời gian của chúng được gọi là đồng bộ.

 Đồng bộ trong viễn thông:

 Đồng bộ sóng mang: cấu trúc lại sóng mang

 Đồng bộ kí hiệu: khôi phục thời điểm quyết định

 Đồng bộ khung: khôi phục trật tự các bit trong khung

 Đồng bộ gói: thông tin được phân thành các gói để truyền theo các

đường khác nhau, đồng bộ gói tức là khôi phục lại thông tin từ các gói thu được

 Đồng bộ mạng: hoạt động của một node trong mạng sẽ phải đồng bộ với các node khác trong mạng và luồng dữ liệu đến

• Đồng bộ đồng hồ thời gian thực: phân phối thời gian tuyệt đối (thời gian theo chuẩn quốc gia) có liên quan đến mục đích quản lí mạng

 Đồng bộ đa phương tiện (multi-media): sắp xếp các phần tử hỗn độn

4/ Đồng bộ trong viễn thông

Định dạng
Số trang	42
Dung lượng	1,29 MB