Bằng việc xem xét các hạn chế của phân cấp số cận đồng bộ (PDH) như: nhiều tốc độdạng tín hiệu PDH khác nhau; nhiều thủ tục ghép kênh khác nhau cho các tín hiệu PDH và nhiều cách tổ chức mào đầu và tỷ lệ phần trăm mào đầu khác nhau cho các tín hiệu PDH.
Trang 1Kỹ Thuật Truyền Dẫn SDH
Nghiêm Xuân Anh
10 8 2004
Trang 2ii
Trang 3Mục lục
1 Phân cấp số cận đồng bộ (Động lực cho sự ra đời của SDH) 1
1.1 Giới thiệu 2
1.1.1 Mạng số 2
1.1.2 Ưu điểm của truyền dẫn số 2
1.1.3 Các vấn đề của truyền dẫn số 4
1.2 SDH là gì? 5
1.3 Tại sao cần SDH? 5
1.4 PDH và SDH 7
1.4.1 Ba phân cấp số PDH 7
1.4.2 Nhiều tốc độ /dạng tín hiệu khác nhau: Ví dụ so sánh DS1 với CEPT-1 8 1.4.3 Các phương án nén không khác nhau: Ví dụ B3ZS so với HDB3 11
1.4.4 Nhiều thủ tục ghép kênh khác nhau 14
1.4.5 Nhiều kiểu tổ chức/tỷ lệ phần trăm mào đầu khác nhau 15
1.5 Liên kết mạng 17
1.5.1 Không tương thích giữa các nhà sản xuất cho thông tin sợi quang 17
1.5.2 Kết nối toàn cầu 17
1.6 Thuộc tính và lợi ích của SDH 19
1.6.1 Nhu cầu khách hàng tăng và xu hương của mạng tương lai 19
1.6.2 SDH trên cơ sở sợi quang 20
1.6.3 Các thuộc tính chính của SDH 20
1.6.4 Lợi ích do SDH mang lại 21
2 Phân cấp tín hiệu SDH (Tốc độ, Dạng tín hiệu và Mào đầu) 23 2.1 SDH và PDH 24
iii
Trang 4iv MỤC LỤC
2.1.1 Phân cấp số cận đồng bộ (PDH) 24
2.1.2 PDH và các Container SDH 26
2.2 Kết nối điểm - điểm SDH 27
2.3 Khung SDH 28
2.3.1 Khái niệm khung SDH 28
2.3.2 Khung STM-1 28
2.3.3 STM-N (N=4, 16 hoặc 64) 29
2.4 Các byte truyền tải SDH và mào đầu đường 30
2.4.1 Vị trí /tên các byte mào đầu SDH 30
2.4.2 Chức năng của mào đầu đoạn lặp 32
2.4.3 Chức năng mào đầu đoạn ghép 33
2.4.4 Mào đầu đoạn của khung STM-N 36
2.4.5 Mào đầu đường VC-3/VC-4 37
2.5 Các thành phần của tín hiệu STM-1 40
2.6 Container C-n 42
2.6.1 C-4, VC-4, AU-4, AUG và STM-1 43
2.6.2 C-3, VC-3, TU-3, TUG-3, VC-4, AUG và STM-1 43
2.6.3 C-12, VC-12, TUG-2, TUG-3, VC-4, AU-4, AUG và STM-1 45
2.7 Đơn vị Luồng (TU) 45
2.7.1 Mục đích và dung lượng của TU 46
2.7.2 Mối quan hệ giữa TU-n (n=11, 12 hoặc 2) với TUG-2 47
2.7.3 TU và STM-1 48
3 Ưng dụng con trỏ SDH (Bố trí- Mapping/ghép-Multiplexing) ´ 51 3.1 Con trỏ STM-1 52
3.2 Phân loại con trỏ STM-1 và vị trí con trỏ 53
3.3 Con trỏ (H1, H2) 56
3.3.1 (H1, H2) với tư cách một con trỏ AU-4 56
3.3.2 (H1, H2) với tư cách một con trỏ AU-3 67
3.4 Con trỏ TU-3 68
3.5 Con trỏ TU-1/ TU-2 71
Trang 5MỤC LỤC v
3.5.1 Giá trị độ lệch tải tin TU-1/TU-2 72
3.5.2 Các hoạt động con trỏ TU-1/TU-2 75
3.6 Mào đầu đường VC-1/VC-2 75
3.7 Bố trí/Ghép tín hiệu STM-1 80
3.7.1 Bố trí C-4 vào STM-1 80
3.7.2 Bố trí/ghép C-3 vào STM-1 85
3.8 Bố trí/ghép C-12 vào STM-1 89
3.9 Tổng kết hoạt động ghép/bố trí: Diễn giải tốc độ tín hiệu 96
3.10 Các tín hiệu móc xích 97
3.10.1 Chuyển đổi giữa chế độ Floating và chế độ Locked 99
4 Định thời và Đồng bộ (Timing and Synchronization) 101 4.1 Giới thiệu 102
4.2 Đồng bộ khung 103
4.2.1 Siêu khung và mẫu đồng bộ khung của một tín hiệu DS1 103
4.2.2 Phát hiện mẫu khung của một tín hiệu DS1 105
4.2.3 DS1 cấu trúc siêu khung mở rộng (ESF) 106
4.2.4 Đồng bộ khung SDH 107
4.3 Đồng bộ mạng 109
4.3.1 Mục đích của đồng bộ mạng 109
4.3.2 Các thuộc tính chính của đồng bộ mạng 109
4.3.3 Ba cấp đồng bộ 110
4.3.4 Định nghĩa một số thuật ngữ được sử dụng 111
4.3.5 Các nguyên nhân gây rung pha, trôi, trượt pha và phase hit 114
4.3.6 Phân cấp đồng hồ đồng bộ 114
4.3.7 Phân loại đồng hồ 116
4.3.8 Kiến trúc đồng bộ mạng 116
4.3.9 Độ chính xác của đồng hồ 118
4.3.10 Những yêu cầu đối với tốc độ trượt 119
4.3.11 Yêu cầu đồng bộ SDH 122
4.3.12 Trạng thái đồng bộ 122
Trang 6vi MỤC LỤC
4.4 Đồng hồ và khôi phục thời gian 123
4.4.1 Các chức năng và hoạt động của đồng hồ 124
4.4.2 Khôi phục thời gian 125
4.4.3 Mã đường truyền nhằm đảm bảo mật độ bit 1 127
4.4.4 Bộ giả ngẫu nhiên dùng cho nén zero 129
4.4.5 Cấu hình tín hiệu định thời 129
Trang 7Danh sách hình vẽ
1.1 Mạng số 2
1.2 Truyền dẫn số so với truyền dẫn tương tự 3
1.3 FDM (tương tự) so với TDM (số) 4
1.4 Chuyển đổi Tốc độ/Dạng tín hiệu PDH 6
1.5 Dạng tín hiệu cho DS1 và CEPT-1 8
1.6 Tầm quan trọng của Tốc độ Đồng hồ Máy thu 11
1.7 Tầm quan trọng của Tốc độ Đồng hồ Máy thu đồng bộ 12
1.8 Khôi phục thời gian (định thời) của máy thu 13
1.9 Ghép kênh chèn bit so với chèn byte 14
1.10 Chèn mào đầu cho các tín hiệu PDH 16
1.11 Môi trường sản phẩm sóng ánh sáng từ nhiều nhà cung cấp 17
1.12 Kết nối toàn cầu (DS-n/CEPT-n) 18
1.13 Kết nối toàn cầu (DS-n/CEPT-n) 18
2.1 Phân cấp tín hiệu SDH 24
2.2 Phân cấp tín hiệu PDH 25
2.3 Kết nối đầu-cuối SDH 27
2.4 Khung SDH: Mào đầu và tải tin tách biệt nhau 28
2.5 Một khung STM-4 29
2.6 Khung STM-1 với các mào đầu 30
2.7 Tên của các byte mào đầu của một tín hiệu STM-1 31
2.8 Các byte mào đầu cho một tín hiệu STM-4 36
2.9 Các byte mào đầu cho một tín hiệu STM-16 37
2.10 Các byte mào đầu đường VC-4/VC-3 38
vii
Trang 8viii DANH SÁCH HÌNH VẼ
2.11 ´Ân định bit cho byte G1 40
2.12 Các thành phần của tín hiệu STM-N 41
2.13 C-4, VC-4, AU-4 và STM-1 42
2.14 C-3, VC-3, TU-3, TUG-3, VC-4, AU-4 và STM-1 43
2.15 C-12, VC-12, TU-12, TUG-2, TUG-3, VC-4, AU-4 và STM-1 44
2.16 AUG (hay STM-1) và các loại TU khác nhau 46
2.17 Dung lượng / cấu trúc khung của TU 47
2.18 Quan hệ giữa TUG-2 và TU-n (n=11, 12 và 2) 48
2.19 TU-12 và STM-1 49
3.1 Con trỏ, tải tin STM-1 và STM-1 53
3.2 Vị trí con trỏ của bốn loại con trỏ 54
3.3 Tổ chức con trỏ 56
3.4 Phạm vi độ lệch của con trỏ AU-4 57
3.5 Điều chỉnh tần số dương (con trỏ AU-4) 59
3.6 Điều chỉnh tần số dương (con trỏ AU-4) 60
3.7 Điều chỉnh tần số âm (con trỏ AU-4) 61
3.8 Điều chỉnh tần số âm (con trỏ AU-4) 62
3.9 Trình tự luồng dữ liệu được nhận 62
3.10 Các trường hợp đặc biệt của Điều chỉnh Tần số Dương 63
3.11 Các trường hợp đặc biệt của Điều chỉnh Tần số Âm 65
3.12 Tăng và giảm các giá trị con trỏ 66
3.13 Phạm vi độ lệch con trỏ AU-3 68
3.14 Phạm vi độ lệch con trỏ TU-3 69
3.15 Các byte con trỏ TU-1/TU-2 72
3.16 Giá trị độ lệch tải tin TU-1/TU-2 73
3.17 Các vị trí tải tin cấp cao và cấp thấp 74
3.18 Byte mào đầu đường VC-1/VC-2, Tổ chức byte V5 77
3.19 C-4, VC-4, AU-4, AUG và STM-N 81
3.20 C-4, VC-4, AU-4, AUG và STM-N (tiếp) 82
3.21 Bố trí CEPT-4 vào C-4 83
Trang 9DANH SÁCH HÌNH VẼ ix
3.22 C-3, VC-3, TU-3, TUG-3, VC-4, AU-4, AUG và STM-N 85
3.23 C-3, VC-3, TU-3, TUG-3, VC-4, AU-4, AUG và STM-N (tiếp) 86
3.24 CEPT-3, C-3 và VC-3 87
3.25 C-12, VC-12, TU-12, TUG-2, TUG-3, VC-4, AU-4, AUG và STM-N 89
3.26 C-12, VC-12 và TU-12 (tiếp) 90
3.27 TU-12, TUG-2 và TUG-3 (tiếp) 91
3.28 Cận đồng bộ E1, C-12, VC-12 và TU-12 92
3.29 Cận đồng bộ E1, C-12, VC-12 và TU-12 93
3.30 Bố trí C-12 đồng bộ bit so với bố trí C-12 cận đồng bộ 93
3.31 C-12 đồng bộ byte: 30 kênh 94
3.32 C-12 đồng bộ byte: 31 kênh 95
3.33 C-12 đồng bộ byte: 31 kênh 96
3.34 VC-4-N so với VC-4-Nc (concatenated) 98
3.35 Con trỏ AU-4 và Chỉ thị Móc xích 99
3.36 Con trỏ AU-4 và Chỉ thị Móc xích 100
4.1 Dạng tín hiệu DS1 103
4.2 Dạng siêu khung tín hiệu DS1 104
4.3 Mẫu khung DS1 105
4.4 Chế độ tìm kiếm mẫu khung và chế độ duy trì mẫu khung 106
4.5 Tín hiệu SF DS1 và tín hiệu ESF DS1 107
4.6 Mẫu byte khung và cấu trúc khung STM-1 108
4.7 Sự biến đổi pha giữa hai tín hiệu 112
4.8 Phạm vi tần số của rung pha và trôi pha theo G.810 112
4.9 Ví dụ về đo trôi pha 113
4.10 Định nghĩa chức năng của MTIE 113
4.11 Kiến trúc đồng bộ hóa AT&T 115
4.12 Cấp nguồn định thời gian tích hợp 117
4.13 Tầm quan trọng của độ chính xác đồng hồ máy thu 119
4.14 Tầm quan trọng của độ chính xác đồng hồ máy thu (tiếp) 120
4.15 Bộ nhớ đệm khe thời gian của máy thu 120
Trang 10x DANH SÁCH HÌNH VẼ
4.16 Yêu cầu ổn định ngắn hạn đối với STM-N 122
4.17 Yêu cầu ổn định ngắn hạn đối với tín hiệu tham khảo định thời 122
4.18 Byte Bản tin Trạng thái Đồng bộ 123
4.19 Tầm quan trọng của đồng bộ đồng hồ 125
4.20 Tầm quan trọng của đồng bộ đồng hồ 126
4.21 Luồng bit số nhận mong muốn 127
4.22 Áp dụng mã B3ZS 128
4.23 Các cấu hình định thời khác nhau 130
Trang 11Chương 1
Phân cấp số cận đồng bộ (Động lực cho sự
ra đời của SDH)
Mục đích của chương
Sau khi hoàn thành chương này bạn có thể
• Mô tả lý do cho sự ra đời của các tiêu chuẩn Phân cấp Số Đồng bộ (SDH)
– bằng việc xem xét các hạn chế của Phân cấp Số Cận Đồng bộ (PDH) như : nhiều
tốc độ /dạng tín hiệu PDH khác nhau; nhiều thủ tục ghép kênh khác nhau cho các tín hiệu PDH, và nhiều cách thức tổ chức mào đầu và tỷ lệ phần trăm mào đầu khác nhau cho các tín hiệu PDH
– bằng việc nghiên cứu mục đích của các chuẩn SDH
– và bằng việc xem xét đặc tính của mạng tương lai
• Mô tả các thuộc tính chính và lợi ích của SDH
Tóm tắt chương
• Mạng số: Ưu và nhược điểm
• SDH là gì? tại sao lại phải có SDH?
• Các đặc tính của PDH
– ba phân cấp vùng
– nhiều tốc độ và dạng tín hiệu khác nhau
– nhiều kỹ thuật nén zero khác nhau
– nhiều thủ tục ghép kênh khác nhau
– nhiều kiểu tổ chức mào đầu và tỷ lệ phần trăm khác nhau
1
Trang 122 CHƯƠNG 1 PHÂN CẤP SỐ CẬN ĐỒNG BỘ (ĐỘNG LỰC CHO SỰ RA ĐỜI CỦA SDH)
• Liên kết mạng
– không tương thích giữa các nhà sản xuất cho thông tin sợi quang
– kết nối toàn cầu
• Các thuộc tính và lợi ích chính của SDH
1.1 Giới thiệu
Hình 1.1: Mạng số
Qua mấy thập kỷ vừa qua, các mạng thông tin đã tiến hóa từ mạng tương tự sang mạng số Các phương tiện truyền tải chiếm ưu thế của kỷ nguyên thông tin ban đầu là dây dẫn (đôi dây xoắn hay cáp đồng trục) và bầu khí quyển (các ứng dụng truyền thanh và vệ tinh) Xu hướng của mạng hiện đại là sử dụng sợi quang làm phương tiện truyền tải chủ đạo ở những nới mà nó có thể triển khai được Động thái này đem lại chất lượng truyền dẫn tốt hơn và băng tần (hay dung lượng) lớn hơn
Các dịch vụ có thể được tích hợp dễ dàng hơn vào các mạng số so với các mạng tương tự Các dịch vụ thoại qua hệ thống điều mã xung (PCM) được chuyển đổi thành luồng số liệu 64 kbit/s Số liệu từ máy tính là ở dạng số Tín hiệu Video, bằng cách sử dụng kỹ thuật nén bit, được chuyển thành một tín hiệu số với tốc độ tương đối lớn Tín hiệu Fax đã được truyền đi ở dạng số của nó qua mấy thập kỷ Các dịch vụ này có thể sẽ được ghép tiếp bởi phương thức TDM và tích hợp vào một luồng tín hiệu đơn để truyền qua các mạng số
Có rất nhiều ưu điểm của truyền dẫn số so với truyền dẫn tương tự Ba ưu điểm chính được tổng kết như sau:
Trang 131.1 GIỚI THIỆU 3
A Gần như miễn dịch đối với nhiễu (Hình 1.2)
Một tín hiệu suy yếu đi khi nó được truyền qua một hệ thống thông tin Cường độ tín hiệu giảm khi nó lan truyền dọc theo phương tiện truyền dẫn Ngoài ra, tín hiệu sẽ bị làm sai lệch bởi các nguồn nhiễu khác nhau Độ trung thực của tín hiệu xuống cấp và đôi khi
sự xuống cấp dẫn tới mức độ không thể chấp nhận được Chất lượng truyền dẫn trở nên không thỏa mãn Khi một bộ lặp được đặt tại những nơi được cho là thích hợp thì cả tín hiệu và nhiễu (hay tín hiệu không mong muốn) sẽ được khuếch đại Để có được các bộ lặp
có thể lọc được tất cả các loại nhiễu là rất khó khăn và tốn kém Vì thế dọc theo phương tiện truyền dẫn dài, nhiễu sẽ được tích lũy lại Khi tín hiệu tới đích của nó, chất lượng của
hệ thống có thể hoặc không thể chấp nhận được, tức là tỷ số tín hiệu trên nhiễu (S/N) có thể trở nên quá nhỏ để khôi phục tín hiệu đã được phát đi Mặt khác, một hệ thống truyền
Hình 1.2: Truyền dẫn số so với truyền dẫn tương tự
dẫn số sẽ gần như miễn dịch đối với nhiễu nếu các bộ lặp tái tạo được đặt ở những nơi thích hợp Nếu một mức logic "1" (chẳng hạn +5V) được truyền qua một hệ thống số, tín hiệu sẽ suy yếu và bị làm sai lệch bởi nhiễu như trong hệ thống tương tự Tại điểm lặp, máy thu tạo ra điện áp ngưỡng phát hiện và các điểm lấy mẫu (phát hiện) ở những khoảng cách đều nhau được quyết định bởi đồng hồ máy thu Nếu cường độ tín hiệu thu được lớn hơn điện áp ngưỡng phát hiện thì tín hiệu nhận được được khôi phục (hay tái tạo lại) thành mức logic "1" Tác dụng của nhiễu sẽ không lan truyền dọc theo phương tiện truyền dẫn dài như trong hệ thống tương tự
B Tích hợp các dịch vụ Như đã được giới thiệu trong phần trên
C Dễ dàng ghép kênh (xem Hình 1.3)
Hình 1.3 trình bày các bước chính được yêu cầu để ghép một số tín hiệu tương tự thành một tín hiệu FDM (ghép phân chia theo tần số) Mỗi tín hiệu tương tự trước hết được điều chế để trở thành tín hiệu có dải thông bằng cách sử dụng một tín hiệu sóng mang với tần
số sóng mang chẳng hạn như fc1 Một bộ Lọc Thông Dải phải được áp dụng để hạn chế tín hiệu đã điều chế vào dải tần của chính nó Bước thứ 3 là ghép tất cả các tín hiệu thông dải này vào một tín hiệu FDM để truyền đi Đối với TDM, một chuyển mạch điện tử (logic) được sử dụng để nhận luồng dữ liệu (chẳng hạn như cứ 8 bit mỗi lần) từ mỗi tín hiệu số
Trang 144 CHƯƠNG 1 PHÂN CẤP SỐ CẬN ĐỒNG BỘ (ĐỘNG LỰC CHO SỰ RA ĐỜI CỦA SDH)
Hình 1.3: FDM (tương tự) so với TDM (số)
Thủ tục này nhằm chèn các tín hiệu tốc độ thấp, từng tín hiệu một, vào một luồng dữ liệu tốc độ cao hơn
Ta có thể thấy rằng công nghệ TDF dễ dàng hơn FDM Do đó giá thành các hệ thống TDM cũng thấp hơn
Một số vấn đề của truyền dẫn số đòi hỏi phải có những giải pháp Hai vấn đề chính được thảo luận ở đây
A Đồng bộ Có vài lý do đòi hỏi một mạng số phải hoạt động càng đồng bộ càng tốt Một hệ
thống số được thiết kế để mang nhiều tín hiệu đồng thời qua cùng một phương tiện truyền dẫn Nếu không có phương án đồng bộ có thể chấp nhận được thì các tín hiệu số sẽ bị méo Khoảng cách đường truyền trở nên ngày càng dài hơn do thông tin toàn cầu trở thành một hoạt động hàng ngày của đời sống xã hội Việc thiếu đồng bộ giữa máy phát và máy thu làm cho chất lượng đường truyền dễ dàng có thể trở nên không thể chấp nhận được
Một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất là đạt được đồng bộ khung của một luồng dữ
liệu Để đạt được đồng bộ khung, tại máy phát, một mẫu khung được chèn một cách có chu kỳ vào luồng dữ liệu thông tin Vấn đề đồng bộ khung này sẽ được nghiên cứu sau trong chương này
B Khôi phục thời gian Như đã trình bày trong Hình các điểm lấy mẫu (hay phát hiện) được
yêu cầu tại máy thu hay bộ lặp tái tạo Các điểm lấy mẫu này phải được "đặt" bởi một đồng hồ chính xác của máy thu Đồng hồ càng chính xác thì giá thành càng cao Độ chính xác đồng hồ sẽ được thảo luận trong Chương 7.Tuy nhiên, các đồng hồ chính xác tại máy thu không đủ để khôi phục lại luồng dữ liệu nhận được Các đồng hồ phải được đồng bộ với luồng dữ liệu tới để giảm thiểu lỗi bít Điều này cững sẽ được thảo luận trong chương này Tóm lại, để thực hiện khôi phục thời gian tại máy thu ta cần
• có đồng hồ chính xác
• sử dụng công nghệ nén không
