KTTruyen So lieu Chuong 8_9

+ Ghép kênh phân thời TDM, được chia thành TDM đồng bộ và TDM không đồng bộ.+ Ghép kênh phân chia theo độ dài của bước sóng WDM số dữ liệu gốc.. Phân kênh Bộ phân kênh sử dụng các bộ lọc

CHƯƠNG 8

KỸ THUẬT GHÉP KÊNH

Bất cứ khi nào khả năng của môi trường truyền dẫn liên kết giữa hai thiết bị lớn hơn nhu cầu truyền dẫn của các thiết bị, liên kết đó có thể được chia sẻ, điều này giống như một ống nước có thể phục vụ cho nhiều nhà cùng một lúc Ghép kênh là các kỹ thuật cho phép truyền dẫn các tín hiệu phức tạp đồng thời qua một liên kết

dữ liệu

Nhu cầu truyền dữ liệu ngày càng gia tăng Chúng ta có thể đáp ứng sự gia tăng này bằng cách tiếp tục bổ sung các đường truyền riêng mỗi khi cần một kênh truyền dẫn mới hoặc là chúng ta có thể lắp đặt các đường liên kết có dung lượng cao hơn và sử dụng chúng để truyền các tín hiệu phức tạp

Công nghệ truyền dẫn ngày nay có môi trường truyền dẫn băng thông lớn, chẳng hạn như cáp đồng trục, cáp quang, vi-ba vệ tinh và vi-ba mặt đất Các môi trường truyền dẫn này đều có khả năng truyền cao hơn nhu cầu trung bình của việc truyền tín hiệu Nếu như khả năng truyền dẫn của một liên kết lớn hơn nhu cầu truyền dẫn của các thiết bị được kết nối với nó thì khả năng vượt quá của liên kết

sẽ bị lãng phí Một hệ thống đạt hiệu quả tối đa khi nó tận dụng được tất cả các khả năng có thể có Công nghệ truyền dẫn hiện đại chỉ thực sự mang lại hiệu quả khi các liên kết được chia sẻ

Hình 8.1 chỉ ra hai cách liên kết có thể thực hiện cho 4 cặp thiết bị Trong hình 8.1a, mỗi cặp thiết bị có liên kết riêng của chúng Nếu như khả năng truyền dẫn tối

đa của mỗi liên kết không được tận dụng thì một phần khả năng truyền dẫn của liên kết đó sẽ bị lãng phí Trong hình 8.1b, việc truyền dẫn giữa các cặp thiết bị được thực hiện ghép kênh, giống như 4 cặp thiết bị cùng chia sẻ một liên kết

1 Many to one/one to many (Ghép nối nhiều thành một/Phân rã một thành nhiều) – Ghép nối/Phân rã

Trong một hệ thống ghép kênh, nhiều thiết bị cùng chia sẻ một kết nối Hình 8.1b chỉ ra khuôn dạng cơ bản của hệ thống ghép kênh 4 thiết bị ở phía bên trái gửi các dòng dữ liệu của nó tới bộ ghép kênh (multiplexer - MUX) để ghép chúng thành một dòng dữ liệu đơn (many to one – ghép nối) Ở đầu nhận, dòng dữ liệu được cung cấp cho bộ phân kênh (demultiplexer - DEMUX) để phân tách dòng dữ liệu thành các dòng dữ liệu cấu thành (one to many – phân rã) và gửi chúng đến thiết các bị nhận tương ứng

Thuật ngữ “path” ám chỉ một liên kết vật lý (physical link)

Thuật ngữ “channel” ám chỉ một phần của liên kết vật lý (path) mà nó thực hiện

việc truyền dẫn giữa hai thiết bị Một path có thể có nhiều chanel (Hình 8.2)

Có 3 kỹ thuật ghép kênh cơ bản:

+ Ghép kênh phân tần (FDM)

+ Ghép kênh phân thời (TDM), được chia thành TDM đồng bộ và TDM không đồng bộ.

+ Ghép kênh phân chia theo độ dài của bước sóng (WDM)

số dữ liệu gốc Nếu các điều kiện trên không được tôn trọng có thể dẫn đến các lỗi truyền dẫn nghiêm trọng

Hình 8.3 minh họa khái niệm FDM Trong minh họa này, liên kết vật lý được chia thành 3 phần, mỗi phần biểu diễn một kênh.

Hình 8.3 Phương pháp ghép kênh FDM

Quá trình xử lý FDM:

Hình 8.4 minh họa về mặt thời gian kỹ thuật xử lý ghép kênh FDM là một quá trình xử lý tương tự mà chúng ta đã minh họa thông qua hệ thống điện thoại Mỗi một điện thoại sinh ra một tín hiệu trong dải tần giống nhau Trong bộ ghép kênh, các tín hiệu giống nhau được điều chế thành các tần số mang khác nhau (f1, f2 và

f3) Sau đó các tín hiệu đã điều chế được kết hợp thành một tín hiệu hỗn hợp để truyền đi qua một liên kết có băng thông phù hợp

Hình 8.4 Xử lý ghép kênh FDM theo thời gian

Hình 8.5 minh họa về mặt tần số khái niệm FDM (lưu ý rằng trong trường hợp này trục hoành biểu diễn tần số chứ không phải biểu diễn thời gian, và tại mỗi thời điểm

có 3 tần số tồn tại trong băng thông) Trong FDM, các tín hiệu được điều chế thành các tần số mang riêng biệt (f1, f2 và f3) sử dụng kỹ thuật điều chế AM hoặc FM

Hình 8.5 Xử lý ghép kênh FDM (biểu diễn theo tần số)

Cần lưu ý rằng, để sử dụng liên kết vật lý hiệu quả, chúng ta cần thêm băng thông mở rộng (gọi là dải bảo vệ) để phân tách các kênh

Phân kênh

Bộ phân kênh sử dụng các bộ lọc để phân tích các tín hiệu đã được ghép kênh thành các tín hiệu đã cấu thành nó, sau đó các tín hiệu này được truyền tới bộ giải điều chế để thực hiện việc phân tách thành tín hiệu gửi và truyền tới các thiết bị nhận

Hình 8.6 minh họa về mặt thời gian kỹ thuật ghép kênh FDM, xem 3 điện thoại như là các thiết bị truyền thông Hình 8.7 minh họa về tần số kỹ thuật ghép kênh FDM

Hình 8.5 Xử lý phân kênh FDM (biểu diễn theo thời gian)

Hình 8.7 Xử lý phân kênh FDM (biểu diễn theo tần số)

8.3 Ghép kênh theo phân chia bước sóng (WDM)

Về mặt khái niệm, WDM cũng tương tự như FDM ngoại trừ quá trình ghép kênh và phân kênh sẽ xử lý các tín hiệu ánh sáng được truyền dẫn qua các kênh quang học Ý tưởng là giống nhauL chúng ta kết hợp các tín hiệu có tần số khác nhau Tuy nhiên có sự khác nhau la các tần số ở đây rất cao

Hình 8.8 đưa ra minh họa về khái niệm ghép kênh và phân kênh

Mặc dù ý tưởng ghép kênh rất đơn giản nhưng về mặt kỹ thuật thuật thì rất phức tạp Chúng ta muốn kết hợp nhiều nguồn sáng thành một nguồn sáng ở bộ ghép

kênh và phân tách chúng ở bộ phân kênh Việc kết hợp và phân tách các nguồn sáng có thể dễ dàng thực hiện dễ dàng bằng lăng kính Theo lý thuyết vật lý, lăng kính sẽ phân hướng chùm sáng dựa trên góc tới và tần số Bằng cách sử dụng kỹ thuật này, bộ ghép kênh có thể được tạo ra để kết hợp các chùm sáng dầu vào, mỗi một chùm sáng chứa một dải tần số hẹp, thành một chùm sáng đầu ra có dải tần rộng hơn Bộ phân kênh cũng có thể được tạo ra để xử lý theo tiến trình ngược lại.Hình 8.9 minh họa cho khái niệm này.

Hình 8.8 Phương pháp ghép kênh WDM Hình 8.9 Sơ đồ ghép và phân kênh WDM

8.4 Kỹ thuật ghép kênh phân thời (TDM)

Ghép kênh phân thời là kỹ thuật xử lý số, có thể ứng dụng khi tốc độ truyền dữ liệu trung bình lớn hơn tốc độ truyền dữ liệu yêu cầu bởi thiết bị gửi và nhận Trong trường hợp này, nhiều truyền dẫn phức tạp có thể chiếm lĩnh một liên kết vật lý bằng cách chia nhỏ chúng và chèn vào các khe khác nhau

Hình 8.10 minh họa khái niện TDM

Hình 8.10 Phương pháp ghép kênh TDM

Ghép kênh phân thời đồng bộ

Trong ghép kênh phân thời đồng bộ, thuật ngữ “đồng bộ” có nghĩa khác với thuật ngữ đồng bộ sử dụng trong lĩnh vự truyền thông Thuật ngữ “đồng bộ” ở đây

có nghĩa là bộ ghép kênh phân chia các khe thời gian giống nhau cho mỗi một thiết

bị tại tất cả các thời điểm không phân biệt và thiết bị đó có thực hiện truyền dẫn hay không Ví dụ, khe thời gian A được gán cho thiết bị A, khi đó khe thời gian A

sẽ không thể được sử dụng bởi các thiết bị khác Tại mỗi thời điểm, thiết bị có khe thời gian tương ứng đã được phân sẽ cơ hội để gửi một phần dữ liệu của nó Nếu như một thiết bị không thể thực hiện truyền dẫn hoặc không có dữ liệu để gửi thì khe thời gian của nó sẽ duy trì trạng thái rỗng

Frames

Các khe thời gian được nhóm thành các frame Mỗi một frame gồm một hoặc nhiều vòng khe thời gian hoàn chỉnh, bao gồm một hoặc nhiều khe dành cho từng thiết bị gửi (hình 8.11) Trong hệ thống có n đường vào, mỗi một frame có it nhất n khe, mỗi một khe được chỉ định để mang dữ liệu từ một đường vào xác định Nếu tất cảc các thiết bị vào chia sẻ một liên kết (link) đang truyền dẫn cùng một tốc độ thì mỗi thiết bị sẽ có một khe thời gian trên một frame Tuy nhiên, chúng ta có thể điều chỉnh tốc độ truyền Thực hiện truyền dẫn với 2 khe thời gian/frame sẽ nhanh hơn 2 lần truyền dẫn với 1 khe thời gian/frame Các khe thời gian được chỉ định ứng với một thiết bị sẽ chiếm cứ (nằm ở) vị trí giống nhau trong mỗi frame và tạo thành kênh của thiết bị đó Trong hình 8.11, chúng ta đã chỉ ra bộ ghép kênh gồm 5 đường vào sử dụng kỹ thuật TDM đồng bộ Trong ví dụ này, tất cả các đường vào đều có cùng tốc độ truyền, vì vậy số khe thời gian trên mỗi một frame sẽ bằng số đường vào.

Hình 8.11 Ghép kênh phân thời đồng bộ TDM

Interleaving – Kỹ thuật chuyển dịch luân phiên

TDM đồng bộ có thể so sánh với một cái công tắc chuyển mạch quay cực nhanh Khi mở công tắc ở phía trước của thiết bị, thiết bị đó có cơ hội gửi một số lượng dữ liệu xác định (x bits) trên đường truyền (path) Công tắc chuyển dịch từ thiết bị này đến thiết bị khác với tốc độ không đổi và theo một trật tự xác định Kỹ

thuật xử lý này gọi là interleaving.

Interleaving có thể thực hiện theo bit, byte hoặc theo một đơn vị dữ liệu bất kỳ Nói cách khác, bộ ghép kênh có thể nhận một byte từ mỗi thiết bị, sau đó lấy một byte khác từ mỗi thiết bị, vv,,, Trong hệ thống định sẵn, các đơn vị (units) interleaving sẽ luôn luôn có cùng kích thước

Hình 8.12 minh họa interleaving và cách xây dựng các frame Trong ví dụ này, chúng ta dịch chuyển luân phiên việc truyền dẫn các ký tự khác nhau Bộ ghép kênh sẽ interleaving các thông báo khác nhau và tổ chức chúng thành các frame trước khi gửi chúng lên đường truyền (link)

Hình 8.12 Đồng bộ TDM, quá trình dồn kênh

Ở bộ nhận, bộ phân kênh sẽ phân rã từng frame bằng cách rút trích lần lượt các

ký tự Khi ký tự được lấy ra khỏi frame nó sẽ được chuyển tới thiết bị nhận tương ứng (xem hình 8.13)

Hình 8.12 Đồng bộ TDM, quá trình phân kênh

Hình 8.12 và 8.13 đã chỉ ra những nhược điểm chính của kỹ thuật TDM đồng

bộ Bằng cách gán mỗi một khe thời gian ứng với một đường đầu vào (input line), thì khi các đường truyền không hoạt động đồng thời chúng ta sẽ có những khe thời gian rỗng, vấn đề này gây ra sự lãng phí lớn về tận dụng khả năng của đường truyền Trong hình 8.12, chỉ có 3 frame đầu chứa đầy dữ liệu, 3 frame sau có 6 khe rỗng, có nghĩa là chúng ta đã lãng phí 6/24=1/4 khả năng của đường truyền

Framing bits – bit đồng bộ frame

Bởi vì thứ tự khe thời gian trong hệ thống TDM đồng bộ không thay đổi giữa các frame nên chúng ta cần thêm một chút thông tin vào mỗi frame ???? Thứ tự tiếp nhận báo cho bộ phân kênh chỗ để quản lý (điều khiển) từng khe thời gian do

đó không cần đánh địa chỉ Tuy nhiên có rất nhiều yếu tố có thể gây nên sự trái ngược nhau trong điều phối thời gian Vì lý do này, người ta thường thêm vào đầu

mỗi frame một hoặc nhiều bit đồng bộ Những bit này, được gọi là “framing bit”,

sau một mẫu, từ frame này tới frame khác, mà nó cho phép bộ phân kênh đồng bộ với dòng dữ liệu đến vì vậy nó có thể phân tách các khe thời gian chính xác Trong phần lớn các trường hợp, thông tin đồng bộ này gồm 1bit/frame, hoán chuyển giữa

0 và 1 (01010101010) như chỉ ra ở hình 8.14

Hình 8.14 Khuân dạng bít

Ví dụ về TDM đồng bộ

Giả sử chúng ta có 4 nguồn vào trong một liên kết TDM đồng bộ, quá trình truyền dẫn sẽ truyền các ký tự được thực hiện theo cách dịch chuyển luân phiên Nếu mỗi nguồn tạo ra 250 ký tự/giây và mỗi một frame mang một ký tự từ mỗi nguồn thì đường truyền dẫn (path) phải có khả năng mang 250 frame/giây (xem hình 8.15)

Hình 8.15 Tính toán tốc độ truyền dữ liệu trong khung

Nếu chúng ta giả sử rằng mỗ một ký tự gồm 8bits thì mỗi frame sẽ có 33 bits (32 bits dùng cho 4 ký tự + 1 framing bit) Như vậy mỗi thiết bị tạo ra 2000bps (250 ký tự x 8bps), do đó đường truyền (line) phải có khả năng mang 8250bps (250 frame x 33bit/frame)

Bit Stuffing – Nhồi bit

Như đã đề cập trong mục trước, chúng ta có thể kết nối các thiết bị có tốc độ truyền khác nhau để truyền dẫn theo kỹ thuật TDM đồng bộ Ví dụ, thiết bị A sử dụng một khe thời gian, trong khi tốc độ truyền của thiết bị B sử dụng 2 khe thời gian Số khe trong frame và các đường vào (input line) sẽ được gán cố định trong

hệ thống, nhưng các thiết bị có tốc độ truyền khác nhau có thể kiểm soát số lượng khe khác nhau Cần nhớ rằng chiều dài của khe thời gian là cố định Do đó, về lý thuyết, để kỹ thuật này làm việc, tốc độ truyền dữ liệu khác nhau phải là bội số của

nhau Ví dụ, chúng ta có thể điều chỉnh một thiết bị truyền nhanh hơn các thiết bị khác 5 lần bằng cách gán cho nó 5 khe và gán cho các thiết bị khác 1 khe Tuy nhiên chúng ta không thể điều chỉnh một thiết bị truyền nhanh hơn các thiết bị khác 5,5 lần bằng phương pháp này bởi vì chúng ta không thể đưa ½ khe vào trong frame.

Khi tốc độ truyền giữa các thiết bị không phải là bội số của nhau, chúng ta vẫn

có thể thực hiện việc truyền dẫn như cách chúng ta đã thực hiện bằng kỹ thuật “bit stuffing” Trong kỹ thuật bit stuffing, bộ ghép kênh sẽ bổ sung các bit mở rộng (extra bit) vào dòng dữ liệu nguồn của thiết bị để đảm bảo mối quan hệ về mặt tốc

độ giữa các thiết bị là bội số (nguyên) của nhau Ví dụ, giả sử thiết bị A có tốc độ truyền nhanh hơn thiết bị B 2.75 lần, chúng ta có thể thêm một số bit để đảm bảo

tỷ lệ về tốc độ truyền giữa 2 thiết bị là 3 Các bít mở rộng (extra) sẽ được loại bỏ bởi bộ phân kênh

Ghép kênh phân thời không đồng bộ

Như chúng ta đã nghiên cứ ở phần trước, kỹ thuật TDM đồng bộ không bảo đảm tận dụng hết khả năng của liên kết (link) được sử dụng Bởi vì các khe thời gian được gán trước một cách cố định nên mỗi khi có thiết bị kết nối không truyền dẫn thì khe tương ứng của nó sẽ rỗng và do đó có nhiều đường dẫn (path) không sử dụng Ví dụ, giả sử chúng có 20 máy tính ở đầu ra đã được ghép kênh trên một đường truyền đơn (single line) Sử dụng TDM đồng bộ, tốc độ của mỗi đường như vậy ít nhất cũng phải bằng 20 lần tốc độ của mỗi một đường vào (input line) Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu như chỉ có 10 máy tính được sử dụng cùng lúc? Một nửa dung lượng đường truyền không được sử dụng!

TDM không đồng bộ (TDM thống kê) được thiết kế nhằm tránh sự lã phí đã đề cập ở trên Thuật ngữ “không đồng bộ” có nghĩa một cái gì đó khác trong kỹ thuật ghép kênh nghĩa là nó đề cập đến một lĩnh vực truyền thông khác Ở đây có nghĩa

là linh hoạt và không cố định

Giống như TDM đồng bộ, TDM không đồng bộ cho phép một số các đường vào (input line) có tốc độ truyền thấp ghép kênh thành một đường có tốc độ truyền cao hơn Không giống như kỹ thuật TDM đồng bộ, trong kỹ thuật TDM không đồng bộ tốc độ truyền tổng thể của các đường vào có thể lớn hơn khả năng của đường truyền (path) Trong hệ thống đồng bộ, nếu có n đường vào, số khe thời gian trong frame là cố định và ít nhất bằng n Trong hệ thống không đồng bộ, nếu chúng ta có

n đường vào, mỗi frame sẽ chứa không quá m khe, m<n (xem hình 8.16)

Theo cách này, TDM không đồng bộ hỗ trợ số đường vào giống như TDM đồng

bộ với khả năng liên kết thấp hơn (link) Như vậy, với liên kết như nhau, TDM không đồng bộ hỗ trợ nhiều thiết bị hơn TDM đồng bộ

Hình 8.16 Đồng bộ TDM

Số khe thời gian trong TDM không đồng bộ (m) dựa trên sự phân tích thống kê

số lượng đường vào tham gia truyền dẫn tại thời điểm bất kỳ một cách hợp lý Thay vì việc gán cố định trước các khe cho các đường vào, mỗi một khe sẽ khả dụng để các đường vào có dữ liệu gửi đi gắn vào Bộ ghép kênh quét các đường vào và chấp nhận các khối dữ liệu cho đến khi frame đầy, sau đó nó truyền các frame qua liên kết Nếu không có đủ dữ liệu để điền đầy các khe của frame, frame được truyền đi sẽ chỉ có một phần được lấp đầy, vì vậy khả năng liên kết đầy có thể không thể đạt 100% Nhưng có thể phân phối các khe thời gian một cách linh hoạt (động), theo cặp với tỷ lệ số khe thời gian/số đường vào thấp hơn, điều này sẽ giảm đi sự lãng phí về khả năng của đường truyền rất lớn

Hình 8.17 minh họa hệ thống có 5 máy tính chia sẻ một liên kết dữ liệu sử dụng

kỹ thuật TDM không đồng bộ trong ví dụ này, kích thước frame có 3 khe Hình vẽ cũng chỉ ra cách kiểm soát 3 mức truyền dẫn khác nhau Trong trường hợp thứ nhất, chỉ có 3 trong 5 máy tính có dữ liệu gửi đi Trong trường hợp thứ hai, có 4 đường gửi dữ liệu, nhiều hơn so với số khe/frame là 1 Trong trường hợp thứ 3 (về mặt thống kê hiếm khi xảy ra), tất cả các đường đều gửi dữ liệu trong mỗi trường hợp, bôh ghép kênh quét các thiết bị theo thứ tự từ 1 đến 5, đổ dữ liệu vào các khe khi nó gặp dữ liệu cần gửi đi

Trong trường hợp thứ nhất, có 3 đường vào hoạt động tương ứng với 3 khe trong mỗi frame Đối với frame thứ tư đầu tiên, đầu vào được phân bố đối xứng giữa tất cả các thiết bị truyền thông Tuy nhiên, ở frame thứ 5, thiết bị 3 và 5 hoàn tất quá trình truyền của nó, nhưng thiết bị 1 vẫn còn 2 ký tự cần truyền đi Bộ ghép kênh sẽ lấy ký tự A từ thiết bị 1, bỏ qua các thiết bị không truyền dẫn khác và quay trở lại thiết bị 1 để lấy nốt ký tự A cuối cùng Không có đử dữ liệu để lấp đầy khe cuối cùng trong frame, bộ ghép kênh sẽ truyền frame thứ 5 chỉ có 2 khe có dữ liệu

Hệ thống TDM đồng bộ sẽ cần 6 frame (mỗi frame chứ 5 khe) để truyền tất cả dữ liệu, như vậy tổng số frame cần là 30 Nhưng thực tế chỉ có 14 khe có dữ liệu, do

đó bỏ phí không sử dụng đường truyền mất hơn nửa thời gian Với DTM không

đồng bộ, chỉ có 1 khe rỗng trong frame cuối khi truyền, do đó tận dụng được hết khả năng của đường truyền.

Hình 8.17 Ví dụ về khung đồng bộ TDM

Trong trường hợp thứ 2

Trong trường hợp thứ ba

Addressing and Overhead

Trường hợp minh họa 2 và 3 ở trên đã chỉ ra nhược điểm chính của kỹ thuật TDM không đồng bộ: làm sao để bộ phân kênh phân biệt được các khe thuộc về đường ra nào? Trong TDM đồng bộ, thiết bị ứng với dữ liệu trong khe thời gian được xác định bởi vị trí của khe thời gian trong frame Nhưng đối với TDM không đồng bộ, dữ liệu của 1 thiết bị có thể nằm ở các vị trí khác nhau trong các frame khác nhau Trong khi không có mối quan hệ vị trí cố định, mỗi một khe thời gian phải mang một địa chỉ để báo cho bộ phân kênh biết dữ liệu thuộc về thiết bị nào Địa chỉ này, chỉ được sử dụng một cách cục bộ, do bộ ghép kênh thêm vào và bộ phân kênh sẽ giải mã chúng khi đọc Trong hình 8.17, các địa chỉ được xác định bởi một con số

Việc thêm các bits đánh địa chỉ cho mỗi một khe thời gian sẽ làm gia tăng overhead của hệ thống không đồng bộ và ảnh hưởng tới hiệu quả truyền dẫn một cách tiềm tàng Để hạn chế những ảnh hưởng của chúng, các địa chỉ thường chỉ gồm một số nhỏ các bits thậm chí có thể tạo ra ngắn hơn bằng cách chỉ thêm địa

Case 2: Only four lines sending data

Case 3: All five lines sending data Case 1: Only three lines sending data

chỉ đầy đủ cho phần dữ liệu truyền dẫn đầu tiên, với các phiên bản rút gọn để xác định các phần dữ liệu đến sau đó.

Nhu cầu đánh địa chỉ làm cho TDM không đồng bộ kém hiệu quả đối với kỹ thuật dịch chuyển luân phiên cho bit hoặc byte (bit/byte interleaving) Giả sử dịch chuyển luân phiên bit với mỗi bit mang một địa chỉ: một bit dữ biểu diễn dữ liệu, 3 bits biểu diễn địa chỉ Như vậy mất 4bits để chuyển 1 bit dữ liệu và nếu như liên kết (link) luôn đầy thì cũng chỉ có ¼ khả năng của đường chuyền được sử dụng có hiệu quả Do đó, TDM không đồng bộ chỉ thực sự có hiệu quả nếu như kích thước của khe thời gian tương đối lớn

Variable-Length Time Slots – Các khe thời gian có chiều dài thay đổi

TDM không đồng bộ có thể phù hợp với việc truyền dữ liệu có tốc độ thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài của khe thời gian Các trạm có tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn có thể dùng khe thời gian lớn hơn Việc quản lý các trường có chiều dài thay đổi yêu cầu kiểm soát các bits được bổ sung vào phần đầu của mỗi khe thời gian để chỉ ra chiều dài của phần dữ liệu đến Các bits mở rộng này cũng làm gia tăng overhead của hệ thống và nó chỉ cũng chỉ hiệu quả đối với các khe thời gian

có kích thước lớn

Invert Multiplexing – Ghép kênh đảo

Invert Multiplexing nghĩa là ngược lại với ghép kênh, nó nhận dòng dữ liệu từ một đường truyền có tốc độ cao và chia thành các phần để có thể đồng thời truyền

đi trên các đường truyền có tốc độ thấp hơn mà không làm giảm đi tốc độ truyền tổng thể (chung)

Hình 8.18 Ghép và đảo kênh

Vậy tại sao chúng ta cần ghép kênh đảo? Bạn hãy xem xét trường hợp một công

ty muốn gửi dữ liệu, âm thanh, video, mỗi loại sẽ yêu cầu tốc độ truyền khác nhau

Để gửi âm thanh, nó có thể cần đường truyền có tốc độ 64Kbps; Để gửi dữ liệu, nó

có thể cần đường truyền có tốc độ 128Kbps; Để gửi video, nó có thể cần đường truyền có tốc độ 1.544Mbps Để đáp ứng tất cả các nhu cầu này, công ty đó cần phải có một kênh thuê bao riêng có tốc độ 1.544Mbps và họ chỉ đôi khi mới sử dụng hết khả năng truyền của kênh Xây dựng một hệ thống như vậy sẽ rất lã phí! Tuy nhiên, công ty có thể thuê một vài kênh có tốc độ truyền thấp hơn Sử dụng can kết có tên là “băng thông theo nhu cầu” (bandwith on demand), công ty có thể

sử dụng các kênh này bất cứ khi nào và bao nhiêu kênh theo nhu cầu của họ Truyền dẫn âm thanh có thể truyền qua một kênh bất kỳ mà không có bất cứ ảnh hưởng nào Truyền dữ liệu và video có thể chia nhỏ ra và truyền qua 2 hoặc nhiều đường Nói cách khác, dữ liệu và âm thanh có thể sử dụng kỹ thuật truyền ghép kênh đảo thông qua nhiều đường ghép

8.5 Ứng dụng ghép kênh: Hệ thống điện thoại

Ghép kênh là một công cụ cơ bản của ngành công nghiệp điện thoại Xem xét các vấn đề thiết yếu trong một vài công y điện báo có thể giúp bạn hiểu rõ hơn về các lĩnh vực ứng dụng của FDM và TDM Tất nhiên, các quốc gia khác nhau sẽ sử dụng các kỹ thuật khác nhau, ở đây chúng ta chỉ tập trung vào hệ thống được sử dụng ở Bắc Mỹ

Hệ thống điện thoại ở Bắc mỹ gồm nhiều common carrier cho phép thực hiện các dịch vụ vùng và đường dài đối với các thuê bao Các carrier này gồm các công

ty địa phương như Pacific Bell và các nhà cung cấp dịch vụ đường dài như AT&T, MCI

Ở đây chúng ta sẽ xem xét các carrier dưới góc độ một thực thể đơn gọi là

“mạng điện thoại”, và đường kết nối một thuê bao tới mạng như là một đường dịch vụ

Hình 8.19 Mạng điện thoại

Các dịch vụ Common Carrier và sự phân cấp

Các công ty điện thoại đã bắt đầu bằng cách cung cấp cho thuê bao của họ bằng các dịch vụ tương tự (analog services) sử dụng các mạng tương tự (analog networks) Sau đó công nghệ phát triển cho phép ứng dụng các mạng và dịch vụ số hóa Các nhà cung cấp ở Bắc Mỹ đang thay đổi các đường dịch vụ của họ từ tương

tự sang số Như đã dự đoán trước, toàn bộ mạng của họ sẽ sớm được số hóa Tuy

nhiên, cho đến bay giờ, họ vẫn đang sử dụng các dịch vụ dưới dạng cả hai kiểu FDM và TDM

Hình 8.20 Các dạng dịch vụ điện thoại

Các dịch vụ tương tự

Có nhiều dịch vụ tương tự khả dụng cho các thuê bao, trong phần này chúng ta

sẽ xem xét hai loại dịch vụ: dịch vụ chuyển mạch và dịch vụ thuê bao (switched services & leased services)

Hình 8.20 Dịch vụ tương tự

Dịch vụ chuyển mạch tương tự:

Dịch vụ chuyển mạch tương tự là dịch vị quay (dial up) số quen thuọc nhất mà chúng ta thường gặp khi sử dụng điện thoại ở nhà Nó sử dụng cable xoắn đôi (có trường hợp đặc biệt sử dụng 4 dây) để kết nối máy điện thoại của thuê bao (handset) với mạng thông qua một bộ trao đổi Kết nối này gọi là “local loop” (nhánh cục bộ) Mạng nó tham gia đôi khi được xem như mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN)

Tín hiệu trong đường nhánh cục bộ là tương tự, và băng thông thường nằm trong khoảng 0÷4000Hz

Với các đường chuyển mạch, khi người gọi quay một số, cuộc gọi được chuyển tới một hoặc một chuỗi các chuyển mạch ở bộ trao đổi Sau đó các chuyển mạch thích hợp sẽ kích hoạt liên kết đường dây giữa người gọi với người đang được gọi Chuyển mạch kết nối hai dây trong quá trình thực hiện cuộc gọi

Hình 8.22 Dịch vụ mạng điện thoại tương tự

Dịch vụ thuê bao tương tự:

Dịch vụ thuê bao tương tự cho phép khách hàng cơ hội thuê một đường, đôi khi còn gọi là đường dành riêng, được kết nối tới một khách hàng khác một cách dài hạn Mặc dù kết nối vẫn phải thực hiện qua các chuyển mạch trong mạng điện thoại, các thuê bao cảm thấy nó như một đường đơn bởi vì chuyển mạch này luôn luôn đóng, không cần quay số

Hình 8.23 Dịch vụ hợp đồng tương tự

Các đường có điều điều kiện:

Các carrier điện thoại cũng cho phép các dịch vụ gọi có điều kiện Điều kiện ở đây có nghĩa là gia tăng chất lượng của đường truyền bằng cách giảm bớt sự suy giảm tín hiệu, méo tín hiệu hoặc méo do trễ Các đường có điều kiện thuộc loại tương tự nhưng do chất lượng của chúng khiến cho chúng thích hợp cho truyền dữ liệu số nếu như chúng được kết nối tới modem

Hệ thống phân cấp tương tự

Để đạt hiệu quả khai thác tối đa của cơ sở hạ tầng, các công ti điện thoại thực hiện kỹ thuật ghép kênh truyền thống từ các tín hiệu từ các đường có băng thông thấp thành các đường có băng thông cao hơn Theo cách này, nhiều đường chuyển mạch hoặc thuê bao có thể kết hợp với nhau tạo thành các kênh lớn hơn, ví dụ các đường tương tự sử dụng kỹ thuật FDM

Một trong những hệ thống phân cấp này được sử dụng bởi công ty AT&T tạo nên các nhóm, các nhóm giữa, các nhóm chính và các nhóm đặc biệt, xem hình 8.24

Hình 8.24 Hệ thống phân cấp tương tự

Trong hệ thống phân cấp tương tự, 12 kênh thoại được ghép với nhau thành một

đường có băng thông rộng để tạo ra một group (nhóm) Như vậy một nhóm có

băng thông 48KHz và hỗ trợ 12 kênh thoại

Ở mức tiếp theo, 5 nhóm được ghép kênh tạo ra một hài gọi là một supergroup

(nhóm giữa) Một supergroup có băng thông 240KHz và hỗ trợ 60 kênh thoại Supergroup có thể được tạo thành từ hoặc là từ 5 group hoặc từ 50 kênh thoại độc lập

Ở mức tiếp theo, 10 supergroup được ghép kênh tạo thành một mastergroup Một mastergroup có băng thông 2.40MHz nhưng cần phải có dải phần cách bảo vệ giữa các kênh, do đó cần băng thông 2.52MHz Mastergroup hỗ trợ 600 kênh thoại.Cuối cùng, 6 mastergroup được kết hợp thành một jumbỏgoup Một jumbỏgoup

có băng thông 15.12MHz (6 x 2.52MHz) nhưng được gia tăng lên 16.984MHz để tạo giải phân cách bảo vệ giữa 6 mastergroup

Trong ngành công nghiệp truyền thông hiện có nhiều biến thể đối với hệ thống phân cấp này Tuy nhiên bởi vì hệ thống phân cấp tương tự sẽ bị thay thế bởi các dịch vụ số trong một tương lai gần nên chúng ta sẽ dừng quá trình nghiên cứu về

vì vậy tín hiệu có thể phân biệt và tách dễ dàng Một lợi thế khác của truyền tín hiệu số đó là giá thành thấp Bởi vì nó chỉ cần phân biệt 2 hoặc 3 mức điện thế thay cho việc phân biệt một giải các giá trị điện thế liên tục nên các thiết bị truyền số sử dụng các thiết bị điện tử rẻ hơn các thiết bị tương tự tương ứng

Chúng ta sẽ xem xét 3 kiểu dịch vụ số khác nhau sau: Switched/56, DDS, và DS (xem hình 8.25)

Hình 8.25

Dịch vụ Swiched/56 (chuyển mạch 56)

Swiched/56 là kiểu số dựa trên một đường chuyển mạch tương tự Nó là một dịch vụ chuyển mạch số cho phép tốc độ truyền dữ liệu lên đến 56Kbps Để truyền qua dịch vụ này thì cả hai phần phải được thuê bao Một người gọi với dịch vụ

điện thoại thông thường thì không thể kết nối tới một điện thoại hoặc một máy tính nếu chỉ sử dụng swiched/56 kể cả khi có dùng một modem.

Dịch vụ DS (tín hiệu số):

Sau đề nghị dịch vụ swiched/56 và DDS, các công ty điện thoại thấy sự cần thiết phải phát triển một hệ thống thứ bậc các dịch vụ số như đã sử dụng cho các dịch vụ tương tự Hình 8.28 chỉ ra tốc độ truyền dữ liệu được hỗ trợ ở mỗi mức

Hình 8.28 Hệ thống phân cấp DS

Một dịch vụ DS-0 tương tự DDS Nó là một kênh số đơn với đường truyền 64Kbps

DDS-1 là một dịch vụ 1.544Mbps 1.544Mbps là 24 lần của 64Kbps cộng với 8Kbps phần đầu Nó có thể được sử dụng như một dịch vụ đơn cho việc truyền 1.544Mbps hoặc được sử dụng để dồn 24 kênh DS-0, hoặc để mang bất kỳ một sự kết hợp yêu cầu bởi người sử dụng chứa đựng vừa trong 1.544Mbps

DS-2 là dịch vụ 6.312 Mbps; 6.312Mbps là 96 lần của 64Kbps cộng với 168Kbps phần đầu Nó có thể được sử dụng giống như một dịch vụ đơn cho việc truyền 6.312Mbps hoặc có thể được sử dụng để dồn 4 kênh DS-1, 96 kênh DS-0, hoặc một sự kết hợp các kiểu dịch vụ này

DS-3 là một dịch vụ 44.376Mbps; 44.376Mbps là 672 lần 64Kbps cộng thêm 1.368Mbps phần đầu Nó có thể được sử dụng như một dịch vụ đơn cho việc truyền 44.376Mbps hoặc có thể được sử dụng để dồn 7 kênh DS-2, 28 kênh DS-1,

672 kênh DS-0 hoặch một sự kết hợp các kiểu dịch vụ này

DS-4 là dịch vụ 274.176Mbps; 274.176Mbps là 4032 lần 64Kbps cộng với 16.128Mbps phần đầu Nó có thể được sử dụng để dồn 6 kênh DS-3, 42 kênh DS-

2, 128 kênh DS-1, 4032 kênh DS-0 hoặc một sự kết hợp các kiểu dịch vụ này

*.T- lines

DS-0, DS-1, là tên của các dịch vụ Để cung cấp các dịch vụ này, các công ty điện thoại sử dụng T-lines (từ T-1 đến T-4) Các đường này sử dụng tương ứng với tốc độ truyền dữ liệu của các dịch vụ từ DS-1 đến DS-4 (xem bảng 8.1)

Dịch vụ Đường Tốc độ Kênh âm thanh

* T-lines cho việc truyền tương tự: T-lines là các đường số được thiết kế cho việc truyền dữ liệu số, tín hiệu tiếng hoặc âm thanh Tuy nhiên chúng cũng có thể được sử dụng cho việc truyền tương tự, đầu tiên nó cung cấp các tín hiệu tương tự làm mẫu, sau đó dồn theo phân chia thời gian

Khả năng của việc sử dụng T-lines với việc mang tín hiệu tương tự mở ra một hướng phát triển dịch vụ mới cho các công ty điện thoại Trước đây, khi một cơ quan muốn 24 đường điện thoại tách biệt, họ cần phải quản lý 24 đường cáp xoắn đôi từ công ty tới trung tâm giao dịch Ngày nay, họ có thể chứa 24 đường chỉ trên một đường T-1 và chỉ phải quản lý đường T-1 này đến giao dịch Hình 8.29 chỉ ra cách mà 24 kênh âm thanh có thể được dồn trên 1 đường T-1

Hình 8.29: Đường T-1 cho việc dồn đường điện thoại

* Khung T-1 Như đã đề cập đến ở trên, DS-1 yêu cầu 8Kbps phần đầu Để hiểu phần đầu này được tính toán như thế nào, chúng ta xem xét định dạng của một khung 24 kênh âm thanh