Kĩ thuật số - Kĩ thuật truyền dẫn

Nội dung text: Kĩ thuật số - Kĩ thuật truyền dẫn

1. 3.1 Phần mở đầu 3.1.1 Nguyên lý Truyền dẫn là chức nǎng truyền một tín hiệu từ một nơi này đến một nơi khác. Hệ thống truyền dẫn gốm các thiết bị phát và nhận, và phương tiện truyền cùng bộ lặp lại giữa chúng như trong hình 3.1 Những phương tiện phát sẽ truyền và phát đi những tín hiệu đầu vào (tín hiệu gốc) để truyền chúng một cách hiệu quả qua phương tiện, thiết bị nhận tách ra những tín hiệu gốc trong những tín hiệu nhận được. Đồng thời bộ lặp lại xử lý việc bù lại trong quá trình truyền. Các phương tiện truyền bao gồm dãy đồng, cáp đồng trục, radio, ống dẫn sóng và cáp sợi quang. Hình 3.1. Cấu hình của hệ thống truyền dẫn Truyền dẫn bao gồm phần truyền dẫn thuê bao nối liền máy thuê bao với tổng đài và phần truyền dẫn tổng đài nối tổng đài với tổng đài. Truyền dẫn gồm truyền bằng cáp, truyền radio, liên lạc vệ tinh, truyền TV, liên lạc sợi quang, ống dẫn sóng, liên lạc dưới đất cùng bộ chuyển tiếp phục hồi sử dụng các phương tiện truyền dẫn, kết cấu kết hợp và mạng đồng bộ hoá của các thiết bị này, việc bảo dưỡng và phần quản lý mạng của mạng truyền dẫn v.v. Do đó không phải là quá đáng khi nói rằng sự phát triển kỹ thuật truyền dẫn đã đưa tới sự phát triển liên lạc thông tin mà trong phần này sẽ trình bày về truyền dẫn tương tự và truyền dẫn số. 3.1.2 Lịch sử phát triển của truyền dẫn Sự phát triển liên lạc viễn thông đã bắt đầu từ khi phát minh ra hệ thống điện tín hoạt động theo chế độ chữ số. Nghĩa là khi Morse phát minh ra máy điện tín nǎm 1835 và việc liên lạc viễn thông số bắt đầu bằng phát dòng chấm và gạch ngang nǎm 1876, việc sử dụng chế độ tương tự bắt đầu với phát minh điện thoại của A.G. Bell. Từ đó công nghệ liên quan đã được phát triển khá mạnh mẽ. Phương pháp truyền dẫn đa lộ cũng đã bắt đầu từ khi có dây dẫn ba mạch thực hiện ở Mỹ nǎm 1925 và qua phát triển cáp đồng trục có 240 mạch, hiện nay đã sử dụng phương pháp liên lạc cơ bản với cáp đồng trục có 3.600 - 10.800 mạch, FDM (Ghép kênh theo tần số) nhiều mạch 1.800 mạch bởi vi ba. Mặt khác từ nǎm 1930, phương pháp 24 mạch PAM (Điều chế biên độ xung) và PWM (Điều chế độ rộng xung) đã phát triển nhưng chưa phổ biến. Ngay sau đó A.H. Reeves phát huy PCM (Điều chế mã xung). Nhưng phương pháp liên lạc viễn thông mới kết hợp những phương pháp PCM cũng không được áp dụng thuận lợi. Nǎm 1948, ngay sau khi kết thúc chiến tranh thế giới thứ hai, thiết bị PCM để thí nghiệm đã được thiết kế và sản xuất ở Mỹ. Nhưng nó cũng không được thực hiện vì lúc đó ống điện tử chỉ là một phần tử tích cực và ống mã dùng cho mã hoá bị có nhiều vấn đề khi thực hành. Sự phát minh kỹ thuật bán dẫn tiếp theo phát minh chất bán dẫn đóng vai trò quyết định trong việc áp dụng PCM. Lúc đó việc ghép kênh cáp tiếng nói bởi phương pháp PCM đã đánh dấu bước phát triển to lớn trong lịch sử liên lạc viễn thông. Phương pháp PCM có tính thời đại đã ra đời khi có nhu cầu mạch sóng mang gần tǎng lên và việc ghép không thể thực hiện được vì có khó khǎn trong việc thiết lập mới hoặc thêm cáp trao đổi. Dĩ nhiên cũng có sẵn phương pháp sóng mang gần FDM nhưng nó không thể so sánh được với phương pháp PCM về mặt kinh tế và chất lượng truyền dẫn. Hơn nữa phương pháp FDM cũng không thể hoạt động được trong điều kiện yếu kém của cáp địa phương và đưòng dài, nhưng phương pháp PCM có ưu điểm lớn là có thể hoạt động được trong điều kiện như vậy. Do đó hệ thống T1 (bộ điện thoại 1) dùng trong liên lạc viễn thông công cộng sử dụng phương pháp PCM ở Chicago (Mỹ) trong nǎm 1962, phương pháp PCM-24 áp dụng ở Nhật nǎm 1965, phương pháp Châu Âu hiện nay (CEPT) đã phát triển và sử dụng trong những nǎm 1970. Lúc đó ITU-T đã kiến nghị G.733 như là một phương pháp Bắc Mỹ (NAS) và G.732 như là phương pháp Châu Âu. Mặt khác liên lạc quang cũng đánh dấu bước phát triển về liên lạc viễn thông đã được tích cực nghiên cứu với việc phát
2. minh laser nǎm 1960. Khi đó, việc nghiên cứu sử dụng sóng không gian và ống dẫn chùm tia quang học là phương tiện truyền dẫn rất sôi động, khả nǎng truyền dẫn quang học sử dụng sợi quang làm phương tiện truyền dẫn được phát huy nǎm 1966, phần chính của nghiên cứu liên lạc quang học tập trung vào truyền dẫn sợi cáp quang sử dụng sợi quang học làm phương tiện truyền dẫn qua việc bổ sung tổn hao truyền dẫn sợi cáp quang 20 dB/km trong nǎm 1970. Hiện nay với việc phát triển phương pháp khả nǎng siêu đại FT-1.7G, F-1.6G v.v. Trong tương lai ngoài việc phát triển liên tục về ghép kênh và kỹ thuật liên lạc quang học như trên, chúng ta có thể phát triển kỹ thuật liên quan như truyền dẫn thuê bao số và phát triển kỹ thuật đấu nối, kỹ thuật CCC (khả nǎng kênh xoá ) trên mạng đã có, kỹ thuật UNI (giao tiếp mạng - người sử dụng) về tiếng nói, số liệu, thông tin hình ảnh và kỹ thuật NNI (giao tiếp nút - mạng), kỹ thuật tổ hợp siêu cao VLSI (tổ hợp quy mô rất lớn) bao gồm các loại kỹ thuật mã hoá, kỹ thuật truyền dẫn số đồng bộ, mạng nối chéo, và bảo dưỡng mạng, mạng CCR (cấu hình lại điều khiển khách hàng), IN (mạng thông minh) và v.v. để chuẩn bị cho dải hẹp ISDN trong giai đoạn đã thực hiện một phần. 3.2 Truyền dẫn số và tương tự 3.2.1 Tín hiệu tương tự Có hai nguồn thông tin mà nguồn thông tin tương tự liên tục theo sự thay đổi của giá trị vật lý thể hiện thông tin với đặc tính chất lượng như tiếng nói, tín hiệu hình ảnh, và một nguồn thông tin số là tín hiệu gián đoạn thể hiện thông tin bởi nhóm các giá trị gián đoạn xác định đặc tính chất lượng bằng quan hệ thời gian như tín hiệu số liệu. Trong quá khứ, kiểu AM (điều chế biên độ) và kiểu FDM (Ghép kênh theo tần số) g3/4n trong truyền dẫn tiếng nói được chọn là một kiểu truyền dẫn vì chỉ có tiếng nói là chủ đề chính của nguồn thông tin như là một máy điện thoại. Kiểu truyền dẫn FDM có một kiểu AM gọi là kiểu truyền dẫn tương tự. Kiểu cơ bản của truyền dẫn tương tự là kiểu ghép kênh SSB (đơn biên) của dải 4 KHz triệt sóng mang để giảm công suất truyền dẫn và hạn chế dải truyền dẫn ở tỷ lệ tiêu hao ít nhất của phương tiện truyền dẫn cho một cǎn phương của một tần số. 3.2.2 Thiết kế mạch Khi thiết kế kiểu truyền dẫn ghép kênh tương tự cự ly xa, cần phải lưu ý tới S/N (tỷ lệ tín hiệu đối với tạp âm). Có 2 tạp âm trong hệ thống truyền dẫn, một tạp âm nhiệt tạo ra do mức độ đầu vào của bộ lặp lại và tạp âm méo phi tuyến tạo ra do sự biến dạng của bộ lặp lại và mức đầu ra. Mạch tương tự cần phải được thiết kế để giảm tối thiểu những tạp âm đó trong mỗi tầng mạch vì tạp âm tích tụ liên tục theo chế độ tương tự khác với việc tái tạo của chế độ số. Để thiết kế kiểu FDM, ITU-T đã xác định 3 loại HRC 2.500 km (mạch chuẩn giả thiết) trong khuyến nghị G.222 và HRC 5.000 km trong khuyến nghị G.215. HRC 2.500 km khuyến nghị thay đổi cấu hình số của bậc chuyển đổi theo cấp của ghép kênh nhưng dù sao những khu vực không biến điện đã rất phổ biến. Tổng số tạp âm mạch 10.000pWOp được chia thành tạp âm đường truyền dẫn 7.500pWOp (3pWOp/km) và tạp âm tổng đài cuối 2.500pWOp, HRC 5.000km bao gồm 12 khu vực đồng bộ khoảng 420km. Hình 3.2. Mạch chuẩn giả thiết (kiểu đồng trục 60 MHz)
3. 3.2.3 Cấp ghép kênh Cấp ghép kênh FDM do ITU-T khuyến nghị thể hiện trong bảng 3.1 BG (nhóm cơ bản) là một nhóm chuyển 12 mạch thoại có bǎng tần 0.3 ~ 3.4 KHz lên dải 60 ~ 108 KHz, SG (siêu nhóm) là nhóm ghép liền 5 BG. Nhóm Viết t3/4t Số kênh (ch) Dải tần (KHz) Thành phần Tần số sóng Tần số mang (KHz) Pilot(KHz) Nhóm cơ bản BG 12 60 ~ 108 84,08 Siêu nhóm SG 60 312 ~ 552 BG x 5 420, 468, 516, 411,92 564, 612 Nhóm chủ MG 300 812 ~ 2044 SG x 5 1364, 1612, 1860, 1.552 2108, 2356 Nhóm siêu chủ SMG 900 8516 ~ 12388 MG x 3 10560, 11880, 11.096 13200 Nhóm Jumbo JG 3.600 42612 ~ 59684 SMG x 4 55000, 59400, 40.920 63800, 68200 Bảng 3.1. Cấp ghép kênh Mỹ đã chọn 600 mạch của 564 ~ 3.084 KHz cho MG, 3.600 mạch của 564 ~ 17.548 KHz cho JG, và 10.800 mạch của 3.000 ~ 60.000 KHz cho JGM. 3.2.4 Chế độ truyền dẫn tương tự Cáp đôi cân bằng 2 dây đối xứng bằng dây đồng 2 đôi được sử dụng trong chế độ truyền những tín hiệu bǎng gốc, không ghép kênh (kể cả tiếng nói, dữ liệu, tín hiệu hình) và ghép kênh tiếng nói với một số dòng cùng cỡ và truyền dẫn đi. Cáp đôi cân bằng sử dụng dài 500 KHz giá rẻ và dễ l3/4p đặt nhưng dễ làm hỏng dây cáp và xuyên âm và những nhược điểm khác. Cáp đôi cân bằng chỉ là một phương tiện truyền dẫn sử dụng giữa máy thuê bao và tổng đài điện thoại. Hy vọng cáp đôi cân bằng sẽ là phương tiện chính trong ISDN trong tương lai. Điều kiện tối thiểu của một bộ suy giảm mạch trên mạch thông thường, là RC>LG, nhưng một mạch đồng bộ là RC = LG: Tải sẽ đóng với điều kiện trên cộng với L, được sử dụng rộng rãi từ trước cho đến 1930 không phát triển kiểu tải ba FDM hoặc PCM. Do cáp tải không thể dùng để truyền dẫn tín hiệu số vì có những nhược điểm, chủ yếu là tần số c3/4t và tǎng độ trễ truyền dẫn, nên hiện nay nó chỉ dùng hạn chế cho đường trục địa phương hay đường quốc gia cỡ nhỏ đoạn ng3/4n. Hệ thống tải ba dây trần đ* nhanh chóng rút lui khi nó dùng cho đoạn ng3/4n, mạch địa phương và sau đó áp dụng cáp hoá mạch dây trần, hệ cáp không tải, một hệ thống tải ba đoạn ng3/4n từ khi loại "A" của tải ba dây trần được áp dụng ở Mỹ nǎm 1918 đầu tiên trên thế giới. Hiện nay ITU-T khuyến nghị đường 3 mạch (khuyến nghị G.361) và đường 12 mạch (khuyến nghị G.311). Mạch dây trần có tổn hao ít nhưng thường xuyên bị âm và thường thay đổi suy hao do thời tiết, khả nǎng chống lại những cảm ứng bên ngoài kém so với cáp cân bằng. Hệ thống cáp không tải được dùng làm hệ thống tải ba đường dài cho đến nǎm 1930 - 40 khi có cáp đồng trục. Cáp không tải 1,2 mm được sử dụng và dùng tới 360 KHz. Hệ thống tải ba cự ly ng3/4n dùng cho khoảng cách dưới 100Km đã được phát triển để tiết kiệm cáp quốc gia trước khi l3/4p đặt. Nó đã được thực hiện ở Tây Đức và Pháp, sau đó thực hiện hệ thống "N" ở Mỹ nǎm 1950. Một cáp quốc gia đ* được l3/4p đặt dùng đường 2 dây mỗi nhóm để tránh xuyên nhiễu đoạn cuối đi xuống và đi lên vì hầu hết là ở đoạn đầu. Nó bao gồm 8 ~ 12 mạch sử dụng nhóm thấp hơn 12 ~ 60 KHz (6 ~ 54 KHz), hay nhóm cao hơn 72 ~ 120 KHz (60 ~ 180 KHz). Nǎm 1934 Mỹ công bố rằng cáp đồng trục là phương tiện truyền dẫn thích hợp cho truyền dẫn siêu ghép kênh, hệ thống LI (cự ly ng3/4n 480 mạch, cự ly dài 600 mạch) được áp dụng trong nǎm 1941 là hệ thống cáp đồng trục đầu tiên trên thế giới, và trở thành dạng hệ thống truyền dẫn dây với tuyến đường cơ bản trên kh3/4p đất nước vì siêu ghép kênh tới 10.800 mạch được dùng cho tới hiện nay. Ngày nay đang sử dụng cáp đồng trục tiêu chuẩn 2,6/9,5 mm và cáp đồng trục nhỏ 1,2/4,4 mm kích thước bên trong và bên ngoài. Hệ thống cáp đồng trục đặt dưới đáy biển b3/4t đầu được xem xét từ những nǎm 1930 và hệ thống đầu tiên đặt ở Anh nǎm 1943 và ở Mỹ nǎm 1950. Cáp 8,3/38 mm được dùng cho biển sâu và biển nông dùng 5,6/25 mm. Chúng được thiết kế để có độ tin cậy gấp 10 lần hệ thống trên đất liền. 3.2.5 Đặc điểm của truyền dẫn số
4. Truyền dẫn số có nhiều ưu điểm hơn so với truyền dẫn tương tự, ví dụ nó chống tạp âm và gián đoạn ở xung quanh tốt hơn vì có bộ lặp để tái tạo, cung cấp chất lượng truyền dẫn tốt hơn bất kể khoảng cách truyền dẫn, kết hợp được mọi nguồn dịch vụ đang có trên đường truyền dẫn số và truyền sau khi chuyển thành tín hiệu số bất kể tín hiệu thông tin loại nào, tạo ra một tổ hợp truyền dẫn số và tổng đài số. Nó cũng tạo ra sự kinh tế cho hệ thống vì những phần tử bán dẫn dùng cho truyền dẫn số là những mạch tổ hợp số được sản xuất hàng loạt, và mang liên lạc có thể trở thành rất thông minh vì dễ thực hiện việc chuyển đổi tốc độ cho các dịch vụ khác nhau, thay đổi thủ tục, DSP (xử lý tín hiệu số), chuyển đổi phương tiện truyền dẫn v.v. Qua việc áp dụng kỹ thuật liên lạc và máy vi tính. Tuy vậy truyền dẫn số có những nhược điểm như dải tần công tác tǎng lên do việc số hoá tín hiệu, cần có bộ chuyển đổi A/D, D/A và đồng bộ giữa phát và thu, một thiết bị chuyển đổi cần có để kết hợp hệ FDM và hệ TDM vì hệ thống số không tương thích với các hệ thống hiện có. Trước đây, trong trường hợp đường thuê bao và đường giữa các tổng đài khu vực dùng cáp âm tần 2 hay 3 dây và gọi đường dài chủ yếu dựa vào chế độ tương tự như cáp đồng trục, radio FDM v.v. Nhưng với sự xuất hiện của kiểu tải ba T1, các thiết bị sau đây cần phát triển để tương thích nhằm giảm chi phí mỗi đường cho đến cuối thập kỷ 1970 : hệ thống ghép kênh số kể cả PCM dây, g3/4n thêm chế độ tương tự vào chức nǎng truyền dẫn số kể cả DOV (dữ liệu trên tiếng nói), bộ ghép kênh - ghép (ITU-T khuyến nghị G.794) nối mạng FDM với mạng TDM. Với sự xuất hiện của tổng đài số, chiều hướng số hoá ngày một tǎng nhanh đẩy lùi kiểu tương tự, trên kh3/4p đất nước mọi nơi đều lựa chọn kiểu số làm nguyên lý chủ yếu khi liên lạc quang số được áp dụng đến đầu những nǎm 1980, tạo ra sự chờ đợi và mong muốn về tổ hợp truyền dẫn đa dịch vụ ISDN. HRX (nối chuẩn giả thiết) của khoảng cách dài nhất của hệ thống truyền dẫn số chia mục tiêu tổ hợp của chất lượng mạng thành bộ phận mạng phù hợp với hệ truyền dẫn số như trong hình 3.3. Hình 3.3. HRX tiêu chuẩn quốc tế (cấp dài nhất) Nói chung, mạch PCM có đặc điểm ưu việt hơn về tạp âm so với mạch FDM như nhận tín hiệu radio trình bày trong hình 3.4. Trái với mạch FDM liên tục tǎng tạp âm tỷ lệ nghịch với tín hiệu đầu vào, mạch PCM có đặc điểm ưu việt không tǎng tạp âm trong mức ngưỡng tuy có tạp âm hơn do chế độ. Hình 3.4. Đặc điểm tạp âm
5. BER (tỷ lệ lỗi bit) của hệ thống PCM xung quanh mức ngưỡng được nhanh chóng làm giảm bằng cách tǎng tỷ số S/N. Bởi vì tạp âm của kiểu FDM nhạy hơn với S/N, trái với đặc điểm tạp âm của hệ thống PCM bất kể tạp âm của truyền dẫn trung kế và chỉ nhận thấy tạp âm lượng tử hoá và tǎng lỗi quá mức nếu giữ BER ở một mức độ nào đó. Nói chung, truyền tiếng nói trong tình trạng tốt nếu BER nhỏ hơn 10 -5 và cho phép tới 10 -4 nhưng có cảnh báo khẩn cấp và thông tin gián đoạn nếu BER là 10-3 . Dữ liệu hay tiếng nói cho phát thanh, truyền hình phải ưu việt hơn về những giá trị này. Một lợi thế của mạng mạch số là có những đặc điểm ưu việt như sau: Hầu hết các đặc tính của mạng tiếng nói số hoá được liệt kê ở bảng 3.2 và được thảo luận trong những phần sau g3/4n liền với những ưu điểm của việc truyền dẫn số hoặc chuyển mạch số có liên quan đến những phía đối tác là tương tự. Trong một số trường hợp cá biệt, các đặc trưng chỉ g3/4n liền với mạng số hoàn toàn. Thí dụ, mã hoá (Encryption) là thực tế và nhìn chung chỉ có ích nếu dạng an toàn của bản tin được thiết lập ở nguồn và chỉ chuyển ngược lại thành rõ ràng tại nơi gửi tới. Như vậy, hệ thống số điểm tới điểm hoạt động với sự không hiểu biết về bản chất của đường thông (có nghĩa là cung cấp sự truyền tin rõ ràng) là nhu cầu tất yếu đối với các ứng dụng mã hoá. Vì những nguyên nhân tương tự, việc truyền dẫn số điểm tới điểm là cần thiết đối với các ứng dụng có liên quan đến số liệu. Khi một mạng lưới bao gồm các thiết bị hỗn hợp cả tương tự và số, việc sử dụng tổng hợp mạng cho các dịch vụ như truyền tin số liệu yêu cầu sự phù hợp với mẫu số chung nhỏ nhất của mạng : Kênh tương tự. 1. Sự thuận tiện của ghép kênh 2. Sự thuận tiện của báo hiệu 3. Sử dụng công nghệ hiện đại 4. Hợp nhất việc truyền và chuyển mạch 5. Phục hồi tín hiệu 6. Điều khiển hiệu suất 7. Thích ứng với các dịch vụ khác 8. Hoạt động tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm/ tín hiệu trên nhiễu thấp 9. Sự thuận tiện của mã hoá Bảng 3.2. Tiến bộ kỹ thuật của mạng thông tin số hoá 1) Sự thuận tiện của ghép kênh : Kỹ thuật số hoá đã được ứng dụng đầu tiên đối với điện thoại tổng thể trong hệ chuyển tải T giữa các tổng đài (Ghép kênh phân chia thời gian). Về thực chất các hệ thống này trao đổi điện tử gây tổn thất ở các điểm cuối của đường truyền tin do sự phí tổn của cặp bội dây dẫn giữa chúng (sự trao đổi đó hàng nǎm gây phí tổn càng nhiều). Tuy nhiên sự ghép kênh phân chia tần số của các tín hiệu tương tự cũng được sử dụng trong quá khứ để giảm chi phí dây cáp. Thiết bị ghép kênh phân chia tần số (FDM) đ3/4t hơn nhiều so với thiết bị ghép kênh phân chia thời gian (TDM), thậm chí khi giá thành của số hoá được tính vào. Sau khi tín hiệu tiếng nói được số hoá, giá thành thiết bị TDM hoàn toàn nhỏ hơn khi mang so sánh. Vì số hoá chỉ xuất hiện ở mức đầu tiên của hệ thống phân cấp TDM, TDM số hoá mức cao thậm chí kinh tế hơn các bộ phận tương ứng FDM mức cao. Điều đó chỉ ra rằng việc ghép kênh phân chia thời gian của các tín hiệu tương tự cũng rất đơn giản và không yêu cầu số hoá các giá trị mẫu. Mặt không thuận tiện của TDM tương tự nằm trong tính chất có thể bị tổn thương của những xung tương tự hẹp do nhiều tạp âm, méo tiếng, xuyên âm và nhiễu ký hiệu. Sự suy biến này không thể bị loại bỏ bằng tái tạo như trong hệ thống số hoá. Vì thế TDM tương tự cũng không thể thực hiện được loại trừ môi trường tự do không có tạp âm, biến dạng. Về thực chất, khả nǎng đối với việc tái tạo tín hiệu thậm chí ở việc tiêu hao của độ rộng dải tần số lớn hầu như là một nhu cầu đối với truyền tin TDM. 2) Sự thuận tiện của hệ thống báo hiệu :
6. Những thông tin điều khiển (tín hiệu nhấc máy, đặt máy, các chữ số địa chỉ, gửi tiền v.v. ) vốn có số hoá và vì thế dễ dàng hợp nhất trong một hệ truyền dẫn số, như thế có nghĩa là về thông tin điều khiển kết hợp trong liên kết truyền tin số hoá gồm ghép kênh phân chia thời gian, sự điều khiển như là tách biệt nhưng dễ dàng có thể nhận biết kênh điều khiển. Cách tiếp cận khác gồm việc gài các mật mã điều khiển đặc biệt trong kênh truyền tin và có mạch logic số hoá trong thiết bị đầu cuối nhận và giải mã thông tin điều khiển. Trong mỗi trường hợp, hệ thống truyền tin càng được quan tâm hơn thì thông tin điều khiển không thể nhận biết từ đường truyền bản tin. Trong sự tương phản, các hệ thống truyền tin tương tự yêu cầu sự quan tâm đặc biệt tới hệ thống tín hiệu điều khiển. Nhiều hệ thống truyền tin tương tự thể hiện sự duy nhất và đôi khi hoàn cảnh khó khǎn cho cài đặt thông tin điều khiển. Một kết quả không may m3/4n là nhiều sự khác biệt của khuôn khổ tín hiệu điều khiển và thủ tục tiến hành. Khuôn khổ điều khiển phụ thuộc vào bản chất của cả hai hệ thống truyền dẫn và thiết bị đầu cuối của chúng. Trong một số giao diện giữa các hệ thống của mạng, thông tin điều khiển phải được chuyển đổi từ khuôn khổ này sang khuôn khổ khác. Vì thế hệ thống báo hiệu trên các đường truyền tin tương tự tương ứng với một gánh nặng nề về quản trị và tài chính đối với các công ty điện thoại công cộng. Sự chuyển đổi sang báo hiệu kênh chung loại bỏ hầu hết chi phí báo hiệu có liên quan với các trục đường trung kế nhưng không thay đổi tình trạng đối với các đường dây thuê bao riêng biệt, trong đó báo hiệu thực hiện trên cùng một phương tiện như kênh thông tin. Việc sử dụng các đường dây thuê bao số hoá (DSLs) giảm chi phí truyền tín hiệu liên quan tới các đường dây thuê bao tương tự, giúp bù đ3/4p giá thành cao hơn của (DSL) và điện thoại số. DSLs là khía cạnh nền tảng của ISDN. Tóm lại, các hệ thống số cho phép điều khiển thông tin được cài đặt vào và tách từ dòng thông tin một cách độc lập với bản chất của các phương tiện truyền tin (dây cáp, sợi quang, vi ba, vệ tinh, ). Vì vậy thiết bị báo hiệu có thể được thiết kế riêng biệt với hệ thống truyền dẫn. Sau đó chức nǎng điều khiển và khuôn khổ có thể được thay đổi không phụ thuộc vào hệ thống truyền dẫn. Ngược lại, các hệ thống truyền dẫn số có thể được nâng cấp không ảnh hưởng tới các chức nǎng điều khiển ở cả hai đầu của đường truyền. 3) Sử dụng công nghệ hiện đại Một bộ ghép kênh hoặc ma trận chuyển mạch cho các tín hiệu số hoá phân chia thời gian được áp dụng với cùng mạch cơ sở được sử dụng để xây dựng các máy tính số hoá, các cổng logic và bộ nhớ. Điểm c3/4t cơ sở của chuyển mạch số hoá không có gì hơn là cổng "AND" với một đầu vào logic được gán cho tín hiệu thông tin và các đầu vào khác được sử dụng cho điều khiển (lựa chọn điểm c3/4t qua). Vì vậy những phát triển gây ấn tượng mạnh mẽ của công nghệ mạch tích hợp số hoá cho mạch logic và bộ nhớ máy tính là ứng dụng một cách trực tiếp đến truyền dẫn số hoá và các hệ thống chuyển mạch. Qua thực tế, nhiều mạch tiêu chuẩn đã phát triển để sử dụng trong các máy tính đã có hữu hiệu trực tiếp trong ma trận chuyển mạch hoặc bộ ghép kênh . Hình 3.5 trình bày các ứng dụng cơ bản của bộ ghép kênh phân chia thời gian số hoá, 16 kênh, bit xen giữa sử dụng mạch logic số hoá chung. Như đã ký hiệu chức nǎng ghép kênh gồm không có gì ngoài lấy mẫu theo chu kỳ từ 16 luồng dữ liệu đầu vào. Hoạt động như vậy tổng hợp toàn bộ các luồng dữ liệu được đồng bộ với nhau. Tiến trình đồng bộ các luồng dữ liệu đòi hỏi mạng logic rất phức tạp. Tuy nhiên, việc ứng dụng bộ ghép kênh TDM rẻ hơn nhiều so với FDM tương tự. Thậm chí, những tiến bộ vượt bậc của công nghệ hiện đại thành đạt do sử dụng các mạch tích hợp tỷ lệ lớn (LSI) được thiết kế đặc biệt cho chức nǎng thông tin viễn thông như lập/giải mã mật mã tiếng nói, các bộ ghép kênh, ma trận chuyển mạch, bộ xử lý tín hiệu số mục đích đặc biệt và mục đích chung (DSPs). Giá thành hạ tương đối và nǎng suất cao của mạch số cho phép các ứng dụng số hoá được sử dụng trong một số ứng dụng rất đ3/4t khi dùng một số linh kiện tương tự. Thí dụ, các chuyển mạch hoàn toàn không bị khoá là không thực tế với các ứng dụng tương tự thông thường trừ trường hợp kích thước nhỏ. Trong chuyển mạch số hiện đại, chi phí của chính các ma trận chuyển mạch là không đáng kể. Tuy nhiên, đối với những ứng dụng kích thước trung bình, kích thước của ma trận chuyển mạch có thể được tǎng để cung cấp những hoạt động không khoá nếu yêu cầu. Điện thoại tự động phân tán được Collins-Rockwell phát triển là một thí dụ về hoạt động chuyển mạch số trong môi trường tương tự. Việc ứng dụng số được chọn một cách rộng rãi bởi vì nó có thể cung cấp một cách kinh tế những hoạt động không khoá.
7. Hình 3.5. Bộ ghép kênh TDM 16:1 Lợi ích của công nghệ máy móc hiện đại không bị hạn chế đối với các mạch số đơn lẻ. Các mạch tích hợp tương tự cùng tiến bộ một cách đáng kể, cho phép các ứng dụng tương tự truuyền thông phát triển một cách đáng kể. Tuy nhiên một trong những nhu cầu cơ bản đầu tiên của phần tử tương tự là chúng phải là đường tuyến tính. Như vậy, nếu chỉ bởi vì sự nhấn mạnh việc nghiên cứu và phát triển, các phân tử số nhanh dễ sản xuất hơn các linh kiện tương tự tuyến tính. Ngoài ra, những ứng dụng số có thể có ưu việt hơn về tính nǎng tiềm tàng so với những ứng dụng tương tự. Lợi thế này được b3/4t nguồn từ sự thuận tiện tương đối là những tín hiệu số có thể được ghép kênh. Một hạn chế lớn với việc sử dụng toàn bộ linh kiện LSI gây nên do khả nǎng hạn chế của những mối nối bên ngoài đối với thiết bị. Với kỹ thuật ghép kênh phân chia thời gian một chân vật lý đơn độc có thể được sử dụng để truy nhập nhiều kênh trong thiết bị. Như thế, cùng một kỹ thuật được ứng dụng để giảm giá thành của các hệ thống truyền dẫn có thể cũng được dùng bên trong một modun địa phương để giảm tối thiểu những đường nối bên trong và tǎng tối đa việc sử dụng tích hợp tỷ lệ lớn. Cuối cùng: "chuyển mạch trên một vi mạch" chỉ có thể nếu số lớn kênh có thể được ghép kênh thành số lượng nhỏ các đường nối ngoài tương ứng. Sự phát triển công nghệ để có ảnh hưởng quan trọng nhất trên mạng lưới điện thoại là truyền dẫn bằng cáp sợi quang. Tuy nhiên chính các cáp sợi quang không làm thuận lợi cho truyền tin số hơn truyền tin tương tự, sự giao tiếp các mạch điện tử với hệ thống sợi quang thực hiện lần đầu tiên trong chế độ đóng/mở (hoạt động không tuyến tính). Như thế truyền tin số chiếm ưu thế so với các ứng dụng cáp sợi quang, m3/4c dầu việc nghiên cứu công nghệ sợi quang tương tự là quan trọng đặc biệt đối với tín hiệu video. 4) Hợp nhất việc truyền tin và chuyển mạch Theo truyền thống truyền tin tương tự và các hệ thống chuyển mạch của mạng lưới điện thoại được thiết kế và quản lý bởi các tổ chức độc lập về mặt chức nǎng. Trong các công ty điện thoại, hai loại thiết bị này được coi như là nhà máy bên ngoài và nhà máy bên trong tương ứng. Những thiết bị này cần cung cấp các mặt giao diện chuẩn, song ngoài ra thiết bị truyền tin phải độc lập về mặt chức nǎng với thiết bị chuyển mạch. Khi ghép kênh phân chia thời gian của các tín hiệu tiếng nói số được đưa vào trong lĩnh vực tổng đài và các kỹ sư truyền thông b3/4t đầu quan tâm đến chuyển mạch số, thì một điều trở nên rõ ràng là các thao tác dồn kênh phân chia thời gian rất giống với chức nǎng chuyển mạch phân chia thời gian. Trong thực tế, các giai đoạn đầu của chuyển mạch số tạo ra các tín hiệu TDM mức đầu tiên do bản chất, thậm chí cả khi giao tiếp với những đường truyền tin tương tự. Vì thế các thao tác ghép kênh của hệ thống truyền dẫn có thể dễ dàng được tích hợp trong một thiết bị chuyển mạch. Tiến bộ cơ bản của việc kết hợp 2 hệ thống được thể hiện ở hình 3.6. Thiết bị tách kênh (các ngân hàng kênh) ở các trạm chuyển mạch không cần thiết và thiết bị chuyển mạch giai đoạn đầu được loại bỏ. Nếu 2 đầu của các đường trung kế số TDM được tập hợp trong chuyển mạch số, các ngân hàng kênh ở cả 2 đầu của đường trung kế được loại bỏ. Trong mạng tích hợp tổng thể, tín hiệu tiếng nói được số hoá ngay hoặc gần nguồn và giữ nguyên số hoá cho đến khi chúng được phân phát tới địa chỉ
8. đích của chúng. Hơn nữa, toàn bộ các đường trung kế nối giữa các tổng đài và đường liên kết nội bộ của hệ thống chuyển mạch mang tín hiệu TDM một cách độc quyền. Vì thế sự ghép kênh và tách kênh mức đầu tiên là không tồn tại ngoại trừ ở bên ngoài của mạng lưới. Mặc dầu sự tích hợp của các tín hiệu DSI trong các thiết bị chuyển mạch là phổ biến, sự tích hợp của các tín hiệu mức cao hơn bị phức tạp hoá bởi dạng ghép kênh mức cao hơn (lấp đầy xung). Một dạng dồn kênh mới hơn (SONET) dễ thay đổi hơn nhiều để hướng những đường liên kết vào trong hệ thống chuyển mạch. Hình 3.6. Tích hợp của truyền dẫn và chuyển mạch Tích hợp các chức nǎng truyền dẫn và chuyển mạch không chỉ loại bỏ được nhiều thiết bị mà còn cải thiện đáng kể chất lượng tiếng nói giữa điểm tới điểm. Bằng cách loại bỏ các biến đổi lặp nhiều lần tương tự sang số và số sang tương tự và bằng cách sử dụng các đường truyền có tỷ lệ lỗi thấp, chất lượng tiếng nói được xác định chỉ bằng quá trình mã hoá. Tóm lại, lợi ích của việc thực hiện của mạng số tích hợp toàn bộ là : 1. Chất lượng tiếng nói đường dài là tương đồng với chất lượng tiếng nói khu vực trong mọi phương diện của tạp âm, mức tín hiệu và độ biến dạng. 2. Vì mạch số vốn là 4 dây, tiếng vang được loại bỏ và việc ghép đôi hoàn toàn thực hiện mạch số 4 dây là có khả nǎng. 3. Nhu cầu cáp đầu vào và sự phân bố khung chính (mainframe) của đôi dây ghép giảm đáng kể bởi vì toàn bộ các đường trung kế được ứng dụng như là các kênh con của tín hiệu TDM. 5) Tái tạo tín hiệu Sự có mặt của tiếng nói (hoặc một tín hiệu tương tự nào đó) dưới dạng số kéo theo việc biến đổi các tín hiệu dạng sóng tương tự liên tục thành các chuỗi các giá trị mẫu rời rạc. Mỗi giá trị mẫu rời rạc được biểu diễn bởi một số các chữ số thông tin nhị phân. Khi được truyền đi, mỗi chữ số nhị phân chỉ được biểu diễn bởi một trong hai giá trị tín hiệu có thể có (có nghĩa là có xung / không có xung hoặc xung dương / xung âm). Công việc của thiết bị nhận tin là quyết định giá rời rạc nào đã được chuyển đi và thể hiện thông tin như một dãy các mẫu thông tin rời rạc được mã hoá dưới dạng nhị phân. Nếu chỉ có số lượng nhỏ tạp âm, nhiễu hoặc biến dạng ảnh hưởng đến tín hiệu trong quá trình truyền tin, các số liệu nhị phân trong máy thu đồng nhất với dãy nhị phân được sinh ra trong số hoá hoặc quá trình mã hoá. Như trình bày ở hình 3.7. Quá trình truyền tin, không kể sự tồn tại của sự không hoàn hảo nào đó, không thay đổi bản chất cần thiết của thông tin. Tất nhiên, nếu sự không hoàn hảo gây nên những thay đổi đáng kể trong tín hiệu, những lỗi tách sóng xảy ra và các số liệu nhị phân trong máy thu không thể hiện số liệu nguyên thuỷ một cách chính xác. Thuộc tính nền tảng của hệ thống số là xác suất của lỗi truyền tin có thể được thực hiện nhỏ tuỳ ý do cài đặt các bộ lặp tái sinh ở các điểm giữa trên đường truyền tin. Nếu các địa điểm gần nhau, các nút trung gian này tách sóng và tái sinh tín hiệu số trước khi sự thoái hoá cảm ứng kênh trở nên đủ rộng để gây nên các sai số quyết định. Tỷ lệ sai số điểm đến có thể được tạo nên độ nhỏ tuỳ ý do cài đặt số lượng thích hợp các nút tái sinh trên đường truyền tin.
9. Hình 3.7. Tái sinh tín hiệu trong đường lặp lại số Lợi ích trực tiếp nhất của quá trình tái sinh là khả nǎng cô lập các hiệu ứng thoái hoá tín hiệu. Vì sự thoái hoá trên bộ phận tái sinh đặc biệt nào đó của đường truyền tin không gây nên các sai số, hiệu ứng của nó được loại bỏ. Ngược lại, sự suy yếu tín hiệu trong truyền tin tương tự tích luỹ từ bộ phận này đến bộ phận kia. Hệ thống con riêng rẽ của mạng lưới tương tự rộng phải được thiết kế với việc điều khiển một cách chặt chẽ trên hiệu suất truyền tin để chất lượng truyền điểm tới điểm có thể chấp nhận được. Mặt khác, một hệ thống con riêng rẽ của mạng lưới số chỉ cần được thiết kế để đảm bảo tỷ lệ sai số tối thiểu nào đó, một mục tiêu có thể thực hiện được dễ dàng. Khi một mạng lưới số hoàn toàn được thiết kế với đủ các điểm tái sinh để loại bỏ sai số kênh một cách hữu hiệu, chất lượng truyền tin của toàn bộ mạng lưới được xác định bởi quá trình số hoá và không phải bằng hệ thống truyền tin. Xử lý đảo tương tự sang số vốn mất độ tin cậy của tín hiệu vì nguồn tín hiệu dạng sóng tương tự liên tục chỉ có thể được thể hiện bằng giá trị mẫu rời rạc. Tuy nhiên, bằng cách thiết lập đủ các mức rời rạc, các tín hiệu dạng sóng tương tự có thể được thể hiện với sai số đảo ít như mong muốn. Quyết định tǎng đòi hỏi nhiều bit hơn và do đó độ rộng dải tần lớn hơn đối với truyền tin. Vì thế hệ thống truyền tin số cung cấp dễ dàng sự trao đổi giữa chất lượng truyền tin và độ rộng dải tần (Trao đổi tương tự tồn tại đối với các tín hiệu tương tự điều biến tần số). 6) Hiệu suất điều khiển ích lợi bổ sung của cấu trúc tín hiệu độc lập theo nguồn trong một hệ truyền tin số là ở chỗ chất lượng của tín hiệu nhận được có thể được xác định không cần sự hiểu biết nào về bản chất của đường thông. Đường truyền tin được thiết kế để sản ra các xung được xác định tốt với các mức rời rạc. Bất kỳ sự chệch nào trong tín hiệu nhận được khác với các số dự tính ban đầu được lập ra trong thiết kế, thể hiện sự thoái hoá trong chất lượng truyền tin. Nhìn chung các hệ thống tương tự không thể điều khiển, hoặc thử nghiệm về mặt chất lượng trong khi đang phục vụ vì cấu trúc tín hiệu được truyền là không rõ. Các tín hiệu ghép kênh FDM bao gồm một loại đặc trưng tín hiệu chuẩn để đo sự liên tục của kênh và các mức nguồn. Mức nguồn của một tín hiệu chuẩn là một phương tiện hiệu quả để đánh giá tỷ lệ tín hiệu đối với âm tạp - chỉ trong môi trường âm tạp cố định. Vì thế, âm tạp và biến dạng đôi khi được xác định bằng cách đo mức nǎng lượng trong khe bản tin chưa được dùng hoặc ở rìa của bǎng truyền tín hiệu. Tuy nhiên không có trường hợp nào, chất lượng của kênh đang phục vụ được đo trực tiếp. Một phương pháp chung đo chất lượng đường truyền tin số là thêm bit ch1/2n lẻ hoặc các bit CRC vào các luồng thông tin. Sự cấu trúc thừa được đưa vào luồng dữ liệu bằng các bit ch1/2n lẻ cho phép các mạch logic số trong máy thu xác định dễ dàng tỷ lệ sai số kênh. Nếu tỷ lệ sai số vượt quá một vài giá trị ban đầu thì đường truyền tin bị thoái hoá. Kỹ thuật khác để đo chất lượng truyền tin trong khi đang phục vụ được sử dụng các đường hệ chuyển tải T. Kỹ thuật này gồm việc theo dõi sự dư thừa ch3/4c ch3/4n trong dạng sóng của chính tín hiệu. Khi mẫu dư thừa ở máy thu chệch khỏi mức bình thường, việc giải quyết sai số xảy ra. 7) Sự thích ứng với các dịch vụ khác : Điều này đã được chỉ ra trước đây rằng hệ thống truyền dẫn số thích ứng một cách dễ dàng thông tin điều khiển (hệ thống báo hiệu). Thực tế này thể hiện hướng nền tảng của truyền dẫn số : bất kỳ thông tin mã hoá dưới dạng số nào (dù là bản chất tiềm tàng là số hay được biến đổi từ tương tự) thể hiện dạng tín hiệu chung đối với hệ thống truyền dẫn. Do vậy, hệ thống truyền dẫn không cần cung cấp một sự chú ý đặc biệt nào đối với dịch vụ riêng lẻ và có thể, trong thực tế, một cách tổng quát là không khác biệt đối với bản chất của đường thông mà nó chuyển tải. Trong mạng lưới tương tự, tiêu chuẩn truyền dẫn là mạch tiếng nói 4 KHz. Tất cả những dịch vụ đặc trưng như số liệu hoặc fax phải được chuyển đổi "giống như tiếng nói". Đặc biệt tín hiệu số liệu phải được đảo thành dạng tương tự thông qua việc sử dụng các bộ điều biến (modem). Các kênh tương tự
10. chuẩn cần thiết phải được tối ưu hoá đối với chất lượng tiếng nói. Trong cách làm tương tự, các đặc tính truyền dẫn nào đó (như sự tương ứng về pha và tạp âm của xung) thu nhận chú ý ít hơn so với sự sút kém chất lượng tiếng nói. Một vài sự cân nh3/4c ít được nhấn mạnh, đặc biệt biến dạng pha là tình trạng khẩn đối với các dịch vụ số liệu tốc độ cao. Việc sử dụng mạng tương tự đối với các dịch vụ phi tiếng nói có lẽ cần đến sự bù đặc biệt đối với các suy yếu truyền dẫn tương tự khác nhau. Nếu như kênh tương tự quá kém nó không thể sử dụng được đối với những ứng dụng đặc biệt. Ngược lại thông số chính của chất lượng trong hệ thông số là tỷ lệ lỗi. Các kênh có tỷ lệ lỗi thấp đạt được một cách dễ dàng. Hiệu ứng của lỗi kênh có thể được loại bỏ một cách hữu hiệu bằng các thủ tục điều khiển lỗi được thực hiện bởi người sử dụng. Lợi ích tǎng thêm của dạng truyền dẫn chung là đường thông từ các loại nguồn khác nhau có thể bị phá trộn bên trong trong đường truyền dẫn đơn mà không bị nhiễu tương hỗ. Việc sử dụng phương tiện truyền dẫn chung đối với các tín hiệu tương tự đôi khi phức tạp bởi vì các dịch vụ riêng lẻ đòi hỏi sự phân biệt các mức chất lượng. Thí dụ, tín hiệu vô tuyến đòi hỏi chất lượng truyền dẫn lớn hơn tín hiệu tiếng nói, chúng không thường xuyên kết hợp với các kênh tiếng nói FDM trong hệ thống truyền dẫn tương tự dải rộng. Mặc dù vậy, các công ty điện thoại lo l3/4ng chính đến dịch vụ tiếng nói (PDTS), sự phát triển rất nhanh trong truyền tin số liệu thúc đẩy sự quan tâm tǎng đối với nhu cầu thích ứng truyền dẫn số liệu. Những tiến bộ vốn có của các hệ thống số đối với thông tin số liệu sẽ giúp thúc đẩy phát triển hơn nữa các dịch vụ phi tiếng nói khi các kênh số trở nên dễ truy nhập tới thông qua ISDN. 8) Hoạt động ở tỷ lệ tín hiệu / tạp âm hoặc tín hiệu / nhiễu thấp : Tạp âm và nhiễu trong mạng tiếng nói tương tự hầu hết trở nên rõ ràng trong thời gian dừng lời khi biên độ tín hiệu thấp. Một khối lượng nhỏ tương ứng tạp âm xuất hiện trong khi dừng nói có thể làm bực mình người nghe. ở những mức độ tương tự của tạp âm hoặc nhiễu hầu như là không đáng kể khi tiếng nói thể hiện. Vì thế nó là mức tạp âm tuyệt đối của kênh rỗi xác định chất lượng tiếng nói tương tự. Đánh giá chủ quan về chất lượng tiếng dẫn đến các tiêu chuẩn mức tạp âm cực đại gồm 28 dBrn CO (-62 dBmO) cho các hệ thống chuyển tải ng3/4n và 34 dBrn CO (-56 dBmO) cho các hệ thống chuyển tải dài. Để so sánh, mức cường độ mạnh của người nói tích cực điển hình là - 16 dBMO. Vì thế tỷ lệ điểm tới điểm và từ tín hiệu đến tạp âm đặc trưng trong các mạng tương tự là 46 và 40 dB đối với các hệ chuyển tải ng3/4n và dài tương ứng. Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm trên các hệ thống truyền dẫn riêng lẻ cần thiết cao hơn. Trong hệ thống số, điểm dừng tiếng nói được mã hoá với mẫu số liệu đặc biệt và truyền đi ở mức cường độ tương tự như tiếng nói mạnh. Bởi vì tái sinh tín hiệu hầu như loại bỏ một cách vô hình toàn bộ tạp âm nảy sinh trong môi trường truyền dẫn. Tạp âm trong kênh rỗi được xác định bằng trong quá trình mã hoá chứ không phải bằng đường truyền dẫn. Vì thế chỗ ng3/4t tiếng nói không xác định các mức tạp âm cực đại như chúng làm trong hệ thống tương tự. Các đường dây truyền dẫn số cho phép không có lỗi ở tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm là từ 15 tới 25 dB phụ thuộc vào kiểu mã đường hay sự điều biến được sử dụng. Khả nǎng của hệ thống truyền dẫn số trong việc loại bỏ xuyên âm đôi khi quan trọng hơn khả nǎng của nó để hoạt động ở các nức cao tương ứng của tạp âm ngẫu nhiên. Một trong những quan niệm r3/4c rối nhất trong thiết kế và bảo dưỡng mạng tương tự là sự cần thiết loại bỏ xuyên âm giữa các cuộc đàm thoại. Vấn đề nổi lên rõ nhất là khi tạm dừng trên một kênh trong lúc kênh khác bị nhiễu ở cường độ cực đại. ở thời điểm đó xuyên âm ở mức độ thấp cũng có thể thấy rõ. Xuyên âm đặc biệt không mong đợi nếu nó là dễ hiểu và vì vậy vi phạm đến riêng tư của một người nào đó. Chỗ ng3/4t tiếng nói không sản ra những tín hiệu biên độ thấp trên đường truyền dẫn số. Đường truyền dẫn số bảo tồn tín hiệu số biên độ không đổi. Do đó các mức thấp của tiếng nói chuyện chen vào được loại bỏ bằng quá trình tái sinh trong bộ lặp số hoặc máy thu số. Thậm chí nếu xuyên âm ở biên độ thích hợp gây nên lỗi tách sóng, hiệu ứng xuất hiện như tạp âm ngẫu nhiên và như vậy sẽ là khó hiểu. Vì thực tế hệ thống số cần độ rộng dải tần lớn hơn hệ thống tương tự có thể so sánh được và như thế các độ rộng dải tần rộng hơn cũng có nghĩa là xuyên âm và các mức tạp âm lớn hơn, khả nǎng hoạt động ở mức SNRs thấp hơn có lẽ cũng là một yêu cầu của hệ thống số như là tính ưu việt của nó. 9) Sự thuận tiện của mã hoá Mặc dầu hầu hết người sử dụng điện thoại cần ít đễn mã hoá tiếng nói, song sự thuận tiện mà các luồng bit số có thể được ngẫu nhiên hoá và giải ngẫu nhiên, nghĩa là mạng lưới số cung cấp thêm thuận lợi cho người sử dụng với những cuộc đàm thoại nhạy cảm. Ngược lại, tiếng nói tương tự vô cùng khó mã hoá và nhìn chung không được an toàn như tiếng nói được mã hoá số. Như đã đề cập trước đây, nó là sự mã hoá của tiếng nói số thu hút sự quan tâm của quân đội.
11. 3.2.6 Hệ phân cấp số Như trong trường hợp của phương pháp truyền dẫn tương tự nó được phân cấp theo BG, SG và MG, phương pháp truyền dẫn số cũng được phân cấp từ mức ghép kênh sơ cấp đến mức ghép kênh cấp cao. Tốc độ Mb/s Châu Âu B3/4c Mỹ Nhật Bản 1.544 DS1 (24ch) Nhóm sơ cấp 2.048 CEPT1 (30ch) (24ch) 3.152 DS1C (48ch) 6.312 DS2 (96ch) Nhóm cấp hai 8.448 CEPT2 (120ch) (96ch) 32.064 Nhóm cấp ba 34.368 CEPT3 (480ch) (480ch) 44.736 DS3 (672ch) 97.728 Nhóm cấp tư (1,440ch) 139.264 CEPT4 (1,920ch) DS4E (2,016ch) 274.176 DS4 (4,032ch) 397.200 Nhóm cấp nǎm 564.992 CEPT5 (7,680ch) DS5E (8,064ch) (5,760ch) 1.600.00 Nhóm cấp sáu (23,040ch) Bảng 3.3. Hệ thống phân cấp truyền dẫn TDM của mỗi nước Mỗi nước xác định hệ thống phân cấp truyền dẫn bằng việc xem xét tốc độ bit của mỗi môi trường truyền dẫn, mã hoá tốc độ bit của các tín hiệu khác nhau, kết nối với hệ thống chuyển mạch, cấu hình mạng, và xu hướng của những tiêu chuẩn quốc tế khác. Đó là, ở Châu Âu chúng được xác định là 2.048 - 8.448 - 34.368 - 139.264 - 564.992 và ở Mỹ 1.544 - 6.312 - 44.736 - 274.176. ở Nhật Bản chúng được xác định là 1.544 - 6.312 - 32.064 - 97.728 - 397.200. Trong hệ thống phân cấp ở B3/4c Mỹ hiện nay, khả nǎng truyền dẫn kênh toàn bộ là 64 Kbps, đó là tốc độ cơ sở của ISDN không được khuyến nghị trên trường quốc tế ở mức DSI, và nó sẽ không được phát triển. Tất nhiên, các phương pháp như B8ZS (lưỡng cực với 8 số 0 thay thế) có thể thoả mãn cho việc đảm bảo toàn bộ công suất kênh ở mức DSI. Tuy nhiên để áp dụng chúng tất cả các mạng tồn tại, công nghệ hiện nay đòi hỏi phải được nâng cấp đáng kể. Hệ thống phân cấp truyền tín hiệu số hiện nay được dựa trên công nghệ ghép kênh không đồng bộ và tốc độ hoặc cấu hình khung của nó là cố định. Vì thế trong trường hợp môi trường ghép kênh đồng bộ trong đó việc xem xét hoặc chuyển mạch đường dây phải được tiến hành một cách ngẫu nhiên ở từng mức ghép kênh, chúng không phù hợp. Kết quả, từ 1986 ITU - T đ* điều tiết toàn bộ hệ thống phân cấp truyền tín hiệu không đồng bộ B3/4c Mỹ và Châu Âu, và được tiến hành nghiên cứu trên hệ thống cấp bậc số đồng bộ có khả nǎng điều tiết các tín hiệu dải bǎng rộng (H2, H4) dải bǎng rộng ISDN (B - ISDN) và những mặt giao diện liên quan. Kênh H2 là kênh với tốc độ thay đổi từ 30Mbps đến 45 Mbps, chúng có thể được sử dụng cho truyền dẫn các chương trình phát thanh truyền hình tổng hợp. Kênh H4 có tốc độ khoảng 135 Mbps. Chúng mong đợi được sử dụng cho truyền dẫn của vô tuyến có độ phân dải cao (HDTV) trong tương lai gần. Những đề nghị B3/4c Mỹ Châu Âu Giao diện G703 G703 Thiết bị đầu cuối Nhóm thứ nhất G733 G732, 735 Nhóm thứ 2 G746 G744 Nối chuyển mạch Nhóm thứ nhất G705, Q502, 512 G705, Q503, 513 Nhóm thứ 2 G705, Q503, 513 G705, Q503, 513 Thiết bị ghép kênh Nhóm thứ nhất G734 G736 Nhóm thứ 2 G743 G742, 745
12. Nhóm thứ 3 G752 G751, 753 Nhóm thứ 4 G751, 754 Thiết bị truyền Nhóm thứ nhất G911, 951 G921, 952, 956 dẫn đường Nhóm thứ 2 G912, 951, 955 G921, 952, 954, 956 Nhóm thứ 3 G914, 953, 955 G921, 952, 954, 956 Nhóm thứ 4 G921, 954, 956 Hội nghị video H120, 130 H120, 130 Ghép kênh G 794 G 793 truyền dẫn Mã truyền dẫn G 761 Bảng 3.4. Khuyến nghị chính của ITU-T về hệ thống phân cấp truyền tín hiệu số 3.3 Công nghệ báo hiệu PCM 3.3.1 Cấu hình cơ bản của kiểu truyền tin PCM Mã hoá là quá trình biến đổi các giá trị rời rạc thành các mã tương ứng. Nhìn chung, việc lấy mẫu liên quan tới quá trình biến đổi các tín hiệu liên tục thành các tín hiệu rời rạc của trường thời gian gọi là PAM. Việc mã hoá là quá trình lượng tử hoá các giá trị mẫu này thành các giá trị rời rạc của trường biên độ và sau đó biến đổi chúng thành mã nhị phân hay các mã ghép kênh. Khi truyền thông tin mã, nhiều xung được yêu cầu cho mỗi giá trị lấy mẫu và vì thế độ rộng dải tần số cần thiết cho truyền dẫn phải được mở rộng. Đồng thời xuyên âm, tạp âm nhiệt, biến dạng mẫu, mất xung mẫu, biến dạng nén, tạp âm mã hoá, tạp âm san bằng được sinh ra trong lúc tiến hành lấy mẫu và mã hoá. Việc giải mã là quá trình khôi phục các tín hiệu đã mã hoá thành các tín hiệu PAM được lượng tử hoá. Quá trình này tiến hành theo thứ tự đảo đúng như quá trình mã hoá. Mặt khác quá trình lượng tử hoá, nén, và mã hoá các tín hiệu PAM được gọi là quá trình mã hoá và quá trình chuyển đổi các tín hiệu PCM thành D/A, sau đó, lọc chúng sau khi giãn để đưa về tiếng nói ban đầu gọi là quá trình giải mã. Cấu hình cơ sở của hệ thống truyền dẫn PCM đối với việc thay đổi các tín hiệu tương tự thành các tín hiệu xung mã để truyền dẫn được thể hiện ở hình 3.8. Trước tiên các tín hiệu đầu vào được lẫy mẫu một cách tuần tự, sau đó được lượng tử hoá thành các giá trị rời rạc trên trục biên độ. Các giá trị lượng tử hoá đặc trưng bởi các mã nhị phân. Các mã nhị phân này được mã hoá thành các dạng mã thích hợp tuỳ theo đặc tính của đường truyền dẫn. Hình 3.8. Cấu hình cơ bản phương pháp thông tin PCM Thiết bị đầu cuối mã hoá chuyển đổi các tín hiệu thông tin như tiếng nói, video và các số liệu thành các tín hiệu số như PCM. Khi các tín hiệu thông tin là các tín hiệu tương tự, việc chuyển đổi A/D được tiến hành và việc chuyển đổi D/D được tiến hành ở trường hợp của các tín hiệu số. Đôi khi, quá trình nén và mã hoá bǎng tần rộng được tiến hành bằng cách triệt sự dư thừa trong quá trình tiến hành chuyển đổi A/D hoặc D/D. 3.3.2 Lấy mẫu Nguyên tắc cơ bản của điều xung mã là quá trình chuyển đổi các tín hiệu liên tục như tiếng nói thành tín hiệu số rời rạc và sau đó tái tạo chúng lại thành thông tin ban đầu. Để tiến hành việc này, các phần tử thông tin được rút ra từ các tín hiệu tương tự một cách tuần tự. Quá trình này được gọi là công việc lấy mẫu. (a) Tín hiệu tiếng nói m(t)
13. (b) Xung lấy mẫu s(t) (c) Chức danh lấy mẫu (d) Tín hiệu PAM đã lấy mẫu Hình 3.9. Quá trình lấy mẫu Theo thuyết lấy mẫu của Shannon, các tín hiệu ban đầu có thể được khôi phục khi tiến hành công việc lấy mẫu trên các phần tử tín hiệu được truyền đi ở chu kỳ hai lần nhan hơn tần số cao nhất. Nói cách khác, khi độ rộng dải tần của tín hiệu được truyền đi gọi là BW, tỷ lệ lẫy mẫu tới hạn là tỷ lệ Nyquitst trở thành Rmax = 2 x BW. Các tín hiệu xung lấy mẫu là tín hiệu dạng sóng chu kỳ, là tổng các tín hiệu sóng hài có đường bao hàm số sin đối với các tần số. Vì thế, phổ tín hiệu tiếng nói tạo ra sau khi đã qua chức nǎng lấy mẫu được thể hiện ở hình 3.10. Hình 3.10. Phổ trước và sau quá trình lẫy mẫu Có hai kiểu lấy mẫu tuỳ theo dạng của đỉnh độ rộng xung, lấy mẫu tự nhiên và lấy mẫu đỉnh bằng phẳng. Lấy mẫu tự nhiên được tiến hành một cách lý tưởng khi phổ tần số sau khi lấy mẫu trùng với phổ của các tín hiệu ban đầu. Tuy nhiên trong các hệ thống thực tế, điều này không thể có được. Khi tiến hành lấy mẫu đỉnh bằng phẳng, một sự nén gọi là hiệu ứng biên độ lấy mẫu làm xuất hiện méo. Ngoài ra, nếu các phần tử tín hiệu đầu vào vượt quá độ rộng dải tần 4 KHz, xuất hiện sự nén quá nếp gấp. Vì vậy, việc lọc bǎng rộng các tín hiệu đầu vào phải được tiến hành trước khi lấy mẫu. 3.3.3 Lượng tử hoá PAM với biên độ tương tự chuyển đổi thành các tín hiệu số là các tín hiệu rời rạc sau khi đi qua quá trình lượng tử hoá. Khi chỉ thị biên độ của tiếng nói liên tục với số lượng hạn chế, nó được đặc trưng
14. với dạng sóng xấp xỉ của bước. Tạp âm lượng tử NQ = Q - S tồn tại giữa dạng sóng ban đầu (S) và dạng sóng dã lượng tử (Q); nếu bước nhỏ tạp âm lượng tử được giảm đi nhưng số lượng bước đầu cần thiết cho lượng tử toàn bộ dải tín hiệu đầu vào trở nên rộng hơn. Vì thế số lượng các dãy số mã hoá tǎng lên. Hình 3.11. Tạp âm lượng tử theo biên độ tín hiệu đầu vào Tạp âm tạo ra khi biên độ của các tín hiệu đầi vào vượt quá dãy lượng tử gọi là tạp âm quá tải hay tạp âm bão hoà. S/NQ được sử dụng như một đơn vị để đánh giá những ưu điểm và nhược điểm của phương pháp PCM. Khi số lượng các dãy số mã hoá trên mỗi mẫu tǎng lên 1 bit, S/NQ được mở rộng thêm 6 dB. (Số lượng các bước) 3.3.4 Sự nén và giãn Như phương pháp tiến hành mã hoá hoặc giải mã, mã đường, mã không phải mã đường và mã đánh giá có thể được lựa chọn theo các kiểu của nguồn thông tin. Mã đường là một quá trình triệt số lượng tạp âm lượng tử sinh ra trên thông tin được gửi đi bất chấp mức đầu vào. Nó được sử dụng trong một hệ thống ở đó giá trị tuyệt đối của số lượng tạp âm là tới hạn hơn S/NQ. Mã không phải là mã đường được sử dụng rộng trãi trong một hệ thống ở đó S/NQ của hệ thống thu được quan trọng hơn số lượng tuyệt đối của tạp âm như tiếng nói. Khi bước lượng tử là một hằng số, S/NQ thay đổi theo mức tín hiệu. Chất lượng gọi trở nên xấu hơn khi mức tín hiệu thấp. Vì thế đối với các tín hiệu mức thấp, bước lượng tử được giảm và đối với các tín hiệu mức cao nó được tǎng để ít hoặc nhiều cân bằng S/NQ với mức tín hiệu đầu vào. Những vấn đề trên được tiến hành bằng cách nén biên độ. Một cách lý tưởng, đối với các tín hiệu mức thấp đường cong nén và giãn là truyến tính. Đối với các tín hiệ mức cao chúng đặc trưng bởi đường cong đại số. Hình 3.13. Đặc tính nén và giãn Hiện nay, ITU-T khuyến nghị luật m (m =255) là phương pháp 15 đoạn và luật (A= 87,6) là phương pháp 13 đoạn như là phương pháp nén đoạn mà các hàm đại số được biểu diễn gần đúng với một vài đường tuyến tính.
15. Với việc sử dụng công nghệ nén được mô tả ở trên, những đặc tính tạp âm ở các tín hiệu mức thấp có thể được giảm đến mức hầu như giống với mức của mã tuyến tính 13 bits. Một bộ nén - giãn đôi khi được nói tới như là một từ viết tắt kết hợp nén và bộ dãn. Hình 3.14 Các đặc tính S/NQ của các phương pháp mã hoá Cả hai phương pháp mã hoá và phương pháp nén là đồng thời được tiến hành qua bước nén số - số hoặc tự mã hoá mà không thêm những mạch riêng rẽ khác bởi sử dụng tính chất tuyến tính của phương pháp nén đoạn trong số. Một bảng giá trị với phương pháp mã hoá và cách nén mã m =255 được chỉ ra trên bảng 3.5 Bảng mã hoá m 255 Bảng giải mã m 255 Mã vào hướng tuyến tính Mã nén Mã ra hướng tuyến tính 0 0 0 0 0 0 0 1 w x y z a 0 0 w x y z 0 0 0 0 0 0 0 1 w x y z 1 0 0 0 0 0 0 1 w x y z a b 0 0 w x y z 0 0 0 0 0 0 1 w x y z 1 0 0 0 0 0 0 1 w x y z a b c 0 1 w x y z 0 0 0 0 0 1 w x y z 1 0 0 0 0 0 0 1 w x y z a b c d 0 1 w x y z 0 0 0 0 1 w x y z 1 0 0 0 0 0 0 1 w x y z a b c d e 1 0 w x y z 0 0 0 1 w x y z 1 0 0 0 0 0 0 1 w x y z a b c d e f 1 0 w x y z 0 0 1 w x y z 1 0 0 0 0 0 0 1 w x y z a b c d e f g 1 1 w x y z 0 1 w x y z 1 0 0 0 0 0 0 1 w x y z a b c d e f g h 1 1 w x y z 1 w x y z 1 0 0 0 0 0 0 0 Bảng 3.5. m =255 Mã hoá và Giải mã
16. 3.3.5 Mã hoá và Giải mã Mã hoá là một quá trình so các giá trị rời rạc nhận được bởi quá trình lượng tử hoá với các xung mã. Thông thường các mã nhị phân được sử dụng cho việc mã hoá là các mã nhị phân tự nhiên, các mã Gray (các mã nhị phân phản xạ), và các mã nhị phân kép. Phần lớn các kí hiệu mã so sánh các tín hiệu vào với điện áp chuyển để đánh giá xem có các tín hiệu nào không. Như vậy, một bộ phận chuyển đổi D/A hoặc bộ giải mã là cần thiết cho việc tạo ra điện áp chuẩn. Trong liên lạc công cộng PCM, tiếng nói được biểu diễn với 8 bits. Tuy nhiên trong trường hợp của luật m , các từ PCM được lập nên như sau (8 bits). Bit phân cực = ớ 0,1ý Bit phân đoạn = ớ 000, 001, , 111ý Bit phân bước = ớ 0000, 0001, , 1111ý Từ đoạn thứ nhất của tín hiệu "+" và tín hiệu "-" là các đượng thẳng, có 15 phân đoạn. Cực "+" của dạng sóng tín hiệu tương ứng với bit phân cực 0 và cực "-", với "1". Hình 3.15. Mã hoá từ PCM Việc báo hiệu được thực hiện sau khi thay đổi "0" của từ PCM sang "1" và "1" sang "0" và vì thế, một lượng lớn số 1 đã được thu thập chung quanh mức 0 và sự tách các tín hiệu thời gian trong khi thu nhận có thể dễ dàng thực hiện. B8 là bít thứ 8 của từ PCM, đôi khi được dùng như là một bit báo hiệu. B7 (hoặc B8) chuyển đổi sang "1" khi mọi từ của PCM là "0". Như vậy, trong các tín hiệu PCM được gửi đi, các số "0" liên tục luôn luôn ít hơn 16. Mặt khác, khi sử dụng phương pháp Bắc Mỹ, bit B2 của mọi kênh được thay đổi thành "0" nhằm chuyển đi thông tin cảnh báo cho đối phương. ở Nhật Bản, bit "S" đó là một phần của khung các bit chỉ định được dùng thay thế cho mục đích này. Các từ PCM nhận được được chuyển đổi thành các tín hiệu PAM bởi bộ giải mã. ở phía thu, các xung tương ứng với mỗi kênh được chọn lọc từ các dẫy xung ghép kênh để tạo ra các tín hiệu PAM. Rồi, các tín hiệu tiếng nói được phục hồi bằng một bộ lọc thông thấp. Trong hình 3.17, quá trình tạo ra các tín hiệu tiếng nói từ các tín hiệu PAM sử dụng phổ để minh hoạ. Như đã thấy, quá trình này được thực hiện trong thứ tự ngược lại chính xác với quá trình lấy mẫu được mô tả ở hình 3.10.
17. Hình 3.16. Quá trình giải mã Phổ của tín hiệu đã lấy mẫu Hình 3.17. Quá trình giải mã và phổ 3.3.6 Báo hiệu Chức nǎng báo hiệu của thiết bị đầu cuối PCM được dùng để truyền các tín hiệu giám sát như là các tín hiệu nhấc máy, đặt máy, xung quay số của điện thoại, bảo dưỡng và điều hành thông tin, Theo phương pháp châu Âu dùng phương pháp báo hiệu mạch chung hoặc báo hiệu kênh chùm, chia các kênh cho các bit báo hiệu có sẵn để sử dụng, trong khi theo phương pháp Bắc Mỹ thì truyền tin dựa trên cơ sở phương pháp báo hiệu theo đường gọi hoặc báo hiệu kênh kết hợp, một LSB (bit đánh dấu nhỏ nhất) ở trong mỗi kênh PCM của khung thứ 6 và thứ 12 của đa khung 12 khung chỉ được sử dụng để báo hiệu. Nói cách khác, tiếng nói được lấy mẫu và duy trì mỗi 125m s và rồi được mã hoá, và bit B8 của mỗi giá trị mẫu thứ sáu (báo hiệu A) và giá trị mẫu thứ 12 (báo hiệu B) được sử dụng đặc biệt làm các bit báo hiệu. Do đó, số các bit báo hiệu cho mỗi kênh trở thành 1,333 bits/giây. 3.3.7 Các phương pháp mã hoá khác Những khuyến nghị của G711 của ITU-T ghi rõ mối quan hệ giữa báo hiệu tiếng và các quy luật mã hoá/giải mã PCM. Cũng vậy, các quy luật đối với PCM vi phân thích ứng 32Kbps có nén giãn như mã hoá dự đoán của các tín hiệu tiếng được chỉ rõ trong các khuyến nghị G712 của ITU-T. Phương pháp
18. ADPCM 32 Kbps được chấp nhận vào tháng 10 nǎm 1984 được dùng để chuyển đổi các tín hiệu PCM 64 Kbps theo luật A hay luật m hiện nay sang các tín hiệu ADPCM. Phương pháp 32 Kbps ADPCM có khả nǎng chuyển một lượng tiếng nói lớn gấp hai lần phương pháp qui ước 64 Kbps PCM và hơn nữa, được chấp nhận một cách rộng rãi bởi bộ chuyển mã hoặc các thiết bị đầu cuối mã hoá với hiệu quả cao. Hiện nay các nước tiên tiến trên thế giới đang tiến hành nghiên cứu một cách ráo riết về công nghệ mã hoá mới như là mã hoá tiếng nói 16 Kbps, mã hoá chất lượng cao 64 Kbps, mã hoá tín hiệu tiếng nói 384 Kbps và mã hoá tín hiệu truyền hình. 3.4 Truyền dẫn chuyển tiếp 3.4.1 Bộ lặp tái tạo Phương pháp chuyển tiếp số được đặc trưng bởi các mặt sau: trước hết, các tín hiệu số bị méo bởi sự suy hao và tạp âm trong khi truyền được tái tạo thành các tín hiệu không bị méo như trong trường hợp truyền các tín hiệu đối với tái tạo. Bộ lặp tái tạo sẽ cân bằng (hoặc tạo lại hình dạng) dạng sóng bị méo thành dạng sóng được mã hoá với tỷ số S/N cao, tái tạo dạng sóng đã cân bằng thành các xung mà nó giống như là truyền xung bằng cách nhận dạng ‘1’ và ‘0’ của thông tin nhị phân trên các dạng sóng cân bằng và định thời các pha của các xung truyền ở những khoảng thời gian chính xác. Thiết bị chuyển tiếp đầu cuối được dùng để tái tạo và khuyếch đại các tín hiệu, chia các dòng cho bộ lặp lại đường. Cũng vậy, nó tiến hành việc chuyển đổi mã (cực đơn sang đa cực), ngẫu nhiên hoá và giải ngẫu nhiên mã, nhập và tách các tín hiệu điều khiển và kiểm tra. Bộ lặp tái tạo có chức nǎng tái tạo các xung bị méo mó trên đường. Cũng vậy, nó được lắp một mạch để phát hiện lỗi. Dùng các bộ lặp tái tạo, các thiết bị điện thoại có thể phát hiện các lỗi trên thông qua điều khiển từ xa. Rõ hơn là, chúng phát hiện các lỗi mã hoá bằng cách kiểm tra tính chẵn lẻ, việc khử mã truyền để cho người kiểm tra tình trạng vận hành của các trạm lặp lại; nếu lỗi được tìm thấy, các bộ lặp lại hư hỏng được chẩn đoán bằng cách dùng bộ ba xung và dò tìm pha. Bộ lặp lại được hoạt động bằng dòng điện tỷ lệ (thường 60 mA) được trùng lặp trên các tín hiệu cung cấp từ trạm đầu cuối. Tạp âm sinh ra từ hệ thống tái tạo chủ yếu do tạp âm lỗi mã và tạp âm jitter. Chất lượng của các đường truyền tái tạo được đánh giá trên những cơ sở này. Tạp âm lỗi mã tạo ra tuỳ thuộc vào tạp âm nhiệt và sự méo dạng sóng. Còn tạp âm jitter tạo ra bởi sự thay đổi mẫu mã hoá và các phần tử khác không phụ thuộc vào các mẫu mã hoá. Độ lớn tạp âm của bộ tạo dạng tỷ lệ với số lượng bộ lặp lại và cái sau tǎng lên tỷ lệ với cǎn bậc hai của số lượng bộ lặp lại. Các vòng khoá pha được sử dụng để triệt jitter. Các đặc tính jitter tuỳ thuộc vào cấp báo hiệu được khuyến nghị trong G823 và G824 của ITU-T. Các tín hiệu sóng hình sin được phân bố theo thời gian khi đi qua đường truyền và các mã đầu/cuối là đối tượng tạo ra sự giao thoa. Đó được gọi là một sự giao thoa liên kí hiệu hoặc sự xuyên âm thời gian. Biểu đồ mẫu mắt được dùng để chỉ thị các đặc tính của đáp tuyến dạng sóng của các dãy mã truyền; mắt của biểu đồ trở nên hẹp khi sự giao thoa hoặc jitter được tạo nên trên các mã. Định thời gian được thực hiện để nhận dạng các lỗi tại điểm mà mắt biểu đồ mở. Nếu chúng ta lấy tỷ lệ lỗi của mỗi bộ lặp lại là Pe và giá trị thực tế của jitter là Oj thì tỷ lệ lỗi truyền dẫn được tiến hành với số N bộ lặp lại sẽ là N x Pe (khi chức nǎng bộ lặp tái tạo là có, hầu hết cũng giống như tiết diện đơn P(e). Cũng vậy, giá trị thực tế của jitter được biểu thị bằng a(N x Oj) (a: hằng số). Do đó, những bộ lặp lại có khả nǎng nhận dạng và tái tạo các tỷ lệ lỗi. Về jitter, chúng sẽ có 1 chức nǎng cân bằng dạng sóng với độ chính xác cao để thực hiện tái tạo thời gian một cách chính xác. 3.4.2 Mã truyền dẫn Nếu cùng các loại số liệu được truyền liên tục, lỗi có thể phát sinh khi nhận chúng, vì thế việc phục hồi số liệu cực kỳ khó khǎn. Đó là lý do số liệu phát qua đường truyền dẫn phải được mã hoá. Quá trình này được gọi là mã truyền dẫn, phương pháp mã hoá truyền dẫn được lựa chọn bởi xem xét sự chặn dải bǎng thấp, nén độ rộng dải bǎng, tách các tín hiệu thời gian, khử jitter, kiểm tra hướng đường truyền và đơn giản hoá các mạch. Mã lưỡng cực hoặc AMI (luân phiên đổi chiều điểm đánh dấu), B6ZS và B8ZS được dùng tương ứng trong T1, T2 và tín hiệu kênh xoá 64 Kbps. Theo phương pháp châu Âu HDB3 (mã lưỡng cực mật độ cao 3) và 4B3T được sử dụng. Mặt khác, các phương pháp mã truyền dẫn như là lưỡng pha, MDB (nhị phân kép biến đổi), 4B3T (MS43), 3B2T và 2B1Q đã được nghiên cứu hiện nay đối với phương pháp truyền dẫn thuê bao số. Xu hướng phát triển gần đây là AMI với phần cứng đơn giản được dự kiến sử dụng trong phương pháp
19. truyền dẫn TCM (ghép kênh nén thời gian) và cũng vậy cho 2B1Q trong ECH (sự triệt tiếng đối với Hybrid). A- Mã lưỡng cực Đó là một phương pháp chuyển đổi ‘0’ của tín hiệu vào nhị phân sang xung của mức ‘0’ và 1 thành xung của hai mức +A, -A. Mã lưỡng cực không có phần tử một chiều và sử dụng luân phiên +A, -A để có thể phát hiện lỗi mã lưỡng cực và có khả nǎng tiến hành chuyển đổi và tương ứng có các đặc trưng tuyệt vời như các mã truyền. Từ đó không có chức nǎng khử trên các mã 0 liên tục, người nhận có thời gian khó khǎn để tách riêng thời gian của nó. Để giải quyết những vấn đề nêu trên, một loại mã liên tục không có một độ dài nhất định được chuyển sang các mẫu đặc biệt dùng một mã lưỡng cực mật độ cao (BNZS, HDBN, mã). AMI được dùng cho phương pháp Bắc Mỹ của hệ thống 1,544 Mbps. Hình 3.23. Hình thức mã hoá AMI B- Mã BNZS (Lưỡng cực với sự thay thế N số 0) Đó là một phương pháp chuyển đổi N số các mã liên tục số ‘0’ thành N số các mã đặc biệt có các xung vi phạm lưỡng cực. Về mặt thu nhận tin tách, các mã vi phạm lưỡng cực và rồi chuyển chúng thành N số O để nhận được các mã gốc. Các mã BNZS gồm các loại sau: B6ZS B6ZS là các mã nhận được do chuyển đổi sáu chữ 0 liên tục thành các mẫu OVBOVB. Các mã này được dùng bởi AT & T và coi như tiêu chuẩn giao tiếp của hệ thống tiêu chuẩn T2. ITU-T khuyến nghị điều này cho sự giao tiếp của việc báo hiệu ghép kênh cấp 2 (6,312 Mbps). B: Xung lưỡng cực thông thường (cực thay đổi) V: Xung vi phạm O: Xung mức ặ B3ZS Nếu số các xung ở giữa 3 số O liên tục và xung V ngay trước, các mã này được chuyển đổi thành BOV và nếu lẻ, nó được chuyển đổi thành mẫu OOV. ở Bắc Mỹ, chúng được sử dụng như là tiêu chuẩn giao tiếp của hệ thống 44.736 Mbps. B8ZS
20. Đó là các mã nhận được bởi chuyển đổi 8 số 0 liên tục thành mẫu OOOVBOVB. Chúng được sử dụng trên hệ 1.544 Mbps của Bắc Mỹ. C- Mã lưỡng cực mật độ cao HDBN Đây là một phương pháp chuyển đổi các mã số thành các xeri gồm xung vi phạm lưỡng cực (V) tại bit cuối cùng số (N+1) của các mã số 0 liên tục. Bộ giải mã, để loại bỏ những yếu tố DC có thể được gây ra bởi các xung không liên tục, phải luôn luôn bảo đảm sao cho số xung B giữa xung V nói trên và xung đi sau nó là số chẵn. Do sự phân cực của xung V luôn luôn thay đổi, nên các yếu tố DC bị triệt tiêu. Các dạng đặc biệt hiện có gồm BOO V hoặc OOO V, ở đây vị trí bit đầu tiên được sử dụng để biến số xung B giữa các xung V thành số lẻ. Vị trí của bit cuối cùng phải luôn luôn là (V). Tất cả các vị trí bit còn lại là O. Thí dụ về mã số N lưỡng cực mật độ cao như sau: o HDB2: giống như B3ZS o HDB3 Đây là mã số mà 4 số O liên tục của nó được chuyển đổi thành dạng OOOV hoặc BOOV. Nếu tạo ra quá 4 O, bit thứ 4 luôn luôn được biến thành V. Nếu sau đó O vẫn cứ tiếp tục, thì bit đầu tiên sẽ chuyển đổi thành B khi có bit V đi trước, để làm ổn định các yếu tố DC. ITU-T đề nghị mã này làm giao diện giữa các mối liên lạc ghép kênh CEPT1. Hình 3.25. Kiểu mã HDB3 Mã CMI (Đảo dấu mã) Đây là một kiểu các phương pháp mã số 2 mức; cũng như trong trường hợp phương pháp mã số lưỡng cực, mã số NRZ (không trở về 0) được chuyển đổi luân phiên. Không được mã số thành các sóng vuông "-+" hoặc "+-" có pha riêng tại điểm trung tâm của 1 bit. Tương ứng, nǎng lượng DC không tồn tại và trạng thái tín hiệu thay đổi nhiều, vì vậy nó có hiệu ứng định thời gian tốt hơn so với NRZ. ITU-T đã đề xuất mã số này như một giao diện chuẩn cho các liên lạc ghép kênh của hệ thống CEPT4. 3.5 Ghép kênh phân chia theo thời gian và công nghệ truyền dẫn đồng bộ 3.5.1 Ghép kênh nhóm sơ cấp: Trong hệ thống sử dụng phương pháp ghép kênh hoá phân chia thời gian, liên lạc không có lỗi chỉ có thể thực hiện được nếu các bit, các khung và các kênh ghép kênh được đồng bộ hoá cùng kiểu như nhau tại nơi phát và nơi thu. Ghép kênh là một quá trình chuyển đổi một số tín hiệu số thành tín hiệu số tốc độ cao. Hiện có một số phương pháp kết hợp dựa theo sự xen kẽ các nhóm, từ và bit. Trong nhóm sơ cấp PCM, người ta sử dụng một phương pháp xen từ để đơn giản thiết lập sự mã hoá chung cho nhiều đường gọi. Ngược lại trong các nhóm cấp cao nói chung người ta sử dụng phương pháp xen bit chỉ đòi hỏi một bộ nhớ cỡ nhỏ. Ngoài ra khi ghép kênh các tín hiệu, người ta bổ sung thêm các kiểu tín hiệu điều khiển khác nhau như các xung đồng bộ khung để thiết lập các khung đồng bộ hoá; những xung đồng bộ khung này được xen vào theo kiểu phân bố sử dụng ở Bắc Mỹ và kiểu tập trung sử dụng ở châu Âu. Sự ghép kênh sơ cấp hoặc giải kênh của thiết bị đầu ra PCM có khả nǎng ghép kênh đồng bộ 24 kênh (kiểu Bắc Mỹ) hoặc 30 kênh (kiểu Châu Âu) của các tín hiệu âm thanh. Hiện nay, các phương pháp
21. ghép kênh tín hiệu PAM và PCM khác đang được sử dụng với PCM-24B, D4 của Mỹ và DE-4 của Canađa ghép kênh các tín hiệu PAM, các tín hiệu tương tự và sau đó chuyển đổi chúng thành các tín hiệu PCM tại CODEC chung, CODEC đơn tuyến biến từng kênh thành tín hiệu PCM để ghép kênh số. CODEC đơn tuyến đã trở thành thương mại hoá do sự phát triển thành công của công nghệ xử lý tín hiệu số và bán dẫn như LSI. Nó đang được nâng cấp để có cả chức nǎng kiểm soát các đặc tính và kết quả của việc truyền tin qua việc sử dụng bộ lọc lai ghép - 2w/4w và chương trình cùng với chức nǎng CODEC của nó. Hiện nay nó được sử dụng rộng rãi hơn trong các hệ thống chuyển mạch số hơn là các hệ thống truyền dẫn. Hình 3.27. Các phương pháp ghép kênh của thiết bị đầu cuối PCM Các nước tiên tiến như Mỹ và Nhật đang sử dụng kiểu PCM24 kênh theo G733 trong khuyến nghị của ITU-T, phần lớn các nước châu Âu đều đang sử dụng kiểu PCM30 kênh. Mỗi khung của kiểu Bắc Mỹ là 125 MS; một bit ‘S’, nghĩa là một bit đồng bộ khung được bổ sung vào 192 bit (24 kênh x 8 bit) âm thanh được ghép kênh để cấu hình nó với 193 bit. Một đa khung ghép kênh được hình thành gồm 12 khung thuộc kiểu này. Các đa khung ghép kênh được hình thành để phát một cách hiệu quả các tín hiệu có các tốc độ khác nhau như tín hiệu tiếng nói 24 x 64 Kbps, báo hiệu 24 x 1,33 Kbps, và ‘S’ bit 8 Kbps. Trong kiểu châu Âu, vì cần phải có 256 bit cho một khung nên phải sử dụng 16 khung để tạo 1 đa khung. Khe thời gian đầu tiên của các khung được sử dụng để đồng bộ khung và khe thời gian thứ 17 (kênh số 16) được sử dụng để đồng bộ đa khung và báo hiệu. Vì vậy, chỉ có 30 khe thời gian được sử dụng cho tiếng nói.
22. Hình 3.28. Cấu hình khung của nhóm sơ cấp theo kiểu Bắc Mỹ Hình 3.29. Cấu hình khung của nhóm sơ cấp theo kiểu E1 Loại Kiểu Bắc Mỹ Kiểu Châu Âu Đặc tính Tốc độ truyền 1,544 Mb/s ? 50 ppm 2,048 Mb/s ? 50 ppm cơ bản Số bit trong 1 khung 24 x 8 + 1 = 193 32 x 8 = 256 Số khung ghép kênh (chu kỳ) 12 (1,5ms) 16 (2,0ms) Đồng bộ khung Kiểu phân phối Kiểu tập trung Số khe thời gian trên 1 khung 24/24 32/30 Đặc tính đường Tần số mẫu (chu kỳ) 8 KHz (125 m s) 8 KHz (125 m s) gọi Số bit được mã hoá 75/6 8 Quy luật nén giãn Luật U (=255) 15 đoạn Luật A=87,6 13 đoạn Đặc tính tín hiệu Số bit để báo hiệu 1,333 Kb/s 2 Kb/s Báo hiệu kênh kết hợp Phương pháp trong khe (bit Phương pháp ngoài khe số 8 của khung thứ 6 hoặc (kênh thứ 16) khung thứ 12) Báo hiệu kênh chung Cần sử dụng kênh riêng biệt Sử dụng kênh 16 (64 Kbps) 4 Kb/s không hợp lý Đặc tính truyền Mã đường AMI hoặc B8ZS HDB3
23. dẫn Giá trị suy hao do cáp cho 7-35 dB 8-42dB phép Bảng 3.6 So sánh phương pháp PCM kiểu Bắc Mỹ và Châu Âu 3.5.2 Công nghệ ghép kênh cấp cao Để ghép kênh cần phải đồng bộ một cách hợp lý tần số và pha của từng tín hiệu số: Hiện có các kiểu phương pháp ghép kênh như sau: phương pháp ghép kênh đồng bộ và phương pháp ghép kênh không đồng bộ. Trong ghép kênh đồng bộ các bit được xen theo thứ tự để ghép kênh vì tất cả đầu vào đã được đồng bộ hoá; trong khi đó ghép kênh không đồng bộ thì việc đồng bộ được tiến hành để ghép kênh bằng cách chèn xung vì tất cả đầu vào đều được dị bộ hoá. Mặt khác trong những mạng lưới đã được đồng bộ hoá hợp lý, việc ghép kênh phân chia thời gian được tiến hành bằng cách đồng bộ hoá các pha. Sự ghép kênh sơ cấp PCM thuộc kiểu ghép kênh đồng bộ hoá, và sự ghép kênh cấp cao như M12 và M13 thuộc loại ghép kênh dị bộ. Hình 3.30. Đồng bộ hoá việc chèn xung G.701 trong khuyến nghị ITU-T định nghĩa việc chèn xung như một sự cǎn chỉnh. Nó đề xuất sự cǎn chỉnh dương, âm và dương âm. Trong việc đồng bộ hoá sự chèn xung, sự định thời gian được thiết lập một cách sao cho nó nhanh hơn tốc độ của tất cả các tín hiệu vào một chút. Khi chúng chỉ khác một byte, xung chèn được đưa vào vị trí thời gian đã được định trước. Sau đó, các tín hiệu đã được đồng bộ hoá như nói trên đây được ghép kênh bằng đơn vị bit. Hình 3.31. Quá trình ghép kênh của tín hiệu DS2 Phía phát của thiết bị ghép kênh ghi lại các tín hiệu nhóm cấp thấp vào bộ nhớ đàn hồi và đọc ra bằng cách sử dụng một đồng hồ kiểm soát để thu được các tín hiệu cấp thấp đồng bộ hoá trên đó đã được các xung chèn vào. Những tín hiệu này được ghép kênh bằng các bit và sau đó, các xung đồng bộ khung và chỉ thị chèn được đưa vào và tiếp đó được xáo trộn để thu được tín hiêụ ra cấp cao. ở phía nhận, các tín hiệu thu được phân giải và sau đó tách ra để loại bỏ các xung chèn và cuối cùng các tín hiệu ban đầu lại được tạo ra sau khi ổn định thời gian của chuỗi xung. Thiết bị ghép kênh kiểu M12 biến đổi các tín hiệu lưỡng cực DS1 (1,544 Mbps) từ 4 thiết bị đầu cuối PCM thành các tín hiệu đơn cực và sau đó ghép kênh thành các tín hiệu DS2 (6,312 Mbps). Các tín hiệu DS2 thu được bằng cách ghép kênh 4 tín hiệu DS1 được thể hiện bằng phương trình sau:
24. Trong phương trình trên, 49/48 có nghĩa là 1 bit đồng bộ khung được cộng với từng 48 bit, S là số bit chèn (tỉ số cǎn chỉnh) tồn tại ở mỗi 288 bit. Trong phần lớn các trường hợp chúng được phân định với 0,333. (48) nghĩa là các tín hiệu có 4 bit DS1 được ghép kênh theo thứ tự ở kiểu khung DS2 minh hoạ ở hình 3.32. M là các bit đồng bộ đa khung, F là số bit đồng bộ khung. Cuối cùng ký tự đầu tiên có nghĩa là tín hiệu được cố định ở 0 hoặc 1. Như một thí dụ của việc chèn xung, nếu 3 bit C của một cột thứ nhất tất cả đều là 1, thì có nghĩa là : bit thứ nhất ở cuối cột là 1 bit chèn. Một kênh nhận được tín hiệu thấp hơn 1,544 Mbps gây cho số bit nhồi tǎng lên vì vậy các tín hiệu ghép kênh luôn luôn giữ ở 6,312 Mbps. Kết quả là, khung DS2 được thiết lập với 1176 bit. Trong số chúng, các bit thông tin là 1148 bit (48 x 16). Và những bit còn lại được sử dụng để tạo khung, kiểm soát sự chèn và giám sát. Hình 3.32. Kiểu khung DS2 Hệ thống phân cấp Tốc độ Phương trình DS0 64 8,000b/s x 8bit DS1 1,544 64Kb/s x 24 +8Kb/s DS2 6,312 DS3 44,736 DS4 274,176 Bảng 3.7. Tốc độ nhóm cấp cao kiểu Bắc Mỹ Hệ thống phân cấp Tốc độ Phương trình CEPT0 64 8,000b/s x 8bit CEPT1 2,048 64Kb/s x 32 CEPT2 8,448 CEPT3 32,368 CEPT4 139,264 Bảng 3.7. Tốc độ nhóm cấp cao kiểu Châu Âu Ngoài ra G.802 đã kiến nghị sự phân cấp báo hiệu lai ghép 2,048 - 6,312 - 44,736 - 139,264. Mbps để đáp ứng tiêu chuẩn của giao diện giữa các cấp báo hiệu. G747 khuyến nghị giao tiếp giữa 2,048 và
25. 139,264 Mbps và G755 khuyến nghị các đặc tính ghép kênhlai ghép cho giao tiếp giữa 44,736 và 139,264 Mbps. 3.6 Truyền dẫn số đồng bộ và đồng bộ hoá mạng lưới: 3.6.1 Công nghệ truyền dẫn số đồng bộ: Trong hệ thống phân cấp số đồng bộ hiện có được chấp nhận trên thế giới, các tín hiệu số sử dụng các nguồn đồng hồ độc lập được ghép kênh để có lợi về mạch trên đường truyền để có hiệu quả kinh tế, khiến chúng phù hợp để áp dụng chuyển qua hai điểm. Tương ứng, hiện có 1 số những bộ điều khiển báo hiệu và các bước ghép kênh chưa hoàn hảo để bù những sự khác biệt về thời gian giữa các tín hiệu số đầu vào trong quá trình ghép kênh tín hiệu. Trong những nǎm 1980 do sử dụng nhiều hệ thống chuyển mạch số và thiết bị truyền dẫn số và nhu cầu thiết lập ISDN càng ngày càng lớn, việc đồng bộ hoá mạng lưới đã trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Ngoài ra, qua việc áp dụng công nghệ máy tính điện tử trong các thiết bị truyền dẫn, các cấu hình mạng lưới đơn giản và linh hoạt hơn đã được thực hiện. Điều này nghĩa là các chức nǎng phân chia/phân phối, vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa của các thiết bị truyền dẫn được nâng cấp. Tương ứng, việc nghiên cứu phát triển các phương pháp truyền dẫn đồng bộ đã được bắt đầu ở nhiều nước tiên tiến. Các hướng nghiên cứu như sau: 1. Sử dụng cấu trúc đa khung dị bộ hiện có. 2. Cải tiến cấu trúc khung dị bộ hiện có. 3. Thiết lập sự phân cấp đồng bộ mới. Để đạt được mục đích nêu ở mục 1/. ; các cấu trúc đa khung dị bộ hiện có đã được sử dụng không cần thay đổi. Ngoài ra các bộ điều khiển nhồi và các bit chèn đã trở thành không cần thiết do sự nối các tín hiệu nhánh đồng bộ đã được sử dụng như những thiết bị bổ xung ngoài các đường truyền dẫn. Đồng thời các chu kỳ khung của các bội số 125m s được thiết lập và sử dụng như một siêu khung để nhận biết các tín hiệu ở các cấp ghép kênh. Thí dụ điển hình là format syntran (truyền dẫn đồng bộ tại DS3), nó cải tiến khung tín hiệu DS3 hiện có thành một format báo hiệu đồng bộ để sử dụng. Để đạt được mục đích nêu ở (2/.), tín hiệu dị bộ hiện có được tái cấu hình thành format tín hiệu đồng bộ có chu kỳ khung 125m s để phân phối mạch dễ hơn. Những thí dụ điển hình của 2 loại trên là DST (đầu cuối đồng bộ số) loại 6 Mbps và SDTT (đầu cuối truyền dẫn số đồng bộ) do NTT của Nhật xây dựng. Mục nêu ở 3/., do những tác động của nó tới sự phát triển các mạng lưới truyền dẫn trong tương lai, sẽ được trình bày chi tiết trong phần sau. 3.6.2 Kiểu tín hiệu phân cấp số đồng bộ: Một cấu trúc khung thích hợp để đảm bảo có được những dịch vụ số và đáp ứng những nhu cầu cấu hình và vận hành mạng lưới cần phải xác định trước hết để định tốc độ thích hợp của sự phân cấp số đồng bộ. Phần lớn các dịch vụ liên lạc đang được thực hiện hiện nay là ở dạng tiếng nói và tốc độ PCM của chúng là 64 Kbps; tốc độ của dịch vụ ISDN nhanh hơn tốc độ này vài lần. Tương tự, khi chu kỳ khung được đạt ở 8 KHz và cấu trúc khung, với đơn vị 8 bit (byte), tất cả các kênh dịch vụ có thể đáp ứng được 1 cách dễ dàng qua việc phân định 1 số khe thời gian nhất định, chúng chiếm những vị trí cố định của khung và do đó, việc ghép kênh những đơn vị này giúp sự nhận biết tín hiệu trực tiếp được dễ dàng trong các cấp ghép kênh, và tạo cho phần cứng linh hoạt hơn. Hơn nữa đối với việc để cấu hình mạng lưới linh hoạt, việc nhận biết và phân tách tín hiệu ở các cấp ghép kênh cần phải dễ dàng. Nghĩa là cấu trúc khung phải được thiết kế đơn giản sao cho các kênh dịch vụ hoặc các tín hiệu số cần được đưa vào và lấy ra một cách dễ dàng. Để đạt được mục đích này thông tin cần phải xen kẽ theo hướng xuôi bằng đơn vị bit hoặc byte trong 1 khung với chu kỳ 125m s. Để có kết quả tốt nhất, số hàng và cột cần phải được xác định bằng cách xem xét độ rộng bǎng tần của các tín hiệu số và các kênh dịch vụ cần thích ứng. Những mạng trong tương lai được hy vọng phức tạp hơn vì quy mô truyền dẫn cũng như số lượng dịch vụ cũng tǎng lên. Tương ứng, để làm cho việc vận hành bảo dưỡng và sửa chữa mạng dễ dàng hơn, cần phải bảo đảm bổ xung đủ trong các khung tín hiệu truyền dẫn. Những nhu cầu này sẽ được đáp ứng khi các sợi quang học, phương tiện truyền dẫn không bị giới hạn bởi dải thông, có thể được sản xuất và lắp ráp 1 cách kinh tế. Các tín hiệu phân cấp số đồng bộ cần phải có khả nǎng thực hiện được cấu trúc khung nêu trên. Ngoài ra chúng cần phải được thiết lập, xem xét xu hướng phát triển của các thiết bị liên quan, các kiểu thiết bị số cần thích nghi và khả nǎng nâng cấp chúng lên cao hơn. Công nghệ sản xuất các
26. thiết bị liên quan cũng được nâng cấp với tốc độ nhanh; công nghệ CMOS thường được coi là công nghệ tiên tiến nhất hiện có, sẽ tạo khả nǎng xử lý thông tin loại 150-200 MHz sau vài nǎm. Hơn nửa dịch vụ loại H4 tốc độ cao có khả nǎng được đưa ra với loại 135 Mbps để có thể thích ứng đối dịch vụ tiếng nói giải thông hẹp hiện có cũng như dịch vụ VIDEO. Trong trường hợp các tín hiệu số, các tín hiệu phân cấp dị bộ hiện có được kiến nghị sử dụng vì chúng kinh tế. Kết quả là, có thể thích ứng tới DS4 (139 Mbps). Mặt khác trong tương lai gần các tín hiệu phân cấp cơ bản đồng bộ sẽ được sử dụng như những tín hiệu cơ bản của các mạng truyền dẫn số, đặc biệt loại ISDN giải rộng, nếu nhu cầu đồng bộ mạng lưới và dịch vụ dải rộng tǎng lên như dự kiến. Do đó chắc chắn nó sẽ được nâng cấp thành các tín hiệu phân cấp bậc cao. Hình 3.33. Cấu trúc khung STM.1. ITU-T đã thiết lập mức cơ bản của phân cấp số đồng bộ là 155,520 Mbps bằng cách xem xét những yêu cầu về cấu trúc khung và tốc độ phân cấp cơ bản được mô tả trên đây. Ngoài ra, cuốn sách xanh của ITU-T đã kiến nghị STM-1 (kiểu chuyển đồng bộ cấp 1) có cấu trúc hướng xuôi 9 x 270 byte. Như thể hiện ở hình 3.33 minh hoạ khung tín hiệu có chu kỳ lặp lại 125 Ms. Đặc điểm của cấu trúc khung ghép kênh như sau: 1. Có khả nǎng phát triển thành cấp cao. 2. Thích ứng các tín hiệu phân cấp số do G702 ITU-T đề xuất. 3. Thích ứng các dịch vụ ISDN giải rộng. 4. Thực hiện mạng lưới minh. Theo 1/. các tín hiệu phân cấp cơ bản được sắp xếp theo khung để ghép kênh bằng phương pháp xen byte đơn giản. Các chức nǎng xử lý tín hiệu đòi hỏi vào lúc này là chức nǎng xử lý 1 phần thông tin bổ xung. Tương ứng, tốc độ phân cấp bậc cao được xác lập bởi các bội số nguyên của tốc độ phân cấp cơ bản và chức nǎng ghép kênh sẽ trở nên rất đơn giản. Theo 2/. những tín hiệu phân cấp 1,544 Mbps và 2,048 Mbps được cấu trúc như sau để chúng có thể chiếm 1 cột đơn vị 9 byte trong 1 khung đồng bộ. Tín hiệu 1,544 Mb/s 2,048 Mb/s DS1 (CEPT1) 9 cột x 3 hàng 9 cột x 4 hàng DS2 (CEPT2) 9 cột x 12 hàng 9 cột x 16 hàng DS3 (CEPT3) 9 cột x 85 hàng 9 cột x 65 hàng DS4 (CEPT3) 9 cột x 261 hàng Bảng 3.9. Cấu trúc khung đồng bộ
27. Đối với những tín hiệu trên, sự chèn và những sự bổ xung cần thiết được bổ xung vào cho tốc độ tín hiệu cơ bản. Chúng được xác lập bởi đơn vị 9 cột. Việc xác lập những đơn vị này chỉ đòi hỏi 1 hàm xác nhận về 270 hàng trong cấu trúc 9 x 270 byte của các tín hiệu cơ bản thay vì việc xác nhận tín hiệu chiếm ở tất cả các byte hiện có trong khung. Tương ứng các chức nǎng xác nhận, tách và xen đối với những tín hiệu trên có thể được tiến hành dễ dàng hơn ở cấp ghép kênh. Theo 3/. , các dịch vụ giải thông như H2 và H4 nên là bội số của 64Kb/s để tối đa hoá những ưu điểm của việc sử dụng các tín hiệu số mô tả trên đây. Ngoài ra, nếu có thể, tốc độ dịch vụ cần phải được xác lập sao cho có thể đảm bảo được cấu trúc 9 x N byte (N là số nguyên). Để thực hiện các mạng thông minh cần bảo đảm đủ các phần bổ xung trong format tín hiệu. Phần bổ xung của phân cấp đồng bộ được xác lập ở hình 3.34 cho mục đích này. Nghĩa là, những phần bổ xung hiện có là bổ xung từng phần (SOH) được yêu cầu bởi những yếu tố khác nhau trong các thiết bị ghép kênh và trên mỗi đường đi của tín hiệu được thích ứng trong khung. Ngoài ra, có thể có 1 số cách phân định phần bổ xung. Trong kênh bổ xung từng phần, gồm có các bộ tạo khung (A), bộ phận điều khiển hoạt động từng phần (B), phần bổ xung cho nghiệp vụ (E1), thông tin chuyển mạch cơ động (K), số liệu người sử dụng (F1) và những kênh số liệu dung lượng lớn (D). Hơn nữa vì những kênh bổ xung theo đường được xây dựng từ những thông tin như dấu vết (J1) của đường tín hiệu tương ứng, trạng thái hình dạng tín hiệu (C,H), hiệu suất truyền dẫn (B3) về việc chuyển các dữ liệu thông tin liên quan đến hiệu suất và cảnh báo (G1) và các dữ liệu của người sử dụng (F2), các tuyến truyền dẫn thông minh có thể được thực hiện không khó khǎn gì. Hình 3.34. Phần tử bổ xung của khung STM.1. 3.6.3 Phương pháp ghép kênh phân cấp đồng bộ: Các tín hiệu DS1, DS2 và DS3 của xeri 1,544 Mb/s, CEPT1, CEPT2, CEPT3, CEPT4 của xeri 2,048 Mb/s và các tín hiệu dịch vụ dải thông rộng là tín hiệu nhánh thích ứng trên STM-1, một format tín hiệu cơ bản đồng bộ. Những tín hiệu này được bố trí 1 cách linh hoạt trong khung STM-1 sau khi đã được xử lý qua các phần tử ghép kênh như C, CV, TU, và AU. Trong số những yếu tố trên, C và CV được sử dụng để truyền (điểm tới đa điểm) tín hiệu thành phần trên mạng truyền dẫn đồng bộ; Một vùng nhất định của khung STM-1 được hình thành như một VC trên đó các tín hiệu hoặc kênh dịch vụ tương ứng được náp để chuyển đi. Một đường đi kéo dài từ 1 điểm trong đó VC được tạo thành tới 1điểm nơi nó được huỷ bỏ. Phần bổ xung được sử dụng trên tuyến đường này được gọi là POH, ở đây bổ xung thêm 1 ký tự đầu để thể hiện kiểu. AU và TU là những đơn vị hiện có. AU có một con trỏ để thể hiện điểm khởi đầu của khung VC chiếm trọng tải của STM-1, trong khi đó TU có 1 con trỏ để thể hiện điểm khởi đầu của VCn-1 cấp thấp chiếm trọng tải trong VC. Chúng được yêu cầu cho việc bố trí linh hoạt trên trọng tải trong của Vcn, VCn+1, hoặc khung STM-1. Chúng đặc biệt có lợi cho việc bù sự chênh lệch về thời gian giữa 2 tín hiệu ghép kênh trong khi thực hiện chức nǎng phân chia/phân phối báo hiệu của đơn vị VC. Để ghép kênh, các tín hiệu thành phần được chuyển đổi thành STM-1 sau khi qua các phần tử ghép kênh nói trên. Nghĩa là quá trình ghép kênh như sau:
28. Các tín hiệu thành phần: Tín hiệu DSn hoặc dịch vụ Hn (n= 1,2, 3,4) Cn: DSn + OH, Hn + OH (OH là 1 bit chèn cố định và phần bổ xung) Vcn: Cn + POHn (POH là phần bổ xung theo đường) Tun: VCn + THn PTR (PTR là 1 con trỏ) Vcn+1: N x TUn + POHn+1 (N là 1 số nguyên, n=1,2,3) Aum: VCm + AUm PTR (m=3 hoặc 4) STM-1: AUm+ SOH (SOH là 1 phần bổ xung theo phần) STM-N: STM-1 x N (N=1,4,8 ) ở đây, để ghép kênh N số STM-1 thành STM-N, có thể dùng phương pháp xen byte đơn giản thể hiện ở hình 3.35. Hình 3.35. Phương pháp ghép kênh đồng bộ Mặt khác, tín hiệu phân cấp dị bộ DSn và dịch vụ Hn được ghép kênh thành STM-N bằng cách qua những quá trình sau: Hình 3.36. Ghép kênh thành STM-N 3.6.4 Tiêu chuẩn hoá phân cấp số đồng bộ: ở Mỹ, việc nghiên cứu mạng quang học đồng bộ SONET, một mạng truyền dẫn quang học đồng bộ sử dụng như những trục truyền thông được nối với nhau bằng các sợi quang học đã được tiến hành từ 1984; một sợi quang học chứa một vài tuyến trục truyền thông chính để chuyển các tín hiệu tiêu chuẩn hoá một cách song song. Hệ thống này đã được chấp nhận như 1 tiêu chuẩn của ITU-T. Tương ứng, ở những vị trí tương ứng rời cổng thu trên các đường, những tín hiệu chuẩn của mỗi đường hoặc tín hiệu dưới cấp đó được tách ra và xen vào để phân chia hoặc kết hợp các tín hiệu. Các đường được phân phối tại các điểm giao nhau của các đường trục cũng giống như những chiếc ô tô thay đổi tuyến đi dựa theo điểm đích của chúng. Format đồng bộ đã được chấp nhận như một tiêu chuẩn Mỹ như sau: Các tín hiệu STS1 (tín hiệu chuyển đồng bộ cấp 1) với tốc độ cơ bản 51,840 Mb/s đã được chọn làm những tín hiệu cơ bản sẽ chiếm mỗi làn trên đường trục thông tin và những tín hiệu STS-N (tốc độ 51,840 Mb/s) đã được chọn làm những tín hiệu N làn (đơn hướng). Cũng như thế một vật mang quang học cấp 1 (OC-1) và OC-N đã được chọn để sử dụng làm giao diện quang học. Giao diện nút mạng (NN1) sử dụng cả giao diện của mạng trung kế và giao diện mạng người sử dụng (UNI) là giao diện giữa các
29. thuê bao và mạng, giao diện này tiếp theo được phân thành những NNI dị bộ và NNI đồng bộ. ITU-T đã nghiên cứu việc tiêu chuẩn hoá liên quan đến vấn đề này. Trong trường hợp NNI dị bộ sử dụng từ 1988, việc tiêu chuẩn hoá giao diện tới loại DS4 đã được hoàn thành. Đối với những tốc độ cao hơn việc nghiên cứu tập trung vào tiêu chuẩn hoá quốc tế của NNI đồng bộ đã được tiến hành. Kết quả là, vào 11/1988 STM-1 và STM-4 (622,080 Mb/s) với tốc độ cơ bản 155,520 Mb/s đã được kiến nghị. Sự khác biệt là ở chỗ cấu trúc ghép kênh của tín hiệu STS-3 cũng giống như STM-1 và ở chỗ nó có thể thích ứng tới các tín hiệu loại DS4 (hoặc dịch vụ loại H4) với nội dung thông tin về phần bổ xung từng phần và dung lượng tải. 3.6.5 Sự đồng bộ hoá mạng Để thực hiện một cách linh hoạt việc trao đổi, tách và xen vào sự chia thời gian của các tín hiệu ghép kênh, xung thu/phát của mỗi nước nên được đồng bộ hoá về mặt thời gian. Nếu không làm được điều này thì sự trượt sẽ xảy ra. Ba loại đồng bộ mạng hiện có gồm: phương pháp đồng bộ hoá gần đồng bộ được thực hiện bằng cách lắp đặt một dao động tách biệt ở từng tổng đài, sự đồng bộ chủ/tớ được thực hiện bằng cách đảm bảo để bộ dao động ở tổng đài là mức cao nhất và sau đó, cung cấp đồng bộ cho các tổng đài nhánh mức cao (high-level) để đồng bộ toàn mạng, và phương pháp đồng bộ hoá tương hỗ được thực hiện bằng cách đảm bảo để một bộ dao động tần số thay đổi ở mỗi tổng đài, so sánh sự khác pha giữa đồng hồ của các tổng đài khu vực với đồng bộ ở các tổng đài khác trong mạng, và sau đó điều khiển tần số dao động để giá trị trung bình của những sự khác pha này bằng 0 nhằm đồng bộ toàn mạng. Hình 3.37. Sự đồng bộ hoá mạng qua sự đồng bộ hoá các nhánh. Trong trường hợp đồng bộ hoá gần đồng bộ, bộ dao động phải được vận hành ở mức độ ổn định cao bởi vì các tổng đài khác thu được sự trượt ra sự xuất hiện thường xuyên của sự khác biệt tần số đồng hồ. Trong trường hợp đồng bộ hoá tương hỗ, các tổng đài hay các tuyến truyền dẫn có lỗi sẽ có ảnh hưởng tối thiểu với các tổng đài hay các tuyến truyền dẫn có lỗi sẽ có ảnh hưởng tối thiểu với các tổng đài hay tuyền truyền dẫn khác. Trong trường hợp ngược lại, việc phát hiện lỗi sẽ rất khó thực hiện và các thiết bị đồng bộ hoá phức tạp hơn sẽ cần thiết cho sự vận hành. G.811 của các khuyến nghị ITU-T đã đưa ra ý kiến về việc sử dụng đồng bộ trên bình diện quốc tế và việc duy trì sự chính xác của tần số của các cổng quốc tế ở độ trượt là 1 trượt /70 ngày (1 slip/7 days) (độ trượt 10-11 ). Để đạt mức độ chuẩn xác này, cần phải sử dụng một bộ dao động hạt nhân có Cesium hoặc Rudiem. 3.7 Sự phát triển của công nghệ truyền dẫn 3.7.1 Hệ thống chuyển mạch tương tự và truyền dẫn số. Nǎm 1877, một nǎm sau khi phát minh ra điện thoại, dịch vụ chuyển mạch được khởi sự tại Boston, Mỹ. Nǎm 1889, A.B.Strowger của Mỹ đã sáng chế ra một hệ thống chuyển mạch tự động và sau đó, vào nǎm 1920, hệ thống chuyển mạch ngang dọc được lắp đặt lần đầu tiên tại Thuỵ Điển. Nǎm 1948, hệ thống chuyển mạch ngang dọc thứ 5 được lắp đặt ở Mỹ. Vào khoảng thời gian này, phòng thí nghiệm
30. Bell của Mỹ công bố sự phát triển thành công phương pháp điều khiển chương trình được lưu trữ mà đã trở thành nền tảng cho các hệ thống chuyển mạch (switching) điện tử đang được sử dụng hiện nay. Mặt khác, lịch sử liên lạc số bắt đầu từ khi mà các hệ thống truyền dẫn được số hóa, nó xuất hiện trước sự phát minh ra hệ thống chuyển mạch. Việc truyền số có thể gửi 12 lần số lượng thông thường qua một đường tiếng thông qua quá trình ghép kênh, đồng thời cho hiệu quả kinh tế cao hơn. Vì lẽ đó, việc số hoá được thực hiện từ các chặng ngắn, quan trọng thông qua việc sử dụng các hệ thống chuyển mạch tương tự; Kết quả là, giao tiếp với hệ thống chuyển mạch được thực hiện bởi đơn vị tiếng. Hơn nữa, nó có khả nǎng thực hiện một cách vừa đủ các thông tin báo hiệu khác nhau và chính vì lẽ đó, công nghệ truyền dẫn được cải tiến không dựa vào sự phát triển của công nghệ chuyển mạch. Các yêu cầu vào thời điểm này, là những khía cạnh kinh tế được xem xét cho việc truyền dẫn giữa các điểm; Qua đó, việc số hoá các tuyến truyền dẫn được coi là chức nǎng giá cả của các tuyến dây, các bộ ghép kênh và các bộ chuyển đổi A/D. Ngoài ra, hệ thống chuyển mạch vào thời điểm này không tạo ra bất kỳ hạn chế nào đối với sự đồng bộ được thực hiện bởi chức nǎng ghép kênh. Vì vậy, chỉ có cải tiến các nguồn đồng hồ tinh thể trong các thiết bị truyền dẫn và sự ổn định của đường thông là vấn đề phải xem xét. Tuy nhiên, những lỗi đồng hồ tạo ra do các hệ thống chuyển mạch không phải là những vấn đề nghiêm trọng bởi sự sử dụng phương pháp chèn xung. Các thiết bị truyền dẫn được vận hành một cách ổn định bởi sự đồng bộ chủ / tớ của các đường báo hiệu thu và phát được thực hiện một cách bình thường. Hơn nữa, các dịch vụ được cung cấp hiện nay chủ yếu là dịch vụ tiếng nên các qui chế vừa phải được áp dụng đối với tốc độ lỗi bit (10-4). Trên cơ sở này, phương pháp T2 (locap 96 đường), phương pháp T4 (274 Mbps), FT-2 và FT-3, là những phương pháp thông tin quang dung lượng lớn được phát triển một cách thành công và được thương mại hoá cùng với các bộ ghép kênh như M12, M23 và M34. Tất cả các bộ ghép kênh này được ghép kênh theo phương pháp dị bộ qua việc chèn xung. 3.7.2 Giới thiệu hệ thống chuyển mạch số và truyền dẫn số. Việc số hoá các hệ thống thông tin liên lạc là chủ đề rất đáng quan tâm và nghiên cứu bởi vì truyền dẫn số đã được sử dụng rộng rãi. Mỗi khi loại hệ thống chuyển mạch bằng số mới được sáng chế thì các hệ thống chuyển mạch bắt đầu có các yêu cầu dỡ bỏ các phần quá tải A/D - D/A để giảm bớt chi phí của phần giao tiếp giữa các hệ thống chuyển mạch với các thiết bị truyền dẫn và một số hệ thống chuyển mạch đã ghép thêm các thiết bị truyền dẫn và một số hệ thống chuyển mạch đã ghép thêm các thiết bị truyền dẫn vào với chúng. Và để có hiệu quả và kinh tế lớn hơn, việc sử dụng các hệ thống truyền dẫn cáp quang cho các hệ chuyển mạch đã được phát triển thành công. Hơn nữa, các hệ thống chuyển mạch bắt đầu yêu cầu sự đồng bộ mạng. Nghĩa là, khi mà các hệ thống chuyển mạch được số hoá thì tất cả các hệ thống chuyển mạch phải được đồng bộ với cùng một đồng hồ chuẩn. Nói cách khác, nếu tốc độ đồng hồ của 2 hệ chuyển mạch số khác nhau thì các hệ thống không thể tránh khỏi sự trượt. Các dịch vụ dữ liệu như DDS (hệ thống dữ liệu số) không cho phép sự việc này xảy ra và một sự đồng bộ thích hợp giữa hai hệ chuyển mạch trở thành một vấn đề lớn. Và, như các vấn đề cơ bản, một sự đồng bộ hoàn toàn phải được thực hiện tại mỗi điểm cuối của ghép kênh bởi vì hệ thống ghép kênh dị bộ được vận hành đối với các nguồn vào độc lập và còn gì tồi tệ hơn một hệ thống không thể phân biệt một cách trực tiếp các bit tiếng nói từ các tín hiệu khác. Công nghệ hiện có có thể thực hiện chức nǎng chuyển mạch một cách trực tiếp bởi đơn vị đường tiếng tại mức độ khoảng 50 Mbps. Tuy nhiên, về các hệ thống truyền dẫn dị bộ hiện nay, chúng phải được hạ thấp tới cấp ghép kênh đồng bộ 1.544 Mbps một cách không điều kiện cho việc phân biệt rõ bit tiếng nói. Như vậy, có thể tránh sự quá mức của A/D - D/A nhưng không phải sự quá mức của ghép kênh/phân kênh. Để giải quyết vấn đề này, một loạt phương pháp mới thực hiện ghép kênh đồng bộ để tìm kiếm một cách dễ dàng các bit tiếng nói trên tín hiệu mà đã được ghép kênh vào nhóm mức cao, đã được đề xuất; SYNTRAN sử dụng cấu trúc khung cơ bản, phương pháp sử dụng tốc độ của phương pháp dị bộ hiện có như DST của Nhật Bản trong việc tạo ra các khung mới, và phương pháp cho mạng điều khiển phần mềm trong tương lai trong đó người sử dụng có thể cấu hình các mạng. Hơn nữa, bằng cách mở rộng công việc này, ta có thể thiết lập một mạng hiệu quả bao gồm các hệ thống chuyển mạch, các thiết bị nối qua và cáp quang. 3.7.3 Chuyển mạch gói, chuyển mạch tuyến và truyền dẫn số. Các mạng thông tin liên lạc của thế kỷ 21 cho phép những người sử dụng lựa chọn các dải dịch vụ và tiếp cận các loại dịch vụ một cách tự do dựa vào những tiến bộ trong công nghệ truyền tải. Và kết quả
31. là, chúng sẽ được liên kết vào các hệ thống có khả nǎng đáp ứng các nhu cầu liên lạc hiện có và tương lai như các máy điện thoại, số liệu truyền hình hay việc nối các mạng LAN tốc độ cao (1,2 Kbps ~ hàng trǎm Mbps) thông qua việc thực thi B-ISDN với khả nǎng xử lý thông tin bằng đơn vị gói (packet). Như đã nêu trên, các mạng liên lạc trong tương lai sẽ có chức nǎng chuyển mạch mạch cũng như chức nǎng chuyển mạch gói. Qua đó, các hệ thống truyền dẫn phải được phát triển với khả nǎng đáp ứng các yêu cầu và đặc tính của thông tin. Thông tin mạch hiện có và thông tin gói là riêng biệt với nhiều tốc độ bit khác nhau. Và, các độ rộng bǎng tần của chúng thay đổi thường xuyên và chúng không tạo ra những yêu cầu đồng bộ mạng. Tuy nhiên, khi một mạng liên lạc gói mới được áp dụng, nó sẽ không làm tổn hại chất lượng hệ thống trong khi giao tiếp với mạng liên lạc hiện có. Hơn nữa, trong việc ghép kênh đồng bộ đã nêu bên trên, nó phải có khả nǎng xác định các gói trên các bit được truyền đi và vì vậy, sự liên lạc phải được thực hiện bởi đơn vị khối. Trong trường hợp này, phương pháp không đặt các khe thời gian một cách cố định được gọi là phương pháp truyền dị bộ (ATM). Dựa vào sự linh hoạt đối với các loại dịch vụ, ATM được coi là một phương pháp truyền tin quan trọng. Ngoài ra, ITU-T hy vọng có thể đưa ra một loại lai ghép mà có thể thích ứng với ATM và STM để phản ánh các yêu cầu của SONET qua việc áp dụng phương pháp truyền đồng bộ. Họ đề xuất một cấu trúc truyền bǎng rộng 2 bậc cho một mạng thuê bao bằng cách sử dụng đồng thời chuyển mạch gói và chuyển mạch tuyến; nghĩa là, trong mạng thuê bao có thể xử lý nhiều loại thông tin và tốc độ, ghép kênh sơ cấp được thực hiện với phương pháp DTDM (TDM động lực) và sau đó, tại tổng đài, kết quả ghép kênh được phân kênh lại với phương pháp TDM. Về phần này, việc ghép kênh các phần thuê bao trở nên quan trọng hơn việc ghép kênh của truyền dẫn giữa các tổng đài và vì lẽ đó, một trong các mục tiêu lớn trong lĩnh vực truyền dẫn là phát triển các thiết bị điều khiển và ghép kênh cuả các đầu cuối thuê bao cần thiết cho việc cung cấp các dịch vụ một cách kinh tế và hiệu quả. Hình 3.38. Cấu trúc DTDM của mạng thuê bao 3.8 Công nghệ truyền dẫn thuê bao 3.8.1 Phần giới thiệu. Mạng thuê bao được sử dụng để nối các đầu cuối thuê bao trong nhà của các thuê bao với mạng thông tin. Có thể sử dụng nhiều phương pháp liên tục kiểu có dây/không có dây. Tuy nhiên, đối với các thuê bao chung, loại được sử dụng rộng rãi nhất là phương pháp truyền bǎng tần tiếng nói tương tự bằng cách sử dụng cáp kim loại 2 hoặc 4 dây. Kể từ khi sáng chế ra các hệ thống điện tín và điện thoại khoảng 100 nǎm trước, các loại cáp kim loại được sử dụng rộng rãi như là một phương tiện tốt nhất để nối các thuê bao với các mạng thông tin. Trừ một vài sửa đổi vật lý như việc lắp thêm các cuộn tải và cuộn hybrid, các dây cáp được sử dụng ngày nay chủ yếu là giống với các loại dây được sử dụng trong giai đoạn khởi đầu của sự phát triển. Nói cách khác, trong số các thuê bao, sự truyền dẫn và các phương tiện chuyển mạch, 3 bộ phận quan trọng của truyền thông, sự truyền dẫn và các phương tiện chuyển mạch đã được cải tiến một cách đáng kể theo những tiến bộ trong công nghệ thông tin liên lạc,
32. máy tính điện tử và công nghệ bán dẫn. Mặt khác, các phương tiện thuê bao chủ yếu vẫn được duy trì như trước và mục tiêu xử lý tiếng nói tương tự có dải bǎng rộng 300-3400Hz vẫn có giá trị đến ngày nay. Trong những nǎm 1980, SLIC (mạch giao tiếp đường thuê bao) cho việc thay thế các cuộn hybrid bằng các phần tử bán dẫn, và các phần tử bán dẫn mới và các thiết bị truyền dẫn như các thiết bị tập trung/ghép kênh thuê bao dạng số để tiết kiệm các mạch thuê bao đang được áp dụng từng bước vào mạng thuê bao. Tuy nhiên, chúng được sử dụng chủ yếu cho việc xử lý dải tần tiếng nói tương tự chẳng hạn trong trường hợp các phương pháp hiện có. Trong suốt thời gian khi các mạng lưới thông tin liên lạc được sử dụng chủ yếu cho việc chuyển các thông tin tiếng nói và có ít nhu cầu cho những liên lạc dữ liệu tốc độ cao, các yêu cầu của người sử dụng được đáp ứng chỉ với các cáp kim loại hoạt động với dải tần 300Hz~3400Hz. Tuy nhiên, vì các nhu cầu ngày càng tǎng, nhu cầu thiết lập các mạng lưới thuê bao tân tiến và ISDN (mạng đa dịch vụ) là cần thiết. ISDN có thể được xác định là một mạng lưới liên lạc có khả nǎng cung cấp sự kết nối số từ các máy thuê bao chủ gọi đến các máy thuê bao bị gọi và xử lý hàng loạt loại dịch vụ tiếng nói và phi tiếng nói. Như vậy, việc số hoá toàn bộ mạng lưới liên lạc là cần thiết phải thực hiện trước tiên trong trình tự thiết lập loại mạng truyền thông này. Vì những ưu điểm của chúng, phương pháp truyền thông số đã được áp dụng vào lĩnh vực truyền dẫn từ những nǎm 1960 và vào lĩnh vực chuyển mạch từ những nǎm cuối thập niên 1970. Việc nghiên cứu về số hoá các tuyến thuê bao đã được tiến hành từ những nǎm cuối của thập niên 70. Một loạt phương pháp khác như việc lắp đặt các phương tiện truyền dẫn mới có giá trị cho việc số hoá các tuyến thuê bao; khi nhận ra rằng chi phí thiết lập các thiết bị thuê bao chiếm khoảng 40% tổng đầu tư thiết lập mạng liên lạc thì cách tốt nhất là truyền các tín hiệu số theo đường cáp kim loại hiện có. Tuy nhiên, dù các tuyến thuê bao đã được số hoá thông qua việc sử dụng công nghệ tân tiến nhất, thì tốc độ truyền vẫn bị hạn chế ở khoảng 100Kbps~200Kbps để duy trì khoảng cách truyền tin lớn nhất. Do đó, những mạng lưới thuê bao hiện có cần phải được sắp xếp lại toàn bộ trong quá trình chuẩn bị cho ISVN (mạng đa dịch vụ hình) hoặc ISDN bǎng rộng, được coi là thế hệ kế tiếp của ISDNs. Nghĩa là, trong các mạng liên lạc thông tin hình tích hợp, khả nǎng cho việc xử lý hình ảnh là cần thiết và để truyền các tín hiệu hình, cần có 1 bǎng rộng hàng trǎm Mbps từ các mức thuê bao. Các phương pháp thuê bao cáp quang và không dây đang được xem xét như các phương tiện truyền dẫn để xử lý thông tin bǎng rộng như vậy. Trừ những địa điểm đặc biệt như các khu vực rừng núi, việc áp dụng cáp quang được coi là khả thi nhất. 3.8.2 Đường truyền dẫn. Các cáp kim loại cho loại liên lạc dùng dây còn được phân chia thành cáp sợi dây trần, các cáp đôi cân bằng và các cáp đồng trục. Các cáp sợi dây trần là những dây không có vỏ cách điện và đã được sử dụng một cách rộng rãi nhất từ khi phát minh ra các hệ thống điện thoại và điện tín. Tuy nhiên, hiện nay loại dây này rất ít được sử dụng bởi những mức độ thất thoát lớn, xuyên âm và tạp âm do nhiễu. Các cáp đôi là hai dây lõi xoắn lại với vỏ cách điện. Loại này còn được coi là cáp đôi xoắn. Nhiều dây lõi được thêm vào để hình thành một dây cáp. Về vỏ cách điện, người ta sử dụng các nguyên liệu plastic như giấy hoặc polyethylene. Chúng chủ yếu được sử dụng trong bǎng tần dưới một MHz. Các dây cáp đồng trục là các cáp có dây dẫn ngoài và trong. Dựa vào các đặc tính giảm xuyên âm này sinh từ những liên kết điện giữa mạch của các cáp này, chúng chủ yếu được sử dụng cho việc truyền các tính hiệu tần số cao từ hàng chục MHz đến hàng trǎm MHz. Những tuyến truyền tin này, được nêu trong hình 3.39, có thể được giải thích qua việc đánh giá điện trở (điện trở ohm/khoảng cách); độ tự cảm (độ tự cảm, H/đơn vị khoảng cách), điện dung (F/đơn vị khoảng cách) và độ dẫn điện (MHO/đơn vị khoảng cách). Chúng được gọi là hằng số cơ bản. Hình 3.39. Hằng số cơ bản của đường truyền dẫn
33. Trong những đơn vị trên, điện trở R được xác định qua các phần tử trở kháng của các dây dẫn tạo nên đường và nó là hằng số ở dải tần của tiếng nói; tuy nhiên, vì hiệu ứng của vỏ, nó gia tǎng theo tỉ lệ cǎn bậc hai của tần số khi tần số tǎng. Độ điện cảm L, bởi vì các lý do tương tự, bị giảm đi theo tần số. Tuy nhiên, sự ảnh hưởng với các phần tử điện dung của tần số là nhỏ nhất. Độ dẫn C được sản sinh bởi những sai sót về chất cách nhiệt được sử dụng ở vỏ các cuộn dây lõi hoặc sự thất thoát điện môi. Tuy vậy, khi sử dụng các chất liệu cách điện tốt như polyethylene, độ dẫn có thể loại trừ. Những thay đổi của các hằng số cơ bản theo tần số cho PIC (cáp cách điện polyethylene) của 22-gauge được chỉ rõ ở hình 3.40 Hình 3.40. Sự thay đổi trong hằng số cơ bản theo tần số Khi sóng điện tử được đưa đến tuyến truyền dẫn, nó sẽ gặp thành phần trở kháng được gọi là trở kháng đặc trưng. Nó được xác định như sau bởi một hằng số cơ bản: Tuy nhiên, W = 2Hf và f đặc trưng cho tần số của sóng điện tử. Và, vận tốc truyền và lượng suy giảm của sóng điện tử trên tuyến được xác định bằng hằng số truyền. Các hằng số của sóng điện tử còn được phân chia thành a và b. Vào thời điểm này, a là hằng số suy giảm đặc trưng cho lượng suy giảm và b đặc trưng cho hằng số pha liên quan đến sóng điện tử. Nghĩa là, a đặc trưng cho lượng suy giảm từ nguồn ra đến phía nguồn ra (dB/đơn vị khoảng cách), b là độ lệch pha giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra (Radian/đơn vị khoảng cách). Do đó, vận tốc truyền hiện tại Vp (vận tốc pha) bằng w/b. Hằng số điện tử r của sóng điện tử được xác định như trong phương trình (3.2). Và, cùng với trở kháng đặc trưng Zo, nó là hằng số thứ cấp của đường đi (path). Cùng với hằng số cơ bản, hằng số thứ cấp là một nhân tố quan trọng được sử dụng để xác định các đặc tính điện của đường đi. Những đặc tính của chúng trong mỗi bǎng tần số như sau : a) Trong trường hợp DC (v = 0) ở đây, vì G rất nhỏ, Zo có giá trị rất lớn và a có một giá trị tương đối thấp.
34. b) Trong trường hợp tần số thấp Vì G có thể bỏ qua, Như được chỉ ra ở phương trình trên, trở kháng đặc trưng giảm khi tần số tǎng và lượng suy giảm tǎng đều. Và, vận tốc pha Vp của sóng điện tử tần số thấp thu được bằng cách sử dụng phương trình sau : c) Trong trường hợp tần số cao (wL >> R, wC >> G) Khi bỏ qua G : Trong phương trình (3.8), Zo không được chỉ ra bởi vì chức nǎng tần số không còn nữa và chỉ có phần tử điện trở. Vào thời điểm này, giá trị Zo bằng giá trị trở kháng đặc trưng mà nhà sản xuất cáp ấn định. Như đã chỉ ra ở phương trình (3.9), a và Vp được xác định với một giá trị nào đó và không thay đổi theo tần số nữa. ở hình 3.41, sự thau đổi của giá trị hằng số thứ cấp theo tần số thay đổi như đã được chứng minh bên trên. Nói chung, hằng số suy giảm a tǎng cùng với sự tǎng của R và G, và có một điểm tối thiểu của lượng suy giảm đối với sự thay đổi của L và C. Khi phân biệt bằng cách sử dụng L như một hằng số để đạt được giá trị tối thiểu của hằng số suy giảm a, giá trị tối thiểu của a sẽ thu được dưới điều kiện sau. LG = RC (3.10) ở đây, phương trình sau đây sẽ đạt được khi có Z = R = jw, Y = G + jw (và thay thế phương trình (3.10) vào Y).
35. Hình 3.41. Sự thay đổi hằng số thứ cấp theo tần số "r" có thể đạt được như sau từ phương trình (3.2) Qua đó, thu được phương trình sau : Trong phương trình (3.13), a có giá trị tối thiểu của ệ RG và a và Vp trở thành những giá trị không liên quan gì tới từng tần số. Tương tự như vậy, phương trình (3.10) ở trong một điều kiện được gọi là điều kiện không biến dạng (distortionless condition). Tuy nhiên, trong thực tế giá trị của RC là một giá trị lớn gấp trǎm lần giá trị của LG và theo đó, để đáp ứng điều kiện không biến dạng, hoặc là R hoặc C phải được giảm đi hoặc là G hoặc L phải tǎng lên. Để giảm R, bán kính của dây dẫn phải tǎng hoặc phải sử dụng dây dẫn có chất lượng tốt và như thế thì không kinh tế. Để giảm C, khoảng cách giữa các dây dẫn phải được mở rộng và vì thế sẽ gặp khó khǎn trong việc sản xuất dây cáp. Ngược lại, a sẽ tǎng khi G tǎng và qua đó, sẽ không hiệu quả. Như vậy thì phương cách hiệu quả nhất là tǎng L. Tải là quá trình thêm L một cách giả tạo cùng với L của tuyến để tǎng phần tử điện cảm. Hai loại tải hiện có là tải phân bố và tải tập trung. Đối với loại tải tập trung, các cuộn tải có phần tử điện cảm được lồng vào bất kỳ đoạn nào của một tuyến. Khi áp dụng tải phân bố, vật liệu từ tính như dây thép thậm
36. chí được cuộn vào cốt dây cáp và qua đó, L toàn tuyến được tǎng lên. Vì sự phức tạp của cấu trúc dây cáp, việc tải phân bố sẽ rất đắt cho việc thực hiện và chủ yếu được sử dụng cho những ứng dụng đặc biệt như là các loại cáp biển. Giá trị suy giảm tối thiểu có thể thu được thông qua tải; trong trường hợp tải tập trung, các tuyến hoạt động như các bộ lọc tần số thấp và do đó, sự mất mát ở tần số cao hơn tần số cắt tǎng nhanh như trong hình 3.43. Hình 3.42. Cuộn tải Hình 3.43. Đồ thị suy giảm đường bởi tải Vì lẽ đó, khi truyền đi các tín hiệu tần số cao như các tín hiệu số theo các tuyến thì nên loại bỏ đi các cuộn tải để hạn chế mức thấp nhất của nhiễu. Trên phần lớn các tuyến thuê bao, các cáp đôi được sử dụng bởi vì chúng dễ dàng cho việc thực hiện và rất kinh tế. Những dây cáp đôi này được cách điện cẩn thận bằng polyvinyl Chloride, Polyethylene hay bằng giấy và sau đó, được xoắn vào một sợi cáp. 10~2400 chiếc cáp đôi được nhóm lại để tạo thành nhiều loại cáp khác nhau. Để tǎng thêm các đặc tính kỹ thuật của dây cáp, PVCs hoặc PEs được sử dụng và sau đó, lớp bọc cáp sẽ được phủ vào phía bên ngoài của các dây cáp. Và, để tránh bị hư hỏng vì bị ẩm, hở/ngắt mạch điện, người ta lồng bǎng nhôm hoặc đồng vào giữa các vỏ. Các dây cáp được phân loại thành cáp alpeth, cáp stalpeth và cáp wellmantel dựa vào các chất liệu được sử dụng và cấu trúc cáp. Một cách chung nhất, với các loại cáp địa phương, các dây điện cốt có đường kính 0.4, 0.5, 0.65 và 0.9 mm được sử dụng một cách rộng rãi. Các đặc tính điện của các dây cáp cách đất được sử dụng cho 1 KHz được liệt kê ở bảng 3.11 Đường kính Tổn hao trên Điện trở DC Trở kháng lõi dây điện (mm) đường dây (dB/km) (W /km vòng) đặc trưng (W )