Phân tích cụ thể về kỹ thuật ghép kênh trong hệ thống thông tin số

  • 66 trang
  • file .doc
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo
trong trường Đại học Hàng Hải Việt Nam nói chung và các thầy cô giáo trong
khoa Điện-Điện tử nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những
kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Đình Thạch, thầy đã tận
tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt
nghiệp. Trong thời gian làm việc với thầy, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều
kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu
khoa học nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá
trình học tập và công tác sau này.
Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên,
đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành
đồ án tốt nghiệp.
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan :
1. Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của
thầy Nguyễn Đình Thạch.
2. Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên
công trình, thời gian, địa điểm công bố.
3. Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tôi xin
chịu hoàn toàn trách nhiệm
Sinh viên
Phạm Thị Thu Phương
ii
MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU.......................................................................................................1
CHƯƠNG 1 CƠ SỞ KỸ THUẬT GHÉP KÊNH SỐ...........................................2
1.1. Mô hình hệ thống thông tin số........................................................................2
1.2. Số hoá tín hiệu liên tục trong kênh truyền dẫn số..........................................3
1.2.1. Khái quát quá trình số hoá tín hiệu liên tục.................................................3
1.2.2. Phương pháp mã hoá dạng sóng..................................................................3
1.3. Điều chế xung mã (PCM)...............................................................................4
1.3.1. Nguyên tắc điều chế xung mã tín hiệu thoại liên tục..................................4
1.3.2. Mã hoá tín hiệu nhóm kênh thoại sử dụng PCM........................................5
1.4. Ghép kênh trong hệ thống thông tin số..........................................................6
1.4.1 Nguyên lý ghép kênh theo thời gian.............................................................6
1.4.2. Vấn đề đồng bộ trong ghép kênh số............................................................6
CHƯƠNG 2 GHÉP KÊNH KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ CẬN ĐỒNG BỘ.............8
2.1. Ghép kênh sơ cấp...........................................................................................8
2.1.1. Khái quát.....................................................................................................8
2.1.2 Ghép kênh sơ cấp hệ Mỹ - Nhật...................................................................8
2.1.3. Ghép kênh PCM sơ cấp 30 kênh hệ Châu Âu...........................................10
2.1.4. Ghép các nhánh số liệu lên tốc độ sơ cấp..................................................12
2.2. Ghép kênh số trong hệ thống phân cấp số cận đồng bộ PDH......................15
2.2.1. Kỹ thuật ghép kênh số trong hệ thống PDH..............................................15
2.2.2. Hệ thống ghép kênh PDH theo tiêu chuẩn Châu Âu.................................17
2.2.5. Ghép kênh cấp 2 theo tiêu chuẩn Mỹ - Nhật trong thực tế.......................19
2.2.6. Ghép kênh cấp 2 theo tiêu chuẩn Châu Âu trong thực tế..........................20
2.2.7. Kỹ thuật chèn xung trong ghép kênh cấp 2...............................................21
2.3. Ghép kênh bậc cao trong hệ thống ghép kênh không đồng bộ.....................24
2.3.1. Bộ ghép cấp 3 tại 44736 Kbps và 32064 Kbps của Mỹ và Nhật Bản.......24
2.3.2. Bộ ghép cấp 4 của Nhật Bản tại 97728 Kbps............................................26
iii
2.3.3. Bộ ghép cấp ba theo chuẩn Châu Âu tại 34368 Kbps...............................27
2.3.4. Ghép kênh cấp bốn theo tiêu chuẩn Châu Âu tại 139264 Kbps................28
2.3.5. Ghép kênh cấp 5 tại 565 Mbps..................................................................30
2.4. Các hạn chế của hệ thống ghép kênh không đồng bộ..................................31
CHƯƠNG 3 GHÉP KÊNH ĐỒNG BỘ..............................................................33
3.1. Kỹ thuật ghép kênh số trong hệ thống thông tin số đồng bộ SDH (SDH:
3.1.1. Các khái niệm cơ bản về hệ thống phân cấp số đồng bộ SDH..................33
3.1.2. Cấu trúc ghép kênh đối với SDH..............................................................35
3.1.3. Cơ chế ghép các tải trọng trong cấu trúc SDH..........................................37
3.1.4. Các thông tin phụ trợ trong khung tín hiệu SDH......................................39
3.2. Kỹ thuật ghép các luồng số thành VC trong hệ thống SDH.........................40
3.2.1. Ghép các nhánh thành VC-4.....................................................................40
3.2.2. Ghép các nhánh thành VC-3.....................................................................45
3.2.3. Ghép các nhánh thành VC-2.....................................................................47
3.2.4. Ghép các nhánh thành VC-12...................................................................50
3.3. Kỹ thuật ghép các luồng nhánh thành luồng STM-1....................................51
3.3.1. Tạo luồng STM-1 khi sử dụng AU-4........................................................51
3.3.2. Ghép các nhánh AU-3 thành luồng STM-1...............................................53
3.4. Ghép các luồng STM-1 vào luồng STM-N..................................................54
3.4.1. Nguyên lý ghép theo nhóm byte................................................................54
3.4.2. Ghép bốn luồng STM-1 thành luồng STM-4............................................55
3.5 Các đặc điểm của ghép kênh đồng bộ trong hệ thống SDH.........................56
KẾT LUẬN.........................................................................................................57
iv
MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN
SDH : Synchronuos Digital Hierarchy – Hệ thống thông tin đồng bộ
ISDN: Broadband Intergrated Services Digital Network - Mạng số đa dịch vụ
băng rộng
CRC : Cycle Redundancy Check - kiểm tra độ dư chu trình CRC
VC : Virtual container – Container ảo
POH : Path OverHead - đoạn mào đầu đường
AU : Administrative Unit - Đơn vị quản trị
MS : multiplexing section - lớp đoạn tách ghép kênh
TU : Tributary Unit - Đơn vị nhánh
SOH : Section OverHead- Đoạn mào đầu
AU :AU Pointer- Con trỏ
v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sơ đồ khối của một hệ thống thông tin số.............................................2
Hình 1.2. Sơ đồ thực hiện PCM............................................................................4
Hình 1.3. Phương pháp biến đổi gián tiếp.............................................................5
Hình 1.4: Phương pháp biến đổi trực tiếp.............................................................6
Hình 1.5: Nguyên lý ghép kênh theo thời gian.....................................................6
Hình 2.1: Phân cấp ghép cấp 1 và các khuyến nghị của CCITT...........................8
Hình 2.2: Cấu trúc khung và đa khung của luồng số liệu bộ ghép PCM..............9
Hình 2.3: Cấu trúc khung và đa khung của luồng số liệu...................................10
Hình 2.4: Phân cấp ghép cấp 1 và các khuyến nghị của CCITT.........................11
Hình 2.5: Tổ chức khung bộ ghép cấp 1 PCM 30 kênh......................................11
Hình 2.6: Cấu trúc khung tín hiệu ghép nhánh đồng bộ 1.544Mbps..................13
Hình 2.7: Các phương pháp cấu trúc khe thời gian thứ 24..................................13
Hình 2.7: Hệ thống phân cấp số cận đồng bộ......................................................15
Hình 2.8: Hệ thống ghép kênh PDH theo tiêu chuẩn Châu Âu...........................18
Hình 2.9: Hệ thống ghép kênh PDH theo tiêu chuẩn Bắc Mỹ............................18
Hình 2.10: Hệ thống ghép kênh PDH theo tiêu chuẩn Nhật Bản........................19
Hình 2.11: Hệ thống ghép cấp hai PCM 96 kênh của Mỹ –Nhật........................20
Hình 2.12: Hệ thống ghép kênh PCM 120 kênh theo tiêu chuẩn Châu Âu.........20
Hình 2.13: Sơ đồ khối hệ thống ghép cấp 2 sử dụng chèn dương.......................21
Hình 2.14: Cấu trúc khung hệ thống ghép cấp 2 sử dụng chèn dương...............22
Hình 2.15: Cấu trúc khung của khung hệ thống cấp hai 6312 Kbps sử dụng chèn
dương...................................................................................................................22
Hình 2.16: Cấu trúc khung hệ thống ghép cấp hai 8448 Kbps............................23
Hình 2.17: Cấu trúc khung bộ ghép cấp ba 32064 Kbps.....................................24
Hình 2.18: Cấu trúc khung và đa khung hệ thống ghép cấp ba...........................25
Hình 2.19: Cấu trúc khung hệ thống ghép cấp bốn 97728 Kbps.........................26
Hình 2.20: Cấu trúc khung bộ ghép cấp ba, tốc độ 34368 Kbps sử dụng chèn
dương...................................................................................................................27
vi
Hình 2.21: Cấu trúc khung hệ thống ghép cấp ba 34368 Kbps sử dụng chèn kết
hợp dương/không/âm..........................................................................................28
Hình 2.22: Cấu trúc khung của hệ thống ghép cấp bốn......................................29
Hình 2.23: Cấu trúc khung hệ thống ghép cấp bốn.............................................29
Hình 2.24: Cấu trúc khung hệ thống ghép cấp năm 564992 Kbps......................31
Hình 3.1: Cấu trúc mạng ba lớp của các hệ thống SDH......................................33
Hình 3.2: Vị trí NNI trong mạng SDH................................................................34
Hình 3.3: Cấu trúc ghép tổng quát SDH.............................................................35
Hình 3.4 : Cấu trúc ghép cơ bản trong các hệ thống SDH..................................36
Hình 3.5: Cấu trúc khung STM-1 (a) và STM-N (b)..........................................36
Hình 3.6: Các bước ghép theo nhánh C-1, VC-4, STM-1, STM-N....................37
Hình 3.7: Các bước ghép tải C1 theo đường.......................................................38
Hình 3.8: Các bước ghép theo nhánh C-3, VC-3, AU-3, STM-1, STM-N.........38
Hình 3.9: Cấu trúc SOH......................................................................................39
Hình 3.10: Cấu trúc POH cho VC-3, VC-4 (a) , cho VC-1,VC-2 (b).................39
Hình 3.10: Vị trí các con trỏ TU bậc thấp...........................................................40
Hình 3.11: Sắp xếp các nhánh 139,264 Mbps thành VC-4 (a)............................41
Hình 3.12: Khuôn dạng tín hiệu TU-1 và TU-2.................................................41
Hình 3.13: Ghép các TU-1 và TU-2 thành VC-4................................................42
Hình 3.14: Ghép các TUG-21 thành VC-4..........................................................43
Hình 3.15: Ghép các TU-32 thành VC-4............................................................44
Hình 3,16: Ghép các TU-31 thành VC-4............................................................45
Hình 3.17: Ghép các nhánh 44 Mbps thành VC-32............................................45
Hình 3.18: Ghép nhánh 34 Mbps thành VC-31: cấu trúc khung VC-31 (a).......46
Hình 3.19: Ghép các TU-1 và TU-2 thành VC-31..............................................47
Hình 3.20: Ghép các TU-1 và TU-2 thành TUG-21 và VC-31...........................47
Hình 3.21: Ghép các nhánh 8448 kbps không đồng bộ thành VC-22.................48
Hình 3.22: Ghép các nhánh 8448 kbps đồng bộ thành VC-22...........................48
Hình 3.23: Ghép nhánh cận đồng bộ 6312 kbps vào VC-21..............................49
vii
Hình 3.24: Ghép nhánh đồng bộ 6312 kbps vào VC-21....................................49
Hình 3.25: Ghép các nhánh 2048 kbps thành VC-12: (a)trường hợp cận đồng bộ. 50
Hình 3.26: Tạo thành tín hiệu STM-1 từ C-4......................................................51
Hình 3.27: Tạo thành STM-1 từ các VC-31........................................................52
Hình 3.28: Tạo thành STM-1 từ bốn VC-31.......................................................53
Hình 3.22: Nguyên lý ghép theo nhóm byte.......................................................55
Hình 3.30: Ghép 4 luồng STM-1 thành 1 luồng STM-4 (a)sơ đồ ghép..............55
viii
LỜI NÓI ĐẦU
Ghép kênh tín hiệu số là một lĩnh vực rất quan trọng. Khởi đầu của ghép
kênh tín hiệu số là điều xung mã (PCM) và điều chế Delta (DM), trong đó PCM
được sử dụng rộng rãi hơn. Từ PCM, các nhà chế tạo thiết bị viễn thông đã cho
ra đời thiết bị ghép kênh cận đồng bộ( PDH) và sau đó là thiết bị ghép kênh
đồng bộ (SDH). Mạng thông tin quang SDH đã mở ra một giai đoạn mới của
công nghệ truyền thông nhằm đáp ứng nhu cầu tăng trưởng rất nhanh của các
dịch vụ viễn thông, đặc biệt là dịch vụ Internet.
Đồ án duới đây sẽ phân tích cụ thể về kỹ thuật ghép kênh trong hệ thống thông
tin số.
1
CHƯƠNG 1
CƠ SỞ KỸ THUẬT GHÉP KÊNH SỐ
1.1. Mô hình hệ thống thông tin số.
Xét một hệ thống thông tin số đơn giản nhất có sơ đồ khối được biểu diễn
như trong hình 1.1. Gồm các khối có thể được phân loại theo nhiệm vụ như sau
[V1]:
- Biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số.
- Tập hợp các tín hiệu số từ các nguồn khác nhau thành tín hiệu băng gốc.
- Xử lý tín hiệu băng gốc để truyền trên kênh thông tin.
- Truyền tín hiệu băng gốc trên kênh thông tin.
- Thu tín hiệu băng gốc từ kênh thông tin.
- Xử lý tín hiệu băng gốc thu được để phân chia thành các nguồn khác
nhau tương ứng.
- Biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự tương ứng.
FDM FDM
Codec Codec
Tín hiệu Ghép Điều Kênh Giải điều Tách Giải Tương
Mã hoá
tương tự kênh số chế số thông tin chế số kênh số mã tự
Các nguồn Luồng
số khác số
Hình 1.1: Sơ đồ khối của một hệ thống thông tin số
Các tín hiệu đưa vào bộ ghép kênh số được tập hợp từ các nguồn khác
nhau, có thể là các nguồn tín hiệu điều tần sau khi qua giải mã, hoặc tín hiệu
tương tự (âm thanh, số liệu…) và các nguồn số khác.
Quá trình biến đổi, mã hoá tín hiệu tương tự thành tín hiệu số có thể sử
dụng các sơ đồ điều chế [V3]:
- Điều chế xung mã PCM.
- Điều chế xung mã logarit (logPCM).
2
- Điều chế xung mã vi sai (DPCM).
- Điều chế xung mã vi sai tự thích nghi (ADPCM).
- Điều chế Delta (DM).
- Điều chế Delta tự thích nghi (ADM).
- Mã hoá dự đoán tuyến tính (LPC).
- ………………
1.2. Số hoá tín hiệu liên tục trong kênh truyền dẫn số.
1.2.1. Khái quát quá trình số hoá tín hiệu liên tục
Có 3 phương pháp mã hoá nguồn hiện đang được sử dụng [V1]:
- Mã hoá dạng sóng: Sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực dân sinh với dạng
tiêu biểu nhất là điều chế xung mã PCM.
- Mã hoá nguồn phát thanh: Cho hiệu quả phổ tần rất cao nhưng hệ thống
tương đối phức tạp, thường sử dụng cho mục đích quân sự.
- Mã hoá lai: Kết hợp cả hai phương pháp trên.
1.2.2. Phương pháp mã hoá dạng sóng.
Cơ sở của phương pháp này là định lý lấy mẫu [V1]:
Xét một tín hiệu S(t) có biến đổi Furie là S(f) được gọi là có băng tần hạn
chế nếu S(f) = 0 với |f| > W (W là tần số lớn nhất chứa trong S(t)). Khi đó S(t)
có thể biểu diễn duy nhất bởi các giá trị mẫu của S(t) với tốc độ lấy mẫu fs ≥
2.W trong một giây.
Như vậy, S(t) có thể biểu diễn qua công thức:
n
 sin 2 .W (1  )
n 2.W
S(t)=  S ( ).
n (1.1)
h.W
n 
2 .W (1  )
2.W
Với {S(n/2w)} là các giá trị mẫu của S(t) tại các thời điểm lấy mẫu t
n
= , có được nhờ nhân S(t) với tín hiệu lấy mẫu là chuỗi xung Dirac
2.W
3
 n 
t  .
 2.W 
Tần số lấy mẫu tối thiểu f N =2.W mẫu trong 1 giây gọi là tốc độ Nyquist.
Việc lấy mẫu với tốc độ thấp hơn tốc độ Nyquist có thể dẫn đến méo gập phổ
[V1].
1.3. Điều chế xung mã (PCM).
1.3.1. Nguyên tắc điều chế xung mã tín hiệu thoại liên tục.
Điều chế xung mã được thực hiện theo qui trình như trong hình 1.2
Xung
Tín hiệu PAM
Tín hiệu có băng Xung lượng tử
liên tục hạn chế PAM PCM
Lấy mẫu hoá
Lọc Lượng tử Mã hoá
fs
Hình 1.2. Sơ đồ thực hiện PCM
Có thể nêu sơ qua các bước điều chế tín hiệu PCM từ tín hiệu thoại liên
tục như sau:
- Lọc: Hạn chế phổ tần của tín hiệu liên tục cần truyền để thoả mãn yêu
cầu về băng tần hạn chế của định lý lấy mẫu mà chất lượng tín hiệu vẫn được
đảm bảo. Thông thường phổ tần là 4 Khz.
- Lấy mẫu: Rời rạc hoá tín hiệu sau lọc bằng chuỗi xung nhịp có tần số f s
để tạo ra tín hiệu điều biên xung PAM. Giá trị fs được chọn fs ≥ 2.W với W là dải
tần của tín hiệu lượng tử. Với phổ tần tiêu chuẩn là 4 Khz thì tần số lấy mẫu tiêu
chuẩn được chọn là fs = 2.W = 8 Khz.
- Lượng tử: là quá trình gán tín hiệu điều biên xung PAM cho các giá trị
lượng tử gần nó nhất.
- Mã hoá: Mỗi giá trị lượng tử hoá được mã bởi một từ mã. Thông
thường, tín hiệu PCM sử dụng bộ mã hoá 8 bit, trong đó độ dài từ mã là 8 bit.
Chú ý rằng các giá trị lượng tử hoá này là của tín hiệu sau nén. Vì vậy giá trị
lượng tử hoá thực của tín hiệu ban đầu phụ thuộc vào luật nén được sử dụng.
4
1.3.2. Mã hoá tín hiệu nhóm kênh thoại sử dụng PCM.
Quá trình số hoá tín hiệu FDM thành tín hiệu PCM có thể thực hiện theo
phương pháp trực tiếp hoặc gián tiếp.
- Phương pháp gián tiếp.
Tín hiệu siêu nhóm FDM được tách thành 60 kênh thoại lẻ. Các kênh
thoại âm tần lẻ được chia thành 2 nhóm, mỗi nhóm 30 kênh ghép thành luồng sơ
cấp 2,048 Mbps (chi tiết sẽ được bàn luận đến ở chương 2). Tốc độ luồng bit
sau mã hoá là 2x2,048 Mbps. Ở đầu thu, quá trình biến đổi ngược lại được thực
hiện và tín hiệu lối ra sẽ trở lại là tín hiệu siêu nhóm FDM.
Tín hiệu 1 PCM PCM 1 Tín hiệu
FDM MUX DEMUX FDM
FDM 30 sơ cấp 2,048 sơ cấp 30 FDM
(siêu DEMUX PCM Mbps PCM MUX (siêu
1 1
nhóm) MUX DEMUX nhóm)
sơ cấp 2,048 sơ cấp
30 Mbps 30
Hình 1.3. Phương pháp biến đổi gián tiếp
- Phương pháp trực tiếp: Tín hiệu siêu nhóm được biến đổi trực tiếp thành
tín hiệu PCM như trong hình 1.5. Ở đây tần số lấy mẫu f s ≥ 2fmax. Thông thường
tần số lấy mẫu được chọn [V1].
2 f max 2f
 f s  min (1.4)
n n
f max
Với n: số nguyên cực đại, n < f
max  f min
fmax, fmin: tần số cực đại và cực tiểu của tín hiệu siêu nhóm. Theo khuyến
nghị G221 của CCITT, siêu nhóm 60 kênh có tần số từ 312 Khz đến 552Khz thì
tần số lấy mẫu 552 Khz < f s < 624 Khz; n = 2 và do đó tốc độ của luồng PCM
được chọn là 6 Mbps.
5
tín hiệu Mã hoá 6 Mbps Giải
tínmã
hiệu
PCM PCM
FDM FDM
1.4. Ghép kênh trong hệ1.4:
Hình thống thôngpháp
Phương tin sốbiến đổi trực tiếp
Có 2 phương thức ghép kênh là ghép kênh theo tần số FDM và ghép kênh
theo thời gian TDM.
1.4.1 Nguyên lý ghép kênh theo thời gian.
Nguyên lý ghép kênh theo thời gian được minh hoạ đơn giản trong hình
1.5.
Nguồn tin 1 Nhận tin 1
Nguồn tin 2 K1 K1’
Nhận tin 2
K2 Đường truyền đẫn K 2’
Kn Kn’
Nguồn tin n Kđb Đồng hồ Kđb’ Nhận tin n
thu
Tín hiệu đồng Giám sát đồng
bộ khung Đồng hồ Đồng bộ bộ khung
phát nhịp
Phần phát Phần thu
Hình 1.5: Nguyên lý ghép kênh theo thời gian.
1.4.2. Vấn đề đồng bộ trong ghép kênh số
Cóhai phương thức ghép kênh là ghép kênh đồng bộ và ghép kênh không đồng
bộ [V2].
- Ghép kênh đồng bộ.
Theo phương thức ghép kênh đồng bộ, các nguồn và bộ nhận tin nhánh
được duy trì đồng bộ liên tục và tự động với các bộ phân phối của bộ ghép kênh
và bộ phân kênh (xem hình 1.6). Tốc độ dòng bit lối ra của bộ ghép kênh đúng
bằng n lần tốc độ dòng bit của các nhánh cộng với tốc độ các thông tin phụ.
Điều này có nghĩa là nếu không kể đến các thông tin phụ thì tần số nhịp của bộ
6
ghép/ tách kênh đúng bằng n lần tốc độ nhịp của các nhánh được ghép và quan
hệ tốc độ này phải được duy trì liên tục và tự động trong suốt quá trình ghép/
tách kênh.
- Ghép kênh không đồng bộ.
Trong phương thức ghép không đồng bộ, các bộ phận phân phối thu và
phát của bộ ghép/ tách kênh không nhất thiết phải duy trì đồng bộ với các nguồn
và nơi nhận tin. Tốc độ nhịp của bộ ghép không đúng bằng N lần tốc độ nhịp
của từng nhánh. Thời điểm bắt đầu của các tin nhánh có thể không cố định trong
dòng bit tổng cộng. Việc xác định dòng bit của từng nhánh trong dòng bit tổng
cộng do vậy có thể khó khăn do sự khác biệt tốc độ giữa tốc độ nhịp của từng
nhánh và tốc độ nhịp của bộ ghép kênh. Do vậy, để không nhầm lẫn phải thêm
vào các khối bit phụ (đoạn mào đầu: header) trong dòng bit tổng cộng. Điều
này làm gia tăng tốc độ bit truyền dẫn.
7
CHƯƠNG 2
GHÉP KÊNH KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ CẬN ĐỒNG BỘ
2.1. Ghép kênh sơ cấp
2.1.1. Khái quát
Ghép kênh sơ cấp là việc ghép các luồng số khác nhau thành luồng số cấp
1. Theo khuyến nghị G702 của CCITT thì tốc độ luồng cấp một 1,544 Mbps
được sử dụng làm tiêu chuẩn cho các hệ Mỹ và Nhật. Còn luồng số 2,048 Mbps
được sử dụng làm luồng số cấp 1 đối với các hệ tiêu chuẩn Châu Âu [V3].
2.1.2 Ghép kênh sơ cấp hệ Mỹ - Nhật
a. Bộ ghép 24 kênh PCM
Bộ ghép 24 kênh PCM có các cấp ghép như biểu diễn trong hình 2.1. Các
yêu cầu cho bộ ghép này được qui định tại khuyến nghị G733 của CCITT. Theo
đó từ mã được sử dụng là 8 bit, luật nén µ với µ = 255, tốc độ luồng số liệu
1.544 Mbps ± 50.10-6 và có thể sử dụng như là luồng bit đầu vào của một hệ
thống ghép cấp cao hơn.
1544 kbps
Video hội nghị (H120, H130)
1
Bộ ghép G 733
24
Chuyển mạch số (Q513, G705)
1 Bộ ghép phát (G794)
2
1
Bộ ghép số (G734)
23 (24) DS1
Hình 2.1: Phân cấp ghép cấp 1 và các khuyến nghị
của CCITT
b. Bộ ghép PCM 24 kênh 12 khung.
Hình 2.2 mô tả cấu trúc khung và đa khung 12 của luồng số cấp 1 đối với
các hệ thống Mỹ - Nhật.
8
Đồng bộ khung và đa khung ở phương thức ghép cấp 1 được thực hiện
bằng cách chia sẻ bit thứ nhất của khung, được tổ chức như sau:
- Từ mã đồng bộ khung là 101010, được đặt tại các bit thứ nhất của các
khung lẻ.
- Từ mã đồng bộ đa khung chiếm các bit thứ nhất của khung chẵn, có
dạng 00111S. Nếu đồng bộ khung đúng thì bit S có giá trị 0, bit S nhận giá trị 1
khi cần báo mất đồng bộ khung đầu xa.
đa khung 12 khung = 1,5 ms
khung thứ: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
bit thứ 1: 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 S
bít thứ 1 2 3 4 193
125 s
Ghi chú: S: bit chỉ thị cảnh báo đầu xa
Hình 2.2: Cấu trúc khung và đa khung của luồng số liệu bộ ghép PCM
24 kênh 12 khung hệ Mỹ – Nhật.
c.Bộ ghép PCM 24 kênh 24 khung
Cấu trúc khung dữ liệu của bộ ghép PCM 24 kênh 24 khung như ở hình
2.3. So sánh với cấu trúc khung dữ liệu PCM 24 kênh 12 khung ta thấy sự khác
biệt duy nhất là cấu trúc khung, thể hiện ở những điểm sau:
- Số lượng của mỗi khung vẫn là 193 bit, báo gồm 192 bit của 24 kênh
thoại lưu lượng và 1 bit dành cho đồng bộ khung, mã kiểm tra độ dư chu trình
CRC (CRC: Cycle Redundancy Check) và 1 đường số liệu 4 Kbps.
- Chu kỳ tối đa của các kênh logic là 24 khung, hình thành cấu trúc đa
khung 24 với độ dài mỗi đa khung là 3 ms.
- Từ mã đồng bộ đa khung là 001011, chiếm các bit thứ nhất của các
khung thứ 4, 8, 12, 16, 20 và 24.
9
- Các bit thứ nhất của các khung 2, 6, 10, 14, 18, 22 tạo thành kênh lôgic
có tốc độ 6/3 ms = 2 Kbps dùng cho đồng bộ khung có áp dụng mã kiểm tra độ
dư chu trình CRC6.
- Các bit thứ nhất của các khung lẻ được sử dụng để hình thành kênh số
liệu có tốc độ 12/3 ms = 4 Kbps.
- Các bit thứ 8 của khung của các khung 6, 12, 18, 24 được tách riêng cho
mục đích tạo kênh báo hiệu.
đa khung 24 khung = 3 ms
khung thứ: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1314 15 1617 18 1920 21 222324
m e1 m 0 m e2 m 0 m e3 m 1 m e4 m 0 m e5 m 1 m e6 m 1
A B C D
bít thứ
1 2 3 4 193
125 s
Hình 2.3: Cấu trúc khung và đa khung của luồng số liệu
bộ ghép PCM 24 kênh 24 khung hệ Mỹ – Nhật.
2.1.3. Ghép kênh PCM sơ cấp 30 kênh hệ Châu Âu.
a.Bộ ghép kênh PCM 30 kênh
Ghép kênh PCM sơ cấp hệ Châu Âu được qui định tại khuyến nghị G732
và G704 của CCITT. Hình 2.4 cho thấy phân cấp ghép sơ cấp của CCITT đối
với các hệ thống ghép kênh sơ cấp của Châu Âu.
10
TV 2048 kbps
Video hội nghị (H120, H130)
1
Bộ ghép PCM (G 732, G735)
30
Tổng đài số(Q513, Q705,Q503)
1 (FDM)
2 Bộ ghép phát (G793)
1
31 Bộ ghép số (G736) H1
Hình 2.4: Phân cấp ghép cấp 1 và các khuyến nghị
của CCITT
Mỗi khung tín hiệu PCM sơ cấp có độ dài 125µs phù hợp với tiêu chuẩn
điều chế xung mã PCM luật A theo khuyến nghị G711 của CCITT.
Cấu trúc khung tín hiệu ghép cấp một 30 kênh PCM được biểu diễn trên
hình 3.1
đa khung 16 khung = 2 ms
khung thứ: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Khe thời
16 17 181920 21 22 2324 2526 2728 29 3031
gian thứ: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415
125 s
Bít thứ: 1 2 3 4 5 6 7 8 0 0 0 0 X Y X X
S1 0 0 1 1 0 1 1
Ghi chú: - khe thời gian thứ 0(khungchẵn):
a b c d a b c d
- khe thời gian thứ 16 :
Hình 2.5: Tổ chức khung bộ ghép cấp 1 PCM 30 kênh
b. Đồng bộ và báo hiệu trong hệ thống ghép cấp 1 PCM 30 kênh
- Đồng bộ:
11
 Đồng bộ đa khung: Nếu báo hiệu kênh kết hợp thì từ mã đồng bộ đa
khung là 0000 và ghép vào khoảng bit 1 đến bit 4 của khe thời gian 16 khung 0.
Điều này có nghĩa là cứ 16 khung thì từ mã xuất hiện dưới dạng cụm và không
phân bố rải rác ở các khung khác nhau như hệ thống 24 kênh. Các vị trí còn lại
từ 5 đến 8 của khe thời gian 16 khung 0 được đặt là 1 nếu không sử dụng. Bit 6
sử dụng để chỉ thị mất đồng bộ đa khung với giá trị bằng 1.
 Đồng bộ khung: tín hiệu đồng bộ khung chiếm khe thời gian 0 của các
khung chẵn, gồm cả khung 0. Ở khe thời gian 0, bit 2 và bit 8 đứng đầu và cuối
từ mã đồng bộ khung. Bit 1 không nằm trong từ mã đồng bộ khung mà được sử
dụng cho quốc tế.
Đối với các khung lẻ thì không có tín hiệu đồng bộ khung từ bit 2 đến bit 8. Bit
1 được sử dụng như một bộ phận để kiểm tra độ dư chu trình nếu cần, hoặc dành
cho sử dụng quốc tế.
- Báo hiệu
 Trường báo hiệu kênh chung: khe 16 của mọi khung được sử dụng làm
kênh báo hiệu tốc độ 64 Kbps.
 Trường hợp báo hiệu kênh kết hợp: Khe thời gian 16 khung 0 được sử
dụng để ghép tổ hợp đồng bộ đa khung (như đã bàn luận đến ở trên). Còn khe
16 các khe khung khác 0 được sử dụng để hình thành hai kênh báo hiệu kết hợp,
mỗi kênh tốc độ 30 Kbps.
2.1.4. Ghép các nhánh số liệu lên tốc độ sơ cấp
a. Ghép nhánh 64 kbps
- Ghép nhánh đồng bộ 1.544 Mbps
Thiết bị ghép tiếp nhận 23 nhánh 64 kbps đơn lẻ để ghép vào luồng số
đồng bộ 1.544 Mbps. Thiết bị này có thể được sử dụng cho mạng số đa dịch vụ
ISDN (Intergrated Service Digital Network).
Cấu trúc khung tín hiệu được biểu diễn trên hình 3.2
12