Nghien cuu tong quan ve ky thuat chuyen mach 6067

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số Lời nói đầu Ngày đà bớc vào năm kỷ 21 kỷ hội nhập Bu Viễn thông việc xây dựng sở hạ tầng nói chung cho đất nớc mang ý nghĩa chiến lợc góp phần đa Việt Nam trở thành nớc công nghiệp vào năm 2020 Trong xu hớng đó, đầu t, nghiên cứu để có đợc hệ thống thông tin đại, nhằm đem đến cho ngời thông tin cần thiết cách nhanh nhất, xác yêu cầu cấp bách Vì ngành bu viễn thông Việt Nam đà không ngừng đầu t phát triển hệ thống viễn thông Trong việc củng cố, nâng cấp tổng đài đóng vai trò quan trọng Từ tình hình thực tế nh ngành Bu Viễn thông đà có chủ trơng tiếp nhận công nghệ Viễn thông từ hÃng truyền thông giới Trong số thiết bị chuyển mạch dà đợc lắp đặt khai thác Việt Nam, có thiết bị chuyển mạch điện từ ALCATEL1000 E10 hÃng ALCATEL CIT chế tạo hệ thống chuyển mạch đại với đầy đủ tính với đáp ứng tốt cho chiến lợc phát triển nâng cấp mạng lên mạng đa dịch vụ (ISDN) năm tới Tổng đài ALCATEL 1000 E10 loại tổng đài điều khiển nội hay tập trung Cấu trúc phàn cứng phần mềm hoàn thiện, với hỗ trợ kỹ thuật đại, công nghệ tiên tiến hệ thống đa xử lý A 8300 ALCATEL khẳng định hoàn thiện tổng đài Trong trình viết báo cáo thực tập làm đồ án tốt nghiệp đợc giúp đỡ tận tình thầy giáo Nguyễn Văn Biên Em đà hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài: Nghiên cứu tổng quan kỹ thuật chuyển mạch tổng đài ALCATEL 1000 E10 Bao gồm nội dung sau: Phần I: Kỹ thuật chuyển mạch số Phần II: Trờng chuyển mạch tổng đài ALCATEL 1000 E10 Trong trình làm đồ án đà cố gắng nhng tránh khỏi sai xót định, mong thầy giáo, cô giáo bạn đọc đóng góp ý kiến để đồ án đợc hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số Phần I : Kỹ thuật chuyển mạch số Chơng I Kỹ thuật điều chế xung mà PCM I Giíi thiƯu: Víi sù ph¸t triĨn cđa x· hội, nhu cầu trao đổi thông tin ngời ngày tăng Đi kèm với phát triển xà hội phát triển khoa học kỹ thuật Sự phát triển kỹ thuật mạch tổ hợp với đời kỹ thuật số đợc ứng dụng vào mạng viễn thông đà tạo nên bớc nhảy vọt quan trọng Việc thay tổng đài đờng truyền dẫn tơng tự hệ thống tổng đài đờng truyền dẫn số đà mở rộng nâng cao chất lợng phục vụ cho dịch vụ Quá trình biến đổi hoàn toàn tín hiệu tơng tự thành dÃy xung để truyền mạng viễn thông gọi mà hoá nguồn Đà tồn số kỹ thuật mà hoá nguồn nh: Điều chế biên độ xung (PAM), điều chế tần số xung (PTM), ®iỊu chÕ ®é xung (PWM), ®iỊu chÕ Delta (AM), nh nh ng phơng pháp điều chế có nhợc điểm: Xuyên âm đờng thoại, xu hớng tạp âm tạp âm méo lớn, nên ngời ta sử dụng kỹ thuật điều xung mà để giảm nhỏ nhợc điểm Kỹ thuật điều xung mà PCM (Pulse Code Modulation) phơng pháp điều chế biến đổi tín hiệu tơng tự thành tín hiệu số dới dạng mà nhị phân Cho đến kỹ thuật PCM đợc sử dụng rộng rÃi toàn giới việc số hoá tín hiệu thoại, có hệ thống PCM đợc sử dụng nh: hệ thống PCM 32 đợc sử dụng toàn giới hệ thống PCM 24 đợc sử dụng Bắc Mĩ Nguyên lý PCM Phơng pháp điều chế xung mà PCM biến đổi tín hiệu tơng tự thành tín hiệu số thông qua giai đoạn sau: - Lấy mẫu (Sampling) - Lợng tử hoá (Quantizzation) - Mà hoá (Coding) Lấy mẫu Biên độ tín hiệu tơng tự liên tục theo thang thời gian, lấy mẫu lấy biên độ tín hiệu tơng tự vào khoảng thời gian định, dÃy xung có chu kỳ dÃy xung lấy mẫu đợc điều chế biên độ tín Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số hiệu tơng tự Do có mẫu lấy đợc gián đoạn theo thời gian DÃy mẫu gọi tín hiệu PAM (PAM điều chế biên độ xung) t t t Hình 1: Quá trình lấy mẫu Một yếu tố quan trọng lấy mẫu tín hiệu tơng tự thờng đợc lấy mẫu nh phía phát phía thu tái tạo lại tín hiệu ban đầu Định lý lấy mẫu làm rõ điều Định lý lấy mẫu nói Nếu thông báo hàm biên độ thời gian, đợc lấy mẫu vào thời điểm định với tần số lấy mẫu cao hai lần tần số cao thông báo đó, mẫu chứa tất thông tin thông báo ban đầu Theo định lý này, cách lấy mẫu tín hiệu tơng tự theo tần số cao hai lần tần số tín hiệu, ta hoàn toàn tạo lại tín hiệu tơng tự mẫu Nếu FLM < 2fc sau lấy mẫu, đoạn phổ tín hiệu gốc bị xếp chồng lên tín hiệu khôi phục trờng hợp bị méo, tợng gọi tợng méo chồng phổ a fs > 2fm Tín hiệu ban đầu fm Lọc thông thấp fs 2fs t Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch sè b, fs < 2fm fm fs 2fs 3fs t Hình Nh hình lấy tần số lấy mẫu fs lớn hai lần tần số cao fm tín hiệu tơng tự, biên không chồng lên Lúc tín hiệu tơng tự ban đầu đợc tách lọc thông thấp phía thu Ngợc lại, nh hình fs thấp hai lần giá trị fm biên bị chồng lên Do khó tái tạo lại tín hiệu ban đầu phía thu CCITT khuyến nghị tần số lấy mẫu tín hiệu tiếng nói 8kKz Do băng tần kênh thoại thờng đợc hạn chế khoảng 0.3 kHz, tần số lấy mẫu cđa tÝn hiƯu tiÕng nãi, vỊ lý thut cã thĨ lấy hai lần 3.4kHz tức 6.8kHz, nhiên thực tế tần số lấy mẫu đợc chọn 8kHz Điều tính đến đặc tính lọc thực tế hạn chế băng tần tín hiệu tiếng nói Khoảng cách lấy mẫu 1/8000s, tứ 125s 1/8000s = 125s Hình 3: Tần số lấy mẫu; 8kHz (tÝn hiƯu tiÕng nãi) TÝn hiƯu PAM lµ mét d·y xung rời rạc theo thời gian Độ lớn mẫu biên độ tín hiệu ban đầu vào thời điểm lấy mẫu Từ tín hiệu PAM đối tợng trình xử lý tín hiệu, gọi lợng tử hoá Lợng tử hoá (Quanlization) Trong trình lợng tử hoá, thang biên độ đợc chia thành khoảng định Giá trị lợng tử hoá đợc gọi mức lợng tử độ lớn hai giá trị đợc lợng tử hoá đợc gọi khoảng lợng tử Độ lớn mẫu tín hiệu đợc biểu thị mức lợng tử gần với Thí dụ mẫu có độ lớn 2,8 t1 đợc lợng tử hoá thành nh Hình Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số Khoảng lợng tử Møc lỵng tư t1 t2 t3 t4 t5 Hình Tín hiệu PAM đà đợc lợng tử hoá gần với tín hiệu tơng tự ban đầu, có chút sai lệch hai tín hiệu độ lớn biên độ Sai lệch gọi tạp âm lợng tử méo lợng tử Nh hình 4, biên độ tạp âm lợng tử đợc phân bố đồng khoảng lợng tử, không tơng ứng với biên độ tín hiệu ban đầu Nói cách khác, lợng tạp âm lợng tử gần nh không đổi, không phụ thuộc vào mức lợng tín hiệu Các mức tín hiệu đợc chia gọi mức lợng tử hoá, khoảng cách hai mức lợng tử cạnh gọi bớc lợng tử hoá Nếu lợng tử hoá với bớc lợng tử hoá không đổi ta có lợng tử hoá tuyến tính, lợng tử hoá với bớc lợng tử hoá thay đổi ta có lợng tử hoá phi tuyến * Lợng tử hoá tuyến tính (Linear Quantization): Khi dùng phơng pháp lợng tử hoá tuyến tính tạp âm lợng phân tử phân bố Nhng tỷ số tín hiệu/nhiễu (S/N) lại không đều: Nếu biên độ tín hiệu lớn S/N lớn, việc tách tín hiệu khỏi tạp âm dễ dàng Nếu biên độ tín hiệu nhỏ S/N nhỏ, việc tách tín hiệu nhỏ khỏi tạp âm khó khăn Để khắc phục nhợc điểm ngời ta sử dụng phơng pháp lợng tử hoá phi tuyến * Lợng tử hoá phi tuyến (Non Linear Quantization) Khi lợng tử hoá tuyến tính, tỷ số S/N thay đổi theo mức tín hiệu Với mức tín hiệu thấp khó khăn để tách tín hiệu khỏi tạp âm Vì vậy, bớc lợng tử hoá cần phải giảm mức tín hiệu thấp, ngợc lại bớc lợng tử hoá cần phải tăng mức tín hiệu cao để cân đợc tỷ số S/N với mức tín hiệu đầu vào Có hai giải pháp cho việc đó: * Khi biên độ đầu nhỏ, bớc lợng tử nhỏ Khi biên độ xung đầu vào lớn, bớc lợng tử lớn * Bớc lợng tử đợc giữ nguyên trớc lợng tử hoá, biên độ xung nhỏ đợc giÃn biên độ xung lớn đợc nén lại Đồ án tốt nghiệp Kỹ tht chun m¹ch sè Trong thùc tÕ, ngêi ta thêng sử dụng phơng pháp thứ hai, nghĩa là: Phía phát sÏ thùc hiƯn nÐn tÝn hiƯu (Compressing), cßn phÝa thu sÏ thùc hiƯn d·n tÝn hiƯu (Expanding) M· ho¸ Tiếp theo, tín hiệu PAM đà lợng tử hoá đối tợng bớc xử lý tín hiệu gọi mà hoá Bằng cách mà hoá, mẫu đà lợng tử hoá đợc chyển đổi thành mà nhị phân Một mà nhị phân tổ hợp số xung đơn vị Một xung đơn vị biểu thị hai trạng thái: có xung, túc1 Lợng thông tin đợc biểu thị xung đơn vị gọi bit Trong hình biểu thị mẫu đà lợng tử hoá đợc chuyển đổi thành mà nhị phân bit DÃy xung tạo mà hoá đợc gọi tÝn hiÖu PCM 6 3 Mà nhị phân 1 10 101 001 TÝn hiƯu H×nh 5: Mà hoá PCM Số mà nhị phân tơng ứng với số mức lợng tử Do đó, tổng số mức lợng đợc xác định số bit gán cho mẫu Nếu n bit đợc dùng để mà hoá cho mẫu số lợng tử 2n CCITT khuyến nghị mà hoá bit cho mẫu Nói cách khác, số lợng tử 28 = 256 mức ơ Tín hiệu PCM phát bị méo tạp âm nhiễu đờng truyền Tín hiệu PCM đợc tạo lại đầy đủ phía sau định có xung đơn vị đợc thực Do cách tạo lại tín hiệu PCM trạm lặp tái sinh cách phát tiếp tín hiệu tái sinh cho trạm lặp sau, ta loại bỏ hoàn toàn ảnh hởng tạp âm nhiễu phát sinh hai trạm lặp ngăn chặn tác động chúng lan tới trạm lặp Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số tiếp sau Trong hệ thống dẫn số tích luỹ tạp âm nhiễu nh thờng xảy hệ thống truyền dẫn tơng tự Tại phía thu, tín hiệu PCM đợc chuyển đổi thành tín hiệu tơng tự thông qua giải mà lọc Tổng hợp hai trình xử lý gọi chuyển đổi D/A Giải mà trình ngợc lại với mà hoá Trong giải mÃ, bắt đầu việc tách mà nhị phân có chứa số xung đơn vị từ tín hiệu PCM nhận đợc Tiếp theo, từ mà nhị phân tính mức lợng tử mức lợng tử tạo mẫu lợng tử tơng ứng Tín hiệu PAM đà đợc lợng tử hoá đầu phát đợc tạo lại đầu thu cách giải mà nh Tín hiệu PAM chứa tạp âm lợng tử Sau đó, tín hiệu PAM đợc đa qua lé läc th«ng thÊp Th«ng qua bé läc th«ng thấp ta có tín hiệu tiếng nói tơng tự, tín hiệu liên tục thời gian đợc nội suy mẫu (Hình 6) Gi¶i m· 011 11 1 0 001 TÝn hiệu PCM nhận đợc t 011 3 Tín hiệu PA'M lởng tử hoá t Lọc thông thấp Hình 6: Quá trình giải mà * Về nén giÃn tín hiệu: t Ta đà biết, thông tin PCM tạp âm lợng tử tránh khỏi, để giảm bớt tác động tạp âm lợng tử, ngời ta thực trình nén dÃn Hai trình gội chung nén dÃn Tạp âm lợng tử gần nh không đổi, mức lợng tiếng nói Do tỷ lệ lợng tín hiệu lợng tạp âm lợng tử S/N tốt lên mức lợng cao xấu mức lợng thấp Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số Muốn nâng cao S/N mức lợng thấp phải giảm tạp âm lợng tử cách giảm khoảng lợng tử, nhng khoảng lợng tử giảm số mức lợng tử bit mẫu tăng, nói cách khác, số xung cần truyền khoảng lợng tử tăng Để nâng cao chất lợng tiếng nói thực tế, S/N phải giữ không đổi khoảng rộng mức lợng tín hiệu, với số lợng bit chấp nhận đợc Nhằm mục đích đó, khoảng lợng tử đợc giảm nhỏ biên độ thấp tăng lên biên độ cao Cách lợng tử hoá lấy khoảng lợng tử khác tuỳ thuộc tín hiệu tiếng nói nh gọi lợng tử hoá không đồng hay lợng tử hoá phi tuyến Lợng tử hoá không đồng đợc coi cách ứng xử lý tín hiệu hợp lý vì: Sự phân bố biên độ tiếng nói không đồng Các biên độ nhỏ xuất nhiều biên độ lớn Do S/N tốt tạp âm lợng tử đợc giảm nhỏ biên độ hay xuất dành tạp âm lớn cho biên ®é Ýt xt hiƯn Ngêi ta ®· lµm phÐp so sánh lợng tử hoá đồng với lợng tử hoá không đồng nh sau: Đối với lợng tử hoá đồng nhất, phải cần đến số mức lợng tử 2000 để đảm bảo chất lợng tiếng nói cao mức lợng thấp Điều tơng đơng với 11 bit mẫu Nhng với lợng tử hoá không đồng cần số mức lợng tử 128 bit cho mẫu đủ để có S/N so với lợng tử hoá đồng CCITT khuyến nghị dùng lợng tử hoá không đồng với bit mẫu 256 mức lợng tử hoá để đảm bảo chất lợng tiếng nói cao Nén (phÝa ph¸t) t t Bé nÐn NÐn (phÝa thu) t t Hình Bộ dẫn Lợng tử hoá không đồng đợc thực xử lý nén tín hiệu phía đầu phát dÃn đầu thu (hình 7) Tại đầu phát, tín hiệu tiếng nói biên độ lớn đợc nén nén sau thực lợng tử hoá không đồng Quá trình có tác dụng nh thay đổi khoảng lợng tử theo độ lớn biên độ Tại Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật chuyển mạch số đầu thu, tín hiệu ban đầu đợc tái tạo lại cách làm dÃn tín hiệu nén đà nhận đợc Quá trình đợc thực cách đa tín hiệu nhận đợc qua dÃn có đặc tính ngợc với nén Tín hiệu tiếng nói có khoảng động rộng Do tạp âm lợng tử phải tỷ lệ thuận với miền biên độ rộng Để đạt đợc điều này, nén dÃn đợc thực theo đặc tính Logarit, sử dụng đặc tính Logarit, tạp âm lợng tử mức lợng tín hiệu thấp đợc giảm nhỏ đến mức mong muốn S/N trì không đổi khoảng rộng lợng tín hiệu Ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM): (Time Division Multiplexing) Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian đợc dùng để ghép kênh cho tín hiệu PCM Ghép kênh phân chia theo thời gian gọi tắt TDM Trong TDM, tín hiệu PCM hai nhiều kênh đợc xem thời gian để đợc truyền đờng truyền chung Vì tần số lấy mẫu tín hiệu tiếng nói 8kHz, mẫu tín hiệu phải đợc truyền di 1/8000 giây, tức 125s lần Nh vậy, thực ghép kênh phân chia theo thời gian cđa c¸c tÝn hiƯu PCM b»ng c¸ch trun c¸c mẫu kênh, kênh sau kênh kia, khoảng thời gian 125s, nh hình Kênh 3 1/8000s = 125s Hình 8: Ghép kênh phân chia theo thời Hình mô tả ghép kênh phân chia theo thời gian tín hiệu kênh Trong hình, tín hiệu tiếng nói kênh đợc lấy mẫu thời điểm t1,t2, khoảng thời gian t1 t2 125s b»ng c¸ch lÊy mÉu tÝn hiƯu tiÕng nãi cđa c¸c kênh vào thời điểm khác chút khoảng t t2 cách tổ hợp mẫu với mẫu kênh theo thang thêi gian, ta cã thĨ thùc hiƯn ghép kênh TDM mẫu kênh mà không chồng lên Bằng cách lặp lại trình theo chu kỳ 125s, mẫu kênh lần lợt đợc phát kênh truyền dẫn chung Tại đây, lấy mẫu ghép kênh TDM cho tất tín hiệu tiếng nói đợc thực đồng thêi 125s Kªnh t 125s Kªnh t1 t2 t Kênh Kỹ thuật chuyển mạch số t Đồ ¸n tèt nghiƯp TÝn hiƯu PAM - TDM Kªnh 123 t Hình 9: Ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) Trong cấu trúc ®a khung cña PCM 30/32, mét khung PCM 30/32 gåm 32 khe thời gian, khe thời gian gồm bit, tốc độ đờng truyền PCM 30/32 lµ 2,048Mbit/s vµ khe thêi gian TS 10 cđa cÊu trúc đa khung đợc sử dụng cho đồng khung, khe thời gian TS 16 đợc dùng để báo hiệu cho 30 kênh thông tin, khe thời gian TS1 TS 15, TS 17 TS 31 đợc sử dụng để chứa thông tin Nhóm ghép kênh sở PCM Thông qua ghép TDm, kênh điện thoại đợc kết hợp lại để tạo tập hợp gồm 24 kênh (ghép kênh theo kiểu Bắc Mỹ) 30 (ghép kênh theo kiểu Châu Âu) Tập hợp gọi khung, chiều dài khung 125s * Ghép kênh PCM – 30 GhÐp kªnh PCm – 30 ghÐp tõ 16 khung tạo thành đa khung, khung gồm có 32 kªnh ghÐp (T S0 TS31) Sè bit trªn mét khung 32 x = 256 bit Trong đó: TS0 : Dùng làm tín hiệu đồng khung TS16 : Dùng để đồng báo hiệu đa khung TS1  TS15 vµ TS17  TS31 : dïng cho tín hiệu thoại Tốc độ bit 8KHz x 8bit = 64Kb/s PCM Mét ®a khung ghÐp gåm 16 khung: 16 x 125s = 2ms