Bài giảng hệ thống viễn thông phần 2 trường đại học thái bình

Chương 6: Hệ thống thông tin điện thoại 6.1 Mạng điện thoại PSTN Mạng điện thoại có cấu tạo dạng phả hệ - Mạng có hình lưới phía đỉnh hệ thống - Mạng có hình phía đáy hệ thống Mạng phụ thuộc vào quốc gia Có thiết bị mạng: - Thiết bị đầu cuối trạm nội - Đường nối đến thuê bao - Các trạm chuyển mạch ( Tổng đài …) - Thiết bị đường truyền (Viba, vệ tinh, sợi quang ) Mơ hình mạng điện thoại (mạng cố định) quốc gia Các mạng xây dự ng để làm việc truyền dẫn tín hiệu thông tin từ nơi đến nơi khác Các thành phần mạng viễn thông bao gồm, trung tâm chuyển mạch liên kết truyền dẫn Độ phức tạp mộ t mạng viễn thông phụ thuộ c vào lưu lượng thông tinh cần chuyển tải Do đó, quy mơ mạng từ đơn giản đến phức tạp Sơ đồ tổng quát mạng điện thoại quốc gia hình Do số lượng thuê bao mạng quốc gia lớ n nên trung tâm chuy ển mạch đặt tổng đài điều thự c Hơn nửa, mặt vị trí địa lý đấu tập trung line th bao vào tổng đài lại làm Do hệ thống thường phân cấp mạng theo vùng địa lý theo mật độ dân số cho hợp lý 6.2 Mạng nội hạt Tổng đài nội (PABX – Private Automatic Branch Exchange) dùng cho công sở, nhà máy Ở chúng thực việc kết nối trực tiếp nội 6.3 Mạng đường dài Mạng cáp thuê bao, kết nối từ tổng đài đầu cuối đến thuê bao thoại Loại cáp dùng đường dây đôi, xoắn lại với để giảm nhiễu ký sinh Khoảng cách tối đa thường khoảng 1Km Cable đồng trục, Cable đối xứng, phạm vi hoạt động phụ thuộc vào mật độ người sử dụng mạng, kích thước mạng vị trí địa lý nội vùng Nói chung, chiều dài trung bình đường dây mạng từ 1.5km đến 2km, chiều dài lớn không 10km Cáp quang, cho phép đường truyền với dung lượng lớn hàng GB Ở nước ta, hệ thống mạng cáp quang trải rộng khắp nước Trục cáp qua bưu điện trung tâm thành phố, quận, huyện Mạng công cộng quốc gia (mạng liên tỉnh), thông thường nối vi ba, sợi quang, vệ tinh Mạng quốc tế, thông thường nối sợi quang, vệ tinh Kết nối vệ tinh mạng quốc tế Thơng thường theo cách sau: • Gán cố định: phương pháp nầy thích hợp cho quốc gia có nhu cầu thơng tin lớn • Gán theo u cầu: phương pháp nầy cho phép sử dụng mềm dẻo kênh thông tin, nước nhỏ, có lưu lượng thơng tin thấp, có cao điểm lệch nhiều Đường nối thuê bao tổng đài Khi thuê bao nhấc máy để tiến hành gọi, thuê bao làm đóng tiếp chuyển mạch gây dòng điện chạy vòng thuê bao Thiết bị đ ài cuối nhận biết trạng thái chuyển mạch (off hook), chọn đườ ng dây k ết nối chuyển mạch với thuê bao để cung cấp chuỗi xung mời quay số (dial tone) sẵn sàng nhận xung quay số Sau đó, thiết bị chuyển mạch phải kết nối thuê bao với đường dây có địa số điện thoại quay Vòng nội thuê bao đường hai dây cân , trở kháng đặc tính khoảng 500Ω đến1000Ω (thường 600 Ω ) Một nguồn chung đài cuối cung cấp nguồn 48 VDC cho vòng thuê bao Hai dây dẫn nố i với tip ring- thuật ng ữ dùng để mô tả jack điện thoại Hình 4.5 minh họa vịng nội jack cắm điện thoại Đường ring có điện –48 VDC tip Tip nối đất (chỉ DC) đài cuối Đường nối thuê bao tổng đài Khi thuê bao chưa nhấc máy (on-hook) điện DC rơi đường dây tip ring khoảng -48V thiết bị đầu cuối thuê bao điện thoại Khi thuê bao nhấc máy (off-hook) làm đóng tiếp điểm chuyển mạch, tạo nên dòng điện xấp xỉ 20 mADC chạy vòng thuê bao, điện DC rơi đường dây tip ring giảm Tín hiệu thoại âm tần truyền hướng đường dây có thay đổi nhỏ dịng điện vịng Sự thay đổi dịng điện gồm tín hiệu AC chồng chập với dòng điện vòng DC Để điện thoại th bao đích đổ chng, tín hiệu cấp dịng chng có biên dộ xấp xỉ 90 Vrms (tần số 20 Hz) lấy từ đài cuối đưa tới đường dây Tiếng dội (echo) Nghe tiếng dội giọng nói sử dụng điện thoại khó chịu Tiếng dội kết phản xạ tín hiệu xảy điểm không phối hợp trở kháng dọc theo mạng điện thoại Nói chung, thời gian trễ củ a tiếng dội dài tín hiệu tiếng dội mạnh làm nhiễu loạn đến người nói nhiều Sự phối trở kháng đường truyền thường x ấu vòng thuê bao nơi giao tiếp với đầu cuối Ở việc phối hợp trở kháng khó điều khiển chiều dài vịng th bao thiết bị thuê bao khác Tiếng dội nghe người nói bị suy giảm hai lần: từ người nói đến điểm phản xạ ngược lại Trên đường truy ền dài người ta phải sử dụng triệt tiếng dội đặc biệt, hay thêm vào suy hao để làm giảm mức tiếng dội Bộ triệt tiếng đội sử dụng mạch truyền tin thời gian trễ vịng tín hiệu vượt q 45 ms Ví dụ, lan truyền thời gian trễ đường thông tin vệ tinh vài trăm ms, nên ta phải sử dụng triệt tiếng dội Các triệt tiếng dội vơ hiệu hố truyền liệu gọi 6.4 Định tuyến lưu lượng mạng quốc gia Sinh viên tìm hiểu viết báo cáo 6.5 Các loại tổng đài mạng PSTN Cấp phường, xã: Gồm tổng đài dung lượng khoảng vài ngàn số hệ thống cáp line đầu cuối đến thuê bao Loại tổng đài vừa thực kết nối trực tiếp với thuê bao thực chức chuyển mạch trực tiếp cho thuê bao nội đài Cấp quận: Gồm tổng đài cấp quận với dung lượng hàng chục ngàn số, mạng liên kết trung kế theo vị trí địa lý cho quận gần Loại tổng đài không kết nối trực tiếp với thuê bao mà thực chức chuyển mạch cho thuê bao nội vùng kết nối trung gian cho thuê bao ngoại vùng Cấp tỉnh: Gồm tổng đài cấp tỉnh với dung lượng hàng trăm ngàn số, mạng liên kết trung kế theo vị trí địa lý cho tỉnh gần Loại tổng đài không kết nối trực tiếp với thuê bao mà thực chức chuyển mạch cho thuê bao nội vùng kết nối trung gian cho thuê bao ngoại vùng Cấp khu vực: Gồm tổng đài cấp khu vực với dung lượng hàng trăm ngàn số, mạng liên kết trung kế theo vị trí địa lý cho khu vực gần Loại tổng đài không kết nối trực tiếp với thuê bao mà thực chức chuyển mạch cho thuê bao nội vùng kết nối trung gian cho thuê bao ngoại vùng Cấp quốc gia: Gồm tổng đài cấp quốc gia với dung lượng hàng trăm ngàn số, mạng liên kết trung kế theo vị trí địa lý cho tổng đài cấp khu vực gần nó, ngồi cịn có trung kế cửa ngõ quốc tế Loại tổng đài thực chức chuyển mạch cho thuê bao gọi vào quốc tế 6.6 Phân tích gọi mạng điện thoại cố định Chương 7: Mạng VoIP 7.1 Tổng quan VoIP Có nhiều cơng việc chất phân tán cần xử với phương tiện từ xa Chia sẻ tài nguyên mạng cho nhiều người sử dụng thời điểm (ổ cứng, máy in, ) Nhu cầu liên lạc, trao đổi thông tin nhờ phương tiện máy tính Các ứng dụng phần mềm địi hỏi thời điểm cần có nhiều người sử dụng, truy cập vào sở liệu Là phương tiện dùng để truyền tín hiệu máy tính Các tín hiệu, liệu biểu th ị d ưới d ạng xung nhị phân, tuỳ theo tần số mà ta dùng đường truyền vật lý khác Đặc trưng đường truyền băng thơng biểu thị khả truyền tải tín hiệu đường truyền Thông thường người ta hay phân loại đường truyền theo hai loại: Đường truyền hữu tuyến (các máy tính nối với dây cáp mạng) Đường truyền vơ tuyến: máy tính truyền tín hiệu với thơng qua sóng vơ tuyền với thiết bị điều chế/giải điều chế đầu mút 7.2 Kỹ thuật VoIP Kiến trúc mạng máy tính (network architecture) thể cách nối máy tính với tập hợp quy tắc, quy ước mà tất đối tượng tham gia truyền thông mạng phải tuân theo để đảm bảo cho mạng hoạt động tốt Khi nói đến kiến trúc mạng người ta muốn nói tới hai vấn đề mơ hình mạng (Network topology) giao thức mạng (Network protocol) Network Topology: Cách kết nối máy tính với mặt hình học mà ta - gọi tô pô mạng Các mơ hình mạng là: hình sao, hình bus, hình vịng - Network Protocol: Tập hợp quy ước truyền thông đối tượng truyền thông mà ta gọi giao thức (hay nghi thức) mạng SDMA ( Space Division Multiple Access) với búp sóng xoay Phân chia đa truy cập theo phân phối kênh • Nếu xét đa truy nhập theo quan điểm phân phối kênh chia đa truy nhập phân phối trước (cố định) đa truy nhập phân phối theo yêu cầu (linh hoạt ) Đa truy nhập phân phối trước (FAMA – Fixed Assiggned Multiple Access ) ™ kênh vệ tinh phân bố cố định cho trạm mặt đất khác nhau, bất chấp có hay khơng có gọi phát • Đa truy nhập phân phối theo yêu cầu (DAMA – Demand Assiggned Multiple Access ): phương pháp truy nhập kênh vệ tinh xếp lại có yêu cầu thiết lập kênh đưa từ trạm mặt đất liên quan • Đa truy nhập phân phối theo yêu cầu cho phép sử dụng hiệu dung lượng kênh vệ tinh, đặc biệt nhiều trạm mặt đất có dung lượng kênh nhỏ sử dụng chung phát đáp TDMA kiểu phân phối trước (FAMA )Và TDMA kiểu phân phối theo yêu cầu (DAMA ) Phân chia đa truy cập theo số kênh sóng mang • Nếu xét theo quan điểm ghép kênh chia SCPC MCPC • SCPC ( Single Channel Per Carrier ) • MCPC ( Multiple Channel Per Carrier ) Các tín hiệu ghép kênh trước điều chế sóng mang MCPC ( Multiple Channel Per Carrier ) 9.4 Thiết kế tuyến truyền dẫn vô tuyến vi ba vệ tinh Sinh viên tìm hiểu viết báo cáo Chương 10: Hệ thống thông tin quang 10.1 Nguyên lý thông tin sợi quang Sợi quang cấu tạo gồm ruột – lõi (core) chiết suất n1 vỏ (Cladding) chiết suất n2 thoả mãn n1 > n2, nhờ phản xạ toàn phần xuất bề mặt phân cách Sự khác biệt n1 n2 bé (cỡ o/oo ), để tia sáng thẳng tia phản xạ có độ dài quãng đường thời gian truyền chênh lệch không nhiều Người ta cố gắng giảm chênh lệch nhỏ nữa, cách sử dụng sợi quang có chiết suất biến thiên liên tục (dạng parabol - chiết suất gradient) Sợi quang có đường kính lõi bé ( 2Ỉ 8μm) chênh lệch chiều dài truyền thẳng phản xạ không đáng kể, ta gọi sợi đơn mode (Single mode) Sợi quang đa mode (Multimode) có đường kính lõi cỡ 25Ỉ100 μm chịu méo dạng sóng nhiều hơn, thời gian truyền khác nhiều nhóm sóng, nên hạn chế tốc độ truyền thông tin Vật liệu làm sợi quang có loại Plastic glass Sợi quang xếp bó gọi cáp quang sử dụng để truyền tín hiệu khoảng cách xa Cáp quang có cấu tạo gồm lõi : Trung tâm phản chiếu sợi quang nơi ánh sáng áo : Vật chất quang bên bao bọc lõi mà phản xạ ánh sáng trở lại vào lõi lớp bọc : Lớp phủ dẻo bên ngồi bảo vệ sợi khơng bị hỏng ẩm ướt jacket: Nhiều sợi quang đặt bó gọi cáp quang Những bó bảo vệ lớp phủ bên gọi jacket Đặc điểm : Phát: Một điốt phát sáng (LED) laser truyền liệu xung ánh sáng vào cáp quang Nhận: sử dụng cảm ứng quang chuyển xung ánh sáng ngược thành data Cáp quang truyền sóng ánh sáng (khơng truyền tín hiệu điện) nên nhanh, không bị nhiễu bị nghe trộm Độ suy giảm thấp loại cáp đồng nên tải tín hiệu xa hàng ngàn km Cài đặt địi hỏi phải có chun mơn định Cáp quang thiết bị kèm đắt tiền so với loại cáp đồng 10.2 Phân loại cáp quang Trong mạng viễn thông, sợi quang thuỷ tinh thạch anh sử dụng nhiều có khả cho sản phẩm có độ suy hao thấp đặc tính truyền dẫn ổn định thời gian dài phân loại theo mốt lan truyền: theo mố t lan truyền chia làm hai loại sợi quang đơn mốt (đượ c gọi loại SM ) loại sợi cho mốt lan truyền loại sợi thứ hai loại đa mốt, cho nhiều mốt lan truyền 10.3 Các mode thơng tin sợi quang • Sợi quang SI (stepped index ) • Sợi quang GI (graded index ) Sợi quang SM (Single mode ) Đường cuả ánh sáng qua sợi quang Multimode stepped index (chiết suất bước): Lõi lớn (100 μm ), tia tạo xung ánh sáng theo nhiều đường khác lõi: thẳng, zig-zag…tại điểm đến nhận chùm tia riêng lẻ, xung dễ bị méo dạng Multimode graded index (chiết suất liên tục): Lõi có số khúc xạ giảm dần từ cladding Các tia gần trục truyền chậm tia gần cladding Các tia theo đường cong thay zig-zag Các chùm tia điểm hội tụ, xung bị méo dạng Single mode (đơn mode): Lõi nhỏ (8 μm hay nhỏ hơn), hệ số thay đổi khúc xạ thay đổi từ lõi cladding multimode Các tia truyền theo phương song song trục Xung nhận hội tụ tốt, méo dạng 10.4 Nhiễu thông tin sợi quang Tán sắc sợi quang Tán sắc sợi quang gây dãn rộng xung ánh sáng truyền Tán sắc mode • Sợi truyền nhiều mode • Mỗi mode truyền có vận tốc nhóm khác (mỗi mode có số lan truyền khác nhau) Lệch thời gian truyền gây tán sắc mode Tán sắc vật liệu (bước sóng) Ngun nhân: • Ánh sáng truyền sợi quang khơng đơn sắc mà có độ rộng phổ xác định • Tốc độ lan truyền thành phần phổ khác (do chiết suất hàm bước sóng) • Các thành phần phổ có thời gian truyền lệch gây tán sắc vật liệu Quan hệ tán sắc vật liệu với bước sóng Dải thông B đường truyền quang Dải thông đường truyền quang B dải tần số tín hiệu cho công suất quang biến thiên dB ( hay công suất điện tương ứng biến thiên dB ) Dải thông đường truyền quang B phụ thuộc chiều dài d sợi quang loại sợi quang Nhận xét Dải thông B sợi quang đơn mode theo qui luật 1/d , rộng nhiều so với dải thơng sợi quang đa mode Với sợi quang đa mode, dải thông B phụ thuộc vào chiều dài sợi quang d, tán xạ sóng quang mơi trường truyền Nó theo qui luật 1/d d < d tới hạn; qui luật chia cho bậc d d > d tới hạn Chú ý Tốc độ bit max truyền sợi quang D = 1,25B Suy hao sợi quang Suy hao sợi quang phụ thuộc bước sóng - Suy hao sợi quang khoảng vài dB/Km - Suy hao sợi quang cịn phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng λ theo Ánh sáng vùng hồng ngoại (0,7Ỉ1,6 μm ) có suy hao nhỏ nhiều so với - ánh sáng khả kiến (0,4Ỉ0,7 μm ) Có vùng bước sóng vùng hồng ngoại cho độ suy hao cực tiểu • Các hệ sợi quang cũ sử dụng bước sóng 0,85 μm • Vùng bước sóng 1,3 μm Cho suy hao nhỏ so với 0,85 μm • Vùng bước sóng 1,55 μm nghiên cứu đưa vào thực tế Đáp ứng tần số tín hiệu sợi quang Với suy hao nhau, tín hiệu mang thơng tin có tần số cao chịu suy hao nhiều đường truyền sợi quang Suy hao sợi quang phụ thuộc bước sóng Các nguyên nhân khác gây suy hao : - Suy hao hấp thụ - Suy hao tán xạ - Suy hao uốn cong … 10.5 Nguồn quang thu quang linh kiện splices connectors Các chuyển đổi điện quang thông thường LED, diode Laser (LD) Các chuyển đổi quang điện thông thường photodiode PIN , photodiode thác lũ APD ( Avalanche photodiode ) Hệ thống thơng tin quang đơn giản Đặc tính Laser diode 10.6 SONET, SDH ADM Sinh viên tìm hiểu viết báo cáo 10.7 Một số mạng quang đại Người ta điều chế tín hiệu dựa cường độ ánh sáng Sự suy hao đường truyền sóng quang tượng hấp thụ tán xạ (absorption and diffusion) chuyển đổi điện quang Cấu trúc hệ thống thông tin sợi quang gồm: • Bộ điều chế PCM • Bộ chuyển đổi điện quang (electro-optic) nơi phát Nó điều chế cường độ sóng quang • Bộ chuyển đổi quang điện (opto-electronic) nơi thu Nó giải điều chế hình bao cường độ sóng quang • Bộ giải điều chế điện để khôi phục thông tin truyền Suy hao tái tạo tín hiệu Hệ Thống Thơng Tin quang ĐỀ CƯƠNG ƠN TẬP Câu 1: Vẽ sơ đồ tổng quát hệ thống viễn thông? Phân tích chức khối Câu 1: Trình bày khái niệm phân loại báo hiệu Câu 2: So sánh CAS CCS Câu 3: Vẽ lưu đồ thời gian thể trình báo hiệu xảy thực kết nối hai thuê bao tổng đài Câu 4: Vẽ lưu đồ thời gian thể trình báo hiệu xảy thực kết nối hai thuê bao thuộc hai tổng đài khác Câu 5: PDD gì? Trong thời gian PDD xảy loại báo hiệu mạng? Câu 6: Phân tích chức báo hiệu? Câu 7: Vẽ kiến trúc thành phần mạng báo hiệu số Câu 8: Phân tích kiểu báo hiệu CCS7 Câu 9: Vẽ cấu trúc theo dạng modun phân tích ngắn gọn chức lớp Câu 10: Trình bày khái niệm phân loại chuyển mạch Câu 11: So sánh chuyển mạch kênh chuyển mạch gói Câu 12: Phân tích cấu trúc gói giao thức truyền TCP/IP Câu 13: Vẽ sơ đồ kết nối điều khiển cổng thiết bị với thành phần khác mạng NGN Câu 14: Khái niệm điều khiển lưu lượng? Phân tích vai trị Câu 15: So sánh điều khiển lưu lượng vòng mở vịng kín? Câu 16: Hiện nay, tổng đài sử dụng chủ yếu? Phân tích hướng gọi xuất phát từ điện thoại cố định ĐH Thái Bình đến điện thoại cố định thuộc ĐH Cần Thơ Câu 17: Điện thoại cố định thực gọi qua mạng VoIP hay khơng? Anh/chị giải thích để làm rõ kết luận Câu 18: Vẽ sơ đồ khối điều xung mã PCM? Trình bày khái quát chức khối Câu 19: Phát biểu định lý Nysquist công thức Cho tín hiệu x(t)=2cos100πt+3sin300πt Xác định tần số lấy mẫu nhỏ tín hiệu Câu 20: So sánh nén liệu luật A m Câu 21: Vẽ sđk giải mã PCM giải thích Câu 22: Trình bày ưu nhược điểm mạng PSTN Câu 23: Trình bày lịch sử phát triển tổng đài? Hiện tổng đài sử dụng phổ biến Câu 24: Vẽ cấu trúc mạng PSTN kèm giải thích Câu 25: VoIP gì? Cuộc gọi qua đầu cuối thực qua VoIP Câu 26: Nêu thành phần mạng VoIP? Vẽ sơ đồ kết nối thành phần này? Câu 27: Mạng VoIP sử dụng giao thức nào? Vị trí giao thức sơ đồ cấu trúc mạng Câu 28: Trình bày thơng tin chứa SIP header Câu 29: Trình bày cấu trúc tin giao thức SIP Câu 30: Mô tả bước để thực gọi MEGACO Câu 31: Cho luồng liệu số: 110010000000010 Hãy xác định mã hoá HDB3, AMI, B8ZS, Man vi sai luồng số 1 0 0 0 0 0 a) b) c) d) Câu 32: Sử dụng máy vi tính soạn thảo tin sau:”I am a student in DHDI4A3 class what have member and we study in telecommunication” a) Tính lượng tin tin xuất tin b) Tính lượng tin trung bình nguồn tin c) Lập mã shanon fano cho nguồn tin