hệ thống viễn thông gt kma

Từ viết tắt Từ đầy đủ Nghĩa Tiếng Việt DLCI Data Link Connection Identifier Nhận dạng kết nối đường liên kết dữ liệu DNHR Dynamic Non-Hierarchical Routing Định tuyến không phân lớp động

TỔNG QU N HỆ TH NG VIỄN TH NG

Các thành phần cơ bản của hệ thống viễn thông

1.1.1 Một số khái niệm mở đầu

Công nghệ viễn thông hiện tại đã đạt tới mức mà chỉ trong giây lát chúng ta có thể trao đổi thông tin với nhau từ hai điểm bất kỳ trên trái đất Sau đây ta sẽ tìm hiểu một số khái niệm mở đầu

Thông tin: Có thể hiểu một cách chung nhất đó là sự hiểu biết, tri thức có khả năng được biểu diễn dưới những dạng thích hợp cho quá trình trao đổi, truyền đưa, lưu giữ hay xử lý

Bản tin: Còn đƣợc gọi tắt là tin, là biểu diễn vật lý của thông tin đƣợc tạo ra từ một nguồn Bản tin có thể ở dạng tương tự hoặc số Bản tin tương tự là đại lượng vật lý biến thiên và thường là liên tục theo thời gian Bản tin số là chuỗi có thứ tự của các ký hiệu đƣợc lựa chọn từ một tập có hữu hạn các ký hiệu rời rạc Dù bản tin ở bất cứ dạng nào thì mục đích của hệ thống truyền thông là phải tái tạo lại bản tin tại đầu thu sao cho nó giống hoặc khác ở mức chấp nhận đƣợc với bản tin đƣợc tạo ra từ nguồn Nội dung hay cái mà ta rút ra đƣợc từ bản tin chính là thông tin của bản tin đó

Truyền thông: là khái niệm mô tả quá trình trao đổi thông tin Trong thực tế, có nhiều hình thức trao đổi thông tin đƣợc sử dụng trong cuộc sống hàng ngày Ví dụ, chúng ta nói chuyện trực tiếp với nhau, nói chuyện qua máy điện thoại hay tán gẫu qua mạng Internet, đó đều là quá trình truyền thông

Viễn thông: là quá trình trao đổi thông tin hay quảng bá thông tin dưới các dạng khác nhau ở cự ly xa nhờ vào hệ thống truyền dẫn điện tử Nhƣ vậy có thể thấy viễn thông là một dạng truyền thông đặc biệt

M ng viễn thông: à tập hợp các nút mạng và đường truyền dẫn tạo nên các tuyến nối giữa hai hay nhiều điểm khác nhau để thực hiện quá trình truyền thông Tùy vào loại dịch vụ mạng cung cấp mà có nhiều thiết bị khác nhau đóng vai trò nút mạng Ví dụ, trong mạng điện thoại chuyển mạch công cộng thì nút mạng là các tổng đài, còn trong mạng Internet thì nút mạng là các bộ định tuyến

1.1.2 Các thành phần cơ bản của hệ thống viễn thông quan trọng của các nguồn tin là lối ra của nó có tính bất định, nếu không ta không cần thiết phải truyền bản tin

Do chỉ có một số ít bản tin ở dưới dạng điện nên cần có bộ chuyển đổi đầu vào để chuyển đổi lối ra của nguồn tin thành tín hiệu dạng điện, có thể ở dạng dòng điện hay điện áp thích hợp cho truyền dẫn Ví dụ, chiếc micro đƣợc sử dụng nhƣ bộ chuyển đổi đầu vào để chuyển tiếng nói thành tín hiệu điện, hay chiếc camera đƣợc sử dụng để chuyển hình ảnh thành tín hiệu điện Tại đích đến của thông tin, một bộ biến đổi ngƣợc lại đƣợc sử dụng để chuyển tín hiệu điện nhận đƣợc thành dạng phù hợp với thông tin nơi phát ví dụ nhƣ tiếng nói, hình ảnh, Giả sử ta đã có các bộ chuyển đổi phù hợp thì nhiệm vụ chính của hệ thống viễn thông khi đó là truyền tín hiệu Trong ngữ cảnh này, thuật ngữ tín hiệu và bản tin có thể sử dụng thay thế cho nhau bởi chúng đều là biểu hiện vật lý của thông tin

H n : Mô n cơ bản ệ t ống viễn t ông

Các thành phần quan trọng nhất của hệ thống viễn thông bao gồm ba thành phần đó là bộ phát, kênh truyền thông, và bộ thu Chức năng của các thành phần này được mô tả khái quát ở phần dưới đây

Bộ phát Bộ phát chuyển đổi tín hiệu điện thành dạng phù hợp cho việc truyền dẫn qua kênh truyền vật lý Ví dụ, trong hệ thống phát thanh và truyền hình quảng bá, Cục tần số vô tuyến điện quy định dải tần số cho mỗi đài phát Do đó bộ phát phải chuyển đổi tín hiệu thông tin đƣợc phát sang dải tần số phù hợp với tần số đƣợc ấn định cho đài phát đó Hơn thế nữa tín hiệu đƣợc phát từ nhiều đài khác nhau không được chồng lấn lên nhau Các chức năng tương tự được thực hiện trong hệ thống điện thoại, trong đó tín hiệu tiếng nói dưới dạng điện đến từ nhiều người sử dụng được phát trên cùng dây dẫn

Nói chung, bộ phát thực hiện việc ghép tín hiệu tin tức vào kênh truyền thông qua một quá trình còn được gọi là điều chế Thường thì quá trình điều chế liên quan đến việc sử dụng tín hiệu thông tin để làm thay đổi một hoặc nhiều thông số nhƣ biên độ, tần số, pha của một sóng mang dạng sin Ví dụ trong hệ thống phát thanh quảng bá M, tín hiệu thông tin phát đi đƣợc chứa trong sự thay đổi biên độ của một sóng mang dạng sin, trong đó tần số trung tâm trong dải tần số là tần số đƣợc ấn định cho đài phát đó Đây là một ví dụ của điều chế biên độ Trong hệ

Bộ chuyển đổi đầu vào Bộ chuyển đổi đầu ra

Bộ phát Nguồn tin thống phát thanh quảng bá FM, tín hiệu thông tin phát đi đƣợc chứa trong sự thay đổi tần số của sóng mang dạng sin Đây là một ví dụ của điều chế tần số Và tất nhiên điều chế pha (PM) là phương pháp thứ ba để gắn tín hiệu thông tin vào pha sóng mang dạng sin

Nói chung, các phương pháp điều chế như M, FM và PM được thực hiện tại bộ phát và nhƣ đã đƣợc trình bày ở trên, đƣợc sử dụng để chuyển đổi tín hiệu thông tin thành dạng phù hợp với đặc tính của kênh truyền Do đó, trong quá trình điều chế, tín hiệu thông tin đƣợc chuyển đến tần số phù hợp với tần số đƣợc ấn định cho kênh truyền Việc lựa chọn phương pháp điều chế nào phụ thuộc vào một số tham số nhƣ lƣợng băng thông đƣợc ấn định, loại nhiễu và can nhiễu gặp phải khi tín hiệu được truyền trên kênh truyền Trong hầu hết các trường hợp, quá trình điều chế còn cho phép có thể truyền đồng thời nhiều tín hiệu thông tin trên một kênh truyền vật lý

Ngoài chức năng điều chế, bộ phát còn thực hiện một số chức năng nhƣ lọc lấy tín hiệu có ích, khuếch đại tín hiệu đã được điều chế và trong trường hợp thông tin vô tuyến, bộ phát còn thực hiện chức năng bức xạ tín hiệu nhờ ăng-ten phát

Kênh truyền thông Kênh truyền thông là môi trường vật lý để chuyển tải tín hiệu tin tức từ nơi phát tới nơi nhận tin Kênh truyền có thể coi nhƣ là một bộ lọc làm suy giảm và méo dạng tín hiệu đƣợc truyền trên đó Sự suy giảm tín hiệu tăng dần lên cùng với sự tăng khoảng cách truyền dẫn Méo dạng sóng tín hiệu truyền bởi vì sự khác nhau về suy giảm và dịch pha của các thành phần tần số khác nhau của tín hiệu Ví dụ nhƣ xung vuông sẽ bị trải rộng ra khi truyền dẫn Kiểu méo này ta gọi là méo tuyến tính Méo tuyến tính có thể sửa đƣợc một phần hay gần nhƣ hoàn toàn bằng cách đặt tại đầu thu bộ cân bằng có đặc tính khuếch đại và pha bù với những đặc tính của kênh truyền Ngoài méo tuyến tính, kênh truyền còn sinh ra méo phi tuyến khi đối với các tín hiệu có biên độ lớn Méo phi tuyến không chỉ làm thay đổi dạng tín hiệu mà nó còn gây nhiễu cho các tín hiệu khác cùng truyền trên kênh oại méo này cũng có thể sửa đƣợc một phần nhờ vào bộ cân bằng tại đầu thu có đặc tính ngƣợc với kênh truyền

Các công nghệ trong mạng viễn thông

là vô cùng và ta có thể gán mỗi mức biên độ cho một bản tin Tuy nhiên, thực thi các hệ thống này rất khó vì ta phải có đƣợc các bộ phát và tách xung với độ chính xác cao về biên độ Thực tế là không thể thực hiện đƣợc hệ thống đáp ứng đƣợc yêu cầu trên, chính điều này làm giới hạn tốc độ truyền thông

Tóm lại, trong phần này ta đã mô tả vai trò của B và SNR trong việc làm giới hạn hoạt động của hệ thống truyền thông Chúng ta cũng đã đề cập tới khả năng trao đổi giữa hai nhân tố này, B và SNR Cần phải nhớ rằng kết qủa của Shannon cho ta biết giới hạn trên của tốc độ truyền tin trên một kênh Trên thực tế, các hệ thống hoạt động ở dưới tốc độ Shannon

1.2 Các công nghệ trong m ng viễn thông Để đảm bảo xây dựng một mạng viễn thông, các công nghệ cơ bản sau đây đƣợc sử dụng: công nghệ chuyển mạch, công nghệ truyền dẫn và công nghệ truy nhập

Chuyển mạch là quá trình thiết lập một tuyến nối giữa một đầu vào và đầu ra của một thiết bị chuyển mạch giúp cho việc trao đổi thông tin trong khoảng thời gian nhất định Ví dụ nhƣ quá trình đấu nối một tuyến liên lạc giữa hai thuê bao (điện thoại, máy tính, fax, ) thông qua một hay nhiều thiết bị chuyển mạch Khái niệm chuyển mạch thoại đã có từ khi phát minh ra máy điện thoại vào năm 1786, vào thời điểm đó quá trình thiết lập tuyến nối đƣợc thực hiện nhờ điện thoại viên và bàn đấu nối Hình thức chuyển mạch này còn đƣợc gọi là chuyển mạch nhân công Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp, tổng đài cũng từng bước đƣợc cải thiện và hoàn thiện, từ tổng đài nhân công lên tổng đài tự động cơ điện, tổng đài điện tử và tổng đài điện tử số được điều khiển bằng chương trình (SPC) Xét về công nghệ chuyển mạch người ta chia thành công nghệ chuyển mạch kênh và công nghệ chuyển mạch gói Trong công nghệ chuyể mạch kênh các tổng đài liên quan thực hiện quá trình báo hiệu để thiết lập kênh liên lạc trước khi hai thuê bao đàm thoại Kênh liên lạc này đƣợc dành riêng cho hai thuê bao trong suốt quá trình liên lạc Khi kết thúc, kênh liên lạc đƣợc giải phóng và sẵn sàng phục vụ cho cuộc đàm thoại khác Trong khi đó, chuyển mạch gói không thực hiện việc cộng, mạng số liệu tích hợp đa dịch vụ và mạng điện thoại di động Về công nghệ chuyển mạch gói, người ta chia nhỏ thành chuyển mạch gói mạch ảo (VC: Virtual Circuit) và chuyển mạch datagram Trong chuyển mạch gói mạch ảo, sau khi một mạch ảo đƣợc thiết lập giữa các đầu cuối trong mạng thì các gói sẽ di chuyển trên mạch ảo đó Kiểu chuyển mạch gói mạch ảo đƣợc sử dụng trong các mạng nhƣ X.25, Frame Relay, hay TM Trong khi đó, với chuyển mạch datagram, các gói đƣợc định tuyến độc lập tại các nút mạng, do đó các gói có thể đến đích theo các đường khác nhau cũng như theo thứ tự khác nhau và phải được ráp lại thành bản tin tại đích Các mạng cục bộ, mạng Internet áp dụng phương pháp chuyển mạch này Hiện nay, để nâng cao hơn hiệu quả của chuyển mạch, các công nghệ chuyển mạch mới đƣợc ứng dụng rộng rãi ví dụ nhƣ là chuyển mạch IP, chuyển mạch nhãn đa giao thức (MP S) đƣợc đƣa vào sử dụng để tăng tốc độ chuyển mạch nhằm đáp ứng tốt hơn với các dịch vụ băng rộng Hình 1.2 mô tả việc phân loại các công nghệ chuyển mạch

Hình 1.2: P ân loại các công ng ệ c uyển mạc

Truyền dẫn là quá trình chuyển tải thông tin giữa các điểm khác nhau trong một hệ thống hay một mạng nào đó Thông thường khoảng cách tuyến thông tin giữa hai điểm đầu cuối có thể rất dài và có thể có rất nhiều nút mạng nằm trên tuyến Một hệ thống truyền dẫn cơ bản bao gồm bộ phát, bộ thu và kênh truyền thông, chức năng các phần này chúng ta đã mô tả trong mục 1.1 Trong mạng viễn thông, việc truyền dẫn được thực hiện giữa các thiết bị đầu cuối người sử dụng và mạng cũng như các nút mạng với nhau Có ba môi trường truyền dẫn cơ bản được sử dụng đó là cáp đồng, cáp quang và không gian Trong hệ thống viễn thông việc thực hiện truyền dẫn thông tin có thể là theo một chiều hoặc là theo hai chiều Các hệ thống thông tin theo một chiều duy nhất thì đƣợc gọi là thông tin đơn công; các hệ thống có thể thông tin theo hai chiều thì đƣợc gọi là hệ thống thông tin song công Hệ thống thông tin song công lại đƣợc chia thành bán song công và song công hoàn toàn Các hình thức này biểu diễn trên Hình 1.3

Chuyển mạch gói Chuyển mạch kênh

X.25, FR TM N Internet Đối với thông tin đơn công tín hiệu được truyền dẫn chỉ theo một hướng Điều này có nghĩa là khi một bên truyền thông chỉ đóng vai trò là thiết bị phát thì bên còn lại đóng vai trò thu và không thể đổi vai trò cho nhau Ví dụ, với hệ thống phát thanh truyền hình, tín hiệu chỉ đƣợc gửi đi từ máy phát đến thiết bị đầu cuối là thiết bị thu vô tuyến; hoặc ví dụ khác như hệ thống nhắn tin chỉ cho phép người dùng thu bản tin theo chữ cái và con số Đối với thông tin bán song công, tín hiệu được truyền dẫn theo hai hướng, nhưng việc truyền tin trên mỗi hướng chỉ được thực hiện tại một thời điểm Điều này có nghĩa là một khi một bên truyền thông đóng vai trò là thiết bị phát thì bên kia phải đóng vai trò thiết bị thu và ngƣợc lại Ví dụ nhƣ hệ thống thông tin vô tuyến di động (điện đàm), người nói phải xác nhận bằng nút chuyển sang chế độ nghe thì bên kia mới đƣợc nói

Trong phương pháp truyền dẫn song công hoàn toàn, tín hiệu được truyền dẫn theo hai hướng trong cùng một thời điểm Cả hai bên truyền thông đều đóng vai trò là thiết bị thu và phát đồng thời Ví dụ như thông tin thoại thông thường, hai người có thể nói và nghe đồng thời Hầu hết các hệ thống viễn thông hiện đại sử dụng nguyên lý song công hoàn toàn, để đơn giản các hệ thống này gọi là hệ thống song công

Song công: Tại một thời điểm tín hiệu thể truyền theo 2 hướng

Ví dụ: điện thoại, ISDN,

Bán song công: Tại một thời điểm tín hiệu chỉ truyền theo một hướng

Ví dụ: Một số hệ thống radio

Phát Thu Đơn công: tín hiệu chỉ truyền theo một hướng

Ví dụ: radio, TV, phương tiện Do dó hiện nay mạng viễn thông trên thế giới đang phát triển theo hướng số hóa hoàn toàn, đa dịch vụ và đa phương tiên Xét một cách tổng quát, tổ chức một mạng viễn thông đƣợc chia thành: mạng truy nhập và mạng lõi nhƣ thể hiện trên Hình 1.4

Mạng truy nhập là phần mạng giữa nút mạng và thiết bị đầu cuối khách hàng, là mạng trung gian cung cấp dịch vụ viễn thông tới khách hàng Mạng truy nhập nằm ở vị trí đầu cuối của mạng viễn thông và bao gồm tất cả các thiết bị, đường dây kết nối giữa thiết bị đầu cuối khách hàng với nút mạng Trải qua quá trình phát triển, mạng truy nhập phần lớn đã đƣợc số hóa, cáp quang hóa Tuy nhiên, mạng truy nhập, còn gọi là mạng thuê bao, vẫn còn phát triển chậm Nó đƣợc coi là một trong những cản trở để tiến tới mạng băng rộng Dựa vào kỹ thuật truyền dẫn đƣợc sử dụng mà người ta phân loại mạng truy nhập như sau: mạng truy nhập cáp đồng, mạng truy nhập quang, và mạng truy nhập vô tuyến

Hình 1.4: Mạng truy n ập và mạng lõi

 Mạng truy nhập cáp đồng Đối với mạng điện thoại truyền thống PSTN, mạng truy nhập, hay còn gọi là mạng thuê, bao gồm mạng cáp đồng kết nối giữa các giá đấu dây tại tổng đài và máy điện thoại tại nhà khách hàng Cấu trúc chi tiết của mạng cáp đồng chia làm ba phần: mạng cáp gốc, mạng cáp nhánh và dây thuê bao

Mạng truy nhập truyền thống dựa trên mạng cáp đồng tồn tại một số nhƣợc điểm chính nhƣ băng tần hạn chế, suy hao lớn, chất lƣợng không cao, và độ tin cậy và bảo mật thấp

Mạng truy nhập cáp quang là mạng truy nhập dùng môi trường truyền dẫn chủ yếu là cáp sợi quang để thực hiện truyền dẫn thông tin từ thiết bị đầu cuối khách hàng tới nút mạng Nó là một hệ thống truyền dẫn quang đƣợc áp dụng vào

Mạng truy nhập Nút mạng

Mạng truy nhập trong mạng truy nhập để tạo ra tốc độ truy nhập cao với chất lƣợng tốt Đặc điểm chính của mạng truy nhập quang là có thể cung cấp các dịch vụ băng rộng, chất lƣợng truyền dẫn tốt và độ tin cậy cao

 Mạng truy nhập vô tuyến

Truy nhập vô tuyến là phương thức truy nhập mà ở đó dùng toàn bộ hay một phần từ giao diện nút phục vụ cho tới thiết bị đầu cuối khách hàng là vô tuyến Tức là có sử dụng sóng vô tuyến để làm môi truyền truyền dẫn trong mạng truy nhập

Mạng truy nhập vô tuyến đƣợc chia ra làm 2 loại chính: mạng truy nhập vô tuyến cố định và truy nhập vô tuyến di động Mạng truy nhập vô tuyến cố định chủ yếu phục vụ cho các thuê bao có vị trí cố định hoặc thuê bao di động trong một phạm vi nhất định Thiết bị kết cuối của khách hàng chủ yếu là máy điện thoại, máy fax hay máy tính Truy nhập vô tuyến cố định có thể chia ra thành: mạch vòng vô tuyến cố định, hệ thống VS T, hệ thống vi ba điểm – đa điểm Mạng truy nhập di động phục vụ cho các thuê bao trong khi di chuyển hay thuê bao có vị trí di động Thiết bị đầu cuối khách hàng có thể là máy cầm tay, máy xách tay hay máy đặt trên xe Các hệ thống vô tuyến di dộng bao gồm: hệ thống thông tin di động toàn cấu, hệ thống thông tin di động vệ tinh, hệ thống điện thoại di động tổ ong,… Để đảm bảo chất lƣợng thông tin qua mạng truy nhập vô tuyến, nhiều kỹ thuật đƣợc áp dụng nhƣ điều chế, giải điều chế, khuếch đại và lọc, mã hóa và giải mã, … Dịch vụ mà mạng truy nhập vô tuyến di động cung cấp có thể là dịch vụ thoại, fax, nhắn tin hay dịch vụ hình ảnh và số liệu Mạng truy nhập vô tuyến có một số ƣu điểm nhƣ tổ chức mạng linh hoạt, lắp đặt và bảo dƣỡng đơn giản, chi phí lắp đặt và mở rộng mạng thấp, và có thể cung cấp dịch vụ trong trạng thái di động, khẩn cấp.

Kênh truyền thông

Kênh truyền thông là môi trường vật lý cụ thể dùng để truyền tín hiệu giữa nơi phát và nơi thu Trong viễn thông đôi khi khái niệm kênh còn đƣợc hiểu là một kết nối giữa nơi phát và thu, kênh đó có thể là kênh logic Tuy nhiên trong phần này ta không xem xét kênh truyền ở khía cạnh này Kênh truyền đƣợc chia thành 2 loại chính: kênh truyền có dây và kênh truyền không dây Cặp dây đồng, cáp đồng trục, sợi quang là những ví dụ của kênh truyền có dây Kênh truyền không dây là kênh sử dụng khoảng không gian làm môi trường truyền dẫn như trong các hệ kênh truyền Giả sử kênh truyền chỉ cho dải tần số từ f 1 đến f 2 đi qua thì độ rộng băng hay còn gọi là băng thông kênh truyền khi đó là B  f 2 – f 1 (Hz) Các thiết bị thu và phát phải hoạt động ở dải tần số của kênh truyền và đƣợc thiết kế sao cho có thể loại bỏ các thành phần méo dạng để đảm bảo có thể thu đúng tín hiệu Thứ hai, tín hiệu truyền sẽ bị suy giảm khi nó được lan truyền trong môi trường truyền dẫn và nhiễu cũng được tạo ra trong môi trường và thiết bị thu Những hiện tượng này quyết định tỷ số tín hiệu trên tạp âm (SNR) đối với hệ thống tương tự và tỷ số lỗi bít BER đối với hệ thống số tại bộ thu Do đó khi xem xét một kênh truyền cụ thể, chúng ta cần quan tâm đến các đặc tính nhƣ: Đáp ứng biên độ, đáp ứng pha và băng thông của kênh

Khả năng chống chịu của môi trường truyền đối với nhiễu và can nhiễu từ các nguồn khác

Một số điểm khác biệt giữa môi trường truyền có dây và không dây có thể kể ra nhƣ sau:

Thứ nhất, đối với môi trường có dây, năng lượng tín hiệu được truyền trong dây dẫn, do đó tại đầu thu tín hiệu chịu ít can nhiễu từ các nguồn khác, hơn nữa nếu muốn tăng dung lƣợng truyền dẫn thì ta có thể tăng thêm số dây dẫn Đối với môi trường không dây, tất cả các bộ thu sử dụng chung dải tần số được cấp phép, do đó can nhiễu tác động tới chúng là điều không thể tránh khỏi Dải tần số trong môi trường không dây là giới hạn, do đó không thể tăng dung lượng truyền dẫn lên được Tuy nhiên trên thực tế, dung lượng đối với các hệ thống sử dụng môi trường truyền không dây có thể tăng thêm bằng cách sử dụng lại dải tần số đƣợc cấp phát tại vùng địa lý đủ xa để sao cho nhiễu đồng kênh và nhiễu kênh lân cận là không đáng kể

Thứ hai, trong môi trường truyền dẫn có dây, độ suy giảm tín hiệu tại một tần số xác định phụ thuộc vào khoảng cách truyền dẫn và tuân theo biểu thức 10 kd , trong đó k là hằng số phụ thuộc vào tần số và d là khoảng cách truyền dẫn Nhƣ vậy suy hao trong môi trường có dây là kd (dB) Còn đối với môi trường truyền không dây, độ suy hao tỷ lệ với d n , trong đó n là hằng số phụ thuộc vào môi trường không gian có vật cản hay không n  2 đối với không gian tự do và 2 n  đối với môi trường có sự hiện hữu của vật cản Suy hao trong môi trường không dây là nlog d   theo đơn vị dB Tới đây ta nhận thấy rằng, suy hao theo dB trong môi trường có dây tỷ lệ tuyến tính với khoảng cách truyền, còn trong môi trường không dây suy hao này tỷ lệ với log của khoảng cách truyền Tại một tần số sử dụng, cùng công suất phát, tín hiệu trong môi trường không dây truyền được đi xa hơn trong môi trường có dây

Kênh truyền đơn giản nhất là cặp dây dẫn song song bằng đồng đƣợc cách ly về điện Tín hiệu đƣợc truyền trên một dây và dây còn lại đƣợc sử dụng để truyền mức đất tham chiếu Hệ thống sử dụng cặp dây đồng song song này chịu tác động mạnh của hiện tƣợng xuyên âm và nhiễu Xuyên âm là hiện tƣợng thu nhận tín hiệu đƣợc truyền từ các dây liền kề Bởi vì các dây dẫn không đƣợc bọc chống nhiễu nên tín hiệu truyền trên nó cũng bị ảnh hưởng của nhiễu hay can nhiễu từ các nguồn điện bên ngoài Sự chênh lệch điện áp giữa dây truyền thông tin và dây đất chính là tín hiệu mong muốn tại đầu thu Do đó nếu một trong hai dây chịu tác động của nhiễu hay xuyên âm thì khi đó lỗi sẽ xảy ra Bởi vì lý do này này nên cặp dây song song chỉ đƣợc sử dụng để truyền tín hiệu ở khoảng cách ngắn

Hình 1.5: Suy hao của cặp dây xoắn t eo tần số [14]

Bảng : Tốc độ dữ liệu c o cặp dây xoắn đường kín 0,0 6 inch [14]

Chuẩn Tốc độ Khoảng cách

DS2 6,312Mb/s 3,7Km ẳ STS-1 12,960Mb/s 1,4Km ẵ STS -1 25,920 Mb/s 0,9Km Đường kính lõi 0,4 mm

Tần số (Hz) Suy hao (dB/Km) Đường kính lõi 0,5 mm Đường kính lõi 0,6 mm Đường kính lõi 0,9 mm hưởng bởi can nhiễu Khi hai sợi được xoắn vào nhau cũng giúp làm giảm ảnh hưởng của hiện tượng xuyên âm khi một số cặp dây được đặt cùng trong một cáp Trong hệ thống điện thoại, đường truyền từ thuê bao tới trung tâm chuyển mạch nội hạt hoặc giữa các tổng đài với nhau sử dụng cặp dây xoắn Do có nhiều cặp dây đƣợc bọc vào trong một cáp điện thoại nên hiện tƣợng xuyên âm vẫn còn đáng kể, đặc biệt là ở những tần số cao

Cặp dây xoắn có thể cho qua dải tần số tương đối lớn Độ suy giảm của cặp dây xoắn, đƣợc tính theo dB/km, có thể biến đổi từ 1 đến 6dB/km tại tần số từ 100Hz đến 10kHz, phụ thuộc vào đường kính sợi như chỉ ra trên Hình 1.5 Do đó độ rộng băng của cặp dây xoắn giảm theo khoảng cách Bảng 1.1 chỉ ra giới hạn tốc độ dữ liệu truyền thực tế có thể truyền trên đường truyền đơn hướng với đường kính sợi là 0,016 inch tương đương 0,04064 cm

Cặp dây xoắn đƣợc ứng dụng hầu hết trong hệ thống dây dẫn của hệ thống điện thoại, các đường nối trung tâm chuyển mạch tới các thuê bao còn được gọi là mạch vòng thuê bao hay các đường trung kế Đường mạch vòng thuê bao điện thoại đƣợc thiết kế để hoạt động ở băng thông 4 kHz, do dó tốc độ truyền dữ liệu trên nó bị giới hạn khoảng dưới 40 kb/s Tuy nhiên, hiện nay để đáp ứng cho nhu cầu truyền số liệu với tốc độ cao, công nghệ đường dây thuê bao số bất đối xứng ký hiệu DS ra đời Công nghệ này sử dụng nguyên trạng đường mạch vòng thuê bao, số liệu đƣợc truyền dẫn ở tần số lớn hơn 4 kHz để tách biệt với dải tần dùng cho tín hiệu thoại Từ bất đối xứng ở đây thể hiện ở chỗ tốc độ dữ liệu cho đường lên từ đầu cuối người dùng tới mạng và đường xuống theo chiều ngược lại là khác nhau, cụ thể là tùy thuộc vào khoảng cách đường truyền, tốc độ đường lên có thể thay đổi từ 64 kb/s đến 640 kb/s còn tốc độ đường xuống từ 1,536 kb/s đến 6,144 kb/s Cặp dây xoắn còn đƣợc ứng dụng trong các mạng số liệu cục bộ ( N) ở hầu hết tất cả các chuẩn do khoảng cách giữa máy tính và thiết bị mạng là ngắn hơn 100m Một số loại dây đƣợc sử dụng trong các mạng N có thể kể ra đó là UTP

C T3, UTP C T5, hay STP, tốc độ truyền dữ liệu thường được sử dụng là 100Mb/s

Trong cáp đồng trục lớp dẫn điện đặc ở giữa đƣợc đặt đồng trục với lớp dẫn điện hình trụ bên ngoài Giữa hai lớp dẫn điện này là lớp chất cách điện đặc và ngoài cùng là lớp vỏ bảo vệ nhƣ thể hiện trên Hình 1.6 Sự sắp xếp 2 lớp dẫn điện đồng trục với nhau giúp cáp đồng trục có khả năng chống can nhiễu và xuyên âm tốt hơn so với cặp dây xoắn Cáp đồng trục có băng thông lớn hơn nhiều so với cặp dây xoắn Ví dụ, cáp trong hệ thống truyền hình cáp có băng thông 500Mhz

Trước đây cáp đồng trục được sử dụng cho hệ thống truyền tải đường trục của mạng điện thoại tương tự Mỗi sợi cáp có thể mang được cỡ 10000 cuộc gọi đồng thời Hệ thống truyền dẫn số cũng sử dụng cáp đồng trục đã đƣợc đƣa vào sử dụng vào những năm 70 của thế kỷ trước Những hệ thống này hoạt động ở tốc độ từ 8,884 Mb/s đến 564,992 Mb/s Tuy nhiên sự phát triển của hệ thống truyền dẫn sử dụng cáp đồng trục bị dừng lại và đƣợc thay thế bởi hệ thống truyền dẫn sợi quang với băng thông lớn hơn nhiều và giá thành rẻ hơn

Hình 1.6: Cáp đồng trục Ứng dụng rộng rãi nhất của cáp đồng trục hiện nay là trong hệ thống truyền hình cáp Ngoài ra cáp đồng trục còn đƣợc sử dụng trong các mạng cục bộ nhƣ mạng N chuẩn 10base5 Cáp đồng trục có thể sử dụng làm các đường truyền sóng từ ăng-ten tới máy thu và ngƣợc lại từ máy phát tới ăng-ten

1.3.1.3 Sợi quang ớp lõi dẫn điện ớp vật liệu cách điện ớp dẫn điện bên ngoài ớp vỏ bọc

Sợi quang có cấu tạo gồm lớp lõi hình trụ mỏng làm bằng thủy tinh đƣợc bao bọc xunh quanh bởi lớp vỏ bằng nhựa và ngoài cùng là lớp áo bảo vệ sợi quang như thể hiện trên Hình 1.7 Thông tin được truyền trong lõi của sợi quang dưới dạng chùm sáng Vật liệu chế tạo lớp lõi có chiết suất lớn hơn lớp vỏ một chút Tỷ số chiết suất của hai lớp lõi và vỏ bọc quyết định góc tới hạn θ c Khi tia sáng đi vào sợi quang với góc tới nhỏ hơn góc tới hạn thì khi nó đi tới bề mặt tiếp xúc giữa lớp lõi và vỏ bọc, tia sáng sẽ bị phản xạ toàn phần trở lại lớp lõi Theo cách thức nhƣ vậy tia sáng đƣợc dẫn đi trong sợi quang Độ suy hao trong sợi quang đƣợc giữ ở mức thấp bằng cách điều khiển các tạp chất có trong thủy tinh Khi sợi quang đƣợc phát minh vào năm 1970, nó có độ suy hao cỡ 20dB/km Trong khoảng 10 năm sau đó, đã có thể chế tạo sợi quang với độ suy hao 0,2dB/km Có ba cửa sổ bước sóng với hệ số suy hao thấp đó là các cửa sổ xung quanh bước sóng 850nm, 1300nm và 1550nm Các hệ thống truyền dẫn quang đầu tiên hoạt động ở bước sóng 850nm với các bộ phát quang ED rẻ tiền cho phép tốc độ truyền dẫn cỡ vài chục Mb/s Các hệ thống truyền dẫn quang hiện tại chủ yếu hoạt động ở dải bước sóng quang 1300nm và 1550nm cho phép tốc độ truyền dẫn lên tới vài Gb/s

Hình 1.8: Hệ t ống truyền dẫn quang cơ bản

Hình 1.8 chỉ ra sơ đồ khối chức năng của hệ thống truyền dẫn quang Bộ phát bao gồm một nguồn phát ánh sáng có thể điều chế theo tín hiệu điện đầu vào nhằm tạo ra chùm sáng nhằm ghép vào sợi quang Thông thường chuỗi thông tin nhị phân được chuyển thành chuỗi xung ánh sáng tại một bước sóng cụ thể tương ứng với bít nhị phân: 1 là có xung, 0 là không có xung Một bộ tách sóng quang tại đầu thu chuyển tín hiệu quang thu đƣợc thành tín hiệu điện mà qua đó thông tin gốc có thể được khôi phục lại Vùng bước sóng xung quang 1300nm với độ suy hao nhỏ hơn 0,5dB/Km và vùng bước sóng xung quanh 1550nm với độ suy hao nhỏ hơn 0,2dB/Km có băng thông cỡ khoảng 25THz Rõ ràng, băng thông của hệ thống truyền dẫn quang là rất lớn và vấn đề giới hạn băng thông là không cần thiết với thông tin quang

Với những ƣu điểm to lớn sợi quang đƣợc sử dụng trong các hệ thống truyền tải đường trục với tốc độ truyền dẫn khi có sử dụng kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng WDM có thể từ 40Gb/s lên tới 1600Gb/s Chi phí xây dựng hệ thống truyền tải quang là đắt hơn so với truyền dẫn bằng cặp dây xoắn và cáp đồng trục Do đó nó đa phần được sử dụng trong truyền tải đường dài, khi đó chi phí hệ thống được chia sẻ cho nhiều người dùng Mạng truy nhập truyền dẫn quang cung cấp cho người dùng các dịch vụ yêu cầu băng thông lớn tuy vậy giá thành vẫn còn đắt Sợi quang hiện nay còn đƣợc sử dụng trong một số chuẩn của mạng cục bộ nhƣ FDDI (Fiber Distributed Data Interface) hay Gigabit Ethernet

Kênh truyền không dây sử dụng khoảng không gian làm môi trường truyền dẫn Truyền dẫn không dây sử dụng sóng vô tuyến ở dải tần số từ 3kHz đến 300Ghz Trong thông tin vô tuyến, năng lƣợng sóng vô tuyến đƣợc bức xạ ra ngoài không gian nhờ thiết bị, còn gọi là ăng-ten, tại một tần số xác định Tùy thuộc vào tần số và ăng-ten đƣợc sử dụng mà năng lƣợng sóng vô tuyến có thể bức xạ đơn hướng hay vô hướng Trong trường hợp bức xạ đơn hướng, hướng của ăng-ten thu phải được hiệu chỉnh sao cho trùng với hướng của bức xạ sóng vô tuyến tới thì mới có thể thu được sóng vô tuyến để đưa tới bộ thu tương ứng để khôi phục tín hiệu thông tin Còn đối với trường hợp bức xạ vô hướng, bất cứ thiết bị thu nào nằm trong vùng phủ sóng của ăng-ten phát đều có thể thu và phục hồi đƣợc tín hiệu thông tin

Hình 1.9: Băng tần sóng vô tuyến và ứng dụng

Kênh truyền vô tuyến chịu ảnh hưởng của rất nhiều hiện tượng khi truyền dẫn làm suy giảm và méo dạng tín hiệu truyền Nhƣ chúng ta đã chỉ ra ở trên, độ suy các tín hiệu tới đầu thu có pha ngƣợc nhau thì chúng sẽ triệt tiêu lẫn nhau Phading đa đường dẫn tới sự thay đổi biên độ và pha của tín hiệu thu theo thời gian Can nhiễu là hiện tƣợng năng lƣợng sóng vô tuyến tới máy thu từ một máy phát khác Can nhiễu có thể tạo ra từ những người dùng khác trong cùng dải tần số hoặc từ những máy phát tạo năng lượng ở dải tần số khác gần với dải tần số người sử dụng Can nhiễu này còn được gọi can nhiễu kênh liền kề Can nhiễu gây ảnh hưởng trầm trọng đến hoạt động của hệ thống thông tin vô tuyến Do đó việc quy định tần số, công suất của các máy phát phải đƣợc quy định rõ ràng bởi các cơ quan quản lý tần số vô tuyến

Một số kiến thức cơ bản

1.4.1 Mã hóa và giải mã

Trong các hệ thống truyền tin có hai vấn đề đƣợc đặt ra đó là làm sao có thể truyền tin với hiệu suất cao nhất và làm sao có thể chống lại đƣợc nhiễu tốt nhất Hai vấn đề này có thể đƣợc giải quyết bằng mã hóa Mã hóa là thao tác không thể thiếu trong các hệ thống thông tin số và nó được phát triển theo hai hướng chính là mã hóa nguồn và mã hóa kênh hay còn gọi là mã phát hiện sai và sửa sai

Mã hóa nguồn là phương pháp mã hóa dùng để tối ưu hóa nguồn tin Chúng ta biết rằng hầu hết các bản tin con người muốn truyền đi đều chứa các thành phần mà nếu không truyền đi tại đầu thu vẫn có thể hiểu đúng thông tin Các thành phần này đƣợc gọi các thành phần dƣ thừa Các thành phần dƣ thừa gây lãng phí tài nguyên kênh truyền, do đó bản tin thường được xử lý trước khi truyền để loại bỏ các thành phần dƣ thừa Công việc này đƣợc thực hiện nhờ biện pháp mã hóa nguồn tin, sử dụng các bộ mã hay còn gọi là mã nguồn

Một trong những mã nguồn thường được sử dụng là mã Huffman Quy luật lập mã dựa vào đặc tính thống kê của nguồn tin Từ mã trong mã Huffman có độ dài thay đổi, nguồn tin xuất hiện với xác suất càng nhỏ từ mã tương ứng của nó càng dài Mã Huffman là mã tối ƣu theo số bít trung bình mã hóa cho các nguồn tin

Trái với mã hóa nguồn, mã hóa kênh là phương pháp để làm giảm thiểu lỗi nhận bản tin tại đầu thu Mã hóa kênh đƣợc thực hiện theo nguyên tắc thêm một số bít vào bản tin cần truyền đi theo một quy tắc nào đó giúp cho việc phát hiện lỗi và sửa lỗi nếu có lỗi xảy ra ở đầu thu Số bít thêm vào bản tin có thể xem nhƣ thêm các thành phần dư thừa vào bản tin Ở đây chúng ta lưu ý rằng mã kênh không làm giảm sai số khi truyền tin mà chỉ làm giảm sai số khi nhận bản tin tại đầu thu Nói cách khác mã kênh giúp cho bản tin truyền đi có khả năng chống nhiễu Một trong những kỹ thuật đơn giản nhất của mã kênh đó là truyền mỗi bít 3 lần Trong kỹ thuật này, để truyền 0 thì ta truyền 000 và để truyền 1 thì ta truyền 111 Công việc này đƣợc thực hiện nhờ bộ mã hóa bên phát Bên thu phải thực hiện việc giải mã bằng việc sử dụng bộ giải mã Có 8 chuỗi 3 bít mà bộ thu có thể thu đƣợc và bộ giải mã đƣợc thực hiện giải mã theo luật số lớn với các giải mã nhƣ sau:

Bộ mã hóa và giải mã theo quy tắc ở trên có thể phát hiện và sửa đƣợc lỗi đơn tức là lỗi xảy ra đối với 1 bít và nhƣ vậy, bản tin thu đƣợc với xác suất lỗi thấp hơn Giả sử tại đầu thu nhận đƣợc chuỗi 101 thì điều này có nghĩa bít ở giữa đã bị lỗi, nếu nhận đƣợc chuỗi 110 thì bít thứ 3 bị lỗi Kỹ thuật mã kênh dựa theo luật số lớn ở trên làm tốc độ bít tăng thêm 3 lần và đó là kỹ thuật mã hóa không có hiệu quả Trải qua nhiều năm phát triển, đã có nhiều loại mã kênh ra đời, các mã có thể đƣợc xếp vào hai dạng chính là mã khối và mã chập Hai dạng mã này khác nhau ở bộ giải mã sử dụng để tìm và sửa một số lỗi nào đó Các mã đƣợc biểu thị  n k ,  trong đó tỷ lệ mã R đƣợc định nghĩa bằng R k

 n Các giá trị hữu ích của R nằm trong khoảng từ 1

8 và k nằm trong khoảng từ 3 cho đến vài trăm

Nhóm mã cây: Một mã cây đƣợc tạo ra từ một bộ mã hóa có nhớ, các mã xoắn là tập con của các mã cây Bộ mã xoắn nhận k ký hiệu nhị phân tại đầu vào và tạo ra n ký hiệu nhị phân tại đầu ra của nó, trong đó n ký hiệu đầu ra phụ thuộc vào  m  k  ký hiệu đầu vào Phải đƣa bộ nhớ vào vì m  0 Tỷ lệ mã đƣợc định nghĩa bằng R k

 n Các giá trị điển hình của k và n nằm trong khoảng từ 1 đến

8, các giá trị của m nằm trong khoảng từ 2 đến 60 Giá trị của R nằm từ từ 1

8 [1] Giá trị nhỏ của R chỉ độ dƣ thừa cao, nó có tác dụng điều khiển lỗi tốt nhưng làm giảm lưu lượng tin tức

1.4.2 Điều chế và giải điều chế

Mục đích của hệ thống viễn thông là truyền bản tin từ một nguồn tin tới nơi nhận tin dưới dạng mà nơi nhận có thể hiểu thông tin nó nhận được trong điều kiện nguồn tin và nơi nhận tin cách xa nhau Để làm đƣợc điều này, bộ phát phải biến đổi tín hiệu tin thành dạng sao cho phù hợp với môi trường truyền dẫn Việc biến đổi tín hiệu tin này đƣợc thực hiện thông qua quá trình điều chế Điều chế thực hiện bằng đổi các thông số của sóng mang theo quy luật của tín hiệu tin Tại nơi nhận, bộ thu thực hiện khôi phục tín hiệu tin gốc từ tín hiệu sóng mang đã đƣợc điều chế sau khi nó đã đi qua kênh truyền với những biến dạng nhất định do kênh truyền và nhiễu gây nên Việc khôi phục tín hiệu tin gốc đƣợc thực hiện nhờ quá trình đƣợc gọi là giải điều chế, đó là quá trình thực hiện ngƣợc lại với quá trình điều chế ở bộ phát Tuy nhiên, do tín hiệu bộ thu nhận đƣợc có chứa nhiễu và những méo dạng nhất định nên bộ thu không thể khôi phục chính xác tín hiệu tin gốc đƣợc Chất lƣợng bản tin đƣợc khôi phục phụ thuộc vào kiểu điều chế đƣợc sử dụng Hay nói cách khác, chúng ta nhận thấy rằng một số kiểu điều chế sẽ ít chịu ảnh hưởng của nhiễu và méo dạng hơn các kiểu khác

Chúng ta có thể phân loại điều chế ra làm ba dạng chính: điều chế tương tự, điều chế xung và điều chế số Trong điều chế tương tự, một tín hiệu dạng sin được sử dụng với vai trò là sóng mang Khi biên độ của sóng mang thay đổi theo quy luật của tín hiệu tin ta có kiểu điều chế biên độ ( M), và khi góc của sóng mang thay đổi theo quy luật của tín hiệu tin ta có kiểu điều chế góc Điều chế góc có thể phân chia thành 2 kiểu: điều chế tần số (FM) và điều chế pha (PM) trong đó tần số tức thời và pha tức thời của sóng mang tương ứng thay đổi theo quy luật của tín hiệu tin

Trong điều chế xung, khác với điều chế tương tự, sóng mang được sử dụng là một chuỗi xung chữ nhật tuần hoàn Điều chế xung đƣợc thực hiện bằng cách thay đổi các thông số của chuỗi xung nhƣ biên độ, độ rộng, hay vị trí theo quy luật của tín hiệu tin tức Trong các trường hợp này, ta gọi các kiểu điều chế tương ứng là điều chế biên độ xung, điều chế độ rộng xung, hay điều chế vị trí xung

Dạng thường được sử dụng và được đưa vào chuẩn của điều chế xung là điều chế xung mã (PCM) Bước đầu tiên của PCM chính là điều chế biên độ xung, tiếp đến biên độ của các xung đã đƣợc điều chế đƣợc đƣa vào lượng tử óa hay nói đơn giản hơn chính là làm tròn tới giá trị gần nhất trong một tập các mức biên độ rời rạc được định trước và cuối cùng, biên độ xung đã lượng tử hóa được mã hóa thành một từ mã nhị phân tương ứng Việc biểu diễn các xung bởi các số nhị phân

0 và 1 rất thuận tiện cho việc truyền dẫn trên kênh Tuy nhiên, trong quá trình lƣợng tử hóa, một lƣợng thông tin trong bản tin gốc đã bị mất đi và do đó bản tin gốc không thể đƣợc khôi phục lại một các chính xác Tuy nhiên nếu chúng ta sử dụng số mức biên độ rời rạc trong tập trên đủ lớn thì méo dạng do quá trình lƣợng tử hóa gây nên sẽ không được nhận biết bởi tai người trong trường hợp của tín hiệu tiếng nói và mắt người trong trường hợp tín hiệu hình ảnh hai chiều Trong các kiểu điều chế trên thì PCM là phương thức điều chế có được nhiều ưu điểm và thường được sử dụng để truyền dẫn tín hiệu tương tự

Giống như điều chế tương tự, điều chế số chỉ khác ở chỗ tín hiệu tin đầu vào điều chế là tín hiệu số biễu diễn cho chuỗi bít nhị phân 0 và 1 Sóng mang cũng là tín hiệu dạng sin

Trong các hệ thống viễn thông số liệu trước khi đưa lên điều chế sóng vô tuyến đƣợc ngẫu nhiên hoá vì các lý do sau:

 Tăng thêm các chuyển đổi mức ở luồng số để dễ dàng khôi phục lại đồng vùng, tránh tình trạng phổ vạch dẫn đến khoá pha nhầm ở đầu thu Trong một số trường hợp ngẫu nhiên hoá các kênh vô tuyến khác nhau sẽ giảm nhiễu giữa các kênh này khi chúng làm việc ở tần số gần nhau

Ngẫu nhiên hoá được thực hiện theo hai phương pháp: Ngẫu nhiên hoá đồng bộ (hay ngẫu nhiên hoá khởi động lại) và ngẫu nhiên hoá dị bộ (hay còn gọi là ngẫu nhiên hoá tự đồng bộ)

Nguyên tắc chung của cả hai phương pháp ngẫu nhiên hoá nói trên là luồng số cần phát đƣợc cộng modul-2 với luồng số cơ số hai giả ngẫu nhiên (PRBS: Pseudo Random Binary Sequence) đƣợc tạo ra từ một bộ tạo mã giả ngẫu nhiên Các bộ tạo mã giả ngẫu nhiên đƣợc xây dựng trên cơ sở các đa thức tạo mã có cấu trúc là một chuỗi các flip-flop mắc nối tiếp với nhau hay các thanh ghi dịch

Giới thiệu phần mềm mô phỏng hệ thống viễn thông

Trong việc thiết kế các hệ thống viễn thông, việc phân tích hệ thống thông qua mô phỏng giúp các nhà thiết kế tối ƣu và thử nghiệm hệ thống với chi phí nhỏ trước khi đưa hệ thống vào thử nghiệm trong thực tế

Một trong các công cụ rất hữu hiệu cho việc phân tích và mô phỏng hệ thống đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới đó là phần mềm Matlab ý do Matlab đƣợc ứng dụng rộng rãi nhƣ vậy là ví nó là một công cụ rất mạnh để thực hiện các phép biến đổi toán học Bên cạnh đó nhiều chương trình xử lý tín hiệu số cũng được tích hợp vào bên trong các phiên bản mới của Matlab Matlab còn dùng để điều khiển các vi mạch điện tử, các thiết bị đo Có thể nói ngày nay, Matlab là công cụ không thể thiếu đƣợc cho sinh viên, kỹ sƣ sử dụng để mô phỏng hệ thống phục vụ cho mục đích nghiên cứu khoa học và trong công nghiệp.

HỆ TH NG VIỄN TH NG TƯƠNG TỰ

Hệ thống điều chế biên độ

2.1.1 Nguyên lý điều chế biên độ Điều chế biên độ (AM), còn gọi là điều biên, một kỹ thuật đƣợc sử dụng trong viễn thông để truyền bản tin đi xa nhờ vào một sóng vô tuyến có biên độ thay đổi theo tín hiệu biểu diễn cho bản tin Tín hiệu biểu diễn cho bản tin, còn gọi là tín hiệu tin hay tín hiệu điều chế, ký hiệu là m t   Tín hiệu sóng vô tuyến, còn đƣợc gọi là sóng mang, có dạng x t c ( ) A c c os( c t) Với điều chế biên độ A c , thay đổi theo m t   , còn  c và  được giữ cố định và  thường được chọn bằng 0(rad) cho đơn giản

Tín hiệu điều chế biên độ có dạng:

Biểu diễn tín hiệu M trên Hình 2.1, trước hết ta biểu diễn 2 thành phần

  và    A  m t     , tiếp đến là biểu diễn tín hiệu sóng mang với tần số

 c có biên độ bị giới hạn bởi hai thành phần trên Hình biểu diễn cho   A c  m t     được gọi là hình bao (đường bao) của tín hiệu M

Nếu   A c  m t     nằm trên trục hoành với mọi t thì tín hiệu m t   chính là hình bao (Hình 2.1b), cộng với việc A c  m t   nên tại đầu thu tín hiệu M có thể khôi phục tín hiệu thông tin bằng phương pháp tách sóng hình bao Nếu c  

  không nằm trên trục hoành với mọi t thì hình bao của tín hiệu điều chế không còn chứa đầy đủ thông tin của m t   Một phần hình bao bị chỉnh lưu nhƣ thể hiện trên Hình 2.1c Vậy, điều kiện để hình bao của M chứa hoàn toàn thông tin của m t   là A c  m t    0 với mọi t

Gọi m p là giá trị đỉnh của m t   thì điều kiện trên tương đương với

  p m t   m với mọi t , khi đó ta có A c m p Đặt p c m à  A ( à gọi là hệ số điều chế ), thì 0    1

Vậy với à  1 hỡnh bao tớn hiệu M chứa toàn bộ thụng tin của m t   và do đú ta cú thể giải điều chế M bằng phương phỏp tỏch súng hỡnh bao à  1 tương ứng với điều chế M quá mức, khi đó hình bao không chứa đầy đủ thông tin của

  m t Để giải điều chế ta cần thực hiện phương pháp giải điều chế kết hợp

Hình 2.1: Tín iệu điều c ế biên độ và n bao Ở phần trên chúng ta đã xem xét tín hiệu M trên phương diện thời gian, còn trên miền tần số nó sẽ nhƣ thế nào, ta sẽ xem ngay sau đây

Giả sử tín hiệu tin là đơn tần m t( ) Bcos( s t), khi đó tín hiệu AM sẽ có dạng

Từ biểu thức (2.3) ta thấy phổ tín hiệu AM gồm ba thành phần (Hình 2.2): thành phần sóng mang, thành phần tần số là hiệu của tần số sóng mang và tần số tín hiệu tin, thành phần tần số là tổng của tần số sóng mang và tần số tín hiệu tin

Hình 2.2: P ổ tín iệu AM với tín iệu đơn tần

Phổ tín hiệu AM trong Hình 2.2 tương ứng khi tín hiệu điều chế là đơn tần, để tạo ra trường hợp thực tế hơn ta giả sử tín hiệu điều chế có các thành phần tần số từ

 s đến  s 2 Từ biểu thức (2.3) có suy rộng ra rằng các thành phần tần số hiệu và tổng sẽ tạo ra các băng tần số đối xứng với nhau qua thành phần tần số sóng mang Cũng tương tự như trên các băng tần này gọi là dải biên trên và dải biên dưới tương ứng với các tần số lớn hơn và nhỏ hơn tần số sóng mang Hình 2.3 minh họa phổ tín hiệu M trong trường hợp tổng quát

Qua việc xem xét phổ tín hiệu AM ta thấy, phổ tín hiệu tin tức đƣợc chuyển từ dải tần số thấp lên dải tần số cao tập trung quanh tần số sóng mang Đây là một trong những chức năng quan trọng của điều chế

Hình 2.3: P ổ tín iệu AM trong trường ợp tổng quát

Tần số biên trên Biên độ

Dải biên trên Dải biên dưới

Ví dụ: 2.1 Biểu diễn tín hiệu điều chế AM với tín hiệu tin là ( ) cos( s ) m t  B  t trong hai trường hợp hệ số điều chế là 0,5 và 1

Trong trường hợp này ta có m p  B Từ biểu thức xác định hệ số điều chế p / c m A

  ta cú B  àA c Nhƣ vậy tớn hiệu điều chế AM cú dạng sau:

Hình 2.4 biểu diễn tín hiệu điều chế M tương ứng với hệ số điều chế là 0,5 và 1

Hỡnh 2.4: Tớn iệu điều c ế AM với à =0,5 và 1

2.1.2 Các dạng điều chế biên độ Điều chế biên độ với hệ số điều chế không lớn hơn 1 có lợi điểm quan trọng là việc xây dựng các bộ thu rất đơn giản, tuy nhiên điều chế biên độ lại có nhƣợc điểm lớn, đó là hiệu suất sử dụng công suất kém khi mà nó tốn quá nhiều công suất để truyền sóng mang Tồn tại một số kiểu điều chế biên độ trong đó việc phân loại dựa vào việc có truyền sóng mang hay không trong hệ thống cùng với việc xác định đâu là các dải biên cần truyền

DSB-FC: Đƣợc gọi là điều chế biên độ hai biên có sóng mang hay đơn giản là điều chế AM Do phổ tín hiệu DSB-FC chứa đầy đủ hai dải biên tần cùng với sóng mang nên kiểu điều chế này có hiệu suất nhỏ nhất nhƣng bù lại ta có thể thiết kế bộ giải điều chế đơn giản tại đầu thu bởi phương pháp tách sóng hình bao

DSB-SC: Đƣợc gọi là điều chế biên độ hai biên không có sóng mang Kiểu để tạo đƣợc tín hiệu SSB ta chỉ cần sử dụng các bộ lọc thông dải để lấy một trong hai dải biên và loại bỏ dải biên còn lại Đây là kiểu điều chế có hiệu suất cao nhất (100%) tuy nhiên các sơ đồ điều chế và giải điều chế lại phức tạp

VSB: Điều chế biên rớt Đây là kiểu điều chế có các đặc tính dung hòa các kiểu điều chế biên độ trên Phổ của tín hiệu VSB chứa toàn bộ một dải biên trên hoặc dưới cộng với một phần của dải biên phía bên kia Ngoài ra, để thuận lợi cho việc xây dựng các bộ giải điều chế, một phần nhỏ của sóng mang đƣợc truyền đi cùng tín hiệu điều chế biên độ Tín hiệu sóng mang này đôi khi còn gọi là tín hiệu dẫn đường

2.1.3.1 Máy p át tín iệu AM

Mỗi máy phát AM hoạt động trên một tần số sóng mang xác định Việc lựa chọn tần số sóng mang căn cứ vào các quy định của Chính phủ cũng nhƣ các cam kết quốc tế về tần số sóng vô tuyến sử dụng cho các hệ thống thông tin vô tuyến Khi đã xác định đƣợc tần số sóng mang rồi thì điều quan trọng là phải giữ tần số phát ổn định vì 2 lý do chính: người nghe không muốn phải chỉnh lại máy thu khi nghe, kế đến đó là việc tần số phát bị lệch có thể gây ảnh hưởng tới các kênh lân cận Sóng mang thường được phát ra từ một mạch tạo dao động Để đảm bảo được độ chính xác của tần số phát ra trên thực tế thường sử dụng các mạch tạo dao động thạch anh Thành phần quan trọng nhất của mạch tạo dao động này là tinh thể thạch anh đƣợc cắt và làm sạch để thỏa mãn các tính chất hết sức chặt chẽ cốt sao cho tần số nó phát ra lệch với tần số chuẩn chỉ một lƣợng rất nhỏ Việc thiết kế mạch dao động nhƣ vậy nằm ngoài khuôn khổ của giáo trình này Hình 2.5 chỉ ra sơ đồ khối của một máy phát M điển hình [11]

Hình 2.5: Sơ đồ k ối máy p át AM điển n

Trong sơ đồ trên Hình 2.5, nguồn tín hiệu vào bộ điều chế là nguồn tín hiệu tin đã đƣợc khuếch đại âm tần và nguồn sóng mang có tần số ổn định đƣợc tạo ra

Mạch tạo dao động thạch anh

Bộ tổng hợp tần số

Bộ điều chế biên độ

Mạch khuếch đại cao tần

Mạng phối hợp trở kháng

Hệ thống điều chế tần số

2.2.1 Nguyên lý điều chế tần số

Trong điều chế tần số (FM: Frequency Modulation), tần số của sóng mang thay đổi một theo biên độ của tín hiệu tin, còn gọi là tín hiệu điều chế Biên độ của sóng mang đƣợc giữ cố định Dạng sóng tín hiệu điều chế tần số với tín hiệu tin là hình răng cƣa đƣợc thể hiện trên Hình 2.10

Tất cả các tín hiệu khi đƣợc truyền trên các hệ thống truyền dẫn đều chịu tác động của nhiễu và do đó khả năng chống chịu đƣợc nhiễu của hệ thống viễn thông là vấn đề cần đƣợc xem xét đến Nhiễu có thể định nghĩa là các biến đổi ngẫu nhiễn chồng lấn lên tín hiệu Trong hệ thống M, thông tin đƣợc truyền đi đƣợc chứa trong hình bao của sóng mang Do đó, nhiễu xuất hiện trên hình bao này và sẽ đóng vai trò trực tiếp trong việc làm sai lạc tín hiệu Trong hệ thống FM, thông tin được chứa trong sự thay đổi tần số của sóng mang với một lượng định trước Biên độ của sóng mang đƣợc giữ không đổi và do đó những thay đổi nhằm vào biên độ của tín hiệu AM có thể được loại bỏ khi chúng ta cắt bằng tín hiệu trước khi đưa vào giải điều chế Nhƣ vậy, hệ thống FM có khả năng chống nhiễu tốt hơn so với hệ thống AM

Hình 2.10: Tín iệu FM với tín iệu điều c ế n răng cưa

Hình 2.10 biểu thị tín hiệu điều chế FM đối với một dạng sóng hình răng cƣa, nó cho phép chúng ta có cái nhìn trực quan về tín hiệu điều chế FM Tuy nhiên để tiện cho việc mô tả bằng toán học, chúng ta sẽ xem xét điều chế FM đối với tín hiệu hình sin Điện áp hình sin có thể biểu diễn nhƣ sau: os( ) v  Ac  t hoặc v  A cos ( )  t (2.11)

Trong đó  là tần số góc của tín hiệu sin,  là góc pha tức thời tương ứng với mốc quy chiếu bất kỳ Quan hệ giữa 2 đại lƣợng trên cho bởi công thức:

Trong hệ thống điều chế tần số, tần số góc biến đổi xung quanh giá trị cố định

c , sự thay đổi này phụ thuộc vào tín hiệu điều chế theo biểu thức sau:

Với k f là một hằng số, còn đƣợc gọi là hằng số điều tần Từ biểu thức (2.12) ta có:

Nhƣ vậy tín hiệu điều chế tần số có dạng:

Gọi  f là độ lệch tần số tức thời so với tần số sóng mang f c ta có:

       (2.16) Độ lệch tần số lớn nhất còn đƣợc gọi là độ di tần và đƣợc ký hiệu là F , đƣợc tính theo biểu thức: max k [ (t)] f max

Bây giờ ta xét cho trường hợp tín hiệu điều chế là tín hiệu dạng sin cho bởi biểu thức sau cos( ) s s v B  t (2.18)

Tần số góc tức thời của tín hiệu điều chế FM là tần số góc tại một thời điểm xác định nào đó cho bởi

Suy ra từ biểu thức (2.12) ta có:

Thay thế biểu thức trên vào biểu thức (2.11) ta có:

   (2.21) Đặt f f s k B m   và m f đƣợc gọi là hệ số điều chế, đó chính là tỷ số của độ lệch tần số góc cực đại trên tần số góc của tín hiệu điều chế hay cũng chính là tỷ số f m m F

  ; với B m là độ rộng băng tín hiệu điều chế (2.22)

Thay thế m f vào biểu thức (2.21) ta có:

Triển khai biểu thức (2.23) dựa theo công thức biến đổi lƣợng giác

( ) [ cos( ) cos( sin ) sin( )sin( sin )] fm c f s c f s x t  A  t m  t   t m  t

Theo cách biểu diễn của Jacobian - Anger, các biểu thức cos(m f sin s t)và sin(m f sin s t) có thể đƣợc biểu diễn thông qua hàm Bessel loại 1 J n (m f )với n là bậc và m f là đối số nhƣ sau:

0 cos( sin ) ( ) 2 ( ) os(2 ) sin( sin ) 2 ( ) sin(2 1) f s f n f s n f s n f s n m t J m J m c n t m t J m n t

Thay thế vào phương trình của x fm ( )t và sử dụng các công thức biến đổi lƣợng giác ta có:

Trong đó J n (m f ) đƣợc biểu diễn theo m f với một số giá trị của n trên Hình 2.11

Từ phương trình (2.26) ta thấy các thành phần tần số có trong tín hiệu FM đó là:

Thành phần tần số sóng mang  c với biên độ đƣợc xác định bởi hệ số điều chế m f

Thành phần các tần số  c  s và  c  s là tổng và hiệu của tần số sóng mang và tần số tín hiệu điều chế với độ lớn đƣợc xác định bởi J m 1 ( f )

Thành phần các tần số  c 2 s và  c 2 s là tổng và hiệu của tần số sóng mang và hai lần tần số tín hiệu điều chế với độ lớn đƣợc xác định bởi J 2 (m f )

Có vô số các thành phần tần số là tổng và hiệu của tần số sóng mang với tần số của tín hiệu điều chế đƣợc nhân lên n lần

Hình 2.11: Biểu diễn các àm Bessel loại

Nhƣ vậy để truyền tín hiệu dạng sin trong hệ thống FM chúng ta cần một lƣợng băng thông lớn vô cùng để có thể truyền đƣợc hết các dải biên của nó Tuy nhiên từ Hình 2.11 ta nhận thấy rằng khi n tăng lên, biên độ của các dải biên giảm xuống và sự đóng góp công suất của các dải biên này vào tín hiệu FM giảm nhanh Một vấn đề nữa khi xem xét độ rộng băng yêu cầu cho điều chế FM chúng ta có thể xem xét từ biểu thức x fm ( )t  Acos( c tm f sin( s t)) Khác với điều chế

AM, khi hệ số điều chế lớn hơn 1 sẽ gây nên méo dạng lớn trong hình bao tín hiệu

AM, hệ số điều chế trong hệ thống FM là không giới hạn và có thể lớn Với tần số của tín hiệu điều chế s là cố định thì khi m f tăng lên, độ lệch tần số so với tần số sóng mang càng lớn Điều này có nghĩa là băng thông của tín hiệu sẽ lớn hơn Trên thực tế để xác định độ rộng băng cần thiết của tín hiệu FM người ta thường sử dụng công thức gần đúng của Carson [9] Đối với các hệ phát thanh FM quảng bá thì độ lệch tần số tối đa đƣợc chọn bằng 75kHz và băng tần của mỗi máy phát FM là 200kHz với tần số lớn nhất có trong tín hiệu điều chế là 15kHz

2.2.2 Hệ thống điều chế tần số

2.2.2.1 Máy p át điều c ế tần số Để tạo ra tín hiệu điều chế tần số ta có thể thực hiện bằng hai phương pháp: trực tiếp và gián tiếp Trong phương pháp trực tiếp, cách đơn giản nhất là sử dụng một bộ dao động có tần số phát ra đƣợc điều khiển bởi điện áp đầu vào (VCO: Voltage Controller Oscilator)

Tần số của máy phát phụ thuộc vào điện áp đầu vào, cụ thể là tỷ lệ với điện áp điều khiển

Có thể xây dựng các bộ VCO bằng cách kết hợp các bộ khuếch đại thuật toán cùng bộ so sánh

Một cách khác có thể sử dụng điện áp tín hiệu điều chế làm biến đổi các tham số C (hoặcL) trong các mạch cộng hưởng của máy phát (Hình 2.12)

Hình 2.12: Mạc điều c ế FM rực tiếp

Tần số máy phát cho bởi: 0 1

Các mạch đầu vào mạch cộng hưởng sẽ làm cho điện dung C thay đổi theo tín hiệu đầu vào

Tần số phát mạch cộng hưởng lúc này sẽ là:

Nếu chọn giá trị của tín hiệu và hằng số k sao cho

    Ở đây ta có đƣợc biểu thức của tần số tức thời trong điều chế FM, nó phụ thuộc vào độ lớn tín hiệu điều chế

Trong phân tích ở trên ta có sử dụng phép toán xấp xỉ, sai số ở đó là tương đối nhỏ khi tần số sóng mang sử dụng là lớn

Ta có: C C 0 km t( ), Độ thay đổi giá trị điện dung lớn nhất là:

    ; Vp là giá trị đỉnh của m(t) (2.32)

 cũng rất nhỏ nên sai số việc xấp xỉ ở trên cũng rất nhỏ

Phương pháp điều chế tín hiệu FM trực tiếp có thể tạo ra được độ dịch tần đủ với yêu cầu và không cần sử dụng đến các bộ nhân tần số Nhƣng độ ổn định tần số trong phương pháp này là thấp Để nâng cao độ ổn định chúng ta có thể sử dụng kỹ thuật hồi tiếp để ổn định tần số phát Tần số phát ra đƣợc đem so sánh với tần số của một máy thu phát ổn định, tín hiệu sai số sẽ đƣợc đƣa trở lại điều khiển mạch chúng ta có điểm cần lưu ý đó là các bộ nhân tần là các thiết bị phi tuyến, khi tín hiệu có tần số f 0 đi qua nó sẽ tạo ra các tần số nf 0 Tùy theo muốn nhân tần số lên bao nhiêu lần thì ta sử dụng các mạch lọc thông dải có tần số trung tâm tương ứng để lọc lấy dải tần mong muốn Bộ nhân tần số làm thay đổi dải thông của tín hiệu trong khi đó các bộ đổi tần (trộn tần) không làm thay đổi dải thông của tín hiệu Trước khi xem xét phương pháp này ta hãy xem xét biểu thức tín hiệu FM băng hẹp và cách tạo ra nó

Tín hiệu FM đƣợc gọi là băng hẹp khi hệ số điều chế m f là rất nhỏ khi so sánh với 1 radian Nhƣ vậy chúng ta sẽ có các xấp xỉ sau: cos(m f sin s t) 1 và sin(m f sin s t)m f sin s t

Khi đó biểu thức của tín hiệu điều chế FM có thể xấp xỉ nhƣ sau:

( ) cos( ) sin sin fm c f c s v t  A  t  Am  t  t (2.34)

Có thể thực hiện tín hiệu FM theo biểu thức trên bằng sơ đồ Hình 2.13 Tín hiệu FM băng hẹp có độ dịch tần số nhỏ (do băng thông nhỏ), muốn tăng độ dịch tần lên thì ta cần phải sử dụng các bộ nhân tần số Ví dụ muốn tăng độ dịch tần lên

12 lần ta cần sử dụng một bộ nhân tần 12 lần hoặc sử dụng hai bộ nhân 2 và một bộ nhân 3 mắc nối tiếp nhau Tín hiệu lối ra đƣợc cho qua bộ lọc thông dải với tần số trung tâm là 12f 0 , nhƣ vậy ta đã lựa chọn đƣợc dải tần thích hợp

Nói chung khi độ dịch tần số tăng lên n lần qua các bộ nhân thì tần số sóng mang cũng tăng n lần Đôi khi ta không cần sử dụng tần số sóng mang quá lớn thì có thể sử dụng các bộ trộn để dịch tần số xuống tần số thấp hơn

Ví dụ[9]: Sơ đồ máy phát mstrong để tạo máy phát FM tần số 91,2 Mhz và độ di tần là 75 kHz

Kỹ thuật số hóa tín hiệu liên tục

Trong nhiều trường hợp, việc tạo khuôn (định dạng) và mã hoá nguồn đối với các bản tin liên tục (xuất hiện dưới dạng các tín hiệu liên tục như tiếng nói, âm nhạc hay tín hiệu truyền hình ) trong các hệ thống thông tin số đƣợc thực hiện trong cùng một quá trình: biến đổi tín hiệu liên tục đến từ nguồn tin thành chuỗi tín hiệu số (chuỗi bít) hiệu quả về mặt tốc độ, thường được gọi chung là quá trình mã hoá nguồn Vai trò của mã hoá nguồn là đặc biệt quan trọng, góp phần nâng cao chất lƣợng liên lạc và cho phép nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần của hệ thống truyền dẫn

Thuật toán mã hoá nguồn có thể đƣợc xem xét qua dạng tiêu biểu của nó là mã hoá tín hiệu tiếng nói (biến đổi tín hiệu thoại tương tự thành tín hiệu số) Các bộ mã hoá tiếng nói thường được chia thành 3 loại chính là bộ mã hoá dạng sóng (waveform coder), bộ mã hoá nguồn phát thanh (vocoder) và bộ mã hoá lai (hybrid coder) của hai loại trên

Nội dung của phương pháp mã hoá dạng sóng là dạng sóng của tín hiệu tiếng nói liên tục đƣợc rời rạc hoá nhờ lấy mẫu và sau đó đƣợc số hoá nhờ mã hoá nhị phân các giá trị đại diện cho mức của các mẫu dạng sóng tiếng nói Các phương pháp mã hoá dạng sóng, tiêu biểu là điều chế mã xung PCM, có cơ sở là định lý lấy mẫu

Một tín hiệu s t  , có biến đổi Fourier là S f  , đƣợc gọi là có băng tần hạn chế nếu S f    0 với f  W , trong đó W là tần số lớn nhất chứa trong s t  

Theo định lý lấy mẫu, tín hiệu có băng tần hạn chế nhƣ thế biểu diễn duy nhất đƣợc bởi các giá trị mẫu của s t   lấy với tốc độ f s 2W mẫu trong một giây Tốc độ lấy mẫu tối thiểu f N 2W mẫu trong một giây đƣợc gọi là tốc độ Nyquist Việc lấy mẫu với tốc độ thấp hơn tốc độ Nyquist dẫn đến méo chồng phổ

Tín hiệu s t   nhƣ trên biểu diễn đƣợc theo: sin 2 (1 ) (t) ( ) 2

  là các giá trị mẫu của s t   tại các thời điểm lấy mẫu / 2 t  n W , thu đƣợc nhờ nhân tín hiệu s t   với tín hiệu lấy mẫu là một chuỗi các xung Dirac

Biểu thức (3.1) là dạng toán học của định lý lấy mẫu Nếu tần số lớn nhất W của tín hiệu s t   đã biết trước thì sin 2 (1 )

 cũng biết trước và vì vậy không chứa thông tin cần truyền Như vậy tín hiệu s t   hoàn toàn tương đương về tin tức với chuỗi vô hạn các giá trị mẫu của nó { }, n=1, 2,  và do vậy thay vì truyền đi tín hiệu liên tục s t  , chúng ta chỉ cần truyền đi các giá trị mẫu của nó mà thôi Đây chính là cơ sở của việc số hoá tín hiệu liên tục theo phương pháp mã hoá dạng sóng Việc khôi phục lại tín hiệu s t   tại đầu thu từ chuỗi các giá trị mẫu { } chỉ đơn thuần là việc thực hiện biểu thức (3.1) Vế phải của (3.1) có thể nhận đƣợc bằng cách cho chuỗi các giá trị mẫu nhận đƣợc qua một mạch lọc có đáp ứng xung h t    , là đáp ứng xung của một mạch lọc thông thấp lý tưởng với tần số cắt bằng W Tức là, tín hiệu s t   khôi phục lại được nhờ cho chuỗi các giá trị mẫu của nó qua một mạch lọc thông thấp lý tưởng có tần số cắt

Cơ sở của phương pháp mã hoá nguồn phát thanh là việc phân tích cơ quan phát thanh của con người và quá trình tạo ra âm thanh tiếng nói Cơ quan phát thanh của con người bao gồm thanh huyền, hộp cộng hưởng hình thành từ khoang

 a) các rung động chuẩn chu kỳ của thanh huyền tạo nên các rung động khác nhau của luồng khí đƣợc mô hình hoá bởi một xung hoặc một chuỗi xung (đối với các âm hữu thanh) hay một tạp âm (đối với các âm vô thanh), gọi chung là một kích thích; b) hộp cộng hưởng biến đổi, hình thành từ khoang miệng, mũi và sự biến đổi của môi, lƣỡi, đƣợc mô hình hoá bởi một mạch lọc có tham số biến đổi Hiển nhiên, tiếng nói hoàn toàn đƣợc xác định bởi các thông số của mạch lọc và các thông số kích thích Mã hoá nguồn phát thanh là việc mã hoá các thông số kích thích và lọc của mô hình tiếng nói nói trên thành các tín hiệu số Thay vì truyền đi các chuỗi bít mã các giá trị mẫu dạng sóng tiếng nói như trong phương pháp mã hoá dạng sóng đã nêu trên, các chuỗi bít mã các thông số của mô hình tạo tiếng nói được truyền đi trong phương pháp mã hoá nguồn phát thanh Tiếng nói điện tử đƣợc tái tạo lại ở phần thu nhờ các mạch điện tử thực hiện tổng hợp tiếng nói dựa trên các thông số kích thích và lọc nhận đƣợc Một trong các bộ mã hoá tiếng nói tiêu biểu cho phương pháp mã hoá nguồn phát thanh là bộ mã hoá dự đoán tuyến tính LPC (Linear Predictive Coder), lần đầu tiên đƣợc phát triển cho các ứng dụng quân sự

Các bộ mã hoá lai là sự kết hợp của hai phương pháp mã hoá dạng sóng và mã hoá nguồn phát thanh, trong đó mô hình lọc tổng hợp tiếng nói thì tương tự như đối với các bộ mã hoá nguồn phát thanh còn tín hiệu kích thích lại đƣợc mã hoá một cách hiệu quả bằng kỹ thuật mã dạng sóng

Trong chương này chúng ta sẽ xem xét tương đối kỹ các phương pháp mã hoá dạng sóng tiêu biểu, thường được sử dụng nhất trong các hệ thống truyền dẫn thông thường Hiện tại, các phương pháp mã hoá nguồn phát thanh và lai mới chỉ đƣợc sử dụng chủ yếu trong thông tin di động

3.2 Điều chế xung mã (PCM)

Dạng tiêu biểu của mã hoá dạng sóng là điều chế mã xung (PCM) thường gặp nhất trong các hệ thống truyền dẫn tín hiệu số, áp dụng cho cả tín hiệu thoại, nhóm kênh thoại ghép kênh theo tần số, tín hiệu video

3.2.1.1 Nguyên tắc Điều chế xung mã PCM được thực hiện theo một quy trình bốn bước như sau: a) ọc nhằm hạn chế phổ tần của tín hiệu liên tục cần truyền: Biến đổi Fourier của các tín hiệu liên tục thực tế là vô hạn theo biến tần số, chí ít cũng do thời gian tồn tại của chúng hữu hạn Chính vì vậy, các tín hiệu liên tục cần truyền nhất thiết phải đƣợc lọc nhằm hạn chế phổ tới tần số cực đại W nào đó nhằm thoả mãn yêu cầu về băng tần hạn chế của định lý lấy mẫu Nyquist b) ấy mẫu: Tín hiệu liên tục sau lọc đƣợc rời rạc hoá nhờ lấy mẫu tín hiệu liên tục bằng chuỗi xung nhịp có tần số f S theo định lý lấy mẫu để có đƣợc các tín hiệu điều biên xung (P M: Pulse Amplitude Modulation) c) ƣợng tử hoá: Số giá trị có thể có của tín hiệu P M sau lấy mẫu là vô hạn, do vậy số bít cần thiết để mã các giá trị của các xung P M là vô hạn và điều này không thể thực hiện đƣợc Để hạn chế số bít mã cần sử dụng, giá trị của từng xung

P M cần đƣợc làm tròn thành một trong các giá trị mẫu xác định gọi là các mức lƣợng tử (có số lƣợng hữu hạn) và quá trình này đƣợc gọi là lƣợng tử hoá d) Mã hoá: Các giá trị mức lƣợng tử ứng với các xung P M đƣợc mã hoá bằng các tổ hợp mã nhị phân để truyền đi trên hệ thống truyền dẫn số

Sơ đồ mô tả các công đoạn điều chế mã xung đƣợc thể hiện trên Hình 3.5

Hình 3.5: Sơ đồ t ực iện PCM

Quá trình khôi phục ở phần thu đƣợc thực hiện nhƣ sau: Giải mã để đƣợc chuỗi xung P M lƣợng tử hoá rồi cho qua lọc thông thấp có tần số cắt bằng một nửa tần số lấy mẫu

Nhƣ đã nói ở trên, thực tế các tín hiệu lối vào điều chế mã xung là các tín hiệu có phổ trải rộng vô hạn Sau lọc hạn chế phổ tần tín hiệu, tín hiệu có phổ hạn chế và do vậy có thời gian tồn tại trải rộng tới vô hạn, nghĩa là về lý thuyết việc lấy mẫu phải đƣợc thực hiện với vô hạn mẫu theo (3.1) Từ đó chúng ta có thể thấy rằng tín hiệu liên tục khôi phục lại được ở phần thu, ngay cả trong trường hợp không tính đến méo và nhiễu trên đường truyền, cũng chỉ là một phiên bản gần đúng của tín hiệu liên tục cần truyền đi ở phần phát mà thôi Sai số giữa các tín hiệu phiên bản và nguyên bản gây bởi các nguyên nhân sau: a) Việc lấy mẫu không thể tiến hành trong thời gian dài vô hạn đƣợc; b) Sai số do làm tròn (lƣợng tử hoá), gọi là sai số lƣợng tử; ọc ấy mẫu ƣợng tử hóa

Tín hiệu có băng tần hạn chế Các xung PAM Các xung PAM lƣợng tử hóa Tín hiệu

PCM về các công đoạn trong quy trình PCM và các biện pháp khắc phục sai số sẽ đƣợc trình bày dưới đây, xét làm ví dụ với quá trình số hoá tín hiệu điện thoại

Mã đường truyền

3.3.1 Phân loại và các yêu cầu của mã đường truyền

Các số liệu nhị phân 0 và 1, nhƣ trong tín hiệu PCM, có thể đƣợc biểu diễn trong nhiều dạng tín hiệu bít nối tiếp khác nhau và được gọi là các mã đường truyền hay cũng có thể gọi là mã đường dây Có hai loại chính: mã trở về không (RZ:Return-to-Zero) và mã không trở về không (NRZ: Nonreturn-to-zero) Với mã

RZ dạng sóng trở về mức điện áp không trong một phần chu kỳ bít thông thường là một nửa chu kỳ bít Còn đối với mã NRZ không có sự chuyển điện áp về mức không trong một chu kỳ bít Các loại mã đường truyền cụ thể được phân loại tiếp theo quy tắc sử dụng các mức điện áp để biểu diễn cho dữ liệu nhị phân, cụ thể nhƣ sau

Tín iệu đơn cực: Trong tín hiệu đơn cực logic dương, số nhị phân 1 được biểu diễn bởi một mức cao và số nhị phân 0 đƣợc biểu diễn bởi một mức 0 Kiểu tín hiệu này còn đƣợc gọi là khóa đóng-mở

Tín iệu cực: Các số nhị phân 1 và 0 đƣợc biểu diễn bởi các mức âm và dương bằng nhau

Tín iệu lưỡng cực (giả 3 mức): Các số nhị phân 1 đƣợc biểu diễn bởi các giá Độ lớn

Tín hiệu liên tục lối vào

Thời gian Độ lớn trị âm hoặc dương luân phiên nhau Số nhị phân 0 được biểu diễn bởi mức 0 Thuật ngữ giả 3 mức nói tới việc sử dụng ba mức tín hiệu mã hóa để biểu diễn dữ liệu nhị phân 2 mức Kiểu này còn đƣợc gọi là tín hiệu đảo dấu luân phiên ( MI-Alternate Mark Inversion)

Mỗi mã đường truyền có những ưu điểm và nhược điểm riêng Ví dụ mã đường truyền NRZ đơn cực có thuận lợi là chỉ sử dụng các mạch điện yêu cầu một nguồn cung cấp ví dụ một nguồn cung cấp +5V cho các mạch TT (Trasistor – Transistor - Logic), nhưng mã đường truyền này có bất lợi là yêu cầu kênh truyền phải nối DC (DC: Direct Current) tức là đáp ứng tần số giảm xuống f 0 Hz và dạng sóng có DC là khả dụng Mã đường truyền NRZ cực không yêu cầu kênh truyền nối DC, với điều kiện là dữ liệu thường xuyên chuyển đổi giữa các số nhị phân 1 và 0 và số lƣợng nhị phân 1 và 0 đƣợc gửi bằng nhau Tuy nhiên trong mạch điện NRZ cực yêu cầu một nguồn cung cấp điện áp dương và một nguồn cung cấp điện áp âm Mã Manchester có ƣu điểm là luôn có giá trị DC bằng 0 bất kể chuỗi dữ liệu nào nhƣng dải thông của nó lớn gấp đôi các mã NRZ đơn cực và cực và các xung có độ rộng chỉ một nửa Một số tính chất mong muốn của mã đường truyền có thể kể ra như sau:

Tự đồng bộ: Có đủ tin tức về đồng bộ đƣợc đƣa vào trong mã sao cho các bộ đồng bộ bít có thể đƣợc thiết kế để lấy ra các tín hiệu đồng bộ hoặc tín hiệu đồng hồ Một chuỗi dài các bít nhị phân 0 và 1 không ảnh hưởng tới việc khôi phục thời gian

Xác suất lỗi bít thấp: Các máy thu có thể thiết kế để khôi phục dữ liệu nhị phân với xác suất lỗi bít thấp khi tín hiệu đầu vào bị tạp âm hoặc ISI làm sai lệch Vấn đề ISI sẽ đƣợc trình bày trong phần kế tiếp

Phổ phù hợp với kênh truyền: Với những kênh truyền đƣợc nối C (Alternating Current) thì mật độ phổ công suất của tín hiệu mã đường truyền phải không đáng kể tại tần số bằng 0 Ngoài ra, dải thông của tín hiệu phải đủ nhỏ so với dải thông kênh truyền để ISI là không đáng kể

Dải thông truyền dẫn: nhỏ tới mức có thể

Khả năng phát hiện lỗi: Có thể cài thêm đặc điểm này một cách dễ dàng nhờ sử dụng các bộ mã hóa và giải mã hoặc đƣa thêm khả năng phát hiện lỗi vào mã

Hình 3.14: Một số loại mã đường truyền

Mã đơn cực NRZ: Trong mã này bít 1 đƣợc truyền bởi xung có điện áp trong toàn bộ chu kỳ bít , bít 0 đƣợc truyền bởi xung có điện áp bằng không (không có xung) nhƣ chỉ ra trên Hình 3.14a Nhƣ vậy trong mã đơn cực NRZ, trạng thái có xung tương ứng với bít nhị phân 1 và không có xung tương ứng với bít nhị phân 0 nên nó còn đƣợc gọi là mã đóng mở Nhƣợc điểm của mã này đó là sự hao phí công suất để truyền các thành phần DC và phổ công suất của nó khác không tại tần số bằng không

Mã cực NRZ: Các bít nhị phân 1 và 0 đƣợc biểu diễn bằng cách truyền đi các xung tương ứng có điện áp là và – trong toàn bộ chu kỳ bít như chỉ ra trên

Hình 3.14b Mã này có ưu điểm là tương đối dễ tạo, tuy nhiên ta cần sử dụng 2 nguồn phát tín hiệu để biểu diễn

Mã đơn cực RZ: Bít nhị phân 1 đƣợc biểu diễn bởi truyền xung có điện áp trong khoảng thời gian một nửa chu kỳ bít, bít nhị phân 0 đƣợc truyền bởi xung có điện áp bằng không (Hình 3.14c) Ƣu điểm của mã này là chỉ cần một nguồn phát, kế đến là do phổ tồn tại các thành phần tần số rời rạc nên đầu thu có khả năng khôi phục tín hiệu đồng bộ từ tín hiệu nó nhận đƣợc Tuy nhiên, khi dữ liệu đầu vào có một chuỗi dài các bít 0 liên tiếp thì việc khôi phục đồng bộ tại đầu thu không thể thực hiện đƣợc

Mã lưỡng cực RZ: Mã này còn đƣợc gọi là mã MI, nó sử dụng 3 mức điện áp nhƣ chỉ ra trên Hình 3.14d Bít nhị phân 0 đƣợc biểu diễn bởi xung có điện áp bằng 0, bít nhị phân 1 đƣợc biểu diễn bởi xung có điện áp + , hoặc – trong một nửa chu kỳ bít và thay đổi luân phiên nhau sao cho cực tính điện áp trên đường truyền luôn thay đổi Mã này có ƣu điểm đó là thành phần DC bằng không, độ rộng băng của tín hiệu truyền tương đối thấp, hơn thế nữa nó còn có khả năng phát hiện ra lỗi khi điện áp trên đường truyền vi phạm luật đổi cực tính luân phiên, đôi khi ta còn gọi là luật MI Một trong những bất lợi lớn nhất của mã này đó là việc khôi phục đồng bộ tại đầu thu sẽ không thực hiện đƣợc nếu gặp một chuỗi các bít 0 dài liên tiếp nhau trong luồng số liệu đầu vào

Mã Manchester: Bít nhị phân 1 được biểu diễn bởi xung có điện áp dương trong nửa chu kỳ bít đầu và xung có điện áp âm trong nửa chu kỹ bít còn lại, ngƣợc lại bít 0 đƣợc biểu diễn bởi xung có điện áp âm trong nửa chu kỳ bít đầu và âm trong nửa chu kỳ bít còn lại (Hình 3.14e) Mã này có nhƣợc điểm đó là độ rộng băng tín hiệu truyền lớn, tuy nhiên bù lại ƣu điểm của nó là khả năng tách tín hiệu đồng hồ tại đầu thu rất dễ dàng

Hình 3.15: Ví dụ mã B8ZS và HDB3

Mã BnZS: Đƣợc gọi là mã lƣỡng hay thế chuỗi n bít 0 liên tiếp Quy tắc biểu diễn các bít 1 và 0 giống với mã MI, tuy nhiên có cải tiến đó là thay thế một chuỗi n bít 0 liên tiếp bởi một từ mã có những vị trí vi phạm luật MI Tại đầu thu, sự vi phạm này đƣợc phát hiện và nó hiểu rằng đó là sự thay thế bên phía phát nên

Thay thế 8 bít 0 liên tiếp

Thay thế 4 bít 0 liên tiếp

Định dạng xung truyền dẫn

Trong đó dấu +,  thể hiện là các xung có cực tính dương, âm tương ứng Như vậy ta thấy trong từ mã có các vị trí thứ 4 và thứ 7 là vi phạm luật MI Sự vi phạm này sẽ đƣợc phát hiện tại đầu thu để nhận biết sự thay thế bên phía phát

Ví dụ mã B8ZS cho bởi trên Hình 3.15

Mã HDBn: Đƣợc gọi là mã lƣỡng cực mật độ cao Mã này cũng là sự cải tiến của mã MI, việc thay thế sẽ đƣợc thực hiện khi có n bít 0 liên tiếp ở dữ liệu đầu vào HDB3 là dạng tiêu biểu của mã này và nó thay thế 4 bít 0 liên tiếp bởi từ mã 000V hoặc B00V, trong đó:

 Bít V là bít có cực tính vi phạm luật MI

 Bít B có cực tính dương hoặc âm và dùng để cân bằng thành phần một chiều (giúp DC=0), có nghĩa là B là dương hoặc âm sao cho tổng số điện áp âm và dương tính cho tới bít này sẽ bằng nhau

 0000 được thay thế bởi 000V khi tổng số bít có cực tính trước nó là một số chẵn

 0000 được thay thế bởi B00V khi tổng số bít có cực tính trước nó là một số lẻ

Ví dụ mã HDB3 cho bởi trên Hình 3.15

3.4 Định d ng xung truyền dẫn

3.4.1 Giao thoa giữa các ký hiệu (ISI)

Trong điều kiện lý tưởng, các ký hiệu số (các symbol) truyền trên kênh được xem như không ảnh hưởng lẫn nhau với giả định băng tần truyền dẫn của kênh liên tục là vô hạn Trong phần này chúng ta sẽ xem xét những vấn đề nảy sinh khi truyền dẫn chuỗi tín hiệu số trên các kênh có băng tần hạn chế

Mỗi một symbol đƣợc hình thành từ k bít và có thời gian tồn tại bằng k lần thời gian tồn tại của một bít, do vậy các dạng sóng điều chế dùng để truyền chúng cũng có độ dài hữu hạn bằng độ dài của k bít: T S kT b , trong đó T S và T b lần lƣợt là độ dài của một symbol và của một bít Do các dạng sóng có độ dài hữu hạn, phổ của chúng (nhận đƣợc thông qua biến đổi Fourrier) sẽ trải ra vô hạn trên miền tần số Sẽ không có vấn đề gì nảy sinh trong việc truyền các tín hiệu dạng sóng có phổ rộng vô hạn nhƣ thế trên kênh liên tục nếu băng tần truyền dẫn của hệ thống không bị hạn chế, đặc tính biên độ-tần số của hệ thống thì bằng phẳng còn đặc tính pha- tần thì tuyến tính Trong thực tế, băng tần truyền dẫn không phải là vô hạn do con người chưa tận dụng được hết trục tần số để truyền tín hiệu sóng điện từ Băng tần truyền dẫn do vậy là một tài nguyên quý và hiếm hoi, buộc phải chia sẻ cho nhiều đối tƣợng cùng sử dụng Để hạn chế phổ tần nhằm tăng số hệ thống có thể cùng công tác trên một băng sóng cho trước, người ta sử dụng các mạch lọc Do vậy, hàm truyền tổng cộng của một hệ thống truyền dẫn số sẽ có đặc tính nhƣ của một mạch lọc Ở đầu ra, phổ tín hiệu thu đƣợc bị hạn chế bởi đặc tính lọc của hệ thống nên tín hiệu thu đƣợc của một symbol (chƣa kể đến tạp âm) sẽ trải ra vô hạn về thời gian Điều đó dẫn đến việc tại đầu thu các symbol đƣợc truyền kế tiếp nhau sẽ chồng lấn lên nhau về thời gian và gây nhiễu lẫn nhau, hiện tƣợng này trong truyền dẫn tín hiệu số đƣợc gọi là giao thoa giữa các ký hiện (ISI: InterSymbol Interference) Sự tồn tại của ISI có thể dẫn đến tín hiệu thu đƣợc bị méo rất lớn và tin tức có thể sẽ bị nhận sai: tại thời điểm lấy mẫu t kT S giá trị của tín hiệu thu đƣợc ở lối ra mạch lấy mẫu của máy thu có thể vƣợt ngƣỡng quyết định và tín hiệu sẽ bị quyết định nhầm Vấn đề là liệu có thể truyền chuỗi tín hiệu số có phổ không hạn chế trên các kênh có băng tần hạn chế mà không có ISI đƣợc không và trong trường hợp đó đặc tính (lọc) tổng cộng của hệ thống sẽ phải có những đặc trưng nhƣ thế nào

3.4.2 Phương pháp thứ nhất của Nyquist để loại bỏ giao thoa các ký hiệu

Bây giờ ta hãy khảo sát mô hình cho trên Hình 3.16 Tín hiệu từ nguồn gồm có M phần tử song bây giờ chúng ta hạn chế chỉ khảo sát trường hợp khi các phần tử S t i   của tập tín hiệu chỉ khác nhau về biên độ, tức là ta sẽ hạn chế chỉ xét hệ thống điều chế biên xung P M (Pulse Amplitude Modulation) Thực tế hệ thống này có thể xem nhƣ gán cho mỗi một tin mk một hằng số ak mà biên độ của xung đầu ra của bộ tạo xung sẽ đƣợc nhân với nó

Hình 3.16: Mô n ệ t ống băng gốc với các tín iệu xung đơn vị

Ta hãy giả sử rằng bộ tạo xung cho ra các xung Dirac tại các thời điểm

Nguồn số Tạo xung ọc phát ọc thu Quyết định Nhận tin m k a k s ‟ (t) s(t)

(t-kT) T() (t) R() hai đặc tính của hai bộ lọc phát và thu (C )T().R( ) Bây giờ chúng ta sẽ tìm kiếm lớp các đặc tính lọc ( )C  sao cho việc truyền chuỗi tín hiệu qua hệ thống sẽ không có ISI Việc truyền đƣợc coi là không có ISI nếu vào thời điểm quyết định tín hiệu (lấy mẫu) thứ k , chỉ có đáp ứng xung của tín hiệu thứ k là khác không còn phản ứng của các tín hiệu khác (các tín hiệu trước và sau tín hiệu thứ k) đều bằng không

Theo định lý Nyquist, độ rộng băng tần truyền dẫn nhỏ nhất để có thể truyền đƣợc không méo tín hiệu băng gốc là B  1 / 2 T Độ rộng băng ở đây có nghĩa là giải tần mà ngoài nó giá trị hàm truyền đồng nhất bằng không Tần số 1 / 2T đƣợc gọi là tần số Nyquist Do vậy chúng ta sẽ xét các đặc tính lọc có độ rộng thông tần tối thiểu là 1 / 2T (hay  / T tính theo tần số góc)

Trước tiên ta hãy xem xét trường hợp ( )C  là đặc tính của bộ lọc thông thấp lý tưởng, tức là đáp tuyến pha của bộ lọc thì tuyến tính còn đáp tuyến biên độ ( )

Bộ lọc này có đáp ứng xung là

  (3.11) có giá trị cực đại bằng 1 tại t  0và có giá trị bằng không tại t k / 0

Giả sử rằng đầu vào bộ lọc lý tưởng này có tín hiệu được tạo bởi bộ tạo xung nhƣ trên Hình 3.16, tức là tín hiệu lối vào bộ lọc ( )T  đƣợc cho bởi

Trong trường hợp này, đáp ứng xung đầu ra sẽ không gây nên ISI nếu tần số cắt của bộ lọc là f 0 ω / 2 0  1 / 2T

Bộ lọc lý tưởng, tuy vậy không thể chế tạo được trong thực tế, do đó chúng ta sẽ tìm một lớp các bộ lọc có độ rộng băng thông lớn hơn 1 / 2T với đặc tuyến thoải hơn ở hai biên (nhằm dễ chế tạo hơn) song cũng có các đáp ứng xung bằng không tại các thời điểm t  kT Theo lý thuyết lấy mẫu, các bộ lọc có đặc tính ( )C  thoả mãn quan hệ:

 (3.13) trong đó C eq là đặc tính tương đương của bộ lọc, sẽ có các đáp ứng xung cắt các điểm không tại các thời điểm t  nT , với n  0 Đặc tính tương đương như trên được tạo ra bằng chia trục  thành các đoạn có độ dài 2 / T và dịch các đoạn này của hàm ( )C  đi từng đoạn  / T rồi lấy tổng trên tất cả các đoạn này

Tất cả các bộ lọc thoả mãn quan hệ (3.13) đều đƣợc gọi là thoả mãn tiêu chuẩn Nyquist thứ nhất và đều có đáp ứng xung có các giá trị bằng không tại các thời điểm tnT n,( 0), do đó đều cho phép truyền chuỗi tín hiệu số P M qua mà không có ISI

Trong số các bộ lọc thoả mãn tiêu chuẩn Nyquist thứ nhất, các bộ lọc có độ rộng giải lớn hơn tần số Nyquist song nhỏ hơn 2 lần tần số Nyquist là đáng quan tâm hơn cả vì cho hiệu quả sử dụng phổ khá tốt Để thoả mãn (3.13), các bộ lọc này cần phải có hàm truyền là tổng của hàm truyền bộ lọc lý tưởng (3.10), xem Hình 3.17a, với một hàm “làm cong” (roll-off) xác định trong khoảng (0,1 / T ), đối xứng tâm qua tần số 1 / 2T (Hình 3.17b) Kết quả là hàm truyền tổng cộng sẽ có dạng nhƣ trên Hình 3.17c

Do đơn giản trong tính toán, hàm số làm cong dạng cosine thường ưa được sử dụng để phân tích các bộ lọc này Hàm truyền tổng cộng khi đó có dạng:

(3.14) và đáp ứng xung có dạng (Hình 3.18):

  (3.15) của bộ lọc cosine nâng còn chứa cả các điểm không khác Khi   0, bộ lọc cosine nâng trở thành bộ lọc Nyquist lý tưởng

Hình 3.17: Đặc tín lọc được làm cong

Đồng bộ bít

Hệ thống truyền dẫn số có nhiều ưu điểm so với hệ truyền dẫn tương tự, tuy nhiên một vấn đề mà hệ thống số cần phải giải quyết đó là vấn đề định thời hay đồng bộ các luồng dữ liệu bên phát và thu Nhƣ chúng ta đã nói ở phần đầu của của chương này, để thu được đúng chuỗi số liệu mà bên phát gửi cho, bên thu không những phải thu đƣợc tín hiệu do bên phát gửi tới mà còn phải có thông tin về tín hiệu đồng hồ của bên phát Công việc khôi phục tín hiệu đồng hồ tại đầu thu sao cho nó trùng với tín hiệu đồng hồ bên phát đƣợc gọi là đồng bộ bít Tín hiệu đồng hồ còn đƣợc gọi là tín hiệu đồng bộ Các tín hiệu đồng bộ có thể phát trên trên một kênh riêng hoặc có thể rút ra từ luồng dữ liệu tới đã bị ảnh hưởng của nhiễu Tuy nhiên chi phí để phát tín hiệu đồng bộ trên một kênh riêng thường rất tốn kém mà thực tế người ta thường sử dụng các kỹ thuật để tách tín hiệu đồng bộ từ luồng dữ liệu tới Tiếp sau đây ta sẽ trình bày một số kỹ thuật để thực hiện công việc này

Nếu tín hiệu lối vào dạng đơn cực RZ thì công việc đồng bộ rất đơn giản do trong mật độ phổ công suất của tín hiệu dạng này có các thành phần rời rạc với tốc độ tương ứng với tốc độ bít (f  R b ) Việc tạo ra tín hiệu đồng bộ lúc này rất đơn giản, ta chỉ cần sử dụng bộ lọc thông giải với băng tần hẹp f r b hay một vòng khoá pha P đƣợc khoá với tần số f  R b Tuy nhiên tín hiệu đồng hồ lối ra bị lệch pha chút ít nên ta cần có một bộ hiệu chỉnh pha ở lối ra (Hình 3.19)

Hình 3.19: K ôi p ục đồng bộ bít c o tín iệu ZR Đối với tín hiệu dạng NRZ cực ta cũng có thể thực hiện đƣợc việc tách tín hiệu clock phức tạp hơn một chút Sơ đồ thực hiện cho bởi Hình 3.20a Trước hết tín hiệu NRZ cần cho đi qua một thiết bị có luật bình phương để tạo thành tín hiệu dạng RZ đơn cực (Hình 3.20) Nhƣ đã nói ở trên, do tín hiệu RZ đơn cực tồn tại thành phần phổ rời rạc tương ứng với tốc độ bít R b nên việc tách tín hiệu đồng hồ đƣợc thực hiện đơn giản theo nhƣ cách đã trình bày ở Hình 3.19

Kỹ thuật đồng bộ bít Early-late: Đây là một kỹ thuật khác để khôi phục đồng bộ với tín hiệu mã đường dây NRZ cực, nó sử dụng đặc tính đối xứng của xung truyền dẫn và áp dụng so tín hiệu được mã hoá dưới dạng cực NRZ Dạng sóng của xung truyền dẫn có biên độ cực đại tại thời điểm lấy mẫu tối ƣu

Hình 3.20: K ôi p ục tín iệu đồng bộ c o tín iệu NRZ cục

Về nguyên tắc phương pháp này sẽ lấy hai mẫu sớm hơn và muộn hơn thời điểm lấy mẫu tối ƣu một lƣợng  với

  Rồi ta lấy hiệu của hai mẫu này, kết quả cho ta một đại lượng có thể dương, âm hay bằng 0 Giá trị điện áp này sẽ là nguồn để điều khiển một bộ xung nhịp điều khiển bằng điện áp (VCO: Voltage Controller Clock) Khi đó lối ra sẽ cho tín hiệu đồng hồ đồng bộ với bên phát

Gọi  1   t là dạng sóng NRZ lối vào cần tách xung đồng bộ

1( 0 b ) w  nT là giá trị mẫu tại thời điểm lấy mẫu tối ƣu, n là số nguyên,

Hiệu chỉnh pha y(t) dạng RZ

V ref y(t) dạng NRZ y 2 (t) v(t) u(t) Clock ra

So sánh mẫu này có thể đƣợc sử dụng để rút ra tín hiệu định thời tối ƣu nhƣ minh họa nhƣ trên Hình 3.21 Điện áp điều khiển w t 3  của bộ xung nhịp điều khiển băng điện áp là giá trị trung bình của w 2   t Phép tính trung bình này có thể đƣợc thực hiện bởi bộ lọc thông thấp Phép tính trung bình là cần thiết cho đồng bộ bít trong trường hợp ngay cả khi dữ liệu không thay đổi luân phiên cho mọi chu kỳ bít

Hình 3.21: Đồng bộ bít sớm muộn c o tín iệu cực

Theo nhƣ Hình 3.21 ta có:

Nếu điện áp w t 3    0 thì VCC sẽ tạo ra tín hiệu đồng hồ cùng nhịp với dữ liệu vào tương ứng với thời điểm lấy mẫu là tối ưu bằng  0 Nếu  là muộn hơn  0 thì w t 3    0còn ngược lại nếu  là sớm hơn  0 thì w t 3    0 Điện áp dương, âm của w t 3   sẽ làm cho tần số phát của VCC tăng lên hay giảm đi Nhƣ vậy VCC sẽ phát tín hiệu đồng hồ cùng nhịp với chuỗi dữ liệu phát Nghĩa là w 4   t sẽ là chuỗi xung đồng bộ hẹp xuất hiện tại thời điểm t   nT b , trong đó n là số nguyên bất kỳ và  xấp xỉ bằng  0 , là thời điểm lấy mẫu tối ƣu

Các bộ đồng bộ cho sóng đơn cực, cực hay lƣỡng cực chỉ hoạt động khi số lƣợng các bít 1 và 0 thay đổi đủ lớn trong dòng dữ liệu lối vào Hiện tƣợng mất đồng bộ sẽ xảy ra khi gặp chuỗi bít 1 và 0 dài Để khắc phục hiện tƣợng chuỗi bít 1 và 0 dài người ta sử dụng kỹ thuật xáo trộn hay ngẫu nhiên hóa dữ liệu ấy mẫu tức thời ệch + ệch - ấy mẫu tức thời

Bộ chỉnh sóng đầy đủ

Bộ chỉnh sóng đầy đủ

Bộ lọc thông thấp Nhịp chậm

Xác suất lỗi cho truyền thông số băng cơ sở

Tín hiệu nhận đƣợc tại các bộ tách sóng bao gồm chuỗi xung mong muốn cộng với nhiễu kênh truyền ngẫu nhiên Điều này sinh ra lỗi khi phát hiện các xung Ta hãy xem xét một thí dụ khi sử dụng truyền dẫn mã cực và xung cơ bản sử dụng là p t   có biên độ đỉnh là A p dạng nhƣ hình vẽ 3.22a và chuỗi xung nhận đƣợc nhƣ hình vẽ 3.22b

Các xung đƣợc lấy mẫu tại giá trị đỉnh của nó Nếu không có nhiễu giá trị mẫu tương ứng với xung dương (tương ứng với 1) sẽ là A p và mẫu tương ứng với xung âm (tương ứng với 0) sẽ là –A p Do sự tồn tại của nhiễu nên giá trị mẫu sẽ là

  Trong đó n là biên độ nhiễu ngẫu nhiên Trong trường hợp này ngưỡng quyết định xung có thể đƣợc chọn bằng 0 có nghĩa là nếu giá trị mẫu thu đƣợc là dương thì xung phát đi tương ứng với bít nhị phân 1, ngược lại nếu mẫu có giá trị âm thì xung phát đi tương ứng với bít nhị phân 0

Do nhiễu là đại lƣợng ngẫu nhiên nên giá trị mẫu lấy từ chuỗi xung nhận được là không thể biết trước, nó có thể lớn hay nhỏ và cũng có thể âm hay dương

Có thể xảy ra trường hợp nếu 1 được truyền đi nhưng tại thời điểm lấy mẫu n có giá trị lớn và mang dấu âm khi đó giá trị mẫu A p  n sẽ nhỏ hoặc thậm trí có thể có giá trị âm Mặt khác nếu 0 được truyền đi và n có giá trị dương lớn và khi đó việc quyết định bít sẽ là 1 Nhƣ vậy bít này đƣợc quyết định sai, điều này đƣợc thể hiện rõ trên Hình 3.22b Sau đây chúng ta sẽ xem xét xác lỗi cho một số trường hợp của tín hiệu mã đường dây được sử dụng

3.6.1 Xác suất lỗi cho trường hợp tín hiệu cực

Bây giờ chúng ta tính xác suất lỗi có trường hợp tín hiệu cực Giả sử n là nhiễu Gauss có biên độ biến thiên từ  đến  Mặc dù n thường lấy giá trị lớn và giảm nhanh theo e  n 2 /2  2 trong đó  n là giá trị phương sai của nhiễu Tuy nhiên đôi khi n có thể nhận các giá trị dương hoặc âm rất lớn khiến cho việc phát hiện xung bị sai nhƣ chúng ta đã nói ở trên Khi 0 đƣợc truyền, giá trị mẫu nhận được là –A p n và nếu n A p khi đó mẫu nhận được có giá trị dương và bít bố của n Sự phân bố này đƣợc đặc trƣng bởi hàm mật độ xác suất Nếu n là biến ngẫu nhiên Gauss thì hàm mật độ xác suất cho bởi

Trong đó  n là giá trị phương sai của nhiễu Hàm mật độ xác suất chỉ ra sự phân bố tương đối các giá trị của n Do đó xác suất để n nằm trong dải    ,  là diện tích phần bên dưới của hàm mật độ xác suất từ đoạn    , 

Hình 3.22: Xác suất lỗi trong quyết địn dựa vào ngưỡng

Vì vậy ( | 0)P  là xác suất sao cho n A p có giá trị chính là phần diện tích bên dưới hàm mật độ xác suất từ A p đến  nên

Tín hiệu Tín hiệu có nhiễu

Tích phân trên có thể tính theo phương pháp số và giá trị của nó được liệt kê ở các bảng toán học thông dụng Nếu ta đặt:

Tương tự như vậy ( |1)P  là xác suất sao cho n A p và nó chính là phần diện tích dưới p n   từ  A p đến  Do tính chất đối xứng của hàm mật độ xác suất trên nên phần diện tích này cũng chính là diện tích từ A p đến  (Hình

3.22c) Do đó ( |1)P  = ( | 0)P  Giả sử xác suất truyền 1 và 0 là nhƣ nhau khi đó lỗi trung bình tại đầu thu sẽ là:

      (3.26) Đôi khi Q x   còn đƣợc gọi là hàm lỗi erfc x   và một sự xấp xỉ tốt cho

Từ phương trình trên ta thấy lỗi sẽ giảm khi x tăng Giả sử biên độ đỉnh của xung lớn hơn k lần phương sai nhiễu Ta có A p k n nên

(không có xung) Trong trường hợp này ta có thể chọn ngưỡng quyết định A p / 2, cụ thể là nếu mẫu thu đƣợc lớn hơn A p / 2 ta quyết định là 1 và nếu mẫu thu đƣợc nhỏ hơn A p / 2 ta quyết định là 0 Do đó xác suất trong trường hợp này là:

Giả sử 1 và 0 đƣợc phát với xác suất nhƣ nhau nên xác suất lỗi trung bình là:

Nói chung nếu khoảng biên độ xung cần phải phân biệt là 2A p thì xác suất lỗi là ( p ) n

Q  Trong trường hợp tín hiệu đóng mở khoảng cách biên độ xung cần phải phân biệt là A p nên xác suất lỗi là ( p ) n

3.6.3 Xác suất lỗi cho trường hợp tín hiệu lưỡng cực

Trong trường hợp tín hiệu lưỡng cực có khác hơn với hai trường hợp trên một chút đó là 1 được phát đi với xung dương và âm thay đổi nhau và 0 được phát với xung biên độ bằng 0 hay không có xung Nếu bộ phát hiện mẫu thấy rằng giá trị mẫu rơi vào khoảng từ A p / 2 đến A p / 2 thì chúng ta quyết định là 1 và nếu giá trị mẫu nằm ngoài khoảng trên chúng ta quyết định là 0

P   P n   khi xung dương được truyền hay

P   P n  khi xung âm đƣợc truyền Nhƣ vậy ta có

  Giả sử 1, 0 đƣợc truyền với xác suất là nhƣ nhau nên :

Trong trường hợp này ( )P  lớn hơn 50% so với trường hợp tín hiệu đóng mở Điều này dường như là sự suy giảm nghiêm trọng trong khả năng hoạt động của hệ thống Nhƣng ( )P  giảm theo luật hàm số mũ với công suất tín hiệu, do đó sự tăng của ( )P  có thể bù đƣợc bằng việc tăng một lƣợng nhỏ công suất phát Ví dụ để đạt được P ( )   0, 286.1 0  6 ta cần A p / n 5 cho trường hợp tín hiệu cực bởi vì Q   5  0, 286.10  6 Để đạt được cùng giá trị ( )P  cho trường hợp tín hiệu đóng mở ta cần A p / n 10 Trong trường hợp tín hiệu lưỡng cực để đạt được giá trị ( )P  này ta cần A p / n 10.16, bởi vì

Như vậy ta chỉ cần tăng 0,6% biên độ tín hiệu để ( )P  của trường hợp tín hiệu cực bằng với trường hợp tín hiệu đóng mở Do đó nếu ta xem xét trên khía cạnh xác suất lỗi thì hiệu quả của việc sử dụng mã tín hiệu lƣỡng cực là gần nhƣ giống với sử dụng tín hiệu đóng mở

Ví dụ 3.1 a Các xung nhị phân cực được thu với biên độ đỉnh làA p  1mV Phương sai nhiễu kờnh truyền là  n 192,3àV Việc quyết định 1 và 0 ở đầu thu dựa vào ngƣỡng Các bít nhị phân 1, 0 đƣợc truyền với xác suất bằng nhau Tìm xác suất lỗi b Tìm xác suất lỗi cho trường hợp tín hiệu đóng mở và tín hiệu lưỡng cực nếu sử dụng xung giống nhƣ với dạng câu a nhƣng biên độ của xung đƣợc chỉnh sao cho cống suất phát bằng với công suất phát ở câu a

Cho trường hợp tín hiệu cực ta có:

   truyền đi Để đảm công suất là nhƣ nhau ta cần tăng gấp đôi năng lƣợng mỗi xung.

Ghép kênh phân chia theo thời gian

3.7.1 Nguyên lý ghép kênh phân chia theo thời gian

Việc chia sẻ đường truyền dẫn thành nhiều kênh liên lạc cho nhiều nguồn thông tin cùng sử dụng đƣợc gọi chung là ghép kênh Trong kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu, có hai phương pháp ghép kênh cơ bản là: a) ghép kênh theo tần số (FDM: Frequency Division Multiplexing), trong đó băng tần truyền dẫn của hệ thống đƣợc chia thành nhiều băng con hình thành nhiều kênh liên lạc phân biệt với nhau về tần số; b) ghép kênh theo thời gian (TDM: Time Division Multiplexing), trong đó thời gian sử dụng đường truyền dẫn được chia thành các phần khác nhau gọi là các khe thời gian và việc truyền đƣa tin tức từ các nguồn tin khác nhau đƣợc thực hiện trong các khe thời gian riêng biệt

Hình 3.23: Nguyên lý g ép kên t eo t ời gian

Tín hiệu số có một đặc điểm cơ bản là các phần tử tín hiệu (xung tín hiệu) có thời gian tồn tại hữu hạn Thời gian tồn tại của từng phần tử chỉ phụ thuộc vào độ rộng xung có thể tạo ra và xử lý đƣợc, mặc dầu khoảng cách giữa các phần tử kế tiếp nhau là một đại lƣợng cố định gọi là độ dài khung của tín hiệu (125 s đối với tín hiệu thoại PCM chẳng hạn) Một khi độ rộng xung tín hiệu khá nhỏ hơn độ dài khung tín hiệu, có thể chia khung tín hiệu thành một số khe thời gian và ghép một số xung tín hiệu từ một số nguồn tin số vào cùng một khung tín hiệu Tín hiệu từ mỗi một nguồn tin nhƣ vậy đƣợc truyền đi trên một khe thời gian riêng Đối với các hệ thống truyền dẫn số, việc ghép kênh theo thời gian nhƣ trên có thể thực hiện khá thuận lợi

Nguyên lý ghép kênh theo thời gian có thể giải thích một cách đơn giản thông qua sơ đồ Hình 3.23[4]

Dưới tác động của các xung đồng hồ (xung nhịp) các khoá K 1 , K 2 , , K N lần lượt nối trong những khe thời gian xác định các nguồn tin thứ 1, 2, , N với đường truyền dẫn Ở phía thu, các khoá K 1 * , K 2 * , , K N * lần lượt nối đường truyền dẫn với các bộ nhận tin thứ 1, 2, , N một cách tương ứng Các thiết bị đóng vai trò hệ thống các khoá chuyển mạch ở phần phát và phần thu được gọi một cách tương ứng là bộ phân phối phát và bộ phân phối thu Chúng là thành phần cốt lõi của các thiết bị ghép kênh (ở phần phát) và phân kênh (ở phần thu) Chu kỳ làm việc của bộ phân phối phát và phân phối thu chính là độ dài khung của một tín hiệu nhánh và đƣợc gọi là một khung Một khi các bộ phân phối phát và phân phối thu hoạt động đồng bộ với nhau thì việc truyền tin giữa các cặp nguồn tin-bộ nhận tin sẽ diễn ra không lỗi Việc mất đồng bộ giữa phân phối phát và phân phối thu có thể dẫn đến những sai lạc thông tin rất trầm trọng và vì vậy đồng bộ là chỉ tiêu hàng đầu trong ghép kênh theo thời gian Để bảo đảm yêu cầu cao về đồng bộ (gióng đúng thời gian đóng mở các cặp khoá K i  K i * nhƣ trên Hình 3.23) cần có các thiết bị đồng bộ thực hiện duy trì hoạt động đồng bộ của phân phối phát và phân phối thu, bao gồm cả đồng bộ nhịp và đồng bộ khung Đồng bộ khung trong ghép kênh số theo thời gian đƣợc theo dõi nhờ việc truyền liên tục tổ hợp đồng bộ khung đặc biệt trong một khe thời gian riêng trong khung tín hiệu Bộ thu giám sát đồng bộ khung sẽ liên tục theo dõi tổ hợp đồng bộ khung Việc sai liên tiếp tổ hợp đồng bộ khung này sẽ đƣợc hiểu là mất đồng bộ khung Việc điều khiển đồng bộ trở lại đƣợc thực hiện bằng cách trƣợt khung đi từng khe thời gian cho tới khi tổ hợp đồng bộ khung đƣợc thu đúng

Trong trường hợp mất đồng bộ khung, nói chung tổ hợp được giám sát bởi bộ giám sát đồng bộ khung sẽ bị sai Tuy nhiên, lỗi truyền dẫn có thể dẫn đến tổ hợp này vẫn đúng, gây nên hiện tƣợng đồng bộ giả hết sức nguy hiểm Hiển nhiên, xác suất đồng bộ giả rất thấp và càng nhỏ khi độ dài từ mã đồng bộ khung càng lớn thường, một thiết bị chuyên biệt sẽ thực hiện tách thông tin định thời từ chuỗi tín hiệu tới và điều khiển đồng hồ thu

Nếu mỗi nguồn tin số nhánh có tốc độ B b/s thì tốc độ bít đường dây tổng cộng lớn hơn NB b/s một chút, lƣợng dôi tốc độ này dành cho truyền các thông tin phụ bao gồm thông tin đồng bộ, các tín hiệu báo hiệu và tín hiệu nghiệp vụ Việc ghép kênh theo thời gian có thể thực hiện ghép theo bít hay theo tổ hợp mã

3.7.2 Ghép kênh đồng bộ và không đồng bộ

Tuỳ theo cách thức duy trì đồng bộ giữa các bộ phân phối của thiết bị ghép/tách kênh với các nguồn/bộ nhận tin nhánh chúng ta có hai phương thức ghép kênh: a) ghép kênh đồng bộ để tạo ra các đường đồng bộ và b) ghép kênh cận đồng bộ để tạo ra các đường không 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 (muldex: multiplexer-demultiplexer) Tốc độ dòng bít lối ra của bộ ghép kênh đúng bằng N lần tốc độ dòng bít của các nhánh cộng với tốc độ của các thông tin phụ, với N là số nhánh đƣợc ghép Điều này có nghĩa là, nếu không kể tới các thông tin phụ thì tần số nhịp của bộ ghép/tách kênh đúng bằng N lần tốc độ nhịp của các nhánh đƣợc ghép và quan hệ tốc độ này phải đƣợc duy trì một cách liên tục và tự động trong suốt quá trình ghép/tách kênh Đối với ghép kênh đồng bộ, các bít hoặc các từ mã của các nhánh đƣợc sắp khít nhau tạo nên dòng bít đường dây (trừ các khe dành cho đồng bộ khung, thông tin báo hiệu và nghiệp vụ) Hơn thế nữa, vị trí của các bít/từ mã của mỗi nhánh chiếm một vị trí xác định trong dòng bít đường dây, biết trước được ở phía thu Do vậy, những ƣu điểm căn bản của ghép kênh đồng bộ có thể kể đến là:

+ Hiệu quả sử dụng đường truyền cao;

+ Việc tách rẽ/ghép kênh tại các trạm trung gian có tách/ghép kênh thực hiện đƣợc khá dễ dàng

Phương thức ghép kênh đồng bộ trong truyền dẫn tín hiệu số được thực hiện ở tốc độ sơ cấp (2,048Mb/s từ 32 kênh 64 kb/s với hệ châu Âu bao gồm 30 kênh thoại số PCM, 2 kênh báo hiệu và đồng bộ; 1,544 Mb/s từ 24 kênh thoại số 64 kb/s đối với hệ Bắc Mỹ) và ở các tốc độ rất cao (STM-N của hệ thống phân cấp số đồng bộ SDH, sẽ đƣợc trình bày trong các mục sau)

3.7.2.2 G ép kên k ông đồng bộ

Phương thức ghép không đồng bộ được thực hiện theo các phân cấp tốc độ số cận đồng bộ (PDH: Plesiosynchronous Digital Hierarchy) từ các cấp tốc độ số từ thứ hai trở lên đối với các hệ thống theo hệ Châu Âu và hệ Mỹ, và từ tốc độ cấp 3 trở lên đối với hệ Nhật Bản

Trong phương thức ghép không đồng bộ, các bộ phân phối thu và phát của bộ ghép/tách kênh không nhất thiết phải duy trì đồng bộ với các nguồn và bộ nhận tin nhánh Tốc độ nhịp của bộ ghép kênh 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 bít tổng cộng Việc xác định dòng bít của từng nhánh trong dòng bít tổng cộng do vậy có thể rất khó khăn do sự khác biệt tốc độ nhịp giữa tốc độ nhịp của từng nhánh và

1 / N tốc độ nhịp của bộ ghép kênh và để xác định không nhầm lẫn, khối bít phụ (header) phải đƣợc thêm vào dòng bít tổng cộng Điều này làm tăng tốc độ bít truyền dẫn

Một vấn đề quan trọng đối với ghép kênh cận đồng bộ là việc xử lý chèn do sự không hoàn toàn đồng bộ giữa nguồn nhánh và bộ phân phối của máy ghép kênh Sự hình thành bít chèn có thể thấy đƣợc qua thí dụ đơn giản sau (Hình 3.24) Giả sử tốc độ nhịp danh định của N nguồn tin nhánh là f 0 Do không có sự duy trì đồng bộ giữa các nguồn tin nhánh với bộ phân phối của máy ghép kênh nên thực tế tốc độ nhịp của các nguồn nhánh có thể khác f 0 , sai khác nhau một chút và khác với tốc độ đồng hồ ghép của từng nhánh (là đồng hồ của bộ ghép kênh dành cho việc điều khiển khoá ứng với nguồn nhánh) Giả sử tốc độ nhịp F của bộ ghép kênh đƣợc chọn theo F  N f max , với f max là tốc độ nhịp lớn nhất của các nguồn tin nhánh Khi đó, chẳng hạn đối với nguồn nhánh có tốc độ thấp nhất, tốc độ của tín hiệu đồng hồ ghép F / N sẽ lớn hơn tín hiệu đồng hồ của nguồn nhánh và do vậy sẽ xuất hiện định kỳ một khe thời gian dư trong tín hiệu được phát ra đường dây Ở bộ nhận tin nhánh tương ứng, tín hiệu này xuất hiện như sự lặp lại của xung tín hiệu trước đó, hoặc xuất hiện như là một xung thừa ngẫu nhiên Xung thừa này được gọi là xung (hay bít) chèn dương Các xung thừa này nếu không được xử lý sẽ gây ra lỗi thu và nhất thiết phải đƣợc bỏ qua (xoá) tại phần thu Tức là phần phát phải gửi cho phần thu thông tin về các bít chèn để xoá đi không xử lý Thông tin này thường được bố trí trong phần thông tin mào đầu (header) và là thông tin không hữu ích, gây giảm hiệu quả sử dụng đường truyền thiếu nhƣ thế đƣợc gọi là các xung (hay bít) chèn âm Trong các hệ thống thực tế, để tránh phức tạp thiết bị, một xung định kỳ đƣợc xoá đi từ luồng bít đi vào bộ ghép, cho phép tốc độ của bộ ghép thấp hơn tốc độ nhánh Xung bị xoá đi này đƣợc truyền đi bằng một khe riêng cố định trong cấu trúc khung tín hiệu phát (trong header) đến đầu ra để xen bù vào

Các nhƣợc điểm của ghép kênh không đồng bộ do vậy có thể kể ra là:

 Do tốn thêm dung lƣợng để truyền các header, dung lƣợng tổng cộng trên đường truyền lớn hơn tổng dung lượng của các nhánh, dẫn đến hiệu quả sử dụng đường truyền thấp;

 Khó tách/ghép kênh nhánh tại các trạm trung gian do phải thực hiện tách hạ lần lƣợt các cấp ghép kênh để có đƣợc dòng bít nhánh

3.7.3.1 G ép kên PCM sơ cấp

Ghép kênh sơ cấp là việc ghép các luồng số khác nhau thành luồng số cấp một Theo khuyến nghị G.702 của CCITT, tốc độ luồng số cấp một là 1,544 Mb/s đối với tiêu chuẩn Mỹ-Nhật và 2,048 Mb/s đối với tiêu chuẩn Châu Âu uồng số bậc 1 hệ Mỹ (DS-1: Digital Signal-level 1) có thể hình thành từ 24 kênh thoại (24 luồng 64 kb/s), hai tín hiệu nhóm FDM 12 kênh có băng tần 60108 kHz hay tín hiệu hội nghị truyền hình (video conference) Với hệ Châu Âu, luồng số cấp 1 (H1: Hierarchy 1 hay E1: European-level 1) có thể hình thành từ 30 kênh thoại (30 luồng 64 kb/s), tín hiệu hội nghị truyền hình hay tín hiệu siêu nhóm FDM

60 kênh có băng tần từ 312 đến 552 kHz (hình thành hai luồng cấp 1)

Ghép kênh sơ cấp từ các kênh thoại 64 kb/s được thực hiện theo phương thức ghép đồng bộ đối với mọi hệ thống theo tiêu chuẩn Châu Âu, Mỹ hay Nhật Bản

Giới thiệu một số hệ thống sóng mang số

Từ đầu chương cho tới giờ chúng ta đã nói về thống số băng cơ sở, trong đó tín hiệu đƣợc truyền dẫn trực tiếp mà không dịch chuyển dải tần số của tín hiệu Bởi vì tín hiệu băng cơ sở có công suất khá lớn tại những tần số thấp, chúng phù hợp cho việc truyền dẫn trên cặp dây, cáp đồng trục, hay sợi quang Rất nhiều các hệ thống viễn thông hiện nay thực hiện theo cách thức nhƣ vậy Tuy nhiên tín hiệu băng cơ sở lại không thể truyền dẫn đƣợc qua các kênh vô tuyến hay kênh truyền vệ tinh bởi một lý do chúng ta không thể thực hiện đƣợc các ăng-ten có kích cỡ lớn để bức xạ các tín hiệu có dải tần số thấp Chính vì lý do này, phổ tần số của tín hiệu cần dịch lên dải tần số cao Khi phổ đƣợc dịch lên dải tần số cao còn cho phép có thể truyền một số tín hiệu đồng thời bằng cách chia sẻ phần băng thông lớn cả môi trường truyền dẫn Như đã nói ở trong chương 2, chúng ta có thể dịch chuyển dải tần số của tín hiệu bằng cách điều chế một sóng mang bởi tín hiệu hiệu băng cơ sở Có hai dạng cơ bản của điều chế đó là điều chế biên độ và điều chế góc Điều này đƣợc chỉ ra trên Hình 3.27 Một sóng mang chƣa đƣợc điều chế cos( c t) chỉ ra trên Hình 3.27a Tín hiệu băng cơ sở đóng mở (tín hiệu điều chế) m t   chỉ ra trên

Hình 3.27b Khi biên độ sóng mang thay đổi tỷ lệ với m(t), ta có sóng mang đƣợc điều chế m t( ) cos( c t) đƣợc chỉ ra trên Hình 3.27c Chú ý rằng tín hiệu đã đƣợc điều chế này vẫn có dạng đóng mở Sơ đồ điều chế này để truyền các dữ liệu nhị phân đƣợc gọi là khóa đóng mở (OOK) hay khóa dịch biên độ ( SK)

Nếu tín hiệu băng cơ sở m t   có dạng tín hiệu cực (Hình 3.28a), tín hiệu đã được điều chế m t( ) cos( t) có dạng như chỉ ra trên Hình 3.28b Trong trường hợp

Khi dữ liệu đƣợc phát bằng cách thay đổi tần số, chúng ta có sơ đồ điều chế khóa dịch tần số (FSK), nhƣ chỉ ra trên Hình 3.28c Bít 0 đƣợc phát bởi xung có tần số  c 0 và bít 1 đƣợc phát bởi xung có tần số  c 1 Thông tin về dữ liệu đƣợc phát chứa trong tần số của sóng mang

Hình 3.27: (a) Sóng mang c ưa điều c ế, (b) tín iệu điều c ế, (c) tín iệu ASK

Hình 3.28: (a) tín iệu điều c ế, (b) tín iệu PSK, (c) tín iệu FSK

Giải điều chế đối với những tín hiệu điều chế số cũng giống nhƣ giải điều chế với những tín hiệu điều chế tương tự Ví dụ, ASK (Hình 3.27) có thể được giải điều chế bằng phương pháp kết hợp hoặc không kết hợp Giải điều chế bằng phương pháp kết hợp yêu cầu nhiều thiết bị hơn và có hiệu quả hơn đặc biệt là trong công suất tín hiệu nhận được yếu Phần lớn các trường hợp trong thực tế tín hiệu thu có SNR lớn và phương pháp giải điều chế không kết hợp (tách sóng hình bao) được sử dụng với chất lượng tương đương với giải điều chế kết hợp Do đó phương pháp giải điều chế kết hợp thường không được sử dụng trong để giải điều chế tín hiệu SK

Trong PSK, bít 1 đƣợc phát bởi xung Acos( c t), và bít 0 đƣợc phát bởi xung cos( c )

 Thông tin trong tín hiệu PSK nằm ở pha của sóng mang (Hình

3.28b) Các tín hiệu này không thể giải điều chế bằng phương pháp không kết hợp đƣợc bởi phần hình bao của nó là giống nhau với cả 1 và 0 Giải điều chế bằng phương pháp kết hợp sử dụng cho PSK cũng giống như giải điều chế cho tín hiệu điều chế pha tương tự Trong phương pháp đó, việc khôi phục sóng mang tại đầu thu là việc làm cần thiết

Tín hiệu PSK cũng có thể giải điều chế bằng phương pháp không kết hợp đƣợc nhƣng nó chỉ áp dụng với kiểu điều chế PSK vi sai còn đƣợc ký hiệu là DPSK Trong DPSK, trước khi tín hiệu đưa được vào điều chế PSK, nó sẽ được đưa vào bộ mã hóa vi sai Trong phương pháp mã hóa này bít 1 được phát bởi xung có cực tính giống với xung mã hóa dữ liệu nhị phân trước nó (không có chuyển trạng thái), bít 0 đƣợc phát bởi xung có cực tính ngƣợc lại với xung mã hóa dữ liệu nhị phân trước nó (Hình 3.29a) Do đó với trạng thái chuyển điện áp trên chuỗi xung tương ứng với bít 0 và không có trạng thái chuyển điện áp tương ứng với bít

1 Tín hiệu điều chế DPSK chứa các xung Acos( c t) Nếu dữ liệu là 1 thì xung hiện tại và xung trước đó có cùng cực tính hay cùng pha, cả hai xung có thể là cos( c )

A  t hoặc Acos( c t) Nếu dữ liệu là bít 0, thì xung hiện tại và xung trước đó có cực tính ngƣợc nhau hay ngƣợc pha; nếu xung hiện tại là Acos( c t) thì xung trước đó là Acos( c t) và ngược lại

Sơ đồ giải điều chế DPSK cho bởi Hình 3.29b, trong đó ta không sử dụng bộ tạo sóng mang nội mà thay vào đó sử dụng chính sóng mang chứa trong tín hiệu đƣợc điều chế (Acos( c t)) Trong sơ đồ trên Hình 3.29b vị trí của bộ sóng mang sơ đồ giải điều chế kết hợp đƣợc thay thế bởi bộ trễ khoảng thời gian một T b của chính tín hiệu nhận được Nếu xung nhận được giống với xung trước đó, lối ra của bộ tích sẽ là y t ( )  A 2 cos ( 2  c t )  ( A 2 / 2)(1  cos 2  c t ) , và đƣợc cho qua bộ lọc thông thấp cho ta kết quả là z t ( )  A 2 / 2 Nhƣ vậy ta có thể quyết định bít là 1 và  c 1 đan xen nhau Do đó giải điều chế FSK có thể thực hiện bởi hai phương pháp kết hợp hoặc không kết hợp

Với giải điều chế không kết hợp, tín hiệu tới đƣợc đƣa vào giàn lọc gồm hai bộ lọc đƣợc chỉnh tới tần số trung tâm là  c 0 và  c 1 Theo sau mỗi bộ lọc là một bộ tách sóng hình bao (Hình 3.30a) ối ra của các bộ tách sóng hình bao đƣợc lấy mẫu và so sánh Một bít 0 đƣợc truyền đi bởi xung có tần số  c 0 và xung này sẽ xuất hiện tại lối ra bộ lọc đƣợc chỉnh tới  c 0 Thực tế không có tín hiệu xuất hiện tại lối ra của mạch lọc chỉnh tới  c 1 Do đó, mẫu tại lối ra bộ tách sóng hình bao theo sau mạch lọc  c 0 sẽ lớn hơn mẫu của lối ra bộ tách sóng hình bao theo sau mạch lọc  c 1 và do đó bộ thu quyết định bít 0 đã được truyền Trong trường hợp bít 1 đƣợc phát, một tính huống ngƣợc lại nhƣ trên xảy ra

Hình 3.29: (a) Mã óa vi sai, (b) bộ t u tín iệu DPSK

Tín hiệu FSK cũng có thể đƣợc giải điều chế kết hợp bằng cách tạo ra 2 tần số sóng mang tham chiếu là  c 0 và  c 1 , và giải điều chế tín hiệu nhận đƣợc bởi hai bộ giải điều chế với hai sóng mang và sau đó đó so sánh lối ra của 2 bộ giải điều chế nhƣ chỉ ra trên Hình 3.30b

Hình 3.30: Giải điều c ế FSK t eo ai p ương p áp: kết ợp và k ông kết ợp t = T b

Bộ tách sóng hình bao

Bộ tách sóng hình bao

HỆ TH NG THÔNG TIN QUANG

Giới thiệu chung về thông tin quang

Ngày nay, các hệ thống truyền dẫn quang đã đƣợc ứng dụng rộng rãi trên thế giới, chúng đáp ứng cả các tín hiệu tương tự và số, chúng cho phép truyền lưu lƣợng các tín hiệu dịch vụ băng hẹp và băng rộng đáp ứng đầy đủ mọi yêu cầu của mạng số hoá liên kết đa dịch vụ Đây là những ƣu điểm vƣợt trội của các hệ thống thông tin quang để cho phép tiến tới xây dựng một mạng truyền dẫn hiện đại

Khác với thông tin hữu tuyến và vô tuyến - các loại thông tin sử dụng các môi trường truyền dẫn tương ứng là dây dẫn và không gian - thông tin quang là một hệ thống truyền tin thông qua sợi quang Điều đó có nghĩa là thông tin đƣợc chuyển thành ánh sáng và sau đó ánh sáng đƣợc truyền qua sợi quang Tại nơi nhận, nó lại đƣợc biến đổi trở lại thành thông tin ban đầu

Sự nghiên cứu hiện đại về thông tin quang đƣợc bắt đầu bằng sự phát minh thành công của aser năm 1960 và bằng khuyến nghị của Kao và Hockham năm

1966 về việc chế tạo sợi quang có độ tổn thất thấp Bốn năm sau, Kapron đã có thể chế tạo các sợi quang trong suốt có độ suy hao truyền dẫn khoảng 20 dB/km Đƣợc cổ vũ bởi thành công này, các nhà khoa học và kỹ sƣ trên khắp thế giới đã bắt đầu tiến hành các hoạt động nghiên cứu và phát triển và kết quả là các công nghệ mới về giảm suy hao truyền dẫn, về tăng dải thông và các aser bán dẫn đã đƣợc phát triển thành công trong những năm 70 Trong giai đoạn này người ta đã chế tạo đƣợc những sợi quang có độ suy hao đƣợc giảm đến 0,18 dB/km Hơn nữa, trong những năm 70 aser bán dẫn có khả năng thực hiện dao động liên tục ở nhiệt độ khai thác đã đƣợc chế tạo Tuổi thọ của nó đƣợc ƣớc lƣợng hơn 100 năm Dựa trên các công nghệ sợi quang và aser bán dẫn giờ đây đã có thể gửi một khối lƣợng lớn các tín hiệu âm thanh, dữ liệu đến các địa điểm cách xa hàng 100 km bằng một sợi quang có độ dày nhƣ một sợi tóc, không cần đến các bộ tái tạo Hiện nay, các hoạt động nghiên cứu nghiêm chỉnh đang đƣợc tiến hành trong lĩnh vực đƣợc gọi là photon học - là một lĩnh vực tối quan trọng đối với tất cả các hệ thống thông tin quang, có khả năng phát hiện, xử lý, trao đổi và truyền dẫn thông tin bằng phương tiện ánh sáng Photon học có khả năng sẽ đƣợc ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vự điện tử và viễn thông trong thế kỷ 21

Trong thông tin sợi quang, các ƣu điểm sau đây của sợi quang đƣợc sử dụng một cách hiệu quả: độ suy hao truyền dẫn thấp và băng thông lớn Thêm vào đó, chúng có thể sử dụng để thiết lập các đường truyền dẫn nhẹ và mỏng (nhỏ), không có xuyên âm với các đường sợi quang bên cạnh và không chịu ảnh hưởng của nhiễu cảm ứng sóng điện tử Trong thực tế sợi quang là phương tiện truyền dẫn thông tin hiệu quả và kinh tế nhất đang có hiện nay đó là bởi các lý do sau

Trước hết, vì có băng thông lớn nên nó có thể truyền một khối lượng thông tin lớn nhƣ các tín hiệu âm thanh, dữ liệu, và các tín hiệu hỗn hợp thông qua một hệ thống có cự ly đến 100 GHz-km Tương ứng, bằng cách sử dụng sợi quang, một khối lƣợng lớn các tín hiệu âm thanh và hình ảnh có thể đƣợc truyền đến những địa điểm cách xa hàng 100 km mà không cần đến các bộ tái tạo

Thứ hai, sợi quang nhỏ nhẹ và không có xuyên âm Do vậy, chúng có thể đƣợc lắp đặt dễ dàng ở các thành phố, tàu thuỷ, máy bay và các toà nhà cao tầng không cần phải lắp thêm các đường ống và cống cáp

Thứ ba, vì sợi quang đƣợc chế tạo từ các chất điện môi phí dẫn nên chúng không chịu ảnh hưởng bởi can nhiễu của sóng điện từ và của xung điện từ Vì vậy, chúng có thể sử dụng để truyền dẫn mà không có tiếng ồn Điều đó có nghĩa là nó có thể lắp đặt cùng với cáp điện lực và có thể sử dụng trong môi trường phản ứng hạt nhân

Thứ tƣ, do nguyên liệu chủ yếu để sản xuất sợi quang là cát và chất dẻo - là những thứ rẻ hơn đồng nhiều - nên nó kinh tế hơn cáp đồng trục nhiều Giá thành của sợi quang sẽ giảm nhanh một khi công nghệ mới đƣợc đƣa ra Ngoài ra, nhƣ đã đề cập ở trên, do đặc trƣng là có độ tổn thất thấp giá thành lắp đặt ban đầu cũng nhƣ giá thành bảo dƣỡng và sửa chữa thấp bởi vì chúng cần ít các bộ tái tạo hơn

Ngoài những ƣu điểm đã nêu trên, sợi quang có độ an toàn, bảo mật cao, tuổi thọ dài và có khả năng đề kháng kháng nhiễu tốt Nó cũng dễ bảo dƣỡng, sửa chữa và có độ tin cậy cao Hơn nữa, nó không bị rò rỉ tín hiệu và dễ kéo dài khi cần và có thể chế tạo với giá thành thấp Nhờ những ƣu điểm này, sợi quang đƣợc sử dụng cho các mạng điện thoại, số liệu/ máy tính, và phát thanh truyền hình (dịch vụ băng rộng) và sẽ đƣợc sử dụng cho ISDN, điện lực, các ứng dụng y tế và quân sự, cũng nhƣ các thiết bị đo.

Cấu trúc tổng quát của hệ thống thông tin quang

Các thành phần chính của tuyến gồm có phần phát quang, đường truyền cáp sợi quang và phần thu quang Phần phát quang đƣợc cấu tạo từ phần phát tín hiệu quang và các mạch điện liên kết với nhau Cáp sợi quang bao gồm các sợi quang và các lớp vỏ bọc xung quanh để bảo vệ khỏi tác động có hại của môi trường bên

Hình 4.1: Các t àn p ần cơ bản của tuyến t ông tin sợi quang

Khi khoảng cách truyền dẫn khá dài, tới một cự ly nào đó, tín hiệu quang trong sợi bị suy hao khá nhiều thì cần thiết phải có trạm lặp quang trên tuyến Cấu trúc của thiết bị trạm lặp quang gồm có thiết bị phát và thiết bị thu ghép quay phần điện vào nhau Thiết bị thu ở trạm lặp sẽ thu tín hiệu quang yếu rồi tiến hành biến đổi thành tín hiệu điện, khuếch đại tín hiệu này, sửa dạng và đƣa vào đầu vào thiết bị phát quang Thiết bị phát quang thực hiện biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang rồi phát tiếp vào đường truyền Những năm gần đây, các bộ khuếch đại quang đã đƣợc sử dụng để thay thế cho các thiết bị trạm lặp quang

Nhìn chung, việc xây dựng hệ thống truyền dẫn quang cần phải tiến hành thiết kế và lựa chọn cả thiết bị phát, thiết bị thu và cáp sợi quang Mục tiêu để xây dựng hệ thống truyền dẫn quang là phải đƣa ra đƣợc cấu hình hệ thống thực tế có chất lƣợng và hiệu quả Để làm điều này, các tham số hệ thống cần phải thoả mãn các tiêu chuẩn đƣợc qui định và nhất là phải tiến hành các phép đo kiểm tra các thành phần của hệ thống

4.2.1.1 Sợi quang và các mode truyền dẫn

Sợi quang có cấu trúc nhƣ một ống dẫn sóng hoạt động ở tần số quang, nhƣ vậy sợi quang có dạng hình trụ và có chức năng dẫn sóng ánh sáng lan truyền theo hướng trục của nó Để đảm bảo được sự lan truyền ánh sáng trong sợi, cấu trúc cơ bản của nó gồm một lõi hình trụ làm bằng vật liệu thủy tinh chiết suất n 1 lớn và bao quanh lõi là lớp vỏ bản phản xạ hình ống đồng tâm với lõi và có chiết suất

2 1 n n (Hình 4.2) Sự lan truyền ánh sáng dọc theo sợi quang được mô tả dưới dạng các sóng điện từ truyền dẫn đƣợc gọi là các mode trong sợi Mỗi mode truyền là một mẫu các đường trường điện và trường từ được lặp đi lặp lại dọc theo sợi ở các khoảng cách tương đương với bước sóng Chỉ có một vài mode riêng biệt nào đó là có khả năng truyền dọc theo suốt chiều dài sợi trong số nhiều mode đƣợc ghép vào tại đầu sợi ớp vỏ xạ mặc dù không là môi trường truyền ánh sáng nhưng nó là môi trường tạo ra ranh giới với lõi và ngăn chặn sự khúc xạ ánh sáng ra ngoài, tham gia vào việc bảo vệ lõi và gia cường thêm độ bền cho sợi quang

Hình 4.2: Cấu trúc p ân lớp của sợi quang

Vật liệu cấu tạo ra lõi sợi thường là thủy tinh, còn vỏ phản xạ có thể là thủy tinh hoặc chất dẻo trong suốt, loại sợi có cấu trúc vật liệu như vậy thường có suy hao nhỏ và trung bình oại sợi có lõi là chất dẻo thường không hay được sử dụng trong các hệ thống thông tin bởi suy hao là lớn Để tránh trầy xước vỏ, sợi quang thường được bọc thêm một lớp chất dẻo ớp vỏ bảo vệ này sẽ ngăn chặn các tác động cơ học vào sợi, gia cường thêm cho sợi, bảo vệ sợi, mặt khác nó cũng tạo điều kiện để bọc sợi thành cáp sau này ớp vỏ này đƣợc gọi là lớp vỏ bọc sơ cấp suất của lõi sợi nhƣ mô tả trên Hình 4.3 cho cấu trúc các loại sợi dẫn quang oại sợi có chỉ số chiết suất đồng đều trong lõi đƣợc gọi là sợi có chỉ số chiết suất nhẩy bậc (SI: Step Index), loại sợi có chiết suất lớp lõi giảm dần từ tâm lõi ra tới phấn tiếp giáp lõi-vỏ đƣợc gọi là sợi có chiết suất biến đổi đều (GI: Graded Index) hay sợi chiết suất Gradien Nếu phân chia sợi quang theo mode truyền dẫn thì ta có sợi quang đơn mode (SM: Single Mode) và sợi quang đa mode (MM: Multi Mode) Sợi đa mode cho phép nhiều mode truyền dẫn trên nó trong khi đó sợi đơn mode chỉ cho phép một mode truyền dẫn trong nó Nhƣ vậy có thể tổng hợp sự phân loại sợi quang theo bảng 4.1

Bảng 4 : P ân loại sợi dẫn quang

Phân loại sợi theo chỉ số chiết suất Sợi có chỉ số chiết suất nhẩy bậc

Sợi có chỉ số chiết suất Gradien

Phân loại theo mode truyền dẫn Sợi đơn mode

Phân loại theo cấu trúc vật liệu

Sợi thủy tinh Sợi lõi thủy tinh và vỏ là chất dẻo Sợi thủy tinh nhiều thành phần Sợi chất dẻo

Truyền ánh sáng trong sợi quang:

Xét tia sáng đi vào sợi quang có chiết suất nhẩy bậc nhƣ trên Hình 4.4 Các tia sáng đi vào sợi dẫn quang từ môi trường có chiết suất n và hợp với trục sợi một góc  0 Các tia này đập vào ranh giới vỏ và lõi dưới một góc  Nếu góc  lớn hơn một góc nào đó để đảm bảo tia sáng sẽ đƣợc phản xạ hoàn toàn ở bề mặt phân cách giữa lớp lõi và vỏ nhiều lần Như vậy tia sáng sẽ đi theo đường zich-zắc dọc theo lõi sợi và đi qua trục sợi sau mỗi lần phản xạ

Hình 4.4: Truyền án sáng trong sợi quang c iết suất n ẩy bậc

Theo định luật Snell thì góc tối thiểu  min để tạo ra sự phản xạ toàn phần bên trong đối với tia sáng đƣợc xác định nhƣ sau: min 2

Như vậy, khi ánh sáng chạm vào danh giới hai môi trường với góc nhỏ hơn

 min sẽ bị khúc xạ ra ngoài lõi sợi và sẽ bị suy hao ở lớp vỏ phản xạ Điều kiện của phương trình 4.1 sẽ ràng buộc góc tới vào (góc tiếp nhận) lớn nhất  0,max theo biểu thức:

Với  c là góc tới hạn Do vậy, các tia có góc vào  0 nhỏ hơn góc  0,max thì sẽ bị phản xạ toàn phần bên trong tại danh giới lõi và vỏ sợi quang

Biểu thức 4.2 cũng xác định khẩu độ số (NA) của sợi có chiết suất nhẩy bậc

Với  là sự khác nhau về chỉ số chiết suất lớp lõi và đƣợc xác định thông qua biểu thức sau:

Sợi có chiết suất nhẩy bậc trong thực tế n 1 thường có giá trị 1,48 và n 2 thường được chọn sao cho  vào khoảng 0,01 Các giá trị nằm trong khoảng từ 1 đến 3% đối với sợi đa mode và 0,2 đến 1% đối với sợi đơn mode Vế phải của phương trình (4.3) là giá trị tiêu biểu cho các trường hợp và nhỏ hơn 1 Vì khẩu độ số có liên quan tới góc vào lớn nhất, cho nên nó thể hiện sự tiếp nhận ánh sáng và khả năng tập trung các tia sáng của sợi, cũng vì thế mà cho phép ta tính toán đƣợc hiệu quả của quá trình ghép nguồn phát vào sợi dẫn quang Giá trị của khẩu độ số luôn nhỏ hơn 1 nằm trong dải từ 0,14 đến 0,50 Bảng 4.2 là một số giá trị khẩu độ số đối với sợi đa mode ứng với kích thước sợi khác nhau

Bảng 4 2: Kíc t ước sợi và k ẩu độ số tương ứng Đường kớnh lừi sợi (àm) Đường kớnh vỏ phản x (àm) Khẩu độ số

Theo phân tích ở trên thì chỉ các tia sau khi đã vào lõi sợi có góc  nhỏ hơn góc tới hạn  c mới lan truyền dọc theo sợi Tuy nhiên, khi pha của sóng phẳng kết hợp với tia thì cần chú ý tới một điều là chỉ có các tia có các góc riêng biệt nào đó nhỏ hơn hoặc bằng góc  c thì mới có khả năng truyền dọc theo sợi Để cho sóng kết hợp với mọi tia đã truyền đƣợc trong sợi quang, pha của sóng phản xạ hai lần phải cùng pha với sóng tới; điều này có nghĩa là sóng phải cộng hưởng giao thoa với bản thân Nếu điều kiện này không thỏa mãn, thì sóng sẽ giao thoa yếu dần và tắt

4.2.1.2 Các đặc tín truyền dẫn của sợi quang

Có 3 yếu tố cơ bản của sợi quang ảnh hưởng đến khả năng của các hệ thống thông tin quang, bao gồm: Suy hao, tán sắc, và hiện tƣợng phi tuyến xảy ra trong sợi quang Tuy nhiên, đối với các hệ thống khác nhau thì mức độ ảnh hưởng của các yếu tố này cũng khác nhau Ví dụ đối với các hệ thống cự ly ngắn, dung lƣợng thấp thì yếu tố chủ yếu cần quan tâm là suy hao Ðối với các hệ thống tốc độ cao, cự ly tương đối lớn thì yếu tố chủ yếu cần quan tâm là suy hao và tán sắc Ðối với các hệ thống cự ly dài và dung lƣợng rất lớn thì ngoài 2 yếu tố trên cần phải xem xét đến cả các hiệu ứng phi tuyến

Trong phần này chúng ta sẽ tập trung khảo sát chi tiết các hiện tƣợng suy hao và tán sắc Các hiện tƣợng phi tuyến trong sợi quang đƣợc trình bày chi tiết trong các giáo trình chuyên về thông tin quang

Suy hao: Suy hao trên sợi quang đóng một vai trò rất quan trọng trong việc thiết kế hệ thống, là tham số xác định khoảng cách giữa phía phát và phía thu Trên tuyến thông tin quang, các suy hao ghép nối giữa nguồn phát quang với sợi quang, giữa sợi quang với sợi quang, giữa sợi quang với đầu thu quang, giữa sợi quang với các thiết bị khác trên tuyến nhƣ khuếch đại quang, ghép xen rẽ kênh,…cũng có thể coi là suy hao trên tuyến truyền dẫn Bên cạnh đó, quá trình sợi bị uốn cong quá giới hạn cho phép cũng tạo ra suy hao Các suy hao này là suy hao nằm ngoài bản chất sợi, do đó có thể giảm thiểu chúng bằng nhiều biện pháp khác nhau Vấn đề ta xét ở đây là suy hao bản chất bên trong sợi Trong quá trình truyền tín hiệu ánh sáng, bản than sợi dẫn quang cũng có suy hao, làm cho cường độ tín hiệu bị yếu đi khi đi qua một cự ly lan truyền ánh sáng nào đó Cơ chế suy hao cơ bản trong sợi quang đó là suy hao do hấp thụ, suy hao do tán xạ, và suy hao do bức xạ năng lƣợng ánh sáng Trong các suy hao trên, suy hao hấp thụ liên quan tới vật liệu sợi trong đó bao gồm hấp thụ do tạp chất, hấp thụ vật liệu và hấp thụ điện, còn suy hao tán xạ liên quan tới cả vật liệu và tính không hoàn hảo về cấu trúc của sợi Còn suy hao bức xạ là do tính xáo trộn về hình học của sợi gây ra

Suy hao sợi hay còn gọi là suy hao tín hiệu thường được đặc trưng bởi hệ số suy hao và đƣợc xác định bằng tỷ số giữa công suất đầu ra P out của sợi dẫn quang dài L với công suất quang đầu vào P in Tỷ số này là một hàm của bước sóng, nếu gọi  là hệ số suy hao thì:

Ghép kênh quang

Đối với hệ thống thông tin quang để tăng tốc độ truyền dẫn ta có thể thực hiện theo các cách nhƣ sau:

Tăng số lượng sợi quang: đây là phương pháp đơn giản và không cần sự phát triển công nghệ, chỉ đơn thuần là tăng số lƣợng sợi quang, tốc độ truyền dẫn vẫn giữ nguyên Ta có thể chọn SDM nếu trên tuyến truyền dẫn cần tăng băng thông đã có sẵn số lƣợng sợi quang chƣa dùng và khoảng cách tuyến truyền dẫn là đủ ngắn để không cần dùng các bộ lặp, bộ khuếch đại Nếu khoảng cách là xa, khi đó chi phí sẽ vụt tăng do mỗi hệ thống lắp thêm đều cần một số lƣợng bộ lặp, bộ khuếch đại nhƣ hệ thống cũ

Tăng tốc độ tín hiệu điện rồi chuyển thành tín hiệu quang: tăng tốc độ truyền dẫn lên trên sợi quang Khi tiếp tục dùng phương thức truyền thống này, ta phải xem xét đến hai vấn đề: trước và khi truyền trên sợi quang Trước khi chuyển thành tín hiệu quang để truyền đi, các linh kiện điện tử có khả năng xử lí với tốc độ bit tối đa là bao nhiêu? Thực tế hiện nay cho thấy, ở đa số các mạng truyền dẫn, linh kiện điện tử có khả năng đáp ứng tốt đối với các dòng tín hiệu ở tốc độ 2.5 trong miền quang (Optical Time Division Multiplexing - OTDM) đang đƣợc tích cực triển khai Các kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm cho thấy OTDM có thể ghép đƣợc các luồng 10Gbit/s thành luồng 250Gbit/s Nhƣng khi đó, truyền trên sợi quang sẽ vấp phải các vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng đến chất lƣợng truyền dẫn: tán sắc sắc thể, tán sắc phân cực, phi tuyến tính

Bảng 4 3: Sự p ân c ia các băng sóng

Băng sóng Mô tả Ph m vi bước sóng (nm)

Truyền nhiều bước sóng quang trên một sợi quang: ghép thêm nhiều bước sóng để có thể truyền trên một sợi quang, không cần tăng tốc độ truyền dẫn trên một bước sóng Công nghệ WDM có thể mang đến giải pháp hoàn thiện nhất trong điều kiện công nghệ hiện tại Thứ nhất nó vẫn giữ tốc độ xử lý của các linh kiện điện tử ở mức 10Gbps, bảo đảm thích hợp với sợi quang hiện tại Thay vào đó, công nghệ WDM tăng băng thông bằng cách tận dụng cửa sổ làm việc của sợi quang trong khoảng bước sóng 1260 nm đến 1675 nm Khoảng bước sóng này đƣợc chia làm nhiều băng sóng hoạt động nhƣ minh họa trên bảng 4.3 Thoạt tiên, hệ thống WDM hoạt động ở băng C (do EDF hoạt động trong khoảng băng sóng này) Về sau, EDF có khả năng hoạt động ở cả băng C và băng nên hệ thống WDM hiện tại dùng EDF có thể hoạt động ở cả băng C và băng Nếu theo chuẩn ITU-T, xét khoảng cách giữa các kênh bước sóng là 100 Ghz (đảm bảo khả năng chống xuyên nhiễu kênh trong điều kiện công nghệ hiện tại), sẽ có 32 kênh bước sóng hoạt động trên mỗi băng Như vậy, nếu vẫn giữ nguyên tốc độ bit trên mỗi kênh truyền, dùng công nghệ WDM cũng đủ làm tăng băng thông truyền trên một sợi quang lên 64 lần

4.3.1 Hệ thống ghép kênh quang phân chia theo bước sóng

Ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing) là công nghệ “trong một sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang” Ở đầu phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác nhau được tổ hợp lại

(ghép kênh) để truyền đi trên một sợi quang Ở đầu thu, tín hiệu tổ hợp đó đƣợc phân giải ra (tách kênh), khôi phục lại tín hiệu gốc rồi đƣa vào các đầu cuối khác nhau

Như minh hoạ trên Hình 4.12, để đảm bảo việc truyền nhận nhiều bước sóng trên một sợi quang, hệ thống WDM phải thực hiện các chức năng sau:

Phát tín hiệu: Trong hệ thống WDM, nguồn phát quang đƣợc dùng là laser Hiện tại đã có một số loại nguồn phát như: aser điều chỉnh được bước sóng (Tunable aser), aser đa bước sóng (Multiwavelength aser) Yêu cầu đối với nguồn phát laser là phải có độ rộng phổ hẹp, bước sóng phát ra ổn định, mức công suất phát đỉnh, bước sóng trung tâm, độ rộng phổ, độ rộng chirp phải nằm trong giới hạn cho phép

Hình 4.12: Sơ đồ k ối c ức năng của ệ t ống WDM

Ghép/tách tín hiệu: Ghép tín hiệu WDM là sự kết hợp một số nguồn sáng khác nhau thành một luồng tín hiệu ánh sáng tổng hợp để truyền dẫn qua sợi quang Tách tín hiệu WDM là sự phân chia luồng ánh sáng tổng hợp đó thành các tín hiệu ánh sáng riêng rẽ tại mỗi cổng đầu ra bộ tách Hiện tại đã có các bộ tách/ghép tín hiệu WDM nhƣ: bộ lọc màng mỏng điện môi, cách tử Bragg sợi, cách tử nhiễu xạ, linh kiện quang tổ hợp WG, bộ lọc Fabry-Perot Khi xét đến các bộ tách/ghép WDM, ta phải xét các tham số nhƣ: khoảng cách giữa các kênh, độ rộng băng tần của các kênh bước sóng, bước sóng trung tâm của kênh, mức xuyên âm giữa các kênh, tính đồng đều của kênh, suy hao xen, suy hao phản xạ Bragg, xuyên âm đầu gần đầu xa

Truyền dẫn tín hiệu: Quá trình truyền dẫn tín hiệu trong sợi quang chịu sự ảnh hưởng của nhiều yếu tố: suy hao sợi quang, tán sắc, các hiệu ứng phi tuyến, vấn đề liên quan đến khuếch đại tín hiệu Mỗi vấn đề kể trên đều phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố sợi quang (loại sợi quang, chất lƣợng sợi ) đại EDF cho hệ thống WDM phải đảm bảo các yêu cầu sau:

 Độ lợi khuếch đại đồng đều đối với tất cả các kênh bước sóng (mức chênh lệch không quá 1 dB)

 Sự thay đổi số lượng kênh bước sóng làm việc không được gây ảnh hưởng đến mức công suất đầu ra của các kênh

 Có khả năng phát hiện sự chênh lệch mức công suất đầu vào để điều chỉnh lại các hệ số khuếch đại nhằm đảm bảo đặc tuyến khuếch đại là bằng phẳng đối với tất cả các kênh

Thu tín hiệu: Thu tín hiệu trong các hệ thống WDM cũng sử dụng các bộ tách sóng quang như trong hệ thống thông tin quang thông thường: PIN, PD

4.3.2 Phân loại hệ thống WDM

Hệ thống WDM về cơ bản chia làm hai loại: hệ thống đơn hướng và song hướng như minh hoạ trên Hình 4.13 Hệ thống đơn hướng chỉ truyền theo một chiều trên sợi quang Do vậy, để truyền thông tin giữa hai điểm cần hai sợi quang Ngược lại, hệ thống WDM song hướng truyền hai chiều trên một sợi quang nên chỉ cần 1 sợi quang để có thể trao đổi thông tin giữa 2 điểm

Cả hai hệ thống đều có những ƣu nhƣợc điểm riêng Giả sử rằng công nghệ hiện tại chỉ cho phép truyền N bước sóng trên một sợi quang, so sánh hai hệ thống ta thấy:

Xét về dung lượng, hệ thống đơn hướng có khả năng cung cấp dung lượng cao gấp đôi so với hệ thống song hướng Ngược lại, số sợi quang cần dùng gấp đôi so với hệ thống song hướng

Khi sự cố đứt cáp xảy ra, hệ thống song hướng không cần đến cơ chế chuyển mạch bảo vệ tự động PS ( utomatic Protection-Switching) vì cả hai đầu của kết nối đều có khả năng nhận biết sự cố một cách tức thời

Xét về khía cạnh thiết kế mạng, hệ thống song hướng khó thiết kế hơn vì còn phải xét thêm các yếu tố như: vấn đề xuyên nhiễu do có nhiều bước sóng hơn trên một sợi quang, đảm bảo định tuyến và phân bố bước sóng sao cho hai chiều trên sợi quang không dùng chung một bước sóng

Hình 4.13: Hệ t ống WDM đơn ướng và song ướng

Khuếch đại công suất quang

Suy hao của sợi quang là nguyên nhân giới hạn cự ly truyền của các hệ thống thông tin quang Đối với các hệ thống truyền dẫn quang cự ly dài, giới hạn về suy hao đƣợc khắc phục bằng cách sử dụng các trạm lặp quang điện (optoelectronic repeater) Trong các trạm lặp quang điện này (xem Hình 4.15), quá trình khuếch đại tín hiệu quang được thực hiện qua nhiều bước Đầu tiên, tín hiệu quang sẽ được biến đổi thành dòng điện bởi các bộ thu quang (optical receiver) sử dụng linh kiện tách sóng quang nhƣ PIN hay PD Dòng quang điện thu đƣợc sẽ đƣợc tái tạo lại dạng xung, định thời và khuếch đại bởi các mạch phục hồi tín hiệu và mạch khuếch đại Sau đó, tín hiệu điện sẽ đƣợc biến đổi thành tín hiệu quang thông qua các nguồn quang trong bộ phát quang (optical transmitter) và đƣợc truyền đi trong sợi quang Nhƣ vậy, quá trình khuếch đại tín hiệu đƣợc thực hiện trên miền điện

Các trạm lặp quang điện đã đƣợc sử dụng phổ biến trong các hệ thống truyền dẫn quang một bước sóng như hệ thống truyền dẫn quang SDH Tuy nhiên, khi sử dụng cho các hệ thống truyền dẫn quang đa bước sóng như hệ thống WDM, rất nhiều trạm lặp quang điện cần đƣợc sử dụng để khuếch đại và tái tạo các kênh quang có bước sóng khác nhau Điều này làm tăng độ phức tạp cũng như tăng giá thành của hệ thống truyền dẫn quang WDM

Một giải pháp có thể khắc phục các nhƣợc điểm trên của trạm lặp quang điện, đó là sử dụng các bộ khuếch đại quang (Optical mplifier) Trong các bộ khuếch đại quang này, tín hiệu ánh sáng đƣợc khuếch đại trực tiếp trong miền quang mà không thông qua việc biến đổi sang miền điện So với các trạm lặp, các bộ khuếch đại quang có các ƣu điểm sau:

 Khuếch đại trực tiếp tín hiệu quang, không có mạch tái tạo thời gian hay mạch phục hồi (bộ biến đổi E/O hoặc O/E) Do đó khuếch đại quang sẽ trở nên linh hoạt hơn

 Không phụ thuộc vào tốc độ bit và phương thức điều chế tín hiệu nên nâng cấp hệ thống đơn giản hơn

 Khuếch đại nhiều tín hiệu có bước sóng khác nhau cùng truyền trên một sợi quang

4.4.1 Khuếch đại quang sợi EDFA

Khuếch đại quang sợi hiện nay chủ yếu dùng sợi pha tạp Erbium, viết tắt là

EDFA (Erbium-Dopped Fiber mplifier) Nguyên lý khuếch đại đƣợc thực hiện nhờ cơ chế bức xạ trong ba mức hoặc bốn mức nhƣ Hình 4.14

Hình 4.14: Cơ c ế bức xạ trong ba mức (a) và trong bốn mức (b)

EDF có cấu trúc là một đoạn sợi quang mà lõi của chúng đƣợc cấy Er 3  với nồng độ ít hơn 0,1% Khi một nguồn bơm photon bước sóng 980nm hoặc 1480nm đƣợc bơm vào lõi sợi đặc biệt này, các ion Er 3  sẽ hấp thụ các photon đó một điện tử của nó chuyển mức năng lƣợng từ mức cơ bản E 1 lên mức kích thíchE 2 ; do tồn tại một mức năng lƣợng siêu bền E3 ở giữa nên các điện tử này chuyển xuống mức năng lƣợng E 3 theo cơ chế phân rã không bức xạ (thả không bức xạ xuống E 3 ), sau một khoảng thời gian 10ns, điện tử đƣợc kích thích này rơi trở lại mức E 1 , và phát xạ ra photon

Hiện tượng bức xạ bình thường có thể là bức xạ tự phát (là cơ chế bình thường khi điện tử nhảy mức năng lượng) hoặc bức xạ sẽ xảy ra mạnh theo cơ chế bức xạ kích thích; tức là do sự có mặt của các photon mang năng lƣợng bằng với năng lƣợng dịch chuyển mức của các điện tử (trong EDF thì đó là photon của tín hiệu đƣợc khuếch đại) sẽ kích thích sự phát xạ và tạo ra thêm nhiều photon tỷ lệ với số photon của chùm sáng Nhờ tạp Erbium, bức xạ này ở vùng bước sóng 1550nm Nhờ vậy, tín hiệu đƣợc khuếch đại khi đi qua sợi pha tạp Erbium

Cấu trúc mạng truyền tải quang

Hình 4.15 là cấu trúc của một khuếch đại quang sợi EDF và đường đặc tính phổ khuếch đại của nó, bơm laser có thể hoạt động ở hai bước sóng 980nm hoặc 1480nm thì hiệu suất bơm hiệu quả nhất Các bộ cách ly quang có nhiệm vụ chống phản xạ tín hiệu, chỉ cho phép truyền dẫn quang đơn hướng WDM Coupler dùng để ghép tín hiệu bước sóng bơm và tín hiệu cần khuếch đại vào sợi Erbium

4.5 Cấu trúc m ng truyền tải quang

Cấu trúc điểm - điểm có hai thành phần mạng chính là: thiết bị đầu cuối quang O T thực hiện ghép và tách các kênh tín hiệu (kênh quang) và các trạm lặp thực hiện khuếch đại mà không cần chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện Khi muốn xen rẽ trên tuyến phải tách và ghép tất cả các bước sóng (Hình 4.16)

Hình 4.16: Cấu trúc ệ t ống quang điểm – điểm

Cấu trúc điểm - điểm dùng chủ yếu cho khoảng cách giữa máy phát và máy thu có thể lên tới vài trăm km, yêu cầu tốc độ truyền cao, tính nguyên vẹn tín hiệu và độ tin cậy cao, khả năng phục hồi đường truyền nhanh Cấu trúc WDM điểm- điểm ra đời đáp ứng được nhu câu truyền dẫn các tín hiệu băng rộng tạo nên bước đột phá mới đối với hệ thống thông tin, đặc biệt là thông tin sợi quang Cấu trúc

Bộ đầu cuối đường quang OLT

Bộ đầu cuối đường quang OLT điểm - điểm đƣợc sử dụng nhiều cho các tuyến truyền dẫn cáp quang biển, nơi mà khoảng cách truyền dẫn là rất lớn do vậy ngoài việc sử dụng các bộ khuếch đại trên tuyến người ta còn sử dụng các bộ bù tán sắc để tăng chiều dài các trạm lặp Cấu trúc điểm - điểm thường không có các điểm xen rẽ kênh dọc theo tuyến quang Để khắc phục nhược điểm này người ta dùng cấu trúc đa điểm - đa điểm Cấu trúc này chính là cấu trúc điểm-điểm mà cho phép có các trạm xen rẽ trên tuyến có thể tách ghép trực tiếp bước sóng cần xen rẽ mà không cần tách hết các bước sóng Với cấu trúc xen rẽ kênh cho phép người sử dụng tách ghép một lưu lượng những bước sóng cần thiết, khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của cấu trúc điểm - điểm đồng thời có còn có khả năng đáp ứng chức năng xen rẽ là cấu hình mở rộng của bộ khuếch đại quang Điều này giúp cho các nhà khai thác mạng có thể chuyển đổi một cách mềm dẻo cho một trạm khuếch đại quang đường truyền thành một trạm xen rẽ lưu lƣợng mà không cần phải thay đổi cấu hình phần còn lại của mạng Vì vậy cấu trúc đa điểm-đa điểm đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong mạng viễn thông hiện nay Nó đƣợc dùng làm tuyến truyền dẫn thông tin nối giữa 2 thành phố lớn, giữa hai thành phố lớn này ta đặc các trạm xen rẽ bước sóng để tách một số lưu lượng tới các thị xã thị trấn và các thành phố nhỏ hơn Nhƣng cấu trúc này cùng có nhƣợc điểm là cơ chế đảm bảo an toàn không có cho mạng khi một tuyến gặp sự cố Để khắc phục nhược điểm này người ta thường sử dụng cấu trúc Ring

Cấu trúc Ring là dạng topo (topology) đơn giản có thể cung cấp khả năng bảo vệ khi xảy ra sự cố Có hai loại cấu trúc Ring đó là ring WDM 2 sợi và Ring WDM

D hoặc đƣợc xác định hoặc đƣợc lựa chọn linh hoạt trong quá trình hoạt động Mạng cung cấp nhiều kết nối điểm - điểm hay còn gọi là kênh quang Các kênh quang này truyền dẫn một bước sóng trên tuyến truyền dẫn giữa các nút nguồn và đích Ƣu điểm lớn nhất của mạng Ring là cơ chế bảo vệ luồng, trong 2 cấu trúc Ring thì Ring WDM 2 sợi có nhiều ƣu điểm về mặt kinh tế hơn so với sử dụng ít sợi quang hơn, còn cấu trúc Ring WDM 4 sợi (Hình 4.18) phải sử dụng nhiều sợi quang hơn nhƣng độ an toàn của mạng lại không cao hơn nhiều, hơn nữa sự cố xảy ra trên tuyến thường là đứt cáp hơn là đứt sợi quang

Hình 4.18: Mạng vòng WDM ai ướng 4 sợi quang

Mạng Ring WDM thường không được sử dụng một cách độc lập mà chúng thường được sử dụng kết hợp với nhau tạo thành một mạng đường trục Khi đó mạng đường trục sẽ đáp ứng được hầu hết các hu cầu hạn chế của những mạng trước và phát huy được tiềm năng to lớn của nó.

Thiết kế tuyến truyền tải quang

Một tuyến truyền tải quang đơn giản bao gồm các bộ phát quang, sợi quang và bộ thu quang đƣợc kết nối với nhau để có thể truyền thông tin trên đó Bộ phát quang tạo ra một tín hiệu quang với công suất P t , suy hao truyền dẫn trên sợi quang là L (dB/km), bộ thu có độ nhạy thu là P rec Trong phần này chúng ta sẽ đƣa ra thiết kế một tuyến truyền tải quang dựa vào quỹ công suất Đối với một tuyến truyền tải quang, cự ly truyền dẫn và tốc độ bít giới hạn bởi độ suy hao và tán sắc trên sợi quang gây nên Nhìn chung có nhiều vấn đề liên quan khi thiết kế tuyến truyền tải quang trong thực tế Đó là bước sóng hoạt động,

Tín hiệu nhánh thiết bị phát, thiết bị thu, và các loại sợi quang tương ứng Bên cạnh đó là tính tương thích giữa các yếu tố thành phần thiết bị, giá cả, đặc tính hệ thống và độ tin cậy hệ thống Trong phần này chúng ta khảo sát quá trình thiết kế dựa vào việc xem xét quỹ công suất quang

Quỹ công suất của tuyến truyền tải quang đƣợc xem nhƣ là một yếu tố bao quát tổng hợp quan trọng nhất nhằm khẳng định xem công suất quang có đủ để đi từ thiết bị phát quang tới thiết bị thu quang không để duy trì đặc tính tin cậy trong suốt quá trình làm việc của tuyến Nếu nhƣ đầu vào bộ thu quang yêu cầu một công suất quang trung bình nhỏ nhất là độ nhạy thu P rec và có một công suất quang trung bình P t tại đầu ra bộ phát quang thì quỹ công suất C T của tuyến có thể xem nhƣ là tổng suy hao giữa bộ phát quang và bộ thu quang Vì thế quỹ công suất quang có thể viết đơn giản nhƣ sau:

(4.9) Với l c là suy hao bộ nối quang tính bằng dB, a f là hệ số suy hao sợi tính bằng dB/Km, là độ dài tuyến truyền dẫn, l sp là tổng suy hao các mối hàn sợi tính bằng dB Trong biểu thức này ta giả thiết chỉ sử dụng 2 bộ nối quang ở hai đầu Đại lƣợng M s là dự phòng hệ thống Dự phòng hệ thống là một lƣợng công suất quang xác định đƣợc thêm vào hệ thống để bù sự mất mát công suất trong khoảng thời gian khai thác tuyến, chẳng hạn nhƣ sự xuống cấp của các thành phần thiết bị, sự thay đổi nhiệt độ làm giảm năng lực của tuyến, các biến cố nhỏ khác Trong thiết kế tuyến, dự phòng hệ thống thường lấy từ 3 đến 8dB Biểu thức trên có thể đƣợc sử dụng để xác định cự ly truyền dẫn lớn nhất của tuyến khi đã lựa chọn được các phần tử thiết bị của hệ thống Một khi bước sóng đã được lựa chọn, điều cần phải thực hiện là quyết định xem các thiết bị thu phát nào nên đƣợc sử dụng Đối với nguồn phát quang thì xe xét xem nguồn aser bán dẫn hay ED được sử dụng là phù hợp Tương tự đối với các thiết bị thu thì nên sử dụng bộ tách sóng pin hay PD Việc quyết định này cần quan tâm đến tính kinh tế mà cụ thể là giá cả của hệ thống phải thấp

CƠ SỞ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH

Chuyển mạch gói

5.2.1 Nguyên lý chuyển mạch gói Ở phần 5.1 chúng ta đã xem xét các đặc tính cơ bản của chuyển mạch kênh Chúng ta thấy rằng chuyển mạch kênh sử dụng cho các ứng dụng thời gian thực, định hướng kết nối và có lưu lượng ổn định Trước khi chuyển mạch gói ra đời, mạng chuyển mạch kênh là phương tiện duy nhất để truyền số liệu ở khoảng cách xa Thủ tục để thực hiện việc liên lạc này đó là bạn sử dụng modem dữ liệu đƣợc nối với jack điện thoại và gọi máy tính từ xa mà bạn muốn kết nối, sau khi kết nối thành công thì việc trao đổi dữ liệu mới bắt đầu đƣợc tiến hành và khi kết thúc truyền số liệu thì kênh liên lạc được ngắt đi Sử dụng phương pháp này để truyền số liệu chúng ta gặp phải một số vấn đề nhƣ thời gian thiết lập kết nối dài, khả năng tận dụng tài nguyên mạng thấp, không có cơ chế kiểm soát lỗi, và một điều chú ý khác nữa là tốc độ truyền dữ liệu thấp

Trong các ứng dụng khi một kết nối thường xuyên được thiết lập tới cùng nơi nhận thì các thuê bao thường yêu cầu thời gian thiết lập nhanh hơn thời gian mà mạng chuyển mạch kênh có thể đáp ứng Tất nhiên một cách khác có thể thực hiện đó là việc sử dụng một kết nối thường trực giúp bạn muốn truyền dữ liệu lúc nào cũng đƣợc Tuy nhiên cách tiếp cận này là không hiệu quả về mặt sử dụng tài nguyên mạng và cũng rất đắt đỏ

Một nhƣợc điểm khác của mạng chuyển mạng kênh khi sử dụng để truyền số liệu đó là nó không có bất cứ chức năng nào cho việc phát hiện lỗi, kiểm soát lỗi cũng nhƣ yêu cầu truyền lại Đây là chức năng mà máy tính nơi nhận phát hiện lỗi và yêu cầu truyền lại

Hình 5.11: Gói trong mạng c uyển mạc gói

Nguyên lý chuyển mạch gói dựa trên việc truyền dữ liệu theo từng gói nhỏ Thông thường các gói có độ dài không vượt quá 1000 byte Nếu bản tin của nguồn dài hơn thì bản tin đƣợc chia thành chuỗi nối tiếp các gói (Hình 5.11) Mỗi gói bao gồm một phần dữ liệu của người dùng cùng với vài loại thông tin điều khiển Thông tin điều khiển ít nhất cũng phải chứa các thông tin mạng yêu cầu để có thể định tuyến gói trong mạng và phân phối gói tới đích đền theo yêu cầu Tại mỗi nút trên đường đi của gói, nút thu nhận các gói, lưu trữ trong khoảng thời gian ngắn rồi chuyển gói tới nút kế tiếp

Bây giờ chúng ta sẽ xem xét một mạng chuyển mạch gói nhƣ Hình 5.11 Giả sử rằng ta có một gói đƣợc gửi từ trạm đến trạm E Gói chứa thông tin điều khiển chỉ ra rằng đích đến của nó là E Gói được gửi từ tới nút 1 Nút 2 sẽ lưu gói lại, quyết định đường đi tiếp theo của gói (giả sử nó quyết định là đường truyền giữa nút 2 và 4) và nó đặt gói vào hàng đợi để đi ra đường nối giữa nút 2 và 4 Khi đường truyền này sẵn sàng, gói sẽ được truyền tới nút 4 Tiếp theo nút 4 chuyển tiếp gói tới nút 6 và cuối cùng gói sẽ đƣợc truyền tới đích Cách thức truyền gói nhƣ vậy có một số ƣu điểm so với mạng chuyển mạch kênh nhƣ:

 Hiệu suất sử dụng đường truyền lớn hơn bởi vì một đường truyền từ nút tới

Nút mạng mà kết nối đó không có dữ liệu để truyền (ở trạng thái rỗi)

 Mạng chuyển mạch gói có thể thực hiện chuyển đổi tốc độ Hai trạm có tốc độ dữ liệu khác nhau có thể trao đổi các gói với nhau bởi vì đường kết nối giữa hai trạm tới các nút chúng hoạt động ở đúng tốc độ của từng trạm

 Trong mạng chuyển mạch kênh, khi lưu lượng mạng đã đầy thì một số cuộc gọi sẽ bị chặn Điều này có nghĩa là mạng sẽ từ chối không nhận thêm các yêu cầu kết nối cho đền khi lưu lượng trên mạng giảm Với mạng chuyển mạch gói, các gói vẫn đƣợc chấp nhận tuy nhiên thời gian trễ phân phát chúng sẽ tăng lên

 Trong mạng chuyển mạch gói có thể thiết lập quyền ƣu tiên cho các gói Tại một nút có rất nhiều các gói đƣợc xếp hàng để truyền đi, gói có độ ƣu tiên cao hơn sẽ được truyền đi trước và do đó độ trễ phân phát gói sẽ ít hơn so với gói có độ ƣu tiên thấp hơn

Nguyên tắc cơ bản của tổng đài chuyển mạch gói đƣợc minh họa trên hình vẽ

5.12 Số liệu đến và các gói điều khiển đƣợc phân phối vào các bộ đệm mà tại đó chúng được kiểm tra, giám sát lỗi Sau đó chúng được tạm thời lưu trữ lại để sẵn sàng chuyển vào Bus số liệu hoặc đƣợc diễn giải bởi bộ điều khiển Controller để tạo ra các tác động điều khiển Gói số liệu vào có thể đƣợc truyền vào BUS số liệu dạng nối tiếp hoặc song song và sau đó đƣợc chuyển tới bộ đệm đầu ra bởi bộ điều khiển mà nó xác nhận được địa chỉ của gói chứa trong trường tin định hướng

Thông thường một trạm có bản tin gửi thông qua mạng chuyển mạch gói có độ dài lớn hơn nhiều kích cỡ lớn nhất cho phép của một gói Do đó bản tin càn đƣợc chia nhỏ ra thành các gói và gửi những gói đó vào mạng Một câu hỏi đặt ra là làm sao chúng ta có thể kiểm soát đƣợc các gói trong mạng cũng nhƣ bằng cách nào để phân phối đƣợc các gói tới đúng đích đến mong muốn Có hai cách tiếp cận để xử lý vấn đề này trong mạng chuyển mạch gói đó là sử dụng kỹ thuật Datagram và mạch ảo, chúng ta sẽ xem xét kỹ thuật ngay sau đây

Hình 5.12: Nguyên tắc tổng đài c uyển mạc gói

Chuyển mạch gói ra đời dựa trên nguyên lý chuyển mạch bản tin, ở đó bản tin đƣợc chuyển tiếp từ trạm chuyển mạch này tới trạm chuyển mạch khác cho tới khi bản tin đến đƣợc đích Tại điểm nguồn mỗi bản tin đƣợc chèn thêm phần tiêu đề để cung cấp địa chỉ nguồn và đích Các bít kiểm tra CRC cũng đƣợc chèn vào cuối mỗi bản tin để phục vụ cho việc phát hiện lỗi Nhƣ chỉ ra trên Hình 5.13 bản tin được phân phát bằng cách lưu đệm và chuyển tiếp tại các nút mạng Các bản tin đƣợc truyền toàn bộ từ chuyển mạch này tới chuyển mạch kế tiếp Mỗi chuyển mạch thực hiện việc kiểm tra lỗi, nếu không có lỗi nó sẽ kiểm tra phần tiêu đề bản tin để quyết định chặng kế tiếp của bản tin cần truyền là gì để có thể truyền đƣợc tới đích Nếu có lỗi xảy ra nó có thể yêu cầu chuyển mạch trước đó truyền lại toàn bộ bản tin Nếu nhƣ chặng tiếp theo đã đƣợc quyết định nó sẽ chờ để đƣợc truyền dẫn qua đường truyền tương ứng Do đường truyền được chia sẻ nên bản tin có thể phải chờ cho đến khi các bản tin trước đó được truyền hết Khác với chuyển mạch kênh, trong chuyển mạch bản tin không có thao tác thiết lập kết nối trước Chuyển mạch bản tin có thể đạt được hiệu quả sử dụng đường truyền cao Hiệu quả sử dụng đường truyền càng cao thì độ trễ hàng đợi càng lớn Bản tin có thể bị mất khi

Hình 5.13: Hoạt động mạng c uyển mạc bản tin

Hình 5.14 chỉ ra tổng lƣợng trễ khi bản tin đƣợc truyền qua 2 chặng với hai chuyển mạch trung gian Bản tin trước hết phải đi qua đường truyền từ nguồn tới chuyển mạch đầu tiên Chúng ta giả sử rằng đường truyền có độ trễ lan truyền là p giây, đó là khoảng thời gian một bit bắt đầu đi vào đường truyền cho tới khi nó ra khỏi đường truyền ở đầu bên kia Ta cũng giả sử rằng T là thời gian phát bản tin, nó phụ thuộc vào tốc độ phát hay chính là tốc độ truyền bản tin Tiếp đến bản tin phải đi qua đường truyền giữa 2 chuyển mạch, và kế đến là nó phải đi qua đường truyền giữa chuyển mạch thứ 2 và đích Để cho đơn giản chúng ta giả sử rằng trễ lan truyền và tốc độ bít của các đường truyền là như nhau Do đó lượng trễ bản tin tối thiểu sẽ trong trường hợp này là 3p+3T Chú ý rằng lượng trễ này đã bỏ qua trễ hàng đợi có thể gặp phải của bản tin tại mỗi chuyển mạch và cũng đã bỏ qua lƣợng thời gian trễ do kiểm tra lỗi hay bất cứ yêu cầu truyền lại tương ứng

Hình 5.14 Trễ trong c uyển mạc bản tin

Ví dụ: Trễ cho trường hợp bản tin dài và các gói

Giả sử rằng chúng ta muốn truyền một bản tin lớn có độ dài L= 10 6 bít qua 2 chặng Giả sử rằng đường truyền ở mỗi chặng có xác suất lỗi là p e -6 và tại mỗi chặng thực hiện việc kiểm tra lỗi và yêu cầu phát lại Tính số bít cần phải truyền khi sử dụng chuyển mạch bản tin

Nếu chúng ta giả sử rằng chúng ta truyền toàn bộ bản tin, xác suất bản tin đến đúng chuyển mạch qua chặng thứ nhất là

Do đó cứ trung bình bản tin cần phải truyền 3 lần qua chặng thứ nhất thì chuyển mạch 1 nhận đúng bản tin Điều tương tự cũng xảy ra khi bản tin được truyền trên chặng thứ 2 Do đó tổng cộng chúng ta cần truyền 6Mb cho một bản tin có dung lƣợng 1Mb

Giả sử rằng chúng ta chia nhỏ bản tin ra thành 10 gói mỗi gói có 10 5 bít Xác suất để một gói đến đúng chuyển mạch thứ nhất qua chặng đầu tiên là

Mạng điện thoại

Mạng điện thoại là mạng viễn thông cơ bản nhất Hoạt động của mạng điện thoại truyền thống đƣợc hiểu một cách đơn giản là thực hiện chức năng truyền âm thanh qua khoảng cách Nguồn phát ra âm thanh có thể là nguồn âm do con người tạo ra, thiết bị âm nhạc,…Có hai mạng điện thoại hiện đang đƣợc sử dụng phổ biến là mạng điện thoại truyền thống và mạng điện thoại di động Mạng điện thoại truyền thống (điện thoại công cộng) đƣợc xây dựng từ cuối thế kỷ 19 với mục đích chủ yếu là truyền tiếng nói của con người Mạng điện thoại di động ra đời sau vào cuối thế kỷ 20 song nó lại đang phát triển rất mạnh và mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng

Có thể tạo ra một mạng điện thoại đơn giản bằng cách nối bất hai máy điện thoại với nhau bằng một đôi dây Trong thời kỳ đầu của các mạng điện thoại, khi chỉ có rất ít máy điện thoại thì việc kết nối đƣợc thực hiện trực tiếp giữa các máy điện thoại vì số lượng đường dây nhỏ và dễ dàng quản lý được Tuy nhiên khi số lượng người sử dụng điện thoại tăng lên thì số đường kết nối trực tiếp giữa các máy điện thoại sẽ gia tăng rất nhanh và việc kết nối chúng trực tiếp là không trở nên lãng phí Vì thế cần có một mạng để chuyển mạch các kênh thoại, gọi tắt là mạng chuyển mạch kênh Khi đó mỗi máy điện thoại chỉ cần có một đôi dây kết nối đến trung tâm chuyển mạch Chuyển mạch này sẽ cung cấp các kết nối trong khoảng thời gian mà hai máy điện thoại gọi cho nhau và khi người sử dụng không đàm thoại nữa thì thiết bị chuyển mạch sẽ hủy bỏ kết nối đó

Mạng chuyển mạch kênh cho phép người sử dụng dùng chung thiết bị mạng và vì thế chi phí cho mạng sẽ giảm đi rất nhiều ƣợng thiết bị dùng chung này đƣợc tính toán để đáp ứng một cấp độ chất lƣợng dịch vụ nhất định với chi phí hợp lý nhất Việc tính toán thiết kế mạng dựa trên đặc điểm là không có nhiều người gọi điện thoại cùng một lúc vì thế có thể sử dụng chung một kết nối cho rất nhiều người sử dụng

Hình 5.22 chỉ ra các thành phần mạng điện thoại chuyển mạch kênh Đường kết nối trực tiếp từ máy điện thoại tới trung tâm chuyển mạch nội hạt đƣợc gọi là mạch vòng nội hạt, trong trường hợp đơn giản nhất nó là một đôi dây Thông thường mỗi thuê bao có một đôi dây dành riêng để kết nối vào mạng chuyển mạch hoặc nhiều hơn mới thực hiện đƣợc Kết nối giữa chuyển mạch với chuyển mạch được gọi là trung kế Nếu có 10 đường trung kế nối giữa 2 trạm và

B thì chỉ có thể thực hiện đồng thời 10 cuộc gọi giữa các thuê bao của và thuê bao của B Song ngay khi có một cuộc gọi kết thúc thì trung kế đó sẽ trở nên rỗi và nó lại tiếp tục có thể phục vụ cho một cuộc gọi khác.Vì trung kế dùng chung có thể được sử dụng chung cho nhiều người nên việc xác định số lượng trung kế cần sử dụng giữa 2 trạm chuyển mạch và B cần phải đƣợc tính toán chi tiết sao cho đủ phục vụ và không bị lãng phí

Hình 5.22: Các t àn p ần cơ bản của mạng điện t oại c uyển mạc kên

Mạch vòng nội hạt là đường kết nối giữa thuê bao và trạm chuyển mạch trung tâm (CO-Central Office) Là đường dây truy nhập của khách hàng tới mạng, mạch vòng nội hạt được dành riêng cho một thuê bao Mạch vòng này thường là mạch hai dây Trên mạch vòng nội hạt việc truyền dẫn dòng điện phải đƣợc thực hiện ở cả hai hướng từ điện thoại đến chuyển mạch và ngược lại Đối với môi trường hội thoại thì thường một người tham gia cuộc gọi nói trong khi người kia nghe (bán song công) và người nói hiếm khi nghe tại thời điểm mình nói Tuy nhiên các ứng dụng dữ liệu lại cần truyền hai chiều đồng thời (song công) Đặc điểm này của dữ liệu yêu cầu những đặc tính kỹ thuật để có thể truyền dữ liệu trên mạch vòng nội hạt Đây là một trong những vấn đề gặp phải khi chúng ta cố gắng truyền dữ liệu trên mạng được xây dựng để truyền lưu lượng thoại

Trạm chuyển mạch trung tâm

Trạm chuyển mạch trung tâm

Chuyển mạch tandem Trung kế

 Trạm chuyển mạch trung tâm

Trạm chuyển mạch trung tâm là thành phần cốt lõi dùng để kết nối tạm thời giữa các thuê bao Để thực hiện điều này, chuyển mạch trung tâm phải đƣợc đặt ở cuối đường dây thuê bao và các trung kế liên trạm Để thuê bao thực hiện cuộc gọi và đƣợc cung cấp các chỉ dẫn cho các thủ tục gọi, các mạng dịch vụ cũng phải đƣợc kết cuối ở chuyển mạch

Trung kế là thiết bị truyền dẫn giữa các chuyển mạch Thông thường nó là các đường truyền số ghép kênh tốc độ cao bằng kim loại hay cáp quang Các đường trung kế có thể dài hàng trăm km và được sử dụng chung cho nhiều người dùng Nếu không đủ đường trung kế trực tiếp để đáp ứng yêu cầu kết nối thì cuộc gọi có thể kết nối trên nhiều trung kế xuyên qua nhiều chuyển mạch Vì trung kế thường khá dài và có số lƣợng ít hơn so với mạch vòng nội hạt nên nó rất quan trọng và cần đƣợc điều chỉnh một cách kinh tế để cung cấp chất lƣợng truyền dẫn tốt hơn so với mạch vòng nội hạt Các đường trung kế thường là các đường truyền 4 dây số bằng cáp đồng trục hoặc cáp quang

Thông thường các hệ thống chuyển mạch được phân cấp trong mạng ITU-T khuyến nghị 3- 5 cấp cho một quốc gia (Hình 5.23), tuy nhiên hiện nay đang có xu hướng giảm số cấp mạng để ổn định hơn về mặt đồng bộ Sau đây là một ví dụ về phân cấp các hệ thống tổng đài:

 Tổng đài nội hạt (lớp 5) Nó có giao diện trực tiếp với các thuê bao và đấu nối tới tổng đài liên tỉnh (Toll) qua các đường trung kế Các tổng đài này có chức năng ghi thông tin cước thuê bao

 Tổng đài quá giang và liên đài, liên tỉnh (lớp 4) Hầu hết tất cả các tổng đài lớp 5 đều đấu nối tới tổng đài liên tỉnh Các tổng đài quá giang chuyển mạch các lưu lượng trung kế tới tổng đài liên tỉnh cấp cao hơn Dịch vụ điều hành cước có thể cung cấp bởi các tổng đài này

 Tổng đài liên tỉnh (lớp 3) Tổng đài liên tỉnh sơ cấp có thể trực tiếp phục vụ các tổng đài lớp 4 và lớp 5 phụ thuộc vào triển khai các đường trung kế Nói

 Tổng đài liên vùng (lớp 2) Có chức năng nhƣ một trung tâm chuyển mạch liên tỉnh và có thể nằm trong số các tổng đài lớp 1

 Tổng đài cửa quốc tế (lớp 1) Các tổng đài này truy nhập trực tiếp tới các tổng đài cửa của các nước khác Nó cũng cung cấp trợ giúp điều hành quốc tế

Hình 5.23: Mô n p ân cấp tổng đài t eo ITU Ưu điểm của mạng phân cấp là nó cung cấp một cơ chế tìm tuyến đường hiệu quả qua mạng Nhƣợc điểm là nếu các tổng đài liên tỉnh hay liên vùng có sự cố thì một vùng rộng lớn sẽ bị cách ly Có thể dự phòng một vài hướng thay thế nhưng chúng cũng không thể tải đủ dịch vụ

Trong mạng chuyển mạch kênh hệ thống báo hiệu là thành phần không thể thiếu Hệ thống báo hiệu đƣợc sử dụng để chuyển tải các thông tin và lệch điều khiển từ điểm này tới điểm khác trong mạng Các thông tin và lệnh này liên quan đến việc thiết lập, giám sát và giải phóng cuộc gọi,… Hệ thống báo hiệu thực hiên

CÔNG NGHỆ VIỄN THÔNG TIÊN TIẾN

Phân cấp số đồng bộ (SDH)

Ghép kênh số từ bậc 2 trở nên theo tiêu chuẩn của Châu âu hay Bắc Mỹ đều được ghép theo phương thức cận đồng bộ Các cấp ghép kênh bậc cao như vậy hình thành nên hai hệ thống phân cấp tốc độ số cận đồng bộ (PDH: Plesiosynchronous Digital Hierarchy) khác nhau Ghép kênh cận đồng bộ đòi hỏi thông tin mào đầu khá lớn và do vậy tốc độ dòng bít tổng cộng ghép từ N nhánh sẽ lớn hơn tổng tốc độ các nhánh Điều này làm giảm hiệu suất sử dụng đường truyền

Sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống máy tính và các dịch vụ băng rộng trong điều khiển cũng nhƣ tự động hóa các văn phòng, dẫn tới sự ra đời của mạng số tích hợp dịch vụ băng rộng (B-ISDN) có phạm vi toàn cầu mà chúng ta sẽ nghiên cứu trong phần sau của chương này Mạng B-ISDN đòi hỏi tốc độ truyền dẫn rất lớn Việc phát triển các cấp số cao hơn nữa trong hệ thống phân cấp số cận đồng bộ khác nhau nhằm đáp ứng các dịch vụ băng rộng B-ISDN đòi hỏi thực tế không phải là giải pháp tối ƣu do:

+ Sự không tương thích giữa các hệ thống PDH hiện thời dẫn tới khó khăn trong hòa mạng toàn cầu

+ Ghép kênh PDH có nhƣợc điểm là khó tách/ghép các tải nhánh tốc độ thấp từ luồng tổng tại các nút mạng

+ Hiệu quả sử dụng đường truyền thấp, vì vậy khó tăng thêm dung lượng cho mục đích quản lý mạng

Theo quan điểm mạng, BISDN phải là một mạng đồng bộ và để giải quyết các khó khăn đặt ra với các hệ thống PDH, từ cuối năm 1988 ITU đã thông qua những khuyến nghị chủ yếu về hệ thống phân cấp số đồng bộ SDH Các quy định chủ yếu về SDH nằm trong các khuyến nghị G.707, G708, G.709 Theo các khuyến nghị này các tốc độ SDH nhƣ sau: STM-1 tốc độ 155,52 Mb/s; STM-4 tốc độ 602,08 Mb/s; STM-16 tốc độ 2488,32 Mb/s và STM-64 tốc độ 9953,28 Mb/s

Cũng nhƣ các hệ thống ghép và truyền đồng bộ khác, hệ thống SDH có các ƣu điểm:

+ Khả năng tách/ghép tải thành phần từ tín hiệu toàn thể dễ dàng (việc này được thực hiện trực tiếp chứ không cần hạ từng bước như với PDH) tại các nút mạng

+ Hiệu quả sử dụng kênh cao

+ Cho phép thành lập mạng đƣợc quản lý hoàn toàn với kênh OA&M có thể xác định trực tiếp trên các giao diện nút mạng

+ Mạng đồng bộ cao tốc có khả năng chuyển tải hiệu quả và mềm dẻo các dịch vụ băng rộng Việc phát triển các cấp tốc độ cao hơn là khá dễ dàng tùy theo khả năng của các công nghệ truyền dẫn

Hạn chế của SDH liên quan đến mâu thuẫn giữa tính mềm dẻo trong cấu trúc khung tín hiệu thực hiện ghép các tốc độ bít khác nhau của các tải ở bất cứ phân cấp nào và độ phức tạp thiết bị

6.1.2 Cấu trúc phân lớp hệ thống SDH

Mạng truyền dẫn sử dụng phân cấp số đồng bộ SDH đƣợc xây dựng theo mô hình ba lớp nhƣ Hình 6.1 [4] Các lớp mạng truyền dẫn SDH là lớp mạch, lớp đường và lớp môi trường truyền

Hình 6.1: Cấu trúc mạng 3 lớp của ệ t ống SDH

Mạch là một thực thể truyền tin chuyển tải các dịch vụ viễn thông đối với người sử dụng Một đường là một thực thể truyền tin cung cấp sự chuyển tải của một mạch hoặc một nhóm mạch Môi trường truyền có thể là các hệ thống truyền dẫn quang hay vi ba,…Phần này còn đƣợc gọi là một đoạn hay một chặng

6.1.3 Giao diện nút mạng đối với SDH

Ghép kênh từ bậc thấp STM-1 tới bậc cao trong SDH đƣợc thực hiện đồng bộ và dựa theo nguyên tắc ghép kênh phân chia theo thời gian theo từng byte Việc ớp mạch ớp đường ớp môi trường truyền dẫn

Chuyển mạch Đầu cuối đường tách/ghép các tải phân cấp cận đồng bộ theo khuyến nghị G.702 đƣợc thực hiện tại giao diện nút mạng (NNI: Network Node Interface) Vị trí của NNI trong mạng đƣợc trình bày trên Hình 6.2 Thông tin quản lý, khai thác và bảo trì đƣợc ghép thêm và xử lý tại các đầu cuối đường và trạm trung gian trong một phần riêng được gọi là mào đầu chặng (SOH: Section OverHead)

Việc ghép các tải phân cấp cận đồng bộ vào các mô-đun tải đồng bộ STM-N đƣợc thực hiện qua các công-ten-nơ bậc thấp và cao, các đơn vị nhánh và các đơn vị quản trị, tương tự như việc sắp xếp các hàng hóa rời để vận chuyển tàu công- ten-nơ trong ngành vận tải [4] Các khái niệm này nhƣ sau:

Công-ten-nơ (Container) C-n (n=1,2,3,4): là cấu trúc thông tin tạo nên tải đồng bộ của mạng đối với một VC (Virtual Container) Mỗi công-ten-nơ chứa một số xác định các tải cận đồng bộ cần truyền

Hình 6.2: Vị trí của NNI trong mạng SDH

Công-ten-nơ ảo (Virtual Container) VC  n : là cấu trúc thông tin dùng cho các kết nối lớp đường trong SDH Mỗi VC chứa một tải thông tin C  n tương ứng và một mào đầu đường POH được tổ chức thành một cấu trúc khối khung lặp lại từng 125  s hay 500  s Có hai loại VC  n :

+ VC  n bậc thấp ( n  1, 2): gồm một C  n đơn (n=1,2) và POH

+ VC  n bậc cao ( n  3, 4): Gồm hoặc một C  n đơn ( n  3, 4), hoặc toàn

VC-n bậc cao) và một con trỏ U ( U pointer) dùng để trỏ sự dịch chỗ của điểm đầu khung tải so với điểm đầu khung đoạn tách/ghép kênh Các U-n gồm có U-

3 và AU-4 chứa các VC-3 và VC-4 một cách tương ứng Một hoặc vài U có thể chiếm những vị trí xác định trong khung mô-đun tải đồng bộ (STM: Synchronous Transport Module) và đƣợc gọi là nhóm U( UG: U group) Đơn vị nhánh (Tributary Unit) TU-n: là cấu trúc thông tin tiếp hợp giữa lớp đường bậc thấp và lớp đường bậc cao TU-n bao gồm VC-n bậc thấp và con trỏ TU (TU-Pointer) Tương tự, một vài TU có thể tạo thành nhóm TU (TU Group) Có hai loại TUG là TUG-2 (gồm các TU-1 và TU-2) và TUG-3 (gồm các TU-2 và TU-3)

Cấu trúc ghép tổng quát tại giao diện nút mạng SDH đƣợc quy định trong khuyến nghị G.708 và đƣợc mô tả trên Hình 6.3

Hình 6.3: Cấu trúc tổng t ể của SDH

Cấu trúc khung STM-1 đƣợc mô tả trên Hình 6.4, một khung đồng bộ có độ dài 125s bao gồm 270 cột x 9 hàng x 1 byte Tốc độ STM-1 do đó là 270x9x8 bít/125s = 155,52 Mb/s

Hình 6.4: Cấu trúc k ung của SDH

Các thành phần của khung STM-1 bao gồm:

Báo hiệu số 7

Hệ thống báo hiệu số 7 là hệ thống báo hiệu tiên tiến dựa trên nguyên lý kênh chung, có nhiệm vụ truyền thông tin báo hiệu giữa các tổng đài điện thoại để thiết lập, quản lý, giải phóng cuộc gọi Hệ thống báo hiệu số 7 còn cung cấp các chức năng báo hiệu cho các mạng thông minh, mạng ISDN, mạng thông tin di động

Báo hiệu số 7 là một mạng chuyển mạch gói, nó có một số ƣu điểm vƣợt trội so với các hệ thống báo hiệu trước đó:

+ Có cấu trúc mô-đun kết hợp với kiến trúc lớp cho phép nhanh chóng đƣa các dịch vụ mới vào

+ Tốc độ báo hiệu nhanh: Trong hầu hết các trường hợp thời gian báo hiệu ít hơn 1 giây

+ Dung lƣợng cao: Một kênh báo hiệu có thể xử lý bản tin báo hiệu cho hàng nghìn cuộc gọi cùng lúc

+ Kinh tế: ít đòi hỏi thiết bị báo hiệu hơn so với các hệ thống khác

+ Tin cậy: mạng SS7 có độ tin cậy rất cao nhờ sử dụng các tuyến và nút báo hiệu dự phòng Có khả năng tự động điều chỉnh cấu hình mạng độc lập với mạng thoại

+ Linh hoạt: Hệ thống có thể chứa nhiều tín hiệu, có thể sử dụng cho nhiều mục đích chứ không chỉ dành cho dịch vụ thoại

6.2.2 Các phần tử trong mạng báo hiệu số 7

Cũng giống nhƣ các mạng truyền thông, mạng báo hiệu số 7 có các thành phần chính tạo nên mạng nhƣ nút mạng và liên kết nhƣ mô tả trên Hình 6.6

Hình 6.6: Các p ần tử trong mạng báo iệu số 7

Các thành phần trong mạng nhƣ sau:

SSP SSP Đường truyền thoại

 S : Đường liên kết báo hiệu: Giữa các điểm báo hiệu, điểm chuyển giao báo hiệu được liên kết với nhau bởi các đường liên kết báo hiệu ( ,B,E,F) Đây là các kênh truyền dẫn số, trên đó các bít chỉ mã hóa thông tin tín hiệu Các liên kết báo hiệu đƣợc thiết kế với độ tin cậy rất cao do đó khả năng nghẽn mạch trong thông tin báo hiệu rất hiếm khi xảy ra

6.2.3 Mô hình tham chiếu của SS7

Mô hình SS7 đƣợc chia thành 4 mức và đƣợc tham chiếu với mô hình OSI nhƣ trong Hình 6.7

OSI SS7 ớp 4,5,6,7 TCAP ISUP

TUP (Phần người dùng điện thoại)

DUP (Phần người dùng dữ liệu) ớp 4 ớp 3

MTP3 ớp 3 ớp 2 MTP2 ớp 2 ớp 1 MTP1 ớp 1

Hình 6.7: Mô n t am c iếu c o SS7

6.2.4 Phần chuyển giao bản tin

Phần chuyển giao bản tin báo hiệu (MTP) bao gồm các chức năng chung đối với tất cả các bản tin Những chức năng này cung cấp khả năng chuyển các bản tin một cách tin cậy và trong suốt giữa các đối tƣợng sử dụng của mạng báo hiệu và nội dung mỗi bản tin báo hiệu là hoàn toàn độc lập với nhau Điều này có nghĩa là các bản tin báo hiệu sẽ được chuyển giao chính xác từ người sử dụng này tới người sử dụng khác (các bản tin có lỗi được sửa trước khi đưa tới bên sử dụng) và không đƣợc lặp lại MTP bao gồm 3 phần: MPT1, MTP2, MTP3

MTP1: MTP1 định nghĩa các phương tiện vật lý dùng để chuyển thông tin từ điểm này tới điểm khác, nó là giao diện với tải thông tin Đường dữ liệu báo hiệu là một đường dẫn hai chiều dành cho báo hiệu, gồm 2 kênh dữ liệu cùng hoạt động theo hai hướng đối diện cùng với tốc độ dữ liệu ớp 1 bao gồm các phần cứng nhƣ kênh dữ liệu, các thiết bị đầu cuối truy nhập tới hệ thống chuyển mạch Trong hệ thống SS7, thông tin đƣợc mã hóa vào dòng các bít Các thực thể chức năng thuộc mức 1 sẽ tạo ra dòng bít để chuyển tải thông tin báo hiệu SS7 sử dụng các kênh truyền dẫn số thông thường để làm các liên kết dữ liệu báo hiệu Ví dụ: tốc độ

64 kb/s ứng với khe thời gian bất kỳ trong luồng E1 Trường hợp 2 tổng đài có lưu

SCCP (điều khiển kết nối báo hiệu) lƣợng rất lớn thì có thể dùng tới tốc độ 2,048 Mb/s để chuyển giao thông tin báo hiệu

MTP2: ớp này thực hiện chức năng đường báo hiệu bao gồm điều khiển thu và phát tới/từ lớp 3, điều khiển trạng thái kênh, phát hiện lỗi, điều khiển luồng, phân tách bản tin, kết nối giữa các thành phần thu phát đến lớp 1 Bản tin lớp 2 tương tự lớp 2 của hệ thống truyền dữ liệu Có 3 loại SU được sử dụng với 3 mục đích khác nhau:

 MSU: là đơn vị tín hiệu chứa bản tin báo hiệu

 SSU: là đơn vị tín hiệu không chứa bản tin báo hiệu mà chứa thông tin về trạng thái kênh liên kết báo hiệu (SIO +SIF = SF =8 hoặc 16 bít)

 FISU: là một đơn vị tín hiệu lấp đầy khoảng rỗi hi trên liên kết báo hiệu không truyền bản tin báo hiệu hay trạng thái liên kế báo hiệu SIO = SIF = 0

SU có độ dài thay đổi và có cấu trúc nhƣ trong Hình 6.8

Hình 6.8: Cấu trúc của một k ối tín iệu báo iệu

Chú giải: BSN: số thứ tự SU về phía sau (hướng về); BIB: bít chỉ thị hướng về

FSN: số thứ tự SU về phía trước (hướng đi); FIB: bít chỉ thị hướng đi

I: chỉ thị về độ dài, chỉ thị số octet trong các trường giữa trường I và FCS

LI =0 -> FISU; I =1 hoặc 2 -> LSSU; LI >2 -> MSU

SIO: chỉ thị dịch vụ; FCS: dãy kiểm tra khung; SIF: trường thông tin báo hiệu

Các thực thể lớp 2 đƣợc đặt vào hai dãy của liên kết tạo ra và xử lý SU Nhƣng nội dung SIF thì các thực thể lớp 2 không xử lý và chuyển lên lớp 3 hay SCCP Tác dụng của các trường ở lớp 2 nhằm chuyển giao bản tin cấp trên qua

Mạng số liệu tích hợp đa dịch vụ băng rộng

Mục đích của phần điều hành mạng báo hiệu trong chức năng mạng báo hiệu là để thực hiện các công việc cần thiết nhằm duy trì dòng báo hiệu trong trường hợp hệ thống có sai hỏng Điều hành mạng báo hiệu đƣợc chia ra làm 3 nhóm chức năng chính nhƣ sau:

 Điều hành lưu lượng báo hiệu: chức năng này tương ứng với việc giữ cho dòng lưu lượng trường hợp có tắc nghẽn Khi đó lưu lượng báo hiệu sẽ được chuyển từ kênh hoặc tuyến này sang kênh hoặc tuyến khác

 Điều hành báo hiệu: chức năng này đƣợc dùng để phục hồi các kênh báo hiệu có sự cố, kích hoạt các kênh rỗi và không kích hoạt các kênh báo hiệu đã đồng bộ

 Điều hành tuyến báo hiệu: Chức năng quản lý tuyến báo hiệu đƣợc dùng để phân bổ thông tin về trạng thái của mạng báo hiệu nhằm ngăn chặn hoặc giải tỏa các tuyến báo hiệu Mục đích của nó là đảm bảo trao đổi tin cậy các bản tin giữa 2 nút mạng Chức năng này thực hiện ở STP, chủ yếu là việc gửi các bản tin cấm truyền để thông báo cho các SP khác, tránh bị ảnh hưởng do lỗi từ xa

SCCP: à phần điều khiển kết nối báo hiệu đƣợc đƣa thêm vào để thích ứng với các ứng dụng theo cả hai kiểu định hướng có kết nối và không kết nối

6.2.5 Phần người sử dụng (UP: User Part)

Các phần của người sử dụng tạo ra và phân tích các thông tin báo hiệu Chúng sử dụng MTP nhƣ là chức năng chuyển tải để mang thông tin báo hiệu tới các phần sử dụng khác cùng loại Phần người sử dụng bao gồm một số loại như sau:

 TUP: phần người sử dụng điện thoại

 DUP: phần người sử dụng dữ liệu

 MTUP: Phần người sử dụng di động

 ISUP: phần người sử dụng trong mạng ISDN

6.3 M ng số liệu tích hợp đa dịch vụ băng rộng

6.3.1 Giới thiệu chung về mạng số tích hợp đa dịch vụ

ISDN là cụm từ viết tắt của Integrated Service Digital Network có nghĩa là mạng số tích hợp dịch vụ ITU định nghĩa ISDN là mạng đƣợc phát triển từ mạng điện thoại số cung cấp khả năng kết nối hoàn toàn số hoá giữa các đầu cuối, phục vụ cho nhiều loại dịch vụ (thoại và phi thoại) từ đó người sử dụng có thể truy xuất bởi một số giới hạn các giao tiếp đa mục đích đã đƣợc chuẩn hóa ISDN còn cung cấp cho các ứng dụng chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói

ISDN định nghĩa 3 kênh logic đó là:

 Kênh B: là kênh 64kb/s chứa lưu lượng thông tin người dùng qua mạng, nó có thể là dữ liệu số, video và thoại đƣợc số hóa

 Kênh D: Có hai loại kênh D ở các tốc độ 16 kb/s và 64 kb/s Kênh này được sử dụng với mục đích chính là truyền thông tin báo hiệu giữa người sử dụng và mạng Ngoài ra kênh D còn đƣợc sử dụng để mang thông tin số liệu cho các ứng dụng chuyển mạch gói ở tốc độ thấp

 Kênh H: Đó là tổ hợp của kênh B và D thực hiện chức năng nhƣ kênh B song nó đƣợc định nghĩa ở các tốc độ lớn hơn 64kb/s Giao diện kênh H đƣợc sử dụng khi thiết bị đầu cuối khách hang đòi hỏi các kênh tốc độ cao nhƣ 6B = 384 kb/s; 23B = 1530 kb/s; 30B = 1920 kb/s

ISDN có hai giao diện ứng với 2 tốc độ truy nhập tới khách hàng gọi là PRI và BRI Giao diện tốc độ cơ sở BRI đảm bảo truy nhập tới khách hàng ở tốc độ 2B+D theo mỗi hướng Kênh D trong trường hợp này có tốc độ 16kb/s Giao diện này thường được sử dụng để nối thiết bị đầu cuối của một hộ gia đình mà các thiết bị này là các thiết bị số băng hẹp nhƣ điện thoại, modem, máy fax,…Giao diện tốc độ cơ bản PRI cung cấp tốc độ truy nhập là 23B+D đối với chuẩn Bắc Mỹ và 30B+D đối với chuẩn Châu Âu Kênh D trong giao điện PRI là kênh có tốc độ 64 kb/s Giao diện PRI được sử dụng trong trường hợp thiết bị đầu cuối hộ gia đình đòi hỏi các kênh có tốc độ cao Trong công nghệ ISDN các kênh tốc độ cao đƣợc chuẩn hóa cấp độ để thực hiện đồng bộ thiết bị đầu cuối với mạng

6.3.2 Mạng số liệu tích hợp đa dịch vụ băng rộng

Mạng số liệu tích hợp đa dịch vụ băng rộng (BISDN) là sự mở rộng của mạng ISDN cho phép chuyển tải thông tin với tốc độ thay đổi trong một dải rộng cùng với các tham số lưu lượng xác định BISDN được tạo ra để tích hợp dải rộng các dịch vụ truyền thông số liệu trên một mạng đơn lẻ Các dịch vụ BISDN có thể kể ra nhƣ HDTV (High Definition Television: truyền hình có độ nét cao), truyền hình hội nghị, fax độ phân giải cao tốc độ nhanh, dữ liệu tốc độ cao, kết nối các mạng cục bộ,… hộ gia đình dựa vào cơ chế ấn định băng thông linh hoạt cho tới 155.22 Mb/s tương ứng với tốc độ STS-1 Đặc tính linh hoạt của BISDN đƣợc đƣa vào các khái niệm từ bắt đầu xây dựng mạng Các kết nối của BISDN cho thể là cố định hay chuyển mạch, điểm tới điểm, điểm tới đa điểm, hay quảng bá Khả năng chuyển mạch đóng vai trò quan trọng giúp cho BISDN trở nên linh hoạt Nó cho phép truy nhập các dịch vụ theo yêu cầu, mặc dù truy nhập các dịch vụ cố định hay đặt trước Hơn nữa thông tin có thể đƣợc chuyển tải có thể theo chuyển mạch kênh hay chuyển mạch gói, có thể hướng kết nối hoặc không hướng kết nối, song công hay đơn công, đối xứng (cùng băng thông theo 2 chiều) hoặc không đối xứng (băng thông cao hơn trong một hướng) bởi phương thức chuyển giao đồng bộ hay không đồng bộ (Hình 6.9)

Hình 6.9: P ương t ức c uyển giao của BISDN

Băng thông khả dụng tại giao diện UNI đƣợc cung cấp bởi các kênh logic với tốc độ bít cố định là bội của 64kb/s Đây cũng là một trong những đặc tính quan trọng giúp cho BISDN trở lên linh hoạt Các kênh trong BISDN là các kênh H nhƣ đã mô tả trong ISDN cụ thể là:

Những kênh này đƣợc ghép theo thời gian đồng bộ vào trong một cấu trúc khung thích hợp và truyền qua giao diện UNI Cách làm nhƣ vậy còn đƣợc gọi là phương thức chuyển tải đồng bộ (STM) Một số cấu trúc khung được định nghĩa trong STM là: 2016B; 8064B; H4 + 4H12 + 2B + D (16kb/s); 4H4 + 16H12 + 30b + D(64kb/s); 4H4 + 2B + D (16kb/s hoặc 64 kb/s); 3H21 +n H12 + mB + d (16

Kênh 1 Kênh 2 Kênh n Kênh 1 Kênh 2 Kênh n

Các khe thời gian cố định

Kênh 1 Kênh 6 Kênh 1 Kênh 2 Không sử dụng Kênh 7 Kênh 6 Kênh 1

(b ) chuyển giao không đồng bộ hoặc 64 kb/s)

Chuyển giao không đồng bộ

Cấu trúc kênh không đồng bộ dựa trên cách thức chuyển tải của tế bào TM bao gồm một số cố định các khe thời gian, mỗi khe chứa 1 byte thông tin Mỗi tế bào TM chứa 5 byte tiêu đề và 48 byte tải thông tin Cấu trúc kênh không đồng bộ đƣợc định nghĩa nhƣ là việc truyền dẫn không đồng bộ của một chuỗi liên tục các tế bào tại tốc độ bít cố định qua giao diện UNI Có hai kiểu cấu trúc kênh trong ATM:

 Cấu trúc kênh dựa vào khung: Các tế bào đƣợc ghép vào trong các khung, mỗi khung chứa một số tế bào xác định, chứa thông tin đồng bộ khung và thông tin tiêu đề khung

Chuyển tiếp khung (Frame Relay)

Frame Relay hay còn gọi là chuyển tiếp khung là dịch vụ chuyển mạch gói với tốc độ cao sử dụng cấu trúc khung cố định Nó không thực sự là một công nghệ chuyển mạch mà quy định các đặc tính kỹ thuật để mô tả các giao diện giữa thiết bị người dùng đầu cuối với mạng (UNI) và giao diện giữa các phần tử của mạng (NNI) Thiết lập mạng Frame Relay để cung cấp dịch vụ cần chú ý tới các vấn đề sau:

1- Đánh địa chỉ trong mạng

2- Giao diện truy nhập khách hàng

3-Bảo trì và giám sát mạng

4- Quản lý băng thông Địa chỉ trong Frame Relay sử dụng nhận dạng kết nối lớp liên kết dữ liệu (D CI) để quyết định các đường logic mà các khung sẽ được truyền từ một đầu cuối phát tới đầu cuối nhận Điều này cho phép người sử dụng đầu cuối có thể gộp một số đường logic riêng rẽ trên một đường vật lý chung Frame Relay sử dụng

Truy nhập từ khách hàng tới mạng thông qua giao diện người sử dụng với mạng (UNI) Giao diện này chỉ ra những đặc tính kỹ thuật của kết nối vật lý giữa người dùng và mạng Ngoài ra UNI còn định nghĩa định dạng khung các hỗ đối với hệ thống nhƣ việc quản lý PVC Giao diện truy nhận còn định nghĩa tốc độ tốc độ truyền khung mà người dùng sẽ truy nhập vào mạng Tốc độ truy nhập điển hình với Frame Relay có thể từ 64 kb/s hay 2,048 Mb/s Tốc độ truy nhập lớn nhất có thể đạt được là 44,76 Mb/s Truy nhập có thể sử dụng bởi các đường riêng, các đường ISDN, hay các phương tiện truyền dẫn khác

Quản lý và giám sát mạng bao gồm việc tính cước cho người sử dụng Các người dùng trong Frame Relay sử dụng các mạch ảo và được chuyển mạch trên cơ sở động nên người dùng chỉ phải trả phí cho thời gian truyền thực tế Chức năng quản lý và giám sát cũng cung cấp khả năng thiết lập thứ tự ƣu tiên trong truyền dẫn Điều khiển băng thông cung cấp các tùy chọn dịch vụ cho khách hàng Các tùy chọn này bao gồm:

 Các dịch vụ cơ bản tốc độ theo yêu cầu

 Các dịch vụ tốc độ bít cam kết trong đó định nghĩa kênh ảo với lƣợng băng thông đƣợc đảm bảo

 Tốc độ luồng trong trường hợp có bùng nổ dữ liệu và kênh vật lý có thể truyền

Cấu trúc khung Frame Relay

Nếu so sánh với mô hình OSI, FR hoạt động ở lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu Cấu trúc khung của Frame Relay khá đơn giản giống với cấu trúc khung của giao thức HD C Nó bao gồm 1 byte cờ đầu và cuối chỉ sự bắt đầu và kết thúc của khung, 2 byte D CI hay địa chỉ, tiếp đến là N byte dữ liệu người sử dụng, 2 byte kiểm tra lỗi khung (FCS) nhƣ chỉ ra trên Hình 6.10

Hình 6.10: Cấu trúc khung Frame Relay Địa chỉ đích được đặt trong trường D CI Trường này có độ dài 2 byte D CI chỉ ra kênh mà khung sẽ đƣợc truyền tức là nó xác định PVC đƣợc sử dụng để truyền Trong phần địa chỉ đích còn chứa các cờ FECN (Forward Explicit Congestion Notification : báo hiệu tắc nghẽn tiến) và BECN (Back Explicit

DLCI Trường tin độ dài có thể thay đổi

Congestion Notification: báo hiệu tắc nghẽn lùi) có độ dài 1 bít dùng để điều khiển tắc nghẽn trong mạng, và 1 bít cờ DE còn gọi là cờ ƣu tiên mất khung để xác định khung có thể bị loại bỏ hay không trong trường hợp trong mạng xảy ra tắc nghẽn Ngoài ra trong phần này còn chứa cờ do người dùng thiết lập đó là cờ ra lệnh hoặc phản hồi (C/R) và phần địa chỉ mở rộng (E ) Các giá trị FECN và BECN do mạng thiết lập D CI chứa 6 bít có trọng số cao nhất trong byte thứ 2 và 4 bít có trọng số cao nhất trong byte thứ 3 của khung nhƣ chỉ ra trên Hình 6.10 Có tổng số

991 địa chỉ D CI của các PVC đƣợc sử dụng

D CI định nghĩa đường nối giữa người dùng và mạng do đó nó chỉ có ý nghĩa cục bộ, chỉ có các thiết bị người dùng và giao diện với mạng sử dụng nó Giá trị

D CI phải đƣợc thay đổi từ D CI gửi tới D CI nhận để xác định kênh nhận tới đích

Quản lý mạch ảo cố định

Một trong những đặc tính đáng chú ý khác của Frame Relay là khả năng quản lý mạch ảo cố định Trước khi thiết bị người sử dụng truyền dữ liệu qua UNI nó có một tùy chọn là yêu cầu mạng phải xác nhận tính toàn vẹn của đường PVC UNI có thể gửi một chuỗi các yêu cầu về quản lý PVC để xác nhận sự sẵn sàng của các PVC Các tín hiệu trạng thái đường nối “keep alive” được gửi liên tục giữa các người sử dụng Frame Relay và mạng Các bản tin quản lý PVC chỉ gửi thông tin trạng thái giữa các thiết bị người sử dụng và các cổng trong mạng mà nó kết nối tới

Một vấn đề khác của quản lý PVC đó là điều khiển tắc nghẽn Điều khiển luồng dữ liệu là một trong các yêu cầu của mạng truyền dữ liệu Các cờ FECI, BECI, và DE đƣợc sử dụng để cung cấp các chức năng này cho mạng Khi mạng bị

CÁC THIẾT BỊ ĐẦU CU I THÔNG TIN