LUẬN VĂN VIỄN THÔNG CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TỔNG ĐÀI STAREX VK LG

Đề tài bao gồm 3 phần: Phần 1: Giới thiệu một cách tổng quát nhất của hệ thống điện thoại nói chung; các kỹ thuật cơ bản trong việc xử lý tín hiệu tiếng nói, quá trình điều khiểnchuyển m

trờng đại học hàng hải việt namkhoa điện - điện tử tàu biển

bộ môn điện tử – viễn thông

luận văn tốt nghiệp

Tên đề tài :

Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của tổng đài starex - vk lg

Sinh viên : Vũ Hồng Việt

I.Tổng quan về hệ thống điện thoại

II Mã hoá và ghép kênh thoại

1 Kỹ thuật mã hoá PCM

1.1 Khái quát về mã hoá tín hiệu

1.2 Mã hoá PCM

1.3 Các phơng pháp mã hoá số khác

1.4 Mã hoá đờng truyền

2.2 Chuyển mạch thời gian

2.2.1 Điều khiển chuyển mạch đầu vào

2.2.2 Điều khiển chuyển mạch đầu ra

3 Các cấu trúc của khối chuyển mạch số

4 Chuyển mạch số T- S - T

4.1 Cấu trúc trờng chuyển mạch T - S - T

4.2 Tạo tuyến nối qua trờng chuyển mạch

IV Giới thiệu về chuyển mạch gói và lý thuyết xếp hàng các cuộc gọi

1 Chuyển mạch gói

2 Giới thiệu về lý thuyết xếp hàng

Chơng 2 : Hệ thống tổng đài STAREX - VK

I Giới thiệu tổng quan về hệ thống tổng đài STAREX - VK

1 Giới thiệu chung

2 Các khả năng và đặc tính của hệ thống

3 Các dịch vụ đặc biệt cho thuê bao

4 Các thông số đặc trng của hệ thống

II Cấu trúc hệ thống tổng đài STAREX - VK

III Phân hệ điều khiển

2.2 Khối giao tiếp thuê bao tơng tự (ASIU)

2.3 Giao tiếp trung kế số (DCIU)

2.4 Khối giao tiếp các dịch vụ nội hạt (LSIU)

2.5 Khối tạo các bản tin thông báo (VMHU)

2.6 Khối chuyển mạch thời gian (TSLU)

1 Khả năng hoạt động của phân hệ vệ tinh

2 Giao tiếp giữa HOST và vệ tinh

VII Chức năng ISDN của tổng đài STAREX - VK

1 Giao tiếp cổng cơ bản 2B + D

2 Giao tiếp cổng sơ cấp 30B + D

VIII Cấu trúc phần mềm của tổng đài STAREX - VK

đang có những biến đổi mới để hội nhập với xu hớng phát triển của thời đại

B-ớc phát triển lớn nhất và đầu tiên trong quá trình phát triển là sự phát triển điệnthoại rộng khắp trên toàn lãnh thổ Các tổng đài số ra đời cung cấp một phơngtiện hữu ích cho đàm thoại từ xa và một loạt các dịch vụ khác

Với đề tài : "Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của tổng đài số STAREX

-VK " em mong muốn đa ra một cách nhìn tổng quan về tổng đài số nói chung

và hệ thống tổng đài STAREX - VK nói riêng

Đề tài bao gồm 3 phần:

Phần 1: Giới thiệu một cách tổng quát nhất của hệ thống điện thoại nói chung;

các kỹ thuật cơ bản trong việc xử lý tín hiệu tiếng nói, quá trình điều khiểnchuyển mạch bao gồm chuyển mạch cho các kênh thoại (chuyển mạch kênh),

và chuyển mạch cho các luồng dữ liệu (chuyển mạch gói); quá trình truyền dẫncác tín hiệu đã đợc xử lý này trên đờng truyền để tới tổng đài cuối

Phần 2: Đi sâu nghiên cứu tìm hiểu cấu trúc hệ thống tổng đài STAREX - VK,

các khối chức năng và việc kết nối các khối đó nhờ các giao diện cơ bản Phầnnày cũng giới thiệu chức năng ISDN của hệ thống, các giao tiếp của các thuêbao này với hệ thống

Phần 3 : Xét quá trình xử lý một cuộc gọi, các tín hiệu thoại và tín hiệu báo

hiệu từ thuê bao đến tổng đài

Tuy nhiên, do trình độ kiến thức và thời gian còn hạn chế nên nội dungluận văn còn nhiều thiếu sót Qua luận văn này, em rất mong đợc sự góp ý, bổsung của các thầy giáo và các bạn để em có thể hiểu sâu sắc về vấn đề này hơn

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy giáo trong khoa, đặcbiệt là thầy giáo hớng dẫn Phạm Văn Phớc đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ em hoànthành luận văn này

Sinh viên:

Vũ Hồng Việt

Chơng 1: Cơ sở lý thuyếtI/Tổng quan về hệ thống điện thoại

Một hệ thống điện thoại bao gồm một loạt các khối xử lý tín hiệu thoạinhằm tạo lập tuyến nối để truyền thông tin tiếng nói từ thuê bao chủ gọi tới thuêbao bị gọi

Hình 1.1 mô tả các quá trình xử lý tín hiệu trong hệ thống :

Các thuê bao đợc nối đến tổng đài bằng đờng dây thuê bao (sử dụng các

đôi cáp) Một kênh truyền dẫn coi nh đợc bắt đầu thiết lập khi có tín hiệu thoạitruyền trên đó Quá trình xử lý tín hiệu nh sau: các tín hiệu từ máy điện thoạicủa thuê bao chủ gọi (gồm cả tín hiệu tiếng nói và tín hiệu báo hiệu) đợc truyềntới tổng đài, trớc tiên nó qua bộ biến đổi A/D (nếu là các thuê bao tơng tự); sau

đó các tín hiệu này cùng với các tín hiệu số (từ các thuê bao số) đợc đa vào ghépkênh theo tiêu chuẩn mà hệ thống đang áp dụng (gồm hệ thống PCM 24 kênhghép và hệ thống PCM 30 kênh ghép) Các kênh ghép này sau đó đi vào khốichuyển mạch số; kết quả của quá trình chuyển mạch là tạo ra đợc tuyến nối giữahai thuê bao nhờ thiết lập các kênh thoại hai chiều Nếu nh hai thuê bao nằmtrong hai tổng đài cục bộ khác nhau thì mức chuyển mạch cao hơn đợc thựchiện, đó là chuyển mạch chuyển tiếp đợc thực hiện bởi tổng đài chuyển tiếp(toll)

Nếu nh các tổng đài đợc nối với nhau bằng những đờng dây dẫn thì khảnăng nối thông giữa các tuyến dẫn thuê bao bất kì là có thể, nhng số lợng dâynối tăng lên rất nhiều Từ đó, xuất hiện tổng đài hợp nối làm nhiệm vụ đấu nốicác tổng đài khu vực mở rộng phạm vi giao tiếp của các thuê bao

Tổng đài chuyển mạch quốc tế cũng ra đời phục vụ cho việc kết nối tuyếndẫn các cuộc gọi quốc tế Khi đó, các tổng đài của mỗi quốc gia phải đợc nốivới tổng đài này Các đờng cáp xuyên đại dơng và các đờng viba số tốc độ cao

đợc cung cấp bởi các vệ tinh hình thành nên các đờng truyền dẫn quốc tế cơbản, và các cầu viba đợc dùng trong các mạng châu lục

ở phía thu, tổng đài thu sẽ thực hiện các quá trình ngợc lại với phía phát để

đa tín hiệu tiếng nói tới thuê bao chủ gọi với độ chính xác cao nhất

Thuê bao

Đ ờng dây thuê bao

Tách kênh

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống điện thoại

chuyển mạch chuyển tiếptổng đài cục bộ

II/ Mã hoá và ghép kênh

1 Kỹ thuật mã hoá PCM

1.1Khái quát về mã hoá tín hiệu :

Trong các hệ thống thông tin nói chung, các tín hiệu “nguyên thuỷ”dớidạng tiếng nói, hìng ảnh…muốn truyềnđmuốn truyềnđợc đi xa cần phải biến đổi thành mộtnguồn tín hiệu số Quá trình biến đổi này đợc gọi là mã hoá nguồn.Vai trò củamã hoá nguồn là đặc biệt quan trọng, góp phần nâng cao chất lợng liệu lọc vàcho phép nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần của hệ thống truyền dẫn

Thuật toán mã hoá nguồn có thể xem xét thông qua dạng tiêu biểu của nó

là mã hoá tín hiệu tiếng nói (biến đổi tín hiệu thoại tơng tự thành tín hiệu số dớidạng nhị phân)

Hiện nay, phơng pháp thông dụng nhất để số hoá tiếng nói là điều chế theomã PCM

1.2 Mã hoá PCM

PCM đợc hiện bởi 3 quá trình: lấy mẫu, lợng tử và mã hoá

+ Sơ đồ khối của bộ mã hoá và giải mã trong hệ thống PCM:

Giai đoạn đầu tiên của PCM là lấy mẫu bằng các tín hiệu âm thanh nhập,

nó tạo ra một tuần tự các mẫu analog dới dạng chuẩn PAM (pulse amplitudemodulation) Các mẫu PCM có dải biên độ nối tiếp nhau trong dải làm việc Bớctiếp theo là phân chia dải biên độ này thành một số giới hạn các khoảng.Tất cảcác mẫu với các mức biên độ nào đó nếu mẫu nào rơi vào một khoảng đặc biệtnào đó thì đợc gán cùng mức giá trị của khoảng đó; công việc này đợc gọi là “l-ợng tử hoá” Cuối cùng trong bộ mã hoá, độ lớn của các mẫu đã đợc lợng tử hoá

đợc biểu hiện bởi các mã nhị phân Nh vậy, quá trình PCM tạo ra một chuỗi cácchữ số nhị phân, đợc nhóm lại thành các "từ PCM” đại diện cho dạng sóng tínhiệu nhập

Dòng bit nhị phân này có thể đợc chuyển mạnh trong một tổng đài số hoặc

có thể mang qua một liên kết truyền dẫn số sau khi đã chuyển sang dạng thíchhợp với đờng truyền đó (chuyển đổi từ mã nhị phân sang mã đờng truyền)

Tại đầu thu, mã nhị phân đợc chuyển ngợc trở lại thành một dãy nối tiếpcác mã PCM bởi bộ giải mã.Và các mẫu PCM đợc đa tới bộ lọc thông thấp đểlấy ra đợc dạng tín hiệu sóng nguồn ở ngõ nhập

1.2.1 Lấy mẫu :

Lấy mẫu chính là quá trình rời rạc hoá tín hiệu tơng tự Đây là bớc chuyểntín hiệu mang thông tin dạng liên tục thành tín hiệu mang thông tin ở dạng rơìrạc bằng phơng pháp lấy mẫu (sampling); sao cho tín hiệu rời rạc phải mang

Hình 1.2 Quá trình mã hoá và giải mã của hệ thống PCM

xung điều biên l ợng tử

Lấy

mẫu L ợng tử hoá Mã hoá Tái tạo từ mã Bộ giải mã Bộ lọc

đầy đủ thông tin của tín hiệu tơng tự để có thể tái tạo đợc thông tin một cách trung thực ở đầu thu

Tín hiệu rời rạc là một dãy xung mang tin tức, ngời ta gọi các xung này là các xung PAM

Quá trình lấy mẫu đợc dựa trên định lý Nyquit Định lý này phát biểu nh sau : “ Một tín hiệu X (t) có phổ hữu hạn từ (0 Fmax) Hz đợc hoàn toàn xác

định bởi những giá trị X ( k t ) của nó lấy ở các khoảng thời gian t  Fmax ; với

Fmax là tần số cao nhất của phổ hàm X (t) “

Nếu ta gọi Tlm là chu kỳ lấy mẫu và Flm là tần số lấy mẫu, ta có:

X (t)

Xung PAM

Tín hiệu âm thanh trên mạng điện thoại hầu hết có phổ năng lợng tập trung trong dải từ 300 Hz đến 3400 Hz Thực tế phổ tiếng nói của con ngời kể từ tần số thấp (vài trăm Hz) cho đến tần số cao (vài nghìn Hz ) Vì vậy, để không gây ra những méo thụ cảm quá lớn trong quá trình thông thoại thì việc cắt bỏ các thành phần tần số ngoài dải nói trên là cần thiết Việc này đợc thực hiện nhờ mạch lọc thông thấp; khi đó sẽ loại bỏ các thành phần tần số lớn hơn 3400 Hz Nhng trên thực tế, sai số do lọc băng vẫn có thể xảy ra do các mạch với đặc tính không dốc nên tần số cắt đợc chọn thờng rất sát với 4000Hz Và nh vậy tần số cực đại của tín hiệu thoại đợc chọn bằng 4 KHz Ta tính đợc tần số lấy mẫu là:

CCITTđã khuyến nghị cho hệ thống chuẩn Châu Âu sử dụng mẫu mã hoá

8 bít, ta có tốc độ bit của kênh thoại số tiêu chuẩn là:

Vthoại số = 8 bit  8 KHz = 64 Kbit/s

ở đầu thu, để khôi phục đợc tín hiệu ban đầu ngời ta dùng bộ lọc thông thấp Tín hiệu rời rạc theo định lý Nyquit khi qua bộ lọc thông thấp với tần số cơ bản của tín hiệu sẽ cho ra tín hiệu liên tục ban đầu

Quá trình phục hồi đó đợc minh hoạ ở hình sau :

s KHz

F

) ( 8

1 max

2

1







max 2

1

F Tlm 

Hình 1.4 : Sơ đồ biểu diễn minh hoạ sự phục hồi tín hiệu liên tục

Hình 1.3 Sơ đồ minh hoạ định lý Nyquit

T

lm

X’(t) X (t)

t

Khi rời rạc hoá tín hiệu, yêu cầu xung PAM có thời gian tồn tại rát nhỏ

nh-ng thực tế tơnh-ng đối lớn (có một giá trị nào đó) Khi dó yêu cầu Flm phải lớn hơn2Fmax Nếu không thoã mãn điều này hiện tợng chồng phổ sẽ xảy ra nghĩa là phổtín hiệu thu đợc bị biến dạng so với phổ gốc

Do tốc độ lấy mẫu là rất nhanh nên các mạch điện thực hiện quá trình lấymẫu thờng là lấy mẫu và duy trì; trong đó gồm một tranzitor hoạt động nhanh,

đóng vai trò một khoá tắt mở theo sự điều khiển của xung lấy mẫu Mức tínhiệu đã lấy mẫu đợc tích lại trên một tụ điện và đa đến bộ khuyếch đại đệm cótrở kháng cao trớc lúc tiếp tục xử lý Sử dụng trở kháng cao để ngăn ngừa sựphóng điện từ các dòng rò trong khoảng thời gian giữa các xung lấy mẫu

1.2.2Lợng tử hoá

Là thay thế một tín hiệu tơng tự đã đợc lấy mẫu bằng tập hữu hạn của cácmức biên độ, tức là biến đổi tín hiệu liên tục theo mức thành tín hiệu biên độ rờirạc Ưu điểm của lợng tử hoá tín hiệu đã lấy mẫu là giảm đợc ảnh hởng của tạp

âm Các mức tín hiệu rời rạc gọi là mức lợng tử hoá, khoảng cách giữa hai mứclợng tử hoá gọi là bớc lợng tử (X)

Ngời ta thực hiện lợng tử hoá xung PAM bằng các mạch đặc biệt Trongcác mạch này ngời ta so sánh giá trị của xung PAM với các mức chuẩn cho trớc,tơng ứng với các mức lợng tử hoá để quyết định da vào mức này hay mức kia.Căn cứ vào bớc lợng tử hoá x, ngời ta phân biệt lợng tử hoá tuyến tính và lợng

tử hoá phi tuyến Sai số giữa mức lợng tử và xung PAM gọi là tạp âm lợng tử.Lợng tử hoá mà X = const gọi là lợng tử hoá tuyến tính, thờng chỉ dùngkhi có sự biến đổi về mức không lớn Còn đối với tín hiệu có thay đổi mức lớn,nếu áp dụng lợng tử hoá tuyến tính thì sẽ có tỷ số tín hiệu trên tạp âm lợng tửlớn (S/N) Muốn giảm tạp âm lợng tử thì ta phải giảm bớc lợng tử, khi đó sốmức lợng tử tăng lên Tuy nhiên, việc tăng quá số mức lợng tử sẽ dẫn đến:

- Số bít dùng để mã các mức lợng tử tăng làm tăng tốc độ bit và do vậy tăngphổ chiếm của tín hiệu số

- Với cùng một dải động tín hiệu, việc tăng quá số mức lợng tử sẽ dẫn đếnmức lợng tử ở đầu thu bị nhận nhầm dới tác động tạp âm nhiệt trong các mạch

điện tử

Mặt khác: nếu các bớc lợng tử lấy mẫu bằng nhau về khoảng cách thì méolợng tử sẽ xấu hơn đối với các tín hiệu có biên độ nhỏ hơn biên độ các tín hiệukhác Vì méo bị phát hiện bởi ngời nghe giống nh nhiễu nên tỷ số giữa tín hiệu

ra và năng lợng nhiều xấu hơn khi mức tín hiệu nhập bị giảm xuống Lợng

tử hoá phi tuyến :

Phơng pháp này đa ra nhằm khắc phục những hạn chế của phơng pháp trênbằng áp dụng lợng tử hoá không đều: chia các mức lợng tử theo hàm logarit,nghĩa là khoảng cách giữa các mức lợng tử đợc chọn lớn đối với các mức tínhiệu lớn còn với các mức tín hiệu nhỏ thì khoảng cách giữa các mức lợng tửchọn nhỏ Ngời ta chứng minh đợc rằng phơng pháp lợng tử hoá phi tuyến theoluật logarit sẽ làm cho tỷ số S/N không phụ thuộc vào mức tín hiệu vào Trênthực tế sử dụng phổ biến hai quy luật lợng tử : luật A và luật  ; ở đây ta sẽkhông đi sau nghiên cứu hai quy luật đó Lợng tử hoá tuyến tính là cơ sở để mãhoá tuyến tính, còn lợng tử hoá phi tuyến là cơ sở để mã hoá phi tuyến

1.2.3 Mã hoá

Sau khi lợng tử hoá xung PAM, mỗi xung PAM sẽ đợc biểu diễn bởi mộtnhóm bít nhị phân gọi là một từ mã CCITT đã khuyến nghị cho hệ thống chuẩnChâu Âu sử dụng 8 bít cho một từ mã, nh vậy sẽ có 256 từ mã tơng ứng Quy ớcbít đầu tiên là bit dấu và 7 bít số liệu tiếp sau đó

Cấu trúc từ mã đợc thể hiện nh sau:

Nguồn tín

Tạo xung

Hình 1.6 Sơ đồ biểu diễn mạch lấy mẫu

Để mã hoá tín hiệu ngời ta dùng các phơng pháp sau:

a Đối với mã hoá tuyến tính:

Đếm liên tiếp các mức mã hoá X; khi mã hoá n bít thì đếm tối đa là:

N = 2n-1 xung

Với phơng pháp này thời gian biến đổi lớn nhng thiết bị gọn nhẹ, đơn giản

- Phơng pháp cân Interal: Mã hoá n bit tơng ứng n mẫu so sánh, mỗi mẫu

t-ơng ứng với một trọng lợng bít

- Phơng pháp mã hoá trực tiếp: Trong phơng pháp này, mã hoá trực tiếp hay

là phơng pháp song song; mã hoá nbít tạo ra 2n -1 mẫu, mỗi mẫu sai khác 1 X

so với mẫu cạnh nó khi đó phải có 2n -1 bộ so sánh

Phơng pháp này rất nhanh nhng quá phức tạp, không kinh tế, sai số tơng

đối lớn

b Mã hoá phi tuyến:

Mã hoá phi tuyến sử dụng kỹ thuật nén - giãn Ta xét các loại sau :

Loại 1 : Analog Compandor (Nén tín hiệu tơng tự )

Loại 2: Digital Compandor:

1.3 Các kỹ thuật mã hoá số khác :

Mặc dù các kỹ thuật mã hoá PCM 64 Kbps hiện hành dùng luật A hoặc

luật , là các phơng pháp đợc chuẩn hoá quốc tế cho các tổng đài kỹ thuật số,

nhng vẫn có một vài phơng pháp mã hoá khác đợc dùng trong các ứng dụng đặc

biệt Các phơng pháp này thực hiện mã hoá tiếng nói với tốc độ nhỏ hơn tốc độ

64kbps của PCM, nhờ đó đợc tận dụng đợc các khả năng của hệ thống truyền

dẫn số nh phổ tần chiếm kênh truyền Tuy nhiên, các phơng pháp mã hoá tốc độ

thấp này sẽ bị hạn chế về chất lợng đặc biệt là nhiễu và méo tần số

- CVSD (Continuously Variable Slope Delta modulation): Kỹ thuật này là một

dẫn xuất của điều chế Delta, trong đó một bít đơn đợc dùng để mã hoá mỗi mẫu

PAM hoặc lớn hơn hoặc nhỏ hơn mẫu trớc đó Vì không bị giới hạn bởi một từ

mã 8bit, mã hoá có thể hoạt động với các tốc độ khác nhau vào khoảng 20

Kbps CVSD đợc dùng rộng rãi trong các hệ thống hạn chế về chất lợng thông

tin nhng dễ dàng triển khai và chắc chắn Ngoài ra còn đợc dùng trong việc lu

giữ tiếng nói đã đợc số hoá đảm bảo sự tiết kiệm của bộ nhớ

Các bit số liệuBit dấu

- ADPCM (Adative Differential PCM ) _ Điều chế mã xung vi sai tự thích nghi.

Kỹ thuật này là một dẫn xuất của PCM chuẩn; ở đó sự khác biệt giữa các mẫuliên tiếp nhau đợc mã hoá thay vì các mẫu đợc mã hoá và đợc truyền trên đờngdây CCITT có đề nghị một chuẩn ADPCM 32 Kbpsdành cho mã hoá tiếng nói

1.4 Mã hoá đờng truyền

Sau quá trình chuyển mạch dữ liệu cho cuộc gọi ở dạng tổ hợp mã nhịphân đợc biểu diễn bởi các mẫu PCM Tín hiệu này không không thích hợp choviệc truyền trên đờng dây, đặc biệt là khi cần chuyển đi với khoảng cách xa dovấp phải hai vấn đề sau:

(i) Để định thời đợc suy ra tại đầu thu của hệ thống và tại bất kì thời điểm nàongay sau đó tín hiêụ đợc tái sinh, dòng bit đợc truyền phải có một tần số caochuyển từ 1 sang 0 và từ 0 sang 1 Tuy nhiên, mã nhị phân tạo ra từ một hệthống PCM, thông thờng có một dải rộng các mẫu có cùng bít, bao gồm chuỗicác bit 1 và ngay cả một chuỗi các bit 0 liên tiếp nhau

(ii) Việc truyền các tín hiệu PCM nhị phân, đợc tạo thành từ mức điện áp 0 vàdơng tạo một tín hiệu đờng dây mang một năng lợng đáng kể năng lợng mộtchiều (DC) và dải tần thấp, các biến áp trên hệ thống truyền không kiểm soátnổi các thành phần năng lợng này Đồng thời cũng liên quan đến sự truyền phổnăng lợng tần tháp của các tín hiệu nhị phân này nh làm nhiễu tín hiệu âm thanhtrên các sợi cáp kề nhau

Do đó, một sự chuyển đổi sang mã đờng dây phù hợp với đờng truyền dẫn

là điều cần thiết để khắc phục vấn đề đồng bộ và phổ tần thấp Có nhiều mã ờng dây đợc đề xuất, nó hỗ trợ các mức độ sử dụng băng thông khác nhau, sựthực hiện và sử dụng các thiết bị phức tạp

Xét một số loại mã đờng dây thông dụng sau:

a Mã ADI/AMI:

Mã đờng dây là tổ hợp hai kỹ thuật đặc biệt:

ADI - Alternate -Digit - Inversion: gọi là đảo ngợc luân phiên các bit để chènvào nội dung định thời cần thiết

AMI - Alternate - Mark - Inversion : gọi là đảo luân phiên bit 1 để loại bỏthành phần tần thấp trong tín hiệu nhị phân

- ADI: Trong tiến trình này các chữ số luân phiên đợc đảo (bit 1 thành bit 0;bit 0 thành bit 1) Điều này cung cấp một sự gia tăng tổng thể số chuyển đổi 0-1

và 1-0 so với tín hiệu nhị phân gốc

- AMI : Kỹ thuật AMI chuyển tín hiệu nhị phân ADI chỉ với giá trị +1 và 0sang mã lỡng cực ba giá trị +1 , 0 , và -1 Điều này đạt đợc bằng cách thay đổiluân phiên các bít giá trị 1 trong tín hiệu nhị phân nhập sang -1 trong tín hiệu ra(thuật ngữ "mark" đợc dùng để chỉ bit 1) Hiệu suất của sự chuyển đổi mã này

đợc xác định bởi tỉ lệ thông tin thực sự đợc chuyển so với khả năng của mã ờng dây Do đó, AMI có hiệu suất mã là 67% vì chỉ một tín hiệu hai mức đ ợcsuy ra từ ba trạng thái của tín hiệu mã đờng dây thứ ba

[(1  2 ) : (1  3)]  100% = 67%

b Mã HDB3

Mã đờng dây HDB3 dùng mã AMI để tạo ra một tín hiệu lỡng cực ba mức

có rất ít thành phần tần số thấp Kỹ thuật mã hoá này loại bỏ các chuỗi 0 dàibằng cách thay bit 1 giả định vào vị trí của mỗi bit 0 thứ t để đảm bảo số lợngtối đa cacs bit 0 liên tiếp nhau là 3 Mỗi bit 1 giả định đợc xác định bằng mộtthao tác đảo cực cỡng bức, nhờ đó tín hiệu nhị phân nguồn có thể đợc tái thiết ở

đầu xa Đảo cực cỡng bức đợc thực hiện bằng cách ngắt ngang tuần tự đảo cựcluân phiên + 1 , - 1 , +1 đại diện cho bit nhị phân 1(đó là ngõ ra của AMI), bit 1

giả định đợc xác định bằng cách lặp lại cực tính của bit 1 trớc nó Do đó, trongmột tuần tự nhị phân 100001 thì mã đờng dây bao gồm + 000 + -.

c Mã 4B3T (4binary to 3 tertiary)

Mã này tạo ra một tín hiệu lỡng cực bằng cách đổi các khối 4 bit nhị phânthành các khối 3 bit ba trạng thái Tiến trình này có một số các u điểm nhằmtăng cờng loại bỏ thành phần tần thấp, đó là :

- Mã hoá đợc thiết kế để đảm bảo mỗi khối 3 bit cấp ba chứa ít nhất một bit

1, do đó tạo ra thông tin định thời cần thiết

- Lợc đồ này có hiệu suất 89% vì 4 bit thông tin (4 2 trạng thái ) chứatrong một tín hiệu 3 bit ba trạng thái

(4  2) : (3  3) = 89%

- Tốc độ đờng truyền chỉ bằng 3/4 tốc độ nhị phân PCM Việc giảm tốc độnày cho phép các tham số của hệ thống truyền (độ miễn nhiễu, không gian táisinh) đợc cải thiện

2.Kỹ thuật ghép kênh tdm

2.1 Giới thiệu chung kỹ thuật TDM (Time - Division - Multiplex)

Quá trình vận chuyển một số tín hiệu đồng thời qua một phơng tiện truyềndẫn gọi là ghép kênh Thiết bị có nhiệm vụ liên kết các luồng bít số liệu là bộghép kênh

Trong các tổng đài số, thiết bị đầu cuối của hệ thống ghép kênh hai chiềubao gồm một bộ ghép kênh phục vụ cho hớng truyền và một bộ phân giải kênhphục vụ cho hớng thu

Có nhiều kỹ thuật ghép kênh, mỗi kỹ thuật khai thác khả năng của một hệthống để tạo ra và phát hiện một tham số đậc biệt hoàn toàn chính xác Ghépkênh đợc thực hiện từ sự phân phối dải tham số chỉ định vào mỗi kênh

Trong kỹ thuật ghép kênh theo thời gian (TDM) thì tham số thời gian đợc

đa ra làm tiêu chuẩn cho việc ghép Các dòng số có cùng tốc độ bít nh nhau

nh-ng sẽ chiếm ở khe thời gian nhất định và đợc lặp lại theo chu kỳ, có tần số bằnh-ngtần số lấy mẫu của tín hiệu kênh truyền

Dòng số thấp nhất của kênh số có tốc độ 64 Kbps tơng ứng với tốc độ củakênh thoại số tiêu chuẩn Ta biết rằng, tín hiệu thoại có dải tần số từ 0.3KHz

đến 3.4 KHz, đợc lấy mẫu ở tần số 8 KHz tơng ứng với chu kỳ lấy mẫu là 125s

và đợc mã hoá 8 bít nên có ttốc độ 64Kbps Tốc độ này đợc lấy làm chuẩn thấpnhất cho việc ghép kênh số

Bộ ghép kênh

Bộ phân giải kênh

1

2

n

12nTín hiệu đ ợc ghép

Hình 1.8 Sơ đồ khối biểu diễn kỹ thuật ghép kênh

Theo tiêu chuẩn chung trên thế giới, việc ghép một số lợng các kênh thoạichuẩn vào một kênh có tốc độ bít lớn hơn đợc thực hiện bằng việc co hẹp thờigian của mỗi kênh và sắp xếp chúng vào những khe thời gian đã dịnh trớc Việcghép các kênh thoại có tốc độ lớn hơn cũng thực hiện tơng tự nh vậy.

Ngoài ra, còn một số phơng pháp khác đợc sử dụng trong thông tin vệ tinh,

ta xét một phơng pháp điển hình là ghép thống kê:

Tốc độ truyền trong hệ thống là 50 Mbps; nh vậy chu kỳ 125s có thể chứa

đợc 6250 bít hoặc 780 khoảng kênh với 8 bít trong mỗi kênh Tuy nhiên, mỗichu kỳ đợc phân thành một khoảng con làm thành chu kỳ con, mỗi chu kỳ con

đợc dùng cho một vài trạm mặt đất Các chu kì con có dung lợng cố định, có thểhoàn thiện trong mỗi trạm mặt đất hoặc dung lợng của chu kì con có thể thay

đổi một cách tơng ứng phù hợp với yêu cầu của trạm mặt đất Mỗi trạm mặt đấttruyền thông tin dới dạng gói xung vô tuyến, nó nhập hoàn toàn các chu kì concủa vệ tinh Các bít thông tin trong mỗi gói gồm các bít bắt đầu chứa thông tin

đồng bộ sóng mang, đồng bộ theo bít, đồng bộ theo chu kì cũng nh để nhậndạng trạm và điều khiển Ngoài ra, các gói còn đợc phân cách nhờ một khoảngcách bảo vệ để tránh sự xếp chồng giữa chúng

kỳ

Định

vị trạm

Điều khiển Kênh1 Kênh2 KênhN

Hình 1.10 Sơ đồ chu kỳ của hệ thống thâm nhập nhiều lần

với sự phân chia thời gian

Đồng bộthu

Tách đồng bộ

Bộ giải mã

chung

Phát2,048Mb/s

Bộ mã hoá chung sẽ biến đổi mỗi xung PAM thành từ mã 8 bít, trong khoảngkênh Tđb của khe thời gian đó Sau khi ghép N kênh cộng thêm xung đồng bộ,dòng số ghép sẽ đợc đa đến thiết bị truyền dẫn; trạng thái của xung đồng bộ chophép nhận dạng khung.

ở bộ thu, dòng số ghép đợc đa tới từ thiết bị truyền dẫn Mạch đồng bộ thu

sẽ điều khiển để tách xung đồng bộ và báo hiệu; giữa mạch đồng bộ thu và

đồng bộ phát có quan hệ mật thiết với nhau để đảm bảo dòng số liệu giữa phát

và thu không có sự sai khác Bộ giải mã chung sẽ biến đổi mỗi bộ mã 8 bít trongcác khe thời gian tơng ứng thành các xung PAM Sau đó, thiết bị nối ghép sẽ lầnlợt phân phối các xung PAM tơng ứng và biến nó thành tín hiệu tơng tự nguyênthuỷ

Thiết bị nối ghép phải làm việc theo hai chiều:

- Chiều thuận là biến đổi tín hiệu Analog thành các xung PAM

- Chiều ngợc là biến đổi các xung PAM thành tín hiệu Analog

Đối với dòng số có tốc độ khác với tốc độ ghép, ta phải chuyển đổi tốc độthì mới ghép đợc Theo nguyên tắc ghép TDM ta phải tạo ra các khe thời gian

Tđb Mỗi khe thời gian chứa đựng bộ mã của các nguồn tín hiệu khác nhau Đểtạo ra các khe thời gian cho các nguồn tín hiệu khác nhau ngời ta sử dụng bộphân đờng - thời gian xung, đợc biểu diễn nh hình vẽ sau :

2.4 Cấu trúc phân cấp của hệ thống số:

Để truyền những tín hiệu đã đợc mã hoá với dải tần khác nhau và những tínhiệu số với tốc độ truyền khác nhau qua các phơng tiện truyền dẫn số khácnhau Có một quy ớc chung về cấu trúc phân cấp của hệ thống TDM; nó đợc gọi

là cấu trúc phân cấp của hệ thống số

Hình vẽ sau chỉ ra cấu trúc phân cấp của hệ thống số chuẩn Châu Âu doCCITT khuyến nghị:

4

Cấp III4

1

CấpIV

4

1 1

CấpV4

Hệ thống số Châu Âu lấy tín hiệu thoại số làm tốc độ chuẩn thấp nhất củamình là 64 Kbps

Các tín hiệu số liệu, âm thanh, hình ảnh có tốc độ khác tốc độ thoại phải

đợc chuyển đổi tốc độ mới ghép đợc với các tín hiệu thoại để đa vào hệ thốngtruyền dẫn số Đối với âm thanh có dải tần từ 0  15 KHz, tốc độ là 384 Kbps;

để có thể ghép đợc vào hệ thống thì nó sẽ chiếm một số kênh thoại 2,048 Mbps.Với tín hiệu hình ảnh từ 0 6 MHz, tốc độ có thể đạt đến hàng trăm Mbps, nó

sẽ chiếm một kênh 144Mbps Khi dùng phơng pháp DPCM (Diferential PulesesCode Modulation) thì tốc độ hình ảnh chỉ nhỏ hơn hoặc bằng 70Mbps Khi đó,

Ngời ta tổ chức một đa khung (MK) gồm 16 khung dài 2ms đánh số lần lợt

từ 0 đến 15 Thời gian của một khung là 125 s chứa 32 khe thời gian từ TS0

đến TS31 và mỗi khe thời gian dài 3,9 s gồm một từ mã 8 bít, thời gian một bítdài 488ns

Trong số 32 khe thời gian thì :

TS0 dành cho tín hiệu đồng bộ khung và điều khiển mạng TS16 dành cho báo hiệu

TS1  TS15 , TS17  TS31 dành cho 30 kênh thoại

Với các khung chẵn, 8 bit đồng bộ trong TS0 có dạng X0010011

Với các khung lẻ, 8bit đồng bộ trong TS0 có dạng X1AXXXXX

Trong đó : X - các bit không đợc phân bố bởi CCITT cho bất cứ chức năng đặc biệt nào và thờng đợc đặt là 1

A - bít báo trạng thái đồng bộ, thờng là 0 nhng đổi 1 khimất đồng bộ xảy ra

TS16 là một kênh chỉ định riêng cho việc truyền hoặc báo hiệu kênh chunghoặc báo hiệu kênh riêng cho một nhóm các kênh thoại phụ thuộc

Trong trờng hợp báo hiệu kênh chung, TS16 của mọi khung đợc sử dụnglàm kênh báo hiệu có tốc độ 64 Kbps Đối với các hệ thống báo hiệu kênh kếthợp, TS16 đợc sử dụng nh sau:

TS16 của khung 0: đợc sử dụng để ghép tổ hợp đồng bộ đa khung và tínhiệu chỉ thị mất đồng bộ đa khung Tổ hợp đồng bộ đa khung 0000, đợc sắp xếpthành cụm vào các bít từ 1  4 ; các bít 5, 7, và 8 luôn có mức logic1

Chỉ thị đồng bộ đa khung thể hiện ở thứ 6:

1 : khi mất đồng bộ đa khung

0 : khi đồng bộ đa khung đúng

Đồng bộ đa khung đợc xem là mất khi hai tổ hợp đa khung liên tiếp bị sai

ít nhất một lỗi hoặc khi tất cả các bít từ 5  8 của khe này đều là 0 Khả năng

đồng bộ đa khung giả giảm đợc nhờ kiểm tra kết hợp cả hai điều kiện nói trên Khe 16 các khung khác : đợc sử dụng để hình thành hai kênh báo hiệu kênhkết hợp, tốc độ mỗi kênh là 30 Kbps

III Chuyển mạch số

1 Khái quát hệ thống chuyển mạch :

Chức năng chuyển mạch của tổng đài là để thiết lập tuyến nối giữa hai haynhiều thuê bao trong cùng tổng đài hoặc giữa tổng đài này với tổng đài khác.Trên cơ sở tuyến nối đã đợc thiết lập, thiết bị chuyển mạch thực hiện truyền dẫntiếng nói và tín hiệu báo hiệu giữa các thuê bao với độ tin cậy và chính xác ởmức cho phép Hiện nay hệ thống chuyển mạch của các tổng đài là chuyểnmạch số vì nó có nhiều u điểm trong khai thác

tín hiệu đồng bộ khung

trong các khung lẻ

Hình 3.8 Tổ chức khung PCM 30 kênh

Chuyển mạch số là quá trình liên kết các khe thời gian giữa một số các liên kết truyền dẫn kỹ thuật số TDM

PC

Đặc điểm nổi bật của các tổng đài chuyển mạch số là một tuyến vật lý đợc sử dụng chung cho một số cuộc gọi trên cơ sở phân chia theo thời gian sử dụng nó Mỗi cuộc gọi sử dụng tuyến này trong một khoảng thời gian xác định và theo chu kì với tốc độ lặp thích hợp Đối với tín hiệu thoại, tốc độ lặp là 8 KHz; tức là cứ mỗi khoảng thời gian 125 s lại truyền đi tiếng nói (của cuộc gọi đã đ-ợc thiết lập ) một lần Tiếng nói trong mỗi lần truyền đi gọi là một mẫu và đđ-ợc mã hoá theo phơng thức PCM Nói chung, một hệ thống chuyển mạch số phục vụ một số nguồn tin tức đã đ-ợc ghép kênh theo thời gian Các kênh tín hiệu PCM này đđ-ợc truyền trên các tuyến dẫn PCM Trên các tuyến dẫn PCM chung đó tải đi nhiều kênh thông tin (tiếng nói và báo hiệu) và các kênh này đợc tách ra theo nguyên lý phân kênh theo thời gian Quá trình ghép và tách kênh PCM đợc thực hiện bởi các thiết bị ghép và tách kênh trớc và sau thiết bị chuyển mạch 2 Các phơng thức chuyển mạch số:

Để đấu nối hai thuê bao với nhau cần phải trao đổi khe thời gian của hai mẫu tiếng nói; các mẫu này có thể trên cùng một tuyến PCM hoặc ở các tuyến PCM khác nhau và đã đợc mã hoá Có hai phơng pháp thực hiện chuyển mạch các tổ hợp mã này theo hai hớng, đó là chuyển mạch không gian và chuyển mạch thời gian 2.1 Chuyển mạch không gian:

0 1 n

0 1 n

Ma trận tiếp

điểm chuyển mạch

Hình 3.2: Sơ đồ khối chuyển mạch không gian

Bộ nhớ điều

khiển

Khối chuyển mạch số

Các tuyến dẫn PCM ra

Hình 3.1 : Vai trò của khối chuyển mạch số

Các

tuyến

dẫn

PCM

vào

PCM0

PCM1

PCMn

PCM0

PCM1

PCMn

Một chuyển mạch không gian số bao gồm một ma trận TDM với các hệthống PCM vào và ra Thực tế, ma trận này thờng là ma trận vuông nghĩa làtuyến dẫn PCM vào bằng tuyến dẫn PCM ra; tuyến dẫn này có từ 256 tới 1024khe thời gian tuỳ theo cấu trúc và quy mô của bộ chuyển mạch.

Các toạ độ trong mỗi cột đợc điều khiển bởi một bộ nhớ điều khiển (CM);

số lợng ô nhớ của mỗi bộ nhớ này bằng số khe thời gian của mỗi tuyến PCM.Một địa chỉ dới dạng nhị phân duy nhất đợc gán vào mỗi toạ độ trong một cột

để đảm bảo chỉ một tiếp điểm trong mỗi cột đợc thông mạch trong khoảng mộtkhe thời gian Số bít nhị phân trong mỗi ô nhớ đợc xác định bởi:

T = log2N

Trong đó T : số bít nhớ của mỗi ô nhớ

N : số lợng tuyến PCM đầu vào

Quá trình điều khiển chuyển mạch đợc tiến hành nh sau: CM sẽ đọc ra nộidung một từ mã địa chỉ nào đó trong khoảng thời gian tơng ứng của mỗi khethời gian và dùng địa chỉ này để chọn một tọa độ mà nó đợc giữ ở trạng thái tíchcực (nối) trong suốt thời gian của khe thời gian này Quá trình này tiếp tục cho

đến khi mỗi vị trí trong CM đã đợc đọc và toạ độ thích hợp đã đợc kích hoạt.Công việc đọc đợc tiến hành theo chu kì, mỗi chu kì chiếm khoảng thời giancủa một khung; trong khoảng thời gian này một từ mã PCM (8bit) trong mỗikhe thời gian ở ngõ vào đợc chuyển mạch đến khe thời gian tơng ứng ở ngõ ra Để giải phóng tuyến nối, bộ điều khiển trung tâm sẽ xoá nội dung địa chỉghi ở ô nhớ điều khiển tơng ứng với khe thời gian dành cho tuyến nối Khi đó,tiếp điểm chuyển mạch tơng ứng không nhận đợc lệnh mở nữa và việc truyềndẫn các từ mã PCM dừng lại, tuyến nối bị cắt

2.2 Chuyển mạch thời gian :

Chuyển mạch thời gian là sự vận chuyển nội dung trong một khe thời giannày đến khe thời gian khác, không nhất thiết phải trùng chỉ số Quá trình nàyliên quan đến sự xuất hiện một thời gian trễ thích hợp trong một chuyển mạchthời gian

Về cấu tạo, bộ chuyển mạch thời gian tín hiệu số gồm hai bộ nhớ; một bộ nhớ tiếng nói và một bộ nhớ điều khiển

+ Bộ nhớ tiếng nói có số lợng các ô nhớ bằng số lợng khe thời gian đợc ghép trong khung của tuyến dẫn PCM đa vào Mỗi ô nhớ ở bộ nhớ tiếng nói có

8 bít mang thông tin của mỗi từ mã PCM đại diện cho một mẫu tín hiệu tiếng nói

+ Bộ nhớ điều khiển có số lợng ô nhớ bằng số lợng ô nhớ của bộ nhớ tiếng nói nhng mỗi ô nhớ của nó có số lợng bít nhớ tuỳ thuộc số lợng khe thời gian của các tuyến ghép PCM

Chúng có quan hệ với nhau theo biểu thức:

2r = C

Trong đó r : số bít nhớ của một ô nhớ ở bộ nhớ điều khiển

C : số lợng khe thời gian của tuyến ghép PCM

Hai bộ nhớ tiếng nói và điều khiển của bộ chuyển mạch thời gian số liên kết với nhau thông qua hệ thống bus địa chỉ và chịu sự điều khiển của bộ điều khiển chuyển mạch hoặc trực tiếp hoặc thông qua bộ đếm khe thời gian

Để điều khiển đợc chuyển mạch thời gian, có hai phơng pháp thực hiện:

2.2.1 Điều khiển chuyển mạch đầu vào

ở phơng thức này, các mẫu tín hiệu PCM từ đầu vào đa tới đợc ghi vào bộ nhớ theo phơng pháp có điều khiẻn; tức là trình tự ghi các mẫu xung PCM ở các khe thời gian của tuyến dẫn PCM đầu vào vào các ô nhớ nào của bộ nhớ tiếng nói là do bộ nhớ điều khiển quyết định Do đó mỗi ô nhớ của bộ nhớ diều khiển

đợc liên kết chặt chẽ với khe thời gian tơng ứng của tuyến ghép PCM vào và chứa địa chỉ của khe thời gian cần đấu nối tới ở tuyến ghép PCM ra Quá trình

đọc các mẫu tín hiệu mã hoá PCM từ bộ nhớ tiếng nói vào các khe thời gian của tuyến dẫn PCM đầu ra đợc tiến hành theo trình tự tự nhiên của bộ đếm khe thời gian

2.2.2 Điều khiển chuyển mạch đầu ra

Bộ điều khiển chuyển mạch

Bộ đếm

khe thời

gian

Hình 3 4 : Nguyên lý chuyển mạch thời gian

Bộ nhớ tiếng nói

Tuyến PCM ra Tuyến PCM vào

Bộ nhớ điều khiển

Bus địa chỉ

Việc điều khiển tuyến nối qua trờng chuyển mạch cũng vẫn thông qua quátrình ghi và đọc ở bộ nhớ tiếng nói và bộ nhớ điều khiển Nhng quá trình ghicác từ PCM từ tuyến dẫn PCM đầu vào đến bộ nhớ tiếng nói (SM) là tuần tự và

đợc điều khiển bởi bộ đếm khe thời gian

Hoạt động đọc ra từ bộ nhớ tiếng nói quyết định bởi bộ nhớ điều khiển; bộnhớ điều khiển sẽ nhận các lệnh từ bộ điều khiển chuyển mạch để quyết địnhtuyến nối nào đợc nối cho thuê bao

3 Các cấu trúc của khối chuyển mạch số :

Trớc hết, ta xét đến những u nhợc điểm của tầng chuyển mạch thời gian vàtầng chuyển mạch không gian

3.1 Đối với tầng chuyển mạch thời gian :

Một đặc điểm nổi bật nhất của tầng chuyển mạch thời gian đó là độ trễtruyền dẫn trong quá trình trao đổi khe thời gian trên các tuyến PCM vào vàtuyến PCM dẫn ra

Ta giả sử cần chuyển đổi giữa TS3 trên tuyến PCM vào và TS8 trên tuyếnPCM ra (các tuyến PCM có cùng chỉ số), thì thời gian trễ phải là 5 khe thời giancho mỗi khung Trong khi đó, thời gian dành cho một cuộc gọi kéo dài hàngtriệu khung nên thời gian trễ cho một cuộc gọi là quá lớn

có nghĩa là nội dung của khe thời gian nhập đợc trì hoãn cho đến khi khe thờigian tiếp nhận trên khung kế tiếp Do đó trong trờng hợp này sự nguyên vẹn củamột khung là không thể chấp nhận đợc

3.2 Đối với tầng chuyển mạch không gian :

Khả năng tắc nghẽn tại tầng chuyển mạch không gian là rất lớn do nhiềukhả năng hai hay nhiều cuộc gọi tranh chấp cùng một khe thời gian ngõ ra Ví

dụ, tắc nghẽn sẽ xảy ra nếu TS6 của tuyến dẫn PCM0 đang bận (giả sử đang kết

nối với TS6 của tuyến dẫn PCM3) Do đó, nếu trờng chuyển mạch chỉ có tầngchuyển mạch không gian thì khả năng xử lý cùng một lúc các cuộc gọi là khó

có thể thực hiện đợc, dẫn đến mất cuộc gọi hay các cuộc gọi chồng lấn nhau

Nh vậy, để tăng số các thuê bao hay trung kế có thể đợc phục vụ, cácchuyển mạch thời gian đợc phát triển Còn để tăng khả năng đấu nối thì cácchuyển mạch không gian sẽ đợc đa ra

Do xu hớng ngày càng tăng số thuê bao đấu nối tới một tổng đài và chát ợng cuộc gọi đòi hỏi ngày càng cao; kết quả là các tổng đài chuyển mạch sốphải dùng một tổ hợp các chuyển mạch thời gian và chuyển mạch không gian

l-Xét đối với khối chuyển mạch hai tầng: Các khối chuyển mạch

T-S , T-S -T cho phép thực hiện chuyển mạch ở tổng đài có dung lợng từ nhỏ đếntrung bình; nhng khả năng bị tắc nghẽn sẽ gia tăng khi gia tăng kích thớc củacác chuyển mạch thời gian Do đó, các khối chuyển mạch có dung lợng từ trungbình đến lớn phải bao gồm ba tầng để tăng khả năng đấu nối cho các thuê bao

Các khối chuyển mạch 3 tầng dùng phổ biến cho các tổng đài số cócấu hình: S - T - S, T - S -T nhng cấu hình T - S - T đã bắt đầu chiếm u thế vàngày nay đợc sử dụng trong các khối chuyển mạch đa tầng Cả hai cấu hình trên

đều có khả năng cung cấp dung lợng cao nh nhau với khả năng tắc nghẽn thấpnhất Tuy nhiên, ngời ta nhận thấy rằng với cấu hình T - S - T sẽ đạt hiệu quảchuyển mạch cao hơn Mặt khác, khả năng phối hợp vài chức năng ngoại vi vàotrong các chuyển mạch thời gian ngõ nhập và chuyển mạch thời gian ngõ xuất

là có thể; bởi các tín hiệu đồng bộ (đồng bộ khung, đồng bộ siêu khung) đ ợcgán vào một số khe thời gian nhất định

Việc chọn dùng một cấu trúc chuyển mạch nào đó còn phụ thuộc vào cácnhân tố khác nữa nh: tính phức tạp, độ linh hoạt, khả năng đo thử, khả năng pháttriển dung lợng …muốn truyềnđ Trong thực tế, cấu trúc T - S - T vẫn là cấu trúc phổ biếnnhất, đợc sử dụng nhiều cho các tổng đài số hiện nay

4 Chuyển mạch số T - S - T

4.1 Cấu trúc trờng chuyển mạch T - S - T

Trờng chuyển mạch T - S - T có hai đốt chuyển mạch thời gian ở hai phía

và phân cách bởi đối chuyển mạch không gian ở giữa Đốt chuyển mạch thờigian thực hiện chức năng trao đổi theo thời gian; đốt chuyển mạch không gianlàm nhiệm vụ trao đổi tuyến PCM

Các trờng chuyển mạch T - S - T có n tuyến PCM đầu vào và m tuyến PCM

đầu ra Nh vậy ở các tầng đầu vào và đầu ra có n bộ chuyển mạch thời gian; đốtchuyển mạch không gian có một ma trận chuyển mạch kích thớc n  m Bộnhớ tiếng nói cũng nh bộ nhớ điều khiển của mỗi bộ chuyển mạch thời gian vàmỗi cột (hay hàng) nhớ điều khiển của bộ chuyển mạch không gian có C ô nhớ,tơng ứng C khe thời gian của mỗi tuyến PCM vào và ra Vì vậy, có thể đấu nốibất kỳ khe thời gian nào của tuýen dẫn PCM vào tới bất kỳ khe thời gian nàocủa các tuyến dẫn PCM ra qua trờng chuyển mạch này

ở tổng đài nội hạt, trờng chuyển mạch là loại trờng gập thì các tuyến PCMdẫn ra đợc đấu nối quay về các tuyến dẫn PCM vào qua thiết bị ghép Còn đốivới trờng chuyển mạch của tổng đài chuyển tiếp là loại không gập thì các tuyếndẫn PCM vào và các tuyến PCM ra hoàn toàn cách biệt nhau Tuy nhiên, trongthực tế tổng đài số là kết hợp của hai loại trên

4.2 Tạo tuyến nối qua trờng chuyển mạch :

Quá trình tạo một cuộc gọi giữa hai thuê bao chính là thiết lập tuyến nốicho bất kì khe thời gian của tuyến dẫn PCM vào tới khe thời gian của tuyến dẫn

PCM ra Giả sử, khe thời gian mà thuê bao A sử dụng là TS2ở tuyến dẫn PCM0,còn khe thời gian ra tới thuê bao B là TS31 ở tuyến dẫn PCMn

Trình tự điều khiển tạo tuyến nối đợc thực hiện nh sau :

- Bộ điều khiển chuyển mạch của tổng đài ra lệnh thiết lập tuyến nối giữahai khe thời gian này bằng cách ghi vào các bộ nhớ địa chỉ cả hai thuê bao d ớidạng địa chỉ bit nhị phân

- Tìm kiếm khe thời gian rỗi trên tầng chuyển mạch không gian Thông tin về thiết lập tuyến nối đợc chuyển tới vị trí số 7 của bộ nhớ điều khiển

-để lu lại các thông tin sau :

Bộ nhớ điều khiển A, ô nhớ 7 : nội dung 2

Bộ nhớ điều khiển B, ô nhớ 7 : nội dung 31

Bộ nhớ điều khiển B, ô nhớ 7 : nội dung 0

Tiếng nói của thuê bao A đợc ghi vào ô nhớ 2 của bộ nhớ tiếng nói ở TSM0 và

đọc vào khe thời gian TS7 của tuyến dẫn PCM trung gian số 0, qua bộ chuyểnmạch không gian, tới chuyển mạch thời gian ra ở TSMn nó đợc ghi vào ô nhớ

31 của bộ nhớ tiếng nói; cuối cùng từ mã này đợc đọc ra khe thời gian 31 củatuyến dẫn PCMn và chuyển tới thuê bao B

Quá trình điều khiển thiết lập tuyến nối theo hớng ngợc lại để chuyển tiếngnói của thuê bao B tới thuê bao A đợc thực hiện tơng tự nhờ các thông tin sốliệu điều khiển sau :

Bộ nhớ điều khiển A của TSMn, ô nhớ 23 : nội dung 31

Bộ nhớ điều khiển B của TSM0, ô nhớ 23 : nội dung 2

Bộ nhớ điều khiển C của TSM0, ô nhớ 23 : nội dung n

IV Giới thiệu về chuyển mạch gói và lý thuyết xếp hàng các cuộc gọi

1 Chuyển mạch gói :

Khi các nhu cầu truyền thông máy tính phát triển với các dịch vụ nh truyền

số liệu, Internet toàn cầu…muốn truyềnđthì công nghệ chuyển mạch gói đã ra đời và đợc ứngdụng ngày càng rộng rãi Phải khẳng định rằng, chuyển mạch gói đã khắc phụcnhững nhợc điểm mà chuyển mạch kênh còn tồn tại, đó là :

+ Dung lợng kênh đợc dành trớc cho một kết nối ngay cả khi cha có số liệu đểtruyền đi (các thuê kênh)

+ Tốc độ số liệu không đổi giữa hai cổng truyền thông

Trong chuyển mạch gói, số liệu đợc phân chia thành các gói; mỗi gói chứaphần mào đầu (header) và phần thông tin (imformation) Chuyển mạch gói chophép các cổng truyền thông trao đổi đợc dữ liệu với nhau với các tốc độ số liệukhác nhau Các nút mạng và các tài nguyên khác của mạng có thể đợc chia sẻgiữa những user khác nhau, dẫn đến mức sử dụng băng thông cao hơn Tuynhiên, do có sự định tuyến các gói qua mạng, trong mào đầu của gói phải cungcấp thêm cơ chế điều khiển định tuyến các gói nh : điều khiển sắp xếp theo thứ

tự và sửa sai Điều này sẽ làm giảm độ lu thoát mạng

Một tổ chức chuyển mạch thời gian có thể đợc dùng cho chuyển mạch gói.Thông thờng một kênh truyền dới dạng một vòng hay một bus mà từ đó tín hiệu

đợc đa vào và lâý ra tùy thuộc vào một vài loại chuẩn Các nhóm tín hiệu có thể

đợc tiếp nhận và định tuyến đến các ngõ ra khác nhau tùy thuộc vào vị trí của

chúng trong một tuần tự dãy tín hiệu hoặc địa chỉ của nơi định tuyến nhóm tínhiệu.

2 Giới thiệu về lý thuyết xếp hàng các cuộc gọi

2.1 Giới thiệu chung

Việc đánh giá chất lợng của mạng truyền thông máy tính nói riêng và của

hệ thống mạng viễn thông nói chung ngời ta dựa vào giá trị hiệu năng củachúng Có nhiều quan niệm về giá trị hiệu năng khi phân tích chúng Nhng nóichung phải đa ra đợc hai vấn đề:

- Cải thiện hiệu năng của mạng gắn liền với nhiều biện pháp nh việc lắp đặt cácgiao thức mới hiệu quả để có thể chạy trên các mạng

Giảm chi phí mạng phải tính đến giá thành lắp đặt các tuyến nối, trang bị cáctổng đài có dung lợng vừa phải tránh d thừa không dùng đến

Đánh giá hiệu năng là dựa trên mô hình hoá của hệ thống mạng trong giai đoạnthiết kế và phát triển hệ thống này Nhng việc mô hình hoá không tránh khỏinhững vấn đề sau :

- Vấn đề trừu tợng hoá hệ thống: Tất cả việc phân tích hệ thống mạngkhông đại diện cụ thể cho một hệ thống thực tế nào

- Vấn đề định nghĩa tải của hệ thống

- Các vấn đề kết quả thông qua các số đo hiệu năng của mô hình và sự tác

động phản xạ lại của kết qủa đó đối với hệ thống sẽ ra sao

Vì vậy ngời ta đa ra lý thuyết xếp hàng

2.2 Giới thiệu lý thuyết xếp hàng

Đối với mạng điện thoại khi nhiều ngời cùng gọi đến tổng đài muốn dùngchung một tài nguyên, mà chỉ có thể sử dụng một tài nguyên cho một việc tạimỗi thời điểm Vì thế tất cả các công việc khác phải xếp hàng đợi Lý thuyếtxếp hàng cho phép chúng ta xác định đợc các số đo hiệu năng của việc xếphàng Bất kỳ hệ thống xếp hàng nào cũng đợc mô tả bởi các thông số sau:

Quá trình đến :

Giả sử các khách hàng đến vào các thời điểm t1, t2 , tj thì các biến cốngẫu nhiên Pj = tj – tj-1 đợc gọi là thời điểm giữa các lần đến (thời gian nàycũng là biến cố ngẫu nhiên độc lập ) Các quá trình đến thông dụng nhất là :

M : Quá trình đến không có bộ nhớ với thời gian giữa các lần đến theo số mũ

Là thời gian dành cho mỗi công việc cần thiết tại server hay còn gọi làthời gian phục vụ Các thời gian phục vụ cũng là biến cố ngẫu nhiên độc lập.Các quá trình phục vụ thông dụng nhất cũng giống nh thời gian đến.

3 Số lợng các bộ server

Là số lợng các bộ server đa ra phục vụ cho xếp hàng

4 Dung lợng hệ thống :

Liên quan đến kích cỡ bộ nhớ đệm cực đại

5 Quy mô mật độ : Số lợng công việc cần giải quyết đến xếp hàng chờ phục

vụ (coi nh là vô hạn)

6 Quy tắc phục vụ: Có thể tuân theo các quy luật sau :

- Đến trớc phục vụ trớc (First come first served)

- Đến sau phục vụ trớc (Last come first served )

- Theo vòng tròn phục vụ (Roud Robin)

- Thời gian cần xử lý ngắn nhất đợc phục vụ trớc ( Shortest processing timefirst)

- Thời gian xử lý ngắn nhất đợc đề cử

Theo ký hiệu của Kendall:A / S / m / B / K / SD đợc sử dụng rộng rãi để môtả các hệ thống xếp hàng, trong đó :

A : là phân bố thời gian giữa các lần đến

S : phân bố thời gian phục vụ

m : số lợng các server

B : kích thớc bộ nhớ đệm

K : Quy mô mật độ

SD : Quy tắc phục vụ

Để dễ dàng phân tích ngời ta coi dung lợng hệ thống và quy mô mật độ làvô hạn, còn quy tắc phục vụ theo kiểu First come first served

2.3 Các quá trình đến có thời gian gián đoạn

2.4 Các loại quá trình ngẫu nhiên

Trong mô hình hoá giải tích một số họ biến ngẫu nhiên đợc sử dụng, các

họ biến số đó là các hàm thời gian Hoạt động của các biến ngẫu nhiên này dựatrên sự đặc tả của các hàm mật độ xác suất của chúng Nên các hàm theo thờigian này gọi là các quá trình ngẫu nhiên, nó có tác dụng rất lớn cho việc biểu thịtrạng thái của các hệ thống xếp hàng

Các quá trình ngẫu nhiên đợc sử dụng trong lý thuyết xếp hàng là:

1 Quá trình trạng thái rời rạc

Là quá trình số lợng các trạng thái có thể là hữu hạn (ví dụ số công việc trongmột hàng xếp)

2 Quá trình trạng thái liên tục

Là quá trình số lợng các trạng thái có thể là vô hạn (ví dụ thời gian đợi vô hạn)

3 Quá trình Markov

Là một quá trình trạng thái liên tục (trong đó các trạng thái tơng lai chỉ phụthuộc vào các trạng thái hiện tại) xảy ra khi thời gian của trạng thái phân bốtheo quy luật hàm mũ không nhớ

a Chuỗi quá trình Markov

Là một quá trình trạng thái rời rạc (trong đó các trạng thái tơng lai chỉ phụthuộc vào trạng thái hiện tại)

A3 Phân tích một hàng đơn

Mô hình xếp hàng đơn giản nhất là chỉ có một hàng xếp Khi hệ thống có

nhiều hàng xếp thì lấy mô hình hoá dạng quá trình sinh tử

2.4.1 Quá trình sinh tử

Trạng thái của hệ thống có thể đợc biểu diễn bằng số lợng n công việctrong hệ thống Một công việc càn giải quyết đi đến làm thay đổi trạng thái của

hệ thống sang n+1 Còn sự kết thúc một công việc làm thay đổi trạng thái của

hệ thống sang n-1 Nên số lợng công việc trong hệ thống có thể mô hình hoábằng quá trình sinh tử

Lợc đồ chuyển tiếp trạng thái của một quá trình sinh tử đợc trình bày nh sau :

Trong sơ đồ n : biểu thị tốc dộ các lần đến xảy ra

n : biểu thị tốc độ các lần đi xáy ra

Giả sử thời gian giữa các lần đến và thời gian phục vụ đợc phân bố theoquy luật hàm mũ với Pn là xác suất trạng thái ổn định của một quá trình sinh tửtại trạng thái n đợc biểu diễn bằng công thức sau:

Loại này các lần đến xảy ra với tốc độ  còn các lần đi xảy ra với tốc độ .Giả thiết là các thời gian giữa hai lần đến và các thời gian phục vụ đợc phân bốtheo quy luật hàm mũ ,xác suất Pn của một hàng xếp M/M/1 ở trạng thái n là:

là tốc độ đến tính bằng số công việc trong một đơn vị thời gian

là tốc độ phục vụ tính bằng công việc trong một đơn vị thời gian

15 Hàm phân bố tích luỹ của thời gian đợi là: 2,30250E r 

16 Thời gian đợi trung bình

20 xác suất tìm đợc n hoặc nhiều hơn n công việc trong hệ thống là n

21 xác suất phục vụ n công việc trong một chu kỳ bận

(1/ n) ( n – 1 ) / (1+ )2n – 1

22 Số lợng trung bình các công việc đợc phục vụ trong một chu kỳ bận là 1/

Gọi  là tốc độ đến tính theo số công việc trên một đơn vị thời gian

E(s) là thời gian phục vụ mỗi công việc trong đó s là hằng số

Thay Esk = (Esk , k = 2, 3 ) ta có kết quả của M / G/ 1 giống nh kết quả đã

Một hệ thống có thể đợc biểu diễn bằng mội mạng các xếp hàng Một côngviệc có thể nhận đợc dịch vụ tại nhiều hàng trớc khi nó ra khỏi hệ thống Mộtmô hình trong đó các công việc rời khỏi một hàng để sang hàng khác gọi làmạng xếp hàng Có hai cách để phân loại mạng xếp hàng đó là các mạng mởhoặc mạng đóng Trong đó mạng xếp hàng mở là một mạng có các cuộc đến và

đi phụ thuộc vào bên ngoài Nh vậy, số lợng các công việc trong hệ thống biến

đổi theo thời gian Sơ đồ biểu diễn nh sau :

Khi phân tích một hệ thống mở ngời ta giả thiết là đã biết đợc tốc độ đếncòn mục đích là để đặc trng cho sự phân bố số lợng các công việc trong hệthống

Với hệ thống đóng thì không có các cuộc đến và cuộc đi bên ngoài Cáccông việc luân chuyển từ hàng xếp này sang hàng xếp khác Sơ đồ biểu diễn nh

sau:

Tổng số các công việc trong hệ thống là không đổi theo thời gian Khiphân tích một hệ thống đóng, giả thiết số lợng các công việc đã cho trớc cònmục đích là tìm tốc độ để hoàn thành công việc Cũng có thể có các mạng xếphàng hỗn hợp mà chúng có thể là mạng mở đối với một số tải làm việc và là

đóng đối với tải khác

2.4.5 Giải pháp nâng cao hiệu quả mạng xếp hàng

Mục đích cuối cùng của phân tích hiệu năng là tạo ra các kết quả của hiệunăng cho một hệ thống cụ thể nào đó trong những điều khiện đặc trng.

Có rất nhiều kỹ thuật đợc khả dụng, trải rộng từ việc giải và đến các kỹ thuậtmô phỏng đầy thông minh Với tất cả những kỹ thuật đó, những phí tổn về thờigian giải và những yêu cầu về bộ nhớ máy tính rất đáng quan tâm Chi phí giảimột hệ thống có mức độ phức tạp bình thờng có thể vẫn cực kỳ cao đối với một

kỹ thuật cụ thể Vì vậy, vẫn có thể tìm một mô hình đại diện cho một hệ thốngtheo mong muốn và kèm theo là tìm các giải pháp cho mô hình đó

Có thể tính các số đo hiệu năng của mạng với n khách hàng, đa vào các kếtquả trớc đó tính cho n – 1 khách hàng Một số giải pháp cụ thể là: Thủ thuậtnhân chập, phân tích giá trị trung bình

Trong đó giải pháp thủ thuật nhân chập hay còn gọi là phép đệ quy thôngminh của các hằng số tiêu chuẩn hoá cho mật độ khách hàng gia tăng Ưu điểmcủa phơng pháp này là rất nhiều các số đo hiệu năng có thể đợc viết ra nh cáchàm số của các hằng số tiêu chuẩn hoá Còn phơng pháp phân tích giá trị trungbình, u điểm của nó cũng nh phơng pháp thủ thuật giải nhân chập không phảitính toán các xác suất trạng thái bình quân, không phải tính toán các hằng sốtiêu chuẩn hoá Giải pháp này dựa trên nhiều phép đệ quy xuất phát từ nhữngkhái niệm căn bản của lý thuyết xếp hàng

chơng 2 : hệ tổng đài starex - vK

I.Giới thiệu tổng quan về hệ thống tổng đài STAREX - VK

1 Giới thiệu chung:

STAREX - VK là hệ thống chuyển mạch điện tử, đợc nghiên cứu và pháttriển tối u cho mạng viễn thông hiện đại

STAREX - VK đợc dùng cho chức năng chuyển mạch ở tất cả các mức củamạng điện thoại công cộng, bao gồm : chuyển mạch nội hạt (local), chuyểnmạch nội hạt / chuyển tiếp (local/ tandem), chuyển mạch chuyển tiếp (toll)…muốn truyềnđ hệthống có thể đóng vai trò trung chuyển một cách mềm dẻo giữa các mạng nh :