đồ án chuyển mạch và tổng đài số

Đồ án chuyển mạch và tổng đài số Bộ môn: Điện tử viễn thông MỤC LỤC MỤC LỤC 1 LỜI NÓI ĐẦU 3 NHÓM SINH VIÊN 3 CHƯƠNG I: NỘI DUNG THUYẾT MINH TÍNH TOÁN 4 1.1. Cấu trúc tổng đài số SPC 4 1.1.1. Đặc điểm của tổng đài số SPC 4 1.1.2. Chức năng của tổng đài SPC 5 1.1.2.1. Khối điều khiển trung tâm 5 1.1.2.3. Giao tiếp trung kế 7 1.1.2.4. Giao tiếp thuê bao 8 1.1.2.5. Báo hiệu 8 1.1.2.6. Điều hành khai thác bảo dưỡng 9 1.1.2.7. Giám sát đường dây 9 1.1.2.8. Điều khiển đấu nối 9 1.2. Phân tích phần truyền dẫn 30/32 9 1.2.1. Hệ thống điều chế xung mã (hệ thống PCM) 9 1.2.2. Hệ thống PCM sơ cấp 30/32 11 1.2.2.1. Khái quát 11 1.2.2.2. Cấu trúc khung và đa khung của bộ ghép 30/32 11 1.2.2.3. Đồng bộ 13 1.2.2.4. Báo hiệu 14 1.2.2.5. Thông tin 15 1.2.2.6. Tách đồng bộ từ luồng vào 15 1.2.3. Sơ đồ khối của hệ thống PCM 30/32 15 1.2.3.1. Sơ đồ khối 15 1.2.3.2. Nguyên lý hoạt động 16 1.3. Phân tích trường chuyển mạch 17 1.3.1. Sơ đồ khối trường chuyển mạch T-S-T-S 17 17 1.3.2. Chuyển mạch không gian (chuyển mạch S) 18 1.3.3. Chuyển mạch thời gian (chuyển mạch T) 20 2.1Bộ định thời phát 27 2.1.1Yêu cầu kỹ thuật 27 2.1.2Thiết kế 27 2.1.2.1 Mạch tạo xung đồng hồ 27 2.1.2.2 Mạch chia tần 28 Nhiệm vụ của mạch chia tần: 28 Mạch tạo xung đồng hồ tạo ra xung clock có tần số cao nhất có thể đáp ứng được cho hệ thống. Tuy nhiên không phải IC nào trong hệ thống cũng dùng xung clock cao GVHD: TH.S Phan Thanh Hiền 1 Đồ án chuyển mạch và tổng đài số Bộ môn: Điện tử viễn thông như thế. Ta cũng cần tạo ra các xung điều khiển cho các IC với thời gian tồn tại khác nhau chính vì vậy cần phải có mạch chia tần để chia nhỏ tần số cung cấp cho các mạch thực hiện các nhiệm vụ khác nhau trong toàn bộ hệ thống 28 2.2.4 Mạch ghép kênh thoại và kênh số liệu 44 2.3Trường chuyển mạch T 46 2.3.1Yêu cầu 46 56 Hình 2-40: Sơ đồ bộ chọn kênh trường chuyển mạch S 56 Tính toán dung lượng bộ nhớ CM: 56 2.6. Bộ định thời thu 61 2.6.1. Yêu cầu kỹ thuật 61 2.6.2. Thiết kế 61 2.6.2.1. Bộ tái tạo xung clock 2.048MHz 62 2.6.2.2. Mạch chia tần 66 2.6.2.3. Thiết kế mạch tạo xung định thời bit, mạch tạo xung định thời khe như bên phát. 68 2.6.2.4. Mạch tạo xung U0 68 2.6.3. Sơ đồ tổng thể bộ tạo xung định thời thu 68 Mạch tách kênh thoại và số liệu 73 CHƯƠNG 3 : KẾT LUẬN 75 GVHD: TH.S Phan Thanh Hiền 2 Đồ án chuyển mạch và tổng đài số Bộ môn: Điện tử viễn thông LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay nhu cầu thông tin ngày càng đòi hỏi cao, đặc biệt là nhu cầu giao tiếp qua mạng viễn thông. Sự bùng nổ thông tin làm cho các nhà đầu tư vào lĩnh vực này phải nâng cao kỹ thuật cho hệ thống viễn thông, làm cho dịch vụ ngày càng hoàn hảo và nó sẽ kéo theo nhiều dịch vụ mới trong lĩnh vực này phát triển. Một trong những công nghệ tác động rất lớn và là nền tảng của công nghệ viễn thông đó là công nghệ chuyển mạch và tổng đài số. Kỹ thuật chuyển mạch là một trong những kỹ thuật nền tảng trong các mạng truyền thông. Sự phát triển của kỹ thuật chuyển mạch luôn gắn liền với sự phát triển của hạ tầng mạng. Để tìm hiểu kỹ hơn về công nghệ chuyển mạch, ta sẽ nghiên cứu cụ thể từng vấn đề trong việc thiết kế tổng đài số với 512 thuê bao. Với sự nghiên cứu này phần nào giúp ta hiểu được một cách tổng quan nhất về mạng viễn thông ngày nay. Các thiết kế ở đây chỉ mang tính chất nghiên cứu chứ chưa thể đem áp dụng trong thực tế. Do thời gian có hạn nên việc nghiên cứu sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên GVHD: TH.S Phan Thanh Hiền 3 Đồ án chuyển mạch và tổng đài số Bộ môn: Điện tử viễn thông CHƯƠNG I: NỘI DUNG THUYẾT MINH TÍNH TOÁN 1.1. Cấu trúc tổng đài số SPC. 1.1.1. Đặc điểm của tổng đài số SPC. Tổng đài điện tử SPC (Store Program Controller ) là tổng đài được điều khiển theo chương trình ghi sẵn trong bộ nhớ chương trỡnh điều khiển lưu trữ. Người ta dùng bộ vi xử lý để điều khiển một lượng lớn công việc một cách nhanh chóng bằng phần mềm xử lý đã được cài sẵn trong bộ nhớ chương trình. Phần dữ liệu của tổng đài - như số liệu thuê bao, bảng phiên dịch, xử lý địa chỉ thuê bao, thông tin định tuyến, tính cước - được ghi sẵn trong bộ nhớ số liệu. Nguyên lý chuyển mạch như trên gọi là chuyển mạch được điều khiển theo chương trình ghi sẵn SPC. Tổng đài SPC vận hành rất linh hoạt, dễ bổ sung và sửa chữa. Do đó các chương trình và số liệu được ghi trong bộ nhớ có thể thay đổi theo yêu cầu của người quản lí mạng. Với tính năng như vậy, tổng đài SPC dễ dàng điều hành hoạt động nhanh thoả mãn theo nhu cầu của thuê bao, cung cấp cho thuê bao nhiều dịch vụ. Trong tổng đài điện tử số công việc đo thử trạng thái làm việc của các thiết bị bên trong cũng như các tham số đường dây thuê bao và trung kế được tiến hành tự động và thường kì. Các kết quả đo thử và phát hiện sự cố được in ra tức thời hoặc hẹn giờ nên thuận lợi cho công việc bảo dưỡng định kỳ. Thiết bị chuyển mạch của tổng đài SPC làm việc theo phương thức tiếp thông từng phần. Điều này dẫn đến tồn tại các trường chuyển mạch được cấu tạo theo phương thức tiếp thông nên hoàn toàn không gây ra tổn thất dẫn đến quá trình khai thác cũng không tổn thất. Tổng đài điện tử số xử lý đơn giản với các sự cố vì chúng có cấu trúc theo các phiến mạch in liên kết kiểu cắm. Khi một phiến mạch in có lỗi thì nó được tự động phát hiện nhờ chương trình bảo dưỡng và chuẩn đoán. GVHD: TH.S Phan Thanh Hiền 4 Đồ án chuyển mạch và tổng đài số Bộ môn: Điện tử viễn thông 1.1.2. Chức năng của tổng đài SPC. Hình 1-1 : Sơ đồ khối tổng đài số SPC. 1.1.2.1. Khối điều khiển trung tâm. Điều khiển trung tâm thực hiện các chức năng sau: - Xử lý cuộc gọi : Quét trạng thái thuê bao, trung kế; nhận xung quay số và giải mã xung quay số; tìm đường rỗi; truyền báo hiệu kết nối/ giải toả cuộc gọi; tính cước - Cảnh báo: Tự thử, phát hiện lỗi phần cứng; cảnh báo hư hỏng; - Quản lý: Thống kê lưu lượng; theo dõi cập nhật số liệu; theo dõi đồng bộ Bộ điều khiển trung tâm gồm một bộ xử lý có công suất lớn cùng các bộ nhớ trực thuộc. Bộ xử lý này được thiết kế tối ưu để xử lý cuộc gọi và các công việc liên quan trong một tổng đài. Nó phải hoàn thành các nhiệm vụ kịp thời hay còn gọi là xử lí thời gian thực hiện các công việc sau đây: - Nhận xung hay mã chọn số (các chữ số địa chỉ). - Chuyển các tín hiệu địa chỉ đi ở các trường hợp chuyển tiếp cuộc gọi. - Trao đổi các báo hiệu cho thuê bao hay các tổng đài khác. Sơ đồ khối một bộ xử lí chuyển mạch tổng quát được mô tả như sau: GVHD: TH.S Phan Thanh Hiền 5 Đồ án chuyển mạch và tổng đài số Bộ môn: Điện tử viễn thông Hình 1-2 : Sơ đồ khối bộ xử lý chuyển mạch. Bộ xử lý chuyển mạch bao gồm một bộ xử lí trung tâm, các bộ nhớ chương trình, số liệu và phiên dịch cùng thiết bị vào/ra làm nhiệm vụ phối hợp để đưa các thông tin vào và lấy các lệnh ra. Bộ xử lý trung tâm là một bộ xử lí hay vi xử lí tốc độ cao và có công suất xử lí tuỳ thuộc vào vị trí xử lí chuyển mạch của nó. Nó làm nhiệm vụ điều khiển thao tác cuả thiết bị chuyển mạch. Bộ nhớ chương trình Dùng để ghi lại các chương trình điều khiển các thao tác chuyển mạch. Các chương trình này được gọi ra và xử lí cùng với các số liệu cần thiết. Bộ nhớ số liệu dùng để ghi lại tạm thời các số liệu cần thiết trong quá trình xử lý các cuộc gọi như các chữ số địa chỉ thuê bao, trạng thái bận - rỗi của các đường dây thuê bao hay trung kế Bộ nhớ phiên dịch chứa các thông tin về loại đường dây thuê bao chủ gọi và bị gọi, mã tạo tuyến, thông tin cước Bộ nhớ số liệu là bộ nhớ tạm thời còn các bộ nhớ chương trình và phiên dịch là các bộ nhớ bán cố định. Số liệu hay chương trình trong các bộ nhớ bán cố định không thay đổi trong quá trình xử lí cuộc gọi. Còn thông tin ở bộ nhớ tạm thời (Nhớ số liệu) thay đổi liên tục từ lúc bắt đầu tới lúc kết thúc cuộc gọi. 1.1.2.2. Trường chuyển mạch. Chức năng là thiết lập tuyến nối giữa hai hay nhiều thuê bao của tổngđài hay giữa các tổng đài với nhau. Chức năng truyền dẫn: Truyền dẫn tín hiệu tiếng nói và các tín hiệu báo hiệu giữa các thuê bao và giữa các tổng đài với yêu cầu độ chính xác và tin cậy cao. GVHD: TH.S Phan Thanh Hiền 6 Đồ án chuyển mạch và tổng đài số Bộ môn: Điện tử viễn thông - Giao tiếp thuê bao: Gồm mạch điện đường dây và bộ tập trung. + Mạch điện đường dây thực hiện các chức năng BORSCHT. B : Cấp nguồn (Battery) Dùng bộ chỉnh lưu tạo các mức điện áp theo yêu cầu phù hợp với thuê bao từ điện áp xoay chiều. Ví dụ cung cấp điện gọi cho từng máy điện thoại thuê bao đồng thời truyền tín hiệu như nhấc máy, xung quay số. O (Over voltage - protecting): Bảo vệ chống quá áp cho tổng đài và các thiết bị do nguồn điện áp cao xuất hiện từ đường dây như sấm sét, điện công nghiệp hoặc chập đường dây thuê bao. Ngưỡng điện áp bảo vệ 75V. R : Cấp chuông (Ringing): Chức năng này có nhiệm vụ cấp dòng chuông 25Hz, điện áp 75-90 volts cho thuê bao bị gọi. Đối với máy điện thoại quay số dòng chuông này được cung cấp trực tiếp cho chuông điện cơ để tạo ra âm chuông. Còn đối với máy ấn phím dòng tín hiệu chuông này được đưa qua mạch nắn dòng chuông thành dòng một chiều cấp cho IC tạo âm chuông. Tại kết cuối thuê bao có trang bị mạch điện xác định khi thuê bao nhấc máy trả lời phải cắt ngang dòng chuông gửi tới để tránh gây hư hỏng các thiết bị điện tử của thuê bao. S : Giám sát (Supervisor) : Giám sát thay đổi mạch vòng thuê bao, xử lý thuê bao nhận dạng bắt đầu hoặc kết thúc cuộc gọi và phát tín hiệu nhấc máy, đặt máy từ thuê bao hoặc các tín hiệu phát xung quay số. C : Mã hoá và giải mã ( Code / Decode) : Chức năng này để mã hoá tín hiệu tương tự thành tín hiệu số và ngược lại. H : Chuyển đổi 2 dây / 4 dây (Hybrid) : Chức năng chính của hybrid là chức năng chuyển đổi 2 dây từ phía đường dây thuê bao thành 4 dây ở phía tổng đài. T: Đo thử (Test) : là thiết bị kiểm tra tự động để phát hiện các lỗi như là đường dây thuê bao bị hỏng do ngập nước, chập mạch với đường điện hay bị đứt bằng cách theo dõi đường dây thuê bao thường xuyên có chu kỳ. Thiết bị này được nối vào đường dây bằng phương pháp tương tự để kiểm tra và đo thử. Khối tập trung thuê bao : làm nhiệm vụ tập trung tải thành một nhóm thuê bao trước khi vào trường chuyển mạch. 1.1.2.3. Giao tiếp trung kế. Đảm nhận các chức năng GAZPACHO. Nó không làm chức năng tập trung tải như giao tiếp thuê bao nhưng vẫn có mạch điện tập trung để trao đổi khe thời gian, cân bằng tải, trộn báo hiệu và tín hiệu mẫu để thử. G (Generation of frame) : Phỏt mó khung nhận dạng tớn hiệu đồng bộ khung để phân biệt từng khung của tuyến số liệu PCM từ tông đài tới. GVHD: TH.S Phan Thanh Hiền 7 Đồ án chuyển mạch và tổng đài số Bộ môn: Điện tử viễn thông A (Aligment of frame) : Sắp xếp khung số liệu phù hợp với hệ thống PCM. Z (Zero string suppression) : Khử dãy số “0” liên tiếp. Do dãy tín hiệu PCM có nhiều quãng chứa nhiều bít “0” nên phía thu khó khôi phục tín hiệu đồng hồ. Vì vậy nhiệm vụ này thực hiện khử các dãy bit “0” ở phía phát. P (Polar conversion) : Có nhiệm vụ biến đổi dãy tín hiệu đơn cực từ hệ thống thành lưỡng cực đường dây và ngược lại. A (Alarm processing) : Xử lý cảnh báo đường truyền PCM. C (Clock recovery) : Khôi phục xung đồng hồ, thực hiện phục hồi dãy xung nhịp từ dãy tín hiệu thu được. H (Hunt during reframe) : Tìm trong khi định lại khung tức là tách thông tin đồng bộ từ dãy tín hiệu thu. O (Office signalling) : Báo hiệu liên tổng đài. Đó là chức năng giao tiếp để phối hợp báo hiệu giữa tổng đài đang xem xét và các tổng đài khác qua đường trung kế. 1.1.2.4. Giao tiếp thuê bao. Gồm mạch điện đường dây và bộ tập trung. Mạch điện đường dây thực hiện các chức năng 7 chức năng BORSCHT (Battery feed, Over-voltage protection, Ringing, Supervision, Coding, Hybrid trasformer, Testing). Khối tập trung thuê bao làm nhiệm vụ tập trung tải thành một nhóm thuê bao trước khi vào trường chuyển mạch. 1.1.2.5. Báo hiệu. Gồm có thiết bị báo hiệu kênh riêng và thiết bị báo hiệu kênh chung. Thiết bị báo hiệu kênh riêng làm nhiệm vụ xử lí và phối hợp các loại báo hiệu kiểu mã thập phân hay đa tần được truyền theo kênh hay gắn liền với kênh truyền tiếng nói cho cuộc gọi từ các tổng đài. Thiết bị báo hiệu kênh chung thì tất cả các tín hiệu cho tất cả các cuộc gọi giữa tổng đài nào đó được truyền di theo một tuyến báo hiệu độc lập với mạch điện truyền tín hiệu tiếng nói lên tổng đài. (Báo hiệu kênh chung là báo hiệu lên tổng đài. Phương thức này có thể kết hợp các dạng thông tin báo hiệu xử lí gọi với các dạng thông tin điều hành và bảo dưỡng kỹ thuật cho toàn mạng. Thiết bị báo hiệu kênh chung đóng vai trò phối hợp và xử lý các loại báo hiệu cho các mục đích điều khiển tổng đài. - Cung cấp những thông tin cần thiết cho tổng đài nhận biết về t́nh trạng thuê bao, trung kế, thiết bị GVHD: TH.S Phan Thanh Hiền 8 Đồ án chuyển mạch và tổng đài số Bộ môn: Điện tử viễn thông - Trong tổng đài phải có chức năng nhận, xử lư, phát thông tin báo hiệu đến nơi thích hợp. 1.1.2.6. Điều hành khai thác bảo dưỡng. Để sử dụng tổng đài một cách có hiệu quả, có khả năng phát triển các dịch vụ mới, phối hợp sử dụng các phương thức dễ dàng trong tổng đài. Giám sát kiểm tra các phần cứng và ngoại vi, đưa ra những thông báo cần thiết cho cán bộ điều hành. Khả năng khai thác mạng, thay đổi nghiệp vụ,quản lý số liệu cước 1.1.2.7. Giám sát đường dây. Phát hiện và thông báo cho bộ xử lý trung tâm các biến cố mang tính báo hiệu. Nó quản lý đường dây theo phương pháp quét lần lượt. Sau một khoảng thời gian nhất định, cổng trạng thái đường dây được đọc một lần. 1.1.2.8. Điều khiển đấu nối. Thiết lập và giải phóng các cuộc gọi dưới sự điều khiển của bộ điều khiển trung tâm. 1.2. Phân tích phần truyền dẫn 30/32. 1.2.1. Hệ thống điều chế xung mã (hệ thống PCM) Nguyên lý cơ bản của điều chế xung là quá trình biến đổi các tín hiệu liên tục như tiếng nói thành tín hiệu rời rạc và sau đó khôi phục lại tin tức nguyên thủy từ tín hiệu rời rạc. Quá trình biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số dựa trên 4 nguyên lý chính: - Lọc hạn băng : nhằm hạn chế phổ tần của tín hiệu cần truyền. - Lấy mẫu : Lấy mẫu là quá trình chuyển đổi các dín hiệu liên tục (Tiếng nói, ) thành tín hiệu rời rạc và sau đó tái tạo lại chúng để được những tín hiệu ban đầu. GVHD: TH.S Phan Thanh Hiền 9 Đồ án chuyển mạch và tổng đài số Bộ môn: Điện tử viễn thông Hình 1-3: Quá trình lấy mẫu Theo định lý lấy mẫu, khi một tín hiệu tương tự được lấy mẫu ở tốc độ lớn hơn hai lần tần số cao nhât của nó, tín hiệu nguyên thủy có thể được khôi phục từ dãy xung tạo ra bởi quá trình lấy Độ rộng băng tần của tín hiệu thoại được giới hạn ở dải từ 0.3 đến 3.4 KHz (Thường chọn là 4KHz để thuận tiện cho việc tính toán), do đó tín hiệu nguyên thủy có thể khôi phục được nếu quá trình lấy mẫu được thực hiện ở tốc độ lớn hơn 6.8KHz. Trong thực tế tần số lấy mẫu được chọn là: f(s) ≥ 2f a = 2*4 = 8KHz Chu kỳ: Ts = 1/8KHz = 125µs Quá trình lấy mẫu là quá trình điều biên xung và được đặc trưng bởi tích của tín hiệu vào f(t) với hàm Delta Dirac δ(t-nTs): F(t)=∑ f(t) δ(t-nTs)= f(t) ∑δ(t-nTs) GVHD: TH.S Phan Thanh Hiền 10 Đầu vào tương tự Tái tạo trễ Giải mã LọcLấy mẫu Lượng tử hóa Mã hóa Đầu ra tương tự f(t) t δ(t-nTs) X Bộ lấy mẫu f(t) t t Đầu ra số Đầu ra số [...]... GVHD: TH.S Phan Thanh Hin 15 ỏn chuyn mch v tng i s Tín hiệu thoại B mụn: in t vin thụng 1 Coder BI 30 Số liệu 64Kb/s (AMI) Tín hiệu báo hiệu Interface BI m u x Oto - Coupler Bộ tạo dao động 2MHz Mã Húa HDB3 2,048 MTx 2 MCLKT Bộ Định Thời Phát Tạo mã SYN Kiểm tra SYN Bộ Định Thời Thu Tín hiệu thoại Số liệu 64Kb/s (AMI) Decoder Interface BI BI Tín hiệu rung chuông 2 MCLKR D m u x Giải Mã HDB3 2,048 MRx... khe v tng khung Ta cn to cỏc xung cú tn s nh sau: GVHD: TH.S Phan Thanh Hin 28 ỏn chuyn mch v tng i s B mụn: in t vin thụng Fi F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tần số 1024 KHz 512 KHz 256 KHz 128 KHz 64 KHz 32 KHz 16 KHz 8 KHZ 4 KHz 2 KHz 1 KHz 512 Hz Hỡnh 2-1: Cỏc tn s phi to ra Vớ d mt s mch chia tn nh sau: U33 1 2 R1 330 5 C1 3 4 5 6 6 R2 13 12 16,384 MHz 330 . bảo dưỡng và chuẩn đoán. GVHD: TH.S Phan Thanh Hiền 4 Đồ án chuyển mạch và tổng đài số Bộ môn: Điện tử viễn thông 1.1.2. Chức năng của tổng đài SPC. Hình 1-1 : Sơ đồ khối tổng đài số SPC. 1.1.2.1 Mbit/sec*8bit Hình 1-7: Sơ đồ khối trường chuyển mạch T-S-T-S. GVHD: TH.S Phan Thanh Hiền 17 Đồ án chuyển mạch và tổng đài số Bộ môn: Điện tử viễn thông 1.3.2. Chuyển mạch không gian (chuyển mạch S). Là loại. Hiền 5 Đồ án chuyển mạch và tổng đài số Bộ môn: Điện tử viễn thông Hình 1-2 : Sơ đồ khối bộ xử lý chuyển mạch. Bộ xử lý chuyển mạch bao gồm một bộ xử lí trung tâm, các bộ nhớ chương trình, số liệu