Ghép Kênh Phân Chia Thời Gian TDM

Ghép Kênh Phân Chia Thời Gian TDM

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN: TRUYỀN SỐ LIỆU

Giáo viên hướng dẫn : Tống Văn Luyên

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 2

I TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN SỐ LIỆU 3

a DTE 4

b DCE 4

c Kênh truyền tin 4

II GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THỜI GIAN TDM 5

1 Định nghĩa 6

2 Đặc điểm của TDM 6

a Ghép kênh phân thời đồng bộ. 9

b Frames 9

c Interleaving – Kỹ thuật chuyển dịch luân phiên 10

d Framing bits – bit đồng bộ frame 12

e Bit Stuffing – Nhồi bit 13

f Ghép kênh phân thời không đồng bộ 14

g Invert Multiplexing – Ghép kênh đảo 16

h Variable-Length Time Slots – Các khe thời gian có chiều dài thay đổi 16

i Invert Multiplexing – Ghép kênh đảo 17

III MÔ PHỎNG HỆ THỐNG GHÉP KÊNH TDM 18

1.Nguồn vào là tín hiệu số 18

2.Nguồn vào là tín hiệu tương tự 19

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các nhu cầu của con người cũng ngày càng đòi hỏi cao hơn cho cuộc sống Nhu cầu về sử dụng các công nghệ trong viễn thông một cách có hiệu quả nhất cũng trở nên rất bức thiết Và lĩnh vực này được coi là một trong những nền tảng để đánh giá sự phát triển cho mỗi quốc gia Sự phát triển của ngành viễn thông đã chứng minh cho điều này Trong xu hướng phát triển của nuớc ta hiện nay, ngành Bưu Chính Viễn Thông luôn được ưu tiên phát triển

và là một trong số những ngành phát triển mạnh mẽ nhất Ngành phải kịp thời nắm bắt các kỹ thuật mới và tiên tiến trên thế giới, nâng cao khả năng và chất lượng của hệ thống, lắp đặt nhiều trạm viễn thông và hoàn thiện hóa hệ thống số trên toàn mạng … Ghép kênh phân chia theo thời gian TDM là một sản ph ẩm của xu hướng phát triển đó.Nó có vai trò quan trọng trong Viễn thông nói chung và truyền số liệu nói riêng.

Trong phần báo cáo này cáo này vẫn còn nhiều sai sót, em mong các thầy cô chỉ dạy tận tình để chúng em hiểu sâu hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Nhóm 5

I TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN SỐ LIỆU

Ngày nay với sự phát triển của kỹ thuật và công nghệ đã tạo ra một bước tiến dài trong lĩnh vực truyền số liệu Sự kết hợp giữa phần cứng, các giao thức truyền thông các thuật toán đã tạo ra các hệ thống truyền số liệu hiện đại, những kỹ thuật cơ

sở vẫn được dùng nhưng chúng được xử lý tinh vi hơn Về cơ bản một hệ thống truyền

số liệu hiện đại mô tả như hình 1.2:

a) DTE ( Data Terminal Equipment – Thiết bị đầu cuối dữ liệu)

Đây là thiết bị lưu trữ và xử lý thông tin Trong hệ thống truyền số liệu hiện đại thi DTE thường là máy tính hoặc máy Fax hoặc là trạm cuối ( terminal) Như vậy tất

cả các ứng dụng của người sử dụng ( chương trình, dữ liệu ) đều nằm trong DTE Chức năng của DTE thường lưu trữ các phần mềm ứng dụng , đóng gói dữ liệu rồi gửi

ra DCE hoặc nhận gói dữ liệu từ DCE theo một giao thức ( protocol) xác định DTE trao đổi với DCE thông qua một chuẩn giao tiếp nào đó Như vậy mạng truyền số liệu chính là để nối các DTE lại cho phép chúng ta phân chia tài nguyên, trao đổi dữ liệu và lưu trữ thông tin dùng chung.

b) DCE (Data Circuit terminal Equipment- Thiết bị cuối kênh dữ liệu )

Đây là thuật ngữ dùng để chỉ các thiết bị dùng để nối các DTE với các đường (mạng) truyền thông nó có thể là một Modem, Multiplexer, Card mạng hoặc một thiết

bị số nào đó như một máy tính nào đó trong trường hợp máy tính đó là một nút mạng

và DTE được nối với mạng qua nút mạng đó DCE có thể được cài đặt bên trong DTE

hoặc đứng riêng như một thiết bị độc lập Trong thiết bị DCE thường có các phần mềm được ghi vào bộ nhớ ROM phần mềm và phần cứng kết hợp với nhau để thực hiện nhiệm vụ của nó vẫn là chuyển đổi tín hiệu biểu diễn dữ liệu của người dùng thành dạng chấp nhận được bởi đường truyền Giữa 2 thiết bị DTE việc trao đổi dữ liệu phải tuân thủ theo chuẩn, dữ liệu phải gửi theo một Format xác định Thí dụ như chuẩn trao đổi dữ liệu tầng 2 của mô hình 7 lớp là HDLC ( High level Data Link Control) Trong máy Fax thì giao tiếp giữa DTE và DCE đã thiết kế và được tích hợp vào trong một thiết bị, phần mềm điều khiển được cài đặt trong ROM.

c)Kênh truyền tin

Kênh truyền tin là môi trường mà trên đó 2 thiết bị DTE trao đổi dữ liệu với nhau trong phiên làm việc

Trong môi trường thực này 2 hệ thông được nối với nhau bằng một đoạn cáp đồng trục và một đoạn cáp sợi quang, modem C để chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự để truyền trong cáp đồng trục modem D lại chuyển tín hiệu đó thành tín hiệu

số và qua Tranducer E để chuyển đổi từ tín hiệu điện sang tín hiệu quang để truyền trên cáp sợi quang cuối cùng Tranducer F lại chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện

để tới DTE

II GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THỜI GIAN TDM

1 Định Nghĩa:

Ghép kênh phân chia theo thời gian(TDM) là xen kẽ thời gian giữa các mẫu

đến từ một vài nguồn sao cho tin tức từ các nguồn này có thể đượctruyền đi một cách tuần tự trên một kênh thông tin đơn

2. Đặc Điểm Của Ghép Kênh TDM

Trong thời gian phân chia ghép kênh đồng bộ (TDM), các tín hiệu số hóa được kết hợp và gửi thông qua các kênh truyền thông Hãy xem xét trường hợp của một

hệ thống truyền thông thể hiện trong hình 7.4 Ba nguồn dữ liệu sản xuất dữ liệu ở mức 64kbps sử dụng điều chế mã xung (PCM) Mỗi mẫu sẽ có 8 bit, và khoảng cách thời gian giữa hai mẫu kế tiếp là 125 micro giây Công việc của thiết bị ghép kênh là lấy các mẫu 8 bit của kênh đầu tiên và 8 bit của kênh thứ hai và sau đó là 8 bit của kênh thứ ba Từ lúc không có mẫu nào bị mất, nhiệm vụ của thiết bị ghép kênh là hoàn thành chức năng quét tất cả các kênh và lấy giá trị mẫu 8-bit trong khoảng thời gian 125 micro giây Dòng này kết hợp các bit và được gửi qua các phương tiện truyền thông Thiết bị ghép kênh thực hiện quét để thu thập các dữ liệu từ mỗi nguồn dữ liệu và cũng đảm bảo rằng không có dữ liệu bị mất

Điều này được gọi là ghép kênh phân chia thời gian.Các đầu ra của thiết bị ghép kênh là một dòng bit liên tục, 8 bit đầu tiên tương ứng với kênh 1, 8 bit tiếp theo tương ứng với kênh 2, và tiếp tục như vậy

Hình 7.4: Ghép kênh phân chia theo thời gian

Trong ghép kênh phân chia theo thời gian, dữ liệu số tương ứng với các nguồn khác nhau được kết hợp và truyền qua các phương tiện Thiết bị ghép kênh thu thập dữ liệu từ mỗi nguồn, và các dòng bit kết hợp được gửi qua phương tiện truyền dẫn Thiết bị giải mã chia tách các dữ liệu tương ứng với mỗi nguồn riêng biệt

Trong một mạng điện thoại, thiết bị chuyển mạch (hoặc trao đổi) được kết nối với nhau thông qua các đường trung chuyển Những đường trung chuyển sử dụng TDM để ghép 32 kênh Điều này được thể hiện trong hình 7.4 Với 32 kênh, theo quy ước, được đánh số là 0-31 Mỗi kênh cung cấp dữ liệu ở tốc độ 64kbps Thiệt bị ghép kênh mất 8 bit trên mỗi kênh tạo ra một dòng bit với tốc

độ 2048kbps (64kbps×32) Ở đầu tiếp nhận, thiết bị giải mã phân tách các dữ liệu tương ứng với mỗi kênh Khung TDM cũng thể hiện trong Hình 7.5 Khung TDM mô tả số lượng bit trong mỗi kênh Trong số 32 khe, 30 khe được sử dụng

để mang kênh thoại và hai khe cắm (slot 0 và khe cắm 16) được sử dụng để thực hiện đồng bộ và thông tin tín hiệu

Hình 7.5: Phân chia kênh thoại theo thời gian

Mặc dù TDM có vẻ rất đơn giản, nhưng phải được đảm bảo rằng các thiết bị ghép kênh không bị mất bất kỳ dữ liệu, và do đó nó phải được duy trì trong các

mỗi kênh đã được tách ra dựa trên thời gian của các dòng bit Do đó, đồng bộ hóa dữ liệu là rất quan trọng Đồng bộ hóa giúp cho việc tách các bit tương ứng với mỗi kênh.Kỹ thuật TDM này còn được gọi là TDM đồng bộ Trong mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN), các thiết bị chuyển mạch được kết

nối với nhau thông qua các đường trung chuyển có sử dụng TDM.Những đường trung chuyển trong đó có 30 kênh thoại ghép lại với nhau gọi là đường trung chuyển E1.

Các đường trung chuyển được sử dụng trong các mạng điện thoại bằng cách sử dụng cơ chế TDM được gọi là đường trung chuyển T1 hoặc sóng mang T1 Việc ghép 24 kênh được gọi là ghép kênh cấp độ 1 Bốn sóng mang T1 như vậy được ghép để tạo thành sóng mang T2.Bảy sóng mang T2 được ghép để tạo thành sóng mang T3 và sáu sóng mang T3 được ghép kênh để tạo thành sóng mang T4 Các cấp ghép kênh, số lượng kênh thoại và tốc độ dữ liệu được đưa ra trong Bảng 7.6 Lưu ý rằng ở mỗi cấp, các bit được bổ sung thêm cho khung và đồng

bộ hóa

Bảng 7.6: kỹ thuật số cấp bậc của băng thông mang T1

Lưu ý: Trong một băng thông mang T1, tổng số kênh thoại là 24 – có 24 khe

thoại trong khung TDM Tại châu Âu, một số hệ thống số với các cấp bậc khác nhau được chỉ định như sau Ở cấp thấp nhất, 30 kênh thoại được ghép và đường trung chuyển được gọi là đường trung chuyển E1

a. Ghép kênh phân thời đồng bộ

Trong ghép kênh phân thời đồng bộ, thuật ngữ “đồng bộ” có nghĩa khácvới thuật ngữ đồng bộ sử dụng trong lĩnh vự truyền thông Thuật ngữ “đồng bộ” ở đây có nghĩa là bộ ghép kênh phân chia các khe thời gian giống nhaucho mỗi một

thiết bị tại tất cả các thời điểm không phân biệt và thiết bị đó cóthực hiện truyền dẫn hay không Ví dụ, khe thời gian A được gán cho thiết bị A, khi đó khe thời gian A sẽ không thể được sử dụng bởi các thiết bị khác.Tại mỗi thời điểm, thiết bị có khe thời gian tương ứng đã được phân sẽ cơ hội để gửi một phần dữ liệu của nó Nếu như một thiết bị không thể thựchiện truyền dẫn hoặc không có dữ liệu để gửi thì khe thời gian của nó sẽ duytrì trạng thái rỗng.

Các khe thời gian được nhóm thành các frame Mỗi một frame gồm mộthoặc nhiều vòng khe thời gi an hoàn chỉ nh, bao gồm một hoặc nhi ều khe dành cho từng thiết bị gửi (hình 8.11) Trong hệ thống có n đường vào, mỗimột frame có it nhất n khe, mỗi một khe được chỉ định

để mang dữ liệu từmột đường vào xác định Nếu tất cảc các thiết bị vào chia sẻ một liên kết(link) đang truyền dẫn cùng một tốc độ thì mỗi thiết bị sẽ có một khe thờigian trên một frame Tuy nhiên, chúng

ta có thể điều chỉnh tốc độ truyền.Thực hiện truyền dẫn với 2 khe thời gian/frame sẽ nhanh hơn 2 lần truyềndẫn với 1 khe thời gian/frame Các khe thời gian được chỉ định ứng với mộtthiết bị sẽ chiếm cứ (nằm ở) vị trí giống nhau trong mỗi frame và tạo thànhkênh của thiết bị đó Trong hình 8.11, chúng ta đã chỉ ra bộ ghép kênh gồm5 đường vào sử dụng

kỹ thuật TDM đồng bộ Trong ví dụ này, tất cả cácđường vào đều có cùng tốc độ truyền, vì vậy số khe thời gian trên mỗi mộtframe sẽ bằng số đường vào

Hình 8.11 Ghép kênh phân thời đồng bộ TDM

c Interleaving – Kỹ thuật chuyển dịch luân phiên

TDM đồng bộ có thể so sánh với một cái công tắc chuyển mạch quay cựcnhanh Khi mở công tắc ở phía trước của thiết bị, thiết bị đó có cơ hội gửimột số lượng dữ liệu xác định (x bits) trên đường truyền (path) Công tắcchuyển dịch từ thiết bị này đến thiết bị khác với tốc độ không

đổi và theomột trật tự xác định Kỹ thuật xử lý này gọi là interleaving

Interleaving có thể thực hiện theo bit, byte hoặc theo một đơn vị dữ liệu bất kỳ Nói cách khác, bộ ghép kênh có thể nhận một byte từ mỗi thiết bị, sau

đó lấy một byte khác từ mỗi thiết bị, vv Trong hệ thống định sẵn, cácđơn vị (units) interleaving sẽ luôn luôn có cùng kích thước.Hình 8.12 minh họa interleaving và cách xây dựng các frame.Trong ví dụ này,húng ta dịch chuyển luân phiên việc truyền dẫn các kí tự khác nhau.Bộ dồn kênh sẽ interleaving các thông báo khác nhau và tổ chức chúng thành các frame trước khi gửi chúng lên đường truyền(link)

Hình 8.12 Đồng bộ TDM, quá trình dồn kênh

Ở bộ nhận, bộ phân kênh sẽ phân rã từng frame bằng cách rút trích lầnlượt các ký tự Khi ký tự được lấy ra khỏi frame nó sẽ được chuyển tới thiết bị nhận tương ứng (xem hình 8.13)

Hình 8.12 Đồng bộ TDM, quá trình phân kênh

Hình 8.12 và 8.13 đã chỉ ra những nhược điểm chính của kỹ thuật TDMđồng bộ Bằng cách gán mỗi một khe thời gian ứng với một đường đầu vào(input line), thì khi các đường truyền không hoạt động đồng thời chúng ta sẽcó những khe thời gian rỗng, vấn đề này gây ra sự lãng phí lớn về tận dụngkhả năng của đường truyền Trong hình 8.12, chỉ có 3 frame đầu chứa đầydữ liệu, 3 frame sau có 6 khe rỗng, có nghĩa là chúng ta đã lãng phí 6/24=1/4khả năng của đường truyền.

c. Framing bits – bit đồng bộ frame

Bởi vì thứ tự khe thời gian trong hệ thống TDM đồng bộ không thay đổigiữa các frame nên chúng ta cần thêm một chút thông tin vào mỗiframe ???? Thứ tự tiếp nhận báo cho bộ phân kênh chỗ

để quản l ý (đi ều khiển) từng khe thời gian do đó không cần đánh địa chỉ Tuy nhiên có rấtnhiều yếu tố có thể gây nên sự trái ngược nhau trong điều phối thời gian Vì lý do này, người ta thường thêm vào đầu mỗi frame một hoặc nhiều bit đồng bộ Những bit này,

được gọi là “ framing bit ”, sau một mẫu, từ frame này tớiframe khác,

mà nó cho phép bộ phân kênh đồng bộ với dòng dữ liệu đến vìvậy nó

có thể phân tách các khe thời gian chính xác Trong phần lớn cáctrường hợp, thông tin đồng bộ này gồm 1bit/frame, hoán chuyển giữa 0 và 1(01010101010) như chỉ ra ở hình 8.14

Hình 8.14 Khuôn dạng bít

d Bit Stuffing – Nhồi bit

Như đã đề cập trong mục trước, chúng ta có thể kết nối các thiết

bị có tốcđộ truyền khác nhau để truyền dẫn theo kỹ thuật TDM đồng

bộ Ví dụ, thiết bị A sử dụng một khe thời gian, trong khi tốc độ truyền của thiết bị B sửdụng 2 khe thời gian Số khe trong frame và các đường vào (input line) sẽđược gán cố định trong

hệ thống, nhưng các thiết bị có tốc độ truyền khác nhau có thể kiểm soát số lượng khe khác nhau Cần nhớ rằng chiều dài củakhe thời gian là cố định Do đó, về lý thuyết, để kỹ thuật này làm việc, tốcđộ truyền dữ liệu khác nhau phải là bội số của nhau Ví dụ, chúng ta có thểđiều chỉnh một thiết bị truyền nhanh hơn các thiết bị khác 5 lần bằng cáchgán cho nó 5 khe và gán cho các thiết bị khác 1 khe Tuy nhiên chúng ta không thể điều chỉnh một thiết bị truyền nhanh hơn các thiết bị khác 5,5 lần bằng phương pháp nà y bởi vì chúng ta không thể đưa ½ khe vào trong frame.Khi tốc độ truyền giữa các thiết bị không phải là bội số của nhau, chúngta vẫn có thể thực hiện việc truyền dẫn như cách chúng ta đã thực hiện bằngkỹ thuật “bit stuffing” Trong kỹ thuật bit stuffing, bộ ghép kênh sẽ bổ sungcác bit mở rộng (extra bit) vào dòng dữ liệu nguồn của thiết bị để đảm bảo mối quan

hệ về mặt tốc độ giữa các thiết bị là bội số (nguyên) của nhau Vídụ, giả sử thiết bị A có tốc độ truyền nhanh hơn thiết bị B 2.75 lần, chúng tacó thể thêm một số bit để đảm bảo tỷ lệ về tốc độ truyền giữa 2 thiết

bị là 3.Các bít mở rộng (extra) sẽ được loại bỏ bởi bộ phân kênh.

d. Ghép kênh phân thời không đồng bộ

Như chúng ta đã nghiên cứ ở phần trước, kỹ thuật TDM đồng bộ không bảo đảm tận dụng hết khả năng của liên kết (link) được sử dụng Bởi vì cáckhe thời gian được gán trước một cách

cố định nên mỗi khi có thiết bị kếtnối không truyền dẫn thì khe tương ứng của nó sẽ rỗng và do đó có nhiều đường dẫn (path) không sử dụng Ví dụ, giả sử chúng có 20 máy tính ở đầura

đã được ghép kênh trên một đường tru yền đơn (si ngle line) Sử dụng TDM đồng bộ, tốc độ của mỗi đường như vậy ít nhất cũng phải bằng 20 lầntốc độ của mỗi một đường vào (input line) Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu nhưchỉ có 10 má y tí nh được sử dụng cùng lúc? Một nửa dung lượng đường truyền không được sử dụng!TDM không đồng bộ (TDM thống kê) được thiết kế nhằm tránh sự lã phíđã đề cập ở trên Thuật ngữ “không đồng bộ” có nghĩa một cái gì đó kháctrong kỹ thuật ghép kênh nghĩa là

nó đề cập đến một lĩnh vực truyền thôngkhác Ở đây có nghĩa là linh hoạt và không cố định Giống như TDM đồng bộ, TDM không đồng

bộ cho phép một số cácđường vào (input line) có tốc độ truyền thấp ghép kênh thành một đường cótốc độ truyền cao hơn Không giống như kỹ thuật TDM đồng bộ, trong kỹthuật TDM không đồng bộ tốc

độ truyền tổng thể của các đường vào có thểlớn hơn khả năng của đường truyền (path) Trong hệ thống đồng bộ, nếu cón đường vào, số khe thời gian trong frame là cố định và ít nhất bằng n.Trong hệ thống không đồng bộ, nếu chúng ta có n đường vào, mỗi frame sẽchứa không quá m khe, m<n (xem hình 8.16).Theo cách này, TDM không đồng bộ hỗ trợ số đường vào giống nhưTDM đồng bộ với khả năng liên kết thấp hơn (link) Như vậy, với liên kếtnhư nhau, TDM không đồng bộ hỗ trợ nhiều thiết bị hơn TDM đồng bộ