Phương pháp ghép kênh PCM

- Nguyên lý ghép kênh và tạo khung: Để các thiết bị đầu cuối nhận kênh E1 có thể đồng bộ, nhận dạng các khe thời gian và tách các kênh 64kbit/s cũng như để truyền thêm các thông tin báo

Tài liệu của Hằng.

Phương pháp ghép kênh PCM

Phương pháp ghép kênh theo thời gian TDMA là phương pháp được sử dụng nhiều nhất trong các hệ thống thông tin số hiện nay, đặc biệt là trong hệ thống điện thoại số

Trong điện thoại số, mỗi kênh thoại có tốc độ truyền cơ bản là 64kbit/s được mã hóa theo luật A hoặc µ và tuân theo một số giao diện chuẩn (xem 3.4.3, 4.5.1) Một số kênh thoại số lại được ghép kênh TDMA thành các đường PCM tốc độ cơ bản, các kênh ghép ở tốc độ cao hơn sẽ là bội số nguyên lần của kênh thoại cơ bản này

Theo chuẩn của Bắc Mỹ và Nhật Bản,kênh PCM cơ bản có tốc độ truyền 1,5 Mbit/s cho 24 kênh thoại.Mặt khác kênh PCM cơ bản của châu Âu lại có tốc độ truyền 2,048 Mbit/s cho 32 kênh 64 kbit/s Sau đây chúng ta chỉ xét đường PCM có bản theo chuẩn châu Âu Kênh này còn có tên là đường E1 Hiinhf 7.5 thể hiện cấu trúc ghép kênh từ luồng PCM cơ bản lên các luồng tốc độ cao hơn

Hình 7.6 Cấu trúc khung của đường PCM 2Mbit/s

Đường E1 có một số đặc điểm như sau:

- Mã đường truyền sử dụng trong chuẩn E1 là mã HDB3

- Nguyên lý ghép kênh và tạo khung:

Để các thiết bị đầu cuối nhận kênh E1 có thể đồng bộ, nhận dạng các khe thời gian và tách các kênh 64kbit/s cũng như để truyền thêm các thông tin báo hiệu và điều khiển, đường E1 phải có cấu trúc khung (frame) và đa khung (multi- frame) Để tạo khung và đa khung,E1 sử dụng các tín hiệu liên kết khung FAS (Frame Alignment Signal) và tín hiệu liên kết đa khung MFAS (Multi- Frame Alignment Signal) Trong đó:

o Mỗi khung của E1 gồm 32 khe thời gian tương ứng với 125 ms, mỗi khe có độ rộng 8 bit,trong đó có 30 khe thời gian được dùng để truyền tín hiệu thoại được đánh số từ kênh 1 đến kênh 30 và hai khe thời gian để mang tín hiệu điều khiển (Hình 76)

o Khe thời gian từ 1-15 tương ứng với kênh thoại 1-15, khe thời gian 17-31 tương ứng với kênh thoại 16-30

o Khe thời gian 0 được sử dụng để truyền FAS Hình 7.7 minh họa cấu trúc khe thời gian số 0 (TS0) Khe thời gian 0 gồm có bit E phát hiện lỗi và thông tin liên kết khung FAS 0011011 FAS có chức năng đồng bộ khung

o Đa khung được lập từ 16 khung tương ứng với độ dài 2s(Hình 78) Khe thời gian thứ 16 (TS16) của mỗi khung được dùng để truyền tín hiệu báo hiệu CAS

(Channel Associated Signaling) và MFAS.Cụ thể là khe thời gian thứ 16 (TS16) của khung 0 được sử dụng để truyền tín hiệu liên kết đa khung MFAS Ở đây X là các bit dự trữ,Y là bit cảnh báo từ xa,nó có giá trị “1” khi mất đồng bộ đa khung Mặt khác khe thời gian thứ 16 của các khung từ 1-15 được sử dụng để truyền tín hiệu báo hiệu CAS, mỗi khe thời gian truyền tín hiệu báo hiệu cho 2 kênh thoại,mỗi kênh sử dụng 4 bit báo hiệu (A/B/C/D bit).Hình 78 minh họa cấu trúc

đa khung

Kỹ thuật truyền dẫn số (MTA).

3.3 Ghép kênh sơ cấp

3.3.1 Khái quát

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 Luồng 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 64kb/s được thực hiện theo phương thức ghép đồng bộ đối với mọi hệ thống theo tiêu chuẩn Châu Âu, Mỹ hay Nhật Bản.Việc duy trì đồng bộ giữa phân phối thu và phát với các nhánh được bảo đảm nhờ thực hiện các quá trình điều chế mã xung của các nhánh và ghép/tách kênh trong cùng một khối,sử dụng chung một nguồn tín hiệu nhịp từ cùng một đồng hồ được mô tả trên hình 3.3

Hình 3.3 mô tả kết cấu của thiết bị ghép kênh PCM sơ cấp điển hình, áp dụng cho cả các hệ thống hệ Châu Âu, Mỹ, Nhật Bản Các mạch hai dây tín hiệu âm tần (VF:Voice Frequency) từ tổng đâì điện thoại được nối tới mạch sai động,thực hiện chuyển 2-4 dây.Trên tuyến phát, mạch lọc thông thấp thực hiện hạn chế băng tần tín hiệu thoại đến 3400 Hz Tín hiệu thoaijn đã hạn băng được đưa tới mạch lấy mẫu tạo ra chuỗi xung PAM sau đó lần lượt được đưa vào PAM BUS, trên đó theo các khe thời gian khác nhau chỉ có chuỗi xung PAM của từng kênh được truyền Trong từng khe thời gian,các chuỗi xung PAM của các kênh khác nhau được mã hóa tại Bộ mã hóa, kết quả là lối ra của mạch mã hóa có chuỗi bít PCM của cả N kênh được truyền tiếp trên tuyến ghép PCM gọi là PCM BUS tới bộ ghép tín hiệu đồng bọ khung, tín hiệu đồng bộ khung, tín hiệu báo hiệu và tín hiệu nghiệp vụ, Tại các khe thời gian dành cho tín hiệu đồng bộ khung và báo hiệu, ,các tín hiệu báo hiệu và tổng hợp đồng bộ khung, được ghép vào Ở tuyến thu, chuỗi tín hiệu PCM tổng cộng được đưa vào mạch tách tín hiệu đồng bộ khung và báo hiệu Tổng hợp đồng bộ khung được giám sát và trong trường hợp có mất đồng bộ khung thì tín hiệu báo cảnh mất đồng bộ khung sẽ được phát về phía đối phương trong khe thời gian dành cho tín hiệu báo hiệu, đồng bộ khung, kênh nghiệp vụ và báo cảnh Tín hiệu báo hiệu cũng được đưa về phía tổng đài qua mạch sai động Phần chuỗi bit PCM của N kênh thoại được đưa vào mạch giải mã, thực hiện giải mã trong các khe thời gian tương ứng của từng kênh Tín hiệu lối ra của mạch giải mã trong các khe thời gian tương ứng của từng kênh Tín hiệu lối ra của mạch giải mã được đưa lần lượt trong từng khe thời gian tương ứng của mỗi kênh tới các bộ giải mã điều chế PAM (PAM DEM: PAM Demodulator) hình thành các chuỗi PAM của từng kênh Tín hiệu thoại của từng kênh được khôi phục nhờ bộ lọc thông thấp,sau đó được đưa qua mạch sai động về phía tổng đài điện thoại

Chuỗi bit tổng cộng từ đường dây tới cũng được đưa vào mạch đồng hồ thu nhằm thực hiện quá trình duy trì đồng bộ nhịp Thông tin định thời được tách ra từ chuỗi bit tổng cộng về nguyên tắc có

thể bằng hai loại mạch khác nhau: không có hay có vòng hồi tiếp (feedforward hay feedback) Loại thứ nhất gồm các mạch thụ động đơn giản như các mạch có hệ số phẩm chất cao,bộ lọc và mạch tạo dao động và thường chỉ được sử dụng tại các trạm chuyển tiếp trung gian Loại thứ hai thông thường được thực hiện nhờ vòng khóa pha (PLL: Phase- Locked Loop)

Mặc dù sơ đồ hình 3.3 là tiêu biểu đối với cả các hệ thống ghép kênh sơ cấp hẹ Châu Âu,hệ Mỹ hay Nhật Bản,việc thực hiện cụ thể lại khá khác biệt cả về số kênh ghép lẫn cấu trúc khung tín hiệu đối với các hệ khác nhau Đối với tiêu chuẩn của Mỹ và Nhật Bản, số kênh thoại PCM được ghép thành luồng sơ cấp là 24 (N=24) Trong khi đó, số kênh thoại PCM được ghép sơ cấp theo tiêu chuẩn Châu

Âu lại là 30

3.3.2 ghép kênh PCM sơ cấp hệ Mỹ-Nhật

Ghép kênh sơ cấp từ 24 kênh hệ Mỹ- Nhật có hai loại là : đa khung 12 và đa khung 24, được quy định trong khuyến nghị G.733,G.704 của CCITT

3.3.2.1 Ghép 24 kênh thoại,đa khung 12

Cấu trúc khung và đa khung 12 của tín hiệu số cấp 1 hệ Mỹ- Nhật được mô tả như hình 3.4

Một khung tín hiệu có độ dài 125 µs, bao gồm 24 khe thời gian,mỗi một khe chứa 8 bit mã PCM luật

µ theo khuyến nghị G.711 của CCITT Tổng số bit mã PCM là 24×8=192 đối với một khung Các bít mã này chiếm các vị trí từ bít thứ 2 đến bít thứ 193 trong khung,vị trí bít thứ nhất của khung tạo thành một khe riêng cho từ mã đồng bộ khụng Tốc độ luồng số cấp 1 hệ Mỹ-Nhật do vậy là 193 bít/ 125 µs= 1,544 Mb/s

Từ mã đồng bộ được hình thành trong một chu kỳ nhất định và sự lặp lại của nó hình thành cấu trúc

đa khung của tín hiệu Do có cấu trúc đa khung Nảy sinh vấn đề đồng bộ đa khung Khi mất đồng bộ khung thì đồng bộ đa khung cũng mất Đồng bộ khung và đồng bộ khung đối với tín hiệu cấp 1 này cùng chia sẻ bít thứ nhất của khung và được tổ chức như sau Từ mã đồng bộ khung là 101010 được đặt tại bít thứ nhất các khung lẻ, trong khi đó từ mã đồng bộ đa khung chiếm các bít thứ nhất các khung chẵn và có dạng 00111S, trong ssos khi đồng bộ khung đúng thì bít S có giá trị 0 Bít S nhận giá trị 1 khi cần báo cảnh mất đồng bộ khung đầu xa

Ngoài các bít thuộc các kênh lưu lượng (traffic channel) là các kênh liên lạc thoại, thông tin báo hiệu giữa các tổng đài cũng phải được truyền đi Truyền dẫn tín hiệu báo hiệu được chia làm hai loại: a, báo hiệu kênh chung,trong đó mọi báo hiệu đối với 23 kênh lưu lượng còn lại được truyền đi trên một kênh báo hiệu chung, tốc độ 64kb/s, lấy trọn một khe thời gian; b báo hiệu kênh kết hợp,trong

đó các bít thứ 8 của khung thứ 6 và 12 được tách ra khỏi luồng số liệu lưu lượng để hình thành kênh báo hiệu cho kênh lưu lượng tương ứng.Tốc độ của kênh báo hiệu này là 2b/1,5ms=1,3(3) kb/s Để

bù các bít đã lấy cho kênh báo hiệu, các trị số đầu ra bộ giải mã cần được dịch chuyển này được quy định tại khuyến nghị G.733 của CCITT

3.3.3.2 Ghép 24 kênh thoại,đa khung 24

Khác biệt duy nhất giữa hệ thống đa khung 24 này và hệ thống đa khung 12 là cấu trúc khung Cấu trúc khung của tín hiệu số cấp 1 đa khung 24 như sau (khuyến nghị G.704 của CCITT):

+ số bít của mỗi khung vẫn là 193 bít, bao gồm 24 khe × 8 bits= 192 bít của 24 kênh thoại lưu lượng

và 1 bít dành cho đồng bộ khung, mã kiểm tra độ dư chu trình (CRC: Cycle Redundancy Check) và một đường số liệu 4 kb/s/

+ chu kỳ tối đa của kênh logic là 24 khung,hình thành cấu trúc đa khung 24 với độ dài một đa khung

là 3 ms

+ từ mã đồng bộ đa khung 001011,chiếm các bít thứ nhất của các khung thứ 4, 8, 12, 16, 20 và 24 + các bít thứ nhất của các khung 2, 6, 10, 14, 18 và 22 tạo thành kênh logic có tốc độ 6 bit/3ms= 2kb/s dùng cho đồng bộ khung có áp dụng mã kiểm tra độ dư chu trình CRC-6 nhằm tránh việc giả tạo tín hiệu đồng bộ khung và tăng khả năng giám sát chất lượng lỗi của tuyến truyền Một khi mất đồng bộ khung và đa khung,mặc dầu có thể xảy ra tình trạng tạo giả tổ hợp đồng bộ khung song nhờ kiểm tra độ dư chu trình của mã CRC-6 tình trạng đồng bộ khung giả vẫn có thể phát hiện ra được Tỷ

lệ lỗi phát hiện được nhờ kiểm tra độ dư chu trình có thể phần nào phản ánh chất lượng truyền dẫn Trong nhiều trường hợp, tỷ lệ lỗi của luồng bít tổng cộng có thể được chỉ thị từ việc giám sát lỗi bằng

mã CRC với kênh logic này

+ các bít thứ nhất của các khung lẻ được sử dụng để hình thành kênh số dữ liệu với tốc độ 12 bít/3ms= 4 kbs Các thông báo cảnh cáo mất đồng bộ khung được truyền về đầu xa trên kênh số liệu này

+ các bít thứ 8 của các khung 6,12, 18 và 24 được tách riêng cho mục đích tạo các kênh báo

hiệu,hoặc là một kênh báo hiệu với tốc độ 4 bít/3ms =1,3(3) kb/s,hoặc hai kênh báo hiệu với tốc độ 2 bít/3ms= 666,6(6) b/s,hoặ bốn kênh báo hiệu với tốc độ 333,3(3) b/s.Các loại kênh báo hiệu nói trên đều theo phương thức báo hiệu kênh kết hợp Kênh báo hiệu kênh chụng 64kb/s được tạo bằng hẳn một khe thời gian riêng phục vụ chung cho cả 23 kênh lưu lượng còn lại

3.3.3 Ghép kênh PCM sơ cấp hệ Châu Âu

Ghép kênh PCM sơ cấp hệ Châu Âu được qui định tại khuyến nghị G.732 và G.704 của CCITT Mỗi một khung tín hiệu PCM sơ cấp cũng có độ dài là 125 µs phù hợp với tiêu chuẩn điều chế mã xung PCM luật A theo khuyến nghị G.711 của CCITT, gồm 32 khe thời gian được đánh số từ khe thứ 0 đến khe thứ 31 Mỗi khe thời gian gồm 8 bít hình thành một kênh vật lý tốc độ 64kb/s Tốc độ luồng số cấp 2 hệ Châu Âu (luồng E1) do vậy là 32 × 64kb/s= 2,048 Mb/s.Cấu trúc đa khụng gồm 16

khung,đánh số các khung từ 0 đến 15,gọi tắt là đa khung 16 Độ dài đa khung là 16 × 125 µs= 2ms Các khe thời gian 0 và 16 được sử dụng cho các mục đích đồng bộ khung và đa khung, báo hiệu, báo cảnh hay kênh nghiệp vụ liên trạm.30 khe thời gian còn lại dành cho 30 kênh lưu lượng

3.3.3.1 Khe thời gian thứ 0

Các khung chẵn: Khe thời gian 0 của mọi khung chẵn (kể cả khung 0) được sử dụng cho đồng bộ khung Bít 1 không thuộc tổ hợp đồng bộ khung, được sử dụng cho các mạch quốc tế và có giá trị logic 1 đối với mạch quốc gia và nội hạt các bít 2:8 dành cho đồng bộ khung,áp dụng CRC nhằm tránh đồng bộ khung giả hoặc nhằm mục đích giám sát chất lượng lỗi truyền dẫn

Các khung lẻ: Bít 1 củ khe thời gian 0 các khung lẻ được dành cho kiểm tra độ dư chu trình hoặc được sử dụng cho các mạch quốc tế Khi không sử dụng, bít này cũng có giá trị logic 1 Bít 2 trong khe

0 của các khung lẻ luôn có giá trị đồng bộ khung sử dụng bít 3: bình thường bít 3 là 0, khi mất đồng

bộ khung bít 3 có giá trị logic 1 Các bít 4:8 được sử dụng tạo kênh logic nghiệp vụ cho các mục đích quốc gia,với các mạch quốc tế các bít này đều là 1 Kênh logic này có tốc độ 5 bít × 8/2ms =20 kb/s

3.3.3.2 Khe thời gian thứ 16

Trong trường hợp báo hiệu kênh chung,khe 16 của mọi khung được sử dụng làm kênh báo hiệu có tốc độ 64 kb/s Đối với các hệ thống báo hiệu kênh kết hợp,khe 16 được sử dụng như sau:

Khe 16 khung 0: Khe thời gian 16 của khung 0 (8 bít) được sử dụng để phép tổ hợp đồng bộ toàn bộ

đa khụng và tín hiệu chỉ thị mất đồng bộ đa khụng Tổ hợp đồng bộ đa khung đối với hệ thống này là

0000, được sắp thành cụm vào các bit 1 đến bit 4 của khe này chứ không bố trí rải trên toàn đa khung như hệ Mỹ - Nhật Các bít 5, 7 và 8 luôn có mức logic 1 Chỉ thị đồng bộ đa khung thể hiện ở bít 6: bằng 1 khi mất đồng bộ đa khung và bằng 0 khi đồng bộ đa khung đúng Đồng bộ đa khung được xem là mất khi 2 tổ hợp đa khung liên tiếp bị sai ít nhất một lỗi hoặc khi tất cả các bít 5:8 của khe này đều là 0 Khả năng xảy ra đồng bộ đa khung giả giảm được nhờ kiểm tra kết hợp cả hai điều kiện nói trên Việc bố trí tổ hợp đồng bộ đa khung thành cụm như thế cho phép rút ngắn thời gian kiểm tra và đưa ra báo cảnh mất đồng bộ đa khung so với việc bố trí rải trên toàn đa khung trong hệ Mỹ- Nhật

Khe 16 các khung khác 0: Khe thời gian 16 các khung khác 0 được sử dụng để hình thành hai kênh báo hiệu kênh kết hợp,tốc độ mỗi kênh là 30kb/s

GHÉP KÊNH NHÓM SƠ CẤP

Trong hệ thống sử dụng phương pháp ghép kênh hoá phân chia thời gian, liên lạc không có lỗi chỉ có thể thực hiện được nếu các bit, các khung và các kênh ghép kênh được đồng bộ hoá cùng kiểu như nhau tại nơi phát và nơi thu Ghép kênh là một quá trình chuyển đổi một số tín hiệu số thành tín hiệu

số tốc độ cao Hiện có một số phương pháp kết hợp dựa theo sự xen kẽ các nhóm, từ và bit Trong nhóm sơ cấp PCM, người ta sử dụng một phương pháp xen từ để đơn giản thiết lập sự mã hoá chung cho nhiều đường gọi Ngược lại trong các nhóm cấp cao nói chung người ta sử dụng phương pháp xen bit chỉ đòi hỏi một bộ nhớ cỡ nhỏ Ngoài ra khi ghép kênh các tín hiệu, người ta bổ sung thêm các kiểu tín hiệu điều khiển khác nhau như các xung đồng bộ khung để thiết lập các khung đồng bộ hoá; những xung đồng bộ khung này được xen vào theo kiểu phân bố sử dụng ở Bắc Mỹ và kiểu tập trung sử dụng ở châu Âu

Sự ghép kênh sơ cấp hoặc giải kênh của thiết bị đầu ra PCM có khả nǎng ghép kênh đồng bộ 24 kênh (kiểu Bắc Mỹ) hoặc 30 kênh (kiểu Châu Âu) của các tín hiệu âm thanh Hiện nay, các phương pháp ghép kênh tín hiệu PAM và PCM khác đang được sử dụng với PCM-24B, D4 của Mỹ và DE-4 của Canađa ghép kênh các tín hiệu PAM, các tín hiệu tương tự và sau đó chuyển đổi chúng thành các tín hiệu PCM tại CODEC chung, CODEC đơn tuyến biến từng kênh thành tín hiệu PCM để ghép kênh số CODEC đơn tuyến đã trở thành thương mại hoá do sự phát triển thành công của công nghệ xử lý tín hiệu số và bán dẫn như LSI Nó đang được nâng cấp để có cả chức nǎng kiểm soát các đặc tính và kết quả của việc truyền tin qua việc sử dụng bộ lọc lai ghép - 2w/4w và chương trình cùng với chức nǎng CODEC của nó Hiện nay nó được sử dụng rộng rãi hơn trong các hệ thống chuyển mạch số hơn là các hệ thống truyền dẫn

Hình 3.27 Các phương pháp ghép kênh của thiết bị đầu cuối PCM Các nước tiên tiến như Mỹ và Nhật đang sử dụng kiểu PCM24 kênh theo G733 trong khuyến nghị của ITU-T, phần lớn các nước châu Âu đều đang sử dụng kiểu PCM30 kênh

Mỗi khung của kiểu Bắc Mỹ là 125 ms; một bit ‘S’, nghĩa là một bit đồng bộ khung được bổ sung vào

192 bit (24 kênh x 8 bit) âm thanh được ghép kênh để cấu hình nó với 193 bit Một đa khung ghép kênh được hình thành gồm 12 khung thuộc kiểu này Các đa khung ghép kênh được hình thành để phát một cách hiệu quả các tín hiệu có các tốc độ khác nhau như tín hiệu tiếng nói 24 x 64 Kbps, báo hiệu 24 x 1,33 Kbps, và ‘S’ bit 8 Kbps Trong kiểu châu Âu, vì cần phải có 256 bit cho một khung nên phải sử dụng 16 khung để tạo 1 đa khung Khe thời gian đầu tiên của các khung được sử dụng để đồng bộ khung và khe thời gian thứ 17 (kênh số 16) được sử dụng để đồng bộ đa khung và báo hiệu

Vì vậy, chỉ có 30 khe thời gian được sử dụng cho tiếng nói

Hình 3.28 Cấu hình khung của nhóm sơ cấp theo kiểu Bắc Mỹ

Số bít trong 1 khung 24×8+1=193 32×8=256

Số khung ghép kênh

Đồng bộ khung Kiểu điều phối Kiều tập trung

Số khe thời gian trên 1

Đặc tính đường gọi Tần số mẫu (chu kì) 8 KHz (125 ms) 8 KHz (125 ms)

Quy luật nén giãn Luật U (=255)

15 đoạn Luật A=87,6 13 đoạn Đặc tính tín hiệu Số bit để báo hiệu 1,333 Kb/s 2 Kb/s

Báo hiệu kênh kết hợp Phương pháp trong

khe (bit số 8 của khung thứ 6 hoặc khung thứ 12)

Phương pháp ngoài khe (kênh thứ 16)

Báo hiệu kênh chung Cần sử dụng kênh

riêng biệt 4 Kb/s không hợp lý

Sử dụng kênh 16 (64 Kbps)

Giá trị suy hao do cáp