Kỹ thuật truyền dẫn

3 Kỹ thuật truyền dẫn 3.1 Phần mở đầu 3.1.1 Nguyên lý Truyền dẫn chức nǎng truyền tín hiệu từ nơi đến nơi khác Hệ thống truyền dẫn gốm thiết bị phát nhận, phương tiện truyền lặp lại chúng hình 3.1 Những phương tiện phát truyền phát tín hiệu đầu vào (tín hiệu gốc) để truyền chúng cách hiệu qua phương tiện, thiết bị nhận tách tín hiệu gốc tín hiệu nhận Đồng thời lặp lại xử lý việc bù lại trình truyền Các phương tiện truyền bao gồm dãy đồng, cáp đồng trục, radio, ống dẫn sóng cáp sợi quang Hình 3.1 Cấu hình hệ thống truyền dẫn Truyền dẫn bao gồm phần truyền dẫn thuê bao nối liền máy thuê bao với tổng đài phần truyền dẫn tổng đài nối tổng đài với tổng đài Truyền dẫn gồm truyền cáp, truyền radio, liên lạc vệ tinh, truyền TV, liên lạc sợi quang, ống dẫn sóng, liên lạc đất chuyển tiếp phục hồi sử dụng phương tiện truyền dẫn, kết cấu kết hợp mạng đồng hoá thiết bị này, việc bảo dưỡng phần quản lý mạng mạng truyền dẫn v.v Do đáng nói phát triển kỹ thuật truyền dẫn đưa tới phát triển liên lạc thông tin mà phần trình bày truyền dẫn tương tự truyền dẫn số 3.1.2 Lịch sử phát triển truyền dẫn Sự phát triển liên lạc viễn thông phát minh hệ thống điện tín hoạt động theo chế độ chữ số Nghĩa Morse phát minh máy điện tín nǎm 1835 việc liên lạc viễn thông số bắt đầu phát dòng chấm gạch ngang nǎm 1876, việc sử dụng chế độ tương tự bắt đầu với phát minh điện thoại A.G Bell Từ công nghệ liên quan phát triển mạnh mẽ Phương pháp truyền dẫn đa lộ có dây dẫn ba mạch thực Mỹ nǎm 1925 qua phát triển cáp đồng trục có 240 mạch, sử dụng phương pháp liên lạc với cáp đồng trục có 3.600 - 10.800 mạch, FDM (Ghép kênh theo tần số) nhiều mạch 1.800 mạch vi ba Mặt khác từ nǎm 1930, phương pháp 24 mạch PAM (Điều chế biên độ xung) PWM (Điều chế độ rộng xung) phát triển chưa phổ biến Ngay sau A.H Reeves phát huy PCM (Điều chế mã xung) Nhưng phương pháp liên lạc viễn thông kết hợp phương pháp PCM không áp dụng thuận lợi Nǎm 1948, sau kết thúc chiến tranh giới thứ hai, thiết bị PCM để thí nghiệm thiết kế sản xuất Mỹ Nhưng không thực lúc ống điện tử phần tử tích cực ống mã dùng cho mã hoá bị có nhiều vấn đề thực hành Sự phát minh kỹ thuật bán dẫn phát minh chất bán dẫn đóng vai trò định việc áp dụng PCM Lúc việc ghép kênh cáp tiếng nói phương pháp PCM đánh dấu bước phát triển to lớn lịch sử liên lạc viễn thông Phương pháp PCM có tính thời đại đời có nhu cầu mạch sóng mang gần tǎng lên việc ghép thực có khó khǎn việc thiết lập thêm cáp trao đổi Dĩ nhiên có sẵn phương pháp sóng mang gần FDM so sánh với phương pháp PCM mặt kinh tế chất lượng truyền dẫn Hơn phương pháp FDM hoạt động điều kiện yếu cáp địa phương đưòng dài, phương pháp PCM có ưu điểm lớn hoạt động điều kiện Do hệ thống T1 (bộ điện thoại 1) dùng liên lạc viễn thông công cộng sử dụng phương pháp PCM Chicago (Mỹ) nǎm 1962, phương pháp PCM-24 áp dụng Nhật nǎm 1965, phương pháp Châu Âu (CEPT) phát triển sử dụng nǎm 1970 Lúc ITU-T kiến nghị G.733 phương pháp Bắc Mỹ (NAS) G.732 phương pháp Châu Âu Mặt khác liên lạc quang đánh dấu bước phát triển liên lạc viễn thông tích cực nghiên cứu với việc phát minh laser nǎm 1960 Khi đó, việc nghiên cứu sử dụng sóng không gian ống dẫn chùm tia quang học phương tiện truyền dẫn sôi động, khả nǎng truyền dẫn quang học sử dụng sợi quang làm phương tiện truyền dẫn phát huy nǎm 1966, phần nghiên cứu liên lạc quang học tập trung vào truyền dẫn sợi cáp quang sử dụng sợi quang học làm phương tiện truyền dẫn qua việc bổ sung tổn hao truyền dẫn sợi cáp quang 20 dB/km nǎm 1970 Hiện với việc phát triển phương pháp khả nǎng siêu đại FT1.7G, F-1.6G v.v Trong tương lai việc phát triển liên tục ghép kênh kỹ thuật liên lạc quang học trên, phát triển kỹ thuật liên quan truyền dẫn thuê bao số phát triển kỹ thuật đấu nối, kỹ thuật CCC (khả nǎng kênh xoá ) mạng có, kỹ thuật UNI (giao tiếp mạng - người sử dụng) tiếng nói, số liệu, thông tin hình ảnh kỹ thuật NNI (giao tiếp nút - mạng), kỹ thuật tổ hợp siêu cao VLSI (tổ hợp quy mô lớn) bao gồm loại kỹ thuật mã hoá, kỹ thuật truyền dẫn số đồng bộ, mạng nối chéo, bảo dưỡng mạng, mạng CCR (cấu hình lại điều khiển khách hàng), IN (mạng thông minh) v.v để chuẩn bị cho dải hẹp ISDN giai đoạn thực phần 3.2 Truyền dẫn số tương tự 3.2.1 Tín hiệu tương tự Có hai nguồn thông tin mà nguồn thông tin tương tự liên tục theo thay đổi giá trị vật lý thể thông tin với đặc tính chất lượng tiếng nói, tín hiệu hình ảnh, nguồn thông tin số tín hiệu gián đoạn thể thông tin nhóm giá trị gián đoạn xác định đặc tính chất lượng quan hệ thời gian tín hiệu số liệu Trong khứ, kiểu AM (điều chế biên độ) kiểu FDM (Ghép kênh theo tần số) g3/4n truyền dẫn tiếng nói chọn kiểu truyền dẫn có tiếng nói chủ đề nguồn thông tin máy điện thoại Kiểu truyền dẫn FDM có kiểu AM gọi kiểu truyền dẫn tương tự Kiểu truyền dẫn tương tự kiểu ghép kênh SSB (đơn biên) dải KHz triệt sóng mang để giảm công suất truyền dẫn hạn chế dải truyền dẫn tỷ lệ tiêu hao phương tiện truyền dẫn cho cǎn phương tần số 3.2.2 Thiết kế mạch Khi thiết kế kiểu truyền dẫn ghép kênh tương tự cự ly xa, cần phải lưu ý tới S/N (tỷ lệ tín hiệu tạp âm) Có tạp âm hệ thống truyền dẫn, tạp âm nhiệt tạo mức độ đầu vào lặp lại tạp âm méo phi tuyến tạo biến dạng lặp lại mức đầu Mạch tương tự cần phải thiết kế để giảm tối thiểu tạp âm tầng mạch tạp âm tích tụ liên tục theo chế độ tương tự khác với việc tái tạo chế độ số Để thiết kế kiểu FDM, ITU-T xác định loại HRC 2.500 km (mạch chuẩn giả thiết) khuyến nghị G.222 HRC 5.000 km khuyến nghị G.215 HRC 2.500 km khuyến nghị thay đổi cấu hình số bậc chuyển đổi theo cấp ghép kênh dù khu vực không biến điện phổ biến Tổng số tạp âm mạch 10.000pWOp chia thành tạp âm đường truyền dẫn 7.500pWOp (3pWOp/km) tạp âm tổng đài cuối 2.500pWOp, HRC 5.000km bao gồm 12 khu vực đồng khoảng 420km Hình 3.2 Mạch chuẩn giả thiết (kiểu đồng trục 60 MHz) 3.2.3 Cấp ghép kênh Cấp ghép kênh FDM ITU-T khuyến nghị thể bảng 3.1 BG (nhóm bản) nhóm chuyển 12 mạch thoại có bǎng tần 0.3 ~ 3.4 KHz lên dải 60 ~ 108 KHz, SG (siêu nhóm) nhóm ghép liền BG Nhóm Viết t3/4t Số kênh (ch) Dải tần (KHz) Thành phần Tần số sóng mang (KHz) Tần số Pilot(KHz) Nhóm BG 12 60 ~ 108 84,08 Siêu nhóm SG 60 312 ~ 552 BG x 420, 468, 516, 564, 612 411,92 Nhóm chủ MG 300 812 ~ 2044 SG x 1364, 1612, 1860, 2108, 2356 1.552 Nhóm siêu chủ SMG 900 8516 ~ 12388 MG x 10560, 11880, 13200 11.096 Nhóm Jumbo JG 3.600 42612 ~ 59684 SMG x 55000, 59400, 63800, 68200 40.920 Bảng 3.1 Cấp ghép kênh Mỹ chọn 600 mạch 564 ~ 3.084 KHz cho MG, 3.600 mạch 564 ~ 17.548 KHz cho JG, 10.800 mạch 3.000 ~ 60.000 KHz cho JGM 3.2.4 Chế độ truyền dẫn tương tự Cáp đôi cân dây đối xứng dây đồng đôi sử dụng chế độ truyền tín hiệu bǎng gốc, không ghép kênh (kể tiếng nói, liệu, tín hiệu hình) ghép kênh tiếng nói với số dòng cỡ truyền dẫn Cáp đôi cân sử dụng dài 500 KHz giá rẻ dễ l3/4p đặt dễ làm hỏng dây cáp xuyên âm nhược điểm khác Cáp đôi cân phương tiện truyền dẫn sử dụng máy thuê bao tổng đài điện thoại Hy vọng cáp đôi cân phương tiện ISDN tương lai Điều kiện tối thiểu suy giảm mạch mạch thông thường, RC>LG, mạch đồng RC = LG: Tải đóng với điều kiện cộng với L, sử dụng rộng rãi từ trước 1930 không phát triển kiểu tải ba FDM PCM Do cáp tải dùng để truyền dẫn tín hiệu số có nhược điểm, chủ yếu tần số c3/4t tǎng độ trễ truyền dẫn, nên dùng hạn chế cho đường trục địa phương hay đường quốc gia cỡ nhỏ đoạn ng3/4n Hệ thống tải ba dây trần đ* nhanh chóng rút lui dùng cho đoạn ng3/4n, mạch địa phương sau áp dụng cáp hoá mạch dây trần, hệ cáp không tải, hệ thống tải ba đoạn ng3/4n từ loại "A" tải ba dây trần áp dụng Mỹ nǎm 1918 giới Hiện ITU-T khuyến nghị đường mạch (khuyến nghị G.361) đường 12 mạch (khuyến nghị G.311) Mạch dây trần có tổn hao thường xuyên bị âm thường thay đổi suy hao thời tiết, khả nǎng chống lại cảm ứng bên so với cáp cân Hệ thống cáp không tải dùng làm hệ thống tải ba đường dài nǎm 1930 - 40 có cáp đồng trục Cáp không tải 1,2 mm sử dụng dùng tới 360 KHz Hệ thống tải ba cự ly ng3/4n dùng cho khoảng cách 100Km phát triển để tiết kiệm cáp quốc gia trước l3/4p đặt Nó thực Tây Đức Pháp, sau thực hệ thống "N" Mỹ nǎm 1950 Một cáp quốc gia đ* l3/4p đặt dùng đường dây nhóm để tránh xuyên nhiễu đoạn cuối xuống lên hầu hết đoạn đầu Nó bao gồm ~ 12 mạch sử dụng nhóm thấp 12 ~ 60 KHz (6 ~ 54 KHz), hay nhóm cao 72 ~ 120 KHz (60 ~ 180 KHz) Nǎm 1934 Mỹ công bố cáp đồng trục phương tiện truyền dẫn thích hợp cho truyền dẫn siêu ghép kênh, hệ thống LI (cự ly ng3/4n 480 mạch, cự ly dài 600 mạch) áp dụng nǎm 1941 hệ thống cáp đồng trục giới, trở thành dạng hệ thống truyền dẫn dây với tuyến đường kh3/4p đất nước siêu ghép kênh tới 10.800 mạch dùng Ngày sử dụng cáp đồng trục tiêu chuẩn 2,6/9,5 mm cáp đồng trục nhỏ 1,2/4,4 mm kích thước bên bên Hệ thống cáp đồng trục đặt đáy biển b3/4t đầu xem xét từ nǎm 1930 hệ thống đặt Anh nǎm 1943 Mỹ nǎm 1950 Cáp 8,3/38 mm dùng cho biển sâu biển nông dùng 5,6/25 mm Chúng thiết kế để có độ tin cậy gấp 10 lần hệ thống đất liền 3.2.5 Đặc điểm truyền dẫn số Truyền dẫn số có nhiều ưu điểm so với truyền dẫn tương tự, ví dụ chống tạp âm gián đoạn xung quanh tốt có lặp để tái tạo, cung cấp chất lượng truyền dẫn tốt khoảng cách truyền dẫn, kết hợp nguồn dịch vụ có đường truyền dẫn số truyền sau chuyển thành tín hiệu số tín hiệu thông tin loại nào, tạo tổ hợp truyền dẫn số tổng đài số Nó tạo kinh tế cho hệ thống phần tử bán dẫn dùng cho truyền dẫn số mạch tổ hợp số sản xuất hàng loạt, mang liên lạc trở thành thông minh dễ thực việc chuyển đổi tốc độ cho dịch vụ khác nhau, thay đổi thủ tục, DSP (xử lý tín hiệu số), chuyển đổi phương tiện truyền dẫn v.v Qua việc áp dụng kỹ thuật liên lạc máy vi tính Tuy truyền dẫn số có nhược điểm dải tần công tác tǎng lên việc số hoá tín hiệu, cần có chuyển đổi A/D, D/A đồng phát thu, thiết bị chuyển đổi cần có để kết hợp hệ FDM hệ TDM hệ thống số không tương thích với hệ thống có Trước đây, trường hợp đường thuê bao đường tổng đài khu vực dùng cáp âm tần hay dây gọi đường dài chủ yếu dựa vào chế độ tương tự cáp đồng trục, radio FDM v.v Nhưng với xuất kiểu tải ba T1, thiết bị sau cần phát triển để tương thích nhằm giảm chi phí đường cuối thập kỷ 1970 : hệ thống ghép kênh số kể PCM dây, g3/4n thêm chế độ tương tự vào chức nǎng truyền dẫn số kể DOV (dữ liệu tiếng nói), ghép kênh - ghép (ITU-T khuyến nghị G.794) nối mạng FDM với mạng TDM Với xuất tổng đài số, chiều hướng số hoá ngày tǎng nhanh đẩy lùi kiểu tương tự, kh3/4p đất nước nơi lựa chọn kiểu số làm nguyên lý chủ yếu liên lạc quang số áp dụng đến đầu nǎm 1980, tạo chờ đợi mong muốn tổ hợp truyền dẫn đa dịch vụ ISDN HRX (nối chuẩn giả thiết) khoảng cách dài hệ thống truyền dẫn số chia mục tiêu tổ hợp chất lượng mạng thành phận mạng phù hợp với hệ truyền dẫn số hình 3.3 Hình 3.3 HRX tiêu chuẩn quốc tế (cấp dài nhất) Nói chung, mạch PCM có đặc điểm ưu việt tạp âm so với mạch FDM nhận tín hiệu radio trình bày hình 3.4 Trái với mạch FDM liên tục tǎng tạp âm tỷ lệ nghịch với tín hiệu đầu vào, mạch PCM có đặc điểm ưu việt không tǎng tạp âm mức ngưỡng có tạp âm chế độ Hình 3.4 Đặc điểm tạp âm BER (tỷ lệ lỗi bit) hệ thống PCM xung quanh mức ngưỡng nhanh chóng làm giảm cách tǎng tỷ số S/N Bởi tạp âm kiểu FDM nhạy với S/N, trái với đặc điểm tạp âm hệ thống PCM tạp âm truyền dẫn trung kế nhận thấy tạp âm lượng tử hoá tǎng lỗi mức giữ BER mức độ -5 -4 Nói chung, truyền tiếng nói tình trạng tốt BER nhỏ 10 cho phép tới 10 -3 có cảnh báo khẩn cấp thông tin gián đoạn BER 10 Dữ liệu hay tiếng nói cho phát thanh, truyền hình phải ưu việt giá trị Một lợi mạng mạch số có đặc điểm ưu việt sau: Hầu hết đặc tính mạng tiếng nói số hoá liệt kê bảng 3.2 thảo luận phần sau g3/4n liền với ưu điểm việc truyền dẫn số chuyển mạch số có liên quan đến phía đối tác tương tự Trong số trường hợp cá biệt, đặc trưng g3/4n liền với mạng số hoàn toàn Thí dụ, mã hoá (Encryption) thực tế nhìn chung có ích dạng an toàn tin thiết lập nguồn chuyển ngược lại thành rõ ràng nơi gửi tới Như vậy, hệ thống số điểm tới điểm hoạt động với không hiểu biết chất đường thông (có nghĩa cung cấp truyền tin rõ ràng) nhu cầu tất yếu ứng dụng mã hoá Vì nguyên nhân tương tự, việc truyền dẫn số điểm tới điểm cần thiết ứng dụng có liên quan đến số liệu Khi mạng lưới bao gồm thiết bị hỗn hợp tương tự số, việc sử dụng tổng hợp mạng cho dịch vụ truyền tin số liệu yêu cầu phù hợp với mẫu số chung nhỏ mạng : Kênh tương tự Sự thuận tiện ghép kênh Sự thuận tiện báo hiệu Sử dụng công nghệ đại Hợp việc truyền chuyển mạch Phục hồi tín hiệu Điều khiển hiệu suất Thích ứng với dịch vụ khác Hoạt động tỷ lệ tín hiệu tạp âm/ tín hiệu nhiễu thấp Sự thuận tiện mã hoá Bảng 3.2 Tiến kỹ thuật mạng thông tin số hoá 1) Sự thuận tiện ghép kênh : Kỹ thuật số hoá ứng dụng điện thoại tổng thể hệ chuyển tải T tổng đài (Ghép kênh phân chia thời gian) Về thực chất hệ thống trao đổi điện tử gây tổn thất điểm cuối đường truyền tin phí tổn cặp bội dây dẫn chúng (sự trao đổi hàng nǎm gây phí tổn nhiều) Tuy nhiên ghép kênh phân chia tần số tín hiệu tương tự sử dụng khứ để giảm chi phí dây cáp Thiết bị ghép kênh phân chia tần số (FDM) đ3/4t nhiều so với thiết bị ghép kênh phân chia thời gian (TDM), chí giá thành số hoá tính vào Sau tín hiệu tiếng nói số hoá, giá thành thiết bị TDM hoàn toàn nhỏ mang so sánh Vì số hoá xuất mức hệ thống phân cấp TDM, TDM số hoá mức cao chí kinh tế phận tương ứng FDM mức cao Điều việc ghép kênh phân chia thời gian tín hiệu tương tự đơn giản không yêu cầu số hoá giá trị mẫu Mặt không thuận tiện TDM tương tự nằm tính chất bị tổn thương xung tương tự hẹp nhiều tạp âm, méo tiếng, xuyên âm nhiễu ký hiệu Sự suy biến bị loại bỏ tái tạo hệ thống số hoá Vì TDM tương tự thực loại trừ môi trường tự tạp âm, biến dạng Về thực chất, khả nǎng việc tái tạo tín hiệu chí việc tiêu hao độ rộng dải tần số lớn nhu cầu truyền tin TDM 2) Sự thuận tiện hệ thống báo hiệu : Những thông tin điều khiển (tín hiệu nhấc máy, đặt máy, chữ số địa chỉ, gửi tiền v.v ) vốn có số hoá dễ dàng hợp hệ truyền dẫn số, có nghĩa thông tin điều khiển kết hợp liên kết truyền tin số hoá gồm ghép kênh phân chia thời gian, điều khiển tách biệt dễ dàng nhận biết kênh điều khiển Cách tiếp cận khác gồm việc gài mật mã điều khiển đặc biệt kênh truyền tin có mạch logic số hoá thiết bị đầu cuối nhận giải mã thông tin điều khiển Trong trường hợp, hệ thống truyền tin quan tâm thông tin điều khiển nhận biết từ đường truyền tin Trong tương phản, hệ thống truyền tin tương tự yêu cầu quan tâm đặc biệt tới hệ thống tín hiệu điều khiển Nhiều hệ thống truyền tin tương tự thể hoàn cảnh khó khǎn cho cài đặt thông tin điều khiển Một kết không may m3/4n nhiều khác biệt khuôn khổ tín hiệu điều khiển thủ tục tiến hành Khuôn khổ điều khiển phụ thuộc vào chất hai hệ thống truyền dẫn thiết bị đầu cuối chúng Trong số giao diện hệ thống mạng, thông tin điều khiển phải chuyển đổi từ khuôn khổ sang khuôn khổ khác Vì hệ thống báo hiệu đường truyền tin tương tự tương ứng với gánh nặng nề quản trị tài công ty điện thoại công cộng Sự chuyển đổi sang báo hiệu kênh chung loại bỏ hầu hết chi phí báo hiệu có liên quan với trục đường trung kế không thay đổi tình trạng đường dây thuê bao riêng biệt, báo hiệu thực phương tiện kênh thông tin Việc sử dụng đường dây thuê bao số hoá (DSLs) giảm chi phí truyền tín hiệu liên quan tới đường dây thuê bao tương tự, giúp bù đ3/4p giá thành cao (DSL) điện thoại số DSLs khía cạnh tảng ISDN Tóm lại, hệ thống số cho phép điều khiển thông tin cài đặt vào tách từ dòng thông tin cách độc lập với chất phương tiện truyền tin (dây cáp, sợi quang, vi ba, vệ tinh, ) Vì thiết bị báo hiệu thiết kế riêng biệt với hệ thống truyền dẫn Sau chức nǎng điều khiển khuôn khổ thay đổi không phụ thuộc vào hệ thống truyền dẫn Ngược lại, hệ thống truyền dẫn số nâng cấp không ảnh hưởng tới chức nǎng điều khiển hai đầu đường truyền 3) Sử dụng công nghệ đại Một ghép kênh ma trận chuyển mạch cho tín hiệu số hoá phân chia thời gian áp dụng với mạch sở sử dụng để xây dựng máy tính số hoá, cổng logic nhớ Điểm c3/4t sở chuyển mạch số hoá cổng "AND" với đầu vào logic gán cho tín hiệu thông tin đầu vào khác sử dụng cho điều khiển (lựa chọn điểm c3/4t qua) Vì phát triển gây ấn tượng mạnh mẽ công nghệ mạch tích hợp số hoá cho mạch logic nhớ máy tính ứng dụng cách trực tiếp đến truyền dẫn số hoá hệ thống chuyển mạch Qua thực tế, nhiều mạch tiêu chuẩn phát triển để sử dụng máy tính có hữu hiệu trực tiếp ma trận chuyển mạch ghép kênh Hình 3.5 trình bày ứng dụng ghép kênh phân chia thời gian số hoá, 16 kênh, bit xen sử dụng mạch logic số hoá chung Như ký hiệu chức nǎng ghép kênh gồm lấy mẫu theo chu kỳ từ 16 luồng liệu đầu vào Hoạt động tổng hợp toàn luồng liệu đồng với Tiến trình đồng luồng liệu đòi hỏi mạng logic phức tạp Tuy nhiên, việc ứng dụng ghép kênh TDM rẻ nhiều so với FDM tương tự Thậm chí, tiến vượt bậc công nghệ đại thành đạt sử dụng mạch tích hợp tỷ lệ lớn (LSI) thiết kế đặc biệt cho chức nǎng thông tin viễn thông lập/giải mã mật mã tiếng nói, ghép kênh, ma trận chuyển mạch, xử lý tín hiệu số mục đích đặc biệt mục đích chung (DSPs) Giá thành hạ tương đối nǎng suất cao mạch số cho phép ứng dụng số hoá sử dụng số ứng dụng đ3/4t dùng số linh kiện tương tự Thí dụ, chuyển mạch hoàn toàn không bị khoá không thực tế với ứng dụng tương tự thông thường trừ trường hợp kích thước nhỏ Trong chuyển mạch số đại, chi phí ma trận chuyển mạch không đáng kể Tuy nhiên, ứng dụng kích thước trung bình, kích thước ma trận chuyển mạch tǎng để cung cấp hoạt động không khoá yêu cầu Điện thoại tự động phân tán Collins-Rockwell phát triển thí dụ hoạt động chuyển mạch số môi trường tương tự Việc ứng dụng số chọn cách rộng rãi cung cấp cách kinh tế hoạt động không khoá Hình 3.5 Bộ ghép kênh TDM 16:1 Lợi ích công nghệ máy móc đại không bị hạn chế mạch số đơn lẻ Các mạch tích hợp tương tự tiến cách đáng kể, cho phép ứng dụng tương tự truuyền thông phát triển cách đáng kể Tuy nhiên nhu cầu phần tử tương tự chúng phải đường tuyến tính Như vậy, nhấn mạnh việc nghiên cứu phát triển, phân tử số nhanh dễ sản xuất linh kiện tương tự tuyến tính Ngoài ra, ứng dụng số có ưu việt tính nǎng tiềm tàng so với ứng dụng tương tự Lợi b3/4t nguồn từ thuận tiện tương đối tín hiệu số ghép kênh Một hạn chế lớn với việc sử dụng toàn linh kiện LSI gây nên khả nǎng hạn chế mối nối bên thiết bị Với kỹ thuật ghép kênh phân chia thời gian chân vật lý đơn độc sử dụng để truy nhập nhiều kênh thiết bị Như thế, kỹ thuật ứng dụng để giảm giá thành hệ thống truyền dẫn dùng bên modun địa phương để giảm tối thiểu đường nối bên tǎng tối đa việc sử dụng tích hợp tỷ lệ lớn Cuối cùng: "chuyển mạch vi mạch" số lớn kênh ghép kênh thành số lượng nhỏ đường nối tương ứng Sự phát triển công nghệ để có ảnh hưởng quan trọng mạng lưới điện thoại truyền dẫn cáp sợi quang Tuy nhiên cáp sợi quang không làm thuận lợi cho truyền tin số truyền tin tương tự, giao tiếp mạch điện tử với hệ thống sợi quang thực lần chế độ đóng/mở (hoạt động không tuyến tính) Như truyền tin số chiếm ưu so với ứng dụng cáp sợi quang, m3/4c dầu việc nghiên cứu công nghệ sợi quang tương tự quan trọng đặc biệt tín hiệu video 4) Hợp việc truyền tin chuyển mạch Theo truyền thống truyền tin tương tự hệ thống chuyển mạch mạng lưới điện thoại thiết kế quản lý tổ chức độc lập mặt chức nǎng Trong công ty điện thoại, hai loại thiết bị coi nhà máy bên nhà máy bên tương ứng Những thiết bị cần cung cấp mặt giao diện chuẩn, song thiết bị truyền tin phải độc lập mặt chức nǎng với thiết bị chuyển mạch Khi ghép kênh phân chia thời gian tín hiệu tiếng nói số đưa vào lĩnh vực tổng đài kỹ sư truyền thông b3/4t đầu quan tâm đến chuyển mạch số, điều trở nên rõ ràng thao tác dồn kênh phân chia thời gian giống với chức nǎng chuyển mạch phân chia thời gian Trong thực tế, giai đoạn đầu chuyển mạch số tạo tín hiệu TDM mức chất, chí giao tiếp với đường truyền tin tương tự Vì thao tác ghép kênh hệ thống truyền dẫn dễ dàng tích hợp thiết bị chuyển mạch Tiến việc kết hợp hệ thống thể hình 3.6 Thiết bị tách kênh (các ngân hàng kênh) trạm chuyển mạch không cần thiết thiết bị chuyển mạch giai đoạn đầu loại bỏ Nếu đầu đường trung kế số TDM tập hợp chuyển mạch số, ngân hàng kênh đầu đường trung kế loại bỏ Trong mạng tích hợp tổng thể, tín hiệu tiếng nói số hoá gần nguồn giữ nguyên số hoá chúng phân phát tới địa đích chúng Hơn nữa, toàn đường trung kế nối tổng đài đường liên kết nội hệ thống chuyển mạch mang tín hiệu TDM cách độc quyền Vì ghép kênh tách kênh mức không tồn ngoại trừ bên mạng lưới Mặc dầu tích hợp tín hiệu DSI thiết bị chuyển mạch phổ biến, tích hợp tín hiệu mức cao bị phức tạp hoá dạng ghép kênh mức cao (lấp đầy xung) Một dạng dồn kênh (SONET) dễ thay đổi nhiều để hướng đường liên kết vào hệ thống chuyển mạch Hình 3.6 Tích hợp truyền dẫn chuyển mạch Tích hợp chức nǎng truyền dẫn chuyển mạch không loại bỏ nhiều thiết bị mà cải thiện đáng kể chất lượng tiếng nói điểm tới điểm Bằng cách loại bỏ biến đổi lặp nhiều lần tương tự sang số số sang tương tự cách sử dụng đường truyền có tỷ lệ lỗi thấp, chất lượng tiếng nói xác định trình mã hoá Tóm lại, lợi ích việc thực mạng số tích hợp toàn : Chất lượng tiếng nói đường dài tương đồng với chất lượng tiếng nói khu vực phương diện tạp âm, mức tín hiệu độ biến dạng 2 Vì mạch số vốn dây, tiếng vang loại bỏ việc ghép đôi hoàn toàn thực mạch số dây có khả nǎng Nhu cầu cáp đầu vào phân bố khung (mainframe) đôi dây ghép giảm đáng kể toàn đường trung kế ứng dụng kênh tín hiệu TDM 5) Tái tạo tín hiệu Sự có mặt tiếng nói (hoặc tín hiệu tương tự đó) dạng số kéo theo việc biến đổi tín hiệu dạng sóng tương tự liên tục thành chuỗi giá trị mẫu rời rạc Mỗi giá trị mẫu rời rạc biểu diễn số chữ số thông tin nhị phân Khi truyền đi, chữ số nhị phân biểu diễn hai giá trị tín hiệu có (có nghĩa có xung / xung xung dương / xung âm) Công việc thiết bị nhận tin định giá rời rạc chuyển thể thông tin dãy mẫu thông tin rời rạc mã hoá dạng nhị phân Nếu có số lượng nhỏ tạp âm, nhiễu biến dạng ảnh hưởng đến tín hiệu trình truyền tin, số liệu nhị phân máy thu đồng với dãy nhị phân sinh số hoá trình mã hoá Như trình bày hình 3.7 Quá trình truyền tin, không kể tồn không hoàn hảo đó, không thay đổi chất cần thiết thông tin Tất nhiên, không hoàn hảo gây nên thay đổi đáng kể tín hiệu, lỗi tách sóng xảy số liệu nhị phân máy thu số liệu nguyên thuỷ cách xác Thuộc tính tảng hệ thống số xác suất lỗi truyền tin thực nhỏ tuỳ ý cài đặt lặp tái sinh điểm đường truyền tin Nếu địa điểm gần nhau, nút trung gian tách sóng tái sinh tín hiệu số trước thoái hoá cảm ứng kênh trở nên đủ rộng để gây nên sai số định Tỷ lệ sai số điểm đến tạo nên độ nhỏ tuỳ ý cài đặt số lượng thích hợp nút tái sinh đường truyền tin Hình 3.7 Tái sinh tín hiệu đường lặp lại số Lợi ích trực tiếp trình tái sinh khả nǎng cô lập hiệu ứng thoái hoá tín hiệu Vì thoái hoá phận tái sinh đặc biệt đường truyền tin không gây nên sai số, hiệu ứng loại bỏ Ngược lại, suy yếu tín hiệu truyền tin tương tự tích luỹ từ phận đến phận Hệ thống riêng rẽ mạng lưới tương tự rộng phải thiết kế với việc điều khiển cách chặt chẽ hiệu suất truyền tin để chất lượng truyền điểm tới điểm chấp nhận Mặt khác, hệ thống riêng rẽ mạng lưới số cần thiết kế để đảm bảo tỷ lệ sai số tối thiểu đó, mục tiêu thực dễ dàng Khi mạng lưới số hoàn toàn thiết kế với đủ điểm tái sinh để loại bỏ sai số kênh cách hữu hiệu, chất lượng truyền tin toàn mạng lưới xác định trình số hoá hệ thống truyền tin Xử lý đảo tương tự sang số vốn độ tin cậy tín hiệu nguồn tín hiệu dạng sóng tương tự liên tục thể giá trị mẫu rời rạc Tuy nhiên, cách thiết lập đủ mức rời rạc, tín hiệu dạng sóng tương tự thể với sai số đảo mong muốn Quyết định tǎng đòi hỏi nhiều bit độ rộng dải tần lớn truyền tin Vì hệ thống truyền tin số cung cấp dễ dàng trao đổi chất lượng truyền tin độ rộng dải tần (Trao đổi tương tự tồn tín hiệu tương tự điều biến tần số) 6) Hiệu suất điều khiển ích lợi bổ sung cấu trúc tín hiệu độc lập theo nguồn hệ truyền tin số chỗ chất lượng tín hiệu nhận được xác định không cần hiểu biết chất đường thông Đường truyền tin thiết kế để sản xung xác định tốt với mức rời rạc Bất kỳ chệch tín hiệu nhận khác với số dự tính ban đầu lập thiết kế, thể thoái hoá chất lượng truyền tin Nhìn chung hệ thống tương tự điều khiển, thử nghiệm mặt chất lượng phục vụ cấu trúc tín hiệu truyền không rõ Các tín hiệu ghép kênh FDM bao gồm loại đặc trưng tín hiệu chuẩn để đo liên tục kênh mức nguồn Mức nguồn tín hiệu chuẩn phương tiện hiệu để đánh giá tỷ lệ tín hiệu âm tạp - môi trường âm tạp cố định Vì thế, âm tạp biến dạng xác định cách đo mức nǎng lượng khe tin chưa dùng rìa bǎng truyền tín hiệu Tuy nhiên trường hợp nào, chất lượng kênh phục vụ đo trực tiếp Một phương pháp chung đo chất lượng đường truyền tin số thêm bit ch1/2n lẻ bit CRC vào luồng thông tin Sự cấu trúc thừa đưa vào luồng liệu bit ch1/2n lẻ cho phép mạch logic số máy thu xác định dễ dàng tỷ lệ sai số kênh Nếu tỷ lệ sai số vượt vài giá trị ban đầu đường truyền tin bị thoái hoá Kỹ thuật khác để đo chất lượng truyền tin phục vụ sử dụng đường hệ chuyển tải T Kỹ thuật gồm việc theo dõi dư thừa ch3/4c ch3/4n dạng sóng tín hiệu Khi mẫu dư thừa máy thu chệch khỏi mức bình thường, việc giải sai số xảy 7) Sự thích ứng với dịch vụ khác : Điều trước hệ thống truyền dẫn số thích ứng cách dễ dàng thông tin điều khiển (hệ thống báo hiệu) Thực tế thể hướng tảng truyền dẫn số : thông tin mã hoá dạng số (dù chất tiềm tàng số hay biến đổi từ tương tự) thể dạng tín hiệu chung hệ thống truyền dẫn Do vậy, hệ thống truyền dẫn không cần cung cấp ý đặc biệt dịch vụ riêng lẻ có thể, thực tế, cách tổng quát không khác biệt chất đường thông mà chuyển tải Trong mạng lưới tương tự, tiêu chuẩn truyền dẫn mạch tiếng nói KHz Tất dịch vụ đặc trưng số liệu fax phải chuyển đổi "giống tiếng nói" Đặc biệt tín hiệu số liệu phải đảo thành dạng tương tự thông qua việc sử dụng điều biến (modem) Các kênh tương tự chuẩn cần thiết phải tối ưu hoá chất lượng tiếng nói Trong cách làm tương tự, đặc tính truyền dẫn (như tương ứng pha tạp âm xung) thu nhận ý so với sút chất lượng tiếng nói Một vài cân nh3/4c nhấn mạnh, đặc biệt biến dạng pha tình trạng khẩn dịch vụ số liệu tốc độ cao Việc sử dụng mạng tương tự dịch vụ phi tiếng nói có lẽ cần đến bù đặc biệt suy yếu truyền dẫn tương tự khác Nếu kênh tương tự sử dụng ứng dụng đặc biệt Ngược lại thông số chất lượng hệ thông số tỷ lệ lỗi Các kênh có tỷ lệ lỗi thấp đạt cách dễ dàng Hiệu ứng lỗi kênh loại bỏ cách hữu hiệu thủ tục điều khiển lỗi thực người sử dụng Lợi ích tǎng thêm dạng truyền dẫn chung đường thông từ loại nguồn khác bị phá trộn bên trong đường truyền dẫn đơn mà không bị nhiễu tương hỗ Việc sử dụng phương tiện truyền dẫn chung tín hiệu tương tự phức tạp dịch vụ riêng lẻ đòi hỏi phân biệt mức chất lượng Thí dụ, tín hiệu vô tuyến đòi hỏi chất lượng truyền dẫn lớn tín hiệu tiếng nói, chúng không thường xuyên kết hợp với kênh tiếng nói FDM hệ thống truyền dẫn tương tự dải rộng Mặc dù vậy, công ty điện thoại lo l3/4ng đến dịch vụ tiếng nói (PDTS), phát triển nhanh truyền tin số liệu thúc đẩy quan tâm tǎng nhu cầu thích ứng truyền dẫn số liệu Những tiến vốn có hệ thống số thông tin số liệu giúp thúc đẩy phát triển dịch vụ phi tiếng nói kênh số trở nên dễ truy nhập tới thông qua ISDN 8) Hoạt động tỷ lệ tín hiệu / tạp âm tín hiệu / nhiễu thấp : Tạp âm nhiễu mạng tiếng nói tương tự hầu hết trở nên rõ ràng thời gian dừng lời biên độ tín hiệu thấp Một khối lượng nhỏ tương ứng tạp âm xuất dừng nói làm bực người nghe mức độ tương tự tạp âm nhiễu không đáng kể tiếng nói thể Vì mức tạp âm tuyệt đối kênh rỗi xác định chất lượng tiếng nói tương tự Đánh giá chủ quan chất lượng tiếng dẫn đến tiêu chuẩn mức tạp âm cực đại gồm 28 dBrn CO (-62 dBmO) cho hệ thống chuyển tải ng3/4n 34 dBrn CO (-56 dBmO) cho hệ thống chuyển tải dài Để so sánh, mức cường độ mạnh người nói tích cực điển hình - 16 dBMO Vì tỷ lệ điểm tới điểm từ tín hiệu đến tạp âm đặc trưng mạng tương tự 46 40 dB hệ chuyển tải ng3/4n dài tương ứng Tỷ lệ tín hiệu tạp âm hệ thống truyền dẫn riêng lẻ cần thiết cao Trong hệ thống số, điểm dừng tiếng nói mã hoá với mẫu số liệu đặc biệt truyền mức cường độ tương tự tiếng nói mạnh Bởi tái sinh tín hiệu loại bỏ cách vô hình toàn tạp âm nảy sinh môi trường truyền dẫn Tạp âm kênh rỗi xác định trình mã hoá đường truyền dẫn Vì chỗ ng3/4t tiếng nói không xác định mức tạp âm cực đại chúng làm hệ thống tương tự Các đường dây truyền dẫn số cho phép lỗi tỷ lệ tín hiệu tạp âm từ 15 tới 25 dB phụ thuộc vào kiểu mã đường hay điều biến sử dụng Khả nǎng hệ thống truyền dẫn số việc loại bỏ xuyên âm quan trọng khả nǎng để hoạt động nức cao tương ứng tạp âm ngẫu nhiên Một quan niệm r3/4c rối thiết kế bảo dưỡng mạng tương tự cần thiết loại bỏ xuyên âm đàm thoại Vấn đề lên rõ tạm dừng kênh lúc kênh khác bị nhiễu cường độ cực đại thời điểm xuyên âm mức độ thấp thấy rõ Xuyên âm đặc biệt không mong đợi dễ hiểu vi phạm đến riêng tư người Chỗ ng3/4t tiếng nói không sản tín hiệu biên độ thấp đường truyền dẫn số Đường truyền dẫn số bảo tồn tín hiệu số biên độ không đổi Do mức thấp tiếng nói chuyện chen vào loại bỏ trình tái sinh lặp số máy thu số Thậm chí xuyên âm biên độ thích hợp gây nên lỗi tách sóng, hiệu ứng xuất tạp âm ngẫu nhiên khó hiểu Vì thực tế hệ thống số cần độ rộng dải tần lớn hệ thống tương tự so sánh độ rộng dải tần rộng có nghĩa xuyên âm mức tạp âm lớn hơn, khả nǎng hoạt động mức SNRs thấp có lẽ yêu cầu hệ thống số tính ưu việt 9) Sự thuận tiện mã hoá Mặc dầu hầu hết người sử dụng điện thoại cần đễn mã hoá tiếng nói, song thuận tiện mà luồng bit số ngẫu nhiên hoá giải ngẫu nhiên, nghĩa mạng lưới số cung cấp thêm thuận lợi cho người sử dụng với đàm thoại nhạy cảm Ngược lại, tiếng nói tương tự vô khó mã hoá nhìn chung không an toàn tiếng nói mã hoá số Như đề cập trước đây, mã hoá tiếng nói số thu hút quan tâm quân đội 3.2.6 Hệ phân cấp số Như trường hợp phương pháp truyền dẫn tương tự phân cấp theo BG, SG MG, phương pháp truyền dẫn số phân cấp từ mức ghép kênh sơ cấp đến mức ghép kênh cấp cao Tốc độ Mb/s Châu Âu 1.544 2.048 B3/4c Mỹ Nhật Bản DS1 (24ch) Nhóm sơ cấp CEPT1 (30ch) (24ch) 3.152 DS1C (48ch) 6.312 DS2 (96ch) 8.448 CEPT2 (120ch) (96ch) 32.064 34.368 Nhóm cấp hai Nhóm cấp ba CEPT3 (480ch) 44.736 (480ch) DS3 (672ch) 97.728 Nhóm cấp tư (1,440ch) 139.264 CEPT4 (1,920ch) 274.176 DS4E (2,016ch) DS4 (4,032ch) 397.200 564.992 1.600.00 Nhóm cấp nǎm CEPT5 (7,680ch) DS5E (8,064ch) (5,760ch) Nhóm cấp sáu (23,040ch) Bảng 3.3 Hệ thống phân cấp truyền dẫn TDM nước Mỗi nước xác định hệ thống phân cấp truyền dẫn việc xem xét tốc độ bit môi trường truyền dẫn, mã hoá tốc độ bit tín hiệu khác nhau, kết nối với hệ thống chuyển mạch, cấu hình mạng, xu hướng tiêu chuẩn quốc tế khác Đó là, Châu Âu chúng xác định 2.048 - 8.448 - 34.368 - 139.264 - 564.992 Mỹ 1.544 - 6.312 - 44.736 - 274.176 Nhật Bản chúng xác định 1.544 - 6.312 - 32.064 97.728 - 397.200 Trong hệ thống phân cấp B3/4c Mỹ nay, khả nǎng truyền dẫn kênh toàn 64 Kbps, tốc độ sở ISDN không khuyến nghị trường quốc tế mức DSI, không phát triển Tất nhiên, phương pháp B8ZS (lưỡng cực với số thay thế) thoả mãn cho việc đảm bảo toàn công suất kênh mức DSI Tuy nhiên để áp dụng chúng tất mạng tồn tại, công nghệ đòi hỏi phải nâng cấp đáng kể Hệ thống phân cấp truyền tín hiệu số dựa công nghệ ghép kênh không đồng tốc độ cấu hình khung cố định Vì trường hợp môi trường ghép kênh đồng việc xem xét chuyển mạch đường dây phải tiến hành cách ngẫu nhiên mức ghép kênh, chúng không phù hợp Kết quả, từ 1986 ITU - T đ* điều tiết toàn hệ thống phân cấp truyền tín hiệu không đồng B3/4c Mỹ Châu Âu, tiến hành nghiên cứu hệ thống cấp bậc số đồng có khả nǎng điều tiết tín hiệu dải bǎng rộng (H2, H4) dải bǎng rộng ISDN (B - ISDN) mặt giao diện liên quan Kênh H2 kênh với tốc độ thay đổi từ 30Mbps đến 45 Mbps, chúng sử dụng cho truyền dẫn chương trình phát truyền hình tổng hợp Kênh H4 có tốc độ khoảng 135 Mbps Chúng mong đợi sử dụng cho truyền dẫn vô tuyến có độ phân dải cao (HDTV) tương lai gần Những đề nghị Giao diện Thiết bị đầu cuối Nối chuyển mạch Thiết bị ghép kênh B3/4c Mỹ Châu Âu G703 G703 Nhóm thứ G733 G732, 735 Nhóm thứ G746 G744 Nhóm thứ G705, Q502, 512 G705, Q503, 513 Nhóm thứ G705, Q503, 513 G705, Q503, 513 Nhóm thứ G734 G736 Nhóm thứ G743 G742, 745 Nhóm thứ G752 G751, 753 Nhóm thứ G751, 754 Thiết bị truyền Nhóm thứ G911, 951 G921, 952, 956 dẫn đường Nhóm thứ G912, 951, 955 G921, 952, 954, 956 Nhóm thứ G914, 953, 955 G921, 952, 954, 956 Nhóm thứ G921, 954, 956 Hội nghị video H120, 130 H120, 130 Ghép kênh G 794 G 793 truyền dẫn Mã truyền dẫn G 761 Bảng 3.4 Khuyến nghị ITU-T hệ thống phân cấp truyền tín hiệu số