Giao tiếp với đường truyền điện thoại bằng vi điều khiển

Header Page of 237 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ ĐỒN VĂN TUẤN GIAO TIẾP VỚI ĐƢỜNG TRUYỀN ĐIỆN THOẠI BẰNG VI ĐIỀU KHIỂN Ngành: Công nghệ Điện Tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGÔ DIÊN TẬP Hà nội 2009 Footer Page of 237 Header Page of 237 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .4 DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐIỆN THOẠI 1.1 Mạng viễn thông 1.1.1 Khái niệm mạng viễn thông 1.1.2 Các đặc điểm mạng viễn thông 10 1.2 Tổng quan tổng đài kỹ thuật số SPC 12 1.3 Kỹ thuật báo hiệu .13 1.3.1 Khái niệm .13 1.3.2 Các chức báo hiệu 13 1.3.3 Đặc điểm hệ thống báo hiệu 14 1.3.4 Nội dung báo hiệu 14 1.3.4.1 Phân tích gọi 14 1.3.4.2 Phân loại báo hiệu 15 1.3.4.3 Phân theo chức 15 1.3.4.4 Phân theo tổng quan 17 1.3.5 Phƣơng pháp truyền dẫn báo hiệu 18 1.3.5.1 Báo hiệu kênh kết hợp (CAS) 18 1.3.5.2 Báo hiệu kênh chung (CCS) 18 1.4 Kỹ thuật chuyển mạch .20 1.4.1 Chuyển mạch kênh .21 1.4.1.1 Chuyển mạch thời gian kỹ thuật số 21 1.4.1.2 Chuyển mạch không gian kỹ thuật số 23 1.4.1.3 Chuyển mạch ghép 25 1.4.2 Chuyển mạch gói 27 1.4.2.1 Nguyên lí chuyển mạch gói 27 1.5 Mạng viễn thông hệ sau 28 1.5.1 Định nghĩa 28 1.5.2 Đặc điểm NGN .29 Footer Page of 237 Header Page of 237 1.5.3 Các dịch vụ mạng NGN 30 Chƣơng 2: SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH 34 2.1 Sơ đồ khối 34 2.2 Khối Vi điều khiển 34 2.3 Khối thu phát âm 34 2.4 Khối mã hóa giải mã DTMF 35 2.4.1 Khái niệm mã DTMF 35 2.4.2 Thuật toán Goertzel 36 2.4.3 Mô tả phần mền thuật toán Goertzel 37 2.4.4 Mã hoá giải mã DTMF dùng IC 40 2.4.4.1 Mã hoá dùng IC MT8880 .40 2.4.4.2 Giải mã dùng IC MT8880 40 2.5 Khối giải mã FSK .40 2.5.1 Ví dụ tin theo khuôn dạng SDMF .41 2.5.2 Ví dụ tin theo khn dạng MDMF 42 2.6 Khối khuếch đại tín hiệu âm 43 2.7 Khối giao tiếp tín hiệu cảnh báo .43 2.8 Khối hiển thị .44 2.9 Phần mềm biên dịch 44 2.10 Mạch nạp cho Vi điều kiển PIC 45 Chƣơng Thiết kế chi tiết mạch 48 3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch .48 3.1.1 Sơ đồ nguyên lý khối Vi điều khiển 48 3.1.2 Sơ đồ mã hóa giải mã DTMF .49 3.1.3 Khối giải mã FSK .50 3.1.4: Khối thu phát âm 52 3.1.5 Khối nguồn cung cấp 54 3.1.6 Khối giao tiếp đƣờng điện thoại .54 3.1.7 Khối cảm nhận tín hệu chng đến 55 3.1.8 Khối khuếch đại 56 3.1.9 Khối giao tiếp tín hiệu cảnh báo .56 3.1.10 Khối hiển thị LCD 56 3.1.11: Khối giao tiếp máy tính 57 3.2 Nguyên lý hoạt động mạch .58 Footer Page of 237 Header Page of 237 3.2.1 Quá trình cảnh báo 59 3.2.2 Quá trình thêm số điện thoại vào nhớ 59 3.2.3 Quá trình kiểm tra, thay đổi xóa số điện thoại 60 3.2.4 Quá trình thay đổi tin 62 3.3 Sơ đồ bố trí linh kiện mạch in 62 3.4 Mạch sản phẩm sau trình nghiên cứu 63 KẾT LUẬN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC 69 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ATM CAS CCS DTMF FSK GSU HLE ISDN MDMF NGN PCM PSDN PSTN RLE S SCU SDMF SLTU T TDM TE TE VPN Footer Page of 237 Asynchronous transfer mode Chanel Associated Signalling Common Chanel Signalling Dual Tone Multifrequency Frequency Shift Key Group-switch unit Host local Exchange Integrated Service Digital Network Multiple Data Message Format Next Generation Network Pulse-code modulation Public Switching Data Network Public Switching Telephone Network Remote Local Exchange Space Subscriber-concentrator unit Single Data Message Format Subscriber line-termination unít Time Time Division Multiplex Transit Exchange Transit Exchange Virtual Private Network Truyền không đồng Báo hiệu kênh riêng Báo hiệu kênh chung Mã đa tần Khóa dịch tần số Chuyển mạch nhóm Tổng đài nội hạt Mạng tích hợp số đa dịch vụ Khn dạng nhiều tin Mạng hệ tiếp Điều chế xung mã Mạng chuyển mạch số liệu công cộng Mạng điện thoại công cộng Tổng đài vệ tinh Không gian Bộ tập trung thuê bao Khuôn dạng tin Đơn vị đường thuê bao Thời gian Ghép kênh phân chia theo thời gian Tổng đài chuyển tiếp Tổng đài chuyển tiếp Mạng riêng ảo Header Page of 237 DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH Bảng1 : Các tần số tƣơng ứng phím 33 Bảng 2: Mô tả thời gian chu kì đọc ghi MT8880 .50 Hình 1.1: Các thành phần mạng viễn thơng Hình 1.2: Cấu hình mạng Hình 1.3: Cấu trúc mạng phân cấp Hình 1.4: Sơ đồ tổng quát tổng đài SPC kỹ thuật số .12 Hình 1.5: Phân tích gọi thành cơng thơng 14 Hình 1.6: Tín hiệu âm mời quay số 15 Hình 1.7 : Tín hiệu âm báo bận 15 Hình 1.8 : Tín hiệu hồi âm chuông 16 Hình 1.9: Quay số xung thập phân(số 42…) 17 Hình 1.10: Quay số mã đa tần 17 Hình1.11: Sơ đồ tổng quan báo hiệu 18 Hình1.12: Báo hiệu kênh kết hợp .18 Hình1.13: Các tín hiệu báo hiệu 19 Hình 1.14: Báo hiệu kênh chung 20 Hình 1.15: Cấu trúc tin CCS .20 Hinh 1.16: Trƣờng chuyển mạch thời gian kĩ thuật số 21 Hình 1.17: Nguyên lý chuyển mạch không gian kỹ thuật số 24 Hình 1.18: Cấu trúc chuyển mạch khơng gian 25 Footer Page of 237 Header Page of 237 Hinh 1.19: Mơ hình chuyển mạch ghép TS .25 Hinh 1.20: Mơ hình chuyển mạch ghép ST .26 Hinh 1.21: Mơ hình chuyển mạch TST 26 Hình 1.22: Mạng chuyển mạch gói 27 Hình 1.23: Nguyên lý cắt mảnh tạo gói .28 Hình 1.24: Topo mạng hệ sau .29 Hình 1.25: Một số dịch vụ NGN điển hình 31 Hình 2.1: Sơ đồ khối mạch 34 Hình 2.2: Dạng tín hiệu phím 35 Hình 2.3: Lƣu đồ tín hiệu cho tính tốn đệ quy cấp DFT .37 Hình 2.4: Biểu đồ tín hiệu cho bậc phép tính đệ quy X(k) 37 Hình 2.5: Bộ lọc bậc song song lựa chọn DFT cần tính 38 Hình 2.6: Lƣu đồ giải mã DTMF .39 Hình 2.7: Khn dạng tin SDMF 41 Hình 2.8: Khn dạng tin MDMF 42 Hình 2.9: Giao diện CCS 44 Hình 2.10: Hình bên ngồi PICKit2 45 Hình 2.11: Hình bên PICKit2 46 Hình 2.12: Giao diện ICSP .46 Hình 2.13: Giao diện PICKit2 47 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý khối Vi điều khiển 48 Hình 3.2: Chu kỳ đọc MT8880 49 Hình 3.3: Chu kỳ ghi MT 8880 49 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý khối mã hoá giải mã DTMF 50 Hình 3.5: Mạch giải mã FSK 51 Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý mạch giải mã FSK .52 Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý khối thu phát âm 53 Hình 3.8: Giản đồ thời gian ghi ISD1110 .53 Hình 3.9: Giản đồ phát âm ISD1110 54 Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn cung cấp 54 Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý kết nối với đƣờng dây điện thoại .55 Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý khối cảm nhận chng .55 Hình 3.13: Sơ đồ nguyên lý khối khuếch đại 56 Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp tín hiệu cảnh báo .56 Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý ghép nối với LCD .57 Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lý ghép nối với máy tính 57 Footer Page of 237 Header Page of 237 Hình 3.17: Lƣu đồ chọn chế độ hoạt động 58 Hình 3.18: Lƣu đồ thuật tốn q trình cảnh báo .59 Hình 3.19: Lƣu đồ thêm số điện thoại 60 Hình 3.20: Lƣu đồ kiểm tra thay đổi số điện thoại 61 Hình 3.21: Lƣu đồ trình ghi âm 62 Hình 3.22: Sơ đồ bố trí linh kiện 62 MỞ ĐẦU Ngày điện thoại khơng vấn đề q lớn, trở thành vật khơng thể thiếu với gia đình Nhu cầu sử dụng điện thoại khơng đơn nghe gọi nhắn tin mà với công nghệ ngày phát triển Con người khai thác điện thoại vào nhiều tiện ích sống Để đáp ứng nhu cầu người nhà cung cấp dịch vụ mở nhiều dịch vụ tiện ích th bao Ngồi ra, khoa học kĩ thuật ngày phát triển, có nhiều dòng Vi điều khiển đời mang lại hội lớn cho người u thích ngành nghề điện tử viễn thơng Với dòng Vi điều khiển đủ mạnh với cơng cụ hỗ trợ, khai thác mạng điện thoại Biến từ hệ thống với ý tưởng chủ yếu nghe, Footer Page of 237 Header Page of 237 gọi nhắn tin trở thành mạng mang lại nhiều tiện ích cho sống việc phải xử lý tín hiệu đường truyền điện thoại Từ ý tưởng lựa chọn nghiên cứu khai thác mạng điện thoại với đề tài “ Giao tiếp với đƣờng truyền điện thoại Vi điều khiển” Mạng điện thoại dùng dây đời lâu, nhiên đến ngày công cụ phổ biến đời sống Tuy mạng điện thoại dùng dây ln bị phiển tối dây kết nối điều lại có ưu điểm tín hiệu ln kết nối, sẩy tình trạng nghẽn mạch đặc biệt điện thoại lấy nguồn từ tổng đài ln ln hoạt động trừ tổng đài khơng hoạt động Từ hai yếu tố tín hiệu tin cậy luôn hoạt động điều kiện tốt cho ứng dụng tiện ích ví dụ gửi tin cảnh báo đến số điện thoại nạp trước Bản luận văn bao gồm chương phụ lục: Chương 1: Tổng quan mạng điện thoại Chương 2: Sơ đồ khối mạch Chương 3: Thiết kế chi tiết mạch Phụ lục Trong chương nêu sở lý thuyết hệ thống mạng điện thoại bao gồm phân cấp tổng đài, nêu thành phần tổng đài số SPC, kĩ thuật báo hiệu, kĩ thuật chuyển mạch dịch vụ tiện ích mạng viễn thơng hệ sau Chương mô tả khối mạch, khối phân tích đưa phương án lựa chọn linh kiện Chương nêu phân tích sơ đồ nguyên lý khối, phân tích nguyên lý hoạt động mạch, cách bố trí linh kiện mạch sản phẩm thu sau nghiên cứu Phần phụ lục khảo sát số IC sử dụng mạch với chương trình viết cho mạch Chƣơng TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐIỆN THOẠI 1.1 Mạng viễn thông [2] 1.1.1 Khái niệm mạng viễn thông Mạng viễn thông phương tiện truyền đưa thơng tin từ đầu phát tới đầu thu Mạng có nhiệm vụ cung cấp dịch vụ cho khách hàng Mạng viễn thơng bao gồm thành phần chính: thiết bị chuyển mạch, thiết bị Footer Page of 237 Header Page of 237 truyền dẫn, môi trường truyền thiết bị đầu cuối Thiết bị chuyển mạch Thiết bị truyền dẫn Môi trường truyền dẫn Thiết bị truyền dẫn Thiết bị chuyển mạch Hình 1.1: Các thành phần mạng viễn thơng - Thiết bị chuyển mạch gồm có tổng đài nội hạt tổng đài chuyển tiếp Các thuê bao nối vào tổng đài chuyển tiếp Nhờ thiết bị chuyển mạch mà đường truyền dẫn dùng chung mạng sử dụng cách kinh tế - Thiết bị truyền dẫn dùng để nối thiết bị đầu cuối với tổng đài Hay tổng đài để thực việc truyền đưa tín hiệu điện Thiết bị truyền dẫn chia làm hai loại: thiết bị truyền dẫn phía thuê bao thiết bị truyền dẫn cáp quang Thiết bị truyền dẫn phía th bao dùng mơi trường truyền thường cáp kim loại, nhiên có số trường hợp mơi trường truyền cáp quang vô tuyến - Môi trường truyền bao gồm truyền hữu tuyến vô tuyến, truyền hữu tuyến bao gồm cáp kim loại, cáp quang Truyền vô tuyến bao gồm vi ba, vệ tinh - Thiết bị đầu cuối cho mạng thoại truyền thống gồm máy điện thoại, máy fax, máy vi tính, tổng đài nhánh riêng (PABX) Mạng viễn thơng định nghĩa sau: Mạng viễn thông hệ thống gồm nút chuyển mạch nối với đường truyền dẫn Nút phân thành nhiều cấp kết hợp với đường truyền tạo thành cấp mạng khác hình 1.2 Mạng viễn thơng chia thành nhiều loại Đó mạng mắc lưới, mạng sao, mạng tổng hợp, mạng vòng kín mạng thang Các loại mạng có ưu điểm nhược điểm khác để phù hợp với đặc điểm vùng địa lý (trung tâm, hải đảo, biên giới,…) hay vùng lưu lượng (lưu thoại cao thấp,…) Footer Page of 237 Header Page 10 of 237 GW Sub Sub Sub Sub HLE HLE RLE TE RLE TE Sub Sub Sub Sub Hình 1.2: Cấu hình mạng TE: Transit Exchange - Tổng đài chuyển tiếp quốc gia HLE: Host local Exchange - Tổng đài nội hạt RLE: Remote Local Exchange – Tổng đài xa (tổng đài vệ tinh) Sub: Subscriber – Thuê bao Mạng viễn thông phân cấp sau: Footer Page 10 of 237 Cấp Tổng đài quốc tế Cấp Tổng đài chuyển tiếp quốc gia Cấp Tổng đài chuyển tiếp nội hạt Cấp Tổng đài nội hạt Cấp Tổng đài khu vực Header Page 11 of 237 Hình 1.3: Cấu trúc mạng phân cấp Trong mạng gồm nút: - Nút cấp 1: trung tâm chuyển mạch chuyển tiếp quốc tế - Nút cấp 2: trung tâm chuyển mạch chuyển tiếp đường dài - Nút cấp 3: trung tâm chuyển mạch chuyển tiếp nội hạt - Nút cấp 4: trung tâm chuyển mạch nội hạt - Nút cấp 5: trung tâm chuyển mạch từ xa 1.1.2 Các đặc điểm mạng viễn thơng Các mạng viễn thơng có đặc điểm chung tồn cách riêng lẻ, ứng với loại dịch vụ thơng tin lại có loại mạng viễn thông riêng biệt để thực dịch vụ - Mạng telex: dùng để gửi điện dạng kí tự mã hóa bít Tốc độ truyền thấp (từ 75 đến 300 bít/s) - Mạng điện thoại cơng cộng, gọi mạng POTS (plain Old Telephone Service): thơng tin tiếng nói số hóa chuyển mạch hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN - Mạng truyền số liệu: bao gồm mạng chuyển mạch gói để trao đổi số liệu máy tính dựa giao thức X.25 hệ thống truyền số liệu chuyển mạch kênh dựa giao thức X.21 - Các tín hiệu truyền hình truyền theo ba cách: truyền sóng vơ tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình cáp CATV (Cable Television) cáp đồng trục truyền qua hệ thống vệ tinh, hay gọi truyền trực tiếp DBS (Direct Broadcast System) - Trong phạm vi quan, số liệu máy tính trao đổi thơng qua mạng cục LAN (Local Area Network) mà tiếng mạng Ethernet, Token Bus mạng vòng thẻ Mỗi mạng thiết kế cho dịch vụ riêng biệt sử dụng cho mục đích khác Ví dụ ta khơng thể chuyển mạch gói X.25 trễ qua mạng q lớn Trước tìm hiểu mạng viễn thơng hệ sau NGN, cần hiểu rõ phát triển mạng mà tiêu biểu là: - Xét góc độ dịch vụ gồm mạng sau: mạng điện thoại cố định, mạng điện thoại di động mạng truyền số liệu - Xét góc độ kĩ thuật bao gồm mạng chuyển mạch, mạng truyền dẫn, Footer Page 11 of 237 Header Page 12 of 237 mạng truy nhập, mạng báo hiệu mạng đồng - PSTN (Public Switching Telephone Network) mạng chuyển mạch thoại công cộng PSTN phục vụ thoại bao gồm hai loại tổng đài: tổng đài nội hạt (cấp 5) tổng đài tandem (tổng đài chuyển tiếp nội hạt, cấp 4) Tổng đài chuyển tiếp nội hạt nối vào tổng đài Toll để giảm mức phân cấp Phương pháp nâng cấp tổng đài chuyển tiếp bổ sung cho nút lõi ATM Các lõi ATM cung cấp dịch vụ băng rộng cho thuê bao, đồng thời hợp mạng số liệu vào mạng chung ISDN Các tổng đài cấp cấp tổng đài loại lớn tổng đài có kiến trúc tập trung, cấu trúc phần phần mềm phần cứng độc quyền - ISDN (Integrated Service Digital Network) mạng số tích hợp đa dịch vụ ISDN cung cấp nhiều loại ứng dụng thoại phi thoại mạng xây dựng giao tiếp người sử dụng - mạng đa dịch vụ số giới kết nối chuyển mạch không chuyển mạch Các kết nối chuyển mạch ISDN cung cấp nhiều ứng dụng khác bao gồm nhiều chuyển mạch thực, chuyển mạch mạch gói kết hợp chúng Các dịch vụ phải tương hợp với kết nối chuyển mạch số 64 kbit/s ISDN phải chứa thông minh để cung cấp cho dịch vụ, bảo dưỡng chức quản lý mạng, nhiên tính thơng minh khơng đủ vài dịch vụ cần tăng cường từ mạng từ thông minh thích ứng cho thiết bị đầu cuối người sử dụng Sử dụng kiến trúc phân lớp đặc trưng truy xuất ISDN Truy xuất người sử dụng đến ISDN khác tùy thuộc vào dịch vụ yêu cầu tình trạng ISDN quốc gia Cần thấy ISDN sử dụng với nhiều cấu hình khác tùy theo trạng mạng viễn thông quốc gia - PSDN (Public Switching Data Network) mạng chuyển mạch số liệu công cộng PSDN chủ yếu cung cấp dịch vụ số liệu Mạng PSDN bao gồm PoP (Point of Presence: điểm diện) thiết bị truy nhập từ xa Hiện PSDN phát triển với tốc độ nhanh bùng nổ dịch vụ Internet mạng riêng ảo (Virtual Private Network) - Mạng di động GSM (Global Sytem for Mobile Telecom) mạng cung cấp dịch vụ thoại tương tự PSTN qua đường truy nhập vô tuyến Mạng chuyển mạch dựa công nghệ ghép kênh phân chia thời gian công nghệ ghép kệnh phân chia tần số Các thành phần mạng điều khiển trạm gốc, trạm chuyển tiếp gốc, đăng kí định vị thường trú, đăng kí định vị tạm trú thuê bao di động - Hiện nhà cung cấp dịch vụ thu lợi nhuận phần lớn từ dịch vụ Footer Page 12 of 237 Header Page 13 of 237 kênh thuê riêng, chuyển tiếp khung , ATM dịch vụ kết nối Tuy nhiên xu hướng giảm lợi nhuận từ dịch vụ bắt buộc nhà khai thác phải tìm dịch vụ dựa IP để đảm bảo lợi nhuân lâu dài VPN hướng nhà khai thác Các dịch vụ dựa IP cung cấp kết nối nhóm người sử dụng qua mạng hạ tầng cơng cộng VPN đáp ứng nhu cầu khách hàng kết nối dạng nhiều tới nhiều, lớp đa dịch vụ, dịch vụ giá thành quản lý thấp, riêng tư, tích hợp xuyên suốt với mạng Intranet/Extranet Một nhóm người sử dụng mạng Intranet Extranet hoạt động thơng qua mạng có định tuyến IP Các mạng riêng ảo có chi phí vận hành thấp hẳn so với mạng riêng phương tiện quản lý, băng thông dung lượng Hiểu cách đơn giản, VPN mạng mở rộng tự quản lựa chọn sở hạ tầng mạng WAN VPN liên kết người sử dụng thuộc nhóm kín hay nhóm khác VPN định nghĩa chế độ quản lý Các thuê bao VPN di chuyển đến kết nối mềm dẻo trải dài từ mạng cục đến mạng hoàn chỉnh Tuy nhiên mạng PSTN/ISDN mạng cung cấp dịch vụ liệu 1.2 Tổng quan tổng đài kỹ thuật số SPC [3] Các đường trung kế tương tự Đơn vị tập trung thuê bao Thuê bao Đơn vị kết cuối đường dây thuê bao M U x Khối chuyển mạch tập trung thuê bao MF Sig Khối chuyển mạch nhóm Đơn vị kết cuối trung kế tương tự Các đường trung kế số MF Sig CAS tones Bộ điều khiển đường dây thuê bao CCS Đơn vị chuyển mạch nhóm Hệ thống điều khiển tỏng đài Tuyến số Tuyến tương tự Tuyến điều khiển Footer Page 13 of 237 Các đầu cuối điều hành Header Page 14 of 237 Hình 1.4: Sơ đồ tổng quát tổng đài SPC kỹ thuật số Tổng đài bao gồm hai loại đơn vị: đơn vị tập trung thuê bao đơn vị chuyển mạch nhóm Các đơn vị tập trung thuê bao nằm xa gần đơn vị chuyển mạch nhóm, đơn vị chứa chuyển mạch số, mạch kết cuối đường dây, thiết bị điều khiển báo hiệu Hình 1.4 mô tả tổng đài cục với tập trung thuê bao (subscriber-concentrator unit_SCU) đơn vị chuyển mạch nhóm (group-switch unit_GSU), SCU thêm vào kết nối đến GSU tương tự Thông thường thiết bị điều khiển SCU thực vài chức điều khiển gọi, mối liên hệ với thiết bị điều khiển GSU Mức độ tự động thiết bị điều khiển CSU phụ thuộc vào thiết kế tổng đài Do khối điều khiển hình 1.4 bao gồm hai đơn vị tổng đài Cả hai đơn vị tổng đài chứa khối chuyển mạch Khối chuyển mạch tập trung thuê bao chuyển gọi số lớn đường dây thuê bao với lưu lượng tải thấp đến trung kế nội có khả tải cao, dẫn đến khối chuyển mạch nhóm Điều tạo nên liên kết trung kế từ đơn vị tập trung thuê bao, trung kế bên tuyến hợp nối Các gọi kết cuối SCU chuyển khối chuyển mạch tập trung thuê bao từ trung kế GSU đến đường thuê bao thích hợp Các khối chuyển mạch số với đặc tính cấu tạo chất bán dẫn số chế độ hoạt động TDM, làm việc với tín hiệu dạng số Do với đường tương tự kết cuối tổng đài phải chuyển sang dạng số phận ngoại vi khối chuyển mạch Công việc chuyển đổi thực đơn vị kết cuối trung kế tương tự phận ngoại vi khối chuyển mạch định tuyến Sự chuyển đổi cho đường dây thuê bao thực đơn vị đường thuê bao (subscriber line-termination unít_SLTU) ghép kênh phận ngoại vi khối chuyển mạch tập trung thuê bao SLTU hỗ trợ tất chức liên quan đến đường dây thuê bao Các chức bao gồm cấp nguồn cho truyền thoại, phát vòng DC tạo thuê bao nhấc ống nghe, phát xung quay số, bảo vệ thiết bị chuyển mạch chống lại tượng áp đường dây, chuyển đổi thuê bao tương tự hai dây với hệ thống chuyển mạch số dây, cấp dòng điện chng lên đường dây Các điều khiển đường dây hỗ trợ giao tiếp SLTU hệ thống điều khiển tổng đài cách tác động đầu cuối truyền tin Do đó, khoảng nghỉ xung quay số phát SLTU chuyển sang chữ số Footer Page 14 of 237 Header Page 15 of 237 điều khiển Với điều kiện ngoại lệ thành phần chiều DC, phát SLTU điều khiển nó, tất báo hiệu kiểm sốt nhóm truyền nhận chung Truy cập đường dây thuê bao thu đa tần (MF) hỗ trợ qua khối chuyển mạch tập trung thuê bao Truy cập đường trung kế nhóm báo hiệu truyền nhận khác báo hiệu đa tần, báo hiệu kênh liên kết (CAS) báo hiệu kênh chung (CCS) hỗ trợ khối chuyển mạch 1.3 Kỹ thuật báo hiệu [4] 1.3.1 Khái niệm Một mạng viễn thơng có nhiệm vụ chủ yếu thiết lập, giải tỏa trì kênh thuê bao với nút chuyển mạch hay nút chuyển mạch với Để thực điều này, cần phải có hệ thống thơng tin hổ trợ trao đổi hệ thống chuyển mạch với thiết bị đầu cuối hệ thống chuyển mạch với nhau, hệ thống thông tin gọi hệ thống báo hiệu 1.3.2 Các chức báo hiệu Chức giám sát: Chức giám sát sử dụng để nhận biết phản ảnh thay đổi trạng thái điều kiện số phần tử Chức tìm chọn: Chức liên quan đến việc thiết lập gọi khởi đầu băng thuê bao chủ gọi gửi thông tin địa thuê bao bị gọi Các thông tin địa với thông tin chức tìm chọn truyền tổng đài để đáp ứng trình chuyển mạch Chức vận hành: Nhận biết chuyển thông tin trạng thái tắc nghẽn mạng, thông thường trạng thái đường cho thuê bao chủ gọi Thông báo thiết bị, trung kế khơng bình thường trạng thái bảo dưỡng 1.3.3 Đặc điểm hệ thống báo hiệu - Có tính quốc tế - Phù hợp với thiết bị mà phục vụ - Khả phối hợp với hệ thống báo hiệu khác 1.3.4 Nội dung báo hiệu 1.3.4.1 Phân tích gọi Trong mạng điện thoại, thuê bao muốn nối với thuê bao khác mạng báo hiệu thơng báo cho mạng chuyển mạch biết thuê bao yêu Footer Page 15 of 237 Header Page 16 of 237 cầu phục vụ, sau trao cho chuyển mạch nội hạt số liệu cần thiết để nhận biết thuê bao xa cần đến từ định tuyến gọi cách xác Báo hiệu giám sát gọi trao cho thuê bao thông tin trạng thái mời quay số, âm báo bận, hồi âm chuông… Thuê bao gọi Thuê bao bị gọi Tổng đài Tín hiệu nhấc máy Âm mời quay số Các thơng tin địa th bao Tín hiệu chng Hồi âm chuông Thuê bao B nhấc máy Đàm thoại Đặt máy Đặt máy Hình 1.5: Phân tích gọi thành công 1.3.4.2 Phân loại báo hiệu + Phân theo chức - Báo hiệu nghe - nhìn (thơng báo) - Báo hiệu trạng thái (giám sát) - Báo hiệu địa (chọn số) + Phân theo tổng quan - Báo hiệu tổng đài với thuê bao - Báo hiệu tổng đài với tổng đài 1.3.4.3 Phân theo chức + Báo hiệu nghe nhìn Là loại báo hiệu nghe thấy thuê bao tiến trình gọi Đó loại thơng tin sau chủ yếu từ tổng đài đến thuê bao sau: Footer Page 16 of 237 Header Page 17 of 237 - Âm mời quay số: Khi thuê bao nhấc tổ hợp, trở kháng đường dây giảm xuống đột ngột Dẫn đến dòng điện dây tăng lên Điều tổng đài nhận biết thuê bao yêu cầu thiết lập gọi phát cho thuê bao âm mời quay số Hình 1.6: Tín hiệu âm mời quay số với tần số khoảng 425Hz liên tục - Âm báo bận thông báo: Trường hợp thuê bao bận, hay sau kết thúc gọi, thuê bao đặt máy, tổng đài phát âm báo bận cho thuê bao với tần số 425Hz Âm báo bận gửi cho thuê bao chủ gọi thuê bao sau khoảng thời 0,5s 0,5s Hình 1.7 : Tín hiệu âm báo bận gian sau nhận âm mời quay số mà chưa quay số Trường hợp thuê bao bị gọi vắng có dịch vụ đặc biệt tổng đài thông báo cho thuê bao chủ gọi tin tương ứng - Dòng chng: Dòng chng phát cho thuê bao bị gọi thuê bao rỗi với tín hiệu xoay chiều khoảng 75V AC, 25Hz - Hồi âm chuông: Hồi âm chuông phát cho thuê bao chủ gọi qua tuyến thoại từ tổng đài đổ chng cho th bao bị gọi Tín hiệu hồi âm chng có tần số 425Hz hình 1.8 - Các tin thông báo khác: Nếu tổng đài có tin đặc biệt ghi sẵn lý gọi khơng thành tình trạng ngẽn, hỏng hóc… tổng đài phát cho th bao chủ gọi tin tương ứng Trường hợp gọi không thành lý thuê bao bị gọi - Tín hiệu giữ phục hồi giữ máy 2s 4s lâu: Tín hiệu truyền tới thuê bao chủ gọi thuê bao bị gọi Footer Page 17 of 237 Hình 1.8 : Tín hiệu hồi âm chng Header Page 18 of 237 đặt máy tổng đài gửi tín âm báo bận mà thuê bao chủ gọi khơng nghĩ đến việc giải tỏa tuyến gọi Sau khoảng thời gian trễ tuyến thực giải tỏa Tín hiệu phát thuê bao trì trạng thái chọn số lâu Tín hiệu thường sau âm báo bận + Báo hiệu trạng thái (báo hiệu giám sát) - Trạng thái nhấc tổ hợp: Xuất thuê bao nhấc tổ hợp tín hiệu chiếm dùng từ đường trung kế gọi vào, biểu thị yêu cầu thiết lập gọi Sau thu tín hiệu này, tổng đài đấu nối với thiết bị thích hợp để thu thơng tin địa từ th bao chủ gọi từ đường trung kế - Trạng thái đặt tổ hợp: Xuất thuê bao đặt tổ hợp tín hiệu yêu cầu giải tỏa từ đường trung kế đưa tới Thông tin gọi kết thúc, yêu cầu giải tỏa tuyến gọi Khi nhận thông tin này, tổng đài giải phóng tất thiết bị dùng để đấu nối gọi xóa thơng tin dùng để thiết lập trì gọi, đồng thời thiết lập thơng tin tính cước - Trạng thái rỗi - bận: Dựa vào tình trạng tổ hợp thuê bao bị gọi đường trung kế rỗi hay bận đườnh truyền cho thuê bao chủ gọi - Tình trạng hỏng hóc: Bằng phép thử tổng đài xác định trình trạng đường dây để thơng báo cho thuê bao cho phận điều hành bảo dưỡng - Tín hiệu trả lời về: Khi đổ chng, sau th bao bị gói nhấc máy, tín hiệu dạng đảo nguồn truyền theo đường dây tới thuê bao chủ gọi Tín hiệu dùng để thao tác thiết bị đặt thuê bao chủ gọi tính cước thuê bao dùng thẻ + Báo hiệu địa Thơng tin địa gồm phần tồn địa th bao bị gọi, đơi kèm theo số liệu khác Sau nhận âm mời quay số, thuê bao tiến hành phát chữ số địa thuê bao bị gọi Các chữ số phát dạng thập phân hay dạng mã đa tần - Tín hiệu xung thập phân: Các chữ số địa phát dạng chuỗi gián đoạn mạch vòng chiều nhờ đĩa quay số hệ thống phím thập phân Số lượng lần gián đoạn thị chữ số địa trừ số „0‟ ứng với 10 lần gián đoạn Tốc độ gián đoạn 10 lần giây tỷ số xung 1: Footer Page 18 of 237 Header Page 19 of 237 Có khoảng thời gian số liên tiếp khoảng vài trăm ms trước chữ số để tổng đài phân biệt chữ số với 66,6ms mV 33,3ms 40mV Off-hook Quay số ms Hình 1.9: Quay số xung thập phân(số 42…) - Tín hiệu mã đa tần (DTMF) Phương pháp khắc phục nhược điểm phương pháp đếm số xung Nó sử dụng tần số âm tần để chuyển chữ số địa Khi ấn phím, ta nhận tín hiệu bao gồm kết hợp hai tần số: nhóm tần thấp nhóm nhóm tần cao gọi đa tần ghép cặp (Dual Tone Multifrequency_DTMF) Tín hiệu truyền dài hay ngắn phụ thuộc thời gian ấn phím Thời gian thời gian kéo dài tín hiệu Ưu điểm phương pháp nhanh 1.3.4.4 Phân theo tổng quan Báo hiệu tổng đài với thuê bao + Tín hiệu đường dây thuê bao chủ gọi: - Tín hiệu yêu cầu gọi - Tín hiệu yêu cầu giải tỏa tuyến gọi - Tín hiệu địa - Tín hiệu báo bận - Tín hiệu báo rỗi - Hồi âm chng - Tín hiệu trả lời - Tín hiệu giữ máy lâu + Tín hiệu đường dây th bao bị gọi: - Tín hiệu chng - Tín hiệu trả lời - Tín hiệu phục hồi : Báo hiệu liên tổng đài Footer Page 19 of 237 Hình 1.10: Quay số mã đa tần Header Page 20 of 237 Có thể truyền dẫn tín hiệu báo hiệu theo đường dây báo hiệu riêng chung với đường dây thoại Chúng sử dụng tần số băng tần tiếng nói ngồi dải tần tiếng nói Thường sử dụng kỹ thuật truyền sau: - Báo hiệu kênh kết hợp (Chanel Associated Signalling _CAS) - Báo hệu kênh chung (Common Chanel Signalling _CCS) 1.3.5 Phƣơng pháp truyền dẫn báo hiệu Có nhiều cách phân loại phương pháp truyền báo hiệu, ta phân thành hai loại sau : - Báo hiệu kênh kết hợp (CAS : Chanel Associated Signalling) - Báo hiệu kênh chung (CCS : Common Chanel Signalling) Báo hiệu Báo hiệu thuê bao Báo hiệu trung kế Báo hiệu kênh kết hợp CAS Báo hiệu kênh chung CCS Hình1.11: Sơ đồ tổng quan báo hiệu 1.3.5.1 Báo hiệu kênh kết hợp (CAS) SIG Tổng đài A Tuyến trung kế SIG SIG SIG SIG SIG Tổng đài B Hình1.12: Báo hiệu kênh kết hợp Báo hiệu kênh kết hợp loại báo hiệu mà đó, đường báo hiệu ấn định kênh thơng tin tín hiệu truyền theo nhiều cách khác + Các kỹ thuật truyền tín hiệu báo hiệu CAS: - Tín hiệu báo hiệu nằm kênh thoại (DC, băng) Footer Page 20 of 237 Header Page 21 of 237 - Tín hiệu báo hiệu nằm kênh thoại phạm vi tần số khác - Tín hiệu báo hiệu khe thời gian, mà đó, kênh thoại phân chia cách cố định theo chu kỳ + Các tín hiệu báo hiệu bản: Các tín hiệu báo hiệu tổng đài với tổng đài bao gồm số tín hiệu sau cho gọi hồn thành: - Tín hiệu chiếm dụng (Seizure): Yêu cầu chiếm dụng đường vào tổng đài B (1 kênh thoại) thiết bị để nhận thông tin địa - Tín hiệu xác nhận chiếm dụng (Seizure aknowledgement): Thơng báo cho tổng đài A biết tổng đài B nhận tín hiệu chiếm dụng từ tổng đài A - Thông tin địa (Address Information): Số địa thuê bao B - Tín hiệu trả lời (B answer): Tổng đài B báo cho tổng đài A biết thuê bao B nhấc máy - Xóa (Clear back): Tổng đài B báo cho tổng đài A biết B gác máy - Xóa (Clear forward): Tổng đài B nhận thông báo gọi kết thúc, giải tỏa thiết bị đường dây Tổng đài A Tổng đài B Tín hiệu chiếm dụng Tín hiệu xác nhận chiếm dụng Thơng tin địa Tín hiệu trả lời Đàm thoại Xố hướng Xố hướng Hình1.13: Các tín hiệu báo hiệu 1.3.5.2 Báo hiệu kênh chung (CCS) Footer Page 21 of 237 Header Page 22 of 237 + Khái niệm Báo hiệu kênh chung (CCS) khắc phục nhược điểm báo hiệu kênh kết hợp mặt hiệu suất sử dụng kênh báo hiệu Đối với báo hiệu kênh chung, kênh báo hiệu phân phát cho kênh tiếng nói khoảng thời gian báo hiệu Người ta sử dụng tuyến riêng biệt cho kênh báo hiệu Tổng đài C Tổng đài D Bộ xử lý Bộ xử lý CCIS SIG CCIS SIG Hình 1.14: Báo hiệu kênh chung + Cấu trúc tin CCS : Địa đích Địa nguồn Số gói CCIS SIG: Thiết bị báo hiệu Trường số liệu Trường kiểm tra Hình 1.15: Cấu trúc tin CCS - Địa đích: Địa phân tích máy thu so sánh với địa Nếu khơng trùng tin truyền đến điểm khác đến đích thực - Địa nguồn: Địa giúp cho máy tính biết để có nhu cầu cấp phát lại tin có địa để u cầu phát lại - Số gói: Số gói tất số liệu tin xếp cách xác Số liệu kiểm tra liên tục lấy có dẫn - Trường số liệu: Chứa thông tin báo hiệu - Trường kiểm tra lỗi: Cho phép số liệu kiểm tra trước truyền đến đích Đặc điểm bật báo hiệu kênh chung đầu cuối không dành riêng cho nối mà tin trang bị đầu cuối với gọi khác đích khác Tất tin gọi không thiết phải hướng Các tin tiêu biểu truyền cách phù hợp với tuyến định thuật tốn dựa sở đích, tính sẵn sàng tải mạch Khi tin thu thập, truyền đến điểm chọn mạng Khi tới đích, tiến hành, so sánh điều chỉnh, kiểm tra lỗi Nếu có lỗi, yêu cầu phát lại tin Vì CCS khơng chuyển báo Footer Page 22 of 237 Header Page 23 of 237 hiệu trung kế đàm thoại thiết lập giám sát, nên tuyến gọi phải kiểm tra liên tục gọi thiết lập 1.4 Kỹ thuật chuyển mạch [1] Các hệ thống chuyển mạch có ý nghĩa đặc biệt quan trọng mạng viễn thông Các nhà quản lý hệ thống viễn thông đưa định chiến lược phát triển mạng thường dựa số tiêu chí độ tin cậy, độ mềm dẻo chức đáp ứng hệ thống chuyển mạch mạng mà họ quản lý Năng lực hệ thống chuyển mạch nhân tố định cho phép trả lời câu hỏi như: hệ thống có khả cung cấp dịch vụ nào, giá thành dịch vụ có thoả mãn người sử dụng hay khơng? Cơng nghệ chuyển mạch gắn liền với công nghệ mạng Các mạng điện thoại trước sử dụng công nghệ chuyển mạch kênh Xu hướng xây dựng mạng hội tụ dựa chuyển mạch gói, cung cấp dịch vụ thoại số liệu cách mềm dẻo 1.4.1 Chuyển mạch kênh 1.4.1.1 Chuyển mạch thời gian kỹ thuật số + Cấu trúc trường chuyển mạch thời gian Cấu tạo chuyển mạch tầng T bao gồm hai thành phần nhớ thoại S-Mem (Speech Memory) nhớ điều khiển C-Mem hình 1.16 Chức SMem nhớ tạm thời tín hiệu PCM chứa khe thời gian phía đầu vào để tạo độ trễ thích hợp theo yêu cầu TS HW vào S - MEM Add TS n HW R/W Điều khiển vị trí Slector R Clock Đếm TS W C - MEM Nó có giá trị từ nhỏ R/W TS lớn (n-1) TS Slector Nếu việc ghi tín n W R Data hiệu PCM chứa khe thời gian phía đầu vào Trung tâm điều khiển tầng chuyển mạch T vào S-Mem Hinh 1.16: Trƣờng chuyển mạch thời gian kĩ thuật số Footer Page 23 of 237 Header Page 24 of 237 thực cách sử dụng đếm nhị phân modulo n với chọn đơn giản để điều khiển Lưu ý tín hiệu đồng hồ phải hoàn toàn đồng với thời điểm đầu TS khung tín hiệu PCM sử dụng hệ Bộ nhớ C-Mem có chức điều khiển trình đọc thơng tin lưu đệm SMem Bộ nhớ C-Mem có n nhớ, số lượng khe thời gian khung tín hiệu PCM sử dụng Trong thời gian TS, C-Mem điều khiển trình đọc ô nhớ tương ứng S-Mem Như hiệu trễ tín hiệu PCM xác định cách xác hiệu số khe thời gian ghi đọc nhớ S-Mem + Điều khiển trao đổi khe thời gian Nguyên lý điều khiển trao đổi khe thời gian chuyển mạch thời gian T trình bày qua ví dụ sau Giả sử có yêu cầu chuyển mạch phục vụ cho nối TS#3 luồng tín hiệu PCM đầu vào với TS#7 luồng tín hiệu PCM đầu chuyển mạch tầng T hình 1.16 Căn yêu cầu chuyển mạch, hệ thống điều khiển trung tâm (Centre control_CC) tổng đài tạo số liệu điều khiển cho tầng T Để thực điều CC nạp số liệu địa nhị phân ô nhớ số S-Mem vào ô nhớ số CMem, sau CC giao quyền điều khiển cục cho chuyển mạch tầng T trực tiếp thực trình trao đổi khe thời gian theo yêu cầu chuyển mạch Tiếp theo, để q trình mơ tả xác định dễ theo dõi, khảo sát từ thời điểm bắt đầu TS#0 khung tín hiệu PCM Q trình ghi thơng tin PCM chứa khe thời gian phía đầu vào vào nhớ S-Mem thực cách đồng nhờ hoạt động phối hợp đếm khe thời gian TS-Counter chọn địa Selector1 Cụ thể bắt đầu khe thời gian TS#0, tín hiệu đồng hồ tác động vào TS-Counter làm thiết lập trạng thái để tạo tổ hợp mã nhị phân tương ứng với địa mã nhị phân ô nhớ S-Mem Bộ chọn địa Selector1 sử dụng để điều khiển đọc hay ghi nhớ S-Mem (RAM), trường hợp chuyển mã địa vào bus địa Add S-Mem đồng thời tạo tín hiệu điều khiển ghi W, tổ hợp mã tín hiệu PCM chứa khe thời gian TS#0 luồng số đầu vào ghi vào ô nhớ S-Mem Kết thúc thời gian TS#0 bắt đầu TS#1 song đồng hồ lại tác động vào TS-Counter làm cho chuyển sang trạng thái để tạo địa nhị phân cho ô nhớ số S- Mem Selector1 chuyển số liệu vào bus địa S-Mem, đồng thời tạo tín hiệu điều khiển ghi W tổ hợp mã tín hiệu PCM khe thời gian TS luồng số đầu vào ghi vào ô nhớ S-Men Quá trình xảy Footer Page 24 of 237 Header Page 25 of 237 tương tự khe thời gian TS2, TS3, khe thời gian cuối TSn khung Sau tiếp tục lặp lại cho khung suốt thời gian thiét lập nối yêu cầu Đồng thời với q trình ghi tín hiệu vào S-Mem, C-Mem thực điều khiển q trình đọc nhớ S-Mem để đưa tín hiệu PCM vào khe thời gian thích hợp theo yêu cầu Cụ thể diễn biến trình xảy sau Bắt đầu khe thời gian TS7, tín hiệu đồng hồ tác động vào TS-Counter làm chuyển trạng thái tạo mã nhị phân tương ứng địa ô nhớ số C-Mem Bộ chọn địa Selector2 chuyển số liệu vào Bus địa C-Mem đồng thời tạo tín hiệu điều khiển đọc R cho nhớ C- Mem, kết nội dung chứa ô nhớ số C-Mem đưa hướng tới Bus địa đọc phía đầu vào Selector1 Vì nội dung ô nhớ số C-Mem chứa địa nhị phân ô nhớ số S-Mem chọn địa Selector1 chuyển địa vào Bus địa S- Mem, đồng thời tạo tín hiệu điều khiển đọc R S-Mem Kết nội dung chứa ô nhớ số S-Mem đưa vào khoảng thời gian khe thời Footer Page 25 of 237  ... sống vi c phải xử lý tín hiệu đường truyền điện thoại Từ ý tưởng lựa chọn nghiên cứu khai thác mạng điện thoại với đề tài “ Giao tiếp với đƣờng truyền điện thoại Vi điều khiển Mạng điện thoại. .. nhiều dòng Vi điều khiển đời mang lại hội lớn cho người u thích ngành nghề điện tử vi n thơng Với dòng Vi điều khiển đủ mạnh với cơng cụ hỗ trợ, khai thác mạng điện thoại Biến từ hệ thống với ý tưởng... thường thiết bị điều khiển SCU thực vài chức điều khiển gọi, mối liên hệ với thiết bị điều khiển GSU Mức độ tự động thiết bị điều khiển CSU phụ thuộc vào thiết kế tổng đài Do khối điều khiển hình