IV. XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN
KỸ THUẬT TRỘN SONG SONG TRONG HỆ THỐNG ATM
ThS.Vũ Hoàng Hiếu
Kỹ thuật trộn song song cho phép thực hiện trộn với tốc độ dữ liệu rất cao trong các hệ thống truyền dẫn số hiện nay. Bài viết này đề cập đến các kỹ thuật trộn song song như: trộn đồng bộ khung FSS song song, trộn mẫu phân bố DSS song song và trộn tự đồng bộ SSS song song. Bài viết cũng xem xét khả năng ứng dụng của kỹ thuật trộn này đối với hệ thống ATM.
I. Giới thiệu
Truyền dẫn số là kỹ thuật truyền các tín hiệu thông tin ở dạng chuỗi xung số từ vị trí phát đến ví trí thu. Yêu cầu của truyền dẫn số là tại đầu thu phải khôi phục lại trung thực tín hiệu thông tin đã được phát đi. Để thực hiện được điều này các hệ thống truyền dẫn số phải khắc phục được các yếu tố gây biến dạng tín hiệu như: nhiễu, jitter... Một trong những biện pháp truyền thống để đạt được điều này trong các hệ thống truyền dẫn số tốc độ thấp là sử dụng kỹ thuật mã hóa đường dây như AMI, BnZS hay HDBn. Tuy nhiên kỹ thuật mã hóa đường dây không phù hợp với các hệ thống truyền dẫn số tốc độ cao do việc tăng số mức tín hiệu làm tăng đáng kể độ phức tạp của hệ thống.
Để khắc phục hạn chế trên của kỹ thuật mã hóa đường dây, trong các hệ thống truyền dẫn số tốc độ cao tín hiệu thường được xử lý trộn trước khi thực hiện mã hóa đường dây. Về bản chất, trộn là quá trình xử lý ngẫu nhiên hóa tín hiệu ở mức bit trước khi truyền dẫn nhằm tăng độ ổn định việc thu xung nhịp, giảm jitter và nhiễu, do đó tăng độ ổn định và độ tin cậy của dữ liệu thu. Xử lý trộn là một chức năng quan trọng trong các hệ thống truyền dẫn số tốc độ cao.
Cấu trúc của một bộ trộn hay giải trộn bao gồm các thanh ghi dịch và các cổng cộng loại trừ (exclusive- OR). Để khôi phục hoàn hảo chuỗi dữ liệu gốc, các thanh ghi dịch trong bộ giải trộn phải được đồng bộ trạng thái tương ứng với trạng thái của các thanh ghi dịch trong bộ trộn. Theo phương pháp đồng bộ các thanh ghi dịch giữa bộ trộn và bộ giải trộn mà người ta phân loại kỹ thuật trộn thành: trộn đồng bộ khung (FSS), trộn mẫu phân bố (DSS) và trộn tự đồng bộ (SSS).
- Trong trộn đồng bộ khung (FSS), trạng thái của các thanh ghi dịch trong bộ trộn và bộ giải trộn được đồng bộ bằng cách thiết lập lại đồng thời trạng thái của các thanh ghi dịch ở cả hai phía về một trạng thái xác định trước tại đầu mỗi khung;
- Trong trộn mẫu phân bố (DSS), các mẫu trạng thái của các thanh ghi dịch của bộ trộn được tách ra và được truyền đến phía thu đề đồng bộ các thanh ghi dịch của bộ giải trộn;
- Trong trộn tự đồng bộ (SSS), trạng thái của các thanh ghi dịch trong bộ trộn và bộ giải trộn tự đồng bộ với nhau mà không cần quá trình xử lý đồng bộ.
Ba kỹ thuật trộn này có những ứng dụng khác nhau trong thực tế như: kỹ thuật FSS sử dụng trong hệ thống SDH, kỹ thuật DSS sử dụng trong hệ thống cell-based ATM và kỹ thuật SSS sử dụng trong hệ thống SDH-based ATM.
Mặt khác theo phương pháp đưa chuỗi tín hiệu vào bộ trộn có thể phân biệt kỹ thuật trộn thành: trộn liên tiếp; trộn song song hay trộn song song đa bit. Bài viết này xem xét chủ yếu kỹ thuật trộn song song và các ứng dụng của nó trong hệ thống ATM.
II. Kỹ thuật trộn song song
Trong các hệ thống truyền dẫn số tốc độ cao, tín hiệu truyền dẫn ở tốc độ cao được tạo ra bằng cách ghép kênh một số tín hiệu tốc độ cơ bản. Các tín hiệu cơ bản đến đầu vào một cách song song và được ghép lại thành một tín hiệu tốc độ cao. Tín hiệu này sau đó được đưa vào trộn bằng một trong ba kỹ thuật FSS, DSS hoặc SSS. Phương pháp đưa tín hiệu đã được ghép kênh vào bộ trộn như trên là phương pháp trộn liên tiếp.
Một Số Bài Viết Trên Tạp Chí Bưu Chính Viễn Thông Trang 43
Nhược điểm của phương pháp trộn liên tiếp là tốc độ của tín hiệu đưa vào bộ trộn lớn, do đó yêu cầu bộ trộn phải có năng lực xử lý cao. Để khắc phục nhược điểm này của phương pháp trộn liên tiếp, trong phương pháp trộn song song tín hiệu được thực hiện trộn trước khi đưa vào ghép kênh do đó tốc độ trộn giảm đi đáng kể.
II.1. Trộn đồng bộ khung song song
Cấu trúc bộ trộn đồng bộ khung song song như mô tả trong hình 1 [3]. Trong đó N tín hiệu vào song song {bkj}, j = 0, 1, ... , N-1 được trộn trước khi ghép kênh bằng cách cộng tương ứng với các chuỗi trộn song song {skj}, j = 0, 1, ... , N-1. Ngược lại tín hiệu trộn {bk+sk} được giải trộn sau khi giải ghép kênh bằng cách cộng tương ứng với các chuỗi trộn song song {skj}. Bộ phát ghi dịch SRG tạo ra các chuỗi trộn và giải trộn song song được gọi là bộ phát ghi dịch song song (PSRG). Các PSRG trong FSS song song được thiết lập lại ở đầu mỗi khung như trong FSS liên tiếp.
Hình 1. Cấu trúc của bộ trộn FSS song song
Trộn FSS song song có thể xem như FSS liên tiếp nếu PSRG được sắp xếp sao cho tín hiệu trộn song song {bk+sk} giống với tín hiệu trộn liên tiếp với cùng tín hiệu vào song song {bkj} [3]. Như vậy tín hiệu ghép kênh của các chuỗi trộn song song {skj}, j = 0, 1, ... , N-1 phải giống với chuỗi trộn liên tiếp {sk} và nếu sử dụng bộ ghép kênh trèn M bit, các chuỗi trộn song song {skj} phải có dạng:
Bộ phát ghi dịch PSRG phát các chuỗi song song ở dạng này được gọi là bộ phát ghi dịch PSRG (M, N). II.2. Trộn mẫu phân bố song song
Cấu trúc của bộ trộn mẫu phân bố song song như mô tả trong hình 2 [3]. Trong kỹ thuật trộn mẫu phân bố song song, N tín hiệu đầu vào song song {bkj} được trộn trước khi ghép kênh bằng cách cộng các chuỗi trộn song song {skj} được tạo ra bởi các bộ phát ghi dịch song song PSRG phía trộn, tín hiệu đã được trộn {bk+sk} được giải trộn sau khi phân kênh bằng cách cộng các chuỗi giải trộn song song {Ùskj} được tạo ra bởi PSRG phía giải trộn. Như trong trộn mẫu phân bố DSS liên tiếp các thanh ghi dịch SRG được đồng bộ bởi các hàm lấy mẫu và tương quan, trong trộn mẫu phân bố DSS song song các thanh ghi dịch song song PSRG cũng được đồng bộ bởi các hàm lấy mẫu song song và tương quan song song.
Bộ trộn mẫu phân bố DSS song song trong hình 2 tương ứng với bộ trộn mẫu phân bố DSS liên tiếp nếu bộ phát ghi dịch song song PSRG được bố trí thành một bộ phát ghi dịch PSRG (M,N) tạo ra các chuỗi trộn song song như trong hệ thức (1). Ngoài ra, các hàm trộn song song phải được sắp xếp để các mẫu zi hoặc Ùzi của nó giống với các mẫu trong trộn mẫu phân bố DSS liên tiếp và các hàm tương quan song song phải được tổ chức để các chuỗi giải trộn song song {Ùskj} được tạo ra bởi bộ phát ghi dịch song song PSRG phía giải trộn giống với các chuỗi trộn song song {skj} khi các trạng thái của bộ phát ghi dịch
Một Số Bài Viết Trên Tạp Chí Bưu Chính Viễn Thông Trang 44
song song PSRG phía giải trộn được tương quan bởi logic tương quan song song.
Hình 2. Cấu trúc của bộ trộn DSS song song II.3. Trộn tự đồng bộ song song
Cấu trúc của bộ trộn tự đồng bộ song song được mô tả trong hình 3 [3]. Bộ trộn (hoặc giải trộn) tự đồng bộ SSS liên tiếp có một đầu vào-một đầu ra (SISO) được thay thế bằng bộ trộn (hoặc giải trộn) tự đồng bộ SSS song song có nhiều đầu vào-nhiều đầu ra (MIMO). Khối ‘PSRG subcircuit’ trong trộn tự đồng bộ SSS song song biểu diễn một phần mạch của bộ phát ghi dịch song song ‘Excited PSRG’ là một kiểu của bộ phát ghi dịch ‘Excited SRG’.
Hình 3. Cấu trúc của bộ trộn SSS song song
Khác với trường hợp trộn đồng bộ khung FSS song song và trộn mẫu phân bố DSS song song, nếu thực hiện ghép kênh (hoặc phân kênh) trong trộn tự đồng bộ SSS song song là ghép kênh trèn đa bit (multibit- based), nghĩa là M > 1 thì dữ liệu đầu vào song song không đến theo một trình tự mà chúng đã được tạo ra, trong khi trạng thái của các thanh ghi dịch trong bộ trộn (hay giải trộn) tự đồng bộ SSS song song lại được xác định bằng dữ liệu đầu vào đến theo một trình tự mà chúng đã được tạo ra. Điều này có nghĩa là một số trạng thái của thanh ghi dịch có thể phải xác định bằng các dữ liệu đầu vào mà chưa thu được. Do vậy có thể thấy, hệ thống sử dụng bộ trộn tự đồng bộ SSS song song với M > 1 trở thành một hệ thống không nhân quả và không thể thực hiện được bằng các hệ thống tuyến tính không có trễ. Vì vậy trong trộn tự đồng bộ SSS song song, bộ ghép kênh được sử dụng được chỉ có thể là bộ ghép kênh trèn đơn bit (single-bit interleaving based) hay M = 1.
Trong hình 3, bộ trộn tự đồng bộ SSS song song sẽ tương ứng với bộ trộn tự đồng bộ liên tiếp nếu bộ phát ghi dịch song song ‘Excited PSRG’ được bố trí sao cho tín hiệu đã ghép kênh {~bk} của các tín hiệu trộn song song {~bkj} là giống với tín hiệu trộn liên tiếp {Ùbk}. Nói cách khác, trong trộn tự đồng bộ SSS song song các tín hiệu trộn song song {~bkj} phải là tín hiệu 1/N phần của tín hiệu trộn liên tiếp {~bk}, và quan hệ tương ứng phải duy trì giữa tín hiệu giải trộn {Ùbkj} và {Ùbk} là:
Một Số Bài Viết Trên Tạp Chí Bưu Chính Viễn Thông Trang 45
{Ùbkj} = {Ùbj+kN}, j = 0, 1, .. , N-1
III. Trộn song song tín hiệu Cell-based ATM
Trong các hệ thống ATM, dữ liệu được truyền tải dưới dạng tế bào ATM bao gồm 5 byte mào đầu và 48 byte tải tin. Tế bào ATM có thể được truyền tải bằng hai cách: cách thứ nhất, truyền tải bằng tín hiệu STM-1 (hoặc STM-4), được gọi là truyền tải ATM trên cơ sở SDH (SDH-based ATM); cách thứ hai, truyền tải trực tiếp thành một chuỗi tín hiệu liên tục ở tốc độ 155,520 Mbit/s hoặc 622,080 Mbit/s, được gọi là truyền tải ATM trên cơ sở tế bào (Cell-based ATM).
Trong trường hợp truyền tải SDH-based ATM, chuỗi ATM-cell ở tốc độ 155,520 Mbit/s (hoặc 620,080 Mbit/s) trước hết được trộn tự đồng bộ, sau đó được ghép vào phần tải của tín hiệu STM-1 (hoặc STM-4). Các tín hiệu này là được trộn FSS trước khi truyền dẫn. Trong trường hợp truyền dẫn Cell-based ATM, chuỗi ATM-cell được trộn DSS và sau đó được truyền dẫn trực tiếp.
III.1. Trộn liên tiếp tín hiệu Cell-Based ATM
Kỹ thuật trộn DSS thường được sử dụng để trộn tín hiệu cell-based ATM. Bộ phát ghi dịch SRG sử dụng trong trộn tín hiệu cell-based ATM được mô tả trong hình 4.
Hình 4. Bộ phát ghi dịch SRG dùng trong trộn tín hiệu cell-based ATM
Các mẫu zi được lấy từ chuỗi trộn {sk} được truyền đến bộ giải trộn qua trường điều khiển lỗi mào đầu HEC trong phần mào đầu của tế bào ATM. Giả sử hàm lấy mẫu tạo ra các mẫu zi bằng cách lấy mẫu phân bố đều. Các mẫu mà truyền qua bit HEC7, st+1, được truyền không có trễ, nhưng các mẫu mà truyền đi qua bit HEC8, st-211, được truyền đi sau khi bị lưu giữ một khoảng thời gian bằng khoảng thời gian của 211 bit.
Hình 5. Bộ trộn và giải trộn DSS liên tiếp dùng trong trộn và giải trộn tín hiệu cell-based ATM
Cấu trúc của bộ trộn và giải trộn DSS liên tiếp dùng trong trộn và giải trộn tín hiệu cell-based ATM được mô tả trong hình 5 [6].
III.2. Trộn song song tín hiệu Cell-Based ATM
Chúng ta coi tín hiệu cell-based ATM {bk} như là tín hiệu ghép chèn bit của tám tín hiệu song song {bkj}, j = 0, 1,..., 7. Do vậy, chúng ta chuyển đổi bộ phát ghi dịch trong hình 4 thành bộ phát ghi dịch song song PSRG (1,8) như phần trên của hình 6a. Sau đó chúng ta có thể nhận được bộ trộn DSS song song và bộ giải trộn DSS song song như trong hình 6a và 6b. Tuy nhiên ở đây tốc độ trộn đã giảm đi tám lần so với bộ trộn liên tiếp, từ tốc độ 155,520 Mbit/s (622,080 Mbit/s) giảm xuống chỉ còn 19,44 Mbit/s (77,76 Mbit/s). Cần chú ý rằng phải bố trí mạch sao cho đạt được tương quan ở phần giải trộn.
Một Số Bài Viết Trên Tạp Chí Bưu Chính Viễn Thông Trang 46
Hình 6: Bộ trộn và giải trộn DSS song song dùng trong trộn và giải trộn tín hiệu cell-based ATM IV. Kết luận
Bài viết đã xem xét cấu trúc của các bộ trộn song song, xem xét các điều kiện để các chuỗi trộn song song giống với các chuỗi trộn liên tiếp và khảo sát cấu trúc của bộ trộn song song trong trường hợp cụ thể để trộn song song tín hiệu Cell-Based ATM. Kỹ thuật trộn song song được xem xét ở đây rất hữu ích đối với quá trình xử lý trộn vì tốc độ trộn thấp hơn nhiều so với tốc độ của các tín hiệu truyền dẫn.
Trong thực tế, kỹ thuật trộn song song áp dụng đối với các tín hiệu truyền dẫn số có tốc độ lên đến 2,4Gbit/s, nhưng tốc độ trộn giảm xuống chỉ còn 155Mbit/s, nghĩa là thấp hơn 16 lần tín hiệu truyền dẫn.
Một Số Bài Viết Trên Tạp Chí Bưu Chính Viễn Thông Trang 47
Mặt khác ta có thể thấy việc xử lý trộn song song làm cho mạch trộn phức tạp thêm. Tuy nhiên trong thực tế độ phức tạp của mạch trộn song song là có thể chấp nhận được.