GHÉP KÊNH – MULTIPLEXING
MULTIPLEXING APPLICATION: THE TELEPHONE SYSTEM
Ghép kênh từ lâu đã trở thành một trong những công cụ quan trọng trong ngành công nghiệp điện thoại. Xem qua một số các vấn đề cơ bản của các công ty điện thoại có thể giúp chúng ta hiểu hơn ứng dụng của cả FDM và TDM trong lĩnh vực này. Tất nhiên, mỗi nơi lại sử dụng các hệ thống khác nhau. Chúng ta chỉ tập chung vào hệ thống đang được sử dụng ở Bắc Mỹ.
Hệ thống điện thoại ở Bắc Mỹ bao gồm nhiều công ty đường cáp cung cấp các dịch vụ cục bộ cũng như đường dài tới khách hàng thuê bao. Những công ty này bao gồm các công ty địa phương như Pacific ell và các nhà cung cấp đường dài như là AT&T, MCI, và SPINT.
Với mục đích của phần này, chúng ta sẽ nghĩ tới nhiều nhà cung cấp khác nhau như các đơn thực thể được gọi là mạng điện thoại, và đường kết nối tới các thuê bao tới mạng được gọi là đường dịch vụ (xem hình 8.19)
Các dịch vụ truyền thông công cộng và các hệ thống phân cấp Commom Carrier Services and Hierachies
Các công ty điện thoại bắt đầu cung cấp cho khách hàng của họ bằng các dịch vụ truyền thông tương tự sử dụng các mạng tương tự. Sau đó do công nghệ phát triển cho phép tạo ra các dịch vụ số và mạng số. Ngày nay, các nhà cung cấp ở Bắc Mỹ đang trong quá trình thay đổi hoàn toàn hệ thống đường truyền dịch vụ từ tương tự sang số. Có thể tiên đoán trước rằng toàn bộ mạng sẽ là mạng số. Tuy nhiên, hiện nay cả 2 kiểu dịch vụ này đều được cung cấp và cả FDM và TDM đều được sử dụng.
Hình 8.20 Danh mục các dịch vụ điện thoại
Các dịch vụ truyền thông tương tự - Analog services
Có nhiều dịch vụ truyền thông tương tự sẵn có cho khách hàng tự lựa chọn trong đó hai dịch vụ điển hình nhất đó là: Dịch vụ chuyển mạch và dịch vụ thuê riêng (Hình 8.21)
Dịch vụ chuyển mạch tương tự - Analog switched service
Dịch vụ chuyển mạch tương tự là dịch vụ quay số thường xuất hiện nhiều nhất khi sử dụng điện thoại tại các gia đình. Nó sử dụng cáp có hai dây ( hoặc đối với trường hợp sử dụng đặc biệt, sử dụng 4 đường dây) xoắn đôi để kết nối máy điện thoại của thuê bao tới mạng qua một bộ hoán chuyển. Kiểu kết nối này được gọi là lặp cục bộ - local loop. Mạng mà nó tham gia đôi khi được gọi là mạng điện thoại công cộng PSTN (Public Switched Telephone Network).
Tín hiệu trên một local loop là tương tự và băng tần thường nằm trong khoảng từ 0 đến 4000 Hz.
Với các đường chuyển mạch, khi người gọi quay một số, cuộc gọi được truyền tới một bộ chuyển mạch, hoặc một dãy các bộ chuyển mạch tại bộ chuyển cuộc gọi. Các chuyển mạch thích hợp sau đó được kích hoạt đường dây của người gọi tới đường dây của người được gọi. Bộ chuyển mạch kết nối 2 đường trong khoảng thời gian diễn ra cuộc gọi (xem hình 8.22).
Hình 8.22 Dịch vụ chuyển mạch tương tự
Dịch vụ đường thuê riêng – Analog Leased Line
Một dịch vụ đường thuê riêng cung cấp cho khách hàng cơ hội thuê một đường, đôi khi được gọi là đường chuyên dụng, đường này luôn được kết nối tới khách hàng. Mặc dù kết nối vẫn qua các bộ chuyển mạch trong mạng thoại, các thuê bao vẫn nhận thấy nó là một đường đơn vì bộ chuyển mạch luôn luôn đóng do đó không cần phải thực hiện quay số (hình 8.23).
Hình 8.23 Dịch vụ thuê đường truyền tương tự riêng
Các đường truyền đặc chủng – Conditioned Lines. Các nhà cung cấp dịch vụ điện thoại cũng cung cấp cho khách hàng một dịch vụ được gọi là đường truyền đặc chủng với ý nghĩa là cải thiện chất lượng của một đường bằng cách giảm bớt
sự tiêu hao tín hiệu hoặc độ trễ tín hiệu. Các đường đặc chủng là các đường tương tự nhưng chất lượng của chúng lại trở nên hữu dụng cho truyền số liệu nếu chúng được kết nối tới các modem.
Dịch vụ tương tự phân cấp – AH (Analog Hierachy)
Để sử dụng tối đa hiệu quả của cơ sở hạ tầng, các công ty điện thoại thường thực hiện ghép kênh tín hiệu từ các đường có băng tần thấp lên các đường có băng tần cao hơn. Theo cách này nhiều đường thuê riêng và chuyển mạch có thể được tổ hợp vào một số ít các kênh lớn hơn. Đối với các đường tương tự thì phương pháp ghép kênh theo tần số FDM được sử dụng.
Một trong các hệ thống phân cấp này được sử dụng bởi AT&T tạo thành nhóm, các siêu nhóm. (xem hình 8.24)
Trong AH, 12 kênh âm thoại được ghép trên một đường có băng tần lớn hơn để tạo ra một nhóm – group. (để bảo tồn băng tần, AT&T sử dụng các kỹ thuật điều chế nhằm khử nhiễu sóng mang và các băng tần thấp của mỗi tín hiệu và sau đó khôi phục lại chúng dựa trên kỹ thuật tách kênh. (một nhóm có băng tần 48 KHz và hỗ trợ 12 đường thoại).
Ở mức tiếp theo, 5 nhóm có thể được ghép kênh để tạo ra một tín hiệu tổ hợp được gọi là một siêu nhóm – supergroup. Một supergroup có băng tần bằng 240 KHz và hỗ trợ lên đến 60 kênh âm thoại. Các supergroup có thể được cấu thành từ 5 nhóm hoặc 50 kênh thoại độc lập.
Ở mức tiếp theo, 10 siêu nhóm được ghép kênh để tạo lên một nhóm chủ -master group. Một master group phải có băng tần 2.40 MHz, nhưng chúng cần các băng tần bảo vệ giữa các kênh nên cần thiết phải tăng băng tần lên 2.52 MHz. Các master group hỗ trợ lên tới 600 kênh âm thoại.
Cuối cùng, 6 master group có thể được tổ hợp thành một nhóm cực lớn gọi là jumbo group. Một jumbo group phải có băng tần 15.12 MHz (5 x 2.52) nhưng do cần thêm băng tần bảo vệ nên một jumbo group cần có băng tần là 16.984 MHz để cho phép bảo về băng tầng giữa các master group.
Hình 8.24 Đường tương tự phân cấp
Có nhiều thể loại đường truyền tương tự theo phân cấp trong nền công nghiệp viễn thông. Tuy nhiên do đường truyền tương tự theo phân cấp được thay thể bằng các dịch vụ số trong thời gian sắp tới nên chúng ta chỉ giới hạn cuộc bàn luận này đến hệ thống kể trên.
Các dịch vụ đường truyền số -Digital Services
Gần đây, các công ty điện thoại bắt đầu cung cấp các dịch vụ đường truyền số cho các thuê bao của họ. Một trong những ưu điểm của các dịch vụ đường truyền số là ít bị tác động của nhiễu hơn so với dịch vụ đường truyền tương tự. Một đường thoại hoạt động như là một ăng ten và sẽ nhặt bỏ nhiễu trong suốt quá trình truyền tương tự cũng như số. Trong truyền phát tương tự, cả tín hiệu và nhiễu đều là tương tự và do đó không thể tách lọc một cách dễ dàng. Trong truyền phát tín hiệu số, thì tín hiệu là số còn nhiễu là tương tự. Do đó tín hiệu có thể được phân loại và tách ra một cách dễ dàng. Một ưu điểm của truyền phát tín hiệu số là giá thành thấp. Bởi vì nó cần có sự phân biệt khác nhau chỉ giữa 2 hoặc 3 mức điện áp thay vì một dãy dài các giá trị liên tục, thiết bị truyền phát tín hiệu số sử dụng ít năng lượng điện hơn khi truyền phát so với thiết bị truyền phát tín hiệu tương tự.
Chúng ta sẽ xem xét 3 kiểu dịch vụ đường truyền số khác nhau: Switched/56, DDS, và DS (hình 8.25)
Dịch vụ Switched/56 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Switched 56 là một phiên bản số của một đường truyền chuyển mạch tương tự. Nó là một dịch vụ đường truyền số chuyển mạch cho phép tốc độ dữ liệu lên đến 56 Kbps/ Với dịch vụ đường truyền này, tất cả các bên đều phải tham gia. Một
người gọi với dịch vụ điện thoại thông tường không thể kết nối tới một máy điện thoại hay máy tính bằng switched/56 thậm chỉ có sử dụng một modem.
Hình 8.27 Dịch vụ DDS
Dịch vụ tín hiệu số DS –Digital Signal Service
Sau khi đã cung cấp các dịch vụ switched/56 và DDS, các công ty điện thoại thấy rằng cần thiết phải phát triển một hệ thống phân cấp các dịch vụ đường truyền số giống như những gì đã triển khai đối với hệ thống phân cấp các dịch vụ đường truyền tương tự. Bước tiếp theo là dịch vụ DS. DS là một hệ phân cấp các tín hiệu số. Hình 8.28 thể hiện tốc độ dữ liệu ở từng mức
• Một dịch vụ DS-0 tương đồng với DDS. Nó là một kênh truyền số đơn có tốc độ tối đa 64 Kpbs.
• DS-1 là dịch vụ 1.544 Mbps: 1.544 Mbps gấp 24 lần đường 64 Kbps cộng thể 8 Kbps hao phí phụ trội. Nó có thể được sử dụng như là một dịch vụ đơn đối với các truyền phát 1.544 Mbps, hoặc nó có thể được sử dụng để
ghép 24 kênh DS-0 hoặc có thể mang bất kỳ tổ hợp nào khác được yêu cầu bởi người dùng trong khoảng thông lượng 1.544 Mbps.
• DS-2 là một dịch vụ 6.312 Mbps: 6.312 Mbps gấp 96 lần 64 Kbps + 168 Kbps cho hao phí phụ trội. Nó có thể được sử dụng như là một dịch vụ truyền dẫn đơn 6.312 Mbps hoặc có thể được sử dụng ghép kênh 4 kênh DS-1, 96 kênh DS-0 hoặc một là sự kết hợp những kiểu dịch vụ này.
• DS-3 là một dịch vụ 44.736 Mbps: 44.736 Mbps bằng 672 lần 64 Kbps + 1.638 Mbps hao phí phụ trội. Nó có thể được sử dụng như là một dịch vụ truyền dẫn đơn 44.736 Mbps hoặc có thể được sử dụng để ghép 7 kênh DS-2, 28 kênh DS-1, 672 kênh DS-0 hoặc có thể là sự kết hợp của các kiểu dịch vụ này.
• DS-4 là một dịch vụ 274 .176 Mbps: 274.176 Mbps =4032 x 64 Kbps+ 16.128 Mbps hao phí phụ trội. Nó có thể được sử dụng để ghép 6 kênh DS-3, 42 kênh DS-2, 168 kênh DS-1, 4032 kênh DS-0 hoặc có thể là sự kết hợp của các kiểu dịch vụ này.
Các đường T – T lines
DS-0, DS-1 vv.. cùng được gọi là các dịch vụ. Để thực hiện các dịch vụ này, các công ty điện thoại sử dụng các đường T (T-1 tới T-4). Những đường ngày có các thông lượng ăn khớp một cách chính xác với các tốc độ dữ liệu của DS-1 đến DS-4 (xem bảng 8.1).
Bảng 8.1 DS và các tốc độ đường T
Dịch vụ Đường Tốc độ (Mbps) Số kênh âm thoại
DS-1 T-1 1.544 24
DS-2 T-2 6.312 96
DS-3 T-3 44.736 672
DS-4 T-4 274.176 4032
T-1 được sử dụng để thực hiện DS-1, T-2 được sử dụng để thực hiện DS-2… Như chúng ta thấy trên bảng 8.1, DS-0 thực tế không đạt được chất lượng dịch vụ nhưng về cơ bản nó được xác định cho mục đích tham khảo. Các công ty điện thoại tin rằng khách hàng cần mức dịch vụ được thấy trong DS-0 có thể thay thế DDS.
Các đường T cho truyền dẫn tương tự. Các đường T là các đường truyền số được sử dụng cho mục đích truyền dữ liệu số, âm thoại hoặc các tín hiệu âm thanh. Tuy nhiên, chúng cũng có thể được sử dụng cho truyền dẫn tương tự ( thường là các đường điện thoại), các tín hiệu tương tự này được lấy mẫu trước, sau đó được ghép kênh theo thời gian.
Tính khả thi khi sử dụng các đường T như các đường truyền tương tự mở ra các dịch vụ thể hệ mới cho các công ty điện thoại. Trước đó, khi một tổ chức muốn có 24 đường điện thoại riêng lẻ, thì cần phải đi 24 dây cáp xoắn đôi từ công ty
đến tổng đài. Ngày nay, những tổ chức đó có thể tích hợp 24 đường riêng biệt đó trong một đường T-1 và chỉ chạy một đường T-1 tới tổng đài. Hình 8.29 thể hiện 24 kênh thoại được ghép kênh trên một đường T-1 (Xem chương 5 để biết chi tiết về điều chế xung mã PCM).
Hình 8.29. Đường T-1 cho ghép kênh các đường điện thoại
Frame của T-1. Như đã đề cập tới ở trên, DS-1 cần có 8 Kbps hao phí phụ trội. Để hiểu hao phí này được tính toán như thế nào, chúng phải xem xét định dạng của 24 frame của kênh âm thoại.
Frame được sử dụng trong đường T-1 thường là 193 bit được chia thành 24 khoảng 8 bit cộng với 1 bit bổ sung cho đồng bộ hóa (24x8 +1=193); xem hình 8.30. Hay nói cách khác mỗi khoảng chứa một phân đoạn tín hiệu từ mỗi kênh; 24 phân đoạn được đan xen trong một frame. Nếu một T-1 có thể mang 8000 frame thì tốc độ dữ liệu sẽ là 1.544 Mbps (193 x8000=1.544 Mbps) – đó chính là thông lượng của đường truyền.
Các đường T phân đoạn - Fractional T lines. Nhiều thuê bao không cần toàn bộ thông lượng của một đường truyền T. Để cung cấp những yêu cầu này cho khách hàng, các công ty điện thoại đã phát triển ra các dịch vụ đường T phân đoạn – Fractional T line mà cho phép nhiều thể bao có thể chia sẻ cùng một đường truyền bằng cách ghép kênh các truyền dẫn của họ.
Ví dụ, đối với một công ty kinh doanh cỡ nhỏ có thể chỉ cần ¼ thông lượng đường truyền T-1. Nếu 4 công ty cỡ nhỏ có các văn phòng ở trong cùng một toà nhà thì họ có thể chia sẻ một đường T-1. Để làm được điều này, họ điều hướng các truyền dẫn qua một thiết bị được gọi là đơn vị dịch vụ số DSU- Digtial Service Unit/ Đơn vị dịch vụ kênh – CSU – Chanel Service Unit. Thiết bị này cho phép chia thông lượng của đường truyền thành 4 kênh đan xen (xem hình 8.31).
Các đường E – E lines.
Những người Châu Âu sử dụng một phiên bản của các đường T được gọi là các đường E. Hai hệ thống này đều có đặc điểm chung, nhưng thông lượng của chúng khác nhau. Bảng 8.2 thể hiện các thông lượng của đường T và E. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 8.2 Các tốc độ dữ liệu cuả đường E
Đường Tốc độ (MBps) Số các kênh âm thoại
E-1 2.048 30
E-2 8.448 120
E-3 34.368 480
E-4 139.264 1920
Các dịch vụ ghép kênh khác
Chúng ta đã bạn luận về kỹ thuật ghép kênh qua các đường truyền vật lý, nhưng ghép kênh cần gắn với hiệu quả sử dụng của cả truyền phát của vệ tinh mặt đất, vệ tinh sóng viba. Ngày nay, các nhà cung cấp dịch vụ điện thoại đang giới thiệu các dịch vụ mạnh khác, như là ISDN, SONET, và ATM, tất cả đề phụ thuộc vào kỹ thuật ghép kênh. Những dịch vụ này sẽ được bàn luận kỹ hơn từ chương 16 đến chương 20.