Bài giảng Lý thuyết thông tin (Bản đẹp)

88 trang huongle 2020

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Lý thuyết thông tin (Bản đẹp)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_ly_thuyet_thong_tin_ban_dep.pdf

Nội dung text: Bài giảng Lý thuyết thông tin (Bản đẹp)

VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 Chương 1. LÝ THUYẾT THÔNG TIN Hệ thống thông tin được định nghĩa là hệ thống chuyển tải tin tức từ nguồn phát tin đến nơi thu nhận ở một khoảng cách nào đó. Nếu khoảng cách thông tin này lớn hơn so với kích thước của thiết bị (cự ly thông tin xa), ta có một hệ thống viễn thông. Hệ thống thông tin có thể được thực hiện giữa một hay nhiều nguồn phát tin đồng thời đến một hay nhiều nơi nhận tin, do đó ta có kiểu thông tin một đường, đa đường, phương thức thông tin một chiều, hai chiều hay nhiều chiều. Môi trường thông tin có thể ở dạng hữu tuyến hoặc vô tuyến, chẳng hạn dùng dây truyền sóng, cable truyền tin hoặc sóng điện từ vô tuyến. Nguoàn tin Keânh tin Nhaän tin • Nguoàn tin: + Laø taäp hôïp caùc tin HT3 duøng ñeå laäp caùc baûn tin khaùc nhau trong söï truyeàn. + Nguoàn tin ñöôïc moâ hình hoaù toaùn hoïc baèng boán quaù trình sau: - Quaù trình ngaãu nhieân lieân tuïc. - Quaù trình ngaãu nhieân rôøi raïc. - Daõy ngaãu nhieân lieân tuïc. - Daõy ngaãu nhieân rôøi raïc. • Keânh tin: laø nôi dieãn ra söï truyeàn lan cuûa tín hieäu mang tin vaø chòu taùc ñoäng cuûa nhieãu. S0(t) = Nm Si(t) + Na(t) + Si(t): Tín hieäu vaøo & S0(t): tín hieäu ra cuûa keânh tin + Nm (t), Na(t) : ñaëc tröng cho nhieãu nhaân, nhieãu coäng. • Nhaän tin: laø ñaàu cuoái cuûa HT3 laøm nhieäm vuï khoâi phuïc tin töùc ban ñaàu. Nguoàn tin Nhaän tin Maõ hoùa nguoàn Giaûi maõ nguoàn Maõ hoùa keânh Giaûi maõ keânh Boä ñieàu cheá Giaûi ñieàu cheá Phaùt cao taàn Keânh tin Thu cao taàn Heä thoáng truyeàn tin soá (rôøi raïc) Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 1
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 • Hai vaán ñeà cô baûn cuûa heä thoáng truyeàn tin: + Vaán ñeà hieäu suaát, noùi caùch khaùc laø toác ñoä truyeàn tin cuûa heä thoáng. + Vaán ñeà ñoä chính xaùc, noùi caùch khaùc laø khaû naêng choáng nhieãu cuûa heä thoáng. 1.1 ĐO LƯỜNG THÔNG TIN VÀ MÃ HOÁ NGUỒN 1.1.1 Lượng đo tin tức Nguoàn A coù m tín hieäu ñaúng xaùc xuaát, moät tin do nguoàn A hình thaønh laø moät daõy n kyù hieäu ai baát kyø (ai ∈ A). - Löôïng tin chöùa trong moät ai baát kyø: I(ai)=logm (1) - Löôïng tin chöùa trong moät daõy x goàm n kyù hieäu: I(x) = n.log m (2) Ñôn vò löôïng ño thoâng tin thöôøng ñöôïc choïn laø cô soá 2. - Khi m kyù hieäu cuûa nguoàn tin coù xaùc xuaát khaùc nhau vaø khoâng ñoäc laäp thoáng keâ vôùi nhau thì I(xi) = log (1/p(ai)) (3) • Löôïng trò rieâng: I(xi) = -log p(xi) (4) Laø löôïng tin ban ñaàu ñöôïc xaùc ñònh baèng xaùc xuaát tieân nghieäm. • Löôïng tin coøn laïi cuûa xi sau khi ñaõ nhaän ñöôïc yj ñöôïc xaùc ñònh baèng xaùc xuaát haäu nghieäm. xi I( xi / y i )= − log p ( ) (5) y j • Löôïng tin töông hoã: x p()i y j I( xi / y i )= I ( xi ) − I ( xi / y i )= log (6) p( xi) • Ñaëc tính cuûa löôïng tin: + I(xi) ≥ I(xi ; yi) (7) + I(xi) ≥ 0 (8) + I(xi.yi) = I(xi) + I(yi) - I(xi; yi) (9) Khi caëp xi, yj ñoäc laäp thoáng keâ vôùi nhau thì I(xi; yi) = 0 Ta coù: I(xi; yi) = I(xi) + I(yi) (10) Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 2
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 • Löôïng tin trung bình: laø löôïng tin töùc trung bình chöùa trong m kyù hieäu baát kyø cuûa nguoàn ñaõ cho. I( x )= −∑ p ( x ) log p ( x ) (11) X • Löôïng tin töông hoã trung bình: p(/) x y I( X , Y )= ∑ p ( x , y ) log (12) XY p() x • Löôïng tin rieâng trung bình coù ñieàu kieän: I( Y / X )= −∑ p ( x , y )log( y / x ) (13) XY 1.1.2 Entropy và tốc độ thông tin Entroâpi nguoàn rôøi raïc: laø moät thoâng soá thoáng keâ cô baûn cuûa nguoàn. Veà yù nghóa vaät lyù ñoä baát ngôø vaø löôïng thoâng tin traùi ngöôïc nhau, nhöng veà soá ño chuùng baèng nhau: H( X )= I ( X ) = −∑ p ( x ) log p ( x ) ( ) 1 • Ñaëc tính cuûa Entroâpi H(X): + H(X) ≥ 0 + H(X) = 0 khi nguoàn tin chæ coù moät kyù hieäu + H(X)max khi xaùc suaát xuaát hieän caùc kyù hieäu cuûa nguoàn baèng nhau. • Entroâpi ñoàng thôøi: laø ñoä baát ñònh trung bình cuûa moät caëp (x,y) baát kyø trong tích XY. H( XY )= −∑ p ( x , y ) log p ( x , y ) (2) − XY • Entroâpi coù ñieàu kieän: H( X / Y )= −∑ p ( x , y ) log p ( x / y ) ( ) 3 − XY • Toác ñoä thieát laäp tin cuûa nguoàn: R= n0.H(X) (bps) (1) + H(X); entroâpi cuûa nguoàn. + n0 : soá kyù hieäu ñöôïc laëp trong moät ñôn vò thôøi gian • Thoâng löôïng cuûa keânh C laø löôïng thoâng tin toái ña keânh cho qua ñi trong moät ñôn vò thôøi gian maø khoâng gaây sai nhaàm. C(bps) • Thoâng thöôøng R < C, ñeå R tieán tôùi gaàn C ta duøng pheùp maõ hoaù thoáng keâ toái öu ñeå taêng Entroâpi. + Thoâng löôïng keânh rôøi raïc khoâng nhieãu: Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 3
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 C = Rmax = n0. H(X)max (bps) (2) Ñoä dö cuûa nguoàn: HX() r =1 − (3) HX() max Duøng phöông phaùp maõ hoùa toái öu ñeå giaûm ñoä dö cuûa nguoàn ñeán khoâng hoaëc söû duïng ñoä dö cuûa nguoàn ñeå xaây döïng maõ hieäu choáng nhieãu. + Thoâng löôïng keânh rôøi raïc coù nhieãu: R = noI(X;Y) = n0[H(X)-H(X/Y)] (bps) (4) Toác ñoä laäp tin cöïc ñaïi trong keânh coù nhieãu: C = Rmax = n0[H(X)-H(X/Y)]max (bps) (5) 1.1.3 Mã hóa nguồn rời rạc không nhớ Khi một nguồn rời rạc không nhớ tạo ra M ký tự gần như bằng nhau, R = rlogM, tất cả các ký tự đều chứa cùng một lượng tin và việc truyền tinh hiệu quả có thể thực hiện ở dạng M-ary với tốc độ tín hiệu bằng với tốc độ ký tự r. Nhưng khi các ký tự có xác suất khác nhau, R = rH(X) < rlogM, việc truyền tin hiệu quả đòi hỏi quá trình mã hoá nguồn được thực hiện dựa trên lượng tin biến đổi của mỗi ký tự. Trong phần này ta sẽ xét đến việc mã hoá nhị phân. Bộ mã hoá nhị phân, chuyển các ký tự đến từ nguồn thành những từ mã chứa các chữ số nhị phân được tạo ra với tốc độ bit cố dịnh rb. Xét ở ngõ ra, bộ mã hoá giống như một nguồn nhị phân với entropy Ω(p) và tốc độ thông tin rbΩ(p) ≤ rb log2 = rb. Rõ ràng, mã hoá không tạo ra thông tin thêm và và cũng không huỷ hoại thông tin để cho mã hoàn toàn có thể giải đoán được. Do vậy, thiết lập phương trình về tốc độ truyền tin giữa ngõ vào và ngõ ra của bộ mã hoá, ta có:R = rH(X) = rbΩ(p) ≤ rb hay rb/r ≥ H(X). Đại lượng rb/r là một thông số quan trọng được gọi là độ dài mã trung bình. Về mặt vật lý, độ dài mã trung bình là số chữ số nhị phân trung bình trên mỗi ký tự nguồn. Về mặt toán học ta có trung bình thống kê: M NPN= ∑ i i i=1 Định lý mã hoá nguồn của Shannon phát biểu rằng giá trị cực tiểu của N nằm trong khoảng: HXNHX()()≤ < + ε Trong đó ε là một đại lượng mang dấu dương. R = rH(X) rbΩ(p) ≤ rb Nguồn rời rạc Bộ mã hoá nhị không nhớ phân Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 4
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 1.2 TRUYỀN TIN TRÊN KÊNH RỜI RẠC 1.2.1 Lượng tin tương hỗ Xét hệ thống truyền tin như trong hình bên. Một nguồn rời rạc chọn các ký tự từ bảng chữ các X để truyền qua kênh. Lý tưởng, kênh truyền phải tái tạo tại đíchký tự được phát tại nguồn. Tuy nhiên, nhiễu và các suy hao truyền khác làm khác đi ký tự nguồn và kết quả là thu được bảng ký tự Y tại đích. Ta muốn đo lượng tin truyền đi trong trường hợp này. Nhiều loại xác suất ký tự khác nhau được sử dụng liên quan đến hai nguồn trên, một số được định nghĩa như sau: P(xi) là xác suất mà nguồn chọn ký tự truyền xi P(yi) là xác suất ký tự yi được nhận tại đích. P(xiyi) là xác suất để xi được phát và yi được nhận. P(xi/yi) là xác suất có điều kiện khi truyền đi xi và nhận được yi P(yi/xi) là xác suất có điều kiện khi yi được nhận và ký tự truyền đi là xi. Lượng tin tương hỗ được định nghĩa như sau: P( xi | y j ) I( xi ; y j )= log bit P() xi Lượng tin tương hỗ thể hiện lượng tin truyền đi khi phát xi và thu được yi. Ngoài ra, người ta còn định nghĩa lượng tin tương hỗ trung bình. Đại lượng này đặc trưng cho lương tin nguồn trung bình đạt được trên mỗi ký tự được nhận. I( X;)()(;) Y= ∑ P xi y j I x i y j i, j Qua một vài phép biến đổi ta được: IXYHXHXY( ; )= ( ) − ( | ) Trong đó: 1 H( X | Y )= ∑ P ( xi y j )log i, j P( xi | y j ) Là lượng tin mất đi trên kênh nhiễu. 1.2.2 Dung lượng kênh thông tin rời rạc Dung lượng kênh được định nghĩa là lượng tin cực đại được truyền qua trên mỗi ký tự kênh: CIXYs = max ( ; ) (bit/symbol) P() xi Ngoài ra, người ta còn đo dung lượng kênh theo tốc độ tin. Nếu gọi s là tốc độ ký tự tối đa cho phép bởi kênh thì dung lượng trên mỗi đơn vị thời gian được tính như sau: C = sCs (bit/sec) Định lý cơ bản của Shannon đối với một kênh truyền có nhiễu được phát biểu như sau: Nếu một kênh có dung lượng kênh C và một nguồn có tốc độ tin R ≤ C thì tồn tại một hệ thống mã hoá để ngõ ra của nguồn có thể được phát qua kênh với một tần số lỗi rất nhỏ. Ngược lại, nếu R > C thì không thể truyền tin mà không có lỗi. Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 5
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 1.3 MÃ HOÁ NGUỒN TIN 1.3.1 Mã hiệu 1) Maõ hieäu vaø caùc thoâng soá cô baûn cuûa maõ hieäu: • Cô soá cuûa maõ (m) laø soá caùc kyù hieäu khaùc nhau trong baûng chöõ cuûa maõ. Ñoái vôùi maõ nhò phaân m= 2. • Ñoä daøi cuûa maõ n laø soá kyù hieäu trong moät töø maõ. Neân ñoä daøi caùc töø maõ nhö nhau ta goïi laø maõ ñeàu, ngöôïc laïi laø maõ khoâng ñeàu. • Ñoä daøi trung bình cuûa boä maõ: n= ∑ p() xi n i (1) i=1 + p(xi): xaùc suaát xuaát hieän tin xi cuûa nguoàn X ñöôïc maõ hoùa. + ni : ñoä daøi töø maõ töông öùng vôùi tin xi. + N: Toång soá töø maõ töông öùng vôùi toång soá caùc tin cuûa xi n • Toång hoäp caùc toå hôïp maõ coù theå coù ñöôïc: N0=2 ., neáu: + N N0 ta goïi laø maõ ñaày 2) Ñieàu kieän thieát laäp maõ hieäu: • Ñieàu kieän chung cho caùc loaïi maõ laø quy luaät ñaûm baûo söï phaân tích caùc toå hôïp maõ. • Ñieàu kieän rieâng cho caùc loaïi maõ: + Ñoái vôùi maõ thoáng keâ toái öu: ñoä daøi trung bình toái thieåu cuûa maõ. + Ñoái vôùi maõ söûa sai: khaû naêng phaùt hieän vaø söûa sai cao. 3) PHÖÔNG PHAÙP BIEÅU DIEÃN MAÕ. a- Caùc baûng maõ: Tin a1 a2 a3 a4 a5 Töø maõ 00 01 100 1010 1011 Maët taïo ñoä maõ: n K −1 bi = ∑σ K 2 (1) K =1 σK =0 hay 1; K: soá thöù töï cuûa kyù hieäu trong töø maõ b- Ñoà hình maõ: Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 6
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 Caây maõ 0v1 0 0 1 1 2 4 1 0 1 0 0 0V1 3 1 a1(00) a2(01) 3 0 1 2 0 0 1 a3(100) Ñoà hình keát caáu a5(1011) a4(1010) c- Haøm caáu truùc cuûa maõ: 2 Khi ni = 2 G(ni) = 1 Khi ni= 3 2 Khi ni = 4 4) Ñieàu kieän ñeå maõ phaân taùch ñöôïc : • Maõ coù tính Preâphic - Baát kyø daõy caùc töø maõ naøo cuûa boä maõ cuõng khoâng ñöôïc truøng vôùi moät daõy töø maõ khaùc cuûa cuøng boä maõ. - Maõ coù tính preâphic neáu baát kyø toå hôïp maõ naøo cuõng khoâng phaûi laø preâphic cuûa moät toå hôïp naøo khaùc cuøng boä maõ. Ñieàu kieän ñeå maõ coù tính preâphic: n ∑2− j G ( j )≤ 1 j=1 • Maõ heä thoáng coù tính pheâphic ñöôïc xaây döïng töø moät maõ preâphic naøo ñoù baèng caùch laáy moät soá toå hôïp cuûa maõ preâphic goác laøm toå hôïp sô ñaúng vaø caùc toå hôïp coøn laïi laøm toå hôïp cuoái. Gheùp caùc toå hôïp sô ñaúng vôùi nhau vaø noái moät trong caùc toå hôïp cuoái vaøo thaønh toå hôïp maõ môùi goïi laø maõ heä thoáng coù tính preâphic. • Ví duï: Laáy boä maõ preâphic 1,00,010,011 - Caùc toå hôïp sô ñaúng: 1,00,010 - Moät toå hôïp cuoái: 011 • Goïi : - n1, n2, , ni laø ñoä daøi caùc toå hôïp sô ñaúng - λ1, λ2, , λk laø ñoä daøi caùc toå hôïp cuoái - Soá coù theå coù ñöôïc caùc daõy gheùp baèng caùc toå hôïp sô ñaúng coù ñoä daøi nj baèng : g(nj) = g(nj-n1) + g(nj-n2) + + g(nj-ni) (1) Trong ñoù: nj ≥ 1; g(0) = 1 ; g(nj < 0) = 0 • Neáu chæ duøng moät toå hôïp cuoái λ, haøm caáu truùc maõ seõ laø: G(nj) = g(nj- λ) (2) Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 7
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 + Töø (1) vaø (2) ta coù coâng thöùc truy chöùng tính G(nj) G(nj) = G(nj-n1) + G(nj-n2) + + G(nj-ni) (3) Trong ñoù: nj ≥ λ+1; G(nj = λ) = 1; G(nj < λ) = 0 + Töø (1) ta coù: n1=1, n2=2, n3=3 vaø λ =3 ⇒ g(nj) = g(nj-1) + g(nj-2) + g(nj-3) g(nj=1) = g(0) + g(-1) + g(-2) = 1 → coù 1 daõy 1 g(nj=2) = g(1) + g(0) + g(-1) = 2 → coù 2 daõy: 00 vaø 11 g(nj=3) = g(2) + g(1) + g(0) = 4 → coù 4 daõy: 111, 100, 001, 010 + Töø (3) ta coù: G(nj) = G(nj-1) + G(nj-2) +G(nj-3) Trong ñoù: nj= λ +1=4 ; G(nj=3) = 1 ; G(nj<3) = 0 G(4) = G(3) + G(2) + G(1) = 1 → coù 1daõy 1011 G(5) = G(4) + G(3) + G(2) = 2 → coù 2 daõy: 11011 vaø 00011 G(6) = G(5) + G(4) + G(3) = 4 → coù 4 daõy: 111011, 100011, 001011, 010011 G(7) = G(6) + G(5) + G(4) = 7 + Ta coù theå tìm G(nj) töø coâng thöùc (2) : G(nj) = g(nj-3) G(4) = g(4-3) = g(1) = 1 G(5) = g(5-3) = g(2) = 2 G(6) = g(6-3) = g(3) = 4 • Neáu duøng nhieàu toå hôïp cuoái ñeå gheùp λ1, λ2, λI, caùch gheùp caùc daõy toå hôïp sô ñaúng vôùi moät trong caùc toå hôïp cuoái coù nhieàu caùch. G(nj) = g(nj - λ1) + g(nj - λ2) + .+ g(nj - λk) (4) - Ví duï: Vôùi boä maõ ôû treân ta laáy + Hai toå hôïp sô ñaúng : 1, 00 ⇒ n1= 1, n2= 2 + Hai toå hôïp cuoái: 010, 011 ⇒ λ1 = λ2 = 3 + Töø (1) ta tính ñöôïc soá coù theå coù ñöôïc caùc daõy gheùp baèng caùc toå hôïp sô ñaúng coù ñoä daøi nj baèng: g(nj) = g(nj –1) + g(nj-2) Trong ñoù nj ≥1, g(0) = 1, g (0) = 0 g(1) = g(0) + g(-1) = 1 ⇒ 1daõy :1 g(2) = g(1) + g(0) = 2 ⇒ 2 daõy :11 vaø 00 g(3) = g(2) + g(1) = 3 ⇒ 3 daõy :111, 100, 001 g(4) = g(3) + g(2) = 5 ⇒ 5daõy :1111, 0000, 1100, 0011, 1001 + Töø (2) ta coù: Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 8
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 G(nj) = 2g(nj-3) trong ñoù nj ≥4; G(3) =1; G(<3) =0 G(4) = 2g(1) = 2x1 = 2 ⇒ 1010 vaø 1011 G(5) = 2g(2) = 2x2 = 4 ⇒ 11010, 00010, 11011, vaø 00011 G(6) = 2g(3) = 2x3 = 6 ⇒ 111010, 100010, 001010, 111011, 100011, vaø 001011 G(7) = 2g(4) = 2x5 = 10 1.3.2 Các loại mã thống kê tối ưu (TKTƯ) 1) Moät soá ñònh lyù cô baûn cuûa maõ TKTÖ • Ñònh lyù giôùi haïn veà ñoä daøi trung bình cuûa töø maõ: n H(U) ≤ n ≤ H(U) +1 (1) ⇒ maõ thoáng keâ coù hai ñaëc ñieåm sau: - Caùc kyù hieäu khaùc nhau cuûa boä chöõ phaûi ñoàng xaùc suaát. - Xaùc suaát xuaát hieän caùc kyù hieäu trong töø maõ khoâng phuï thuoäc söï coù maët cuûa caùc kyù hieäu ra tröôùc. • Tieâu chuaån maõ kinh teá toái öu: HU() ρ = − (2) H(U): Entroâpi cuûa nguoàn n n : ñoä daøi trung bình cuûa töø maõ. ⇒ ρ caøng tieán tôùi 1 tính kinh teá cuûa maõ caøng cao. • Maõ thoáng keâ coù tính prephic. N −ni −ni • 2≤ p ( ui ) (3) & ∑2≤ 1 (4) i=1 2) Maõ Thoáng keâ toái öu Sannon: Caùc böôùc thöïc hieän maõ thoáng keâ toái öu Sannon: Böôùc 1: Lieät keâ caùc tin cuûa nguoàn Ui vaø caùc xaùc suaát pi töông öùng theo xaùc suaát giaûm daàn. Böôùc 2: ÖÙng vôùi moãi haøng ui, pi ghi moät soá Pi theo bieåu thöùc: Pi = p1 + p2 + .+ pi-1 Böôùc 3: Ñoåi caùc soá thaäp phaân Pi thaønh caùc soá nhò phaân Böôùc 4: Tính ñoä daøi töø maõ: −ni 1−ni 2≤p ( ui ) ≤ 2 (2) Böôùc 5: Töø maõ (ni, bi) seõ laø ni kyù hieäu nhò phaân (keå töø soá leû trôû ñi) cuûa soá nhò phaân Pi Ví duï: laäp maõ cho nguoàn U coù sô ñoà thoáng keâ: Ui Ui U2 U3 U4 U5 U6 U7 pi 0,34 0,23 0,19 0,1 0,07 0,06 0,01 Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 9
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 Ui pi Pi Soá nhò phaân Pi ni Từ maõ Ui 0,34 0 0,0000 2 00 U2 0,23 0,34 0,0101 3 010 U3 0,19 0,57 0,1001 3 100 U4 0,1 0,76 0,1100 4 1100 U5 0,07 0,86 0,11011 4 1101 U6 0,06 0,93 0,11101 5 11101 U7 0,01 0,99 0,1111110 7 1111110 + Pi ñöôïc tính theo böôùc 2: i = 1→ P1 = p0 = 0 i = 2→ P2 = p1 = 0,34 i =3→ P3 = p1 + p2 = 0,57 + Ñoåi Pi sang soá nhò phaân: Pi = 0,34 Pi = 0,86 x 2 x 2 0,68 → 0 1,72 → 1 x 2 - 1 1,36 → 1 0,72 - 1 x 2 0,36 1,44 → 1 x 2 - 1 0,72 → 0 0,44 x 2 x 2 1,44 → 1 0,88 → 0 Khi ñoù Pi = 0,34 x 2 → 0,0101 1,76 → 1 - 1 0,76 x 2 1,52 → 1 Khi ñoù Pi = 0,86 → 0,11011 + Tính ni theo (2) -1 ni = 1 ⇒ 2 = 0,5 > pi=0,34 ⇒ bò loaïi -2 1-2 ni = 2 ⇒ 2 = 0,25 < pi=0,34 < 3 =0,5 ⇒ thoûa maõn ⇒ vaäy ta laáy ni = 2 suy ra töø maõ: 00 -3 ni = 3 ⇒ 2 = 0,125 < pi=0,23 <0,25 ⇒ laáy ni =3 ⇒ 010 • Tính kinh teá cuûa maõ: 7 H() U= −∑ pi log 2 pi = −[]0,34log2 0,34+ + 0,01log2 0,01≈ 2,37 i=1 Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 10
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 7 n=∑ pi n i =()()()0,34 x 2 + 0,23 x 3 + + 0,01x 7 = 2,99 i=1 HU( ) 2,37 ⇒ p = = = 0,81 n 2,99 3) Maõ thoáng keâ toái öu Fano: Caùc böôùc thöïc hieän maõ hoaù maõ thoáng keâ toái öu Fano: Böôùc 1: Lieät keâ caùc tin ni trong moät coät theo thöù töï pi giaûm daàn. Böôùc 2: Chia laøm 2 nhoùm coù toång xaùc suaát gaàn baèng nhau nhaát. Kyù hieäu maõ duøng cho nhoùm ñaàu laø 0, thì nhoùm thöù 2 laø 1. Böôùc 3: Moãi nhoùm laïi chia thaønh hai nhoùm nhoû coù xaùc suaát gaàn baèng nhau nhaát (kyù hieäu 0 vaø 1). Quaù trình cöù tieáp tuïc cho ñeán khi chæ coøn moät kyù hieäu thì keát thuùc. Ui pi 1 2345 Töø maõ U1 0,34 0 0 00 U2 0,23 0 1 01 U3 0,19 1 0 10 U4 0,1 1 1 0 110 U5 0,07 1 1 1 0 1110 U6 0,06 1 1110 11110 U7 0,01 1 1111 11111 • Thöïc hieän böôùc 2: - Caùch 1: p1+ p2 = 0,34 + 0,23 = 0,57 p3+ p4 + p5 + p6 + p7 = 0,43 Ñoä cheânh leäch : 0,14 - Caùch 2: p1+ p2 + P3 = 0,76 p4 + p5 + p6 + p7 = 0,24 Ñoä cheânh leäch : 0,52 Vaäy caùch chia thöù nhaát coù xaùc suaát gaàn baèng nhau hôn caùch chia thöù hai, neân ta choïn caùch chia thöù nhaát. Quaù trình cöù theá tieáp dieãn. • Thöïc hieän böôùc 3: - Caùch 1: p3 = 0,19 p4 + p5 + p6 + p7 = 0,24 Ñoä cheânh leäch : -0,05 - Caùch 2: p3 + p4 = 0,29 p5 + p6 + p7 = -0,14 Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 11
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 Ñoä cheânh leäch : 0,15 Vaäy ta choïn caùch thöù nhaát. 7 n=∑ pi n i =()()(()0,34 x 2 + 0,23 x 2 + 0,19 x 2 + 0,1 x 3) i=1 +()()0,07x 4 + 0,06 x 5 + 0,01 () x 5 = 2,41 HU( ) 2,37 p= = = 0,98 n 2,41 ⇒ coù theå veõ caây maõ cho TKTÖ Fano. • Nhaän xeùt veà maõ thoáng keâ toái öu Fano: Öu: Vôùi caùch chia nhoùm ñoàng xaùc suaát, söï laäp maõ TK toái öu ñoàng thôøi cuõng laø maõ preâphic. Khuyeát: Khoâng cho pheùp laäp maõ duy nhaát, nghóa laø coù nhieàu maõ töông ñöông veà tính kinh teá. Ví duï: ñoái vôùi nguoàn tin döôùi ñaây ít nhaát coù hai caùch chia coù tính kinh teá nhö sau: Ui pi Caùch chia Töø maõ Caùch chia 2 Töø maõ 1 U1 0,19 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 U2 0,19 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 U3 0,19 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 U4 0,19 1 0 1 0 1 0 1 0 U5 0,08 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 U6 0,08 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 U7 0,08 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 7 n1 =∑ pi n i = (0,19x2) + (0,19x3) + (0,19x3) + (0,19x2) + (0,08x3) + (0,08x4) + i=1 (0,08x4) = 2,46 7 n2 =∑ pi n i = (0,19x3) + (0,19x3) + (0,19x2) + (0,19x2) + (0,08x4) + (0,08x4) + i=1 (0,08x3) = 2,46 Cuøng moät boä maõ neân H(u1) = H(u2) suy ra ρ1 =ρ2. • Ñeå khaéc phuïc nhöôïc ñieåm cuûa maõ thoáng keâ toái öu Fano ta nghieân cöùu maõ thoáng keâ toái öu Huffman. Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 12
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 0 1 0 0 1 1 0 1 u3 u4 0 1 u7 u1 u2 0 Caùch chia 2 u5 u6 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 u4 u1 u2 u3 0 1 u1 0 0 1 1 u4 0 1 u2 u3 u5 1 u5 0 0 1 Caùch chia 1 u6 u7 u6 u7 4) Maõ TK toái öu Huffman: Theo Hoápman ñeå coù moät boä maõ Prephic coù ñoä daøi töø maõ toái thieåu, ñieàu kieän caàn vaø ñuû laø thoûa maõn 3 tính chaát sau: 1- Tính thöù töï ñoä daøi caùc töø maõ: pi ≥ pj vôùi i <j thì ni ≤ nj. 2- Tính nhöõng töø cuoái: coù ñoä daøi baèng nhau, chæ khaùc nhau veà troïng soá cuûa kyù hieäu cuoái cuøng. 3- Tính lieân heä giöõa nhöõng töø cuoái vaø töø tröôùc cuoái. • Caùc böôùc thöïc hieän maõ hoùa TK toái öu Hoápman. Böôùc 1: Caùc nguoàn tin ñöôïc lieät keâ trong coät theo thöù töï xaùc suaát xuaát hieän giaûm daàn. Böôùc 2: Hai tin cuoái coù xaùc suaát beù nhaát ñöôïc hôïp thaønh tin phuï môùi coù xaùc suaát baèng toång xaùc suaát caùc tin hôïp thaønh. Böôùc 3: Caùc tin coøn laïi (N-2) vôùi tin phuï môùi ñöôïc lieät keâ trong coät phuï thöù nhaát theo thöù töï xaùc suaát giaûm daàn. Böôùc 4: Quaù trình cöù theá tieáp tuïc cho ñeán khi hôïp thaønh moät tin phuï coù xaùc suaát xuaát hieän baèng 1. Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 13
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 • Töø maõ ñöôïc ñoïc ngöôïc töø ñaàu ra veà ñaàu vaøo. Cuõng coù theå duøng caây maõ ñeå xaùc ñònh maõ Hoáp nam: gèc 0 1 0,42 0 1 0,42 0 1 0 u1(0,34) 1 u2(0,23) 0,14 u3(0,19) 0 1 u4(0,1) 0,07 u5(0,07) 0 1 u6(0,06) u7(0,01) • Tính kinh teá: ρ = 0,98 Maëc duø toái öu hôn so vôùi maõ Sannon vaø Fano, nhöng khi boä maõ nguoàn coù nhieàu tin thì boä maõ trôû neân coàng keành. Khi ñoù ngöôøi ta keát hôïp 2 phöông phaùp maõ hoùa: Maõ Hoáp man + maõ ñeàu. Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 14
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 4 H(u) = − ∑ pi log 2 pi = i=1 -[0,5log20,5 + 0,25log20,25 + 0,125log20,125] = − 4 n=∑ pi n i = (0,5x1) +(0,25x2) + ((0,125x5) +0,125x6 = 0,5 +0,5+0,625+0.75=2,375 i=1 H() u ρ =− = n 2,375 1.4 MÃ HOÁ KÊNH TRUYỀN (MÃ PHÁT HIỆN VÀ SỬA SAI) 1.4.1 Khái niệm mã phát hiện và sửa sai • Daïng sai laàm cuûa maõ hieäu ñöôïc truyeàn tuyø thuoäc tính chaát thoáng keâ cuûa keânh: - sai ñoäc laäp daãn ñeán sai ngaãu nhieân: 1 hoaëc 2 sai. - Sai töông quan daãn ñeán sai chuøm (sai cuïm) ⇒ Ngöôøi ta thoáng keâ: sai ngaãu nhieân xaåy ra 80%, sai chuøm xaûy ra 20%. • Xaùc suaát xuaát hieän moät töø maõ n kyù hieäu coù t sai baát kyø: t t n-t p(n,t) = Cn ps (1-ps) (1) 1) Cô cheá phaùt hieän sai cuûa maõ hieäu n • Soá töø maõ coù theå coù: N0 = 2 • Soá töø maõ mang tin: N = 2k. Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 15
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 • Soá töø maõ khoâng duøng ñeán: 2n –2k (soá toå hôïp caám) • Ñeå maïch coù theå phaùt hieän heát i loãi thì phaûi thoûa maõn ñieàu kieän: 2n 2 k ≤ (2) 1+ E ∑ Trong ñoù E = E + E + . . . + E (3) ∑ 1 2 i E1, E2, . . Ei laø taäp hôïp caùc vector sai 1,2 . . .i loãi. • Ñeå phaùt hieän vaø söûa heát sai 1 loãi ta coù: 2n 2k ≤ (4) n +1 2) Khaû naêng phaùt hieän vaø söûa sai: • Troïng soá Hamming cuûa vector t: kyù hieäu, w(t) ñöôïc xaùc ñònh theo soá caùc thaønh phaàn khaùc khoâng cuûa vector. Ví duï: t1 = 1 0 0 1 0 1 1 ⇒ w(t1) = 4 • Khoaûng caùch giöõa 2 vector t1, t2: kyù hieäu, d(t1, t2) ñöôïc ñònh nghóa laø soá caùc thaønh phaàn khaùc nhau giöõa chuùng. Ví duï: t2 = 0 1 0 0 0 1 1 ⇒ d(t1, t2) = 3 chuùng khaùc nhau ôû vò trí 0, 1 vaø 3 • Khoaûng caùch Hamming giöõa 2 vector maõ t1, t2 baèng troïng soá cuûa vector toång t1⊕ ⊕ t2: d(t1, t2)=w(t1⊕ ⊕ t2) . t1 = 1 0 0 1 0 1 1 ⊕ t2 = 0 1 0 0 0 1 1 t1⊕ t2 = 1 1 0 1 0 0 0 ⇒ w(t1⊕ t2) = 3 = d(t1, t2) • Ñieàu kieän ñeå moät maõ tuyeán tính coù theå phaùt hieän ñöôïc t sai: d ≥ t+1 (5) ví duï: t = 1 → d ≥ 2; t = 2 → d ≥ 3 t = 5 → d ≥ 6 • Ñieàu kieän ñeå moät maõ tuyeán tính coù theå phaùt hieän vaø söûa ñöôïc t sai: d ≥ 2t + 1 (6) t = 1 → d ≥ 3; t = 2 → d ≥ 5; t = 5 → d ≥ 11 3) Heä soá sai khoâng phaùt hieän ñöôïc: Ví duï: ñoái vôùi boä maõ (5,2) coù troïng soá Hamming w =2 ta xaùc ñònh ñöôïc heä soá sai khoâng phaùt hieän ñöôïc: 1 1 2 2 2 2 2 p’ = C2 pqC3 pq + C2 p C3 p q (7) neáu p = 10-3 ⇒ p’ ≈ 6p2 = 6.10-6 nghóa laø coù 106 bit truyeàn ñi, 103 bit bò sai thì coù 6 bit sai khoâng phaùt hieän ñöôïc. 4) Phöông trình ñöôøng truyeàn –Vector sai – cô cheá söûa loãi: Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 16
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 - Goïi töø maõ phaùt ñi laø T. - Goïi töø maõ nhaän ñöôïc laø R - Goïi töø maõ sai do ñöôøng truyeàn gaây ra laø E. ⇒ phöông trình ñöôøng truyeàn: R = T⊕ ⊕ E T = R ⊕ ⊕ E (8) E = T ⊕ ⊕ R Ñoái vôùi maõ nhò phaân 3 phöông trình treân töông ñöông nhau. • Vector sai: E = (e0, e1, , en) (9) Ví duï: E = (1 0 0 1 0 1 0) → sai ôû vò trí 0, 3, 5 Trong caùc heä thoáng truyeàn soá lieäu coù 2 cô cheá söûa loãi: Cô cheá ARQ: cô cheá yeâu caàu phaùt laïi soá lieäu moät caùch töï ñoäng (khi phaùt hieän sai) . cô cheá naøy coù 3 daïng cô baûn: - Cô cheá ARQ döøng & chôø (stop and wait ARQ) - Cô cheá ARQ quay ngöôïc N vector (N go back ARQ). - Cô cheá ARQ choïn löïa vieät laëp laïi. Caùc cô cheá naøy ñaõ ñöôïc hoïc trong moân “Truyeàn soá lieäu”. • Cô cheá FEC (Forward Error Control): phaùt hieän vaø töï söûa sai söû duïng caùc loaïi maõ söûa loãi. - Khi coù sai ñôn (1 sai) ngöôøi ta thöôøng duøng caùc loaïi maõ nhö: maõ khoái tuyeán tính, maõ Hamming, maõ voøng - Khi coù sai chuøm (> 2 sai) ngöôøi ta thöôøng duøng caùc loaïi maõ nhö: maõ BCH, maõ tích chaäp, maõ Trellis, maõ Tubor, maõ Tubor Block, maõ toång hôïp GC 1.4.2 Mã khối tuyến tính 1) Ñònh nghóa: • Khi caùc bits mang tin vaø caùc bits kieåm tra ñöôïc phaân thaønh töøng khoái taùch baïch, söï maõ hoùa & giaûi maõ coù theå tieán haønh theo töøng khoái baèng caùc töø maõ rieâng reõ & söû duïng caùc pheùp tính cuûa ñaïi soá tuyeán tính. • Ñònh nghóa: maõ khoái ñoä daøi n & k bits mang tin ñöôïc goïi laø maõ khoái tuyeán tính C(n,k) neáu vaø chæ neáu 2k töø maõ laäp thaønh khoâng gian vector n chieàu 2n treân tröôøng Galois sô caáp GF (2) 2) Phöông phaùp taïo maõ khoái tuyeán tính: • Vì maõ khoái tuyeán tính C(n,k) coù khoâng gian con tuyeán tính k chieàu cuûa khoâng gian vector n chieàu, neân toàn taïi k töø maõ ñoäc laäp tuyeán tính g0, g1, , gk-1 trong C, sao cho moãi töø maõ trong C laø toå hôïp tuyeán tính cuûa k töø maõ ñoù: t = u0g0 + u1g1+ +uk-1gk-1 (1) Trong ñoù ui = 0 hoaëc 1 vôùi 1 ≤ i ≤ k-1 Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 17
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 • Goïi G laø ma traän sinh: g0 g00 g01 . . . g0,n-1 G(k,n) = (2) g1 = g10 g11 . . . g1,n-1 . . . . . gk-1 gk-1,0 gk-1,1 . . . gk-1,n-1 Trong ñoù: gi = (gi0, gi1, ., gi,n-1,) vôùi 0 ≤ i ≤ k-1 • Goïi u laø thoâng baùo caàn maõ hoùa: U = u0 , u1,. , uk-1 , (3) Vôùi ui = 0 hoaëc 1 vaø 0 ≤ i ≤ k-1 • Goïi t laø töø maõ phaùt ñi: t = t0 t1 .tn-1 (4) Vôùi tj = 0 hoaëc 1 vaø 0 ≤ j ≤ k-1 • Khi bieát ma traän sinh G ta coù theå taïo ñöôïc töø maõ phaùt ñi: ⎡g 0 ⎤ ⎢g ⎥ 1 ⎥ t = u.G = [u0 u1 uk-1] ⎢ (5) ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣.g k −1 ⎦ Töø maõ phaùt ñi t töø (5) chöa phaûi laø maõ khoái tuyeán tính. • Maõ khoái tuyeán tính heä thoáng coù caáu truùc: n-k bits kieåm tra K bits mang tin ← Ñoä daøi töø maõ : n ⇒ Khi ñoù ta caàn tìm ma traän sinh daïng chính taéc G: g0 P00 P01 P0,n-k-1 1 0 0 g1 P10 P11 P1,n-k-1 0 1 0 G(,) k n = = ~ gk-1 Pk-1 Pk-1,1 Pk-1,n-k-1 0 0 1 Trong ñoù pij = 0 hoaëc 1 vaø G(k,n) = [p(k,n-k),IK} (7) Khi ñoù t = u.G seõ laø maõ hoùa khoái tuyeán tính. ~ • Theo 6 & 8 caùc soá haïng cuûa t laø: Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 18
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 tn-k+i = ui vôùi 0 ≤ i ≤ k-1 (9) tj = u0p0j + u1p1j + u2p2j + + uk-1pk-1,j (10) Töø (9) ta thaáy k bits beân phaûi cuûa töø maõ t truøng vôùi k bits thoâng tin u0, u1, , uk-1 vaø (n-k) bits beân traùi laø caùc bits kieåm tra. Ví duï: xeùt maõ khoái tuyeán tính C(7,4)coù thoâng baùo caàn maõ hoùa u = (u0, u1, u2, u3) & töø maõ phaùt ñi töông öùng t = (t0, t1, t2, t3, t4, t5, t6) • Cho G(4,7) daïng khoâng chính taéc ta ñi tìm G(4,7) daïng chính taéc: 1 1 0 1 0 0 0 (1) 1 1 0 1 0 0 0 1’=1 0 1 1 0 1 0 0 (2) 0 1 1 0 1 0 0 2’=2 G(4,7)= 0 0 1 1 0 1 0 (3)⇒ G )7,4( = 1 1 1 0 0 1 0 3’=1+3 0 0 0 1 1 0 1 ~ 1 0 1 0 0 0 1 4’=1+2+4 (4) • Cho tin caàn phaùt ñi: u = (u0, u1, u2, u3) = (1 0 1 1) ta tìm töø maõ phaùt ñi theo 2 coâng thöùc 5 & 8 töø ñoù ruùt ra nhaän xeùt 1 1 0 1 0 0 0 t= u. G = (u0, u1, u2, u3) 0 1 1 0 1 0 0 ~ ~ 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 t0 = u0.1 + u1.0 + u2.0 + u3.0 = u0 = 1 t1 = u0.1 + u1.1 + u2.0 + u3.0 = u0 + u1= 1+0 = 1 t2 = u0.0 + u1.1 + u2.1 + u3.0 = u1 + u2= 0+1 = 1 t3 = u0.1 + u1.0 + u2.1 + u3.1 = u0 + u2 + u3= 1+1 + 1 = 1 t4 = u0.0 + u1.1 + u2.0 + u3.1 = u1 + u3= 0+1 = 1 t5 = u0.0 + u1.0 + u2.1 + u3.0 = u2= 1 t6 = u0.0 + u1.0 + u2.0 + u3.1 = u3= 1 Vaäy ta coù töø maõ phaùt ñi t = (1 1 1 1 1 1 1) khoâng coù daïng maõ khoái tuyeán tính. 1 1 0 1 0 0 0 t= u. G = (u0, u1, u2, u3) 0 1 1 0 1 0 0 ~ ~ 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 t0 = u0.1 + u1.0 + u2.1 + u3.1 = u0+ u2 + u3 = 1 + 1 +1 = 1 t1 = u0.1 + u1.1 + u2.1 + u3.0 = u0 + u1 + u2 = 1+ 0 + 1 = 0 t2 = u0.0 + u1.1 + u2.1 + u3.1 = u1 + u2 + u3 = 0+1+ 1 = 0 t3 = u0.1 + u1.0 + u2.0 + u3.0 = u0 = 1 t4 = u0.0 + u1.1 + u2.0 + u3.0 = u1 = 0 t5 = u0.0 + u1.0 + u2.1 + u3.0 = u2= 1 t6 = u0.0 + u1.0 + u2.0 + u3.1 = u3= 1 Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 19
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 Vaäy ta coù töø maõ phaùt ñi: t = ( 1 0 0 1 0 1 1) coù daïng maõ khoái tuyeán tính. ~ • Cho u = 0 0 0 0 → 1 1 1 1 ta seõ laäp ñöôïc toå hôïp 16 maõ phaùt ñi töông öùng vôùi caùc tin caàn phaùt. • Vôùi moïi ma traän G(k,n) vôùi k haøng ñoäc laäp tuyeán tính sao cho moïi vector thuoäc khoâng gian coù cô sôû laø haøng cuûa G tröïc giao vôùi H vaø ngöôïc laïi, nghóa laø G.HT =0 (11). H chính laø ma traän kieåm tra. ⇒ Ñònh lyù: Vector t goàm n soá haïng laø moät töø maõ cuûa maõ khoái tuyeán tính C(n,k) sinh ra bôûi H neáu vaø chæ neáu t.HT = 0 (12) • Khi ñoù ma traän H daïng chính taéc seõ coù daïng: 1 0 . 0 p00 . . . pk-1,0 0 1 . 0 p01 . . . pk-1,1 T (13) H[]() n− k xn =[ In− k P ] = . . . ~ 0 0 . 1 p0, n-k-1 . pk-1,n-k-1 Töø maõ phaùt ñi töông öùng daïng maõ khoái tuyeán tính seõ laø: t = [t0 t1 . . . tn-k-1 u0 u1 . . . uk-1] (14) neân töø (12) ta coù: tj + u0p0j + u1p1j + . . . + uk-1pk-1,j = 0 vôùi 0 ≤ j ≤ n-k-1 (15) • Ví duï: töø G(4,7) ta hoaùn vò haøng thaønh coät ta seõ ñöôïc ma traän kieåm tra daïng chính taéc: 1 0 0 1 0 1 1 H[]7,3 = 0 1 0 1 1 1 0 ~ 0 0 1 0 1 1 1 • Keát luaän: ñeå tieán haønh taïo maõ khoái tuyeán tính goàm 2 böôùc: Böôùc 1: Xaùc ñònh ma traän sinh G hoaëc P, hoaëc ma traän kieåm tra H hoaëc ma traän PT. Böôùc 2: Döïa vaøo coâng thöùc t = U.G hoaëc t.HT = 0 ñeå thieát laäp caùc töø maõ töông öùng vôùi caùc thoâng baùo u ñaõ bieát. • Ta coù sô ñoà maõ hoùa maõ khoái tuyeán tính döïa treân phöông trình 9 vaø 10 nhö sau: Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 20
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 1 u0 u1 uk-1 ñeán keânh truyeàn 2 Pk-1,n-k-1 P0,n-k-1 p00 p01 p01 p11 Pk-1,1 pk-1,0 P1,n-k-1 + + + t0 t1 tn-k-1 : Boä coäng Modulo K : Thanh ghi dòch + ñaàu vaøo pij =1 : Ngaén maïch p11 pij =0 : hôû maïch Sô ñoà khoái maõ hoùa khoái tuyeán tính coù caàu truùc heä thoáng Thoâng baùo u = (u0 u1 . . . uk-1) ñöôïc dòch vaøo thanh ghi thoâng baùo ñoàng thôøi ñöôïc ñöa ñeán keânh truyeàn ( khoùa K ôû vò trí 1 trong K nhòp). Sau khi thoâng baùo ñöôïc dòch toaøn boä vaøo thanh ghi thoâng baùo, (n-k) bits kieåm tra cuõng ñöôïc taïo ra töø ngoõ ra cuûa (n-k) boä coäng modulo –2 nhieàu ñaàu vaøo. Sau ñoù ôû nhòp thöù (k+1) khoùa k ôû vò trí 2, neân caùc bits kieåm tra cuõng ñöôïc dòch noái tieáp theo caùc bits thoâng baùo ra keânh truyeàn. Phöùc taïp cuûa boä maõ hoùa tyû leä voái ñoä daøi cuûa töø maõ. Maïch maõ hoùa khoái tuyeán tính C(7,4) nhö sau: u0 u1 u2 u3 u 1 k Ñeán keânh 2 truyeàn + + + t0 t1 t2 3) Phöông phaùp giaûi maõ maõ khoái tuyeán tính: + Goïi töø maõ phaùt ñi : t = (t0 t1 . . . . tn-1) (1) + Goïi töø maõ thu ñöôïc: r = (r0 r1 . . . . rn-1) (2) + Vector sai : e = (e0 e1 . . . en-1) (3) Trong ñoù ei = 1 neáu ti ≠ ri vaø ei = 0 neáu ti = ri • Ñeå phaùt hieän sai ta duøng thuaät toaùn thöû Syndrome: T S = r.H = (s0 s1 . . . . sn-k-1) (4) goàm n-k thaønh phaàn + S=0 neáu vaø chæ neáu r laø töø maõ phaùt (r ≡ t) hoaëc laø toå hôïp tuyeán tính cuûa caùc töø maõ (goïi laø vector sai khoâng phaùt hieän ñöôïc). + S ≠ 0 thì r khoâng phaûi laø töø maõ phaùt ñi (r ≠ t) vaø do ñoù coù sai (e ≠ 0) • Töø ma traän kieåm tra H(,) n− k n thaønh phaàn cuûa Syndrome nhö sau: ~ Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 21
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 S0 = r0 + rn-kp00 + rn-k-1p10 + . . . + rn-ipk-1,0 S1 = r1 + rn-kp01 + rn-k-1p11 + . . . + rn-ipk-1,1 . (5) Sn-k-1 = rn-k-1 + rn-kp0,n-k-1 + rn-k+ip11 + .+ rn-ipk-1,n-k-1 Töø (5) töông töï nhö maïch maõ hoùa, ta coù maïch tính Syndrome nhö sau: r0 r1 rn-k rn-1 P0,n-k-1 p00 p01 Pk-1,1 pk-1,0 Pk-1,n-k-1 + + + s1 sn-k-1 so Ví duï: Tính Syndrome cuûa maõ khoái tuyeán tính C(7,4) vôùi ma traän H ñaõ cho vôùi vector thu r = (r0 r1 r2 r3 r4 r5 r6) 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 = (S0 S1 S2) T S=r.H = (r0 r1 r2 r3 r4 r5 0 1 1 r6) 1 1 1 1 0 1 S0 = r0.1 + r1.0 + r2.0 + r3.1 + r4.0 + r5.1 + r6.1 = r0+ r3 + r5 + r6 S1 = r0.0 + r1.1 + r2.0 + r3.1 + r4.1 + r5.1 + r6.0 = r1+ r3 + r4 + r5 S2 = r0.0 + r1.0 + r2.1 + r3.0 + r4.1 + r5.1 + r6.1 = r2+ r4 + r5 + r6 r0 r1 r2 r3 r4 r5 r6 + + + s1 s2 so Maïch tính Syndrome cuûa maõ heä thoáng tuyeán tính C(7,4) k Khi xaùc ñònh ñöôïc moät giaù trò Syndrome S = (S0, S1. . . . Sn-k-1) ta coù ñeán 2 vector sai töông öùng, nhöng ta chæ choïn caùc vector sai naøo coù troïng soá nhoû nhaát laø vector sai coù nhieàu khaû naêng nhaát. Trong thöïc teá khi tìm ñöôïc Syndrome ta thaáy S truøng vôùi coät naøo cuûa ma traän kieåm tra H thì coù sai ôû vò trí töông öùng. Ví duï: “ 1 1 1” truøng vôùi coät thöù saùu tính töø traùi sang cuûa ma traän H, ta keát luaän vector nhaän ñöôïc r sai ôû vò trí r5. ta chæ vieäc ñoåi trò soá cuûa r5 töø 0 sang 1 hoaëc ngöôïc laïi laø ñöôïc vector nhaän ñöôïc ñuùng (r=t) Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 22
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 r = 1 0 0 1 0 0 1 ⊕ e = 0 0 0 0 0 1 0 t = 1 0 0 1 0 1 1 ñaûo bit taïi r5 Ñeå giaûi maõ khoái tuyeán tính khi nhaän ñöôïc vector thu r ta tieán haønh 3 böôùc: Böôùc 1: Tính Syndrome S = r.HT T Böôùc 2: Tìm phaàn töû daãn ei truøng vôùi r.H , phaàn töû daãn naøy ñöôïc giaû thieát laø vector sai gaây bôûi keânh truyeàn. Böôùc 3: Giaûi maõ tín hieäu thöù r: t = r + e r Boä ñeám cho caùc vector thöù r r0 rn-1 r1 . . . Maïch tính Syndrome s1 s0 . . . sn-k-1 Maïch toå hôïp tính vector sai e0 e1 en-1 rn-1 r0 r1 + + + t1 to t2 Boä giaûi maõ toång quaùt cho maõ khoái tuyeán tính 1.4.3 MÃ HAMMING Maõ hamming laø lôùp maõ khoái ñaàu tieân nhaém vaøo vieäc söûa sai maõ khoái vaø caùc bieán theå cuûa noù ñöôïc söû duïng roäng raõi trong vieäc truyeàn thoâng soá hoùa vaø löu tröõ soá lieäu. Vôùi moïi soá nguyeân döông m ≥ 3, toàn taïi maõ Hamming vôùi caùc thoâng soá sau: - Chieàu daøi töø maõ: n = 2m – 1. - Chieàu daøi phaàn tin: k = 2m – m – 1. - Chieàu daøi phaàn kieåm tra: m = n –k - Khaû naêng söûa sai: t = 1 (dmin =3) - Ma traän kieåm tra H vôùi caùc coät laø moät vector m chieàu khaùc khoâng. • Döôùi daïng caáu truùc heä thoáng H = [Im.Q] m Trong ñoù Im laø ma traän ñôn vò mxm vaø ma traän Q goàm 2 – m – 1 coät, moãi coät laø vector m chieàu coù troïng soá laø 2 hoaëc lôùn hôn. Ví duï: vôùi m = 3, ma traän kieåm tra cuûa maõ (7,4) ñöôïc vieát döôùi daïng. Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 23
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 1 0 0 1 0 1 1 H(3,7) = 0 1 0 1 1 1 0 (1) 0 0 1 0 1 1 1 • Trong thöïc teá ñeå vieäc taïo vaø giaûi maõ Hamming moät caùch ñôn giaûn ngöôøi ta ñoåi vò trí caùc coät trong ma traän H. Khi ñoù caùc bit kieåm tra xen keõ vôùi caùc bit mang tin chöù khoâng coøn tính chaát khoái, töø (1) ta coù: 0 0 0 1 1 1 1 (2) H = 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 • Ñeå vieäc taïo maõ ñôn giaûn ta choïn caùc bit kieåm tra x, y, z ôû caùc vò trí töông öùng 2i vôùi i = 0, 1, 2, . . ., nghóa laø caùc vò trí thöù nhaát, thöù hai & thöù tö cuûa caùc kyù hieäu töø maõ: t = (x, y, u0, z, u1, u2, u3) (3) • Ñeå taïo maõ: 0 0 1 0 1 0 0 1 1 T t.H = (x, y, u0, z, u1, u2, u3)x 1 0 0 = 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 x.0 +y.0 +u0.0 +z.1 + u1.1 + u2.1 + u3.1 =0 ⇒ z = u1 + u2 + u3 x.0 +y.1 +u0.1 +z.1 + u1.0 + u2.1 + u3.1 =0 ⇒ y = u0 + u2 + u3 x.1 +y.0 +u0.1 +z.1 + u1.1 + u2.0 + u3.1 =0 ⇒ x = u0 + u1 + u3 Ví duï: Tin caàn phaùt ñi: U = (u0, u1, u2, u3) = (1 0 1 1) x = u0 + u1 + u3 = 1+ 0+1= 0 y = u0 + u2 + u3 = 1+1+1 = 1 z = u1 + u2 + u3 = 0+1+1 = 0 ⇒ Vaäy töø maõ phaùt ñi seõ laø: t = ( 0 1 1 0 0 1 1) khoâng coù daïng maõ khoái. Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 24
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 • Sô ñoà taïo maõ Hamming (7,4) töông töï nhö sô ñoà taïo maõ khoái tuyeán tính (7,4) nhöng ñôn giaûn hôn. Tin caàn phaùt r0 r1 r2 r3 + + + x y u0 z u1 u2 u3 ñ à (7 4) Sô ñoà taïo maõ Hamming (7,4) • Giaûi maõ Haming cuõng gioáng nhö giaûi maõ khoái tuyeán tính nhöng ñôn giaûn hôn nhôø söû duïng ma traän kieåm tra H coù daïng 2. Khi ñoù vieäc xaùc ñònh vò trí kyù hieäu sai töông ñoái thuaän tieän. Ví duï: Phí thu nhaän ñöôïc töø maõ: r = (r0, r1, r2, r3, r4, r5, r6) ta tính Syndrome: 001 010 011 T srH=.(,,,,,,) = rrrrrrr0 1 2 3 4 5 6 100 = (,,) SSS0 1 2 101 110 111 s0 = r0.0 + r1.0 + r2.0 + r3.1 + r4.1 + r5.1 + r6.1= r3 + r4 + r5 + r6 s1 = r0.0 + r1.1 + r2.1 + r3.0 + r4.0 + r5.1 + r6.1= r1 + r2 + r5 + r6 s2 = r0.1 + r1.0 + r2.1 + r3.0 + r4.1 + r5.0 + r6.1= r0 + r2 + r4 + r5 Khi ñoù ta coù sô ñoà giaûi maõ haming (7.4) nhö sau: Tín hieäu thu r r0 r1 r2 r3 r4 r5 r6 + + + s2 s1 s0 maïch chuyeån ñoåi soá nhò phaân ra thaäp phaân i 12345 67 Sô ñoà giaûi maõ Hamming (7,4) Ví duï: tín hieäu thu ñöôïc: r = (r0, r1, r2, r3, r4, r5, r6) (0 0 1 1 0 1 1) Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 25
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 Khi ñoù s0 = r3 + r4 + r5 + r6 =1+0+1+1=1 s1 = r1 + r2 + r5 + r6= 0+1+1+ 1=1 s2 = r0 + r2 + r4 + r5=0+1+0+1=0 S=( 1 1 0), neáu ñoåi ra thaäp phaân laø 6. ta nhaän thaáy S truøng vôùi coät soá 6 cuûa ma traän H cuûa ma traän H, coù nghóa kyù hieäu sai laø kyù hieäu thöù 6(r) ñaàu ra thöù 6 cuûa sô ñoà giaûi maõ seõ coù i=1. Ta chæ caàn ñaûo bit thöù 6 theo thuaät toaùn: r= ir ⊕ ir (3) − r = r neáu i = 1 r neáu i = 0 0 r =1 r =0 (ñaõ ñaûo bit) i = 1 0 Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 26
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 27
VIENTHONG05.TK Chöông 2: Maïng vaø chuyeån Maïch CHÖÔNG 2 MAÏNG VAØ CHUYEÅN MAÏCH 2.1 Nhập moân về kỹ thuật chuyển mạch: 2.1.1 Phaïm vi vaø muïc tieâu Thoâng qua chöông naøy sinh vieân coù theå naém baét ñöôïc nhöõng vaán ñeà lieân quan ñeán maïng chuyeån maïch trong maïng vieãn thoâng nhö sau: • Toång quan veà maïng chuyeån maïnh vaø coâng ngheä chuyeån maïch. • Kyõ thuaät chuyeån maïch keânh • Kyõ thuaät chuyeån maïch goùi • Heä thoáng chuyeån maïch trong maïng Vieãn thoâng 2.1.2 Giôùi thieäu toång quan veà maïng chuyeån maïnh vaø coâng ngheä chuyeån maïch: Heä thoáng thoâng tin hay maïng vieãn thoâng thöïc hieän quaù trình truyeàn daãn caùc tín hieäu töø nguoàn ñeán ñích. Caùc thaønh phaàn cô baûn caáu thaønh heä thoáng vieãn thoâng ñöôïc minh hoaï treân hình H2.1 döôùi ñaây: TBÑC CM TD TD CM TD TÑ CM TBÑC Thueâ bao Trung Keá Trung Keá Thueâ bao Keânh TT Keânh TT Keânh TT Keânh TT Chuù giaûi: TBDC: Thieát bò ñaàu cuoái CM: heä thoáng chuyeån maïch TD: Thieát bò truyeàn daãn Keânh TT: Keânh thoâng tin Hình 2.1 Khai trieån tuyeán truyeàn tin. Heä thoáng vieãn thoâng laø toång hôïp caùc phöông tieän kyõ thuaät daønh cho muïc ñích truyeàn tin trong phaïm vi cuûa maïng. Caùc thaønh phaàn cô baûn caàu thaønh maïng bao goàm caùc thieát bò ñaàu cuoái, caùc keânh thoâng tin vaø caùc heä thoáng chuyeån maïch (toång ñaøi). Chöùc naêng cuûa heä thoáng vieãn thoâng laø truyeàn taûi thoâng itn töø thieát bò ñaàu cuoái phaùt (nguoàn) tôùi thieát bò ñaàu cuoái (ñích). Thoâng tin ñöôïc truyeàn ñöa theo tuyeán truyeàn tin maø noù caáu thaønh töø taäp hôïp caùc phöông tieän kyõ thuaät ñaûm baûo cho vieäc truyeàn tin cho tröôùc. Trong tuyeán truyeàn bao goàm caùc thaønh phaàn: thieát bò ñaàu cuoái phaùt, thieát bò thu, caùc keânh thoâng tin keát noài giöõa caùc ñieàm ñaàu cuoái vôøi nuùt cuõng nhö keát noái caùc nuùt maø chuùng ñöôïc trang bò caùc heä thoáng chuyeån maïch nhaèm keát noái caùc keânh yeâu caàu trong thôøi gian caàn truyeàn ñöa thoâng tin töø nguoàn ñích. Keânh thoâng tin laø moät taäp hôïp caùc phöông tieän kyõ thuaät nhö maïng ñöôøng daây vaø trang thieát bò noái ôû heä thoáng chuyeån maïch caàn thieát cho vieäc truyeàn taûi tin giöõa hai ñieåm rieâng bieät cuûa keânh. Keânh coù theå laø keânh vaät lyù hay keânh gheùp keânh (keânh logic). Tuyø thuoäc toác ñoä doøng bit (hay ñoä roäng baêng taàn trong maïng anologue) maø keânh coù theå ñöôïc phaân thaønh hai loaïi keânh laø keânh baêng heïp ( 2Mb/s). 1
Chöông 2: Maïng vaø chuyeån Maïch Tuyeán noái laø moät taäp hôïp caùc keânh thoâng tin vaø thieát bò chuyeån maïch ñaûm baûo cho vieäc keát noái giöõa caùc thieát bò ñaàu cuoái phaùt vaø thu tin. Heä thoáng chuyeån maïch (toång ñaøi, node chuyeån maïch) laø thieát bò coù chöùc naêng thu, xöû lyù vaø phaân phoái caùc thoâng tin chuyeån tôùi. Heä thoáng chuyeån maïch ñöôïc ñaët ôû vò trí nuùt maïng. Heä thoáng chuyeån maïch bao goàm taäp hôïp caùc phöông tieän kyõ thuaät ñeå thöïc hieän vieäc thu, xöû lyù vaø phaân phoái caùc thoâng tin chuyeån tôùi töø caùc keânh thoâng tin keát noái caùc heä thoáng chuyeån maïch. Nhö vaäy khaû naêng cuûa heä thoáng chuyeån maïch bao goàm taát caû caùc kieåu nuùt ñöôïc söû duïng trong maïng vieãn thoâng ví duï nhö: caùc toång ñaøi cô quan, toång ñaøi noäi haït, toång ñaøi lieân tænh vaø toång ñaøi quoác teá . Caàn chæ roõ raèng vôùi chöùc naêng cuûa heä thoáng chuyeån maïch trong maïng vieãn thoâng, noù ñaõ trôû thaønh moät thaønh phaàn phöùc taïp nhaát, taäp trung cao nhaát haøm löôïng coâng ngheä hieän ñaïi, haøm löôïng chaát xaùm vaø haøm löôïng caùc chöùc naêng xöû lyù thoâng tin. Kyõ thuaät chuyeån maïch vaø coâng ngheä chuyeån maïch xuaát hieän ngay sau khi A.Gbell phaùt minh ra maùy ñieän thoaïi vaøo naêm 1876. Treân hình H.2.2 minh hoaï truôøng hôïp neáu vieäc keát noái N maùy ñieän thoaïi (Neáu coù yù chæ maùy ñieän thoaïi cuøng vôùi con Ngöôøi söû duïng thì goïi laø thueâ bao) thöïc hieän cho phöông phaùp keát noái caùch tröïc tieáp töøng caëp thì caàn phaûi coù N(N-1)/2 ñöôøng daây. Hình 2.2 Keát noái töøng caëp tröïc tieáp Khi N laø moät soá ñuû lôùn thì thöïc teá khoâng theå thöïc hieän ñöôïc phöông aùn treân. Soá löôïng ñöôøng daây coù theå giaûm ñöôïc tôùi N neáu söû duïng khaùi nieäm heä thoáng chuyeån maïch nhö minh hoaï treân hình H2.3 Hình 2.3 Keát noái qua heä thoáng chuyeån maïch Heä thoáng chuyeån maïch coù khaû naêng tieáp thoâng tôùi taát caû caùc thueâ bao vaø ñaûm baûo khaû naêng noái maïch taïo keânh lieân laïc cho thueâ bao theo yeâu caàu cuûa chuùng. Cung ñoaïn ñöôøng daây (keânh) keát noái giöõa thieát bò ñaàu cuoái thueâ bao vôùi heä thoáng chuyeån maïch goïi laø maïng daây thueâ bao hay ngaøy nay hay goïi la maïng truy caäp. Khi coù nhu caàu keát noái giöõa caùc thueâ bao ôû caùc 2
VIENTHONG05.TK Chöông 2: Maïng vaø chuyeån Maïch vuøng ñòa lyù töông ñoái xa nhau thì seõ toát hôn neáu trong moãi vuøng taïo ra moät heä thoáng chuyeån maïch vaø goïi laø toång ñaøi ñaàu cuoái noäi haït. Caùc toång ñaøi noäi haït laân caän keát noái vôùi nhau baèng maïng trung keá nhö hình H2.4 minh hoaï. Trung keá Hình 2.4 Nguyeân taéc phaân khu maïng Ñeå naâng cao hieäu quaû kinh teá cho vieäc toá chöùc xaây döïng maïng vieãn thoâng trong ñòa baøn roäng lôùn söû duïng caùc heä thoáng chuyeån maïch chöùc naêng khaùc nhau nhö toån ñaøi lieân tænh, toång ñaøi mieàn, toång ñaøi quoác teá v.v Nhaèm naâng cao hieäu quaû kinh teá vaø ñoä tin caäy cuûa maïng vieãn thoâng, caáu truùc maïng vieãn thoâng coù theå ñöïoc xaây döïng theo caáu truùc keát hôïp phaân lôùp vaø hình sao, trong ñoù taäp hôïp caùc nuùt thaáp hôn trong caáu truùc phaân caáp lieân keát vôùi moät nuùt cao trong ñoù taäp hôïp caùc nuùt thaáp hôïp trong caáu truùc phaân caáp lieân keát vôùi moät nuùt cao. Tuy vaäy moät soá nuùt rieâng bieät thöôøng ñöôïc keát noái vôùi caùc nuùt khaùc nhau trong cuøng moät möùc caáu truùc phaân caáp hay trong moät soá tröôøng hôïp coøn keát noái vôùi moät nuùt cao hôn nhaèm phaân boá löu löôïng truyeàn tin moät caùch coù hieäu quaû hôn, caùc ñöôøng trung keá ñoù goïi laø ñöøông söû duïng cao HU (High Usage Line). Nhö vaäy trong moät maïng vieãn thoâng thöïc teá coù möùc lieân keát khoâng ñaày ñuû. Hình H2.5 döôùi ñaây minh hoaï ví duï veà caáu truùc Maïng vieãn thoâng quoác gia toång quaùt ñöôïc xaây döïng theo caáu truùc phaân caáp: HU HU HU Hình 2.5 Caáu truùc Maïng Vieãn Thoâng Quoác Gia. 3
Chöông 2: Maïng vaø chuyeån Maïch 2.1.3 Caùc nguyeân taéc chuyeån maïch veà chuyeån maïch soá: 2.1.3.1 Giôùi thieäu chung Sô ñoà toång quaùt cuûa tröôøng chuyeån maïch SW baát kyø ñöôïc bieåu dieãn treân hình veõ H2.6, trong ñoù: I laø taäp hôïp caùc ñaàu vaøo 1 .N O laø taäp hôïp caùc ñaàu ra 1 M SW tröôøng chuyeån maïch R(α, ß) laø tín hieäu ñieàu khieån hay haøm ñòa chæ Töø sô ñoà H2.6 moâ taû caáu taïo chöùc naêng treân ñaây ta coù theå xaây döïng moâ hình toaùn hoaëc toång quaùt cuûa tröôøng chuyeån maïch nhö sau: Oj=Ii(α,ß) vôùi moïi R(α, ß) sao cho: 1 Neáu i=α vaø j= ß R(α, ß)= { 0 Trong caùc tröôøng hôïp Hoaït ñoäng chöùc naêng cuûa caùc tröôøng chuyeån maïch SW coù theå moâ taû toång quaùt nhö sau: Ôû traïng thaùi ban ñaàu khi khoâng coù keânh vaøo naøo yeâu caàu keát noái moät keânh ra naøo ñoù thì heä thoáng hoaøn toaøn hôû maïch. Khi coù yeâu caàu keát noái moät keânh vaøo Ii naøo naøo ñoù (i=1 N) ra moät keânh baát kyø Oj (j=1 .M) thì heä thoáng caàn taïo ra tín hieäu ñieàu khieån R(α, ß) ñeå ñieàu khieån tröôøng chuyeån maïch vôùi ñòa chæ yeâu caàu ñeå keát noái cho quaù trình α=I vaø ß=j. Keát quaû taùc ñoäng ñieàu khieån cuûa tín hieäu keânh ñaàu vaøo Ii tôùi keânh ñaàu ra Oj qua tröôøng chuyeån maïch SW thieát laäp ñöôøng keát noái xuyeân töø keânh ñaàu vaøo Ii tôùi keânh ñaàu ra Oj qua tröôøng chuyeån maïch. Caùc ñaëc tröng cô baûn SW: • Kích thöôùc tröôøng chuyeån maïch NxM • Ñoä tieáp thoâng • Soádaây chuyeån maïch • Tính daãn ñieän ½ höôùng • Chaát luôïng truyeàn daãn • Chaát löôïng dòch vuï Tröôøng chuyeån maïch ñöôïc söû duïng treân cô sôû caùc phaân töû chuyeån maïch, tuyø thuoäc vaøo phaàn töû chuyeån maïch söû duïng maø ta coù caùc coâng ngheä töông öùng-chuyeån maïch nhaân coâng, chuyeån maïch Role, chuyeån maïch ngang doïc vaø chuyeån maïch ñieän töû, chuyeån maïch ATM, chuyeån maïch quang v.v Trong giaùo trình naøy seõ chuû yeáu ñeà caäp tôùi tröôøng chuyeån maïch ñieän töû soá. Tuy vaäy tröôùc khi khaûo saùt chi tieát keát caáu vaø hoaït ñoäng cuûa tröôøng chuyeån maïch soá haõy xem xeùt sô boä vaø toång quan veà PCM. Caáu truùc khung PCM Caáu truùc khung PCM30 theo G.732 cuûa ITU-T söû duïng trong heä thoáng truyeàn daãn vaø chuyeån maïch 30/32 keânh hình veõ H2.6 minh hoaï caáu truùc khung tín hieäu: Hình 2.5 Caáu truùc khung PCM 4
VIENTHONG05.TK Chöông 2: Maïng vaø chuyeån Maïch Heä thoáng 30/32 keânh coù chu kyø khung laø 12.5μsec baèng taàn soá laáy maãu 8 khz vaø chu kyø chia thaønh 32 khe thôøi gian. Caùc khe thôøi gian TS ñöôïc ñaùnh soá töø TS#0 ñeán TS#31. Toå hôïp maõ nhò phaân söû duïng 8 bit. Trong soá 32 khe thôøi gian TS#0 söû duïng muïc ñích ñoàng boä hoaù vaø ñöôïc maõ hoaù bôû töø maõ ñoàng chæ khung FAW (Frame Alignment Word). Khe thôøi gian TS16 söû duïng cho muïc ñích truyeàn tín hieäu baùo hieäu phöông thöùc töøng keânh keát hôïp CAS (Channel Associated Signalling) coøn laïi keânh TS#1-TS#15 mang thoâng tin aâm thoaïi cuûa caùc keânh 1-15 vaù caùc keânh TS#17-TS#31 cuûa khung mang thoâng tin aâm thoaïi cuûa caùc keânh 16-30. Nhö vaäy trong 32 khe thôøi gian duøng 30 khe ñeå mang tin khaùch haøng coøn laïi 2 keânh cho caùc muïc ñích nghieäp vuï, do vaäy heä thoáng coù teân goïi PCM 30/32 (toaøn heä thoáng coù 32 keânh, trong ñoù 30 keânh duøng cho khaùch haøng) hay PCM 30 (heä 30 keânh thoaïi). 2.1.3.2 Sô ñoà toång Model tröôøng chuyeån maïch soá vaø trao ñoåi khe thôøi gian: Ñoái vôùi heä thoáng chuyeån maïch phaân keânh theo thôøi gian TDM quaù trình chuyeån maïch luoân luoân yeâu caàu thöïc hieän chuyeån maïch giöõa caùc khe thôøi gian vôùi nhau cuõng nhö giöõa caùc ñöôøng vaät lyù vôùi nhau. Ñeå hieåu roõ baûn chaát cuûa quaù trình ta haõy khaûo saùt moâ hình toång quan trình baøy treân hình veõ H.2.7: Frame 1 1 2 2 Frame M M Hình 2.7 Model heä chuyeån maïch tröôøng TDM Model heä chuyeån maïch TDM bao goàm M ñöôøng TDM phía ñaàu vaøo, N ñöôøng TDM ñaàu ra, moãi ñöôøng TDM thöïc hieän gheùp n keânh (khe thôøi gian) theo thôøi gian. Thieát bò chuyeån maïch SW ñaûm baûo cô cheá chuyeån maïch giöõa 1 keânh vaøo tôùi 1 keânh ra baáy kyø. Giaû söû quaù trình noái maïch cho keânh 3 cuûa ñöôøng TDM thöù nhaát phía ñaàu vaøo noái ñeán keânh 17 cuûa ñöôøng TDM cuoái cuøng phía ñaàu ra. Cuoäc noái ñöôïc chæ ra bao goàm thoâng tin chuyeån tôùi vaøo khe thôøi gian thöù ba cuûa ñöôøng thöù nhaát phía ñaàu vaøo ñöôïc chuyeån tôùi khe thôøi gian thöù 17 cuûa ñöôøng vaät lyù ra cuoái cuøng. Löu yù raèng ñoái vôùi ñieän thoaïi thöôøng yeâu caàu keânh song höôùng, do vaäy quaù trình soá hoaù tieáng noùi voán bao haøm hoaït ñoäng cuûa keânh 4-daây, trong ñoù 2-daây cho höôùng thuaän vaø 2 –daây cho höôùng ngöôïc laïi. Cuoäc noái theo höôùng ngöôïc laïi yeâu caàu vaø ñöôïc thöïc hieän nhôø söï chuyeån tieáp thoâng tin töø khe thôøi gian 17 cuûa ñöôøng TDM cuoái tôùi khe thöù 3 cuûa ñöôøng TDM thöù nhaát. Nhö vaäy moãi cuoäc noái yeâu caàu 2 quaù trình chuyeån tieáp thoâng tin, trong ñoù moãi quaù trình bao goàm söï chuyeån dòch theo thôøi gian coù yù nghóa lyù thuyeát vaø thöïc tieãn quan troïng. Döôùi ñaây ta haõy xeùt kyõ cô cheá naøy. Tín hieäu soá phía ñaàu vaøo xuaát hieän vaø toàn taïi trong thôøi gian cuûa caùc khe thôøi gian trong khung cuûa Format tín hieäu. Ñeå thieát laäp keânh thoâng tin, caùc soá lieäu trong caùc khe thôøi gian phaûi ñöôïc chuyeån taûi (chuyeån maïch) töø phía ñaàu vaøo tôùi phía ñaàu ra theo yeâu caàu cuûa cuoäc noái. Moãi keânh thôøi gian trong heä phaûi coù khe thôøi gian xaùc ñònh cho moät doøng tín hieäu soá rieâng bieät vaø nhieäm vuï cuûa tröôøng chuyeån maïch laø chuyeån dòch khe thôøi gian töø moät doøng tín hieäu soá vaøo moät khe thôøi gian torng doøng tín hieäu soá cho tröôùc phía ñaàu ra. Quaù trình ñoù goïi laø quaù trình trao ñoåi khe thôøi gian. 5
Chöông 2: Maïng vaø chuyeån Maïch Hình veõ H2.8 baûn chaát moâ taû cuûa quaù trình trao ñoåi khe thôøi gian. Boä nhôù ñeäm 0 “Ghi” 1 Frame Frame 2 Caùc khe TS ra Caùc khe TS vaøo “Ñoïc” n T=125μs Ghi vaøo TS 0123456 n Ñoïc ra 0123456 n TS Hình 2.8 Trao ñoåi khe thôøi gian Tín hieäu soá trong caùc khe thôøi gian phía ñaàu vaøo chuyeån tôùi ñöôïc ghi ñeäm vaøo boä nhôù ñeäm ñeå löu taïm thôøi. Nhö hình veõ H2.8 treân ñaây bieåu dieãn, caùc khe thôøi gian vaøo ñöôïc ñaùnh soá thöù töï töø 1 ñeán N trong khung cuûa doøng tín hieäu soá ñaàu vaøo, tín hieäu trong caùc khe thôøi gian naøy ñöôïc löu trong boä nhôù töø ñòa chæ 1 ñeán N. Noäi dung soá lieäu TS#1 luoân luoân ñöôïc ñeäm vaøo ñòa chæ oâ thöù nhaát, soá lieäu töø TS#2 luoân luoân ñöôïc ñeäm vaøo ñòa chæ oâ thöù 2. Töông töï nhö vaäy ñoái vôùi caùc oâ nhôù coøn laïi. Ñöông nhieân raèng soá lieäu môùi seõ ñöôïc ghi ñeø trong khung tieáp theo. Chöùc naêng trao ñoåi khe thôøi gian ñaûm baûo vieäc chuyeån soá lieäu töø TS baát kì phía ñaàu vaøo tôùi TS baát kì ñaàu ra. Ví duï nhö hình veõ ñaõ bieåu dieãn TS#1 ñaàu ra chöùa tin cuûa TS#4 phía ñaàu vaøo, TS#2 chöùa noäi dung cuûa TS#7,v vv Muïc ñích cuûa boä nhôù ñeäm baây giôø ñaõ roõ laø ñeå löu taïm thôøi soá lieäu trong khe thôøi gian cuûa chu kì maø noù coù theå chuyeån töø moät TS ñeán (N-1) khe thôøi gian khaùc phuï thuoäc vaøo quan heä xaùc ñònh giöõa keânh vaøo vaø keânh ra trong baát kì thôøi gian naøo. 2.2 Kyõ thuaät chuyeån maïch keânh 2.2.1 Giôùi thieäu chung Hieän nay coù nhieàu kyõ thuaät chuyeån maïch ñöôïc aùp duïng trong thöïc teá tuyø thuoäc tính chaát cuûa caùc hình loaïi dòch vuï yeâu caàu. Trong soá caùc kyõ thuaät hieän nay phoå bieán nhaát laø kyõ thuaät chuyeån maïch keânh vaø kyõ thuaät chuyeån maïch goùi. Noùi chung vieäc thieát keá vaø öùng duïng hai heä thoáng chuyeån maïch naøy coù nhieàu öu ñieåm chung. Tuy vaäy trong phaïm vi chöông naøy ta seõ chuù troïng hôn kyõ thuaät chuyeån maïch keânh. Chuyeån maïch keânh ñöôïc ñònh nghóa laø kyõ thuaät chuyeån maïch ñaûm baûo vieäc thieát laäp caùc ñöôøng truyeàn daãn daønh rieâng cho vieäc truyeàn tin cuûa moät quaù trình thoâng tin giöõa hai hay nhieàu thueâ bao khaùc nhau. Chuyeån maïch keânh ñöôïc öùng duïng cho vieäc lieân laïc moät caùch töùc thôøi maø ôû ñoù quaù trình chuyeån trình chuyeån maïch ñöôïc ñöa ra moät caùch khoâng coù caûm giaùc veà söï chaäm treã (thôøi gian thöïc) vaø ñoä treã bieán thieân giöõa nôi thu vaø nôi phaân phoái tin hay ôû baát kyø phaàn naøo cuûa heä thoáng truyeàn tin. Maïng ñieän thoaïi coâng coäng laø moät ví duï vaøi öùng duïng kyõ thueät chuyeån maïch keânh, trong ñoù voán ñaàu tö ñöôïc phaân boá xaáp xæ nhö sau: • T hieát bò chuyeån maïch xaáp xæ 25% • Caùp ngoaïi vi xaáp xæ 29% • Maùy leû xaáp xæ 20% • Thieát bò truyeàn daãn xaáp xæ 15% 6
VIENTHONG05.TK Chöông 2: Maïng vaø chuyeån Maïch • Nhaø xöôûng, ñaát ñai vaø caùc phöông tieän khaùc xaáp xæ 11% Chuyeån maïch keânh tín hieäu soá laø quaù trình keát noái, trao ñoåi thoâng tin caùc khe thôøi gian giöõa moät soá ñoaïn cuûa tuyeán truyeàn daãn TDM soá. Coù hai cô cheá thöïc hieän quaù trình chuyeån maïch keânh tín hieäu soá. Cô cheá chuyeån maïch khoâng gian soá vaø cô cheá chuyeån maïch thôøi gian soá. Döôùi ñaây seõ moâ taû nguyeân taéc caáu taïo hoaït ñoäng cuûa caùc taàng chuyeån maïch theo cô cheá khoâng gian cuõng nhö thôøi gian, treân cô sôû ñoù, xaây döïng tröôøng chuyeån maïch keát hôïp baûo ñaûm kích thöôùc lôùn baát kyø theo yeâu caàu. 2.2.2 Taàng chuyeån maïch khoâng gian soá Taàng chuyeån maïch khoâng gian soá (Space swicth Stage) caáu taïo töø ma traän chuyeån maïch kích thöôùc N ñaàu vaøo vaø M ñaàu ra vaät lyù. Löu yù raèng ñaây laø heä thoáng TDM-soá, do ñoù moãi ñöôøng vaät lyù chöùa n keânh thôøi gian maø chuùng mang caùc tín hieäu PCM. Nhö vaäy ñeå keát noái moät khe thôøi gian baát kyø naøo trong moät ñöôøng PCM baát kyø phiaù ñaàu vaøo cuûa ma traän thì moät ñieåm chuyeån maïch caàn phaûi hoaït ñoäng trong suoát thôøi gian cuûa TS# ñoù vaø laëp laïi vôùi chu kyø T=125μsec trong suoát quaù trình taïo keânh. Trong caùc thôøi gian khaùc, vaãn ñieåm chuyeån maïch ñoù coù theå söû duïng cho caùc quaù trình noái khaùc. Töông töï nhö vaäy ñoái vôùi taát caû caùc ñieåm chuyeån maïch khaùc cuûa ma traän coù theå ñöôïc söû duïng ñeå thieát laäp keânh noái cho caùc cuoäc goïi khaùc nhau. Chuyeån maïch khoâng gian tín hieäu TDM-soá thöôøng thieát laäp ñoàng thôøi moät soá löôïng lôùn caùc cuoäc keát noái qua ma traän vôùi toác ñoä töùc thì trong moät khung tín hieäu soá löôïng lôùn caùc cuoäc noái qua ma traän vôùi toác ñoä töùc thì trong moät khung tín hieäu 125 μsec, trong ñoù noãi cuoäc noái toàn taïi trong thôøi gian cuûa moät khe thôøi gian TS. Moät cuoäc goïi ñieän thoaïi coù theå keùo daøi trong khoaûng thôøi gian nhieàu khung tín hieäu PCM (thoâng thöøong khoaûng 1,2-2 trieäu khung vaø töông öùng vôùi khoaûng töø 3-5 phuùt). Do vaäy moät ñieàu khieån theo chu kyø ñôn giaûn cho maãu noái laø caàn thieát. Ñieàu naøy deã daøng ñaït ñöôïc nhôø moät boä nhôù RAM ñieàu khieån cuïc boä lieân quan tôùi ma traän chuyeån maïch khoâng gian. Local controller DEC C-Mem 0 Add. 1 2 R/W Selector n Clk Data TS count CC Hình 2.9 Nguyeân lyù chuyeån maïch taàng S 7
Chöông 2: Maïng vaø chuyeån Maïch Hình H2.9 minh hoaï nguyeân taéc caáu taïo vaø hoaït ñoäng cuûa moät taàng chuyeån maïch khoâng gian S. Chuyeån maïch taàng S caáu taïo töø 2 thaønh phaàn cô baûn- Ma traän chuyeån maïch vaø khoái ñieàu khieån chuyeån maïch cuïc boä. Ma traän chuyeån maïch vuoâng kích thích NxN, trong ñoù haøng duøng cho caùc ñöôøng PCM phía ñaàu vaøo vaø coät duøng cho caùc PCM phía ñaàu ra. Taïi giao ñieåm cuøa haøng vaø cuoäc ñaáu noái ñieåm chuyeån maïch vaø thoâng thöôøng ñoù goïi laø coång logic AND hay coång logic ba traïng thaùi. Chuù yù raèng AND hay coång logic ba traïng thaùi laø maïch logic khoâng nhôù, do vaäy chuyeån maïch cho cuøng moät khe thôøi gian giöõa ñaàu vaøo vaø ñaàu ra cuûa phaàn töû chuyeån maïch. Caùc ñieåm chuyeån maïch trong moãi coät ñöôïc ñieàu khieån bôûi moät boä nhôù C-mem. Khoái ñieàu khieån cuïc boä bao goàm boä ñeám khe thôøi gian TS-counter, boä choïn ñòa chæ selector vaø boä nhôù ñieàu khieån C-mem ñeå thöïc hieän chöùc naêng ñieàu khieån cuïc boä ma traän chuyeån maïch töông öùng vôùi caùc khe thôøi gian TS trong khung tín hieäu ñaõ cho. Maõ ñòa chæ nhò phaân ñöôïc gaùn cho moãi ñieåm chuyeån maïch trong moät coä. Moãi ñiaï chæ thích hôïp sau ñoù seõ ñöôïc söû dduïng ñeå choïn moät ñieåm chuyeån maïch yeâu caàu ñeå thieát laäp cuoäc noái giöõa moät ñaàu vaøo vaø vôùi moät ñaàu ra cuûa ma traän chuyeån maïch. Caùc ñòa chæ choïn naøy ñöôïc nhôù trong boä nhôù ñieàu khieån C-Mem theo thöù töï khe thôøi gian töông öùng vôùi bieåu ñoà thôøi gian keát noái hieän thôøi.Nhö vaäy ñoái vôùi coät 1, ñòa chæ cuûa ñieåm chuyeån maïch seõ ñöôïc thoâng maïch trong thôøi gian TS#0 seõ ñöôïc nhôù trong oâ nhôù cuûa ñòa chæ 0 cuûa C-mem cho coät ñòa chæ 1. Töông töï nhö vaäy ñoái vôùi taát caû caùc ñòa chæ khaùc trong taàng chuyeån maïch. Ñoä nhôù cuûa caùc oâ nhôù C-mem ñöôïc xaùc ñònh treân cô sôû ñòa chæ nhò phaân cuûa caùc ñieåm chuyeån maïch trong coät, nghóa laø coù IdN (soá nguyeân ôùn hôn nhoõ nhaát) bits, coøn soá löôïng oâ nhôù cuûa C-Mem baèng soá löôïng khe thôøi gian TS coù trong moät khung tín hieäu cuûa ñöôøng TDM soá. Ngay sau khi boä nhôù ñieàu khieån C-mem ñöôïc naïp soá lieäu caùc ñòa chæ cuûa caùc ñieåm chuyeån maïch trong coät thì quaù trình ñieàu khieån chuyeån maïch coù theå thöïc hieän baèng caùch ñoïc caùc noäi dung cuûa moãi oâ nhôù C-Mem trong thôøi gian thích hôïp töông öùng vôùi khe thôøi gian yeâu caàu söû duïng caùc soá lieäu ñòa chæ ñoù ñeå choïn ñieåm chuyeån maïch caàn thieát maø noù seõ thoâng maïch trong thôøi gian cuûa TS neâu treân. Quaù trình naøy seõ ñöôïc tieáp tuïc laëp laïi cho tôùi khi taát caû caùc oâ nhôù cuûa C-mem ñöïôc ñoïc vaø caùc ñieåm chuyeån maïch ñöôïc ñieàu khieån moät caùch thích hôïp. Tieáp theo thuû tuïc naøy seõ ñöôïc laëp laïi vôùi soá chu kyø T=125 μsec, baét ñaàu vôùi oâ nhôù ñaàu tieân cuûa C- Mem. Moãi chu kyø laø moät khung cuûa Format tín hieäu soá söû duïng vaø trong thôøi gian ñoù toå hôïp maõ tín hieäu PCM töø moãi khe thôøi gian ñaàu vaøo coù theå seõ ñöôïc chuyeån maïch tôùi moät khe thôøi gian thích hôïp taïi moät ñaàu ra xaùc ñònh. Treân hình H.2 9 ta coù theå nhaän thaáy raèng moãi C-mem chæ ñieåu khieån moät coät cuûa ma traän vaø do ñoù caùch trang bò naøy goïi laø ñieàu khieån ñaàu ra. Taát nhieân cuõng coù theå trang bò ñieàu khieån theo ñaàu vaøo. Khaûo saùt phaân tích caáu taïo vaø hoaït ñoäng cuûa chuyeån maïch soá taàng S treân ñaây ñaõ chæ roõ raèng chuyeån maïch taàng S coù vaán ñeà nghieâm troïng do hieän töôïng vöôùng noäi taâm (blocking) gaây ra vì xaùc xuaát tranh chaáp lôùn khi coù hai hay nhieàu cuoäc goïi cuøng xuaát hieän ôû caùc ñaàu vaøo khaùc nhau nhöng cuøng muoán chieám cuøng moät khe thôøi gian trong luoàng PCM ñaàu ra cuûa ma traän chuyeån maïch. Hieän töôïng blocking coù theå ñöôïc khaéc phuïc baèng caùch tìm choïn caùc khe thôøi gian roãi khaùc nhau, ñieàu naøy coù theå thöïc hieän ñöôïc bôûi vì veà nguyeân taéc, baát kyø khe thôøi gian roãi naøo trong höôùng ñaõ cho cuõng coù theå duøng cho cuoäc goïi xaùc ñònh. Ngoaøi ra duøng keát hôïp giöõa chuyeån maïch taàng S vôùi chuyeån maïch taàng T (Time Switch Stage) vöøa coù theå phaùt trieån dung löôïng khoái chuyeån maïch vöøa giaûm ñöôïc hieän töôïng blocking. Ví duï moâ taû hoaït ñoäng cuûa taàng S phuïc vuï cho moät cuoäc noái giöõa TS#0 cuûa luoàng tín hieäu PCM1 ñaàu vaøo TS#0 cuûa luoàng tín hieäu PCM1 phía ñaàu ra. Caên cöù vaøo yeâu caàu chuyeån maïch cuï theå ñaõ cho, tröôùc heát heä thoáng ñieàu khieån trung taâm CC (Central Control) cuûa toång ñaøi seõ taïo caùc soá lieäu ñieàu khieån ñeå naïp vaøo vaøo boä nhôù C-mem 8
VIENTHONG05.TK Chöông 2: Maïng vaø chuyeån Maïch cuûa taàng S. Töø hình veõ H2.9 roõ raøng ñieåm chuyeån maïch duy nhaát coù theå ñaûm baûo cho yeâu caàu keát noái PCM1 phía ñaàu vaøo vôùi PCM1 phía ñaàu ra laø AND11 do ñoù CC taïo maõ ñòa chæ nhò phaân 0 töông öùng cuûa C-mem. Caùc soá lieäu cô baûn ñaõ coù CC naïp ñòa chæ nhò phaân AND11 vaøo oâ nhôù 0 cuûa C-mem taàng S, xong noù giao quyeàn ñieàu khieån cho khoái ñieàu khieån cuïc boä ñieàu khieån tröïc tieáp quaù trình tieáp theo. Ñeå ñaûm baûo cho taàng chuyeån maïch S hoaït ñoäng chính xaùc, yeâu caàu tín hieäu ñoàng hoà phaûi hoaøn toaøn ñoàng boä vôùi thôøi ñieåm baét ñaàu cuûa moãi khe thôøi gian TS trong khung tín hieäu PCM ñöôïc söû duïng. Nhö theá, baét ñaàu moät khung tín hieäu PCM tín hieäu ñoàng hoà thöù nhaát taùc ñoäng vaøo boä ñeám khe thôøi gian TS-counter laøm cho boä ñeám baøy thieát laäp traïng thaùi 0 coù maõ nhò phaân töông öùng vôùi ñòa chæ oâ nhôù 0 cuûa C-mem, nhôø boä choïn ñòa chæ Selector maõ traïng thaùi naøy ñöôïc ñöa tôùi BUS ñòa chæ cuûa boä nhôù C-mem. Ñoàng thôøi vôùi vieäc taïo maõ ñòa chæ, Selector taïo ra tín hieäu ñieàu khieån ñoïc ñöa tôùi C-mem do ñoù noäi dung chöùc trong oâ nhôù 0 ñöôïc ñöa ra thanh ghi-giaûi maõ. Vì noäi dung naøy laïi chính laø ñòa chæ cuûa phaàn töû chuyeån maïch AND11, do ñoù ñaõ taïo ñöoâc tín hieäu ñieàu khieån ñieåm chuyeån maïch naøy, nhôø ñoù tín hieäu PCM chöùa trong khe thôøi gian TS#0 cuûa PCM1 phía ñaàu vaøo chuyeån qua phaàn töû chuyeån maïch AND11 ñeå höôùng tôùi PCM1 ôû phía ñaàu ra cuûa ma traän chuyeån maïch S, töùc laø ñaõ thöïc hieän chöùc naêng chuyeån maïch. Keát thuùc thôøi gian cuûa TS#0, xung ñoàng hoà thöù hai taùc ñoäng vaøo TS-counter laøm noù chuyeån sang traïng thaùi 1 coù maõ nhò phaân töông öùng vaøo ñòa chæ oâ nhôù 1 cuûa C-mem. Nhö vaäy keát thuùc vieäc taïo tín hieäu ñieàu khieån cho AND11 ñoái vôùi quaù trình chuyeån maïch cho TS#0 theo yeâu caàu. Töông öùng nhö vaäy ñoái vôùi caùc khe thôøi gian tieáp theo vaø thuû tuïc ñöôïc laëp vôùi chu kyø T=125 μsec trong suoát quaù trình thieát laäp noái cho cuoäc goïi ñang xeùt. Khi cuoäc goïi keát thuùc CC nhaän bieát vaø noù seõ giaûi phoùng cuoäc noái moät caùch ñôn giaûn baèng hoaït doäng xoaù soá lieäu ñaõ ghi vaøo C-mem nhö ñaõ neâu khi baét ñaàu cuoäc goïi. Trong caùc taàng chuyeån maïch S thöïc teá, caùc bits tín hieäu PCM thöôøng ñöôïc gheùp keânh taïo luoàng toác ñoä cao vaø bieán ñoåi thaønh daïng song song tröôùc khi qua taàng S. Ví duï nhö luoàng tín hieäu soá PCM32 vôùi toác ñoä truyeàn bit noåi tieáng laø 2,048Mbit/s ñöôïc mang trong ñoâi daây ñôn ñöa tôùi boä bieán ñoåi noái tieáp-song song. 2.2.3 Taàng chuyeån maïch thôøi gian soá Nhö chuùng ta ñaõ thaáy roõ treân ñaây, caáu taïo vaø hoaït ñoäng cuûa chuyeån maïch taàng S chæ thöïc hieän cho caùc quaù trình chuyeån maïch coù cuøng chæ soá khe thôøi gian giöõa ñöôøng PCM vaøo vaø ñöôøng PCM ra. Trong tröôøng hôïp toång quaùt coù yeâu caàu trao ñoåi khe thôøi gian giöõa ñaàu vaøo vaø ñaàu ra khaùc nhau thì phaûi öùng duïng taàng chuyeån maïch thôøi gian T (Time Switch stage). Treân hình veõ H2.10 döôùi ñaây minh hoaï quaù trình trao ñoåi khe thôøi gian giöõa TS#3 vaø TS#8 cho hai khung lieân tieáp nhau giöõa ñöôøng PCM vaøo vaø PCM ra cuûa taàng chuyeån maïch T. T=125μs T=125μs 0123456 n 0123456 n Caùc ñöôøng SHW vaøo TS Caùc ñöôøng SHW ra TS 0123456 n 0123456 n SHW vaøo SHW ra Treã 3TS 0 1 2 3 4 5 6 n 0123456 n Hình 2.10 Trao ñoåi khe thôøi gian 9
Chöông 2: Maïng vaø chuyeån Maïch Vì caùc khe thôøi gian TS ñöôïc saép xeáp lieân tieáp nhau theo thöù töï taêng daàn do vaäy ñeå trao ñoåi thoâng tin giöõa caùc khe thôøi gian TS#3 vaø TS#8, tín hieäu PCM trong TS#3 caàn phaûi ñöôïc löu taïm thôøi taïi taàng T trong khoaûng thôøi gian 5TS trong cuøng moät khung, sau ñoù vaøo khe thôøi gian cuûa TS#8, tín hieäu PCM ñöôïc ñöa ra ñöôøng PCM phía ñaàu ra cuûa taàng chuyeån maïch. Tröôøng hôïp neáu caàn chuyeån maïch giöõa khe thôøi gian ôû ñaàu ra vôùi khe thôøi gian coù chæ soá lôùn hôn ôû ñaàu vaøo, ví duï TS#8 vaøTS#3 nhö minh hoaï treân hình veõ H2.11 thì tín hieäu khoâng theå treã trong cuøng moät khung vaø phaûi treã tôùi khung tieáp theo. Cuï theå laø (n-6+2) khe thôøi gian. Nhö vaäy, veà nguyeân taéc ñoái vôùi tín hieäu soá cô cheá ñeå taïo ñoä treã thôøi gian theo yeâu caàu song vôùi nhöõng tính naêng öu vieät cuûa coâng ngheä vi maïch hieän ñaïi veà toác ñoä vaø giaù thaønh, ngaøy nay boä nhôù RAM ñöôïc söû duïng trong taát caû caùc heä thoáng chuyeån maïch DSS (Digital Switching system). T=125μs T=125μs 0123456 n 0123456 n Caùc ñöôøng SHW vaøo TS Caùc ñöôøng SHW ra TS 0123456 n 0123456 n SHW vaøo SHW ra Treã (n-6+2)TS 0 1 2 3 4 5 6 n 0123456 n Hình 2.11 Nguyeân lyù chuyeån maïch thôøi gian Nguyeân lyù caáu taïo cuûa chuyeån maïch taàng T bao goàm 02 thaønh phaàn chính laø boä nhôù tin S- mem (Speak memory) vaø boä nhôù ñieàu khieån C-mem nhö hình H2.11 minh hoaï döôùi ñaây. Chöùc naêng cô baûn cuûa S-mem laø ñeå nhôù taïm thôøi caùc tín hieäu PCM chöùa trong moãi khe thôøi gian phía ñaàu vaøo ñeå taïo ñoä treã thích hôïp theo yeâu caày maø noù coù giaù trò nhoû nhaát laø 1TS tôùi cöïc ñaïi laø (n-1)TS. Neáu vieäc ghi caùc tín hieäu PCM chöùa trong caùc khe thôøi gian TS phía ñaàu vaøo cuûa taàng chuyeån maïch T vaøo S-mem ñöôïc thöïc hieän moät caùch tuaân töï thì coù theå söû duïng moät boä ñeäm nhò phaân Module(n) cuøng vôùi boä choïn raát ñôn giaûn ñeå ñieàu khieån. Löu yù raèng khi ñoù tín hieäu ñoàng hoà phaûi hoøan toaøn ñoàng boä vôùi caùc thôøi ñieåm ñaàu cuûa TS trong khung tín hieåu PCM ñöôïc söû duïng trong heä. Boä nhôù C-mem coù chöùc naêng duøng trong ñeå ñieàu khieån quaù trình ñoïc thoâng tin ñaõ löu ñeäm taïi S-mem. Cuõng nhö C-mem trong chuyeån maïch taàng S, boä nhôù C-mem cuûa taàng T cuõang coù n oâ nhôù baèng soá lieäu khe thôøi gian trong khung tín hieäu PCM söû duïng. Trong thôøi gian moãi TS, C- mem ñieàu khieån quaù trình ñoïc moät oâ nhôù töông öùng thích hôïp trong T-mem. Nhö vaäy hieäu quaû treã cuûa tín hieäu PCM cuûa T-Mem ñöôïc xaùc ñònh moät caùch roõ raøng raønh maïch bôûi hieäu soá giöõa caùc khe thôøi gian ghi vaø ñoïc tin PCM ôû boä nhôù S-mem. Thaät laø thuù vò töø cô cheá chuyeån maïch neâu treân ta nhaän thaáy raèng taàng chuyeån maïch T hoaït ñoäng khoâng bình thöôøng trong caùch phaân chia thôøi gian. Cuøng moät boä nhôù C-mem, caùc oâ nhôù ñöôïc söû duïng moät caùch ñoäc quyeàn cho moät cuoäc goïi xaùc ñònh trong suoát thôøi gian cuûa cuoäc noái. Nhö vaäy chuùng ta coù ñieàu nghòch lyù raèng chuyeån maïc h khoâng gian S ñöôïc phaân chia thôøi gian trong khi ñoù chuyeån maïch thôøi gian T laïi ñöôïc phaân chia theo khoâng gian. 10
VIENTHONG05.TK Chöông 2: Maïng vaø chuyeån Maïch Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa chuyeån maïch thôøi gian T seõ ñöôïc trình baøy saùng toû theo ví duï sau ñaây: Giaû söû coù yeâu caàu chuyeån maïch phuïc vuï cho cuoäc noái giöõa TS#5 cuûa luoàng tín hieäu PCM ñaàu vaøo vôùi TS#9 cuûa luoàng tín hieäu PCM ñaàu ra cuûa chuyeån maïch taàng T nhö minh hoïa treân hình veõ H2. 12: Add. 0 1 2 R/W TS n Read Write Chu Trình R/W SHW ra Selector Local controller R W Clk TS C-Mem 0 count Add. 1 2 Data R/W Selector n R W Hình 2.12 Chuyeån maïch taàng T. Caên cöù yeâu caàu chuyeån maïch, heä thoáng ñieàu khieån trung taâm CC cuûa toång ñaøi seõ taïo caùc soá lieäu ñieàu khieån cho taàng T. Ñeå thöïc hieän ñieàu naøy CC seõ naïp soá lieäu veà ñòa chæ nhò phaân oâ nhôù 5 cuûa T-mem vaøo oâ nhôù soá 9 cuûa C-mem, sau ñoù CC giao quyeàn ñieàu khieån cuïc boä cho chuyeån maïch taàng T tröïc tieáp thöïc hieän quaù trình trao ñoåi khe thôøi gian theo yeâu caàu chuyeån maïch. Tieáp theo ñeå cho quaù trình moâ taû ñöôïc hoaøn toaøn xaùc ñònh vaø deã theo doõi, chuùng ta khaûo saùt töø thôøi ñieåm baét ñaàu TS#0 cuûa khung tín hieäu PCM. Quaù trình ghi thoâng tin PCM chöùa trong caùc khe thôøi gian phía ñaàu vaøo boä oâ nhôù S-Mem ñöôïc thöïc hieän TS-Counter vaø boä choïn ñòa chæ Selector 1. Cuï theå laø khi baét ñaàu khe thôøi gian TS#0, tín hieäu ñoàng hoà taùc ñoäng vaøo TS- Counter laøm noù thieát laäp traïn thaùi 0 ñeå taïo toå hôïp nhò phaân oâ nhôù 0 cuûa S-mem. Boä choïn ñòa chæ Selector1 ñöôïc söû duïng ñeå ñieàu khieån ñoïc hay ghi nhôù S-mem. Boä choïn ñòa chæ Selector1 ñöôïc söû duïng ñeå ñieàu khieån ñoïc hay ghi boä nhôù S-mem (RAM), trong tröôøng hôïp naøy noù chuyeån maõ ñòa chæ naøy vaøo bus ñòa chæ Add cuûa S-mem. Keát thuùc thôøi gian TS#0 cuõng laø baét ñaàu TS#1 song ñoàng hoà laïi taùc ñoàng vaøo TS-Counter laøm cho noù chuyeån traïng thaùi 1 ñeå taïo ñòa chæ nhò phaân cho oâ nhôù soá 1 cuûa S-mem. Selector1 chuyeån soá lieäu naøy vaøo Bus ñòa chæ cuûa S-mem, nhôù soá 1 cuûa S-mem. Selector1 chuyeån soá lieäu naøy vaøo bus ñòa chæ cuûa S-mem, ñoàng thôøi taïo tín hieäu ñieàu khieån ghi W do ñoù toå hôïp maõ tín hieäu PCM trong khe thôøi gian TS 1 cuûa luoàng soá ñaàu vaøo ñöôïc ghi vaøo oâ nhôù 1 cuûa S-mem. Quaù trình xaûy ra töông töï ñoái vôùi caùc khe thôøi gian TS#2, TS#3, TS#4, TS#5 vaø tieáp theo cho tôùi khe khe thôøi gian cuoái cuøng TS#n cuûa khung. Sau ñoù tieáp tuïc laëp laïi cho caùc khung tieáp theo trong suoát quaù trình thieát laäp cuoäc noái yeâu caàu. Ñoàng thôøi vôùi quaù trình ghi tín hieäu vaøo S-mem, C-mem thöïc hieän ñieàu khieån quaù trình ñoïc caùc oâ nhôù cuûa S-mem ñeå ñöa tín hieäu PCM ra luoàng soá PCM vaøi caùc khe thôøi gian caàn thieát hôïp töông öùng theo yeâu caàu. 11
Chöông 2: Maïng vaø chuyeån Maïch Cuï theå dieãn bieán quaù trình xaûy ra nhö sau: Baét ñaàu khe thôøi gian TS#9, tín hieäu ñoàng hoà taùc ñoäng vaøo TS-counter laøm noù chuyeån traïng thaùi taïo maõ nhò phaân töông öùng ñòa chæ oâ nhôù soá 9 cuûa C-mem. Boä choïn ñòa chæ Selector2 chuyeån soá lieäu naøy vaøo Bus ñòa chæ cuûa C-mem ñoàng thôøi taïo tín hieäu ñieàu khieån ñoïc R cho boä nhôù C-mem, keát quaû laø noäi dung chöùa trong oâ nhôù soá 9 cuûa C-mem ñöôïc ñöa ra ngoaøi höôùng tôùi Bus ñòa chæ ñoïc phía ñaàu vaøo cuûa Selector1. vì noäi dung cuûa oâ nhôù soá 9 C-mem laø ñòa chæ nhò phaân cuûa oâ nhôù soá 5 cuûa S-mem ñöôïc ñöa ra ngoaøi vaøo khoaûng thôøi gian yeâu caàu cho tröôùc. Quaù trình tieáp tuïc laëp laïi nhö treân vôùi chu kyø 125μsec vôùi caùc khung tieáp theo cho tôùi khi keát thuùc cuoäc noái. Cô cheá hoaït ñoäng cuûa chuyeån maïch taàng T nhö ñaõ trình baøy treân ñaây laø quaù trình ghi tín hieäu PCM vaøo S-mem ñöôïc thöïc hieän moät caùch tuaàn töï, coøn quaù trình ñoïc tínhieäu PCM töø S-mem ra ñöôïc thöïc hieän theo yeâu caàu theo caùch tuaàn töï, coøn quaù trình ñoïc tín hieäu PCMtöø S-mem ra ñöôïc thöïc hieän theo yeâu caàu theo caùch ngaãu nhieân. Cheá ñoä laøm vieäc nhö vaäy cuûa chuyeån maïch taàng T goïi laø “ ghi tuaàn töï ñoïc ngaãu nhieân” vieát taét SWRR (Sequencial Write Random Read). Ngoaøi cheá ñoä SWRR trong thöïc tieãn coøn phaûi söû duïng cheá ñoä “ghi ngaãu nhieân ñoïc tuaàn töï” “RWSR (Random Write Swquencial Read)” maø chuùng ta seõ khaûo saùt khi moâ taû caáu truùc vaø hoaït ñoäng cuûa taàng chuyeån maïch soá gheùp keânh keát hôïp T-S-T sau naøy. 2.2.4 Caáu truùc khoái chuyeån maïch soá dung löôïng lôùn 2.2.4.1 Giôùi thieäu chung Trong caùc öùng duïng thöïc teá cuûa caùc khoái chuyeån maïch tín hieäu soá ta thöôøng phaûi giaûi quyeát hai vaán ñeà laø chaát löôïng phuïc vuï QoS (Quality of Service) vaø dung löôïng caàn thieát cuûa khoái chuyeån maïch yeâu caàu. Chaát löôïng phuïc vuï chuû yeáu phuï thuoäc vaøo hieän töôïng blocking (Vöôùng noäi) ñaõ trình baøy trong muïc 2.2.2 vaø hieän töôïng naøy vôùi xaùc suaát khaù lôùn khi chæ söû duïng caùc chuyeån maïch taàng S. Ñoái vôùi taàng T nhö ñaõ moâ taû treân ñaây noù coù theå baûo ñaûm chöùc naêng chuyeån maïch khoâng blocking cho taát caû caùc khe thôøi gian trong luoàng cao tín hieäu PCM maø noù ñaûm nhieäm phuïc vuï. Ví duï vôùi heä thoáng 32 PCM 30/32 ñöôïc gheùp keânh soá thaønh moät luoàng cao toác ñoä PCM 1024 TS höôùng tôùi chuyeån maïch taàng T ñôn leû thì taát caû 1024 TS, coù theå ñöôïc keát noái moät caùch töï do maø khoâng gaây hieän töôïng blocking. Neáu moät tröôøng chuyeån maïch ñöôïc xaây döïng baèng moät taàng T nhö vaäy thì dung löôïng thöïc teá cuûa noù laø 512 TS ñeå thöïc hieän keát noáu caùc keânh PCM theo caû hai chieàu thu/phaùt. Tuy vaäy, trong caùc öùng duïng thöïc teá ôû toång ñaøi noäi haït, tröôøng chuyeån maïch ngoaïi vieäc taïo keânh cho keânh thoaïi coøn phaûi taïo keânh cho baùo hieäu vaøñieàu khieån. Do ñoù vôùi moät taàng T ñôn thì tröøôøng chuyeån maïch chæ baøo ñaûm ñöôïc khaûong 450 thueâ bao nghóa laø dung löôïng toång ñaøi quaù nhoû. Ngoaøi ra ñoái vôùi coâng ngheä cheá taïo khi kích thöôùc taàng S taêng leân thì soá löôïng chaân ra cuûa vi maïch cuõng seõ raát lôùn gaây khoù khaên cheá taïo vi maïch. Coøn vieäc taêng dung löôïng cuûa chuyeån maïch taàng T thì haïn cheá bôûi coâng ngheä cheá taïo vi maïch nhôù RAM vaø caùc maïch logic ñieàu khieån lieân quan. Nhö vaäy vieäc taêng dung löôïng tröôøng chuyeån maïch soà ñeå ñaûm baûo cho soá löôïng thueâ bao vaø trung keá lôùn tuyø yù theo yeâu caàu chæ coøn caùch phaûi xaây döng tröôøng chuyeån maïch söû duïng keát hôïp chuyeån maïch T vaø S tieâu chuaån. Coù raát nhieàu phöông aùn gheùp keát hôïp giöõa caùc chuyeån maïch S vaø T, ví duï nhö T-S, S-T-S, T-S-T, T-S-S-T v v Do coù khaû naêng tieáp thoâng hoaøn toaøn vaø khoâng coù hieän töôïng blocking neân ngöôøi ta mong muoán chæ söû duïng moät taàng T. Tuy vaäy moät taàng T chæ duøng laøm khoái chuyeån maïch khoâng blocking coù dung löôïng toái ña 1024 TS. Vôùi caáu truùc hai taàng TS vaø ST chæ thích hôïp cho caùc taàng chuyeån maïch dung löôïng nhoû vaø vöøa. Nhöng vôùi phöông aùn naøy saùc xuaát blocking seõ taêng nhanh cuøng vôùi söï taêng dung löôïng cuûa chuyeån maïch T. Do vaäy ôû caùc toång ñaøi dung 12
VIENTHONG05.TK Chöông 2: Maïng vaø chuyeån Maïch löôïng vöøa vaø lôùn nhaèm muïc tieâu giaûm blocking vaø taêng dung löôïng khoái chuyeån maïch ngöôøi ta thöôøng duøng caáu truùc ba taàng. Tröôùc ñaây, caáu truùc S-T-S ñöôïc söû duïng nhöng töø cuoái thaäp nieân 70 trôû laïi ñaây caáu truùc T-S-T chieám öu theá hôn vaø ngaøy nay caáu truùc naøy söû duïng roäng raõi nhaát. Sôû dó tröôùc ñaây ngöôøi ta söû duïng S-T-S laø vì trình ñoä coâng ngheä luùc ñoù traùnh chi phí lôùn cho toác ñoä hoaït ñoäng cao cuûa vi maïch. Ngaøy nay caùc öu ñieåmvaà toác ñoä cao cuûa RAM ñaõ buø laïi ñöôïc vveà chi phí giaù thaønh cho caû hai coâng ngheä chuyeån maïch Svaø T do ñoù caáu truùc T-S-T ñöôïc öa chuoäng hôn. Trong caùc toång ñaøi dung löôïng cöïc lôùn, caùc chuyeån maïch taàng S coù taùc duïng chia nhoû tröôøng chuyeån maïch thaønh moät soá taàng thaønh phaàn nhaèm haïn cheá kích thöôùc cuûa chuùng do ñoù caùc caáu truùc 4 vaø 5 taàng T-S-S-T hoaëc T-S-S-S-T ñaõ ñöôïc öùng duïng. Löu yù raèng vieäc söû duïng caáu truùc chuyeån maïch taàng S ña taàng giaûm ñöôïc toång chi phí giaù thaønh nhöng taêng chi phí ñeå giaûi quyeát vaán ñeà blocking. Thei lyù thuyeát caáu truùc chuyeån maïch T-S-T coù heä soá taäp trung laø 1:1 coù theå baûo ñaûm khoâng xaûy ra blocking neáu soá löôïng khe thôøi gian noäi boä qua taàng chuyeån maïch S laø 2n-1 trong ñoù n laø soá löôïng khe thôøi gian ôû trong caùc luoàng PCM vaøo vaø ra cuûa taàng chuyeån maïch T ngoaïi vi. Tuy vaäy thaäm chí laø caû khi maø soá löôïng khe thôøi gian trong vaø ngoaøi baèng nhau thì chaát löôïng phuïc vuï QoS vaãn raát toát (khoaûng 3.10-17 cho keânh coù löu löôïng 0,7Erl vaø seõ taêng leân tôùi 4,7.10-8 khi löu löôïng keânh laø 0.8Erl). Hôn nöõa, do khoâng phaûi taát caû caùc khe thôøi gian ngoaøi ôû luoàng PCM ñöôïc söû duïng ñeå truyeàn taûi löu löôïng maõ soá khe thôøi gian noäi thöôøng luoân luoân coù saün cho vieäc ñònh tuyeán löu löôïng qua chuyeån maïch taàng S vaø löu löôïng khe thôøi gian TS gnoaøi, nhôø ñoù maø thaäm chí caû vôùi nhöõng keânh löu löôïng cao 0,8Erl chaát löôïng dòch vuï QoS cuûa T-S-T vaãn coù theå giaù trò 10-8 ñeán 10-10 Toùm laïi vieäc löïa choïn caáu truùc cuï theå phuï thuoäc vaøo nhieàu yeáu toá nhö ñoä phöùc taïp, kích thöôùc tröôøng chuyeån maïch, löu löôïng phuïc vuï, kích thöôùc Module, khaû naêng kieåm tra ño thöû baûo döôõng, môû roäng dung löôïng v v Do caùc tính chaát quyù baùu nhö trình baøy treân ñaây, caáu truùc T-S-T ñöôïc söû duïng roäng raõi nhaát vaø noù ñöôïc thieát keá döôùi daïng caùc Module coù kích thöôùc phuø hôïp vôùi coâng ngheä, öùng duïng thöïc teá vaø deã phaùt triieån, deå vaän haønh vaø baûo döôõng. 2.2.4.2 Maïng chuyeån maïch T-S-T Khoái chuyeån maïch soá caáu truùc T-S-T caáo taïo töø 3 taàng chuyeån maïch T1, S vaø T2 keát noái vôùi nhau nhö minh hoaï treân hình veõ H2.13 Hình 2.13 Tröôøng chuyeån maïch T-S-T 13
Chöông 2: Maïng vaø chuyeån Maïch Taàng chuyeån maïch thôøi gian T1 phía ñaàu vaøo keát noái khe thôøi gian vaøo vôùi moät khe thôøi gian roãi naøo ñoù trong ñöôøng Bus daãn tôùi ñaàu vaøo cuûa taàng chuyeån maïch khoâng gian S. Trong khi ñoù taàng chuyeån maïcch thôøi gian T2 phía ñaàu ra keát noái khe thôøi gian ñaõ ñöôïc choïn töø chuyeån maïch taàng S tôùi khe thôøi gian ra yeâu caàu. Nhö vaäy cuoäc goïi ñöôïc keát noái qua tröôøng chuyeån maïch coù theå ñöôïc ñònh tuyeán qua taàng S vôùi baát kyø khe thôøi gian thích hôïp naøo. Phuø hôïp vôùi tính chaát vaø öùng duïng cuûa caùc luoàng gheùp keânh soá cao toác PCM töø beân ngoaøi vaøo/ra khoái chuyeån maïch khoái chuyeån maïch T-S-T, caùc chuyeån maïch thôøi gian T2 ngöôïc laïi laøm vieäc theo cheá ñoä RWSR. Ngoaøi ra öu ñieåm cuûa cheá ñoä hoaït ñoàng ñöôïc löïa choïn treân ñaây laøm cho vieäc ñieàu khieån noäi boä khoái chuyeån maïch trôû ra neân roõ raøng, ñôn giaûn vaø deå thöïc hieän hôn. Thoâng thöôøng dung löôïng cuûa caùc chuyeån maïch thôøi gian T khoaûng 1024TS, coøn kích thöôùc cuûa ma traän chuyeån maïch D laø 8x8, 16x16 vaø 64x64 ñöôøng cao HW (HighWay) Ñeå giaûi thích quaù trình thöïc hieän nhieäm vuï chuyeån maïch cuûa khoái chuyeån maïch soá caáu truùc T-S-T treân hình veõ H2.13 ñaõ chæ roõ quaù trình chuyeån maïch phuïc vuï cho cuoäc noái giöõa khe thôøi gian TS#2 cuûa luoàng soá ñaàu vaøo 2 vôùi khe thôøi gian TS#31 cuûa luoàng tín hieäu PCM ñaàu ra B khe thôøi gian trung gian TS#7 ôû taàng chuyeån maïch khoâng gian S. Döïa vaøo nguyeân taéc caáu taïo vaø hoaït ñoäng cuûa caùc chuyeån maïch taàng S, taàng T ñaõ trình baøy kyõ trong caùc muïc 2.2.2 vaø 2.2.3 baïn ñoïc haõy töï khaûo saùt vaø moâ taû cho quaù trình thöïc hieän nhieäm vuï chuyeån maïch neâu treân. 2.2.4.3 Ñoä an toaøn vaø tin caäy cuûa khoái chuyeån maïch soá Caùc khoái chuyeån maïch soá hieän ñaïi coù dung löôïng khoång loà, do ñoù baûn thaân chuùng cuøng caùc thieát bò ñieàu khieån lieân quan caàn phaûi ñöôïc ñaûm baûo ñoä an toaøn tin caäy cao bôûi vì moät hoûng hoùc nhoû coù theå gaây ra haäu quaû nghieâm troïng cho toaøn boä heä thoáng. Caùc heä thoáng chuyeån maïch ñaàu cuoái coâng coäng hieän ñaïi yeâu caàu thôøi gian hoûng bình quaân trong chu kyø 20-40 naêm phuï thuoäc vaøo caùc tính naêng quaûn lyù. Vì raèng chæ coù moät trong soá caùc caáu kieän cuûa heä thoáng, khoái chuyeån maïch töï noù caàn phaûi ñaûm baûo chæ moät phaàn nhoû trong tyû suaát hoûng hoùc baát kyø naøo aûnh höôûng maïnh hôn moät phaàn nhoû maïch ñieän. Ñieàu naøy yeâu caàu phaûi xem xeùt caân nhaéc thaän troïng vaán ñeà ñaûm baûo ñoä tin caäy cao cuûa caùc khoái chuyeån maïch soá bôûi vì dung löôïng keânh cuûa chuùng khoång loà vaø khoái löôïng caáu kieän phaàn cöùng lôùn. Ví duï nhö neáu hoûng hoùc phaàn cöùng ôû moät Bus luoàng PCM noäi boä giöõa taàng T vaø taàng S coù theå seõ laøm toån thaát 1024 keânh truyeàn daãn. Baûo veä an toaøn moät caùch coù hieäu quaû vaø ñôn giaûn nhaát cho tröôøng chuyeån maïch soá coù theå thöïc hieän baèng hai giaûi phaùp: thieàt keá cheá taïo theo Module vaø trang bò döï phoøng. Theo phöông aùn döï phoøng keùp nghóa laø khoái chuyeån maïch ñöôïc thieát keá cheá taïo töø hai nöûa khoái hoaøn toaøn nhö nhau vaø moãi nöûa khoái goïi laø moät “maët” (Plane hay Side). Moãi cuoäc noái seõ ñöôïc thieát laäp ñoàng thôøi vôùi hai keânh daãn song song ñoàng nhaát qua caùc maët A vaø B cuûa khoái chuyeån maïch, trong ñoù moät maët laøm vieäc thöïc söï (maët tích cöïc) ñeå keát noái keânh vaøo/ra phuïc vuï cuoäc goïi, coøn maët kia laø ñeå döï phoøng sao cho neáu maët tích cöïc coù vaán ñeà thì noù seõ töï ñoäng thay theá. Ñeå giaûi quyeát vaán ñeà nhö neâu treân, boå sung vaøo khoái chuyeån maïch an toaøn caàn phaûi coù cô cheá giaùm saùt, phaùt hieän sai loãi vaø hoûng hoùc sao cho coù theå coâ laäp ñöôïc boä phaän thieát bò khi xaûy ra sai loãi. Ñoái vôùi phöông phaùp trang bò keùp ñoâi coù theå söû duïng giaûi phaùp kieåm tra tính chaún leû ñôn giaûn caû hai keânh song song tích cöïc/döï phoøng ñeå chæ ra maët bò sai loãi, cuï theå laø bit chaün ñöôïc boå sung vaøo toå hôïp maõ tín hieäu PCM 8bit trong höôùng phaùt taïi moãi luoàng keát ñaàu cuoái vaøo cuûa khoái chuyeån maïch. Luoàng tín hieäu 9 bit sau ñoù ñöôïc nhaân ñoâi vaø ñöa tôùi 14
VIENTHONG05.TK Chöông 2: Maïng vaø chuyeån Maïch chuyeån maïch taàng T ñaàu vaøo töông öùng cuûa caû hai maët cuûa khoái chuyeån maïch. Phía ñaàu thu moãi toå hôïp maõ PCM 9 bit töø caû hai seû ñöôïc kieåm tra tính chaün ñeå phaùt hieän coù sai loãi hay khoâng. Neáu phaùt hieän thay loãi ôû maët naøo thì laäp töùc maët ñoù seõ bò coâ laäp khoûi khoái chuyeån maïch moät caùch töï ñoäng hoaøn toaøn. Ngoaøi phöông phaùp trang bò döï phoøng keùp ñöôïc söû duïng raát phoå bieán neâu treân coù theå söû duïng phöông phaùp taïp hôn ví duï nhö döï phoøng theo module N+1 hay döï phoøng “N trong M” v v 2.3 Kyõ thuaät chuyeån maïch goùi: Kyõ thuaät chuyeån maïch goùi ngaøy nay ñaõ trôû thaønh moät kyõ thuaät raát coù tieàm naêng vaø quan trong trong lónh vöïc vieãn thoâng bôûi vì noù cho pheùp caùc nguoàn taøi nguyeân Vieãn thoâng söû duïng moät caùch hieäu quaû nhaát. Chuyeån maïch goùi coù theå thích öùng vôùi dieän raát roäng caùc dòch vuï vaø yeâu caàu cuûa khaùch haøng. Treân theá giôùi ngaøy nay, maïng chuyeån maïch goùi cuõng ñang theå hieän hieäu quaû vaø tính haáp daãn cuûa noù cho caùc dòch vuï vieãn thoâng khaùc nhö ñieän thoaïi. Video vaø caùc dòch vuï baêng roäng khaùc. Quan ñieåm cuûa chuyeån maïch goùi döïa treân khaû naêng cuûa caùc maùy tính soá hieän ñaïi toác ñoä cao taùc ñoäng vaøo baûn tin caàn truyeàn sao cho coù theå chia caét caùc cuoäc goïi, caùc baûn tin thaønh caùc thaønh caùc thaønh phaàn nhoû goïi laø “Goùi” tin. Tuyø thuoäc vaøo vieäc thöïc hieän vaø hình thöùc cuûa thoâng tin maø coù theå coù nhieàu möùc phaân chia. Ví duï moät caùch thöïc hieän phoå bieán ñöôïc aùp duïng cuûa chuyeån maïch goùi hieän nay laø baûn tin cuûa ngöôøi söû duïng ñöôïc chia thaønh caùc Segments vaø sau ñoù caùc Segments laïi ñöôïc chia tieáp thaønh caùc goùi (Packet) coù kích thöôùc chuaån hoaù. Hình veõ H.2.14 minh hoaï giao thöùc caét goùi theo nguyeân taéc neâu treân. Caùc segments sau khi ñöôïc chia caét töø baûn tin cuûa khaùch haøng seõ ñöôïc xöû lyù chuaån hoaù tieáp baèng caùch daùn “Ñaàu” (leader) vaø “Ñuoâi” “Trailer”, nhö vaäy chuùng chöùa ba tröôøng soá lieäu laø:Ñaàu chöùa ñòa chæ ñích cuøng caùc thoâng tin ñieàu khieån maø maïng yeâu caàu ví duï nhö soá thöï töï cuûa Segment#, maõ keânh logic ñeå taùch caùc thoâng tin khaùch haøng ñaõ gheùp keânh, ñaùnh daáu segment ñaàu tieân vaø segment cuoái cuøng cuûa baûn tin vaø nhieàu thoâng tin khaùc lieân quan tôùi chöùc naêng quaûn lyù vaø ñieàu khieån töø “Ñaàu cuoái-tôùi-Ñaàu Cuoái”. Segment#1 Segment#2 Segment#n Baûn tin Baûntin . ñoä daøiL Tröôøng Tin coù ñoä daøi tôùi M bit Segment Ñaàu Tröôøng Tin CRC (M>=N) Taïo khung keát thuùc Taïo khung baét ñaàu Goùi Tieâu ñeà Taûi tin (Tôùi N bit) CRC Hình 2.14 Nguyeân lyù caét maûnh vaø taïo Goùi Ñoái vôùi caùc goùi tin truyeàn qua maïng Chuyeån maïch goùi coøn phaûi chöùa caùc maãu taïo khung ñeå ñaùnh daáu ñieåm ñaàu vaø ñieåm cuoái cuûa moãi goùi. Tieâu ñeà (Header) cuûa goùi töông töï nhö ñaàu cuûa Segment, ngoaøi ra noù coøn coù theâm caùc thoâng tin maø maïng chuyeån maïch yeâu caàu ñeå ñieàu khieån söï truyeàn taûi cuûa caùc goùi qua maïng, ví duï nhö thoâng tin caàn boå sung vaøo tieâu ñeà cuûa goùi laø ñòa chæ Nguoàn, ñòa chæ Ñích, soá thöï töï cuûa goùi vaø caùc khoái soá lieäu ñieàu khieån ñeå choáng voøng laëp, quaûn lyù QoS, suy hao, laëp goùi v v 15
Chöông 2: Maïng vaø chuyeån Maïch Tröôøng soá lieäu ñieàu khieån sai loãi CRC cho pheùp heä thoáng chuyeån maïch goùi phaùt hieän sai loãi xaûy ra trong goùi neáu coù, nhôø ñoù ñaûm baûo yeâu caàu raát cao veà ñoä chính xaùc truyeàn tin. Caùc goùi tin seõ ñöôïc chuyeån qua maïng chuyeån maïch goùi töø Node chuyeån maïch naøy tôùi node chuyeån maïch khaùc treân cô soå “löu ñeäm vaø phaùt chuyeån tieáp”, nghóa laø moãi node chuyeån maïch sau khi thu moät goùi seõ taïm thôøi löu giöõ moät baûn sao cuûa goùi vaøo boä nhôù ñeäm cho tôùi khi cô hoäi phaùt chuyeån goùi tôùi node tieáp theo hay thieát bò ñaàu cuoái cuûa ngöôøi duøng ñöôïc ñaûm baûo chaéc chaén. Bôûi vì moïi quaù trình thoâng tin ñöôïc caét nhoû thaønh caùc goùi gioáng nhau neân caùc baûn tin duø daøi hay ngaén ñeàu coù theå chuyeån qua maïng vôùi söï aûnh höôûng laãn nhau ít nhaát vaø nhôø söï chuyeån taûi caùc goùi qua maïng gaán nhö nhau ñöôïc thöïc hieän trong thôøi gian thöïc neân chuyeån maïch coù theå ñaùp öùng ñöôïc yeâu caàu hoaït ñoäng moät caùch nhanh choùng keå caû khi coù söï thay ñoåi maãu löu löôïng hoaëc coù söï hoûng hoùc moät phaàn hay nhieàu tính haêng khaùc cuûa maïng. Hình veõ H2.15 minh hoaï nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa maïng chuyeån maïch goùi. PSWs PSWñ NSIXEDM OENRFS NISIXEDMENORFS User A User B Hình 2.15 Maïng chuyeån maïch goùi Caùc baûn tin cuûa khaùch haøng töø maùy chuû goïi A seõ khoâng ñöôïc gôûi moät caùch töùc thì vaø troïn veïn qua maïng tôùi maùy bò goïi nhö trong maïng chuyeån maïch baûn tin, maø seõ ñöôïc caét vaø taïo thaønh caùc goùi chuaån ôû Node chuyeån maïch goi nguoàn PSWs. Moãi goùi seõ ñöôïc phaùt vaøo maïng moät caùch rieâng reõ ñoäc laäp vaø chuùng seõ dòch chuyeån veà Node chuyeån maïch goùi ñích PSWñ theo moät ñöôøng faãn khaû duïng toát nhaát taïi baát kyø thôøi ñieåm naøo ñoàng htôøi moãi goùi seõ ñöôïc kieåm tra giaùm saùt loãi treân doïc haønh trình. Taïi PSWñ caùc goùi seõ taùi hôïp laïi ñeå taïo thaønh baûn tin nguyeân veïn ban ñaàu roài göûi tôùi thueâ bao B. Öu ñieåm ñaëc saéc cuûa chuyeån maïch goùi laø keânh truyeàn daãn chæ bò chieám duïng trong thôøi gian thöïc söï truyeàn goùi tin, sau ñoù keânh seõ trôû thaønh roãi vaø khaû duïng cho moät baûn tin coù theå ñöôïc truyeàn moät caùch ñoàng thôøi vaø coù theå theo caùc tuyeán hoaøn toaøn caùc tính naêng truyeàn daãn cuûa heä thoáng. Nguyeân taéc cô baûn cuûa tröôøng chuyeån maïch goùi ñöôïc minh hoaï treân hình veõ H.2.16 sau ñaây: Soá lieäu vaøo Buffer Boä Nhôù Vaø caùcgoùiÑK Controller Soá lieäu vaøo Buffer Boä Nhôù Vaø caùcgoùiÑK Controller Bus Soá lieäu Bus ñieàu khieån Hình 2.16 Nguyeân taéc tröôøng chuyeån maïch goùi. 16
VIENTHONG05.TK Chöông 2: Maïng vaø chuyeån Maïch Soá lieäu ñeán vaø caùc goùi ñieàu khieån ñöôïc phaân phoái vaøo caùc boä ñeäm maø taïi ñoù chuùng ñöôïc kieåm tra, giaùm saùt loãi. Sau ñoù chuùng ñöôïc taïm thôøi löu tröõ laïi ñeå saün saøng chuyeån vaøo Bus soá lieäu hoaëc ñöôïc dieãn giaûi bôûi boä ñieàu khieån Controller ñeå taïo ra caùc taùc ñoäng ñieàu khieån. Goùi soá lieäu vaøo coù theå ñöôïc truyeàn vaøo Bus soá lieäu daïng noái tieáp hoaëc song song vaø sau ñoù ñöôïc chuyeån tôùi boä ñeäm ñaàu ra bôûi boä ñieàu khieån maø noù xaùc nhaän ñöôïc ñòa chæ cuûa goùi chöùa trong tröôøng ñònh höôùng 2.4 Heä thoáng chuyeån maïch trong maïng Vieãn thoâng 2.4.1 Giôùi thieäu toång quaùt veà heä thoáng chuyeån maïch soá Ngaøy nay caùc toång ñaøi söû duïngtrong maïng vieãn thoâng treân toaøn caàu chuû yeáu laø toång ñaøi ñieän töû soá. Hình veõ H.2.17 thaáy roõ toång ñaøi caáu thaønh töø 3 khoái chöùc naêng: Khoái taäp trung thueâ bao Khoái chuyeån maïch trung taâm AT Khoái TK SLC T Khoái Chuyeån DT S Taäp MF A Trung Maïch MF C Thueâ Tones Bao nhoùm CAS CCS Boä ñieäu Khieån TB Heä thoáng ñieàu khieån toång ñaøi Hình H.2.17 Sô ñoà khoái toång ñaøi soá. • Khoái taäp trung thueâ bao (subscriber Concentrator) bao goàm giao dieän maïch ñieän ñöôøng thueâ bao SLC (Subsciber Line Circuit), boä gaùn khe thôøi gian TSAC (Time Slot Assignment Circuit), boä thu tín hieäu maõ ña taàn MF (MultiFrequency Receiver), maùy phaùt tín hieäu aâm taàn (Tones)vaø boä ñieàu khieån maïch ñieän ñöôøng daây thueâ bao (Boä ñieàu khieån TB). • Khoái chuyeån maïch trung taâm caáu taïo thaønh töø khoái chuyeån maïch nhoùn, module giao dieän trung keá Analogue TK vôùi caùc ñöôøng trung keá anologue AT (anologue Trunk), giao dieän trung keá soá vôùi caùc ñöôøng trung keá soá DT (Digital Trunk), boä thu phaùt tín hieäu maõ ña taàn MF (Multifrquency Send/Receiver), thieát bò baùo hieäu töøng keânh chugn CCS (Common Channel Signalling). Caû hai khoái chöùc naêng treân ñeàu coù tröôøng chuyeån maïch soá, trong ñoù tröôøng chuyeån maïch cuûa khoái taäp trung thueâ bao thöôøng laø chuyeån maïch taàng T dung löôïng 1024 TS duøng ñeå keát noái cho caùc cuoäc goïi töø 1024 ñöôøng daây thueâ bao vôùi löu löôïng thaáp vôùi caùc ñöôøng trung keá noäi boä coù soá löôïng ít hôn (thoâng thöôøng vôùi tæ leä taäp trung 1/16-1/10) nhöng vôùi löu löôïng cao hôn vaø höôùng tôùi khoái chuyeån maïch nhoùm. Ñoái vôùi khoái chuyeån maïch nhoùm vì laø tröôøng chuyeån maïch soá dung löôïng lôùn neân thöôøng ñöôïc xaây döïng töø caùc taáng chuyeån maïch S vaø T keát hôïp nhö ñaõ trình baøy . 17
Chöông 2: Maïng vaø chuyeån Maïch • Heä thoáng ñieàu khieån toång ñaøilaø moät hay moät maïng maùy tính ñieän töû soá thöïc hieän caùc chöùc naêng ñieàukhieån chung moïi hoaït ñoäng cuûa heä thoáng. Ñeå trôï giuùp cho nhaân vieân kyõ thuaät ñieàu haønh heä thoáng Operator, trogn toång ñaøi ñöôïc trang bò caùc thieát bò giao tieáp Ngöôøi-Maùy nhö maøn hình, baøn phím, maùy in v .v Toång ñaøi soá coù nhieàu tính naêng öu vieät cho coâng taùc quaûn lyù, khai thaùc vaø cung caáp caùc dòch vuï 2.4.2 Phaân tích cuoäc goïi vaø baùo hieäu Dieãn tieán quaù trình phuïc vuï moät cuoäc goïi noäi ñaøi theo 10 böôùc cô baûn nhö minh hoaï H2.18: Thueâ bao Chuû goïi A Thueâ bao Bò goïi B Toång ñaøi 1. Thueâ bao A nhaác maùy 2. Xaùc ñònh thueâ bao chuû goïi Aán môøi quay soá 3. Caáp phaùt boä nhôù 4. Thueâ bao quay soá DN 5.Phaân tích soá DN 6. Chuyeån maïch taïo keânh Hoài aâm chuoâng Doøng chuoâng 7. Caáp chuoâng vaø hoài aâm chuoâng 8. B nhaác maùy traû lôøi Caét tín hieäu chuoâng vaø hoài aâm chuoâng A,B noùi chuyeän A,B noùi chuyeän 9. Giaùm saùt cuoäc noái vaø thueâ bao A, B noùi chuyeän A ñaët maùy B ñaët maùy 10. Giaûi phoùng cuoäc noái Hình 2.18 Tieán trình xöû lyù cuoäc goïi 1. Tín hieäu yeâu caàu cuoäc goïi (thueâ bao nhaác maùy) Khi thueâ bao muoán thöïc hieän cuoäc goïi thì thueâ bao ñoù chæ vieäc nhaác maùy. Thao taùc naøy seõ taïo ra tín hieäu baùo hieäu khôûi ñaàu cuoäc goïi (Off-hook signal). Ñieàu naøy coù nghóa laø thueâ bao thoâng baùo cho toång ñaøi chuaån bò xöû lyù, ñieàu khieån quaù trình thieát laïp noá phuïc vuï cho cuoäc goïi. Thöïc chaát khi thueâ bao nhaác maùy khôûi taïo cuoäc goïi, maïch voøng thueâ bao vôùi toång ñaøi kín maïch. Moät maëct, doøng ñieän moät chieàu toång ñaøi caáp cho maùy ñòeân thoaïi. Maët khaùc caùc thieát bò ôû toång ñaøi seõ ñöôïc hoaït hoaù vaø caùc tín hieäu seõ ñöôïc göûi tôùi caùc boä phaän thích hôïp lieân quan cuûa toång ñaøi. Neáu luùc naøy maø thueâ bao aán khoaù ñaët toå hôïp hay ñaët maùy thì ñöôïc coi nhö laø baùo hieäu cho toång ñaøi bieát raèng cuoäc goïi keát thuùc (on-hook signal) vaø maïch voøng thueâ bao seõ hôû maïch vaø vieäc caáp ñieän moät chieàu cho maùy ñieän thoaïi khoâng caàn nöõa. 2. Xaùc ñònh thueâ bao chuû goïi Cuoäc goïi töø thueâ bao chuû goïi seõ ñöôïc phaùt hieän bôûi maïch ñieän ñöôøng daây thueâ bao ôû toång ñaøi, sau ñoù boä ñieàu khieån maïch ñieän thueâ bao seõ xaùc ñònh soá thieát bò EN (Equipment Number) cuûa thueâ bao chuû goïi. En laø soá caàn thieát cho vieäc bieân dòch thaønh danh baï DN (Directoty Number) cuûa thueâ bao. Ñeå phuïc vuï cho nhieäm vuï naøy yeâu caàu caùc baûng bieân 18
VIENTHONG05.TK Chöông 2: Maïng vaø chuyeån Maïch dòch ñaëc bieät maø ôû caùc theá heä toång ñaøi cô ñieän chuùng ñöôïc thöïc hieän döôùi daïng maïng ñieän Logic cöùng bôûi caùc Rô Le, coøn ôû caùc toång ñaøi soá chuùnh löu tröõ trong caùc boä nhôù cuûa maùy tính ñieàukhieån toång ñaøi. Treân cô sôû keát quaû bieân dòch neâu treân, toång ñaøi seõ coù ñöôïc nhöõng thoâng tin quan troïng ohuïc vuï cho caùc cuoäc goïi hieän haønh, nhö quyeàn lieân laïc, kieåu maùy ñieän thoaïi, traïng thaùi baän/roãi, caùc dòch vuï cuûa thueâ bao v v Heä thoáng ñieàu khieån cuûa toång ñaøi caàn xaùc ñònh ñöôïc caùc thuoäc tính, soá lieäu cuûa thueâ bao chuû goïi ñeå duøng cho caùc muïc ñích khaùc nöõa nhö ñeå tính cöôùc cuoäc goïi hay xaùc ñònh quyeàn lieân laïc ñöôøng daøi, lieân laïc quoác teá cuûa thueâ bao v v Caùc thoâng tin caàn thieát ñeå quaûn lyù thueâ bao ñöôïc löu tröõ trong baûn ghi thueâ bao (Subscriber Record) thuoäc cô sôû döõ lieäu cuûa toång ñaøi. 3. Caáp phaùt boä nhôù vaø keát noái thieát bò duøng chung Moät torng caùc chöùc naêng chuû yeáu cuûa toång ñaøi laø ñieàu khieån. Moät soá logic caàn ñöôïc dieãn giaûi caùc söï kieän xaûy ra trong tieán trình cuoäc goïi vaø treân cô sôû ñoù ñöa ra caùc quyeát ñònh caàn thieát vaø hoaït hoaù caùc taùc ñoäng töông öùng. Khi toång ñaøi nhaän ñöôïc tín hieäu yeâu caàu khôûi taïo cuoäc goïi (Off-hook signal), thieát bò ñieàu khieån seõ caáp phaùt thieát bò chung vaø cung caáp keânh thoâng cho thueâ bao chuû goïi. Ví duï nhö trong quaù trình xöû lyù cuoäc goïi, toång ñaøi caáp moät baûn ghi cuoäc goïi (Call Record)- moät vuøng boä nhôù caàn cho suoát tieán trình cuoäc goùi, trong ñoù löu tröõ moïi chi tieát lieân quan. Moät ví duï khaùc veà thieát bò duøng chung trong toång ñaøi ñoù laø caùc maùy thu/ phaùt vaø boä nhôù ñeå löu tröõ soá danh baï DN cuûa thueâ bao bò goïi, caùc chöõ soá naøy khoâng chæ caàn ñeå xaùc ñònh thueâ bao bò goïi maø coøn ñeå cung caáp nhöõng thoâng itn caàn thieát khaùc lieân quan tôùinhieäm vuï ñònh höôùng cho cuoäc goïi qua maïng. 4. Thu vaø löu tröõ caùc chöõ soá DN Sau khi nhaän ñöôïc tín hieäu môøi quay soá, thueâ baochuû goïi seõ tieán haønhphaùt caùc chöõ soá DN cuûa thueâ bao bò goïi baèng caùch aán soá. Caùc chöõ soá naøy seõ ñöôïc toång ñaøi thu vaø löu tröõ vaøo moät vuøng nhôù trong boä nhôù 5. Phaân tích soá Sau khi thu ñöôïc caùc chöõ soá DN cuûa thueâ bao bò goïi, heä thoáng ñieàu khieån caàn phaûi phaân tích caùc chöõ soá naøy ñeå xaùc ñònh höôùng cuûa cuoäc goïi hieän haønh. Neáu cuoäc goïi keát cuoái taïi toång ñaøi, nghóa laø cuoäc goïi noäi ñaøi- khi caû thueâ bao chuû goïi vaø thueâ bao bi goïi cuøng trong moät toång ñaøi thì chæ duy nhaát moät maïch ñieän cuoäc goïi ñöôïc ñònh höôùng tôùi-ñoù laø maïch ñieän ñöôøng daây thueâ bao bò goïi vaø khi ñoù neáu daây thueâ bao bò goïi “baän” thì cuoäc goïi khoâng theå tieáp dieãn thaønh coâng vaø toång ñaøi seõ phaùt tín hieäu baùo baän cho cho thueâ bao chuû goïi. Ngöôïc laïi neáu cuoäc goïi keát cuoái taïi moät toång ñaøi khaùc ôû xa thì noù seõ ñöôïc phaùt vaø tieáp theo seõ ñöôïc tuyø choïn trong moät höôùng khaû tuyeån. Trong tröôøng hôïp naøy neáu trong höôùng thích hôïp khoâng coù moät maïch ñieän trung keá khaû duïng thì toång ñaøi seõ göûi tín hieäu baùo baän cho thueâ bao chuû goïi vaø cuoäc goïi seõ bò huyû boû. Neáu coù maïch ñieän trung keá khaû duïng cho cuoäc goïi hieän haønh thì toång ñaøi seõ choïn vaø chieám moät maïch cho cuoäc goïi ñang xeùt. Maïch ñieän ñaõ bò chieám duøng vaø khoaù thì seõ thöïc hieän baèng caùch ñaët aùp ñaùnh daáu ñieàu kieän coøn trong toång ñaøi thoâng tin veà maïch ñieän löu tröõ trong baûn soá lieäu trong cô sôû döõ lieäu döôùi daïng maõ traïng thaùi cuûa maïch ñieän. 6. Chuyeån maïch taïo keânh Ñeán thôøiñieåm naøy, heä thoáng ñieàu khieån toång ñaøi ñaõ xaùc ñònh ñöôïc roõ caû hai maïch ñieän thueâ bao chuû goïi vaø thhueâ bao bi goïi.Nhieäm vuï tieáp theo laø choïn ñöôøng keát noái giöõa hai 19
Chöông 2: Maïng vaø chuyeån Maïch thueâ bao quatröôøng chuyeån maïch cuûa toång ñaøi. Trong heä thoáng ñieàu khieån cuûa toång ñaøi coù caùc thuaät toaùn choïn ñöôøng thích hôïp. Moãi ñieåm chuyeån maïch trong ñöôøng keát noái ñaõ choïn caàn ñöôïc kieåm tra ñeå baûo ñaûm raèng noù chöa bò chieám duøng sau ñoù chieám vaø khoaù ñöôøng. 7. Caáp doøng chuoâng vaø tín hieäu hoái aâm chuoâng Ñoái vôùi caùc cuoäc goïi noäi ñaøi, sau khi thöïc hieän caùc nhieäm vuï trong böôùc 6, toång ñaøi seõ phaùt tín hieäu chuoâng cho thueâ bao bò goïi ñoàng thôøi göûi tín hieäu hoài aâm chuoâng cho thueâ bao goïi. Baèng caùch ñoù toång ñaøi thoâng baùo cho caùc thueâ bao cuoäc goïi ñaõ ñöôïc xöû lyù thaønh coâng vaø caùc thueâ bao coù theå tíeân haønh cuoäc noùi chuyeän. 8. Thueâ bao bò goùi nhaác maùy traû lôøi Khi thueâ bao nhaác maùy toång ñaøi seõ thu ñöôïc tín hieäutraû lôøi cuûa thueâ bao bò goïi. Keânh noái ñaõ ñöôïc löïa choïn giöõa hai thueâ bao hình thaønh vaø caùc thueâ bao baét ñaàu noái chuyeän qua toång ñaøi. Luùc naøy doøng chuoâng vaø tín hieäu hoài aâm chuoâng phaûi bò caét khoûi keânh noái giöõa hai thueâ bao, ñoàng thôøi vieäc tính cöôùc ñöôïc kích hoaït. 9. Giaùm saùt cuoäc noái Trong khi cuoäc keát noái dieãn tieán, chöùc naêng giaùm saùt ñöôïc thöïc hieän nhaèm xaùc ñònh vieäc tính cöôùc ñöôïc kích hoaït. 10. Giaûi phoùng cuoäc noái Keát thuùc cuoäc noái caùc thueâ bao ñaët maùy , toång ñaøi nhaän ñöôïc tín hieäu giaûi phoùng. Thieát bò ñieàu khieån seõ giaûi phoùng taát caû caùc thieát bò vaø boä nhôù ñaõ tham gia phuïc vuï cho cuoäc goïi hieän haønh, sau cuøng ñöa caùc thaønh phaàn keå treân veà traïng thaùi khaû duïng cho cuoäc goïi tieáp theo. Ñoái vôùi maïng vieãn thoâng hieän ñaïi ñaûm baûo cho coâng taùc quaûn lyù vaø khai thaùc baûo döôõng moät caùch coù hieäu quaû thì vieäc thu nhaäp caùc soá lieäu yeâu caàu quaûn lyù cuûa moãi cuoäc goïi raát quan troïng. Thoâng tin veà caùc cuoäc goïi bò toån thaát do hoûng hoùc thieát bò toång ñaøi hay do coù caùc thieát bò khaû duïng laø caùc soá lieäu caàn thieát cho baûo döôõng vaø quy hoaïch maïng. Giaùm saùt chaát löôïng dòch vuï caàn ñeå quaûn lyù thoáng keâ cuõng nhö baûo döôõng. Caùc soá lieäu veà caùc cuoäc goïi thaønh coâng yeâu caàu cho vieäc tính cöôùc thanht oaùn dòch vuï. Ñoù laø caùc chöùc naêngquaûn lyù quan troïng trong coâng ty ñieän thoaïi. Caùc soá lieäu quaûn lyù vaø baûo döôõng neâu treân ñöôïc thu nhaäp vaø duy trì trong phaàn meàm toång ñaøi. Vieäc xöû lyù caùc soá lieäu naøy ñöôïc thöïc hieän bôûi maùy tính trong hay ngoaøi toång ñaøi tuyø thuoäc vaøo tính chaát vaø phöông phaùp xöû lyù cuûa toång ñaøi cuï theå. 20
VIENTHONG05.TK Chöông 2: Maïng vaø chuyeån Maïch Baøi taäp 1) Trình baøy caùc thaønh phaàn caáu thaønh maïng vieãn thoâng vaø caùc chöùc naêng cô baûn cuûa caùc thaønh phaàn 2) Nguyeân lyù trao ñoåi khe thôøi gian 3) Nguyeân taéc caáu taïo vaø hoaït ñoäng chuyeån maïch taàng S 4) Nguyeân taéc caáu taïo vaø hoaït ñoäng chuyeån maïch taàng T 5) Moâ taû cho quaù trình thöïc hieän nhieäm vuï chuyeån maïch T-S-T. 6) Phaân tích caùc ñaëc ñieåm cuûa chuyeån maïch keânh vaø chuyeån maïch goùi 7) Trình baøy tieán trình thöïc hieän cuoäc goïi. 8) Lieät keâ teân cuûa moät soá thieát bò chuyeån maïch ñang söû duïng trong maïng vieãn thoâng Vieät Nam. 21
VIENTHONG05.TK Chöông 3: Heä thoáng thoâng tin di ñoäng CHÖÔNG 3 HEÄ THOÁNG THOÂNG TIN DI ÑOÄNG 3.1 GIÔÙI THIEÄU VEÀ HEÄ THOÁNG THOÂNG TIN DI ÑOÄNG TEÁ BAØO 3.1.1 Giôùi thieäu: Thoâng tin di ñoäng ñöôïc öùng duïng cho nghieäp vuï caûnh saùt töø nhöõng naêm hai möôi ôû baêng taàn voâ tuyeán 2MHZ. Sau theá chieán II môùi xuaát hieän thoâng tin do ñoäng ñieän thoaïi daân duïng. 1946, vôùi kyõ thuaät FM (ñieàucheá taàn soá) ôû baêng soá 150MHZ, AT&T ñöôïc caáp giaáy pheùp cho dòch vuï ñieän thoaïi di ñoäng thöïc söï ôû St.Louis. 1948, moät heä thoáng ñieän thoaïi di ñoäng coù daûi thoâng taàn soá 30kHz vôùi kyõ thuaät FM ôû baêng taàn 450 MHz ñöa hieäu suaát söû duïng phoå taàn soá taêng gaáp 4 laàn so vôùi cuoái theá chieán II. Naêm 1996, moät phaàn möôøi ngöôøi Myõ coù ñieän thoaïi di ñoäng, coøn heä thoáng ñieän thoaïi coâng sôû voâ tuyeán ñaõ bao goàm 40 trieäu maùy, treân 60 trieäu ñieän thoaïi keùo daøi ñöôïc duøng, dòch vuï PCS thöông maïi ñöôïc aùp duïng ôû Washington. Trong thôøi gian 10 naêm qua, caùc maùy ñieän thoaïi di ñoäng (thieát bò ñaàu cuoái) ñaõ giaûm kích thöôùc, troïng löôïng vaø giaù thaønh 20% moãi naêm. Quan nieäm “cellular” baét ñaàu töø cuoái nhöõng naêm boán möôi vôùi Bell. Thay cho moâ hình quaûng baù vôùi maùy phaùt coâng suaát lôùn vaø anten cao laø nhöõng cell dieän tích be ùcoù maùy phaùt BTS coâng suaát nhoû; khi caùc cell ôû caùch nhau ñuû xa thì coù theå söû duïng laïi cuøng moät taàn soá. Thaùng 12- 1971 heä thoáng cellular töông töï ra ñôøi , FM, ôû daûi taàn soá 850 MHz. Töông öùng laø saûn phaåm thöông nghieäp AMPS (tieâu chuaån) ra ñôøi name 1983. Ñeán ñaàu nhöõng naêm chín möôi, theá heä ñaàu tieân cuûathoâng tin di ñoâng cellular ñaõ bao goàm haøng loaït heä thoáng ôû caùc nöôùc khaùc nhau: TACS, NMTS, NAMTS, C Tuy nhieân, caùc heä thoáng naøy khoâng thoûa maõn ñöôïc nhu caàu ngaøy caøng taêng, tröôùc giao nhau khoâng ñuû roäng nhö mong muoán (ra ngoaøi bieân giôùi). Nhöõng vaán ñeà treân ñaët ra cho theá heä thöù hai thoâng tin di ñoäng cellular phaûi giaûi quyeát. Moät söï löïa choïn ñöôïc ñaët ra: kyõ thuaät töông töï hay kyõ thuaät soá. Caùc toå chöùc tieâu chuaån hoaù choïn kyõ thuaät soá. Truôùc heát kyõ thuaät soá ñaûm baûo chaát löôïng cao hôn trong moâi tröôøng nhieãu maïnh vaø khaû naêng tieàm taøng veà moät dung löôïnng lôùn hôn. Caùc heä thoáng thoâng tin di ñoäng soá cellular coù nhöõng öu ñieåm caên baûn sau ñaây: • Söû duïng kyõ thuaät ñieàu cheá soá tieân tieán neân hieäu suaát söû duïng phoå taàn cao hôn. • Maõ hoaù soá tín hieäu thoaïi vôùi toác ñoä bit ngaøy caøng thaáp, cho pheùp gheùp nhieàu keânh thoaïi hôn vôùi doøng bit toác ñoä chuaån. • Giaûm tyû leä tin töùc baùo hieäu, daønh tyû leä lôùn hôn cho tin töùc ngöôøi söû duïng. • AÙp duïng kyõ thuaät maõ hoùa keânh vaø maõ hoaù nguoàn cuûa truyeàn daãn soá. • Heä thoáng soá choáng nhieãu keânh chung CCI (Cochannel Interference) vaø nhieãu keânh keà ACI (Adjacent-Channel Interference) hieäu quaû hôn. Ñieàu naøy cuoái cuøng taêng dung löôïng heä thoáng. • Ñieàu khieån ñoäng trong vieäc caáp phaùt keânh lieân laïc laøm cho söû duïng phoå taàn soá hieäu quaûn hôn. • Coù nhieàu dòch vuï môùi: nhaän thöïc, soá lieäu, maät maõ hoaù, keát noái ISDN. • Ñieàu khieån truy caäp vaø chuyeån giao hoaøn haûo hôn. Dung löôïng taêng, dieän tích cell nhoû ñi, chuyeån giao nhieàu hôn, baùo hieäu taát baät ñeàu deã daøng xöû lyù baèng phöông phaùp soá. 1