›
›

Bài giảng Hệ thống viễn thông (Telecommunication System) - Chương 3: Ghép kênh – truyền dẫn

pdf 72 trang phuongnguyen 4501
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Hệ thống viễn thông (Telecommunication System) - Chương 3: Ghép kênh – truyền dẫn", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_he_thong_vien_thong_telecommunication_system_chuon.pdf

Nội dung text: Bài giảng Hệ thống viễn thông (Telecommunication System) - Chương 3: Ghép kênh – truyền dẫn

  1. HỆ THỐNG VIỄN THÔNG Telecommunication System GV. HÀ VĂN KHA LY Mobile: 0919090901 1 8/10/2013 Version 0912
  2. 8/10/2013 2
  3. CHƯƠNG 3 GHÉP KÊNH – TRUYỀN DẪN 1 Giới thiệu ghép kênh và đa truy nhập 2 Kỹ thuật điều chế xung mã PCM 3 Ghép kênh PDH 4 Truyền dẫn SONET, SDH 8/10/2013 3
  4. 1. Giới thiệu ghép kênh & Đa truy nhập
  5. 1 Giới thiệu ghép kênh và đa truy nhập 1.1 Ghép kênh (Multiplexing) 8/10/2013 5
  6. 1 Giới thiệu ghép kênh và đa truy nhập 1.1 Ghép kênh (Multiplexing) a) Khái niệm • Ghép kênh là quá trình kết hợp nhiều tín hiệu để truyền dẫn đồng thời trên cùng một đường truyền dẫn. • Để chia sẻ băng tần sẵn có của các hệ thống cáp đồng, cáp quang hay hệ thống vô tuyến cho nhiều người sử dụng. • Nhằm nâng cao hiệu quả truyền dẫn và giảm chi phí. 8/10/2013 6
  7. 1 Giới thiệu ghép kênh và đa truy nhập 1.1 Ghép kênh (Multiplexing) a) Phân loại Multiplexing Frequency-Division Time-Division Wavelength Division Multiplexing (FDM) Multiplexing (TDM) Multiplexing (WDM) Frequency-Division Multiplexing (FDM): Ghép kênh phân chia theo tần số Time-Division Multiplexing (TDM) : Ghép kênh phân chia theo thời gian Wavelength Division Multiplexing (WDM): Ghép kênh phân chia theo bước sóng 8/10/2013 7
  8.  FDM Tín hiệu được dịch sang dải tần số khác nhau và gửi qua phương tiện truyền thông. Các kênh truyền thông được chia thành các băng tần khác nhau, và mỗi băng tần truyền tín hiệu tương ứng với một nguồn. Các tín hiệu được truyền đi qua cùng một kênh truyền và bộ lọc sẽ phân chia các tín hiệu khi đến bên thu. 8/10/2013 8
  9. 9 8/10/2013
  10. 10 8/10/2013
  11.  Một số ứng dụng FDM • Hệ thống FDM được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền thông tín hiệu tương tự. • FDM cũng được dùng trong phát sóng âm thanh, truyền hình. • Trong truyền hình cáp, FDM được sử dụng để phân phối các chương trình của các kênh khác nhau trên dải tần số khác nhau. 8/10/2013 11
  12.  TDM Mỗi kênh của người sử dụng dùng một băng tần lớn nhưng chỉ trong một khoảng nhỏ thời gian, gọi là khe thời gian Time slot (TS). Thông tin của mỗi người sử dụng sẽ chiếm một khe thời gian của một khung 8/10/2013 12
  13.  TDM 8/10/2013 13
  14.  WDM • Được dùng cho truyền dẫn cáp quang. • Cho phép các kênh được truyền tại những bước sóng khác nhau cho cùng một hướng hay cả hai hướng trên cùng một sợi quang. • Ghép kênh theo bước sóng là một biến dạng của ghép kênh theo tần số. 8/10/2013 14
  15. WDM Transmitters Receivers λ1 λ1 λ Multiplexing λ Demultiplexing Fiber 1 λ2 λ2 λ3 λ3 λn λn Dữ liệu của các nguồn khác nhau được gửi thông qua các dây cáp quang bằng cách sử dụng các bước sóng khác nhau. Lợi thế của WDM là có thể phát huy tối ưu công suất của một sợi quang học 8/10/2013 15
  16. 1 Giới thiệu ghép kênh và đa truy nhập 1.2 Đa truy nhập (Multi-Access) a) Khái niệm: Kỹ thuật cho phép nhiều cặp thu–phát có thể chia sẻ một kênh chung. Trong hệ thống truyền thông di động, nhiều user chia sẻ chung một trạm thu phát (BTS). Do đó phải có phương pháp để các user này có thể gửi và nhận tín hiệu đồng thời tới/từ một BTS. Quá trình đa truy nhập phải đảm bảo sao cho thông tin của các user không bị nhiễu hoặc chồng lấn với nhau 8/10/2013 16
  17. 1 Giới thiệu ghép kênh và đa truy nhập 1.2 Đa truy nhập b) Phân loại . SDMA (Space-Division Multiple-Access) . TDMA (Time-Divison Multiple-Access) . FDMA (Frequency-Division Multiple-Access) . CDMA (Code-Division Multiple-Access) . Kết hợp của các kỹ thuật trên 8/10/2013 17
  18.  SDMA (Space-Division Multiple-Access) - Khái niệm . Hệ thống SMDA cho phép các thuê bao gửi và truyền tín hiệu đến các trạm đặt tại các vị trí khác nhau . Thông thường thì hai trạm gần nhau sẽ sử dụng hai vùng tần số khác nhau để tránh nhiễu 8/10/2013 18
  19.  TDMA (Time-Division Multiple-Access) - Khái niệm . Hệ thống TDMA cho phép các thuê bao gửi và truyền tín hiệu đến trạm trên các khe thời gian (time-slot) khác nhau . Các tín hiệu có chung một miền tần số (kênh tần số) nhưng khác khe thời gian Công suất user1 user2 Tần số user3 user4 user5 8/10/2013 19
  20.  FDMA (Frequency-Division Multiple-Access) - Khái niệm . Hệ thống FDMA cho phép các thuê bao gửi và truyền tín hiệu đến trạm trên các kênh tần số khác nhau . Các tín hiệu từ nhiều thuê bao có thể được truyền đồng thời Công suất user1 user2 user3 user4 user5 Tần số 8/10/2013 20
  21.  Kết hợp TDMA-FDMA - Khái niệm . Có thể kết hai kỹ thuật FDMA và TDMA để cho phép nhiều user truy nhập hơn . Mỗi tín hiệu sử dụng một khe thời gian trong một kênh tần số nào đó Công suất Tần số 8/10/2013 21
  22.  CDMA (Code-Division Multiple-Access) Công suất CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ (Spectrum Spread) Tín hiệu trước khi trãi phổ Tần số Công suất Tín hiệu sau khi trãi phổ Tần số 22 8/10/2013
  23.  CDMA (Code-Division Multiple-Access) . Trong hệ thống CDMA, các thuê bao sử dụng chung một miền tần số và các tín hiệu có thể được truyền đồng thời . Nhưng tín hiệu từ các thuê bao khác nhau sẽ được trãi phổ bởi các chuỗi mã khác nhau (trực giao với nhau), do đó chúng không bị nhiễu lẫn nhau. Công suất user1 user2 user3 user4 user5 Tần số 8/10/2013 23
  24. c) Phân biệt ghép kênh và đa truy nhập  Multiplexing - multiple access  Ghép kênh là khái niệm về tổ chức truyền dẫn giữa hai nút của một mạng, trong khi đa truy nhập liên quan tới việc tổ chức kết nối từ thuê bao tới mạng.  TDM thường dùng khi nói đến ghép kênh trên một đường truyền point-to-point, hữu tuyến như T1/E1; còn TDMA thì dùng khi nói đến các hệ thống thông tin di động, đường truyền vô tuyến.  TDM chỉ liên quan đến 1 transmitter và 1 receiver còn TDMA thì có nhiều transmitters. 8/10/2013 24
  25. 2. Kỹ thuật PCM (Pulse Code Modulation)
  26. 2 Kỹ thuật điều chế xung mã PCM 2.1 Giới thiệu amplified voice Original voice output voice Sessions Sessions Transmission micro line speaker Hình: Truyền thông tương tự 8/10/2013 26
  27. 2 Kỹ thuật điều chế xung mã PCM 2.1 Giới thiệu changed voice signal Original voice output voice 1 0 0 1 1 1 0 1 Sessions Sessions Transmission micro line speaker Hình: Truyền thông số 8/10/2013 27
  28. 2 Kỹ thuật điều chế xung mã PCM 2.2 Khái niệm PCM (Pulse Code Modulation) là kỹ thuật số hoá tín hiệu trên cơ sở kênh thoại cơ bản gồm các bước lọc thông thấp, lấy mẫu, lượng tử hoá và mã hoá 8/10/2013 28
  29. 2 Kỹ thuật điều chế xung mã PCM 2.2 Khái niệm changed voice signal Original voice output voice 1 0 0 1 1 1 0 1 Sessions Sessions Transmission micro line speaker Lấy mẫu với tần số 8 KHz + Lấy mẫu (rời rạc hóa): theo định luật Nyquist, tần số 8/10/2013lấy mẫu 8 kHz 29
  30. 2 Kỹ thuật điều chế xung mã PCM 2.2 Khái niệm 256 mức Từ 00000000 Đến 11111111 + Lượng tử hóa tuyến tính hay phi tuyến theo tiêu chuẩn Châu Âu (luật µ) hay tiêu chuẩn Bắc Mỹ (luật A) + Lượng tử hóa 8 bit, số mức lượng tử 256 mức
  31. • Tín hiệu thoại: dải tần kênh thoại cơ bản (300 3400 Hz) • Tần số lấy mẫu 8KHz. • Lượng tử A và µ đều có 256 mức lượng tử • Mã hóa 8 bít • Như vậy tốc độ của kênh thoại số cơ bản là 64 kbít/s ( 64Kbps). 8/10/2013 31
  32. 3. Ghép kênh PDH
  33. 3 Ghép kênh PDH PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) kỹ thuật ghép kênh phân cấp số cận đồng bộ, là qúa trình ghép kênh một số luồng đơn lẻ có tốc độ thấp để tạo thành một luồng có tốc độ cao hơn. Hiện nay trên thế giới tồn tại 3 tiêu chuẩn ghép kênh cận đồng bộ: EU, USA, JAPAN. 8/10/2013 33
  34. 3 Ghép kênh số PDH T1  Dịch vụ số mức 0 (DS0) = 64 kbps  T1 = 24 kênh thoại = dịch vụ số mức 1 (DS1)  TDM 34 8/10/2013
  35. 3 Ghép kênh số PDH E1 E1: Khung dài 125µs, Gồm 32 kênh Kênh 0 dùng để đồng bộ Kênh 16 dùng cho báo hiệu Kênh 1-15, 17-32 được dùng cho dữ liệu 8/10/2013 35
  36. 3 Ghép kênh số PDH 36 8/10/2013
  37. 3 Ghép kênh số PDH + Tiêu chuẩn ghép kênh PDH Châu Âu 2,048 Mbps 1 8,448 Mbps . . . . . 34,368 Mbps E1 1 139,264 Mbps 1 32 E2 1 564,992 Mbps 4 E3 1 4 E4 4 E5 4 - Ghép 32 kênh 64kbps thành luồng E1 2,048 Mbps - Ghép 4 luồng E1 thành luồng E2 8,448 Mbps - Ghép 4 luồng E2 thành luồng E3 34,368 Mbps - Ghép 4 luồng E3 thành luồng E4 139,264 Mbps - Ghép 4 luồng E4 thành luồng E5 564,992 Mbps 8/10/2013 37
  38. 3 Ghép kênh số PDH + Tiêu chuẩn ghép kênh PDH Bắc Mỹ 1,544 Mbps 1 6,312 Mbps . . . . . 44,736 Mbps T1 1 274,176 Mbps 1 24 T2 1 4 T3 T4 1 7 560,160 Mbps 6 T5 2 - Ghép 24 kênh 64kbps thành luồng T1 1,544 Mbps - Ghép 4 luồng T1 thành luồng T2 6,312 Mbps - Ghép 7 luồng T2 thành luồng T3 44,736 Mbps - Ghép 6 luồng T3 thành luồng T4 274,176 Mbps - Ghép 2 luồng T4 thành luồng T5 560,160 Mbps 8/10/2013 38
  39. 3 Ghép kênh số PDH + Tiêu chuẩn ghép kênh PDH Nhật Bản 1,544 Mbps 1 6,312 Mbps . . . . . 32,046 Mbps M1 1 97,728 Mbps 1 24 M2 1 4 M3 M4 1 5 400,352 Mbps 3 M5 4 - Ghép 24 kênh 64kbps thành luồng M1 1,544 Mbps - Ghép 4 luồng M1 thành luồng M2 6,312 Mbps - Ghép 5 luồng M2 thành luồng M3 32,046 Mbps - Ghép 3 luồng M3 thành luồng M4 97,728 Mbps - Ghép 4 luồng M4 thành luồng M5 400,352 Mbps 8/10/2013 39
  40. 3 Ghép kênh số PDH GHÉP KÊNH SỐ PDH (PLESIOCHRONOUS DIGITAL HIERARCHY) + Ưu điểm: - Cho phép tận dụng một cách tối ưu đường truyền dẫn + Nhược điểm: - Cấu trúc ghép kênh tương đối đơn giản -Có nhiều chuẩn, gây khó khăn cho các nhà khai thác khi chọn lựa thiết bị và khả năng đấu -nối chúng với nhau - Rất phức tạp khi muốn add/drop một luồng tốc độ thấp vào/ra một luồng có tốc độ cao hơn. + Kết luận: -PDH là phương pháp ghép kênh số đơn giản nhất, chúng được dùng trong hầu hết các -mạng truyền dẫn cho đến ngày nay -Để khắc phục các nhược điểm nêu trên, sử dụng công nghệ SDH (Synchronous Digital -Hierarchy) 8/10/2013 40
  41. 4. TRUYỀN DẪN SONET SDH
  42. 4 Truyền dẫn SONET, SDH SONET (Synchronous Optical Network) mạng quang đồng bộ. SONET được công bố năm 1988. Các tiêu chuẩn xác định các chức năng của một hệ thống truyền tải dựa trên các nguyên tắc ghép kênh đồng bộ. Các nhánh tín hiệu riêng có thể được ghép trực tiếp vào mộ tín hiệu SONET tốc độ cao hơn mà không có giai đoạn trung gian của ghép kênh. 8/10/2013 42
  43. 4 Truyền dẫn SONET, SDH SDH (Synchronous Digital Hierarchy) là một hệ thống ghép kênh số đồng bộ cấp cao. Tín hiệu ở tất cả các cấp đều được đồng bộ bởi cùng một đồng hồ trung tâm. Các tiêu chuẩn SDH được bắt đầu từ năm 1985 tại Mỹ. SDH khắc phục được các nhược điểm của hệ thống PDH (PlesioSynchronous Digital Hierarchy) SDH có khả năng kết hợp với PDH trong mạng lưới hiện hành cho phép hiện đại hóa mạng lưới theo từng giai đoạn phát triển. 8/10/2013 43
  44. 4 Truyền dẫn SONET, SDH SDH và SONET chỉ một tập hợp các tốc độ truyền dẫn bằng cáp sợi quang có thể truyền tải tín hiệu số với dung lượng khác nhau. SDH được định nghĩa bởi Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI), được sử dụng ở rất nhiều nước trên thế giới. Nhật Bản và Bắc Mỹ cũng xây dựng các tiêu chuẩn về SDH riêng. SONET do Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ phát triển và được ứng dụng ở Bắc Mỹ. 8/10/2013 44
  45. 4 Truyền dẫn SONET, SDH 1.5Mbit/s 12Mbit/s 45Mbit/s 34Mbit/s SDH 2Mbit/s 2Mbit/s 32Mbit/s 140Mbit/s Hình: Các giao diện PDH được hỗ trở bởi tiêu chuẩn SDH 8/10/2013 45
  46. 4 Truyền dẫn SONET, SDH T1 STM-1 E1 E/O Optical Fibre T2 SDH E3 STM-1 T3 O/E Optical Fibre E4 Ghép các luồng PDH của nhiều chuẩn khác nhau vào một luồng STM (synchronous Transport Module) Luồng STM được truyền trên sợi quang thông qua biến đổi điện quang 8/10/2013 46
  47. 4 Truyền dẫn SONET, SDH Hình: Sơ đồ ghép PDH vào SDH 8/10/2013 47
  48. 4 Truyền dẫn SONET, SDH STM-64 AU-4-64c VC-4-64c C-4-64c 9039.872Mb/s x4 x64 STM-16 AU-4-16c VC-4-16c C-4-16c 2259.968Mb/s x16 x16 x4 STM-4 AU-4-4c VC-4-4c C-4-4c 564.992Mb/s x4 STM-1 AUG AU-4 VC-4 C-4 E4: 139.264Mb/s x3 x3 AU-3 High Order Payloads TUG-3 TU-3 VC-3 Containers of Base Signal E3: 34.368Mb/s C-3 DS3: 44.736Mb/s (Low Order Payloads) VC-3 x7 x7 x1 VC-2 C-2 DS2:6.312 Mb/s STM-n Synchronous Transport Module TUG-2 TU-2 Administrative Unit Group: One or more x3 AUG AU(s) TU-12 VC-12 C-12 E1: 2.048Mb/s Administrative Unit: VC + pointers AU-n x4 Virtual Container: payload + path TU-11 VC-11 C-11 DS1:1.544Mb/s VC-n overhead Hình: Sơ đồ ghép PDH vào SDH 8/10/2013 48
  49. 4 Truyền dẫn SONET, SDH Ví dụ: mapping 2 Mbps STM-1 AUG AU-4 VC-4 STM-1 = 63 E1 x3 TUG-3 x7 STM-n Synchronous Transport Module TUG-2 Administrative Unit Group: One or x3 AUG more AU(s) TU-12 VC-12 C-12 E1: 2.048Mb/s Administrative Unit: VC + pointers AU-n Virtual Container: payload + path VC-n overhead Hình: Sơ đồ ghép E1 vào SDH để tạo luồng STM-1 8/10/2013 49
  50. 4 Truyền dẫn SONET, SDH PDH (USA) PDH (Europe) SDH SONET Bit Rate Name Name Container Transport Container Transport (Mbps) 40000 STM-256 STS/OC-768 10000 STM-64 STS/OC-192 2500 STM-16 STS/OC-48 622 STM-4 STS/OC-12 155 STM-1 STS/OC-3 140 E4 VC4 51 STS/OC-1 45 DS-3/T3 STS-1 SPE 34 E3 VC3 8 E2 6 DS-2/T2 2 E1 VC12 1,5 DS-1/T1 VT1.5 0,064 DS-0/T0 E0/D64S 8/10/2013 50
  51. 4 Truyền dẫn SONET, SDH Bảng tốc độ tiêu chuẩn của SDH và SONET. Tốc độ bit Tín hiệu Dung lượng Dung lượng Tín hiệu SONET (Mbit/s) SDH SONET SDH STS-1, OC-1 51,840 STM-0 28DS1, hoặc 1 DS-3 21E1 STS-3, OC-3 155,520 STM-1 84DS-1, hoặc 3DS-3 63E1, hoặc 1E4 STS-12, OC-12 622,080 STM-4 336DS-1, hoặc 12DS-3 252E1, hoặc 4E4 STS-48, OC-48 2488,320 STM-16 1344DS-1, hoặc 48DS-3 1008E1, hoặc 16E4 5376DS-1, hoặc 192DS- STS-192, OC-192 9953,280 STM-64 4032E1, hoặc 64E4 3 8/10/2013 51
  52. 4 Truyền dẫn SONET, SDH Bảng tốc độ tiêu chuẩn của SDH và SONET tóm tắt SDH Bit Rate SONET OC-1 STM-0 51Mb/s (STS-1) STM-1 155Mb/s OC-3 STM-4 622Mb/s OC-12 STM-16 2.48Gb/s OC-48 STM-64 9.95Gb/s OC-192 8/10/2013 52
  53. 4 Truyền dẫn SONET, SDH Cấu trúc khung SDH Regenerator Section OverHead Section Overhead Virtual Container Multiplexer Payload Section OverHead Payload OverHead 8/10/2013 53
  54. 4 Truyền dẫn SONET, SDH Cấu trúc khung SDH. 8/10/2013 54
  55. 4 Truyền dẫn SONET, SDH Cấu trúc khung SDH. 9 B 261 B 3 B SOH 1 B PTR PAYLOAD 5 B SOH - Một AUG có 2358 bytes, bao gồm 2349 bytes dữ liệu (payload) và 9 bytes con trỏ (Pointer) - Bổ sung thêm 72 bytes mào đầu SOH (Section Overhead) thành một 8/10/2013khung STM-1 có 2430 bytes 55
  56. 4 Truyền dẫn SONET, SDH Cấu trúc khung SDH. - Vai trò của con trỏ Pointer: . Chỉ ra vị trí của các luồng En và Tn được ghép vào một khung STM-1 . Dễ dàng cho chúng ta khi add/drop một luồng PDH bất kỳ vào/ra từ một luồng SDH - Vai trò của mào đầu SOH: . Đồng bộ giữa các khung SDH . Chứa các thông tin để giám sát, vận hành, bảo dưỡng hệ thống truyền dẫn SDH 8/10/2013 56
  57. 4 Truyền dẫn SONET, SDH Cấu trúc khung SDH 270 x N Columns = 8 bits/byte 9 Rows 261 x N Columns 9 x N Columns 8/10/2013 57
  58. 4 Truyền dẫn SONET, SDH Cấu trúc khung SDH STM-1 Rate : 9 rows x 270 columns x 8 bits/byte x 8000 frames per second = 155.52 Mb/s STM-4 Rate : 9 rows x (270 x 4) columns x 8 bits/byte x 8000 frames per second = 622 Mb/s 8/10/2013 58
  59. 4 Truyền dẫn SONET, SDH Cấu trúc mạng SDH Điểm nối điểm Hai thiết bị đầu cuối kết nối với nhau. TRM STM-N TRM 8/10/2013 59
  60. 4 Truyền dẫn SONET, SDH Cấu trúc mạng SDH Điểm nối điểm 8/10/2013 60
  61. 4 Truyền dẫn SONET, SDH Mạng đường trục Trong mạng này, thiết bị được sử dụng theo chế độ ghép kênh đầu cuối tại 2 trạm đầu cuối mạng. Giữa hai trạm đầu cuối, thiết bị được sử dụng theo chế độ ADM (Add/Drop Multiplexer xen/rớt) và REG (Regenerator) (lặp lại). TRM ADM REG ADM TRM 8/10/2013 61
  62. 4 Truyền dẫn SONET, SDH Mạng hình sao (HUB) Trong mạng này, thiết bị được sử dụng theo chế độ ghép kênh đầu cuối (TRM : Ternimal Multiplexer) hay chế độ rớt/xen kênh (ADM) tại trạm luồng trung tâm. TRM STM-N STM-N TRM STM-N ADM TRM STM-N TRM 8/10/2013 62
  63. 4 Truyền dẫn SONET, SDH  Mạng mắc lưới : Trong mạng này, thiết bị được sử dụng theo chế độ ADM có STM-N kết nối chéo STM-N ADM ADM STM-N STM-N STM-N STM-N STM-N ADM ADM STM-N STM-N STM-N STM-N ADM STM-N ADM 8/10/2013 63
  64. 4 Truyền dẫn SONET, SDH  Mạng vòng : Mạng bao gồm các trạm thiết bị được nối với nhau theo một vòng khép kín. Các thiết bị này được sử dụng theo chế độ ADM. Khả năng bảo vệ trong mạng này rất cao. STM-N ADM STM-N ADM ADM STM-N STM-N ADM 8/10/2013 64
  65. 4 Truyền dẫn SONET, SDH 8/10/2013 65
  66. 4 Truyền dẫn SONET, SDH Hình: mạng vòng kết hợp mạng quang/vô tuyến 8/10/2013 66
  67. 4 Truyền dẫn SONET, SDH 8/10/2013 67
  68. 4 Truyền dẫn SONET, SDH 8/10/2013 68
  69. 8/10/2013 69
  70. TÓM TẮT 8/10/2013 70
  71. Question & Answer 8/10/2013 71
  72. THANK YOU 8/10/2013 72