Cơ sở kỹ thuật trong hệ thống VCCS1. Kỹ thuật điều chế xung mãMột trong những phương pháp phổ biến hơn cả để biến đổi tín hiệu từ tượng từ sang số là điều chế xung mã PCM. Ba bước để thực hiện PCM gồm: lấy mẫu, lượng tử hóa, mã hóa.

H1: Hệ thống truyền dẫn PCM

Lấy mẫu Là bước đầu tiên trong quá trình biến đổi

tín hiệu tương tự sang số theo kỹ thuật PCM.

Mục đích của bước này là từ tín hiệu tương tự, ta tạo nên một dãy xung rời rạc tuần hoàn rộng bằng nhau. Dãy xung rời rạc đó còn được gọi là tín hiệu PAM.

Nếu tín hiệu PAM có tần số đủ lớn thì có thể khôi phục lại tín hiệu ban đầu từ PAM. Theo định lý lấy mẫu Shannon thì fs ≥ 2fm hoặc ωs

≥ 2ωm

Lấy mẫu tự nhiên- Là quá trình nhân tín hiệu tương tự với dãy

xung lấy mẫu pT(t). Dãy xung lấy mẫu pT(t) là dãy xung vuông tuần hoàn với chu kỳ T=1/fs , fs ≥2fm, độ rộng xung là , chiều cao xung là h =1. Tín hiệu lấy mẫu fs(t) = f(t)pT(t)

Với - Phổ tín hiệu lấy mẫu không thõa mãn định lý

lấy mẫu Shannon fs ≥2fm thì xảy ra hiện tượng chồng phổ

Trường hợp tín hiệu tương tự là tín hiệu có phổ từ fL đến fH thì tần số lấy mẫu được chọn như sau:

fH≤fs≤L Trong đó n= int

Lấy mẫu tức thời- Tạo ra tín hiệu flat-top PAM - Giá trị của tín hiệu flat-top PAM

bằng với giá trị của tín hiệu tương tự ở ngay thời điểm lấy mẫu và giữ nguyên như vậy trong suốt khoảng thời gian bằng với độ rộng của xung lấy mẫu.

- Để tạo tín hiệu Flat-top ta sử dụng bộ lấy mẫu và giữ mẫu

Lượng tử hóa- Là sự xấp xỉ hóa các giá trị của các mẫu

tương tự bằng cách sử dụng số mức hữu hạn M. Khoảng cách giữa các mức này được gọi là kích thước S

- Sự khác nhau giữ tín hiệu gốc và tín hiệu lượng tử hóa gọi là nhiễu lượng tử hóa

- Nhiễu lượng tử hóa sẽ tăng khi kích thước bước tăng

- Tín hiệu lượng tử có khả năng hạn chế sự tích lũy nhiễu, sẽ hoàn toàn loại bỏ nhiễu có biên độ ở dưới một nửa kích thước bước Vậy bằng cách tăng kích thước ta có thể giảm bớt sự tích lũy nhiễu nhưng dẫn đến tăng nhiễu lượng tử hóa.

H2: Minh họa hoạt động lượng tử hóa

Mã hóa- Sự kết hợp giữa hoạt động lấy

mẫu và lượng tử hóa tạo ra tín hiệu PAM lượng tử hóa. Trước khi truyền đi, mỗi mẫu PAM lượng tử hóa được mã hóa thành một từ mã số gọi là từ mã PCM. Có thể sử dụng mã Gray hoặc mã nhị phân để biểu diễn từ mã PCM

- Độ dài của từ mã PCM phải chọn là n thõa mãn : log2M ≤ n ≤ log2M + 1

2. Kỹ thuật ghép kênh- Ghép kênh (Multiplexing) là quá trình

kết hợp nhiều tín hiệu để truyền dẫn đồng thời trên cùng một đường truyền dẫn

- Hầu hết các hệ thống truyền dẫn trong mạng viễn thông có dung lượng phục vụ yêu cầu bởi một người sử dụng đơn lẻ, do đó để nâng cao hiệu quả truyền dẫn và giảm chi phí, người ta thực hiện chia sẻ băng tần sẵn có của các hệ thống cáp đồng, cáp quang hay hệ thống vô tuyến cho nhiều người sử dụng

H4: Nguyên lý ghép kênh

Ghép kênh phân chia theo tần số (FDM)-Trong đó băng tần truyền dẫn của hệ thống được chia thành nhiều băng con hình thành nhiều kênh liên lạc phân biệt với nhau về tần số.- Mỗi kênh dành cho một người sử dụng trong

toàn bộ thời gian truyền tin- Sơ đồ nguyên lý

H5: Sơ đồ nguyên lý ghép kênh theo tần số

-Các bộ điều chế có tần số sóng mang khác nhau: F1≠F2≠F3. Đầu ra các bộ điều chế được hai băng sóng như hình dưới:

- Băng bên trên (F+f), băng dưới (F-f). Sau đó cho qua các bộ lọc, lọc lấy một băng (hoặc là băng trên hoặc là băng dưới) và đưa lên đường dây và truyền dẫn đi.- Phương pháp ghép kênh theo tần số sử dụng các sóng mang cao tần để đưa thông tin lên thành phần tần số cần thiết và truyền các thành phần tần số này.

H6: Tần phổ của đường dây

-Phía thu sẽ lọc lấy tần số của mình, sau đó đổi tần để thu được thông tin ban đầu- Nhận xét Về bản chất: FDM nhiều kênh khác

nhau về tần số được phát cùng một lúc trên đường truyền

Truyền dãn tín hiệu trên kênh là tương tự -> chống nhiễu kém, suy hao lớn

Nhiễu xuyên âm (tần số); giao thoa tần số : nfc1 ± mfc2 . Số kênh ghép hạn chế do cần khoảng bảo vệ tần số (FG: frequency Guard ).

- Hiện nay phương pháp ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM được sử dụng phổ biến. Ngoài ra còn có phương pháp COFDM( code OFDM), là kỹ thuật OFDM có sử dụng mã hóa kênh

Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM)

- Là phương pháp ghép kênh mới hơn FDM, phương pháp này đưa các bản tin khác nhau, vào các khe thời gian không chồng lấn lên nhau- Thông tin của người sẽ chiếm khe thời gian của một khung và nguyên lý phân chia theo thời gian giúp nhiều người có thể truy cập lại mạng tại cùng một thời điểm và cùng một tần số sóng mang

- Nguyên lý

Ghép kênh phân chia theo bước sóngGhép kênh theo bước sóng (WDM: Wavelength Division Multiplexing), trong đó mỗi tín hiệu được điều chế ở một bước sóng ánh sáng, sau đó nhiều bước sóng khác nhau được truyền cùng trên một sợi quang.

H6: Hệ thống TDM 4 kênh

3. Kỹ thuật chuyển mạch - Chuyển mạch là một quá trình thực hiện đấu nối và chuyển thông tin cho người sử dụng thông qua hạ tầng mạng viễn thông hay bao gồm chức năng định tuyến cho thông tin và chức năng chuyển tiếp thông tin. - Chuyển mạch (Switching) là một kỹ thuật rất quan trọng, nó quyết định sự kết nối được thực hiện như thế nào và dữ liệu lưu chuyển được xử lý ra sao trong một mạng WAN- Có 3 chuyển mạch cơ bản được sử dụng

Kỹ thuật chuyển mạch kênh- Chuyển mạch kênh dựa trên nguyên tắc

thiết lập kênh nối dành riêng cho các cuộc nối để phục vụ cho quá trình truyền tin qua mạng.

- Đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống mạng viễn thông

- Trong kỹ thuật chuyển mạch kênh, một đường truyền vật lý được dành riêng thực hiện liên kết giữa trạm gửi và trạm nhận trong suốt quá trình giao tiếp

- Đặc trưng: hai trạm muốn trao đổi thông tin thì giữ chúng sẽ thiết lập một kênh cố định, dành riêng và được duy trì trong tới khi cuộc truyền tin kết thúc

- Cuộc gọi được thiết lập gồm 3 giai đoạn: Thiết lập , truyền tin và giải phóng kênh

- Kết luận Sử dụng băng thông không hiệu quả Do tín hiệu được truyền nguyên bản nên dễ bị

nghe trộm và lợi dụng để trộm cước viễn thông.

Khả năng mở rộng của mạng kênh kém Chuyển mạch thông báo- Message switching không thiết lập liên kết

dành riêng giữa hai thiết bị giao tiếp mà thay vào đó mỗi thông báo được xem như một khối độc lập bao gồm cả địa chỉ nguồn và địa chỉ đích.

- Mỗi thông báo sẽ được truyền qua các thiết bị trong mạng cho đến khi nó đến được địa chỉ đích,

- Mỗi thiết bị trung gian sẽ nhận và lưu trữ thông báo cho đến khi thiết bị trung gian kế tiếp sẵn sàng để nhận thông báo sau đó nó chuyển tiếp thông báo đến thiết bị kế tiếp, chính vì lý do này mà mạng chuyển mạch thông báo còn có thể được gọi là mạng lưu và chuyển tiếp - Thông báo có thể đi tới đích theo các

đường rất khác nhau- Thiết bị được sử dụng để chuyển

mạch thông báo thường là các PC- Các thông báo có thể lưu trữ trong bộ

nhớ trong hoặc ngoài.- Ưu điểm

Cung cấp một sự quản lý hiệu quả hơn đối với sự lưu thông của mạng, bằng cách gán thứ tự ưu tiên cho thông báo

Giảm sự tắc nghẽn trên mạng. Các thiết bị có thể sử dụng chung kênh

truyền nên tăng hiệu quả sử dụng kênh truyền.

Thông báo có thể gửi mà không cần sự có mặt của người nhận

Nhược điểm độ trễ do việc lưu trữ và chuyển tiếp bản tin

- Nhược điểm Độ trễ lớn do việc lưu trữ và chuyển tiếp gói

tin Thiết bị trung gian yêu cầu phải có dung

lượng lớn để lưu dữ thông báo

Kỹ thuật chuyển mạch gói- Các thông báo được chia thành các gói tin,

mỗi gói bao gồm dữ liệu, địa chỉ nguồn, địa chỉ đích và các thông tin về địa chỉ các nút trung gian

- Các gói tin chọn đường độc lập- Ưu điểm Dải thông có thể quản lý bằng cách chia nhỏ

dữ liệu vào các đường khác nhau trong trường hợp kênh truyền bận

Nếu một liên kết bị sự cố thì gói tin có thể đi theo con đường khác

Các gói tin được giới hạn về độ dài tối đa nên cho phép các thiết bị có thể lưu trữ trong bộ nhớ trong, giúp giảm thời gian truy cập

4. Kỹ thuật truyền dẫn Truyền dẫn cận đồng bộCó 3 phân cấp

Qua phân tích cấp PDH ta thấy:- Phân cấp số theo vùng - Nhiều tốc độ dạng tín hiệu khác nhau- Nhiều phương án nén không khác nhau- Nhiều thủ tục ghép kênh khác nhau- Nhiều cách tổ chức tín hiệu mào đầu và tỉ lệ phần trăm mào đầu khác nhau- Để giải quyết các vấn đề trên

truyền dẫn SDH đã ra đời.Truyền dẫn hệ đồng bộ SDH

- Thực hiện một loạt các giao thức nhằm đơn giản hóa kết nối giữa các nhà sản xuất khác nhau với nhau

- Nó có thể và sẽ giao tiếp với các mạng hiện có được xây dựng trên các tiêu chuẩn vùng

- Có thể kết nối với chuẩn cận đồng bộ PDH

- Cung cấp các giao tiếp quang tại tốc độ STM-1, STM-4 , SEM-16, STM-64 và STM-256 với tốc độ tương ứng là 155,52 Mbit/s, 2,5 Gbit/s, 10Gbit/s và 40Gbit/s - Cung cấp các phần tử mạng duy nhất để các mạng PDH có thể được kết nối tới hay giao tiếp với các mạng SDH

5. Môi trường truyền dẫnMôi trường hữu tuyếnCáp đồngXác suất bit lỗi trên đường truyền (Bit

Error Rate –BER) vào khoảng10-6.Dễ bị ảnh hưởng của nhiễu (crosstalk,

thermal...) và môi trường xung quanh.Tốcđộ truyền thông tin thay đổi tùy

theo phạm vi hệ thống được triển khai:

LAN: tốc độ10Mbps ~ 100Mbps, khoảng cách khoảng vài trăm mét (UTP: length < 100 m).

WAN: tốc độ truyền thấp hơn, từ vài chục Kbps đến vài Mbps. Ví dụ: T1 ~ 1,5Mbps, E1 ~ 2Mbps, đường ĐT: 64Kbps

Cáp xoắn đôi:Là môi trường truyền dẫn thông dụng

nhất.Thường dùng cho mạng cục bộ (LAN)

10Mbps hoặc 100MbpsƯu và nhược điểm : chi phí rẻ , dễ sử

dụng. Tuy nhiên đốc độ dữ liệu thấp, khoảng cách truyền tin giới hạn, băng thông giới hạn ( 1MHz), tốc độ dữ liệu giới hạn ( 1000MHz), dễ bị nhiễu và tác động từ môi trường bên ngoài.

Cáp đồng trụcHiện nay cáp đồng trục được sử

dụng nhiều trong thông tin. Nó có môi trường truyền linh hoạt nhất.

Dùng kết nối thiết bị ở khoảng cách gần, cho mạng cục bộ. Khoảng cách càng ngắn thì tốc độ dữ liệu càng tăng.

Tương lai nó sẽ bị thay thế bởi cáp quang.

Cáp quangDung lượng caoTốc độ dữ liệu hàng trăm Gbps (so

với 100Mbps trên1km coaxial cable và thấp hơn của twisted-pair cable)

Kích thước và trọng lượng nhỏĐộ suy hao của tín hiệu trên đường

truyền thấp. Cách ly trường điện từ( Ít bị ảnh

hưởng của nhiễu và môi trường xung quanh)

Phạm vi triển khai rất đa dạng: LAN (vàikm), WAN (hàng chục Km).

Môi trường truyền thích hợp để triển khai các ứng dụng mạng số đa dịch vụ tích hợp băng rộng (Broadband Integrated Services Digital Networks)

Làm các đường trung kế ở đô thị và vùng nông thôn

Môi trường truyền dẫn vô tuyếnTruyền nhận thông tin qua AntenCó hướng: có chùm định hướng và đòi

hỏi phải chỉnh hướng cẩn thậnVô hướng : Tín hiệu lạn truyền theo mọi

hướng , có thể nhận bởi nhiều antenTầm tần số

2÷40 GHz : dùng cho sóng viba ( microwave), có tính định hướng cao, kết nối điểm – điểm . Vệ tinh cũng sử dụng khoảng tần số này.

30Mhz ÷ 1GHz : dùng cho tín hiệu vô hương hướng và radio.

3*1011 ÷ 2*1014 : dùng cho tín hiệu hồng ngoại và mạng cục bộ

Khắc phục khó khăn về địa lý khi triển khai hệ thống

Tỉ lệ bit lỗi trên đường truyền (BER) thay đổi tùy theo hệ thống được triển khai. Ví dụ như BER của vệ tinh là 10-10

Tốc độ thông tin thay đổi từ vài Mbps đến hàng trăm Mbps

Phạm vị triển khai đa dạng : LAN (vài Km) , WAN(hàng chục Km)

Chi phí bước đầu triển khai hệ thống cao

6. Mạng cục bộ (LAN)LAN: Là mạng cục bộ, nội hạt, được sử dụng trong phạm vi cục bộ như: Công sở, xí nghiệp, thành phố …Mạng hình sao

Các đặc điểm của mạng hình sao là:Cấu hình đơn giản, thuật toán điều

khiển đơn giản, mạng có thể mở rộng hay thu hẹp tuỳ người sử dụng.

Khả năng mở rộng phụ thuộc khả năng của trung tâm điều khiển, khi trung tâm có sự cố thì toàn mạng ngừng hoạt động.

Khi lắp đặt mạng tốn nhiều dây dẫn vì phải có dây dẫn riêng rẽ từ trung tâm điều khiển đến các đầu cuối.

Mạng hình sao có thể tiếp nhận các phương thức truy cập mạng.

Mạng BUS

Mạng bus đặc trưng cho việc sử dụng phương tiện truyền tin phát tán và đa truy. Trong mạng dùng một bus thông tin chung để trao đổi thông tin giữa các nút. Các nút có thể thâm nhập ở vị trí bất kỳ trong mạng nên bus thông tin có thể nói là xương sống của mạng.

Một thời điểm chỉ có một thiết bị có thể truyền các thông tin dữ liệu gói trong một gói có chứa địa chỉ nguồn đích.

• Các nút có thể thao tác độc lập, sai hỏng của một nút không ảnh hưởng đến mạng.

• Có thể mở rộng hay thu hẹp một cách đơn giản, tiết kiệm dây dẫn nhất.

• Nếu một điểm trên bus bị hỏng thì toàn bộ hệ thống thông tin của toàn mạng sẽ bị đứt đoạn

Mạng vòng ( Ring)

Là một chu trình kín, trong đó mỗi nút được nối với một phần tử chuyển tiếp (Repeater).

Thông tin dữ liệu lưu thông quanh vòng theo một chuỗi liên tiếp, có các liên kết điểm giữa các phần tử chuyển tiếp. Một trạm muốn chuyển phải đợi và gửi dữ liệu vào vòng dưới dạng gói tin trong đó chứa địa chỉ nguồn, đích và các thông tin cần truyền.

Khi các gói đến trạm đích sẽ được sao vào bộ nhớ đệm của nút và tiếp tục được lưu chuyển tới khi quay trở lại các nút truyền, tạo ra một kiểu xác nhận ngẫu nhiên

Các đặc điểm của mạng vòng :Điều khiển hệ thông đơn giản, giảm thiểu

khả năng chồng chéo thông tin. Thông tin chạy trên mạng theo một chiều duy nhất.

Tiết kiệm dây dẫn hơn so với mạng hình sao.

Khi qua mỗi nút thông tin thì tín hiệu được phục hồi và khuyếch đại nên khoảng cách giữa các nút thông tin có thể cải thiện được.

Việc nối dây yêu cầu phức tạp hơn để đảm bảo cho các nút hoạt động tin cậy. Các thông tin gói được truyền đi với tốc độ rất cao 10 Mbps.

7. Mạng dịch vụ tích hợp số ISDNMạng số tích hợp dịch vụ ISDN

(Integrated Services Digital Network) cho phép tất cả các thông tin thoại (phone), số liệu (data) và hình ảnh (video) có thể truyền qua một đường dây thuê bao (subscriber line) với tốc độ cao và chất lượng tốt.

Các giao diện ISDNKết nối cơ bản giữa thiết bị đầu cuối TE

với tổng đài ISDN có hai giao diện quan trọng: giao diện S và giao diện U. Trường hợp chức năng NT((Network Termination) chia làm NT1 và NT2 thì giao diện S còn gọi là giao diện T.

Giao diện S: Giao diện này được dùng để cấp nguồn đồng thời tới khối TE. Giao diện S là giao diện 4 dây cho hoạt động song công của các kênh 64kbit/s.

Giao diện U: - giao diện này kết nối giữa khối kết cuối đường dây LT(Line Termination) với khối kết cuối mạng NT qua các cặp dây đồng kép (truyền dẫn 4 dây).

Truy cập của ISDN Truy nhập tốc độ cơ bản: Một kết nối cơ bản,

còn gọi là truy nhập tốc độ cơ bản BRA (Basic Rate Access), cung cấp 2 kênh B. Truy nhập tốc độ cơ bản BRA được sử dụng. 2B + D = 2 x 64 + 16 = 144kbit/s

Truy cập tốc độ sơ cấp: Trường hợp các thuê bao cần truyền với tốc độ cao, các kênh cơ bản trên có thể được ghép lại bằng phương pháp ghép kênh theo thời gian TDM

Một PRA có thể gồm 30B+D. Đối với tiêu chuẩn Bắc Mỹ, một PRA gồm 23BD. Do đó tốc độ truyền dẫn của giao diện là 2048kbit/s (đối với tiêu chuẩn châu Âu) hoặc 1544kbit/s (với tiêu chuẩn Bắc Mỹ) thông qua việc cộng thêm một số bit khung.

Mạng ISDN đã mang lại lợi ích cho các thuê bao là tất cả các dịch vụ đều được truy nhập chỉ qua một số máy điện thoại. Chỉ một đôi dây điện thoại là đủ truyền dẫn thoại, fax, truyền số liệu v.v... Một giao thức đặc biệt bảo đảm để mọi cuộc gọi từ ngoài vào đều được chuyển giao cho từng loại thiết bị bằng cách sử dụng dịch vụ “số đa thuê bao”.

Tuy nhiên, các dịch vụ video (như hội nghị truyền hình), truyền số liệu với tốc độ cao cần có băng tần rộng hơn. Để thoả mãn các dịch vụ này, chúng ta cần phát triển mạng B-ISDN băng rộng với các phương tiện truyền dẫn cáp đồng trục và cáp quang