Bài giảng: Truyền số liệu Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing) Chương 8: GHÉP KÊNH (MULTIPLEXING) 8.1 Khái niệm phân lọai + Khái niệm: Ghép kênh tập kỹ thuật cho phép truyền đồng thời nhiều tín hiệu đường kết nối liệu Hình 8.1 • Trong hệ thống ghép kênh, n thiết bị chia sẻ dung lượng đường kết nối • Bộ ghép kênh: MUX • Bộ phân kênh: DEMUX • Phân loại: Có kỹ thuật ghép kênh - FDM: Ghép kênh phân chia theo tần số - TDM: Ghép kênh phân chia theo thời gian TDM gồm: o o - TDM đồng (cịn gọi TDM) TDM khơng đồng bộ, gọi TDM thống kê tập trung (concentrator) WDM: Ghép kênh phân chia theo bước sóng Hình 8.2 8.2 GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ (FDM) + Khái niệm: Ghép kênh FDM kỹ thuật tương tự dùng băng thông đường truyền lớn băng thơng tổ hợp tín hiệu cần truyền + Đặc điểm: Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 113 Bài giảng: Truyền số liệu Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing) - Tín hiệu thiết bị phát tạo điều chế với tần số sóng mang khác - Các tín hiệu sau điều chế tổ hợp thành tín hiệu hỗn hợp để truyền qua kết nối - Tần số sóng mang phân chia thành băng thơng thích hợp với kênh truyền - Các tín hiệu sau điều chế phân cách dải tần bảo vệ (băng bảo vệ: dải bảo vệ), bảo đảm tín hiệu khơng bị trùng tần số, khơng gây nhiễu Hình 8.3 8.2.1 Quá trình ghép kênh FDM: Hình 8.4 Hình 8.5 Hình minh họa ý niệm ghép kênh FDM miền tần số Chú ý trục hoành độ trường hợp trục tần số Trong FDM, tín hiệu điều chế với tần số sóng mang riêng (f1, f2 f3) dùng điều chế AM hay FM Tín hiệu hỗn hợp có khỗ sóng gấp ba lần tần số kênh cộng với dãi phân cách bảo vệ (guard band) Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 114 Bài giảng: Truyền số liệu Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing) Băng thông hệ thống FDM: BWFDM= n.BWi +(n-1)BWbảo vệ BWFDM: Băng thông hệ thống FDM; BWi : Băng thông ngõ vào n: số ngõ vào 8.2.2 Phân kênh: Hình 8.6 Bộ phân kênh lọc nhằm tách tín hiệu ghép kênh thành kênh phân biệt Các tín hiệu tiếp tục giải điều chế đưa xuống thiết bị thu tương ứng 8.3 GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO BƯỚC SÓNG (WDM) Hình 8.7 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 115 Bài giảng: Truyền số liệu Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing) Ghép kênh dùng phương pháp phân chia theo bước sóng ý niệm tương tự FDM, trừ tín hiệu ánh sáng môi trường cáp quang Điều tương tự hai phương pháp dùng tần số khác cho tín hiệu khác 8.4 GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN (TDM) +Khái niệm: Ghép kênh phân chia theo thời gian q trình số dùng mơi trường truyền có tốc độ liệu lớn yêu cầu thiết bị thu phát Hình 8.8 TDM có hai dạng: TDM đồng TDM không đồng o TDM đồng (còn gọi TDM) o TDM khơng đồng bộ, cịn gọi TDM thống kê tập trung (concentrator) 8.4.1 TDM đồng bộ: TDM Đồng hiểu ghép kênh: • Phân chia khe (slot) cho ngõ vào (source: nguồn) với thời gian • Ngõ vào khơng có liệu truyền khe bỏ trống • Số khe thời gian số ngõ vào • Chiều dài khung số ngõ vào • Các ngõ vào có tốc độ bit Hình 8.9 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 116 Bài giảng: Truyền số liệu Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing) Frame (Khung): Các khe (slot) thời gian nhóm thành khung (frame) Mỗi frame gồm chu kỳ đầy đủ khe thời gian, bao gồm hay nhiều slot gán cho thiết bị gởi Trong hệ thống có n đường dây, frame có n slot, slot dùng để mang thông tin ngõ vào Khi tất thiết bị ngõ vào dùng chung đường truyền để gởi với tốc độ bit ngõ vào có slot frame thời gian Tuy nhiên, phương pháp cho phép truyền với tốc độ truyền bit khác Khi truyền với hai slot frame nhanh khe frame Mỗi khe thời gian dành cho thiết bị để tạo thành kênh truyền cho thiết bị Chuyển vị (Interleaving): Phương pháp TDM đồng xem chuyển mạch xoay nhanh Chuyển mạch di chuyển từ thiết bị sang thiết bị khác theo thứ tự tốc độ không đổi Qui trình gọi chuyển vị (interleaving) Chuyển vị thực cho bit, byte, hay đơn vị liệu Nói khác đi, ghép kênh lấy byte thiết bị này, byte khác từ thiết bị khác Trong hệ thống, đơn vị chuyển vị thường có kích thước Hình 8.10 Hình 8.11 Tại máy thu, phân kênh tách frame lượt Trong phương thức gán cho kênh slot, ta thấy có slot trống kênh chưa hồn tồn hoạt động Trong hình trên, có ba frame có liệu đầy đủ, frame cịn lại có slot trống, thí dụ ta có slot trống tổng số 24 slot, lãng phí dung lượng kênh truyền RTDM = n x Rbi; RTDM: Tốc độ bit liệu sau ghép kênh TDM; Rbi: Tốc độ liệu ngõ vào Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 117 Bài giảng: Truyền số liệu Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing) n: số ngõ vào RFrame = Rbi/m; m: số bit chứa khe + Ghép kênh TDM có bit đồng (Các bit tạo khung -framing bits): Hình 8.12 Do slot phương pháp TDM đồng xếp theo thứ tự, nên ta không cần thay đổi từ frame sang frame khác, nên cần thơng tin overhead(dẫn đường) cho frame Nhằm mục đích cho phân kênh biết phải chuyển slot đâu, nên thiết phải có vấn đề định địa Nhiều yếu tố làm cho việc địng thời trở nên không ổn định, cần thêm hay nhiều bit đồng bộ, thêm vào đầu frame Các bit gọi bit tạo khung (framing bits), theo mẫu, từ frame sang frame, cho phép phân kênh đồng với luồng liệu đến nhằm chia slot xác Trong hầu hết trường hợp, thông tin đồng gồm bit frame, liên tiếp (010101010101) tiếp tục RTDM(có từ đồng bộ) = n x Rbi + RFrame; RTDM: Tốc độ bit liệu sau ghép kênh TDM; Rbi: Tốc độ liệu ngõ vào n: số ngõ vào RFrame = Rbi/m; m: số bit chứa khe Ví dụ: Cho nguồn vào có tốc độ 2000bps (250 ký tự/s), ghép kênh TDM đồng có sử dụng mẫu đồng Hãy tính tốc độ bit luồng liệu số sau ghép kênh Biết hệ thống ghép kênh theo byte Vì ghép kênh TDM đồng có sử dụng mẫu đồng nên tốc độ bit luồng liệu số sau ghép kênh là: RTDM(có từ đồng bộ) = n x Rbi + RFrame n: số ngõ vào, n= 4; Rbi: Tốc độ liệu ngõ vào Rbi= 2000bps RFrame : Tốc độ frame; RFrame = Rbi/m; m: số bit chứa khe Vì hệ thống ghép kênh theo byte nên m=8 Suy RFrame = Rbi/m=2000/8=250 frame/s Suy RTDM(có từ đồng bộ) = n x Rbi + RFrame= 4.2000 +250= 8250 bps Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 118 Bài giảng: Truyền số liệu Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing) Hình 8.13 Giả sử ta có bốn nguồn vào đường truyền TDM đồng bộ, có chuyển vị (interleaving) ký tự Nếu nguồn tạo 250 ký tự giây, frame mang ký tự nguồn, đường truyền mang 250 frame/giây Nếu ta giả sử ký tự gồm tám bit, frame dài 33 bit: 32 bit dùng cho bốn ký tự bit tạo khung Nhìn vào quan hệ bit, ta thấy thiết bị tạo 2000 bps (250 ký tự/ bit ký tự) đường dây phải dẫn đến 8250 bps (250 frame với 33 bit frame): 8000 bit liệu 250 bit overhead Bit nhồi (bit stuffing): Ta cho phép thiết bị truyền tín hiệu với tốc độ khác TDM đồng Thí dụ, thiết bị A dùng khe thời gian, thiết bị B nhanh dùng hai slot Số lượng slot frame đường vào dùng slot hệ thống thường giữ cố định, nhiên tốc độ truyền điều khiển số lượng slot Chú ý rằng, độ dài thời gian slot không đổi Để cho phương pháp hoạt động được, tốc độ bit khác phải bội số nguyên Thí dụ, ta cho thiết bị có tốc độ nhanh hợn lần so với thiết bị khác cách cung cấp cho thiết bị nhanh slot thiết bị dùng slot, nhiên, ta cho vận hành với trường hợp thiết bị có tốc độ nhanh 5,5 lần khơng thể cung cấp năm ½ slot phương pháp truyền đồng Ta giải trường hợp dùng phương pháp gọi bit nhồi (bit stuffing) Trong phương pháp này, ghép kênh cộng thêm số bit thêm vào dòng bit truyền Thí dụ, có thiết bị có tốc độ truyền gấp 2,75 lần so với thiết bị khác,ta thêm vào số bit để tốc độ có bội số lần so với thiết bị khác Các bit thừa (0,25 lần) phân kênh nhận loại 8.4.2TDM không đồng bộ: • Phân chia khe (slot) tín hiệu với thời gian • Số khe thời gian nhỏ số ngõ vào • Khơng có khe trống Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 119 Bài giảng: Truyền số liệu Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing) Hình 8.14 Phương pháp ghép kênh cách phân chia theo thời gian không đồng hay phương pháp ghép kênh phân chia theo thời gian dùng phương pháp thống kê, thiết kế để tránh lãng phí Từ khơng đồng thường có nhiều nghĩa khác dùng kỹ thuật ghép kênh truyền dẫn, trường hợp này, từ đươc hiểu mềm dẽo không cố định Tương tự TDM đồng bộ, TDM cho phép số ngõ vào có tốc độ thấp ghép kênh đường truyền tốc độ cao Khác với trường hợp dùng TDM đồng bộ, tổng số tốc độ đường vào lớn khả đường truyền Trong hệ TDM đồng bộ, ta có n ngõ vào, frame phải gồm số khơng đổi với n slot Trong hệ khơng đồng bộ, ta có n đường vào frame khơng chứa nhiều n slot TDM khơng đồng hỗ trợ số lượng ngõ vào trường hợp TDM đồng dung lương đường truyền thấp Hay đường truyền, TDM không đồng hỗ trợ nhiều thiết bị so với trường hợp đồng Số lượng slot frame TDM không đồng đựa phân tích thống kê số ngõ vào truyền dẫn đơn vị thời gian Các slot không phân trước, mà phục vụ cho ngõ vào có liệu cần truyền Bộ ghép kênh quét ngõ vào, chấp nhận phần liệu frame lấp đầy, gởi frame đường truyền Nếu không đủ liệu để lấp đầy tất slot frame, frame chuyển phần đầy; kênh khơng sử dụng hết 100% khả Tuy nhiên từ khả cho phép thiết lập slot cách động hơn, ghép nối phần nhỏ slot ngõ vào, giảm thiểu lãng phí đường truyền Hình bên minh họa hệ thống với máy tính chia xẻ đường truyền dùng TDM khơng đồng Trong thí dụ , kích thước frame ba slot Hình vẽ cho thấy ghép kênh xử lý ba mức lưu thông khác Trong trường hợp đầu, có ba năm máy tính có liệu gởi (đó trường hợp trung bình, cho phép chọn ba slot frame) Trong trường hợp thứ hai, bốn ngõ vào truyền liệu, nhiều slot frame Trong trường hợp thứ ba (thống kê cho thấy xảy ra), tất ngõ vào gởi liệu Trong tất trường hợp, ghép kênh quét qua theo thứ tự, từ đến 5, lấp đầy slot để gởi liệu Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 120 Bài giảng: Truyền số liệu Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing) Hình 8.15 Trong trường hợp đầu, ba ngõ vào tác động tương ứng với ba slot frame Trong bốn frame đầu, ngõ vào phân phối đối xứng dọc theo tất thiết bị thông tin Tại frame thứ , thiết bị truyền xong, thiết bị hai ký tự phải gởi Bộ ghép kênh chọn A từ thiết bị 1, quét xuống đường dây mà khơng tìm thấy thiết bị cần truyền tin, trở thiết bị để lấy ký tự A cuối Khơng cịn thơng tin cho slot cuối cùng, ghép kênh gởi frame thứ với có hai slot có liệu Trong TDM đồng bộ, cần sáu frame với slot frame cần để truyền tất liệu, cần 30 slot Nhưng có 14 số slot sử dụng Trong hệ TDM khơng đồng bộ, có frame chuyển không đầy đủ Trong thời gian cịn lại , tồn khả đường truyền sử dụng Trong trường hợp thứ hai, có slot thiếu, ghép kênh quét từ đến 5, lấp đầy trước chuyển Frame đầu gởi liệu từ thiết bị 1, 4, Bộ ghép kênh tiếp tục qt thấy cịn sót một, nên đưa liêẹu vào slot frame kế, quét trở lại lên để đưa phần liệu thứ hai vào slot thứ 2, tiếp tục Như thế, số thiết bị gởi không số slot frame,, slot không lấp đầy cách đối xứng Thí dụ thiết bị 1, chiếm slot frame đầu, lại chiếm slot frame kế Trong trường hợp thứ ba, frame làm đầy trên, lại có năm thiết bị cần truyền liệu Từ đó, thiết bị chiếm slot frame đầu, slot frame 2, khơng có slot frame Trong thí dụ 3, tốc độ đường dây ba lần tốc độ truyền kênh, liệu truyền nhanh khả vận hành ghép kênh Như thiết phải có thêm nhớ đệm (buffer) nhằm lưu trữ liệu, chờ đến ghép kênh giải Định địa (addressing) overhead: Trường hợp nói minh họa yếu điểm TDM không đồng Như phân kênh làm để biết slot kênh nào? Trong TDM đồng bộ, thiết bị có liệu slot phụ thuộc vào vị trí thời gian slot frame Nhưng điều không với trường hợp TDM không đồng Như TDM không đồng Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 121 Bài giảng: Truyền số liệu Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing) thiết phải có phương pháp định địa giúp phân kênh thực chức Địa dùng cách cục bộ, ghép kênh đính kèm theo gởi phân kênh loại sau đọc xong Khi thêm bit địa vào slot làm gia tăng overhead hệ không đồng làm giảm hiệu hệ thống Để giảm thiểu yếu tố này, địa thường gồm số bit rút gọn lại cách truyền toàn địa phần đầu truyền dẫn, phần lại truyền địa dạng rút gọn Nhu cầu định địa làm giảm hiệu TDM không đồng chuyển vị bit hay byte Giả sử chuyển vị bit mà phải mang thêm bit địa chỉ; thêm bit liệu, ba bit địa Như cần thêm bốn bit để truyền bit liệu Như cho dù có tận dụng hết cơng suất kênh truyền có phần tư lực đường truyền dùng cho việc truyền liệu, phần cịn lại overhead Từ đó, TDM khơng đồng thực hiệu kích thước slot frame phải tương đối lớn Các khe có độ dài thay đổi (Variable-length Tome slot): TDM khơng đồng cho phép truyền liệu với tốc độ khác cách thay đổi kích thước slot frame Trạm phát với tốc độ cao cung cấp slot có kích thước dài Việc quản lý trường có độ dài thay đổi đòi hỏi phải thêm vào bit điều khiển phần đầu slot nhằm cho biết độ dài phần liệu đến Các bit thêm làm gia tăng overhead hệ thống lần nữa, có khả làm giảm hiệu suất hệ thống hệ thống hiệu với frame có kích thước slot lớn 8.4.3 GHÉP KÊNH NGHỊCH: Hình 8.16 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 122 Bài giảng: Truyền số liệu Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing) Như tên gọi, đối ngẫu với trường hợp ghép kênh Ghép kênh nghịch dùng luồng liệu từ đường tốc độ cao chia cắt thành nhiều phần để truyền đồng thời đường tốc độ thấp, mà không bị tổn thất tốc độ liệu Tại lại cần ghép kênh nghịch? Thử xét trường hợp ta muốn truyền liệu, thoại video, với tốc độ truyền khác Để gởi voice, ta cần kết nối 64 Kbps Gởi liệu, cần 128 Kbps Video có cần đến 1,544 Mbps= 64 Kbps x 24 Như có hai lựa chọn: Thuê kênh 1,544 Mbps từ cơng ty điện thoại dùng tồn dung lượng kênh truyền lãng phí Thuê nhiều kênh riêng có tốc độ truyền thấp 64 Kbps Dùng phương thức gọi khỗ sóng theo yêu cầu (bandwidth on demand), nhằm dùng kênh truyền có yêu cầu dùng kênh Dữ liệu hay tín hiệu video chẻ nhỏ gởi hai hay nhiều kênh Nói cách khác, tín hiệu liệu video ghép kênh nghịch dùng nhiều đường truyền 8.5 ỨNG DỤNG CỦA GHÉP KÊNH: HỆ THỐNG ĐIỆN THOẠI Hình 8.17 Ghép kênh công cụ chủ yếu công nghiệp điện thọai, ứng dụng FDM TDM Hiện nay, giới có nhiều hệ thống khác Trong trường hợp này, ta thử khảo sát hệ thống Bắc Mỹ 8.5.1.Dịch vụ sóng mang chung phân cấp (common carrier services and hierarchies): Hình 8.18 Ban đầu cơng ty điện thoại dùng dịch vụ analog mạng analog Hiện nay, công nghệ cho phép thực dịch vụ mạng số Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 123 Bài giảng: Truyền số liệu Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing) 8.5.1.1.DỊCH VỤ ANALOG: Có hai dịch vụ cho thuê bao là: dịch vụ chuyển mạch (switched services) dịch vụ thuê (leased services) Hình 8.19 Dịch vụ chuyển mạch analog (analog switched service): Là dịch vụ gọi máy (dial up) thông thường dùng nhà Dùng hai dây (hay số trường hợp; dùng bốn dây) cáp đôi xoắn để kết nối máy điện thoại với mạng thông qua tổng đài Kết nối gọi mạch vòng (local loop) Mạng kết nối đơi cịn gọi PSTN (public switched telephone network) Tín hiệu mạch vịng analog, băng thơng thường từ đến 4000 Hz Trong đường chuyển mạch, có tín hiệu gọi đến, gọi đưa đến chuyển mạch, trạm chuyển mạch Các chuyển mạch chuyển kết nối với người gọi Chuyển mạch kết nối hai máy thời gian gọi Hình 8.20 Dịch vụ thuê kênh analog (analog leased service): cung cấp cho thuê bao hội để thuê đường dây, gọi dedicated line, tức kết nối thường trực với thuê bao khác Mặc dù kết nối phải dùng chuyển mạch mạng điện thoại, thuê bao xem dây riêng chuyển mạch đóng, khơng cần gọi máy (dialing) Hình 8.21 Conditioned lines: Telephone carrier cung cấp dịch vụ gọi conditioning, tức cải thiện chất lượng đường dây nhiễu làm nghe khơng rõ, méo dạng tín hiệu nhiễu trễ Điều kiện đường dây analog, chất lượng cho phép dùng với thông tin liệu số kết nối với modem Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 124 Bài giảng: Truyền số liệu Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing) Phân cấp mạng analog (analog hierarchy): Để tăng hiệu hạ tầng, cơng ty điện thoại có xu hướng ghép kênh Trường hợp analog dùng FDM Một hệ thống phân cấp AT&T để thiết lập nhóm, siêu nhóm, nhóm chủ nhóm jumbo Hình 8.22 Trong phương pháp phân cấp này, 12 kênh thoại ghép thành đường có băng thơng rộng hơn, tạo thành nhóm (group) (Để trì băng thơng, AT&T dùng kỹ thuật điều chế loại bỏ sóng mang biên tín hiệu, phục hồi chúng phân kênh) Mỗi nhóm 48 KHz hỗ trợ 12 kênh thoại Trong cấp kế, năm nhóm ghép thành tín hiệu hỗn hợp gọi siêu nhóm (supergroup), có băng thơng 240 KHz hỗ trợ đến 60 kênh thoại Siêu nhóm ghép từ nhóm hay 60 kênh thoại riêng biệt Tiếp đến, 10 siêu nhóm ghép thành nhóm chủ (master group), có băng thơng 2,40 MHz cần có dãi bảo vệ, nênthực tế la 2,52 MHZ Nhóm chủ hỗ trợ đến 600 kênh thoại Cuối sáu nhóm chủ kết hợp thành nhóm jumbo, có 15,12 MHz (6 x 2,52 MHZ) tăng đến 16,984 MHz cần băng bảo vệ nhóm chủ Tuy có nhiều biến thể phép phân cấp (ITU-T đồng ý hệ thống khác dùng cho châu Âu) Tuy nhiên hệ thống analog dần thay mạng số, nên ta giới hạn vấn đề 8.5.1.2 DỊCH VỤ SỐ Hình 8.23 Hiện nay, dịch vụ số dần cung cấp cho thuê bao Một ưu điểm dịch vụ số tính kháng nhiễu tốt nhiều so với analog Trong hệ thống analog, liệu nhiễu analog nên khó phát triệt nhiễu, dịch vụ số liệu số (chỉ có hai mức), nhiễu analog nên trình phát triệt nhiễu đơn giản Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 125 Bài giảng: Truyền số liệu Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing) a.Dịch vụ chuyển mạch/56: dạng số dây chuyển mạch Là dịch vụ chuyển mạch số cho phép tốc độ liệu lên đến 56 Kbps Để thông tin dịch vụ này, hai bên phải đăng ký Một người gọi dùng dịch vụ điện thoại thông thường khơng kết nối với điện thoại hay máy tính dùng chuyển mạch/56 Kbps dùng modem Nói chung, dịch vụ analog số biểu diễn hai lĩnh vực khác điện thoại Hình 8.24 Do đường dây dùng dịch vụ chuyển mạch/56 tự thân số, nên thuê bao không cần dùng modem để truyền liệu số Tuy nhiên, phải cần thiết bị đơn vị dịch vụ số DSU (digital service unit) Thiết bị thay đổi tốc độ liệu số thuê bao tạo thành 56 Kbps mã hóa liệu phù hợp với nhà cung cấp dịch vụ Điều không may DSU lại đắc tiền modem, thuê bao lại chấp nhận Lý đường dây số cho phép có tốc độ nhanh hơn, chất lượng tốt chống nhiễu tốt so với đường analog Băng thông theo yêu cầu (Bandwidth on demand): Chuyển mạch/56 hỗ trợ khỗ sóng theo yêu cầu, cho phép thuê bao có tốc độ cao cách dùng nhiều đường dây (xem phần ghép kênh nghịch) Chọn lựa cho phép chuyển mạch/56 hỗ trợ hội thảo truyền hình, fax nhanh, multimedia, truyền liệu nhanh, chức khác b.Dịch vụ liệu số (DDS: Digital Data Service): dạng khác đường thuê bao analog; tức đường thuê dạng số với tốc độ truyền tối đa 64 Kbps Tương tự chuyển mạch/56, DDS cần dùng DSU, trường hợp này, dùng DSU rẻ chuyển mạch/56, khơng cần dùng phím Hình 8.25 c.Dịch vụ tín hiệu số (DS: Digital Signal service): sau cung cấp chuyển mạch/56 dịch vụ DDS, công ty điện thoại thấy cần phát triển việc phân cấp dịch vụ số giống hệ thống analog Bước dịch vụ tín hiệu số (DS), phân cấp tín hiệu số Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 126 Bài giảng: Truyền số liệu Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing) Hình 8.26  Dịch vụ DS-0: tương tự DDS, kênh số với 64 Kbps  DS-1 dịch vụ 1,544 Mbps; 1,544 24 lần 64 Kbps cộng với Kbps overhead Có thể đươc dùng dịch vụ truyền 1,544 Mbps, hay dùng để ghép kênh 24 DS-0 để mang thông tin mà user yêu cầu tầm dung lượng 1,544 Mbps  DS-2 dịch vụ 6,312 Mbps; 6,312 Mbps 96 lần 64 Kbps cộng với 168 overhead Có thể dùng để truyền dịch vụ 6,312 Mbps hay dùng ghép kênh DS-1, 96 DS-0, hay kết hợp dịch vụ  DS-3 dịch vụ 44,376 Mbps; 44,376 Mbps 672 lần 64 Kbps cộng 1,368 overhead Có thể dùng truyền dịch vụ 44,376 Mbps hay kênh DS-2, 28 kênh DS-1, 672 kênh DS-0, hay kết hợp dịch vụ  DS-4 dịch vụ 274,176Mbps; 274,176Mbps tức 4032 nhân với 64 Kbps cộng với 16,128 Mbps overhead Có thể dùng để ghép kênh DS-3, 42 kênh DS-2, 168 kênh DS-1, 4032 kênh DS-0, hay kết hợp phương pháp T-lines: DS-0, DS-1 tiếp tục tên dịch vụ Để thiết lập dịch vụ này, công ty điện thoại dùng dây T (T-1 hay T-4) Các đường dây thích hợp cách xác với tốc độ liệu dịch vụ từ DS-1 đến DS-4 T-1 dùng để thiết lập DS-1, T-2 dùng để thiết lập DS-2, v.v, Trong bảng, ta thấy DS-0 thực dịch vụ, định nghĩa để dùng làm sở tham chiếu công ty điện thoại hy vọng khách hàng thấy dịch vụ DS-0 thay DDS Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 127 Bài giảng: Truyền số liệu Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing) T line dùng cho truyền dẫn analog: Hình 8.27 Frame T-1: nói trên, DS-1 cần Kbps làm overhead Để hiểu cách tính overhead này, ta cần xem xét format frame 24 kênh thoại Hình 8.28 Frame dùng cho dây T-1 thường 193 bit chia cho 24 slot/8bit thêm bit đồng (24 x +1 = 193) Nói khác slot chứa đoạn tín hiệu từ kênh; 24 segment chuyển vị thành frame Nếu T-1 mang 800 frame, tốc độ liệu 1,544 Mbps (193 x 8000 =1,544 Mbps), dung lượng đường dây Fractional T line: nhiều th bao khơng dùng hết toàn dung lượng T line Để phục vụ thuê bao này, công ty điện thoại phát triển dịch vụ fractional (phân đọan) T line, cho phép thuê bao chia sẻ đường truyền cách đa hợp truyền dẫn Hình 8.29 Thí dụ, doanh nghiệp nhỏ cần ¼ dung lượng đường T-1 Nếu bốn doanh nghiệp có trụ sở tịa nhà, họ chia đường T-1 Để thực hiện, họ hướng đường truyền họ qua phận gọi DSU/CSU (digital service unit/channel service unit) Thiết bị cho phép họ chia dung lượng kênh truyền thành bốn kênh chuyển vị (interleaving) Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 128 Bài giảng: Truyền số liệu Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing) E-Lines: dạng T line dùng châu Âu gọi E line Về nguyên tắc, hai hệ thống tương tự nhau, dung lượng khác 8.5.2 Các dịch vụ ghép kênh khác: Ta khảo sát phương pháp ghép kênh mơi trường cáp, ghép kênh cịn dùng đươc môi trường trái đất lẫn vệ tinh Ngày nhà cung cấp dịch vụ điện thoại đưa dịch vụ mạnh, ISDN, SONET, ATM phụ thuộc vào phương pháp ghép kênh 8.6.ĐƯỜNG DÂY THUÊ BAO SỐ (DSL) Đường dây thuê bao số (DSL: Digital Subscriber Line) công nghệ dùng mạng điện thoại đại mạch vòng (local loop) điện thoại, cho phép thực việc truyền với tốc độ cao liệu, voice, video, đa phương tiện (multimedia) DSL họ cơng nghệ: năm số là: ADSL, RADSL, HDSL, VDSL SDSL 8.6.1.ADSL: (asymmetric digital subscriber line) Các công ty điện thoại thiết lập mạng số diện rộng tốc độ cao để trì thơng tin tổng đài Kết nối thuê bao mạng, lại analog (mạch vòng) Như cần có kết nối số - dây thuê bao số - mà khơng cần phải thay đổi mạch vịng hữu Mạch vịng cáp đơi xoắn có băng thơng MHz lớn ADSL không đối xứng, tức cung cấp tốc độ bit cao theo chiều downstream (từ tổng đài đến thuê bao) cao so với tốc độ upstream (từ thuê bao đến tổng đài) Đó điều mà thực tế thuê bao cần, họ muốn download nhiều liệu từ Internet nhanh gởi chuyển liệu dung lượng thấp (email) Hình 8.30 ADSL chia băng thơng dây cáp xoắn (1 MHz) thành ba dải tần Dải tần 1, thường từ đến 25 KHz, dùng cho dịch vụ điện thoại thông thường(plain old telephone service: POTS) Dịch vụ cần băng thông KHz, phần lại dùng làm băng bảo vệ để phân cách kênh thoại với kênh liệu Băng thứ hai, từ 25 đến 250 KHz, dùng để tạo upstream Băng thứ ba, từ 250 KHZ đến MHz, dùng cho downstream Một số thiết lập cho phép trùng lắp dịng upstream downstream để cung cấp thêm băng thơng cho downstream Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 129 Bài giảng: Truyền số liệu Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing) Kỹ thuật điều chế: Hầu hết thiết lập ADSL dùng kỹ thuật điều chế gọi CAP(carrierless amplitude/phase ), tiếp đến dùng phương pháp điều chế khác gọi discrete mutitone (DMT) chuẩn ANSI đề CAP: (Carrierless amplitude/phase) kỹ thuật điều chế tương tự QAM, có điểm quan trọng bỏ sóng mang Kỹ thuật thực tế phức tạp QAM chưa chuẩn hóa DMT: (discrete multitone technique) kết hợp QAM FDM, băng thông cho hướng chia thành kênh KHz, với tần số sóng mang riêng Hình 8.31 Hình vẽ minh họa ý niệm DMT dùng N kênh Các bit từ nguồn qua chuyển đổi nối tiếp/song song, block N bit chia thành N kênh truyền, kênh bit Tín hiệu QAM tạo từ kênh ghép theo tần số FDM để tạo tín hiệu chung đường truyền Hình 8.32 Chuẩn ANSI định nghĩa tốc độ kênh KHz 60 Kbps, tức điều chế QAM với 15 bit/baud  Kênh upstream thường chiếm 25 kênh, độ bit 25 x 60 Kbps, 1,5 Mbps Thông thường tốc độ theo hướng thay đổi từ 64 Kbps đến Mbps Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 130 Bài giảng: Truyền số liệu  Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing) Kênh downstream thường chiếm 200 kênh, độ bit 200 x 60 kbps, hay 12 Mbps Tuy nhiên thông thường tốc độ theo hướng thay đổi từ 500 Kbps đến Mbps ảnh hưởng nhiễu Hình minh họa ADSL, tốc độ bit theo chiều 8.6.2.RADSL: (rate adaptive asymmetrical digital subscriber line) công nghệ dựa ASDL Cho phép nhiều cấp tốc độ liệu khác tùy theo dạng thông tin: thoại, liệu, multimedia, v.v, Các tốc độ khác cấp cho thuê bao theo u cầu băng thơng RADSL có lợi cho người dùng chi phí dựa tốc độ liệu cần thiết 8.6.3.HDSL:(high bit rate digital subscriber line) Bellcore thiết kế (hiện Telecordia) dạng khác T-line (1,544 Mbps) Dây T-1 dùng phương pháp mã hóa AMI, thường nhạy cảm với suy hao tần số cao Điều làm giới hạn chiều dài T-1 có km Để có cự ly xa hơn, cần có repeater, gia tăng chi phí HDSL dùng phương pháp mã hóa 2B1Q, tức nhạy cảm với suy hao Tốc độ liệu lên đến Mbps mà không cần repeater với cự ly lên đến 3,6 km HDSL dùng hai đôi dây xoắn để truyền full-duplex 8.6.4.SDSL:(symmetric or single-line digital subscriber line) tương tự HSDL dùng đôi dây xoắn, phù hợp cho hầu hết thuê bao nhà, với tốc độ liệu HSDL Dùng kỹ thuật gọi triệt tiếng dội (echo-cancellation) để truyền fullduplex 8.6.5.VDSL:(very high bit rate digital subscriber line); dạng khác ADSL, dùng cáp đồng trục, cáp quang hay cáp dây xoắn để truyền cự ly ngắn(300 đến 1800 mét) Dùng kỹ thuật điều chế DMT với tốc độ bit từ 50 đến 55 Mbps cho downstream 1,5 đến 2,5 Mbps cho upstream 8.7.FTTC (fiber to the curb ) : Cáp quang có nhiều ưu điểm, với yếu tố chống nhiễu băng thông rộng Tuy nhiên, so sánh với dạng cáp khác đắc tiền Các cơng ty điện thoại truyền hình cáp cải thiện cách dùng phương pháp gọi FTTC, cho phép dùng cáp quang với chi phí thấp Cáp quang dùng làm môi trường truyền từ tổng đài với hay từ tổng đài đến lề đường (curb) Từ lề đường đến thuê bao dùng môi trường tốn cáp đồng trục hay cáp xoắn FTTC mạng điện thoại: Hình 8.33 Hệ thống điện thoại dùng cáp quang để kết nối ghép kênh nhiều kênh thoại Dây đồng xoắn đôi từ nhà (premise) ghép kênh hộp nối chuyển thành tín Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 131 Bài giảng: Truyền số liệu Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing) hiệu quang Các tín hiệu quang ghép kênh tổng đài chuyển mạch, dùng WDM để tạo băng thơng tín hiệu rộng FTTC dùng truyền hình cáp: Hệ thống truyền hình cáp dùng cáp quang để kết nối ghép kênh nhiều kênh truyền hình cáp Các cáp đồng trục từ nhà riêng biệt ghép ênh hộp nối chuyển sang tín hiệu quang học Các tín hiệu quang ghép kênh tổng đài chuyển mạch, dùng WDM để tạo băng thơng tín hiệu rộng Hình 8.34 Câu hỏi: Trình bày kỹ thuật ghép kênh phân kên FDM Trình bày kỹ thuật ghép kênh TDM khơng đồng Trình bày kỹ thuật ghép kênh TDM đồng Bài Tập: Cơng thức tính băng thơng tín hiệu FDM Cơng thức tính tốc độ bit TDM đồng bộ, TDM không đồng Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 132 Bài giảng: Truyền số liệu Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing) TỪ KHÓA VÀ Ý NIỆM                                           analog hierarchy analog leased service analog service analog switched service asymmetric digital subscriber line (ADSL) asynchronous time-division multiplexing bandwidth bandwidth on demand bit stuffing carrierless amplitude/phase channel common carrier conditioning demultiplexer (DEMUX) digital data service (DDS) digital service unit (DSU) digital service unit/channel service unit (DSU/DCU) digital signal service (DS) digital sibscriber line (DSL) discrete multitone technique (DMT) E-lines fiber to the curb (FTTC) fractional T line framing bit frequency-division multiplexing (FDM) group guard band high bit rate digital subscriber line (HDSL) interleaving inverse multiplexing jumbo group local loop master group multiplexer (MUX) multiplexing overhead path rate adaptive asynnetrical digital subscriber line (RADSL) statistical time-division mutiplexing supergroup switched/56 symmetrical digital subscriber line (SDSL) Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng      synchronuos time-division mutiplexing T lines T-1 lines T-2 lines T-3 lines T-4 lines time division multiplexing (TDM) very high bit rate digital subscriber line (VDSL) wave-division multiplexing (WDM) TĨM TẮT  Ghép kênh q trình truyền đồng thời nhiều tín hiệu qua đường truyền liệu  Có hai dạng ghép kênh FDM (phân chia theo tần số) TDM (phân chia theo thời gian)  Trong FDM, tín hiệu điều chế với tần số sóng mang khác Cs2c tín hiệu điều chế tổ hợp thành tín hiệu gởi đường truyền  Trong FDM, ghép kênh điều chế tổ hợp tín hiệu cịn phân kênh tách tín giải điều chế  Trong FDM, dải phân cách giữ cho tín hiệu điều chế khơng bị trùng lắp gây nhiễu qua lại  Trong TDM tín hiệu số từ n thiết bị chuyển vị lẫn nhau, tạo nên khung (frame) liệu (bit, byte, hay đơn vị liệu khác)  TDM chia thành TDM đồng TDM không đồng (thống kê)  Trong TDM đồng bộ, mổi frame chứa slot Trang 133 Bài giảng: Truyền số liệu dùng cho thiết bị Thứ tự chuyển liệu thiết bị không thay đổi, thiết bị khơng gởi liệu gởi slot trống  Trong loại TDM đồng bộ, có bit đoầu frame nhằm giữ đồng  Trong TDM không đồng bộ, thứ tự slot phụ thuộc vào thiết bị có liệu cần gởi  TDM không đồng thêm địa thiết bị vào slot thời gian  Ghép kênh nghịch chia dòng liệu từ đường tốc độ cao thành nhiều đường tốc độ thấp  Dịch vụ chuyển mạch analog cần có gọi chng (dialing), chuyển mạch, kết nối tạm thời định  DS dạng phân cấp tín hiệu TTTTDM  T line (từ T-1 đế T-4) thiết lập DS Một kênh T-1 có 24 kênh thoại  Dịch vụ fractional T-1 cho phép nhiều thuê bao chia xẻ đường cách ghép kênh tín hiệu  T line dùng Bắc Mỹ, E line dùng Châu Âu  Đường dây thuê bao số (DSL: digital subscriber line) công nghê dùng mạng thông tin hữu vào việc truyền tốc độ cao như: liệu, voice, video, multimedia  Họ DSL bao gồm ADSL, RADSL, HDSL, SDSL VDSL  Băng thông downstream ADSL thường 4,5 lần lớn so với upstream  ADSL dùng kỹ thuật carrierless amplitude/phase (CAP) discrete multitone modulation (DMT)  WDM tương tự FDM , nhiên trường hợp ánh sáng  Truyền hình cáp mạng điện thoại dùng kỹ thuật cáp quang đến lề đường (FTTC: fiber to the curb) để giảm thiểu số lượng cáp quang cần thiết  Kỹ thuật DMT (discrete multitone modulation) kết hợp phần tử QAM FDM đề cho phép có băng thơng rộng dịng downstream Dịch vụ điện thoại dùng analog hay số  Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing)  Dịch vụ thuê analog đường kết nối thường trực hai thuê bao Không cần gọi chuông  Công ty điện thoại dùng ghép kênh để tổ hợp kênh thoại thành nhóm đủ lớn để truyền hiệu   Dịch vụ chuyển mạch/56 dạng số tương đương đường dây chuyển mạch analog Cần có đơn vị dịch vụ số (DSU) để bảo đảm tốc độ liệu 56 Kbps Dịch vụ liệu số (DDS) dạng tương đương đường thuê kênh (leased line) DDS cần có DSU Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 134 Bài giảng: Truyền số liệu Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing) Trang 135 ... 8.4.3 GHÉP KÊNH NGHỊCH: Hình 8.16 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 122 Bài giảng: Truyền số liệu Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing) Như tên gọi, đối ngẫu với trường hợp ghép kênh Ghép kênh nghịch... kết nối ghép kênh nhiều kênh thoại Dây đồng xoắn đôi từ nhà (premise) ghép kênh hộp nối chuyển thành tín Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 131 Bài giảng: Truyền số liệu Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing). .. Trang 119 Bài giảng: Truyền số liệu Chương 8: Ghép kênh (Multiplexing) Hình 8.14 Phương pháp ghép kênh cách phân chia theo thời gian không đồng hay phương pháp ghép kênh phân chia theo thời gian dùng