Telephony Nguyễn Duy Nhật Viễn Tài liệu tham khảo DGPT-GSIC, “Genaral Introduction of Telephony Theory”, 1992 LG , Information & Communication, Ltd “General Introduction of Telecommuncation Theory”, 1992 F.J Redmill and A.R Valdar, “SPC Digital Telephone Exchanges”, 1990 William Stallings, “Data and Computer Communication”, 2002 Erisson, “Telecommunication”, 1995 Ronayne, J., “Digital Communication Switching”, 1986 S Welch, “Signalling in Telecommunications Network”, Contents Chapter 1: Overview Chapter 2: Subscriber Access to the Telephone Network Chapter 3: Digital Switching in Exchange Chapter 4: Signalling in Telephony Chapter 5: System Control Chapter 6: Digital Trunk Chapter 7: Voice Over IP Chapter Overview Lịch sử phát triển Nhu cầu trao ñổi thông tin người hệ thống thông tin Âm Lửa Khói Chữ viết Nhu cầu trao ñổi thông tin tiếng nói qua khoảng cách ngày tăng Lịch sử phát triển Phát triển công nghệ 1837: Samuel F.B Morse phát minh máy ñiện tín, truyền ñược tín hiệu ñi xa, khó nhớ 1876: Alecxander Graham Bell phát minh máy ñiện thoại 1878: Tổng ñài ñầu tiên ñược thiết lập NewHaven, ñiện thoại viên ñóng vai trò tổng ñài 1889: A.B Strowger phát minh tổng ñài tự ñộng Kansas Thực gọi theo bước Lịch sử phát triển 1926, Erisson phát triển thành công hệ tổng ñài chéo 1965, tổng ñài ESS số Mỹ tổng ñài ñiện tử có dung lượng lớn theo nguyên tắc SPC Bell System Laboratory (Mỹ) hoàn thiện tổng ñài số chuyển tiếp vào ñầu thập kỷ 70, ñẩy nhanh phát triển tốc ñộ truyền dẫn tổng ñài Tháng năm 1976, tổng ñài ñiện tử số chuyển tiếp sở chuyển mạch số máy tính thương mại ñầu tiên ñược lắp ñặt ñưa vào khai thác Kỹ thuật vi mạch & kỹ thuật số phát triển hệ tổng ñài số không cho thoại mà tích hợp với IP Mạng chuyển mạch ñiện thoại công cộng PSTN PSTN (Public Switch Telephone Network) Xây dựng sở chuyển mạch kênh Cung cấp tốc ñộ 64kbps cho kết nối thuê bao Họat ñộng phương thức nối kết có hướng, bao gồm giai ñoạn: Thiết lập nối kết Duy trì nối kết Giải phóng phục hồi nối kết Các thành phần PSTN Tổng ñài giang (Tandem) Trung kế (Trunk) Tổng ñài nội hạt (End Office) Tổng ñài giang (Tandem) Tổng ñài nội hạt (End Office) Mạch vòng thuê bao (Local Loop) … Telephone … Thuê bao (Subscriber) Các thành phần PSTN Thuê bao Chuyển ñổi tín hiệu thân thuộc với người thành tín hiệu thích hợp truyền qua mạng Telephone, Fasimile, PC… Mạch vòng thuê bao Liên kết thuê bao mạng Cng cấp phương tiện truyền tải tín hiệu thoại, báo hiệu, nguồn mạng thuê bao Các thành phần PSTN Node chuyển mạch (tổng ñài) Thiết lập nối kết cho gọi theo yêu cầu, bao gồm Các gọi nội ñài Các gọi liên ñài Tổng ñài chuyển tiếp (transit, tandem, toll office) nối tổng ñài vói Tổng ñài nội hạt (Local Exchange, End Office, Center Office): tổng ñài nối trực tiếp với thuê bao Trung kế Phương tiện truyền dẫn hai tổng ñài Các phương pháp tổ chức mạng Mạng lưới (mesh): … … LE … Các tổng ñài tổng ñài nội hạt (LE: Local Exchange), ngang cấp Các tổng ñài nối ñôi trung kế Sự trao ñổi thông tin hai thuê bao thuộc hai tổng ñài trực tiếp Số ñường dây trung kế lớn LE LE LE LE … … Các phương pháp tổ chức mạng Mạng (star): … LE Mạng phân cấp Tổng ñài chuyển tiếp TE (Toll Exchange) cấp cao Các tổng ñài nội hạt LE cấp thấp Các gọi hai thuê bao thuộc hai LE phải qua TE Số trung kế Yêu cầu TE có dung lượng lớn, tốc ñộ cao TE LE LE … … Các phương pháp tổ chức mạng Mạng hỗn hợp Kết hợp mạng mạng lưới Phân thành cấp khác theo nhu cầu diện tích Phân cấp theo CCITT IC : International Center QC : Quaternary Center TC : Tertiary Center SC : Secondary Center PC : Primary Center LE : Local Exchange IC QC TC SC PC LE Các phương pháp tổ chức mạng PSTN quốc qia tiêu biểu ITE NTE NTE LTE LTE LE LE PABX RSS Hệ thống ghép kênh phân chia theo thời gian PCM/TDM Mục ñích: Tăng dung lượng hệ thống Giải pháp: Ghép kênh Ghép kênh phân chia theo tần số FDM (Frequency Division Multiplexing) Ghép kênh phân chia theo thời gian TDM (Time Division Multiplexing) In … N M U X Out Hệ thống ghép kênh phân chia theo thời gian PCM/TDM Ghép kênh phân chia theo tần số FDM Mỗi kênh ñược ấn ñịnh dải tần riêng ðối với thoại, dải tần 4kHz cho kênh Khôi phục lọc thông dải tương ứng Tỷ lệ ghép thường 12:1 24:1 Dung lượng lớn phải thực nhiều FDM liên tiếp Phát sinh tần số việc khôi phục kênh không kinh tế Hệ thống ghép kênh phân chia theo thời gian PCM/TDM Ghép kênh phân chia theo thời gian PCM Mỗi kênh ñược ấn ñịnh khoảng thời gian ñể truyền mẫu tiếng nói ñã mã hóa gọi khe thời gian TS (Time Slot) Ngõ ghép kênh có tốc ñộ số kênh * tốc ñộ kênh Ở bên thu, tín hiệu ñược tách khoảng thời gian tương ứng cho kênh Khả ñạt dung lượng lớn Thuận tiện ñối với tín hiệu số, cụ thể PCM Hệ thống ghép kênh phân chia theo thời gian PCM/TDM Khoảng thời gian lấy mẫu Lọc thông thấp 0.3-3.4kHz Encoder Lấy mẫu Khung Encoder Khe thời gian ðiều khiển lấy mẫu Encoder Sơ ñồ khối chức tổng ñài SPC … Giao tiếp thuê bao Giao tiếp trung kế … … Giao tiếp thuê bao Chuyển mạch Giao tiếp trung kế … … Báo hiệu Báo hiệu ðiều khiển nối kết ðiều khiển tổng ñài trunk Kiến trúc TDM Kiến trúc SONET/SDH SONET (Bắc Mỹ) SONET/SDH SDH (ITU-T) Tín hiệu ñiện Tín hiệu quang Tốc ñộ bit (Mbps) Tín hiệu ñiện STS-1 OC-1 51.84 - STS-3 OC-3 155.52 STM-1 STS-12 OC-12 622.08 STM-4 STS-24 OC-24 1244.16 STM-8 STS-48 OC-48 2488.32 STM-16 STS-96 OC-96 4976.64 STS-32 STS-192 OC-192 9953.28 STM-64 Page Giao tiếp trung kế số Hai dây Thoại số hóa Chuyển mạch số Báo hiệu Thoại số hóa Báo hiệu ðến tổng ñài khác Giao tiếp trung kế số Trung kế số (4dây) Từ tổng ñài khác Xử lý gọi Page Sơ ñồ khối chức Từ Tổng ñài khác Kết cuối thu Giải mã ñường dây ðệm ñồng khung Tách báo hiệu (CAS, CCS) Chuyển Chuyển ðến ñổi nối mạch Chuyển tiếp/ bảo vệ mạch số song TX song ðịnh thời ghi ðịnh thời ñọc Tách ñịnh thời D D F ðến Tổng ñài khác Kết cuối phát Mã hóa ñường dây Tách ñồng khung DLTU Chèn báo hiệu (CAS, CCS) ðồng hồ Tổng ñài Thu/phát báo hiệu (CAS CCS) Chuyển Chuyển ñổi mạch song Từ Chuyển bảo vệ mạch số song/ RX nối tiếp Page Sơ ñồ khối chức Mã hóa/Giải mã ñường dây Chuyển ñổi tín hiệu từ nhị phân sang ñường dây ngược lại Hệ thống cáp ñồng thường dùng mã ñường dây HDB3, 4B3T, B8ZS AMI Hệ thống sợi quang thường dùng mã 4B5B Hệ thống chuyển mạch số dùng tín hiệu PCM Chuyển ñổi qua lại Thực giải mã ñường dây yêu cầu ñồng hồ bit từ mạch Tách ñịnh thời Page 10 Sơ ñồ khối chức AMI: Binary AMI B8ZS HDB3 0 0 0 0 1 Các bit 0: không truyền tín hiệu Các bit 1: truyền xung với cực tính thay ñổi B8ZS: tín hiệu số tín hiệu AMI bits liên tục ñược thay chuỗi xung chứa bit phạm luật HDB3: tín hiệu số tín hiệu AMI bits liên tục ñược thay chuỗi xung chứa bit phạm luật Trong ñó: B bit Page 11 Sơ ñồ khối chức ðồng khung Phát khung phân tích thông tin tín hiệu số từ giải mã ñường dây ñể tìm ñiểm bắt ñầu khung: TS0 Cần thiết ñể khôi phục xác liệu thoại liệu số khe thời gian khung Bộ ñệm ñược sử dụng ñể ñồng cho ñường dây khác Luồng PCM ñược ghi vào ñệm với tốc ñộ xác ñịnh từ tách ñịnh thời ñồng khung Nội dung ñệm ñược ñọc ñồng ñồng hồ tổng ñài ñể ñưa ñến Chuyển mạch ñược ñồng ñường Không cần thiết theo hướng phát việc ñịnh thời ñồng cho tất hướng ñược thực trực tiếp tổng ñài Page 12 Sơ ñồ khối chức Khung ðệm ñồng khung Khung ðệm ñồng khung Khung ðệm ñồng khung Khung ðệm ñồng khung Khung ðịnh thời ghi Khung ðịnh thời ghi Khung ðịnh thời ghi Khung ðịnh thời ghi ðịnh thời Tổng ñài ðịnh thời Tổng ñài ðịnh thời ñọc Page 13 Sơ ñồ khối chức Chuyển ñổi nối tiếp/song song Yêu cầu Chuyển mạch số hoạt ñộng với bits song song Chuyển mạch bảo vệ Tùy thuộc theo hệ thống có yêu cầu hay không, họat ñộng hai mặt phẳng song song Chuyển mạch số Chuyển mạch bảo vệ cho hướng thu Giám sát mã kiểm tra ñường dẫn Xác ñịnh chuyển mạch ñường dẫn Chuyển ñổi Cảnh báo hai mặt phẳng chuyển mạch Chuyển mạch bảo vệ cho hướng phát Tạo mã kiểm tra Chia tín hiệu phát thành hai dòng bit ñộc lập Page 14 Sơ ñồ khối chức Tách/ghép báo hiệu Tùy thuộc hệ thống PCM (32, 24) Tùy thuộc hệ thống báo iệu (CAS, CCS) Tách/ghép thông tin báo hiệu khe thời gian thích hợp (TS16) ñưa ñến thu phát báo hiệu (CAS, CCS) ñược ñịnh tuyến qua Chuyển mạch số Kết cuối thu/phát Chuyển ñổi tín hiệu phù hợp với ñầu cuối ña dạng trung kế Chuẩn thông dụng: G703 Page 15 Ví dụ giao tiếp trung kế số Nguyên lý hoạt ñộng thu Mạch khôi phục liệu ñồng hồ Nhận tín hiệu số nối tiếp có nhiễu từ ñường trung kế Khôi phục ñồng hồ bit từ tín hiệu nhận ñược ðồng hồ bit xung vuông có tần số tương ứng tốc ñộ bit ðồng hoạt ñộng mạch Phát ðồng Cảnh báo Chuyển ñổi khe thời gian1 Tạo tín hiệu số nối tiếp “sạch” từ tín hiệu số nhiễu nhận ñược ngõ Page 16 Ví dụ giao tiếp trung kế số 1 1 0 Sườn lên ñồng hồ bit ñược khôi phục ñược xếp xung tín hiệu số nhiễu nhận ñược Chú ý: Mạch khôi phục liệu/ñồng hồ phát có tín hiệu nhận ñược từ trung kế hay không Khi tín hiệu số nối tiếp có biên ñộ ñủ lớn tín hiệu tín hiệu LOS (loss-of-signal) mức Page 17 Ví dụ giao tiếp trung kế số Mạch giải mã ñường dây Tín hiệu trung kế ñược mã hóa ñường dây ñể tối thiểu hóa chuyển dịch tín hiệu, thường dạng B8ZS (DS1) HDB3 (E1) hiệu chỉnh từ AMI AMI: Các bit 0: không truyền tín hiệu Các bit 1: truyền xung với cực tính thay ñổi B8ZS: tín hiệu số tín hiệu AMI bits liên tục ñược thay chuỗi xung chứa bit phạm luật HDB3: tín hiệu số tín hiệu AMI bits liên tục ñược thay chuỗi xung chứa bit phạm luật Trong ñó: B bit Page 18 Ví dụ giao tiếp trung kế số 0 0 0 0 1 Binary AMI Mạch giải mã ñường dây: Nhận tín hiệu sau Khôi phục liệu ñồng hồ Chuyển ñổi thành dạng NRZ Gởi tín hiệu ñến mạch Phát ñồng cảnh báo Chuyển ñổi khe thời gian B8ZS HDB3 Page 19 THU Dữ liệu ñược khôi phục ðến Chuyển mạch số TX2 ðến Xử lý DORX gọi (qua chuyển mạch số) Chuyển ñổi khe thời gian (Time Slot Interchanger) Recov MF Sync Recov TS Clock Phát ñồng khung cảnh báo Giải mã ñường dây (Line Decoder) LOS IRX Khôi phục ñồng hồ liệu Dây nhận Từ tổng ñài khác LFA Tốc ñộ bit ñược khôi phục Bit Clock AIS Frame Sync Từ Chuyển RX2 mạch số Bit Clock Frame Sync RAI PHÁT Chuyển ñổi khe thời gian (Time Slot Interchanger) ITX Mạch Báo hiệu ðồng Mã hóa ñường dây (Line Coder) Dây phát ðến tổng ñài khác Từ Xử lý gọi (qua chuyển DOTX mạch số) TX Bit Clock TX Frame Sync TX MF Sync AIS: Alarm Indication Signal RAI: Remote Alarm Indicator Page 20 Ví dụ giao tiếp trung kế số Mạch Phát khung cảnh báo Phát khung phân tích thông tin tín hiệu số từ giải mã ñường dây ñể tìm ñiểm bắt ñầu khung: ðồng khung ðồng khung cần thiết ñể khôi phục xác liệu thoại liệu số khe thời gian khung Ngõ Recovered Frame Sync Cho xung vuông với thời gian tồn xung thời gian TS nhận ñược ñồng khung ðồng thời, LFA=0 (Loss-Of-Alignment) Recovered TS Clock: xung vuông với chu kỳ TS Recovered MF Sync.: xung vuông bắt ñầu ña khung với thời gian khung (125µs) Page 21 Ví dụ giao tiếp trung kế số Phát cảnh báo: Phân tích thông tin từ Giải mã ñường dây ñể xác ñịnh tín hiệu cảnh báo từ xa Khi phát ñược, AIS RAI =‘1’ Page 22 Ví dụ giao tiếp trung kế số Chuyển ñổi khe thời gian (TSI1) Chuyển tín hiệu số hóa khe thời gian từ tín hiệu nhận ñược Khôi phục liệu sang khe thời gian thích hợp ñưa ñến Chuyển mạch số Mục ñích: Chuyển ñổi khe thời gian trước ñưa vào chuyển mạch phân chia không gian Giảm khả nghẽn không tìm thấy ñường dẫn Tách thông tin báo hiệu từ khe thời gian TS16 TS24 ñưa ñến Xử lý gọi qua DORX Page 23 Ví dụ giao tiếp trung kế số Page 24 Ví dụ giao tiếp trung kế số Chuyển ñổi khe thời gian (TSI2) Chuyển tín hiệu số hóa khe thời gian từ Chuyển mạch số qua RX2 sang khe thời gian thích hợp trung kế Mạch ðồng Báo hiệu Chèn thông tin ñồng báo hiệu vào dòng tín hiệu từ TSI2 Mã hóa ñường dây Chuyển ñổi tín hiệu nhị phân sang tín hiệu ñường dây HDB3 B8ZS Page 25 Telephony Nguyễn Duy Nhật Viễn Chapter Voice Over IP Khái niệm Nhược ñiểm chuyển mạch kênh Không dùng chung thiết bị Hiệu suất thấp Cước phí cao Ưu ñiểm chuyển mạch liệu (IP) Dùng chung thiết bị Hiệu suất cao Cước phí thấp Tích hợp thoại IP Page Cấu trúc phân lớp hệ thống VoIP Lớp trình diễn Codecs (G.771, G.729,…) Lớp phiên H.323/SIP/MGCP Lớp vận chuyển RTP/UDP Lớp mạng IP Lớp tuyến liệu FR/ATM/Ethernet/PPP Page Các thành phần mạng VoIP PSTN PSTN IP Network IP Switch Gateway IP Switch Gateway ` ` PC PC PC PC PC PC PC Page PC Các thành phần mạng VoIP ðầu cuối: Giao tiếp người sử dụng, phương tiện cung cấp dịch vụ thoại trực tiếp cho người sử dụng Gateway: Giao tiếp mạng thoại truyền thống với VoIP Các chức bao gồm: mã hóa tín hiệu, chuyển ñổi ñịnh dạng số, chuyển ñổi giao thức báo hiệu Thành phần quản lý: Quản lý thành phần mạng, gọi, băng thông mạng Mạng IP: Mạng trục, phân phối gói liệu cho thành phần Page Các phương thức thực gọi VoIP PC to PC Họat ñộng sở phầ mềm truyền thoại máy tính Không cần trang bị thêm hệ thống tổng ñài nội Các dịch vụ phổ biến: Net Meeting, Voice Chat… IP ` PC PC Page Các phương thức thực gọi VoIP PC to Phone Cung cấp chế giao tiếp IP với PSTN Chuyển ñổi ñịa IP sang số ñiện thoại PSTN Yêu cầu trang bị Gateway IP PSTN Page Các phương thức thực gọi VoIP Phone to Phone Thiết lập giao tiếp hai chiều PSTN IP Cung cấp chế chuyển ñổi giao thức, báo hiệu hai mạng Người sử dụng quay mã số ñặc biệt nhấn số ñiện thoại ñể thực gọi ñiện thoại thông thường Page