Bài giảng Ghép kênh số - Số hóa tín hiệu - Đỗ Văn Việt Em
SỐ HOÁ TÍN HIỆU
1. Tín hiệu và các tham số
2. Đường truyền và các tham số
3. Hệ thống và các tham số
4. Điều xung mã PCM
5. Bài tập.
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Ghép kênh số - Số hóa tín hiệu - Đỗ Văn Việt Em", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
Tóm tắt nội dung tài liệu: Bài giảng Ghép kênh số - Số hóa tín hiệu - Đỗ Văn Việt Em
GHÉP KÊNH SỐ GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM SỐ HOÁ TÍN HIỆU 1. Tín hiệu và các tham số 2. Đường truyền và các tham số 3. Hệ thống và các tham số 4. Điều xung mã PCM 5. Bài tập. 1. TÍN HIỆU VÀ CÁC THAM SỐ Các loại tín hiệu: Tín hiệu analog: Tín hiệu xung Tín hiệu số Tín hiệu dải nền. Tín hiệu điều chế. 1. TÍN HIỆU VÀ CÁC THAM SỐ (tt) Tín hiệu analog (tín hiệu tương tự): x(t) = Asin(ωt+ϕ) A: biên độ. ω=2πf: tần số góc, [rad] f: tần số, [Hz] ϕ: pha của tín hiệu. 1. TÍN HIỆU VÀ CÁC THAM SỐ (tt) Ví dụ tín hiệu analog: Cho tín hiệu điện áp sau: x(t) = 5+5sin(100πt) mV, t:ms Hãy xác định: (a) Biên độ của tín hiệu. (b) Tần số và pha của tín hiệu. (c) Vẽ dạng tín hiệu x(t). 1. TÍN HIỆU VÀ CÁC THAM SỐ (tt) Tín hiệu xung: ¾ Xung vuông ¾ Xung tam giác 1. TÍN HIỆU VÀ CÁC THAM SỐ (tt) Tín hiệu số: ¾ 100110011 ¾ Cụm bit biểu diễn một symbol. 1. TÍN HIỆU VÀ CÁC THAM SỐ (tt) Các tham số của tín hiệu: Mức điện: ¾ Công suất. ¾ Điện áp. ¾ Dòng điện Tỷ số tín hiệu trên nhiễu: SNR = Công suất tín hiệu/Công suất nhiễu Tần số hoặc băng thông của tín hiệu. 2. ĐƯỜNG TRUYỀN VÀ CÁC THAM SỐ Các đường truyền dẫn: Đường truyền vô tuyến: Đường truyền cáp kim loại Đường truyền cáp sợi quang Băng thông đường truyền dẫn: BW (BandWidth), [Hz]. 3. HỆ THỐNG VÀ CÁC THAM SỐ Các hệ thống truyền dẫn: Hệ thống truyền dẫn tương tự (Analog) Hệ thống truyền dẫn số (Digital) Hệ thống truyền dẫn vô tuyến Hệ thống truyền dẫn cáp đồng Hệ thống truyền dẫn cáp sợi quang Các tham số của hệ thống truyền dẫn số Tốc độ bit R [bit/s]. Tỷ số lỗi bit BER Rung pha (Jitter) 4. SỐ HOÁ TÍN HIỆU ANALOG Là chuyển đổi tín hiệu analog thành tín hiệu số. Các phương pháp: Điều xung mã PCM. Điều xung mã vi sai DPCM Điều chế Delta DM. PCM: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ADC (Analog-to-Digital Converter): Bộ chuyển Tương tự sang số LPF: Lọc thông thấp Sampling: Lấy mẫu Quantizing: Lượng tử hoá Coding: Mã hoá LPF (Low Pass Filter) Sampling Quantizing Coding x(t) PCM ADC PCM(tt): LPF (Low Pass Filter) Giôùi haïn phoå taàn tín hieäu tin töùc: Δf = fmax - fmin = B Loaïi boû caùc can nhieãu taàn soá cao Phoå taàn tín hieäu thoaïi: 300Hz-3400Hz Baêng thoâng cuûa boä loïc: Δf=3.1kHz Phoå taàn cöïc ñaïi cuûa tín hieäu thoaïi: fmax=3,4KHz, laøm troøn baèng fmax=4KHz PCM(tt): Sampling Một số khái niệm: Mẫu là biên độ của tín hiệu điều chế ở một giá trị định trước (điện áp). Lấy mẫu là quá trình đo giá trị biên độ ở những khoảng thời gian đều nhau (chu kỳ lấy mẫu TS). Tốc độ lấy mẫu là số mẫu lấy được trên một đơn vị thời gian (tần số lấy mẫu fS = 1/TS). PCM(tt): Sampling Laø maïch ñieàu bieân xung PAM (Pulse Amplitude Modulation): nhaân tín hieäu tin töùc x(t) vaø soùng mang daïng xung s(t). Rôøi raïc hoaù tín hieäu thaønh chuoãi xung bieân ñoä rôøi raïc. Taàn soá laáy maãu fs ≥ 2fmax (ñònh lyù Nyquist) Ñoái vôùi tín hieäu thoaïi: fs = 2fmax = 2*4KHz = 8KHz PCM(tt): Sampling Đối với tín hiệu thoại: fmax = 4KHz Tần số lấu mẫu: fs = 2fmax = 2*4KHz = 8KHz Chu kỳ lấu mẫu: Ts = 1/fs = 1/8KHz = 125μs PCM(tt): Phoå cuûa Tín Hieäu Laáy Maãu f (Hz)fmax Tín hieäu vaøo f (Hz)fmax fs 2fs(fs-fmax) (fs+fmax)(2fs-fmax) Tín hieäu ñaõ laáy maãu (fs > 2fmax) f (Hz)fs 2fsfmax(fs-fmax) (fs+fmax)(2fs-fmax) Tín hieäu ñaõ laáy maãu (fs < 2fmax) PCM(tt): Daïng Tín Hieäu Laáy Maãu t t t x(t) s(t) xk(t) Tín hieäu ngoõ vaøo Tín hieäu ñaõ laáy maãu Tín hieäu xung ñoàng hoà PCM(tt): Quantizing Là quá trình phân loại các mẫu analog thành một trong số mức lượng tử đã định trước. Biên độ của một mẫu sẽ nằm trong tập các giá trị lượng tử. Gaàn ñuùng hoaù caùc xung bieân ñoä PAM (laøm troøn ñeán möùc lưôïng töû gaàn nhaát) Mục đích: để mã hoá thành từ mã có số bit ít nhất Soá möùc löôïng töû: Q=2n n là số bit sẽ được mã hoá một mẫu. Ví dụ: n = 2 ---> Q = 22 = 4 mức n = 4 ---> Q = 24 = 16 mức n = 8 ---> Q = 28 = 256 mức PCM(tt): Quantizing Các phương pháp lượng tử hoá: Lượng tử hoá đều: Chia biên độ tín hiệu cần số hoá thành các khoảng đều nhau, mỗi khoảng là một bước lượng tử Δ. Nếu biên độ của tín hiệu analog là –a đến a thì số mức lượng tử Q và Δ có mối quan hệ sau: Lượng tử hoá không đều: Chia biên độ tín hiệu lấy mẫu thành các khoảng không đều nhau. Biên độ tín hiệu càng lớn thì bước lượng tử càng lớn. Q a2=Δ PCM(tt): Quantizing (tt) Trong kyõ thuaät PCM, 1 xung ñöôïc maõ hoaù thaønh chuoãi nhò phaân 8 bit Æ coù 28=256 möùc löôïng töû. Chia laøm hai phaàn coù 128 möùc döông vaø 128 möùc aâm, moãi phaàn chia laøm 8 ñoaïn, moãi ñoaïn chia thaønh 16 möùc löôïng töû khaùc nhau. PCM(tt): Minh Họa Lượng Tử Hoá (Đồng Nhất) 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 Caùc maãu tröôùc khi löôïng töû Caùc maãu sau khi löôïng töû Caùc möùc löôïng töû 10000111 10000110 10000101 10000100 10000011 10000010 10000001 10000000 PCM(tt): Quantizing (tt) ÆNhieãu löôïng töû: là sự chênh lệch giữa tín hiệu ngõ vào và tín hiệu đã lượng tử. ÆCông suất méo lượng tử (lượng tử hoá đều) 12 2Δ=MLTP Méo do quá trình lượng tử hoá 5 4 3 2 1 0.5 0 -0.5 Sampling Instants Quantized levels Analog signal PCM(tt): Quantizing (tt): SNR Number of bits per code (n) Number of quantizing steps (2n) Signal-to-Noise (SNR),dB 7 8 128 256 42 48 10 12 1024 4096 60 72 SNR của tín hiệu khôi phục: SNR ≈ 6n (dB) PCM(tt): Quantizing (tt) Nhiễu lượng tử có thể giảm bằng cách tăng số mức lượng tử (giảm khoảng cách lượng tử Δ) ⇒ tăng số bit/1mẫu lượng tử⇔ giảm độ rộng xung ⇔ tăng băng thông của tín hiệu hay giảm số kênh ghép. Lượng tử hóa tuyến tính: tín hiệu có biên độ bé thì méo lượng tử lớn, tín hiệu lớn thì méo lượng tử nhỏ (vì số mức lượng tử đã được định trước, còn biên độ tín hiệu thì ngẫu nhiên) PCM(tt): Quantizing (tt) Löôïng töû hoaù phi tuyeán (khoâng ñeàu): Trong Viễn thông, xác suất tín hiệu có biên độ bé cao hơn tín hiệu có biên độ lớn. Sử dụng các bộ khuếch đại phi tuyến: bộ phát: compressed (nén) bộ thu: expanded (dãn) ⇒companded Trong PCM, tín hiệu lớn có bước lượng tử lớn và ngược lại Laáy troøn caùc xung laáy maãu ñeán möùc löôïng töû gaán nhaát PCM(tt): Quantizing (tt): Nén – dãn analog Luaät A (Chuaån Chaâu Âu) (A=87,6) Luaät μ (Chuaån Baéc Myõ vaø Nhaät) (μ=255) x =Vin/Vin max: tín hiệu vào chuẩn hoá; y= Vout/Vout maxbước lượng tử chuẩn hoá. Vmax = 2048Δ là điện áp điểm bảo hòa biên độ của bộ nén. 0 ≤ Vin ≤Vin max 10 )1ln( )1ln( ≤≤+ += xxy μ μ ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ ≤<+ + ≤≤+= 1/1 )ln(1 )ln(1 /10 )ln(1 xA A Ax Ax A Ax y PCM(tt): Quantizing (tt): Nén – dãn số Muoán ñaït SNR=72dB thì: Soá möùc löôïng töû ñeàu: 2048 Æ moãi töø maõ caàn coù 12 bit (keå caû bit daáu). Trong PCM sử dụng mã hoá nén số. Mã hoá nén số tạo ra từ mã chỉ có 8 bit nhưng chất lượng tương đương như lượng tử hoá đều sử dụng từ mã có 12bit. Giả sử 8 bit đó là: b1b2b3b4b5b6b7b8 Trong đó b1 là bit dấu b2b3b4 từ mã đoạn b5b6b7b8 từ mã bước PCM(tt): Quantizing (tt): Nén – dãn số A = 87.6/13 1 7/8 6/8 5/8 4/8 3/8 2/8 1/8 0 y 1/128 1/64 1/32 1/16 1/4 1/2 1 xA B C D E F G H PCM(tt): Quantizing (tt): Nén – dãn số A = 87.6/13 Muốn đạt SNR=72dB thì nếu sử dụng lượng tử hoá đều thì cần n=72/6=12 bit Æ Số mức lượng tử Q=212 =4096 Trong đó có 2048 mức + và 2048 mức -, tức là biên độ của tín hiệu sau khi lượng tử hoá đều là từ -2048Δ đến +2048Δ Nếu sử dụng nén – dãn số thì chỉ cần từ mã n = 8bit thì cũng có thể đạt được SNR=72dB. Æ Số mức lượng tử Q=28 =256 Trong đó có 128 mức + và 128 mức -, tức là biên độ của tín hiệu sau khi lượng tử hoá đều là từ -128Δ đến +128Δ PCM(tt): Quantizing (tt): Nén – dãn số A = 87.6/13 Bảng: Các từ mã đoạn Thứ tự đoạn Ký hiệu Từ mã đoạn b2b3b4 0 OA 000 1 AB 001 2 BC 010 3 CD 011 4 DE 100 5 EF 101 6 FG 110 7 GH 111 PCM(tt): Quantizing (tt): Nén – dãn số A = 87.6/13 Bảng: Các từ mã bước Thứ tự bước Từ mã bước b5b6b7b8 Thứ tự bước Từ mã bước b5b6b7b8 0 0000 8 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 1 0001 9 2 0010 10 3 0011 11 4 0100 12 5 0101 13 6 0110 14 7 0111 15 PCM(tt): Quantizing (tt): Nén – dãn số A = 87.6/13 Bảng: Số lượng bước lượng tử Δ trong các đoạn TT Đoạn Số lượng bước lượng tử đều 0 16 Δ 1 16 Δ 2 32Δ 3 64Δ 4 128Δ 5 256Δ 6 512Δ 7 1024Δ PCM(tt): Quantizing (tt): Nén – dãn số A = 87.6/13 Bảng: Các Nguồn Điện Áp Chuẩn Từ mã đoạn Các điện áp chuẩn chọn bước lượng tử trong đoạn b2 b3 b4 b8 b7 b6 b5 0 0 0 0 1 Δ 2 Δ 4 Δ 8 Δ 0 Δ 1 0 0 1 1 Δ 2 Δ 4 Δ 8 Δ 16 Δ 2 0 1 0 2 Δ 4 Δ 8 Δ 16 Δ 32 Δ 3 0 1 1 4 Δ 8 Δ 16 Δ 32 Δ 64 Δ 4 1 0 0 8 Δ 16 Δ 32 Δ 64 Δ 128 Δ 5 1 0 1 16 Δ 32 Δ 64 Δ 128 Δ 256 Δ 6 1 1 0 32 Δ 64 Δ 128 Δ 256 Δ 512 Δ 7 1 1 1 64 Δ 128 Δ 256 Δ 512 Δ 1024 Δ Các điện áp chuẩn đầu đoạnTT Đoạn PCM(tt): Coding Chuyeån ñoåi tín hieäu töôïng töï sang tín hieäu soá: 1 xungÆ chuoãi nhò phaân 8 bit b1b2b3b4b5b6b7b8 Trong ñoù: b1: bit daáu, b1 =0 tín hieäu aâm, b1 =1 tín hieäu döông b2b3b4: bit ñoaïn b5b6b7b8: bit möùc trong moãi ñoaïn PCM(tt): Coding (tt) Ví dụ1: Đầu vào bộ mã hoá –nén số có một xung lấy mẫu có biên độ tương đối x = 0,26. Hãy xác định từ mã PCM 8 bit ở đầu ra PCM(tt): Coding (tt): Ví dụ 1 Đáp số: 11100001 PCM(tt): Coding (tt): Ví dụ 1 Giải: Biên độ xung lấy mẫu: VPAM = 0,26×2048Δ=532Δ Xác định bit dấu: b1: Vì 532Δ > 0Δ nên b1=1 Xác định từ mã đoạn b2b3b4: Theo bảng Các Nguồn Điện Áp Chuẩn, ta có: 532Δ > 128Δ Î b2=1 532Δ > 512Δ Î b3=1 532Δ < 1024Δ Î b4=0 PCM(tt): Coding (tt): Ví dụ 1 Vậy: xung lấy mẫu thuộc đoạn 6 (b2b3b4 = 110) Suy ra: VR(ĐĐ)= 512Δ Xác định bước (mức) của đoạn b5b6b7b8 : Vì VR(ĐĐ)+VR(b5) = = 512Δ+256Δ = 768Δ > 532Δ Î b5 = 0 Vì VR(ĐĐ)+VR(b5=1)+ VR(b6)= = 512Δ+0+128Δ = 640Δ > 532Δ Î b6 = 0 Vì VR(ĐĐ)+VR(b5=1)+ VR(b6=1)+ VR(b7) = = 512Δ + 0 + 0 + 64Δ = 576Δ > 532Δ Î b7 = 0 Vì VR(ĐĐ)+VR(b5=1)+ VR(b6=1)+ VR(b7=1) + VR(b8) = = 512Δ + 0 + 0 + 0 + 32Δ = 544Δ > 532Δ Nhưng: 512Δ + 0 + 0 + 0 + 32Δ/2 = 528Δ < 532Δ Î b8 = 1 PCM(tt): Coding (tt): Ví dụ 1 Vậy: xung lấy mẫu thuộc bước (mức) 1 của đoạn 6 Tóm lại: Từ mã của VPAM= 532Δ là 11100001 và Vout = 97Δ. PCM(tt): Coding (tt) Ví dụ 2: Đầu vào bộ mã hoá –nén số có một xung lấy mẫu có biên độ tương đối x = -0,19. Hãy xác định từ mã PCM 8 bit ở đầu ra PCM(tt): Coding (tt): Ví dụ 2 Đáp số: 01011000 PCM(tt): Coding (tt): Ví dụ 2 Giải: Biên độ xung lấy mẫu: VPAM = -0,19×2048Δ=-389Δ Xác định bit dấu: b1: Vì -389Δ < 0Δ nên b1=0 Xác định từ mã đoạn b2b3b4: Theo bảng Các Nguồn Điện Áp Chuẩn, ta có: 389Δ > 128Δ Î b2=1 389Δ < 512Δ Î b3=0 389Δ > 256Δ Î b4=1 PCM(tt): Coding (tt): Ví dụ 2 Vậy: xung lấy mẫu thuộc đoạn 5 (b2b3b4 = 101) Suy ra: VR(ĐĐ)= 256Δ Xác định bước (mức) của đoạn b5b6b7b8 : Vì VR(ĐĐ)+VR(b5) = = 256Δ+128Δ = 384Δ < 389Δ Î b5 = 1 Vì VR(ĐĐ)+VR(b5=1)+ VR(b6)= = 256Δ+128Δ + 64Δ = 448Δ > 389Δ Î b6 = 0 Vì VR(ĐĐ)+VR(b5=1)+ VR(b6=1)+ VR(b7) = = 256Δ + 128Δ + 0 + 32Δ = 416Δ > 389Δ Î b7 = 0 Vì VR(ĐĐ)+VR(b5=1)+ VR(b6=1)+ VR(b7=1) + VR(b8) = = 256Δ + 128Δ + 0 + 0 + 16Δ = 400Δ > 389Δ và: 256Δ + 128Δ + 0 + 0 + 16Δ/2 = 392Δ > 389Δ Î b8 = 0 PCM(tt): Coding (tt): Ví dụ 2 Vậy: xung lấy mẫu thuộc bước (mức) 8 của đoạn 5 Tóm lại: Từ mã của VPAM= 389Δ là 01011000 và Vout = -88Δ. MÃ ĐƯỜNG TRUYỀN (LINE CODING) GIỚI THIÊU CÁC LOẠI MÃ ĐƯỜNG TRUYỀN GIỚI THIỆU Tín hiệu PCM là chuỗi các bit 1 và 0. Việc truyền tín hiệu này (từ một bộ ghép kênh đến bộ ghép kênh cấp cấp hơn, đến giá máy viba, hoặc đến giá máy của thiết bị quang) cho dù cự ly ngắn nhưng cũng có thể nhận chúng bị sai nếu truyền không đúng dạng Æ line coding. Chuyển từ một dạng mã này sang dạng mã khác trong thiết bị truyền PCM Æ code converter. GIỚI THIỆU (tt) Việc chọn mã đường truyền phải lưu ý đến: Thành phần dc. Tín hiệu định thời để đồng bộ máy phát và máy thu. Băng thông. Giám sát được chất lượng. GIỚI THIỆU (tt) Yeâu caàu ñoái vôùi maõ ñöôøng truyeàn (line code): Khoâng coù thaønh phaàn moät chieàu (dc). Năng lượng ở tần số thấp phải nhỏ. Có nhiều cạnh xung: để khôi phục xung clock ở bộ thu. Tín hiệu đã mã hoá phải có khả năng giải mã duy nhất thành tín hiệu gốc. Daûi taàn heïp Æ tieát kieäm daûi thoâng ñöôøng truyeàn. Bieán ñoåi coù quy luaät sao cho maùy thu kieåm soaùt ñöôïc loãi bit. CÁC LOẠI MÃ ĐƯỜNG TRUYỀN Có hai loại mã đường truyền chính: Unipolar. Bipolar. Xung mã đường truyền được phân làm hai loại: Non Return to Zero (NRZ) Return to Zero (RZ) CÁC LOẠI MÃ ĐƯỜNG TRUYỀN (tt) 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 RZ CMI NRZ HDB-3 AMI CÁC LOẠI MÃ ĐƯỜNG TRUYỀN (tt) NRZ (100 % unipolar) Trên quan điểm mạch: mã NRZ là dạng thông dụng nhất của tín hiệu số (ON-OFF). Mã NRZ được sử dụng trong thiết bị ghép kênh, viba số, truyền dẫn quang. CÁC LOẠI MÃ ĐƯỜNG TRUYỀN (tt) NRZ (100 % unipolar) (tt) CLOCK T 1 0 1 0 V V/2 0 NRZ SIGNAL t AMPLITUDE FREQUENCY0 f/2 f 3f/2 2f 5f/2 3f NRZ SPECTRUMDC f=1/T CÁC LOẠI MÃ ĐƯỜNG TRUYỀN (tt) NRZ (100 % unipolar) (tt) Tất cả các bit 1 có cực tính dương. Phổ có thành phần DC. Giá trị trung bình của DC phụ thuộc vào tỉ số số bit 1/0 của chuỗi tín hiệu (từ 0 volt ÆV volt). Ví dụ: chuỗi 10101010 có thành phần DC là V/2. Thành phần tần số cơ bản: f/2. Chỉ có hài bậc lẻ. Không có biên độ tín hiệu ở tần số clock (f) nên khó tách xung clock ở đầu thu. Nếu có nhiễu tác động lên thì không thể tách được. CÁC LOẠI MÃ ĐƯỜNG TRUYỀN (tt) NRZ (100 % unipolar) (tt) Mã NRZ không phù hợp cho đường truyền cáp đồng. Mã NRZ được sử dụng cho hệ thống tốc độ cao như SONET/SDH (155Mbit/s hoặc cao hơn) nhưng phải được ngẫu nhiên hoá (Scrambled) VÍ DỤ MÃ NRZ (100 % unipolar) Cho chuỗi bit sau: 1011001010 Hãy vẽ dạng xung của chuỗi số trên nếu mã thành mã NRZ. 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 NRZ +V 0 QUY TẮC MÃ NRZ (100 % unipolar) Bit 1 Æ xung dương(+V) Bit 0 Æ xung 0 Độ rộng xung: bằng độ rộng bit 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 NRZ +V 0 CÁC LOẠI MÃ ĐƯỜNG TRUYỀN (tt) RZ (50 % unipolar) Giống như mã NRZ nhưng độ rộng xung giảm còn một nửa. CÁC LOẠI MÃ ĐƯỜNG TRUYỀN (tt) RZ (50 % unipolar) (tt) CLOCK T 1 0 1 0 1 1 0 V DC RZ SIGNAL t AMPLITUDE FREQUENCY0 f 2f 3f 4f 5f 6f RZ SPECTRUMDC CÁC LOẠI MÃ ĐƯỜNG TRUYỀN (tt) RZ (50 % unipolar) (tt) Cũng tồn tại thành phần DC. Tần số cơ bản bây giờ trùng với tần số xung clock của tín hiệu Æ có thể tách xung clock ở đầu thu khi không tồn tại chuỗi bit 0 kéo dài. Không thể phát hiện lỗi khi có nhiễu. Æ sử dụng có giới hạn. Nhưng mã RZ bipolar được sử dụng rộng rãi. VÍ DỤ MÃ RZ (50 % unipolar) Cho chuỗi bit sau: 1011001010 Hãy vẽ dạng xung của chuỗi số trên nếu mã thành mã RZ. +V ... ñaàu cuûa VC4- POH Pointer H1 H2 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 Frame 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Frame 2 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Frame 3 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 Frame 4 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 CON TROÛ (POINTER) Pointer Locations Pointer Values 0 1 2 3 Payload Number = 0 Data 1 Data 2 Data 3 Data 4 1 invert I bits Bit Stuff Data 1 Data 2 Data 3 2 = 1 Data 4 Data 1 Data 2 Data 3 3 Data 4 Data 1 Data 2 Data 3 4 Data 4 Data 1 Data 2 Data 3 5 invert I bits Bit Stuff Data 4 Data 1 Data 2 6 = 2 Data 3 Data 4 Data 1 Data 2 7 Data 3 Data 4 Data 1 Data 2 8 Data 3 Data 4 Data 1 Data 2 9 invert I bits Bit Stuff Data 3 Data 4 Data 1 10 = 3 Data 2 Data 3 Data 4 Data 1 11 Data 2 Data 3 Data 4 Data 1 12 Data 2 Data 3 Data 4 Data 1 13 invert I bits Bit Stuff Data 2 Data 3 Data 4 14 = 0 Data 1 Data 2 Data 3 Data 4 15 CON TROÛ (POINTER) VC4 chaïy nhanh hôn toác ñoä cuûa STM-1: − Hieäu chænh aâm (negative justification) − Giaù trò cuûa pointer giaûm xuoáng. − Ngyeân taéc cheøn aâm: + Quaù trình cheøn xaûy ra caùch 4 khung 1 laàn + Söû duïng 3 byte H3 ñeå chöùa thoâng tin + Cheøn bit xaûy ra tröôùc khi pointer thay ñoåi giaù trò + 5 bit D trong pointer ñaûo daáu tröôùc khi cheøn bit ñeå xaùc ñònh bit thoâng tin chöùa trong byte H3 CON TROÛ (POINTER) Pointer Locations Pointer Values H3 Bytes 0 1 2 3 Payload Number = 3 Not Used Data 2 Data 3 Data 4 Data 1 1 invert D bits Data 2 Data 3 Data 4 Data 1 Data 2 2 = 2 Not Used Data 3 Data 4 Data 1 Data 2 3 Not Used Data 3 Data 4 Data 1 Data 2 4 Not Used Data 3 Data 4 Data 1 Data 2 5 invert D bits Data 3 Data 4 Data 1 Data 2 Data 3 6 = 1 Not Used Data 4 Data 1 Data 2 Data 3 7 Not Used Data 4 Data 1 Data 2 Data 3 8 Not Used Data 4 Data 1 Data 2 Data 3 9 invert D bits Data 4 Data 1 Data 2 Data 3 Data 4 10 = 0 Not Used Data 1 Data 2 Data 3 Data 4 11 Not Used Data 1 Data 2 Data 3 Data 4 12 Not Used Data 1 Data 2 Data 3 Data 4 13 invert D bits Data 1 Data 2 Data 3 Data 4 Data 1 14 = 0 Not Used Data 2 Data 3 Data 4 Data 1 15 VÍ DỤ CON TRỎ AU4: (1) Giả sử hai byte H1H2 của con trỏ AU4 của khung STM-1#n có giá trị như sau: 0110010010000100. Hãy xác định: a) Giá trị nhị phân và thập phân của con trỏ AU4 trên. b) Tọa độ (cột, hàng) của byte J1 (byte đầu tiên của VC4) trong khung STM-1#n trên. c)Nếu có yêu cầu chèn dương, hãy mô tả trạng thái của con trỏ AU4 trong quá trình chèn dương. VÍ DỤ CON TRỎ AU4: (2) Giả sử giá trị thập phân của con trỏ AU4 là 315. Hãy xác định: a) 10 bit giá trị của con trỏ AU4 trên. Từ đó viết đầy đủ 16 bit trong 2 byte H1H2 của con trỏ AU4. b) Tọa độ (cột, hàng) của byte J1 (byte đầu tiên của VC4) trong khung STM-1#n trên. c)Nếu có yêu cầu chèn âm, hãy mô tả trạng thái của con trỏ AU4 trong quá trình chèn âm. MỘT SỐ CÂU HỎI LIÊN QUAN ĐẾN C0N TRỎ AU4 1) Hãy cho biết chức năng của con trỏ trong SDH. 2) Hãy trình bày cách đánh địa chỉ con trỏ AU4 trong vùng Payload của khung STM-1. 3) Hãy mô tả cấu trúc con trỏ AU4, và trình bày hoạt động của con trỏ khi có yêu cầu chèn dương/âm. Áp dụng: (như ví dụ) GHEÙP KEÂNH ÑOÀNG BOÄ SDH MÀO ĐẦU ĐOẠN VÀ MÀO ĐẦU TUYẾN Mào đầu đoạn: SOH Mào đầu tuyến: POH STM-1 = AU4 + SOH (Section OverHead) RSOH PTR MSOH A1 A1 A1 A2 A2 A2 J0 B1 E1 F1 D1 D2 D3 AU4-PTR B2 B2 B2 K1 K2 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 S1 Z1 Z1 Z2 Z2 M1 E2 SOH: A1 và A2 A1,A2: byte đồng bộ khung (Framing bytes) cho biết bắt đầu khung STM. A1 = 11110110 A2 = 00101000 SOH: B1 và B2 B1 (BIP-8) Giám sát lỗi đoạn lặp. Cộng modulo-2 tất cả các byte của khung thứ n (trước khi ngẫu nhiên hoá) để tạo ra byte B1 và sẽ được ghép vào khung thứ (n+1). Qua mỗi đoạn lặp, đầu thu sẽ tiến hành tính lại B1 và so sánh với B1 của khung thu được kế tiếp. Nếu giá 2 trị này khác nhau thì có lỗi xảy ra Æ Lỗi khối B2 (BIP-24) Giám sát lỗi đoạn ghép Cộng modulo-2 tất cả các nhóm 3byte của khung thứ n (trừ các byte trong RSOH, trước khi ngẫu nhiên hoá) để tạo ra 3 byte B2 và sẽ được ghép vào khung thứ (n+1). Qua mỗi đoạn ghép, đầu thu sẽ tiến hành tính lại B2 và so sánh với B2 của khung thu được kế tiếp. Nếu giá 2 trị này khác nhau thì có lỗi xảy ra Æ Lỗi khối. SOH: E1 và E2 E1,E2: byte nghiệp vụ (Oderwire) cung cấp kênh thoại PCM 64Kbit/s. E1: kênh nghiệp vụ đoạn lặp. E2: kênh nghiệp vụ đoạn ghép. SOH: D1-D3 và D4-D12 D1-D3 (DCC-R) Kênh dữ liệu đoạn lặp. Các byte này tạo thành kênh DCC-R có tốc độ 3×64Kbit/s = 192Kbit/s D4-D12 (DCC-M) Kênh dữ liệu đoạn ghép. Các byte này tạo thành kênh DCC-M có tốc độ 9×64Kbit/s = 576Kbit/s Đây là kênh truyền dữ liệu DCC (Data Channel Communications), được sử dụng cho phần mềm quản lý mạng để truyền dữ liệu giữa các phần tử mạng. SOH: F1 (User channel) F1: Kênh người sử dụng (người điều hành mạng) SOH: J0 (Regenerator Section Trace) J0: định vị STM-1 trong STM-N. SOH: M1 (Remote Error Indication) M1 (MS-REI): Chỉ thị lỗi đầu xa trên đoạn ghép. M1 cho biết số lỗi khối (từ 1 đến N) mà nó phát hiện được thông qua kiểm tra BIP- 24. SOH: S1 (Synchronization Status byte) S1: Byte chỉ thị mức chất lượng đồng hồ. SOH: K1, K2 (APS bytes) K1, K2: các byte chuyển mạch bảo vệ tự động, và thông báo lỗi. SOH: Z1, Z2 (Spare bytes) Z1, Z2: các byte dự trữ. VC4 = C4 + POH (Path OverHead) J1 B3 C2 G1 F2 H4 F3 K3 N1 POH + = 1 byte 260 byte 261 byte 9 J1 B3 C2 G1 F2 H4 F3 K3 N1 C-4 VC-4 POH: VC4 J1 (Path trace) byte nhận dạng tuyến bậc cao, VC4 B3 BIP-8 Kiểm tra lỗi trong VC4 C2 (Signal label) Nhãn tín hiệu G1 (Path Status byte) Gởi thông tin trạng thái từ đầu thu về trạm gốc F2 Kênh điều hành mạng H4 (VC4 Multiframe Pointer) Số thứ tự VC4 F3 Kênh điều hành mạng K3 Kênh APS choVC4 N1 Kênh giám sát choVC4 VC-12 = C-12 + POH (Path OverHead) V5 REI = Remote Error Indication RFI = Remote Failure Indication RDI = Remote Defect Indication J2 (Path Trace) Nhận dạng điểm truy cập VC-12 N2 Giám sát điểm chuyển tiếp VC-12 K4 APS cho VC-12 VC-12_POH: V5, J2, N2, K4 1 2 3 4 5 6 7 8 BIP-2 REI RFI Signal Label RDI KHÁI NIỆM ĐOẠN VÀ TUYẾN ĐOẠN (Section): RS và MS TUYẾN (Path) CÂU HỎI 1) Trong SDH, người ta thực hiện kiểm tra lỗi như thế nào? Hãy trình bày cách kiểm tra lỗi trên đoạn lặp và đoạn ghép. 2) Nêu chức năng các byte B1, B2, K1, K2, E1, E2, S1 trong SOH. 3) Hãy cho biết kênh nghiệp vụ đoạn lặp có tốc độ là bao nhiêu? 4) Hãy cho biết kênh truyền dữ liệu đoạn lặp (DCC-R) có tốc độ là bao nhiêu? 5) Hãy cho biết kênh truyền dữ liệu đoạn ghép (DCC-M) có tốc độ là bao nhiêu? GHEÙP KEÂNH ÑOÀNG BOÄ SDH CÁC PHẦN TỬ TRÊN MẠNG SDH (CẤU HÌNH PHẦN TỬ MẠNG) TRM (Terminal Multiplexer): Thiết bị ghép kênh đầu cuối. ADM (Add/Drop Multiplexer): thiết bị xen / rớt luồng DXC (Cross Connect): thiết bị kết nối chéo. REG (REGenerator): thiết bị lặp (các phần tử trên gọi chung là phần tử mạng NE = Network Element) CẤU HÌNH TRM TRMLuồng nhánh(Tributary interface) Luồng tổng STM-N (Line interface) Line: STM-1 Æ Trib.: E1, E3, E4 Line: STM-N (N>1) Æ Trib.: E1, E3, E4, STM-1 Chức năng: Ghép các luồng nhánh thành luồng tổng hoặc tách luồng tổng thành các luồng nhánh CẤU HÌNH ADM ADM Luồng nhánh (Tributary interface) Luồng tổng STM-N ( East Line interface) Line: STM-1 Æ Trib.: E1, E3, E4 Line: STM-N (N>1) Æ Trib.: E1, E3, E4, STM-1 Luồng tổng STM-N (West Line interface) Chức năng: lấy hoặc chèn luồng nhánh vào luồng tổng CẤU HÌNH REG REG Luồng tổng STM-N ( East Line interface) Luồng tổng STM-N (West Line interface) Chức năng: khuếch đại tín hiệu bị suy yếu trên đường truyền. CẤU HÌNH DXC DXC Luồng nhánh (Tributary interface) Luồng tổng STM-N ( East Line interface) Kết nối chéo ở mức VC-n (ở VC cùng cấp) Luồng tổng STM-N (West Line interface) Chức năng: hoán đổi địa chỉ của VC. MẠNG SDH (CẤU HÌNH MẠNG) Điểm - Điểm (Point-to-Point Network) Chuỗi (Linear Network) Vòng (Ring Network) Sao (Star Network) Hỗn Hợp (Hybrid Network) MẠNG SDH ĐIỂM - ĐIỂM Đặc điểm: đơn giản. TRM TRM TRM REG TRM STM-N STM-N STM-N MẠNG SDH CHUỖI Đặc điểm: thích hợp cho hệ thống kéo dài qua các điểm dân cư tập trung TRM ADM TRM STM-N STM-N MẠNG SDH VÒNG Đặc điểm: các phần tử mạng nối với nhau thành vòng kín Min: 3NE; Max: 16NE ADM ADM ADM STM-N ADM MẠNG SDH SAO Đặc điểm: có 1 NE trung tâm STM-N TRM TRM TRMADM TRM MẠNG SDH HỖN HỢP STM-N TRM ADM TRMADM TRM ADM ADM MẠNG SDH HỖN HỢP STM-N ADM ADM DXC ADM ADM ADM ADM MẠNG SDH HỖN HỢP STM-N ADM DXC ADMADM ADM DXC ADMADM STM-N KHÁI NIỆM ĐOẠN VÀ TUYẾN ĐOẠN (Section): RS và MS TUYẾN (Path) MẠNG SDH ĐOẠN VÀ TUYẾN TRM A ADM B TRM D STM-1 REG C STM-1 STM-1 E1 E1 E1 VC12 VC12 VC12 VC12 Path (tuyến) VC12 VC12 Mạng trên có tổng công bao nhiêu path? CÁC CƠ CHẾ BẢO VỆ Bảo vệ 1+1 Bảo vệ 1:N Bảo vệ 1:1 CƠ CHẾ BẢO VỆ 1+1 Đặc điểm: tín hiệu được phát cùng lúc trên hai đường làm việc và đường dự phòng, nhưng đầu thu chỉ chọn thu trên một đường có chất lượng cao hơn. BA Tx Rx Rx Tx w w p p W=working section (đường làm việc) P= protection section (đường bảo vệ) CƠ CHẾ BẢO VỆ 1+1 Bridge T T R R W P Selector CƠ CHẾ BẢO VỆ 1:N A Bp (Tx) p (Rx) w1 (Tx) w1 (Rx) w2 (Tx) w2 (Rx) wN (Tx) wN (Rx) PSC PSC 1 2 N 1 2 N ... ... CƠ CHẾ BẢO VỆ 1:N Switch T R W T R P Switch T R W ² 1 T R Wn APS signaling CƠ CHẾ BẢO VỆ 1:1 A B p (Tx) p (Rx) w (Tx) w (Rx) PSC PSC 1 1 CƠ CHẾ BẢO VỆ 1:1 Switch T T R RW P Switch APS signaling CÁC DẠNG MẠNG VÒNG Mạng vòng 2 sợi và mạng vòng 4 sợi. Mạng vòng đơn hướng và mạng vòng song hướng. MẠNG VÒNG 2 SỢI MẠNG VÒNG 4 SỢI Mạng vòng 2 sợi ADM ADM ADM STM-N ADM ADM ADM ADM STM-N ADM Mạng vòng 4 sợi 2 4 MẠNG VÒNG ĐƠN HƯỚNG MẠNG VÒNG SONG HƯỚNG Mạng vòng đơn hướng Mạng vòng song hướng NE1 NE4 NE2 STM-N NE3 1 5 2 3 4 6 7 8 NE1 NE4 NE2 STM-N NE3 1 5 2 3 4 6 7 8 NE1 Æ NE2: sợi 1 NE2 Æ NE1: sợi 2, 3, 4 NE1 Æ NE2: sợi 1 NE2 Æ NE1: sợi 5 CÁC KIỂU CHUYỂN MẠCH BẢO VỆ TRONG MẠNG VÒNG Bảo vệ tuyến (path protection) và bảo vệ đường (Line protection) 2F-UPSR Two-Fiber Unidirectional Path Switched Ring Mạng vòng 2 sợi đơn hướng chuyển mạch bảo vệ tuyến. Đường làm việc đi theo chiều quay kim đồng hồ. Đường bảo vệ đi theo ngược chiều quay kim đồng hồ. Giống như 1+1 2F-UPSR NE1 NE4 NE2 NE3 1 5 2 3 4 6 7 8 W W P P 2F-UPSR NE1 NE4 NE2 NE3 1 5 2 3 4 6 7 8 W P Trạng thái bình thường 2F-UPSR Giả sử sự cố trên sợi 1 NE1 NE4 NE2 NE3 1 5 2 3 4 6 7 8 W P Fail 2F-UPSR NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC Giả sử chúng ta xét lưu lượng truyền từ NE1 đến NE3. Ở trạng thái bình thường: Hướng phát: lưu lượng gởi từ NE1 được phát trên cả hai vòng: vòng làm việc (trên sợi 1,2) và vòng bảo vệ (trên sợi 8, 7). Hướng thu: NE3 chỉ chọn tín hiệu trên vòng làm việc (hoặc trên hướng có chất lượng tín hiệu tốt nhất). NE1 NE4 NE2 NE3 1 5 2 3 4 6 7 8 W P 2F-UPSR NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC Giả sử có sự cố đứt sợi quang số 1. Bây giờ mạng sẽ làm việc qua các bước sau: Trên mạng, NE2 sẽ phát hiện ra sự cố này đầu tiên, và NE2 sẽ tạo ra tín hiệu cảnh báo gởi thông tin này đến tất cả các phần tử khác trên mạng biết. Khi các phần tử mạng khác nhận được thông tin cảnh báo từ NE2 gởi tới, hướng thu của chúng sẽ chuyển sang hướng bảo vệ để nhận lưu lượng tới, trong đó có NE3. NE1 NE4 NE2 NE3 1 5 2 3 4 6 7 8 W P Fail 2F-UPSR NE1 NE4 NE2 NE3 1 5 2 3 4 6 7 8 W P Trạng thái bình thường: NE1 Æ NE3: 1, 2 NE1 Æ NE4: 1,2,3 2F-UPSR NE1 NE4 NE2 NE3 1 5 2 3 4 6 7 8 W P Đứt sợi 1: NE1 Æ NE3: 8,7 NE1 Æ NE4: 8 Fail LOS AIS AIS AIS ĐẶC TÍNH CỦA UPSR Độ phức tạp thấp. Bảo vệ tuyến nhanh. Có 2Tx, 2Rx. Không sử lại không gian trống. Phù hợpcho mạng truy nhập tốc độ thấp. 2F-BLSR Two-Fiber Bidirectional Line Switched Ring Xét lưu lượng truyền giữa NE1 và NE4: Hướng làm việc (W): NE1 ÆNE4: 8 NE4 ÆNE1: 4 Hướng bảo vệ (P): NE1 ÆNE4: 1, 2 , 3 NE4 ÆNE1: 7, 6, 5 W P NE1 NE4 NE2 STM-N NE3 1 5 2 3 4 6 7 8 W P 2F-BLSR Xét lưu lượng truyền giữa NE1 và NE4: Trạng thái bình thường: NE1 ÆNE4: 8 NE4 ÆNE1: 4 NE1 NE4 NE2 STM-N NE3 1 5 2 3 4 6 7 8 2F-BLSR NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC Xét lưu lượng truyền giữa NE1 và NE4: Giả sử đứt sợi 8: mạng sẽ làm việc như sau: Trên mạng NE4 sẽ phát hiện sự cố này trước tiên, NE4 sẽ phát tín hiệu cảnh báo cho các phần tử khác trên mạng biết. NE4 sẽ thực hiện đấu vòng (hướng sợi bị sự cố) chuyển lưu lượng đến NE1 qua đường dự phòng. Khi NE1 nhận được tín hiệu cảnh báo cũng sẽ thực hiện đấu vòng (hướng sợi bị sự cố) chuyển lưu lượng đến NE4 qua đường dự phòng. Vòng mới được thiết lập: NE1 ÆNE4: 1, 2, 3 NE4 ÆNE1: 7, 6, 5 NE1 NE4 NE2 STM-N NE3 1 5 2 3 4 6 7 8 Fail Loopback ĐẶC TÍNH CỦA 2F-BLSR Độ phức tạp cao. Thực hiện chuyển mạch bảo vệ trên đoạn ghép. Có 2Tx, 2Rx. Sử dụng 50% dung lượng mạng (50% còn lại để bảo vệ). Giống 1:1. VÍ DỤ MẠNG VÒNG 2F-BLSR: (1) Xét lưu lượng truyền giữa NE1 và NE3: Trạng thái bình thường: NE1 ÆNE3: 8, 7 NE3 ÆNE1: 3, 4 NE1 NE4 NE2 STM-N NE3 1 5 2 3 4 6 7 8 VÍ DỤ MẠNG VÒNG 2F-BLSR: (1) Xét lưu lượng truyền giữa NE1 và NE3: Giả sử đứt sợi 8, hãy mô tả hoạt động của mạng và vẽ lại đường đi lưu lượng giữa hai phần tử mạng NE1 và NE3? NE1 NE4 NE2 STM-N NE3 1 5 2 3 4 6 7 8 Fail VÍ DỤ MẠNG VÒNG 2F-BLSR: (1) Tiến trình như sau: NE4 sẽ phát hiện trước tiên và thông báo cho các phần tử mạng khác biết. NE4 sẽ loopback (hướng giữa NE4 và NE1) chuyển lưu lượng tới NE1 qua đường dự phòng. NE1 nhận được cảnh báo và thực hiện loopback (hướng giữa NE1 và NE4) chuyển lưu lượng tới NE3 qua đường dự phòng. Vòng mới được thiết lập: NE1ÆNE3: 1, 2, 3, 7 NE3ÆNE1: 3, 7, 6, 5 NE1 NE4 NE2 STM-N NE3 1 5 2 3 4 6 7 8 Fail VÍ DỤ MẠNG VÒNG 2F-BLSR: (2) Xét lưu lượng truyền giữa ADM1 và ADM2: Trạng thái bình thường: ADM1ÆADM2: 1, 2 ADM2ÆADM1: 7,6 ADM1 ADM4 REG STM-N ADM3 1 6 3 4 5 8 9 0 ADM2 2 7 VÍ DỤ MẠNG VÒNG 2F-BLSR: (2) Xét lưu lượng truyền giữa ADM1 và ADM2: Giả sử sự cố trên sợi 2. Hãy mô tả hoạt động của mạng để thiết lập vòng mới. ADM1 ADM4 REG STM-N ADM3 1 6 3 4 5 8 9 0 ADM2 2 7 Fail VÍ DỤ MẠNG VÒNG 2F-BLSR: (2) Mạng hoạt động như sau: ADM1 ADM4 REG STM-N ADM3 1 6 3 4 5 8 9 0 ADM2 2 7 Fail CÂU HỎI MẠNG SDH 1) Các phần tử trên mạng SDH và chức năng của phần tử. 2) Nêu nguyên tắc làm việc của kiểu chuyển mạch 1+1 và 1:1. Hai kiểu chuyển mạch này khác nhau cơ bản ở điểm nào? 3) Mạng vòng 2F-UPSR. 4) mạng vòng 2F-BLSR.
File đính kèm:
- bai_giang_ghep_kenh_so_so_hoa_tin_hieu_do_van_viet_em.pdf