Khảo Sát Thiết Bị Ghép Kênh Số DMS-2MB/S

• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Đề tài: Khảo Sát Thiết Bị Ghép Kênh Số DMS-2MB/S Tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU
• 1.1. SỰ PHÁT TRIỂN THÔNG TIN SỐ
• 1.2. HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐ VÀ TƯƠNG TỰ
• 1.3. CÁC TIÊU CHUẨN TRUYỀN DẪN SỐ
• 2. CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT TRUYỀN DẪN SỐ
• 2.1. LÝ THUYẾT PCM
• 2.1.1. Quá trình lấy mẫu
• 2.1.2. Lượng tử hóa (Quantizing)
• 2.1.2.1. Lượng tử tuyến tính
• 2.1.2.2. Lượng tử phi tuyến
• 3. CHƯƠNG III: BẢO DƯỠNG THIẾT BỊ GHÉP KÊNH
• 4. CHƯƠNG IV: QUY TRÌNH KIỂM TRA KHI THIẾT BỊ CÓ SỰ CỐ
• PHẦN II - KẾT LUẬN

I. Toàn Cảnh Khảo Sát Thiết Bị Ghép Kênh Số DMS 2MB S Tại HCMUTE

Bài viết này trình bày kết quả chi tiết của quá trình khảo sát thiết bị ghép kênh số DMS-2MB/S, một hệ thống quan trọng trong mạng viễn thông đặt tại phòng thí nghiệm viễn thông HCMUTE (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh). Mục tiêu chính là phân tích sâu về nguyên lý hoạt động, cấu trúc các khối chức năng và quy trình bảo dưỡng, từ đó cung cấp một tài liệu tham khảo học thuật giá trị cho sinh viên và kỹ sư ngành viễn thông. Thiết bị DMS-2MB/S, sản xuất bởi AWA (Amalgamated Wireless Australasia), là một ví dụ điển hình của công nghệ ghép kênh theo thời gian (TDM) và hệ thống phân cấp số cận đồng bộ (PDH). Việc nắm vững cấu tạo và nguyên lý của thiết bị này là nền tảng cơ bản để tiếp cận các công nghệ truyền dẫn số hiện đại hơn. Cuộc cách mạng công nghiệp viễn thông đòi hỏi các hệ thống truyền dẫn phải có chất lượng cao và đa dạng dịch vụ. Truyền dẫn số đã chứng tỏ ưu thế vượt trội so với truyền dẫn tương tự nhờ khả năng tái tạo tín hiệu, giảm thiểu tích lũy nhiễu và tích hợp hiệu quả nhiều loại dịch vụ. Trong bối cảnh đó, việc khảo sát các thiết bị như DMS-2MB/S không chỉ là một đồ án tốt nghiệp ghép kênh mà còn là một hoạt động nghiên cứu thực tiễn, giúp hiểu rõ cách một luồng tín hiệu tốc độ 2.048 Mbps (thường gọi là luồng E1) được hình thành từ 30 kênh thoại cơ bản. Nghiên cứu này tập trung vào các khối chính của thiết bị, bao gồm: khối kênh thoại, khối giao tiếp 2Mbit/s, khối xử lý báo hiệu, khối cảnh báo và khối nguồn. Mỗi khối đều được phân tích chi tiết từ sơ đồ mạch đến nguyên lý làm việc, cung cấp một cái nhìn toàn diện và sâu sắc.

1.1. Tầm quan trọng của việc nghiên cứu thiết bị ghép kênh PDH

Việc nghiên cứu thiết bị ghép kênh PDH như DMS-2MB/S có ý nghĩa quan trọng cả về mặt lý thuyết và thực tiễn. Về lý thuyết, nó cung cấp kiến thức nền tảng về hệ thống phân cấp số cận đồng bộ, một công nghệ đã đặt móng cho các mạng viễn thông số hiện đại. Sinh viên có thể hiểu rõ các khái niệm cốt lõi như điều chế xung mã (PCM), cấu trúc khung PCM30, và kỹ thuật ghép xen kênh. Về thực tiễn, kỹ năng vận hành, đo kiểm thiết bị viễn thông và xử lý sự cố trên các hệ thống này là yêu cầu không thể thiếu đối với một kỹ sư viễn thông. Tài liệu này đóng vai trò như một báo cáo thực tập viễn thông chi tiết, giúp người đọc nắm bắt nhanh chóng quy trình làm việc với thiết bị thực tế.

1.2. Mục tiêu và phạm vi của bài khảo sát thiết bị DMS 2MB S

Mục tiêu chính của bài khảo sát là giải thích chi tiết nguyên lý hoạt động DMS-2M, phân tích sơ đồ khối bộ ghép kênh và đưa ra quy trình bảo dưỡng, kiểm tra sự cố. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào thiết bị DMS-2MB/S hiện có tại phòng thí nghiệm của Trường ĐH SPKT TP.HCM. Cụ thể, bài viết sẽ đi sâu vào khối giao tiếp 2Mbit/s, khối xử lý báo hiệu và khối cảnh báo. Các khối còn lại như khối kênh thoại và khối nguồn sẽ được trình bày ở mức độ tổng quan. Kết quả của nghiên cứu này không chỉ là một tài liệu kỹ thuật mà còn là một sáng kiến kinh nghiệm, giúp tối ưu hóa quá trình giảng dạy và thực hành cho sinh viên chuyên ngành.

II. Phương Pháp Tiếp Cận Lý Thuyết Truyền Dẫn Số Và Ghép Kênh TDM

Để thực hiện khảo sát thiết bị ghép kênh số DMS-2MB/S một cách hiệu quả, việc nắm vững nền tảng lý thuyết là yêu cầu tiên quyết. Cốt lõi của hệ thống này là công nghệ Điều chế xung mã (PCM) và kỹ thuật TDM (Time Division Multiplexing). PCM là quá trình chuyển đổi tín hiệu tương tự (như tiếng nói) thành tín hiệu số thông qua ba bước cơ bản: lấy mẫu (Sampling), lượng tử hóa (Quantizing), và mã hóa (Coding). Theo định lý Nyquist, tần số lấy mẫu phải lớn hơn ít nhất hai lần tần số cao nhất của tín hiệu gốc. Đối với kênh thoại tiêu chuẩn (300-3400Hz), tần số lấy mẫu được CCITT (nay là ITU-T) khuyến nghị là 8kHz. Mỗi mẫu sau đó được lượng tử hóa và mã hóa thành một từ mã 8-bit, tạo ra một luồng dữ liệu 64 kbps cho mỗi kênh thoại. Kỹ thuật TDM cho phép nhiều kênh thoại 64 kbps này chia sẻ chung một đường truyền vật lý. Thiết bị DMS-2MB/S ghép 30 kênh thoại, cùng với 2 kênh dành cho đồng bộ và báo hiệu, tạo thành một luồng E1 có tốc độ 2.048 Mbps. Cấu trúc này được gọi là cấu trúc khung PCM30. Mỗi khung (frame) kéo dài 125µs (1/8000s) và chứa 32 khe thời gian (time slot), mỗi khe 8 bit. Khe thời gian 0 (TS0) dùng để đồng bộ khung, và khe thời gian 16 (TS16) dùng cho báo hiệu. Việc hiểu rõ cấu trúc này là chìa khóa để phân tích tín hiệu số và chẩn đoán lỗi trong quá trình vận hành.

2.1. Nguyên lý cốt lõi của Điều chế xung mã PCM trong DMS 2

Trong hệ thống DMS-2, quá trình điều chế xung mã là trái tim của việc số hóa tín hiệu thoại. Tín hiệu tương tự đầu vào trước hết đi qua bộ lọc thông thấp để giới hạn băng tần. Sau đó, bộ lấy mẫu thực hiện rời rạc hóa tín hiệu tại tần số 8kHz. Các giá trị mẫu này được đưa tới bộ lượng tử hóa, nơi chúng được làm tròn theo một tập hợp các mức điện áp rời rạc. Để tối ưu chất lượng cho cả tín hiệu lớn và nhỏ, luật nén A (A-law) được áp dụng theo tiêu chuẩn châu Âu. Cuối cùng, bộ mã hóa chuyển đổi mỗi mức lượng tử thành một từ mã nhị phân 8-bit. Quá trình này đảm bảo tín hiệu thoại được biểu diễn một cách trung thực dưới dạng số trước khi đưa vào bộ ghép kênh.

2.2. Cấu trúc luồng E1 và hệ thống phân cấp số cận đồng bộ PDH

Luồng E1 là đầu ra tiêu chuẩn của thiết bị ghép kênh PDH DMS-2. Nó có tốc độ 2.048 Mbps, được tạo thành từ 32 khe thời gian, mỗi khe 8 bit, lặp lại 8000 lần mỗi giây (32 * 8 * 8000 = 2,048,000 bit/s). Để quản lý báo hiệu cho 30 kênh thoại, 16 khung được nhóm lại thành một đa khung (multiframe). Trong đa khung, TS0 của các khung chẵn chứa mẫu đồng bộ, trong khi TS16 được sử dụng để truyền thông tin báo hiệu cho từng kênh thoại một cách tuần tự. Hệ thống phân cấp số cận đồng bộ (PDH) cho phép ghép nhiều luồng cấp thấp (như E1) thành các luồng cấp cao hơn (E2, E3, E4). Tuy nhiên, do các luồng E1 không hoàn toàn đồng bộ, các bit chèn (stuffing bits) phải được thêm vào, gây ra sự phức tạp trong việc tách/xen kênh.

III. Quy Trình Khảo Sát Các Khối Chức Năng Cốt Lõi Của DMS 2MB S

Quy trình khảo sát thiết bị ghép kênh số DMS-2MB/S được thực hiện bằng cách phân tích chi tiết từng khối chức năng riêng lẻ. Thiết bị DMS-2 của AWA được cấu trúc module hóa, bao gồm 6 khối chính: Khối kênh thoại (Channel Unit), Khối giao tiếp 2Mbit/s (2Mbit/s Interface), Khối xử lý báo hiệu (Signalling Processor), Khối cảnh báo (Alarm Unit), Khối nguồn cung cấp (Power Supply), và Khối nguồn rung chuông (Ring Supply). Trọng tâm của việc khảo sát là ba khối quan trọng nhất: Giao tiếp, Xử lý báo hiệu và Cảnh báo. Khối giao tiếp 2Mbit/s đóng vai trò là cửa ngõ của hệ thống. Ở phía phát, nó tập hợp dữ liệu từ các kênh, chèn tín hiệu đồng bộ vào TS0, và chuyển đổi mã NRZ sang mã đường truyền HDB3 trước khi đưa ra đường truyền. Ở phía thu, nó thực hiện nhiệm vụ ngược lại: khôi phục xung nhịp, giải mã HDB3, phát hiện tín hiệu đồng bộ khung và phân phối dữ liệu về đúng các kênh. Khối xử lý báo hiệu chịu trách nhiệm quản lý thông tin trong khe thời gian TS16. Nó thực hiện đồng bộ đa khung, mã hóa và giải mã các tín hiệu chuông, trạng thái cuộc gọi cho 30 kênh thoại. Một bộ vi xử lý được sử dụng để kiểm tra, so sánh mã đồng bộ và điều khiển việc truyền nhận báo hiệu. Việc phân tích sâu khối này giúp hiểu rõ cách hệ thống quản lý các cuộc gọi. Cuối cùng, Khối cảnh báo giám sát toàn bộ hoạt động của thiết bị và đưa ra các chỉ thị bằng đèn LED khi có sự cố, giúp người vận hành nhanh chóng xác định và khắc phục vấn đề.

3.1. Phân tích chi tiết khối giao tiếp 2Mbit s và mã đường truyền

Khối giao tiếp 2Mbit/s là thành phần cốt lõi, thực hiện các chức năng ở lớp vật lý. Phía phát sử dụng một mạch vòng khóa pha (PLL) để tạo xung nhịp 2.048 MHz ổn định. Dữ liệu từ các kênh được tập hợp và tín hiệu đồng bộ khung (Frame Alignment Signal) được chèn vào TS0. Để phù hợp với đặc tính của đường truyền, chuỗi bit được mã hóa thành dạng HDB3 (High-Density Bipolar 3-zero), một loại mã giúp loại bỏ thành phần một chiều (DC) và đảm bảo đủ số lần chuyển trạng thái để phía thu có thể khôi phục xung nhịp. Phía thu thực hiện việc phân tích tín hiệu số bằng cách giải mã HDB3, tìm kiếm mẫu đồng bộ khung và tái tạo lại các tín hiệu định thời gian cho toàn hệ thống.

3.2. Vai trò của khối xử lý báo hiệu Signalling Processor

Khối xử lý báo hiệu quản lý toàn bộ thông tin điều khiển cuộc gọi. Nó hoạt động dựa trên cấu trúc đa khung (16 khung). TS16 của khung F0 được dành riêng cho đồng bộ đa khung. TS16 của 15 khung còn lại (F1-F15) được chia nhỏ để mang 4 bit báo hiệu cho mỗi kênh thoại. Khối này đọc các bit báo hiệu từ các tấm kênh (ví dụ: khi nhấc máy, tín hiệu M tiếp đất), mã hóa chúng và chèn vào đúng vị trí trong TS16 của luồng E1 phát đi. Ngược lại, nó tách các bit báo hiệu từ luồng E1 thu về, giải mã và điều khiển các rơ-le tương ứng trên tấm kênh (ví dụ: cấp nguồn rung chuông), hoàn thành quá trình báo hiệu giữa hai đầu cuối.

IV. Phân Tích Hệ Thống Giám Sát Và Quy Trình Bảo Dưỡng Thiết Bị

Một phần không thể thiếu trong khảo sát thiết bị ghép kênh số DMS-2MB/S là phân tích hệ thống giám sát, cảnh báo và xây dựng quy trình bảo dưỡng. Hệ thống này được thiết kế để đảm bảo hoạt động liên tục và tin cậy. Khối cảnh báo (Alarm Unit) đóng vai trò trung tâm, liên tục thu thập trạng thái từ các khối khác. Các tình trạng sự cố phổ biến bao gồm: mất tín hiệu thu (2MRxLOSS), mất đồng bộ khung (2MSYNCLOSS), tỷ lệ lỗi bit vượt ngưỡng cho phép (ERROR RATE > 10⁻³), và mất đồng bộ đa khung (SIG.SYNC.LOSS). Khi một sự cố được phát hiện, khối cảnh báo sẽ xử lý và kích hoạt đèn LED tương ứng trên mặt trước của thiết bị. Điều này cho phép kỹ thuật viên nhanh chóng xác định được bản chất và vị trí của lỗi. Ví dụ, đèn "2MSYNCLOSS" sáng cho thấy bộ thu không tìm thấy tín hiệu đồng bộ khung trong luồng dữ liệu đến. Dựa trên các chỉ thị cảnh báo này, một quy trình kiểm tra và xử lý sự cố được xây dựng. Quy trình này bắt đầu bằng việc quan sát đèn LED, sau đó tiến hành các bước đo kiểm thiết bị viễn thông cụ thể. Chẳng hạn, khi có cảnh báo mất tín hiệu, kỹ thuật viên cần kiểm tra cáp kết nối và tín hiệu tại cổng vào. Nếu tỷ lệ lỗi bit cao, cần kiểm tra chất lượng đường truyền hoặc các thành phần trong khối giao tiếp. Việc xây dựng một lưu đồ bảo dưỡng rõ ràng, dựa trên kinh nghiệm vận hành thực tế, là kết quả quan trọng của quá trình khảo sát.

4.1. Các loại cảnh báo và ý nghĩa của chúng trên thiết bị DMS 2

Hệ thống DMS-2 cung cấp một loạt các cảnh báo trực quan để đơn giản hóa việc chẩn đoán lỗi. 2MRxLOSS chỉ thị mất hoàn toàn tín hiệu đầu vào 2.048 Mbps. 2MSYNCLOSS báo hiệu rằng thiết bị nhận được tín hiệu nhưng không thể xác định được cấu trúc khung. ERROR RATE > 10⁻³ là cảnh báo về chất lượng đường truyền suy giảm nghiêm trọng. SIG.SYNC.LOSS cho biết mất đồng bộ đa khung, ảnh hưởng trực tiếp đến kênh báo hiệu. Ngoài ra, còn có các cảnh báo từ xa như 2MRxRMT ALM, cho biết thiết bị ở đầu xa đang gặp sự cố đồng bộ. Hiểu rõ ý nghĩa của từng cảnh báo là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong quy trình xử lý sự cố.

4.2. Xây dựng lưu đồ bảo dưỡng và kiểm tra sự cố thường gặp

Dựa trên kết quả khảo sát, một lưu đồ bảo dưỡng được đề xuất. Khi đèn ALM (Alarm) sáng, bước đầu tiên là xác định đó là cảnh báo tại chỗ hay từ xa (RMT - Remote). Nếu là cảnh báo tại chỗ, kỹ thuật viên sẽ dựa vào đèn LED chi tiết (ví dụ: PWR FAIL, AUX FAIL) để khoanh vùng sự cố. Ví dụ, nếu PWR FAIL sáng, cần kiểm tra ngay lập tức khối nguồn chính và các điện áp đầu ra (+5V, -5V, +12V). Nếu SIG.CON.FAIL sáng, sự cố nằm ở bộ vi xử lý của khối báo hiệu. Lưu đồ này giúp chuẩn hóa quy trình, giảm thời gian khắc phục sự cố và nâng cao độ tin cậy của hệ thống mạng viễn thông.

V. Kết Luận Từ Khảo Sát DMS 2MB S Và Hướng Phát Triển Tương Lai

Quá trình khảo sát thiết bị ghép kênh số DMS-2MB/S tại Trường ĐH SPKT TP.HCM đã mang lại những kết quả giá trị, hệ thống hóa kiến thức từ lý thuyết đến thực tiễn. Nghiên cứu đã phân tích thành công nguyên lý hoạt động DMS-2M, làm rõ cấu trúc và chức năng của từng khối trong hệ thống. Việc này không chỉ giúp sinh viên có một tài liệu học tập trực quan mà còn là cẩm nang hữu ích cho các kỹ sư vận hành. Kết quả khảo sát cho thấy thiết bị DMS-2, mặc dù là công nghệ cũ dựa trên nền tảng PDH, vẫn là một mô hình xuất sắc để giảng dạy về các nguyên tắc cơ bản của truyền dẫn số và kỹ thuật TDM. Những khái niệm như luồng E1, cấu trúc khung, đồng bộ và báo hiệu được thể hiện một cách rõ ràng và mạch lạc trong thiết bị. Tuy nhiên, công nghệ PDH cũng bộc lộ những nhược điểm cố hữu như sự phức tạp khi tách/xen một kênh riêng lẻ và khả năng quản lý mạng hạn chế. Chính những hạn chế này đã thúc đẩy sự ra đời của các công nghệ tiên tiến hơn như SDH (Synchronous Digital Hierarchy - Phân cấp số đồng bộ) và sau này là OTN (Optical Transport Network). Các hệ thống SDH khắc phục được vấn đề đồng bộ bằng cách sử dụng một xung nhịp chung cho toàn mạng, cho phép dễ dàng truy cập vào các luồng dữ liệu cấp thấp hơn mà không cần phải tách toàn bộ luồng cấp cao. Nghiên cứu này là cầu nối quan trọng, giúp người học hiểu được lịch sử phát triển và những động lực công nghệ đằng sau sự chuyển dịch từ PDH sang SDH trong các mạng viễn thông hiện đại.

5.1. Tổng kết các kết quả chính từ đồ án tốt nghiệp ghép kênh

Báo cáo đồ án tốt nghiệp ghép kênh này đã hoàn thành các mục tiêu đề ra: 1) Trình bày chi tiết lý thuyết về PCM và TDM. 2) Phân tích sâu sơ đồ khối bộ ghép kênh DMS-2MB/S. 3) Giải thích nguyên lý hoạt động của các khối giao tiếp, báo hiệu, và cảnh báo. 4) Đề xuất quy trình kiểm tra, bảo dưỡng dựa trên các cảnh báo của hệ thống. Đây là một tài liệu toàn diện, kết hợp giữa lý thuyết kinh điển và phân tích trên thiết bị thực tế, tạo ra giá trị tham khảo cao cho cộng đồng học thuật và kỹ thuật.

5.2. So sánh PDH với SDH Hướng đi của công nghệ truyền dẫn

Công nghệ PDH, đại diện là thiết bị DMS-2, sử dụng phương pháp ghép kênh cận đồng bộ, đòi hỏi các bit chèn để đồng bộ hóa các luồng con, gây khó khăn cho việc quản lý và trích xuất kênh. Ngược lại, SDH là một hệ thống hoàn toàn đồng bộ, sử dụng con trỏ (pointer) để xác định vị trí của các luồng con trong khung cấp cao hơn. Điều này cho phép SDH có khả năng quản lý mạng linh hoạt, giám sát hiệu năng mạnh mẽ và dễ dàng thực hiện chức năng Add/Drop (xen/rẽ kênh). Việc khảo sát thiết bị ghép kênh số DMS-2MB/S giúp làm nổi bật những ưu điểm vượt trội của SDH, lý giải tại sao nó đã trở thành công nghệ thống trị trong mạng đường trục trong nhiều thập kỷ.