CHƯƠNG 1 – CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT 1.1 – Tổng quan đóng gói luồng E1 1.1 – Nguyên lý ghép kênh theo thời gian Việc chia sẻ đường truyền dẫn thành nhiều kênh liên lạc cho nhiều nguồn thông tin cùng sử dụng được gọi chung là ghép kênh. Trong kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu, có hai phương pháp ghép kênh cơ bản là: a) ghép kênh theo tần số (FDM: Frequency Division Multiplexing), 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; b) ghép kênh theo thời gian (TDM: Time Division Multiplexing), trong đó thời gian sử dụng đường truyền dẫn được chia thành các phần khác nhau gọi là khe thời gian và việc truyền đưa tin tức từ các nguồn tin khác nhau được thực hiện trong các khe thời gian riêng biệt. Về nguyên tắc, phương pháp ghép kênh theo thời gian cũng có thể áp dụng cho các tín hiệu analog, thí dụ như ghép kênh theo thời gian trong thiết bị P404 của Liên Xô cũ. Tuy nhiên, các tín hiệu analog thường được xem là có phổ tương đối hạn chế hay chí ít cũng có thể thực hiện hạn phổ mà không ảnh hưởng lắm đến chất lượng liên lạc.
Thêm vào đó, việc chuyển phổ của các tín hiệu analog lên băng tần đường dây và sắp xếp chúng phân biệt nhau về dải tần có thể thực hiện một cách khá dễ dàng. Do đó, trong các hệ thống truyền dẫn analog việc ghép nhiều kênh liên lạc thường được thực hiện theo phương pháp ghép kênh theo tần số. Tín hiệu số có một đặc điểm cơ bản là các phần tử tín hiệu (xung tín hiệu) có thời gian tồn tại hữu hạn. Thời gian tồn tại của từng phần tử chỉ phụ thuộc vào độ rộng xung có thể tạo ra và xử lý được, mặc dầu khoảng cách giữa các phần tử kế tiếp nhau là một đại lượng cố định gọi là độ dài khung của tín hiệu (125 µs đối với tín hiệu thoại PCM chẳng hạn).
Một khi độ rộng xung tín hiệu khá nhỏ hơn độ dài khung tín hiệu, có thể chia khung tín hiệu thành một số khe thời gian và ghép một số xung tín hiệu từ một số nguồn tin số vào cùng một khung tín hiệu. Tín hiệu từ mỗi một nguồn tin như vậy được truyền đi trên một khe thời gian riêng. Đối với các hệ thống truyền dẫn số, việc ghép kênh theo thời gian như trên có thể thực hiện khá 4 thuận lợi. Nguyên lý ghép kênh theo thời gian có thể giải thích một cách đơn giản thông qua sơ đồ hình 1.
Dưới tác động của các xung đồng hồ (xung nhịp) các khóa K1, K2, …, KN Hình 1.1: Nguyên lý ghép kênh theo thời gian ∗ ∗ ∗ đường truyền dẫn. Ở phía thu, các khóa K1 , K 2, …, K N lần lượt nối đường lần lượt nối trong những khe thời gian xác định các nguồn tin thứ 1, 2, …, N với truyền dẫn với các bộ nhận tin thứ 1, 2, …, N một cách tương ứng. Các thiết bị đóng vai trò hệ thống các khóa chuyển mạch ở phần phát và phần thu được gọi một cách tương ứng là bộ phân phối phát và bộ phân phối thu. Chúng là thành phần cốt lõi của các thiết bị ghép kênh (ở phần phát) và phân kênh (ở phần thu).
Chu kì làm việc của bộ phân phối phát và phân phối thu chính là độ dài khung của một tín hiệu nhánh và được gọi là một khung. Một khi các bộ phân phối phát và phân phối thu hoạt động đồng bộ với nhau thì việc truyền tin giữa các cặp nguồn tin – bộ nhận tin sẽ diễn ra không lỗi. Việc mất đồng bộ giữa phân phối phát và phân phối thu có thể dẫn đến những sai lạc thông tin rất trầm trọng và vì vậy đồng bộ là chỉ tiêu hàng đầu trong ghép kênh theo thời gian. Để đảm bảo yêu cầu cao về đồng bộ (gióng đúng 5 thời gian đóng mở các cặp khóa Ki - K i như trên hình 1.1) cần có các thiết bị đồng bộ thực hiện duy trì hoạt động ∗ đồng bộ của phân phối phát và phân phối thu, bao gồm cả đồng bộ nhịp và đồng bộ khung.
Đồng bộ khung trong ghép kênh số theo thời gian được theo dõi nhờ việc truyền liên tục tổ hợp đồng bộ khung đặc biệt trong một khe thời gian riêng trong khung tín hiệu. Bộ thu giám sát đồng bộ khung sẽ liên tục theo dõi tổ hợp đồng bộ khung. Việc sai liên tiếp tổ hợp đồng bộ khung này sẽ được hiểu là mất đồng bộ khung. Việc điều khiển đồng bộ trở lại được thực hiện bằng cách trượt khung đi từng khe thời gian cho tới khi tổ hợp đồng bộ khung được thu đúng.
Trong trường hợp mất đồng bộ khung, nói chung tổ hợp được giám sát bởi bộ giám sát đồng bộ khung sẽ bị sai. Tuy nhiên, lỗi truyền dẫn có thể dẫn đến tổ hợp này vẫn đúng, gây nên hiện tượng đồng bộ giả hết sức nguy hiểm. Hiển nhiên, xác suất đồng bộ giả rất thấp và càng nhỏ khi độ dài từ mã đồng bộ khung càng lớn. Tuy vậy, nếu tổ hợp đồng bộ khung quá dài thì việc đồng bộ trở lại sau khi phát hiện thấy mất đồng bộ khung có thể diễn ra càng lâu.
Chính vì các lẽ trên mà độ dài của tổ hợp đồng bộ khung cần phải được lựa chọn một cách thích hợp. Tín hiệu đồng hồ phần thu được đồng bộ theo đồng hồ phần phát. Thông thường, một thiết bị chuyên biệt sẽ thực hiện tách thông tin định thời từ chuỗi tín hiệu tới và điều khiển đồng hồ thu. Quá trình này được gọi là đồng bộ nhịp hay đồng bộ đồng hồ.
Nếu mỗi nguồn tin số nhánh có tốc độ B b/s thì tốc độ bit đường dây tổng cộng lớn hơn NB b/s một chút, lượng dôi tốc độ này dành cho truyền các thông tin phụ bao gồm thông tin đồng bộ, các tín hiệu báo hiệu và tín hiệu nghiệp vụ…Việc ghép kênh theo thời gian có thể thực hiện ghép theo bit hay theo tổ hợp mã.2 – Ghép kênh đồng bộ và ghép kênh cận đồng bộ Tùy theo cách thức duy trì đồng bộ giữa các bộ phân phối của thiết bị ghép/tách kênh với các nguồn/bộ nhận tin nhánh chúng ta có hai phương thức ghép kênh: (a) ghép kênh đồng bộ và (b) ghép kênh cận đồng bộ (không đồng bộ). * Ghép kênh đồng bộ 6 Theo phương thức ghép kênh đồng bộ, các nguồn và bộ nhận tin nhánh được duy trì đồng bộ liên tục và tự động với các bộ phân phối của bộ ghép kênh và bộ phân kênh (muldex: multiplexer - demultiplexer). Tốc độ dòng bit lối ra của bộ ghép kênh đúng bằng N lần tốc độ dòng bit của các nhánh cộng với tốc độ của các thông tin phụ, với N là số nhánh được ghép. Điều này có nghĩa là, nếu không kể tới các thông tin phụ thì tần số nhịp của bộ ghép/tách kênh đúng bằng N lần tốc độ nhịp của các nhánh được ghép và quan hệ tốc độ này phải được duy trì một cách liên tục và tự động trong suốt quá trình ghép/tách kênh.
Đối với ghép kênh đồng bộ, các bit hoặc các từ mã của các nhánh được sắp khít nhau tạo nên dòng bit đường dây (trừ các khe dành cho đồng bộ khung, thông tin báo hiệu và nghiệp vụ). Hơn thế nữa, vị trí của các bit/từ mã của mỗi nhánh chiếm một vị trí xác định trong dòng bit đường dây, biết trước được ở phía thu. Do vậy, những ưu điểm căn bản của ghép kênh đồng bộ có thể kể đến là: - Hiệu quả sử dụng đường truyền cao; - Việc tách rẽ/ghép kênh tại các trạm trung gian có tách/ghép kênh thực hiện được khá dễ dàng. Phương thức ghép kênh đồng bộ trong truyền dẫn tín hiệu số được thực hiện ở tốc độ sơ cấp (2,048 Mb/s – luồng E1 - từ 32 kênh 64 kb/s với hệ châu Âu bao gồm 30 kênh thoại số PCM, 2 kênh báo hiệu và đồng bộ; 1,544 Mb/s – luồng T1 – từ 24 kênh thoại số 64 kb/s đối với hệ Bắc Mỹ) và ở các tốc độ rất cao (STM-N của hệ thống phân cấp số đồng bộ SDH).
* Ghép kênh cận đồng bộ Phương thức ghép không đồng bộ được thực hiện theo các phân cấp tốc độ số cận đồng bộ (PDH: Plesiosynchronous Digital Hierarchy) từ các cấp tốc độ số từ thứ hai trở lên đối với các hệ thống theo hệ châu Âu và hệ Mỹ, và từ tốc độ cấp ba trở lên đối với hệ Nhật Bản. Trong các phương thức ghép không đồng bộ, các bộ phân phối thu và phát của bộ ghép/tách kênh không nhất thiết phải duy trì đồng bộ với các nguồn và bộ nhận tin nhánh. Tốc độ nhịp của bộ ghép kênh không đúng bằng N lần tốc độ nhịp 7 của từng nhánh. Thời điểm bắt đầu của các tin nhánh có thể không cố định trong dòng bit tổng cộng.
Việc xác định dòng bit của từng nhánh trong dòng bit tổng cộng do vậy có thể rất khó khăn do sự khác biệt tốc độ nhịp giữa tốc độ nhịp của từng nhánh và 1/N tốc độ nhịp của bộ ghép kênh và để xác định không nhầm lẫn, khối bit phụ (header) phải được thêm vào dòng bit tổng cộng. Điều này làm tăng tốc độ bit truyền dẫn. Một vấn đề quan trọng đối với ghép kênh cận đồng bộ là việc xử lý chèn do sự không hoàn toàn đồng bộ giữa các nguồn nhánh và bộ phân phối của máy ghép kênh.3 – Cấu trúc khung E1 theo tiêu chuẩn ITU-T Tín hiệu số đầu ra thiết bị PCM-30 được sắp xếp thành khung và đa khung trước khi truyền. Cấu trúc của khung và đa khung như hình 1.2: Cấu trúc khung E1 theo tiêu chuẩn ITU-T Mỗi kung có thời hạn là 125 µs, được chia thành 32 khe thời gian và đánh số thứ tự từ TS0 đến TS31.
Mỗi TS có thời hạn là 3,9 µs và ghép 8 bit số liệu. Các khe TS16 của khung F0 truyền từ mã đồng bộ đa khung vào vị trí các bit thứ nhất đến bit thứ tư, bit thứ 6 truyền cảnh báo xa khi mất đồng bộ đa khung (Y = 1), các bit x dùng cho quốc gia (nếu không dùng thì đặt x = 1). Các khe thời gian TS16 của khung F1 đến khung F15 dùng để truyền báo hiệu. Báo hiệu của mỗi kênh thoại được mã hóa thành 4 bit a, b, c, d và ghép vào nửa khe thời gian TS16.
Nửa 8 của các kênh thoại từ 16 đến 30.
