Giới thiệu dự án

Sự bùng nổ nhu cầu trao đổi thông tin trong mạng viễn thông toàn cầu đặt ra thách thức lớn đối với hạ tầng mạng chuyển mạch tương tự (Analog Switching) truyền thống. Các hệ thống tổng đài cơ điện (như Strowger, Crossbar) bộc lộ hạn chế nghiêm trọng về dung lượng, kích thước vật lý cồng kềnh, suy hao đường truyền, tỷ lệ can nhiễu cao và thiếu tính linh hoạt khi triển khai các dịch vụ mới. Bước sang kỷ nguyên số hóa, công nghệ xử lý tín hiệu số kết hợp với kỹ thuật điều chế xung mã PCM (Pulse Code Modulation) và điều khiển theo chương trình lưu trữ SPC (Stored Program Control) đã cách mạng hóa ngành bưu chính viễn thông.

Đồ án tập trung nghiên cứu chuyên sâu về Kỹ thuật chuyển mạch trong tổng đài điện tử số SPC, lấy hệ thống tổng đài số Alcatel 1000-E10 làm đối tượng phân tích điển hình. Dự án giải quyết bài toán cốt lõi: làm thế nào để số hóa tín hiệu thoại tương tự, ghép kênh theo thời gian đạt hiệu suất truyền dẫn cao nhất và thiết kế trường chuyển mạch số nhiều tầng chống nghẽn (Non-blocking switching matrix).

flowchart LR
    A["Tín hiệu tương tự (Microphone)"] --> B["Bộ lọc thông thấp (flọc = 4 kHz)"]
    B --> C["Lấy mẫu PAM (fs = 8 kHz)"]
    C --> D["Lượng tử hóa phi tuyến (Luật A = 87.6)"]
    D --> E["Mã hóa PCM (8-bit / 125 µs)"]
    E --> F["Ghép kênh E1 (32 Time Slots)"]
    F --> G["Trường chuyển mạch số (T-S-T)"]

Mục tiêu dự án

  1. Phân tích cơ sở lý thuyết số hóa tín hiệu thoại: Mô hình hóa toán học 3 giai đoạn của quá trình PCM (Lấy mẫu Nyquist/Kotelnikov, Lượng tử hóa phi tuyến theo luật nén A-law $A=87.6$, Mã hóa so sánh nhị phân 8-bit).
  2. Khảo sát cấu trúc ghép kênh số cấp cơ sở và phân cấp cận đồng bộ: Giải mã chi tiết cấu trúc luồng E1 chuẩn Châu Âu ($2.048\text{ Mbps}$, 32 Time Slots) và phân cấp PDH từ cấp 1 ($2.048\text{ Mbps}$) đến cấp 4 ($139.264\text{ Mbps}$).
  3. Mô hình hóa nguyên lý trường chuyển mạch số: Thiết kế, phân tích thuật toán điều khiển bộ nhớ tiếng nói BM (Speech Buffer Memory) và bộ nhớ điều khiển CM (Control Memory) trên các cấu trúc chuyển mạch Thời gian (T), Không gian (S) và phối hợp đa tầng (T-S, S-T, T-S-T, S-T-S, T-S-S-T).
  4. Ứng dụng vào hệ thống tổng đài Alcatel 1000-E10: Đánh giá giải pháp chuyển mạch thoại song công thông qua giao diện biến đổi 2/4 dây và IC Codec chuyên dụng.

Phạm vi và chỉ số kỹ thuật kỳ vọng

  • Băng thông thoại chuẩn: $300\text{ Hz} - 3400\text{ Hz}$ (chọn $f_{\max} = 4\text{ kHz}$).
  • Tần số lấy mẫu: $f_s = 8000\text{ Hz}$ ($T_s = 125\ \mu\text{s}$).
  • Tỷ số tín hiệu trên tạp âm lượng tử ($S/N$): Duy trì tối thiểu $65\text{ dB}$ trên dải động rộng bằng kỹ thuật nén 13 đoạn thẳng tương đương tuyến tính 12-bit.
  • Tốc độ kênh đơn: $64\text{ kbps}$ ($8\text{ bits} \times 8000\text{ samples/s}$).
  • Tốc độ luồng E1: $2.048\text{ Mbps}$ ($32\text{ TS} \times 64\text{ kbps}$).
  • Khả năng chống nghẽn: Cấu trúc T-S-T đạt trạng thái kết nối tự do không nghẽn (Strict-sense non-blocking).

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Trước khi tổng đài số SPC ra đời, mạng viễn thông phụ thuộc hoàn toàn vào chuyển mạch cơ điện với nhược điểm tiêu hao tiếp điểm kim loại và thời gian thiết lập cuộc gọi kéo dài.

Tiêu chí so sánh Tổng đài cơ điện (Crossbar) Tổng đài số SPC (Alcatel 1000-E10) Tổng đài mềm NGN/IMS (Thế hệ mới)
Công nghệ chuyển mạch Tiếp điểm cơ điện kim loại TDM số (Time/Space Memory Switch) Chuyển mạch gói IP (Packet/Cell)
Tốc độ xử lý cuộc gọi $1 - 5\text{ cuộc/giây}$ $500 - 2.000\text{ cuộc/giây}$ $> 10.000\text{ cuộc/giây}$
Suy hao & Tạp âm Tích lũy theo cự ly cáp đồng Bị triệt tiêu hoàn toàn bởi mã PCM Phụ thuộc Jitter/Packet Loss mạng IP
Cấu hình & Mở rộng Đấu dây thủ công tại giá MDF Thay đổi qua phần mềm điều khiển Độc lập phần cứng, triển khai ảo hóa
Dung lượng thuê bao Giới hạn ($< 10.000$ số) Rất lớn ($> 100.000$ số/tổng đài) Không giới hạn vật lý

Yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW

  • Must have (Bắt buộc): Chuyển đổi A/D không méo chồng phổ ($f_s = 8\text{ kHz}$), nén phi tuyến luật A ($A=87.6$), trường chuyển mạch TSW/SSW điều khiển ghi/đọc tuần tự - ngẫu nhiên, cấu trúc đa khung E1 ($16\text{ khung} = 2\text{ ms}$).
  • Should have (Nên có): Thiết kế trường 3 tầng T-S-T tối ưu chi phí phần cứng bộ nhớ, hỗ trợ báo hiệu kênh chung CCS/CAS qua TS16.
  • Could have (Có thể mở rộng): Mở rộng trường chuyển mạch 4 tầng T-S-S-T phục vụ lưu lượng liên đài dung lượng cực lớn.
  • Won't have (Chưa thực hiện): Chuyển mạch gói IP trực tiếp hoặc xử lý tín hiệu video băng rộng không qua nén.

Thiết kế hệ thống trường chuyển mạch

Hệ thống chuyển mạch Alcatel 1000-E10 tích hợp các khối chức năng chính: Khối ghép kênh vào/ra MUX/DMUX, Mạch lai ghép 2/4 dây (Hybrid Circuit), Bộ chuyển đổi Codec, và Trường chuyển mạch trung tâm điều khiển bởi CPU SPC.

graph TD
    subgraph "Hướng Thu/Phát Thuê bao A"
        A_Sub["Thuê bao A (2 dây)"] <--> A_Hyb["Mạch lai 2/4 dây"]
        A_Hyb --> A_Cod["Mã hóa PCM A-law"]
        A_Dec["Giải mã PCM"] --> A_Hyb
    end

    subgraph "Trường chuyển mạch T-S-T"
        A_Cod --> MUX1["Bộ ghép kênh MUX"]
        MUX1 --> T_IN["Tầng Thời gian vào (T-IN)"]
        T_IN --> S_MAT["Tầng Không gian trung gian (S-Matrix nxm)"]
        S_MAT --> T_OUT["Tầng Thời gian ra (T-OUT)"]
        T_OUT --> DMUX1["Bộ tách kênh DMUX"]
    end

    subgraph "Hướng Thu/Phát Thuê bao B"
        DMUX1 --> B_Dec["Giải mã PCM"]
        B_Cod["Mã hóa PCM A-law"] --> MUX2["Bộ ghép kênh MUX"]
        B_Dec --> B_Hyb["Mạch lai 2/4 dây"]
        B_Hyb --> B_Cod
        B_Hyb <--> B_Sub["Thuê bao B (2 dây)"]
    end

    CPU["Bộ xử lý trung tâm SPC (CPU/Memory)"] -.->|Địa chỉ bus CM| T_IN
    CPU -.->|Điều khiển điểm tiếp giáp| S_MAT
    CPU -.->|Địa chỉ bus CM| T_OUT

Implementation và kết quả

Chi tiết thuật toán và cơ sở toán học

1. Định lý lấy mẫu Nyquist-Kotelnikov và bộ lọc thông thấp

Tín hiệu thoại $x(t)$ có dải thông danh định giới hạn từ $f_{\min} \approx 300\text{ Hz}$ đến $f_{\max} = 3400\text{ Hz}$ (chuẩn hóa $4\text{ kHz}$). Để khôi phục hoàn toàn tín hiệu liên tục từ dãy xung điều chế biên độ UPAM mà không bị méo chồng phổ (Aliasing), tần số lấy mẫu $f_s$ phải thỏa mãn:

$$f_s \ge 2 f_{\max} = 2 \times 4000\text{ Hz} = 8000\text{ Hz} \implies T_s = \frac{1}{f_s} = 125\ \mu\text{s}$$

2. Lượng tử hóa phi tuyến và quy luật nén A-Law ($A=87.6$)

Trong lượng tử hóa đều, bước lượng tử $\Delta = \frac{2X_{\max}}{N} = \text{const}$. Công suất tạp âm lượng tử $N_q = \frac{\Delta^2}{12}$ không phụ thuộc vào biên độ tín hiệu, khiến tỷ số $S/N$ đối với các tín hiệu biên độ nhỏ rất thấp. Để đạt $S/N \ge 65\text{ dB}$, lượng tử hóa đều đòi hỏi từ mã $b = 12\text{ bits}$ ($2^{12} = 4096\text{ mức}$).

Quy luật nén phi tuyến luật A chuyển đổi dải động 12-bit thành từ mã 8-bit ($2^8 = 256\text{ mức}$) theo phương trình:

$$y = \begin{cases} \dfrac{A|x|}{1 + \ln A} & \text{khi } 0 \le |x| \le \dfrac{1}{A} \[1em] \dfrac{1 + \ln(A|x|)}{1 + \ln A} & \text{khi } \dfrac{1}{A} \le |x| \le 1 \end{cases}$$

Đặc tuyến được xấp xỉ hóa thành 13 đoạn thẳng đối xứng qua gốc tọa độ ($A=87.6$). Cấu trúc từ mã 8-bit ($b_0 b_1 b_2 b_3 b_4 b_5 b_6 b_7$) gồm:

  • $b_0$: Bit cực tính (Dương = $1$, Âm = $0$).
  • $b_1 b_2 b_3$: 3 bit xác định số thứ tự đoạn (từ đoạn 0 đến đoạn 7).
  • $b_4 b_5 b_6 b_7$: 4 bit xác định 16 mức lượng tử đều bên trong đoạn đó.
/**
 * Thuật toán mã hóa nén PCM A-Law (ITU-T G.711) từ mẫu tuyến tính 12-bit
 * Input: Mẫu tín hiệu 12-bit có dấu (pcm_val trong khoảng [-2048, 2047])
 * Output: Byte mã hóa 8-bit A-law
 */
#include <stdint.h>

#define QUANT_MASK (0x0F)
#define SEG_MASK   (0x70)
#define SEG_SHIFT  (4)
#define SIGN_BIT   (0x80)

static const int16_t seg_end[8] = {
    0x001F, 0x003F, 0x007F, 0x00FF, 0x01FF, 0x03FF, 0x07FF, 0x0FFF
};

uint8_t linear12_to_alaw(int16_t pcm_val) {
    uint8_t mask;
    uint8_t seg;
    uint8_t aval;

    if (pcm_val >= 0) {
        mask = 0xD5; /* Invert bit chẵn theo chuẩn ITU-T G.711 */
    } else {
        mask = 0x55;
        pcm_val = -pcm_val - 1;
    }

    /* Tìm đoạn segment (0-7) */
    for (seg = 0; seg < 8; seg++) {
        if (pcm_val <= seg_end[seg]) break;
    }

    if (seg >= 8) {
        return (uint8_t)(0x7F ^ mask);
    } else {
        aval = (uint8_t)(seg << SEG_SHIFT);
        if (seg < 2) {
            aval |= (pcm_val >> 1) & QUANT_MASK;
        } else {
            aval |= (pcm_val >> seg) & QUANT_MASK;
        }
        return (aval ^ mask);
    }
}

3. Cấu trúc trường chuyển mạch Thời gian (TSW) và Không gian (SSW)

  • Khối chuyển mạch T (Time Switch): Hoán đổi khe thời gian $TS_i$ của luồng vào sang khe $TS_j$ của luồng ra.
    • Bộ nhớ đệm tiếng nói BM: Dung lượng $R \times 8\text{ bits}$ (với $R$ là số khe thời gian, $R=32 \implies 256\text{ bits}$).
    • Bộ nhớ điều khiển CM: Dung lượng $R \times \log_2 R\text{ bits}$ ($32 \times 5\text{ bits} = 160\text{ bits}$).
    • Chế độ làm việc: Ghi tuần tự theo nhịp đếm Clock ($0 \to R-1$), đọc điều khiển theo con trỏ địa chỉ lưu trong CM.
  • Khối chuyển mạch S (Space Switch): Hoán đổi tuyến không gian giữa $n$ luồng vào và $m$ luồng ra trên cùng một khe thời gian $TS_i$.
    • Sử dụng ma trận cổng logic AND $n \times m$. Mỗi cột được điều khiển bởi một bộ nhớ CM dung lượng $R \times \log_2 n\text{ bits}$.
/**
 * Mô phỏng logic chuyển mạch TSW chế độ "Ghi tuần tự - Đọc điều khiển"
 */
#define NUM_SLOTS 32

typedef struct {
    uint8_t BM[NUM_SLOTS];     // Speech Buffer Memory (Lưu dữ liệu thoại 8-bit)
    uint8_t CM[NUM_SLOTS];     // Control Memory (Lưu địa chỉ đích TS_j)
} TimeSwitch_t;

void process_tsw(TimeSwitch_t *tsw, const uint8_t pcm_in[NUM_SLOTS], uint8_t pcm_out[NUM_SLOTS]) {
    // 1. Ghi tuần tự: Mẫu PCM tại TS_i ghi vào ô nhớ BM[i]
    for (int i = 0; i < NUM_SLOTS; i++) {
        tsw->BM[i] = pcm_in[i];
    }

    // 2. Đọc điều khiển: Khe ra j lấy dữ liệu từ BM tại vị trí chỉ định bởi CM[j]
    for (int j = 0; j < NUM_SLOTS; j++) {
        uint8_t read_address = tsw->CM[j]; // Địa chỉ do CPU thiết lập
        pcm_out[j] = tsw->BM[read_address];
    }
}

Cấu trúc khung ghép kênh PCM 30/32 chuẩn Châu Âu (E1)

Khung cơ sở E1 có chu kỳ $125\ \mu\text{s}$, chia thành 32 khe thời gian ($TS_0 - TS_{31}$), mỗi khe kéo dài $T_{TS} = \frac{125\ \mu\text{s}}{32} = 3.90625\ \mu\text{s}$, chứa $8\text{ bits}$ ($T_{\text{bit}} = 488.28\text{ ns}$):

+---------+---------+---------+---------+-----+----------+----------+-----+----------+
|  TS 0   |  TS 1   |  TS 2   |  TS 3   | ... |  TS 15   |  TS 16   | ... |  TS 31   |
| (Sync)  | (Thoại) | (Thoại) | (Thoại) | ... | (Thoại)  | (Sign)   | ... | (Thoại)  |
+---------+---------+---------+---------+-----+----------+----------+-----+----------+
|<- 8bit->|
|<------------------------ 1 Khung = 32 TS = 256 bits = 125 µs ----------------------->|
  • $TS_0$ (Đồng bộ khung): Khung chẵn truyền từ mã đồng bộ x0011011; Khung lẻ truyền từ mã nghiệp vụ x1Axxxxx ($A=0$: Bình thường, $A=1$: Báo động mất đồng bộ từ xa).
  • $TS_1 - TS_{15}$ & $TS_{17} - TS_{31}$: Ghép $30\text{ kênh thoại}$ PCM.
  • $TS_{16}$ (Báo hiệu): Truyền báo hiệu kênh kết hợp (CAS). Cần một Đa khung (Multiframe) gồm 16 khung liên tiếp ($F_0 - F_{15}$, chu kỳ $2\text{ ms}$). Khung $F_0$ chứa từ mã đồng bộ đa khung 00001Dxx. Khung $F_1 - F_{15}$ chứa các bit báo hiệu $a, b, c, d$ cho 30 kênh thoại.

Đổi mới và đóng góp

  1. Khử tắc nghẽn chuyển mạch bằng kiến trúc 3 tầng T-S-T:
    • Một trường chuyển mạch T đơn lập chỉ chuyển mạch được giữa các khe trong cùng 1 luồng E1 ($32\text{ kênh}$).
    • Trường chuyển mạch 2 tầng (T-S hoặc S-T) phụ thuộc vào khe đích cố định, tỷ lệ nghẽn (Blocking probability) lớn khi nhiều kênh cùng tranh chấp một khe thời gian ra.
    • Kiến trúc T-S-T khắc phục triệt để bằng cách cho phép tầng T-vào chọn bất kỳ khe thời gian trung gian $TS_k$ rỗi trên ma trận S, đưa hệ thống về trạng thái chuyển mạch không nghẽn với dung lượng tăng lên $n$ lần ($n$ luồng E1).
  2. Nén dải động hiệu quả với quy luật A-Law $A=87.6$:
    • Giảm $33.3%$ dung lượng đường truyền so với PCM tuyến tính 12-bit ($64\text{ kbps}$ so với $96\text{ kbps}$ trên mỗi kênh thoại).
    • Giữ tỷ số $S/N \approx 38 - 40\text{ dB}$ đồng đều trên toàn dải động $> 40\text{ dB}$, đảm bảo chất lượng thoại đạt tiêu chuẩn thương mại quốc tế ITU-T G.711.
  3. Phân cấp ghép kênh PDH chuẩn hóa:
    • Phân cấp ghép bit xen kẽ (Bit-interleaving) từ E1 ($2.048\text{ Mbps}$) lên E2 ($8.448\text{ Mbps}$, 120 kênh), E3 ($34.368\text{ Mbps}$, 480 kênh), và E4 ($139.264\text{ Mbps}$, 1920 kênh).

Ứng dụng thực tế và triển khai

Hệ thống tổng đài Alcatel 1000-E10 ứng dụng nghiên cứu này đã được triển khai rộng khắp trên mạng lưới viễn thông quốc gia Việt Nam (VNPT):

flowchart TD
    subgraph "Mạng Cấp Thuê Bao"
        Host["Tổng đài Host Alcatel 1000-E10"] --- RSU1["Vệ tinh RSU Quận 1"]
        Host --- RSU2["Vệ tinh RSU Quận 3"]
        Host --- RSU3["Vệ tinh RSU Quận Tân Bình"]
    end

    subgraph "Mạng Liên Đài PDH/SDH"
        Host <==>|Tuyến Trung kế E1 / E3| Toll["Tổng đài Toll Đường Dài"]
        Host <==>|Tuyến E1| Gateway["Tổng đài Cổng Quốc Tế"]
    end

Chiến lược vận hành và chỉ số kinh tế

  • Khả năng nâng cấp dung lượng: Thay vì đi lại cáp đồng vật lý cho từng thuê bao, tổng đài chỉ cần kết nối cáp quang luồng E1/E3 giữa tổng đài Host và các giá vệ tinh từ xa (RSU - Remote Subscriber Unit).
  • Tối ưu hóa chi phí (ROI): Cắt giảm $70%$ chi phí bảo trì tiếp điểm cơ khí, tăng tỷ lệ thông thoại thành công lên $> 99.98%$.
  • Mở rộng dịch vụ: Dễ dàng bổ sung các tính năng giá trị gia tăng (Call Forwarding, Call Waiting, Hội nghị đa bên, Tính cước tự động CAMA/LAMA) hoàn toàn qua cập nhật phần mềm điều khiển trung tâm SPC.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

  • Nhược điểm của phân cấp PDH: Không thể tách/chèn (Drop/Insert) trực tiếp một kênh E1 cụ thể ra khỏi luồng cấp cao E3 hoặc E4 mà phải thực hiện giải ghép kênh tuần tự qua từng cấp (E4 $\to$ E3 $\to$ E2 $\to$ E1), gây phức tạp phần cứng và tăng độ trễ.
  • Cơ chế bit chèn (Bit-stuffing): Việc bù xung không mang thông tin để đồng bộ vận tốc dòng số làm giảm hiệu suất sử dụng băng thông cáp quang thực tế.

Hướng phát triển

  1. Chuyển dịch sang SDH (Synchronous Digital Hierarchy): Ứng dụng khung chuẩn STM-1 ($155.520\text{ Mbps}$) đến STM-64 ($10\text{ Gbps}$) với con trỏ con (Tributary Unit Pointer) cho phép trích xuất trực tiếp luồng $2.048\text{ Mbps}$.
  2. Hội tụ mạng NGN và IMS: Tách rời lớp điều khiển cuộc gọi (Call Agent / Softswitch) và lớp chuyển mạch phần cứng (Media Gateway), chuyển dịch thoại PCM truyền thống sang giao thức VoIP/SIP qua nền tảng IP/MPLS.

Đối tượng hưởng lợi

mindmap
  root((Hệ thống Tổng đài SPC))
    Sinh viên & Nghiên cứu sinh
      Nắm vững cấu trúc PCM chuẩn ITU-T
      Hiểu rõ cơ chế điều khiển bộ nhớ BM/CM
    Kỹ sư Viễn thông & Vận hành
      Làm chủ quy trình xử lý lỗi luồng E1
      Hiểu rõ báo hiệu CAS/CCS SS7 trên tổng đài
    Nhà khai thác mạng
      Tối ưu hóa dung lượng trung kế
      Lập kế hoạch chuyển dịch hạ tầng sang IP
  • Sinh viên & Nghiên cứu sinh: Tài liệu học thuật chuẩn xác về lý thuyết lấy mẫu Nyquist, lượng tử phi tuyến A-law, và thuật toán chuyển mạch ma trận TDM.
  • Kỹ sư vận hành đài trạm: Cẩm nang phân tích cấu trúc đa khung E1, định vị sự cố mất đồng bộ khung ($TS_0$) hoặc lỗi báo hiệu ($TS_{16}$).
  • Doanh nghiệp viễn thông: Cơ sở kỹ thuật để đánh giá khả năng tương thích và lập lộ trình chuyển đổi từ mạng TDM kế thừa sang mạng thế hệ mới.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao tần số lấy mẫu thoại lại chọn chính xác $f_s = 8\text{ kHz}$?

Theo định lý Nyquist-Kotelnikov, để khôi phục chính xác tín hiệu không bị méo chồng phổ, tần số lấy mẫu tối thiểu phải là $f_s \ge 2 f_{\max}$. Tín hiệu thoại có dải tần thông dụng từ $300\text{ Hz}$ đến $3400\text{ Hz}$. Chọn $f_{\max} = 4\text{ kHz}$ giúp mạch lọc thông thấp đầu vào ($LPF$) có dải quá độ khả thi ($3.4\text{ kHz} - 4\text{ kHz}$). Do đó, $f_s = 2 \times 4000\text{ Hz} = 8000\text{ Hz}$ ($8\text{ kHz}$), tương ứng chu kỳ lấy mẫu chuẩn $T_s = 125\ \mu\text{s}$.

2. Sự khác biệt cốt lõi giữa quy luật nén A-Law và $\mu$-Law là gì?

  • A-Law ($A=87.6$): Chuẩn Châu Âu (ITU-T G.711) và Việt Nam sử dụng. Đặc tuyến chia làm 13 đoạn thẳng xấp xỉ; đoạn gần gốc tọa độ là tuyến tính, giúp xử lý tín hiệu thoại mức thấp với độ méo tối thiểu.
  • $\mu$-Law ($\mu=255$): Chuẩn Bắc Mỹ và Nhật Bản. Đặc tuyến nén dạng log liên tục, chia xấp xỉ thành 15 đoạn thẳng, cho dải động tín hiệu nhỏ rộng hơn một chút nhưng tỷ số $S/N$ ở tín hiệu lớn thấp hơn A-Law.

3. Tại sao trường chuyển mạch không gian (SSW) đơn lẻ không thể tạo thành một tổng đài hoàn chỉnh?

Khối SSW chỉ hoán đổi vị trí luồng vật lý ($PCM_{\text{vào}} \to PCM_{\text{ra}}$) mà không làm thay đổi khe thời gian (tức là $TS_i$ vào bắt buộc phải ra tại $TS_i$). Do đó, nếu hai thuê bao đàm thoại được cấp phát ở hai khe thời gian khác nhau ($TS_i \ne TS_j$), khối SSW không thể kết nối. Cần phải có trường chuyển mạch Thời gian (TSW) để hoán đổi khe thời gian.

4. Tại sao cần cấu trúc Đa khung (Multiframe) 16 khung cho khe $TS_{16}$ trong luồng E1?

Mỗi khe $TS_{16}$ chỉ chứa 8-bit trong 1 khung ($125\ \mu\text{s}$). Báo hiệu CAS cần 4-bit ($a, b, c, d$) cho mỗi kênh thoại. Để truyền báo hiệu cho toàn bộ 30 kênh thoại, cần $30 \times 4\text{ bits} = 120\text{ bits}$. Khung $F_0$ dùng 8-bit cho đồng bộ đa khung, 15 khung còn lại ($F_1 - F_{15}$) mỗi khung chứa $2 \times 4\text{ bits} = 8\text{ bits}$ báo hiệu cho 2 kênh thoại ($15 \times 2 = 30\text{ kênh}$). Tổng chu kỳ đa khung là $16 \times 125\ \mu\text{s} = 2\text{ ms}$.

5. Cơ chế "Ghi tuần tự - Đọc điều khiển" trong bộ nhớ TSW vận hành như thế nào?

Trong một chu kỳ $125\ \mu\text{s}$:

  • Pha Ghi (Tuần tự): Bộ đếm thời gian tự động tạo xung Clock ghi lần lượt dữ liệu từ các khe $TS_0, TS_1, \dots, TS_{R-1}$ của luồng vào vào đúng các ô nhớ tương ứng $0, 1, \dots, R-1$ của bộ nhớ thoại BM.
  • Pha Đọc (Điều khiển): Khi đến thời điểm xuất dữ liệu cho khe ra $TS_j$, mạch đọc địa chỉ lưu trong ô nhớ $j$ của bộ nhớ điều khiển CM (giả sử chứa giá trị $i$). Mạch sẽ truy xuất tức thời dữ liệu tại ô nhớ $i$ của BM và đưa ra luồng phát. Kết quả: Khe $TS_i$ đầu vào đã được chuyển mạch sang khe $TS_j$ đầu ra.

Kết luận

Đồ án đã phân tích toàn diện nền tảng công nghệ của hệ thống tổng đài điện tử số SPC và trường chuyển mạch số Alcatel 1000-E10. Những đóng góp học thuật và kỹ thuật then chốt bao gồm:

  • Hệ thống hóa cơ sở lý thuyết biến đổi A/D qua kỹ thuật điều chế xung mã PCM 8-bit nén A-Law ($A=87.6$).
  • Giải mã chi tiết cấu trúc định dạng khung và đa khung E1 ($2.048\text{ Mbps}$) cùng hệ thống ghép kênh phân cấp PDH.
  • Chứng minh hiệu quả xử lý không nghẽn của cấu trúc chuyển mạch phối hợp đa tầng T-S-T, làm sáng tỏ nguyên lý tương tác giữa bộ nhớ tiếng nói BM và bộ nhớ điều khiển CM dưới sự giám sát của vi xử lý trung tâm.

Công trình không chỉ phản ánh bước chuyển mình lịch sử của ngành viễn thông từ cơ điện sang kỹ thuật số mà còn cung cấp nền tảng kiến thức chuyển mạch kênh TDM vững chắc, tạo tiền đề tiếp cận các công nghệ mạng thế hệ mới NGN, IMS và hạ tầng truyền dẫn quang tốc độ cao.