Chương 3 Ghép kênh – truyền dẫn

8/10/2013 1 HỆ THỐNG VIỄN THÔNG Telecommunication System GV. HÀ VĂN KHA LY Mobile: 0919090901 Version 0912 2 8/10/2013 8/10/2013 3 1 CHƯƠNG 3 GHÉP KÊNH – TRUYỀN DẪN 2 3 4 Giới thiệu ghép kênh và đa truy nhập Kỹ thuật điều chế xung mã PCM Ghép kênh PDH Truyền dẫn SONET, SDH 1. Giới thiệu ghép kênh & Đa truy nhập 8/10/2013 5 1 Giới thiệu ghép kênh và đa truy nhập 1.1 Ghép kênh (Multiplexing) 8/10/2013 6 1 Giới thiệu ghép kênh và đa truy nhập 1.1 Ghép kênh (Multiplexing) a) Khái niệm • Ghép kênh là quá trình kết hợp nhiều tín hiệu để truyền dẫn đồng thời trên cùng một đường truyền dẫn. • Để chia sẻ băng tần sẵn có của các hệ thống cáp đồng, cáp quang hay hệ thống vô tuyến cho nhiều người sử dụng. • Nhằm nâng cao hiệu quả truyền dẫn và giảm chi phí. 8/10/2013 7 1 Giới thiệu ghép kênh và đa truy nhập 1.1 Ghép kênh (Multiplexing) a) Phân loại Multiplexing Frequency-Division Multiplexing (FDM) Time-Division Multiplexing (TDM) Wavelength Division Multiplexing (WDM) Frequency-Division Multiplexing (FDM): Ghép kênh phân chia theo tần số Time-Division Multiplexing (TDM) : Ghép kênh phân chia theo thời gian Wavelength Division Multiplexing (WDM): Ghép kênh phân chia theo bước sóng  FDM Tín hiệu được dịch sang dải tần số khác nhau và gửi qua phương tiện truyền thông. Các kênh truyền thông được chia thành các băng tần khác nhau, và mỗi băng tần truyền tín hiệu tương ứng với một nguồn. Các tín hiệu được truyền đi qua cùng một kênh truyền và bộ lọc sẽ phân chia các tín hiệu khi đến bên thu. 8 8/10/2013 8/10/2013 9 8/10/2013 10  Một số ứng dụng FDM • Hệ thống FDM được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền thông tín hiệu tương tự. • FDM cũng được dùng trong phát sóng âm thanh, truyền hình. • Trong truyền hình cáp, FDM được sử dụng để phân phối các chương trình của các kênh khác nhau trên dải tần số khác nhau. 11 8/10/2013  TDM Mỗi kênh của người sử dụng dùng một băng tần lớn nhưng chỉ trong một khoảng nhỏ thời gian, gọi là khe thời gian Time slot (TS). Thông tin của mỗi người sử dụng sẽ chiếm một khe thời gian của một khung 12 8/10/2013  TDM 13 8/10/2013 WDM • Được dùng cho truyền dẫn cáp quang. • Cho phép các kênh được truyền tại những bước sóng khác nhau cho cùng một hướng hay cả hai hướng trên cùng một sợi quang. • Ghép kênh theo bước sóng là một biến dạng của ghép kênh theo tần số. 14 8/10/2013 15 8/10/2013 Dữ liệu của các nguồn khác nhau được gửi thông qua các dây cáp quang bằng cách sử dụng các bước sóng khác nhau. Lợi thế của WDM là có thể phát huy tối ưu công suất của một sợi quang học Transmitters Receivers λ Multiplexing λ Demultiplexing Fiber 1 λ1 λ2 λ3 λn λ1 λ2 λ3 λn WDM 8/10/2013 16 1 Giới thiệu ghép kênh và đa truy nhập 1.2 Đa truy nhập (Multi-Access) a) Khái niệm: Kỹ thuật cho phép nhiều cặp thu–phát có thể chia sẻ một kênh chung. Trong hệ thống truyền thông di động, nhiều user chia sẻ chung một trạm thu phát (BTS). Do đó phải có phương pháp để các user này có thể gửi và nhận tín hiệu đồng thời tới/từ một BTS. Quá trình đa truy nhập phải đảm bảo sao cho thông tin của các user không bị nhiễu hoặc chồng lấn với nhau 8/10/2013 17 1 Giới thiệu ghép kênh và đa truy nhập 1.2 Đa truy nhập b) Phân loại  SDMA (Space-Division Multiple-Access)  TDMA (Time-Divison Multiple-Access)  FDMA (Frequency-Division Multiple-Access)  CDMA (Code-Division Multiple-Access)  Kết hợp của các kỹ thuật trên  SDMA (Space-Division Multiple-Access) - Khái niệm . Hệ thống SMDA cho phép các thuê bao gửi và truyền tín hiệu đến các trạm đặt tại các vị trí khác nhau . Thông thường thì hai trạm gần nhau sẽ sử dụng hai vùng tần số khác nhau để tránh nhiễu 8/10/2013 18  TDMA (Time-Division Multiple-Access) - Khái niệm . Hệ thống TDMA cho phép các thuê bao gửi và truyền tín hiệu đến trạm trên các khe thời gian (time-slot) khác nhau . Các tín hiệu có chung một miền tần số (kênh tần số) nhưng khác khe thời gian Tần số Công suất user1 user2 user3 user4 user5 8/10/2013 19  FDMA (Frequency-Division Multiple-Access) - Khái niệm . Hệ thống FDMA cho phép các thuê bao gửi và truyền tín hiệu đến trạm trên các kênh tần số khác nhau . Các tín hiệu từ nhiều thuê bao có thể được truyền đồng thời Tần số Công suất user1 user2 user3 user4 user5 8/10/2013 20  Kết hợp TDMA-FDMA - Khái niệm . Có thể kết hai kỹ thuật FDMA và TDMA để cho phép nhiều user truy nhập hơn . Mỗi tín hiệu sử dụng một khe thời gian trong một kênh tần số nào đó Tần số Công suất 8/10/2013 21 Tần số Công suất Tín hiệu sau khi trãi phổ  CDMA (Code-Division Multiple-Access) Tần số Công suất Tín hiệu trước khi trãi phổ 8/10/2013 22 CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ (Spectrum Spread)  CDMA (Code-Division Multiple-Access) . Trong hệ thống CDMA, các thuê bao sử dụng chung một miền tần số và các tín hiệu có thể được truyền đồng thời . Nhưng tín hiệu từ các thuê bao khác nhau sẽ được trãi phổ bởi các chuỗi mã khác nhau (trực giao với nhau), do đó chúng không bị nhiễu lẫn nhau. Tần số Công suất user2 user3 user4 user5 user1 8/10/2013 23 c) Phân biệt ghép kênh và đa truy nhập  Multiplexing - multiple access  Ghép kênh là khái niệm về tổ chức truyền dẫn giữa hai nút của một mạng, trong khi đa truy nhập liên quan tới việc tổ chức kết nối từ thuê bao tới mạng.  TDM thường dùng khi nói đến ghép kênh trên một đường truyền point-to-point, hữu tuyến như T1/E1; còn TDMA thì dùng khi nói đến các hệ thống thông tin di động, đường truyền vô tuyến.  TDM chỉ liên quan đến 1 transmitter và 1 receiver còn TDMA thì có nhiều transmitters. 24 8/10/2013 2. Kỹ thuật PCM (Pulse Code Modulation) 8/10/2013 26 2 Kỹ thuật điều chế xung mã PCM 2.1 Giới thiệu Sessions Sessions micro speaker Transmission line Original voice amplified voice output voice Hình: Truyền thông tương tự 8/10/2013 27 2 Kỹ thuật điều chế xung mã PCM 2.1 Giới thiệu Hình: Truyền thông số Sessions Sessions micro speaker Transmission line Original voice changed voice signal output voice 1 0 0 1 1 1 0 1 8/10/2013 28 2 Kỹ thuật điều chế xung mã PCM 2.2 Khái niệm PCM (Pulse Code Modulation) là kỹ thuật số hoá tín hiệu trên cơ sở kênh thoại cơ bản gồm các bước lọc thông thấp, lấy mẫu, lượng tử hoá và mã hoá 8/10/2013 29 2 Kỹ thuật điều chế xung mã PCM 2.2 Khái niệm Sessions Sessions micro speaker Transmission line Original voice changed voice signal output voice 1 0 0 1 1 1 0 1 Lấy mẫu với tần số 8 KHz + Lấy mẫu (rời rạc hóa): theo định luật Nyquist, tần số lấy mẫu 8 kHz + Lượng tử hóa tuyến tính hay phi tuyến theo tiêu chuẩn Châu Âu (luật µ) hay tiêu chuẩn Bắc Mỹ (luật A) + Lượng tử hóa 8 bit, số mức lượng tử 256 mức 256 mức Từ 00000000 Đến 11111111 2 Kỹ thuật điều chế xung mã PCM 2.2 Khái niệm 31 8/10/2013 • Tín hiệu thoại: dải tần kênh thoại cơ bản (300 3400 Hz) • Tần số lấy mẫu 8KHz. • Lượng tử A và µ đều có 256 mức lượng tử • Mã hóa 8 bít • Như vậy tốc độ của kênh thoại số cơ bản là 64 kbít/s ( 64Kbps). 3. Ghép kênh PDH 33 8/10/2013 3 Ghép kênh PDH PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) kỹ thuật ghép kênh phân cấp số cận đồng bộ, là qúa trình ghép kênh một số luồng đơn lẻ có tốc độ thấp để tạo thành một luồng có tốc độ cao hơn. Hiện nay trên thế giới tồn tại 3 tiêu chuẩn ghép kênh cận đồng bộ: EU, USA, JAPAN. 8/10/2013 34 T1  Dịch vụ số mức 0 (DS0) = 64 kbps  T1 = 24 kênh thoại = dịch vụ số mức 1 (DS1)  TDM 3 Ghép kênh số PDH 35 8/10/2013 E1: Khung dài 125µs, Gồm 32 kênh Kênh 0 dùng để đồng bộ Kênh 16 dùng cho báo hiệu Kênh 1-15, 17-32 được dùng cho dữ liệu 3 Ghép kênh số PDH E1 8/10/2013 36 3 Ghép kênh số PDH 37 8/10/2013 + Tiêu chuẩn ghép kênh PDH Châu Âu 1 32 - Ghép 32 kênh 64kbps thành luồng E1 2,048 Mbps E1 2,048 Mbps . . . 1 4 E2 8,448 Mbps 1 4 E3 34,368 Mbps 1 4 E4 139,264 Mbps 1 4 E5 - Ghép 4 luồng E1 thành luồng E2 8,448 Mbps - Ghép 4 luồng E2 thành luồng E3 34,368 Mbps - Ghép 4 luồng E3 thành luồng E4 139,264 Mbps - Ghép 4 luồng E4 thành luồng E5 564,992 Mbps 564,992 Mbps 3 Ghép kênh số PDH 38 8/10/2013 + Tiêu chuẩn ghép kênh PDH Bắc Mỹ 1 24 - Ghép 24 kênh 64kbps thành luồng T1 1,544 Mbps T1 1,544 Mbps . . . 1 4 T2 6,312 Mbps 1 7 T3 44,736 Mbps 1 6 T4 274,176 Mbps 1 2 T5 560,160 Mbps - Ghép 4 luồng T1 thành luồng T2 6,312 Mbps - Ghép 7 luồng T2 thành luồng T3 44,736 Mbps - Ghép 6 luồng T3 thành luồng T4 274,176 Mbps - Ghép 2 luồng T4 thành luồng T5 560,160 Mbps 3 Ghép kênh số PDH 39 8/10/2013 + Tiêu chuẩn ghép kênh PDH Nhật Bản 1 24 - Ghép 24 kênh 64kbps thành luồng M1 1,544 Mbps M1 1,544 Mbps . . . 1 4 M2 6,312 Mbps 1 5 M3 32,046 Mbps 1 3 M4 97,728 Mbps 1 4 M5 400,352 Mbps - Ghép 4 luồng M1 thành luồng M2 6,312 Mbps - Ghép 5 luồng M2 thành luồng M3 32,046 Mbps - Ghép 3 luồng M3 thành luồng M4 97,728 Mbps - Ghép 4 luồng M4 thành luồng M5 400,352 Mbps 3 Ghép kênh số PDH 40 8/10/2013 GHÉP KÊNH SỐ PDH (PLESIOCHRONOUS DIGITAL HIERARCHY) + Ưu điểm: + Nhược điểm: + Kết luận: - Cho phép tận dụng một cách tối ưu đường truyền dẫn - Cấu trúc ghép kênh tương đối đơn giản -Có nhiều chuẩn, gây khó khăn cho các nhà khai thác khi chọn lựa thiết bị và khả năng đấu -nối chúng với nhau - Rất phức tạp khi muốn add/drop một luồng tốc độ thấp vào/ra một luồng có tốc độ cao hơn. -PDH là phương pháp ghép kênh số đơn giản nhất, chúng được dùng trong hầu hết các -mạng truyền dẫn cho đến ngày nay -Để khắc phục các nhược điểm nêu trên, sử dụng công nghệ SDH (Synchronous Digital -Hierarchy) 3 Ghép kênh số PDH 4. TRUYỀN DẪN SONET SDH 8/10/2013 42 SONET (Synchronous Optical Network) mạng quang đồng bộ. SONET được công bố năm 1988. Các tiêu chuẩn xác định các chức năng của một hệ thống truyền tải dựa trên các nguyên tắc ghép kênh đồng bộ. Các nhánh tín hiệu riêng có thể được ghép trực tiếp vào mộ tín hiệu SONET tốc độ cao hơn mà không có giai đoạn trung gian của ghép kênh. 4 Truyền dẫn SONET, SDH 8/10/2013 43 SDH (Synchronous Digital Hierarchy) là một hệ thống ghép kênh số đồng bộ cấp cao. Tín hiệu ở tất cả các cấp đều được đồng bộ bởi cùng một đồng hồ trung tâm. Các tiêu chuẩn SDH được bắt đầu từ năm 1985 tại Mỹ. SDH khắc phục được các nhược điểm của hệ thống PDH (PlesioSynchronous Digital Hierarchy) SDH có khả năng kết hợp với PDH trong mạng lưới hiện hành cho phép hiện đại hóa mạng lưới theo từng giai đoạn phát triển. 4 Truyền dẫn SONET, SDH 44 8/10/2013 SDH và SONET chỉ một tập hợp các tốc độ truyền dẫn bằng cáp sợi quang có thể truyền tải tín hiệu số với dung lượng khác nhau. SDH được định nghĩa bởi Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI), được sử dụng ở rất nhiều nước trên thế giới. Nhật Bản và Bắc Mỹ cũng xây dựng các tiêu chuẩn về SDH riêng. SONET do Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ phát triển và được ứng dụng ở Bắc Mỹ. 4 Truyền dẫn SONET, SDH 8/10/2013 45 Hình: Các giao diện PDH được hỗ trở bởi tiêu chuẩn SDH SDH 1.5Mbit/s 34Mbit/s 2Mbit/s 32Mbit/s 2Mbit/s 12Mbit/s 45Mbit/s 140Mbit/s 4 Truyền dẫn SONET, SDH 8/10/2013 46 Ghép các luồng PDH của nhiều chuẩn khác nhau vào một luồng STM (synchronous Transport Module) Luồng STM được truyền trên sợi quang thông qua biến đổi điện quang 4 Truyền dẫn SONET, SDH E/O O/E T1 E1 T2 E3 T3 E4 SDH STM-1 STM-1 Optical Fibre Optical Fibre 8/10/2013 47 Hình: Sơ đồ ghép PDH vào SDH 4 Truyền dẫn SONET, SDH STM-16 AU-4-16c C-4-16c VC-4-16c E1: 2.048Mb/s E4: 139.264Mb/s STM-4 STM-1 AU-4-4c AU-4 AU-3 VC-4-4c VC-4 C-4-4c C-4 C-3 C-2 C-12 C-11 VC-3 VC-2 VC-12 VC-11 TUG-3 TUG-2 DS1:1.544Mb/s E3: 34.368Mb/s DS3: 44.736Mb/s DS2:6.312 Mb/s VC-3 TU-3 TU-11 TU-12 TU-2 x4 x3 x1 x7 x7 x3 x3 564.992Mb/s 2259.968Mb/s VC-n AU-n AUG STM-n Synchronous Transport Module Administrative Unit Group: One or more AU(s) Administrative Unit: VC + pointers Virtual Container: payload + path overhead STM-64 AU-4-64c VC-4-64c C-4-64c AUG x16 x4 x4 x64 x16 x4 9039.872Mb/s Containers of Base Signal (Low Order Payloads) High Order Payloads 8/10/2013 48 Hình: Sơ đồ ghép PDH vào SDH 4 Truyền dẫn SONET, SDH Ví dụ: mapping 2 Mbps E1: 2.048Mb/s STM-1 AU-4 VC-4 C-12 VC-12 TUG-3 TUG-2 TU-12 x3 x7 x3 VC-n AU-n AUG STM-n Synchronous Transport Module Administrative Unit Group: One or more AU(s) Administrative Unit: VC + pointers Virtual Container: payload + path overhead AUG 8/10/2013 49 Hình: Sơ đồ ghép E1 vào SDH để tạo luồng STM-1 STM-1 = 63 E1 4 Truyền dẫn SONET, SDH 8/10/2013 50 PDH (USA) PDH (Europe) SDH SONET Bit Rate (Mbps) Name Name Container Transport Container Transport 40000 STM-256 STS/OC-768 10000 STM-64 STS/OC-192 2500 STM-16 STS/OC-48 622 STM-4 STS/OC-12 155 STM-1 STS/OC-3 140 E4 VC4 51 STS/OC-1 45 DS-3/T3 STS-1 SPE 34 E3 VC3 8 E2 6 DS-2/T2 2 E1 VC12 1,5 DS-1/T1 VT1.5 0,064 DS-0/T0 E0/D64S 4 Truyền dẫn SONET, SDH 51 8/10/2013 Tín hiệu SONET Tốc độ bit (Mbit/s) Tín hiệu SDH Dung lượng SONET Dung lượng SDH STS-1, OC-1 51,840 STM-0 28DS1, hoặc 1 DS-3 21E1 STS-3, OC-3 155,520 STM-1 84DS-1, hoặc 3DS-3 63E1, hoặc 1E4 STS-12, OC-12 622,080 STM-4 336DS-1, hoặc 12DS-3 252E1, hoặc 4E4 STS-48, OC-48 2488,320 STM-16 1344DS-1, hoặc 48DS-3 1008E1, hoặc 16E4 STS-192, OC-192 9953,280 STM-64 5376DS-1, hoặc 192DS- 3 4032E1, hoặc 64E4 Bảng tốc độ tiêu chuẩn của SDH và SONET. 4 Truyền dẫn SONET, SDH 52 8/10/2013 Bảng tốc độ tiêu chuẩn của SDH và SONET tóm tắt SDH Bit Rate SONET STM-1 STM-64 OC-192 OC-3 9.95Gb/s 155Mb/s STM-4 OC-12 622Mb/s STM-16 OC-48 2.48Gb/s STM-0 OC-1 (STS-1) 51Mb/s 4 Truyền dẫn SONET, SDH 53 8/10/2013 Cấu trúc khung SDH Virtual Container Section Overhead Payload Payload OverHead Multiplexer Section OverHead Regenerator Section OverHead 4 Truyền dẫn SONET, SDH 54 8/10/2013 Cấu trúc khung SDH. 4 Truyền dẫn SONET, SDH 55 8/10/2013 Cấu trúc khung SDH. 4 Truyền dẫn SONET, SDH 1 B PTR 261 B 9 B 3 B 5 B PAYLOAD - Một AUG có 2358 bytes, bao gồm 2349 bytes dữ liệu (payload) và 9 bytes con trỏ (Pointer) SOH SOH - Bổ sung thêm 72 bytes mào đầu SOH (Section Overhead) thành một khung STM-1 có 2430 bytes 56 8/10/2013 Cấu trúc khung SDH. 4 Truyền dẫn SONET, SDH - Vai trò của con trỏ Pointer: . Chỉ ra vị trí của các luồng En và Tn được ghép vào một khung STM-1 . Dễ dàng cho chúng ta khi add/drop một luồng PDH bất kỳ vào/ra từ một luồng SDH - Vai trò của mào đầu SOH: . Đồng bộ giữa các khung SDH . Chứa các thông tin để giám sát, vận hành, bảo dưỡng hệ thống truyền dẫn SDH 57 8/10/2013 Cấu trúc khung SDH 270 x N Columns 261 x N Columns 9 x N Columns 9 R ow s = 8 bits/byte 4 Truyền dẫn SONET, SDH 58 8/10/2013 Cấu trúc khung SDH STM-1 Rate : 9 rows x 270 columns x 8 bits/byte x 8000 frames per second = 155.52 Mb/s STM-4 Rate : 9 rows x (270 x 4) columns x 8 bits/byte x 8000 frames per second = 622 Mb/s 4 Truyền dẫn SONET, SDH 8/10/2013 59 Cấu trúc mạng SDH Điểm nối điểm Hai thiết bị đầu cuối kết nối với nhau. STM-N TRM TRM 4 Truyền dẫn SONET, SDH 8/10/2013 60 Cấu trúc mạng SDH 4 Truyền dẫn SONET, SDH Điểm nối điểm 8/10/2013 61 Mạng đường trục Trong mạng này, thiết bị được sử dụng theo chế độ ghép kênh đầu cuối tại 2 trạm đầu cuối mạng. Giữa hai trạm đầu cuối, thiết bị được sử dụng theo chế độ ADM (Add/Drop Multiplexer xen/rớt) và REG (Regenerator) (lặp lại). TRM ADM TRM ADM REG 4 Truyền dẫn SONET, SDH 8/10/2013 62 Mạng hình sao (HUB) Trong mạng này, thiết bị được sử dụng theo chế độ ghép kênh đầu cuối (TRM : Ternimal Multiplexer) hay chế độ rớt/xen kênh (ADM) tại trạm luồng trung tâm. TRM ADM TRM TRM STM-N STM-N STM-N STM-N TRM 4 Truyền dẫn SONET, SDH ADM ADM ADM ADM ADM ADM STM-N STM-N STM-N STM-N STM-N STM-N STM-N STM-N STM-N STM-N STM-N STM-N  Mạng mắc lưới : Trong mạng này, thiết bị được sử dụng theo chế độ ADM có kết nối chéo 8/10/2013 63 4 Truyền dẫn SONET, SDH  Mạng vòng : Mạng bao gồm các trạm thiết bị được nối với nhau theo một vòng khép kín. Các thiết bị này được sử dụng theo chế độ ADM. Khả năng bảo vệ trong mạng này rất cao. ADM ADM ADM ADM STM-N STM-N STM-N STM-N 8/10/2013 64 4 Truyền dẫn SONET, SDH 8/10/2013 65 4 Truyền dẫn SONET, SDH 8/10/2013 66 Hình: mạng vòng kết hợp mạng quang/vô tuyến 4 Truyền dẫn SONET, SDH 8/10/2013 67 4 Truyền dẫn SONET, SDH 8/10/2013 68 4 Truyền dẫn SONET, SDH 69 8/10/2013 70 8/10/2013 TÓM TẮT 71 8/10/2013 Question & Answer 72 8/10/2013 THANK YOU