Bài giảng Kỹ thuật chuyển mạch - Chương 1: Chuyển mạch kênh (Circuit switching) - Bài 1: Chuyển mạch kênh

CHƯƠNG 1: CHUYỂN MẠCH KÊNH (CIRCUIT SWITCHING) NỘI DUNG • Bài 1: Chuyển mạch kênh • Bài 2: Chuyển mạch không gian tương tự • Bài 3: Điều chế biên độ xung PAM • Bài 4: Công nghệ PCM và chuyển mạch số BÀI 1: CHUYỂN MẠCH KÊNH • NỘI DUNG: 1. Khái niệm chuyển mạch 2. Chuyển mạch kênh 3. Phân loại chuyển mạch kênh CHUYỂN MẠCH Khái niệm: • Chuyển mạch là sự thiết lập kết nối theo yêu cầu để truyền thông tin từ ngõ vào yêu cầu đến ngõ ra được yêu cầu trong một tập các ngõ vào và ngõ ra Hình: Chuyển mạch CÁC LOẠI THÔNG TIN • Thông tin được trao đổi qua mạng viễn thông rất đa dạng Voice Image Video Text Data Yêu cầu thiết bị truyền dẫn và chuyển mạch khác nhau Thông tin nhạy cảm với trễ → Dùng chuyển mạch kênh để phục vụ CHUYỂN MẠCH KÊNH • Nguyên lý hoạt động  Một kênh thông tin (một tuyến kết nối) được thiết lập xuyên qua mạng từ mạch điện của thiết bị đầu cuối này tới mạch điện của thiết bị đầu cuối kia Kênh thông tin này được dành riêng cho cuộc gọi đó từ khi bắt đầu cho đến khi kết thúc cuộc gọi Các cuộc gọi đồng thời phải được thực hiện trên các kênh độc lập nhau PHÂN LOẠI CHUYỂN MẠCH KÊNH Chuyển mạch kênh Chuyển mạch không gian tương tự Chuyển mạch PAM Chuyển mạch số PCM Nhân công SSWTự động 4 dây2 dây TSW Tổ hợp BÀI 2: CHUYỂN MẠCH KHÔNG GIAN TƯƠNG TỰ • Nội dung: 1. Khái quát về chuyển mạch không gian tương tự 2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động bộ chuyển mạch không gian 3. Các trường chuyển mạch KHÁI QUÁT • Chuyển mạch không gian tương tự tạo ra tuyến kết nối truyền thông tin để kết nối mạch điện thuê bao này với mạch điện thuê bao kia • Các cuộc liên lạc đồng thời phải được tiến hành qua các tuyến nối riêng biệt (không có đoạn mạch điện dùng chung) MÔ HÌNH CHỨC NĂNG CHUYỂN MẠCH KHÔNG GIAN C á c đ ầ u và o (I) C á c đ ầ u ra (O ) C(α,β) 1 2 N 1 2 M . . . . . . Các tín hiệu điều khiển MÔ HÌNH CHỨC NĂNG CHUYỂN MẠCH KHÔNG GIAN Đặc điểm chung của bộ chuyển mạch không gian cơ bản • Số đầu vào Input và số đầu ra Output có thể giống hoặc khác nhau (N=M hoặc N#M) • Nếu có nhiều cuộc gọi đi qua bộ chuyển mạch thì phải đảm bảo một đầu vào chỉ nối với không quá một đầu ra (các C(α,β) và C(x,y) tồn tại đồng thời khi và chỉ khi x#α và y#β) CẤU TẠO BỘ CHUYỂN MẠCH KHÔNG GIAN CƠ BẢN I1 I2 I3 IN . . . OMO2 O3 O4O1 C á c đ ầ u và o (I) Các đầu ra (O) 12 11 13 1N 21 22 23 2N 31 32 33 3N 42 41 43 4N M2 M1 M3 MN M a trậ n ch u yể n m ạ ch P h ầ n tử ch u yể n m ạ ch PHẦN ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN MẠCHSLĐK . . . I4 14 24 34 44 M4 CẤU TẠO BỘ CHUYỂN MẠCH KHÔNG GIAN CƠ BẢN Có cấu trúc ma trận gồm: • Ma trận chuyển mạch • Phần tử chuyển mạch (PTCM) • Phần điều khiển chuyển mạch CẤU TẠO BỘ CHUYỂN MẠCH KHÔNG GIAN CƠ BẢN Ma trận chuyển mạch gồm: • Các đầu vào 1, 2N • Các đầu ra 1,2M Phần tử chuyển mạch (PTCM): giao điểm giữa 1 đầu ra và mỗi đầu vào Phần điều khiển chuyển mạch: thường là bộ nhớ và giải mã số liệu điều khiển CẤU TẠO BỘ CHUYỂN MẠCH KHÔNG GIAN CƠ BẢN Yêu cầu đối với các PTCM • Không làm suy hao tín hiệu (attenuation) • Không gây xuyên âm (cross-talk) • Không tạo ra tạp âm nền (back ground noise hoặc ambient noise) • Trạng thái mở (nối thông): trở kháng phải cực nhỏ→0 (lý tưởng =0) • Trạng thái đóng (hở mạch): trở kháng phải rất lớn (∞) →tín hiệu ở kênh thông tin này không bị xuyên sang cuộc gọi khác CẤU TẠO BỘ CHUYỂN MẠCH KHÔNG GIAN CƠ BẢN Yêu cầu đối với các PTCM • Điều kiện cần của PTCM là hệ số chuyển mạch H >=108 • Các PTCM có thể là rơ le (relay) điện từ, rơ le ống kín (Heccon), các phần tử bán dẫn như diode, transistor CÁC KÝ HIỆU CỦA BỘ CHUYỂN MẠCH KHÔNG GIAN TƯƠNG TỰ CÁC KHÁI NIỆM Bộ chuyển mạch toàn thông (tiếp thông hoàn toàn) • Mỗi đầu vào đều có khả năng nối tới đầu ra bất kỳ Hình: Bộ chuyển mạch toàn thông CÁC KHÁI NIỆM Bộ chuyển mạch không toàn thông (tiếp thông không hoàn toàn) • Khác bộ chuyển mạch toàn thông ở chỗ một số giao điểm của ma trận chuyển mạch không có phần tử chuyển mạch Hình: Bộ chuyển mạch không toàn thông CÁC KHÁI NIỆM Bộ chuyển mạch gập • Nếu phép nối C(i,j)≡C(j,i) và C(α,α)≡1 thì các phần tử có thể tập trung ở một phía của đường chéo chính trên ma trận chuyển mạch • Số PTCM = n(n-1)/2 Hình: Bộ chuyển mạch toàn gập KÍCH THƯỚC BỘ CHUYỂN MẠCH Chuyển mạch vuông • Khi số đầu vào và đầu ra của bộ chuyển mạch bằng nhau và toàn thông Chuyển mạch chữ nhật • Chuyển mạch toàn thông nhưng số đầu vào và đầu ra khác nhau ỨNG DỤNG CỦA CHUYỂN MẠCH KHÔNG GIAN TƯƠNG TỰ Xây dựng trường chuyển mạch của các tổng đài phân kênh theo không gian Nối mạch điện giữa các thuê bao (chuyển mạch nội bộ) Nối mạch giữa trung kế với thuê bao (chuyển mạch trung kế) Nối mạch giữa thuê bao hoặc trung kế tới các thiết bị báo hiệu TRƯỜNG CHUYỂN MẠCH MỘT KHÂU G H É P T Ă N G Đ Ầ U R A GHÉP TĂNG ĐẦU RA Nguyên tắc • Các bộ chuyển mạch (hoặc trường chuyển mạch) cần ghép phải có số đầu vào bằng nhau • Ghép song song đồng tên các đầu vào của bộ chuyển mạch này với các đầu vào của bộ chuyển mạch khác → để tăng số đầu ra TRƯỜNG CHUYỂN MẠCH MỘT KHÂU G H É P T Ă N G Đ Ầ U V À O GHÉP TĂNG ĐẦU VÀO Nguyên tắc • Các bộ chuyển mạch (hoặc trường chuyển mạch) cần ghép phải có số đầu ra bằng nhau • Ghép song song đồng tên các đầu ra của bộ chuyển mạch này với các đầu ra của bộ chuyển mạch khác → để tăng số đầu vào ĐẶC ĐIỂM TRƯỜNG CHUYỂN MẠCH MỘT KHÂU Mỗi yêu cầu chuyển mạch giữa một đầu vào với một đầu ra của trường chuyển mạch chỉ qua một phần tử chuyển mạch Luôn tồn tại tương quan 1:1:1 giữa đầu vào - phần tử chuyển mạch - đầu ra nếu các bộ chuyển mạch trong sơ đồ 1 khâu là toàn thông NHƯỢC ĐIỂM TRƯỜNG CHUYỂN MẠCH MỘT KHÂU Số PTCM tăng nhanh khi tăng số đầu vào hoặc đầu ra của trường chuyển mạch (Số PTCM = số đầu vào × số đầu ra) Khi nối song song nhiều bộ chuyển mạch để tăng số đầu vào và đầu ra của trường chuyển mạch sẽ gây ra hiện tượng dò kênh TRƯỜNG CHUYỂN MẠCH HAI KHÂU Có nhiều nguyên tắc đấu nối sơ đồ 2 khâu Xét nguyên tắc đấu nối đơn giản nhất, đó là nguyên tắc 1:1, đồng tên NGUYÊN TẮC 1:1, ĐỒNG TÊN 1:1: Giữa một bộ chuyển mạch khâu trước với mỗi bộ chuyển mạch khâu sau chỉ có duy nhất một dây trung gian Đồng tên: các đầu ra của bộ chuyển mạch thứ i khâu trước sẽ được nối lần lượt vào mỗi đầu vào thứ i của từng bộ chuyển mạch khâu sau S Ơ Đ Ồ T Ổ N G Q U Á T T R Ư Ờ N G C H U Y Ể N M Ạ C H H A I K H Â U A1 1 2 3 4 m 1 2 3 4 β A2 1 2 3 4 m 1 2 3 4 β A3 1 2 3 4 m 1 2 3 4 β Aα 1 2 3 4 m 1 2 3 4 β B1 1 2 3 4 α 1 2 3 4 n B2 1 2 3 4 α 1 2 3 4 n B3 1 2 3 4 α 1 2 3 4 n Bβ 1 2 3 4 α 1 2 3 4 n ab11 ab12 ab13 ab1β ab21 ab22 ab23 ab2β ab31 ab32 ab33 ab3β abα1 abα2 abα3 abαβ NHẬN XÉT Tổng số đầu ra của các bộ chuyển mạch khâu A phải bằng tổng số đầu vào của các bộ chuyển mạch khâu B Nếu có α bộ chuyển mạch ở khâu A, mỗi bộ có β đầu ra thì để nối theo nguyên tắc 1:1, đồng tên thì phải đảm bảo có β bộ chuyển mạch khâu B, mỗi bộ có α đầu vào. KẾT LUẬN Mỗi yêu cầu nối giữa 1 đầu vào và 1 đầu ra của trường chuyển mạch phải đi qua: 1 PTCM của bộ chuyển mạch khâu A → 1 dây trung gian giữa khâu A và khâu B → 1 PTCM của bộ chuyển mạch khâu B Đường đi này là duy nhất Do mỗi bộ chuyển mạch khâu A với từng bộ chuyển mạch khâu B chỉ có duy nhất 1 dây trung gian nên tại mỗi thời điểm chỉ có thể phục vụ không quá một phép nối từ 1 trong các đầu vào của bộ chuyển mạch khâu A đó với 1 trong các đầu ra của cùng bộ chuyển mạch khâu B → Hiện tượng gọi hụt (tổn thất nội của trường chuyển mạch) S Ơ Đ Ồ T Ổ N G Q U Á T T R Ư Ờ N G C H U Y Ể N M Ạ C H B A K H Â U A1 1 2 3 4 m 1 2 3 4 β A2 1 2 3 4 m 1 2 3 4 β A3 1 2 3 4 m 1 2 3 4 β Aα 1 2 3 4 m 1 2 3 4 β B1 1 2 3 4 α 1 2 3 4 γ B2 1 2 3 4 α 1 2 3 4 γ B3 1 2 3 4 α 1 2 3 4 γ Bβ 1 2 3 4 α 1 2 3 4 γ ab11 ab12 ab13 ab1β ab21 ab22 ab23 ab2β ab31 ab32 ab33 ab3β abα1 abα2 abα3 abαβ C1 1 2 3 4 β 1 2 3 4 n C2 1 2 3 4 β 1 2 3 4 n C3 1 2 3 4 β 1 2 3 4 n Cγ 1 2 3 4 β 1 2 3 4 n bc11 bc12 bc13 bc1γ bc21 bc22 bc31 bc32 bc3γ bcβ2 bcβ3 bcβγ bc23 bc2γ bc33 bcβ1 NHẬN XÉT  Xây dựng theo nguyên tắc 1:1, đồng tên  Mỗi yêu cầu nối giữa 1 đầu vào của trường chuyển mạch và 1 đầu ra của nó phải đi qua 3 khâu A, B, C và khi qua mỗi khâu phải đi qua 1 bộ chuyển mạch nào đó.  Đường đi: 3 bộ chuyển mạch ở 3 khâu và 2 dây trung gian ở giữa  Chỉ có bộ chuyển mạch ở khâu A và khâu C có chứa đầu vào và đầu ra của yêu cầu chuyển mạch (tuyến nối theo yêu cầu buộc phải đi qua)  Bất cứ bộ chuyển mạch nào của khâu B cũng có thể được dùng để phục vụ yêu cầu nối miễn sao các dây trung gian ab và bc từ bộ chuyển mạch đó tới bộ chuyển mạch đầu vào khâu A và đầu ra khâu C theo yêu cầu chưa bị dùng KẾT LUẬN Cho phép tạo tuyến nối linh động khi cần thực hiện một yêu cầu chuyển mạch Cho phép thực hiện nhiều yêu cầu nối đồng thời giữa 1 nhóm đầu vào khâu A với các đầu ra cùng nhóm khâu C Giảm đáng kể khả năng gọi hụt so với sơ đồ 2 khâu QUY TẮC CHUNG XÂY DỰNG TRƯỜNG CHUYỂN MẠCH NHIỀU KHÂU Số đầu ra của mỗi bộ chuyển mạch khâu trước phải bằng số bộ chuyển mạch khâu sau Số đầu vào của các bộ chuyển mạch khâu sau bằng số bộ chuyển mạch khâu trước Từ nguyên tắc đấu nối 1:1, đồng tên này có thể biến tấu thành nhiều nguyên tắc đấu nối có quy luật hoặc bất quy luật KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÁC CẤU TRÚC CHUYỂN MẠCH KHÔNG GIAN TƯƠNG TỰ Sơ đồ 1 khâu: dùng ở cấp chọn mà số đầu vào và đầu ra chênh lệch nhiều Sơ đồ 2 khâu: dùng ở cấp chọn mang tính tự do(chỉ có 1 địa chỉ bắt buộc) Sơ đồ 3 khâu: dùng ở cấp chọn mà cả hai địa chỉ đều là bắt buộc ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC CẤU TRÚC CHUYỂN MẠCH KHÔNG GIAN TƯƠNG TỰ Sơ đồ 1 khâu có số PTCM lớn nhất nhưng đơn giản nhất và không có tổn thất nội Sơ đồ 2 khâu cần dùng ít PTCM nhất nhưng tổn thất nội cao nhất Sơ đồ 3 khâu dùng nhiều PTCM hơn sơ đồ 2 khâu nhưng ít hơn sơ đồ 1 khâu, tổn thất nội giảm hơn so với sơ đồ 2 khâu SƠ ĐỒ KHỐI CÁC TRƯỜNG CHUYỂN MẠCH TRONG TỔNG ĐÀI PHÂN KÊNH THEO KHÔNG GIAN