Bài giảng Chương 4: Ghép kênh môn Lý thuyết thông tin | Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông

lOMoAR cPSD| 58736390 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN lOMoAR cPSD| 58736390 Nội dung
▪ Chương 1 : Giới thiệu về lý thuyết truyền tin
▪ Chương 2 : Cơ sở lý thuyết truyền tin
▪ Chương 3 : Mã hóa
▪ Chương 4 : Ghép kênh
▪ Chương 5 : Điều chế tín hiệu
▪ Chương 6 : Nhiễu và bộ thu tối ưu www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 2 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN Ch ương 4 - G hép kênh .
▪ Tổng quan về ghép kênh ▪ Kỹ thuật ghép kênh
. Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số (FDM)
. Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM)
. Các kỹ thuật ghép kênh khác
▪ Ứng dụng kỹ thuật ghép kênh trong hệ thống truyền dẫn số
. Kỹ thuật ghép kênh TDM -PCM
. Kỹ thuật ghép kênh SDH lOMoAR cPSD| 58736390 www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 3 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 4 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN lOMoAR cPSD| 58736390
4.1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GHÉP KÊNH
❖ Khái niệm ghép kênh ( Multiplexing )
▪ Thuật ngữ “ ghép kênh ” : chỉ quá trình kết hợp hay tổ hợp nhiều tín hiệu lối
vào ( có tốc độ bit thấp ) tạo nên một tín hiệu lối ra ( có tốc độ bit cao hơn )
▪ Điều kiện đơn kênh : Tại một thời điểm , môi trường truyền dẫn chỉ cho phép
duy nhất một kênh truyền /tín hiệu truyền qua
▪ Trong trường hợp nhiều kênh truyền cùng chia sẻ một môi trường truyền
dẫn : khi đó tài nguyên của môi trường truyền sẽ phải chia nhỏ , môi kênh
truyền sẽ được chia một phần tài nguyên đó
▪ Tài nguyên của môi trường truyền dẫn : thời gian , tần số ( bước sóng ) , mã , không gian
❖ Mục tiêu của ghép kênh :
▪ Tăng hiệu suất sử dụng môi trường truyền dẫn → tăng dung lượng truyền dẫn của hệ thống www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 5 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN
4.1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GHÉP KÊNH
❖ Các kỹ thuật ghép kênh:
▪ FDM – Frequency Division Multiplexing
▪ TDM – Time Division Multiplexing
▪ CDM – Code Division Multiplexing
▪ WDM – Wavelength Division Multiplexing (FDM in optical domain) lOMoAR cPSD| 58736390 www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 6 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN
4.2 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH SỐ
4 . 2 . 1 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ ( FD ) M ❖ Khái niệm:
▪ Băng thông hệ thống được chia thành nhiều băng thông nhỏ hơn,
không chồng lấn lên nhau; mỗi băng tần nhỏ này được gán cho mỗi
“ người dùng ” hay một tín hiệu ❖ Đặc điểm:
▪ FDM thích hợp cho tín hiệu tương tự → chịu nhiễu lớn
▪ FDM cho phép mỗi kênh truyền chỉ sử dụng một dải tần nhất định
trong dải băng tần hệ thống.
▪ Tại một thời điểm các kênh được truyền đi đồng thời. www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 7 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN lOMoAR cPSD| 58736390 www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 8 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN
4.2 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH SỐ
4 . 2 . 2 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN ( TDM ) ❖ Khái niệm:
▪ Thời gian truyền dẫn được chia thành các khe thời gian đều nhau, mỗi
“ người dùng ” hay tín hiệu được gán một khe thời gian để truyền đi .
▪ TDM tín hiệu số và TDM tín hiệu tương tự ❖ Đặc điểm:
▪ Tối ưu cho tín hiệu số ▪ TDM cho phép mỗi kênh
truyền được sử dụng toàn
bộ băng thông hệ thống.
▪ Tại một thời điểm chỉ có
một kênh được truyền đi. ❖ Phân loại ▪ TDM đồng bộ ▪ TDM thống kê lOMoAR cPSD| 58736390 www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 9 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 10 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN lOMoAR cPSD| 58736390 www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 11 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN
4.2 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH SỐ
4 . 2 . 3 CÁC KỸ THUẬT GHÉP KÊNH KHÁC
A - GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO MÃ ( ) CDM ❖ Khái niệm:
▪ Mỗi “ người dùng ” hay tín hiệu được gán một từ mã trong không gian mã
trực giao cho trước, sau đó các kênh tín hiệu được ghép lại và truyền đi. ❖ Đặc điểm:
▪ Mỗi kênh tín hiệu được sử dụng toàn bộ băng thông của hệ thống và toàn
bộ khung thời gian truyền dẫn.
▪ Bộ ghép và giải ghép phức tạp lOMoAR cPSD| 58736390 www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 12 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN
4.2 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH SỐ
4 . 2 . 3 CÁC KỸ THUẬT GHÉP KÊNH KHÁC
B - GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO BƯỚC SÓNG ( WDM ) ❖ Khái niệm: ▪ FDM trong miền quang
▪ Ghép các bước sóng khác nhau truyền đi trên một sợi quang
▪ Tần số sóng mang rất lớn so với tần số trong FDM thông thường. ❖ Đặc điểm:
▪ Mỗi kênh tín hiệu chỉ sử dụng một dải băng tần quang nhất định trong băng
tần quang của hệ thống.
▪ Tăng dung lượng truyền dẫn trên một sợi quang. ❖ Phân loại: ▪ CWDM ▪ DWDM www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 13 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN lOMoAR cPSD| 58736390
4.2 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH SỐ
4 . 2 . 3 CÁC KỸ THUẬT GHÉP KÊNH KHÁC
B - GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO BƯỚC SÓNG ( WDM )
❖ Bước sóng hoạt động
❖ Sơ đồ khối hệ thống WDM www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 14 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN Kỹ thuật Nhược Ưu điểm ghép điểm kênh -Đơn giản -Chỉ -Giá thành thấp phù
-Ứng dụng: radio, (cable)TV hợp với TH
-Các bộ thu của từng kênh không nhất thiết phải ở cùng vị trí (cellular phones) tương FDM tự -Chịu giới hạn về băng thông lOMoAR cPSD| 58736390 - Lãng TDM - Ứng dụng cho TH số phí đồng - Đơn giản băng bộ - Ứng dụng: E1/T1, ISDN thông
-Sử dụng hiệu quả băng thông - Phức TDM
-Độ dài gói dữ liệu có thể thay đổi tạp hơn
thống -Khung dữ liệu có các bit phụ: điều khiển, sửa lỗi,… so với kê TDM đồng bộ -Đắt đỏ
DWDM -Đạt dung lượng ghép kênh rất lớn -Phức
-Các kênh TH có thể có tốc độ khác nhau tạp
CDMA -Đạt dung lượng lớn - Phức tạp www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 15 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN lOMoAR cPSD| 58736390
4.3 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT GHÉP KÊNH TRONG TD SỐ
4 . 3 . 2 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH PDH
❖ PDH – Plesiochronous Digital Hierarchy ❖ Khái niệm :
▪ Ghép kênh PDH thực hiện ghép các luồng số cơ sở để tạo thành
các luồng số mức cao hơn theo kỹ thuật ghép TDM
▪ Mạng thông tin PDH không sử dụng đồng bộ tập trung, tất cả các
phần tử trong mạng không bị khống chế bởi một đồng hồ chủ
▪ Các luồng số do các phần tử trong mạng tạo ra có sự chênh lệch về
tốc độ bit so với tốc độ danh định www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 16 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN
4.3 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT GHÉP KÊNH TRONG TD SỐ
4 . 3 . 2 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH PDH
❖ Sơ đồ nguyên lý bộ ghép PDH lOMoAR cPSD| 58736390 www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 17 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 18 lOMoAR cPSD| 58736390 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN lOMoAR cPSD| 58736390 www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 20 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN lOMoAR cPSD| 58736390 www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 21 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN
4.3 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT GHÉP KÊNH TRONG TD SỐ
4 . 3 . 3 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH SDH
❖ SDH – Synchronous Digital Hierarchy ❖ Khái niệm :
▪ Mạng viễn thông dựa trên công nghệ SDH được gọi là mạng SDH đồng bộ
▪ Mỗi phần tử trong mạng đều sử dụng chung một tín hiệu đồng hồ được
cung cấp bởi một nguồn đồng hồ chuẩn quốc gia
▪ Tín hiệu đồng hồ này được truyền trên một mạng riêng độc lập với mạng
truyền các kênh tín hiệu www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 22 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN lOMoAR cPSD| 58736390
4.3 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT GHÉP KÊNH TRONG TD SỐ
4.3.3 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH SDH
❖ Một số đặc điểm của công nghệ ghép kênh SDH
▪ Thực hiện chức năng ghép các kênh có tốc độ thấp thành luồng số tốc độ cao
▪ Cho phép truyền tải tín hiệu PDH và tế bào ATM trên một giao diện đồng bộ, thống nhất
▪ Cho phép mang nhiều thông tin quản lí, bảo dưỡng
▪ Dễ dàng tách/ ghép các tín hiệu luồng nhánh tốc độ thấp từ các luồng
tổng tốc độ cao và ngược lại
▪ Cung cấp nhiều cấu hình mạng phù hợp với các yêu cầu ứng dụng cụ thể khác nhau
▪ Cho phép nhiều nhà cung cấp thiết bị và kết nối liên mạng dựa trên
những khuyến nghị do ITU-T ban hành www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 23 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN
4.3 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT GHÉP KÊNH TRONG TD SỐ
4 . 3 . 3 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH SDH STM - 0 ❖ Tốc độ bit của SDH 51 ,840 Mbps OC - 1
▪ Tốc độ bit phân cấp SDH có
6 mức; được ký hiệu là STM STM - 1 – Synchronous Transmit 155,520 Mbps OC - 3 Module ▪ Mức 0 ít được sử dụng STM - 4 622,08 Mbps
▪ Các luồng nhánh PDH được OC - 12 ghép vào STM gồm: STM - 16 • CEPT: 2 Mb/s, 8 Mb/s, 2488,32 Mbps OC - 48 34 Mb/s và 140 Mb/s STM - 64 • Bắc Mĩ: , 1 5 Mb/s, 6 Mb/s 9953,2 8 Mb ps và 45 Mb/s OC - 192
STM - 256 39813,120 Mbps OC - 768 www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 24 lOMoAR cPSD| 58736390 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 25 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN lOMoAR cPSD| 58736390
4.3 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT GHÉP KÊNH TRONG TD SỐ
4 . 3 . 3 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH SDH
❖ Nguyên lý ghép kênh SDH là ghép xen byte www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 26 BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN
4.3 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT GHÉP KÊNH TRONG TD SỐ
4 . 3 . 3 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH SDH ❖ Cấu trúc khung STM -N
▪ Thời hạn khung là 125 µs 270 cột x N 9 cộtxN 261 cột x N RSOH Tải trọng N x AU - 4 PTR 9 hàng Hàng 4 MSOH lOMoAR cPSD| 58736390 www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 27 BÀI GIẢNG MÔN
LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN
Chương 4- Ghép kênh
Câu hỏi & bài tập chương 4:
1. Vẽ và mô tả cấu trúc khung tín hiệu STM-1. Tính tốc độ truyền tín hiệu của khung?
2. Vẽ sơ đồ khối và trình bày nguyên lý hoạt động của bộ ghép kênh TDM?
Dùng TDM đồng bộ để ghép 4 kênh tín hiệu. Tốc độ mỗi kênh 800 bps.
Giả sử cấu trúc khung ghép gồm 1 bit đồng bộ và 4 khe thời gian (mỗi
khe chứa 1Byte). Hãy cho biết tốc độ khung, tốc độ bit trên đường truyền?
3. Trình bày nguyên lý hoạt động của bộ ghép kênh TDM? So sánh giữa
ghép kênh TDM đồng bộ và TDM thống kê ? Cho bộ ghép kênh TDM như sau:
Hãy tính: khoảng thời gian của bit đầu vào, khoảng thời gian của bit đầu
www.ptit.edu.vnra, tốc độ bit đầu ra,BỘ MÔN: TH & HT tốc độ khung đầu- KHOA VT1ra.
Biết rằng 1 bit đồng Trang bộ được28 thêm vào khung ghép ở đầu ra? BÀI GIẢNG MÔN
LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN
Chương 4- Ghép kênh
Câu hỏi & bài tập chương 4:
4. Trình bày nguyên lý hoạt động của bộ ghép kênh FDM? Hãy đưa ra cấu
hình thiết kế sử dụng FDM thích hợp cho trường hợp 4 kênh dữ liệu đầu
vào bộ ghép, mỗi kênh có tốc độ 1 Mb/s, được truyền qua kênh vệ tinh có băng thông 1 MHz.
5. Vẽ sơ đồ khối và mô tả nguyên tắc hoạt động của bộ ghép kênh PCM-
30. Hãy xác định tốc độ đầu ra của bộ ghép này.
6. Trình bày nguyên tắc hoạt động FDM? Giả sử rằng một kênh thoại chiếm
một băng thông 4 kHz. Sử dụng kỹ thuật FDM ghép ba kênh thoại vào
một liên kết với băng thông 12 kHz, từ băng tần 20-32 kHz. Vẽ cấu hình
bộ MUX/DMUX của FDM. Giả sử không có khoảng băng bảo vệ.
7. Vẽ sơ đồ khối, nêu chức năng các khối trong bộ ghép SDH tiêu chuẩn khi
ghép các luồng số PDH theo tiêu chuẩn Châu Âu. Dựa trên sơ đồ bộ ghép
hãy tính tổng số luồng E1, E3 và E4 khi ghép trong một luồng
www.ptit.edu.vnSTM-4. BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 29