Giáo trình Lý thuyết thông tin
1. Hệ thống viễn thông điện tử
2. Công nghệ chuyển mạch
2.1. Khái quát chung
2.1.1. Nhu cầu đối với hệ thống chuyển mạch
2.1.2. Phát triển công nghệ chuyển mạch
2.1.3. Các chức nǎng của hệ thống tổng đài
2.2 Chuyển mạch cuộc gọi
2.3. Phương pháp điều khiển
2.4.1. Khái quát chung
2.4.2. Thiết bị giao tiếp tương tự
2.4.3. Thiết bị giao tiếp số
2.5. Mạng lưới truyền thông công cộng
3. Kỹ thuật truyền dẫn
3.1. Phần mở đầu
3.1.1. Nguyên lý
3.1.2. Lịch sử phát triển của truyền dẫn
3.2. Truyền dẫn số và tương tự
3.2.2. Thiết kế mạch
3.2.4. Chế độ truyền dẫn tương tự
3.2.5. Đặc điểm của truyền dẫn số
3.3.1. Cấu hình cơ bản của kiểu truyền tin PCM
3.3.2. Lấy mẫu
3.3.3. Lượng tử hoá
3.3.4. Chế độ truyền dẫn tương tự
3.3.5. Đặc điểm của truyền dẫn số
3.3.6. Hệ phân cấp số
3.4.1. Bộ lặp tái tạo
3.4.2. Mã truyền dẫn
3.5. Ghép kênh phân chia thời gian và công nghệ truyền dẫn đồng bộ
3.6. Truyền dẫn số đồng bộ và đồng bộ hoá mạng lưới
3.7.1. Hệ thống chuyển mạch tương tự và truyền dẫn số
3.7.2. Giới thiệu hệ thống chuyển mạch số và truyền dẫn số
3.7.3. Chuyển mạch gói, chuyển mạch tuyến và truyền dẫn số
3.8. Công nghệ truyền dẫn thuê bao
3.8.1. Phần giới thiệu
3.8.2. Đường truyền dẫn
4. ứng dụng điện thoại
4.1.2. Giới thiệu chung
4.1.3. Thuật ngữ
4.1.4. Động lực
1. Hệ thống viễn thông điện tử
1.1 Hệ thống viễn thông điện tử ngày nay
Công nghệ viễn thông điện tử đã tiếp tục tiến bộ nhanh chóng kể từ khi có phát minh hệ thống điện tín
và điện thoại đến mức nó đã cách mạng hoá các phương tiện thông tin truyền thông khoảng một thế
kỷ trước đây. Ngày nay, hệ thống viễn thông điện tử được xem như các phương tiện kinh tế nhất có
được để trao đổi tin tức và các số liệu. Ngoài ra song song với tǎng trưởng về xã hội kinh tế, việc hình
thành các phương tiện cần thiết cho viễn thông điện tử đã trở nên phức tạp hơn và có khuynh hướng
kỹ thuật cao nhằm đáp ứng nhu cầu đang tǎng về các dịch vụ có chất lượng cao và dịch vụ viễn thông
tiên tiến hơn; mặc dù vậy các thiết bị có thể được hình thành theo các cách khác nhau và có các mức
độ phức tạp khác nhau theo các yêu cầu của người sử dụng.
Về cơ bản chúng được mô phỏng như sau (diễn giải) :
Hình 1.1. Cấu tạo của mạng lưới viễn thông.
Nguồn thông tin: Con người hay máy để phát ra thông tin cần truyền đi. Thông tin phát ra được
phân loại thành tiếng nói, mã, và hình ảnh (ký tự, ký hiệu và hình ảnh).
Thiết bị truyền: Bộ phận hay thiết bị để chuyển thông tin phát ra thành các tín hiệu để được truyền
đi qua đường truyền dẫn.
Đường truyền dẫn: Một phương tiện để truyền các tín hiệu từ thiết bị truyền đến thiết bị nhận. Các
loại cáp đồng trục, cáp quang, không gian, và các hướng sóng được dùng rộng rãi cho mục
đích này. Các tín hiệu được gửi đi qua đường truyền bị nhiễu bởi các yếu tố như tiếng ồn.
Thiết bị nhận: Là một bộ phận hay thiết bị dùng để biến đổi các tín hiệu đã nhận được thành các
tín hiệu ban đầu.
Người sử dụng: Là con người hay máy nhận thông tin đã được phục hồi từ thiết bị nhận. Hệ thống
viễn thông điện tử được sử dụng phổ biến nhất là hệ thống thông tin điện thoại trong đó con
người là nguồn thông tin cũng lại là người sử dụng, còn máy điện thoại dùng làm thiết bị
truyền thiết bị nhận. Hiện nay loại máy (bǎng) dịch vụ thông báo thông tin trong đó máy hoạt
động như nguồn thông tin và con người như là người sử dụng có như cầu cao. Ngoài ra, việc
giao tiếp giữa máy với máy như việc trao đổi số liệu hiện cũng đang hoạt động. Như trình bày
ở hình 1.2, các quá trình trao đổi được tiến hành thông qua giao diện giữa người với máy, và
giữa máy với máy, như trong trường hợp các phương pháp thông thường, sẽ trở nên ngày
càng thông dụng hơn.
Hình 1.2. Truyền, nhận thông tin
Xu thế phát triển các mạng lưới viễn thông hiện nay được mô tả ngẵn gọn ở phần sau. Trước hết, là
giải thích về việc đa dạng hoá các dịch vụ viễn thông và các phương tiện.
Cùng với các dịch vụ viễn thông điện tử thông dụng dựa trên cơ sở các hệ thống điện thoại và điện tín
hoạt động một cách độc lập thông qua việc sử dụng mạng lưới thuê bao điện thoại, mạng lưới chuyển
mạch rơ-le điện tín, và mạng lưới thuê bao điện tín, một số các phương tiện có độ phức tạp cao và rất
mạnh càng tǎng lên như các các phương tiện truyền số liệu và hình ảnh để truyền thông tin các loại và
cho phép thực hiện các dịch vụ phi điện thoại đang được lắp đặt và vận hành, đang cách mạng hoá
cuộc sống của chúng ta.
Dịch vụ phi điện thoại được đưa ra hiện nay yêu cầu các thiết bị và phương tiện viễn thông tiên tiến và
chuyên môn hoá cao độ.Thực tế này càng trở nên rõ ràng hơn khi chúng ta kiểm tra các loại tần số
hiện đang dùng; không giống như các phương tiện phổ thông chỉ yêu cầu các dường tín hiệu 4 KHz
cho các loại dịch vụ, các dải tần 1-4 MHz, 12-240 KHz, và 12-240 KHz đang được sử dụng, một cách
tương ứng cho Video, các số liệu tốc độ vừa và cao, truyền fax để đáp ứng các đặc tính dịch vụ của
chúng; đồng thời khi cung cấp một dịch vụ, các tần số khác nhau có thể được sử dụng để có kết quả
tối ưu. Theo đó, việc thiết lập nhiều mạng lưới viễn thông khác nhau, sử dụng các dải tần khác nhau
và các dịch vụ khác nhau là điều không thực tế và không kinh tế. Do vậy một nhu cầu cấp bách là phát
triển công nghệ các mạng lưới viễn thông với dung lượng có thể giao tiếp với nhau, có khả nǎng xử lý
các loại dịch vụ khác nhau để có thể đưa ra sử dụng trong tương lai gần. Với mục đích này, các nhà
nghiên cứu và kỹ sư tham gia vào lĩnh vực này đang cố gắng kết hợp các mạng lưới viễn thông hiện
nay một cách có hệ thống và có hiệu quả.
Thứ nhì, xu hướng gần đây có đặc điểm là tǎng nhu cầu đối với mạng lưới số. Từ khi phát hiện ra các
nguyên lý về điện thoại từ việc chuyển nǎng lượng âm thanh thành nǎng lượng điện để truyền đi tiếng
nói cho đến khi phát sinh ra phương pháp truyền bằng ghép kênh điện thoại, các dịch vụ điện thoại
đưa ra sử dụng các hệ thống chuyển mạch phân chia không gian thông qua các đường truyền tương
tự. Điều này cũng dựa vào công nghệ tương tự. Vào đầu những nǎm 1960, phương pháp PCM-24 đã
được thương mại hoá một cách thành công vì vậy chứng minh rằng phương pháp truyền dẫn số là
kinh tế hơn nhiều so với phương pháp truyền dẫn tương tự. kể từ đó, các hệ thống tổng đài số sử
dụng hệ thống truyền dẫn số đã được lắp đặt và vận hành một cách rộng rãi.
Những ưu điểm của các mạng lưới viễn thông số là: Khi sử dụng hệ thống tổng đài tương tự và
đường truyền dẫn số, bộ mã hoá và bộ giải mã được sử dụng cho các dịch vụ thoại để biến đổi các tín
hiệu ngược lại thành tiếng nói tại thời điểm chuyển mạch; Khi sử dụng hệ thống số và đường truyền
dẫn số, chỉ cần có một thiết bị đầu cuối với khả nǎng thực hiện chức nǎng đơn giản vì các tín hiệu số
đã dược đấu nối ở mức ghép kênh. Một ưu điểm khác của việc sử dụng hệ tổng đài số là nó làm tǎng
chất lượng truyền dẫn. Trong mạng lưới điện thoại số, các tín hiện đã được mã hoá tại tổng đài chủ
gọi được giải mã, sau đó được mã hoá tại tổng đài trung chuyển và cuối cùng được gửi đến tổng đài
bị gọi.
Theo đó, bằng cách sử dụng phương pháp này, có thể tránh được việc tǎng lượng tiếng ồn phát ra khi
chuyển các tín hiệu tương tự thành các tín hiệu số. Ngoài ra, do đường truyền dẫn số trải qua ít thay
đổi về mức hơn là đường truyền dẫn tương tự, hiện tượng mất đường truyền sẽ có thể đặt nhỏ hơn.
Để thực hiện mục đích này, nếu sử dụng một đường truyền số giữa hai tổng đài, thì sự mất đường
truyền có thể được giảm bớt từ 10 dB xuống còn 6dB. Đồng thời, trong mạng điện thoại số, đối với
một đường điện thoại, 64 kbps được dùng như tốc độ bít cơ sở; các số liệu, fax, và thông tin video có
tốc độ nhỏ hơn mức bít này có thể được gửi đi một cách tương đối dễ dàng hơn thông qua mạng điện
thoại số. Như đã trình bày, các thiết bị có thể được chia sẻ theo các yêu cầu dịch vụ và vì thế có thể
được sử dụng một cách linh hoạt để ứng dụng cho các loại dịch vụ hiện đang tồn tại cũng như các
dịch vụ mới.
Hình 1.3. Tiến trình trong số hoá
Các nhà nghiên cứu và kỹ sư ở các nước tiên tiến đang cố gắng phát triển loại mạng truyền thông số
này. Tiến bộ thực hiện được trong công nghệ số được giải thích sử dụng mô hình ở Hình 1.3. Một
đường truyền số dược sử dụng giữa hai tổng đài trong mạng lưới số tích hợp được mô phỏng trong
sơ đồ. Đồng thời mạng ISDN (mạng đa dịch vụ số) cũng được phát triển trong đó các dịch vụ tích hợp
được cung cấp với các thiết bị đầu cuối được số hoá. Ngoài ra, do các loại dịch vụ viễn thông được
đưa ra ngày càng trở nên phong phú, một phạm vi rộng lớn các loại thiết bị đầu cuối, một trong 3 phần
quan trọng mạng lưới viễn thông, chủ yếu là, các thiết bị đầu cuối, đường truyền dẫn và các thiết bị
tổng đài, hiện nay được sử dụng rộng rãi. Hầu hết các thiết bị đầu cuối công cộng hiện nay đều được
thiết kế để vận hành càng dễ dàng càng tốt, tuy nhiên một số các thiết bị đầu cuối này gọi là các thiết
bị đầu cuối tích hợp, được trang bị với các tính nǎng tiên tiến dùng cho các dịch vụ đặc biệt. Từ đó,
việc sử dụng truyền thông sẽ trở nên đa dạng hoá hơn, và việc cố gắng phát triển công nghệ phù hợp
cho các mục đích đó cũng sẽ được thực hiện
1.2 Lịch sử phát triển công nghệ viễn thông điện tử
Trong suốt lịch sử của loài người, việc phát minh ra ngôn ngữ là cuộc cách mạng truyền thông lớn
nhất đầu tiên. Sau đó ít lâu con người phát sinh ra tín hiệu bằng lửa có khả nǎng truyền đạt các thông
tin có hiệu quả và nhanh chóng tới các vùng xa. Câu truyện lịch sử cho thấy vào khoảng nǎm 1000
trước công nguyên, các đội quân Hy Lạp sử dụng phương pháp này để thông báo các chiến thắng của
họ cho các công dân đang nóng lòng của Hy Lạp. Trong một thời gian dài, phương pháp này đã được
sử dụng một cách rộng rãi để đáp ứng các nhu cầu về truyền thông. Một cuộc cách mạng thông tin
khác nữa lớn hơn đã xảy ta khi con người biết được làm thế nào để ghi lại ý nghĩ và tư tưởng của
mình bằng cách dìng cách dùng các chữ viết. Với khả nǎng này, con người có khả nǎng truyền thông
tin mà không bị giới hạn bởi thời gian và không gian. Đồng thời, việc phát minh này đã đưa ta các dịch
vụ đưa thư và thông báo. Hoàng đế Rô-ma đã có thể truyền đi thông tin cần thiết đến các vùng xa đến
160 km cách xa thành Rôm trong một ngày bằnghệ thống (mạng lưới) đường bộ họ đã xây dựng nên
trong toàn quốc. Việc phát minh ta công nghệ in đã thúc đẩy hơn nữa việc phát triển các phương tiện
truyền tin và cho con người có khả nǎng thông tin với nhiều người hơn và với các khu vực ở cách xa
nhau.
Từ cuối thế kỷ 18 đến thế kỷ 19, công nghệ phát thanh và truyền thông bằng điện đã được phát triển
và bắt đầu được dùng rộng khắp. Đài phát thanh và truyền hình được phát minh và thời gian này đã
làm thay đổi thế giới chúng ta rất nhiều. Trong phần tiếp theo, các phát minh lớn khác và những phát
hiện liên quan đến công nghệ thông tin điện tử đã xảy ra trong suốt 160 nǎm qua cũng như xu hướng
phát triển của chúng ở tương lai đã được thảo luận một cách ngắn gọn. Nǎm 1820, Georgo Ohm đã
đưa ta công thức phương trình toán học để giải thích các tín hiệu điện chạy qua một dây dẫn rất thành
công. Và nǎm 1830, Michall Faraday đã tìm ta định luật dẫn điện từ trường. Nǎm 1850, đại số Boolean
của George Boolers đã tạo ta nền móng cho lôgíc học và phát triển các rơ-le điện. Chính vào khoảng
thời gian này khi các đường cáp đầu tiên xuyên qua Đại Tây Dương để đánh điện tín được lắp đặt.
James Clerk Maxwell đã đưa ra học thuyết điện từ trường bằng các công thức toán học nǎm 1870.
Cǎn cứ vào học thuyết này, Henrich Hertz đã truyền đi và nhận được sóng vô tuyến thành công bằng
cách dùng điện trường lần đầu tiên trong lịch sử. Tổng đài điện thoại đầu tiên được thiết lập đầu tiên
nǎm 1876 ngay sau khi Alexander Graham Bell phát minh ra điện thoại. 5 nǎm sau, Bell bắt đầu dịch
vụ gọi điện thoại đường dài giữa New York và Chicago và Guglieno Mareconi của Italia đã lắp đặt một
trạm phát sóng vô tuyến để phát các tín hiện điện tín. Trong thế kỷ 21 việc phát triển và áp dụng có
tính thực tế về công nghệ liên quan đang tiếp tục phát triển nhanh chóng và trong quá trình đó, cách
mạng hoá thế giới chúng ta. Nǎm 1900, Einstein, một nhà vật lý nổi tiếng về học thuyết tương đối, đã
viết rất nhiều tài liệu quan trọng về vật lý chất rắn, thồng kê học, điện từ trường, và cơ học lượng tử.
Vào khoảng thời gian này phòng thí nghiệm Bell của Mỹ đã phát minh và sáng chế ra ống phóng điện
cực cho các kính thiên vǎn xoay được và Le de Forest trở thành người khởi xướng trong lĩnh vực vi
mạch điện tử thông qua phát minh của ông ta về một ống chân không ba cực. Việc này được tiếp theo
bằng phát minh một hệ thống tổng đài tương tự tự động có khả nǎng hoạt động không cần có bảng
chuyển mạch. Nǎm 1910, Erwin Schrodinger đã thiết lập nền tảng cho cơ học lượng tử thông qua
công bố của ông ta về cân bằng sóng để giải thích cấu tạo nguyên tử và các đặc điểm của nguyên tử
và R.H Goddard đã chế tạo thành công tên lửa bay bằng phản lực chất lỏng, và máy tê-lê-típ đã được
phát minh. Đồng thời, vào khoảng thời gian này, phát thanh công cộng được bắt đầu bằng cách phát
sóng. Nǎm 1920, Ha rold S. Black của phòng thí nghiệm nghiên cứu Bell đã phát minh ra một máy
khuếch đại phản hồi âm bản mà ngày nay vẫn còn dùng trong lĩnh vực viễn thông và công nghệ máy
điện toán. V.K. Zworykin của RCA, Mỹ đã phát minh ra đèn hình bằng điện cho vô tuyến truyền hình,
và các cáp đồng trục, phương tiện truyền dẫn có hiệu quả hơn các loại dây đồng bình thường, đã
được sản xuất. Nǎm 1939, dịch vụ phát sóng truyền hình thường xuyên được bắt đầu lần đầu tiên
trong lịch sử và nǎm 1930, Claude Schannon của phòng thí nghiệm Bell, bằng cách sử dụng các công
thức toán học tiên tiến đã thành công trong việc đặt ra học thuyết thông tin dùng để xác định lượng
thông tin tối đa mà một hệ thống viễn thông có thể xử lý vào một thời điểm đã định. Học thuyết này đã
được phát triển thành học thuyết truyền thông số. Đồng thời, ra-đa đã được phát minh trong thời kỳ
này. Nǎm 1940, phòng thí nghiệm Bell đã đặt nền móng cho các chất bán dẫn có độ tích hợp cao ngày
nay qua việc phát minh ra đèn ba cực và Howard Aiken của đại học Harvrd, cùng cộng tác với IBM, đã
thành công trong việc lắp đặt một máy điện đầu tiên có kích thước là 50feet và 8feet. Sau đó ít lâu, J.
Presper Ecker và John W. Mauchly của đại học Pennsylvania lần đầu tiên đã phát triển máy điện toán
phân tách gọi là ENIAC. Von Neuman dựa vào máy này, đã phát triển thành công sau đó máy điện
toán có lưu giữ chương trình. PCBs được đưa ra vào những nǎm 50, đã làm cho việc tích hợp các
mạch điện tử có thể thực hiện được. Cùng trong nǎm đó, RCA đã phóng thành công vệ tinh nhân tạo
vào không trung và la-re dùng cho truyền thông quang học đã được phát minh. Vào những nǎm 60,
các loại LSIs, các máy điện toán mini có bộ nhớ kiểu bong bóng, cáp quang, và máy phân chia thời
gian được phát triển và thương mại hoá một cách thành công vào các nǎm 70, các loại CATVs hai
hướng, đĩa Video, máy điện toán đồ hoạ, truyền ảnh qua vệ tinh, và các hệ thống tổng đài điện tử hoá
toàn bộ được đưa ra.
2. Công nghệ chuyển mạch
2.1 Khái quát chung
2.1.1 Nhu cầu đối với hệ thống chuyển mạch
Máy điện tín được Samuel F.B Morse phát minh nǎm 1837, lần đầu tiên trong lịch sử, các tín hiệu điện
đã được sử dụng để truyền tin; các số liệu được mã hoá được dùng như một phương tiện truyền dẫn.
Việc truyền tiếng nói trở thành có thể thực hiện được khi Alexander Graham Bell phát minh ra điện
thoại nǎm 1876. Nói chung, việc truyền thông tin đề cập đến quá trình chuyển thông tin từ người phát
thông tin đến người sử dụng. Thông tin được xác định là các tư tưởng và các số liệu cần thiết cho
người sử dụng. Đồng thời, một số phương tiện truyền tin đã được sử dụng trong suốt lịch sử loài
người. Loại tín hiệu lửa đã được dùng rộng khắp trong quá khứ là một ví dụ điển hình. Tuy nhiên, vì
nhu cầu về các dịch vụ truyền thông chất lượng cao và đáng tin cậy càng tǎng lên, con người bắt đầu
dùng điện thay cho lửa để làm phương tiện truyền thông quan trọng nhất. Trong tương lai gần, người
ta dự định là ánh sáng sẽ thay thế điện để làm phương tiện chính. Hệ thống truyền thông đề cập đến
một số thiết bị hay các bộ phận sử dụng để cho phép người cấp tin chuyển thông tin cho người sử
dụng; các bộ phận này hay thiết bị được phân loại thành các hệ thống truyền tin phân tán và hệ thống
truyền thông tổng đài như ghi ở Hình 2.1. Trong trường hợp đầu, người cấp tin chỉ cấp thông tin trong
đó người sử dụng chỉ nhận được thông tin truyền đi. Một trong các ví dụ rõ ràng cho các loại này bao
gồm có đài phát thanh và vô tuyến truyền hình.
•
•
•
•
Hệ truyền thông phân tán
Đài và vô tuyến, truyền hình v.v.
Hệ truyền thông tổng đài
Hệ truyền thông
Mạng lưới truyền thông điện thoại v.v.
Hình 2.1. Phân loại các hệ thống truyền thống.
Trong hệ truyền thông tổng đài, người cấp thông tin và dùng thông tin chưa được xác định và hệ thống
sử dụng có khả nǎng cung cấp và sử dụng thông tin vào cùng một thời gian. Ví dụ cho việc này là hệ
thống truyền thông điện thoại. Hệ truyền thông tổng đài đề cập đến quá trình chọn lựa chọn những
người đang ở cách xa nhau hoặc giữa các máy đặt cách biệt nhau và sau đó giao tiếp với nhau bằng
tiếng nói hoặc bằng các số liệu. Để phân tích một cách có hiệu quả, thì các điều kiện sau đây phải
được đáp ứng.
Trước hết, chọn một bên nhận thông tin và sau đó chọn đường giao tiếp, một hệ tổng đài được dùng
cho mục đích này. Các loại hệ tổng đài hiện có thể có để truyền tin bao gồm các hệ tổng đài điện tử
chủ yếu dùng cho các dịch vụ điện thoại và các hệ chuyển mạch số liệu dùng để truyền số liệu.
Thứ hai, các hệ truyền dẫn được dùng để truyền thông tin ở các mức chất lượng có thể chấp nhận
được không kể đến khoảng cách cần phải được đảm bảo. Hiện vay các hệ thống truyền dẫn bằng dây
như các loại cáp cân bằng, cáp đồng trục, sợi quang và các hệ thống truyền dẫn không dây (vô tuyến)
sử dụng các sóng cực ngắn đang được dùng rộng rãi.
Thứ ba, các mạng lưới truyền tin phải được thiết lập có xem xét đến việc bố trí hệ tổng đài và đường
truyền dẫn, chất lượng giao diện tổng thể, và duy trì chất lượng truyền dẫn, ngoài ra, mạng lưới tuyến
được lập ra, phân phối sự mất đường truyền, kế hoạch đánh số, các vấn đề liên quan đến tính cước
phải được thiết kế theo nhu cầu của người sử dụng. Các hệ thống truyền thông tổng đài đã tiếp tục
được nâng cấp một cách nhanh chóng kể từ khi phát minh ra hệ thống điện thoại cách đây gần 100
nǎm. Về cơ bản, tất cả các hệ thống đó đều cần máy điện thoại để chuyển các tín hiệu tiếng nói thành
tín hiệu điện và ngược lại cũng như các hệ truyền dẫn để truyền các tín hiệu điện. Một mạng lưới
truyền tin có thể được xây dựng bằng cách nối trực tiếp các thuê bao cung cấp và nhận thông tin qua
mạng lưới khi số lượng thuê bao này chưa phải nhiều quá. Ví dụ, được minh hoạ ở (a) của hình 2.2,
8C2=28 đường là cần thiết trong trường hợp ở đó chỉ có 8 thuê bao được đǎng ký trong hệ thống. Tuy
nhiên, khi sử dụng hệ tổng đài với chức nǎng giao tiếp giữa các thuê bao như trình bày ở (b) hình 2.2
số các đường điện thoại cần thiết phải bằng với số thuê bao đã đǎng ký trong hệ thống. Như đã trình
bày, điều quan trọng thiết lập các mạng lưới thông tin một cách kinh tế và có hiệu quả.
Hình 2.2. Các phương pháp của mạng chuyển mạch cho 8 thuê bao
2.1.2 Phát triển công nghệ chuyển mạch
Hệ tổng đài dùng nhân công gọi là loại dùng điện từ được xây dựng ở New Haven của Mỹ nǎm 1878
là tổng đài thương mại thành công đầu tiên trên thế giới. Để đáp ứng yêu cầu ngày càng tǎng về các
dịch vụ điện thoại một cách thoả đáng và để kết nối nhanh cán cuộc nối chuyện và vì mục đích an toàn
cho các cuộc gọi, hệ tổng đài tự động không cần có nhân công được A.B Strowger của Mỹ phát minh
1889. Version cải tiến của mô hình này, gọi là hệ tổng đài kiểu Strowger trở thành phổ biến vào các
nǎm 20. Trong hệ tổng đài Strowger, các cuộc gọi được kết nối liên tiếp tuỳ theo các số điện thoại
trong hệ thập phân và do đó được gọi là hệ thống gọi theo từng bước. EMD (Edelmatall-Drehwahler)
do công ty Siemens của Đức phát triển cũng thuộc loại này; hệ thống này còn được gọi là hệ tổng đài
cơ vì các chuyển mạch của nó được vận hành theo nguyên tắc cơ điện.
Do đại chiến thế giới thứ II bùng nổ, sự cố gắng lập nên các hệ tổng đài mới bị tạm thời đình chỉ. Sau
chiến tranh, nhu cầu về các hệ tổng đài có khả nǎng xử lý các cuộc gọi đường dài tự động và nhanh
chóng đã tǎng lên. Phát triển loại hệ tổng đài này yêu cầu phải có sự tiếp cận mới hoàn toàn bởi vì
cần phải giải quyết các vấn đề phức tạp về tính cước và việc truyền cuộc gọi tái sinh yêu cầu phải có
xử lý nhiều khâu. Ericsson của Thuỵ Điển đã có khả nǎng xử lý vấn đề này bằng cách phát triển thành
công hệ tổng đài có các thanh cheó (Cross bar). Hệ tổng đài có các thanh chéo được đặc điểm hoá
bởi việc tách hoàn toàn việc chuyển mạch cuộc goị và các mạch điều khiển được phát triển đồng thời
ở Mỹ. Đối với mạch chuyển mạch chéo, loại thanh chéo kiểu mở /đóng được sử dụng; bằng cách sử
dụng loại chuyển mạch này có một bộ phận mở/đóng với điểm tiếp xúc được giáp vàng, các đặc tính
của cuộc gọi được cải tiến rất nhiều. Hơn nữa, một hệ điều khiển chung để điều khiển một số các
chuyển mạch vào cùng một thời điểm được sử dụng. Đó là các xung quay số được dồn lại vào các
mạch nhớ và sau đó được xác định kết hợp trên cơ sở của các số đã quay được ghi lại để lựa chọn
mạch tái sinh.
Nǎm 1965, Một hệ tổng đài điện tử thương mại có dung lượng lớn gọi là hệ ESS số 1 được thương
mại hoá thành công ở Mỹ do vậy đã mở ra một kỷ nguyên mới cho các hệ tổng đài điện tử. Không
giống với các hệ tổng đài thông thường sử dụng các chuyển mạch cơ, hệ thống ESS số 1 là hệ tổng
đài sử dụng các mạch điện tử. Việc nghiên cứu loại hệ tổng đài này đã được khởi đầu từ đầu những
nǎm 40 và được xúc tiến nhanh sau khi có phát minh ra đèn ba cực vào những nǎm 50. Hệ tổng đài
điện tử mới được phát triển khác về cơ bản với các hệ thông thường ở điểm là trong khi hệ sau này
sử dụng mạch điều khiển chuyển mạch dùng các lô-gíc kiểu dây thì hệ trước đây dùng các thao tác
logic bằng các phương tiện phần mềm lắp đặt trong hệ thống. Ngoài ra, hệ tổng đài điện tử mới triển
khai tạo được sự điều khiển một cách linh hoạt bằng cách thay thế phần mềm cho phép người sử
dụng có dịch vụ mới. Đồng thời, để vận hành và bảo dưỡng tốt hơn, tổng đài này được trang bị chức
nǎng rự chẩn đoán. Tầm quan trọng việc trao đổi thông tin và số liệu một cách kịp thời và có hiệu quả
đang trở nên quan trọng hơn khi xã hội tiến đến thế kỷ 21. Để đáp ứng đầy đủ một phạm vi rộng các
nhu cầu của con người sống trong giai đoạn đầu của kỷ nguyên thông tin, các dịch vụ mới như dịch vụ
truyền số liệu, dịch vụ truyền hình bao gồm cả dịch vụ điện thoại truyền hình, các dịch vụ truyền thông
di động đang được phát triển và thực hiện. Nhằm thực hiện có hiệu quả các dịch vụ này, IDN (mạng
lưới số tích hợp) có khả nǎng kết hợp công nghệ chuyển mạch và truyền dẫn thông qua qui trình sử lý
số là một điều kiện tiên quyết. Ngoài ra, việc điều chế xung mã (PCM) được dùng trong các hệ thống
truyền dẫn đã được áp dụng cho các hệ thống chuyển mạch để thực hiện việc chuyển mạch số. Dựa
vào công nghệ PCM này, một mạng đa dịch vụ số (ISDN) có thể xử lý nhiều luồng với các dịch vụ
khác nhau đang được phát triển hiện nay.
2.1.3 Các chức nǎng của hệ thống tổng đài
Mặc dù các hệ thống tổng đài đã được nâng cấp rất nhiều từ khi nó được phát minh ra, các chức nǎng
cơ bản của nó như xác định các cuộc gọi của thuê bao, kết nối với thuê bao bị gọi và sau đó tiến hành
việc phục hồi lại khi các cuộc gọi đã hoàn thành, hầu như vẫn như cũ. Hệ tổng đài dùng nhân công
tiến hành các quá trình này bằng tay trong khi hệ tổng dài tự động tiến hành các việc này bằng các
thiết bị điện.
Trong trường hợp đầu, khi một thuê bao gửi đi một tín hiệu thoại tới một tổng đài, nhân viên cắm nút
trả lời của đường dây bị gọi vào ổ cắm của dây chủ gọi để thiết lập cuộc gọi với phía bên kia. Khi cuộc
gọi đã hoàn thành, người vận hành rút dây nối ra và đqa nó về trạng thái ban đầu. Hệ tổng đài nhân
công được phân loại thành lloại điện từ và hệ dùng ǎc-qui chung. Đối với loại dùng điện từ, thì thuê
bao lắp thêm cho mỗi ǎc-qui một nguồn cấp điện. Các tín hiệu gọi và tín hiệu hoàn thành cuộc gọi
được gửi đến người thao tác viên bằng cách sử dụng từ trường. Đối với hệ dùng ắc qui chung, nguồn
điện được cung cấp chung và các tín hiệu gọi và tín hiệu hoàn thành cuộc gọi được đơn giản chuyển
đến người thao tác viên thông qua các đèn. Đối với hệ tổng đài tự động, các cuộc gọi được phát ra và
hoàn thành thông qua các bước sau:
1) Nhận dạng thuê bao chủ gọi: Xác định khi thuê bao nhấc ống nghe và sau đó cuộc gọi được nối với
mạch điều khiển.
2) Tiếp nhận số được quay: Khi đã được nối với mạch điều khiển, thuê bao chủ gọi bắt đàu nghe thấy
tín hiệu mời quay số và sau đó chuyển số điện thoại của thuê bao bị gọi. hệ tổng đài thực hiện các
chức nǎng này.
3) Kết nối cuộc gọi: Khi các số quay được ghi lại, thuê bao bị gọi đã được xác định, thì hệ tổng đài sẽ
chọn một bộ các đường trung kế đến tổng đài của thuê bao bị gọi và sau đó chọn một đường rỗi trong
số đó. Khi thuê bao bị gọi nằm trong tổng đài nội hạt, thì một đường gọi nội hạt được sử dụng.
4) Chuyển thông tin điều khiển: Khi được nối đến tổng đài của thuê bao bị gọi hay tổng đài trung
chuyển, cả hai tổng đài trao đổi với nhau các thông tin cần thiết như số thuê bao bị gọi.
5) Kết nối trung chuyển: Trong trường hợp tổng đài được nối đến là tổng đài trung chuyển, mục 3) và
4) trên đây được nhắc lại để nối với trạm cuối và sau đó thông tin như số thuê bao bị gọi đưọc truyền
đi.
6) Kết nối tại trạm cuối: Khi trạm cuối được đánh giá là trạm nội hạt dựa trên số của thuê bao bị gọi
được truyền đi, thì bộ điều khiển trạng thái máy bận của thuê bao bị gọi được tiến hành. Nếu máy
không ở trạng thái bận, thì một đường nối được nối với các đường trung kế được chọn để kết nối cuộc
gọi.
7) Truyền tín hiệu chuông: Để kết nối cuộc gọi tín hiệu chuông được truyền và chờ cho đến khi có trả
lời từ thuê bao bị gọi. Khi trả lời, tín hiệu chuông bị ngắt và trạng thái được chuyển thành trạng thái
máy bận.
8) Tính cước: Tổng đài chủ gọi xác định câu trả lời của thuê bao bị gọi và nếu cần thiết, bắt đầu tính
toán giá trị cước phải trả theo khoảng cách gọi và theo thời gian gọi.
9) Truyền tín hiệu báo bận: Khi tất cả các đường trung kế đều đã bị chiếm theo các bước trên đây
hoặc thuê bao bị gọi bận, thì tín hiệu bận được truyền đến cho thuê bao chủ gọi.
10) Hồi phục hệ thống: Trạng thái này được xác định khi cuộc gọi kết thúc. Sau đó, tất cả các đường
nối đều được giải phóng.
Như vậy, các bước cơ bản do hệ thống tổng đài tiến hành để xử lý các cuộc gọi đã dược trình bày
ngắn gọn. Trong hệ thống tổng đài điện tử, nhiều đặc tính dịch vụ mới được thêm vào cùng với các
chức nǎng trên. Những điều này sẽ được bàn thêm sau này.
Các điểm cơ bản sau đây phải được xem xét khi thiết kế các chức nǎng này.
1) Tiêu chuẩn truyền dẫn: mục đích đầu tiên của việc đấu nối điện thoại là truyền tiếng nói và theo đó
là một chỉ tiêu của việc truyền dẫn để đáp ứng chất lượng gọi phải được xác định bằng cách xem xét
sự mất mát khi truyền, độ rộng dải tần số truyền dẫn, và tạp âm.
2) Tiêu chuẩn kết nối: điều này liên quan đến vấn đề duy trì dịch vụ đấu nối cho các thuê bao. Nghĩa
là, đó là chỉ tiêu về các yêu cầu đối với các thiết bị tổng đài và số các đường truyền dẫn nhằm bảo
đảm chất lượng kết nối tốt. Nhằm mục đích này, một nạng lưới tuyến linh hoạt có khả nǎng xử lý
đường thông có hiệu quả với tỷ lệ cuộc gọi bị mất ít nhất phải được lập ra.
3) Độ tin cậy: các thao tác điều khiển phải được tiến hành phù hợp, đặc biệt các lỗi xuất hiện trong hệ
thống với các chức nǎng điều khiển tập trung có thể gặp phải hậu quả nghiêm trọng trong thao tác hệ
thống. Theo đó, hệ thống phải có được chức nǎng sửa chữa và bảo dưỡng hữu hiệu bao gồm việc
chẩn đoán lỗi, tìm và sửa chữa.
4) Độ linh hoạt: số lượng các cuộc gọi có thể xử lý thông qua các hệ thống tổng đài đã tǎng lên rất
nhiều và nhu cầu nâng cấp các chức nǎng hiện nay đã tǎng lên. Do đó, hệ thống phải đủ linh hoạt để
mở rộng và sửa đổi được.
5) Tính kinh tế: Do các hệ tổng đài điện thoại là cơ sở cho việc truyền thông đại chúng, chúng phải có
hiệu quả về chi phí và có khả nǎng cung cấp các dịch vụ thoại chất lượng cao. Cǎn cứ vào các xem
xét trên đây, một số loại tổng đài tự động đã được triển khai và lắp đặt kể từ khi nó được đưa vào lần
đầu tiên.
2.2 Chuyển mạch cuộc gọi
2.2.1 Phân loại chuyển mạch cuộc gọi
Có nhiều loại chuyển mạch cuộc gọi bao gồm các chuyển mạch loại cơ điện và điện tử được sử dụng
trong các tổng đài. Chúng có thể được phân loại rộng lớn thành các loại chuyển mạch phân chia
không gian và các loại chuyển mạch ghép.
Hình 2.4. Chuyển mạch xoay kiểu đứng.
A. Loại chuyển mạch phân chia không gian
Các chuyển mạch phân chia không gian thực hiện việc chuyển mạch bằng cách mở/đóng các cổng
điện tử hoặc các điểm tiếp xúc được bố trí theo cách quǎng nhau như các chuyển mạch xoay và các
chuyển mạch có thanh chéo. Loại chuyển mạch này được cấu tạo bởi các bộ phận sau:
1) Chuyển mạch cơ kiểu chuyển động truyền
Chuyển mạch cơ kiểu mở/đóng
Chuyển mạch cơ kiểu rơ-le điện từ
Chuyển mạch điện tử kiểu chia không gian
Như được trình bày ở hình 2.3 và 2.4, loại chuyển mạch cơ kiểu chuyển động truyền là loại chuyển
mạch thực hiện việc vận hành cơ tương tự như chuyển mạch xoay. Chuyển mạch lựa chọn dây rỗi
trong quá trình dẫn truyền và tiến hành chức nǎng điều khiển ở mức nhất định. Do tính đơn giản của
nó, nó được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống tổng đài tự động đầu tiên phát triển. Tuy nhiên, do
tốc độ thực hiện chậm, sự mòn các điểm tiếp xúc, và thay đổi các hạng mục tiếp xúc gây ra do việc
rung động cơ học, ngày nay nó ít được sử dụng. Loại chuyển mạch cơ kiểu mở/đóng đã được phát
triển để cải tiến yếu điểm của công tắc cơ kiểu chuyển động truyền bằng cách đơn giản hoá thao tác
cơ học thành thao tác mở/đóng. Loại chuyển mạch này không có chức nǎng điều khiển lựa chọn và
được thực hiện theo giả thuyết là mạch gọi và mạch điều khiển là hoàn toàn tách riêng nhau. Như vậy,
với khả nǎng cung cấp điều khiển linh hoạt, nó được dùng rộng rãi hiện nay và được coi là chuyển
mạch tiêu chuẩn, và loại được sử dụng nhiều nhất là loại chuyển mạch thanh chéo.
Chuyển mạch kiểu rơ-le điện tử là loại chuyển mạch có rơ-le điện tử ở mỗi điểm cắt của chuyển mạch
loại thanh chéo. Đối với chuyển mạch cơ loại mở/đóng được mô tả trên đây, thì thao tác mở/đóng
được thực hiện nhờ việc định điểm cắt thông qua thao tác cơ học theo chiều đứng/chiều ngang trong
khi chuyển mạch kiểu rơ-le điện tử, thì điểm cắt có thể được lựa chọn theo hướng của luồng điện
trong cuộn dây của rơ-le.
Vì vậy về nguyên tắc các thao tác cơ học cũng như việc mở/đóng của các điểm tếp xúc thể được tiến
hành nhanh chóng hơn.
Chuyển mạch điện tử hiểu phân chia không gian có một cộng điện tử ở mỗi điểm cắt của chuyển
mạch có thanh cắt chéo. Nó có những bất lợi sau đây so với loại chuyển mạch điểm tiếp xúc; không
tương thích với phương pháp cũ do có sự khác nhau về mức độ tín hiệu hoặc chi phí và các đặc điểm
thoại khá xấu bao gồm cả hiện tượng mất cuộc gọi và xuyên âm.
Theo đó, trừ trường hợp đặc biệt, nó chưa đưlợc sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, do các mạch điện tử
như các ICs hay các LSIs trở nên tích hợp hơn, dự kiến chúng được sử dụng nhiều hơn trong tương
lai gần đây.
B. Chuyển mạch ghép
Các loại chuyển mạch ghép được vận hành trên cơ sở công nghệ truyền tải tập trung được sử dụng
rộng rãi trong hệ thống truyền dẫn. Các chuyển mạch này có cùng chung một cổng để có hiệu quả và
kinh rế cao hơn. Có các loại chuyển mạch ghép phân chia thời gian để ghép các cuộc gọi dựa vào
thời gian và chuyển mạch ghép phân chia tần số để ghép các cuộc gọi trên cơ sở tần số.
Nguyên lý sử dụng cho loại chuyển mạch phân chia thời gian là nó tách nhịp thông tin có pha đã định
bằng cách sử dụng ma trận nhịp có pha thay đổi trong khi nguyên lý dùng cho phương pháp phân chia
tần số là tách các tín hiệu có các tần số cần thiết bằng cách sử dụng bộ lọc có thể thay đổi. Phương
pháp chia tần số được biết là có các vấn đề kỹ thuật như là việc phát sinh các loại tần số khác nhau và
việc cung cấp và ngắt các tần số này cũng như bộ lọc có thể thay đổi. Đồng thời nó không kinh tế.
Theo đó, phương pháp này được nghiên cứu rộng rãi trong thời kỳ đầu của sự phát triển hệ thống
tổng đài điện tử nhưng chưa được vào sử dụng cho hệ tổng đài phân tải. Mặt khác, phương pháp
phân chia thời gian được đề nghị vào thời kỳ đầu phát triển hệ tổng đài điện tử và nó đang được
nghiên cứu tiếp ngày nay. Phương pháp điều chế này được phân loại thêm thành điều chế theo biên
độ xung (PAM) tiến hành bằng chuyển mạch PAM và điều chế xung mã được thực hiện nhờ chuyển
mạch PCM. Mỗi chuyển mạch được phân loại thêm như sau.
Hình 2.5. Phân loại chuyển mạch ghép.
Đã mất nhiều thời gian để phát triển thành công chuyển mạch PAM. Khi được đưa ra, do thiết kế đơn
giản của nó, chuyển mạch PAM được sử dụng cho hệ tổng đài có dung lượng loại vừa. Ví dụ cụ thể
của nó là ESS kiểu 101, một loại PBX điều khiển từ xa được dùng ở Mỹ cho các mục đích đặc biệt vì
nó chưa phù hợp cho các hệ thống tổng đài dung lượng lớn với những vấn đề của nó về các đặc điểm
thoại như tạp âm và xuyên âm. Đồng thời, vì nó là loại tương tự, tương lai của nó là không rõ ràng.
Chuyển mạch PCM được dự kiến là một trong các thành phần chính của IDN hay ISDN để xử lý nhiều
loại thông tin cùng một lúc bao gồm cả số liệu.
Mạng số tích hợp kết hợp hệ truyền dẫn và hệ chuyển mạch thông qua sử dụng công nghệ PCM. Do
phương pháp này sử dụng mạch số, nó được dự định được vi mạch hoá trực tiếp trong tương lai gần
đây. Khi sử dụng loại chuyển mạch này, việc chuyển mạch được tiến hành trong giai đoạn dồn kênh
theo các đặc tính thoại ổn định của PCM. Do vậy, bởi vì chuyển mạch rơ-le nhiều mức có thể thực
hiện được nhờ sử dụng chuyển mạch này, một mạng lưới truyền thông mới có thể được thiết lập dễ
dàng thông qua việc dùng loại chuyển mạch nay. Như đã được trình bày, phương pháp này sẽ được
sử dụng rộng rãi trong tương lai.
2.2.2 Chuyển mạch PCM.
Chuyển mạch PCM là loại chuyển mạch ghép hoạt động dựa vào công nghệ dồn kênh chia thời gian
và điều chế xung mã. PCM là phương pháp truyền biên độ của PAM sau khi đã lượng hoá nó và sau
đó biến đổi nó thành ra mã nhị phân. Theo đó, việc tái mã hoá có thể được tiến hành dễ dàng vì nó có
thể dễ dàng phân biệt được với các tín hiệu ngay cả khi có tạp âm và xuyên âm trong đường truyền
dẫn. Ngoài ra, để thực hiện chuyển mạch phân chia thời gian có thể dùng, các chuyển mạch thời gian
để trao đổi khe thời gian và chuyển mạch phân chia thời gian để trao đổi theo không gian các khe thời
gian được phân chia theo thời gian.
A. Chuyển mạch T
Các số liệu đưa vào được nạp vào các khe thời gian trong một khung (frame). Để kết nối một đường
thoại, thông tin ở các khe thời gian được gửi từ bên đầu vào của mạch chuyển mạch đến phía đầu ra.
Mỗi một đường thoại được định hình với một khe thời gian cụ thể trong một luồng số liệu cụ thể. Theo
đó mạch chuyển mạch thay đổi một khe thời gian của một luồng số liệu cụ thể đến khe thời gian của
một luồng số liệu khác. Quá trình này được gọi là quá trình trao đổi các khe thời gian. ở hình 2.6 mô tả
qui trình chuyển mạch các khe thời gian. Khe thời gian đưa vào được ghi lại tạm thời trong bộ nhớ
đệm. Như thể hiện trên hình vẽ, các khe thời gian đưa vào được lưu giữ ở địa chỉ 1 (address 1) đến
chỉ x (address x) của khung thể hiện luồng đầu vào. Số liệu của khe thời gian 1, khe thời gian 2, và
khe thời gian X được lưu giữ lại ở các từ thứ nhất, thứ hai và thứ X tương ứng. Vào lúc này, số liệi
của mỗi frame đã được thay thế bởi số liệu mới một lần.
Chức nǎng chuyển mạch khe thời gian liên quan đến việc chuyển mạch từ một khe thời gian được
đưa vào đến khe thời gian được lựa chọn ngẫu nhiên được đưa ra. Ví dụ, nếu chuyển từ khe thời gian
7 của luồng đầu vào đến khe thời gian 2 của luồng đầu ra, thông tin từ thuê bao được ghi ở khe thời
gian đưa vào số 7 được gửi đến thuê bao được chỉ thị bằng khe thời gian số 2 ở đầu ra.
Hình 2.6. Qui trình chuyển mạch theo khe thời gian.
Có sẵn cho loại qui trình này là phương pháp đọc ngẫu nhiên theo dãy ghi lần lượt (SWRR) trong đó
các số liệu được ghi lần lượt từ phía đầu vào và được đọc một cách ngẫu nhiên từ phía đầu ra.
Phương pháp đọc lần lượt ghi ngẫu nhiên (RWSR) là phương pháp ghi các số liệu một cách ngẫu
nhiên từ phía đầu vào và đọc chúng theo trình tự ở phía đầu ra, còn phương pháp ghi ngẫu nhiên đọc
ngẫu nhiên (RWRR) là viết và đọc các số liệu một cách ngẫu nhiên.
B. Chuyển mạch không gian
Chức nǎng chuyển đổi khe thời gian giữa các khe thời gian đầu vào/đầu ra được giải thích ở phần trên
chịu trách nhiệm cho chức nǎng chuyển mạch hoàn thiện đối với tất cả các khe thời gian. Bây giờ, nếu
mạch chuyển mạch xử lý thuê bao M như là một điểm cuối của khe thời gian đơn, thì càn có bộ nhớ
có số "M" được tạo bởi các từ được dùng ở tốc độ thích hợp. Ví dụ, trong trường hợp tần số mẫu là 8
KHz, thì hệ thống có 128 khe thời gian có thể có khả nǎng viết và đọc các số liệu vào bộ nhớ mỗi 125
u giây/128=976 nano giây (nsec.). Tuy nhiên, nếu hệ thống trở nên lớn hơn, thì các yêu cầu về bộ nhớ
và tốc độ truy nhập có thể không đáp ứng nổi với công nghệ đang có hiện nay. Ví dụ như, hệ thống
với 16.384 khe thời gian có khả nǎng viết và đọc các số liệu cho mỗi 76,3 nano giây (125u
giây/16.384). Do vậy để tǎng hiệu suất của hệ thống, một phương pháp mở rộng dung lượng sử dụng
các bộ phận tiêu chuẩn là cần thiết. Một trong các phương pháp có sẵn cho mục đích này là việc đổi
các khe thời gian trong một luồng khe thời gian tới các khe thời gian của một luồng khác bằng cách
đấu nối qua lại các nhóm chuyển mạch khe thời gian với cổng lôgíc. Công nghệ này được gọi là
chuyển mạch phân chia không gian - thời gian sử dụng các thanh đấu chéo theo không gian. ở đây,
thanh đấu chéo theo không gian tương tự như thanh quét sử dụng các tiếp điểm rơ-le trừ trường hợp
yêu cầu một cổng logic vận hành ở tốc độ cao. Một thanh quét được mô phỏng với bên đầu vào của
trục đứng và bên đầu ra của trục nằm ngang. Một cổng lôgic được dùng ở điểm cắt chéo của trục
đứng và trục nằm ngang. Sự tiếp xúc phù hợp được tiến hành thông qua việc kích hoạt cổng lôgic
tương ứng trong thời hạn của khe thời gian và nhờ đó thông tin được truyền đi từ bên đầu vào đến
phía đầu ra.
Hình 2.7. Thanh cắt chéo không gian
trong chuyển mạch phân chia thời gian.
Ví dụ, một khe thời gian trong luồng đầu vào liên tục có "K" các từ PCM khác nhau kích hoạt một cổng
thích hợp để thực hiện việc chuyển mạch tới trục nằm ngang mong muốn. Đầu vào của trục đứng còn
lại có thể được nối với đầu ra của trục nằm ngang bằng cách kích hoạt một cách phù hợp các cổng
tương ứng. Đồng thời, ở khe thời gian tiếp theo, một đường dẫn hoàn toàn khác với đường trước đó
có thể được lập ra.
ở đây chú ý là các khe thời gian của trục đứng và trục nằm ngang được phát sinh một cách tương ứng
trong cùng một thời điểm và vì vậy ở thanh quét, việc chuyển khe thời gian không được thực hiện.
Như trong trường hợp chuyển đổi khe thời gian, một bộ nhớ điều khiển có thông tin để kích hoạt các
cổng tại các khe thời gian mong muốn là cần thiết. Hệ thống có thể có "m" các đầu vào và "n" các đầu
ra được mô tả ở hình 2.7. "m" và "n" có thể là giống nhau hoặc khác nhau tuỳ thuộc vào cấu hình của
hệ để thực hiện việc tập trung, phân phối, và các chức nǎng mở rộng.
Vì vậy, đối với mạng chuyển mạch không gian, một thanh quét nhiều mức có thể được sử dụng. Khi
muốn gửi các tín hiệu từ đầu vào 1 đến đầu ra 2, cổng S21 phải được kích hoạt trong thời hạn của
khe thời gian mong muốn. Nếu Sm1 được kích hoạt vào cùng thời gian đó, đầu vào "m" được gửi đến
đầu ra 1. Như đã giải thích, một vài thanh quét có thể được kích hoạt đồng thời trong thời hạn của khe
thời gian nhất định và vì vậy số các đường nối đồng thời có thể được là một trong hai số "m" hoặc "n"
tuỳ theo số nào là nhỏ hơn.
2.2.3 Phương pháp thiết lập mạng chuyển mạch kiểu phân chia thời gian
Một mạng lưới có thể được lập nên bằng các sử dụng một trong các chuyển mạch T, chuyển mạch S,
hay phối hợp cả hai, theo đó mạng lưới có thể được thiết lập như sau:
•
•
•
•
•
•
Chuyển mạch T đơn
Chuyển mạch S đơn
Chuyển mạch T-S
Chuyển mạch S-T
Chuyển mạch T-S-T
Chuyển mạch S-T-S
•
Sự phối hợp phức tạp hơn của S và T
A. T-S-T
Cấu hình này cho phép hệ thống xử lý các cuộc gọi một cách không bị ngắt quãng do bị khoá như ở
hình 2.8. Trong việc điều khiển mạng, việc lựa chọn khe thời gian ở đầu vào/đầu ra và khe thời gian ở
chuyển mạch không gian là không liên quan đến nhau. Nghĩa là trong trường hợp của T-S-T, thì khe
thời gian đầu vào có thể được đấu nối với khe thời gian đầu ra bằng cách dùng khe thời gian trong
đường chéo của chuyển mạch không gian. Trong trường hợp khe thời gian 3 của đầu vào được xác
định với các cuộc gọi phải đấu nối với khe thời gian 17 của đầu ta mong muốn để giải thích việc khóa
trong mạng lưới số và đầu cuối không gian có thể cấp đường nối từ chiều dài đầu vào đến chiều rộng
đầu ra, khe thời gian 3 và 17 phải được trao đổi với nhau. Như thế, việc đấu nối đạt được khi khe thời
gian 3 của đầu vào và khe thời gian 17 của đầu ra còn rỗi. Vào lúc này chỉ có thể có được một đường
thông, nếu khe thời gian 3 đã được dùng, khe thời gian 17 có thể được sử dụng nhưng vào lúc này
các cuộc gọi đã bị khoá.
Trong trường hợp mạng T-S-T, bộ biến đổi khe thời gian đầu vào có thể chon một trong các khe thời
gian để sử dụng. Nếu hệ thống có 128 khe thời gian, khe thời gian đầu vào 3 có thể được nối với một
khe thời gian bất kỳ của không gian trừ khe thời gian đầu vào 3. Theo đó trong trường hợp của T-S-T
điều quan trọng phải tìm kiếm đường dây rỗi cũng như các khe thời gian sẽ sử dụng. Trong hầu hết
các trường hợp, mạng lưới có thể cung cấp ít nhất một hay nhiều đường để nối các khe thời gian đầu
vào/đầu ra.
Hình 2.8. Cấu trúc mạng T-S-T.
S-T-S
Trong trường hợp của S-T-S, quá trình tương tự như T-S-T được tiến hành. Trên hình 2.9, một mạng
S-T-S được mô tả. Việc lựa chọn khe thời gian đầu vào/đầu ra được xác định bằng đường giao tiếp
theo yêu cầu. Do bộ biến đổi khe thời gian có thể được thay đổi bằng cách dùng hai chuyển mạch
không gian, độ linh hoạt của đầu nối được cải thiện. Ví dụ, nếu khe thời gian 7 cần phải được nối đến
khe thời gian 16, thì chỉ có một yêu cầu duy nhất là khe thời gian đó phải có khả nǎng trao đổi khe thời
gian 7 và 16.
Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng một trong các số "n" bất kỳ của thời gian. Các mạng lưới
T-S-T và S-T-S có thể được thiết kế để có cùng khả nǎng kết nối cuộc gọi và tỷ lệ khoá cuộc gọi. Việc
này chứng tỏ là tỷ lệ phân bố 1:1 được tiến hành giữa việc phân chia thời gian và phân chia không
gian.
Hình 2.9. Cấu trúc mạng S-T-S.
2.3 Phương pháp điều khiển
2.2.1 Phân loại phương pháp điều khiển
Mặc dù có nhiều loại hệ thống tổng đài đang có hiện nay, tất cả các hệ thống đó có thể được phân loại
như được ghi ở Bảng 2.1. Đầu tiên chúng có thể được phân loại theo phương pháp điều khiển
mở/đóng của chuyển mạch cuộc gọi thành phương pháp điều khiển độc lập, phương pháp điều khiển
chung, và phương pháp điều khiển theo chương trình lưu giữ.
Điều khiển
bằng chương trình
được lưu giữ
Quá trình
đấu nối
Điều khiển
độc lập
Điều khiển
chung
Các phương pháp
Loại điều khiển
trực tiếp
0
0
x
0
x
0
Loại điều khiển
gián tiếp
0 : Có tồn tại
x : Không có hiện nay trừ các trường hợp đặc biệt
Bảng 2.1 Phân loại phương pháp điều khiển chuyển mạch.
Phương pháp điều khiển độc lập còn được gọi là phương pháp điều khiển đơn chiếc; Đây là phương
pháp lựa chọn các đường nối khi mỗi chuyển mạch tiến hành một cách độc lập việc điều khiển lựa
chọn vì mỗi chuyển mạch được trang bị bằng một mạch điều khiển. Bởi vì tính đơn giản của mỗi mạch
phương pháp này được sử dụng rộng rãi cùng với phương pháp từng bước trong các hệ tổng đài đầu
tiên được phát triển. Tuy nhiên, việc lựa chọn đường có hiệu quả cho toàn bộ hệ thống là khó khǎn
bởi vì phạm vi lựa chọn của mỗi mạch điều khiển phần nào đó bị giới hạn. Phương pháp điều khiển
thông thường là phương pháp tập trung các mạch điều khiển vào mỗi chỗ và sau đó theo dõi trạng
thái đấu nối của toàn mạch để lựa chọn các đường nối. Khi sử dụng phương pháp này, các mạch điều
khiển được tập trung để chia sẻ số lượng lớn các cuộc gọi cho nên khả nǎng của các mạch điều khiển
là rất lớn. Đồng thời các chức nǎng phức tạp có thể được tiến hành một cách kinh tế. Hầu hết các hệ
tổng đài kiểu cơ học phân chia không gian bao gồm cả hệ tổng đài thanh chéo cùng sử dụng phương
pháp này. Phương pháp điều khiển theo chương trình được lưu giữ là một trong các loại phương
pháp điều khiển chung; chúng được tập trung khá cao độ về chức nǎng và như là thiết bị xử lý thông
tin đa nǎng, nó tiến hành một số điều khiển đấu nối. Hầu hết các hệ tổng đài điện tử đang dùng hiện
nay đều áp dụng phương pháp này. Các đầu vào điều khiển trực tiếp cho một hệ tổng đài là các xung
quay số dược gửi đến từ các máy điện thoại. Các đặc điểm xử lý đấu nối thay đổi rất lớn tuỳ thuộc vào
việc sử dụng các loại đầu vào này. Phương pháp điều khiển trực tiếp là phương pháp trong đó các
xung nhận được trực tiếp kích hoạt các mạch điều khiển nhằm để chọn các đường nối một cách liên
tiếp. Khi áp dụng phương pháp này, việc vận hành có thể được tiến hành một cách đơn giản tuy nhiên
cấu hình mạng lưới tuyến và số quay, là đường nối, phải có mối quan hệ tương đương 1-1. Theo đó,
cấu hình mạng là ít linh hoạt và khả nǎng thấp hơn. Do đó, phương pháp này là không phù hợp với hệ
tổng đài có dung lượng lớn có khả nǎng xử lý các cuộc gọi đường dài.
Phương pháp điều khiển gián tiếp là phương pháp tập trung các xung quay số vào mạch nhớ, đọc tất
cả các số và sau đó lựa chọn các đường nối cuộc gọi thông qua việc đánh giá tổng hợp. Theo đó với
phương pháp này được đặc tính hoá bởi dung lượng xử lý đường thông cao và có khả nǎng biến đổi
các số gọi, tương đương, các số gọi và các đường nối có thể được xác định độc lập để lập nên mạng
lưới tuyến linh hoạt. Đặc biệt, chức nǎng này là cần thiết để có thể sử dụng một cách có hiệu quả các
tuyến gọi đường dài. Tốc độ vận hành của mạch điều khiển trong các phương pháp điều khiển chung
và điều khiển theo chương trình lưu giữ là nhanh hơn nhiều so với thao tác quay số. Theo đó các số
đựoc quay được tập hợp lại trong một mạch nhớ tách biệt tạm thời nhằm để sử dụng mạch điều khiển
tích hợp cao và sau đó chúng được đọc với tốc độ cực kỳ nhanh để điều khiển toàn bộ chúng ngay lập
tức. Vì lý do này, hầu hết các hệ tổng dài sử dụng phương pháp điều khiển chung và điều khiển theo
chương trình lưu giữ đều dùng phương pháp điều khiển gián tiếp loại trừ một số trường hợp trong thời
kỳ ban đầu cuả quá trình phát triển.
2.3.2 Phương pháp điều khiển độc lập
Các hệ tổng đài theo từng bước như của Strowger hoặc hệ tổng đài EMD sử dụng phương pháp điều
khiển độc lập trong đó từng mạch điều khiển riêng được bố trí kèm theo cho mỗi chuyển mạch. Mặc
dù đã cũ, đây vẫn là ví dụ tốt của cái gọi là điều khiển phân tán; nó tiến hành việc điều khiển chuyển
mạch một cách thống nhất bằng cách kích hoạt một cách độc lập các điều khiển chuyển mạch phân
tán. Mạch phân tán có bất lợi là nó làm giảm khả nǎng chuyển mạch hoặc các chức nǎng chuyển
mạch. Tuy nhiên, vì hệ thống có trang bị loại mạch này có khả nǎng cô lập các lỗi một cách có hiệu
quả, hệ này có thể được thay đổi hoặc được mở rộng dễ dàng. Đặc biệt, phương pháp này rất có thể
được dùng rộng rãi khi công nghệ thiết bị mới bao gồm độ tích hợp cao của mạch điện tử trở nên
pháp triển hơn. Phương pháp điều khiển độc lập đựoc phân loại thêm thành các loại điều khiển trực
tiếp và điều khiển gián tiếp. ở phần tiếp theo, chúng được xem xét chi tiết hơn.
A. Kiểu điều khiển trực tiếp
Như đã mô tả ở phần trước đây, các xung sinh ra khi thuê bao quay số được đưa vào trực tiếp, tiếp
đến được xử lý một cách liên tục để lựa chọn đường nối. Theo đó, một chuyển mạch để chọn đường
được định ra bằng số quay đã nhận được và sau đó chọn đường dây rỗi trong số đó. Hệ thống được
tạo nên bởi một nhóm các chuyển mạch như vậy.
Hai loại chuyển mạch hiện có là loại chuyển mạch cơ học kiểu chuyển động đơn để chọn các đường
ra thông qua việc dịch chuyển nhiều chiều đơn như dịch chuyển quay và chuyển theo đường thẳng và
một loại chuyển mạch cơ học kiểu chuyển 2 cấp để phối hợp hai cách chuyển nhiều chiều như chuyển
theo chiều đứng. Có nhiều phương pháp kích hoạt các chuyển động được nói trước đây; một phương
pháp quay bánh rǎng đồng hồ sử dụng các phương tiện điện từ hoặc động cơ đặc biệt và một hệ
thống nguồn chuyển động dịch chuyển từng chuyển mạch bằng cách lắp đặt một máy phát điện chung
ở một số chuyển mạch hoặc thông qua các bánh rǎng hoặc các phối hợp phức tạp khác.
B. Kiểu điều khiển gián tiếp
Phương pháp điều khiển trực tiếp có thể được sử dụng cho các hệ tổng đài dung lượng nhỏ một cách
không khó khǎn. Tuy nhiên, khi sử dụng cho hệ thống có dung lượng lớn, cấu hình mạng trở nên phức
tạp và khi lắp đặt một đường trung kế giữa các tổng đài có lưu lượng nhỏ, thì hiệu quả của nó bị giảm
xuống đáng kể. Để giải quyết các vấn đề này, phương pháp điều khiển gián tiếp được phát triển.
Nghĩa là mạch nhớ số gọi được lắp đặt trong hệ tổng đài để đọc các số gọi đã được lưu giữ. Khi tổng
đài bị gọi được xác định, việc chuyển đổi số phải được tiến hành tuỳ theo việc thiết lập mạng lưới dây
cũng như việc thực hiện nhận số liên tục và thêm các số được quay. Phương pháp này được gọi là
phương pháp điều khiển gián tiếp hay phương pháp chuyển đổi có lưu giữ. Hướng của đường trung
kế có thể được chọn bằng cách quay một số thập phân giới hạn đến 10; vì vậy khi dùng phương pháp
điều khiển độc lập cấu hình mạng lưới tuyến phần nào bị hạn chế trong khi đối với phương pháp điều
khiển gián tiếp thì đường truyền dẫn có thể hoạt động với hiệu qủa cao vì cấu hình mạng lưới tuyến
không quan hệ trực tiếp với các số được quay. Như đã trình bày ở trên, phương pháp điều khiển độc
lập là ví dụ đặc biệt của điều khiển phân tán. Có thể phân bố các chức nǎng chuyển mạch (xác định
cuộc gọi, nhận số được quay, xác định đường trung kế, chọn đường dây rỗi, cấp điện, truyền/nhận
một số tín hiệu, gọi lại, xác định thời điểm kết thúc gọi, hồi phục và các chức nǎng khác) cho các loại
mạch khác nhau để đấu nối các nhánh. Mỗi mạch được kết cấu đơn giản và một vài chuyển mạch
được tập hợp thành nhóm để hình thành hệ tổng đài.
2.3.3 Phương pháp điều khiển chung
Hệ điều khiển chung là phương pháp tách giữa mạch chuyển mạch gọi của hệ tổng đài và mạch điều
khiển và phân chia một số nhỏ các mạch điều khiển thành nhiều điều khiển đầu nối để đạt hiệu quả
cao hơn. Điều khiển đầu nối được tiến hành thông qua các quá trình sau: giai đoạn tập trung đường
khi các cuộc gọi phát sinh từ các thuê bao được tập hợp lại sau đó được nối với mạng chuyển mạch
gọi, giai đoạn phân bổ trong đó các cuộc gọi đã tập hợp được phân loại theo các hướng, thời kỳ tái
phát sinh trong đó các cuộc gọi từ phía tổng đài đối diện được tái phát lại và sau đó được chuyển đến
tổng đài bên kia, và một đoạn chọn cuối cùng khi các cuộc gọi đến được nối với phía bị gọi. Phương
pháp điều khiển chung từng phần hay là hệ thống đánh dấu theo giai đoạn là phương pháp chia các
chức nǎng trên đây thành các thời kỳ khác nhau và sau đó phân bổ chúng cho một số loại các mạch
điều khiển chung. Mặt khác hệ đánh dấu chung là phương pháp cho phép mạch điều khiển chung điều
khiển các đấu nối thông qua mạng chuyển mạch gọi của một tổng đài.
Khi sử dụng phương pháp điều khiển chung từng phần, hệ tổng đài có thể được tách ra thành các
ngǎn và theo đó khi nào cần thiết, có thể bổ sung các ngǎn một cách dễ dàng để mở rộng hệ thống.
Tuy vậy, những bất lợi sau đây thường gặp khi sử dụng phương pháp này: việc xử lý thông tin điều
khiển giữa mỗi ngǎn là khó khǎn, số lớn các thiết bị trung kế được đưa vào thông qua khoảng trống
trong các mạch gọi tách riêng, dung lượng xử lý đường thông bị giảm đáng kể do toàn bộ hệ thống
không được tích hợp hoàn toàn và các chức nǎng phức tạp. Do vậy, hiện nay hệ đánh dấu chung
được dùng rộng rãi hơn. Hệ tổng đài số 5 của Mỹ là ví dụ điển hình sử dụng phương pháp đánh dấu
theo giai đoạn và hệ tổng đài kiểu C45 của Nhật dùng hệ đánh dấu thông thường.
A. Hệ đánh dấu thông thường
Như đã trình bày ở phần trước đây, hệ đánh dấu thông thường là phương pháp điều khiển toàn bộ
vận hành của việc đấu nối chọn lọc trên mạng thông qua việc sử dụng chuyển mạch cuộc gọi.
Điều này không có nghĩa là chỉ có một mạch điều khiển hoặc một hệ tổng đài được sử dụng. Thay vì,
nó có nghĩa là một mạch điều khiển điều khiển toàn bộ hệ thống thoại. Trong trường hợp đối với hệ
tổng đài thanh chéo, cách thực hiện chung là việc điều khiển các cuộc gọi được thực hiện thông qua
việc sử dụng các mạch điều khiển chung khác nhau tuỳ thuộc vào tốc độ điều khiển yêu cầu. Vì vậy,
đôi khi có 2 thiết bị để thực hiện các chức nǎng khác nhau được lắp đặt cạnh kề nhau. Khi sử dụng
phương pháp này, chuyển mạch gọi toàn bộ được kiểm tra đầu tiên và sau đó thông tin chưa được
chiếm giữ của mỗi phần được tập hợp lại để chọn đường nối. Vì vậy, hiện tượng khoá đường thông,
phát sinh do tình trạng máy bận, có thể được giữ ở mức tối thiểu để có hiệu quả cao hơn. Do có các lý
do này, nên hầu hết các hệ tổng đài được phát triển gần đây sử dụng hệ đánh dấu chung. Trên hình
2.10, đường nối cuộc gọi của hệ tổng đài số 5 được thể hiện.
Hình 2.10. Đường nối cuộc gọi của hệ tổng đài số 5.
Thao tác nối cuộc gọi của hệ thống chuyển mạch thực hiện như sau:
•
•
•
(1) Nối mã: từ lúc thuê bao nhấc ống nói cho đến khi truyền tín hiệu mời quay số.
(2) Tiếp nhận xung quay số: số được ghi vào thanh ghi khi máy thuê bao chủ gọi quay số.
(3) Nối cuộc gọi đi: Dựa vào số nhận được trong thanh ghi chủ gọi đường ra của tổng đài
trung chuyển nối với máy thuê bao bị gọi được xác định
•
•
•
(4) Nối trong nội bộ tổng đài: Nếu máy thuê bao bị gọi nằm trong tổng đài nội hạt, thì đường
gọi trong tổng đài nội hạt được lựa chọn.
(5) Nối cuộc gọi đến: Khi cuộc gọi đến từ một tổng đài khác, thanh ghi đầu vào bị chiếm bởi
một đường trung kế vào.
(6) Nối trung chuyển: Nếu hệ thống chuyển mạch là trung chuyển, thì cuộc gọi đến được
chuyển tới tổng đài xa hoặc tổng đài cuối.
Để kiểm tra xem những chức nǎng trên có thực hiện bình thường không, hệ thống chuyển mạch
thường được trang bị thêm chức nǎng quản lý, vận hành và bảo dưỡng của bộ điều khiển tự động,
chức nǎng phát hiện lỗi, vị trí, thời gian gây lỗi và thiết bị ghi.
B. Phương pháp điều khiển chung từng phần
Việc điều khiển đấu nối của hệ thống chuyển mạch được thực hiện qua những quá trình sau: giai đoạn
tập trung đường theo lưu lượng cần xử lý sau khi xác định có tín hiệu gọi, giai đoạn phân phối các
cuộc gọi cho các địa chỉ dựa trên số đã quay, giai đoạn thực hiện nối rơ-le, và cuối cùng là giai đoạn
lựa chọn cuối cùng khi các cuộc gọi được nối tới các thuê bao bị gọi. Theo như trên, mỗi giai đoạn có
sự điều khiển khác nhâu, Hệ thống đánh dấu giai đoạn là phương pháp phân chia sự điều khiển thành
nhiều nhóm và sau đó phân loại phạm vi điều khiển đấu nối tương ứng để phân phối.
Hệ thống này khác với hệ thống đánh dấu chung ở chỗ phạm vi giám sát của một mạch điều khiển
chung là một bộ phận của mạng chuyển mạch cuộc gọi như chỉ rõ trong hình 2.11
Hình 2.11. Phương pháp điều khiển chung từng phần.
Phương pháp này có đặc điểm như sau:
•
•
(1) Phạm vi mạng chuyển mạch gọi do một mạch điều khiển nhỏ
(2) Hệ thống chuyển mạch có thể phân chia và xếp đặt lại bằng cách kết hợp các bộ phận một
cách khác nhau để linh hoạt hơn.
•
(3) Vận hành mạng tuyến có thể thực hiện linh hoạt tuỳ theo yêu cầu về đường thông.
Tải về để xem bản đầy đủ
112 trang
23180
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Lý thuyết thông tin", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_ly_thuyet_thong_tin.doc
