-----------------Trờng Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên----------------

Khoa: Điện Tử
-
Bộ môn : Điện Tử Viễn Thông-------------------------------
1
Mục lục
Trang
Lời nói đầu.....2
PHần i: Cơ sở lý thuyết..3
A. Lý thuyết về tổng đài số.....3
B. Lý thuyết về các trờng chuyển mạch....9
C. Nguyên lý PCM .......26
phần II: Thiết kế....37
chơng I: bộ định thời phát...38
Chơng II: Bộ ghép kênh48
Chơng III: tạo m AMI.......55
Chơng iV: Bộ định thời thu...58
Chơng V: Bộ tách kênh...69
Chơng vI: Thiết kế trờng chuyển mạch.77
A. Trờng chuyển mạch T...77
B. Trờng chuyển mạch S....94
Kết luận.....98
Phụ lục99



-----------------Trờng Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên----------------

Khoa: Điện Tử
-
Bộ môn : Điện Tử Viễn Thông-------------------------------
3
PHần i: Cơ sở lý thuyết
A. Tìm hiểu về cấu trúc tổng đi số
I. Lịch sử phát triển tổng đài
- Năm 1837, Samuel F. B Morse phát minh ra máy điện tín
- Năm 1876, Alecxander Graham Bell phát minh ra điện thoại
- Đến năm 1878, hệ thống tổng đài đầu tiên đợc thiết lập, đó là một
tổng đài nhân công điện từ đợc xây dựng ở New Haven
- Năm 1889, tổng đài điện thoại không sử dụng nhân công đợc A.B
Strowger phát minh
- Năm 1926, Erisson phát triển thành công hệ tổng đài thanh chéo
- Năm 1965, tổng đài ESS số 1 của Mỹ là tổng đài điện tử có dung lợng
lớn ra đời
- Tháng 1 năm 1976, tổng đài điện tử số chuyển tiếp hoạt động trên cơ
sở chuyển mạch số máy tính thơng mại đầu tiên trên thế giới đợc lắp

theo các phiến mạch in liên kết kiểu cắm. Khi một phiến mạch in có lỗi thì nó
đợc tự động phát hiện nhờ chơng trình bảo dỡng và chuẩn đoán.
1. Sơ đồ khối của tổng đài SPC
Hỡnh 1: S khi chc nng tng i SPC.

2. Chức năng của các khối trong tổng đài SPC
2.1 Khối điều khiển trung tâm:
iu khin trung tõm thc hin cỏc chc nng sau
- X lý cuc gi : Quột trng thỏi thuờ bao, trung k; nhn xung quay s
v gii mó xung quay s; tỡm ng ri; truyn bỏo hiu kt ni/ gii to cuc
gi; tớnh cc....
- Cnh bỏo: T th, phỏt hin li phn cng; cnh bỏo h hng;...
-----------------Trờng Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên----------------

Khoa: Điện Tử
-
Bộ môn : Điện Tử Viễn Thông-------------------------------
5
- Qun lý: Thng kờ lu lng; theo dừi cp nht s liu; theo dừi ng
b...
Bộ điều khiển trung tâm gồm một bộ xử lý có công suất lớn cùng các bộ
nhớ trực thuộc. Bộ xử lý này đợc thiết kế tối u để xử lý cuộc gọi và các công
việc liên quan trong một tổng đài. Nó phải hoàn thành các nhiệm vụ kịp thời
hay còn gọi là xử lí thời gian thực hiện các công việc sau đây:
- Nhận xung hay mã chọn số (các chữ số địa chỉ).
- Chuyển các tín hiệu địa chỉ đi ở các trờng hợp chuyển tiếp cuộc gọi.
- Trao đổi các báo hiệu cho thuê bao hay các tổng đài khác.

-----------------Trờng Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên----------------

Khoa: Điện Tử
-
Bộ môn : Điện Tử Viễn Thông-------------------------------
6
Bộ nhớ số liệu dùng để ghi lại tạm thời các số liệu cần thiết trong quá
trình xử lý các cuộc gọi nh các chữ số địa chỉ thuê bao, trạng thái bận - rỗi
của các đờng dây thuê bao hay trung kế...
Bộ nhớ phiên dịch chứa các thông tin về loại đờng dây thuê bao chủ
gọi và bị gọi, mã tạo tuyến, thông tin cớc...
Bộ nhớ số liệu là bộ nhớ tạm thời còn các bộ nhớ chơng trình và phiên
dịch là các bộ nhớ bán cố định. Số liệu hay chơng trình trong các bộ nhớ bán
cố định không thay đổi trong quá trình xử lí cuộc gọi. Còn thông tin ở bộ nhớ
tạm thời (Nhớ số liệu) thay đổi liên tục từ lúc bắt đầu tới lúc kết thúc cuộc gọi.
2.2 Trng chuyn mch :Chc nng l thit lp tuyn ni gia hai hay nhiu thuờ bao ca
tngi hay gia cỏc tng i vi nhau.
Chc nng truyn dn: Truyn dn tớn hiu ting núi v cỏc tớn hiu bỏo hiu
gia cỏc thuờ bao v gia cỏc tng i vi yờu cu chớnh xỏc v tin cy
cao.
- Giao tip thuờ bao: Gm mch in ng dõy v b tp trung.

+ Mch in ng dõy thc hin cỏc chc nng BORSCHT
.
B : Cấp nguồn (Battery) Dùng bộ chỉnh lu tạo các mức điện áp theo
yêu cầu phù hợp với thuê bao từ điện áp xoay chiều. Ví dụ cung cấp điện gọi
cho từng máy điện thoại thuê bao đồng thời truyền tín hiệu nh nhấc máy,

Khi tp trung thuờ bao : lm nhim v tp trung ti thnh mt nhúm
thuờ bao trc khi vo trng chuyn mch.
2.3 Giao tip trung k :

m nhn cỏc chc nng GAZPACHO. Nú khụng lm chc nng tp
trung ti nh giao tip thuờ bao nhng vn cú mch in tp trung trao i
khe thi gian, cõn bng ti, trn bỏo hiu v tớn hiu mu th.
G (Generation of frame) :Phát mã khung nhận dạng tín hiệu đồng bộ
khung để phân biệt từng khung của tuyến số liệu PCM đa từ tổng đài tới.
A (Aligment of frame) : Sắp xếp khung số liệu phù hợp với hệ thống
PCM.
Z (Zero string suppression) : Khử dãy số 0 liên tiếp. Do dãy tín hiệu
PCM có nhiều quãng chứa nhiều bít 0 nên phía thu khó khôi phục tín hiệu
đồng hồ. Vì vậy nhiệm vụ này thực hiện khử các dãy bit 0 ở phía phát.
P (Polar conversion) : Có nhiệm vụ biến đổi dãy tín hiệu đơn cực từ hệ
thống thành lỡng cực đờng dây và ngợc lại.
A (Alarm processing) : Xử lý cảnh báo đờng truyền PCM.
-----------------Trờng Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên----------------

Khoa: Điện Tử
-
Bộ môn : Điện Tử Viễn Thông-------------------------------
8
C (Clock recovery) : Khôi phục xung đồng hồ, thực hiện phục hồi dãy
xung nhịp từ dãy tín hiệu thu đợc.
H (Hunt during reframe) : Tìm trong khi định lại khung tức là tách
thông tin đồng bộ từ dãy tín hiệu thu.
O (Office signalling) : Báo hiệu liên tổng đài. Đó là chức năng giao tiếp
để phối hợp báo hiệu giữa tổng đài đang xem xét và các tổng đài khác qua
đờng trung kế.

Phỏt hin v thụng bỏo cho b x lý trung tõm cỏc bin c mang tớnh
bỏo hiu. Nú qun lý ng dõy theo phng phỏp quột ln lt. Sau mt
khong thi gian nht nh, cng trng thỏi ng dõy c c mt ln.
2.7 iu khin u ni :
Thit lp v gii phúng cỏc cuc gi di s iu khin ca b iu
khin trung tõm.

B. Lý thuyết về các trờng chuyển mạch số
I. Giới thiệu chung về chuyển mạch số:

Nhiệm vụ của tổng đài là tạo tuyến đấu nối, nội bộ bên trong tổng đài
để nối thông tin thoại cho các máy điện thoại bất kỳ. Nh vậy tổng đài làm
việc nh một công tắc còn gọi là chuyển mạch số. Kỹ thuật chuyển mạch dùng
để điều khiển chức năng, nhiệm vụ của một tổng đài, trong tổng đài tơng tự
sử dụng chuyển mạch tơng tự, trong tổng đài số dùng chuyển mạch số. Hiện
nay chủ yếu sử dụng chuyển mạch số. Chuyển mạch số dùng để trao đổi thông
tin giữa các khe thời gian bất kỳ của luồng PCM vào và luồng PCM ra.
Chuyển mạch số có nhiều luồng PCM vào và nhiều luồng PCM ra, có n
luồng PCM vào đánh số từ PCMv
o
ữ PCMv
n-1
có m luồng PCM ra đánh số từ
PCMr
o
ữ PCMr
m-1
. Mỗi một luồng PCM ra có R khe thời gian từ TS
o
ữ TS

Gi s trong khung cú R khe thi gian, trong ú cn trao i thụng tin
gia 2 khe thi gian A v B Ta cho mu Ma (8 bit PCM) qua n b tr thỡ
u ra mu Ma s cú mt khe thi gian TSB. V mu Mb qua R-n b tr s
cú mt thi im TSA. Nh vy vic trao i thụng tin ó c thc hiờn.
Nhc điểm: Hiu qu kộm, giỏ thnh cao.
1.2 Phng phỏp dựng b nh
m
Da trờn c s cỏc mu ting núi c ghi vo cỏc b nh m BM v
c ra nhng thi im mong mun. a ch ca ụ nh trong BM ghi
-----------------Tr−êng §¹i häc kü thuËt c«ng nghiÖp Th¸i Nguyªn----------------

Khoa: §iÖn Tö
-
Bé m«n : §iÖn Tö ViÔn Th«ng-------------------------------
11
hoặc đọc được cung cấp bởi bộ nhớ điều khiển CM.

Hình 5 : Phương pháp dùng bộ nhớ đệm.
Thông tin phân kênh thời gian được ghi lần lượt vào các tế bào của BM.
Nếu b là số bít mã hoá mẫu tiếng nói, R số khe thời gian trong một tuyến
(khung) thì BM sẽ có R ô nhớ và dung lượng bộ nhớ BM là b.R bits.
CM lưu các địa chỉ của BM để điều khiển việc đọc ghi, vì BM có R địa
chỉ, nên dung lượng của CM là R.log2R bits.
Trong đó, log2R biểu thị số bit trong 1 từ địa chỉ và cũng là số đườ
ng
trong 1 bus. Việc ghi đọc vào BM có thể là tuần tự hoặc ngẫu nhiên. Như vậy,
trong chuyển mạch T có hai kiểu điều khiển là tuần tự và ngẫu nhiên.
• Điều khiển tuần tự :Điều khiển tuần tự là kiểu điều khiển mà trong
đó, việc đọc ra hay ghi vào các địa chỉ liên tiếp của bộ nhớ BM một cách tuần
tự tương ứng với thứ t

-----------------Tr−êng §¹i häc kü thuËt c«ng nghiÖp Th¸i Nguyªn----------------

Khoa: §iÖn Tö
-
Bé m«n : §iÖn Tö ViÔn Th«ng-------------------------------
13
song song 8 bits (Mỗi từ mã chiếm 1 khe thời gian). Các từ mã này được ghi
tuần tự vào bộ nhớ BM do giá trị của bộ đếm khe thời gian tăng lần lượt lên 1
tương ứng với khe thời gian đầu vào. Xen kẻ với quá trình ghi là quá trình đọc
thông tin từ bộ nhớ BM với các địa chỉ do bộ nhớ điều khiển CM cung cấp.
Thông tin sau khi đọc ra khỏi BM, được chuyển đổi từ song song ra nối tiếp
trở lạ
i và sau đó được tách ra thành các kênh để đưa ra ngoài.

Như vậy, việc ghi đọc BM thực hiện 2 chu trình: Ghi vào BM ô nhớ có
địa chỉ do bộ đếm khung cung cấp (gọi là chu trình ghi). Đọc ra từ BM từ ô
nhớ có địa chỉ do CM cung cấp (chu trình đọc).
Đối với tín hiệu thoại, fs = 8 KHz do đó cứ 125 ms thì ô nhớ BM ghi đọc
1 lần.
Số kênh cực đại Rmax=125/(TW+TR). trong đó TW và TR là thời gian
ghi và đọc của bộ nhớ BM do nhà sản xuất quy định.
*Ghi ngẫu nhiên/ đọc ra tuần tự :
Bộ
nhớ CM cung cấp địa chỉ của các ô nhớ của BM trong chu trình ghi
còn bộ đếm khe thời gian cung cấp địa chỉ cho việc đọc thông tin ra khỏi bộ
nhớ BM.
Giả sử 2 khe thời gian A và B muốn trao đổi thông tin với nhau thì ô nhớ
A trong CM lưu giá trị ‘B’ và ô nhớ B trong CM sẽ lưu giá trị ‘A’. Quá trình
thực hiện được tiến hành như sau :
- Bộ đếm khe thời gian quét lần lượt BM và CM và do đó, ở đầu ra nội

1.3 Chuyển mạch thời gian thực tế:
Trong thực tế các bộ nhớ kết cuối(CM) và các bộ nhớ l
u thoại (SM)
đều đợc thiết lập từ các chíp bộ nhớ bán dẫn truy xuất ngẫu nhiên kỹ thuật
số(RAM). Một RAM có các cổng xuất nhập dữ liệu và địa chỉ, các cổng nhận
lệnh đọc và ghi theo đồng hồ định thời. Tất cả các cổng trong RAM hoạt động
-----------------Trờng Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên----------------

Khoa: Điện Tử
-
Bộ môn : Điện Tử Viễn Thông-------------------------------
15
theo chế độ song song.Hình 9- Chuyển mạch thời gian cơ bản dùng RAM
Sơ đồ trên mô tả phơng pháp hoạt động của chuyển mạch thời gian.
Các từ mã PCM nhập đợc ghi vào SM và đực đọc ra trên Bus xuất, dới sự
điều khiển của CM. Địa chỉ của SM đợc xuất ra từ CM. Địa chỉ đọc và ghi
của bộ chọn đợc lấy ra đồng thời từ Bộ đếm kênh nhập. Địa chỉ SM là dữ
liệu vào của bộ CM và địa chỉ vào của bộ chọn CM đợc đa tới từ điều khiển
tổng đài.
Để xây dựng các chuyển mạch lớn tiết kiệm và khai thác khả năng về
tốc độ của hệ thống bán dẫn, cũng nh chuyển mạch khong gian, các chuyển
mạch thời gian thờng dùng các mức siêu ghép và làm việc theo chế độ song
song.
-----------------Trờng Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên----------------

Khoa: Điện Tử
-

trình bày bên trái nét khuất, trong khi thiết bị bên tay phải của nét khuất đợc
chia sẻ bởi 16 hệ thống PCM. Thủ tục lựa chọn đơn vị nào trong 16 đơn vị lu
trữ PCM sẽ ghi vào SM đợc khởi động bởi 1 bộ đếm dòng PCM từng bớc
từ 0 đến 15 cho mỗi khung đến. Bộ đếm này tạo ra một số nhị phân 1 bit, đại
diện cho đơn vị lu trữ PCM đợc chọn, số nhị phân này sau đó đợc giải mã
và đợc dùng để đa vào 1 trong 16 đờng điều khiển. Đờng điều khiển này
-----------------Trờng Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên----------------

Khoa: Điện Tử
-
Bộ môn : Điện Tử Viễn Thông-------------------------------
18
sau đó đợc đa vào hai tập hợp các cổng AND trong đơn vị lu trữ. Khi dã
đợc đa vào, đến lợt mỗi cổng thoại chuyển nội dung 4 bit của các bộ đếm
giữ khung liên kết với chung lên bus siêu ghép và sau đó đa vào SM của đơn
vị chuyển mạch thời gian. Đồng thời các cổng địa chỉ kênh chuyển tuần tự các
số nhị phân 5 bit biểy diễn cho mỗi khe trong 32 khe thời gian, các bit nay liên
kết với nhau tạo nên một địa chỉ 9 bit cho SM. Nh vậy, mỗi một v

trong 512
vị trí của SM đợc địa chỉ hoá một cách tuần tự bởi 9 bit, 4 bit đầu tiên chỉ hệ
thống PCM 5 bit còn lại chỉ khe thời gian cho một hệ thống PCM đó.
2. Chuyn mch khụng gian ( S )
2.1 Nguyờn lý:Hỡnh 12 : S chuyn mch khụng gian tip thụng hon ton v khụng
hon ton.
Nguyờn lý lm vic ca chuyn mch khụng gian da trờn c s chuyn
mch khụng gian dựng thanh chộo. Chuyn mch khụng gian s l chuyn

-----------------Tr−êng §¹i häc kü thuËt c«ng nghiÖp Th¸i Nguyªn----------------

Khoa: §iÖn Tö
-
Bé m«n : §iÖn Tö ViÔn Th«ng-------------------------------
20

Hình 14: Chuyển mạch S ma trận 4*4.
Chuyển mạch gồm ma trận m*n điểm thông đóng/mở là được điều khiển
bởi CM. Mỗi địa chỉ nhị phân đánh dấu 1 điển thông thích hợp để thiết lập nối
kết giữa ngõ ra và ngõ vào trên bus. Kích thước mỗi từ của CM phải đáp ứng
được yêu cầu cất giữ địa chỉ nhị phân cho 1 trong n điểm thông và có thể thêm
1 điạ chỉ để thể hiện rằng mọi điểm thông trong cột là mở. Như vậy gồm n+1
địa chỉ. Vậy, mỗi từ CM gồm log2(n+1) bits.
Mỗi bộ nhớ CM phải lưu được toàn bộ địa chỉ điểm thông trong 1 khung
và để CM làm việc một cách đồng bộ với ma trận chuyển mạch nên các ô nhớ
của CM sẽ tương ứng với thứ tự
các khe thời gian vào, cho nên, nó phải có ít
nhất R ô nhớ (R là số khe thời gian trong một khung). Như vậy, địa chỉ của
điểm thông sẽ được nối trong khe thời gian TS1 sẽ được lưu trữ trong ô nhớ
đầu tiên trong CM.
Quá trình chuyển mạch xem xét nội dung của tế bào suốt khe thời gian
tương ứng và dùng địa chỉ này để xác định điểm thông của khe thời gian này.
Quá trình cứ tiếp diễn như vậy cho hết khung, tiếp t
ục cho hết một cuộc gọi để
sau đó trong CM có sự thay đổi và mọi việc sẽ được tổ chức lại.

-----------------Tr−êng §¹i häc kü thuËt c«ng nghiÖp Th¸i Nguyªn----------------

Khoa: §iÖn Tö


- Điều khiển theo đầu ra: Xác định đầu vào nào sẽ nối với đầu ra tương
ứng
.

Trong chuyển mạch S điều khiển theo đầu ra thì trên các cột ngõ ra sẽ có
các bộ nhớ CM và nội dung trong các ô nhớ của CM sẽ chọn các dòng ngõ
vào cho cột ngõ ra của nó. Điều khiển theo đầu vào thì mỗi dòng sẽ có một bộ
nhớ CM điều khiển và nội dung của nó sẽ xác định các cột ngõ ra cho dòng
-----------------Trờng Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên----------------

Khoa: Điện Tử
-
Bộ môn : Điện Tử Viễn Thông-------------------------------
22
ngừ vo ca nú.

Hỡnh 15 : iu khin theo u ra.

Hỡnh 1 6: iu khin theo u vo.
2.4 Ghép kênh mở rộng:
Có thể tăng kích thớc của chuyển mạch không gian số bằng cách tăng
số khe thời gian trên mỗi bus. Điều này đợc thực hiện bằng cách ghép kênh
phân thời cho vài hệ thống PCM trên mỗi bus nhập với hoạt động giải phân
kênh tơng ứng lấy tín hiệu từ các bus xuất vào các hệ thống PCM thành phần
Kỹ thuật này đợc gọi là siêu ghép (super multiplexing). vì các khe thời gian
trên các bus đợc ghép tăng cờng phải đợc làm ngắn một cách thích hợp.
Điều này có nghĩa là các bit trong chúng phải đợc truyền nhanh hơn, sự mở
rộng bằng cách gia tăng dung lợng của chuyển mạch bị giới hạn bởi tốc độ
hoạt động của các mạch logic hình thành lên các toạ độ điểm. Tốc độ yêu cầu

Bộ môn : Điện Tử Viễn Thông-------------------------------
24
mức độ lớn nhất có thể của siêu ghép ,một tổng đài có dung lợng 20.000
erlangs yêu cầu một chuyển mạch không gian số có khoảng 96x96 cổng (port)
. Hiện nay các chuyển mạch có kích thớc nh vậy là không thể thực hiện trên
một bus mạch in. Một khía cạnh khác trong việc xây dựng các chuyển mạch
không gian số là sự bất lợi về kinh tế khi liên kết với các tổng đài mới đợc
trang bị đầy đủ với yêu cầu cơ bản về kích thớc của nó. Ghánh nặng kinh tế
có thể kéo dài trong nhiều năm. Do đó, trong thực tế các chuyển mạch không
gian số đợc xây dựng bằng cách dùng các module đã tối u kích thớc để
thực hiện các khối chuyển mạch có kích thớc phù hợp và có thể mở rộng một
cách dễ dàng.
ý tởng về modul hoá cho một chuyển mạch không gian số đơc thể hiên ở
hình 5.4a.Chuyển mạch này đợc xây dựng từ một dãy các modul vuông ,mỗi
modul là một ma trân 8 x8 trong đó các modul ma trận điều khiển theo hớng
cột 8 x8 chứa 8 bộ ghép kênh luận lý số , mỗi bộ có các kết nối của nó ( đợc
kí hiệu CM-1 đến CM-8). Đơn vị chuyển mạch không gian nhỏ nhất là một
modul cung cấp một chuyển mạch 8 x8. Điều này có thể đợc mở rông ra
16x16 bằng cách dùng 3 module sau đó mở rộng ra 24x24 bằng cách dùng 5
module và cứ thế.

-----------------Trờng Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên----------------

Khoa: Điện Tử
-
Bộ môn : Điện Tử Viễn Thông-------------------------------
25

Hình 18. Module hoá cho một chuyển mạch không gian số
3. Chuyển mạch kết hợp (S-T-S)