Giáo trình Kỹ thuật truyền thanh - Chương XI: Kỹ thuật ghép kênh

CHƯƠNG XI
KỸ THUẬT GHÉP KÊNH
Để tận dụng thiết bị, dải sóng quy định, môi trường truyền sóng và thời gian xử dụng hệ thống truyền tin và dữ liệu, các kỹ thuật ghép nhiều kênh tín hiệu để có một tín hiệu chung gọi là tín hiệu phức hợp hay một nguồn dữ liệu chung gọi là dòng dữ liệu đã được nghiên cứu, triển khai và phát triển.
Có hai kỹ thuật ghép (Multiplexing):
Kỹ thuật ghép phân chia dải tần.
Kỹ thuật ghép phân chia thời gian.
I. Kỹ thuật ghép phân chia dải tần:
S
Supergroup 
multiplexer
fsc = 
fsc = 
fsc = 
fsc = 
fsc = 
fsc =
fsc =
fsc =
fsc =
fsc =
fsc = 108
fsc = 104
fsc = 100
fsc = 96
fsc = 92
fsc = 88
fsc = 84
fsc = 80
fsc = 76
fsc = 72
fsc = 68
fsc = 64
S
fsc = 612
fsc = 564
fsc = 516
fsc = 468
fsc = 420
S
12 voice frequency channel input (0-4KHz)
108
104
104
100
100
96
96
92
92
88
88
84
84
80
80
76
76
72
72
68
68
64
64
60
Bandwidth boundary
Group output 12VF channels 48KHz Bandwidth
Supergroup output 60VF channels 240KHz Bandwidth
5 group input 
10 supergroup input 
Masrergroup 
multiplexer
Mastergroup output 600VF channels 2,52MHz Bandwidth
Group 
multiplexer
H.XI-1
Ba nhóm kênh cấp 1, 2 và 3 đầu thuộc phả hệ AT&T (Bắc Mỹ)
Kỹ thuật này thường được áp dụng để ghép nhiều kênh tín hiệu tương tự thành một kênh tín hiệu gọi là tín hiệu phức hợp. Kỹ thuật một dải biên triệt sóng mang được áp dụng. Mỗi dải sóng rộng được phân chia thành nhiều dải hẹp hơn, mỗi dải được qui định truyền một kênh nhất định. Ta lấy thí dụ kênh điện thoại có dải tần từ 0 đến 4KHz kể cả dải an toàn cách ly chống hiện tượng xuyên kênh. Mỗi kênh thoại được đưa vào một khối điều biến để có một dải sóng đơn biên không sóng mang qui định: việc ghép kênh được thực hiện qua nhiều giai đoạn theo hệ thống phả hệ với số nhóm càng tăng qua mỗi giai đoạn như sau theo phả hệ CCITT (xem chương II)
Một kênh thoại (Voice Channel): có dải thông từ 0 đến 4KHz kể cả khoảng cách ly an toàn tránh xuyên kênh.
- Nhóm cấp một (Group): gồm 12 kênh mỗi kênh 4KHz, bề rộng dải thông nhóm cấp một là 4KHz*12 = 48KHz, từ 60 đến 108KHz.
- Nhóm cấp hai (Super Group): gồm 60 kênh, mỗi kênh 4KHz, bề rộng dải thông nhóm cấp hai là 4KHz*60 = 240KHz tức là gồm 5 nhóm cấp một, từ 312 đến 532KHz.
- Nhóm cấp ba (Master Group): gồm 300 kênh tức là 4*300 = 1,232MHz, từ 812KHz đến 2044KHz, gồm 5 nhóm cấp hai.
- Nhóm cấp bốn (Supermaster Group): gồm 900 kênh, bề rộng dải là 4*900 = 3600MHz từ 8,516 đến 12,388MHz gồm ba nhóm cấp ba.
Theo phả hệ AT&T các nhóm được định danh khác với CCITT như H.IX-1. Tra bảng XI-1.
Mỗi nhóm ngoài số kênh thoại còn được kèm theo sóng mang đồng bộ hay sóng mang chủ đạo (Pilot Carrier) 
Sau đây là phổ sóng cho các nhóm theo CCITT:
Nhóm cấp một:60K
108K
fPC = 84,08KHz
Nhóm cấp 1
Nhóm cấp 2
312K
fPC = 411,92KHz
552K
Nhóm cấp hai:
812K
fPC = 1552KHz
2044K
Nhóm cấp ba:
Nhóm cấp 3
Nhóm cấp bốn:
a)
b)
c)
d)
fPC=11,096MHz
8,516MHz
12,388MHz
H.XI-2
Tại trạm thu, phổ sóng thu được phải trải qua quá trình ngược lại, gọi là tách kênh (Demultiplexing). Quá trình này đơn giản hơn, sau khi thu được qua máy thu dải sóng rộng, sóng mang chủ đạo được phục hồi, từ tần số sóng mang được phục hồi, qua quá trình tổng hợp tần số ta lại có thể tái lập toàn số sóng mang của các kênh thoại tái nhập sóng mang và tách sóng thu hồi tín hiệu gốc của từng kênh.
Số kênh mỗi nhóm dải thông phổ tần định danh nhóm theo cấp ghép kênh thuộc hai phả hệ AT&T (Bắc Mỹ) và CCITT (quốc tế). Dải thông của mỗi nhóm bằng số kênh truyền trong nhóm nhân với dải thông của mỗi kênh (kể cả dải cách ly trừ hiện tượng xuyên âm).
Bảng XI-1
Number of
Voice Channel
Bandwidth
Spectrum
AT&T
CCITT
12
48KHz
60-108KHz
Group
Group
60
240KHz
312-552KHz
Supergroup
Supergroup
300
1,232MHz
812-2044KHz
Mastergroup
600
2,52MHz
564-3084KHz
Mastergroup
900
3,872MHz
8,516-12,388MHz
Supermastergroup
N > 600
Mastergroup multiplex
3.600
16,984MHz
9,564-17,548MHz
Jumbogroup
10.800
57,422MHz
3,124-60,566MHz
Jumbogroup multiplex
II. Kỹ thuật ghép kênh phân chia thời gian:
Kỹ thuật này thường được dùng để ghép nhiều kênh tín hiệu số thành một nhóm có tín hiệu số phức hợp.
Lưu ý: Nếu cần ghép kênh tương tự với kênh số thì tín hiệu tương tự phải đổi ra tín hiệu số. Ngược lại, nếu cần ghép kênh số với kênh tương tự thí tín hiệu số phải đổi ra tín hiệu tương tự nếu có thể được. Thời gian truyền qua môi trường được chia thành nhiều khoảng thời gian, mỗi khoảng được dành cho một kênh. Tùy theo cách phân bố thời gian cho mỗi kênh ta lại phân loại thành kỹ thuật ghép phân chia thời gian khác nhau. Trong bất kỳ kỹ thuật nào chúng ta cũng phải lưu ý tốc độ truyền thay vì dải thông của môi trường. Hai kỹ thuật ghép kênh phân chia thời gian là ghép phân chia thời gian đồng bộ và không đồng bộ.
1.Kỹ thuật ghép kênh phân chia thời gian đồng bộ (Synchronous Time Division Multiplexing):
Thời gian truyền qua môi trường được chia thành nhiều khoảng thời gian bằng nhau. Mỗi khoảng dành cho một kênh bất luận kênh cần truyền tín hiệu hay không.
Qua mỗi kênh, tín hiệu số được truyền qua môi trường từng cụm từ có số bit nhất định. Thí dụ là cụm từ 8 bit ở kênh thoại truyền bằng kỹ thuật điều biến mã xung (PCM: Pulse Code Modulation). Nếu nhóm gồm N kênh thoại ghép phân chia thời gian thì thời gian truyền qua môi trường được chia thành N khoảng bằng nhau, mỗi khoảng truyền một cụm từ 8 bit cho mỗi kênh.
Qua mỗi chu kỳ truyền được 8*N bit cho tất cả N kênh. Ta có một nhóm N cụm từ gọi là một mành tín hiệu số. Có hai kiểu cấu trúc mành:
Mành xen kẽ cụm từ (cụm 8 bit kênh thoại) của mỗi kênh, tức là cụm 8 bit kênh 1, rồi 8 bit kênh 2 cho đến 8 bit kênh cuối cùng (H.XI-3a)
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8
Kênh 1
1 khe thời gian
Kênh 2
Kênh N
Kênh N -1
H.XI-3a
khung sau
Mành xen kẽ bit: bit 1 của mỗi kênh, kênh 1 đến kênh N được lần lượt truyền, sau đó bit 2 của kênh 1 đến kênh N, rồi cuối cùng là bit thứ 8 (bit cuối cùng của cụm từ) từ kênh 1 đến kênh N để làm tốt một mành (như H.XI-3b)
Kênh
1
Kênh
2
Kênh
N
Kênh
3
Kênh
1
Kênh
2
Kênh
N
Kênh
3
Bit 1
Kênh
1
Kênh
2
Kênh
3
Bit 2
Bit 7
Bit 8
khung sau
H.XI-3b
Thời gian truyền mỗi cụm từ cho một kênh xen kẽ cụm gọi là khe thời gian.
Cấu trúc xen kẽ cụm từ phù hợp với kỹ thuật điều biến mã xung, do vậy được sử dụng phổ biến hơn.
2. Kỹ thuật ghép kênh phân chia thời gian không đồng bộ (Asynchronous Time Division Multiplexing)::
Thời gian truyền qua môi trường được phân cho mỗi kênh không bằng nhau mà phụ thuộc vào xác suất thời gian sử dụng của mỗi kênh, kênh nào không truyền tín hiệu hay dữ liệu thì trong thời gian đó không phân bố thời gian truyền. Với kỹ thuật này, thiết bị và kênh truyền được tận dụng triệt để hơn. Tín hiệu số tại mỗi kênh được truyền bằng kỹ thuật vi xử lý theo thủ tục chặt chẽ gọi là kỹ thuật truyền bậc cao (High Level Data Link Control) như kiểm tra lỗi, báo lỗi, báo yêu cầu truyền lại, báo nhận được dữ liệu, kiểm tra thứ tự khung v.v...