đồ án tốt nghiệp công nghệ đường dây thuê bao số xdsl và ứng dụng cho các dịch vụ truyền hình cáp

Sở dĩ có những đặc tính hấp dẫn như vậy thứ nhất là do loại bỏ được giới hạn băngtần thoại, sử dụng toàn bộ băng tần hàng chục MHz của đôi dây đồng và ápdụng các kỹ thuật tiên tiến tăng

Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368

LỜI NÓI ĐẦU

Từ đầu những năm 1990 các dịch vụ Internet bùng nổ mở đầu cho nhucầu truyền thông số liệu tăng nhanh Thời kỳ này các modem tương tự còn được

sử dụng phổ biến để truy cập dữ liệu được truyền qua mạng PSTN Tuy nhiên,càng ngày các yêu cầu của khách hàng càng cao hơn và các modem tương tự vớitốc độ thấp không đáp ứng được Hơn nữa, các mạng PSTN được xây dựng đểphục vụ các dịch vụ thoại truyền thống phải đối mặt với tình trạng tắc nghẽntrầm trọng do việc truyền số liệu chiếm thời gian lớn hàng chục phút Thực tếnày thúc đẩy các nhà nghiên cứu viễn thông phải nhanh chóng tìm ra một giảipháp hiệu quả để cung cấp các dịch vụ băng rộng tới khách hàng Trong số cácgiải pháp được đưa ra, công nghệ đường dây thuê bao số DSL (DigitalSubscriber Line) nổi bật ở tính khả thi hơn cả Không những đáp ứng được yêucầu truyền số liệu tốc độ nhanh hàng chục Mbit/s và đưa thông tin qua mạngtruyền số liệu mà công nghệ này còn không đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu lớn Sở

dĩ có những đặc tính hấp dẫn như vậy thứ nhất là do loại bỏ được giới hạn băngtần thoại, sử dụng toàn bộ băng tần hàng chục MHz của đôi dây đồng và ápdụng các kỹ thuật tiên tiến tăng số bit/baud và thích ứng tốt với môi trườngtruyền dẫn của đôi dây đồng Thứ hai là do chỉ hoạt động trên đôi dây đồng củamạch vòng thuê bao nên khi triển khai sẽ tận dụng được cơ sở hạ tầng sẵn cócủa mạng truy nhập đã được xây dựng rộng khắp trên thế giới từ trước tới nay.Chính vì vậy mà công nghệ DSL đã được lựa chọn như một công nghệ dẫn đầucho việc xây dựng mạng truy nhập trên toàn thế giới Trong giai đoạn hiện nay,các tổ chức tiêu chuẩn quốc tế và các nhóm làm việc liên quan như ANSI, ETSI,ITU, UAWG, T1E1.4, ADSL Forum đang nỗ lực đưa ra các tiêu chuẩn chungcho các công nghệ này Trên thế giới các nhà khai thác và quản lý viễn thôngcũng đã đưa công nghệ DSL vào mạng của mình và dự đoán số thuê bao DSL sẽtăng nhanh từ 18,7 triệu thuê bao năm 2002 tới trên 200 triệu thuê bao vào năm

2005

Theo dõi quá trình phát triển công nghệ DSL cho mạng truy nhập, đề tài

tốt nghiệp “Công nghệ đường dây thuê bao số xDSL và ứng dụng cho các

Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368

dịch vụ truyền hình cáp” trình bày tổng quan về công nghệ DSL Ngoài ra đề

tài xem xét đến khả năng triển khai một trong những ứng dụng cụ thể của xDSL

là cung cấp dịch vụ truyền hình cáp trên địa bàn Hà nội Nội dung đề tài gồm 6chương như sau :

Chương 1 : Giới thiệu chung về công nghệ đường dây thuê bao số, sosánh nó với các công nghệ truy nhập băng rộng khác như quang và vô tuyến vàđiểm qua tình hình triển khai DSL trên thế giới cũng như các dự án phát triểnDSL ở Việt nam

Chương 2 : Trình bày về cơ sở kỹ thuật xDSL với các vấn đề dung lượngtruyền dẫn trên môi trường tạp âm của đôi dây đồng, các giải pháp kỹ thuật đểnâng cao tốc độ truyền số liệu và đồng thời nêu lên các khó khăn khi triển khaidịch vụ DSL như chất lượng đôi dây đồng, môi trường tạp âm và tính tươngthích phổ của các dịch vụ

Chương 3 : Giới thiệu về công nghệ ADSL là công nghệ được biết đếnnhiều nhất trong họ công nghệ xDSL Các giải pháp kỹ thuật tiên tiến được ápdụng trong công nghệ này, mô hình tham chiếu của hệ thống ADSL do ADSLForum đưa ra (giống mô hình tham chiếu của ITU-T trong khuyến nghịG.992.1), tình trạng chuẩn hoá và ứng dụng của ADSL Ngoài ra còn nêu những

ưu điểm mới trong phiên bản rút gọn là ADSL.Lite

Chương 4 : Giới thiệu về công nghệ VDSL là công nghệ đạt tốc độ truyềndẫn cao nhất trong họ xDSL Ở đây đề cập tới những đặc trưng riêng về môitrường truyền dẫn, khả năng kết hợp với cấu hình phân bố cáp sợi quang tới gầnthuê bao cùng với các giải pháp kỹ thuật và mô hình tham chiếu hệ thống doANSI đưa ra cũng như các ứng dụng của nó

Chương 5 : Trình bày về các giải pháp DSL khác gồm các công nghệHDSL, HDSL2, IDSL, SDSL, dịch vụ Voice over DSL, cấu hình mạng ATMover DSL và một số tên modem thuộc công nghệ DSL như : RADSL, CDSL,MDSL, G.shdsl, Etherloop

Chương 6 : Giới thiệu về một loại dịch vụ băng rộng đang xuất hiện rộng

Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368

thức tối ưu cho các lớp trên để cung cấp dịch vụ này qua đường dây DSL, kiếntrúc mạng Video over DSL điển hình Cuối cùng là các vấn đề trong mạng truynhập Việt nam và giải pháp được lựa chọn để triển khai dịch vụ truyền hình cápquảng bá cho Bưu điện Hà nội

Do hạn chế về thời gian và năng lực nên nội dung của đồ án tốt nghiệpnày không tránh khỏi những sai sót, em mong được thầy cô và các bạn quan tâmgóp ý thêm

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành

đồ án tốt nghiệp này Cảm ơn Viện KHKT Bưu điện, Bưu điện Hà nội và trungtâm VDC đã cung cấp tài liệu và hướng dẫn về chuyên môn cho em trong quátrình làm đề tài

Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368

CÁC CHỮ VIẾT TẮT

2B1Q 2-binary, 1Quaternary Mã 2B1Q

AAL ATM Adaptaion Layer Lớp thích ứng ATM

ADC Analog Digital Conversion Bộ chuyển đổi tương tự-số

ADSL Asymmetric DSL Dây thuê bao số không đối xứng

AM Amplitude Modulation Điều chế biên độ

AMI Alternate Mark Inversion Mã đảo dấu luân phiên

ANSI American National Standards

Institute

Viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ

ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền dẫn không đồng bộ

ATM 25 Asynchronous Transfer Mode

25Mbit/s

Một phiên bản ATM 25 Mbit/s

ATU ADSL Transmission Unit Khối truyền dẫn ADSL

ATU-C ADSL Transmission Unit-CO Khối truyền dẫn ADSL phía tổng đàiATU-R ADSL Transmission Unit-

BRA Basic Rate Access Sự truy cập tốc độ cơ sở

BRI Basic Rate Interface Giao diện tốc độ cơ sở

Bridge

tap

Cầu nối rẽ là nhánh của đôi dây xoắn không kết cuối được đưa vào để mở rộng mạch vòng thuê bao

CAP Carrierless Aplitude Phase

modulation

Điều chế biên độ pha không sử dụng sóng mang

CDMA Code Division Multiple

Access

Kỹ thuật đa truy nhập phân kênh theo

mã CLEC Competitive Local Exchange

Carrier

Công ty viễn thông nội hạt cạnh tranh

CO Central Offices Trung tâm chuyển mạch hoặc tổng đài

nội hạt

Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368

thuê baoDBS Direct Broadcast Satellite Hệ thống quảng bá trực tiếp từ vệ tinhDCS Digital Cross-connect System Hệ thống nối chéo số

DLC Digital Loop Carrier Hệ thống truyền dẫn số trên mạch vòng

thuê baoDMT Discrete Multitone Điều chế đa âm tần rời rạc

DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số

DWDM Density WaveDivision

Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao

DWMT Discrete Wavelet Multitone Điều chế đa tần sóng rời rạc

tiêu chuẩn châu Âu

FCC Federal Communications

Commision

Uỷ ban Viễn thông liên bang Mỹ trực thuộc chính phủ đưa ra các qui định cho ngành công nghiệp viễn thông, vô tuyến và truyền hình

FDD Frequency Division Duplexed Phương thức truyền dẫn song công

phân chia theo tần sốFDM Frequency Division

Modullation

Ghép kênh phân chia theo tần số

FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước

FEXT Far End Crosstalk Xuyên âm đầu xa

FSAN Full Service Access Network Mạng truy nhập đầy đủ dịch vụ

FSK Frequency Shift Keying Khoá pha theo tần số

FSN Full Service Network Mạng truyền thông cung cấp cả dịch vụ

băng rộng và dịch vụ băng hẹpFTTB Fiber To The Building Cáp quang đến toà nhà

FTTCab Fiber To The Carbinet Cáp quang đến Cabinet

FTTC Fiber To The Curb Cáp quang tới cụm dân cư

FTTH Fiber To The Home Cáp quang tới tận nhà thuê bao

Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368

FTTO Fiber To The Office Cáp quang tới các cơ quan nhỏ

FTTEx Fiber to the Exchange Cáp quang đến tổng đài

HFC Hybrid Fiber-Coax Mạng lai cáp đồng trục

HPPI High Performance Parallel

Interface

Giao diện song song hiệu năng cao

HTU-C High-bit-rate Terminal unit

Central office

Đơn vị đầu cuối tốc độ bit cao thuộc tổng đài

HTU-R High-bit-rate Terminal unit

Hiệp hội kỹ sư điện và điện tử

ILEC Incumbent Local Exchange

Carrier

Công ty viễn thông nội hạt độc quyền

IP Internet Protocol Giao thức Internet

độ 128 kbit/sISDN Intergrated Services Digital

Network

Mạng số đa dịch vụ

ISI InterSymbol Interference Nhiễu giao thoa giữa các ký tự

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet

ITU Interntional

Telecommunications Union

Tổ chức viễn thông quốc tế

IVOD Interactive Video On Demand Dịch vụ video theo yêu cầu tương tác

LMDS Local Multipoint Distribution

System

Hệ thống phân bố đa điểm nội hạt

LTU Line Terminal Unit Khối kết cuối đường dây

MDF Main Distribution Frame Giá phối dây chính

MDSL Multirate Digital Subscriber Đường dây thuê bao số đa tốc độ

Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368

Line

MMDS Multichanel Multipoint

Distribution System

Hệ thống phân phối đa điểm đa kênh

MPEG Motion Picture Experts Group Nhóm chuyên gia hình ảnh động

MODE

M

Modulation/Demodulation Điều chế/giải điều chế

NEXT Near End Crosstalk Xuyên âm đầu gần

NIC Network Interface Card Card giao diện mạng

NID Network Interface Device Thiết bị giao diện mạng

NSP Network Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ mạng

NT Network Termination Kết cuối mạng

NTU Network Termination Unit Khối kết cuối mạng

NVOD Near Video On Demand Dịch vụ video gần theo yêu cầu

ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang

PAM Pulse Amplitude

Modulatedtion

Điều chế biên độ xung

PBX Private Branch Exchange Tổng đài cơ quan (nội bộ)

PON Pasive Optical Network Mạng quang thụ động

POTS Plain Old Telephone Service Dịch vụ thoại thông thường

PPP Piont-to-Point Protocoll Giao thức điểm nối điểm

PRA Primary Rate Access Truy cập tốc độ sơ cấp

PRI Prymary Rate Interface Giao diện tốc độ sơ cấp

PSD Power Spectral Density Mật độ phổ công suất

PSTN Public Switch Telephone

Điều chế biên độ cầu phương

QoS Quality of Service Chất lượng của dịch vụ

QPSK Quadrature Phase Shift

Keying

Khoá dịch pha cầu phương

RADSL Rate AdaptiveDigital

Subscriber Line

Đườn dây thuê bao số thích ứng tốc độ

RFI Radio Frequency Interference Nhiễu tần số vô tuyến

RT Remote Terminal Thiết bị đầu cuối xa

SDSL Single pair DSL Mạch vòng thuê bao số một đôi sợiSNR Signal Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

SVC Switched Virtual Channel Kênh chuyển mạch ảo

Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368

SYN Synchronization Symbol Ký hiệu đồng bộ

TCM Trellis Code Modulation Điều chế được mã hoá lưới

TDD Time Division Duplexed Phương thức truyền dẫn song công

phân chia theo thời gianTDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gianUTP Unshielded Twisted Pair Đôi dây xoắn không bọc kim

VDSL Very High-speed DSL Mạng thuê bao số tốc độ rất cao

VTU-O VDSL Termination

Unit-Center Office

Khối đầu cuối VDSL phía tổng đài

VTU-R VDSL Termination

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ XDSL 1.1 Tổng quan các phương thức truy nhập mạng

Ngày nay, nhu cầu của khách hàng về các dịch vụ băng rộng đang tăngnhanh Những khách hàng là các doanh nghiệp thường yêu cầu các dịch vụ băngrộng tương tác như : truy nhập Internet tốc độ cao, hội nghị truyền hình, videotheo yêu cầu Còn những khách hàng thông thường thì yêu cầu các dịch vụkhông tương tác như phim theo yêu cầu, truyền hình số Điều này thúc đẩy cáccông ty viễn thông nhanh chóng triển khai các giải pháp phân phối dịch vụ băngrộng tới khách hàng có hiệu quả nhất

Vấn đề khó khăn nằm trên những kilomet cuối tới thuê bao sử dụng cácđôi dây đồng đã được trang bị từ xưa tới nay để cung cấp các dịch vụ PSTN chokhách hàng trên khắp thế giới Mạng truy nhập PSTN chỉ cung cấp một băng tầnthoại hạn hẹp 0,33,4 kHz với tốc độ truyền số liệu tối đa là 56 kbit/s nênkhông đáp ứng được việc truyền tải các khối dữ liệu lớn có nội dung phong phúkèm hình ảnh sống động Để giải quyết vấn đề này nhiều kỹ thuật truy nhậpbăng rộng đã được đưa ra xem xét :

 Kỹ thuật truy nhập mạch vòng cáp đồng hay được gọi là kỹ thuậtđường dây thuê bao số (DSL: Digital Subscriber Line) đã xuất hiện từ đầunhững năm 1980 Thực ra đây là một họ các công nghệ thường được gọi là cáccông nghệ xDSL, chữ x thể hiện cho các công nghệ DSL khác nhau như :ADSL, HDSL, VDSL Đây là các kỹ thuật truy nhập điểm tới điểm kết nốigiữa thuê bao và tổng đài trung tâm cho phép truyền tải nhiều dạng thông tin sốliệu âm thanh, hình ảnh qua đôi dây đồng truyền thống Giải pháp của xDSL là

sử dụng dải tần lớn hơn phía trên dải tần mà dịch vụ thoại sử dụng vì vậy băngthông truyền dẫn cao hơn Trên đó, người ta sử dụng các phương pháp mã hoákhác nhau để có thể truyền được tốc độ dữ liệu rất cao Tốc độ của đường dâyxDSL tuỳ thuộc thiết bị sử dụng, khoảng cách từ tổng đài tới thuê bao, chấtlượng tuyến cáp, kỹ thuật mã hoá Thông thường kỹ thuật này cho phép hầuhết khách hàng truyền từ tốc độ 128 kbit/s tới 1,5 Mbit/s Với kỹ thuật mới nhất

VDSL cho phộp truyền số liệu với tốc độ lờn tới 52 Mbit/s theo hướng từ tổng

ONU

đôi dây đồng / VDSL Dây đồng / xDSL

Cáp đồng trục Trạm mặt đất

Hình 1.1 Các ph ơng thức truy nhập băng rộng

CO

PSTN

CO

đài xuống thuờ bao Điểm nổi bật của kỹ thuật xDSL là tận dụng được cơ

sở hạ tầng cỏp đồng phổ biến trờn thế giới nờn nú đó mau chúng chuyển từ giaiđoạn thử nghiệm sang thị trường thương mại rộng lớn đỏp ứng nhu cầu phõnphối cỏc dịch vụ băng rộng tới người sử dụng Điển hỡnh là ở Mỹ- thị trườngDSL lớn nhất hiện nay, vào cuối năm 2000 cú gần 200 triệu đường dõy truy

nhập cố định được lắp đặt Trong đó có 50% tức gần 100 triệu đường dây cungcấp dịch vụ DSL và người ta ước tính con số này sẽ tăng lên đến 70% (khoảng

140 triệu đường dây) vào năm 2004 [7] Một trong các lý do phát triển nhảy vọtcủa thị trường DSL ở Mỹ là sự kiện sửa đổi điều lệ hoạt động viễn thông củaquốc hội Mỹ vào năm 1996 cho phép các công ty viễn thông cạnh tranh CLEC

sử dụng những điều kiện truy nhập như các công ty độc quyền sở hữu mạngtruyền tải nội hạt ILEC để cung cấp các đường truy nhập tốc độ cao cho dịch vụcủa mình Vì vậy đã tạo cơ hội cho những công ty cạnh tranh thuê cơ sở hạ tầngcủa ILEC mà không cần đầu tư xây dựng nên chi phí dịch vụ giảm xuống thuhút nhiều khách hàng hơn Ngoài ra, khi vấn đề đầu tư xây dựng mạng truy nhập

sử dụng cáp quang quá tốn kém thì công nghệ này đã thu hút sự chú ý của nhiềunhà sản xuất thiết bị viễn thông, các cơ quan quảng bá phát thanh truyền hình,các nhà khai thác dịch vụ, các công ty điện thoại nội hạt tạo nên sự cạnh tranhlàm giảm chi phí thiết bị và giá cả dịch vụ Một yếu tố góp phần thúc đẩy sựphát triển và hoàn thiện của công nghệ này là sự ra đời các tiêu chuẩn chung chohoạt động của xDSL do tổ chức viễn thông quốc tế ITU và nhiều tổ chức tiêuchuẩn, nhóm làm việc khác đưa ra

 Kỹ thuật truy nhập cáp sợi quang có các ưu điểm mạnh so với cápđồng Sợi cáp quang cho phép tín hiệu truyền qua có cự ly xa hơn, khả năngchống nhiễu và xuyên âm tốt, băng tần truyền dẫn rất lớn đảm bảo việc cung cấpcác dịch vụ băng rộng tới khách hàng Như vậy mạng truy nhập cáp quang làđích cuối cùng của các nhà quản lý và khai thác viễn thông Tuy nhiên việc xâydựng một mạng truy nhập sử dụng cáp quang đòi hỏi sự đầu tư ban đầu rất lớn.Việc thay thế toàn bộ cơ sở hạ tầng sẵn có gồm hàng ngàn đôi dây đồng cùngcác hệ thống cống bể chưa sử dụng hết khấu hao sẽ phải tính vào giá thành chocác dịch vụ mới cung cấp Hơn nữa nhu cầu sử dụng của mỗi thuê bao không tậndụng hết khả năng của 1 đôi sợi cáp quang nên sẽ gây lãng phí Do vậy, phương

án lắp đặt cáp quang tới từng cụm dân cư (FTTC) hoặc tới các toà nhà (FTTB),các trụ sở cơ quan lớn (FTTO) có ý nghĩa hơn Tín hiệu số từ các nhà cung cấpdịch vụ truyền qua các tuyến trục chính tới các tổng đài trung tâm Từ đây tín

hiệu đi theo phần mạng quang tới điểm phân phối để chuyển đổi sang tín hiệuđiện rồi được truyền trên đôi dây cáp đồng tới thuê bao Công nghệ VDSL phùhợp với đoạn dây đồng ngắn cho phép truyền tải luồng thông tin từ phần mạngquang tới mỗi thuê bao là 52 Mbit/s và luồng lên là 2,3Mbit/s/thuê bao Nhưvậy, việc tồn tại đoạn cáp đồng cuối là một yếu tố thúc đẩy sự phát triển củacông nghệ xDSL Phương án sử dụng cáp đồng trục để truyền tín hiệu từ phầnkết cuối mạng quang ONU tới thuê bao trong cấu hình HFC cũng được sử dụng

ở nhiều nước (ở Hà nội cũng đang trong giai đoạn thử nghiệm) Mạng lai ghépquang/cáp đồng trục này sử dụng băng tần từ 0-50 MHz cho hướng lên và 50-

750 MHz cho hướng xuống cung cấp gần một trăm kênh truyền dẫn tốc độ cao(6 MHz mỗi kênh) phân phối các luồng video tương tự, số, thoại, dữ liệu tớingười sử dụng Tuy nhiên HFC phân phối dữ liệu quảng bá tức là cáp đồng trục

có thể phân phối nhiều kênh video tới một vùng dân cư nhưng cùng một thôngtin Khi dùng chung cho nhiều người sử dụng thì băng thông của mỗi kênh trongHFC không cao bằng DSL DSL phân phối dữ liệu riêng tới từng người sử dụngnên linh hoạt hơn Hơn nữa ở các nước chưa có sẵn mạng cáp đồng trục thì việcxây dựng hệ thống này cũng đòi hỏi chi phí đầu tư cao

 Kỹ thuật truy nhập vô tuyến cung cấp dịch vụ băng rộng có nhiềuloại khác nhau LMDS - hệ thống phân bố đa điểm nội hạt là một kỹ thuật cungcấp các dịch vụ đa phương tiện hai hướng gồm cả thoại và số liệu tốc độ cao Hệthống này cho phép những nhà cung cấp dịch vụ ở xa, không có cơ sở hạ tầng cóthể cung cấp một cách truy nhập có hiệu quả kinh tế tới khách hàng LMDS sửdụng dải tần 1 GHz trong băng tần từ 27,528,35 GHz, phạm vi phục vụ trongvòng bán kính 36 km MMDS - hệ thống phân bố đa điểm đa kênh cũng làmột loại mạng băng rộng tương tự LMDS nhưng hoạt động ở tần số 2,4 GHz

Hệ thống này có thể cung cấp 33 kênh TV tương tự tới các thuê bao trong bánkính 40-48 km từ trạm phát Nếu tín hiệu video được số hoá và nén thì số kênhcung cấp có thể lên tới 100 hoặc 150 kênh Cũng như LMDS, MMDS yêu cầuanten thu tại nhà thuê bao phải trong tầm nhìn thẳng với trạm phát DBS - hệthống quảng bá trực tiếp từ vệ tinh là thế hệ tiếp theo của các dịch vụ truyền

hình quảng bá nhờ vệ tinh Hệ thống DBS sử dụng kỹ thuật nén MPEG-2 cho tínhiệu video số làm tăng hiệu quả sử dụng băng tần Kích thước anten tại nhàkhách hàng giảm đi, chất lượng âm thanh và hình ảnh tốt hơn Bộ set-top box tạinhà khách hàng ngoài việc chuyển đổi tín hiệu số sang analog còn được trang bịnhiều tính năng thông minh cung cấp nhiều dịch vụ mới như truyền hình tươngtác và thông tin theo yêu cầu Mạch vòng thuê bao vô tuyến WLL cũng là mộtgiải pháp được sử dụng ở nhiều nơi trên thế giới WLL có ưu điểm là lắp đặttriển khai nhanh chóng, dễ thay đổi cấu hình lắp đặt lại ở phía thuê bao, dễ triểnkhai ở những khu vực có địa hình hiểm trở Tuy nhiên chi phí cho một thuê baovẫn cao hơn so với cáp đồng và dung lượng bị hạn chế theo dải tần được cungcấp bởi cơ quan quản lý tần số.

Những nhược điểm mà kỹ thuật truy nhập vô tuyến không được lựa chọnlàm giải pháp mạng truy nhập hiện nay là : khó đáp ứng yêu cầu truyền thông 2chiều, khó triển khai trong vùng đô thị Các hệ thống LMDS/MMDS thì chịunhiều ảnh hưởng của thời tiết dễ hư hại do mưa, bão, sấm, sét Để tăng vùngphủ sóng của hệ thống DBS yêu cầu phải tăng số vệ tinh tuy nhiên vị trí củachúng là một vấn đề khó khăn cho các nhà cung cấp dịch vụ, giá thành vệ tinhcao Các hệ thống này còn thiếu các chuẩn chung nên không thể mua một đĩa vệtinh của một hãng để sử dụng với một hệ thống khác Thậm chí với cùng mộthãng cũng phải mua các đĩa vệ tinh khác nhau cho các dịch vụ số liệu và truyềnhình quảng bá WLL chỉ đem lại nhiều ưu điểm khi triển khai ở những vùng dân

cư thưa thớt, tận dụng được những trạm gốc đã có sẵn

Với lợi thế tận dụng mạng lưới cáp đồng đang tồn tại rộng khắp trên thếgiới không đòi hỏi vốn đâù tư ban đầu quá lớn với các kỹ thuật đang ngày cànghoàn thiện nhằm cung cấp cho khách hàng mọi dịch vụ băng rộng theo yêu cầuvới giá cả hợp lý nên công nghệ xDSL đang thực sự trở thành sự lựa chọn số 1cho các nhà cung cấp dịch vụ trong giai đoạn hiện nay

1.2 Công nghệ xDSL:

xDSL là một họ công nghệ đường dây thuê bao số gồm nhiều công nghệ

có tốc độ, khoảng cách truyền dẫn khác nhau nên được ứng dụng vào các dịch

vụ khác nhau Bảng 1.1 sẽ liệt kê các loại công nghệ và tính chất của từng loại

Theo hướng ứng dụng của các công nghệ thì có thể phân thành 3 nhómchính như sau :

 Công nghệ HDSL truyền dẫn hai chiều đối xứng gồmHDSL/HDSL2 đã được chuẩn hoá và những phiên bản khác như : SDSL,MDSL, IDSL

 Công nghệ ADSL truyền dẫn hai chiều không đối xứng gồmADSL/ADSL Lite (G.Lite) đã được chuẩn hoá và các công nghệ khác nhưCDSL, Etherloop,

 Công nghệ VDSL cung cấp cả dịch vụ truyền dẫn đối xứng vàkhông đối xứng

Bảng 1.1: Các công nghệ DSL

Truyền dẫn

Số đôidây đồng sửdụng

HDSL 1,544Mb/s đối xứng

2,048Mb/s đối xứng

3,6 km – 4,5km

7 km

ADSL

1,5- 8 Mb/s luồngxuống1,544 Mb/s luồng lên

5km (tốc độcàng cao thì khoảngcách càng ngắn )

1 đôi

13–52 Mb/s luồng

300 m – 1,5km

1 đôi

xuống1,5-2,3 Mb/s luồng

lên

(tuỳ tốc độ)

IDSL: (ISDN DSL) : Ngay từ đầu những năm 1980, ý tưởng về một

đường dây thuê bao số cho phép truy nhập mạng số đa dịch vụ tích hợp (ISDN)

đã hình thành DSL làm việc với tuyến truyền dẫn tốc độ 160 Kb/s tương ứngvới lượng tải tin là 144 Kb/s (2B+D) Trong IDSL, một đầu đấu nối tới tổng đàitrung tâm bằng một kết cuối đường dây LT (Line Termination), đầu kia nối tớithuê bao bằng thiết bị kết cuối mạng NT (Network Termination) Để cho phéptruyền dẫn song công người ta sử dụng kỹ thuật khử tiếng vọng IDSL cung cấpcác dịch vụ như : Hội nghị truyền hình, đường dây thuê riêng (leased line), cáchoạt động thương mại, truy cập Internet/Intranet

HDSL/HDSL 2: Cuối những năm 80, nhờ tiến bộ trong xử lý tín hiệu số

đã thúc đẩy sự phát triển của công nghệ đường dây thuê bao số truyền tốc độ dữliệu cao HDSL (High data rate DSL) Công nghệ này sử dụng 2 đôi dây đồng đểcung cấp dịch vụ T1 (1,544 Mb/s), 3 đôi dây để cung cấp dịch vụ E1 (2,048 Mb/s) không cần bộ lặp Sử dụng mã đường truyền 2B1Q tăng tỷ số bit/baud thuphát đối xứng; mỗi đôi dây truyền một nửa dung lượng tốc độ 784 Kb/s nênkhoảng cách truyền xa hơn và sử dụng kỹ thuật khử tiếng vọng để phân biệt tínhiệu thu phát Khi nhu cầu truy nhập các dịch vụ đối xứng tốc độ cao tăng lên,

kỹ thuật HDSL thế hệ thứ 2 đã ra đời để đáp ứng nhu cầu truyền T1, E1 chỉ trênmột đôi dây đồng với một bộ thu phát nên có nhiều ưu điểm : hoạt động ở nhiềutốc độ khác nhau, sử dụng mã đường truyền hiệu quả hơn mã 2B1Q, khoảngcách truyền dẫn xa hơn, chống nhiễu tốt hơn, có khả năng tương thích phổ vớicác dịch vụ DSL khác Do sử dụng cả tần số thoại nên không cung cấp đồng thời

cả dịch vụ thoại nhưng công nghệ này được sử dụng rộng rãi cho các dịch vụ đốixứng trong mạng nội hạt thay thế các đường trung kế T1, E1 mà không cần sửdụng bộ lặp, kết nối các mạng LAN

SDSL : Công nghệ DSL một đôi dây (Single pair DSL) truyền đối xứng

tốc độ 784 Kb/s trên một đôi dây, ghép kênh thoại và số liệu trên cùng mộtđường dây, sử dụng mã 2B1Q Công nghệ này chưa có các tiêu chuẩn thốngnhất nên không được phổ biến cho các dịch vụ tốc độ cao SDSL chỉ được ứngdụng trong việc truy cập trang Web, tải những tệp dữ liệu và thoại đồng thời vớitốc độ 128 Kb/s với khoảng cách nhỏ hơn 6,7 Km và tốc độ tối đa là 1024 Kb/strong khoảng 3,5 Km

ADSL: Công nghệ DSL không đối xứng (Asymmetric DSL)được phát

triển từ đầu những năm 90 khi xuất hiện các nhu cầu truy nhập Internet tốc độcao, các dịch vụ trực tuyến, video theo yêu cầu ADSL cung cấp tốc độ truyềndẫn không đối xứng lên tới 8 Mb/s luồng xuống (từ tổng đài trung tâm tới kháchhàng) và 16- 640 Kb/s luồng lên (từ phía khách hàng tới tổng đài) nhưng khoảngcách truyền dẫn giảm đi Một ưu điểm nổi bật của ADSL là cho phép kháchhàng sử dụng đồng thời một đường dây thoại cho cả 2 dịch vụ : thoại và số liệu

vì ADSL truyền ở miền tần số cao (4400 Hz1MHz) nên không ảnh hưởng tớitín hiệu thoại Các bộ lọc được đặt ở hai đầu mạch vòng để tách tín hiệu thoại và

số liệu theo mỗi hướng Một dạng ADSL mới gọi là ADSL “lite” hay ADSLkhông sử dụng bộ lọc đã xuất hiện từ đầu năm 1998 chủ yếu cho ứng dụng truycập Internet tốc độ cao Kỹ thuật này không đòi hỏi bộ lọc phía thuê bao nên giáthành thiết bị và chi phí lắp đặt giảm đi tuy nhiên tốc độ luồng xuống chỉ còn1,5 Mb/s Công nghệ này được xem xét kỹ trong chương 3

VDSL: Công nghệ DSL tốc độ dữ liệu rất cao (Very high data rate DSL)

là công nghệ phù hợp cho kiến trúc mạng truy nhập sử dụng cáp quang tới cụmdân cư VDSL truyền tốc độ dữ liệu cao qua các đường dây đồng xoắn đôi ởkhoảng cách ngắn Tốc độ luồng xuống tối đa đạt tới 52 Mb/s trong chiều dài

300 m Với tốc độ luồng xuống thấp 1,5 Mb/s thì chiều dài cáp đạt tới 3,6 Km.Tốc độ luồng lên trong chế độ không đối xứng là 1,6- 2,3 Mb/s Trong VDSL,

cả hai kênh số liệu đều hoạt động ở tần số cao hơn tần số sử dụng cho thoại vàISDN nên cho phép cung cấp các dịch vụ VDSL bên cạnh các dịch vụ đang tồntại Khi cần tăng tốc độ luồng xuống hoặc ở chế độ đối xứng thì hệ thống VDSL

sử dụng kỹ thuật xoá tiếng vọng Ứng dụng công nghệ VDSL trong truy cậpdịch vụ băng rộng như dịch vụ Internet tốc độ cao, các chương trình Video theoyêu cầu.

1.3 Tình hình triển khai xDSL trên thế giới :

Trên thế giới hiện nay có khoảng 725 triệu đường truy nhập là đôi dâyđồng kết nối tới các hộ gia đình cũng như các khách hàng thương mại Cơ sở hạtầng này là điều kiện để các công ty viễn thông triển khai công nghệ xDSL và

mở ra một kỷ nguyên mới cho truy nhập băng rộng trên toàn thế giới

Hiện nay kỹ thuật xDSL đã được phát triển mạnh mẽ do các thiết bị trênthị trường hoạt động tương thích với nhau do có những tiêu chuẩn chung, giáthành thiết bị giảm nhanh chóng đồng thời những tiến bộ kỹ thuật mới cho phépngười sử dụng tự lắp đặt thiết bị tại nhà, giảm chi phí dịch vụ

Trong cuộc họp của DSL Forum tại Rome vào tháng 3/2002 cho thấyDSL đã được chấp nhận như một kỹ thuật truy nhập băng rộng dẫn đầu trên thếgiới với tổng số thuê bao lên tới 18,7 triệu khách hàng (bảng 1.2) Người ta dựđoán số thuê bao này còn tăng nhanh và đạt tới 200 triệu thuê bao vào năm2005

Bảng 1.2 Số lượng thuê bao DSL trên thế giới năm 2002 [28]

Khu

vực

Tổn

g số thuêbao DSL

Sốlượng thuêbao nhàriêng

%thuê bao nhàriêng so vớitổng sốngười dùng

Sốlượng thuêbao là doanhnghiệp

%doanhnghiệp sovới tổngngười dùngChâ

u Á-Thái

bình dương

7,949,000

3,52

709,0

g Nam á

499,000

15,4

3,196,000

1,000,000 2,000,000 3,000,000 4,000,000 5,000,000 6,000,000 7,000,000 8,000,000

H ×nh 1.2 Sè thuª bao D SL trªn thÕ giíi

Ch©u ¸ B ¾c M ü T©y ¢ u § N A M ü latinh § «ng ¢ u T § -Ch©u Phi TBD

Tại Việt nam, các dịch vụ DSL cũng đã từng bước được triển khai Chủyếu là dịch vụ HDSL được sử dụng trong các đường E1của mạng truyền số liệu

yêu cầu đang tăng nhanh đã góp phần thúc đẩy các dịch vụ ADSL mau chóngđược triển khai.

Hiện nay VDC đang có kế hoạch triển khai mạng DSL tại năm tỉnh thành

là Hà nội, TP –HCM, Đà Nẵng, Đồng Nai, Bình Dương Theo dự kiến, tronggiai đoạn đầu mới triển khai mạng thì các khách hàng chủ yếu sẽ là các thuê baokênh thuê riêng (leased) hoặc có nhu cầu tương tự Tuy nhiên, do mạng DSLchỉ có thể đáp ứng được các thuê bao dưới 2M nên ước tính số thuê bao leasedđến năm 2003 có thể như bảng 1.3 Khi triển khai trên thực tế có thể số lượngthuê bao còn cao hơn nhiều do mức giá thuê bao và cài đặt DSL có thể thấp hơnmức giá leased line truyền thống Chi phí đầu tư cho dự án này khoảng 700.000USD

Bảng 1.3 Dự kiến số lượng thuê bao xDSL theo số lượng thuê bao leased

line.[29]

Đơn vị

Leased(64-2M)

DSL

Leased(64-2M)

DSL

Leased(64-2M)

DSL

Năm2003

Năm2004

Nhu cầu 71.000 142.000 213.00

0

50% số hộ dânHN

90%số hộ dânHN

HN và một số

hộ tỉnh lân cận

Bởi vậy, việc nắm bắt kiến thức cơ bản, khả năng ứng dụng của côngnghệ xDSL là điều rất cần thiết trong giai đoạn hiện nay

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ KỸ THUẬT XDSL

Đôi dây đồng truyền tín hiệu thoại là phương tiện truyền thông phổ biếnnhất trên thế giới Nhiều năm qua, các nhà nghiên cứu viễn thông đã tìm cáchphát triển các kỹ thuật nâng cao băng thông và độ tin cậy truyền tin của đôi dâyđồng để có thể truyền số liệu với tốc độ cao Trong chương này, ta xem xét cácgiải pháp đã được đưa ra để khắc phục những yếu tố hạn chế tốc độ của chúng

và những kỹ thuật tiên tiến của xDSL đạt đến tốc độ hàng chục Mbit/s Trướchết là xem xét hai tính năng cơ bản của hệ thống truyền dẫn đôi dây đồng xoắnđôi : dung lượng và độ tin cậy truyền tin

2.1 Dung lượng và tỷ số SNR của đường dây đồng:

Từ năm 1948, Claude Shannon đã đưa lý thuyết dung lượng kênh: Dunglượng của một kênh có độ rộng băng tần B (Hz) bị nhiễu bởi tạp âm trắng cộngGauss AWGN và giới hạn trong băng tần B, được xác định như sau:

Trong đó C (bit/s) là dung lượng kênh, S/N là tỉ số công suất tín hiệu trêncông suất tạp âm trong băng thông đó Công thức này cho thấy có thể đạt dunglượng kênh lớn bằng cách tăng B và SNR

Dung lượng của đường truyền dẫn số được đánh giá bằng hiệu suất sửdụng độ rộng băng tần Việc nghiên cứu các kỹ thuật sử dụng hiệu quả băng tầnnhằm đạt được hai mục tiêu chính là đạt được hiệu suất sử dụng băng tần cựcđại và mức công suất phát tín hiệu nhỏ nhất (tức tỷ số S/N nhỏ nhất ở kênh bịnhiễu AWGN) Hiệu suất sử dụng băng tần cũng được gọi là hiệu suất sử dụngphổ tần Hiệu suất sử dụng phổ tần được định nghĩa bằng tỉ số giữa tốc độ sốliệu R (bit/s) với độ rộng băng tần B (Hz)

méo do hạn chế băng tần của kênh truyền dẫn Sườn sau của xung trước kéo dàichồng lấn lên sườn trước của xung sau làm thay đổi biên độ của tín hiệu thu Khinhững thay đổi quá cao sẽ làm mức ngưỡng logic ở đầu thu đưa ra những quyếtđịnh sai.

Sự hạn chế băng tần có thể biểu diễn bởi hàm truyền đạt của bộ lọc thôngthấp lý tưởng Khi phát một xung vào bộ lọc này thì phổ của xung nhận được ởđầu ra bộ lọc có dạng hàm chữ nhật như sau:

H

2 )

( (2.3), trong đó o là tần số cắt

Thực hiện biến đổi Fourier ngược ta nhận được đáp ứng đầu ra:

 f t

c f t

h(  ) 2 o sin 2 o (2.4)

-1Tb 0 Tb 2Tb 3Tb 4Tb

ISI=0 ISI=0 ISI=0 ISI=0 ISI=0 ISI=0

H×nh 2.1 §¸p øng ®Çu ra cña bé läc th«ng thÊp lý t ëng khi

®Çu vµo lµ mét d·y xung kim chu kú T b

h(t)

t

Dạng của đáp ứng này như hình 2.1 Ngoại trừ giá trị đỉnh tại trung tâm cácđiểm không sẽ xuất hiện ở mọi thời điểm tk = kTb = k/(2B) với k là số nguyêndương khác không, khoảng cách Tb = 1/(2B) gọi là khoảng Nyquist Nếu cácxung được phát đi cách nhau một khoảng Nyquist thì tránh được nhiễu giao thoagiữa các ký hiệu Nếu khoảng cách giữa các xung T nhỏ hơn Tb thì sự chồng lấn

tớn hiệu nhị phõn băng gốc, điều kiện R=1/Tb=2B đảm bảo trỏnh được nhiễu ISI.Hiệu suất sử dụng phổ tần đạt được  =R/B=2 bit/s/Hz.

Trong thực tế rất khú thực hiện được bộ lọc thụng thấp lý tưởng cú sườnxung vuụng gúc tại tần số cắt o = B như vậy Để giải quyết vấn đề này người taxõy dựng một bộ lọc cú đặc tớnh tuõn theo nguyờn lý xếp chồng đặc tớnh đốixứng kiểu hàm lẻ ứng với tần số cắt o với đặc tớnh của bộ lọc thụng thấp lýtưởng Hỡnh 2.2 biểu diễn cỏc đặc tớnh của cỏc bộ lọc này

(a)

Bộ lọc lý t ởng

(b)hàm lẻ đối xứng

(c)

Bộ lọcdốc cosin tăng

Hình 2.2 Các đặc tính và đáp ứng xung kim của bộ lọc

Bộ lọc này vẫn đảm bảo khụng cú nhiễu giao thoa giữa cỏc ký hiệu tại tần số f

= B (1+) Tuy nhiờn băng thụng được tăng thờm B, với  là hệ số độ dốc(rolloff factor), 0    1 Kết quả là hiệu suất sử dụng phổ tần giảm xuống, 

= 2/(1+) bit/s/Hz , 1   2 Bộ lọc Nyquist này cũn được gọi là bộ lọc cú đặctớnh dốc cosin tăng Hệ số độ dốc  thường nhận giỏ trị 1/3, hiệu suất sử dụngphổ tần  = 1,5 bit/s/Hz Thờm vào đú hiệu suất này cũn bị giảm khi luồng sốđược đưa vào điều chế theo một súng mang hỡnh sin Phương phỏp điều chếthường được sử dụng là QAM điều chế cả hai biờn tần nờn độ rộng băng thụngtăng gấp 2 so với băng thụng của tớn hiệu băng gốc Do đú, việc kết hợp bộ lọc

Nyquist với điều chế QAM sẽ làm giảm hiệu suất sử dụng băng tần  =1/(1+)bit/s/Hz; 0,5   1 bit/s/Hz (với =1/3,  =0,75bit/Hs/z) Do hiệu suất thấpnên chỉ modem đầu tiên V.21 mới sử dụng truyền dẫn nhị phân còn nhữngmodem mới hơn đều sử dụng điều chế hoặc tín hiệu nhiều mức.

Những mã đường nhiều mức có hiệu suất sử dụng băng thông lớn hơn Ví

dụ mã 3 mức hay tam phân như : AMI, HDBn và mBnT; mã 4 mức như mBnQ;

mã Miler là trường hợp ngoại lệ của mã 2 mức biểu diễn bit 1 là một sự chuyểndịch ở giữa khoảng bit và bit 0 thì không có sự chuyển dịch, nếu có 3 bit 0 liêntiếp thì ở cuối bít thứ 2 có một sự chuyển dịch Phổ công suất của những mã nàyhẹp hơn phổ công suất của mã NRZ ở cùng tốc độ đặc biệt là mã Miler Do đóbăng thông được hạn chế dưới mức giới hạn Nyquist B <R/2 nên  >2 bit/s/Hz.Nếu mã NRZ vượt qua tốc độ Nyquist thì ISI tăng mạnh làm sai hoạt động củangưỡng logic nhưng với những mã giả tam phân đảo dấu xen kẽ thì thành phầnmột chiều bị triệt tiêu nên ISI vẫn ở mức ổn định

Từ định luật Shannon có thể thấy không thể tăng mãi tốc độ kênh thôngtin bằng các phương pháp điều chế tín hiệu nhiều mức vì mặc dù có thể tăng sốbit/baud nhưng sẽ dẫn tới khó phân biệt các mức tín hiệu ở đầu thu nên tỷ số

SNR không cao Trong tín hiệu nhiều mức, một chuỗi m- bit liên tiếp diễn tả duy

nhất một mức biên độ trong số M = 2m mức So với tiêu chuẩn Nyquist, tốc độbaud giảm 1/Ts=1/(mTb) nên cần một băng thông hẹp hơn m lần, B =1/(2mTs)

Hz Trong đó Ts= mTb là chu kỳ của kí hiệu m-bit Mỗi mức tín hiệu lại mang m

=log2M bits, do đó hiệu quả sử dụng băng tần của hệ thống sử dụng tín hiệu Mmức là  = log2M(1+) (tính cả ảnh hưởng của bộ lọc Nyquist và điều chế số)

Từ công thức của định luật Shannon-Hartley rút ra hiệu quả băng thônglớn nhất có thể đạt được là:  = log2(1+ S/N) bit/s/Hz trong đó S/N là tỷ số giữacông suất phát tín hiệu và công suất nhiễu Biên độ tín hiệu cực đại là S  N do

đó số mức tín hiệu có thể phân biệt được là :

N

S N

N S

M    1  (2.5)

thông thường S/N=30dB thì hiệu quả sử dụng phổ tần của kênh thoại cógiới hạn là 10bit/s/Hz.

2.2 Lịch sử của các modem tương tự

Modem V.21 (1964) ra đời sớm nhất ngay khi có những tiêu chuẩn quốc

tế về modem Modem V.21 sử dụng kỹ thuật khoá dịch tần FSK 300b/s Kỹthuật này chống nhiễu tốt nhưng yêu cầu 2 sóng mang cho mỗi hướng truyềndẫn (cho 1 và 0) nên không hiệu quả về băng thông Modem V.22 có hiệu quảhơn nhờ sử dụng kỹ thuật khoá dịch pha cầu phương QPSK Phương pháp này

sử dụng hai sóng mang ở cùng tần số nhưng vuông góc được điều chế bằng hailuồng số liệu trước khi được cộng lại với nhau Hai luồng số liệu này nhận được

từ các bit luân phiên trong luồng số liệu nhị phân Kết quả là 2 bit trong luồng

dữ liệu ban đầu được mã hoá thành 1 trong 4 pha của sóng mang, tốc độ baudgiảm xuống Việc sử dụng các pha thay vì các mức biên độ cũng là một cáchthực hiện tín hiệu nhiều mức

Đến modem V.29 thì đã tăng tốc độ dữ liệu tới 9,6 kbit/s nhờ sử dụngphương pháp điều chế biên độ cầu phương QAM Trong QAM, luồng số liệuđầu vào được tách thành 2 luồng số liệu riêng để điều chế biên độ rời rạc theocác pha sin và cos của một sóng mang V.29 có 4 mức biên độ và 8 pha

Mỗi pha lại bị hạn chế bởi 2 mức tín hiệu nên có tất cả 16 điểm trong sơ

đồ chùm tín hiệu (hình 2.3) Do đó M=16 và hiệu suất sử dụng phổ tần là :

max =2log216 = 8 bit/s/Hz

Tính cả bộ lọc dốc cosin tăng và điều chế số thì :  =log216/1,33=3 bit/s/

Hz tương ứng với 9,3 kbit/s cho một l kênh thoại

Modem

Phươ

ng phápđiều chế

Hiệu suất

sử dụng băng tần(bit/s/Hz)

Tốc độ dữ liệu

V.21

V.22bis

QPSK

V.29

(đư

QAM

riêng 4

dây)

V.32

V.34

kbit/sV.9

SDSL

ADSL

CAP/

1,5448.448Mbit/s (luồngxuống)

16640 kbit/s(luồng lên)

VDSL

CAP/

1352 Mbit/s(luồng xuống)

1,52,3 Mbit/

s

(luồng lên)

Bảng 2.1 Hiệu suất sử dụng phổ tần của các phương thức truyền dẫn số

trên đường dây thuê bao cáp đồng.

Nhờ liên tục cải thiện hiệu suất sử dụng phổ tần của phương pháp điềuchế số nên những modem V.x đã đạt tốc độ dữ liệu cao hơn Tuy nhiên vớinhững phương pháp điều chế có nhiều hơn 16 trạng thái thì mức nhiễu lại quálớn nên cần sử dụng phương pháp sửa lỗi trước (FEC) cùng với QAM Sự kếthợp giữa QAM và cơ chế sửa lỗi trước gọi là phương pháp điều chế được mãhoá lưới TCM Phương pháp này cải thiện độ tin cậy truyền tin của đường dây

mà không cần tăng công suất phát cũng như độ rộng băng thông cần thiết

Kỹ thuật TCM được sử dụng trong modem V.34 và nếu chất lượng đườngdõy cho phộp sẽ đạt tốc độ 33,6 kbit/s hoàn toàn song cụng Cấu trỳc hoạt độngcủa modem V.34 đặc trưng cho modem băng tần thoại thể hiện ở hỡnh 2.4.

ADC DAC

DAC ADC

Analog Analog

Mạch vòng thuê bao

Hình 2.4 Cấu trúc hoạt động của modem băng tần thoại

PC

ISP

Khỏch hàng truy nhập Internet qua modem tại nhà riờng, dữ liệu từ mỏytớnh qua modem được chuyển đổi thành tớn hiệu analog để được truyền quamạch vũng thuờ bao tới tổng đài nội hạt Tại đõy, tớn hiệu analog lại được lấymẫu, mó hoỏ thành tớn hiệu số 64 Kbit/s Bộ chuyển đổi ADC này gõy ra nhiễulượng tử và giới hạn tốc độ số liệu nhị phõn xuống khoảng 30 Kbit/s Luồng sốliệu 64 Kbit/s tạo ra ở tổng đài được truyền qua mạng điện thoại và được biếnđổi ngược lại thành dạng tớn hiờụ analog ban đầu, truyền qua một mạch vũngthuờ bao khỏc tới modem server Tại đõy, lại diễn ra quỏ trỡnh chuyển đổi ADC

để truyền thụng tin số liệu tới nhà cung cấp dịch vụ Internet Luồng số liệu từISP tới khỏch hàng cũng đi qua đường truyền đối xứng với luồng lờn như hỡnh

vẽ nghĩa là cũng bị hạn chế bởi bộ chuyển đổi ADC tại tổng đài kết cuối ISP nờnlưu lượng hướng xuống cũng bị giới hạn khoảng 30 Kbit/s Tuy nhiờn hiện nayđường truyền từ cỏc modem server của ISP tới CO được số hoỏ nờn cú thể bỏqua bộ ADC và modem server tạo ra luồng tớn hiệu số 64 Kbit/s gửi tới tổng đàikết cuối của thuờ bao Bộ DAC ớt bị suy hao và do đú thuờ bao cú thể nhận sốliệu tốc độ 64 Kbit/s hướng xuống Trờn thực tế, do DAC ở tổng đài phớa thuờbao khụng tuyến tớnh và cú tạp õm nờn tốc độ hướng xuống đạt 56 Kbit/s Đõy

chính là cấu trúc của modem V.90, truyền dữ liệu tốc độ 56 kbit/s không đốixứng và phụ thuộc vào việc đầu cuối có bộ kết nối số hay không Cả hai kỹ thuậtmodem V.34 và V.90 đều có hiệu suất sử dụng phổ tần vượt quá con số 10 bit/s/

Hz Tuy nhiên hiệu suất này chỉ đạt được khi chất lượng đường dây cho phép, tỷ

số S/N trong khoảng 3438 dB, nếu không nó sẽ tự động chuyển về tốc độthông thường

Đặc điểm chung của các modem băng tần thoại là hoạt động trên nguyêntắc kết nối đầu cuối tới đầu cuối (end-to-end) thông qua mạng PSTN và cũng làđiểm khác biệt cơ bản so với kỹ thuật xDSL chỉ hoạt động trên mạch vòng thuêbao Những modem này hoạt động ở băng tần dưới 4 KHz nên tốc độ truyền bịgiới hạn chỉ có khả năng cung cấp các dịch vụ tốc độ thấp và không cung cấpdịch vụ thoại đồng thời

Modem ISDN BRI (N-ISDN) cung cấp 2 kênh B (64 kbit/s) cho dữ liệuhoặc thoại và một kênh 16 kbit/s cho báo hiệu, đạt tốc độ 144 kbit/s Về mặt lýthuyết, hai kênh B có thể liên kết với nhau để truyền dữ liệu, cung cấp một tuyếntruyền dẫn 128 kbit/s hoàn toàn song công Tuy nhiên, thực tế thì một kênh Bkhông được kích hoạt liên tục Modem này sử dụng phương pháp bán song cônggọi là ghép kênh nén thời gian (hay còn gọi là ping-pong) hoặc phương pháphoàn toàn song công sử dụng kỹ thuật khử tiếng vọng So với các modem cũ thìbăng tần hoạt động của N-ISDN đã cao hơn tới 80 KHz-320 KHz cung cấpđường truy nhập đa dịch vụ tốc độ thấp Tuy nhiên việc triển khai rộng rãi cácmodem loại này yêu cầu phải lắp đặt các tổng đài ISDN có phần mềm tươngthích với nhau và các thiết bị ISDN phải có ở cả hai đầu đường truyền

Băng thông hạn chế của dây xoắn đồng băng tần thoại là do bộ lọc băngthông 3,1 KHz nằm ở giao diện giữa mạng lõi và mạch vòng nội hạt Với những

kỹ thuật tiến bộ mới công nghệ xDSL cho phép loại bỏ những bộ lọc để đạt tốc

độ truyền dẫn hàng chục Mbit/s Tuy nhiên khoảng cách phục vụ của cácmodem xDSL cũng bị rút ngắn lại (hình 2.5) Với các modem băng tần thoại,phạm vi phục vụ có thể trên 6 km, N-ISDN phạm vi là trên 5 km Còn modemHDSL khoảng cách tối đa là 3,6 km ADSL thì khoảng cách là 5,5-2,7 km tuỳ

thuộc tốc độ truy nhập trong khoảng 1,5-9 Mbit/s Đến VDSL thì cao khoảngcách này còn ngắn hơn nhiều từ 1,4 km-300 m do tốc độ truy nhập rất từ 13-52Mbit/s.

Modem b¨ng tÇn tho¹i N-ISDN

2.3 Những kỹ thuật tiên tiến của xDSL:

2.3.1 Môi trường tạp âm :

Tín hiệu truyền đi trên đường dây đồng chịu tác động của môi trường tạp

âm của bản thân mạch vòng dây đồng Tạp âm làm giảm tỷ số S/N gây khó khăncho việc xác định chính xác tín hiệu ở đầu thu Mạch vòng dây đồng có một sốnguồn tạp âm sau:

 Tạp âm trắng Nhìn chung có rất nhiều nguồn tạp âm và khi không

thể xét riêng từng loại ta có thể coi chúng tạo ra một tín hiệu ngẫu nhiên duynhất với phân bố công suất đều ở mọi tần số Tín hiệu này được gọi là tạp âmtrắng Tạp âm nhiệt gây ra do chuyển động của các electron trong đường dây cóthể coi như tạp âm trắng có phân bố Gauso được gọi là tạp âm trắng Gauso cộngAWGN Tạp âm này ảnh hưởng độc lập lên từng kí hiệu được truyền hay nóicách khác chúng được cộng với tín hiệu bản tin

 Xuyên âm Xuyên âm xảy ra khi tín hiệu từ các đôi dây kế cận gây

nhiễu với nhau Thành phần xuyên âm tiếp tục truyền theo hướng ban đầu gọi làxuyên âm đầu xa FEXT Thành phần xuyên âm truyền ngược lại tới đầu phát gọi

là xuyên âm đầu gần NEXT NEXT có ảnh hưởng lớn hơn FEXT đối với truyềndẫn hai chiều đối xứng vì FEXT bị suy hao trong suốt chiều dài truyền dẫn trong

khi NEXT chỉ đi qua một khoảng cách nhỏ rồi quay trở lại đầu phát Một dạngđặc biệt của NEXT là nhiễu trong một đôi dây kế cận có cùng dạng tín hiệutruyền dẫn, được gọi là self-NEXT (tự xuyên âm) Vì đôi dây đồng thường nằmtrong một bó cáp nhiều đôi với chiều dài mạch vòng ngắn nên ảnh hưởng củaxuyên âm đầu gần rất lớn

§«i d©y 1

§«i d©y 2

H×nh 2.6 Xuyªn ©m ®Çu gÇn vµ xuyªn ©m ®Çu xa

 Nhiễu tần số vô tuyến : Các đường dây xoắn đôi cân bằng chỉ được

thiết kế để truyền thoại nên chỉ chống được ảnh hưởng của các tín hiệu tần số vôtuyến ở tần số làm việc thấp Còn hệ thống DSL làm việc với tần số cao thì sựcân bằng bị giảm nên bị các tín hiệu tần số vô tuyến RFI có thể xâm nhập Mức

độ nhiễu phụ thuộc vào khoảng cách nguồn nhiễu tới mạch vòng

Những nguồn nhiễu chính thuộc loại này là các hệ thống vô tuyến quảng

bá điều biên AM và các hệ thống vô tuyến nghiệp dư Các trạm vô tuyến AMphát quảng bá trong dải tần từ 5601600 KHz Tuy nhiên do tần số làm việccủa các trạm này là cố định nên nhiễu do chúng gây ra có thể dự đoán được.Ngược lại, nhiễu vô tuyến nghiệp dư lại không đoán trước được vì tần số làmviệc thay đổi và có nhiều mức công suất phát Nhưng nhiễu này chỉ ảnh hưởngtới VDSL vì dải tần vô tuyến nghiệp dư chỉ chồng lấn lên băng tần truyền dẫncủa VDSL

 Tạp âm xung sinh ra do giao thoa điện từ tức thời Ví dụ khi có bão

sét, thiết bị trong nhà bật, tắt Tạp âm xung có thể kéo dài từ vài s tới vài ms

Truyền dẫn số cũng bị suy yếu mạnh do các cầu nối rẽ (bridge tap) trênđường dây Cầu nối rẽ là những đoạn dây được nối vào đôi dây phân bố để mởrộng mạch vòng thuê bao Nó cho phép truy nhập từ nhiều điểm giao diện mạng

của khách hàng hoặc tận dụng đôi dây của một khách hàng cũ không sử dụngnữa cho một yêu cầu mới gần đôi dây này Những cầu nối rẽ không được kếtcuối ở cuối đôi dây xoắn và gây ảnh hưởng tới việc truyền số liệu (hình 2.7).Khi một xung truyền trên đường dây gặp một cầu nối rẽ, năng lượng xung bịchia thành hai đường Xung truyền trên đoạn dây nhánh không được kết cuối bịphản xạ ngược lại điểm rẽ Xung phản xạ này cũng bị chia thành hai đường gâytiếng vọng về đầu phát.

CÇu nèi rÏ

H×nh 2.7 CÇu nèi rÏ vµ ¶nh h ëng cña nã

Trên những mạch vòng dài hay gặp ở Mỹ thường sử dụng những cuộn giacảm để giảm suy hao truyền dẫn tại vùng tần số cao của phổ truyền dẫn tiếng nóinhờ sự bù điện dung giữa các đôi dây Nhưng những cuộn gia cảm này thực tếlại hoạt động như một bộ lọc thông thấp, do đó nó ngăn cản truyền dẫn số ở tần

số cao của đôi dây đồng

Kh«ng sö dông cuén gia c¶m

sö dông cuén gia c¶m 0.4

1.2 2.0

H×nh 2.8 M¹ch vßng cã vµ kh«ng sö dông cuén gia c¶m

2.3.2 Các giải pháp kỹ thuật của xDSL:

Các phương pháp điều chế Bốn phương pháp điều chế được sử dụng

trong xDSL là : 2B1Q, QAM, CAP, DMT

 2B1Q : So với các loại mã đường dây đã được sử dụng trong các

modem tương tự trước đó thì mã 2B1Q theo tiêu chuẩn ASNI có ưu điểm là yêucầu băng thông thấp nhất nên cũng ít bị suy hao và nhiễu nhất Mã truyền 2B1Q

là mã điều biên xung tín hiệu (PAM) 4 mức không có độ dư 2B1Q thể hiện cặpbit (2B) như một giá trị 4 mức (1Q) được chuyển đổi thành quat Bít đầu trong 1quat gọi là bit dấu, bít thứ 2 là bit biên độ Bảng 2.2 biểu thị quan hệ giữa cặpbit và ký hiệu quat tương ứng

Bảng 2.2 Ký hiệu quat

B

it dấu

Bítbiên độ

Quat

 Phương pháp điều chế biên độ cầu phương QAM

QAM là một phương pháp điều chế tín hiệu nhiều mức, kết hợp sự thay đổi pha và biên độ sóng mang

Chùm tín hiệu của M-QAM gồm một mạng các điểm bản tin hình chữnhật như hình 2.9 cho trường hợp M=16 (16-QAM) Các chùm tín hiệu tươngứng cho các thành phần đồng pha và pha vuông góc được cho ở hình 2.10

Hình 2.10 Các thành phần đồng pha (a) và pha vuông góc

(b) của tín hiệu 16-QAM

Dạng tổng quỏt của QAM-M trạng thỏi được xỏc định bằng tớn hiệu phỏt[17]:

T

E t

f b

T

E t

s i   2 0 isin 2  c  2 0 icos 2  c , 0   (2.6)

trong đú :

T là thời gian của một ký hiệu

Eo là năng lượng của tớn hiệu cú biờn độ thấp nhất

ai, bi là cặp số nguyờn độc lập được chọn tuỳ theo vị trớ của điểm bản tin

Tớn hiệu si(t) gồm hai thành phần súng mang cú pha vuụng gúc được điềuchế bởi một tập hợp tớn hiệu rời rạc nờn được gọi là “điều chế biờn độ vuụnggúc”, si(t) cú thể phõn tớch thành cặp hai hàm cơ sở :

bộ biến đổi mức hai vào L mức (L=M1/2) tạo ra cỏc tớn hiệu M mức tương ứngvới cỏc đầu vào đồng pha và pha vuụng gúc Sau khi nhõn hai tớn hiệu L mứcvới hai súng mang cú pha vuụng gúc rồi cộng với nhau ta được tớn hiệu M-QAM

Luồng cơ hai

vào

Hình 2.11 Sơ đồ khối của bộ điều chế M-QAM

Biến đổi nối tiếp /song song

Đổi 2 mức vào L mức

Đổi 2 mức vào L mức cos (2fct)

-sin (2fct)

Tín hiệu M-QAM

Hình 2.12 Sơ đồ khối của bộ giải điều chế M-QAM

Bộ giải điều chế cú sơ đồ khối như hỡnh 2.12 Việc giải mó cỏc kờnh cơ sởđược thực hiện ở đầu ra của mạch quyết định, mạch này được thiết kế để so sỏnhtớn hiệu L mức với L-1 ngưỡng quyết định Sau đú hai chuỗi cơ hai được tỏch ra

ở trờn sẽ được kết hợp với nhau ở bộ biến đổi song song/ nối tiếp để khụi phụclại chuỗi cơ hai ban đầu

 Phương phỏp điều chế pha và biờn độ khụng sử dụng súng mangCAP:

Phương phỏp CAP tương tự như QAM nhưng quỏ trỡnh điều chế tớn hiệuđược thực hiện trong miền số Luồng số liệu đầu vào được chia thành 2 luồng sốliệu rồi đi qua 2 bộ lọc số cú biờn độ bằng nhau nhưng pha khỏc nhau 900 CAP

sử dụng toàn bộ băng thụng trừ dải tần thoại và phõn phối năng lượng bằng nhautrờn toàn bộ dải tần số

Mã hoá

Bộ lọc

đồng pha

Bộ lọc lệch pha 90 0

A/D

Bộ lọc thích ứng I

Bộ lọc thích ứng II

Bộ sử lý Giải mã

Hình 2.13 Thu phát tín hiệu theo ph ơng pháp điều chế CAP

Bộ thu của phương phỏp điều chế QAM yờu cầu tớn hiệu tới phải cú phổ

và hệ thức pha giống như phổ và pha của tớn hiệu truyền dẫn Do cỏc tớn hiệutruyền trờn đường dõy điện thoại thụng thường thường khụng đảm bảo được yờucầu này nờn bộ điều chế của kỹ thuật xDSL phải lắp thờm cả bộ điều chỉnh thớchhợp để bự phần mộo tớn hiệu truyền dẫn hỡnh 2.13

Cỏc bớt cựng một lỳc mó hoỏ vào một symbol và qua bộ lọc, kết quả đồngpha và lệch pha sẽ biểu diễn bằng đơn vị symbol Tớn hiệu được tổng hợp lại điqua bộ chuyển đổi A/D, qua bộ lọc thụng thấp (LPF- Low pass filter) và tớiđường truyền

Ở đầu thu tớn hiệu nhận được qua bộ chuyển đổi A/D, bộ lọc và đến phần

xử lý sau đú là mới giải mó Bộ lọc phớa đầu thu và bộ phận sử lý là một phầncủa việc cõn bằng, điều chỉnh Bộ cõn bằng sẽ bự lại cỏc tớn hiệu đến bị mộo

CAP được thiết kế hoạt động trong băng tần 6,48 đến 25,92 MHz Băngtần này cú nghĩa là tớn hiệu khụng hoạt động ở tần số thấp hơn, trỏnh đợc ảnhhưởng của nhiễu Đồng thời mục đớch thiết kế như vậy để giới hạn cụng suấtphổ của tần số dưới 30 MHz, do sự tăng suy hao ở tần số cao trong đườngtruyền

 Phương phỏp điều chế đa õm tần rời rạc DMT-Discrete Tone Modulation

Multi-DMT là kỹ thuật điều chế đa sóng mang Multi-DMT phân chia phổ tần số thànhcác chu kỳ ký hiệu mang một số bit nhất định Những bit này được mang trongnhững âm tần có tần số hoạt động khác nhau Trong ADSL, dải tần 26 kHz-1,1MHz được chia thành 256 kênh FDM 4 kHz, điều chế và mã hoá DMT được ápdụng cho từng kênh Nếu ở mọi tần số trong dải tần đều có thể hoạt động tốt thìmỗi chu kỳ tín hiệu có thể mang cùng một số bit như hình 2.14

f P

H×nh 2.14 Nguyªn lý ®iÒu chÕ DMT

Tuy nhiên, ảnh hưởng tạp âm lên các tần số khác nhau cũng khác nhau Vìvậy các kênh con hoạt động ở những miền tần số chất lượng cao sẽ mang nhiềubit hơn những tần số bị ảnh hưởng mạnh của nhiễu Số bit trên mỗi kênh con(tone) được điều chế bằng kỹ thuật QAM và đặt trên một sóng mang FDM Hình2.15 thể hiện khả năng điều chỉnh số bit trên mỗi kênh theo các tần số khác nhaucủa DMT Số bit được gửi qua mỗi kênh con có thể đáp ứng với chất lượngđường truyền ở tần số hoạt động của kênh đó

để phù hợp với SNR và tránh được nhiễu Hơn nữa, DMT có thể tránh phát ởnhững dải tần số riêng có xuyên âm quá lớn hoặc bị nhiễu RFI như chỉ ra ở hình2.16

f

Sơ đồ khối một hệ thống truyền dẫn DMT được đưa ra ở hỡnh 2.17 Tớn

hiệu số tốc độ cao được chia thành nhiều tớn hiệu tốc độ thấp Mỗi tớn hiệu tốc

độ thấp điều chế một kờnh con Những kờnh con này được kết hợp và truyền

trờn dõy đồng Đến đầu thu, mỗi kờnh con được thu và giải điều chế và tớn hiệu

được kết hợp và khụi phục lại tớn hiệu tốc độ cao ban đầu

Điều chế

Điều chế

Điều chế

Điều chế

Điều chế

.

Kiểm soát

Kiểm soát

Hình 2.17 Sơ đồ khối hệ thống DMT

Bản tin phản hồi để hiệu chỉnh kênh

Số liệu tốc độ cao