Kết hợp điều khiển công suất và phân phối Bít trong hệ xDSL đa người dùng.PDF

ECH Echo-Canceled Hybrid Lai, khử tiếng vọng eoc Embedded Operations Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu FDD Frequency Division Duplex Truyền dẫn song công theo tần số FDM Frequency Divi

MỤC LỤC

BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT 3

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TRÊN ĐƯỜNG DÂY THUÊ BAO SỐ 12

1.1 Công nghệ truyền dẫn đường dây thuê bao số 12

1.2 Các loại đường dây thuê bao số 15

1.2.1 Các thế hệ trước của đường dây thuê bao số 15

1.2.2 Mạng số đa dịch vụ tích hợp tốc độ cơ bản 16

1.2.3 Đường dây thuê bao số tốc độ cao 20

1.2.4 Đường dây thuê bao số bất đối xứng 27

1.2.5 Đường dây thuê bao số tốc độ cực cao 37

CHƯƠNG 2 – NHIỄU XUYÊN KÝ HIỆU, LÀM BẰNG VÀ DMT 40

2.1 Nhiễu xuyên ký hiệu ISI 40

2.2 Bộ làm bằng 44

2.3 Truyền dẫn đa kênh 49

2.3.1 Điều chế vector 51

2.3.2 Điều chế DMT 54

2.3.3 Dung năng kênh nhiễu Gauss trắng cộng tính 58

2.3.4 Dung năng đa kênh 59

2.4 Các thuật toán cấp phát bít 60

2.4.1 Khái niệm về cấp phát bit cho kênh truyền thông 60

2.4.2 Thuật toán đổ nước 62

2.4.3 Các thuật toán của Chow 66

CHƯƠNG 3 - PHÂN BỐ BÍT VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT ĐA

NGƯỜI DÙNG 68

3.1 Xuyên âm trong hệ thống DSL đa người dùng 69

3.2 Cân bằng Nash 77

3.3 Thuật toán điều khiển công suất dựa trên thuật toán water - filling lặp 81

3.4 Thuật toán điều khiển công suất dựa trên thuật toán phân bố bit đa người dùng 84

CHƯƠNG 4 - KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 89

4.1 Kết quả mô phỏng thuật toán điều khiển công suất theo phương pháp tần số tham chiếu trên hệ VDSL: 89

4.2 Kết quả mô phỏng thuật toán điều khiển công suất và phân bố bít đa người dùng bằng thuật toán water - filling trên kênh ADSL hướng lên 90

4.3 Kết quả mô phỏng hệ truyền thông ADSL và các thuật toán cấp phát bít 92

KẾT LUẬN 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

PHỤ LỤC 103

ADSL Asymmetric Digital

Subscriber Line

Đường dây thuê bao số bất đối xứng

AMI Alternate Mark Inversion Mã đảo dấu luân phiên

ANSI American National Standards

ATU-C ADSL Transmission Unit at

the Central Office

Đơn vị truyền dẫn ADSL phía tổng đài trung tâm

ATU-R ADSL Transmission Unit at

the Remote Side

Đơn vị truyền dẫn ADSL phía khách hàng

AWGN Additive White Gaussian

Noise

Nhiễu phân bố Gauss, trắng, cộng tính

BRI Basic Rate ISDN ISDN tốc độ cơ bản

BRITE BRI transmission extension Mở rộng truyền dẫn ISDN tốc

Ủy ban tư vấn về điện thoại và điện báo quốc tế

CODEC Voice Coder / Decoder Bộ mã hóa và giải mã thoại DAML Digital Added Main Line Đường dây có thêm số

DDS Digital Data Service Dịch vụ dữ liệu số

DFE Decision Feedback Equalizer Bộ làm bằng phản hồi quyết

định DFT Discrete Fourier Transform Phép biến đổi Fourier rời rạc DLC Digital Loop Carrier Hệ thống mạch vòng số

DMT Discrete Multitone Đa âm rời rạc

ECH Echo-Canceled Hybrid Lai, khử tiếng vọng

eoc Embedded Operations

Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu

FDD Frequency Division Duplex Truyền dẫn song công theo tần

số

FDM Frequency Division

Multiplexing Hợp kênh phân chia theo tần số FEC Forward Error Control Kiểm lỗi hướng thuận

FEQ Frequency Equalizer Bộ làm bằng miền tần số

FEXT Far – End Crosstalk Xuyên âm xa

FFT Fast Fourier Transform Phép biến đổi fourier nhanh FIR Finite Impulse Response Đáp ứng xung hữu hạn

FSN Full-service Network Mạng dịch vụ các loại

G.DMT The full-rate

Recommendation G992.1

Khuyến nghị toàn tốc G.992.1 của ITU về ADSL

HDSL High-bit-rate Digital

Subscriber Line

Đường dây thuê bao số tốc độ cao

HDSL2 Second-generation

High-bit-rate Digital Subscriber Line

Đường dây thuê bao số tốc độ cao thế hệ thứ 2

HDTV High-definition Television Truyền hình phân giải cao HPF High-pass Filter Mạch lọc thông cao

IDFT Inverse Discrete Fourier

Transform

Phép biến đổi ngược của phép biến đổi Fourier rời rạc

IDSL ISDN Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số ISDN

IFFT Inverse Fast Fourier

MIB Management Information

MMSE Minimum Mean Square Error Tối thiểu hoá lỗi trung bình

bình phương

NEXT Near - End Crosstalk Xuyên âm gần

NID Network Interface Device Thiết bị giao diện mạng

NSR Noise to Signal Ratio Tỷ số công suất nhiễu/tín hiệu

NT Network Termination Đầu cuối mạng

ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang

PCM Pulse Code Modulation Điều chế mã xung

POTS Plain Old Telephone Service Dịch vụ thoại truyền thống PAM Pulse Amplitude Modulation Điều chế biên độ xung

PSD Power Spectrum Density Mật độ phổ công suất

PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha

PSTN Public Switched Telephone

Network

Mạng thoại chuyển mạch công cộng

QAM Quadrature Amplitude

Modulation Điều chế biên độ cầu phương

RADSL Rate-Adaptive DSL Đường dây thuê bao số thích

nghi tốc độ

RSMP Rate Sum Maximum Problem Vấn đề tối đa hóa tổng tốc độ

Điều chế mã lưới Hợp kênh nén thời gian

UAWG Universal ADSL Work Group Nhóm làm việc ADSL toàn cầu UPBO Upstream Power Back off Giảm công suất hướng lên

VDSL Very high bit rate Digital

MỞ ĐẦU

Công nghệ đường dây thuê bao số DSL cho phép truyền thông tin số với tốc độ cao trên các đường dây thuê bao điện thoại thông thường Điều này được thực hiện thông qua các công nghệ truyền dẫn số phức tạp, các công nghệ này sẽ bù cho những mất mát, suy hao thông thường của đường điện thoại Các công nghệ truyền dẫn số sử dụng các thuật toán phức tạp, hiện nay

đã được áp dụng trong thực tế, nhờ vào sự phát triển khả năng xử lý mạnh mẽ của các bộ xử lý tín hiệu số dựa trên các mạch điện tử tích hợp mức độ cao DSL sử dụng công nghệ truyền dẫn đa kênh, chia toàn bộ dải thông truyền dẫn thành các kênh truyền con độc lập nhau, phương pháp này không những có thể hạn chế đáng kể nhiễu xuyên ký hiệu ISI mà còn áp dụng được các phương pháp xử lý số hiện đại để nâng cao tốc độ truyền dẫn và giảm tối thiểu thời gian trễ trong xử lý Các kênh truyền con này được cấp phát số lượng bit thích hợp tùy theo tiêu chí cung cấp dịch vụ, là thích nghi tốc độ truyền (RA) hay thích nghi dự phòng (MA), và giá trị SNR của từng kênh con Tuy nhiên, do các bó cáp có thể bao gồm hàng trăm đường dây thuê bao được bó lại với nhau Bởi chúng ở rất gần nhau nên các dây này tạo ra điện từ trường can nhiễu với các đường dây khác, vì vậy sẽ gây ra nhiễu xuyên âm

Do sự suy giảm trong đường dây khác nhau, xuyên âm được gây ra bởi đường dây gần có thể lấn áp tín hiệu dữ liệu trong đường dây xa Do vậy hiệu suất hướng lên của mạch dài bị ảnh hưởng một cảch rõ rệt bởi đường truyền hướng lên của mạch ngắn Để giải quyết vấn đề này, mạch ngắn cần phải giảm PSD hướng lên vì vậy sẽ không gây ra can nhiễu quá thể lên mạch dài

hơn Việc giảm mật độ phổ công suất hướng lên này được gọi là UPBO Giải

pháp cho vấn đề UPBO này đã và đang được nghiên cứu rất nhiều trong các chuẩn về DSL, một số phương pháp được sử dụng như phương pháp tần số tham chiếu, phương pháp chiều dài tham chiếu, phương pháp làm bằng

FEXT, phương pháp nhiễu tham chiếu … Tuy nhiên các phương pháp này cần một tác nhân điều khiển trung tâm Điều này sẽ khó thực hiện khi các đường dây trong một bó cáp thuộc về các nhà cung cấp khác nhau Giải pháp khác tối ưu hơn được Yu đưa ra đó là điều khiển công suất theo thuật toán đổ nước Water – Filling Thuật toán này không những cho một kết quả phân bố công suất tối ưu giữa các người dùng mà còn phân bố năng lượng trên toàn bộ dải thông truyền dẫn

Luận văn này tóm lược tới vấn đề cấp phát bit cho các kênh truyền con theo hai tiêu chí cung cấp dịch vụ là thích nghi tốc độ truyền và thích nghi dự phòng Những thuật toán thực hiện việc cấp phát bit được trình bày và mô phỏng bao gồm thuật toán đổ nước, thuật toán của Chow Đồng thời luận văn cũng nghiên cứu các giải pháp UPBO và thuật toán điều khiển công suất kết hợp với phân bố bít dựa trên thuật toán đổ nước water – filling dựa trên các kết quả mô phỏng

Nội dung trình bày trong luận văn như sau:

 Chương 1: Trình bày tổng quan về các công nghệ truyền dẫn trên đường dây thuê bao số Giới thiệu các loại DSL hiện đang sử dụng trong truyền thông

 Chương 2: Trình bày về nhiễu xuyên ký hiệu ISI và các bộ làm bằng Trình bày về hệ thống truyền dẫn đa gồm kỹ thuật điều chế vectơ và đặc biệt là kỹ thuật DMT, dung năng kênh Giới thiệu về các thuật toán cấp phát bit cho các kênh truyền con của hệ thống truyền thông đa kênh theo các tiêu chí hệ thống là RA và MA Các thuật toán đó là thuật toán đổ nước, thuật toán của Chow

 Chương 3: Trình bày về nhiễu xuyên âm và vấn đề UPBO trong

hệ thống DSL Trình bày các giải pháp cho vấn đề UPBO gồm phương pháp tần số tham chiếu, chiều dài tham chiếu, nhiễu tham

chiếu Trình bày thuật toán điều khiển công suất kết hợp với phân

bố bít dựa trên thuật toán đổ nước water – filling, đồng thời luận văn cũng giới thiệu thuật toán điều khiển công suất dựa trên thuật toán phân bố bít rời rạc đa người dùng

 Chương 4: Trình bày kết quả mô phỏng hệ thống truyền thông đa kênh dùng kỹ thuật DMT, các kết quả phân bố bít theo các thuật toán đã trình bày trong chương 2 Đồng thời luận văn cũng trình bày kết quả mô phỏng thuật toán UPBO theo phương pháp tần số tham chiếu và thuật toán điều khiển công suất kết hợp với phân bố bít dựa trên thuật toán đổ nước water – filling

 Kết luận: Tóm tắt kết quả đạt được của luận văn và đề xuất hướng nghiên cứu trong thời gian tới

 Phụ lục: Giới thiệu chương trình nguồn mô phỏng các kết quả trong chương 4, được viết bằng Matlab 7.0

Trong thời gian thực hiện luận văn này, tôi đã được sự hỗ trợ, khuyến khích và động viên của rất nhiều người, đó là gia đình tôi, các thầy cô, bạn học và đồng nghiệp Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy PGS TS Nguyễn Viết Kính, người đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành bản luận văn này Thầy cũng là người có nhiều ý kiến chân thành và quý báu trong quá trình tiếp cận và giải quyết vấn đề Gia đình tôi, bố mẹ và các anh chị em, đã luôn khuyến khích, động viên và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành tốt khóa học và luận văn này Tôi xin dành tặng luận văn này cho gia đình thân yêu của tôi Nhân đây, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn các thầy cô tại Trường ĐH Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội, những người đã trang bị cho tôi kiến thức trong suốt bốn năm học Đại học và hai năm học Cao học Và tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các bạn học và đồng nghiệp, đã khuyến khích, động viên và giúp đỡ tôi rất nhiều để tôi có thể hoàn thành tốt công việc

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN

TRÊN ĐƯỜNG DÂY THUÊ BAO SỐ

1.1 Công nghệ truyền dẫn đường dây thuê bao số

Thuật ngữ DSL đề cập tới tất cả các kiểu công nghệ đường dây thuê bao

số, bao gồm ADSL, HDSL, ISDN tốc độ cơ bản, VDSL và IDSL Thuật ngữ xDSL cũng được sử dụng trong ngành công nghệ khi đề cập tới các kiểu DSL Công nghệ DSL đã đưa vào một sự thay đổi mới mẻ vào lợi ích của các đường dây điện thoại Các đường dây điện thoại, ban đầu đã được xây dựng chỉ để mang một tín hiệu thoại đơn với một kênh băng thông 3,4 KHz, bây giờ có thể truyền gần 100 tín hiệu thoại đã nén, hoặc tín hiệu video có chất lượng tương đương như truyền hình Việc truyền dẫn tín hiệu số tốc độ cao trên đường dây điện thoại đòi hỏi khả năng xử lý tín hiệu tiên tiến nhằm khắc phục những mất mát khi truyền dẫn gây ra do suy hao tín hiệu, nhiễu xuyên

âm từ tín hiệu hiện có trên dây khác trong cùng một cáp, phản xạ tín hiệu, can nhiễu tần số vô tuyến và nhiễu xung

Cơ sở hạ tầng dùng cặp dây xoắn được nối tới mọi nhà và mọi địa điểm trên toàn thế giới, nhưng DSL cũng có những hạn chế Khoảng 15% các đường dây điện thoại trên toàn thế giới sẽ phải thay thế để có thể cho phép vận hành DSL tốc độ cao [14]

Hình 1.1 : Mô hình tham chiếu DSL

Điểm khác nhau căn bản giữa các modem băng tần thoại và DSL đó là các modem băng tần thoại vận hành qua một kết nối giữa hai đầu cuối của PSTN, trong khi đó, DSL vận hành qua mạch vòng nội hạt, xem hình 1.1 và hình 1.2

Hình 1.2: Mô hình tham chiếu modem băng tần thoại

Đường truyền dẫn của modem băng tần thoại có thể bao gồm mạch vòng nội hạt dùng cho người dùng A, tổng đài nội hạt, một đường trung kế có thể kéo dài tới hàng nghìn kilômét, một tổng đài nội hạt khác - phục vụ cho khách hàng khác, và cuối cùng là mạch vòng nội hạt dùng cho người dùng B Trái

lại, đường truyền dẫn DSL chỉ bao gồm mạch vòng nội hạt từ vị trí người

dùng đến tổng đài nội hạt gần nhất

Một khác biệt quan trọng nữa giữa modem băng tần thoại và DSL đó là

DSL giữ thông tin trong miền số tại mọi vị trí trên đường truyền từ một đầu

cuối của người dùng đến một đầu cuối của người dùng khác Trái lại, modem băng tần thoại gửi thông tin qua mạng PSTN dưới dạng biểu diễn tương tự cho các thông tin số của người dùng Với DSL tín hiệu được phát lại dưới dạng số tại mỗi bước xuyên qua mạng công cộng, nhờ đó, những hư hỏng tương tự không bị tích lũy sau mỗi bước Mặc dù, thông tin truyền qua mạng

bao gồm nhiều phần tử, việc truyền dẫn DSL chỉ nhằm xác định phần mạch

vòng nội hạt

Đường trung kế kết nối trực tiếp giữa các tổng đài hoặc kết nối thông qua các tổng đài chuyển tiếp trung gian Các đường trung kế thường là các hệ

thống truyền dẫn cáp quang số tốc độ cao, phục vụ truyền thông tin từ nhiều khách hàng

Đối với những khách hàng phục vụ qua hệ thống DLC, hoặc các hệ thống đầu cuối từ xa khác, DSL mở rộng từ vị trí của khách hàng tới vị trí của DLC DLC và các thế hệ DLC tiếp theo được sử dụng để phục vụ những khách hàng ở quá xa để có thể cung cấp dịch vụ một cách kinh tế thông qua mạch vòng dùng cáp đồng kết nối trực tiếp vào tổng đài nội hạt Các hệ thống DLC ghép kênh từ 20 tới 2000 khách hàng vào một đường trung kế tới tổng đài trung tâm Thông thường, các trung kế DLC dùng cáp quang, trong một vài trường hợp các hệ thống DLC nhỏ sẽ sử dụng HDSL hoặc đường T1 DSL bao gồm một đường cáp đồng trực tiếp từ vị trí khách hàng tới vị trí của thiết bị mạng chủ động gần nhất Có một ngoại lệ là các bộ lặp trung gian, thiết bị này nhằm mở rộng khoảng cách phục vụ của DSL nhờ đặt vào chính giữa mạch vòng nội hạt một bộ phát lặp Bộ phát lặp DSL được cấp nguồn từ

bộ nguồn một chiều của tổng đài trung tâm trên cùng cáp đồng đã dùng để truyền dữ liệu Các bộ lặp DSL trung gian thường được đặt trong hộp thiết bị không thấm nước, mỗi hộp này chứa từ 4 tới 20 bộ lặp Giá thành của các bộ lặp DSL khá nhỏ khi so với giá của các hộp thiết bị và nhân công để kết nối Modem băng tần thoại được thiết kế để vận hành được trên những hạn chế kết hợp của mạch vòng nội hạt tại cả hai đầu cuối mạng và của tổng đài nội hạt Tổng đài nội hạt thường chứa các bộ mã hóa / giải mã PCM, thiết bị này chuyển đổi các tín hiệu tương tự trên mạch vòng nội hạt thành tín hiệu số tốc độ 64 Kb/s (gọi là DS0) để chuyển qua các đường trung kế Đường truyền dẫn này được định rõ để cung cấp dải tần số từ 200 Hz tới 3,4 KHz DSL được thiết kế để chỉ hoạt động trên những hạn chế của chỉ một mạch vòng nội hạt Các mạch vòng thuê bao tiêu biểu có băng tần vài trăm KHz Vì thế, hiệu năng tiềm tàng của DSL có thể vượt các modem gấp 100 lần hoặc hơn nữa

Tuy nhiên, các modem vẫn có một ưu điểm quan trọng là các thiết bị này có thể vận hành trên bất cứ một kết nối điện thoại nào tới bất cứ đâu trên thế giới Ngoài ra, DSL cũng vay mượn rất nhiều các công nghệ truyền dẫn đã được ứng dụng cho modem băng tần thoại

1.2 Các loại đường dây thuê bao số

Khi năng lực xử lý của các bộ xử lý tín hiệu số tăng lên thì tốc độ bit của DSL cũng tăng theo Công nghệ DSL ban đầu có tốc độ 144 Kb/s của ISDN tốc độ cơ bản, sau đó tăng lên 1,5 Mb/s và 2 Mb/s của phiên bản HDSL, rồi đến 7 Mb/s của ADSL và bây giờ là 52 Mb/s đối với VDSL [14,4,1]

1.2.1 Các thế hệ trước của đường dây thuê bao số

Có thể coi các đường trung kế T1, E1 và DDS là các DSL đầu tiên Mặc

dù, các hệ thống truyền dẫn dùng T1 (có tốc độ 1,544Mb/s, dùng mã AMI, chỉ được sử dụng ở Bắc Mỹ) và E1 (có tốc độ 2,048 Mb/s, dùng mã HDB3) ban đầu được dùng làm đường trung kế giữa các tổng đài trung tâm, nhưng sau đó chúng đã cho thấy ích lợi khi dùng làm các đường kết nối tốc độ cao từ tổng đài trung tâm đến các vị trí của khách hàng T1 được AT&T sử dụng lần đầu tiên vào năm 1962 Ngày nay, các đường trung kế kết nối giữa các tổng đài trung tâm hoàn toàn dựa trên cáp quang và viba Các đường T1/E1 hiện nay không còn được sử dụng đúng như chức năng ban đầu của chúng Mặc dù vẫn được sử dụng làm các đường thuê bao nhưng chúng có những hạn chế Chúng

có giá thành đắt và mất nhiều thời gian để cài đặt và thường được tách riêng thành nhóm các bó dây khác biệt so với các hệ thống truyền dẫn khác Nhằm làm giảm xuyên âm đầu gần giữa hai hướng truyền, người ta sử dụng một bó cáp chỉ mang các cặp cáp T1 đi ra và một bó cáp khác chỉ mang các cặp cáp T1 đi vào Các đường T1 được thiết kế với suy hao đường tối đa là 15 dB với chiều dài cáp từ 600 đến 1000 mét tại tần số 772 KHz trên cung đoạn từ tổng

đài trung tâm đến bộ lặp đầu tiên, trên cung đoạn giữa các bộ lặp có suy hao tối đa tới 36 dB (khoảng cách từ 1000 đến 2000 mét), còn trên cung đoạn từ

bộ lặp cuối cùng tới thiết bị của khách hàng thì suy hao tối đa là 22,5 dB Trên đường T1 đòi hỏi phải không có các đầu nối và cuộn tải Với các khoảng cách xa, người ta sử dụng các bộ lặp

Mã đường AMI, được sử dụng cho truyền dẫn trên các đường T1, rất đơn giản khi thực hiện nhưng không còn hiệu quả với các chuẩn ngày nay AMI gửi một bit trên một ký hiệu Việc truyền dẫn trên đường T1 sử dụng công suất tín hiệu truyền cao, mà điều này dẫn đến mức xuyên âm cao trong dải tần số 100 KHz đến 2 MHz Các đường DSL khác có sử dụng cùng dải tần số có thể bị ảnh hưởng nếu được đặt cùng một bó cáp với đường T1 Trong một số trường hợp đặc biệt, xuyên âm gây ra do đường T1 có thể ảnh hưởng đến cả các đường dây đặt trong bó cáp khác

1.2.2 Mạng số đa dịch vụ tích hợp tốc độ cơ bản

1.2.2.1 Nguồn gốc của ISDN tốc độ cơ bản

Chúng ta xem ISDN tốc độ cơ bản là thành viên đầu tiên trong gia đình DSL [14] ISDN đã được hình thành bắt đầu từ năm 1976 và đã được định

hình rõ ràng trong các Khuyến nghị của tổ chức CCITT (nay được gọi là ITU) Tham vọng của những người phát triển là mong đợi ISDN sẽ trở thành một mạng đồng nhất trên toàn thế giới phục vụ cho cả truyền thông dữ liệu và

điện thoại Sự phát triển trong truyền dẫn ISDN bao gồm chuyển mạch, báo

hiệu và hệ thống vận hành Nỗ lực để phát triển ISDN đã trải qua hàng thập

kỷ với sự đóng góp công sức của hàng nghìn người đến từ hàng trăm công ty

khác nhau tại hơn 20 quốc gia trên toàn thế giới ISDN đã tập trung vào phục

vụ các dịch vụ thoại và dịch vụ dữ liệu dùng chuyển mạch gói tốc độ thấp Và

chính sự tập trung vào các dịch vụ này lại là điểm yếu chính của ISDN Các

mạng ISDN khó phù hợp cho dịch vụ chuyển mạch gói tốc độ cao và các phiên hoạt động có thời gian dài, đặc tính khi truy nhập internet Tuy nhiên, cũng có hàng triệu khách hàng hài lòng về ISDN

Dịch vụ ISDN được thử nghiệm đầu tiên vào năm 1985 Dịch vụ ISDN đầu tiên được cung cấp tại Bắc Mỹ là của AT&T – Illinois Bell (bây giờ được gọi là Ameritech) tại Oakbrock, bang Illinois vào năm 1986 Các hệ thống thử nghiệm đầu tiên sử dụng giao diện tốc độ cơ bản (BRI) ứng dụng công nghệ truyền dẫn TCM (ping-pong) hoặc dùng mã AMI Mặc dù, các hệ thống này rất đơn giản khi thực hiện, nhưng truyền dẫn 2B1Q đã được chọn là chuẩn công nghệ truyền dẫn cho gần như toàn bộ thế giới Chỉ có Liên bang Đức và

Áo là sử dụng truyền dẫn 4B3T và Nhật Bản sử dụng phương pháp truyền dẫn AMI ping-pong Khoảng cách tối đa của các mạch vòng trong các hệ thống sử dụng truyền dẫn 2B1Q và 4B3T lớn hơn so với các hệ thống theo các chuẩn

ra đời trước

1.2.2.2 Khả năng và ứng dụng của ISDN tốc độ cơ bản

Các đường BRI có thể truyền thông tin số đối xứng với tốc độ 160 Kb/s trên các mạch vòng có khoảng cách tối đa lên tới 5,5 km hoặc suy hao tối đa

là 42 dB tại tần số 40 KHz Các đường BRI gồm hai kênh B tốc độ 64 Kb/s,

một kênh D tốc độ 16 Kb/s và 16 Kb/s dùng để truyền thông tin định khung và điều khiển đường Các kênh B có thể được chuyển mạch kênh hoặc chuyển mạch gói Kênh D mang thông tin báo hiệu và các gói dữ liệu người dùng

Một kênh hoạt động theo kiểu nhúng (eoc) và các bit chỉ báo được chứa trong

8 Kb/s mào đầu Kênh eoc chuyển các bản tin phục vụ cho chuẩn đoán đường truyền và các bộ thu phát Các bit chỉ báo nhận biết các lỗi khối dữ liệu, thực hiện đo hiệu năng truyền dẫn

1.2.2.3 Truyền dẫn ISDN tốc độ cơ bản

BRI điều chế dữ liệu sử dụng một xung bốn mức để đại diện cho hai bit nhị phân, vì thế được gọi là 2B1Q Dữ liệu được gửi theo cả hai hướng đồng thời bằng cách sử dụng truyền dẫn lai có khử tiếng vọng (ECH) Kỹ thuật truyền dẫn băng gốc 2B1T đơn giản gửi dữ liệu với tốc độ 160 Kb/s sử dụng băng thông rộng 80 KHz, hiệu suất phổ là 2 b/s đối với mỗi Hz Việc làm bằng thích nghi sẽ tự động bổ sung cho suy hao xảy ra trên cả dải truyền dẫn BRI có thể làm việc trên các mạch có các đầu nối, cho phép suy hao tổng cộng thấp hơn 42 dB ở tần số 40 KHz Các mạch vòng phải không có tải

1.2.2.4 ISDN tốc độ cơ bản mở rộng tầm phục vụ

Các mạch vòng có thể đạt khoảng cách tới 5,5 km từ tổng đài trung tâm, nhờ sử dụng các phương pháp thay thế: BRITE, bộ lặp trung gian và BRI mở rộng

 BRITE

Mở rộng truyền dẫn ISDN tốc độ cơ bản (BRITE) sử dụng nhiều nhánh kênh số và các bộ DLC là phương tiện để mở rộng ISDN đến các khu vực được phục vụ bằng những nhánh kênh số trên Các đơn vị kênh ISDN đặc biệt

sử dụng ba đường DS0 trong nhánh kênh để truyền BRI Do các đơn vị kênh

bổ sung thêm đã làm cho cấu hình BRITE có giá thành đường kênh tương đối cao Tuy nhiên, khi sử dụng thiết bị SLC hoặc nhánh kênh có sẵn, thì giá thành để triển khai hệ thống thấp của BRITE là lý tưởng để phục vụ cho một

số lượng đường truyền rất nhỏ tại một vùng xa tổng đài

 Bộ lặp trung gian

Kích thước của mạch vòng có thể tăng gần gấp đôi khi đặt một bộ lặp vào giữa vòng Khi bộ lặp là kết hợp của NT và LT, mạch vòng được chia thành cặp DSL nối tiếp nhau Từng vòng có thể chịu suy hao tới 40 dB tại tần

số 40 KHz, tương ứng với khoảng cách tổng cộng của cả hai vòng lên xấp xỉ

9 km (2 x 4,5km) Khi bộ phát lặp không nằm chính xác tại điểm giữa của vòng thì kích thước của vòng có bộ lặp đạt được có thể hơi nhỏ hơn hai lần kích thước của vòng không có bộ lặp Các cuộn tải phải được loại bỏ khỏi vòng để BRI hoạt động, có thể có hoặc không có các bộ lặp Nguyên nhân là khi có cuộn tải trên mạch vòng, dải tần số nằm bên trên băng tần thoại chịu suy hao rất lớn, gây ảnh hưởng mạnh đến vùng băng tần cao của ISDN cũng như các DSL khác

Các bộ lặp trung gian được cấp nguồn một chiều (khoảng -130V DC), từ mạch cấp nguồn của tổng đài trung tâm Đối với các khoảng cách xa hơn, người ta sử dụng một bộ lặp thứ hai Cấu hình hai bộ lặp ít được sử dụng do tính phức tạp trong việc cấp nguồn và quản trị

Cấu hình có bộ lặp và BRITE có trễ truyền tín hiệu (trễ 2,5 ms một chiều) gấp hai lần so với cấu hình DSL trực tiếp (trễ 1,25 ms)

 BRI mở rộng

Các kỹ thuật truyền dẫn có nhiều tiến bộ kể từ khi ra đời chuẩn BRI (ANSI T1.601) Các kỹ thuật này, như mã lưới, cho phép truyền tốc độ tới 160Kb/s trên mạch kích thước tới 8,5 Km mà không cần sử dụng bộ lặp trung gian Nhằm đảm bảo tính tương thích ngược, các hệ thống BRI mở rộng đưa giao diện chuẩn ANSI T1.601 với LT tại chuyển mạch tổng đài trung tâm và thiết bị NT1 của khách hàng Thông thường, một khối chuyển đổi được đặt trong khoang thiết bị hỗn hợp trong tổng đài trung tâm, và khối chuyển đổi còn lại được đặt trong một thiết bị kèm theo đặt tại phía khách hàng Tuy nhiên, việc đặt khối chuyển đổi xa tại một địa điểm trung gian có thể mở rộng thêm kích thước vòng Kết quả là kích thước vòng có thể lên tới gần 12,9 Km (4,4 + 8,5 Km) Hơn nữa, bộ chuyển đổi phía mạng cũng có thể đặt ở xa nếu nguồn cung cấp có sẵn tại vị trí đó

1.2.2.5 DAML, chuyển đổi kênh B / kênh thoại tương tự

Các bộ truyền nhận BRI cũng được sử dụng cho các ứng dụng không

phải của ISDN, đáng chú ý nhất là DAML Các hệ thống DAML cho phép

một mạch vòng mang hai kênh điện thoại Các bộ CODEC tại mỗi đầu của hệ

thống DAML sẽ thực hiện chuyển đổi một kênh B của BRI tốc độ 64 Kb/s sang giao diện kênh thoại tương tự Vì thế, giao diện kênh thoại truyền thống được cung cấp cho tổng đài trung tâm và điện thoại của khách hàng Các hệ thống DAML được sử dụng để cung cấp dịch vụ điện thoại bổ sung tới các vị trí nằm trong vùng có một vài cặp dây dự phòng giữa tổng đài trung tâm và các khách hàng Khối DAML ở phía khách hàng thường được cấp nguồn từ

bộ cấp nguồn của tổng đài thông qua mạch vòng Các hệ thống DAML sử dụng công nghệ BRI có kích thước vòng tối đa là 5,5 Km Các hệ thống DAML dựa trên HDSL có thể truyền nhiều hơn hai kênh thoại trên chỉ một cặp dây

1.2.2.6 IDSL

Một ứng dụng không phải ISDN khác của bộ truyền nhận BRI là IDSL (ISDN DSL) Các kênh đối xứng BRI (kênh tốc độ 128 Kb/s hoặc 144 Kb/s) được ghép lại thành một kênh để truyền dữ liệu gói giữa bộ định tuyến và máy tính của khách hàng Phần lớn các dạng của IDSL đều làm việc được với

NT ISDN thông thường ở phía khách hàng Vì thế, với IDSL, tổng đài nội hạt

ISDN được thay thế bằng bộ định tuyến dữ liệu gói Cấu hình này được sử

dụng để truy nhập internet

1.2.3 Đường dây thuê bao số tốc độ cao

1.2.3.1 Nguồn gốc của HDSL

Khái niệm ban đầu về định nghĩa của HDSL xuất hiện vào cuối năm

1986 tại phòng thí nghiệm Bell của AT&T và Bellcore [14,4,16] Các thiết kế

của bộ truyền nhận HDSL đã mở rộng về quy mô của các thiết kế ISDN tốc

độ cơ bản Các hệ thống HDSL được tạo trong phòng thí nghiệm đã xuất hiện vào năm 1989 Hệ thống HDSL đầu tiên được đưa vào cung cấp dịch vụ vào năm 1992, của Bell Canada, sử dụng các thiết bị do Tellabs Operations Inc, ở Lisie, bang Illinois sản xuất Gần đây, mọi công ty điện thoại lớn trên thế giới đều sử dụng HDSL Năm 1997, có khoảng 450.000 đường HDSL đang cung cấp dịch vụ trên toàn thế giới, với xấp xỉ 350.000 đường nằm tại Bắc Mỹ Việc triển khai HDSL tăng hơn 150.000 đường mỗi năm Vào tháng 10 năm

1998, ITU phê chuẩn Khuyến nghị G.991.1 [5] cho thế hệ HDSL đầu tiên Khuyến nghị này dựa rất sát vào Đặc điểm kỹ thuật do ETSI đưa ra mang ký hiệu TM-03036 ITU đã bắt đầu làm việc với các khuyến nghị HDSL thế hệ thứ hai (HDSL2) và khuyến nghị này được gọi là G.991.2

Nhu cầu về HDSL trở nên rõ ràng khi các hệ thống truyền dẫn sử dụng đường T1 và E1 không còn được sử dụng làm các đường trung kế nối giữa các tổng đài và thấy sự tăng trưởng nhanh chóng của các đường dùng riêng từ tổng đài trung tâm tới khách hàng Các hệ thống truyền dẫn E1 và T1 vận hành trên các đường dây thoại hiện có, nhưng với giá thành rất lớn do công nghệ, điều kiện mạch vòng đặc biệt (phải loại bỏ các đầu nối và cuộn tải trên mạch) và việc ghép nối các hộp thiết bị để giữ các bộ lặp, khoảng 900 m đến 1.500 m phải đặt một bộ lặp Các phương thức truyền dẫn sử dụng cho các đường E1 và T1 dùng mức công suất tín hiệu truyền cao tại khoảng tần số từ

100 KHz đến trên 2 MHz Chính vì điều này, đòi hỏi phải tách riêng các đường E1/T1 vào các nhóm bó cáp khỏi các dịch vụ khác Thêm nữa, phải chi phí rất nhiều cho việc lắp đặt và bảo trì hệ thống Thời gian lắp đặt các đường T1/E1 khá dài, kể từ khi có yêu cầu dịch vụ đến khi dịch vụ đi vào hoạt động Nhu cầu đòi hỏi là hệ thống phải là một hệ thống truyền dẫn cắm là chạy, cho

phép cung cấp nhanh chóng và dễ dàng truyền dẫn tốc độ 1,5 Mb/s và 2 Mb/s trên phần lớn các đường thuê bao Vì thế, HDSL xuất hiện

Lợi ích của HDSL là rất lớn nhờ loại bỏ các bộ lặp trung gian Mỗi vị trí đặt bộ lặp phải tùy biến theo yêu cầu khách hàng để đảm bảo mỗi cung đường vẫn duy trì trong giới hạn suy hao của tín hiệu Các tín hiệu được lặp có thể gây ra xuyên âm mạnh, vì thế điều quan tâm đặc biệt trong thiết kế là tránh xuyên âm quá mức sang các hệ thống truyền dẫn khác Các bộ lặp được cấp nguồn qua đường dây, điều này đòi hỏi một đường dây đặc biệt dùng cho cấp nguồn từ tổng đài trung tâm Phần lớn công suất cung cấp từ bộ cấp nguồn của tổng đài trung tâm bị mất mát do trở kháng mạch vòng và sự không hiệu quả của việc cấp nguồn

HDSL cũng ưu tiên sử dụng hơn các đường T1 truyền thống bởi vì HDSL cung cấp các đặc trưng chuẩn đoán (bao gồm việc đo SNR) HDSL tạo

ra xuyên âm nhỏ hơn sang các hệ thống truyền dẫn khác bởi vì các tín hiệu mang của HDSL dùng băng thông hẹp hơn khi so với sóng mang T1 truyền thống

1.2.3.2 Khả năng và ứng dụng của HDSL

HDSL cung cấp truyền dẫn hai chiều tốc độ 1,544 Mb/s và 2,048 Mb/s qua đường dây điện thoại với chiều dài lên tới 3,7 Km sử dụng cặp cáp xoắn đường kính 0,5 mm mà không cần bộ lặp trung gian Khoảng cách có thể tăng gần gấp đôi nếu có sử dụng một bộ lặp trung gian Có hơn 95% các đường HDSL không sử dụng bộ lặp HDSL không đòi hỏi phải có điều hòa đường dây hay phân tách nhóm cáp HDSL cung cấp truyền dẫn tin cậy trên tất cả các đường trong vùng phục vụ với một tỷ lệ lỗi bit điển hình từ 10-9

đến 10-10 Các hệ thống HDSL tốc độ DS1 (1,544Mb/s) sử dụng hai cặp dây, trong đó, mỗi cặp truyền tải tốc độ 768 Kb/s cho tải tin (mạng 768 Kb/s) trên cả hai hướng Vì thế, thuật ngữ song công kép được dùng để mô tả truyền dẫn

HDSL Các hệ thống HDSL tốc độ E1 (2,048 Mb/s) có thể tùy chọn sử dụng hai hoặc ba cặp dây, trong đó, mỗi cặp dây đều dùng truyền dẫn song công HDSL dùng ba cặp dây, tốc độ 2,048 Mb/s, sử dụng cùng các bộ truyền nhận

784 Kb/s như của hệ thống 1,544 Mb/s Các vòng HDSL có thể có các đầu nối, nhưng không được dùng cuộn tải

Mặc dù, những mô tả ban đầu về HDSL là “công nghệ không bộ lặp”, các bộ lặp HDSL thường sử dụng cho các đường có khoảng cách vượt quá khoảng cách của các đường HDSL không dùng bộ lặp từ 2,75 km đến 3,7 km Đối với các đường dây đường kính 0,5 mm, khoảng cách có thể đạt tới 7,3 km với một bộ lặp được sử dụng và tới 11 km khi sử dụng hai bộ lặp Khoảng cách thực tế có thể nhỏ hơn khi không thể đặt được bộ lặp ở chính xác điểm giữa Các hệ thống HDSL sử dụng hai bộ lặp cấp nguồn cho bộ lặp thứ nhất qua dây nguồn từ tổng đài trung tâm và bộ lặp thứ hai được cấp nguồn từ phía khách hàng Việc cấp nguồn từ phía khách hàng có nhiều hạn chế trong việc duy trì, bảo dưỡng và quản trị Hiện nay, các bộ truyền nhận tiêu thụ ít công suất hơn, vì thế, cho phép thực hiện việc cấp nguồn cho cả hai bộ lặp chuyển tiếp HDSL từ nguồn của tổng đài trung tâm

Các đường thuê bao riêng tốc độ sơ cấp (1,544 Mb/s hoặc 2,048 Mb/s)

từ người dùng tới mạng là ứng dụng chủ đạo của HDSL HDSL là phương tiện phổ dụng để kết nối các tổng đài mạng dùng riêng (PBX) và thiết bị dữ liệu gói/ATM với mạng công cộng Các đường liên kết HDSL được dùng để liên kết các trạm vô tuyến vào mạng mặt đất HDSL cũng được sử dụng để kết nối các trạm DLC nhỏ tới tổng đài trung tâm Trong những năm đầu, giá thành cao của các thiết bị HDSL đã giới hạn việc sử dụng tại các nơi không

có một vị trí kinh tế để đặt hộp thiết bị lặp Đến cuối năm 1994, giá thành của các thiết bị HDSL đã giảm xuống mức mà HDSL trở nên kinh tế hơn so với các thiết bị truyền dẫn T1/E1 truyền thống khi xây dựng một hệ thống mới

Các thiết bị T1/E1 truyền thống vẫn sử dụng cho các đường rất ngắn (ngắn hơn 900 m) và không đòi hỏi bộ lặp Với các khoảng cách rất lớn (hơn 9 km), đòi hỏi nhiều hơn hai bộ lặp của HDSL

Chi phí bảo trì hàng năm của các đường HDSL cũng thấp hơn so với các đường T1/E1 do các đường HDSL đòi hỏi ít bộ lặp hơn, mạnh mẽ trong truyền dẫn cao cấp, khả năng chuẩn đoán được cải tiến Tuy nhiên, các đường E1/T1 đang tồn tại ít được thay thế bằng các đường HDSL mới do giá thành

để lắp đặt đường mới cao

Mặc dù, HDSL thường được các công ty điện thoại sử dụng trong mạng nội hạt, vẫn có một số đường HDSL được dùng trong các mạng riêng để kết nối tốc độ cao giữa các tòa nhà trong các khu trường sở

1.2.3.3 Truyền dẫn HDSL

Phần lớn các hệ thống HDSL trên thế giới sử dụng truyền dẫn 2B1Q, song công kép, lai có khử tiếng vọng Một số hệ thống đa âm rời rạc (DMT)

và AM/PM không sóng mang (CAP) được sử dụng ở một số nơi của Châu

Âu Đối với hệ thống truyền dẫn tốc độ 1,544 Mb/s, truyền dẫn song công sử dụng một cặp dây để truyền một nửa của tải tin hai chiều (768 Kb/s) cộng với thông tin mào đầu về định khung và kênh eoc tốc độ 16 Kb/s, tạo thành truyền dẫn tổng cộng 784 Kb/s Hai cặp dây dẫn tạo thành hệ thống truyền dẫn HDSL tốc độ 1,544 Mb/s Khi thông tin mào đầu giống nhau truyền trên cả hai kênh, bộ nhận chọn một cặp dây để lấy thông tin mào đầu Thông thường,

bộ nhận chọn cặp dây có giá trị SNR tốt hơn

Hệ thống HDSL nguyên bản có nhiều phương thức truyền dẫn như song công đơn, đơn công kép và song công kép

Song công đơn đem lại lợi ích nhờ chỉ sử dụng một cặp dây và đòi hỏi chỉ một cặp bộ truyền nhận tại mỗi đầu của đường Truyền dẫn hai hướng được tách riêng bằng dồn kênh phân chia theo tần số (FDM) hoặc bằng truyền

dẫn lai có khử tiếng vọng Tuy nhiên, việc truyền dẫn tốc độ toàn tải trên phần lớn các vòng đã vượt quá khả năng của công nghệ vào đầu những năm 1990 Hơn nữa, việc cần băng thông lớn đã làm khó khăn cho việc tương thích phổ với các kiểu hệ thống truyền dẫn khác Các hệ thống đơn cặp HDSL tốc độ 1,544 Mb/s (trong một vài trường hợp còn được gọi là SDSL) được phát triển vào đầu những năm 1990 có kích thước vòng đạt được nhỏ hơn 1,8 km trên đường dây đường kính 0,4 mm Kích thước vòng ngắn đã hạn chế tính hữu dụng của các hệ thống này Chỉ khi xuất hiện các công nghệ tiến bộ nhất vào cuối những năm 1990, truyền dẫn tốc độ 1,544 Mb/s song công đơn trở nên thực tế, đáp ứng đầy đủ tầm với của vòng trong vùng phục vụ Các hệ thống HDSL2 ứng dụng truyền dẫn song công đơn

Truyền dẫn đơn công kép sử dụng hai cặp dây nối, trong đó, một cặp mang tải tin toàn bộ cho một hướng và cặp thứ hai mang toàn bộ tải tin cho hướng ngược lại Điều này cung cấp một cách thức đơn giản để tách các tín hiệu vào hai hướng truyền khác nhau Sóng mang đường T1 truyền thống sử dụng truyền dẫn đơn công kép Truyền dẫn đơn công kép gặp bất lợi khi truyền tín hiệu có băng tần rộng, bị suy hao lớn và xuyên âm ở các tần số cao hơn Do xuyên âm, tín hiệu gửi trên hai cặp cáp không hoàn toàn tách biệt Vì thế, bộ truyền nhận đơn công kép có thể đơn giản hơn nhưng hiệu suất đạt được kém hơn so với truyền dẫn song công kép

Truyền dẫn song công kép cải tiến kích thước vòng tối đa và tính tương thích phổ bằng cách chỉ gửi một nửa của toàn bộ thông tin trên mỗi cặp cáp Hơn nữa, HDSL giảm băng thông của tín hiệu truyền nhờ sử dụng truyền dẫn ECH để gửi theo hai hướng truyền trên cùng một dải tần số Công suất tín hiệu truyền trong hệ thống HDSL song công kép tăng ít đối với các tần số cao hơn 196 KHz Kết quả là xuyên âm tín hiệu và suy hao giảm Một lợi ích khác

của truyền dẫn song công kép là khi sử dụng một cặp dây có thể dễ dàng cung cấp hệ thống truyền dẫn nửa tốc độ

Hệ thống HDSL tốc độ từng phần - một cặp dây, được sử dụng để truyền các dịch vụ đường thuê riêng tốc độ từng phần của 768 Kb/s và thấp hơn và cũng cho các hệ thống vòng nhỏ hỗ trợ 12 kênh thoại hoặc ít hơn HDSL tốc

độ từng phần gắn vào nhánh kênh D4 cho phép tới 12 đường DS0 của HDSL truyền thông tin được dồn kênh với thông tin từ các đơn vị kênh khác trong cùng một nhánh kênh D4

Thông tin bảo trì giống nhau (các bit chỉ báo và eoc) được truyền trên mỗi cặp dây của hệ thống HDSL song công kép Truyền dẫn có tiêu đề dư thừa như vậy cho phép sử dụng các linh kiện truyền nhận giống nhau cho các

hệ thống với một, hai và ba cặp dây Hơn nữa, thông tin tiêu đề có dư thừa đảm bảo sự vận hành tin cậy của chức năng bảo trì ngay cả trong trường hợp việc truyền dẫn bị lỗi hoặc bị suy yếu trên một trong các vòng

âm Phiên bản mới hơn của HDSL đã vay mượn nhiều ý tưởng từ ADSL Một phiên bản thích nghi tốc độ của HDSL có thể sẽ xuất hiện Ta cũng có thể xem HDSL nằm trong dải tần số bên trên băng tần gốc tiếng nói hoặc bên trên ISDN tốc độ cơ bản Khái niệm SDSL (DSL đối xứng hay DSL một cặp dây) cũng được sử dụng để mô tả các phiên bản sau của HDSL

 Bộ tiền mã hóa làm bằng kênh có chức năng tương tự như mạch lọc hồi tiếp của bộ làm bằng phản hồi quyết định được dùng trong HDSL Tuy nhiên, dữ liệu trong bộ tiền mã hóa có nhiều bit (12 –

16 bit) thay vì chỉ có 2 bit như trong bộ làm bằng hồi tiếp quyết định trong điều chế 2B1Q Điều này đã làm tăng độ phức tạp Hơn nữa, việc xuất hiện bộ tiền mã hóa làm tăng tính phức tạp của bộ khử tiếng vọng

 Để đáp ứng được đòi hỏi về hiệu năng hệ thống thông qua giải mã Viterbi, mã lưới sử dụng phải có bậc là 512 trạng thái Bộ giải mã Viterbi cho một mã lớn như vậy đòi hỏi tăng thêm nhiều về cả năng lực xử lý và bộ nhớ nếu so sánh với hệ thống HDSL chưa mã hóa

 Để đạt được hiệu năng tương đương, HDSL2 đòi hỏi một bộ làm bằng giãn cách từng phần và bộ khử tiếng vọng Cả hai khối này đều phức tạp hơn rất nhiều so với khối giãn cách ký hiệu tương đương được áp dụng trong các bộ truyền nhận HDSL

1.2.4 Đường dây thuê bao số bất đối xứng

1.2.4.1 Mô hình tham chiếu và định nghĩa của ADSL

Đường thuê bao số bất đối xứng (ADSL) là công nghệ truyền dẫn mạch vòng nội hạt, cho phép truyền đồng thời trên một cặp dây với các thông số sau

 Tốc độ bit hướng xuống (dòng thông tin chuyển về cho khách hàng) có thể đạt tới 9 Mb/s

 Tốc độ bit hướng lên (thông tin hướng ra mạng) có thể đạt 1 Mb/s

 Dịch vụ điện thoại truyền thống (POTS như thoại tương tự…) Tốc độ dòng thông tin chuyển về khách hàng cao hơn rất nhiều so với dòng thông tin từ khách hàng chuyển đi, vì thế có khái niệm bất đối xứng Dịch vụ thoại tượng tự được truyền tại các tần số băng gốc và kết hợp với truyền dẫn dữ liệu thông dải qua một mạch lọc thông thấp (LPF), được gọi chung là bộ tách Ngoài các bộ tách, hệ thống ADSL bao gồm một đơn vị truyền dẫn ADSL tại phía tổng đài trung tâm (ATU-C), một mạch vòng nội hạt, và một đơn vị truyền dẫn ADSL tại phía khách hàng (ATC-R)

1.2.4.2 Nguồn gốc của ADSL

Những định nghĩa đầu tiên về ADSL xuất hiện từ năm 1989, đó là kết quả nghiên cứu của J.W Lechleider và các cộng sự tại Bellcore [14,4,16] Vào năm 1990, ADSL được phát triển đầu tiên tại trường đại học Stanford và phòng thí nghiệm AT&T Bell Đến năm 1992, các mẫu đầu tiên của ADSL được ra đời các phòng thí nghiệm của Bellcore và các công ty điện thoại Các sản phẩm ADSL đầu tiên được đưa vào thử nghiệm vào năm 1995 ADSL được tạo ra trên cơ sở các nghiên cứu trước đây trên modem băng tần thoại, ISDN và HDSL

Vào tháng 10 năm 1998, ITU đã đưa ra một bộ các khuyến nghị sơ bộ cho ADSL Khuyến nghị G.992.1[6] đã xác định rõ ADSL toàn tốc Khuyến nghị này gần giống tiêu chuẩn ANSI T1.413 phát hành lần thứ hai với hai khác biệt chính

 Chuỗi âm tần khởi tạo của tiêu chuẩn T1.413 được thay thế bằng quá trình dựa trên bản tin, được mô tả trong khuyến nghị G.994.1

 Một chế độ đặc biệt đã được bổ sung thêm nhằm cải thiện hiệu năng hệ thống khi xuất hiện xuyên âm từ ISDN kiểu TCM, được dùng ở Nhật Bản

Khuyến nghị G.992.2 [7] (trước đây được gọi là G.lite) xác định rõ ADSL khi không dùng bộ tách POTS Khuyến nghị G.992.2 dựa trên G.992.1 nhưng có một số khác biệt chính sau đây

 Bổ sung thêm các chế độ tiết kiệm năng lượng tại các thiết bị ATU-C và ATC-R

 Bổ sung cơ cấu phục hồi nhanh cho phép phục hồi lại nhanh chóng sau các sự kiện nhấc đặt máy

 Số lượng âm tần (tone) sử dụng giảm từ 256 xuống còn 128

 Số lượng bit trên một âm tần giảm từ 15 bit xuống còn 8 bit

Khuyến nghị G.994.1 (trước đây được gọi là G.hs) xác định việc móc nối khởi tạo dựa trên bản tin cho phép bộ truyền nhận DSL đa chế độ có thể thoả thuận được chế độ vận hành chung Khuyến nghị G.995.1 cung cấp một cái nhìn tổng quan về họ các khuyến nghị về DSL Khuyến nghị G.996.1 [7] xác định phương thức phục vụ việc đo hiệu năng của các thiết bị DSL Khuyến nghị G.997.1 xác định các thao tác với lớp vật lý, quản trị và bảo trì cung cấp cho ADSL Khuyến nghị này bao gồm kênh eoc và các cơ sở thông tin quản lý (MIBs) của ADSL

1.2.4.3 Khả năng và ứng dụng của ADSL

 ADSL1, ADSL2 và ADSL3

Khái niệm ADSL xuất hiện vào đầu những năm 1990 Ban đầu, ADSL được xem xét có tốc độ cố định là 1,5 Mb/s cho hướng xuống và 16 Kb/s cho hướng lên dùng cho các ứng dụng video MPEG-1 Một số thành viên trong nền công nghiệp thích gọi công nghệ này là ADSL1 Sau đó, người ta thấy rõ

một số ứng dụng sẽ đòi hỏi các tốc độ cao hơn và các kỹ thuật truyền dẫn tiên tiến hơn sẽ cho phép các tốc độ cao hơn ADSL2 với tốc độ hướng xuống là 3 Mb/s và hướng lên là 16Kb/s cho phép truyền đồng thời hai dòng dữ liệu MPEG-1 Vào năm 1993, ADSL3 ra đời, cung cấp tốc độ 6 Mb/s cho hướng xuống và tốc độ tối thiểu 64 Kb/s cho hướng lên để hỗ trợ cho MPEG2 Chuẩn ADSL ANSI T1.413 phát hành lần thứ nhất phát triển trên các khái niệm của ADSL3 Sau khi chuẩn ANSI T1.413 được chấp thuận, các khái niệm ADSL1, ADSL2 và ADSL3 ít được sử dụng

 RADSL

Đường thuê bao số thích nghi tốc độ (RADSL) là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống ADSL có khả năng xác định tự động dung năng truyền tải của một mạch vòng đơn và sau đó, vận hành với tốc độ cao nhất phù hợp với vòng đó Chuẩn ANSI T1.413 cung cấp khả năng vận hành thích nghi tốc độ Việc thích nghi tốc độ được thực hiện khi khởi động đường với một dự phòng chất lượng tín hiệu thích hợp nhằm đảm bảo rằng tốc đường truyền khi khởi động vẫn duy trì được khi có những thay đổi không đáng kể về đặc tính truyền dẫn của đường truyền Vì thế, RADSL sẽ tự động truyền với tốc độ cao hơn trên mạch vòng khi các đặc tính truyền dẫn tốt hơn (suy hao hoặc nhiễu thấp hơn) RADSL, khi thực hiện, hỗ trợ tốc độ hướng xuống tối đa nằm trong khoảng từ 7 Mb/s đến 10 Mb/s và tốc độ tối đa của hướng lên nằm trong khoảng từ 512 Kb/s đến 900 Kb/s Đối với các mạch vòng có kích thước lớn (từ 5,5 km trở lên), RADSL có thể vận hành ở tốc độ khoảng 512 Kb/s ở hướng xuống và 128 Kb/s ở hướng lên

RADSL đã mượn khái niệm về thích nghi tốc độ trong các modem băng tần thoại RADSL tạo cơ sở cho một loại phiên bản thiết bị, trong đó, đảm bảo tốc độ truyền dẫn cao nhất cho mỗi mạch vòng và cũng cho phép vận hành trên các vòng lớn với tốc độ thấp hơn

1.2.4.4 Truyền dẫn ADSL

Khái niệm ADSL bao gồm hai phần chính

 Xuyên âm kênh gần giảm đi nhờ tốc độ và băng thông dùng cho hướng lên nhỏ hơn rất nhiều so với hướng xuống

 Truyền đồng thời dữ liệu cùng với dịch vụ điện thoại truyền thống, trong đó, dữ liệu được truyền trên băng tần phía trên của băng tần thoại

Việc truyền dẫn hai chiều đồng thời với tốc độ nhiều megabit là không thể trên phần lớn các đường điện thoại, nguyên nhân do hiệu ứng kết hợp của suy hao vòng và xuyên âm Công suất tín hiệu nhận được giảm tỷ lệ với tần

số, trong khi đó, nhiễu xuyên âm nhận được tăng lên khi tần số tăng Vì thế, truyền dẫn hai chiều không thể thực hiện được ở các tần số mà xuyên âm át tín hiệu nhận được

ADSL thực hiện truyền dẫn hai chiều khi có thể: những tần số nằm bên dưới tần số cắt hai chiều Các tần số cao hơn không phù hợp cho truyền dẫn hai chiều sẽ được dùng cho truyền dẫn một chiều Điều này cho phép tốc độ truyền dẫn hướng xuống cao hơn rất nhiều so với truyền dẫn hai chiều

Hình 1.3: Kỹ thuật truyền dẫn FDM

Nhiều hệ thống ADSL sử dụng kỹ thuật truyền dẫn FDM, xem hình 1.3,

sắp xếp các băng tần dùng cho hướng lên tách biệt so với các băng tần dùng

cho hướng xuống nhằm ngăn chặn tự xuyên âm Dải tần bảo vệ là cần thiết,

giúp thực hiện các mạch lọc dễ dàng và ngăn chặn nhiễu từ dịch vụ thoại truyền thống gây nhiễu cho truyền dẫn số

Hình 1.4: Kỹ thuật truyền dẫn ECH

Một số hệ thống ADSL sử dụng kỹ thuật truyền dẫn ECH, xem hình 1.4, trong đó, băng tần dùng cho hướng lên trùng với băng tần dùng cho hướng xuống Do các băng tần chồng lấn lên nhau, băng thông tổng cộng dùng để truyền có thể giảm xuống Tuy nhiên, các hệ thống ECH này mắc phải một

vấn đề về tự xuyên âm và việc thực hiện đòi hỏi phải xử lý tín hiệu số phức

tạp hơn Có một số vấn đề cân nhắc ở đây, độ phức tạp của việc xử lý số được

bù trừ bằng sự đơn giản trong trong thực hiện phía đầu cuối tương tự

Do không có tự xuyên âm tại phía tổng đài trung tâm, hệ thống ADSL dùng công nghệ FDM đưa ra hiệu năng của hướng lên tốt hơn hệ thống ADSL dùng công nghệ ECH Tuy nhiên, băng thông dùng trong hệ thống ECH ADSL rộng hơn nên cho hiệu năng hướng xuống tốt hơn, đặc biệt đối với các vòng ngắn

Hiệu năng của DSL đối xứng bị hạn chế do tự xuyên âm đầu gần NEXT) ADSL khắc phục được self-NEXT tại phía khách hàng bằng cách giảm nguồn của self-NEXT Nhờ giảm tốc độ bit hướng lên, kênh hướng lên

(self-có thể tối thiểu hoá xuyên âm đến truyền dẫn hướng xuống Đối với ADSL, việc thu nhận của kênh hướng lên có thể thực hiện dễ dàng bằng cách đặt kênh hướng lên tại các tần số thấp hơn khi suy hao vòng và nhiễu xuyên âm là nhỏ

Hệ thống ADSL sử dụng các kỹ thuật truyền dẫn số tiên tiến để cải thiện hiệu năng Việc điều chế và sắp xếp tần số của tín hiệu truyền được thích nghi

tự động nhằm đạt được hiệu năng tối ưu từ các đặc tính duy nhất của đường dây thuê bao đang sử dụng Việc sử dụng mã lưới làm giảm ảnh hưởng của nhiễu băng rộng trạng thái dừng Bộ làm bằng thích nghi chống lại nhiễu băng hẹp như can nhiễu tần số vô tuyến Mã kiểm soát lỗi hướng thuận (FEC) và ghép xen giúp chống lại các xung nhiễu Việc ghép xen giúp chống lại các nhiễu đám bằng cách xáo trộn những khối dữ liệu, khi có chuỗi lỗi dài xuất hiện thì cũng chỉ tạo ra một vài lỗi (có thể sửa được) trong các khối dữ liệu

mà thôi, điều này, tốt hơn là một số lượng lớn lỗi (không thể sửa được) nằm trong chỉ một khối Độ sâu ghép xen là 20 ms sẽ chống được chuỗi nhiễu có

độ dài tới 500 µs Theo thống kê về các sự kiện xuất hiện xung nhiễu cho thấy rằng một số lượng chủ yếu các xung có độ kéo dài nhỏ hơn 500 µs Tuy nhiên, mức độ ghép xen như trên gây nên trễ truyền dẫn bổ sung tới 20 ms, điều này làm giảm thông lượng của các giao thức như TCP/IP, khi đòi hỏi phải các gói phải được ghi nhận trước khi dữ liệu tiếp theo được truyền

Các vòng ADSL có thể có các đầu nối nhưng không cho phép dùng các cuộn tải

1.2.4.5 Tương lai của ADSL

ADSL sẽ được tích hợp vào các hệ thống DLC dùng cáp quang nhằm vào những mạch vòng quá xa không thể phục vụ trực tiếp từ tổng đài nội hạt ADSL rất phù hợp để đưa ra những dịch vụ đòi hỏi tốc độ bit cao trên các mạch vòng cung cấp bởi DLC, những mạch này có độ dài ít khi quá 3,7 km Mặc dù có một chuẩn công nghiệp cho ADSL (chuẩn ANSI T1.413) nhưng những hệ thống ADSL đầu tiên không hoạt động được với nhau Các nhà sản xuất thiết bị và các ủy ban tiêu chuẩn đang cố gắng để các thiết bị dùng trong các hệ thống ADSL từ các nhà sản xuất khác nhau có thể làm việc cùng nhau Ngoài lớp vật lý, các lớp khác trong giao thức cũng phải tương thích với nhau

để đảm bảo việc vận hành trơn tru giữa các thiết bị

Rõ ràng, ADSL là công nghệ truy nhập cần thiết để ATM có thể mở được cánh cửa phục vụ cho các văn phòng nhỏ và nhà riêng Trước khi có ADSL, ATM chỉ được sử dụng giới hạn cho các doanh nghiệp lớn hoặc mạng đường trục, do khách hàng phải chịu chi phí cho các đường kết nối có tốc độ

từ 45 Mb/s trở lên Công việc hiện đang thực hiện để giải quyết vấn đề giao vận ATM trên những đặc tính riêng của ADSL: tỷ lệ lỗi bit, bất đối xứng và thay đổi tốc độ cung cấp linh động

Khi xuất hiện, ADSL được phát triển nhằm đạt tốc độ cao, 10 Mb/s cho hướng xuống và 1,5 Mb/s cho hướng lên Tuy nhiên, hướng phát triển này đã chậm lại do chồng chéo với VDSL, liên quan đến tính tương thích phổ và sự nghi ngờ về nhu cầu tốc độ Thay vào đó, mục tiêu hiện nay là nhằm cải tiến khoảng cách phục vụ tối đa trong khi vẫn duy trì được tốc độ truyền dữ liệu vừa phải cỡ 1 Mb/s, giá thành thấp hơn, tiêu thụ ít công suất hơn và giảm xuyên âm trong hệ thống

 ADSL + ISDN

Một số nhà bán lẻ đang giới thiệu một phiên bản của ADSL với dải tần dùng cho hướng lên và hướng xuống được đặt bên trên băng tần truyền dẫn dùng cho ISDN tốc độ cơ bản, theo chuẩn ANSI T1.601 Đối với giao diện tốc độ cơ bản sử dụng mã đường 4B3T, dải tần sử dụng từ 0 đến 120 KHz Điều này thực chất làm giảm tốc độ bit của ADSL nhưng nhờ đó, hệ thống có thể truyền đồng thời dịch vụ ADSL và ISDN trên cùng một mạch vòng Cấu hình hỗn hợp ADSL + ISDN không phù hợp để cung cấp đầy đủ dịch vụ trong khoảng cách 5,5 Km, thông thường được cung cấp bằng ISDN ADSL + ISDN được quan tâm ở Pháp và Đức, hai nước có dịch vụ ISDN được phổ biến rộng rãi Cấu hình này cũng thường được sử dụng nhằm cung cấp hai kênh thoại cùng với các tốc độ truyền dữ liệu cao vừa phải

 ADSL không có bộ tách

Việc lắp đặt các dịch vụ ADSL tại nhà khách hàng có thể đòi hỏi phải sửa đổi hoặc đặt mới đường cáp viễn thông Đối với cấu hình ADSL thường dùng, hệ thống ADSL sẽ kết thúc tại thiết bị giao diện mạng (NID), vị trí có một bộ lọc thông thấp (bộ tách) dùng để trích ra các tín hiệu thoại được truyền trong các dây đỏ và dây xanh nối tới điện thoại Tín hiệu băng rộng được truyền trong các dây vàng và dây đen tới thiết bị modem ADSL của khách hàng Cấu hình trên đòi hỏi phải lắp đặt bộ tách và cũng đòi hỏi phải sử dụng các dây vàng và dây đen, những dây này có thể không thấy ở một số nhà khách hàng hoặc có thể đã được sử dụng cho dịch vụ thoại đường thứ hai Kết quả là thường đòi hỏi một đường dây mới nối từ NID đến mođem ADSL của khách hàng

Cấu hình chung nhất của ADSL có bộ tách POTS đặt một bộ lặp thông thấp (LPF) dành cho kết nối thoại ngay tại hoặc ngay gần NID, và một bộ lọc thông cao (HPF) đặt bên trong ATU-R Một cấu hình khác có thể là bộ tách (bao gồm cả bộ lọc thông thấp và thông cao) được tích hợp vào ATU-R Bộ

tách đặt bên trong ATU-R có hạn chế, có thể gây suy giảm dịch vụ POTS khi ATU-R được loại bỏ Và có thể tăng quá mức về xuyên âm khi sử dụng các đầu nối có sẵn tại nhà khách hàng

Khái niệm ADSL không có bộ tách loại bỏ bộ lọc tách tại đầu đường dây phía khách hàng Có rất nhiều các thuật ngữ khác đã được dùng để mô tả khái niệm này: ADSL Lite, DSL khách hàng (CDSL) hoặc ADSL toàn cầu (UADSL) ADSL không có bộ tách được định nghĩa trong Khuyến nghị G.992.2 của ITU ADSL hỗ trợ đồng thời cả dữ liệu và thoại Việc cài đặt ADSL rất đơn giản, chỉ cần gắn modem ADSL vào bất cứ một đầu cắm điện thoại nào tại nhà khách hàng, không cần phải đặt các dây mới bên trong hoặc cài đặt thêm bộ tách

Khái niệm ADSL không có bộ tách đầy hứa hẹn: việc thực hiện trong thực tế đang được điều tra và sẽ đưa ra những thỏa hiệp cần thiết Bộ tách ADSL có hai chức năng: thứ nhất là làm suy hao nhiễu tín hiệu POTS, những tín hiệu này có thể làm hỏng dữ liệu truyền của ADSL; và thứ hai là bộ tách làm suy hao các tín hiệu ADSL nhằm ngăn cản nhiễu âm có thể nghe thấy trên điện thoại Việc dịch chuyển băng tần truyền dẫn ADSL tới các tần số cao hơn có thể làm giải quyết được phần nào vấn đề trên Tuy nhiên, giải pháp trên cũng làm giảm tốc độ truyền dữ liệu và kích thước vòng

Một giải pháp cho các vấn đề này là đặt nối tiếp một bộ lọc thông thấp với mỗi điện thoại Bộ lọc này không đắt và có các đầu nối môđun, do đó, một khách hàng chưa được đào tạo cũng có thể lắp đặt nó trong vòng vài giây Cấu hình này ngăn chặn nhiễu POTS làm hỏng truyền dẫn ADSL và ngăn chặn việc nghe thấy nhiễu ADSL trên điện thoại Tốc độ dữ liệu của ADSL sẽ nhỏ hơn cấu hình ADSL quy ước Tốc độ truyền dữ liệu còn bị giảm do những loại nhiễu khác và ảnh hưởng tải của nhiều mạch lọc và các đầu nối Khuyến nghị G.992.2 của ITU (“G.lite”) có hiệu năng thấp hơn so với khuyến

nghị toàn tốc G.992.1 (“G.DMT”), do việc giảm số lượng âm tần DMT và giảm số lượng bit mang trong một âm tần Chất lượng truyền dẫn băng tần thoại giảm đi có thể là kết quả của nhiều bộ lọc thông thấp được đặt song song hoặc do khách hàng quên đặt một bộ lọc thông thấp trên đường tới một trong các máy điện thoại

Nếu vượt qua được các rào cản về kỹ thuật và vận hành, hệ thống ADSL không có bộ tách có thể trở thành kiểu ADSL chủ yếu Phần lớn các hệ thống ADSL đều được lắp đặt với bộ tách được đặt tại cả hai đầu đường dây Việc

sử dụng một bộ tách tại phía khách hàng có thể thấy sẽ tiếp tục được sử dụng

để cài đặt các dịch vụ tốc độ bit cao hơn cho khách hàng Một số nhà cung cấp dịch vụ ADSL đề xuất các dịch vụ ADSL của họ làm việc được cả với cấu hình có và không có bộ tách được lắp tại phía khách hàng, trong khi vẫn

sử dụng cùng kiểu ATU-C tại tổng đài trung tâm Quá trình loại bỏ bộ tách khỏi ADSL đã được tăng tốc nhờ các hoạt động tiếp thị và kỹ thuật của Nhóm làm việc ADSL toàn cầu, một tập hợp các công ty hàng đầu thế giới về điện thoại và máy tính

1.2.5 Đường dây thuê bao số tốc độ cực cao

Đường dây thuê bao số tốc độ cực cao (VDSL) [14,4,17,1] là mở rộng của công nghệ ADSL với tốc độ cao hơn, tốc độ hướng xuống đạt 52 Mb/s Tại tốc độ cao như vậy, các vòng phải ngắn và sử dụng cáp quang để truyền dẫn Khi kích thước vòng chỉ vài trăm mét, có thể sử dụng cáp đồng

1.2.5.1 Mô hình tham chiếu và định nghĩa của VDSL

Phần lớn các hệ thống DSL ban đầu được dùng cho các mạch vòng từ tổng đài trung tâm đến nhà khách hàng và thứ hai là được dùng cho các bộ hợp kênh phân bố đầu vào sợi quang VDSL thì ngược lại VDSL ban đầu được sử dụng cho các vòng nối từ khối mạng quang (ONU), thông thường

được đặt cách khách hàng từ một kilômét trở lên Một vài vòng VDSL sẽ được phục vụ trực tiếp từ tổng đài trung tâm

Cáp quang nối từ ONU đến tổng đài trung tâm, việc truyền dẫn VDSL trên cặp cáp xoắn được được sử dụng nếu khoảng cách nhỏ khoảng vài trăm mét từ ONU đến nhà khách hàng Những yêu cầu của VDSL, do nhóm xây dựng chuẩn T1E1.4 phát triển , đã xác định các đối tượng về tốc độ và khoảng cách từ ONU đến vị trí của khách hàng Cáp quang từ mạng đến ONU có thể nối trực tiếp, nối theo chuỗi hoặc nối thông qua một bộ tách quang thụ động tới ONU

1.2.5.2 Nguồn gốc của VDSL

Các thảo luận về khái niệm của VDSL bắt đầu trong Uỷ ban về chuẩn hoá vào cuối năm 1994, với các định nghĩa về yêu cầu hệ thống VSDL trong chuẩn ETSI TM6 và T1E1.4 Nhiều đề nghị hiện đang được nghiên cứu trong các nhóm

1.2.5.3 Khả năng và ứng dụng của VDSL

VDSL, là một phần mạng dịch vụ các loại (FSN), nhằm mục đích hỗ trợ tất cả các ứng dụng đồng thời: thoại, dữ liệu và video Sau cùng, VDSL sẽ hỗ trợ truyền hình phân giải cao (HDTV) và các ứng dụng tính toán hiệu suất cao Ứng dụng đối xứng của VDSL sẽ cung cấp tốc độ truyền dữ liệu hai chiều lên tới 26 Mb/s, điều này sẽ hấp dẫn các site thương mại, nơi mà việc đưa cáp quang đến tận toà nhà là không được chấp nhận

VDSL sử dụng điều chế biên độ pha không sóng mang (CAP) cho tốc độ

13 Mb/s; 25,92 Mb/s và 51 Mb/s cho hướng xuống và 1,6 Mb/s cho hướng lên thông qua một cặp cáp xoắn không bọc kim Thông số của VDSL dựa trên kiến trúc NT thụ động, cho phép kết nối trực tiếp đến nhiều bộ truyền nhận