Tìm hiểu về công nghệ đường dây thuê bao số

Tìm hiểu về công nghệ đường dây thuê bao số

LỜI NÓI ĐẦU

Trước sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực viễn thông, nhu cầu trao đổithông tin trên thế giới cũng tăng lên đáng kể đặc biệt kể từ khi Internet ra đời

Sự xuất hiện của hàng loạt các loại dịch vụ tốc độ cao như: Truyền số liệu,phát thanh quảng bá và các dịch vụ trực tuyến khác, đã làm thay đổi cấu trúcmạng viễn thông trong tương lai Mạng viễn thông truyền thống không thểđáp ứng được các dịch vụ băng rộng do sử dụng cáp đồng chỉ phục vụ truyềnthoại với băng tần (0.3-3.4)kHz Thực tế này đã thúc đẩy các nhà nghiên cứuviễn thông phải nhanh chóng tìm ra một giải pháp hiệu quả để cung cấp dịch

vụ băng rộng tới khách hàng Cùng thời điểm này sự ra đời của cáp sợi quangnhư một cuộc cách mạng trong viễn thông Được coi như băng thông vô hạn,cáp sợi quang có thể đáp ứng được các loại dịch vụ tốc độ cao hiện nay Tuynhiên để có thể thay thế toàn bộ mạng cáp đồng truyền thống sử dụng cáp sợiquang thì chưa thể thực hiện trong một thời gian ngắn được Một giải phápkhác được đưa ra là sử dụng công nghệ đường dây thuê bao số DSL (DigitalSubscriber Line) Công nghệ này cho phép truyền số liệu tốc độ cao trênđường dây điện thoại thông thường nên chi phí vốn đầu tư không lớn Sự đơngiản trong việc triển khai mạng truy nhập trên đôi dây đồng sẵn có làm giatăng nhanh chóng số lượng thuê bao đăng ký dịch vụ Chính vì vậy mà DSL

đã được lựa chọn như một công nghệ dẫn đầu cho việc xây dựng mạng truynhập trên toàn thế giới hiện nay Các tổ chức tiêu chuẩn quốc tế và các nhómlàm việc liên quan như ANSI, ETSI, ITU, UAWG, T1E1.4, ADSL Forum đang nỗ lực đưa ra các tiêu chuẩn chung cho các công nghệ này

Trước xu thế phát triển của DSL trên thế giới, tại Việt Nam, công nghệđường dây thuê bao số đang được nghiên cứu và từng bước đi vào ứng dụng.Một trong số dịch vụ sử dụng công nghệ DSL phổ biến hiện nay là ADSL

Với điều kiện cơ sở hạ tầng mạng viễn thông của nước ta hiện nay thì côngnghệ DSL đem lại hiệu quả kinh tế hơn cả và vì công nghệ DSL vẫn còn là

một công nghệ mới đang được nghiên cứu nên em chọn đề tài “Tìm hiểu về công nghệ đường dây thuê bao số” cho đồ án tốt nghiệp của mình Nội dung

đồ án gồm có 3 chương:

Chương 1: Tìm hiểu công nghệ đường dây thuê bao số

Chương 2: Một số giải pháp kỹ thuật sử dụng trong DSL

Chương 3: Cấu trúc mạng sử dụng công nghệ ADSL

Do có sự hạn chế về thời gian và kiến thức nên nội dung đồ án tốt nghiệpnày không thể tránh khỏi những sai sót, em mong được các thầy giáo và cácbạn quan tâm, góp ý thêm

Qua đây em cũng xin chân thành cảm ơn thầy giáo Mai Văn Quý và cácthầy cô trong Khoa Vô tuyến điện tử - HVKTQS đã tận tình hướng dẫn emhoàn thành đồ án này

CHƯƠNG I TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ ĐƯỜNG DÂY THUÊ BAO SỐ

1.1 Tổng quan các phương thức truy nhập mạng

1.1.1 Mạng truy nhập hiện đại dưới quan điểm của T

ITU-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 vụbăng rộng tương tác như: Truy nhập Internet tốc độ cao, hội nghị truyền hình,video theo yêu cầu Còn những khách hàng thông thường thì yêu cầu các dịch

vụ không tương tác như phim theo yêu cầu, truyền hình số Điều này thúcđẩy các công ty viễn thông nhanh chóng triển khai các giải pháp phân phốidịch vụ băng rộng 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 PSTNcho khách hàng trên khắp thế giới Mạng truy nhập PSTN chỉ cung cấp mộtbăng tần thoại hạn hẹp (0,3÷3,4) kHz với tốc độ truyền số liệu tối đa là 56kbit/s nên không đáp ứng được việc truyền tải các khối dữ liệu lớn có nộidung phong phú kèm hình ảnh sống động Để giải quyết vấn đề này nhiều kỹthuật truy nhập băng rộng đã được đưa ra xem xét

Theo quan điểm của ITU-T, mạng truy nhập hiện đại được

định nghĩa như trên hình 1.1 Theo đó mạng truy nhập là một

chuỗi các thực thể truyền dẫn giữa SNI (Service NodeInterface) và UNI (User Network Interface) Mạng truy nhậpchịu trách nhiệm truyền tải các dịch vụ viễn thông Giao diệnđiều khiển và quản lý mạng là Q3

Thiết bị đầu cuối của khách hàng được kết nối với mạng truy nhập quaUNI, còn mạng truy nhập kết nối với nút dịch vụ (SN – Service Node) thôngqua SNI Về nguyên tắc không có giới hạn nào về loại và dung lượng củaUNI hay SNI Mạng truy nhập và nút dịch vụ đều được kết nối với hệ thốngTMN (Telecom Management Network) qua giao diện Q3

Hình 1.1: Kết nối mạng truy nhập với các thực thể mạng khác

1.1.2 Mạng truy nhập ngày nay

Sự thay đổi của cơ cấu dịch vụ là yếu tố then chốt ảnh hưởng đến sựphát triển của mạng truy nhập Khách hàng không chỉ yêu cầu các dịch vụthoại, fax truyền thống mà cả các dịch vụ số tích hợp, thậm chí cả truyền hình

kỹ thuật số độ phân giải cao Mạng truy nhập truyền thống rõ ràng chưa sẵnsàng đáp ứng các nhu cầu dịch vụ này

Từ những năm 90 mạng truy nhập trở thành tâm điểm chú ý của mọingười Thị trường mạng truy nhập thực sự mở cửa Cùng với những chínhsách tự do hóa thị trường viễn thông của phần lớn các quốc gia trên thế giới,cuộc cạch tranh trong mạng truy nhập ngày càng gay gắt Các công nghệ vàthiết bị truy nhập liên tiếp ra đời với tốc độ chóng mặt, thậm chí nhiều dòng

Nhìn từ khía cạnh môi trường truyền dẫn, mạng truy nhập có thể chiathành hai loại lớn, có dây và không dây (vô tuyến) Mạng có dây có thể làmạng cáp đồng, mạng cáp quang, mạng cáp đồng trục hay mạng lai ghép.Mạng không dây bao gồm mạng vô tuyến cố định và mạng di động Dĩ nhiênkhông thể tồn tại một công nghệ nào đáp ứng được tất cả mọi yêu cầu của mọiứng dụng trong tất cả các trường hợp Điều đó có nghĩa rằng mạng truy nhậphiện đại sẽ là một thực thể mạng phức tạp, có sự phối hợp hoạt động củanhiều công nghệ truy nhập khác nhau, phục vụ nhiều loại khách hàng khácnhau trong khu vực rộng lớn và không đồng nhất.

Mạng truy nhập quang OAN (Optical Access Network)truyền dẫn quang Các thành phần chủ chốt của mạng truynhập quang là kết cuối đường dẫn quang ONU (OpticalNetwork Unit) Chức năng chính của chúng là thực hiệnchuyển đổi các giao thức báo hiệu giữa SNI và UNI trong toàn

bộ mạng truy nhập Truyền dẫn cáp quang có các ưu điểm rấtlớn về băng thông cùng với sự đơn giản về điện tử, loại bỏđược xuyên âm, không bức xạ, kích thước nhỏ và nguồn điệnthấp Dễ dàng song công vì các xung ánh sáng di chuyển theocác hướng khác nhau không xâm lấn nhau Tuy nhiên có một

số khó khăn trong vấn đề liên quan đến ghép nối với cápquang sao cho phù hợp với đôi dây xoắn và tính chưa sẵnsàng cho việc cung cấp cáp quang tới tận nhà khách hàng.Điều này dẫn đến chi phí để có dùng cáp quang để thay thếtoàn bộ cáp đồng là quá lớn

Kỹ thuật truy nhập mạch vòng cáp đồng hay được gọi là kỹ thuật đườngdây thuê bao số (DSL: Digital Subscriber Line) đã xuất hiện từ đầu những năm

1980 Thực ra đây là một họ các công nghệ thường được gọi là các công 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 nối giữa thuê bao vàtổng đài trung tâm cho phép truyền tải nhiều dạng thông tin số liệu âm thanh,hình ảnh qua đôi dây đồng truyền thống Giải pháp của xDSL là sử dụng dảitần lớn hơn phía trên dải tần mà dịch vụ thoại sử dụng vì vậy băng thông truyềndẫn cao hơn Trên đó, người ta sử dụng các phương pháp mã hoá khác nhau để

có thể truyền được tốc độ dữ liệu rất cao Tốc độ của đường dây xDSL tuỳthuộc thiết bị sử dụng, khoảng cách từ tổng đài tới thuê bao, chất lượng tuyếncáp, kỹ thuật mã hoá Thông thường kỹ thuật này cho phép hầu hết kháchhàng truyền từ tốc độ 128 kbit/s tới 1,5 Mbit/s Với kỹ thuật mới nhất VDSLcho phép truyền số liệu với tốc độ lên tới 52 Mbit/s theo hướng từ đài xuốngthuê bao Điểm nổi bật của kỹ thuật xDSL là tận dụng được cơ sở hạ tầng cápđồng phổ biến trên thế giới nên nó đã mau chóng chuyển từ giai đoạn thửnghiệm sang thị trường thương mại rộng lớn đáp ứng nhu cầu phân phối cácdịch vụ băng rộng tới người sử dụng Điển hình là ở Mỹ- thị trường DSL lớnnhất hiện nay, một trong các lý do phát triển nhảy vọt của thị trường DSL ở Mỹ

là sự kiện sửa đổi điều lệ hoạt động viễn thông của quốc hội Mỹ vào năm 1996cho phép các công ty viễn thông cạnh tranh CLEC sử dụng những điều kiệntruy nhập như các công ty độc quyền sở hữu mạng truyền tải nội hạt ILEC đểcung cấp các đường truy nhập tốc độ cao cho dịch vụ của mình Vì vậy đã tạo

cơ hội cho những công ty cạnh tranh thuê cơ sở hạ tầng của ILEC mà khôngcần đầu tư xây dựng nên chi phí dịch vụ giảm xuống thu hút nhiều khách hànghơn Ngoài ra, khi vấn đề đầu tư xây dựng mạng truy nhập sử dụng cáp quangquá tốn kém thì công nghệ này đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà sản xuất thiết

bị viễn thông, các cơ quan quảng bá phát thanh truyền hình, các nhà khai thácdịch vụ, các công ty điện thoại nội hạt tạo nên sự cạnh tranh làm giảm chi phíthiết bị và giá cả dịch vụ Một yếu tố góp phần thúc đẩy sự phát triển và hoàn

xDSL do tổ chức viễn thông quốc tế ITU đưa ra.

Sự thành công của một dịch vụ phụ thuộc rất lớn vào giá thành của nó vàmối quan hệ có thể lựa chọn được Giá của dịch vụ phụ thuộc rất lớn vào giánhân công phục vụ và thiết bị Giá thành hoạt động của dịch vụ và thiết bịgiảm khi số lượng khách hàng tăng Giá phục vụ thấp đạt được tốt nhất bằngviệc thiết lập dịch vụ mà địa chỉ hoá phần lớn khách hàng, và giảm thiểu giá

cơ sở hạ tầng thêm vào bằng việc sử dụng các thiết bị, phương tiện hiện có

Hình 1.2: Các phương thức truy nhập băng rộng.

Đối với DSL, việc thêm vào mạch thu phát sẽ mở rộng phạm vi củamạch vòng và cho phép thêm vào các ứng dụng khác Đây chính là tiềm năngrất lớn của công nghệ DSL

1.2 Công nghệ xDSL

1.2.1 Các loại công nghệ đường dây thuê bao số.

Công nghệ đường dây thuê bao số cho phép truyền dẫn số tốc độ caotrên đường dây điện thoại thông thường, tạo nên một cơ sở thông tin băngrộng rất linh hoạt và đáng tin cậy xDSL là một họ công nghệ đường dây thuêbao số gồm nhiều công nghệ có tốc độ, khoảng cách truyền dẫn khác nhaunên được ứng dụng vào các dịch vụ khác nhau Kỹ thuật này có thể cung cấpnhiều dịch vụ đặc thù truyền không đối xứng qua modem, điển hình loại này

là ADSL và VDSL (tuy nhiên VDSL có thể truyền cả đối xứng)

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 gồm HDSL/HDSL2 đãđược 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 và khôngđối xứng

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 (ISDN) đãhình 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 tổngđài trung tâm bằng một kết cuối đường dây LT (Line Termination), đầu kianối tới thuê bao bằng thiết bị kết cuối mạng NT (Network Termination) Đểcho phép truyền dẫn song công người ta sử dụng kỹ thuật khử tiếng vọng.IDSL cung cấp các dịch vụ như: Hội nghị truyền hình, đường dây thuê riêng(Leased Line), các hoạt động thương mại, truy cập Internet/Intranet

HDSL/HDSL 2 (High data rate DSL): Kỹ thuật này đầu tiên phát triển ở

Bắc Mỹ nhằm thay thế những đường T1 đang tồn tại Kỹ thuật này cho phéptruyền dữ liệu tốc độ T1 (1,544 Mbps) trên cáp 46AWG tới một khoảng cách

4 km Khả năng chống tạp âm và cải thiện được băng tần sử dụng là những ưuđiểm của kỹ thuật HDSL.

• Trong kỹ thuật HDSL, luồng T1 được truyền trên 2 đôi dây cápđồng Mỗi đôi mang 12 kênh thoại 64 kb/s cùng 16kb/s phần đầu dùng đểđóng khung và kênh thông tin khai thác tạo thành tốc độ truyền dẫn 784 kb/s.Với khoảng cách truyền dẫn như trên, kỹ thuật HSDL theo tiêu chuẩn châu

Âu truyền tải luồng E1 (2,048 Mb/s) trên 3 đôi dây đồng, kỹ thuật này đãđược chuẩn hoá và đưa vào khai thác

• Kỹ thuật HDSL sử dụng mã đường truyền 2B1Q và mang tải trọngT1 hay E1 trên hai mạch vòng thuê bao, mỗi vòng phát và thu một nửa phầntải trọng (768 kb/s hay 1,128 kb/s) Sự hoạt động song công hoàn toàn đạtđược nhờ sử dụng kỹ thuật khử tiếng vọng (echo cancellation) để tách tín hiệuphát lẫn trong tín hiệu thu Đến đầu thu hai nửa tải trọng này kết hợp lại thànhT1 hay E1 ban đầu Kỹ thuật HDSL đã có nhiều cải tiến đòi hỏi những bộ lặp

ở những khoảng cách 1.8 km và quan trọng hơn là kỹ thuật này đã có sự tiến

bộ lớn về quản lý phổ tần số Việc quản lý phổ tần số làm giảm những tín hiệulẫn vào nhau gữa những đôi dây trong cùng một cáp hay một bó cáp Nhữngtín hiệu lẫn vào nhau này còn gọi là xuyên âm (crosstalk) bao gồm xuyên âmđầu gần và xuyên âm đầu xa

• Kỹ thuật HDSL-2 là kỹ thuật HDSL thế hệ 2 Nó giải quyết đượcmột số hạn chế của HDSL thông thường Đó là chỉ sử dụng một đôi dây màvẫn truyền tải tốc độ như HDSL thông thường Trong HDSL có thể dùng

mã đường truyền 2B1Q hoặc sử dụng phương pháp điều chế biên độ và phakhông sử dụng sóng mang CAP cho điều chế tín hiệu đồng thời sử dụng kỹthuật ghép kênh theo tần số hoặc kỹ thuật xoá tiếng vọng để phân bố băngtần hoạt động trên mạch vòng thuê bao cáp đồng Tuy nhiên các nhà cungcấp thiết bị vẫn nghiêng về giải pháp sử dụng CAP kết hợp với kỹ thuậtxoá tiếng vọng để giảm thiểu băng tần hoạt động của HDSL-2 trong

khoảng từ (0-230) kHz Nhờ đó phạm vi phục vụ của kỹ thuật này có thểlên đến 3.6 km.

• Các ứng dụng chính của kỹ thuật HDSL là:

1 Truy cập Internet tốc độ cao

2 Sử dụng cho những mạng riêng

3 Mở rộng trung tâm PBX tới những vị trí khác

4 Mở rộng mạng LAN và kết nối đến các vòng ring quang

5 Sử dụng cho video hội nghị và giáo dục từ xa

SDSL (Single Line DSL): Kỹ thuật SDSL truyền tin theo phương thức đối

xứng, về nguyên tắc nó hoàn toàn giống như kỹ thuật HDSL nhưng hệ thốngSDSL chỉ sử dụng một đôi dây (784 kb/s) để truyền những dịch vụ tốc độ cao

từ nhà cung cấp dịch vụ tới khách hàng Việc sử dụng một đôi dây làm giảmthiết bị trong hệ thống và chi phí đường dây thuê riêng Kỹ thuật SDSL chophép ghép kênh thoại và số liệu trên cùng một đường và cho phép người sửdụng truy cập những trang web, tải những tệp dữ liệu và thoại tại cùng mộtthời điểm Tùy theo từng yêu cầu của khách hàng mà SDSL cho phép nhữngnhà cung cấp dịch vụ cung cấp những dịch vụ tốc độ cao dựa trên 3 tham số

cơ bản: Tốc độ dịch vụ, chi phí và khoảng cách truyền

ADSL (Asymmetric DSL): Là công nghệ DSL không đối xứng được

phát triển từ đầu những năm 90 khi xuất hiện các nhu cầu truy nhậpInternet tốc độ cao, các dịch vụ trực tuyến, video theo yêu cầu ADSLcung cấp tốc độ truyền dẫn không đối xứng lên tới 8 Mb/s luồng xuống(từ tổng đài trung tâm tới khách hàng) và (16 – 640) Kb/s luồng lên (từphía khách hàng tới tổng đài) nhưng khoảng cách truyền dẫn giảm đi Một

ưu điểm nổi bật của ADSL là cho phép khách hàng sử dụng đồng thời mộtđường dây thoại cho cả 2 dịch vụ: thoại và số liệu vì ADSL truyền ở miềntần số cao (4400 Hz÷1MHz) nên không ảnh hưởng tới tín hiệu thoại Các

bộ lọc được đặt ở hai đầu mạch vòng để tách tín hiệu thoại và số liệu theomỗi hướng Một dạng ADSL mới gọi là ADSL “lite” hay ADSL không sửdụng bộ lọc đã xuất hiện từ đầu năm 1998 chủ yếu cho ứng dụng truy cậpInternet tốc độ cao Kỹ thuật này không đòi hỏi bộ lọc phía thuê bao nêngiá thành thiết bị và chi phí lắp đặt giảm đi tuy nhiên tốc độ luồng xuốngchỉ còn 1,5 Mb/s

RADSL(Rate Adaptive DSL): Đường dây thuê bao số tốc độ điều

chỉnh là thuật ngữ áp dụng cho hệ thống ADSL có khả năng xác địnhdung lượng truyền của mỗi mạch vòng một cách tự động và sau đó hoạtđộng ở tốc độ cao nhất phù hợp với mạch vòng đó Tiêu chuẩn ANSIT1.413 cung cấp khả năng hoạt động tốc độ điều chỉnh Việc điều chỉnhtốc độ được thực hiện khi thiết lập đường dây, với giới hạn chất lượng tínhiệu thích hợp để đảm bảo rằng tốc độ đường dây thiết lập có thể duy trìtrong những thay đổi danh định trên đặc tính truyền của đường dây Do đóRADSL sẽ tự động cung cấp tốc độ bit lớn hơn trên mạch vòng có đặctính truyền dẫn tốt hơn (suy hao ít hơn, nhiễu ít hơn) RADSL hỗ trợ tốc

độ thu tối đa trong phạm vi từ (7-10) Mb/s và tốc độ phát tối đa trongphạm vi từ (512-900) Kb/s RADSL mượn khái niệm tốc điều chỉnh từmodem trong băng thoại RADSL có lợi ích của một phiên bản thiết bị cóthể đảm bảo tốc độ truyền dẫn cao nhất có thể cho mỗi mạch vòng vàcũng cho phép hoạt động trên những mạch vòng dài ở tốc độ thấp hơn

CDSL (Consumer DSL): được phát triển để khắc phục một số nhược

điểm của hệ thống ADSL CDSL còn được gọi là ADSL.Lite hay G.Lite.CDSL bỏ qua các yêu cầu về cài đặt các bộ chia tách (splitter) trong nhàhay trong công sở Tuy nhiên, điều đó cũng dẫn tới là tốc độ lớn nhất chođường xuống là 1.5 Mbit/s và đường lên là: 384 kbit/s Mạng CDSL cơbản thì khá giống với mạng ADSL Cái khác nhau cơ bản là ở phía thiết bị

đầu cuối nối với mạng điện thoại Hệ thống CDSL không yêu cầu khôngyêu cầu một bộ chia tách cho gia đình và công sở Thay vì đó, người sửdụng đầu cuối có thể cài các bộ lọc siêu nhỏ giữa điện thoại và đường dâyđiện thoại Các bộ lọc siêu nhỏ này sẽ khoá không cho các tín hiệu dữ liệutốc độ cao gây nhiễu cho các máy điện thoại Các modem trong hệ thốngCDSL bao gồm một bộ lọc để ngăn tín hiệu tương tự.

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

là công nghệ phù hợp cho kiến trúc mạng truy nhập sử dụng cáp quang tớicụm dân cư VDSL truyền tốc độ dữ liệu cao qua các đường dây đồng xoắnđôi ở khoảng cách ngắn Tốc độ luồng xuống tối đa đạt tới 52 Mb/s trongchiều dài 300 m Với tốc độ luồng xuống thấp 1,5 Mb/s thì chiều dài cápđạt 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 và ISDN nên cho phép cung cấp các dịch vụ VDSLbên cạnh các dịch vụ đang tồn tại Khi cần tăng tốc độ luồng xuống hoặc ởchế độ đối xứng thì hệ thống VDSL sử dụng kỹ thuật xoá tiếng vọng ứngdụng công nghệ VDSL trong truy cập dịch vụ băng rộng như dịch vụInternet tốc độ cao, các chương trình Video theo yêu cầu

Kỹ thuật xDSL là kỹ thuật truyền dẫn cáp đồng, nó giải quyết nhữngvấn đề tắc nghẽn giữa nhà cung cấp dịch vụ mạng và những khách hàng

sử dụng những dịch vụ mạng đó Kỹ thuật xDSL đạt được những tốc độbăng rộng trên môi trường mạng phổ biến nhất trên thế giới là đường dâycáp điện thoại thông thường Kỹ thuật xDSL đưa ra những cải tiến đột phá

về tốc độ (lên tới hơn 7 Mbit/s) và nó đã được so sánh với các phươngthức truy nhập mạng khác Mặt mạnh thực sự của những dịch vụ dựa trênxDSL là những thuận lợi như:

• Những yêu cầu ứng dụng đa phương tiện của các khách hàng sửdụng mạng.

• Hiệu suất và độ tin cậy

• Tính kinh tế

• Truyền số liệu và VoDSL (với voice gateway)

• ADSL chia sẻ cùng đường cáp đồng với thoại tương tự

• VDSL có thể hỗ trợ chuyển mạch truyền hình

Các đặc trưng chính của họ công nghệ xDSL được mô tả trong bảng 1.1:

Bảng 1.1 Các đặc trưng chính của họ công nghệ xDSL[3]

Công

Khoảng cáchtruyền dẫn

Số đôi dâyđồng sử dụng

7 km

ADSL

1,5- 8 Mb/s luồng xuống1,544 Mb/s luồng lên

5km (tốc độ càngcao thì khoảngcách càng ngắn )

1 đôi

RADSL 7-10 Mb/s luồng xuống

512-900 kb/s luồng lên 4,5-5 Km 1 đôiCDSL 1,5 Mb/s luồng xuống

26 Mb/s đối xứng13–52 Mb/s luồng xuống1,5-2,3 Mb/s luồng lên

300 m – 1,5 km(tuỳ tốc độ) 1 đôi

1.2.2 So sánh mạng truy nhập sử dụng công nghệ xDSL khác nhau.

Trong phần này chúng ta chỉ xét đến ba loại chủ yếu phổ biến là HDSL,ADSL và VDSL còn SDSL có thể được coi là một loại HDSL được đơn giảnhoá Về nguyên tắc SDSL hoàn toàn giống HDSL nhưng chỉ chạy trên mộtđôi dây và tốc độ cũng chỉ bằng một nửa HDSL

Trong các kỹ thuật xDSL thì HDSL có cấu trúc đơn giản hơn cả HDSL chỉ làđường truyền điểm nối điểm đơn thuần, không ghép thêm kênh thuê bao thoại như

ở ADSL và VDSL Như vậy, băng tần mà HDSL sử dụng cũng nhỏ hơn và đơngiản hơn so với các loại khác Thông thường chỉ sử dụng trên hai đôi dây và tốc độT1 hoặc 3 đôi dây với tốc độ E1, mã đường truyền là 2B1Q thì băng tần của HDSLtrong khoảng (0-392) kHz Trường hợp sử dụng mã CAP băng tần này rút xuốngchỉ còn 230 kHZ Trong khi đó ở ADSL băng tần sử dụng phải chia làm 3 dải tần

• ADSL không sử dụng phương pháp khử tiếng vọng thì sẽ phải chiathành các băng tần:

(0-4) kHz cho kênh thoại

(25-200) kHz cho đường truyền về phía tổng đài

Lớn hơn 200 kHz cho đường truyền về phía thuê bao

• ADSL sử dụng phương pháp khử tiếng vọng thì băng tần đườngtruyền tới tổng đài và tới thuê bao sẽ chung nhau

• Đối với VDSL băng tần được chia thành các dải tần:

(0-4) kHz dành cho kênh thoại

(40-80) kHz dùng cho ISDN

(300-700) kHz cho đường truyền về phía tổng đài

Lớn hơn 1000 kHz cho đường truyền tới thuê bao

Cũng chính nhờ có sự phân bố băng tần như vậy mà các kỹ thuật ADSL vàVDSL còn có thể cung cấp một kênh thoại độc lập cho khách hàng Việc cungcấp kênh thoại như trên không đơn giản chỉ là một bộ lọc, chia tần số mà cònphải sử dụng các bộ xen, ghép kênh cực kỳ phức tạp Như vậy với kênh thoạinày khách hàng vẫn có thể tận dụng để sử dụng một modem tốc độ thấp mộtcách bình thường Đồng thời khi cung cấp kênh thoại bằng cách này việc tậndụng các đường thuê bao điện thoại từ trước đến nay có ý nghĩa cao hơn nhiều.

Hình 1.3: Sử dụng băng tần của một số công nghệ xDSL

Việc tận dụng băng tần của cáp đồng cho việc tăng dung lượng đường

Ta biết rằng, cáp đồng tín hiệu có tần số càng cao thì suy hao càng lớn.

Đế khắc phục nhược điểm này chỉ có cách giảm điện trở của cáp tuy nhiênviệc này có thể đồng nghĩa với việc tăng tiết diện của cáp Nhưng bán kínhcáp thì không thể tăng quá cao do hiệu quả về mặt kinh tế do đó chúng ta phảichấp nhận việc sử dụng kỹ thuật xDSL sẽ có giới hạn về mặt khoảng cách.Chính khả năng về khoảng cách truyền dẫn cũng đánh giá phần nào cho việclựa chọn kỹ thuật nào cho phù hợp với điều kiện thực tế Đồng thời các kỹthuật xDSL đều truyền các tín hiệu số nhiều mức, như vậy sẽ giảm một lượngđáng kể các tần số cao phải sử dụng cho việc điều chế tín hiệu

Trong các cấu trúc mạng truy nhập sử dụng kỹ thuật xDSL chỉ có HDSLthông thường phải sử dụng hơn một đôi dây cáp đồng nên gây nhiều khó khăntrong việc lắp đặt và sử dụng hơn so với các kỹ thuật xDSL khác Đây chính

là nhược điểm lớn nhất của HDSL so với các kỹ thuật xDSL khác Tuy nhiên,HDSL lại có khả năng truyền dẫn hoàn toàn đối xứng, tính chất này chỉ cótrong SDSL và một phần trong VDSL Chính vì tính chất này nên HDSL cóthể sử dụng trong các dịch vụ yêu cầu cả hai hướng truyền có dung lượng nhưcác đường truyền giữa máy tính chủ và mạng điện thoại, giữa các mạng LANhoặc WAN với nhau hay làm trung kế cho các tổng đài Ngược lại các kỹthuật như ADSL và VDSL chỉ sử dụng trên một đôi dây nhưng lại truyềnkhông đối xứng nên sử dụng nhiều trong các dịch vụ thiên về truy nhập mộtchiều như Internet, Video theo yêu cầu, hội nghị truyền hình v v

1.3 Tình hình triển khai xDSL trên thế giới

Như chúng ta đã biết điện thoại là mạng phổ thông nhất, lớn nhất hiệnnay với lượng khách hàng lớn nhất thế giới và không ngừng tăng trưởng đểđáp ứng nhu cầu về trao đổi thông tin trong xã hội Với sự phát triển như vậymạng điện thoại và hệ thống dây dẫn của nó tạo thành một cơ sở hạ tầngkhổng lồ ở các quốc gia trên toàn thế giới Các công ty điện thoại đã dành

khoảng 1 tỷ USD trong thập kỷ vừa qua cho việc lắp đặt mạng cáp dùng đôidây xoắn, hàng năm vẫn dành hàng triệu USD để kéo thêm các đường dây.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 chophép người sử dụng tự lắp đặt thiết bị tại nhà, giảm chi phí dịch vụ.

H×nh 1.4: Sè thuª bao DSL trªn thÕ giíi

B¾c Mü T©y ¢u §NA Mü 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 E1 của mạng truyền sốliệu Tuy nhiên các nhu cầu truy nhập Internet tốc độ cao và các dịch vụ videotheo yêu cầu đang tăng nhanh đã góp phần thúc đẩy các dịch vụ ADSL mauchóng được triển khai

Hiện nay công ty điện toán và truyền số liệu VDC đang tiến hành triểnkhai DSL, theo dự kiến, trong giai đoạn đầu mới triển khai mạng thì các

khách hàng chủ yếu sẽ là các thuê bao kênh thuê riêng (leased) Khi triển khaitrên thực tế có thể số lượng thuê bao còn cao hơn nhiều do mức giá thuê bao

và cài đặt DSL có thể thấp hơn mức giá leased line truyền thống Chi phí đầu

tư cho dự án này khoảng 700.000 USD Tại Hà nội phương án triển khai dịch

vụ truyền hình cáp sử dụng công nghệ ADSL/VDSL cũng đã được xây dựngvới số thuê bao dự kiến đến năm 2010 là :

Bảng 1.4 Dự kiến số lượng thuê bao truyền hình cáp[7]

Năm2002

Năm2003

Năm2004

Năm 2005 Năm 2010

Nhu cầu 71.000 142.000 213.000 50% số hộ dân

HN

90% số hộ dânHN

Tuy nhiên, một vấn đề lớn đặt ra cho hệ thống đôi dây xoắn kép này làviệc truyền đa phương tiện với dải thông rộng và tốc độ truyền dẫn cao Trongkhi đó các đôi dây xoắn hiện nay chủ yếu chỉ sử dụng trong băng tần dưới1MHz và tốc độ hạn chế Bên cạnh đó các đường dây xoắn kép có nhượcđiểm về suy hao theo tần số và ảnh hưởng của nhiễu điện từ rất lớn Hình 1.5

sẽ cho ta thấy rõ điều này

Hình 1.5: Sự suy giảm của môi trường truyền

Chính vì điều này đã dẫn đến ý tưởng đòi hỏi thay đôi dây xoắn képbằng môi trường truyền dẫn khác như cáp đồng trục, cáp quang…Mỗi loạinày đều có đặc điểm riêng và thích hợp với một loại hình dịch vụ cụ thể như:Với cáp đồng trục, chúng có ưu điểm dải thông lớn hơn, từ (2,5-10)Mb/sđáp ứng cho truyền đa phương tiện Cùng với đó là độ suy hao ít và do đókhoảng cách thông tin được tăng lên

Với ứng dụng truyền số liệu ta có thể đạt được tốc độ truyền 500Mb/s chokhoảng cách tối đa là 1,6 Km Cáp đồng trục được ứng dụng rộng rãi trongcác đường truyền thoại với khoảng cách xa, tivi, mạng cục bộ

So với cáp đồng trục và đôi dây xoắn thì cáp quang có những ưuđiểm hơn hẳn Đó là tiềm lực về băng thông và tốc độ truyền Dải thôngcủa cáp cho phép truyền với tốc độ 2Gb/s và có thể lớn hơn, khoảng cáchtruyền xa Trọng lượng và kích thước nhỏ khiến nó tiện sử dụng Tín hiệutruyền trên cáp là tín hiệu quang nên nó khó bị phát hiện và thu trộm, bảođảm an toàn thông tin cho người sử dụng Với đặc tính cách li với điện từlàm cho nó không có nhiễu xuyên âm và nhiễu xung, thêm vào đó là sự

suy hao nhỏ nên khoảng cách lặp lại rất lớn Nếu không có nhược điểm làkhó lắp đặt và giá thành cao thì chắc chắn cáp quang là môi trường truyềndẫn lý tưởng cho mạng viễn thông ngày nay Hiện nay cáp quang thườngđược ứng dụng trong các mạng đường trục, đường nối trong tổng đài,đường nối trong thành phố, mạng LAN.

Ưu điểm lớn nhất của đôi dây xoắn là cở sở hạ tầng có từ trước vàkhi kết hợp với một công nghệ phù hợp sẽ rất tốt cho nền kinh tế để triểnkhai một cơ sở hạ tầng mới Để đáp ứng nhu cầu về tính mềm dẻo cũngnhư việc tích hợp các loại dịch vụ, nó sẽ đòi hỏi phải lắp đặt thêm cácthiết bị phụ trợ Khi này thêm các thiết bị phụ trợ cũng rất phức tạp, việcxây dựng một cơ sở hạ tầng mới đòi hỏi một thời gian dài để đạt đượchướng đúng đắn Với lợi thế tận dụng mạng lưới cáp đồng đang tồn tạirộng khắp trên thế giới không đòi hỏi vốn đâù tư ban đầu quá lớn với các

kỹ thuật đang ngày càng hoàn thiện nhằm cung cấp cho khách hàng mọidịch vụ băng rộng theo yêu cầu với giá cả hợp lý nên công nghệ xDSLđang thực sự trở thành sự lựa chọn số 1 cho các nhà cung cấp dịch vụtrong giai đoạn hiện nay Đây chính là lý do tồn tại của hệ thống dây xoắnngày nay trước xu thế phát triển và các ưu điểm của các phương tiệntruyền dẫn khác

CHƯƠNG 2MỘT SỐ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG DSL

Công nghệ đường dây thuê bao số thực hiện truyền thông tin số quađường dây điện thoại Đường dây điện thoại trước đây chỉ sử dụng để truyềnmột kênh thoại băng tần (0,3-3,4) kHz giờ đây có thể truyền gần 100 kênhthoại số nén hoặc một kênh tín hiệu video với chất lượng tương đương tínhiệu quảng bá Tuy nhiên, để có thể truyền dẫn với tốc độ cao như thế trênđôi dây điện thoại yêu cầu phải có một số giải pháp kỹ thuật để khắc phục sựsuy giảm tín hiệu, nhiễu xuyên âm, sự phản xạ tín hiệu, nhiễu tần số vànhiễu xung

2.1 Cơ sở kỹ thuật

2.1.1 Môi trường tạp âm

Tín hiệu truyền đi trên đường dây đồng chịu tác động của môi trườngtạp âm của bản thân mạch vòng dây đồng Tạp âm làm giảm tỷ số S/N gây

khó khăn cho việc xác định chính xác tín hiệu ở đầu thu Mạch vòng dây đồng

có một số nguồn 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 nhiênduy nhất với phân bố công suất đều ở mọi tần số Tín hiệu này được gọi

là tạp âm trắng Tạp âm nhiệt gây ra do chuyển động của các electrontrong đường dây có thể coi như tạp âm trắng có phân bố Gaussian đượcgọi là tạp âm trắng Gaussian cộng tính AWGN Tạp âm này ảnh hưởngđộc lập lên từng kí hiệu được truyền hay nói cách khác chúng đượccộng 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 banđầu gọi là xuyên âm đầu xa FEXT Thành phần xuyên âm truyền ngượclại tới đầu phát gọi là xuyên âm đầu gần NEXT NEXT có ảnh hưởnglớn hơn FEXT đối với truyền dẫn hai chiều đối xứng vì FEXT bị suyhao trong suốt chiều dài truyền dẫn trong khi NEXT chỉ đi qua mộtkhoảng cách nhỏ rồi quay trở lại đầu phát Một dạng đặc biệt của NEXT

là nhiễu trong một đôi dây kế cận có cùng dạng tín hiệu truyền 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 ảnhhưởng của xuyên âm đầu gần rất lớn

Hình 2.1: Nhiễu xuyên âm đầu gần

Hình 2.2: Nhiễu xuyên âm đầu xa

Hình 2.3: Xuyên âm giữa các bó cáp

• 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

vô tuyến ở tần số làm việc thấp Còn hệ thống DSL làm việc với tần sốcao thì sự cân bằng bị giảm nên bị các tín hiệu tần số vô tuyến RFI cóthể xâm nhập Mức độ nhiễu phụ thuộc vào khoảng cách nguồn nhiễutới 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 AM phát quảng bá trong dải tần từ (560÷1600) KHz.Tuy nhiên do tần số làm việc của các trạm này là cố định nên nhiễu dochúng gây ra có thể dự đoán được Ngược lại, nhiễu vô tuyến nghiệp dưlại không đoán trước được vì tần số làm việc thay đổi và có nhiều mứccông suất phát Nhưng nhiễu này chỉ ảnh hưởng tới VDSL vì dải tần vôtuyến nghiệp dư chỉ chồng lấn lên băng tần truyền dẫn của 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 µs tới vài ms

• Suy hao tại cầu rẽ: Truyền dẫn số cũng bị suy yếu mạnh do các cầu nối

rẽ (bridge tap) trên đường dây hình 2.4.

Hình 2.4: Phản xạ tín hiệu tại cầu nối

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 giaodiện mạng của khách hàng hoặc tận dụng đôi dây của một khách hàng cũkhông sử dụng nữa cho một yêu cầu mới gần đôi dây này Những cầu nối

rẽ không được kết cuối ở cuối đôi dây xoắn và gây ảnh hưởng tới việctruyền số liệu Khi một xung truyền trên đường dây gặp một cầu nối rẽ,năng lượng xung bị chia thành hai đường Xung truyền trên đoạn dâynhánh không được kết cuối bị phản xạ ngược lại điểm rẽ Xung phản xạnày cũng bị chia thành hai đường gây tiếng vọng về đầu phát

2.1.2 Đặc tính kênh truyền dẫn liên tục.

Tất cả các kênh truyền dẫn cơ bản đều là analog, đường dây điện thoạicũng vậy Và vì cho tới nay người ta vẫn chưa tìm ra phương thức truyền dẫn

nào có thể truyền trực tiếp tín hiệu số ở khoảng cách xa, do đó tín hiệu lối vào

là kênh truyền dẫn liên tục phải là tín hiệu dạng sóng Công nghệ xDSL cũng

sử dụng một vài dạng điều chế khác nhau Mục tiêu cơ bản của điều chế làbiến đổi luồng bít vào DSL thành các tín hiệu analog tương đương phù hợpvới đường truyền dẫn

tương ứng vớí mỗi nhóm b bit kế tiếp Bản tin này có thể khác nhau tuỳ thuộc

vào việc sử dụng hệ thống truyền dẫn số và do vậy bản tin thứ m và symbol

xm tương ứng được coi là ngẫu nhiên, mỗi lần bản tin được truyền lấy một giátrị M có thể Nếu mỗi bản tin có khả năng xuất hiện tương đương nhau, cùngvới xác xuất là 1/M Bộ mã hoá có thể là một chuỗi, trong trường hợp đối

được xác định bởi trạng thái bộ mã hoá, tương ứng với các bit b về thông tintrạng thái quá khứ (chức năng của các nhóm bit đầu vào trước) Có khả năng

có 2b trạng thái khi bộ mã hoá là một chuỗi

Hình 2.6 mô phỏng hàm điều chế tuyến tính:

1 ( ) ( )

0

n t t dt

ϕ ϕ+∞

=

= (2.1)

Hàm cơ bản thứ n với thành phần dạng tín hiệu cong được lấy ra từ phần

tử thứ n của symbol x m Các mã đường dây khác nhau được quyết định bởiviệc lựa chọn các hàm cơ bản và bởi việc lựa chọn các vectơ symbol chùm

lại để tạo thành dạng điều chế xm(t) Dạng điều chế này sau đó được chuyểntrên kênh.

Năng lượng trung bình, εx, của tín hiệu truyền có thể được tính toánnhư là giá trị bình phương tích phân trung bình của x(t) trên tất cả các tín hiệu

x

Nguồn các tín hiệu truyền dẫn số là S x =ε /T Nguồn analog, Px, lànguồn số tại đầu ra của thiết bị gốc được chia bởi đầu vào trở kháng của kênhkhi các trở kháng đường dây và các trở kháng gốc là thực và tương xứng Cácphân tích truyền dẫn thường quan tâm tới hằng số tăng ích mạch điều khiểnanalog cụ thể cho sự xác định các điểm chùm sao tín hiệu hoặc các giá trịvectơ symbol xm và bình thường hoá các hàm cơ bản Do đó nguồn số tươngđương với nguồn analog khi cho phép các tác động đường dây và analog đượccoi như điện trở

Kênh truyền trong hình 2.7 bao gồm hai nguồn méo điện áp: Băng tần bị

hạn chế lọc các tín hiệu được truyền qua bộ lọc bằng hàm số chuyển đổi H(f)

và tạp âm Gaussian bổ sung bằng 0 và mật độ phổ công suất Sn(f) Người thiết

kế nên phân tích hệ thống truyền dẫn với một H(f) được biến đổi một cáchthích hợp:

f S

f H f

2.1.3 Kênh tạp âm trắng Gaussian cộng tính.

Kênh tạp âm trắng Gaussian cộng tính (AWGN) được nghiên cứu kỹnhất trong truyền dẫn số Các tín hiệu phát truyền trên kênh này như bị nhiễubởi tạp âm cộng thêm Kênh này có H(f) =1, có nghĩa là không có bộ lọcbăng thông hạn chế trong kênh (rõ ràng là lý tưởng) Nếu kênh không bị méo,thì H(f) =1, và σ2 = 0 Trên kênh không bị méo, bộ nhận có thể khôiphục symbol dữ liệu gốc bằng cách lọc kênh đầu ra y(t)=x(t) với một chuỗicủa N bộ lọc tương đương song song với xung trả lời ϕn ( t− ) và bằng lấy

mẫu các đầu ra bộ lọc mẫu tại thời điểm t=T, như trong hình 2.8 Việc khôi phục lại vectơ symbol dữ liệu gọi là giải điều chế Các thiết bị truyền dẫn số

hai chiều thực hiện các chức năng của “điều chế” và “giải điều chế” thường

gọi tắt là modem Ngược lại sự mã hoá một-một ánh xạ trên vectơ đầu ra bộ giải điều chế được gọi bộ giải mã Đối với kênh tạp âm nonzero, vectơ đầu ra

bộ giải điều chế không nhất thiết tương đương với đầu vào x của bộ điều chế.

Quá trình quyết định ký hiệu dữ liệu nào là gần nhất với y như là sự phát hiện.Khi tạp âm là Gaussian trắng, bộ giải điều chế trên là tối ưu Bộ phát hiện tối

ưu chọn x^ như là giá trị vectơ ký hiệu x gần nhất với y trong phạm vi m

khoảng cách/độ dài của vectơ

=

^

m i nếu y − xi ≤ y − xj (2.5)

Bộ phát hiện như thế được biết như là bộ phát hiện chính xác nhất và xác

suất quyết định sai x (tương đương với nhóm các bit b) là nhỏ nhất Bộ phát

hiện loại này chỉ tối ưu khi tạp âm là tạp trắng Gaussian và kênh có rất ít hạnchế về băng thông (thực chất băng thông là vô hạn) Mỗi đầu ra bộ lọc thíchứng có các mẫu tạp âm độc lập (của các mẫu ở đầu ra bộ lọc khác) và tất cả

có mẫu tạp âm bình phương trung bình σ2 Vì vậy tỉ số tín trên tạp (SNR) là:

x 2

Nếu một lỗi xảy ra khi m^ ≠m có nghĩa là y gần với một vectơ ký hiệu

khác hơn là vectơ symbol chính xác Một lỗi như vậy bị gây ra bởi tạp âm lớnđến nỗi y nằm trong vùng quyết định đối với điểm x j, với j ≠ m mà khôngtương đương với ký hiệu phát Khả năng có một lỗi như vậy trên kênhAWGN là nhỏ hơn hoặc bằng khả năng mà tạp âm lớn hơn một nửa khoảngcách giữa hai điểm chùm tín hiệu gần nhất Khoảng cách giữa hai điểm chùmtín hiệu nhỏ nhất dmin , dễ dàng được tính toán như sau:

tự do

= − ×EFS

2.1.4 Giới hạn, khoảng cách và dung lượng

Người ta mong muốn đặc tính hoá phương thức truyền dẫn và một kênhtruyền dẫn chung đơn giản Giới hạn, khoảng cách và dung lượng là các kháiniệm liên quan cho phép việc đặc tính hoá đơn giản này Nhiều mã đường

dây được sử dụng được đặc tính hoá bằng một khoảng tỷ số tín hiệu/tạp âm hoặc chỉ có khoảng cách Khoảng cách Γ =Γ(P e,C), là một hàm có khảnăng lựa chọn lỗi symbol, Pe, và mã hoá đường dây C Khoảng cách này đohiệu quả của phương pháp truyền dẫn về khả năng truyền tốt nhẩt trên kênhtạp âm trắng cộng tính Gaussian và thường là cố định trên một phạm vi rộng

b (bit/symbol) mà có thể được truyền bằng mã hoá đường dây đặc biệt Thực

tế, hầu hết các mã đường dây được định lượng hóa trong theo giới hạn tốc

độ bit có thể đạt được (tại một Pe) theo công thức dưới đây:

Do đó, để tính toán tốc độ dữ liệu với một mã đường dây đặc trưng bởi

khoảng cách Γ, người thiết kế chỉ cần biết khoảng cách và SNR trên kênh

AWGN

Một mã hoá đường dây tốt nhất với khoảng cách Γ=1 (0dB) đạt được

tốc độ dữ liệu là lớn nhất đó là khả năng kênh Một mã tối ưu như vậy thiết

yếu đòi hỏi sự phức tạp và độ trễ mã hoá/giải mã cao Tuy nhiên, việc thiết kế

các phương pháp mã hoá cho khoảng cách thấp như (1-2) dB trở nên thiếtthực, vì vậy cho phép các thiết kế DSL gần đây hoàn thành các ý tưởng củaShanon (khoảng 50 năm sau dự án của ông này) trên các đường dây điện thoạiđôi dây xoắn Thông thường, các hệ thống truyền dẫn được thiết kế một cáchvừa phải để bảo đảm cho khả năng xuất hiện lỗi có thể xảy ra Giới hạn của

một thiết kế tại một mức độ xử lý được xác định là tỉ lệ tín hiệu/tạp âm vượt

quá giới hạn yêu cầu tối thiểu đối với mỗi khoảng cách Γ Giới hạn có thểđược tính theo:

là 1 và vì thế tín hiệu này có tên gọi không-về-không.

Các tín hiệu nhị phân khi rời khỏi một công đoạn xử lý nào đó đều phảiphối hợp với đặc tính kênh truyền dẫn Trong thực tế các khối xử lý thườngđặt xa nhau từ vài mét tới vài trăm mét và được nối với nhau bằng đôi dâyhoặc cáp có màn che Việc truyền những tín hiệu trên khoảng cách lớn nhưvậy sẽ mang theo vào các méo và suy hao lớn dẫn đến lỗi thu (giảm chấtlượng liên lạc) Thêm vào đó, trong các tuyến xử lý tín hiệu, nhằm phối hợpmạch điện, tạo phân cách lý tưởng về điện và giảm xuyên nhiễu người tathường xử dụng các biến áp Các biến áp cho qua các thành phần xoay chiềucao tần và gạt đi thành phần một chiều có trong tín hiệu Các tín hiệu số nhịphân đơn cực có dạng NRZ lại chứa trong phổ của chúng thành phần mộtchiều và các thành phần tần số thấp với năng lượng khá cao, do đó khi truyền

Các mã hóa đường dây băng gốc trong DSL xuất hiện trong các DSL đầutiên: T1, ISDL và HDSL.

 Mã hoá đường dây 2B1Q (ISDN và HDSL)

Mã hoá đường dây băng gốc 2B1Q được sử dụng nhiều trong các DSLtrước đây Tên gọi “2B1Q” xuất phát từ việc giúp dễ nhớ symbol “2 bit trên

1 quartenary” Mã hoá trong hình 2.9 lý tưởng hoá sử dụng một hàm cơ bản.

1

T

Hình 2.9: Mã hóa đường dây 2B1Q, điều chế và giải điều chế trên AWGN

Chùm sao tín hiệu cho 2B1Q xuất hiện trong hình 2.9 Số lượng bit trong một nhóm là b=2 và mỗi nhóm bit tương ứng với một trong bốn giá trị symbol dữ liệu, tại đó giá trị một chiều x có thể được tính toán là x=2m-

3, m=0,1,2,3

Khi bộ biến đổi/sai động cách ghép vào đường truyền dẫn không cho

qua thành phần một chiều, các mã hoá đường dây băng gốc như 2B1Q chịuđựng sự méo nghiêm trọng Máy thu phải bù trừ cho bộ biến áp và méođường dây HDSL và ISDL 2B1Q mã hoá thực sử dụng ánh xạ của các bit

trong bảng 2.1 để bảo đảm lỗi giải mã một kết quả gần nhất chỉ với một bit lỗi

tương ứng, do đó việc ánh xạ từ các bit không bình thường lấy từ các bít đầu

vào đến m, thường được biết đến là mã gray.

Với bộ giải mã tương đương trong bảng 2.3 Khoảng cách cho 2B1Q là 9.8

dB tại P e =10−7 ISDL và HDSL cũng đặt một giới hạn bổ sung 6dB, chophép ISDL và HDSL tối thiểu có 16dB dưới cấp thực hiện lý thuyết tốt nhất.Ngoài ra suy hao vài dB xảy ra với ISI trên hầu hết các kênh Do đó, 2B1Qkhông mã hoá không phải là mã hoá đường dây chất lượng cao, nhưng rõ ràng

bộ phát thực hiện đơn giản

 Điều chế biên độ xung

2B1Q khái quát hoá thành cái gì đó đã được biết đến như điều chế biên

độ xung (PAM) nhưng có hàm cơ bản giống như điều chế 2B1Q và chỉ có

có khả năng được sử dụng trong HDSL đơn dây hoặc các chuẩn HDSL2 Tốc

độ symbol đối với HDSL 3B1Q là 517,3kHz, vì vậy tốc độ dữ liệu là1.522Mb/s (như thế có 8kb/s mào đầu đối với dịch vụ DS1 ở tốc độ1.544Mb/s) HDSL2 cũng có thể sử dụng một chiều 512- mã trellis, vì vậykhoảng trống 9dB được giảm khoảng 5.5dB của mã hoá xuống còn 4.3dB.Hơn nữa, các yêu cầu giới hạn có khả năng được nới lỏng xuống còn 3dBtrong HDSL-2, điều đó có nghĩa là suy hao từ các mức theo lý thuyết sẽ lànhỏ nhất là 7.3dB Năng lượng analog truyền ngang trên tải điện trở là:

Khả năng xảy ra lỗi là:

 Đảo dấu luân phiên AMI: Mã AMI có đặc điểm sau:

Khi chuỗi bit lối vào chứa nhiều bit 0 liên tiếp thì chuỗi mã lối ra cũng là cáctín hiệu 0, không có chuyển đổi cực tính và vì thế khó tách tín hiệu định thời Tốc

độ mã lối ra bằng tốc độ bit lối vào, mỗi một dấu mã AMI mang một bit thôngtin mặc dù về hình thức một dấu tam phân tải log23=1,58bit lượng dư thừanày (mang lại do tăng số mức tín hiệu) cho phép phát hiện lỗi dưới tác độngcủa lỗi, luật luân phiên lưỡng cực bị vi phạm và phát hiện được ở phần thu.Mặc dù đây không phải là cơ chế phát hiện lỗi mạnh song nó cho phép giámsát chất lượng tuyến truyền dẫn mà không cần đến bất kỳ thông tin nào về sốliệu được truyền

Truyền dẫn ANSI T1(T1.403) mã AMI rất quan trọng được sử dụng cho

cả truyền dẫn T1 ở tốc độ symbol 1.544MHz và cho truyền dẫn E1 ở tốc độsymbol 2.048MHz ISDN Nhật Bản Nhật Bản sử dụng AMI cho truyền dẫn

ISDN với ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) Khi truyền, tốc độsymbol là 320kHz.

 Thay thế số không nhị phân (BnZS): AMI là một mã đường dây

không phải là một mã mạnh vì một chuỗi dài số ‘0’ sẽ dẫn đến kết quả làkhông có năng lượng được truyền trên đường dây Các vòng lặp khôi phụcthời gian có thể bỏ qua khi một chuỗi số 0 đủ dài xuất hiện Hơn nữa, cácmạch điều khiển hệ số tăng ích có thể “bị sai” vì khoảng im lặng dài, khi đóphải có các thủ tục mạng nhất định Khi AMI có ba mức mã hoá với các tínhiệu khác không luân phiên trong cực, có thể khai thác ba mức mã này vớicác “mã vi phạm”, là các tín hiệu khác không liên tiếp của cùng một cực Chủyếu, bộ mã hoá tìm kiếm các chuỗi n số 0 và thay thế chúng bằng một chuỗicác “mã vi phạm” Hầu hết các mã đường dây nói chung là B8ZS và B3ZS,

mà chúng được sử dụng trong truyền dẫn DS1 (T1) và DS3 (T3) TrongB8ZS, một chuỗi 8 số 0 liên tiếp sẽ được thay thế bằng các chuỗi số khác 0luân phiên với hai vi phạm Nếu mẫu khác 0 cuối cùng đặt trước chuỗi đó làdương thì bộ phát thay thế (+ - + - + - - +) mà nó kết thúc là mẫu dương vàkết quả là có hai vi phạm ở vị trí đầu tiên và thứ 7 Máy thu sẽ tìm kiếm mẫunày và thay thế nó bằng 8 số 0 thay cho 8 số 1 mà nó sẽ giải mã khác Nếumẫu khác không cuối cùng là âm thì vị trí chuỗi lưỡng cực được gửi là B8ZS

Vi phạm thứ nhất phải xảy ra ở bit thứ nhất của chuỗi được thay thế, cho phépmáy thu nhận biết được vị trí điểm đầu chuỗi 8bit Mẫu thay thế cũng có tổngthành phần một chiều bằng 0

Ví dụ: Chuỗi mã hoá dưới đây đối với B8ZS

+ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - => + + - + - + - - + 0 0 –

Còn đối với B3ZS kiểu mẫu thay thế theo bảng 2.2:

Bảng 2.2: Kiểu mẫu thay thế cho B3ZS

00+ hoặc +0+ 00- hoặc + -0- 00+

 Mã HDB (hai cực mật độ cao): Mã hai cực mật độ cao HDB là

một mã hoá nối tiếp được Châu Âu sử dụng tương đương với T1 và T3,thường gọi là E1 và E3 HDBm mã hoá tương ứng với mã hoá B(m+1)ZS, chỉmột vi phạm đơn xảy ra trong vị trí m=1 cho mẫu chuyển đổi Các symbolcòn lại là số 0 ngoại trừ khả năng bit đầu tiên trong chuỗi chuyển đổi Bit đầutiên được đặt để tránh hai vi phạm không thể xảy ra và số chuyển đổi cực tínhgiữa các vi phạm liên tiếp là lẻ

 Mã hoá đường dây 4B3T: Mã khối 4B3T là mã tuần tự ba chiều

và phương pháp điều chế băng gốc chọn liên tiếp các vectơ ba chiều cho cảithiện và loại bỏ khoảng cách tối thiểu của thành phần DC Các hàm cơ bảnchứa DC vì vậy nói chung hàm sinc băng gốc giống 2B1Q hoặc PAM Có 16khả năng các vectơ symbol ba chiều tương đương với b=4 và N=3 và M =16

“3T” là đặt cho 3 symbol thứ 3 (3 mức này là +/–, hằng số và 0), tương đương

với 27 =33 giá trị của 3 symbol 3 mức liên tiếp Trong số 27 có 16 đượcchọn không chứa thành phần DC và sự tách biệt là lớn nhất Một bảng tóm tắtcác giá trị xuất hiện dưới đây và bộ mã hoá/ bộ điều chế có hai trạng thái(chạy tổng âm và tổng dương):

Bảng 2.3: Bảng mã 4B3T

Các bit đầu vào

Mức ba cực ra khi chạy tổng

0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

0 + + + 0 + + + 0 + + + + + - + - +

- + + + 0 0

0 + 0

0 0 + + 0 -

- + 0

0 - + + - 0

0 0

0 - 0

0 0 + 0 -

+ 0

0 - + + - 0

0 +

0 +

Số còn lại trong 11 giá trị có thể sử dụng cho báo hiệu Ba chiều của(băng tần được sử dụng) 4B3T lớn hơn hai chiều trong 2B1Q cần thiết chotruyền dẫn Tuy nhiên, các số 0 DC 4B3T cho phép máy thu đơn giản hơn.Xác xuất lỗi của symbol xấp xỉ bằng symbol gần nhất tới đường biên giới là:

e

Deutsche Telekom sử dụng phiên bản đặc biệt của mã 4B3T gọi làMMS43 cho truyền dẫn E3 (34.368Mbps) và E4 (139.264Mbps), nhưng nóđược sử dụng phổ biến nhất cho ISDN của Đức Mã MMS43 sử dụng các giá