Nghiên cứu công nghệ ADSL sử dụng phương thức điều chế DTM

Nghiên cứu công nghệ ADSL sử dụng phương thức điều chế DTM

Lời nói đầu

Đi cùng với sự phát triển của xã hội các nhu cầu về dịch vụ thông tin truyền sốliệu, truy cập Internet, các dịch vụ thơng mại, giải trí, các dịch vụ thông tin tốc độcao ngày càng trở thành một nhu cầu cấp bách cho các nhà cung cấp dịch vụ viễnthông Trớc đây các dịch vụ sử dụng đôi dây điện thoại thông thờng thì tốc độ cònrất hạn chế Nh vậy để cung cấp các dịch vụ tốc độ cao thì các môi trờng truyền dẫnkhác cần phải đợc lắp đặt nh cáp đồng trục, cáp quang … Việc đầu t Việc đầu t lắp đặt mớinày phải mất một khoảng thời gian dài với chi phí rất cao và độ rủi ro cho đầu t làrất cao

Đờng dây điện thoại, di sản phát minh của Graham Bell đợc đa vào sử dụngrộng rãi trên mạng điện thoại từ khi điện thoại đợc đa vào sử dụng trên thế giới Đôidây đồng này có thể chuyển tải lợng dữ liệu nhiều hơn ngoài các cuộc thoại Việc sửdụng đôi dây này chỉ để truyền tiếng nói thật sự mới chỉ khai thác đợc một phần khảnăng của cáp đồng, Công nghệ đờng dây thuê bao số DSL sẽ sử dụng đợc phần khảnăng còn lại của dây điện thoại mà không hề làm gián đoạn việc thực hiện các cuộcthoại

Kỹ thuật DSL ra đời đã tạo ra một bớc ngoặt mới cho việc sử dụng đờng dây

điện thoại Đờng dây thoại trớc đây chỉ dùng để truyền 1 kênh điện thoại băng tần từ

400 Hz đến 3400 Hz, thì giờ đây có thể truyền ở các băng tần lên tới hàng triệu Hz

Để truyền dẫn với tốc độ cao, băng tần sử dụng lớn thì cần phải có các bộ xử lý sốtốc độ cao tiên tiến Cùng với sự phát triển của công nghệ vi điện tử kỹ thuật DSL sẽ

đáp ứng đợc các yêu cầu về tốc độ cũng nh về chất lợng truyền dẫn

Với cơ sở hạ tầng sẵn có, công nghệ DSL đã cho phép đờng dây điện thoạitruyền tải các ứng dụng đa phơng tiện mà trớc đây chỉ có cáp quang mới thực hiện

đợc Đờng dây điện thoại bây giờ là một phơng tiện kinh tế nhất để truyền tải nhiềuloại hình dịch vụ viễn thông tới hàng triệu khách hàng Trong đồ án này sẽ giớithiệu về công nghệ DSL cùng với những ứng dụng của nó trong thực tiễn

Trong họ công nghệ xDSL thì ADSL với những u điểm của mình nh cho phép

sử dụng đôi dây điện thoại có sẵn để truyền tải những dịch vụ băng rộng nh Video,truyền hình, internet tốc độ cao … Việc đầu tmà không cần phải thay đổi cấu trúc mạng thoạithông thờng Công nghệ ADSL hiện nay đã đợc chuẩn hoá và sử dụng rộng rãi trênthế giới, ở Việt Nam hiện nay ADSL cũng đang đợc đa vào sử dụng cho nên chúng

ta đi vào nghiên cứu cụ thể công nghệ này và đặc biệt là công nghệ ADSL sử dụngphơng thức điều chế DTM ( Discrete MultiTone Modulation )

Đồ án này bao gồm 5 chơng :

Chơng 1 : Giới thiệu về công nghệ xDSL

Chơng 2 : Các loại DSL

Chơng 3 : Công nghệ ADSL sử dụng phơng pháp diều chế DMT

Chơng 4 : Triển khai ADSL trên mạng WAN

Chơng 5 : Triển khai ADSL ở Việt Nam của VDC

Trong quá trình thực hiện đề tài, em đã nhận đợc sự giúp đỡ tận tình của côgiáo hớng dẫn Nguyễn Thuý Anh, các giáo giáo viên trong khoa Điện Tử ViễnThông trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội, các cán bộ Viện KHKT Bu Điện Qua đây

em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô giáo cùng toàn thể các bạnnhững ngời đã giúp em hoàn thành đề tài này

Hà Nội, Ngày 10 tháng 5 năm 2003Sinh viên thực hiện : Đỗ Thành Chung

Chơng 1 : Giới thiệu về công nghệ xDSL

1.1 Nguyên tắc và ý tởng

Nhu cầu về các dịch vụ và thông tin tốc độ cao, độ tin cậy lớn đã có từ tr ớc

đây, nhng những nhu cầu này chỉ đợc đáp ứng đợc một phần rất nhỏ do các dịch vụ

sử dụng trên cáp đồng thông thờng rất hạn chế về tốc độ ( 64 Kb/s ) Cáp đồng làmột mạng có sẵn đầy tiềm năng nhng những tiềm năng này cha dợc khai thác docông nghệ trớc đây phát triển cha đủ mạnh Để cung cấp các dịch tốc độ cao yêucầu phải lắp đặt các môi trờng truyền dẫn mới nh : Cáp quang, cáp đồng trục … Việc đầu tViệclắp đặt đờng truyền dẫn mới cần phải mất một khoảng thời gian dài với một chi phílớn mà ít ngời có thể chấp nhận đợc

Để truyền dẫn với tốc độ cao, băng tần sử dụng lớn thì cần phải có các bộ xử lý

số tốc độ cao tiên tiến Ngày nay với sự phát triển của ngành công nghệ vi điện tửcác bộ vi xử lí tốc độ cao đợc sản xuất với giá thành rẻ đợc mọi ngời chấp nhận và

nó đáp ứng đợc các yêu cầu về tốc độ cũng nh về chất lợng truyền dẫn Đây là nềntảng cho công nghệ xDSL ra đời

Công nghệ xDSL đầu tiên xuất hiện là HDSL khái niện ban đầu về HDSL bắt

đàu từ năm 1986 trong phòng thí nghiệm của hãng Bellcore để thay thế cho luồngE1 và T1, tiếp đó hãng Bellcore nghiên cứu đến SDSL, ADSL và VDSL Kỹ thuậtDSL ra đời đã tạo ra một bớc ngoặt mới cho việc sử dụng đờng dây điện thoại Đờngdây thoại trớc đây chỉ dùng để truyền 1 kênh điện thoại băng tần từ 400 Hz đến

3400 Hz, thì giờ đây có thể truyền ở các băng tần lên tới hàng triệu Hz để cung cấpcác dịch vụ và thông tin tốc độ cao mà trớc đây chỉ có cáp quang mới thực hiện đợc.Theo thống kê không chính thức (1999) trên thế giới có hơn 750 triệu đờng dây điệnthoại thông thờng đây thật sự là một cơ sở hạ tầng đầy tiềm năng để ta có thể khaithác các dịch vụ xDSL

Trong họ xDSL thì ADSL đợc coi là công nghệ có triển vọng nhất hiện nay vì

nó hầu nh không yêu câù thay đổi đờng cáp đồng hiện có và không yêu cầu thiết bị

đầu cuối đắt tiền Kể từ năm 1989 khi khái niệm ban đầu về ADSL xuất hiện nó đãphát triển một cách nhanh chóng với tốc độ ngày càng tăng từ 1,5 Mb/s lên 8 Mb/

s ở đờng xuống, đờng lên lên tới 1.5 Mb/s (640 Kb/s đối với ADSL Lite) và giáthành ngày càng hạ Hiện nay công nghệ ADSL đã đợc chuẩn hoá bởi hầu hết các tổchức viễn thông trên thế giới và đợc các nhà sản xuất lớn sản xuất hàng loạt trên thịtrờng với giá thành thấp kích thớc vật lý và công suất tiêu hao nhỏ

Công nghệ xDSL nói chung và công nghệ ADSL nói riêng đã và đang nhận

đ-ợc sự hỗ trợ mạnh mẽ từ phía những nhà sản xuất phần cứng và phần mềm trên thếgiới

1.2 Tổng quan về công nghệ xDSL

Trớc khi đi vào giới thiệu cụ thể từng công nghệ DSL ta sẽ trình bày các vấn đềchung của toàn bộ công nghệ DSL nh môi trờng truyền dẫn đôi dây xoắn, phơngpháp tận dụng băng tần, và nâng cao hiệu suất sử dụng phổ tần, các chỉ tiêu và ứngdụng của các công nghệ xDSL

1.2.1 Đôi dây xoắn

Nh chúng ta đã biết công nghệ xDSL dựa trên nền tảng là mạng dây đồng cósẵn, Trong quá trình nâng cấp từ mang truy nhập cáp đồng lên mạng truy nhập sốchúng ta sẽ gặp một số khó khăn nhất định

Dịch vụ điện thoại xuất hiện vào năm 1877 khi Alexander Bell nối điện thoại

qua một đờng dây đơn (Ground return) lấy đất làm đờng về của mạch điện Phơng

pháp này tránh đợc chi phí cho dây thứ hai nhng truyền dẫn kém và không đủ tincậy khi thời tiết khô Những vấn đề này đợc giải quyết sau đó bằng cách sử dụng đôi

dây song song (metallic return) cách nhau vài cm phơng pháp này cung cấp đờng về của tín hiệu đáng tin cậy hơn Tuy nhiên hiện tợng xuyên âm (crosstalk) nhanh

chóng đợc phát hiện đó là hiện tợng tín hiệu từ một đôi dây gần nó bị lẫn vào trongquá trình giao tiếp Ngời ta phát hiện ra xuyên âm có thể giảm theo chu kỳ bằngcách thay đổi vị trí bên phải và bên trái của dây dẫn Bell đã phát minh ra đôi dây

xoắn (tiwsted pair) năm 1881 đó là đôi dây dẫn gồm hai dây riêng cách điện và đợc

xoắn với nhau Với bớc xoắn vừa đủ năng lợng điện từ trờng trên mỗi phần nhỏ củadây sẽ bị triệt tiêu bởi năng lợng bao quanh phần nhỏ dây tiếp theo Cáp điện thoạingày nay dợc thiết kế sao cho mật độ xoắn trên mỗi đôi dây là khác nhau để đảmbảo xuyên âm là tối thiểu Mặt khác đôi dây xoắn cũng có thể làm giảm bớt mộtchút suy hao tín hiệu điện vì diện cảm của dây xoắn có tác dụng bù diện dung củadây

Tuy nhiên đối với khoảng cách thuê bao lớn thì suy hao cũng rất lớn Đối vớicác mạch vòng dài quá 5,5 km (18 kft) thì suy hao tín hiệu ở tần số lớn hơn 1 KHzvợt quá mức cho phép làm cho truyền dẫn thoại không chấp nhận đợc Để giải quyếtvấn đề này các cuộn gia cảm (Loading coil) sẽ đợc thêm vào đờng dây nhằm tăng

điện cảm của dây để cân bằng với dung kháng của dây Giá trị điện cảm của cuộngia cảm đợc tính toán phù hợp với điện dung của đờng truyền, cuộn cảm có tácdụng nâng cao chất lợng của tín hiệu trong khoảng tần số truyền thống (0,3 tới 3,4KHz) đồng thời triệt tiêu hầu hết tín hiệu nằm ngoài khoảng này Đây là một khókhăn lớn cho việc mở rộng dải tần số sử dụng trên đờng dây đồng thông thờng và

đối với công nghệ xDSL thì cuộn gia cảm này không đợc sử dụng

Sau đây là hình minh họa suy giảm trên cáp đồng và tác dụng của cuộn giacảm

Trong công nghệ xDSL có nhiễu xuyên âm bởi vì mỗi dây trong cáp của đôi dây xoắn phát ra điện từ các trờng điện từ này tạo ra dòng điện chạy trong các đôi dây bên cạnh dẫn đến tín hiệu xuyên âm không mong muốn trên các đôi dây này Xuyên âm (crosstalk) là yếu tố chính hạn chế khả năng hoạt động của các hệ thống số sử dụng cùng băng tần số cho truyền dẫn thu và phát Có hai kiểu xuyên âm thờng gặp trong xDSL : Xuyên âm đầu gần ( NEXT-Near end crosstalk ) và xuyên âm đầu xa ( FEXT - Far end crosstalk ). Xuyên âm đầu gần NEXT là xuất hiện ở các bộ thu ở cùng đầu cáp với các bộ phát nhiễu ( từ bộ phát tới bộ thu đầu cuối gần ) Xuyên âm đầu xa FEXT là nhiễu gây ra bởi các đôi dây cho một đôi dây ở đầu bên kia của đờng truyền ( từ bộ phát tới bộ thu đầu xa ) NEXT ảnh hởng tới các hệ thống truyền trên cả hai hớng trong cùng một dải tần cùng một lúc và tại đầu gần, và nó luôn lớn hơn FEXT NEXT có thể tránh đợc nếu nh tín hiệu theo hai chiều đợc truyền trong những khoảng thời gian khác nhau hay ở những khoảng tần số khác nhau ( Đó là hai kỹ thuật song công phân chia tần số FDD và phân chia thời gian TDD mà ta sẽ xét kỹ hơn ở phần sau)

Ngoài ra đôi dây xoắn còn chịu nhiều loại nhiễu từ bên ngoài tác động vào nh : Nhiễu vô tuyến, nhiễu do các đờng dây điện, máy hàn, đèn neon … Việc đầu tCác nhiễu này

Suy hao ( dB/km )

Đ ờng dây không bù

Cuộn gia cảm H-88 Cuộn gia cảmD-66 Cuộn gia cảmB-44

0 1 2 3 4 5 (Km)

0,2

0,4

2

Hình 1.1 Suy hao dây đồng và tác dụng cuộn gia cảm

Thu đầu Gần

Phát Xuyên âm

Thu đầu

Xa

Hình 1.2 Minh hoạ xuyên âm

thờng không thể định trớc một cách rõ ràng nhng khi thiết kế lắp đặt chúng ta lạicần phải tính toán đến các loại nhiễu này

1.2.2 Các giải pháp công nghệ chung trong xDSL

Để nâng cao tốc độ và chất lợng truyền dẫn, các công nghệ xDSL phải áp dụngnhiều phơng thức khác nhau nhằm mở rộng băng tần sử dụng và tăng hiệu suất sửdụng băng tần Nh thay vì sử dụng dải tần truyền thống ( 0.3 - 4.3 KHz ) bằng cáchloại bỏ các cuộn gia cảm, đờng dây điện thoại có thể hoạt động với tần số hàngMHz Ngoài ra ngời ta còn đa ra các phơng thức thực hiện song công để sử dụngbăng tần một cách có hiệu quả, các phơng pháp điều chế sao cho phổ tín hiệu tơngthích với đờng truyền để giảm méo và nâng cao hiệu suất sử dụng phổ (Mỗi symbol

sẽ mang thông tin của nhiều Bits), các phơng pháp mã hoá để chống lỗi nâng caochất lợng truyền dẫn

1 Các phơng thức thực hiện song công

Hầu hết các dịch vụ DSL đòi hỏi song công trong việc truyền dữ liệu các

ph-ơng thức song công để tách biệt tín hiệu trên các hớng ngợc nhau Có 4 phph-ơng thứcthực hiện song công khác nhau : song công 4 dây, triệt tiếng vọng, song công phânchia tần số, song công phân chia theo thời gian Ba phơng pháp cuối cùng sử dụngtrên cùng một đôi dây xoắn cho cả hai hớng truyền dẫn Đối với mỗi trờng hợp cụthể thì chúng ta sẽ lự chọn phơng thức song công nào hoặc sử dụng kết hợp các ph-

ơng thức để phù hợp với hệ thống cần thiết kế

 Song công 4 dây

Sử dụng 2 đôi dây xoắn, mỗi đôi cho một hớng truyền Song công 4 dây còngọi là truyền dẫn “ đơn công đôi ”, bởi vì có hai kênh truyền dẫn đơn công ( một h-ớng ) Bất lợi của song công 4 dây là cần hai đôi dây xoắn thay vì một đôi nh cácphơng pháp song công khác

Nhng song công 4 dây là phơng pháp song công với chi phí ít nhất nếu cáp

đồng bổ sung là sẵn có Tuy nhiên cáp đòng bổ sung thờng là đắt, do vậy chi phítoàn bộ hệ thống là rất cao, mặc dù chi phí điện tử có thể ít hơn.Việc chi phí điện tử

để tiết kiệm cáp đồng là vấn đề chung thờng xảy ra trong kỹ thuật DSL

 Song công phân chia theo tần số

Luồng T1 hoặc E1

Luồng T1 hoặc E1

4 Dây

Hình 1.3 Song công bốn dây

Đối với những hệ thống thực hiện song công ghép kênh phân chia tần số FDD (

Frequency Division Duplex ) thì quá trình thu và phát ở nằm ở 2 dải tần số khác

đợc sử dụng một cách triệt để do băng tần thu phát nằm tách biệt do vậy ph ơng thứcsong công này thờng không dùng đơn lẻ trong hệ thống mà thờng đợc sử dụng kếthợp với những phơng thức khác

 Song công phân chia theo thời gian

Song công phân chia theo thời gian TDD ( Time Division Duplex ) là tại một

thời điểm chỉ truyền theo một hớng Việc điều khiển các đờng liên kết thờng đợcluân phiên tại các khoảng đều đặn giữa các hớng truyền Do quá trình phát và thunằm ở hai thời điểm hoàn toàn khác nhau nên TDD loại bỏ đ ợc nhiễu xuyên âm đầugần NEXT Nhng TDD gây ra tổn thất là làm lỡ thời gian truyền dẫn

Phơng thức song công triệt tiếng vọng EC ( Echo Canceller ) đây là dạng phổ

biến nhất của DSL hiện đại, kỹ thuật triệt tiếng vọng EC thì dải tần phát đ ợc đặttrong dải tần thu và phải dùng một bộ triệt tiếng vọng để phân tách đ ờng thu và đ-ờng phát Việc thực hiện song công ở cùng một băng tần số tại một thời điểm chonên băng tần đợc sử dụng một cách có hiệu quả bù, nhng phơng thức song công triệttiếng vọng thì các thiết bị lại rất phứ tạp và đắt tiền

là trong công nghệ xDSL là : 2B1Q, QAM, PAM, DMT

 Điều chế 2B1Q

Điều chế 2B1Q ( 2 Binary 1 Quartery ) đợc sử dụng nhiều trong công nghệxDSL trớc đây Đây là phơng pháp điều biên bốn mức, phơng pháp này chỉ sử dụngmột hàm cơ bản là:

( ) 1 sin ( )

T

t c T

Trong 2B1Q mỗi nhóm bit để mã hoá là b=2 bit cho nên sẽ có m=4 bản tin

t-ơng ứng sẽ có 4 symbol, mỗi symbol sẽ mang thông tin của 2 bit

Dới đây là mô hình điều chế và giải điều chế 2B1Q :

 Điều chế biên độ cầu phơng QAM Điều chế biên độ cầu phơng QAM ( Quadra Amplitude Modulation ) đây là phơng pháp điều chế hai chiều sử dụng một sóng dạng (sin) và một sóng dạng (cos) có cùng tần số để truyền dữ liệu Các bít sẽ đợc hợp nhóm tạo thành các bản tin để điều chế làm thay đổi biên độ và pha của sóng sin và sóng cos Mỗi nhóm bit sẽ t -ơng ứng với một sóng cos và sin có biên độ và pha cố định và khi sắp xếp trên mặt phẳng toạ độ cực ta đợc một mô hình điều chế

   

+3d/2 (10)

+d/2 (11)

- d/2 (01)

- 3d/2 (00)

Hình 1.8 Giản đồ mã hoá 2B1Q

Biên độ sóng sin

Biên độ Sóng cos

Hình 1.10 Mô hình mã hoá QAM_16

) ( sin

1 ) (

T

t c T

t 

T

t c T

t 

 Mã hoá

Phát hiện

&

Giải mã

Kênh

Hình 1.9 Sơ đồ điều chế và giải điều chế 2B1Q

   

   

   

QAM sử dụng hai hàm cơ bản để điều chế là : ) 2 cos( ) ( 2 ) ( 1 t fct T t     ; 2 ( ) 2 (t) sin( 2 fct) T t      Trong đó : (t) là hàm điều chế băng gốc nh dạng sin lồi hoặc cos lồi căn bình phơng

 Điều chế biên độ pha không sóng mang CAP

Điều chế biên độ pha không sóng mang CAP ( Carrierless Amplitude and

Phase Modulation ) Phơng pháp điều chế này tơng tự nh QAM nhng do lựa chọn

khôn ngoan hai hàm cơ bản không có thành phần một chiều DC

Sự khác biệt giữa CAP và QAM là phơng pháp thực hiện QAM thực hiện bằng cách tạo ra hai tín hiệu thành phần khi trộn nó với hai sóng mang dạng cos và sin sau đó kết hợp trong miền Analog để tạo nên tín hiệu QAM Còn việc thực hiện CAP thì không cần tạo ra hai sóng mang cos và sin mà ta tiến hành bằng cách cho chúng đi qua 1 cặp bộ lọc Hilbert có hai hàm đặc tuyến trực giao với nhau sau đó tổng hợp lại ta đợc tín hiệu đã điều chế CAP Ngày nay ngời ta thờng dùng các bộ lọc số thông dải, dùng 1 cặp có đặc tuyến biên độ bằng nhau nhng pha lệch nhau 900

(t)

(t)

Encoder

Cos(2f

ct)

-Sin(2f

ct)

x

m

x

m1

x

m2

x(t)

Hình 1.11 Sơ đồ điều chế QAM

( cặp Hilbert ), hai tín hiệu sau bộ lọc sẽ đợc đa vào bộ biến đổi DAC rồi qua một bộ

lọc nữa ta thu đợc tín hiệu đã điều chế

 Điều chế đa tần rời rạc DMT

Điều chế đa tần rời rạc DMT ( Discrete MultiTone Modulation ) là phơng pháp

điều chế đa sóng mang trong đó băng tần sử dụng đợc chia thành nhiều băng tần nhỏ mỗi băng tần sẽ đợc sử dụng để truyền dẫn một sóng mang điều chế các chuỗi bit tốc độ thấp DMT có mối quan hệ mật thiết với thuật toán biến đổi Fourier nhanh

FFT ( Fasr Fourier Transform ) Thuật toán mà DMT sử dụng để thực hiện điều chế

và giải điều chế Trên đây chỉ là những khái niệm cơ bản về DMT phơng pháp thực hiện cụ thể và những u điểm của phơng pháp này sẽ đợc nghiên cứu ở chơng sau Một biến thể của DMT là phơng pháp điều chế đa tần sóng rời rạc DMWT (

Discrete Multiwavelet MultiTone Modulation ) trong đó toán tử Fourier đợc thay thế

bằng toán tử sóng Kỹ thuật này đợc sử dụng trong công nghệ VDSL

3 Các phơng pháp mã hoá

Do môi trờng truyền dẫn thông tin của đôi dây đồng chịu ảnh hởng của nhiều nguồn nhiễu nh xét ở trên làm số liệu thu có thể bị lỗi nên cần đa thêm các bit phát hiện và sửa lỗi Nhợc điểm của việc đa thêm các bit là giảm dung lợng thực và gây trễ trong quá trình truyền số liệu Càng nhiều bit phát đi để phát hiện và sửa lỗi thì càng ít các bit mang thông tin Thời gian trễ thông thờng từ vài ms tới nhiều giây.Có hai phơng pháp cơ bản để phát hiện và sửa lỗi đợc sử dụng trong truyền dẫn DSL là mã khối và mã xoắn

Trong mã khối, luồng thông tin đợc chia thành các khối có độ dài bằng nhau

đ-ợc gọi là các khối bản tin, các bit d đđ-ợc bổ xung vào các khối theo một thuật toán nhất định phụ thuộc vào loại mã đợc sử dụng Mã khối có thể phát hiện và sửa một hay nhiều bit thông tin Mã xoắn đợc tạo ra bằng cách cho một chuỗi bit thông tin đi qua các tầng nhớ thờng là các thanh ghi dịch tuyến tính hạn chế trạng thái Điểm khác biệt cơ bản với mã khối là bộ lập mã phải có bộ nhớ để lu giữ thời điểm trớc

Ví dụ bộ mã hoá xoắn tốc độ 1/ 2 tạo ra 2 bit cho mỗi bit đầu vào Quan hệ giữa đầu

ra và đầu vào bộ mã hoá càng lớn, các bit d càng lớn thì chống lỗi càng tốt Ví dụ,

Sinh mã

Encoder

Lọc đồng pha

Lọcng ợc pha 90 0

x

m

x

m1

x

m2

Output

Hình 1.12 Sơ đồ diều chế CAP

bộ mã hoá xoắn tốc độ 1/ 4 có khả năng chống lỗi tốt hơn bộ mã xoắn tốc độ 1/ 2.Tuy nhiên, bộ mã xoắn 1/ 4 tạo ra 4 bit cho mỗi bit đầu vào của số liệu ng ời sử dụngnên nếu dung lợng kênh truyền là 40 kbit/s thì ngời sử dụng chỉ gửi số liệu với tốc

độ 10 kbit/s Do đó phát hiện và sửa lỗi làm giảm dung lợng hệ thống

Những kiểu phát hiện và sửa lỗi khác nhau đợc sử dụng trong hệ thống xDSLtuỳ thuộc loại dịch vụ của khách hàng Ví dụ lỗi xảy ra trong các dịch vụ truyềnthoại số hoặc truyền hình quảng bá có thể chấp nhận đợc nhng không chấp nhận lỗikhi truyền tải các file chơng trình phần mềm Do vậy, khách hàng có thể sẵn sàngchấp nhận tốc độ lỗi cao hơn trong các ứng dụng truyền thông gần thời gian thực để

có băng thông cao hơn Để thoả hiệp giữa thời gian trễ và hao phí băng thông, hầuhết các kỹ thuật xDSL đều đa ra ít nhất hai loại kênh truyền thông nhanh và chậm.Các kênh nhanh thờng tránh lỗi ít nhng truyền tải các bản tin có trễ ngắn Các kênhchậm có thể chống lỗi tốt nhng trễ vài giây

Kết quả của những công cuộc nghiên cứu đa vào sử dụng toàn bộ băng thôngcủa đờng dây đồng gồm cả dải tần số phía trên dải tần số thoại cùng những tiến bộ

kỹ thuật của giải pháp xDSL đã tận dụng đợc các mạch vòng cáp đồng có mặt ởkhắp nơi trên thế giới Với tốc độ truyền dữ liệu hàng chục Mbit/s, những modemxDSL sẽ thay thế toàn bộ các modem tơng tự cũ để cung cấp các dịch vụ truyền dữliệu chất lợng cao trong tơng lai

Chơng 2 : các công nghệ DSL

2.1 Công nghệ HDSL / HDSL2

2.1.1 Sự hình thành và phát triển

Khái niệm về HDSL ( High bit rate Digital Subcriber Line ) xuất hiện vào năm

1986, đợc nghiên cứu ở phòng thí nghiệm, nó là giải pháp để thay thế cho các đ ờng truyền T1 ở Mỹ Thiết bị HDSL đầu tiên đợc đa vào hoạt động năm 1992 ở Mỹ Tháng 10 năm 1998, ITU thông qua khuyến nghị G991.1 cho HDSL thế hệ thứ nhất ITU bắt đầu nghiên cứu xây dựng khuyến nghị thế hệ 2 (HDSL2) gọi là G991.2

Sự cần thiết của HDSL: Khi mà luồng E1 (ở Châu Âu) và luồng T1 (ở Bắc Mỹ) không chỉ sử dụng để nối liên đài mà còn đợc dùng để nối từ trung tâm chuyển mạch đến khách hàng cho các dịch vụ khác(ngoài thoại).Hệ thống truyền dẫn E1/T1

nh thế thì giá thành rất đắt, và việc lắp đặt, bảo dỡng rất khó Vì vậy ngời ta cần phải tìm một hệ truyền dẫn tiện lợi và rẻ tiền hơn và HDSL ra đời

2.1.2 Mô hình hệ thống HDSL

2.1.3 Kỹ thuật cơ bản Các nhà sản xuất và cung cấp dịch cụ HDSL thờng sử dụng phơng pháp điều chế 2B1Q có mạch hỗn hợp triệt tiếng vọng cho hầu hết các hệ thống HDSL trên thế giới Một số nớc ở Châu Âu sử dụng hệ thống đa tần rời rạc DMT, và AM/PM không sóng mạng (CAP) Việc thực hiện truyền dẫn song công trong hệ thống HDSL có thể thực hiện theo một số giải pháp sau: I N T E R F A C E I N T E R F A C E M A P P I N G C O M M O N HDSL M

A P

P I N G

C O M M O N HDSL

HDSL

HDSL

HDSL HDSL

1 Đôi

chọn

2BQ1

HDSL lõi

Hình 1.13 Mô hình hệ thống HDSL

+ Song công đơn : Chỉ dùng một đôi dây và một cặp thiết bị thu phát ở mỗi đầu của đờng dây Hai hớng có thể tách biệt bằng ghép kênh theo tần số (FDM) hoặc có mạch hỗn hợp triệt tiếng vang (giải pháp này cho HDSL thế hệ 2)

+ Song công đôi : Dùng hai dây đôi, mỗi đôi thì truyền toàn bộ tải theo một h-ớng (giải pháp này thực hiện đơn giản nhng có nhợc điểm là truyền tín hiệu có băng tần lớn cho nên suy hao lớn và xuyên âm ở tần số cao

+ Song công kép : Truyền dẫn song công kép cải tiến độ dài mạch vòng và độ tơng thích phổ bằng cách gửi nửa thông tin trên mỗi dây, mặt khác phơng pháp này lại truyền tín hiệu bằng cách sử dụng mạch hỗn hợp triệt tiếng vọng (EC) Do đó băng tần của tín hiệu giảm và suy hao cùng với xuyên âm cũng giảm Một u điểm khác của song công kép là nếu sử dụng một đôi dây thì cung cấp hệ thống truyền dẫn nửa tốc độ

Công nghệ HDSL dùng mã điều chế Trellis truyền thống kết hợp với tiền mã hoá cân bằng kênh Tiền mã hoá cân bằng kênh có chức năng gần giống nh bộ lọc nối tiếp của bộ cân bằng nối tiếp sử dụng trong HDSL Dữ liệu trong tiền mã hoá có

0 30 200 230 f (KHz)

Đ ờng lên Đ ờng xuống

Hình 1.14 Song công phân chia tần số trong HDSL

Băng tần dùng Cho cả đ ờng lên và

Xuống

0 30 200 230 f(KHz)

Hình 1.15 Song công triệt tiếng vọng trong HDSL

chiều rộng từ 12 đến 16 bit Điều này làm tăng độ phức tạp của bộ triệt tiếng vọngtheo một cách tơng tự.

2.1.4 Khả năng và ứng dụng

HDSL là đờng dây thuê bao số tốc độ cao và đối xứng nó có thể truyền dẫnsong công các luồng 1,544 Mbit/s (T1) và 2,048 Mbit/s (E1) theo cả hai hớng trên đ-ờng dây điện thoại dài đến 3,7 km với dây là 24AwG (là dây có đờng kính = 1/24inch = 0,5 mm) mà không cần bộ lặp trung gian Nhng khi cần truyền đi xa thì vẫn

có thể dùng các bộ lặp trung gian Hiện nay thì hơn 95% đờng dây HDSL không có

bộ lặp

Ban đầu HDSL đợc phát triển ở Mỹ và sử dụng 2 cặp dây đồng cho tốc độ T1với các chip xử lý tốc độ song công 786 Kbit/s (786 Kbit/s tải hiệu dụng ngoài racòn có16 Kbit/s là phần mào đầu dùng để đóng khung và các thông tin khai tháctrên mỗi hớng) cho mỗi chiều Do vậy để cung cấp tốc độ E1 và tận dụng cùng chip

xử lý đó thì đờng truyền E1 yêu cầu phải dùng 3 cặp dây đồng Ngày nay các chipmới dành riêng cho tốc độ E1 đã ra đời cho phép truyền dữ liệu trên 2 cặp dây đồng

Đờng dây thuê bao riêng cấp 1 (1,544 M hoặc 2,048 M) từ ngời sử dụng đếnmạng thờng dùng các ứng dụng HDSL nhiều nhất HDSL là phơng tiện chủ yếu đểnối tổng đài cơ quan (PBX) và thiết bị dữ liệu gói hoặc ATM tới mạng công cộng.HDSL cũng dùng để nối các trạm vô tuyến trên mặt đất hoặc nối các trạm DLC

(Digital Loop Carrier) tới Trung tâm chuyển mạch CO (Centre office) Mặc dù với

những u điểm của mình nh giá thiết bị thấp, giá thành bảo dỡng thấp, độ tin cậy cao,các khả năng chuẩn đoán lỗi cải tiến nhng HDSL vẫn không thể thay thế đợc đờngdây T1/E1 truyền thống do các đờng dây T1/E1 là có sẵn còn các đờng dây HDSL thìphải lắp đặt mới với giá thành khá cao Bởi vậy HDSL chỉ đợc sử dụng ở những

điểm lắp đặt mới và đợc sử dụng chủ yếu bởi các nhà khai thác nội hạt Trong một

số trờng hợp ngời ta dùng để nối các đờng tốc độ cao giữa các toà nhà trong mộtkhu trờng hay công sở

Phiên bản đầu của HDSL truyền dẫn luồng T1 dùng hai đôi dây và luồng E1

dùng ba đôi dây cho nên khá tốn kém Tiêu chuẩn cho công nghệ HDSL thế hệ 2xuất hiện vào năm 1995 có tốc độ bit và độ dài mạch vòng giống nh nh HDSL thế

hệ thứ nhất những chỉ sử dụng duy nhất một đôi dây HDSL2 có kỹ thuật mã hoácao và điều chế phức tạp hơn cũng nh việc lựa chọn kỹ tần số thu và phát để chốnglại xuyên âm

Các phiên bản mới của HDSL mợn nhiều ý tởng của ADSL, HDSL 2 đã đợcthiết kế “tơng thích phổ” với một số đờng truyền tốc độ cao khác Tuy nhiên tốc độ(theo chuẩn ANSI) là cố định cho nên ITU đã cải thiện vấn đề này trong chuẩn mới.Mới đây nhất là phiên bản SHDSL (tiêu chuẩn của ITU) Nó thuộc dạng MSDSL vớikhả năng cung cấp tốc độ khác nhau từ 192 Kbit/s; 256 Kbit/s; 384 Kbit/s; 1,536Kbit/s; 2,048 Mbit/s; 2,032 Mbit/s Và tính chất thay đổi tốc độ là hoàn toàn tự

động

2.2 Công nghệ ADSL

2.2.1 Sự hình thành và phát triển

Khái niệm ban đầu về ADSL xuất hiện vào năm 1989 và đợc nghiên cứu trongcác phòng thí nghiệm, mẫu ADSL đầu tiên ra đời vào năm 1992 tại phòng thínghiệm Bellcore, sản phẩm đầu tiên đợc thử nghiệm vào năm 1995 Ban đầu thìADSL đợc nghiên cứu ở tốc độ 1,5 Mbps đờng xuống và 16 Kbps đờng lên ứngdụng cho hội thảo video, đây là phiên bản đầu tiên của ADSL ADSL xuất hiệnngoài việc thực hiện đợc các dịch vụ viễn thông cũ (thoại , fax … Việc đầu t) và các dịch vụcủa ISDN, HDSL ADSL còn nhanh chóng đợc áp dụng cho các dịch vụ viễn thông

có yêu cầu bất đối xứng đòi hỏi tốc độ xuống cao nh Internet và bất kể dịch truyền

số liệu bất đối xứng nào (mà đa phần các dịch vụ viễn thông đều xem tải xuốngnhiều hơn là tải lên)

Tháng 10 năm 1998, ITU đã đa ra khuyến nghị G992.1 cho ADSL theo khuyếnnghị này thì ADSL có thể truyền các dịch vụ bất đối xứng trên một đôi dây xoắntối đa nh sau:

nh độ dài mạch vòng, đồng thời cũng xảy ra hiện tợng ADSL nhiễu sang tín hiệuthoại gây nên tiếng rít khi nghe Nhng khắc phục nhợc điểm này hết sức đơn giản tachỉ việc thêm các bộ lọc thông thấp cho mỗi điện thoại (thực hiện đơn giản, rẻ tiền).ITU đã đa ra khuyến nghị G992.2 cho ADSL lite:

_ Đờng xuống tối đa 1,5 Mbps _ Đờng lên tối đa 512 Kbps RADSL (Rate Adaptive ADSL) là một dạng khác của ADSL nó có khả năngcung cấp các tốc độ khá nhau tuỳ thuộc vào chất lợng của đờng dây hay nhu cầu củakhách hàng

ADSL có khả năng truyền đợc tốc độ cao hơn 10Mbps hớng phát và hơn 1,5Mbps hóng thu Nhng hớng di này bị dừng lại do có sự xuất hiện của công nghệVDSL Hiện nay nhời ta tập trung vào cải thiện phạm vi của mạch vòng thuê bao ởcác tốc độ gần 1 Mbps nh: giá thành thấp, tiêu thụ năng lợng thấp và giảm xuyên

âm Các hệ thống ADSL đang đợc phát triển để truyền đa mạch thoại số ngoài việctruyền dữ liệu tốc độ lớn

2.2.2 Mô hình hệ thống ADSL

AUT-C : Khối truyền dẫn ADSL phía tổng đài

AUT-R : Khối truyền dẫn ADSL phía thuê bao

Splitter : Bộ chia làm nhiệm vụ phân tách thoại và số liệu Nó bao gồm bộ lọc thông thấp LPF và bộ lọc thông cao HPF

Mạng băng rộng : là hệ thống chuyển mạch với tốc độ trên tốc độ luồng T1/E1

Mạng băng hẹp : là hệ thống chuyển mạch với tốc độ dới tốc độ luồng T1/E1

nh trong QAM Khó khăn chủ yếu của kỹ thuật CAP dùng trong ADSL là khắc phụccan nhiễu xuyên âm đầu gần đối với tín hiệu Nhng chúng ta có thể khắc phục bằngcách sử dụng bộ triệt tiêu xuyên âm đầu gần (hoặc bộ cân bằng xuyên âm đầu gần)

để giải quyết vấn đề này Cho đến nay thì vẫn cha có chuẩn hoá cho hệ thống dùngCAP, nhng một vài nhà sản xuất đã sử dụng theo cách thức phù hợp

Nguyên lý chủ yếu của kỹ thuật điều chế DMT là phân chia dải tần truyền dẫnthành nhiều kênh nhỏ DMT sẽ làm tăng khả năng của modem nhờ điều chế mỗikênh con một số bit khác nhau thờng thì phần băng thấp mang nhiều bit hơn Mỗi

ATU-R

Splitter R

HF T LFT ATU-C

Splitter C

HF T

Hoặc Modem

T ơng tự

U-C 2 U-R 2 V-C

U-C U-R

Mạch Vòng

kênh con sẽ tơng ứng với một sóng mang riêng dùng để điều chế các bít, hệ thống

đa sóng mang sử dụng biến đổi FFT để tạo và giải điều chế cho từng sóng mang.Các modem DMT đợc chế tạo phức tạp và đòi hỏi năng lực xử lý của DSP (DSP làmột con vi xử lý chuyên dụng) khá cao Bù lại DMT có thể hạn chế đợc các loại

nhiễu xuyên âm, nhiễu kí tự liền kề ISI (InterSymbol Iterference), nhiễu liền kênh ICI (InterChannel Iterfrence), tín hiệu radio AM và HAM ảnh hởng đến tín hiệu

truyền trên dây do DTM sử dụng các phần phổ có suy hao và nhiễu nhỏ

ADSL sử dụng hai kỹ thuật truyền song công là Triệt tiếng vọng EC (EchoCanceller) và phơng pháp ghép kênh phân chia tần số FDM Trong đó mỗi phơngthức có những u nhợc điểm riêng, bởi vậy xu hớng hiện nay là các nhà sản xuất sửdụng kết hợp cả hai phơng thức trên

_ Phơng thức FDM trong công nghệ ADSL:

Đối với hệ thống ADSL sử dụng kỹ thuật FDM thì quá trình thu và phát ở nằm

ở 2 dải tần số khác nhau do đó tránh đợc tự xuyên âm ở đầu gần (self NEXT) nhngvẫn phải tính đến nhiễu xuyên âm ở đầu xa (FEXT) Ngoài ra phải có dải tần bảo vệ

đủ lớn đẻ giúp cho các bộ lọc có thể lọc đợc tạp âm từ POST can nhiễu vào truyềndẫn số

Phơng thức này có u điểm là hệ thống đơn giản nhờ đó mà giá thành cũng rẻ,

do không có tự xuyên âm ở đầu gần nên làm việc ở hớng phát lên tốt hơn nhiều sovới triệt tiếng vọng EC Nhng phơng thức FDM lại có nhợc điểm là tần số không đ-

ợc sử dụng một cách triệt để do băng tần thu phát nằm tách biệt ngoài ra cần có dảibảo vệ Hay với cùng một tốc độ truyền dẫn thì hệ thống FDM ADSL phải dùng mộtbăng tần lớn hơn EC ADSL, do sử dụng băng tần lớn hơn cho nên tơng ứng vớimạch vòng ngắn hơn

Đối với hệ thống ADSL sử dụng kỹ thuật triệt tiếng vọng EC thì dải tần phát đ-ợc đặt trong dải tần thu và phải dùng một bộ triệt tiếng vọng để phân tách đờng thu và đờng phát Trong phơng thức này thì dải tần bảo vệ giữa số liệu và thoại vẫn tồn tại nhng có sự chồng tần (dải phát nằm trong dải thu) cho nên tổng băng tần có thể giảm do đó có thể truyền xa hơn Tuy nhiên trong phơng thức triệt tiếng vọng EC thì khó có thể tránh đợc tự xuyên âm (self NEXT) bởi vậy để hạn chế xuyên âm thì khi thực hiện cần có xử lý số phức tạp hơn do đó giá thiết bị cao hơn so với FDM ADSL

Bởi vậy trên thực tế hiện nay, các giải pháp trung gian kết hợp giữa FDM và

EC đợc sử dụng để nâng cao hiệu suất sử dụng tần số và đạt đợc chất lợng tốt hơn Mã hoá nhằm mục đích nâng cao chất lợng truyền dẫn cũng nh bảo mật thông tin Số liệu sau khi đợc đóng khung sẽ đợc gắn thêm mã kiểm tra lỗi vòng d CRC sau đó sẽ đợc ngẫu nhiên hoá tiếp đến đa vào mã hoá Reed Solomon, mã hoá xen

và mã hoá TCM (Trellis Code Modulation: Điều chế và mã hoá kết hợp) rồi mới đa vào FFT để điều chế DMT

Hiện nay DMT ADSL đã đợc chuẩn hoá bởi ANSI, ETSI, ITU

2.2.4 Khả năng và ứng dụng

Công nghệ ADSL có khả năng truyền số liệu bất đối xứng trên 1 đôi dây thoại,

đồng thời nó cũng hỗ trợ đợc cho các dịch vụ viễn thông cũ (POTS) Do tính chất bất đối xứng tốc độ và dải tần phát bé hơn nhiều so với phía thu làm cho nhiễu xuyên âm đầu gần giảm ,việc áp dụng ADSL để cung cấp các dịch vụ sẽ cho ta những lợi ích sau:

1.Do có hỗ trợ cho các dịch vụ viễn thông cũ POTS, cho nên chúng ta có thể vừa sử dụng Internet tốc độ vừa sử dụng viễn thông cũ nh thoại chẳng hạn (Thoại ở băng tần 0-4 KHz , ADSL ở băng tần 30-1104 KHz) Dịch vụ ADSL không yêu cầu thay đổi cấu trúc mạng thoại thông thờng nh trong mạng ISDN, không yêu cầu đầu

t mới, mở rộng ngoại vi và giảm đáng kể đầu t ban đầu

2.ADSL cung cấp khả năng sử dụng các dịch vụ mới có yêu cầu truyền bất đối xứng, dịch vụ thời gian thực cũng nh dịch vụ Video chất lợng cao tơng đơng với truyền hình quảng bá nh: Hội thảo truyền hình, Giáo dục từ xa, Video theo yêu cầu

3.ADSL có thể cung cấp các dịch vụ có tốc độ thay đổi tuỳ theo chất lợng ờng truyền hay yêu cầu cuả dịch vụ.

đ-4.Tốc độ truyền dẫn cao hơn 140 lần so với modem tơng tự V90 (56Kbps) Do

đó thời gian kết nối Internet cũng rất nhanh

5.ADSL cung cấp cho chúng ta một đờng kết nối riêng (Không có trờng hợp ờng dây bị bận) với tốc độ cao đáng tin cậy và bảo mật cao (đờng dây đợc sử dụngduy nhất cho một thuê bao cho nên đảm bảo đợc tính bảo mật của thông tin) Tốc độtruyền không bị thay đổi khi có thêm thuê bao truy nhập vào mạng

đ-6.ADSL rất thích hợp cho việc truyền tải thông tin ATM

Với những u điểm của mình (cung cấp đờng truyền tốc độ cao, đáng tin cậy,chỉ sử dụng một đôi dây thoại , không thay đổi cấu trúc mạng thoại thông thờng,cũng nh yêu cầu đầu t mới là thấp) ADSL hiện nay là công nghệ đờng dây thuê bao

số có đợc những ứng dụng quan trọng nhất, cũng nh đợc triển khai rộng rãi nhấttrong nhiều lĩnh vực trên thế giới trong các công nghệ về đờng dây thuê bao sốDSL

2.3 Công nghệ VDSL

2.3.1 Sự hình thành và phát triển

Khái niệm ban đầu về VDSL đợc thảo luận trong các uỷ ban tiêu chuẩn vàocuối năm 1994 VDSL là đờng dây thuê bao số tốc độ rất cao truyền trên 1 đôi dâythoại, VDSL là sự mở rộng của công nghệ ADSL nhng tốc độ thì cao hơn nhiều lần

Nó có thể đạt tới tốc độ 52 Mbps ở đờng lên và 13 Mbps ở đờng xuống Sở dĩVDSL đạt đợc tốc độ này là do nó sử dụng băng tần rộng hơn ADSL VDSL pháttriển dựa trên cơ sở ADSL nên cũng giống nh ADSL VDSL sử dụng băng tần riêngbiệt với băng tần cơ bản cho nên nó có thể hỗ trợ cho các dịch vụ viễn thông cũPOTS (thoại, fax… Việc đầu t)

Do truyền ở tốc độ cao, băng tần sử dụng lớn cho nên suy hao sẽ lớn bởi vậy

cự ly truyền dẫn sẽ bị giảm rất nhiều bởi vậy ngời ta thờng phải dùng kết hợp vớicáp quang để nâng cao cự ly truyền dẫn Để có thể sử dụng kết hợp đợc cáp quangngời ta sử dụng các đơn vị mạng quang ONU (Optical Network Unit ), cáp quang đ-

ợc nối từ trung tâm chuyển mạch CO tới ONU, thông thờng ONU đợc đặt cách nhàthuê bao dới 1 Km (Có rất ít mạch vòng VDSL nối trực tiếp với CO) Truyền dẫnVDSL trên đôi dây xoắn đợc sử dụng cho vài nghìn fít cuối cùng gắn từ thuê bao tới

CO, khoảng cách tối đa này phụ thuộc vào tốc độ truyền dẫn.VDSL có thể cung cấpcho các dịch vụ yêu cầu truyền đối xứng cũng nh bất đối xứng một cách hiệu quả Cho đến hiện nay thì VDSL vẫn cha đợc chuẩn hoá, nhiều vấn đề kỹ thuật vẫncòn trong giai đoạn tranh cãi và nghiên cứu Và giá cả modem VDSL hiện nay trênthị trờng vẫn còn rất đắt

2.3.2 Mô hình hệ thống

_ Mô hình VDSL dùng hub thụ động

SLC (simple line Code): Mã đờng đơn giản, nó là dạng báo hiệu băng tần gốc

có 4 mức SLC lọc băng tần cơ bản và lấy lại nó ở đầu thu Đối với cấu hình NT thụ

r

PSTN

VDSL Splitter

VDSL VDSL

Thoai or modem

Thoai or modem

Hub Tich Cuc

Mạch vòng

POST

Hình 1.20 Mô hình mạng VDSL dùng Hub tích cực

động mã SLC chủ yếu đợc dùng với kỹ thuật ghép kênh TDM ở phía ngợc từ thuêbao đến tổng đài

_Phơng pháp điều chế đa sóng mang:

DMT: Phơng pháp này đã đợc sử dụng trong kỹ thuật ADSL Nhng với dải tầnlớn hơn, hệ thống DTM có thể hoạt động với tốc độ cố định hoặc biến đổi Tuynhiên DTM lại chịu ảnh hởng về sự cách ly tối u các kênh

Do sử dụng biến đổi Fourier nên phổ tín hiệu của DMT có chứa thêm các hài

tự tạo thành (DMWT sẽ giải quyết đợc vấn đề này) Các cấu hình NT thụ động sửdụng cơ chế điều chế DTM nên sử dụng phơng pháp ghép kênh FDM cho chuỗi bit

từ phía thuê bao đến tổng đài

Phơng pháp này dựa trên cùng một ý tởng với phơng pháp DTM, có nghĩa làchia băng tần thành các kênh nhỏ để sử dụng các thành phần phổ không bị nhiễu

ảnh hởng.Trong khi DTM sử dụng biến đổi Fourier nhanh để mã hoá bit trong cáckênh nhỏ thì phơng pháp DMWT sử dụng biến đổi sóng Điều này giúp cho DMWTtránh đợc các hài có công suất lớn không chứa thông tin trong phổ tín hiệu Ph ơngpháp DWMT chỉ tạ ra các hài có công suất nhỏ và vì vậy dễ dàng phát hiện ở đầuthu, SNR của DMWT có thể đạt cỡ 43 dB trong khi DMT là 13 dB DMWT cũng sửdụng ghép kênh FDM trong chuỗi bit từ phía thuê bao đến tổng đài nh DMT

VDSL truyền dẫn song công kết hợp cả hai kỹ thuật song công phân chia tần

số FDD và song công phân chia thời gian TDD Cả hai kỹ thuật này đều hết sứcquen thuộc với chúng ta

ơng thức này rất phù hợp để cung cấp dịch vụ tốc độ cao từ phía tổng đài đến thuêbao ứng dụng đối xứng của VDSL có thể cung cấp tốc độ 2 chiều lên tới 26 Mbps Ngoài việc có khả năng cung cấp tốc độ cao hơn nhiều so với tốc độ truyền dẫncủa kỹ thuật ADSL kỹ thuật VDSL còn yêu cầu khoảng động nhỏ hơn kỹ thuậtADSL nên kỹ thuật truyền dẫn VDSL không phức tạp bằng kỹ thuật ADSL Mặc dù

có nhiều u điểm nh vậy nhng kỹ thuật VDSL vẫn cha đợc sử dụng rộng rãi đó là chalựa chọn đợc cơ chế điều chế, băng tần, phơng pháp ghép kênh thích hợp Hơn nữahiện nay Modem VDSL vẫn còn rất đắt Nhng đây sẽ là kỹ thuật quan trọng để ứngdụng trong tơng lai khi mà có những dịch vụ yêu cầu tốc độ cao nhng không có cápquang dẫn đến nhà

VDSL đợc ứng dụng nh một phần của mạng đa dịch vụ, dự kiến sẽ thiết kế để

hỗ trợ đồng thời tất cả các ứng dụng (Thoại, dữ liệu, Video… Việc đầu t) và cũng nh các kỹthuật xDSL khác kỹ thuật VDSL đợc sử dụng để cung cấp các dịch vụ số liệu yêucầu băng thông rộng cho các thuê bao dân c và kinh doanh trong lúc cha lắp đặt đợcmạng cáp quang đến tận nhà thuê bao:

 Các kênh Tivi

 Truy nhập dữ liệu với tốc độ cao

 Hội nghị Video

 Truyền hình có độ nét cao ( HDTV )

 Truyền tổ hợp dữ liệu và tín hiệu video trên cùng một đờng dây

 Truy nhập Internet tốc độ cao

 Các ứng dụng trên máy tính tiên tiến

Tiêu chuẩn kỹ thuật dạng DAVIC VDSL sử dụng điều chế biên độ pha khôngsóng mang (CAP) cho tốc độ 13; 25.92; và 51 Mbps ở phía thu và 1.6 Mbps ở phíaphát qua đôi dây xoắn Tiêu chuẩn DAVIC VDSL dựa trên cấu trúc NT thụ động,cho phép nối nhiều bộ thu phát ở đầu cuối đờng dây thuê bao Trên thực tế cấu trúc

NT thụ động yêu cầu ONU đặt gần hơn 100 mét từ các đơn vị VDSL của thuê bao

 Ưu nhu nhợc điểm của công nghệ DSL

Các công nghệ DSL tận dụng đờng dây đồng có sẵn giảm chi phí đầu t mạng

l-ới ban đầu Nhà cung cấp dịch vụ tiến hành khi thuê bao yêu cầu dịch vụ mà chỉ cầnmột khoảng đầu t nhất định cho phần trung tâm mà thôi

Công nghệ này không yêu cầu thay đổi phần mềm của các thiết bị chuyểnmạch, làm giảm bớt chi phí nâng cấp mạch trung tâm Một số công nghệ(ADSL ,VDSL) có khả năng giao tiếp với một loạt các thiết bị ở phía thuê bao CPE

(Customer s Premise Equiment’s Premise Equiment ) khác nhau nhằm cung cấp dịch vụ một cách linhhoạt

ADSL và VDSL có khả năng tơng thích với ATM Đây là nhân tố đảm bảo lâudài cho các công nghệ này

Nhợc điểm của công nghệ xDSL là tính quảng bá thấp, khả năng di động

Khoảng cách

ISDN –

DSL

ANSI T1 219-1991

3017

DTR/DM-1,544Mbit/s(up+down)

T1/E1 LAN, Internet

ADSL

Internet , VoD, Video quảng bá, LAN , đa phơng tiện

4km

DMT-ADSL

ANSI T1 413-1995

6,144Mbit/s (down)

Internet, VoD, Video quảng bá, LAN , đa phơng tiện

4km

32kbit/s-1,5Mbit/s (up) 1

Internet, VoD, Video quảng bá, LAN , đa phơng tiện

Phụ thuộc tốc độ

nghiên cứu

2,96 Mbit/s 25,92Mbit/s 51,84 Mbit/s 2Mbit/s –20Mbit/s

2

Internet, VoD, Video quảng bá, LAN , đa phơng tiện

1,5km 1km 0,3km

Chơng 3 : công nghệ DMT ADSL

3.1 Điều chế đa tần rời rạc dmt

3.1.1 Giới thiệu về điều chế đa tải tin

Điều chế đa tải tin là phơng pháp sử dụng nhiều sóng mang ở các tần số khácnhau để điều chế những dòng bit tốc độ thấp rồi truyền đi đồng thời để có đợc mộtdòng bit tốc độ cao Theo phơng pháp này thì băng tần truyền dẫn đợc chia thànhcác băng con hẹp hơn có quan hệ với nhau và hầu nh không bị ảnh hởng bởi nhiễu.Nhiễu ở mỗi tần số khác nhau là khác nhau cho nên các kênh có chất lợng tốt hơn sẽtruyền tải nhiều thông tin hơn các kênh có chất lợng kém

Điều chế đa tải tin đợc sử dụng để chống lại nhiễu kênh (Channel distortion),

tăng hiệu quả về mật độ phổ công suất, tăng tốc độ truyền tin

Do mỗi kênh con chỉ truyền dẫn một luồng số tốc độ thấp nên sẽ tránh đợc

hiện tợng nhiễu do giao thoa giữa các ký hiệu liền kề ISI ( Intersymbol Iterference )

một cách hiệu quả Và có thể loại hoàn toàn ISI bằng cách sử dụng khoảng thời gianbảo vệ giữa các kí hiệu liên tiếp

Điều chế đa tải tin còn làm giảm độ phức tạp của của quá trình cân bằng kênhkhi tăng số lợng các kênh phụ Bởi vì khi tăng số lợng kênh phụ thì băng tần củamỗi kênh sẽ hẹp đi và nhiễu trong mỗi kênh sẽ nhỏ đi cho nên quá trình cân bằng sẽ

đơn giản hơn rất nhiều so với hệ thống đều chế đơn tải tin (một sóng mang)

Phổ của tín hiệu đa tải tin có thể phân bố mềm dẻo để chống lại nhiễu vô tuyến

RFI ( Radio Frequency Interference ), RFI tránh đợc bằng cách không sử dụng các

kênh phụ trong dải tần của RFI

3.1.2 Mô hình hệ thống

1 Nguyên tắc thực hiện

Để thực hiện việc điều chế đa tải tin, ta sử dụng các tải tin có các tần số fi ( i =0N-1) Nh vậy, có thể xem quá trình điều chế đa tải tin nh quá trình điều chế Nkênh độc lập Mỗi kênh làm việc ở cùng một tốc độ lấy mẫu 1/T , trong đó T là chu

kỳ kí hiệu Dữ liệu ở mỗi kênh đợc điều chế bằng các sóng mang khác nhau Về mặttoán học là ta đã sử dụng một cơ sở trực giao:

Phổ của kênh truyền đợc chia thành N băng con Hình 2.1 biểu diễn phổ củatín hiệu đa tải tin bao gồm các băng con không chồng lên nhau chỉ mang tính chấtminh họa Thực tế phổ của hệ thống có thể chồng lấn nhau phụ thuộc vào sự tạoxung của mỗi kênh con Tuy nhiên sự chồng phổ này gây ra nhiễu giao thoa giữa

các kênh con liền kề nhau trong một chu kỳ kí hiệu ICI (InterChannel Interference)

và giao thoa liên kênh trong một chu kỳ kí hiệu giữa các ký hiệu liên tiếp ISCI ( ICI

trong một chu kỳ kí hiệu).

Trong các hệ thống đơn tải tin không có hiện tợng ICI và ISCI, tuy nhiên ảnhhởng của hiệu ứng ISI trong hệ thống này là nghiêm trọng và để hệ thống làm việctốt thì cần phải có các bộ cân bằng kênh khá phức tạp, và trong nhiều tròng hợp cụthể thì việc loại bỏ ảnh hởng của ISI là rất khó khăn Còn trong các hệ thống đa tảitin, ảnh hởng của ISI đã giảm đi nhiều so với hệ thống đơn tải tin và ta có thể loại

bỏ hoàn toàn bằng cách sử dụng khoảng thời gian bảo vệ giữa các ký hiệu liên tiếp.Ngoài ra tạo dạng xung của các kênh con có thể tránh đợc hiện tợng ICI

Chuỗi dữ liệu nhị phân dm đa vào bộ biến đổi nối tiếp thành song song để tạo

ra N ký hiệu mã N ký hiệu mã này sẽ đợc phát đồng thời trên N tải tin Mỗi một kýhiệu mã trong số N ký hiệu mã này lại đợc chia thành các thành phần đồng pha và

vuông góc ( Inphase & Quadrature) đa đến bộ điều chế I&Q Trên mỗi tải tin fi

đồng thời phát đi hai ký hiệu riêng biệt tơng ứng với thành phần đồng pha và vuônggóc I&Q này

Dới đây là sơ đồ bộ điều chế I&Q

S/P

Bộ điều chế I&Q 1

Bộ điều chế I&Q 2

Bộ điều chế I&Q N

Mỗi ký hiệu phức Xi = ai – j ãi của mỗi kênh con thờng đợc xem là tín hiệu

QAM ( Quadrature Amplitude Modulation)

Phía thu sẽ làm những công việc ngợc lại với bên phát :

chế I&Q 1

Giải điều chế I&Q 2

Giải điều chế I&Q N

định

Lọc thông dải i r(t)

ở phía thu tín hiệu thu đợc là tín hiệu của N kênh con, các kênh con này sẽ đ

-ợc phân tách bằng N bộ lọc thông giải, bộ lọc thứ i có một tần số trung tâm fi nằmtrong bộ giải điều chế I&Q thứ i

Sau đó tín hiệu ở mỗi kênh sẽ đợc nhân với hai sóng cos và sin vuông góc tơngứng, rồi tiến hành lấy mẫu trong từng chu kỳ kí hiệu ta sẽ đợc hai thành phần đồngpha và vuông góc I&Q Hai thành phần này sẽ quyết định đây là ký hiệu mã nào(Xi)

Sau khi biết đợc ký hiệu mã trên mỗi kênh con chúng ta tiến hành chuyển đổisong song thành nối tiếp để thu đợc dòng số giống nh ban đầu d^m = dm Thực tế d^m

có thể khác dm nhng phải đảm bảo tỷ số SNR ( Signal to Noise Ratio ) cho phép.

2 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

Phổ công suất của tín hiệu đa tải tin đợc biểu diễn nh trên hình vẽ Tín hiệunày là tổng của N tín hiệu con độc lập, chiếm băng tần bằng nhau và có tần số trungtâm là fi (i = 0N-1)

Trên miền thời gian mỗi tín hiệu tốc độ cao s(t) đợc chia thành các dòng số tốc

độ thấp hơn si(t) ( các dòng số này có thể có tốc độ khác nhau đợc chia bởi các thuậttoán phân tải khác nhau trong từng hệ thống Bởi vỉ chất lợng mỗi kênh con ở cáctần số khác nhau là khác nhau, do đó tải tin đợc chia trên mỗi kênh con cũng là khácnhau :

i

i t s t

s Sau đó các tín hiệu si(t) đợc điều chế FDM với các tải tin fi :

( N

i

t j

s t

Các dòng số si(t) có thể xem nh là các ký hiệu phức Xi có biên độ Xi và pha

) (

N i

t N

W j

i e X t

)

i

nT i N W j

i e X nT

W giả thiết là băng tần hỗ trợ phức, theo Nyquist

WT

L 1 với L là hệ số quámẫu (over sampling), bỏ T trong biểu thức trên:

N i

LN in j

i e X n

X i N X

Phổ của tín hiệu OFDM trong đó mỗi sóng mang phụ có dạng sin X

X nh biểu

diễn trên hình vẽ Mặc dù phổ của các đơn kênh không phải là giới hạn, tuy nhiên

tính trực giao vẫn đảm bảo, vì tại các đỉnh của sin X

X thì giá trị của các

sin X

bằng không do đó không có giao thoa

Để đảm bảo tính trực giao giữa các sóng mang, các ký hiệu của OFDM sẽ đ ợc

gắn thêm vào các CP ( Cyclic Prefix) và có độ dài đủ lớn Cái mà sẽ đợc bỏ đi ở nơi

nhận

CP t

Xét hệ thống OFDM gồm N kênh con trong đó, Nu +1 tải tin tại phổ trung tâm

đợc dùng để truyền dữ liệu và các tải tin còn lại ở cả 2 sờn, tạo ra các dải bảo vệ.Mỗi sóng mang điều chế bởi ký hiệu dữ liệu Xi,n (với i là chỉ số ký hiệu OFDM và n

là chỉ số sóng mang)

Bộ phát sử dụng biến đổi FFT ngợc kích thớc N để điều chế (N thờng dùng là

lũy thừa của 2), chèn khoảng bảo vệ để tránh ISI gây ra do phadinh Tín hiệu phát đi

đổi P/S

D/A

Đồng bộ khung Data

Hình 2.8 Sơ đồ khối bộ phát DMT

Dữ liệu sau khi đợc đóng khung đợc đa vào mã hoá để phát hiện và sửa lỗi ởphía thu, sau đó tín hiệu sẽ đợc kết hợp với Pilot rồi qua bộ biến đổi nối tiếp thànhnhững dòng số có tốc độ thấp hơn và sẽ đợc thực hiện thuật toán IFFT để điều chế

DMT sau đó sẽ đợc chèn thêm vào các bit phụ CP ( cyclic prefix ) để chống ISI và

đồng bộ khung rồi lại biến đổi thành luồng số nối tiếp qua bộ DAC biến đổi thànhtín hiệu tơng tự để truyền đi

Do đáp ứng tần số của kênh truyền là thay đổi theo thời gian và cần đ ợc đánhgiá, để đánh giá đợc hệ số suy hao và thời gian trễ tại mỗi thời điểm ngời ta tiếnhành chèn vào đó những kí hiệu đặc biệt tại những thời điểm và tần số định tr ớc mộtcách định kỳ mà cả phía phát và thu đều đã biết, kí hiệu này đợc gọi là Pilot Phíathu căn cứ vào độ lớn và khoảng cách giữa các Pilot thu đợc để đánh giá chất lợngcủa kênh truyền

FFT

và P/S

Đồng bộ khung

Đánh giá

kênh

Giải xen Giải mã kênh

Data

Hình 2.10 Mô hình thu hệ thống DMT

Phía thu đợc thực hiện nhợc lại so với phía phát, tín hiệu thu đợc sẽ cho đi qua

bộ biến đổi ADC rồi biến đổi thành những dòng bit song song đa vào thực hiệnthuật toán FFT và tách lấy kí hiệu Pilot để tiến hành đánh giá kênh để hiệu chỉnh,rồi lại biến đổi thành dòng số nối tiếp, dòng số này đợc tiến hành giải mã để thu đợcdòng số ban đầu

3.2 công nghệ dmt ADSL

3.2.1 Các giải pháp cho công nghệ DMT ADSL

Công nghệ DMT ADSL hiện nay đã đợc chuẩn hoá bởi ANSI, ETSI, ITU-T,ADSL sử dụng những phơng thức chung của công nghệ xDSL nhằm nâng cao hiệuquả đờng truyền trên đờng dây thuê bao cáp đồng cùng với những đặc thù riêng củamình

1 Phơng thức thực hiện song công

Trong kỹ thuật DMT ADSL sử dụng băng tần truyền dẫn là 30 KHz  1104KHz và thực hiện song công bằng phơng thức ghép kênh phân chia tần số kết hợp( FDD ) với phơng thức triệt tiếng vọng ( EC ) để có thể sử dụng tần số một cách có

hiệu quả ( bởi sử dụng EC ) đồng thời nâng cao chất lợng truyền dẫn do tránh đợc

xuyên âm ở đầu gần ( NEXT ) bởi sử dụng FDD

2 Phơng pháp điều chế DMT

Điều chế đa tần rời rạc DMT là kỹ thuật điều chế đa sóng mang DMT phânchia phổ tần số thành các chu kỳ ký hiệu và mang một số bit nhất định Những bitnày đợc mang trong những âm tần có tần số hoạt động khác nhau Trong ADSL, dảitần 30 KHz-1104 KHz đợc chia thành 256 kênh con FDM, mỗi kênh con có độ rộng

4 KHz, điều chế và mã hoá đợc áp dụng cho từng kênh Nếu ở mọi tần số trong dải

tần đều có thể hoạt động tốt nh nhau thì mỗi kênh con có thể mang một số bit nhnhau.

Thực tế ảnh hởng tạp âm lên các tần số khác nhau cũng khác nhau Vì vậy cáckênh con hoạt động ở những miền tần số chất lợng cao sẽ mang nhiều bit hơn nhữngtần số bị ảnh hởng mạnh của nhiễu Số bit trên mỗi kênh con (tone) đợc điều chếbằng kỹ thuật QAM và đặt trên một sóng mang FDM Hình 2.13 thể hiện khả năng

điều chỉnh số bit trên mỗi kênh theo các tần số khác nhau của DMT Số bit đợc gửiqua mỗi kênh con có thể đáp ứng với chất lợng đờng truyền ở tần số hoạt động củakênh đó

ở những tần số thấp đôi dây đồng bị suy hao ít, SNR của mỗi kênh con cao vàthờng sử dụng phơng pháp điều chế lớn hơn 10 bit/s/Hz, trong những điều kiện chấtlợng đờng dây xấu, phơng pháp điều chế có thể thay đổi 4bit/s/Hz hoặc thấp hơn đểphù hợp với SNR và tránh đợc nhiễu

Việc mỗi kênh con sẽ mang bao nhiêu bit sẽ đợc thực hiện bằng các thuật toánphân tải và nó căn cứ vào tỷ số SNR của mỗi kênh con Hơn nữa, DMT có thể tránhphát ở những dải tần số riêng có xuyên âm quá lớn hoặc bị nhiễu RFI mạnh

Những u điểm của phơng pháp điều chế DMT

DMT và CAP đều là hai loại mã đờng truyền hoạt động có hiệu quả trong dảitần số cao phía trên băng tần thoại Tuy nhiên chúng có những nguyên lý làm việckhác nhau nên một bộ thu phát áp dụng kỹ thuật DMT không thể cùng hoạt độngvới một bộ thu phát ứng dụng kỹ thuật CAP Những năm qua đã có nhiều cuộc tranhluận để lựa chọn loại mã đờng dây tiêu chuẩn cho ADSL nhằm nhanh chóng đacông nghệ ADSL ra thị trờng, tăng tốc độ dịch vụ băng rộng với giá rẻ và giải quyếtvấn đề tắc nghẽn lu lợng mà mạng thoại đang phải gánh chịu Cuối cùng DMT đã đ-

ợc chấp nhận là một tiêu chuẩn quốc tế mà cả ANSI và ETSI đều có văn bản xácnhận từ năm 1995 và đợc ITU phê chuẩn năm 1997 Nhiều nhà máy sản xuất các vimạch tích hợp đang phát triển các thiết bị ADSL có khả năng tơng tác dựa trên tiêuchuẩn này Sở dĩ DMT đợc lựa chọn là do một loạt u điểm sau đây:

 Khả năng tơng thích : Những nhà cung cấp DMT đã chứng minh đợc khả

năng làm việc tơng thích của các modem do các hãng khác nhau sản xuất dựa trêncùng một công nghệ Có nhiều hãng đang phát triển kỹ thuật DMT : Alcatel, Amati,Analog Devices/Aware, Orckit, Motorola, Texas Instruments và Pairgain có nhữngchơng trình riêng đều dựa theo tiêu chuẩn T1.413 có khả năng làm việc tơng thíchvới nhau tạo thành thị trờng cung cấp sản phẩm rộng lớn

 Khả năng chống nhiễu tốt nên thông lợng cao hơn : Về nguyên tắc thì

DMT và CAP đạt đợc thông lợng nh nhau trên cùng một kênh Nhng thực tế thì có

sự khác nhau giữa kiến trúc máy thu và phát cũng nh các giới hạn thực thi đã ảnh ởng tới hiệu năng của mỗi hệ thống Kỹ thuật truyền dẫn tốt nhất thật sự có thể thíchứng tín hiệu đầu vào với khả năng của kênh truyền dẫn, cụ thể là phải phân phốicông suất phát tín hiệu trong từng khoảng tần số đảm bảo sao cho phía thu nhận đợctốt nhất Trên đờng dây điện thoại, những thành phần tần số cao bị suy hao nhiềuhơn tần số thấp và nếu mạch vòng có các nhánh rẽ (bridge tap) thì một phần băngtần không sử dụng đợc DMT xử lý các kênh con độc lập với trạng thái đờng dây.DMT đo tỷ số SNR cho mỗi kênh con và dựa vào đó để gán cho mỗi kênh con một

h-số bit nhất định Những tần h-số thấp thờng mang h-số bit nhiều hơn tần h-số cao do bịsuy hao ít hơn Kết quả là thông lợng đờng truyền tăng lên ngay cả khi trạng thái đ-ờng dây xấu Ngoài ảnh hởng của tạp âm nhiệt, kênh thoại còn chịu ảnh hởng củatạp âm xung và RFI Tạp âm xung trải rộng theo tần số nhng tồn tại trong khoảngthời gian ngắn nên thờng đợc xem là tạp âm miền thời gian Do vậy nó chỉ ảnh hởngnhỏ tới một kí hiệu trong nhiều kênh con DMT nhng sẽ làm mất hoàn toàn một số kíhiệu trong kênh CAP RFI là một loại tạp âm miền tần số chủ yếu do các trạm vôtuyến điều biên gây ra Nhng do hoàn toàn có thể xác định trớc băng tần AM nàynên modem DMT sẽ phân bổ công suất tín hiệu hiệu quả nhất cho phía thu, cụ thể là

không phát tín hiệu trong khoảng tần số bị nhiễu vô tuyến Chính vì vậy mà DMT làphơng pháp chống nhiễu RFI hiệu quả và thông minh hơn hẳn CAP

 Khả năng cung cấp tốc độ thích ứng với chất lợng đờng truyền: Mỗi kênh

con mang một số bit nhất định phụ thuộc tỷ số SNR của kênh đó Bằng cách điềuchỉnh số bit/kênh, DMT có thể tự động điều chỉnh tốc độ số liệu với bớc điều chỉnhnhỏ nhất là 32 kbit/s Trong khi đó CAP cũng có khả năng điều chỉnh tốc độ nhngvới bớc điều chỉnh 640 kbit/s nên kém linh động so với DMT

 Công suất tiêu thụ ít hơn : Do DMT đo chất lợng đờng truyền trong từng

khoảng tần số nên có thể tránh những khoảng tần số bị nhiễu mạnh dẫn tới côngsuất tiêu thụ của hệ thống giảm so với CAP khi hoạt động trong thực tế

 Tơng thích phổ : Khi nhiều khách hàng đồng thời truy nhập vào các node

mạng để sử dụng các dịch vụ tốc độ cao của nhiều nhà cung cấp dịch vụ với cáccông nghệ khác nhau thì ảnh hởng xuyên âm của các đôi dây đồng khác nhau trongcùng một bó cáp hay giữa các bó cáp khác nhau rất lớn Để tránh hiện tợng này, mộttiêu chuẩn đa ra mặt nạ mật độ phổ công suất quy định mật độ phổ công suất PSD

mà hệ thống có thể sử dụng cho tần số phát hớng lên và hớng xuống T1E1 xác địnhmặt nạ PSD cho phép ADSL truyền ở tốc độ phải chăng nhng tơng thích với các dịch

vụ khác trong khuyến nghị T1.413 Trong khi, hệ thống DMT đáp ứng đợc tiêuchuẩn này và không gây nhiễu cho các hệ thống khác thì CAP vi phạm và gây xuyên

âm tới các hệ thống ADSL, VDSL, HDSL, S-HDSL thậm chí cả dịch vụ T1 trong bócáp kế cận

Tuy nhiên, trên thị trờng hiện nay các modem ADSL sử dụng kỹ thuật CAPvẫn rất phổ biến do kỹ thuật CAP ra đời sớm hơn nên đã có quá trình phát triển lâudài Các hãng đã sản xuất loại modem ADSL theo kỹ thuật này vẫn cố gắng tìmcách cải tiến kỹ thuật này cho tốt hơn Hơn nữa, trong kỹ thuật DMT để có đầy đủcác u điểm nh trên đòi hỏi phải đo và giám sát thờng xuyên chất lợng đờng truyềncho mỗi kênh trong tổng số 256 kênh Do vậy, cấu trúc của modem ADSL DMTcũng rất phức tạp

 Đợc hỗ trợ lớn từ các nhà cung cấp nhờ việc đợc tiêu chuẩn hoá: DMT

ADSL đã đợc ANSI, ETSI, ITU-T thông qua và chuẩn hoá

3.2.2 Mô hình tham chiếu của hệ thống ADSL

Đánh giá đợc tính quan trọng của việc chuẩn hoá trong tình trạng thiết bịADSL đợc cung cấp từ nhiều nguồn khấc nhau, ADSL Forum tổ chức của nhữngnhà sản xuất thiết bị, khai thác và sử dụng ADSL lớn trên toàn thế giới, đã thốngnhất đa ra các quy ớc chung trong việc sản xuất thiết bị và tổ chức mạng ADSL

Mô hình hệ thống ADSL do ADSL Forum đa ra:

U-C U-R

Mạch vòng

Thiết bị thoại hoặc modem

t ơng tự

U-R2 POST

ATU-R ATU-C

 ATU-R ( ADSL Transmission Unit at the CPE End ) : Là thiết bị truyền dẫn

ADSL ở phía nhà thuê bao

 Mạng băng rộng : Là hệ thống chuyển mạch với tốc độ trên 1,5/2,0 Mbps

( tốc độ của luồng E1/T1 )

 Mạng băng hẹp : Là hệ thống chuyển mạch với tốc độ dới 1,5/2,0 Mbps (

tốc độ của luồng E1/T1 )

 Mạng phân bổ dữ liệu phía nhà thuê bao : Là hệ thống kết nối ATU-R tới

các modul dịch vụ Cấu hình kết nối có thể là điểm nối điểm hoặc điểm nối đa điểm,

có thể là một đờng dây nối hoặc một mạng tích cực

 POST : Là các dịch vụ thoại đơn thuần.

 PSTN : Mạng chuyển mạch thoại công cộng.

 Module Dịch vụ (SM) : Thực hiện các chức năng thích ứng của thiết bị đầu

cuối nh các set - top box, các giao diện máy tính hay LAN router

 Splitter : Bao gồm các bộ lọc thực thi chức năng tách các tín hiệu tần số cao

(ADSL) đợc lắp đặt ở cả phía nhà cung cấp cũng nh phía nhà thuê bao Bộ splitter cóthể đợc tích hợp vào bộ ATU, tách rời về mặt vật lý khỏi ATU hay có bộ lọc thôngcao tách rời khỏi bộ lọc thông thấp, trong đó chức năng bộ lọc thông thấp tách rời về

Reed Solomon Encoder

Interleaver Tone

Order and Constella -tion Encoder

IDFT

Add Cyclic Prefix

DAC And Shaping Filter

Hình 2.16 Sơ đồ khối bộ phát ADSL DMT h ớng xuống

tion Decoder and Bit Extrac -tion

DFT

Strip Cyclic Prefix TDQ

Hình 2.19 Sơ đồ khối bộ thu ADSL DMT h ớng lên

De Scramble CRC

Reed Solomon Decoder

FDQ

ADC Filter

32 Complex

mặt vật lý khỏi ATU Trong một số trờng hợp, POTS splitter và các chức năng thoạithông thờng có thể đợc sử dụng

 T-SM : Là giao diện giữa ATU-R và mạng phân bổ dữ liệu phía nhà thuê

bao, nó có thể hoàn toàn giống giao diện T khi mạng chỉ là đờng dây điểm nối điểm.Một ATU-R có thể có nhiều loại giao diện T-SM khác nhau (ví dụ nh một giao diệnT1/E1 và một giao diện Ethernet)

 T : Là giao diện giữa mạng phân bổ dữ liệu phía nhà thuê bao và các Module

Dịch vụ Nó có thể giống nh T-SM khi mạng chỉ là đờng dây điểm nối điểm Chú ýrằng giao diện T có thể không tồn tại một cách vật lý khi ATU-R đợc tích hợp vàotrong một Module dịch vụ

 U-C : Là giao diện giữa mạch vòng thuê bao và ATU-C (Analog).

 U-C2 : Là giao diện giữa POTS splitter và ATU-C Chú ý rằng tiêu chuẩn

ANSI T1.413 hiện không định nghĩa một giao diện nh vậy và việc phân chia POTS

splitter khỏi ATU-C làm nảy sinh một số khó khăn về mặt chuẩn hoá giao diện này

 U-R : Là giao diện giữa mạch vòng thuê bao và ATU-R (analog).

 U-R2 : Là giao diện giữa POTS splitter và ATU-R Chú ý rằng tiêu chuẩn

ANSI T 1.413 hiện không định nghĩa một giao diện nh vậy và việc phân chia POTSsplitter khỏi ATU-R làm nảy sinh một số khó khăn về mặt tiêu chuẩn hoá giao diệnnày

1 Cấu trúc bộ thu phát ADSL DMT

A : Ghép khung dữ liệu đã đợc gắn mã kiểm tra lỗi vòng d CRC

B : Khung dữ liệu sau khi đã đợc ngẫu nhiên hoá và FEC

C : Mã hoá khung dữ liệu đầu vào

Reed Solomon Encoder

Interleaver Tone

Order and Constella -tion Encoder

IDFT

Add Cyclic Prefix

DAC And Shaping Filter

Hình 2.17 Sơ đồ khối bộ phát ADSL DMT h ớng lên

Các khối thu và phát của hệ thống DMT ADSL cho cả đờng lên và xuống đã

đ-ợc đa ra ở các hình 2.16 cho đến 2.19

DMT ADSL là tiêu chuẩn của ANSI, ETSI, ITU cho ADSL, tiêu chuẩn này xác

định tốc độ luồng xuống lớn hơn 6 Mbps và luồng lên nhỏ hơn 640 Kbps Tốc độnày phụ thuộc vào điều kiện đờng truyền và nhiễu Thực tế, nhà cung cấp dịch vụ cóthể giới hạn tốc độ luồng số liệu cung cấp cho thuê bao

Chức năng của các khối:

 Frame ( Bộ tạo khung ) : Nhận các kênh dữ liệu, kênh hoạt động (EOC),

kênh mào đầu (AOC) và các Bit chỉ thị rồi tạo khung và siêu khung theo tốc độ đã

đợc quy định sau quá trình khởi tạo Một siêu khung đợc tạo bởi 68 khung và mộtkhung đồng bộ, dài 17 ms

 Bộ CRC : Tạo 8 bit kiểm tra lỗi cho mỗi siêu khung đặt trong khung thứ

nhất của mỗi siêu khung Trên luông dữ liệu nhanh CRC đợc gửi qua byte nhanh,trên luồng chậm CRC đợc gửi qua byte đồng bộ CRC trong một luồng sẽ kiểm tratất cả các bit chuyển qua trong một siêu khung ngoại trừ các byte FEC, CRC của cácsiêu khung trớc và đồng bộ khung ( khung 68) CRC giúp phát hiện có bao nhiêu

tion Decoder and Bit Extrac -tion

DFT

Strip Cyclic Prefix TDQ

Hình 2.18 Sơ đồ khối bộ thu ADSL DMT h ớng xuống

De Scramble CRC

Reed Solomon Decoder

FDQ

ADC Filter 256

Complex

siêu khung sau khi thu xuất hiện lỗi mà FEC không thể sửa đợc CRC ở cả phía phát

và thu đều dựa trên đa thức :

G(x) = 1+x2+x3+x4+x8

 Scramble/ Dscramble (Ngẫu nhiên và giải ngẫu nhiên) : Đa thức đợc sử

dụng để ngẫu nhiên hoá và giải ngẫu nhiên hoá là :

g(x) = 1+ x18 + x23

Luồng dữ liệu nhanh và chậm đợc ngẫu nhiệ hoá và giải nhẫu nhiên hoá độclập với nhau Tất cả các bit ở trên tất cả các kênh logic đều đợc ngẫu nhiên hoá vàgiải nhẫu nhiên hoá Byte FEC không qua quá trình này bởi nó đợc thêm vào saukhối ngẫu nhiên hóa nên ở phía thu chúng sẽ đợc loại bỏ trớc khi qua khối giải ngẫunhiên Khung đồng bộ cũng không qua quá trình này

 FEC Block ( Reed Solomon Encoder ) : Sau khi ngẫu nhiên hoá cả hai luồng

dũ liệu nhanh và chậm đi vào bộ mã hoá sửa lỗi trớc (FEC) một cách độc lập, cả hailuồng này đều sử dụng kỹ thuật mã hoá Reed Solomon Khối FEC sẽ thêm phần dvào dữ liệu cần truyền nhằm mục đích sửa một số bit bị lỗi sau bộ giải đều chế MãReed Solomon hình thành từ mã khối từ N byte dữ liệu và K byte kiểm tra cố định (

đợc quyết định trong khởi tạo kết nối )

Trong DSL thờng thì mỗi từ mã có số lợng byte  255 DSL điển hình có độdài từ mã là 240 byte trong đó có 224 byte dữ liệu và 16 byte kiểm tra Với luồngnhanh mỗi từ mã đợc gửi cùng một khung dữ liệu, với luồng chậm mỗi từ mã baogồm S khung dữ liệu ( S = 1, 2, 4, 8, 16 ) Số byte kiểm tra là chẵn ( 16) cho cả hailuồng

 Interleaver/ De-Interleaver : Đan xen và giải đan xen nhằm trợ giúp cho

mã sửa lỗi FEC khi gặp phải lỗi cụm, đan xen là trải từ mã ra nhờ đó mà lỗi cụmcũng đợc phân tán ra nên tránh đợc lỗi cụm Có hai loại đan xen là đan xen khối và

đan xen xoắn( Convolution Interleaver ), DMT ADSL sử dụng đan xen xoắn Bộ

đan xen có các thông số đó là độ sâu D và chiều dài N ( các thông số này đợc quy

định trong quá trình khởi tạo)

Phía thu, dữ liệu đi vào bộ giải đan xen sau khi đã thực hiện giải mã và táchbit Luồng dữ liệu chậm đi vào bộ giải đan xen độc lập với luồng dữ liệu nhanh Bộgiải đan xen sẽ sắp sếp lại các byte để tạo thành từ mã Reed Solomon để tiến hànhhiệu chỉnh lỗi Bộ giải đan xen có các thông số tơng tự nh bộ đan xen

 Tone Order and Constellation Encoder ( sắp xếp tone và mã hoá) : Công

việc này thực hiện trớc khi vào bộ giải điều chế DMT , dữ liệu truyền đi bao gồm 2luồng nhanh và chậm quá trình tách một số bit nhất định và ấn định chúng vào mộttone (bin) nhất định gọi là sắp xếp tone Quá trình mã hóa những bit đợc ấn định nàythành những giá trị phức Zi cho mỗi bin đợ gọi là mã hoá tín hiệu

Khi sắp xếp tone thì số lợng bit ấn định cho mỗi bin cần phải đợc biết, thôngtin này đợc quyết định trong thời gian khởi tạo sau khi phân tích bin Số lợng bittrong một bin có thể là từ 2 đến 15 hoặc 0, khi số lợng bit cho mỗi bin đã biết thìquá trình sắp xếp tone sẽ đợc thực hiện nh sau :

1 Tách N bit để truyền từ luồng nhanh và luồng chậm

2 Sắp xếp các bit từ 1 đến N u tiên các bit ở luồng nhanh trớc

3 Thực hiện thuật toán sau trên các bit đã sắp xếp :

For k = 2 to 15 {

While an unuse tone remains that has bi = k bits {

Find the lowest numbered tone that has bi = k bits Assign the next k bits from the data buffer to that tone

} }

Nh vậy thuật toán trên gán các bit của luồng nhanh vào những tone mang ít bithơn Các bit từ luồng chậm thông thờng đợc ấn định cho những tone mang nhiều bithơn Một tone có thể mang các bit của cả hai luồng nhanh và chậm

Thuật toán này đợc thiết kế nhằm giảm thiểu lỗi bit xảy ra Khi có nhiễu xungtrong một kí hiệu nó sẽ tác động lên hầu hết các bin DMT ( nhiễu xung xó giải tầnlớn) Khi đó những tone mang nhiều bit khi giải mã có khả năng gặp nhiều lỗi hơnnhng tone mang ít bit hơn Bởi vậy , thông thờng thì nhiễu xung gây nhiều lỗi trênluồng chậm hơn là trên luồng nhanh Tại phía thu bit lỗi ở luồng nhanh sẽ dễ dàngsửa lỗi bởi FEC hơn, trên luồng chậm nhờ có kỹ thuật đan xen, các bit lỗi đ ợc trải ranhiều từ mã khác nhau nên vẫn khắc phục đợc lợng lỗi bit nhiều hơn Tuy nhiên, giảthiết ở đây nhiễu xung không xuất hiện thờng xuyên

Sau khi ấn định các bit cho mỗi kênh con thì phải tiến hành mã hoá chòm chocác bit này, việc mã hoá là độc lập đối với mỗi kênh và số điểm trong chòm của mỗitone phụ thuộc vào số lợng bit đợc ấn định cho tone đó ( số điểm mã hoá từ 22 đến

215 ) Đầu ra của mã hoá chòm là một giá trị phức đa vào thực hiện thuật toán IFFT.Hớng xuống có 256 bin nên tạo ra 256 giá trị phức, hớng lên tạo ra 32 giá trị phức,khối mã hoá chòm còn có chức năng điều chỉnh độ lợi kênh (gi) Từ mỗi giá trị bi (là

số bit của mỗi tone) ngời ta ấn định cho một giá trị gi (các giá trị bi và gi đợc quyết

định sau quá trình khởi tạo), chức năng này cân bằng xác suất xuất hiện lỗi trên mỗikênh bằng cách điều chỉnh công suất phát ( tăng hoặc giảm ) Giảm công suất phátcho một kênh (không cần thiết phải duy trì công suất cao) không những hạn chế đợccông suất tổng của mà còn tránh để xảy ra hiện tợng làm việc trong chế độ phi tuyếntại mạch analog ở đầu thu Các bin không sử dụng dợc sẽ có Zi = 0 ( bi = gi = 0 )

 Constelllation Decoder and Bit Extraction ( Giải mã tín hiệu và tách bit ) :

Quá trình này hoàn toàn ngợc lại với quá trình mã hoá tín hiệu ở đầu phát Sau khi

đã giải điều chế và cân bằng kênh, mỗi bin sẽ đợc giải mã riêng biệt sử dụng bộ giải

điều chế QAM Giải điều chế cho mỗi bin sử dụng bản đồ điều chế giống nh đã sửdụng ở bên phát Bin mà không sử dụng sẽ không phải giải mã