Các kỹ thuật mang tên DSL xử dụng các phương pháp điều chế phức tạp- “sophisticated modulation schemes”- để đưa đữ liệu truyền trên các đường dẫn bằng đồng-“copper wires”- :truyển đồng
Trang 1CHUONG I
TONG QUAN VE XDSL VA ADSL
XDSL là thuật ngữ chung cho tất cả các công nghệ kỹ thuật truy xuất tốc
độ cao có tên là đường truyền thuê bao số DSL-“digital subscriber lines”.Trong
đó phân làm 2 kỹ thuật chính là ADSL và SDSL;bên cạnh đó còn có các kỹ
thuật khác như HDSL,VDSL,HDSL2,RADSL-Rate Adaptive Digital Subscriber
line-
Các kỹ thuật mang tên DSL xử dụng các phương pháp điều chế phức tạp-
“sophisticated modulation schemes”- để đưa đữ liệu truyền trên các đường dẫn bằng đồng-“copper wires”- :truyển đồng thời POTS-“Plain Old Telephone Services”- và dữ liệu số trên đường dây có sẵn với tốc độ mới so với ISDN hay
modem quay số.Kỹ thuật này đôi khi còn được xem là kỹ thuật “chặng cuối”-
“last mile technologies”-vì chúng chỉ được sử dụng cho các kết nối từ một trạm
chuyển mạch điện thoại hoặc tổng đài nội hat-“telephone switching station”-dén
một hộ gia đình hoặc đến một trạm chuyển mạch khác.XDSL cũng gần tương tự như ISDN-Integrated Services Digital Network-vì cả hai điều hoạt động trên các đường dây điện thoại bằng đồng,POTS-Plain Old Telephone Service-và cả hai đòi hỏi một khoảng cách ngắn đến trạm phân phối(thường nhỏ hơn 2,000
feet).Nhưng XDSL có tốc độ truyền tải dữ liệu nhanh hơn,32Mbps đối với việc tải lên
và từ 32Kbps đến hơn 1Mbps cho việc tải
xuống
XDSL có thể phân biệt thành 2 nhóm là XDSL đối xứng và XDSL không đối xứng.XDSL đối xứng là các kỹ thuật truyền
mà tốc độ tải lên giống với tốc độ tải xuống như SDSL,HDSL.Ngược lại XDSL không đối xứng là các kỹ thuật truyền tải mà tốc
độ tải lên khác với tốc độ tải xuống như
Maximum 18,000ft {Underground or overhead) Central
+
== —— TH = PSTN A Các ưu điểm và khuyết điểm của kỹ
Uu diém:
Trang 2- Vừa có thể gọi điện thoại vừa kết nối internet trên cùng một đường
truyền
-Kết nối Internet với tốc độ cao hơn (khoảng 1.5Mb) so với các modem thông thường(S56Kb)
-Kỹ thuật XDSL không đòi hỏi phải thiết kế một đường truyền riêng biệt,có thể sử dụng đường dây diện thoại thông thường.Do đó kỹ thuật này về mặt kinh tế có tính khả thi rất cao
Nhược điểm:
-Vì XDSL là một kỹ thuật nhạy với khoảng cách nên một kết nối DSL sẽ làm việc tốt hơn,ổn định hơn với tốc độ cao hơn nếu ở gần bưu điện(nhà
cung cấp dịch vụ) so với một kết nối XDSL khác mà ở xa bưu điện
-XDSL còn là kỹ thuật bị giới hạn về khoảng cách so với nhà cung cấp,nên không phải nơi nào cũng có thể thiết lập một kết nối DSL.Đây là nhược điểm lớn của kỹ thuật này.Nhược điểm này cũng không khó khắc phục:triển khai thêm các trạm chuyển tiếp DLC-Digital Loop Carrier-
ADSL over POTS 25.875kHz-1.104Mhz 640kbps/8Mbps
ADSL over ISDN 138kHz-1.104Mhz 640kbps/8Mbps
VDSL 300kHz-10/20/30Mhz từ 24/24 đến 36/36 so với
chế độ SDSL
Thông số tham khảo của một số kỹ thuật
(Hình 1.1)
Nhiều dạng kỹ thuật của công nghệ XDSL như ADSL,HDSL,SDSL để
đáp ứng từng lĩnh vực,các nhóm nhu cầu của người sử dụng.Các kỹ thuật này có
các điểm dùng để phân biệt lẫn nhau:
.Về tốc độ truyền tải:số lượng dữ liệu được truyền hoặc nhận trong
một khoảng thời gian nhất định
.Mã hoá trên đường dây-“line code”-: cách để mã hoá thông tin,dữ liệu và truyền đi trên đường dây
„Số lượng đường dây truyền tải:một cặp dây xoắn hay hai cặp dây
Trang 3-Khoang cách tối đa: chiều đài từ tổng đài,trạm đến nơi thuê bao lớn
nhất mà còn khả năng phục hồi lại dữ liệu,đo bằng met hoặc feet
Việc triển khai XDSL có những khó khăn,phụ thuộc vào chất lượng và cấu
trúc thiết kế của mạng.Có hai phương pháp để đánh giá chất lượng đường dây là
“single-ended” và “double-ended”.Phương pháp single-ended đòi hỏi thiết bị kiểm tra đặt tại bưu điện-CO- hoặc từ trạm chuyển tiếp-DLC,Digital Loop
Carrier-.Double ended thì đòi hỏi thiết bị kiểm tra đặt cả hai nơi là bưu điện và
nơi thuê bao.Bất cứ đường truyền nào cũng có nhiễu trên tín hiệu,được xem là yếu tố tiêu cực đối với chất lượng của dịch vụ.Nhiễu là những tín hiệu không
mong muốn xuất hiện trên tín hiệu cần truyền,làm giảm khả năng dò ra mức tín
hiệu nhỏ nhất của tín hiệu tương tự tại thiết bị giải điều chế,gây ra tỷ lệ lỗi các
bit được giải mã cao hơn so khi không có nhiễu.Để đánh giá chất lượng đường dây thường dựa vào các yếu tố :
-Cảm kháng đường dây-loadcoil-:Cảm kháng đường dây được thêm vào các đường dây của thuê bao dài hơn 18,000feet(khoảng 5,4 đến 6Km)
để cải thiện chất lượng tín hiệu thoại bằng cách làm phẳng lại khoảng tần số
dùng cho kênh thoại.Nhưng cảm kháng đường dây lại ảnh hưởng lên các dịch vụ XDSL,„nó làm hẹp băng thông,điều này sẽ làm giảm dung lượng của kênh Việc
loại bỏ dung kháng của đường dây là không khả thi vì sẽ dẫn đến một chi phí rất cao mà không đem lại hiệu quả rõ rỆt
-Độ dài của đường dây:Đánh giá chính xác chiều dài của đường dây là bắt buộc,vì điểu này quyết định khả năng hỗ trợ đối với dịch vụ
XDSL.Tốc độ truyền tải của dịch vụ tỷ lệ nghịch với chiều dài đường dây.Bên cạnh đó kích cỡ của đường dây cũng rất quan trọng:ví dụ như khoảng cách hiệu quả của loại dây 26AWG chỉ bằng 2/3 khoảng cách của loại dây 24AWG.Để xác định chiều dài đường dây,phương pháp đo dung kháng giữa 2 day tip va ring-tip to ring capacitance measurements- của đường dây được sử dụng:khoảng 0.083uF/mIle
-Nhiễu xuyên kênh,định tính lỗi kim loại và cân bằng chiều dài-
crosstalk, metallic fault, and longitudinal balance-:Nhiéu xuyén kênh xuất
hiện khi các bó dây truyền dẫn ở cạnh nhau,lớp vỏ bọc không đủ dầy và do dung kháng của đường dây.Đây được xem là suy hao chính trong hệ thống XDSL ngày nay.Được chia làm 2 loại là nhiễu xuyên kênh gần-NEXT,Near End Cross Talk- và nhiễu xuyên kênh xa-FEXT,Far End Cross Talk-.Nhiễu xuyên kênh
gần xuất hiện khi tín hiệu đang truyền đi ở kênh này ảnh hưởng lên tín hiệu đang được nhận tại cuối cáp của kênh khác,đây là nhiễu chủ yếu có ảnh hưởng
lớn đến chất lượng của kỹ thuật XDSL,đặc biệt là đối với dòng tải xuống của
Trang 4ADSL(ở kỹ thuật VDSL nhiễu FEXT là đáng kể).Nhiễu xuyên kênh xa xuất hiện khi tín hiệu phát ở đầu cuối bên kia-“far-end signal”-ảnh hưởng lên tín hiệu đang được nhận ở gần cuối cáp-“near end”-.Nhiễu xuyên kênh xa ít ảnh hưởng hơn vì tín hiệu gây nhiễu sẽ bị suy hao dần khi truyền trong đường dây.Nhiễu
xuyên kênh gồm có nhiễu tại tần số 200kHz(tác động lên các dich vu 2B1Q DSL nhu ISDN,MDSL,SDSL,HDSL) va nhiễu ở các tần số đến 1.1MHz(tác động mạnh nhất lên tốc độ của dịch vụ ADSL) Mức độ nhiễu xuyên kênh tỷ lệ
thuận với tần số trên băng thông
» NEXT
Giai thich vé nhiéu xuyén kénh
(Hinh 1.2)
Thông thường tại nơi xuất hiện nhiễu xuyên kênh gần thì ảnh hưởng của nhiễu xuyên xa không đáng kể đối với các đường dây dài trên 500m.Như đã biết nhiễu xuyên kênh gần NEXT ảnh hưởng nhiều hơn so với nhiễu xuyên kênh
xa,nhưng nhiễu xuyên kênh gần có thể khắc phục được bằng cách sử dụng phương pháp truyền song công-“duplex scheme”-mà không truyền hoặc nhận tại cùng một thời điểm trên cùng một tần số.Tuy nhiên phương pháp này sẽ gặp phải những vấn đề khác,đòi hỏi phải sử dụng mạch khử dội-“echo cancellation”-
.Nhiễu xuyên kênh gần không phụ thuộc vào chiều dài đường dây,nhưng lại phụ thuộc vào tân số:nhiễu xuyên kênh gần tăng khoảng 15dB đối với mỗi 10Kherzt
Hầm truyền công suất-“power transfer function”-của nhiễu xuyên kênh gần được mô tả như sau:
NEXT power transfer function
với |H„„„„|” là hàm truyền công suất nhiễu xuyên kênh gần
Ky là hằng số phụ thuộc vào loại cáp,dây dẫn sử dụng:đối với cặp cáp xoắn-“twisted pair cable”- nếu nhiễu xuyên kênh 57đB tại tần số 80Khz thì K,=2,7925*10 °/Khz.Hệ số này đối với n nguồn nhiễu xuyên kênh “cross talkers ”là:
Trang 56
Ky, =Ky,*(n)"*
Adaptation of the crosstalk coefficient to different numbers of crosstalkers
với K„ „ là hệ số nhiễu xyên kênh gần đối với n nguồn nhiễu xuyên kênh
K„, là hệ số nhiễu xuyên kênh gần đối với một nguồn
Từ hàm truyền công suất của nhiễu xuyên kênh gần,ta có công thức của
mật độ phổ công công suất-PSD,Power Spetral Density”- đối với nhiễu xuyên kênh gần là:
Calculation of NEXT noise with NEXT power transfer function
với PSD „ :là mật độ phổ công suất của nhiễu xuyên kênh gần PSD
“disturbing signal”- Vậy mật độ phổ công suất nhiễu xuyên kênh gần tổng là:
là mật độ phổ công suất của tin hiéu gay nhiéu-
Disturber
Trarai NEXT
với PSD „„„ là mật độ phổ công suất của nguồn nhiễu thứ ¡
Nhiễu xuyên kênh xa FEXT,nhìn cung thì không đáng kể nhưng trong vài trường hợp thì nó trở nên quan trọng:khi chiều dài đường dây ngắn hơn 500m;
khi nhiễu xuyên kênh gần được loại bỏ hoàn toần bằng phương pháp truyền song công thích hợp và khi truyền trong hệ thống bất đồng bộ.Các đặc tính của nhiễu xuyên kênh xa khá tương tự như nhiễu xuyên kênh gần.Sự khác biệt chính là nhiễu xuyên kênh xa thay đổi theo tín hiệu truyền và phụ thuộc vào chiều dài đường dây:nhiễu xuyên kênh xa tăng 10dB đối với mỗi 10Km chiều dài dây và
tăng 20dB đối với mỗi 10Khz
ay) =a 7" *!
FEXT power coupling function
v6i K,: 1a hang s6 trén 1/(km*khz’),d6i véi 1 mguồn gây
nhiéu K ,=2,6248*10' 1/(km*khz’ )
l: chiều dài đường dây IH,(7)|?:hàm ghép công suất -“power coupling function”-của nhiễu xuyên kênh xa
Và hàm một độ phổ công suất là:
Trang 6
P SD sect = PSD signal ig 3: HrU[ *|".0Y
Power spectral density of FEXT interference
véi PSD,,,, 14 mật độ phổ công suất của nhiễu xuyên kênh
xa
PSD
I.(/)? :là hàm truyền công suất của kênh-“power
là mật độ phổ công suất của tín hiệu gây nhiều
signal
transfer function of channel(wire pair) ”- Tuy nhiên kết quả của công thức |#,(/)|? trên thường cho kết quả cao hơn
so với giá trị nhiễu tìm được từ thực tế,do dựa trên giả thuyết trường hợp tệ nhất
là toàn bộ chiều dài dây sẽ gây ra nhiễu xuyên kênh xa.Một công thức khác dùng để xác định mật độ phổ công suất của nhiễu xuyên kênh xa dựa trên các
“chiều dài ghép khác”-“đifferent coupling length”
T SD sexe = K † * PSD signal , ea ŒY SẼ liệu > (a, tư)
Power spectral density of FEXT interference under consideration of different coupling lengths
với ]J:là số lượng nhóm gây nhiễu(cùng độ dài ghép-
“coupling length”- và cùng PSD
n, :số lượng nguồn gây nhiễu-“disturber”-trong nhóm j d,: chiều dài ghép của nhóm j,đơn vị là km
Công thức này đặc biệt thích hợp cho việc ước tính mật độ phổ công suất
cho các đường dây đã biết cấu hình
Bên cạnh đó việc đánh giá lỗi kim loại cũng rất quan trọng.Chất lượng chung của mạng-“outside plant”-sẽ được quyết định bởi các tham số chuẩn tip to ring(T-R),tip to ground(T-G),ring to ground(R-G),điện áp một chiều,điện áp xoay chiều,điện trở,điện dung.Còn việc xác định độ cân bằng chiều dài dùng để đảm bảo mức độ phân phối hiệu quả của dịch vụ ADSL
-Nhiễu do các nhánh rẽ-“brigde tap ”-:brigde tap là các nhánh rẽ nối vào đường truyền chính giữa thuê bao và tổng đài.D9ối với loại nhiễu này
thì không xác định được giới hạn,xuất hiện khi nối một cáp với đường dây truyền
tai hay các mở rộng ở phía thuê bao.Khả năng xuất hiện nhiễu do các nhánh rẽ
trên đường dây thì không quan trọng bằng chiều dài của các mở rộng được kết
nối vào.Vì chiều dài của các mở rộng sẽ quyết định đến những suy hao trên
đường dây sử dụng kỹ thuật XDSL.Khoảng cách 1.300feet được xem là không
ảnh hưởng nhiều đến chất lượng của kỹ thuật XDSL.chiều dài này còn phụ
Trang 7
thuộc vào từng kỹ thuật cụ thể,các kỹ thuật như HDSL,VDSL,ISDN có thể chịu
được chiều dài tối đa là 6.000feet.Đối với kỹ thuật ADSL,chiéu dai này là
không giới hạn;nhưng sẽ ảnh hưởng đến băng thông và tốc độ của kỹ thuật này
Ta |
[ UDO
_ 'EEE 2
b>
Customers Loop Central Office
~
aE Central Office
Customes Loop
Bridged Tap j= om) re ov
Cuslumer Loop
Bridged Tap
Bridged Tap
Nguyên nhân gây nhiễu bridge tap
(Hình 1.3) Bên cạnh các nhiễu trên còn có nhiễu do séng cao tan RFU-Radio Frequency Interference-,nhiéu do cẩm ttng-“inductive noise”-,nhiéu do xung-
“impilse noise ”-
A\\Các thiết bị cần thiết để lập một kết nối XDSL:
>Thiết bị thu phát-“transceiver”-: hầu hết mọi người đều gọi thiết bị thu phát DSL này là “modem DSL.”,thuật ngữ chuyên môn của thiết bị này là
thiết bị truyền phát đường truyền thuê bao số bất đối xứng tại nơi thuê bao - ATU R,
“ADSL Transmission Unit at the customer premises”-đây là nơi mà dữ liệu từ máy tính của người dùng kết nối với đường truyền
các thiết bị khác của người dùng bằng nhiều cách như kết nối qua USB hay “10 base T-
b bị đơn giản đối với người dùng nhưng trong
các kết nối dành cho kinh doanh,thương mại
thiết bị này thường kết hợp với các bộ định tuyến mạng-“network router”,các bộ chuyển mạch mạng-“network switch”-,hoặc các thiết bị khác của mạng.Thiết bị
Trang 8
nay tại nơi cung cấp các thué bao DSL dusgc goi la ATU C-“ADSL Transmission
Unit at the network end”-
>DSLAM- “Digital Subscriber Line Access Multiplexer”-:Day là một thiết bị đặt tại nhà cung cấp truy cập DSL.Thiết bị này kết nối với nhiều thuê bao khác rồi tập trung các kết nối đó vào một kết nối duy nhất đến mạng Internet,kết nối này có dung lượng khá lớn.Nhìn chung DSLAM là thiết bị khá linh hoạt và có thể hỗ trợ nhiều dạng DSL trong một bưu điện, các giao thức,các phương pháp điều chế khác nhau trong cùng một đường truyền thuê bao số như CAP,DMT Thiét bị này còn có các chức năng khác là cấp phát các tuyến-
“routineg”- hay các địa chỉ IP động-“dynamic IP address”-cho các thuê bao truy
cập đến.DSLAM tạo một khác biệt lớn giữa các thuê bao dùng ADSL và thuê
bao dùng modem cáp -“cable modem”-.Đối với các thuê bao sử dụng modem cáp tốc độ kết nối của một thuê bao phụ thuộc vào số lượng thuê bao truy cập tại thời điểm đó:tốc độ của các thuê bao đang truy cập sẽ giảm khi có một thuê bao mới tham gia truy cập.Đối với các thuê bao sử dụng ADSL,DSLAM cung cấp một kết nối nhất định toàn cho bộ các thuê bao truy cập đến mà không dựa trên số lượng thuê bao đang truy cập: các thuê bao đang truy cập sẽ không bị ảnh hưởng khi một thuê bao mới tham gia truy cập.Điều này chỉ đúng cho đến
khi số lượng thuê bao truy cập đến DSLAM bắt đầu vượt quá dung lượng tối đa của kết nối đơn từ DSLAM đến mạng Internet
B\\Đường truyền thuê bao bất đối xứng-ADSL:
Thuật ngữ ADSL viết tắt của từ Asymmetric Digital Subscriber Line,là một dạng của kỹ thuật XDSL.Đây là kỹ thuật cho phép truyền nhiều dữ liệu hơn
trên đường dây điện thoại sẵn có vì ban đầu được phát triển dành cho các công
ty điện thoại muốn cung cấp ứng dụng truyền hình theo yêu cầu-“video on
demand application”- Trong thực tế ADSL hỗ trợ tốc độ tải xuống lên đến 1.5Mbps cho đến 8(hoặc 09Mbps) và tốc độ tải lên từ 16Kbps đến 640Kbps;nhanh
hơn nhiều lần so với cách truy cập bằng modem tương tự 56k hay các ứng dụng cùng loại của ISDN 128k.ADSL là một kỹ thuật truyền không đối xứng có thể
hỗ trợ từ 1 đến 254 địa chỉ IP.Kỹ thuật này phát triển nhanh chóng nhờ có nhiều
ưu điểm và đáp ứng nhu cầu của hầu hết người truy cập Internet trên toàn thế giới: nhu cầu nhận,tải thông tin xuống-truy cập Internet,truyền hình theo yêu
cầu,mua hàng tại nhà,truy cập mạng cục bộ - nhiều hơn nhu cầu đưa thông tin
lên mạng.Tiêu chuẩn của kỹ thuật ADSL đối với ANSI là T1.413 và đối với ITU
là G.992.1
Trang 9Quá trình hình thành va phát triển ADSL:
1999 ADSL Heavy&Lite Lite van hanh-“driven”- trén UAWG-
(G.992.1& 2) Universal ADSL Working Group-
2003 ADSL2(G.992.3) va 24/1 Mbps
ADSL2+(G.992.5)
Các chuẩn XDLS theo thời gian
ADSL là kỹ thuật truy cập băng thông rộng với tốc độ cao phù hợp với mạng Internet và Intranet,kỹ thuật này truyền tải đồng thời giọng nói(của điện thoại) và dữ liệu trên 1 cặp đường dây mà không bị gián đoạn.ADSL sử dụng phương pháp ghép kênh chia theo tần số-FDD, “Frequency Division Duplexing”
để truyền tín hiệu.Có 2 phương pháp điều chế chủ yếu trong kỹ thuật ADSL là DMT-Discrete Multitone-va CAP-Carrierless Amplitude Phase-.Trong đó phương pháp DMT đượcxem là phương pháp điều chế tiêu chuẩn và được các tổ chức tiêu chuẩn quốc tế công nhận.Ngược lại CAP là phương pháp điều chế ít phổ biến,chỉ dùng trong một vài hệ thống ADSL.Trong DMT,các tín hiệu giọng nói,fax sử dụng tần số từ 4kHz trở xuống dữ liệu cần truyền tải sẽ sử dụng tần từ
25,875kHz đến 1.104MHz,khoảng tần số này tiếp tục được chia làm 2 phần:một phần dành cho dữ liệu tải lên từ 25,875kHz đến 138kHz và một phần dành cho
đữ liệu tải xuống từ 160 kHz đến 1104kHz.Trong đó kênh phụ thứ 33 đến kênh phụ thứ 256 dành cho dòng tải xuống và kênh phụ thứ 7 đến kênh phụ thứ 32 dành cho dòng tải lên;kênh phụ đầu tiên dành cho tín hiệu thoại,kênh phụ thứ 2 đến kênh phụ thứ 5 dùng làm khoảng an toàn-“band guard”-.Mỗi kênh phụ rộng 4.125kHz và mang từ 2 đến 15bit(Rate adaptive DSL)
tải lên do ng tải xuống dong
4.3125k 25.875k 138k iM Hz
tin sé (Hình 1.4) Băng thông của kỹ thuật ADSL
Trang 10Để lập một kết nối ADSL,ngoài các thiết bị trên còn cần một thiết bị dùng
để lọc,tách tín hiệu- “micro filter”-hay còn gọi là POTS splitter.Thiết bị này cần
có để tách tín hiệu ADSL gây nhiễu tín hiệu giọng nói trên điện thoại và triệt
hoần toàn tín hiệu ADSL phản xạ lại.Thiết bị này thực chất gồm một bộ lọc tần
số cao-LPF,“Low Pass Eiler”-và một bộ lọc tần số thấp -HPF,”High Pass
Eilter”-.Thiết bị này kết nối điện thoại với đường truyền ADSL và kết nối chính
nó với các thiết bị số qua modem ADSL.Thông thường các modemADSL có tích hợp cả bộ lọc tách này
nae > Match
ADSL isolation
> Preserves POTS
LP F Noval ee BBE RA ADSL data channel for
Wwinng
Note: HPF may be inthe ADSL NT front end
Nguyên lý của modem ADSL
(Hình 1.5)
ADSL là kỹ thuật nhạy với khoảng cách,tốc độ phụ thuộc vào khoảng
cách kết nối với nhà cung cấp và kích cỡ của đường dây.Đáng lưu ý nhất là khi khoảng cách kết nối càng xa thì chất lượng của tín hiệu sẽ giảm dẫn đến tốc độ kết nối sẽ giảm theo
Tốc độ của kỹ thuật ADSL theo khoảng cách và tiết diện dây