Kỹ thuật điều chế đa tone dmt nâng cao tốc độ truyền số liệu trên đường dây điện thoại ứng dụng trong truyền số liệu sử dụng công nghệ adsl

Nội dung cơ bản của luận văn là nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật điều chế trong công nghệ số thích hợp để thiết kế và sản xuất modem ADSL phù hợp với môi trường truyền dẫn cáp đồng, góp phần

Lý Kiệt

Kỹ thuật điều chế đa tone DMT nâng cao tốc độ truyền số liệu trên đường dây điện thoại Ứng dụng trong truyền số liệu sử dụng công nghệ ADSL

Luậ n văn thạc sỹ Điện tử Viễn thông

Hà nội - 2004

Lý Kiệt

Kỹ thuật điều chế đa tone DMT nâng cao tốc độ truyền số liệu trên đường dây điện thoại Ứng dụng trong truyền số liệu sử dụng công nghệ ADSL

Chuyên ngành: Điện tử – Viễn thông

Luận văn thạc sỹ Điện tử Viễn thông

Ngư ời hư ớng dẫn khoa học:

PGS.Ts. Đỗ Xuân Thụ

Hà nội – 2004

Các ký hiệu, chữ viết tắt sử dụng trong luận văn

AAL ATM Adaption Layer Một lớp con của lớp liên kết dữ liệu Có bốn

loại AAL là AAL1, AAL2, AAL3/4 và AAL5

AAL5 ATM Adaption Layer 5 Lớp con đơn giản nhất trong 4 loại AAL API Application Program Interface Giao diện lập trình ứng dụng, cho

phép người lập trình viết chương trình ứng dụng giao tiếp với hệ

điều hành và cac ứng dụng khác

ARP Address Resolution Protocol Giao thức dùng để gắn địa chỉ IP với

địa chỉ vật lý trong một mạng LAN

ATM Asynchronous Tranfer Mode Công nghệ truyền dẫn tốc độ cao, ít

trễ, chuyển mạch tương tự chuyển mạch gói

BOOTP Bootrap Protocol Một giao thức UDP/IP cho phép một máy trạm

khởi động từ một máy chủ và được gán tự động gán một địa chỉ IP

CLI Commant Line Interface Giao diện quản lý bằng dòng lệnh

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức gán và quản lý

địa chỉ IP dòng

DNS Domain Name System Giao thức gán tên miền tương ứng với địa

chỉ IP

DSL Digital Subcriber Line Đường dây thuê bao số

DSLAM Digital Subcriber Line Access Multiplexer Thiết bị truy nhập thuê

bao số

DSP Digital Signal Processer Bộ xử lý tín hiệu số

ISP Internet service provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet

MAC Address Media Access Control Một địa chỉ 6 byte được gán cho một thiết

bị mạng

MIB Managed Object Một tập hợp các thuộc tính có thể đượcđiều khiển

hay truy nhập từ hệ thống bởi người quản lý với mục đich quản trị

NAT Network Address Translation Phương pháp chuyển đổi địa chỉ IP

nội bộ và địa chỉ IP của mạng Internet thông qua một địa chỉ IP

đ−ợc cung cấp bởi ISP

OAM Operation Adminidtration and Maintenance Tâp hợp các chức

năng thu thập dữ liệu, báo lỗi, kiểm tra lỗi hệ thống

OS Operation System Hệ điều hành

PHY Physical layer Lớp vật lý – lớp thấp nhất trong mô hình OSI

PPP Point to Point Protocol Giao thức kết nối điểm tới điểm dùng để

truyền dữ liệu qua một giao diện nối tiếp , ví dụ nh− kết nối quay số dialup

RTOS Read time operating System Hệ điều hành thời gian thực

SNMP Simple Networt Management Protocol Một cấu trúc quản lý đ−ợc

thiết kế để thực hiện quản lý mạng dựa trên TCP/IP, Ethernet hoặc OSI

AFE

Analog Front End: Bộ vi xử lý xử lý và số hoỏ cỏc tớn hiệu được nhận và truyền trờn mạch tương tự, giống như là một đường truyền điện thoại

đơn vị là tế bào 53 byte truyền qua đường vật lý khụng phụ thuộc vào thứ tự truyền

chuyển mạch được thực hiện

phớa khỏch hàng kết nối đến mạng điện thoại Những thiết bị này bao gồm điện thoại, modem, và router

được dựng để truyền tớn hiệu số DMT triển khai thớch nghi tốc độ và được dựng trong cỏc cụng nghệ xDSL theo chuẩn ANSI Chuẩn G.dmt

và G.Lite dựa trờn nhõn là kỹ thuật DMT

kế chuyờn dựng trong xử lý tớn hiệu số, cho phộp xử lý tớn hiệu với tốc

độ cao

Dying gasp Một đặc điểm của hệ thống DSL khi mà các tín hiệu được gửi

bởi CPE tới DSLAM trong lúc CPE mất nguồn Tín hiệu này, gửi từ CPE như là mesage cuối cùng báo mất nguồn để DSLAM giải phóng tài nguyên cấp phát trên đường truyền

G.lite Một chuẩn DMT dùng điều chế tín hiệu với tốc độ lớn nhất là

1.544Mbps downstream và 512 kbps upstream Chuẩn G.lite được nêu trong G.992.2 của ITU-T

lớp data-link trong mô hình OSI

MACA Media Acess Control Address: Đây là địa chỉ duy nhất của máy tính

Trên mạng LAN nó giống như địa chỉ Ethernet của bạn

Ethernet 802.3 là lớp vật lý độc lập được gán vào để một số môi trường truyền thông có thể sử dụng

SGDS Super GlobeSpan Development System Một cách dễ dàng đánh giá và

phát triển platform được thiết kế để hổ trợ các kỷ thuật thu phát xDSL của GlobespanVirata

thường được tích hợp trên mạch, như bộ điều khiển Ethernet

Các bảng sử dụng trong luận văn

Bảng 1.1 Cỏc cụng nghệ DSL 15

Bảng 1.2 Số lượng thuờ bao trờn thế giới năm 2002 18

Bảng 2.1 Đặc điểm và cỡ dõy của cỏp xoắn đồng 23

Bảng 2.2 Phõn loại cỏp xoắn đồng 24

Bảng 2.3 Cỏc hằng số dõy dẫn 25

Bảng 3.1 Cỏc kờnh dữ liệu lụgic ADSL và cỏc tốc độ tương ứng 55

Bảng 3.2 Định dạng của Message đồng bộ trờn kờnh nhanh( fast byte) 58

Bảng 3.3 Định dạng message đồng bộ kờnh xen (sync byte) 60

Bảng 3.4 Định dạng Message EOC 64

Bảng 3.5 Cỏc header cú thể của AOC .65

Bảng 3.6 Cỏc lệnh yờu cầu sắp xếp bit 66

Bảng 3.7 Định nghĩa cỏc bit chỉ bỏo 67

Bảng 4.1 Chuẩn giao diện mụ hỡnh tham chiếu ADSL 70

Bảng 4.2 Yờu cầu chất lượng của cỏc ứng dụng 82

Bảng 4.3 Cỏc loại flash nối tiếp được hỗ trợ 88

Bảng 4.4 Cỏc loại bộ nhớ SDRAM được hỗ trợ 89

Bảng 4.5 Yờu cầu về nguồn cấp 90

Bảng 4.6 So sỏnh thụng số của nguồn tuyến tớnh so với nguồn switching 91

Bảng 4.7 Danh sỏch IC khuếch đại thuật toỏn 97

Bảng 4.8 IC dựng cho bộ khuếch đại thu 99

Bảng 5.1 Kết quả đo kiểm các thông số thực tế của đôi cáp đồng 106

Bảng 5.2 Thông số của đôi cáp đồng theo tiêu chuẩn TCN68-132:1998 107

Bảng 5.3 Kết quả đo kiểm tốc độ thực tế ADSL 107

Các hình vẽ, đồ thị sử dụng trong luận văn

Hình 1.1 Số lượng người dùng ADSL tại Nhật Bản năm 2002 19

Hình 1.2 Cấu trúc mạng ADSL 20

Hình 2.1 Cấu trúc đơn giản đôi dây cáp đồng 24

Hình 2.2 Nhiễu đầu gần (NEXT) và nhiễu đầu xa (FEXT) 27

Hình 2.3 Điều chế ASK với tín hiệu nhị phân 10101101 28

Hình 2.4 Bộ giải điều chế ASK 2 trạng thái 29

Hình 2.5 Sơ đồ khối bộ giải điều chế không kết hợp ASK 30

Hình 2.6 Điều chế PSK với tín hiệu nhị phân 10101101 31

Hình 2.7 Sơ đồ khối bộ giải điều chế kết hợp PSK 33

Hình 2.8 Sơ đồ khối bộ điều chế DPSK 33

Hình 2.9 Sơ đồ khối bộ giải điều chế DPSK 34

Hình 2.10 Điều chế FSK pha liên tục 35

Hình 2.11 Sơ đồ bộ giải điều chế FSK kết hợp 36

Hình 2.12 Sơ đồ khối bộ giải điều chế không kết hợp FSK 37

Hình 2.13 Sơ đồ khối bộ điều chế và giải điều chế QAM 16 38

Hình 2.14 Sơ đồ phân bố tín hiệu của QAM 16 38

Hỡnh 3.2 Điều pha QAM-4 42

Hỡnh 3.3 Điều chế QAM-16 42

Hỡnh 3.4 Hệ thống QAM gửi 4 bit/ký hiệu qua kờnh 43

Hỡnh 3.5 Sơ đồ khối bộ điều chế QAM 43

Hỡnh 3.6 Sơ đồ khối bộ giải điều chế QAM 44

Hỡnh 3.7 Bộ điều chế CAP 46

Hỡnh 3.8 Sơ đồ khỏi niệm của bộ điều chế DMT 47

Hỡnh 3.9 Điều chế DMT dựng IDFT 49

Hỡnh 3.10 SNR đối với tần số trờn kờnh 50

Hinh 3.11 Phổ tần DMT của ADSL 51

Hỡnh 3.12 Hoạt động của DMT 52

Hỡnh 3.13 Tổng quan về cỏc bin (kờnh) trong mó hoỏ DMT 52

Mục lục

Trang phụ bìa 2

Mục lục 3

Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt 5

Danh mục các bảng 8

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 9

Mở đầu 11

Chương I Tổng quan về đường dây thuê bao số 13

1.1 Mạng cáp đồng 13

1.2 Xu hướng phát triển DSL 15

1.3 ADSL 19

Chương II Phương tiện truyền dẫn cáp đồng 23

2.1 Một số đặc tính cơ bản của đôi cáp đồng 23

2.1.1 Đặc tính vật lý 23

2.1.2 Đặc tính điện 24

2.1.3 Các tham số của đường dẫn cáp xoắn đồng 25

2.2 Truyền dẫn tín hiệu số trên trên đôi cáp đồng 27

2.2.1 Một số mã điều chế phổ biến trên đường dây 27

2.2.2 Những trở ngại cho phát triển truyền dẫn số trên đôi cáp đồng 39

Chương III Kỹ thuật điều chế trong công nghệ ADSL 40

3.1 Cơ sở điều chế DSL 40

3.1.1 Giới thiệu 40

3.1.2 Điều chế QAM (Điều biên cầu phương) 41

3.1.3 Điều chế biên độ/pha không sóng mang (CAP) 45

3.1.4 Điều chế đa tone (DMT) 47

3.2 Hệ thống ADSL dùng DMT 50

3.2.1 Giới thiệu 50

3.2.2 Hệ thống ADSL dùng DMT 53

3.2.3 Phụ trội ADSL DMT 63

3.2.4 ADSL T1.413 67

Chương IV MODEM ADSL 69

4.1 Mô hình tham chiếu ADSL 69

4.1.1 Các khái niệm giao diện ADSL 70

4.1.2 ADSL trong mạng WAN và các hệ thống đầu cuối 72

4.1.3 Khả năng và các yêu cầu dịch vụ ADSL 81

4.2 Cấu trúc thiết kế ADSL Modem 83

4.2.1 Mục tiêu nghiên cứu chế tạo 83

4.2.2 Sơ đồ khối modem 85

4.2.3 Chức năng các khối 86

4.3 Đặc tính kỹ thuật, ưu, nhược điểm 104

4.3.1 Đặc tính kỹ thuật và yêu cầu chung về hệ thống 104

4.3.2 Ưu, nhược điểm chính của modem V-ADSL 105

Chương IV kết quả đạt được và kiến nghị 106

5.1 Kết quả đo kiểm 106

5.2 Tính năng kỹ thuật modem V-ADSL 108

5.3 Kiến nghị 108

Tài liệu tham khảo 109

Phụ lục 110

Hình 3.14.a Sơ đồ khối bộ truyền ADSL cho trường hợp Downstream 53

Hình 3.14.b Sơ đồ khối bộ nhận ADSL cho trường hợp Downstream 53

Hình 3.15 Cấu trúc siêu khung 56

Hình 3.16 Cấu trúc của một khung dữ liệu 56

Hình 3.17 Cấu trúc của fast byte đối với tất cả các khung trong siêu khung ADSL 57

Hình 3.18 Chi tiết cấu trúc khung đường nhanh cho ADSL 59

Hình 3.19 Cấu trúc khung dồn dữ liệu xen cho downstream (trên) và upstream (dưới) 59

Hình 3.20 Cấu trúc khung tạo đường xen 61

Hình 4.1 Ánh xạ việc thực hiện giao thức điển hình TCP/IP vào mô hình bảy lớp OSI 69

Hình 4.2 Mô hình tham chiếu kiến trúc ADSL theo ADSL Forum 71

Hình 4.3 Tổng quan cấu trúc truy nhập DSL 73

Hình 4.4 Kiến trúc chung ADSL 75

Hình 4.5 Mạng ADSL 76

Hình 4.6 Mạng truy nhập dựa trên cơ sở Router 77

Hình 4.7 Mạng dữ liệu với ADSL 78

Hình 4.8 Truy cập một ISP 80

Hình 4.9 Thâm nhập mạng Frame Relay 80

Hình 4.10 Sơ đồ khối modem 86

Hình 4.11 Sơ đồ cấu trúc vi xử lý GS8124 87

Hình 4.12 Sơ đồ dải tần trong tín hiệu ADSL 96

Hình 4.13 Sơ đồ nguyên lý đường phát tín hiệu ADSL 97

Hình 4.14 Sơ đồ nguyên lý đường thu tín hiệu ADSL 98

Hình 4.15 Mạch lọc tín hiệu thoại 100

Hình 4.16 Mạch bảo vệ trên đường ADSL 101

Mở ĐầU

Sau gần 20 năm thực hiện chủ trương đổi mới, mở cửa, xây dựng nền kinh tế thị trường, định hướng xã hội chủ nghĩa, nhu cầu thông tin trên mọi lĩnh vực chính trị, kinh tế, xã hội, văn hoá của nhân dân ta ngày càng lớn Nền kinh tế xã hội Việt Nam sau nhiều năm tăng trưởng, ổn định, công ăn việc làm trên máy tính (PC) ngày càng nhiều đã và đang đòi hỏi được cung cấp nhiều dịch vụ viễn thông đa dạng, chất lượng tốt, băng thông rộng, truy cập internet với tốc độ nhanh ngày càng cao Trong khi đó mạng chuyển mạch thoại công cộng (PSTN) ở nước ta cũng ở nhiều nước trên thế giới đã được xây dựng với cấu trúc mạng bốn cấp không thể đáp ứng đầy đủ nhu cầu thông tin hiện đại, đặc biệt là mạng cáp đồng (LLN)

Trong những năm gần đây, tại nhiều triển lãm viễn thông quốc tế và quốc gia

để đáp ứng nhu cầu về tiện ích thông tin có nhiều đòi hỏi về chất lượng thông tin và băng thông lớn cho quảng cáo, giáo dục, trò chơi điện tử, chương trình âm nhạc tìm hiểu công nghệ, thông tin phổ cập, chuyển ngân, thương mại điện tử Nhiều chuyên gia đã đề xuất những giải pháp giải quyết vấn đề chuyển đổi PSTN sang mạng thế hệ mới (NGN), cơ bản gồm 3 lớp: lớp truy nhập, lớp truyền tải, lớp quản lý ứng dụng dịch vụ viễn thông Chuyển đổi PSTN sang NGN thật sự đã trở thành một vấn đề lớn của thế giới công nghệ thông tin và truyền thông (ITC) đang được nhiều nhà khoa học, nhiều quốc gia quan tâm nghiên cứu phát triển cơ sở hạ tầng thông tin quốc gia hướng tới một xã hội thông tin hiện đại

Báo cáo luận văn này được hình thành từ thực tiễn mong muốn chuyển đổi

đường dây thuê bao điện thoại tương tự thành đường dây số, bằng cách tận dụng dây cáp đồng đã được đầu tư với modem công nghệ số, đem lại cho người sử dụng dịch vụ viễn thông khả năng truy nhập mạng internet với tốc độ cao Nội dung cơ bản của luận văn là nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật điều chế trong công nghệ số thích hợp để thiết kế và sản xuất modem ADSL phù hợp với môi trường truyền dẫn cáp

đồng, góp phần tạo nên đường dây thuê bao số ADSL ở VN cho các nhu cầu truy nhập cơ sở dữ liệu và xử lý thông tin

Luận văn này gồm 5 chương với những nội dung nghiên cứu cơ bản như sau:

Chương I giới thiệu khái quát về đường dây thuê bao điện thoại, đường dây

thuê bao số (DSL), khả năng đáp ứng nhu cầu về tiện ích thông tin của DSL cho thời

kỳ quá độ xây dựng mạng cáp quang thuê bao thay thế mạng cáp đồng hiện tại hàng chục triệu đôi dây chiếm khoảng 40% tổng mức đầu tư cho mạng viễn thông

Chương II nghiên cứu phương tiện truyền dẫn cáp đồng, những đặc tính cơ

bản của đôi cáp đồng, khả năng chống nhiễu và mở rộng băng thông bằng các kỹ thuật điều chế trong công nghệ số

Chương III trình bày kỹ thuật điều chế trong công nghệ ADSL, các dạng điều

chế QAM, CAP, DMT, khả năng ứng dụng DMT để thiết lập hệ thống ADSL

Chương IV và chương V giới thiệu sơ lược kết quả nghiên cứu, sản xuất

modem ADSL của trung tâm VTC thuộc công ty VITECO, cấu trúc modem được thiết kế, đặc tính kỹ thuật, ưu nhược điểm của modem, kết luận và kiến nghị tiếp tục nghiên cứu phát triển mạng truy nhập ADSL phù hợp với tiêu chuẩn mạng NGN

Đề tài luận văn được hình thành, ngoài sự cố gắng của bản thân còn nhờ giúp

đỡ nhiệt tình của các thầy cô, các bạn đồng nghiệp thuộc công ty VITECO và trong VNPT Nhân dịp này cho phép tôi thể hiện lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô trường học Bách Khoa Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức hữu ích, đặc biệt cảm ơn thầy Đỗ Xuân Thụ- người đã hướng dẫn tôi trong suốt thời gian nghiên cứu đề tài Cảm ơn tất cả các bạn đồng nghiệp đã có nhiều ý kiến đóng góp quý giá giúp tôi hoàn thành báo cáo luận văn này

Chương I Tổng quan về đường dây thuê bao số

1.1 Mạng cáp đồng

Hơn mười năm về trước, sự phỏt triển dịch vụ thoại trờn đụi cỏp đồng của cỏc cụng ty điện thoại là rất tốt đẹp Sau một thời gian, đặc biệt là khi cú sự bựng nổ của Internet và World Wide Web, việc phỏt triển mạng đó cú nhiều điều phải lo nghĩ hơn Sự cạnh tranh khốc liệt hơn, lợi nhuận tăng nhanh đối với cỏc dịch vụ mới và hơn hết, cỏc khỏch hàng bắt đầu nhận thức được sự thiếu sút của cỏc cụng ty điện thoại Song sự thay đổi lớn nhất cú lẽ

là sự tỏc động tương hổ lẫn nhau giữa cụng ty điện thoại và Internet Về phần mỡnh, Internet đó hoàn toàn làm thay đổi vai trũ trờn mạng điện thoại

Internet đó xuất hiện khoảng 30 năm trước, nhưng trong nhiều năm nú là cụng cụ để giỏo dục và nghiờn cứu, vỡ thế mọi người ớt biết đến Mọi việc chỉ thay đổi vào giữa năm

1990 khi World Wide Web xuất hiện trờn Internet Internet và Web đó phỏt triển rất nhanh vào những năm 1993 -1994, cỏc mỏy tớnh PC được hổ trợ cả phần cứng và phần mềm cho phộp việc kết nối mạng trở nờn dễ dàng hơn Mạng điện thoại cũng đó phỏt triển thành

mạng chuyển mạch điện thoại cụng cộng, PSTN Ở PSTN, thành phần lớn nhất là chuyển

mạch (Switch); cũn Internet, thành phần lớn nhất của nú là bộ định tuyến (Router) Đú chớnh là điểm khỏc biệt lớn nhất giữa PSTN và Internet PSTN cú thể được sử dụng để kết nối PC ở nhà hoặc cỏc mỏy tớnh của doanh nghiệp tới Internet Bằng cỏch gắn PC vào đường điện thoại qua modem ta cú đường truy cập tới PSTN, rồi sau quay số tới một trong

số cỏc nhà cung cấp dịch vụ Internet, lỳc này thế giới trở nờn gần gũi và thỳ vị

Vấn đề là ở chổ, PSTN được thiết kế theo mụ hỡnh thống kờ của cỏc cuộc gọi thoại với thời gian ngắn, và tất nhiờn nú sẽ khụng cũn phự hợp với cỏc cuộc gọi dữ liệu hàng giờ (lướt trờn Web) Do đú PSTN phải đối phú rất vất vả với tắc nghẽn và xung đột, cũn khỏch hàng thỡ khụng ngớt lời ca thỏn

Rừ ràng khụng chỉ dừng lại ở Internet và Web, ngày càng xuất hiện nhiều ứng dụng mới theo kiểu “tương tỏc multimedia” Vỡ vậy khụng những yờu cầu độ trễ, độ rộng băng thụng phải thoả món được cỏc dịch vụ này Cỏc ứng dụng yờu cầu về độ trễ như thoại,

video,…, còn các ứng dụng đòi hỏi băng tần thường là các ứng dụng dữ liệu Một nhu cầu

thực sự đã xuất hiện, nhu cầu về các dịch vụ băng rộng, broadband Kèm theo khái niệm

này là hàng loạt vấn đề kỹ thuật xuất hiện như độ trễ, băng thông, nhiễu,…

Bản thân PSTN được thiết kế tối ưu cho thoại, có độ trễ nhỏ, băng thông (bandwidth)

bé (cỡ 56 kbps) Còn việc truy cập tới băng rộng thông thường ám chỉ tới băng thông lớn hơn 2 Mbps

Lợi nhuận hiện tại đối với các đường truy cập băng rộng gia tăng qua việc dùng Internet Nếu một ai đó quay số vào Internet qua modem vào mạch vòng tương tự, chúng

có thể nhận được băng thông là 56 kpbs hoặc ít hơn Như đã nêu, đường truy cập băng rộng ít nhất là 2000 kbps Và, DSL là giải pháp tạo ra đường truy cập băng rộng trên cáp đồng của mạch vòng cũ mà không cần chi phí lớn trong việc tái tạo lại đường dây hay thay thế chúng Thực tế ADSL và các công nghệ DSL khác có thể có tốc độ vượt xa 2 Mbps Bản thân ADSL có thể thực hiện ở tốc độ 8 Mbps, còn VDSL có thể đẩy tốc độ bit lên tới

52 Mbps

Tóm lại, PSTN dù ở dạng tương tự hay số thì mục đích thiết kế của nó vẫn dành cho các cuộc thoại thời gian ngắn Vả lại, qua PSTN ta có thể ra Internet dể dàng, nên gánh nặng về sự tắc nghẽn, độ trể, băng thông, giá thành là mối quan ngại của mạng này ADSL

là công nghệ giúp giải quyết tốt vấn đề này ở khía cạnh công nghệ cũng như tính khả thi,

và nó được giới thiệu ở đây

Ngày nay, nhu cầu khách hàng về các dịch vụ băng rộng đang tăng nhanh Những khách hàng là doanh nghiệp yêu cầu các dịch vụ tương tác như: truy cập 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 thúc đẩy các công ty viễn thông nhanh chóng triển khai các giải pháp phân phối dịch vụ băng rộng tới khách hàng có hiệu quả nhất

Vấn đề khó khăn nằm trên những kilomet cuối tới thuê bao sử dụng các đôi dây đồng đã được trang bị từ xưa tới nay để cung cấp các dịch vụ PSTN cho khách hàng trên khắp thế giới Mạng truy nhập PSTN chỉ cung cấp một dải tần hẹp 0.3-3.4 kHz với tốc độ truyền số liệu tối đa là 56 kbps nên không đáp ứng được các khối dữ liệu có nội dung phong phú kèm hình ảnh sống động Để giải quyết vấn đề này nhiều kỹ thuật truy nhập

băng rộng đã được đưa ra xem xét, một trong các phương án được đưa ra xem xét là truy nhập xDSL

1.2 Xu h−íng ph¸t triÓn DSL

xDSL là một họ công nghệ đường dây thuê bao số gồm nhiều công nghệ có tốc độ, khoảng cách truyền dẫn khác nhau nên được ứng dụng vào các dịch vụ khác nhau Bảng 1.1 sẽ liệt kê các loại công nghệ và tính chất của từng loại Theo hướng ứng dụng của công nghệ thì có thể phân thành ba nhóm chính như sau:

chuẩn hoá và những phiên bản khác như: SDSL, MDSL, IDSL

G.Lite) đã được chuẩn hoá và các phiên bản khác như: CDSL, Etherloop

- Công nghệ VDSL cung cấp khả năng truyền dẫn cả đối xứng và không đối xứng

Công nghệ Tốc độ Khoảng cách truyền dẫn Số đôi dây đồng

2 đôi

3 đôi HDSL2 1,544Mb/s đối xứng 2,048 Mb/s đối xứng 3,6 km – 4,5 km 1 đôi

SDSL

768kb/s đối xứng 1,544Mb/s hoặc 2,048 Mb/s một chiều

300 m – 1,5 km

Bảng 1.1 Các công nghệ DSL

IDSL ( ISDL DSL): Ngay từ đầu những năm 1980, ý tưởng về một đường dây thuê

bao số cho phép truy nhập mạng số đa dịch vụ tích hợp (ISDN) đã hình thành DSL làm việc với tuyến truyền dẫn tốc độ 160 kbps tương ứng với lượng tải tin là 144 kbps (2B+D) Trong IDSL, một đầu nối với tổng đài trung tâm bằng một kết cuối đường dây LT (Line Termination), đầu kia nối tới thuê bao bằng thiết bị kết cuối mạng NT (Network Termination) Để cho phép truyền dẫn song công người ta dùng kỹ thuật khử tiếng vọng IDSL cung cấp các dịch vụ như: truyền hình hội nghị, đường thuê riêng (leased line), các hoạt động thương mại, truy cập Internet/Intranet

HDSL/HDSL2: Cuối những năm 80, nhờ tiến bộ trong lĩnh vự xử lý tín hiệu số đã thúc

đẩy sự phát triển của công nghệ đường dây thuê bao số tốc độ cao HDSL (High data rate DSL) Công nghệ này sử dụng 2 đôi dây đồng để cung cấp dịch vụ T1 (1.544 Mbps), 3 đôi dây để cung cấp dịch vụ E1 (2.048 Mbps) không cần bộ lặp Sử dụng mã đường truyền 2B1Q tăng tỷ số bit/baud thu phát đối xứng; mỗi đôi dây truyền một nửa dung lượng tốc độ

784 kbps nên khoảng truyền xa hơn và sử dụng kỹ thuật khử tiếng vọng để phân biệt tín hiệu thu phát Khi nhu cầu truy cập các dịch vụ đối xứng tốc độ cao tăng lên, kỹ thuật HDSL thế hệ thứ 2 ra đời để đáp ứng nhu cầu truyền T1, E1 chỉ trên một đôi dây đồng với một bộ thu phát Kỹ thuật này có nhiều ưu điểm: hoạt động ở nhiều tốc độ khác nhau, sử dụng mã đường truyền hiệu quả hơn mã 2B1Q, khoảng cách truyền xa hơn, chống nhiễu tốt hơn, có khả năng tương thích phổ với các dịch vụ DSL khác Do sử dụng cả dải tần thoại nên không cung cấp đồng thời cả dịch vụ thoại nhưng công nghệ này được sử dụng rộng rãi cho các dịch vụ đối xứng trong mạng nội hạt thay thế các đường trung kế T1, E1

mà không cần sử dụng bộ lặp

SDSL: Công nghệ DSL một đôi dây (single pair DSL) truyền đối xứng tốc độ 784 kbps

trên một đôi dây, ghép kênh thoại và số liệu trên cùng một đôi dây, sử dụng mã 2B1Q Công nghệ này chưa có các tiêu chuẩn thống nhất nên không được phổ biến cho các dịch

vụ tốc độ cao SDSL chỉ được ứng dụng trong việc truy cập Web, tải những tệp dữ liệu và thoại đồng thời với tốc độ 128 kbps ở khoảng cách bé hơn 6.7 km, và tốc độ tối đa là 1024 kbps trong khoảng 3.5 km

ADSL: Là công nghệ được chú ý nhất trong họ DSL, nó sẽ được giới thiệu riêng ở sau

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

phù hợp cho kiến trúc mạng truy nhập sử dụng cáp quang tới cụm dân cư VDSL truyền tốc độ dữ liệu cao qua các đôi cáp đồng ở khoảng cách ngắn Tốc độ hướng xuống (downstream) tối đa đạt 52Mbps trong khoảng 300m, còn hướng lên (upstream) trong chế

độ không đối xứng là 1.6-2.3 Mbps Trong VDSL, cả hai kênh số liệu đều hoạt động ở tần

số cao hơn tần số thoại và ISDN nên cho phép cung cấp các dịch vụ VDSL bên cạnh các dịch vụ tồn tại Có thể dùng VDSL trong truy cập băng rộng như dịch vụ Internet tốc độ cao, video theo yêu cầu

So với các công nghệ băng rộng khác hiện đang hoạt động, có nhiều điểm then chốt khiến cho mạng DSL là sự lựa chọn hấp dẫn đối với truy nhập băng thông cao Trước khi tìm hiểu sâu về khía cạnh công nghệ, ta xem xét tổng quan các đặc điểm chính của DSL:

• Công nghệ xDSL có thể triển khai trên cặp cáp đồng đang tồn tại, mà số vốn mà các nhà đầu tư của các công ty điện thoại đặt vào đó là rất lớn, không dễ gì thay thế được DSL không những tận dụng được nền tảng vốn có mà còn cho phép triển khai công nghệ mới, dịch vụ tốc độ cao mà không phải đầu tư hạ tầng cơ

sở mới

• Hầu hết các công nghệ mới yêu cầu thời gian đáng kể trước lúc đưa vào thử nghiệm Ví dụ, hệ thống vệ tinh không dây cần yêu cầu thiết kế, xây dựng, và triển khai trước khi có thể bắt đầu thử nghiệm Các cuộc thử nghiệm DSL, có thể đơn giản hơn bởi vì nó dựa trên cơ sở cáp đồng sẵn có cùng với các trung tâm chuyển mạch đã tồn tại

• Nhiều ứng dụng đòi hỏi băng thông cao, và một số ứng dụng mới lại được tạo

ra trên khi băng thông cao sẵn có Các công nghệ DSL có thể hỗ trợ cho các ứng dụng trong y học, pháp luật, thương mại, các ứng dụng thời gian thực, và các trường hợp khác Hơn nữa, DSL có thể được triển khai ở nhiều nơi cần tính hiệu quả cao trên hạ tầng hiện có

• Với phát triển và phổ biến của các dịch vụ trực tuyến( online), mạng PSTN đã trở nên quá tải Đầu tiên, PSTN được thiết kế cho thực hiện các cuộc thoại và

nó khác với mô hình vận chuyển dữ liệu Ví dụ, hầu hết các cuộc gọi có thời gian ngắn( trung bình 3 phút), còn cuộc dữ liệu tới nhà cung cấp dịch vụ

Internet( ISP) thường là hàng giờ Các mô hình thống kê được dùng để thiết kế

PSTN không còn thích hợp với mô hình cuộc gọi dữ liệu Mạng dữ liệu trên nền

công nghệ DSL sẽ làm giảm gánh nặng cho hệ thống chuyển mạch điện thoại

trong việc vận chuyển dữ liệu, tránh việc nâng cấp lớn hạ tầng cơ sở

Trên thế giới hiện nay có khoảng 725 triệu đường truy nhập là đôi dây đồng kết nối tới

các hộ gia đình cũng như các khách hàng thương mại Cơ sở hạ tầng này là điều kiện để

các công ty viễn thông triển khai công nghệ xDSL và mở ra kỷ nguyên mới cho truy nhập

băng rộng trên toàn thế giới

Hiện nay công nghệ xDSL đã phát triển mạnh mẽ do các thiết bị trên thị trường hoạt

động tương thích với nhau do có các chuẩn chung Giá thành thiết bị giảm nhanh chóng,

đồng thời những tiến bộ kỷ thuật mới cho phép người sử dụng tự lắp đặt thiết bị ở nhà dẫn

tới giảm chi phí dịch vụ

Trong cuộc họp của DSL Forum tại Rome vào tháng 3/2002 cho thấy DSL đã được

chấp nhận như một kỹ thuật truy nhập băng rộng dẫn đầu thế giới với tổng số thuê bao lên

tới 18,7 triệu khách hàng (bảng 1.1) Người ta dự đoán số thuê bao này còn tăng nhanh và

đạt tới 200 triệu thuê bao vào năm 2005

Khu vực Tổng số

thuê bao DSL Lượng thuê bao nhà riêng bao nhà riêng % thuê

trên tổng số người dùng

Lượng thuê bao doanh nghiệp nghiệp trên % doanh

tổng người dùng Châu Á Thái

Bảng 1.2 Số lượng thuê bao trên thế giới năm 2002

Tại Nhật Bản, số lượng người dựng ADSL tăng rất nhanh Chỉ riờng đến thỏng 10/2002 con số tổng thuờ bao đó là 5 triệu, biểu diển trờn lược đồ sau:

Hình 1.1 Số lượng người dùng ADSL tại Nhật Bản năm 2002

Tại Việt Nam, cỏc dịch vụ DSL cũng đang từng bước được triển khai Chủ yếu là cỏc dịch vụ HDSL được sử dụng trong cỏc đường E1 của mạng truyền số liệu Tuy nhiờn cỏc nhu cầu truy cập Internet tốc độ cao và cỏc dịch vụ video theo yờu cầu đang tăng nhanh gúp phần thỳc đẩy dịch vụ ADSL mau chúng được triển khai

1.3 ADSL

ADSL-Asymmetric Digital Subscriber Line (thuê bao số không đối xứng) là một giải pháp công nghệ xDSL cung cấp kết nối tới các thuê bao qua đường cáp điện thoại với tốc độ cao ADSL hiện đang là sự lựa chọn phát triển cho dịch vụ truyền số liệu nói chung và truy nhập internet nói riêng

Đặc điểm chính của ADSL đó là sự khác nhau về tốc độ dữ liệu từ nhà cung cấp

đến người sử dụng (hướng xuống) và tốc độ dữ liệu từ người sử dụng tới nhà cung cấp (hướng lên) Tốc độ dữ liệu hướng xuống thì thường lớn gấp 10 lần đối với tốc

độ dữ liệu hướng lên Đối với hướng xuống tốc độ dữ liệu có thể là từ 1 Mbps đến 8 Mbps, giá trị max chủ yếu còn phụ thuộc vào độ dài cũng như điều kiện của tuyến trong quá trình lắp đặt

Sơ đồ khối hệ thống đầu cuối đến đầu cuối

Ngày nay có rất nhiều các công ty khác nhau trên toàn thế giới đều đang có gắng phát triển sản phẩm của mình dựa trên nền tảng của kỹ thuật ADSL đặc biệt là chipset Hình dưới đây chỉ ra mô hình mạng truy nhập ADSL với nhiều thành phần khác nhau bao gồm thiết bị phần cứng, mã đường truyền, giao thức

Hình 1.2 Cấu trúc mạng ADSL

ATU-R (Modem)

Modem ATU-R tồn tại ở phía người sử dụng Đối với giao diện người sử dụng thì thường có rất nhiều khả năng lựa chọn song với các dạng giao diện chung thì chủ yếu bao gồm 10BaseT và giao diện ATM 25.6 Mbps (đôi khi còn được gọi là giao diện ATM-25) Có nhiều loại giao diện tốc độ cao cho các PC, do vậy đối với các loại giao diện PC, card cắm trong đôi khi được gọi là card giao diện mạng (NIC) Ngoài ra còn có nhiều loại card giao diện khác ví dụ như giao diện V.35, các loại giao diện tốc độ cao ví dụ như giao diện USB (Universal Serial Bus) ATU-R có thể

là modem cắm ngoài hoặc cũng có thể là card cắm trong PC nhưng phổ biến thì chúng là một phần của thiêt bị mạng chẳng hạn như bridge/router để nối với mạng LAN Ngoài ra còn có bộ phận đặc biệt để ghép tách tín hiệu điện thoại thường POTS gọi là splitter Đối với ADSL, modem này thường được gọi là ATU-R

ATU-C (DSLAM)

Cũng giống như ATU-R, ATU-C tồn tại ở phía CO (Central Office) và thường thì ATU-C là một phần trong thành phần mạng truy nhập ATU-C có cấu tạo dạng các card được cắm ở tủ truy nhập như các thuê bao điện thoại, trên mỗi card này có thể bao gồm nhiều modem nhưng tại một thời điểm thì ATU-C chỉ được kết nối với một ATU-R Ngoài ra còn có bộ phận đặc biệt để ghép tách tín hiệu điện thoại thường POTS gọi là splitter Đối với ADSL các modem này được gọi là ATU-C Các modem này được kết hợp lại thành các luồng có tốc độ cao hơn để nối với các mạng

đường trục tạo thành một thiết bị gọi là DSLAM DSLAM (Digital Subscriber Line

Access Multiplexer) có tác dụng kết hợp các tuyến thuê bao (ATU-C) tốc độ thấp lên luồng tốc độ cao hơn DSLAM có thể có các giao diện với mạng số liệu ATM

và IP; đồng thời có các giao diện với mạng PSTN để cung cấp dịch vụ điện thoại thường trên ADSL

Các ứng dụng của ADSL

Những ứng dụng đa phương tiện trên Internet có thể đến với người dùng hay không phụ thuộc rất nhiều vào khả năng của dịch vụ kết nối Với tốc độ của ADSL thì hàng loạt các ứng dụng được phát triển và cho phép người dùng sử dụng:

- Giáo dục trực tuyến, thư viện điện tử, thảo luận, học qua mạng

- Các dữ liệu kinh tế trực tuyến: chứng khoán, thông tin bất động sản,

- Mua bán trực tuyến với hình ảnh sinh động

- Truy nhập internet tốc độ cao

- Hội nghị truyền hình với chất lượng âm thanh và hình ảnh tốt

- Video theo yêu cầu, hỗ trợ người dùng tải xuống các và sử dụng các tệp

âm thanh, hình ảnh theo thời gian thực

- Điện thoại qua ADSL (VoDSL)

Chương I 13 Tổng quan về đường dây thuê bao số 13

1.1 Mạng cáp đồng 13 1.2 Xu hướng phát triển DSL 15 1.3 ADSL 19

Hình 1.1 Số lượng người dùng ADSL tại Nhật Bản năm 2002 19 Hình 1.2 Cấu trúc mạng ADSL 20

Bảng 1.1 Cỏc cụng nghệ DSL 15 Bảng 1.2 Số lượng thuờ bao trờn thế giới năm 2002 18

Chương II Phương tiện truyền dẫn cáp đồng

2.1 Một số đặc tính cơ bản của đôi cáp đồng

2.1.1 Đặc tính vật lý

Cỏp đồng (hay cũn gọi là cỏp xoắn đồng) thường được triển khai theo từng bú Mỗi bú chứa từ 1 đến 4200 cặp cỏp đồng Thụng thường cỏc mạch vũng thuờ bao chứa 25 đến 100 cặp cỏp đồng Mỗi đụi dõy cỏp đồng cú lớp cỏch ly, cú thể là nhựa PVC chẳng hạn Bú cỏp thụng thường cú lớp bảo vệ bằng kim loại bờn ngoài (Overall Shield) Lớp bảo vệ này được nối đất để chống tạp õm Ngoài ra bờn ngoài bú cũn cú lớp vỏ bảo vệ bằng nhựa hay cao su (Outer Jacket)

Cỏp xoắn đồng cũng đặc trưng bằng đường kớnh của nú Ở Mỹ người ta thường dựng đơn vị AWG để đo đường kớnh cỏp xoắn Cỏc kớch thước tiờu biểu là #19, #22, #24, #25 với đường kớnh từ 0,03589 inches (0,912 mm) tới 0,01594 inches (0,404mm) Loại #24 và

#26 thường được dựng cho DSL Bảng sau cụ thể cỡ dõy (gauges) theo đường kớnh và điện trở D.C (một chiều) trờn 1000 feet (304,8 m) cho mỗi loại

Ch−¬ng III

Kü thuËt ®iÒu chÕ trong c«ng nghÖ ADSL

3.1 C¬ së ®iÒu chÕ DSL

3.1.1 Giíi thiÖu

Về khía cạnh băng tần các công nghệ DSL có thể phân thành hai loại chính, phụ thuộc

vào phương pháp mà chúng sử dụng đưa dữ liệu lên cáp xoắn đồng: basepass hay

passband ISDN, ISDL và HSDL dùng basepass, còn ADSL là hệ thống sử dụng passband

Các hệ thống basepass có băng tần tính từ tần số có giá trị là zero trở lên, trong khi phổ của các hệ thống passband có cận dưới là một giá trị lớn hơn không Chúng ta đang nghiên cứu

về công nghệ ADSL nên thiết nghĩ cần phải nói thêm một chút về các hệ thống passband

mà nó đang áp dụng

Các hệ thống passband

Các hệ thống passband thường được dùng trong các dịch vụ băng rộng riêng khi người

ta muốn tách riêng kênh thoại 0-4 kHz Nhưng làm sao người ta có thể quản lý và truyền dẫn với tốc độ hàng Mbps trên giây đồng hay bị suy giảm? Cũng giống như cách người ta đưa tốc độ 33.6 kbps lên kênh thoại 4 kHz mà thôi, thay vì gửi các bit người ta lại dùng véc

tơ ký hiệu có nhiều bít hơn cho một lần truyền bằng các phương pháp điều chế

Điều chế là kỷ thuật quan trọng nhất cho mọi modem, trong đó có cả modem số ADSL nữa

Cơ sở điều chế DSL

Trong các hệ thống truyền thông vị trí của các khối điều chế và giải điều chế được chỉ

ra trong sơ đồ hình 3.1:

Hình 3.1 Sơ đồ khối bộ truyền nhận của các hệ thống truyền thông

Khối điều chế và giải điều chế

Khối điều chế (modulation) có nhiệm vụ chính là chuyển đổi các bit đầu vào thành các sóng tín hiệu truyền trên kênh Khối giải điều chế (demodulation) ở đầu nhận chuyển các sóng tương ứng thành các bit tương ứng Phần này sẽ thảo luận về các phương pháp điều chế chung trong công nghệ DSL: QAM, CAP, và DMT (đa tone)

3.1.2 §iÒu chÕ QAM (§iÒu biªn cÇu ph−¬ng)

QAM sử dụng một sóng sin và một sóng cosin cùng tần số để mang thông tin Hai sóng này được gửi qua một kênh đồng thời cùng với biên độ mỗi sóng mang thông tin QAM được sử dụng nhiều năm nay và là cơ sở cho các modem băng thoại như V.34 QAM có thể được điều biên và pha để có thể mang nhiều bit trên một ký tự Hình 3.2 biễu diễn tín hiệu QAM-4 (một ký hiệu biễu diên 2 bit) Rõ ràng trên hình 3.2 với 4 bit thì chỉ cần điều pha là

đủ (biên độ không đổi) Nhưng khi số bit điều chế tăng lên, nếu giữ nguyên biên độ thì các

ký hiệu sẽ rất gần nhau, do đó rất khó phân biệt và dễ gây lỗi, hình 3.3 minh hoạ tín hiệu QAM-16 dùng điều biên và pha

Receiver

Scramber

De-Forward Error Connection Decoder

De- Interleaver

De- Modulator Equalizer

Channel

Hình 3.2 Điều pha QAM-4

Hình 3.4 Hệ thống QAM gửi 4 bit/ký hiệu qua kênh

Bốn bít đầu vào sẽ ánh xạ tới một điểm duy nhất trong 16 điểm trên chòm sao (chùm

tín hiệu vuông góc) QAM (16-QAM) Từ đây ta có các thành phần biên độ sin và cosin tương ứng Sau khi các sóng sin và cosin truyền qua kênh, đầu nhận sẽ nhận lại sóng này

Tuy nhiên do nhiễu và suy hao trên kênh nên điểm tương ứng trên chòm sao QAM ở phía

nhận có thể bị lệch Nên bộ nhận phải tìm điểm gần nhất phù hợp để xác định lại các thành phần biên độ x và y Từ đó xác định được 4 bít đầu ra tương ứng Nếu bị nhiễu nặng thì bộ nhận sẽ đưa ra lỗi tới ký hiệu khôi phục

Sơ đồ khối bộ điều chế QAM như hình 3.5

Hình 3.5 Sơ đồ khối bộ điều chế QAM

Biên độ cosin

Bộ sinh sóng Sin

Bộ sinh sóng cosin

y

X

Thành phần mang biên độ sóng cosine còn được gọi là nhánh in phase (trong pha), hay đơn giản là thành phần I Thành phần mang biên độ sóng sin được gọi là nhánh quadrature

(vuông góc), ký hiệu Q Tín hiệu điều chế là:

Công thức 3.1

m m

Đối với bộ giải điều chế QAM, sơ đồ thể hiện như hình 3.6

Đối với sơ đồ khối này, đầu vào lấy từ kênh và đầu ra ánh xạ trên chòm sao (chùm tín

hiệu điều chế) của bộ nhận Nếu giả sử rằng không mất mát trên kênh và việc đồng bộ về phase ở bộ nhận là hoàn hảo, thì không khó để viết phương trình tại mỗi điểm chỉ ra trên hình 3.6

Hình 3.6 Sơ đồ khối bộ giải điều chế QAM

Tín hiệu đầu vào tại điểm A:

Công thức 3.2

m m

e

m t R A c jA s g t e c

S ( )= + ( ) 2π

)sin(

)cos(

●E Tích phân

Bộ sinh sóng Sin

Bộ sinh sóng cosin

Tích phân

Dự đoán

x

Dự đoán

y Sóng

nhận

được

với Xi,Yi là biờn độ (cả dấu và độ lớn) của súng cosine và sin tương ứng bị mó hoỏ tại

bộ truyền Sau khi qua cỏc bộ nhõn ta nhận được cỏc tớn hiệu tại điểm B và C ở cụng thức 3.3

Cụng thức 3.3

V B(t)= X icos2(ω +t) Y isin(ωt)cos(ωt)

V C(t)= X isin(ωt)cos(ωt)+Y isin2(ωt)

Cỏc tớn hiệu tại điểm B, C được truyền độc lập qua cỏc bộ tớch phõn Cỏc khối này thực hiện phộp lấy tớch phõn mỗi ký hiệu trong một chu kỳ Đầu ra của khối tớch phõn là cỏc tớn hiệu tại điểm D và E chỉ ra sau đõy:

Cụng thức 3.4

2)

D

X t

2)

E

Y t

Cỏc tớn hiệu này sau khi cho qua bộ lọc hỡnh dạng (shaping filter), đõy là bộ lọc thụng cao nhằm mục đớch rỳt gọn dải thụng cho phự hợp, tạo thành vộc tơ ký hiệu điều chế i như biểu thức sau:

Cụng thức 3.5

)sin(

)()cos(

)()

Người ta nhận thấy cỏc xung QAM chịu sự suy yếu nghiờm trọng từ đường dõy trong DSL, do đú một vài nhà chế tạo sử dụng cỏc hệ thống tương thớch với QAM QAM thường được sử dụng trong truyền dẫn modem băng thoại mà ở đú đặc tớnh đường dõy ớt bị biến động trờn băng tần nhỏ từ 3-4 kHz, cho phộp trỏnh được DC (một chiều) và bộ thu được thực hiện với độ phức tạp cú thể chấp nhận được

3.1.3 Điều chế biên độ/pha không sóng mang (CAP)

Điều chế biờn độ/pha khụng súng mang (CAP) được đưa ra bởi Werner ễng này chỳ ý rằng điều chế súng mang trong QAM là khụng cần thiết bởi vỡ điều chế cơ bản là hai chiều

và sự lựa chọn khôn ngoan hai hàm cơ bản không có DC (thành phần một chiều) đôi khi đơn giản hoá việc thực hiện của máy phát Tính phức tạp của bộ thu cao QAM vẫn biểu hiện trong CAP Sơ đồ bộ điều chế CAP như hình 3.7

Hình 3.7 Bộ điều chế CAP

Bộ điều chế có hai nhánh, một nhánh in-phase (trong pha) và một nhánh quadranture

(vuông góc) Đáp ứng xung của bộ lọc số là cặp biến đổi hilbert Hai hàm của cặp biến đổi

hilbert là trực giao nhau.

Dạng này là dạng mở rộng đương nhiên của truyền dẫn liên tục một chiều và khái niệm hàm cơ bản Không có tần số sóng mang, và f0 đơn giản là một tham số chỉ ra trung tâm của băng thông được sử dụng cho truyền dẫn, từ đó xuất hiện việc sử dụng “không sóng mang”, tuy nhiên trong khi đó biên độ và pha của x(t) được điều chế bằng thiết lập cơ bản hai chiều Các hệ thống truyền dẫn CAP không được chuẩn hoá để sử dụng DSL, nhưng một vài nhà sản xuất đã sử dụng theo cách thức phù hợp

CAP và QAM, cơ bản là tương đương về hiệu năng hoạt động trên bất kỳ một kênh nào

có cùng độ phức tạp của bộ thu - chỉ có việc thực hiện là khác nhau, và chỉ khác nhau chút

ít

Uỷ ban tiếng hình số (DAVAC) và diễn đàn ATM có khuyến nghị thực hiện CAP cho truyền dẫn trên đôi dây xoắn lớp 5 đối với các khoảng cách nhỏ hơn 50 m, như trong các mạng LAN, và chúng không được nghiên cứu ở đây

3.1.4 §iÒu chÕ ®a tone (DMT)

Điều chế đa tone là cơ sở cho điều chế đa tone rời rạc DMT của ADSL cũng như đa

sóng mang của VDSL Loại điều chế này thỉnh thoảng còn được gọi là dồn kênh phân chia

tần số trực giao (OFDM)

DMT xây dựng dựa trên ý tưởng của QAM Rằng, chúng ta có nhiều hơn một bộ mã hoá chùm tín hiệu vuông góc (chòm sao) Mỗi bộ mã hoá nhận tập các bít được mã hoá theo chòm sao của nó như là QAM Các giá trị đầu ra từ bộ mã hoá chùm tín hiệu vuông góc lần nữa lại qua bộ sinh các sóng sin và cosine; tuy nhiên tần số của các sóng sin và cosine là khác nhau Tất cả các sóng này được cộng cùng nhau và gửi qua kênh truyền Sóng này là véc tơ ký hiệu DMT, được biểu diễn trên lược đồ hình 3.8

Hình 3.8 Sơ đồ khái niệm của bộ điều chế DMT

Các kênh với các tần số khác nhau thường được gọi là các kênh con, các tone hoặc các bin Để các sóng trong mỗi bin có thể phân biệt nhau DMT sử dụng các tần số trong mỗi bin này là bội số của một tần số chung, gọi là tần số cơ bản Điều này đảm bảo rằng nhiễu không tồn tại giữa các bin, do các sóng trong các bin khác nhau trực giao với nhau

Thủ tục điều chế và giải điều chế trong hình 3.8 rõ ràng là khá đơn điệu, vì nó chỉ dừng lại ở mức khái niệm Để hiểu rõ hơn về quá trình thực hiện trong thực tế, ta giả sử tổng của sóng sin và cosine được lấy trong khoảng thời gian τ Như thế sóng tổng hợp hai thành phần này sẽ là:

)cos(

,0(

)(

)(

n n

n n

m N X jY

jY X N

n N m

n m

Sau phép biến đổi Fourie phổ tần thu được gồm hai phần đối xứng nhau Đối với tất cả các giá trị thực trong miền thời gian, 2N điểm sẽ tạo ra sự đối xứng liên hợp phức qua phép biến đổi Fourie Các điểm zero ở công thức 3.7 là không có năng lượng Thực chất 3.7 biểu diễn các sự trực giao tại các tần số khác nhau, cũng như các sóng sin và cosine cùng tần số

Kết quả ở công thức 3.7 dẫn ta tới một cách khác để tạo ra véc tơ ký hiệu DMT Thay vào việc ánh xạ đầu ra của bộ mã hoá chùm tín hiệu (chòm sao) thành các biên độ cosine

và sin như ở QAM, đầu ra có thể ánh xạ vào một véc tơ số phức Giá trị từ X, hay cosine, thể hiện phần thực; giá trị Y, hay sin, thể hiện phần ảo Nếu đầu ra của tất cả bộ mã hoá chùm tín hiệu là một véc tơ thì mỗi véc tơ này thể hiện một bin Ta có thể thêm thành phần liên hợp phức cho mỗi véc tơ này để được véc tơ đối xứng liên hợp phức Thực hiện phép biến đổi Fourie trên véc tơ mới này, ta được một giá trị thực trên miền thời gian tương đương với véc tơ điều chế như trên lược đồ khái niệm điều chế DMT ở hình 3.8 Từ đó cho phép ta thực hiện một phương pháp điều chế khác có sơ đồ khối như hình 3.9 Tuy nhiên,

sau khi mã hoá ở mỗi bin, ta xem các thành phần X như phần thực, và thành phần Y như phần ảo Về mặt logic ta được N (từ N bin) số phức (dù rằng thực tế nó có dạng như 3.10)

Từ đây, ta thêm N thành phần liên hợp phức nữa để tạo thành dãy 2N số là liên hợp phức đối xứng của nhau Thực hiện biến đổi Fourie ngược cho dãy này ta được 2N giá trị thực đầu ra được truyền đi trên kênh Có điều gì đó ngược chăng? Đúng, ta dùng phép biến đổi Fourie ngược chứ không phải thuận bởi vì quá trình thuận ở bước phân tích chỉ có tính dẫn dắt mà thôi

Hình 3.9 Điều chế DMT dùng IDFT

DMT cho phép hệ thống truyền thông rất linh hoạt và sử dụng kênh một cách tối ưu Như ta đã nghiên cứu, tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR phụ thuộc vào tần số Do đó với những bin có SNR cao thì có thể được dùng để truyền nhiều bit hơn, số điểm được dùng trong chùm tín hiệu (chòm sao) cũng tăng cho các bin “tốt” Sự tối ưu trên các kênh con truyền được đề cập tiếp trong chương kế tiếp

DMT cũng cho phép điều chỉnh dễ dàng mật độ phổ công suất PSD ở đầu ra bộ truyền trong phạm vi tần số được chọn Nó có thể tăng công suất cho các kênh bị suy hao, và giảm cho những vùng tránh được tạp âm PSD của tỷ số SNR của kênh ADSL downstream xuất hiện như ở hình 3.10

Các

Bit

vào

2N 2N

N

Modulator Gán vào

các bin và

mã hoá

Thêm thành phần liên hợp phức

IFFT cho 2N điểm

Bộ chuyển đổi từ song song đến nối tiếp

2N đầu

ra thực tới Kênh

Channel

2N 2N

N

Demodulator Loại bỏ liên

hợp phức

FFT cho 2N điểm

Bộ chuyển đổi từ nối tiếp đến song song

2N đầu vào thực từ Kênh

Hình 3.10 SNR đối với tần số trên kênh; các bin DMT tại nơi có SNR cao có thể sử

dụng mật độ chòm sao QAM dày hơn

So với các bin có SNR thấp, các bin có tỷ số SNR cao được dùng để truyền nhiều bit hơn DMT cũng cho phép một phương pháp đơn giản để tăng hoặc giảm PSD đầu ra của

bộ truyền trong vùng tần số được chọn Việc xử lý liên quan tới tỷ lệ giá trị vector phức đối với các bin nơi mà việc điều chỉnh công suất được đề nghị trước khi tiến hành biến đổi IFFT Việc điều chỉnh có thể tăng công suất ở những khu vực mà có ít suy hao chèn, hoặc giảm ở những nơi bị ảnh hưởng nhiễu từ các nguồn khác nhau

Hệ thống DMT chia phổ tần số (phần trên băng thoại) vào 256 kênh rất nhỏ gọi là các

bin hay kênh con Mỗi kênh con này có độ rộng là 4 kHz Phổ tần của DMT được chỉ trong

hinh 3.11 Trên đó có cả băng thoại, còn việc phân chia dữ liệu và thoại đơn giản được thực hiện bằng bộ tách POTS

Hinh 3.11 Phổ tần DMT của ADSL

Dải tần của DMT nằm từ 32 kHz đến trên 1 MHz một ít Nhiều kênh trong số này có thể bị hỏng và ta có thể tìm những kênh bị hỏng này, rồi dịch chuyển dữ liệu sang những kênh khác không bị hỏng DMT cũng cho phép điều khiển sao cho tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR qua các kênh là lớn nhất DMT có thể điều chế sóng mang trong mỗi kênh lên tới 15

ký hiệu (symbol) Nếu một kênh bị suy giảm, các bit được gán lại ở một nơi nào khác và nếu nó “quá đát” (suy giảm dưới mức cho phép), nó sẽ không được sử dụng nữa Vì thế hệ thống DMT cố gắng tối ưu hoá tỷ số tín hiệu trên nhiễu của nó bằng cách dịch chuyển dữ liệu vào những kênh tốt nhất

DMT cũng là hệ thống thích nghi tốc độ kết hợp, từ đây nếu chúng vượt ra khỏi các bin nhưng có tỷ số tín hiệu trên nhiễu chấp nhận được, hệ thống sẽ tự động giảm tốc độ để phù hợp với khả năng hiện có của các bin này

Khả năng thích nghi của DMT trên thực tế có thể được minh hoạ bằng hình vẽ 3.12 sau:

Biên

độ

0 8 9 10… 255

Các kênh chia sẽ

| | 4 kHz kênh

Tần số( kHz) Dịch vụ

điện thoại

Hình 3.12 Hoạt động của DMT

Hệ thống DMT phải xử lý tín hiệu và tín toán công suất cần thiết để tạo và điều khiển các kênh khác nhau, cũng như bố trí các bít giữa chúng Vì thế, điều này giải thích một phần về giá thành thực hiện các hệ thống DMT

Hình 3.13 cho ta cái nhìn tổng thể về DMT với những điều vừa trình bày ở trên

Hình 3.13 Tổng quan về các bin (kênh) trong mã hoá DMT

FDM: băng Upstream ở trên băng Downstream

Điều chế QAM-4 (2bit/ký tự) đến QAM-16384 (14 bit/ký tự)

Chu kỳ ký tự = 250 micro giây cho 4000 ký tự/s

Mạch vòng điển hình

3.2.2 HÖ thèng ADSL dïng DMT

Hình 3.14.a và 3.14.b vẽ sơ đồ khối theo thứ tự của bộ truyền và nhận ADSL DMT cho Downstream, còn Upstream chỉ khác số điểm biến đổi Fourie (32 giá trị phức thay vì 256 của dowstream)

Hình 3.14.a Sơ đồ khối bộ truyền ADSL cho trường hợp Downstream

Hình 3.14.b Sơ đồ khối bộ nhận ADSL cho trường hợp Downstream

Trong hình 3.14.a, 3.14.b ở trên:

- CRC: Khôí mã dư chu kỳ dùng để phát hiện lỗi bít

- Scrambler/De-scrambler: Bộ trộn/ giải trộn tín hiệu

- Reed Solomon Encoder/Decoder: Mã hoá/ giải mã Reed Solomon

- Interleaver/ De-Interleaver: Bộ xen/ giải xen tín hiệu

- Tone order and Constellation Encoder: Sắp xếp tone, kênh con, và mã hoá trên chùm tín hiệu

256 Comp lex Frames

Scrambler

Reed Solomon Encoder Interleaver

CRC Reed

Solomon Encoder

Scrambler CRC

Tone Order And Constellation Encoder

IDFT Add Cyclic

Prefix

DAC and Shaping Filter

To Loop

From Loop

256 Comp lex

512 Comp lex

256 Comp lex Frames

Reed Solomon Decoder De- Interleaver

Reed Solomon Decoder

De- Scrambler

DFT

ADC+

Filter TDQ CRC

Decoder And Bit Extraction

- Constellation Decoder and Bit Extraction: Giải mã ký hiệu từ chùm tín hiệu và đưa ra các bít

- DFT/IDFT: Biến đổi Fourie thuận và ngược

- Add/ Strip Cyclic Prefix: Khối thêm/tách tiền tố chu kỳ( để đồng bộ)

- ADC/DAC + Filter: Bộ biến đổi A-D, D-A và bộ lọc

- TDQ: Bộ cân bằng trên miền thời gian

- FDQ: Bộ cân bằng trên miền tần số

DMT cho công nghệ ADSL là chuẩn được đưa ra bởi ANSI và ETSI Chuẩn này cho phép tốc độ truyền Downstream lớn hơn 6 Mbps và khoảng 640 kbps cho Upstream

Các khối ở bộ truyền và nhận

Bây giờ ta sẽ nghiên cứu cụ thể các khối được chỉ ra trong hình 3.14.a và 3.14.b Do tính bất đối xứng tự nhiên của ADSL, một vài khối có thể có sự thực hiện khác nhau ở ATU-C (khối truyền dẫn ADSL của đường dây thuê bao đặt tại điểm cung cấp dịch vụ) và ATU-R (khối truyền dẫn ADSL tại đầu khách hàng)

Phía phát có thể mang có thể mang nhiều hơn một kênh thông tin, cũng như mang một ghi kênh hoạt động (EOC) và kênh điều khiển khởi đầu (AOC), và một số bit khác AOC, EOC thường được gọi là kênh phụ trội (overhead channel) Một kênh ADSL, một liên kết

ADSL, hay còn gọi là kênh vật lý có thể mang nhiều kênh logic Các kênh logic chính là

các kênh dữ liệu và kênh phụ trội Quá trình kết hợp và phân tách các kênh logic tại bộ thu

và phát được làm bằng cách sử dụng một cấu trúc khung, được miêu tả sau trong phần này Các kênh logic dữ liệu trên một liên kết ADSL bao gồm 4 kênh đơn công, chỉ có thể dùng cho trường hợp downstream, và 3 kênh song công Các kênh logic này thỉnh thoảng

còn được gọi là các kênh mang Các kênh đơn công có tên là AS0, AS1, AS2, AS3 và các

kênh song là LS0, LS1, LS2 Các tốc độ cho phép của các kênh mang được liệt kê như trong bảng 3.1

AS0 Đơn công

Downstream

0-8,192 Mbps Được dùng chung cho các kênh Downstream

Kênh Loại Tốc độ cho phép Chú thích

AS1 Đơn công

LS0 Song công 0-640 kbps Tốc độ có thể khác nhau trong mỗi chiều

Kênh này thường dùng cấu hình một kênh đơn công Upstream

LS1 Song công 0-640 kbps Tốc độ có thể khác nhau trong mỗi chiều

LS2 Song công 0-640 kbps Tốc độ có thể khác nhau trong mỗi chiều

Bảng 3.1 Các kênh dữ liệu lôgic ADSL và các tốc độ tương ứng Các kênh logic khác nhau cho phép ADSL đủ linh hoạt để hổ trợ nhiều ứng dụng khác nhau Ví dụ đối với ứng dụng video trên đường điện thoại Trong trường hợp này, một kênh đơn công downstream, AS0, được dùng để gửi dòng video và audio số; trong khi một kênh song công, chẳng hạn LS0, dùng để truyền và nhận thông tin điều khiển (lệnh tạm dừng, lệnh tiếp tục,…)

Chú ý rằng, trong mỗi bộ thu và phát ADSL có hai đường dẫn liên kết Một đường

nhanh (fast path) và một đường xen (interleaved path) Trên mỗi đường, mã kiểm tra chu

kỳ (CRC), bộ trộn tín hiệu, và việc sửa lỗi trước là độc lập nhau Sự khác nhau cơ bản giữa hai đường là: đường xen chứa năng xen (interleaving) trong bộ truyền và chức năng giải-xen (De-interleaving) trong bộ thu, trong khi đường nhanh không có Đường dẫn xen hổ trợ sữa lỗi dữ liệu kiểu Reed-Solomon và nó được dùng trong các ứng dụng nhạy cảm suy giảm nhưng độ trễ cho phép Truyền các dữ liệu video theo MPEG II là ví dụ về ứng dụng này Đường dẫn nhanh cung cấp tính bảo vệ kém hơn nhưng bù lại, độ trễ nhỏ Nó là công

cụ truyền các ứng dụng nhạy cảm trể truyền tải như dữ liệu tương tác Một kênh logic dữ liệu được gán một trong hai kênh nhanh hoặc xen, nhưng không bao giờ cả hai đồng thời Tuy nhiên, cả hai đường có thể hoạt động đồng thời (mỗi đường với một hoặc nhiều kênh logic dữ liệu được gán trên đó) Thông thường phần lớn sử dụng một trong hai đường

Tạo khung