Nghiên cứu khả thi giao tiếp ADSL cho modem ADSL

Hình 1-2 Mô hình kết nối + ADSL viết tắt của Asymmetric Digital Subscriber Line-đó là đường thuê bao số không đối xứng, kỹ thuật truyền được sử dụng trên đường dây từ Modem của thuê bao

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

***********

NGUYỄN DUY SƠN

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VÔ TUYẾN ĐIỆN TỬ

MÃ SỐ NGÀNH: 02.07.01

LUẬN ÁN CAO HỌC

Tp Hồ Chí Minh, 07/2006

Trang 2

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: Nguyễn Duy Sơn

Ngày, tháng, năm sinh: 17 – 08 – 1981

Chuyên nghành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử

Phái : nam Nơi sinh: Tiền Giang

Mã số: 01404344 Tên đề tài:

NGUYÊN CỨU KHẢ THI GIAO TIẾP ADSL CHO MODEM ADSL

I- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

- Nghiên cứu giao tiếp đường truyền ADSL

- Thực hiện các module trên phần cứng và FPGA

II- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 01/01/2006

III-NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 01/07/2006

IV-HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN :

(Ký tên và ghi rõ họ, tên, học hàm và học vị) Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

Ngày tháng năm 2006

Trang 3

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: GS.TS ĐẶNG LƯƠNG MÔ

Trang 4

Để hoàn thành luận án này bên cạnh sự nổ lực của bản thân còn có

sự giúp đở của nhiều người, đầu tiên em xin chân thành cảm ơn Thầy GS.TS Đặng Lương Mô và Thầy Ths Tống Văn On đã hết lòng chỉ dẫn, xây dựng ý tưởng, định hướng cho em trong suốt thời gian làm luận án

Em xin chân thành cảm ơn sự dạy dỗ nhiệt tình của thầy cô Khoa Điện

cùng đoàn thể giáo viên Trường ĐH Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt những kiến thức bổ ích, những kinh nghiệm quí báu

trong chuyên môn cũng như các lĩnh vực khác trong cuộc sống

Em xin chân thành các Thầy cô và các Đồng nghiệp ở Bộ môn Điện tử

đã tận tình giúp đở và tạo điều kiện tốt cho em học tập và làm việc trong suốt thời gian qua

Em xin chân thành cảm ơn Phòng quản lý Đào tạo sau đại học đã giúp

Trang 6

By

NGUYEN DUY SON

Today, IC manufacture technology very develop in the world February

20th,2006 IBM was announced that they studyed success manufacture IC with 30nm technology February 28th, 2006 Intel’s initial investment in Vietnam amounts to $605M which involves chip assembling and finalizing

as well as other activities such as R&D in information technologies and technical services related to their products

The thesis “study the feasibility interface line ADSL” to learn and study the

feasibility made IC interface with line ADSL by modulation and demodulation Discrete MultiTone (DMT), the first step program on FPGA

The thesis present basic modulation and demodulation DMT such as : QAM, IFFT/FFT, Reed-Solomon code, Frequency Domain Equalizer, cylclic prefix,… The next section present implement modullation and demodulation DMT on FPGA

The thesis divided into 5 chapters :

Ø Chapter 1: Introduction

o This chaper summarizes basic DMT,ADSL technology

Ø Chapter 2: Modullation and demodulation DMT

o This chapter describe some technology in modullation and demodulation DMT such as : QAM, IFFT/FFT, FEC Reed Solomon,FEQ, cyclic prefix,…

Ø Chapter 3: FPGA and VHDL

o This chapter summarizes language VHDL and FPGA

Ø Chapter 4: Implement Discriete Multitone Modulation on FPGA

o This chapter describe algorithm, block diagram, state machine control some technology in previous chapter 2 to Implement Discriete Multitone Modulation on FPGA and show results synthesis on FPGA

Ø Chapter 5: Conclusion

Trang 7

SVHT : Nguyễn Duy Sơn Trang 1

Mục lục CHƯƠNG 0 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ADSL 2

1.1 TỔNG QUAN VỀ ADSL 3

1.1.1 ADSL là gì ? 3

1.2 CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG VỚI ADSL 4

1.2.1 ADSL vận hành ra sao? 4

1.2.2 Ưu điểm của ADSL? 5

1.3 CÁC THÀNH PHẦN CỦA ADSL 6

1.3.1 Modem ADSL là gì? 6

1.3.2 Modem ADSL làm việc như thế nào? 7

1.3.3 Mạch vòng / Local Loop là gì ? 7

1.3.4 Các thành phần ADSL từ phía nhà cung cấp dịch vụ 8

1.3.5 DSLAM là gì? 8

1.3.6 Vậy BAS là gì? 9

1.4 CẤU TRÚC CỦA MODEM ADSL 10

1.4.1 Vai trò của PPP 10

1.4.2 Modem ADSL trên thực tế 10

CHƯƠNG 2 MỘT SỐ KỸ THUẬT TRONG ĐIỀU CHẾ DMT 12

2.1 CÁC KỸ THUẬT MÃ HOÁ ĐƯỜNG TRUYỀN: 13

2.1.1 Mã hoá DMT: 15

2.1.2 DMT cho ADSL – chuẩn T1.413 16

2.2 QAM ( Quadrature Amplitude Modulation ) 18

2.2.1 Giải điều chế QAM 20

2.2.2 Tập hợp VECTOR điểm điều chế – QAM CONSTELLATION 22

2.2.3 Lỗi VECTOR 23

2.3 BIẾN ĐỔI FOURIER RỜI RẠC ( Discrete Fourier Transform DFT)24 2.3.1 Định nghĩa : 24

2.3.2 Biến đổi Fourier nhanh ( Fast Fourier Transfer - FFT) 24

2.4 Forword Error Correction – Reed Solomon 39

2.4.1 Mã hóa Reed – Solomon( RS) 39

Trang 8

2.5 MỞ RỘNG CYCLIC : 41

2.6 CÂN BẰNG MIỀN TẦN SỐ - FREQUENCY DOMAIN EQUALIZATION 42

CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN FPGA VÀ NGÔN NGỮ VHDL 45

3.1 CÁC ĐIỂM MẠNH CỦA VHDL 46

3.2 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 47

3.3 MÔ TẢ CHI TIẾT CÁC HỢP PHẦN VÀ CÁC LƯU Ý QUAN TRỌNG 48 3.3.1 Khai báo Entity 48

3.3.2 Khai báo PORT 48

3.3.3 Kết nối với các PORT (Port Connection Rules) 48

3.3.4 Khai báo Architecture Body 49

3.3.5 Thiết kế dạng structure: 49

3.3.6 Thiết kế dạng dòng dữ liệu -dataflow- 49

3.3.7 Thiết kế dạng hành vi -behavior- 50

3.3.8 Thiết kế dạng kết hợp 51

3.3.9 Khai báo Package (Package Declaration) 51

3.4 CÁC ĐỐI TƯỢNG DỮ LIỆU 52

3.4.1 Hằng số (constant) 52

3.4.2 Một số cách khai báo khác 53

3.5 CÁC KIỂU DỮ LIỆU TRONG VHDL 53

3.6 CÁC TOÁN TỬ SỐ HỌC TRONG VHDL 54

3.6.1 Toán tử luận lý (logical) 54

3.6.2 Toán tử quan hệ (relational) 54

3.6.3 Các toán tử dịch (shift) 55

3.6.4 Các toán tử cộng (adding) 55

3.6.5 Các toán tử nhân 55

3.6.6 Các toán tử hỗn hợp 56

3.7 CÁC THUỘC TÍNH 56

3.8 CÁC LỆNH TUẦN TỰ 57

3.8.1 Phép gán biến (Variable Assignment Statement) 58

3.8.2 Phép gán tín hiệu (Signal Assignment Statement) 58

Trang 9

3.8.4 Lệnh điều kiện 59

3.9 LỆNH ĐỒNG THỜI 61

3.9.1 Phép gán tín hiệu 61

3.9.2 Lệnh GENERATE có điều kiện 63

CHƯƠNG 4 THỰC HIỆN ĐIỀU CHẾ, GIẢI ĐIỀU CHẾ DMT TRÊN FPGA 63 4.1 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT ĐIỀU CHẾ, GIẢI ĐIỀU CHẾ DMT : 64

4.2 QAM : 67

4.2.1 Thiết kế : 67

4.2.2 Kết quả thực hiện : 68

4.3 BIẾN ĐỔI FFT và IFFT : 71

4.3.1 Thiết kế: 71

4.3.2 Sơ đồ khối triển khai cụ thể trên FPGA : 74

4.3.3 Sơ đồ giải thuật: 76

4.3.4 Kết quả: 77

4.4 CYCLIC PREFIC : 87

4.4.1 Thiết kế : 87

4.4.2 Kết quả: 88

4.4.3 Remove Cyclic Prefix : 90

4.5 FEQ (Frequency Domain Equalizer) : 93

4.5.1 Thiết kế : 93

4.5.2 Kết quả tổng hợp : 94

4.6 Forword Error Correction : Reed Solomon 96

4.6.1 Sơ đồ khối khai triển : 96

4.6.2 Máy trạng thái minh họa việc tính thể hiện 97

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 102

5.1 CÁC MODULE ĐÃ THỰC HIỆN ĐƯỢC : 102

5.2 HẠN CHẾ ĐỀ TÀI : 105

5.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI : 105

Trang 10

DANH MỤC HÌNH Hình 2-1 Phổ tần của DMT 15

Hình 2-2 Sơ đồ điều chế DMT 16

Hình 2-3 tín hiệu điều chế QAM .19

Hình 2-4 Sơ đồ khối điều chế QAM 19

Hình 2-5 Giải pháp điều chế QAM 21

Hình 2-6 Sơ đồ thực hiện tính toán đệ quy mẫu DFT thứ k .26

Hình 2-7 Sơ đồ dòng tín hiệu bậc hai tính toán đệ quy mẫu thứ k của DFT theo thuật toán Goertzel .27

Hình 2-8 Sơ đồ dòng tín hiệu phân tích theo thời gian của DFT N – điểm thành hai DFT (N/2) – điểm với N = 8 29

Hình 2-9 Đồ thị dòng tín hiệu biểu thị cánh bướm FFT DFT 30

Hình 2-10 Đồ thị dòng tín hiệu khai triển DFT (N/2) – điểm 31

Hình 2-11 Đồ thị dòng tín hiệu khai triển DFT 32

Hình 2-12 Sơ đồ dòng tín hiệu của DFT 2 – điểm .32

Hình 2-13 Đồ thị dòng tín hiệu phân tích theo thời gian để tính DFT 8 – điểm .33

Hình 2-14 Sơ đồ dòng tín hiệu của cánh bướm chính tắc 34

Hình 2-15 Sơ đồ dòng tín hiệu mô tả cánh bướm theo phương trình 2.3.15.35 Hình 2-16 Sơ đồ dòng tín hiệu khai triển theo tầng của DFT 8 – điểm thành DFT 2 – điểm .38

Hình 2-17 Sơ đồ dòng tín hiệu của FFT 2 – điểm khai triển theo tần số 39

Hình 2-18 sơ đồ dòng tín hiệu khai triển theo tần số tính FFT 8 – điểm 39

Hình 2-19 Mã hóa hệ thống Reed – Solomon 40

Hình 2-20 Cấu trúc Reed – Solomon 40

Hình 2-21 Phương pháp mà hoá Reed – Solomon 41

Hình 2-22 Mở rộng cyclic 42

Hình 2-23 Thể hiện tính hai mặt miền thời gian - miền tần số của bộ lọc 43

Hình 2-24 Ví dụ về khối chèn tiền tố chu kỳ 44

Hình 3-1 Cấu trúc một thiết kế 47

Hình 3-2 Toán tử số học 54

Hình 4-1 Sơ đồ khối điều chế và giải điều chế DMT 66

Hình 4-2 Chòm sao QAM 64 điểm 67

Hình 4-3 Chòm sao QAM 256 điểm 68

Hình 4-4 Symbol QAM 68

Trang 11

Hình 4-6 sơ đồ RTL 69

Hình 4-7 Technology schematic 70

Hình 4-8 Kết quả mô phỏng cho QAM 64 điểm 70

Hình 4-9 Kết quả mô phỏng cho IQAM 256 điểm 71

Hình 4-10 Sơ đồ hình bướm tính FFT 4 điểm 72

Hình 4-11 Sơ đồ hình bướm tính FFT n điểm 72

Hình 4-12 64 mẫu ngõ vào IFFT 73

Hình 4-14 Sơ đồ máy trạng thái điều khiển IFFT 76

Hình 4-15 Schematic FFT 77

Hình 4-16 Tóm tắt tổng hợp 77

Hình 4-17 RTL schematic FFT 78

Hình 4-18 Technology schematic FFT 78

Hình 4-19 Kết quả mô phỏng FFT 4 điểm 79

Hình 4-20 Schematic tổng hợp FFT 16điểm 79

Hình 4-21 Tóm tắt thiết kế 80

Hình 4-22 Nhập ngõ vào FFT 16 điểm .81

Hình 4-23 Kết quả mô phỏng tính FFT 16 điểm 81

Hình 4-24 Ví dụ khác về tính FFT 82

Hình 4-25 Kết quả mô phỏng 82

Hình 4-26 schematic IFFT 83

Hình 4-27 Tóm tắt thiết kế 84

Hình 4-28Toàn cảnh biến đổi IFFT 85

Hình 4-29 Kiểm tra trên Matlab 85

Hình 4-30 Ngõ vào ví dụ khác tính IFFT 86

Hình 4-31 Kết quả ngõ ra 86

Hình 4-32 Kiểm tra lại trên Matlab 86

Hình 4-33 Thiết kế Cyclic Prefix 87

Hình 4-34 Cyclic Prefix 87

Hình 4-35 Sơ đồ khối thực hiện Cyclic Prefix 88

Hình 4-36 Schematic CP 88

Hình 4-37 Tài nguyên sử dụng 89

Hình 4-38 Một trong 19 sheet tổng hợp nên 90

Hình 4-39 Kết quả mô phỏng CP 90

Hình 4-40 Kết quả mô phỏng CP khác 90

Hình 4-41 Symbol schematic Remove CP 91

Hình 4-42 Tóm tắt thiết kế Remove CP 91

Hình 4-43 RTL Remove CP 91

Hình 4-44 Technology schematic Remove CP 92

Trang 12

Hình 4-46 kết quả mô phỏng Remove CP khác 93

Hình 4-47 Schematic symbol FEQ 94

Hình 4-48 Tóm tắt tài nguyên 94

Hình 4-49 RTL schematic FEQ 94

Hình 4-50 Technology Schematic FEQ 95

Hình 4-51 Kết quả mô phỏng FEQ 16 kênh 95

Hình 4-52 Kết quả mô phỏng FEQ 16 kênh khác 95

Hình 4-53 Sơ đồ khối mã hóa RS 96

Hình 4-54 Sơ đồ khối giải mã và sửa lỗi 96

Hình 4-55 Sơ đồ khối triển khai (a) 97

Hình 4-56 Sơ đồ khối triển khai (b) 97

Hình 4-57 Sơ đồ máy trạng thái tính RS 98

Hình 4-58 Schematic symbol RS 99

Hình 4-59 Tài nguyên sử dụng 99

Hình 4-60 RTL schematic tổng hợp RS 100

Hình 4-61 Technology schematic RS 100

Hình 4-62 Kết quả mô phỏng RS 101

Hình 5-1 Sơ đồ khối các module điều chế và giải điều chế DMT đã thực hiện được 103

Hình 5-2 Sơ đồ khối các module điều chế và giải điều chế DMT đã thực hiện được cài đặt trên FPGA .104

Hình 5-3 Tài nguyên cho điều chế/giải điều chế DMT 105

Hình 5-4 Tốc độ xung clock cho quá trình điều chế / giải điều chế DMT 105

Trang 13

Hiện nay công nghệ vi mạch rất phát triển trên thế giới Tháng

01/2006 Intel đã công bố nghiên cứu chế tạo thành công SRAM

công nghệ 45nm, mở ra một tiềm năng to lớn cho ngành vi

mạch.Ngày 20/02/2006 tại San Jose, IBM công bố đã phát minh

công nghệ 30nm Tuy nhiên, ngành vi mạch ở Việt Nam vẫn chưa

thật sự phát triển đúng tiềm năng Đây là một lãnh vực hấp dẫn,

hứa hẹn mang lại nhiều lợi nhuận cho Việt Nam Để tạo chip “made

in Việt Nam” đòi hỏi phải có quá trình học tập, nghiên cứu, lãnh

hội kỹ thuật của đội ngũ kỹ sư Việt Nam

Đề tài “nghiên cứu khả thi giao tiếp ADSL” nhằm mục đích

nghiên cứu sự khả thi chế tạo chip giao tiếp đường ADSL thông qua

kỹ thuật giải điều chế và điều chế DMT ( Discrete Multi-Tone) và

bước đầu tiên là cài đặt thử nghiệm trên FPGA Cùng với đề tài

“Nghiên cứu khả thi giao tiếp LAN trong modem ADSL” của học

viên Nguyễn Tấn Minh, đề tài sẽ nghiên cứu sự khả thi chế tạo ra

chip modem ADSL bao gồm hai phần : điều chế DMT( giao tiếp

đường ADSL) và giao tiếp mạng LAN & các giao thức liên quan

Trang 14

ADSL là kỹ thuật truyền dẫn không đối xứng, ADSL có phần băng

thông của chiều xuống (từ phía nhà cung cấp dịch vụ cho đến phía

khách hàng) lớn hơn phần băng thông chiều lên ( từ phía khách

hàng tới phía nhà cung cấp dịch vụ) Sự bất đối xứng này là đặc

tính làm cho ADSL phù hợp với dịch vụ truy cập Internet, video theo

yêu cầu, và truy cập LAN từ xa … một loạt các dịch vụ hiện nay đang

rất phát triển ở nhiều quốc gia trên toàn thế giới Những người sử

dụng ADSL cũng là những người khách hàng có nhu cầu nhận

thông tin về nhiều hơn là phần thông tin mà người ta gởi đi Một

trong những nổi bật của ADSL là nó có khả năng cho phép khách

hàng có thể sử dụng đồng thời một đường dây điện thoại truyền

thông cho hai dịch vụ: thoại và ADSL Sở dĩ như vậy là vì ADSL tận

dụng năng lực của đường dây thoại bằng cách truyền ở miền tần số

cao hơn thoại bình thường( từ 4000 Hz – 1 MHz) nên không ảnh

hưởng gì đến tín hiệu điện thoại Trong miền tần số đó, dữ liệu

đường lên (uplink) được truyền ở tần số từ 30 kHz – 138 kHz, còn dữ

liệu đường xuống( downlink) được truyền ở tần số 156 kHz – 1MHz

Trang 15

1.1 TỔNG QUAN VỀ ADSL

1.1.1 ADSL là gì ?

− Hiểu một cách đơn giản nhất, ADSL là sự thay thế với tốc độ cao cho thiết

bị Modem hoặc ISDN giúp truy nhập Internet với tốc độ cao và nhanh hơn Các

biểu đồ sau chỉ ra các tốc độ cao nhất có thể đạt được giữa các dịch vụ cung cấp

Hình 1-1 So sánh các phương thức truy nhập

ADSL có nghĩa như thế nào?

Hình 1-2 Mô hình kết nối

+ ADSL viết tắt của Asymmetric Digital Subscriber Line-đó là đường

thuê bao số không đối xứng, kỹ thuật truyền được sử dụng trên đường

dây từ Modem của thuê bao tới Nhà cung cấp dịch vụ

+ Asymmetric: Tốc độ truyền không giống nhau ở hai chiều Tốc độ của

chiều xuống (từ mạng tới thuê bao) có thể nhanh gấp hơn 10 lần so với

tốc độ của chiều lên (từ thuê bao tới mạng) Điều này phù hợp một

cách tuyệt vời cho việc khai thác dịch vụ Internet khi mà chỉ cần nhấp

chuột (tương ứng với lưu lượng nhỏ thông tin mà thuê bao gửi đi) là có

thể nhận được một lưu lượng lớn dữ liệu tải về từ Internet

+ Digital: Các Modem ADSL hoạt động ở mức bít (0 & 1) và dùng để

chuyển thông tin số hoá giữa các thiết bị số như các máy tính PC

Trang 16

Chính ở khía cạnh này thì ADSL không có gì khác với các Modem

thông thường

+ Subscriber Line: ADSL tự nó chỉ hoạt động trên đường dây thuê bao

bình thường nối tới tổng đài nội hạt Đường dây thuê bao này vẫn có

thể được tiếp tục sử dụng cho các cuộc gọi đi hoặc nghe điện thoại

cùng một thời điểm thông qua thiết bị gọi là "Splitters" có chức năng

tách thoại và dữ liệu trên đường dây

ADSL dùng để làm gì ?

+ ADSL xác lập cách thức dữ liệu được truyền giữa thuê bao (nhà riêng

hoặc công sở) và tổng đài thoại nội hạt trên chính đường dây điện thoại

bình thường Chúng ta vẫn thường gọi các đường dây này là local loop

Hình 1-3 Đường dây thuê bao local loop

+ Thực chất của ứng dụng ADSL không phải ở việc truyền dữ liệu đi/đến

tổng đài điện thoại nội hạt mà là tạo ra khả năng truy nhập Internet với

tốc độ cao Như vậy, vấn đề nằm ở việc xác lập kết nối dữ liệu tới nhà

cung cấp dịch vụ Internet Mặc dù chúng ta cho rằng ADSL được sử

dụng để truyền dữ liệu bằng các giao thức Internet, nhưng trên thực tế

việc thực hiện điều đó như thế nào lại không phải là đặc trưng kỹ thuật

của ADSL Hiện nay, phần lớn người ta ứng dụng ADSL cho truy nhập

Internet tốc độ cao và sử dụng các dịch vụ trên Internet một cách

nhanh hơn

1.2 CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG VỚI ADSL

1.2.1 ADSL vận hành ra sao?

ADSL tìm cách khai thác phần băng thông tương tự còn chưa được sử

dụng trên đường dây nối từ thuê bao tới tổng đài nội hạt Đường dây này

được thiết kế để chuyển tải dải phổ tần số (frequency spectrum) chiếm

bởi cuộc thoại bình thường Tuy nhiên, nó cũng có thể chuyển tải các tần

số cao hơn dải phổ tương đối hạn chế dành cho thoại Đó là dải phổ mà

ADSL sử dụng

Trang 17

Hình 1-4 Thoại cơ bản sử dụng dải tần số từ 300 Hz tới 3.40 MHz

Bây giờ chúng ta sẽ xem xét, thoại và dữ liệu ADSL chia xẻ cùng một

đường dây thuê bao ra sao Trên thực tế, các Splitter được sử dụng để

đảm bảo dữ liệu và thoại không xâm phạm lẫn nhau trên đường truyền

Các tần số mà mạch vòng có thể chuyển tải, hay nói cách khác là khối

lượng dữ liệu có thể chuyển tải sẽ phụ thuộc vào các nhân tố sau:

+ Khoảng cách từ tổng đài nội hạt

+ Kiểu và độ dày đường dây

+ Kiểu và số lượng các mối nối trên đường dây

+ Mật độ các đường dây chuyển tải ADSL, ISDN và các tín hiệu phi

thoại khác

+ Mật độ các đường dây chuyển tải tín hiệu radio

1.2.2 Ưu điểm của ADSL?

1.2.2.1 ADSL : So sánh với PSTN & ISDN

Vậy sự khác nhau cố hữu giữa ADSL với Modem quay số truyền thống

và ISDN là như thế nào?

+ PSTN và ISDN là các công nghệ quay số (Dial-up)

+ ADSL là 'liên tục/always-on" kết nối trực tiếp

+ PSTN và ISDN cho phép chúng ta sử dụng Fax, dữ liệu, thoại, dữ liệu

tới Internet, dữ liệu tới các thiết bị khác

+ ADSL chỉ chuyển tải dữ liệu tới Internet

+ PSTN và ISDN cho phép chúng ta tuỳ chọn ISP nào mà ta muốn kết

nối

+ ADSL kết nối chúng ta tới một ISP định trước

+ ISDN chạy ở tốc độ cơ sở 64kbps hoặc 128kbps

+ ADSL có thể tải dữ liệu về với tốc độ tới 8Mbps

+ PSTN ngắt truy nhập tới Internet khi chúng ta thực hiện cuộc gọi

+ ADSL cho phép vừa sử dụng Internet trong khi vẫn có thể thực hiện

cuộc gọi đồng thời

Trang 18

+ Kết nối Internet qua đường PSTN và ISDN bằng phương thức quay số

có tính cước nội hạt

+ ADSL không tính cước nội hạt

Ghi chú:

+ Mặc dù Modem ADSL luôn ở chế độ kết nối thường trực, nhưng vẫn có

thể cần phải thực hiện lệnh kết nối Internet trên máy PC

+ Các dịch vụ như Fax và thoại có thể được thực hiện cũng trên kết nối

dữ liệu ADSL tới Internet

+ Trên thực tế, tốc độ Download tiêu biểu đối với dịch vụ ADSL gia đình

thường đạt tới (up to) 400kbps

+ Dùng bao nhiêu, trả bấy nhiêu Cấu trúc cước theo lưu lượng sử dụng

(Hoặc theo thời gian sử dụng)

+ Không hạn chế số người sử dụng khi chia sẻ kết nối Internet trong

mạng

1.3 CÁC THÀNH PHẦN CỦA ADSL

Hình 1-5 Các thành phần của ADSL

Trong phần này chúng ta sẽ lần lượt mô tả chức năng của từng thành

phần của ADSL, bắt đầu từ Modem ADSL tới Nhà cung cấp dịch vụ

Internet

Chúng ta cũng xem xét ở phía ISP để lọc ra những thành phần cơ bản mà

họ sử dụng để cung cấp dịch vụ ADSL

1.3.1 Modem ADSL là gì?

Modem ADSL kết nối vào đường dây điện thoại (còn gọi là local loop)

và đường dây này nối tới thiết bị tổng đài nội hạt

Modem ADSL sử dụng kết hợp một loạt các kỹ thuật xử lý tín hiệu tiên

tiến nhằm đạt được tốc độ băng thông cần thiết trên đường dây điện thoại

thông thường với khoảng cách tới vài km giữa thuê bao và tổng đài nội

hạt

Trang 19

1.3.2 Modem ADSL làm việc như thế nào?

ADSL hoạt động bằng cách vận hành cùng lúc nhiều Modem, trong đó

mỗi Modem sử dụng phần băng thông riêng có thể

Hình 1-6 Dải tần sử dụng cho ADSL

Sơ đồ trên đây chỉ mô phỏng một cách tương đối, nhưng qua đó ta có thể

nhận thấy ADSL sử dụng rất nhiều Modem riêng lẻ hoạt động song song

để khai thác băng thông tối đa và cung cấp một tốc độ rất cao

Mỗi đường kẻ sọc đen ở trên thể hiện một Modem và chúng hoạt động

tại các tần số hoàn toàn khác nhau Trên thực tế có thể tới 255 Modem

hoạt động trên một đường ADSL Điểm đặc biệt ở chỗ ADSL sử dụng dải

tần số từ 26kHz tới 1.1MHz trong 10MHz của băng thông thoại Tất cả

255 Modems này được vận hành chỉ trên một con chíp đơn

Lượng dữ liệu mà mỗi Modem có thể truyền tải phụ thuộc vào các đặc

điểm của đường dây tại tần số mà Modem đó chiếm Một số Modem có

thể không làm việc một chút nào vì sự gây nhiễu từ nguồn tín hiệu bên

ngoài chẳng hạn như bởi một đường dây (local loop) khác hoặc nguồn

phát vô tuyến nào đó Các Modem ở tần số cao hơn thông thường lại

truyền tải được ít dữ liệu hơn bởi lý ở tần số càng cao thì sự suy hao càng

lớn, đặc biệt là trên một khoảng cách dài

1.3.3 Mạch vòng / Local Loop là gì ?

'Local loop' là thuật ngữ dùng để chỉ các đường dây điện thoại bình

thường nối từ vị trí người sử dụng tới công ty điện thoại

Trang 20

Nguyên nhân xuất hiện thuật ngữ local loop - đó là người nghe (điện

thoại) được kết nối vào hai đường dây mà nếu nhìn từ tổng đài điện thoại

thì chúng tạo ra một mạch vòng local loop

1.3.4 Các thành phần ADSL từ phía nhà cung cấp dịch vụ

Bây giờ chúng ta sẽ tìm hiểu xem các ISP thực hiện cung cấp ADSL như

thế nào

Hình 1-7 Các thành phần ADSL phía ISP

Như chỉ ra trong khối ở trên, phạm vi Nhà cung cấp dịch vụ gồm có ba

thành phần quan trọng

+ DSLAM - DSL Access Multiplexer

+ BAS - Broadband Access Server

+ ISP - Internet Service Provider

1.3.5 DSLAM là gì?

Một thiết bị DSLAM có thể tập hợp nhiều kết nối thuê bao ADSL - có

thể nhiều tới hàng trăm thuê bao - và tụ lại trên một kết nối cáp quang

Sợi cáp quang này thường được nối tới thiết bị gọi là BAS - Broadband

Access Server, nhưng nó cũng có thể không nối trực tiếp tới BAS vì BAS

có thể được đặt tại bất cứ đâu

Trang 21

Hình 1-8 DSLAM

DSLAM là thiết bị đặt ở phía tổng đài, là điểm cuối của kết nối ADSL

Nó chứa vô số các Modem ADSL bố trí về một phía hướng tới các mạch

vòng và phía kia là kết nối cáp quang

1.3.6 Vậy BAS là gì?

Hình 1-9 BRAS

Broadband Access Server (BAS) là thiết bị đặt giữa DSLAM và POP của

ISP Một thiết bị BAS có thể phục vụ cho nhiều DSLAM

Các giao thức truyền thông được đóng gói để truyền dữ liệu thông qua

kết nối ADSL, vì vậy mục đích của BAS là mở gói để hoàn trả lại các

giao thức đó trước khi đi vào Internet Nó cũng đảm bảo cho kết nối của

bạn tới ISP được chính xác giống như khi bạn sử dụng Modem quay số

hoặc ISDN

Như chú giải ở trên, ADSL không chỉ rõ các giao thức được sử dụng để

tạo thành kết nối tới Internet Phương pháp mà PC và Modem sử dụng

bắt buộc phải giống như BAS sử dụng để cho kết nối thực hiện được

Thông thường ADSL sử dụng hai giao thức chính là :

+ PPPoE - PPP over Ethernet Protocol

Trang 22

+ PPPoA - Point to Point Protocol over ATM

1.4 CẤU TRÚC CỦA MODEM ADSL

Hình 1-10 Giao thức PPP trong kết nối ADSL 1.4.1 Vai trò của PPP

PPP là giao thức dùng để vận chuyển lưu lượng Internet tới ISP dọc theo

các kết nối Modem và ISDN PPP kết hợp chặt chẽ các yếu tố xác thực -

kiểm tra tên/mật khẩu - và đó là lý do chính mà người ta dùng PPP với

ADSL

Mặc dù BAS thực thi giao thức PPP và tiến hành việc xác thực, nhưng

thực ra việc đó được thực hiện bằng cách truy nhập vào các cơ sở dữ liệu

khách hàng đặt tại ISP Bằng cách đó, ISP biết được rằng các kết nối do

BAS định tuyến tới - đã được xác thực thông qua giao dịch với cơ sở dữ

liệu riêng của ISP

1.4.2 Modem ADSL trên thực tế

1.4.2.1 Các loại modem ADSL thông minh và thụ động

Modem ADSL thông minh bản thân nó đã tích hợp sẵn các giao thức

truyền thông cần thiết (Như thiết bị Modem ADSL Router hoặc Modem

được sử dụng kết nối qua cổng Card Ethernet 10/100Mb) nên chỉ việc lựa

chọn và khai báo VPI/VCI cho Modem

Hình 1-11 Các giao thức trong kết nối ADSL

Trang 23

Còn Modem ADSL thụ động thì phải hoạt động dựa trên hệ điều hành

của máy tính để cung cấp các giao thức cần thiết Các loại Modem này

bắt buộc phải cài đặt phần mềm điều khiển Modem và thiết lập các giao

thức PPP, VPI/VCI Việc cấu hình như vậy phức tạp và đòi hỏi thời gian

nhiều hơn

Chỉ có Windows 98SE, Windows ME và Windows 2000/XP là có cài sẵn

cơ chế thực thi ATM, vì thế người ta ít sử dụng các Modem thụ động trên

thực tế Mặc dù các Modem thông minh có hỗ trợ các giao thức cần thiết

nhưng chúng vẫn có thể được dùng cho các hệ điều hành nói trên Các

Modem thụ động có thể nối với PC thông qua giao diện USB, hoặc có thể

được sản xuất dưới dạng PCI Card để cắm thẳng trên bảng mạch chủ của

PC Lưu ý là việc khai thác giao thức ATM không có nghĩa là cần phải

có Card mạng ATM cho PC - đó chỉ là cơ chế hỗ trợ bằng phần mềm

trong hệ điều hành

Trang 24

CHẾ DMT

Discrete Multi Tone là dạng chung của điều chế đa sóng mang

DMT đã được công nhận là một tiêu chuẩn Quốc tế mà cả ANSI và

ETSI đều có văn bản xác nhận từ năm 1995 và được ITU phê

chuẩn năm 1997 DMT là một phương pháp sử dụng các bộ lọc

kênh phức bằng cách sử dụng thuật toán DFT Một hệ thống DMT

phát dữ liệu đồng thời trên các kênh có băng tần hẹp Hệ thống

DMT truyền tải dữ liệu bằng cách sử dụng giản đồ điều chế QAM

hai chiều cho mỗi kênh

Chương 2 này sẽ giới thiệu các kỹ thuật sử dụng để điều chế

DMT như FFT, IFFT, QAM, Cyclic Prefix, Forward Error

Correction Reed Solomon, bộ cân bằng FEQ

Trang 25

2.1 CÁC KỸ THUẬT MÃ HOÁ ĐƯỜNG TRUYỀN:

− Các phương pháp điều chế CAP (Carrierless Amplitude and Phase

Modulation) và DMT là các mã đường truyền sử dụng hữu ích cho vùng có tần

số cao nằm trên dãi băng tần thoại Hai phương pháp mà hoá này là rất khác

nhau về phương pháp thực hiện, do đó bộ phát thu DMT không thể tương thích

với bộ thu phát CAP Những năm qua đã có nhiều cuộc tranh luận để chọn loại

mã đường dây tiêu chuẩn cho ADSL nhằm nhanh chóng đưa công nghệ ADSL

ra thị trường, tăng tốc độ dịch vụ băng rộng với giá rẻ và giải quyết vấn đề tắc

nghẻn lưu lượng mà mạng điện thoại đang gánh chịu Cuối cùng, DMT đã được

công nhận là một tiêu chuẩn Quốc tế mà cả ANSI và ETSI đều có văn bản xác

nhận từ năm 1995 và được ITU phê chuẩn năm 1997 Nhiều nhà máy sản xuất

vi mạch tích hợp đang phát triển các thiết bị ADSL có khả năng tương tác dựa

trên tiêu chuẩn này Sở dĩ DMT được lựa chọn là do có một số ưu điểm sau:

+ Khả năng tương thích: Đây là một yêu cầu của khách hàng và

nhà sản xuất cho bất kỳ công nghệ viễn thông mới nào, đồng thời

nó cũng là nguyên tắc để lựa chọn thiết bị tiêu chuẩn Khách hàng

mong muốn các thiết bị mới mua về có thể làm việc cùng với các

thiết bị đang sử dụng Nhà sản xuất cần chiều theo ý khách hàng để

họ có thể mua modem của hãng mình rồi sử dụng thiết bị đầu cuối

của hãng khác CAP không đáp ứng được yêu cầu này do nó là công

nghệ được cung cấp từ một nguồn duy nhất là hãng Globenspan

Semiconductor Trong khi đó, những nhà cung cấp DMT đã chứng

minh được khả năng làm việc tương thích của các modem do các

hãng khác nhau sản xuất khác nhau dựa trên cũng một công nghệ

Có nhiều hãng đang phát triển kỹ thuật DMT: Alcatel, Amati,

Orckit, Motola… các hãng đều có những chương trình riêng theo

Trang 26

chuẩn T1.413 có khả năng làm việc tương thích với nhau tạo thành

thị trường cung cấp sản phẩm rộng lớn

+ Tăng chất lượng và hiệu suất truyền dẫn: DMT làm tăng hiệu suất

của modem vì các kênh con độc lập với nhau có thể được điều

khiển riêng rẻ sau khi xem xét điều kiện đường truyền DMT đo tỉ

số SNR của mỗi kênh và gán số lượng bit cho kênh đó sao cho

dung lượng mỗi kênh là lớn nhất Thông thường, các kênh tần số

thấp nhất có thể mang nhiều bit hơn ở các tần số cao Kết quả là

dung lượng toàn bộ các kênh có thể tăng lên nhiều lần, thậm chí

trong những điều kiện đường truyền rất xấu

+ Khả năng chống nhiễu tốt: Ngoài ảnh hưởng của tạp âm nhiệt,

kênh thoại còn chịu ảnh hưởng của tạp âm xung và nhiễu tần số vô

tuyến( RFI) Tạp âm xung trãi rộng theo tần số nhưng tồn tại trong

khoảng thời gian ngắn nên thường xem là tạp âm miền thời gian

Do vậy, nó chỉ gây ảnh hưởng nhỏ tới một ký hiệu trong các kênh

con DMT nhưng sẽ làm mất hoàn toàn một số tín hiệu trong kênh

CAP RFI là một loại tạp âm có miền tần số chủ yếu do các trạm vô

tuyến điều biên gây ra Nhưng do hoàn toàn có thể xác định trước

băng tần AM này trên modem DMT sẽ phân bổ công suất tín hiệu

hiệu quả nhất cho phía thu, cụ thể không phát tín hiệu trong khoảng

tần số bị nhiễu vô tuyến Chính vì vậy mà DMT là phương pháp

chống nhiễu RFI hiệu quả và thông minh hơn hẳn CAP

+ Khả năng cung cấp các tốc độ thích ứng với chất lượng đường

truyền: DMT thực hiện đo tỉ số SNR cho mỗi kênh con và dựa vào

đó để gán cho mỗi kênh con một số bit phù hợp Bằng cách điều

chỉnh số bit trên kênh, DMT có thể tự động điều chỉnh tốc độ số

liệu với bước điều chỉnh nhỏ nhất là 32 kbit/s.Trong khi đó CAP

cũng có khả năng điều chỉnh 640 kbit/s nên kém linh động hơn

DMT

+ Công suất tiêu thụ ít hơn: DMT tiến hành đo chất lượng đường

truyền trong từng khoảng tần số nên có thể tránh được những

khoảng tần số được nhiễu mạnh, do đó công suất tiêu thụ của hệ

thống giảm nhiều so với CAP khi hoạt động trong thực tế

+ Tương thích phổ: Hệ thống DMT đáp ứng qui định về mật độ phổ

công suất PSD mà hệ thống có thể sử dụng cho tần số phát hướng

lên và hướng xuống mà không gây nhiễu cho các tần số khác Hệ

thống CAP vi phạm qui định này và gây xuyên âm tới các hệ thống

ADSL , VDSL, HDSL, SDSL, thậm chí cả dịch vụ T1 trong bó cáp

kế cận

Trang 27

− Tuy nhiên, để kỹ thuật DMT có đầy đủ các ưu điểm đó thì đòi hỏi phải đo

và giám sát thường xuyên chất lượng đường truyền cho mỗi kênh trong tổng số

256 kênh Do vậy, cấu trúc modem DMT rất phức tạp Mặt khác, điều chế CAP

cũng có những ưu điểm là độ trễ nhỏ, chỉ bằng 25% độ trễ của DMT, và tính

đơn giản Trên thị trường hiện nay các modem ADSL sử dụng kỹ thuật CAP vẫn

rất phổ biến do kỹ thuật CAP ra đời sớm hơn nên đã có quá trình phát triển lâu

dài, các hãng sản xuất modem ADSL CAP vẫn đang vẫn đang cố gắng không

ngừng cải cách kỹ thuật, nâng cao chất lượng

2.1.1 Mã hoá DMT:

− Hệ thống DMT chia phổ tần thành 256 kênh nhỏ, còn gọi là kênh con Mỗi

kênh con có độ rộng 4 kHz Phổ tần của DMT được minh họa trong hình 2-1

Trên đó có cả băng tần thoại, còn việc phân chia dữ liệu và thoại đơn giản được

thực hiện bằng bộ tách thoại

Hình 2-1 Phổ tần của DMT

− Dãi tần DMT nằm từ 32 kHz đến 1MHz Trong đó có một số kênh không

được sử dụng do điều kiện đường truyền không cho phép DMT cũng cho phép

điều khiển sao cho tỉ số tín hiệu trên tạp âm SNR qua các kênh lớn nhất DMT

có thể điều chế sóng mang trong mỗi kênh tới 15 tín hiệu Nếu một kênh bị suy

giảm, các bit sẽ được gán lại và nếu các kênh đó bị suy giảm quá mức cho phép

thì sẽ không được sử dụng nữa Theo lý thuyết, dải băng tần lớn nhất hướng lên

là 25 kênh × 15 bit/ symbol/Hz/ kênh × 4 kHz = 1.5 Mbit/s Dải băng tần lớn

nhất hướng xuống là: 249 kênh × 15 bit/symbol/Hz/ kênh × 4 KHz = 14.9

Mbit/s

Bit/kênh

ADSL

1100 40

POST

Không được sử dụng do điều kiện đường truyền

7 dB MAX

Trang 28

Hình 2-2 Sơ đồ điều chế DMT

− Mã DMT chia băng tần thành các kênh nhỏ Mỗi kênh có một sóng mang

riêng, không phụ thuộc vào nhau Tín hiệu được đưa đến bộ mã hóa phía phát

để chia thành các kênh nhỏ có sóng mang riêng, các kênh này được kiểm tra để

xác định xem liệu chúng có thể dùng để truyền thông tin hay không, rồi được

biến đổi Forier rời rạc ngược để được chuyển đổi từ tín hiệu phức sang tín hiệu

thực và chuyển đến bộ chuyển đổi D/A Tại phía thu tín hiệu được xử lý DFT để

giải mã chuổi bit thực thành chuổi bit phức

− Modem ADSL dựa trên phương pháp điều chế DMT bao gồm rất nhiều

(256) modem mini, mỗi modem có băng tần khoảng 4 kHz, hoạt động đồng thời,

DMT sử dụng rất nhiều kênh mang để tạo thành những kênh con, mỗi kênh con

mang một phần nhỏ của tổng số thông tin Các kênh con này được điều chế một

cách độc lập với tần số mang tương ứng với tần số trung tâm của kênh con và

được xử lý song song Mỗi kênh con điều được điều chế sử dụng QAM và có thể

mang từ 0 – 15 bit/symbol/Hz Số bit thực tế được mang trên một kênh phụ

thuộc vào các đặc tính đường dây Các kênh con trung tâm có thể không được sử

dụng do giao thoa ngoài giữa các kênh con

2.1.2 DMT cho ADSL – chuẩn T1.413

− ADSL theo tiêu chuẩn ANSI T1.413 sử dụng kỹ thuật mã hóa đường truyền

DMT – mã hóa rời rạc DMT họat động bằng cách phân chia toàn bộ băng

thông thành một số lượng lớn các kênh có độ rộng bằng nhau Toàn bộ độ rộng

băng thông 1.104 MHz được chia thành 256 kênh, bắt đầu 0 Hz, mỗi kênh

chiếm 4.3125 kHz Các kênh con được điều chế độc lập với một tần số mang

tương ứng với tần số trung tâm của các kênh con và được xử lý song song Mỗi

kênh được điều chế QAM và có thể mang từ 0 tới tối đa là 15 bit/kí hiệu/Hz Số

lượng bit thực sự được mang trên 1 kênh con phụ thuộc vào đặc tính đường dây

Không phải các kênh đều được sử dụng để truyền thông tin Một số kênh được

dành cho quản lý mạng và các chức năng đo kiểm chất lượng, ví dụ như kênh số

Tín

hiệu

vào

Kênh thông tin DFT

Tín hiệu

ra

Trang 29

64 tại tần số 276 kHz được dành cho tín hiệu pilot, một số kênh con khác có thể

không được sử dụng do nhiễu ngoài, như trạm vô tuyến AM gây nhiễu tần số vô

tuyến ở kênh con nào đó thì kênh đó sẽ không được sử dụng để truyền dữ liệu

− Phần lớn các hệ thống DMT ADSL chỉ được sử dụng 250 hoặc 249 kênh

Các kênh thấp, từ 1 – 6 được dùng cho các tín hiệu tương tự băng gốc 4 kHz Vì

6 × 4.3125 kHz = 25.875 kHz nên 25 kHz được xem là điểm đầu cho dịch vụ

ADSL Giữa tín hiệu thoại tương tự và các tín hiệu DMT cần có một dải tần bảo

vệ Ngoài ra, suy hao tín hiệu tại các kênh cao hơn, từ 250 trở lên lại quá lớn

nên việc sử dụng chúng để truyền thông trên các mạch vòng dài là vô cùng khó

khăn

− Có 32 kênh hướng lên, thường bắt đầu từ kênh 7 Khi sử dụng triệt tiếng

vọng thì số kênh hướng xuống là 250 kênh, còn khi sử dụng FDM thì số kênh

hướng xuống chỉ còn 218 kênh vì băng tần hướng lên và hướng xuống không

được trùng nhau Các kênh hướng lên chiếm phần phổ tần thấp hơn vì suy hao

tín hiệu ở dải băng tần thấp nhỏ hơn và máy phát của thuê bao thường có công

suất thấp hơn các máy phát của tổng đài nội hạt, và vì tại tổng đài nội hạt ảnh

hưởng của nhiễu lớn hơn (như nhiễu xuyên âm) Vì vậy nên sử dụng dải tần

thấp cho các tín hiệu hướng lên

− Khi các thiết bị ADSL sử dụng DMT được kích họat, mỗi kênh sẽ được thiết

bị đầu cuối kiểm tra về suy hao Thực tế việc kiểm tra này là một thủ tục bắt tay

phức tạp và thông số kiểm tra được sử dụng là mức khuếch đại (một đại lượng

nghịch đảo của suy hao) và nhiễu xuất hiện trong mỗi kênh

− Tất cả các kênh đều được giám sát liên tục về chất lượng và lỗi Tốc độ của

mỗi kênh hay nhóm kênh có thể thay đổi tùy theo điều kiện hoạt động và môi

trường với bước điều chỉnh là 32 kbit/s Tốc độ truyền theo hai hướng là không

đối xứng

− Theo hướng xuống, tốc độ lấy mẫu là 1/T = 2.208 MHz Mỗi khối có kích

thước là N = 512 liên hợp đối xứng có 256 tone từ 0 – 1104 kHz và chu kỳ tiền

tố v = 32 mẫu Cứ sau 68 kí hiệu, một hằng số là kí hiệu đồng độ bằng 512 + 32

= 544 kí hiệu được xen vào do vậy tốc độ thực tế của kí hiệu là 2208/(544 ×

69/68) = 4000Hz, Độ rộng của tone là 2208/512 = 4.312 kHz Do đó độ dư băng

tần là 0.3125/4 = 7.8% Tốc độ số liệu là một số nguyên lần 4 kbit/s nhưng

thông tin được truyền theo byte nên thực tế tiêu chuẩn cho phép tốc độ phát là

một số nguyên lần 32 kbit/s Mật độ phổ công suất phát hướng xuống là 40

dBm/Hz với sai số trung bình cho phép của tone là ± 2.5 dB Công suất phát cực

đại khoảng 20dBm

− Hướng lên của hệ thống có tần số lấy mẫu là 1/T = 267 kHz Kích thước mỗi

khối là N = 64 liên hợp đối xứng tức là có 32 tone chiếm dải tần từ 0 – 138 kHz

và độ dài của tiền tố chu kỳ v = 4 mẫu sau 68 ký hiệu tạo nên tốc độ thực tế của

Trang 30

ký hiệu là 276/(68 × 68/69) = 4000 Hz Độ rộng của tone là 2208/512 = 4.3125

kHz Do đó, độ dư băng tần là 0.3125/4 = 7.8% Mật độ phổ công suất phát

hướng lên trung bình là 38 dBm/Hz với sai số trung bình cho phép của tone là ±

2.5 dB Công suất phát cực đại vào khoảng 14 dBm

− Trong cả hai chiều truyền T1.413 bắt buộc sử dụng hai đường đi qua đường

truyền gọi là đường nhanh và đường xen Các bit của đường xen có thể được

xen vào một hoặc vài ký hiệu, do đó chịu trễ lớn hơn Các bit của đường nhanh

chỉ được xen vào biên của kí hiệu Chỉ số của tone trong T1.413 được sắp xếp

sao cho tone có bit nhỏ nhất được mã hóa trước cùng với các bit ở bộ đệm

nhanh Sau đó, các tone có số bit lớn hơn được mã hóa từ các bit còn lại trong bộ

đệm nhanh và các bit trong bộ đệm xen cho đến khi mã hóa xong Tone có số

bit lớn nhất thường bị ảnh hưởng của nhiễu xung vì vậy cần có bảo vệ lỗi thêm

trong các đường xen của của phần sửa lỗi ngoài

− Tóm lại, việc lựa chọn công nghệ đa tần rời rạc làm chuẩn mã hóa đường

truyền ADSL theo ANSI T1.413 vào năm 1995 không phải là sự ngẫu nhiên

Khi dùng cho ADSL, DMT đã có ưu điểm riêng so với CAP Chính sự đáp ứng

tốt các tiêu chí dưới đây, mặc dù chúng là những kỳ vọng mà cả nhà cung cấp

đặt ra cho ADSL trên cơ sở CAP, đã giải thích tại sao DMT được chọn:

+ Được xây dựng tối ưu trên kênh con (RADSL)

+ Kiểm tra họat động liên tục

+ Độ bao phủ cùng mạch vòng lớn nhất

+ Thích nghi tốc độ cao nhất

+ Chịu nhiễu tốt hơn đối với dung lượng lớn

+ Có sự hổ trợ chipset bởi nhiều nhà cung cấp

+ Khả năng thực hiện đối với nhiều chuẩn

+ Chứng nghiệm trong thực tế

2.2 QAM ( Quadrature Amplitude Modulation )

Điều chế QAM là phương pháp mã hoá dữ liệu thành các dạng sóng sine và

cosine cùng trên một tần số của sóng mang đơn, bằng cách thay đổi cả biên

và pha của sóng mang Các sóng này được gởi đồng thời lên kênh truyền,

biên độ mỗi sóng mang sẽ chứa tin tức được gởi đi

Trang 31

Hình 2-3 tín hiệu điều chế QAM

Hình 2-4 Sơ đồ khối điều chế QAM

Trong bộ điều chế QAM , nhánh thực hiện sóng cosine còn gọi là nhánh

phase, biên độ cosine gọi là phase hay I Nhánh thực hiện sóng sine gọi là

nhánh cầu phương (quadrature), biên độ sine gọi là cầu phương hay Q

Ta có:

Trang 32

Với T là chu kỳ của sóng sine và cosine Chứng tỏ sine và cosine là hai hàm

trực giao Vì tính trực giao này nên các hàm sine và cosine thường được gọi

là các hàm cơ bản Tín hiệu sau điều chế QAM có dạng như sau:

(2.2.1) Với Xi là biên độ sóng cosine và Yi là biên độ của sóng sine

* Để hạn chế các hài bậc cao hoặc nhiễu, các xung tín hiệu cần được đưa

qua một bộ lọc có đáp ứng xung p(t) trước khi thực hiện điều chế để sửa lại

dạng sóng Lúc này tín hiệu phát sẽ có dạng như phương trình 2.2.1, biên độ

của sóng sine và cosine lúc này sẽ phụ thuộc vào đáp ứng xung p(t)

2.2.1 Giải điều chế QAM

− Tại bộ giải điều chế QAM, nếu tín hiệu thu được không bị nhiễu thì nó dễ

dàng tìm đúng điểm trong bản đồ chòm sao điều chế (Constellation

Demodulation) để tái tạo lại tín hiệu theo phương trình 2.2.2

Trang 33

Hình 2-5 Giải pháp điều chế QAM

− Tại các điểm B và C tín hiệu có dạng như sau :

+ Phương trình 2.2.4 :

− Tín hiệu ở điểm B và C sẽ độc lập chuyển qua khối tích phân Khối này sẽ

tính tích phân trong 1 chu kỳ sóng ứng với một symbol Tín hiệu tại điểm D và

E được biểu diễn bằng phương trình 2.2.5 và 2.2.6 :

+ Phương trình 2.2.5:

Trang 34

− Tổng hợp hai giá trị 2.2.5 và 2.2.6 bộ giải điều chế có thể xác định được

điểm trong bản đồ mã hoá để đưa ra tổ hợp giá trị các bit (symbol)

− Trong thực tế, dạng sóng trông khác nhau rất ít vì các kênh không thể điều

tiết pha kịp thời như lý thuyết; vì nó đòi hỏi băng thông rất lớn mới có thể

truyền một cách chính xác

2.2.2 Tập hợp VECTOR điểm điều chế – QAM CONSTELLATION

− Tín hiệu sử dụng trong điều chế QAM là một symbol Một symbol là một

chuỗi nối tiếp các bit có số lượng hữu hạn, tùy theo độ dài của chuỗi bit mà ta có

một symbol khác nhau Ta có sự liên quan giữa số bit trong một symbol và số

mức điều chế (level) QAM hay còn gọi là tập hợp điểm vectơ điều chế (QAM

Constellation) như sau :

− Level QAM = 2n với n là số bit trong một symbol

Trang 35

+ Một số tập hợp điểm vector điều chế QAM Constellation :

Ví dụ, modem V32, V32bis là sự kết hợp 24 symbol trong một giây,

dùng sóng mang1800Hz trong một băng thông rộng từ 600 – 3000 Hz

2.2.3 Lỗi VECTOR

Khi số bit mã hoá cho mỗi symbol tăng lên nghĩa là mức điều chế tăng, hay

khoảng cách các điểm trên bản đồ mã hóa gần nhau thì có một khó khăn xảy

ra ở phía thu đó là nhiễu Nhiễu giữa các symbol gần nhau (dạng chồng lấp

Trang 36

giữa các symbol ISI), đồng thời nhiễu do điều kiện kênh truyền không hoàn

hảo bởi tác động nội tại và môi trường bên ngoài sẽ làm cho phía giải mã

điều chế QAM sẽ không phân biệt được các điểm gần nhau trên bản đồ mã

hóa Sự khác nhau giữa tín hiệu phát và tín hiệu đã thu gọi là lỗi vector

2.3 BIẾN ĐỔI FOURIER RỜI RẠC ( Discrete Fourier Transform

DFT) 2.3.1 Định nghĩa :

− Biến đổi Fourier rời rạc đóng vai trò quan trọng trong những ứng dụng của

xử lý tín hiệu số bao gồm phân tính tương quan tín hiệu, phổ tín hiệu Trong

phần này ta sẽ trình bày các giải thuật tính toán nhanh biến đổi Fourier rời rạc

( fast Fourier transform –FFT) để tính toán một chuỗi dữ liệu vào x(n) có chiều

dài N

− Về cơ bản, vấn đề tình toán biến đổi Fourier rời rạc DFT là tính một chuỗi

X(k) có N giá trị phức từ chuỗi dữ liệu ngõ vào x(n) có chiều dài N theo công

N

n n

N

W 0 ≤ k ≤ N-1 (2.3.1) trong đó WN = e-j2π/N

− Tương tự, biến đổi ngược DFT trở thành :

N

k k

X W N−nk 0 ≤ n ≤ N-1 (2.3.2)

2.3.2 Biến đổi Fourier nhanh ( Fast Fourier Transfer - FFT)

2.3.2.1 Thuật toán Goertzel

− Thuật toán Goertzel là một ví dụ điển hình sử dụng tính chất tuần hoàn

của thừa số nk

N

W− mà không làm thay đổi phương trình, khi đó thu được:

Trang 37

N r

r N k N

kr N

kN

W k

− Biểu thức trên cũng có thể được biểu thị dưới dạng nhân chập Với mục

đích này, ta định nghĩa một dãy mới:

r N k N e

0

n x n

, n

W n

h

kn N

z X z

Y

k N

e

(2.3.9) cho thấy quan hệ giữa Xe(z) và Yk(z) giống như quan hệ giữa biến

đổi –z của tín hiệu ngõ vào và ngõ ra của một hệ thống LTI có hàm truyền:

Trang 38

Hình 2-6 Sơ đồ thực hiện tính toán đệ quy mẫu DFT thứ k

− Tín hiệu xe[n] và yk[n] liên hệ với nhau bằng phương trình sai phân:

[ ] n = x [ ] n + W− y [ ] n − 1

với yk[- 1] = 0 và xe[N] = 0 Vì một phép nhân phức có thể được thực hiện

khi dùng 4 phép nhân thực và hai phép cộng thực, do đó để tính mỗi một giá

trị mới của yk[n], nói chung là cần phải thực hiện 4 phép nhân thực và 4

phép cộng thực Kết quả là để tính X[k] = yk[N] phải thực hiện 4N phép

nhân thực và 4N phép cộng thực Do vậy, để tính tất cả N mẫu của DFT phải

thực hiện 4N2 phép nhân thực và 4N2 phép cộng thực

− Tính toán trên cho thấy, thuật toán Goertzel không giảm bớt độ phức tạp

tính toán mà còn tăng thêm 2N phép cộng thực so với cách tính DFT trực tiếp

Tuy nhiên, thuật toán đệ quy này có ưu điểm là N hệ số phức nk

N

W được sử dụng để tính X[k] không phải tính toán hoặc lưu trữ từ trước mà được tính toán

một cách đệ quy khi cần

− Thuật toán trên có thể được thực hiện một cách có hiệu quả hơn nếu chúng

ta nhân cả tử số và mẫu số của hàm truyền Hk(z) với thừa số( 1 − WN kz− 1):

1

11

W

z W

k N

1

/2cos21

Trang 39

Hình 2-7 Sơ đồ dòng tín hiệu bậc hai tính toán đệ quy mẫu thứ k của DFT

theo thuật toán Goertzel

− Theo sơ đồ này, thì phương trình tính toán DFT có dạng sau:

sk[n] = xe[n] + 2cos(2πk/N)sk[n – 1] - sk[n – 2], 0 ≤ n ≤ N

X[k] = yk[N] = sk[N] - WNksk[N – 1]

− Với sơ đồ này: nếu tín hiệu vào là phức, thì để tính một mẫu của biến số

trạng thái sk[n] chỉ cần hai phép nhân thực và 4 phép cộng phức Phép nhân

phức với hằng số k

N

W chỉ cần thực hiện một lần tại n = N Như vậy, để tính một mẫu của X[k] của DFT N – điểm cần (2N + 4) phép nhân thực và 4(N + 1) phép

cộng thực Do vậy, thuật toán Goertzel bậc hai cho phép tính N mẫu của X[k]

cần (2N + 4)N phép nhân thực và 4(N + 1)N phép cộng thực

− Mức độ phức tạp trong tính toán có thể được giảm bớt nếu thực hiện hàm

truyền HN – k(z) Trong trường hợp này, tính toán hai mẫu của DFT N – điểm

của X[k] và X[N – k] chỉ đòi hỏi 2(N + 4) phép nhân thực và 4(N + 2) phép

cộng thực, nghĩa là đã tiết kiệm được ¾ số lượng các phép nhân thực và ½ phép

cộng thực so với thực hiện trực tiếp

− Thuật toán Goertzel rất thích hợp trong các ứng dụng mà ở đấy sự tính

toán DFT cần số lượng mẫu ít chẳng hạn như trong hệ thống chọn số gọi điện

thoại để phát hiện tín hiệu đa tần âm thanh đối ngẫu Trong ứng dụng này, tín

hiệu ngõ vào x[n] là một dãy số thực và bình phương biên độ của mẫu DFT

|X[k]|2 là được quan tâm Vì x[n] là thực, nên tín hiệu trạng thái sk[n] ở trong

thuật toán Goertzel bậc hai cũng là dãy số thực Kết quả là từ các phương trình

trên ta thu được:

|X[k]|2 = |yk[N]|2 = sk2[N] + sk2[N - 1] – 2cos(2πk/N)sk[N]sk[N – 1]

− Rõ ràng là nếu tín hiệu vào là thực và số lượng mẫu DFT nhỏ thì số lượng

các phép tính trong thuật toán Goertzel rút bớt được lượng đáng kể Tuy nhiên,

khi N lớn thì phải cần đến các thuật toán hiệu quả hơn như thuật toán FFT được

xét đến trong phần sau

Trang 40

2.3.2.2 Thuật toán biến đổi Fourier nhanh (FFT) rút gọn theo

thời gian

− Thuật toán này được thực hiện khi tính DFT N – điểm với N = 2n có

nghĩa là số điểm tính DFT là một luỹ thừa của 2, nên là một số chẵn để tính

X[k], người ta phân tích dãy ngõ vào x[n] thành 2 dãy con : một dãy gồm các

chỉ số chẵn còn dãy kia là chỉ số lẻ và tính DFT (N/2) – điểm cho mỗi dãy Có

nghĩa là X[k] cho bởi:

nk N

W n x k

X k 0,1,2, ,N -1 Phân tích x[n] thành hai dãy con với chỉ số chẵn và chỉ số lẻ sẽ được:

= /2

0

1 1 / 0

1 2

2

N m

k m N

mk

W m x

2

N m

N r

mk N

k N

mk

W m

1 2 / N

0 m

mk 2 / N

k N

km 2 /

N W x2m 1WW

m2x]

k[X

G[k] WkH[k],

N

+

= k = 0, 1, 2, , N – 1 (2.3.12)

− Như vậy, thay cho việc tính toán DFT N - điểm X[k], giờ chỉ cần tính DFT

(N/2) – điểm của các dãy có chỉ số chẵn G[k] và của dãy với chỉ số lẻ H[k] Sau

khi hai DFT của G[k] và H[k] đã được tính, chúng ta được kết hợp lại với nhau

để tạo thành DFT N – điểm của X[k] như mô tả trên hình 2-7 với N = 8

Định dạng
Số trang	127
Dung lượng	1,84 MB