công nghệ adsl sử dụng phương pháp diều chế dmt

Tròng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Lời nói đầu Đi cùng với sự phát triển của xã hội các nhu cầu về dịch vụ thông tin truyền số liệu, truy cập internet, các dịch vụ thơng mại, giải trí, các dịch vụ thông tin tốc độ cao ngày càng trở thành một nhu cầu cấp bách cho các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông. Trớc đây các dịch vụ sử dụng đôi dây điện thoại thông thờng thì tốc độ còn rất hạn chế. Nh vậy để cung cấp các dịch vụ tốc độ cao thì các môi trờng truyền dẫn khác cần phải đợc lắp đặt nh cáp đồng trục, cáp quang Việc đầu t lắp đặt mới này phải mất một khoảng thời gian dài với chi phí rất cao và độ rủi ro cho đầu t là rất cao. Đờng dây điện thoại, di sản phát minh của Graham Bell đợc đa vào sử dụng rộng rãi trên mạng điện thoại từ khi điện thoại đợc đa vào sử dụng trên thế giới. Đôi dây đồng này có thể chuyển tải lợng dữ liệu nhiều hơn ngoài các cuộc thoại. Việc sử dụng đôi dây này chỉ để truyền tiếng nói thật sự mới chỉ khai thác đợc một phần khả năng của cáp đồng, Công nghệ đờng dây thuê bao số DSL sẽ sử dụng đợc phần khả năng còn lại của dây điện thoại mà không hề làm gián đoạn việc thực hiện các cuộc thoại. Kỹ thuật DSL ra đời đã tạo ra một bớc ngoặt mới cho việc sử dụng đờng dây điện thoại. Đờng dây thoại trớc đây chỉ dùng để truyền 1 kênh điện thoại băng tần từ 400 Hz đến 3400 Hz, thì giờ đây có thể truyền ở các băng tần lên tới hàng triệu Hz. Để truyền dẫn với tốc độ cao, băng tần sử dụng lớn thì cần phải có các bộ xử lý số tốc độ cao tiên tiến. Cùng với sự phát triển của công nghệ vi điện tử kỹ thuật DSL sẽ đáp ứng đợc các yêu cầu về tốc độ cũng nh về chất lợng truyền dẫn. Với cơ sở hạ tầng sẵn có, công nghệ DSL đã cho phép đờng dây điện thoại truyền tải các ứng dụng đa phơng tiện mà trớc đây chỉ có cáp quang mới thực hiện đợc. Đờng dây điện thoại bây giờ là một phong tiện kinh tế nhất để truyền tải nhiều loại hình dịch vụ viễn thông tới hàng triệu khách hàng. Trong bài viết - 1 - Tròng Đại Học Bách Khoa Hà Nội này sẽ giới thiệu tổng quan về công nghệ DSL cùng với những ứng dụng của nó trong thực tiễn. Trong họ công nghệ xDSL thì ADSL với những u điểm của mình nh cho phép sử dụng đôi dây điện thoại có sẵn để truyền tải những dịch vụ băng rộng nh Video, truyền hình, internet tốc độ cao Công nghệ ADSL hiện nay đã đợc chuẩn hoá và sử dụng rộng rãi trên thế giới, ở Việt Nam hiện nay ADSL cũng đang đợc đa vào sử dụng cho nên chúng ta đi vào nghiên cứu cụ thể công nghệ này và đặc biệt là công nghệ ADSL sử dụng phơng thức điều chế DTM ( Discrete MultiTone Modulation ). Đồ án này bao gồm 5 chơng : Chơng 1 : Giới thiệu về công nghệ xDSL Chơng 2 : Các loại DSL Chơng 3 : Công nghệ ADSL sử dụng phơng pháp diều chế DMT Chơng 4 : Triển khai ADSL ở Việt Nam của VDC Chơng 5 : - 2 - Tròng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Chơng 1 : Giới thiệu về công nghệ xDSL 1. Nguyên tắc và ý tởng Nhu cầu về các dịch vụ và thông tin tốc độ cao, độ tin cậy lớn đã có từ tr- ớc đây, nhng những nhu cầu này chỉ đợc đáp ứng đợc một phần rất nhỏ do các dịch vụ sử dụng trên cáp đồng thông thờng rất hạn chế về tốc độ ( 64 Kb/s ) Cáp đồng là một mạng có sẵn đầy tiềm năng nhng những tiềm năng này cha dợc khai thác do công nghệ trớc đây phát triển cha đủ mạnh. Để cung cấp các dịch tốc độ cao yêu cầu phải lắp đặt các môi trờng truyền dẫn mới nh : Cáp quang, cáp đồng trục Việc lắp đặt đ ờng truyền dẫn mới cần phải mất một khoảng thời gian dài với một chi phí lớn mà ít ngời có thể chấp nhận đợc. Để truyền dẫn với tốc độ cao, băng tần sử dụng lớn thì cần phải có các bộ xử lý số tốc độ cao tiên tiến. Ngày nay với sự phát triển của ngành công nghệ vi điện tử các bộ vi xử lí tốc độ cao đợc sản xuất với giá thành rẻ đợc mọi ngời chấp nhận và nó đáp ứng đợc các yêu cầu về tốc độ cũng nh về chất lợng truyền dẫn. Đây là nền tảng cho công nghệ xDSL ra đời. Công nghệ xDSL đầu tiên xuất hiện là HDSL khái niện ban đầu về HDSL bắt đàu từ năm 1986 trong phòng thí nghiệm của hãng Bellcore để thay thế cho luồng E1 và T1, tiếp đó hãng Bellcore nghiên cứu đến SDSL, ADSL và VDSL. Kỹ thuật DSL ra đời đã tạo ra một bớc ngoặt mới cho việc sử dụng đờng dây điện thoại. Đờng dây thoại trớc đây chỉ dùng để truyền 1 kênh điện thoại băng tần từ 400 Hz đến 3400 Hz, thì giờ đây có thể truyền ở các băng tần lên tới hàng triệu Hz để cung cấp các dịch vụ và thông tin tốc đô cao mà trớc đây chỉ có cáp quang mới thực hiện đợc. Theo thống kê không chính thức (1999) trên thế giới có hơn 750 triệu đờng dây điện thoại thông thờng đây thật sự là một cơ sở hạ tầng đầy tiềm năng để ta có thể khai thác các dịch vụ xDSL. Trong họ xDSL thì ADSL đợc coi là công nghệ có triển vọng nhất hiện nay vì nó hầu nh không yêu câù thay đổi đờng cáp đồng hiện có và không yêu cầu - 3 - Tròng Đại Học Bách Khoa Hà Nội thiết bị đầu cuối đắt tiền. Kể từ năm 1989 khi khái niệm ban đầu về ADSL xuất hiện nó đã phát triển một cách nhanh chóng với tốc độ ngày càng tăng từ 1,5 Mb/s lên 8 Mb/s ở đờng xuống , đờng lên lên tới 1.5 Mb/s (640 Kb/s đối với ADSL Lite) và giá thành ngày càng hạ. Hiện nay công nghệ ADSL đã đợc chuẩn hoá bởi hầu hết các tổ chức viễn thông trên thế giới và đợc các nhà sản xuất lớn sản xuất hàng loạt trên thị trờng với giá thành thấp kích thớc vật lý và công suất tiêu hao nhỏ. Công nghệ xDSL nói chung và công nghệ ADSL nói riêng đã và đang nhận đợc sự hỗ trợ mạnh mẽ từ phía những nhà sản xuất phần cứng và phần mềm trên thế giới. 2. Tổng quan về công nghệ xDSL Trớc khi đi vào giới thiệu cụ thể từng công nghệ DSL ta sẽ trình bày các vấn đề chung của toàn bộ công nghệ DSL nh môi trờng truyền dẫn đôi dây xoắn, phơng pháp tận dụng băng tần, và nâng cao hiệu suất sử dụng phổ tần, các chỉ tiêu và ứng dụng của các công nghệ xDSL. 2.1 Đôi dây xoắn Nh chúng ta đã biết công nghệ xDSL dựa trên nền tảng là mạng dây đồng có sẵn, Trong quá trình nâng cấp từ mang truy nhập cáp đồng lên mạng truy nhập số chúng ta sẽ gặp một số khó khăn nhất định . Dịch vụ điện thoại xuất hiện vào năm 1877 khi Alexander Bell nối điện thoại qua một đờng dây đơn (Ground return) lấy đất làm đờng về của mạch điện. Phơng pháp này tránh đợc chi phí cho dây thứ hai nhng truyền dẫn kém và không đủ tin cậy khi thời tiết khô. Những vấn đề này đợc giải quyết sau đó bằng cách sử dụng đôi dây song song (metallic return) cách nhau vài cm phơng pháp này cung cấp đờng về của tín hiệu đáng tin cậy hơn. Tuy nhiên hiện tợng xuyên âm (crosstalk) nhanh chóng đợc phát hiện đó là hiện tợng tín hiệu từ một đôi dây gần nó bị lẫn vào trong quá trình giao tiếp. Ngời ta phát hiện ra xuyên âm có thể giảm theo chu kỳ bằng cách thay đổi vị trí bên phải và bên trái của dây dẫn. Bell đã - 4 - Tròng Đại Học Bách Khoa Hà Nội phát minh ra đôi dây xoắn (tiwsted pair) năm 1881 đó là đôi dây dẫn gồm hai dây riêng cách điện và đợc xoắn với nhau. Với bớc xoắn vừa đủ năng lợng điện từ trờng trên mỗi phần nhỏ của dây sẽ bị triệt tiêu bởi năng lợng bao quanh phần nhỏ dây tiếp theo. Cáp điện thoại ngày nay dợc thiết kế sao cho mật độ xoắn trên mỗi đôi dây là khác nhau để đảm bảo xuyên âm là tối thiểu. Mặt khác đôi dây xoắn cũng có thể làm giảm bớt một chút suy hao tín hiệu điện vì diện cảm cuẩ dây xoắn có tác dụng bù diện dung của dây. Tuy nhiên đối với khoảng cách thuê bao lớn thì suy hao cũng rất lớn. Đối với các mạch vòng dài quá 5,5 km (18 kft) thì suy hao tín hiệu ở tần số lớn hơn 1 KHz vợt quá mức cho phép làm cho truyền dẫn thoại không chấp nhận đợc. Để giải quyết vấn đề này các cuộn gia cảm (Loading coil) sẽ đợc thêm vào đờng dây nhằm tăng điện cảm của dây để cân bằng với dung kháng của dây. Giá trị điện cảm của cuộn gia cảm đợc tính toán phù hợp với điện dung của đờng truyền, cuộn cảm có tác dụng nâng cao chất lợng của tín hiệu trong khoảng tần số truyền thống (0,3 tới 3,4 KHz) đồng thời triệt tiêu hầu hết tín hiệu nằm ngoài khoảng này. Đây là một khó khăn lớn cho việc mở rộng dải tần số sử dụng trên đờng dây đồng thông thờng và đối với công nghệ xDSL thì cuộn gia cảm này không đợc sử dụng. Sau đây là hình minh họa suy giảm trên cáp đồng và tác dụng của cuộn gia cảm. - 5 - Tròng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Suy hao ( dB/km ) 2 Đờng dây không bù Cuộn gia cảm H-88 Cuộn gia cảm Cuộn gia cảm 0,4 D-66 B-44 0,2 0 1 2 3 4 5 (Km) Hình 1.1 Suy hao dây đồng và tác dụng cuộn gia cảm Trong công nghệ xDSL có nhiễu xuyên âm bởi vì mỗi dây trong cáp của đôi dây xoắn phát ra điện từ các trờng điện từ này tạo ra dòng điện chạy trong các đôi dây bên cạnh dẫn đến tín hiệu xuyên âm không mong muốn trên các đôi dây này. Xuyên âm (crosstalk) là yếu tố chính hạn chế khả năng hoạt động của các hệ thống số sử dụng cùng băng tần số cho truyền dẫn thu và phát. Có hai kiểu xuyên âm thờng gặp trong xDSL : Xuyên âm đầu gần ( NEXT-Near end crosstalk ) và xuyên âm đầu xa ( FEXT - Far end crosstalk ). Xuyên âm đầu gần NEXT là xuất hiện ở các bộ thu ở cùng đầu cáp với các bộ phát nhiễu ( từ bộ phát tới bộ thu đầu cuối gần ). Xuyên âm đầu xa FEXT là nhiễu gây ra bởi các đôi dây cho một đôi dây ở đầu bên kia của đờng truyền ( từ bộ phát tới bộ thu đầu xa ). NEXT ảnh hởng tới các hệ thống truyền trên cả hai h- ớng trong cùng một dải tần cùng một lúc và tại đầu gần, và nó luôn lớn hơn FEXT. NEXT có thể tránh đợc nếu nh tín hiệu theo hai chiều đợc truyền trong những khoảng thời gian khác nhau hay ở những khoảng tần số khác nhau - 6 - Tròng Đại Học Bách Khoa Hà Nội ( Đó là hai kỹ thuật song công phân chia tần số và phân chia thời gian mà ta sẽ xét kỹ hơn ở phần sau) Thu đầu Thu đầu Gần Xa NEXT FEXT Phát Xuyên âm Hình 1.2 Minh hoạ xuyên âm Ngoài ra đôi dây xoắn còn chịu nhiều loại nhiễu từ bên ngoài tác động vào nh : nhiễu vô tuyến, nhiễu do các đờng dây điện, máy hàn, đèn neon Các nhiễu này thờng không thể định trớc một cách rõ ràng nhng khi thiết kế lắp đặt chúng ta lại cần phải tính toán đến các loại nhiễu này. 2.2 Các giải pháp công nghệ chung trong xDSL Để nâng cao tốc độ và chất lợng truyền dẫn, các công nghệ xDSL phải áp dụng nhiều phơng thức khác nhau nhằm mở rộng băng tần sử dụng và tăng hiệu suất sử dụng băng tần. Nh thay vì sử dụng dải tần truyền thống ( 0.3 - 4.3 KHz ) loại bỏ các cuộn gia cảm, đờng dây điện thoại có thể hoạt động với tần số hàng MHz. Ngoài ra ngời ta còn đa ra các phơng thức thực hiện song công để sử dụng băng tần một cách có hiệu quả, các phơng pháp điều chế sao cho phổ tín hiệu t- ơng thích với đờng truyền để giảm méo và nâng cao hiệu suất sử dụng phổ ( Mỗi symbol sẽ mang thông tin của nhiều Bits ), Các phơng pháp mã hoá để chống lỗi nâng cao chất lợng truyền dẫn. 2.2.1 Các phơng thức thực hiện song công Hầu hết các dịch vụ DSL đòi hỏi song công trong việc truyền dữ liệu các phơng thức song công để tách biệt tín hiệu trên các hớng ngợc nhau. Có 4 phơng thức thực hiện song công khác nhau : song công 4 dây, triệt tiếng vọng, song công phân chia tần số, song công phân chia theo thời gian. Ba phơng pháp cuối - 7 - Tròng Đại Học Bách Khoa Hà Nội cùng sử dụng trên cùng một đôi dây xoắn cho cả hai hớng truyền dẫn. Đối với mỗi trờng hợp cụ thể thì chúng ta sẽ lự chọn phơng thức song công nào hoặc sử dụng kết hợp các phơng thức để phù hợp với hệ thống cần thiết kế. Song công 4 dây Sử dụng 2 đôi dây xoắn, mỗi đôi cho một hớng truyền. Song công 4 dây còn gọi là truyền dẫn đơn công đôi , bởi vì có hai kênh truyền dẫn đơn công ( một hớng ). Bất lợi của song công 4 dây là cần hai đôi dây xoắn thay vì một đôi nh các phơng pháp song công khác. Nhng song công 4 dây là phơng pháp song công với chi phí ít nhất nếu cáp đồng bổ sung là sẵn có. Tuy nhiên cáp đòng bổ sung thờng là đắt, do vậy chi phí toàn bộ hệ thống là rất cao, mặc dù chi phí điện tử có thể ít hơn.Việc chi phí điện tử để tiết kiệm cáp đồng là vấn đề chung thờng xảy ra trong kỹ thuật DSL. Luồng T1 hoặc E1 4 Dây Luồng T1 hoặc E1 Hình 1.3 Song công bốn dây Song công phân chia theo tần số Đối với những hệ thống thực hiện song công ghép kênh phân chia tần số FDD ( Frequency Division Duplex ) thì quá trình thu và phát ở nằm ở 2 dải tần số khác nhau : Biên độ(dB) - 8 - Thuê bao 1 Thuê bao 2 Tròng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đờng lên Đờng xuống (KHz) Hình 1.4 Song công FDD Do phơng thức song công FDD quá trình thu và phát ở nằm ở 2 dải tần số khác nhau do đó tránh đợc xuyên âm ở đầu gần (NEXT) nhng vẫn phải tính đến nhiễu xuyên âm ở đầu xa (FEXT). Phơng thức này có u điểm hệ thống sử dụng nó đơn giản cho nên giá thành thấp nhng phơng thức FDD lại có nhợc điểm là tần số không đợc sử dụng một cách triệt để do băng tần thu phát nằm tách biệt do vậy phơng thức song công này thờng không dùng đơn lẻ trong hệ thống mà thờng đợc sử dụng kết hợp với những phơng thức khác. Song công phân chia theo thời gian Song công phân chia theo thời gian TDD ( Time Division Duplex ) là tại một thời điểm chỉ truyền theo một hớng. Việc điều khiển các đờng liên kết thờng đợc luân phiên tại các khoảng đều đặn giữa các hớng truyền. Do quá trình phát và thu nằm ở hai thời điểm hoàn toàn khác nhau nên TDD loại bỏ đợc nhiễu xuyên âm đầu gần NEXT. Nhng TDD gây ra tổn thất là làm lỡ thời gian truyền dẫn. t Trễ Hình 1.5 Song công TDD - 9 - Lên Lên Lên LênXuống Xuống Xuống Xuống Tròng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Song công triệt tiếng vọng Đôi dây Tiếng vọng Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống triệt tiếng vọng Phơng thức song công triệt tiếng vọng EC ( Echo Canceller ) đây là dạng phổ biến nhất của DSL hiện đại, kỹ thuật triệt tiếng vọng EC thì dải tần phát đợc đặt trong dải tần thu và phải dùng một bộ triệt tiếng vọng để phân tách đờng thu và đờng phát. Việc thực hiện song công ở cùng một băng tần số tại một thời điểm cho nên băng tần đợc sử dụng một cách có hiệu quả bù, nhng phơng thức song công triệt tiếng vọng thì các thiết bị lại rất phứ tạp và đắt tiền. Biên độ(dB) Thu và phát KHz Hình 1.7 Song công triệt tiếng vọng - 10 - Thu EC Hybrid Phát [...]... mà DMT sử dụng để thực hiện điều chế và giải điều chế Trên đây chỉ là những khái niệm cơ bản về DMT phơng pháp thực hiện cụ thể và những u điểm của phơng pháp này sẽ đợc nghiên cứu ở chơng sau Một biến thể của DMT là phơng pháp điều chế đa tần sóng rời rạc DMWT ( Discrete Multiwavelet MultiTone Modulation ) trong đó toán tử Fourier đợc thay thế bằng toán tử sóng Kỹ thuật này đợc sử dụng trong công nghệ. .. Encoder Output DAC xm2 LPF Lọcngược pha 900 Hình 1.12 Sơ đồ diều chế CAP Điều chế đa tần rời rạc DMT Điều chế đa tần rời rạc DMT ( Discrete MultiTone Modulation ) là phơng pháp điều chế đa sóng mang trong đó băng tần sử dụng đợc chia thành nhiều băng tần nhỏ mỗi băng tần sẽ đợc sử dụng để truyền dẫn một sóng mang điều chế các chuỗi bit tốc độ thấp DMT có mối quan hệ mật thiết với thuật toán biến đổi Fourier... phơng pháp điều chế Các tín hiệu truyền trên đờng dây điện thoại đều là tín hiệu Analog Điều chế nhằm biến đổi tín hiệu số đầu vào thành các tín hiệu Analog có dạng phổ phù hợp với đặc tuyến truyền dẫn của đờng truyền để tín hiệu truyền trên nó sẽ hạn chế đợc méo, và sử dụng băng tần hiệu quả hơn.Các phơng pháp điều chế thờng đợc sử dụng là trong công nghệ xDSL là : 2B1Q, QAM, PAM, DMT Điều chế 2B1Q... điều chế đa sóng mang: DMT: Phơng pháp này đã đợc sử dụng trong kỹ thuật ADSL Nhng với dải tần lớn hơn, hệ thống DTM có thể hoạt động với tốc độ cố định hoặc biến đổi Tuy nhiên DTM lại chịu ảnh hởng về sự cách ly tối u các kênh Do sử dụng biến đổi Fourier nên phổ tín hiệu của DMT có chứa thêm các hài tự tạo thành (DMWT sẽ giải quyết đợc vấn đề này) Các cấu hình NT thụ động sử dụng cơ chế điều chế DTM... sử dụng phơng pháp ghép kênh FDM cho chuỗi bit từ phía thuê bao đến tổng đài Phơng pháp này dựa trên cùng một ý tởng với phơng pháp DTM, có nghĩa là chia băng tần thành các kênh nhỏ để sử dụng các thành phần phổ không bị nhiễu ảnh hởng.Trong khi DTM sử dụng biến đổi Fourier nhanh để mã hoá bit trong các kênh nhỏ thì phơng pháp DMWT sử dụng biến đổi sóng Điều này giúp cho DMWT tránh đợc các hài có công. .. - Chơng 3 : công nghệ DMT ADSL 1 Điều chế đa tần rời rạc dmt 1.1 Giới thiệu về điều chế đa tải tin Điều chế đa tải tin là phơng pháp sử dụng nhiều sóng mang ở các tần số khác nhau để điều chế những dòng bit tốc độ thấp rồi truyền đi đồng thời để có đợc một dòng bit tốc độ cao Theo phơng pháp này thì băng tần truyền dẫn đợc chia thành các băng con hẹp... phơng pháp điều chế tín hiệu của kỹ thuật VDSL hiện nay cha có chuẩn qui định Có 4 phơng pháp điều chế thờng đợc sử dụng trong kỹ thuật VDSL là : Đơn sóng mang : CAP và SLC Đa sóng mang : DMT và DWMT - 27 - Tròng Đại Học Bách Khoa Hà Nội _Phơng pháp điều chế đơn sóng mang : CAP thì đợc sử dụng tơng tự nh trong ADSL. .. thống chuyển mạch với tốc độ dới tốc độ luồng T1/E1 3.2.3 Kỹ thuật cơ bản ADSL sử dụng hai phơng pháp điều chế chính là : Điều chế biên độ pha không sóng mang CAP và điều chế đa tần rời rạc DMT Phơng pháp điều chế CAP phát triển trên cơ sở kỹ thuật điều chế QAM nhng không có sóng mang do sự lựa chọn hai hàm cơ bản đặc biệt để điều chế Điều này làm đơn giản hoá việc thực hiện của máy phát nhng tính phức... Các nhà sản xuất và cung cấp dịch cụ HDSL thờng sử dụng phơng pháp điều chế 2B1Q có mạch hỗn hợp triệt tiếng vọng cho hầu hết các hệ thống HDSL trên thế giới Một số nớc ở Châu Âu sử dụng hệ thống đa tần rời rạc DMT, và AM/PM không sóng mạng (CAP) Việc thực hiện truyền dẫn song công trong hệ thống HDSL có thể thực hiện theo một số giải pháp sau: + Song công đơn : Chỉ dùng một đôi dây và một cặp thiết... bao Ưu nhợc điểm của công nghệ DSL Các công nghệ DSL tận dụng đờng dây đồng có sẵn giảm chi phí đầu t mạng lới ban đầu Nhà cung cấp dịch vụ tiến hành khi thuê bao yêu cầu dịch vụ mà chỉ cần một khoảng đầu t nhất định cho phần trung tâm mà thôi Công nghệ này không yêu cầu thay đổi phần mềm của các thiết bị chuyển mạch, làm giảm bớt chi phí nâng cấp mạch trung tâm Một số công nghệ (ADSL ,VDSL) có khả năng . 1 : Giới thiệu về công nghệ xDSL Chơng 2 : Các loại DSL Chơng 3 : Công nghệ ADSL sử dụng phơng pháp diều chế DMT Chơng 4 : Triển khai ADSL ở Việt Nam của. hạn chế đợc méo, và sử dụng băng tần hiệu quả hơn.Các phơng pháp điều chế thờng đợc sử dụng là trong công nghệ xDSL là : 2B1Q, QAM, PAM, DMT. Điều chế