đồ án: Quản lý phổ động (DSM) cho công nghệ đường dây thuê bao số xDSL

đồ án:Quản lý phổ động (DSM) cho công nghệ đường dây thuê bao số xDSLChương 1: Giới thiệu tổng quát về công nghệ đường dây thuê bao số, cơ sở hạ tầng của mạng cáp đồng hiện hữu, mô hình hệ thống xDSL, các kỹ thuật điều chế suy hao tín hiệu thấp và bài toán xuyên âm. Cho thấy rằng xuyên âm là nguyên nhân chủ yếu làm suy giảm chất lượng hệ thống DSL.Chương 2: Trình bày về chuẩn quản lý phổ, quản lý phổ động cho đường dây thuê bao số, các mức độ phối hợp, sự thực thi của các mức DSM và đưa ra các thuật toán sử dụng trong quản lý phổ động. Cuối cùng là so sánh giữa các thuật toán. Từ sự so sánh này chúng ta có thể thấy được thuật toán nào có hiệu quả nhât cho đường dây DSL.Chương 3: Trình bày về sự thực thi của các thuật toán đã được nêu ra.Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do sự hạn chế về thời gian và năng lực nên nội dung của đồ án tốt nghiệp này không tránh khỏi những sai sót, em mong được thầy cô và các bạn quan tâm góp ý thêm.Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn Th.S Nguyễn Việt Hùng đã giúp em trong quá trình hoàn thành đồ án này.

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH VẼ iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU iv

LỜI MỞ ĐẦU ix

CHƯƠNG I CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP xDSL 1

1.1 Công nghệ xDSL 1

1.1.1 Hoàn cảnh ra đời xDSL (Digital Subcriber line) 1

1.1.2 Các công nghệ trong họ xDSL 3

1.2 Cơ sở hạ tầng mạng cáp đồng điện thoại hiện hữu 8

1.2.1 Mạng cáp của các công ty viễn thông 8

1.2.2 Mạng truy cập 9

1.2.3 Hệ thống truy cập T1/E1 chuyên dụng trong mạng nội hạt 10

1.2.4 Kiến trúc hệ thống 11

1.3 Các kỹ thuật xDSL 13

1.3.1 Các khái niệm kỹ thuật xDSL 13

1.3.2 Sự suy hao và giới hạn khoảng cách đường truyền 13

1.3.3 Ảnh hưởng của nhiễu xuyên âm 24

KẾT LUẬN CHƯƠNG I 28

CHƯƠNG 2: QUẢN LÝ PHỔ ĐỘNG CHO ĐƯỜNG DÂY THUÊ BAO SỐ 30

2.1 Chuẩn quản lý phổ 30

2.1.1 Các hệ thống cơ sở 30

2.1.2 Sự tương thích, các mô hình, mặt nạ phổ PSD 31

2.1.3 Nguyên tắc triển khai 31

2.1.4 Yêu cầu miền thời gian 32

2.1.5 Các yêu cầu khác 32

2.2 Quản lý phổ động cho đường dây thuê bao số 33

2.2.1 Nhu cầu về tốc độ 34

2.2.2 Các mức phối hợp DSM 36

2.2.3 Độ khuếch đại hiệu năng về tốc độ/ phạm vi của DSL. 40

2.2.4 Đảm bảo khả năng tương thích phổ của DSM có thể đạt được trên đường dây 46

2.2.5 Sự ổn định của đường dây DSL khi áp dụng DSM 47

2.2.6 Thực thi của DSM 49

2.2.7 Giải pháp 51

2.3 Các thuật toán tiên tiến 52

2.3.1 Mô hình hệ thống 52

2.3.2 Thuật toán Iterative Water- Filling 57

2.3.3 Thuật toán cân bằng phổ tối ưu 59

2.3.4 Thuật toán cân bằng phổ lặp 65

2.3.5 Thuật toán cân bằng phổ độc lập 66

2.3.6 So sánh sự khác nhau giữa các thuật toán DSM 70

KẾT LUẬN CHƯƠNG II 72

CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG ÁN THỰC THI CỦA CÁC THUẬT TOÁN 71

3.1 Sự thực thi của thuật toán IWF 71

3.1.1 Cấp phát nguồn đa người sử dụng 71

3.1.2 Sự thực thi của thuật toán 73

3.2 Sự thực thi của thuật toán OSB 77

3.2.1 Phân bố thiết bị đầu cuối từ xa cho luồng xuống ADSL 77

3.2.2 Bài toán xuyên âm đầu gần – đầu xa trong luồng lên VDSL 80

3.2.3 Bit tích lũy rời rạc 82

3.3 Sự thực thi của thuật toán ISB 82

3.3.1 Kịch bản cho 4 người sử dụng 82

3.3.2 Kịch bản 10 người sử dụng 85

3.4 Sự thực thi của thuật toán ASB 86

3.4.1 Trường hợp truyền dẫn đồng bộ 86

3.4.2 Trường hợp truyền dẫn không đồng bộ 90

3.4.3 Phân tích độ nhạy của việc chọn đường dây tham chiếu 92

KẾT LUẬN CHƯƠNG III 93

KẾT LUẬN 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Hệ thống truy cập bằng xDSL với các phương pháp truy cập khác nhau 1

Hình 1.2 Ứng dụng thoại qua DSL_ VoDSL 2

Hình 1.3 Ứng dụng Fram delay qua DSL_ FRoDSL 2

Hình 1.4 Lịch sử phát triển của các công nghệ trong họ xDSL 3

Hình 1.5 Dải tần hoạt động của ADSL, ADSL2 và ADSL2+ 5

Hình 1.6 Dải tần hoạt động của VDSL2 6

Hình 1.7 Mạng điện thoại điển hình 9

Hình 1.8 Dịch vụ truyền dẫn T1/E1 truyền thống 10

Hình 1.9 Ví dụ về nhánh tải song song Bridge taps 11

Hình 1.10 Kiến trúc chung của hệ thống sử dụng họ công nghệ xDSL 12

Hình 1.11 Cấu trúc hệ thống ADSL 13

Hình 1.12 Chùm tín hiệu 16-QAM 15

Hình 1.13 Các thành phần đồng pha (a) và pha vuông góc (b) của tín hiệu 16-QAM 15

Hình 1.14 Sơ đồ khối của bộ điều chế M-QAM 16

Hình 1.15 Sơ đồ khối của bộ giải điều chế M-QAM 17

Hình 1.16 Thu phát tín hiệu theo phương pháp CAP 17

Hình 1.17 Nguyên lý điều chế DMT 18

Hình 1.18 Khả năng điều chỉnh bit trên mỗi kênh 19

Hình 1.19 Khả năng của DMT tại dải tần có xuyên âm quá lớn hoặc bị nhiễu RFI 20

Hình 1.20 Sơ đồ khối hệ thống DMT 21

Hình 1.21 FDM hoàn toàn song công 22

Hình 1.22 Phương thức EC 22

Hình 1.23 Phân tách tín hiệu lên xuống bằng phương pháp khử tiếng vọng 23

Hình 1.24 Các phần quan trọng mạng truyền thông cáp quang đồng trục hỗn hợp .25

Hình 1.25 Bài toán xuyên âm đầu gần- đầu xa trong truyền thông đường xuống 27

Hình 1.26 Bài toán xuyên âm đầu gần- đầu xa trong truyền thông đường lên 28

Hình 2.1 Quản lý phổ mặt nạ PSD lớp 3 (SM 3), mô hình PSD, đo PSD truyền trên HDSL 31

Hình 2.2 Trung tâm quản lý phổ (SMC) tối ưu hóa hiệu năng của DSL sử dụng DSM 35

Hình 2.4 IWF và OSB truyền dẫn phổ cho trường hợp triển khai hỗn tạp CO/RT 38

Hình 2.5 Miền tốc độ của đường dây CO và RT hoạt động trong chế độ MA (màu vàng), IWF (màu đỏ tía) và OSB (màu cam) 39

Hình 2.6 Độ lợi hiệu năng DSM mức 1 đối với CO- fed ADSL 41

Hình 2.7 Hiệu năng của DSM mức 1 trên các đường dây CO cho trộn CO/RT-fed .42 Hình 2.8 Miền tốc độ và sự cân bằng giữa tốc độ bit CO-RT 43

Hình 2.9 Minh họa sự giảm xuyên âm sử dụng DSM mức 2 cho truyền dẫn luồng xuống 44

Hình 2.10 Độ khuếch đại hiệu năng của DSM mức 3 cho VDSL 45

Hình 2.11 Cải thiện độ ổn định khi áp dụng DSM bằng cách đưa vào hệ số khuếch đại nhanh gi 48

Hình 2.12 Điều khiển phổ truyền trong ADSL1 và ADSL2+ 49

Hình 2.13 Phân bố hỗn tạp CO/RT 52

Hình 2.14 Hình minh họa của water-filling cho cả modem hog và modem polite 57

Hinh 2.15 Điểm tối ưu A trong trọng số tốc độ tổng (2.13) đưa đến sự tối ưu trong bài toán quản lý phổ (2.6) 60

Hình 2.16 Các điểm hoạt động trong X  Ycó thể tìm thấy qua trọng số tốc độ tổng tối ưu 61

Hình 3.1 Nghiên cứu DSM tại phòng thí nghiệm nghiên cứu và cải tiến của Alcatel 74

Hình 3.2 Mật độ phổ công suất truyền dẫn luồng xuống ADSL của ATU-C1 truyền trên mạch vòng 2000 m 74

Hình 3.3 Truyền dẫn mật độ phổ công suất (PSD) trên luồng xuống ADSL (đường liền nét) của ATU-C2 truyền qua 5000 m mạch vòng (dài) 75

Hình 3.4 Miền tốc độ cho kịch bản mạch vòng ngắn và dài 76

Hình 3.5 SNR (tỉ số tín hiệu trên tạp âm) của ATU_R1 truyền qua 2000 m mạch vòng 77

Hình 3.6 Kịch bản truyền dẫn luồng xuống trong ADSL 78

Hình 3.7 Miền tốc độ trong luồng xuống ADSL 78

Hình 3.8 PSD trên đường dây CO trong luồng xuống ADSL (đường dây CO tại 1 Mbps) 79

Hình 3.10 Kịch bản 4 người sử dụng 83

Hình 3.11 Miền tốc độ (kịch bản 4 người sử dụng) 83

Hình 3.12 PSDs của thuật toán Interative Water-filling (IW) 84

Hình 3.13 PSDs của thuật toán ISB 85

Hình 3.14 Sự hội tụ tốc độ trong kịch bản 10 người sử dụng 86

Hình 3.15 Topo triển khai 4 người sử dụng trộn lẫn CO/RT 87

Hình 3.16 Miền tốc độ đạt được bởi các thuật toán DSM khác nhau 88

Hình 3.17 Phổ truyền với trường hợp truyền dẫn đồng bộ (a): ASB-S1; (b): IW; (c): ISB/OSB 89

Hình 3.18 Phân bố trộn lẫn CO/RT 90

Hình 3.19 Phổ truyên với trường hợp bất đồng bộ ASB-S1 90

Hình 3.20 Phổ truyền với trường hợp bất đồng bộ ASB-A1 91

Hình 3.21 Độ khuếch đại hiệu năng của ASB-S1 và ASB-A1 91

Hình 3.22 Độ nhạy của ASB-S1 trong việc chọn độ dài đường dây tham chiếu 92

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bùi Văn Tài

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Bùi Văn Tài

FDM Frequency Division Modullation Ghép kênh phân chia theo tần số

FTTCab Fiber To The Carbinet Cáp quang đến Cabinet

FTTEx Fiber to the Exchange Cáp quang đến tổng đài

FTTO Fiber To The Office Cáp quang tới các cơ quan nhỏG

H

HDSL High-bit-rate DSL Đường dây thuê bao số tốc độ bit

caoHDTV High Definition Television Truyền hình độ phân giải cao

HTU-C High-bit-rate Terminal unit

Electronics Engineers

Hiệp hội kỹ sư điện và điện tử

ISB Interative Spectrum Balancing Cân bằng phổ lặp

ISDN Intergrated Services Digital

Network

Mạng số đa dịch vụ

ISI InterSymbol Interference Nhiễu giao thoa giữa các ký tựISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ InternetITU Interntional Telecommunications

Union

Tổ chức viễn thông quốc tế

IVOD Interactive Video On Demand Dịch vụ video theo yêu cầu

tương tácIWF Interative Waterfilliing

L

LMDS Local Multipoint Distribution

System

Hệ thống phân bố đa điểm nội hạt

M

MCM multicarrier modulation Điều chế đa sóng mạng

MDF Main Distribution Frame Giá phối dây chính

MDSL Multirate Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số đa tốc độMIB Management Information Base Cở sở quản lý thông tin

MIMO Multiple-Input Multiple-Output Đa đầu vào đa đầu ra

MMDS Multichanel Multipoint

Distribution System

Hệ thống phân phối đa điểm đa kênh

MODEM Modulation/Demodulation Điều chế/giải điều chế

MPEG Motion Picture Experts Group Nhóm chuyên gia hình ảnh động

N

NID Network Interface Device Thiết bị giao diện mạng

NSP Network Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ mạng

NTU Network Termination Unit Khối kết cuối mạng

O

OSB Optimal Spectrum Balancing Cân bằng phổ tối ưu

OSM Optimal Spectrum Management Quản lý phổ tối ưu

P

Modulatedtion

Điều chế biên độ xung

POTS Plain Old Telephone Service Dịch vụ thoại thông thường

PRI Prymary Rate Interface Giao diện tốc độ sơ cấp

PSTN Public Switch Telephone Mạng điện thoại chuyển mạch

QAM Quarature Amplitude

Modullation

Điều chế biên độ cầu phương

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khoá dịch pha cầu phương

RFI Radio Frequency Interference Nhiễu tần số vô tuyến

S

SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ

sợiSMC Spectrum Manager Center Trung tâm quản lý phổ

SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ

SSM Static Spectrum Manager Quản lý phổ tĩnh

SVC Switched Virtual Channel Kênh chuyển mạch ảo

T

TCM Trellis Code Modulation Điều chế được mã hoá lưới

TDD Time Division Duplexed Phương thức truyền dẫn song

công phân chia theo thời gianTDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời

gian

U

UPBO Upstream Power Back-off Công suất lùi luồng lên

UTP Unshielded Twisted Pair Đôi dây xoắn không bọc kimV

VDSL Very High-speed DSL Mạng thuê bao số tốc độ rất cao

VTU-O VDSL Termination Unit-Center

xDSL x Digital Subscriber Loop Họ công nghệ đường dây thuê

bao số

Bùi Văn Tài

Bùi Văn Tài

1.1.2 Các công nghệ trong họ xDSL

G.hs

T1 pointer-G992.1

SHDSL: G991.2 HDSL4 T1 pointer-G992.2 TIÊU CHUẨN QUẢN LÝ BĂNG TẦN

ADSL dmt G992.1 ADSL lite G992.2

UAWG

ADSL T1.413 phiên bản 2

HDSL2 T1.41B

TC-PAM Băng tần xác định

SDSL

Không

có bộ chia

ATM Giảm mào đầu Thích ứng tốc độ

ADSL T1.413 Bất đối xứng

Hình 1.4 Lịch sử phát triển của các công nghệ trong họ xDSL

xDSL là họ công nghệ đường dây thuê bao số gồm nhiều công nghệ có tốc độ,khoảng cách truyền dẫn khác nhau và được ứng dụng vào các dịch vụ khác nhau, với

x thay cho các ký tự: A, H, V, I, S… Lịch sử phát triển của các công nghệ trong họđược thể hiện trong hình 1.4.

Có thể phân loại xDSL theo đặc tính truyền dẫn giữa hai chiều lên và xuốngnhư sau :

 Truyền dẫn hai chiều đối xứng gồm: HDSL/HDSL2, SHDSL đã đượcchuẩn hoá và những phiên bản khác như: SDSL, IDSL…

 Truyền dẫn hai chiều không đối xứng gồm ADSL/ADSL.Lite, ADSL2,ADSL2+ đã được chuẩn hoá và một số tên gọi khác chưa được chuẩnhoá như: RADSL, UADSL, CDSL

 Công nghệ VDSL, VDSL2 cung cấp cả dịch vụ truyền dẫn đối xứng vàkhông đối xứng

HDSL/HDSL2: Cuối những năm 80, nhờ tiến bộ trong xử lý tínhiệu số đã thúc đẩy sự phát triển của công nghệ đường dây thuê bao số truyền tốc độ

dữ liệu cao HDSL (High data rate DSL) Công nghệ này sử dụng 2 đôi dây đồng đểcung cấp dịch vụ T1 (1,544 Mb/s), 3 đôi dây để cung cấp dịch vụ E1 (2,048 Mb/s)không cần bộ lặp Sử dụng mã đường truyền 2B1Q tăng tỷ số bit/baud thu phát đốixứng; mỗi đôi dây truyền một nửa dung lượng tốc độ 784 Kb/s nên khoảng cáchtruyền xa hơn và sử dụng kỹ thuật khử tiếng vọng để phân biệt tín hiệu thu phát Khinhu cầu truy nhập các dịch vụ đối xứng tốc độ cao tăng lên, kỹ thuật HDSL thế hệthứ 2 đã ra đời để đáp ứng nhu cầu truyền T1, E1 chỉ trên một đôi dây đồng với một

bộ thu phát nên có nhiều ưu điểm : hoạt động ở nhiều tốc độ khác nhau, sử dụng mãđường truyền hiệu quả hơn mã 2B1Q, khoảng cách truyền dẫn xa hơn, chống nhiễutốt hơn, có khả năng tương thích phổ với các dịch vụ DSL khác Do sử dụng cả tần

số 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 đườngtrung kế T1, E1 mà không cần sử dụng bộ lặp, kết nối các mạng LAN HDSL hoạtđộng trong dải tần 0 đến 370kHz HDSL2 hoạt động trong dải tần từ 0 đến 300kHz

SHDSL: Là công nghệ kết hợp của HDSL2 và SDSL với tốc độthay đổi từ 192 Kbps đến 2,134 Mbps, khoảng cách tương ứng với tốc độ tối đa là 2

ADSL, ADSL2, ADSL2+: Công nghệ DSL không đối xứng,ADSL cung cấp tốc độ truyền dẫn không đỗi xứng lên tới 8 Mbps luồng xuống và16- 640 Kbps luồng lên với khoảng cách truyền dẫn 5 Km và giảm đi khi tốc độ lêncao ADSL sử dụng dải tần số từ 26kHz tới 1.1MHz và sử dụng kỹ thuật điều chếCAP/DMT Một dạng ADSL khác gọi là ADSL “Lite” hay ADSL không sử dụng bộlọc đã xuất hiện từ đầu năm 1998 chủ yếu cho ứng dụng truy cập Internet tốc độ cao.ADSL2 thêm những cải tiến mới về điều chế và mã hóa làm tăng hiệu quả sử dụngbăng thông ADSL2+ mở rộng băng tần cho chiều xuống tới 2,2 Mhz Tốc độ truyềntải xuống có khả năng đạt tới tối đa 24Mbps qua đường truyền thoại.

POTS

ADSL và ADSL2 Luồng lên tones Luồng xuống

Tần số 1.1 Mhz

Tần số 2.2 Mhz ADSL2+

Hình 1.5 Dải tần hoạt động của ADSL, ADSL2 và ADSL2+

Reach DSL là công nghệ DSL đối xứng đáp ứng nhu cầu củathuê bao ở các khoảng cách xa Để bổ xung cho công nghệ ADSL tiêu chuẩn (DMThay G.lite), các sản phẩm ReachDSL cung cấp tốc độ dữ liệu từ 128 Kbps đến 1Mbps và được thiết kế để làm việc với điều kiện đường dây và đi dây trong nhà dễdãi hơn Một trong các lợi ích của ReachDSL là không cần phải lắp đặt các bộ táchdịch vụ thoại, điều này cho phép khách hàng hoàn toàn có thể tự lắp đặt các bộ lọc.Khác với các hệ thống ADSL có độ dài vòng thuê bao giới hạn trong khoảng 6 Km

kể từ tổng đài, các hệ thống ReachDSL mở rộng dịch vụ đến hơn 6,5 Km và hiện nay

đã có các đường dây vượt quá 10 Km

VDSL: Công nghệ DSL tốc độ dữ liệu rất cao (Very high datarate DSL) là công nghệ phù hợp cho kiến trúc mạng truy nhập sử dụng cáp quang tớicụm dân cư VDSL truyền tốc độ dữ liệu cao qua các đường dây đồng xoắn đôi ởkhoảng cách ngắn Tốc độ luồng xuống tối đa đạt tới 52 Mb/s trong chiều dài 300 m.Với tốc độ luồng xuống thấp 1,5 Mb/s thì chiều dài cáp đạt tới 3,6 Km Tốc độ luồng

lên trong chế độ không đối xứng là 1,6- 2,3 Mb/s Trong VDSL, cả hai kênh số liệuđều hoạt động ở tần số cao hơn tần số sử dụng cho thoại và ISDN nên cho phép cungcấp các dịch vụ VDSL bên cạnh các dịch vụ đang tồn tại Khi cần tăng tốc độ luồngxuống hoặc ở chế độ đối xứng thì hệ thống VDSL sử dụng kỹ thuật xoá tiếng vọng.ứng dụng công nghệ VDSL trong truy cập dịch vụ băng rộng như dịch vụ Internet tốc

độ cao, các chương trình Video theo yêu cầu VDSL hoạt động trong dải tần từ25kHz tới 12MHz

VDSL2: Là công nghệ mới nhất trong họ xDSL nó có thể cungcấp tốc độ lên tới 250Mbps, nó được thiết kế để cung cấp kết nối cho các dịch vụvoice, video, data, HDTV và game tương tác VDSL2 được mô tả trong chuẩnG993.2, nó là sự mở rộng của chuẩn G993.1 dành cho VDSL, nó cung cấp các tốc độbit bất đối xứng, đối xứng (song công) lên tới 250Mbps với băng tần sự dụng lên tới30MHz

POTS Luồng lên

Luồng xuống

Tần số 0.14 Mhz 1.1 Mhz 2.2 Mhz

ADSL2 ADSL2+

12 Mhz VDSL2

Hình 1.6 Dải tần hoạt động của VDSL2

Bảng 1.1 Các công nghệ trong họ Xdsl Công

nghệ

truyền dẫn

Số đôi dây

Ứng dụng

IDSL 144 Kbps đối xứng 5km 1 đôi Truyền thoại và số

liệu HDSL 1,544 Mbps đối xứng

2,048 Mbps đối xứng

3,6 km- 4,5 km 2 đôi

3 đôi

Cấp luồng T1/E để truy xuất

WAN,LAN,truy xuất server

1 đôi Truy xuất Internet,

Video theo yêu cầu, tương tác đa phương tiện, truy xuất LAN

Nhiều đôi dây

Truy xuất Internet, Video theo yêu cầu, tương tác đa phương tiện, truy xuất LAN

Một hoặc nhiều đôi dây (tới 32 đôi)

Truy xuất Internet, Video theo yêu cầu, tương tác đa phương tiện, truy xuất LAN

1 đôi Truy xuất Internet,

Video theo yêu cầu, tương tác đa phương tiện, truy xuất LAN

1 đôi Như ADSL nhưng

1 đôi Như ADSL nhưng

thêm HDTV

Với một họ các kỹ thuật DSL khác nhau, việc áp dụng chúng sao cho phù hợp

và có hiệu quả cao là một vấn đề cần xem xét Mỗi loại kỹ thuật có những tính năng,đặc thù và điểm mạnh, điểm yếu riêng Trong họ xDSL thì các công nghệ bất đốixứng như ADSL, ADSL2, ADSL2+ là những công nghệ được sử dụng nhiều nhất,phổ biến nhất trên thế giới

Nhận xét đánh giá về đặc điểm của xDSL:

 Xây dựng tính mềm dẻo đủ mức cần thiết để hỗ trợ cho các ứng dụng.Tính mềm dẻo thể hiện ở đây là: Khả năng để hỗ trợ nhiều loại hìnhdịch vụ, khả năng mở rộng để phát triển từ một vài thuê bao tới hàng

ngàn thuê bao, khả năng quản lý tin cập mạng điểm- điểm trong việc hỗtrợ những ứng dụng.

 Cho phép mạng của nhà cung cấp dịch vụ NPS và người sử dụng dịch

vụ tận dụng một số đặc tính của cấu trúc cơ sở hạ tầng hiện nay cũngnhư những giao thức lớp 2, 3 giống như Frame Relay, ATM và IP và độtin cậy những dịch vụ mạng xDSL có thể triển khai những dịch vụđược dựa trên các gói tin hoặc tế bào giống như Frame Relay, IP hoặcATM hay trên những dịch vụ kênh đồng bộ bit

 xDSL đáp ứng được yêu cầu đòi hỏi thời gian thực, tốc độ cao…

 Khả năng xDSL ngày càng phong phú với rất nhiều các phiên bản mớinhư ADSL2, HDSL2…

 Qua những kết quả nghiên cứu, các nhà cung cấp dịch vụ thừa nhậnrằng họ công nghệ xDSL không phải là thế hệ tương lai của mạng truynhập mà chỉ là giải pháp hiện tại của truy nhập mạng

1.2 Cơ sở hạ tầng mạng cáp đồng điện thoại hiện hữu

1.2.1 Mạng cáp của các công ty viễn thông

Công nghệ xDSL mang lại các dịch vụ mới hoàn toàn trên cơ sở truy cập quamạng cáp đồng hiện hữu Để hiểu rõ các cơ hội và thách thức khi triển khai các dịch

vụ căn bản của xDSL, chúng ta cần xem xét lại cơ sở hạ tầng của mạng cáp điệnthoại

Mạng cáp điện thoại thuộc các nhà khai thác điện thoại với sự đầu tư rất lớnqua nhiều năm Cấu trúc chính của mạng nhằm phục vụ các dịch vụ thoại thôngthường Mạng điện thoại đến nay rất hiện đại, sự nâng cấp cơ sở hạ tầng tạo thêmthuận lợi cho công nghệ truyền dẫn và chuyển mạch Đặc biệt với dụng lựng lớn,truyền dẫn quang là xương sống của hầu hết các mạng điện thoại Dùng cáp quang đểcải thiện chất lượng dịch vụ, gia tăng khả năng giải lưu lượng và giảm chi phí chocác nhà khai thác

Tuy nhiên tình trạng rất khác nhau khi ta nhìn vào mạng truy cập nội hạt ởchặng cuối cùng, nơi kết nối dịch vụ người dùng với mạng xương sống của các công

ty điện thoại Tất cả các vấn đề liên quan đến mạng nội hạt và các dịch vụ số liệu tốc

độ cao phải được bắt đầu từ việc kiểm tra cấu hình vật lý của nó

T1/E1 hoặc sợi quang

Hệ thống DLC MDF Tới Home, Office, và RTs DLC

Hệ thống DLC

Tới CO

Tới Home, hoặc văn phòng

Home/ Office

Home/ Office

Home/ Office

Home/ Office

Home/ Office

Đôi dây xoắn Đôi dây xoắn

Đ ô i d â y x o ắn

Đôi dây xoắn

Đ ô i d â y x o ắ n

DLC RT

Hình 1.7 Mạng điện thoại điển hình

Hình 1.7 trình bày một mạng điện thoại điển hình Nhiều trung tâm viễn thôngCO- Centre Office được trang bị các thiết bị truyền dẫn và chuyển mạch, các bộ tậptrung thuê bao xa DLC- Digital Loop Carrier Remote Terminal

Cáp đồng nội hạt nối thuê bao xa với tổng đài qua dàn phân phối MDF- MainDistribution Frame

Các trung tâm viễn thông CO nối với nhau qua mạng đường trục Mạng đườngtrục bao gồm các hệ thống truy cập số- nối cheo DACS- Digital Access and Cross-connect System, các thiết bị truyền dẫn sóng mang T1/E1 Mạng đường trục phảiđược nâng cấp để đạt đến công nghệ chuyển mạch vòng RING (SONET hay SDH)

1.2.2 Mạng truy cập

xDSL thực sự là một công nghệ truy cập và thiết bị xDSL dùng để truy cập nộihạt Tuy nhiên, rất quan trọng và cần thiết có một sự hiểu biết rõ ràng về một mạngtruy cập nội hạt

Mạng truy cập bao gồm các đường dây cáp nội hạt, các dịch vụ kết nối dịch vụ

từ người dùng tới trung tâm viễn thông CO Mạng điển hình bao gồm các bó cáp vớihàng ngàn bó cáp được đấu tới MDF

Một thuê bao xa đòi hỏi đường dây dài Dây thuê bao dài sẽ tiêu tán nhiềunăng lượng và tín hiệu sẽ bị suy yếu Có hai cách để giải quyết vấn đề này:

 Dùng cuộn cảm để gia tăng điện cảm đường dây, cải thiện chất lượngtruyền dẫn âm tần Cho phép kéo dài khoảng cách 5,5 km Các cuộn giacảm ít được dùng tại Việt Nam.

 Thiết lập các trạm tập trung thuê bao DLC trung gian có cả chuyển mạch

và truyền dẫn hoặc chỉ có thiết bị truyền dẫn

Dịch vụ thoại truyền thống được thiết kế cho các dịch vụ thoại với băng tầnhẹp từ 0 Hz đến 3,4 kHz và các modem tương tự có tốc độ từ 9,6 Kbps đến 56 Kbpsnhư hiện nay

Dịch vụ ASDN giao tiếp BRI- 2B+D hiện nay rất ít được dùng Dịch vụ nàydùng ở phổ tần số thấp hơn 80 kHz

1.2.3 Hệ thống truy cập T1/E1 chuyên dụng trong mạng nội hạt

Hệ thống truy cập T1/E1 chuyên dụng qua cáp cũng được dùng trong mạngnội hạt Nếu chất lượng cáp không tốt sẽ ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn,không đảm bảo độ tin cậy Khi đó cần thay cáp đồng bằng cáp quang Mã đường dâydùng cho đường T1 là mã AMI và cho đường E1 là mã HDB3

Kỹ thuật điều chế tín hiệu trong T1/E1 thích ứng khoảng cách ngắn Để giatăng khoảng cách truyền dẫn cần phải dùng các bộ lặp ở các điểm trung gian Các bộlặp được đặt cách hai đầu cuối ở vị trí từ 0,6 Km tới 1,8 Km, khoảng cách giữa các

bộ lặp từ 0,9 Km đến 1,8 Km tùy theo kích cỡ dây cáp

Hình 1.8 Dịch vụ truyền dẫn T1/E1 truyền thống

Hiểu rõ kỹ thuật truyền dẫn T1/E1 để có thể đánh giá đầy đủ các thiết bị xDSL

và tính hiệu quả của nó mang lại

Khách hàng

1.544 – 2.048Mbps

Office Repeater

Central Office

CSU

Thiết bị truyền dẫn T1/E1 không thể hoạt động trên đôi cáp có nhiều nhánh tảisong song ( Bridge taps) Cần phải tháo bỏ các nhánh tải song song này trước khi lắp đặt thiết bị.

vụ thoại truyền thống hay không)

TCP/IP Router

Nút truy nhập

M U X

Hình 1.10 Kiến trúc chung của hệ thống sử dụng họ công nghệ xDSL

1.2.4.1 Thiết bị nhà cung cấp dịch vụ kết nối

Gồm có các bộ chia được lắp đặt nơi các mạch vòng thuê bao cuối trên giáphối dây chính MDF, đầu ra có hai đôi dây Đôi thứ nhất kết nối tới mạng chuyểnmạch thoại để cung cấp dịch vụ thoại truyền thống Đôi dây thứ hai kết nối tới khốikết cuối ADSL trung tâm ATU-C Để truyền dẫn hiệu quả, các khối ATU-C được kếthợp với chức năng ghép kênh truy nhập DSL là DSLAM trong tổng đài trung tâm vàđược kết nối tới mạng các nhà cung cấp dịch vụ thông qua mạng băng rộng ATMhoặc IP

1.2.4.2 Phía khách hàng

Bao gồm các bộ chia được lắp đặt nơi các mạch vòng thuê bao kết cuối, đầu rakết nối tới khối kết cuối ADSL đầu xa ATU-R tới đầu cuối khách hàng sử dụngADSL và một đâu tới đầu cuối khách hàng sử dụng thoại

1.2.4.3 Mạch vòng thuê bao

Là một đôi dây đồng xoắn đôi nối thuê bao và tổng đài trung tâm Tuy nhiên,

để hệ thống ADSL có thể triển khai được trên thực tế, thì ta phải xem xét được sựtương thích phổ của dịch vụ ADSL trên mạch vòng thuê bao vì nó ảnh hưởng sâu sắctới chất lượng dịch vụ ADSL

Mạng băng rộng

Chuyển mạch ATM

DSLAM

ATU-C Bộ chia

ADSL

Chuyển mạch CO PSTN

MDF Bộ chia ATU-R

Các đường không phải xDSL

Mạch vòng thuê bao cáp đồng

Hình 1.11 Cấu trúc hệ thống ADSL

1.3 Các kỹ thuật xDSL

1.3.1 Các khái niệm kỹ thuật xDSL

Mạng điện thoại công cộng PSTN và mạng truy cập thuê bao nói chung đượcthiết kế ở giới hạn truyền dẫn kênh thoại là 3,4 kHz Nó dùng cho điện thoại, modemanalog, fax modem và các dịch vụ khác có băng tần từ 0 Hz đến 3,4 kHz Kết quảcao nhất cho tốc độ truyền dữ liệu ở phổ tần này là 56 kbps Như vậy DSL làm thếnào để tăng tốc độ lên hàng triệu bit trên giây trong đôi cáp đồng? Câu trả lời đơngiản là sử dụng phổ tần trên (từ 3,4 kHz trở đi) chưa dùng đến của đôi cáp đồng đểtruyền tín hiệu thông qua kỹ thuật điều chế, mã hóa và sửa lỗi tín hiệu

Tính chất truyền dẫn trên cáp đồng có 3 vấn đề cần quan tâm:

 Suy hao công suất tín hiệu truyền trên đường dây

 Sự gia bội các nhánh tải song song (Bridged taps)

 Sự xuyên âm, bao gồm xuyên âm đầu gần, xuyên âm đầu xa

1.3.2 Sự suy hao và giới hạn khoảng cách đường truyền

Khi xe chạy nhanh với khoảng cách lớn phải tiêu tốn nhiều nhiên liệu và phảiđược nạp nhiên liệu lại nhiều lần Sự truyền tín hiệu trên đường dây cũng vậy Ở tần

số cao, để đáp ứng dịch vụ tốc độ cao thì kết quả là khoảng cách truyền bị giới hạn,

vì tần số cao thì suy hao nhiều hơn tần số thấp Có một phương án để suy nhỏ nhất làdùng dây kim loại có trở khàng nhỏ Cỡ dây lớn để điện trở dây nhỏ, nhưng sẽ tốnkém rất nhiều kinh phí

1.3.2.1 Kỹ thuật điều chế tín hiệu với suy hao thấp

Bốn phương pháp điều chế được sử dụng trong xDSL là : 2B1Q, QAM, CAP,DMT Trong đó ADSL sử dụng 3 phương pháp điều chế là QAM, CAP và DMT VàVDSL sử dụng phương pháp DMT

a 2B1Q

So với các loại mã đường dây đã được sử dụng trong các modem tương tựtrước đó thì mã 2B1Q theo tiêu chuẩn ASNI có ưu điểm là yêu cầu băng thông thấpnhất nên cũng ít bị suy hao và nhiễu nhất Mã truyền 2B1Q là mã điều biên xung tínhiệu (PAM) 4 mức không có độ dư 2B1Q thể hiện cặp bit (2B) như một giá trị 4mức (1Q) được chuyển đổi thành quat Bít đầu trong 1 quat gọi là bit dấu, bít thứ 2

là bit biên độ Bảng 1.1 Biểu thị quan hệ giữa cặp bit và ký hiệu quat tương ứng

b Phương pháp điều chế biên độ cầu phương QAM

QAM là một phương pháp điều chế tín hiệu nhiều mức, kết hợp sự thay đổi pha và biên độ sóng mang

Chùm tín hiệu của M-QAM gồm một mạng các điểm bản tin hình chữ nhậtnhư hình 1.12 cho trường hợp M=16 (16-QAM) Các chùm tín hiệu tương ứng chocác thành phần đồng pha và pha vuông góc được cho ở hình 1.13

Hình 1.12 Chùm tín hiệu 16-QAM

Hình 1.13 Các thành phần đồng pha (a) và pha vuông góc (b) của tín hiệu 16-QAM

Dạng tổng quát của QAM-M trạng thái được xác định bằng tín hiệu phát:

T

E t

f b

T

E t

s i  2 0 isin 2 c  2 0 icos 2 c ,0 





trong đó :

T là thời gian của một ký hiệu

Eo là năng lượng của tín hiệu có biên độ thấp nhất

(1.1)

ai, bi là cặp số nguyên độc lập được chọn tuỳ theo vị trí của điểm bản tin.

Tín hiệu si(t) gồm hai thành phần sóng mang có pha vuông góc được điều chếbởi một tập hợp tín hiệu rời rạc nên được gọi là “điều chế biên độ vuông góc”, si(t)

có thể phân tích thành cặp hai hàm cơ sở :

Hình 1.15 Sơ đồ khối của bộ giải điều chế M-QAM

Bộ giải điều chế có sơ đồ khối như hình 1.15 Việc giải mã các kênh cơ sởđược thực hiện ở đầu ra của mạch quyết định, mạch này được thiết kế để so sánh tínhiệu L mức với L-1 ngưỡng quyết định Sau đó hai chuỗi cơ hai được tách ra ở trên

sẽ được kết hợp với nhau ở bộ biến đổi song song/ nối tiếp để khôi phục lại chuỗi cơhai ban đầu

c Phương pháp điều chế pha và biên độ không sử dụng sóng mang CAP

Phương pháp CAP tương tự như QAM nhưng quá trình điều chế tín hiệu đượcthực hiện trong miền số Luồng số liệu đầu vào được chia thành 2 luồng số liệu rồi điqua 2 bộ lọc số có biên độ bằng nhau nhưng pha khác nhau 900 CAP sử dụng toàn

bộ băng thông trừ dải tần thoại và phân phối năng lượng bằng nhau trên toàn bộ dảitần số

Hình 1.16 Thu phát tín hiệu theo phương pháp CAP

Bộ thu của phương pháp điều chế QAM yêu cầu tín hiệu tới phải có phổ và hệthức pha giống như phổ và pha của tín hiệu truyền dẫn Do các tín hiệu truyền trênđường dây điện thoại thông thường thường không đảm bảo được yêu cầu này nên bộđiều chế của kỹ thuật xDSL phải lắp thêm cả bộ điều chỉnh thích hợp để bù phầnméo tín hiệu truyền dẫn hình 1.16.

Các bít cùng một lúc mã hoá vào một symbol và qua bộ lọc, kết quả đồng pha

và lệch pha sẽ biểu diễn bằng đơn vị symbol Tín hiệu được tổng hợp lại đi qua bộchuyển đổi A/D, qua bộ lọc thông thấp (LPF- Low pass filter) và tới đường truyền

Ở đầu thu tín hiệu nhận được qua bộ chuyển đổi A/D, bộ lọc và đến phần xử

lý sau đó là mới giải mã Bộ lọc phía đầu thu và bộ phận sử lý là một phần của việccân bằng, điều chỉnh Bộ cân bằng sẽ bù lại các tín hiệu đến bị méo

CAP được thiết kế hoạt động trong băng tần 6,48 đến 25,92 MHz Băng tần này cónghĩa là tín hiệu không hoạt động ở tần số thấp hơn, tránh đợc ảnh hưởng của nhiễu.Đồng thời mục đích thiết kế như vậy để giới hạn công suất phổ của tần số dưới 30MHz, do sự tăng suy hao ở tần số cao trong đường truyền

d Điều chế đa âm rời rạc

DMT là kỹ thuật điều chế đa sóng mang DMT phân chia phổ tần số thành cácchu kỳ ký hiệu mang một số bit nhất định Những bit này được mang trong những âmtần có tần số hoạt động khác nhau Trong ADSL, dải tần 26 kHz-1,1 MHz được chiathành 256 kênh FDM 4 kHz, điều chế và mã hoá DMT được áp dụng cho từng kênh.Nếu ở mọi tần số trong dải tần đều có thể hoạt động tốt thì mỗi chu kỳ tín hiệu có thểmang cùng một số bit như hình 1.17

f P

a, điều chế nhiều kênh

Số bít/ kênh

f

Hình 1.17 Nguyên lý điều chế DMT

những tần số bị ảnh hưởng mạnh của nhiễu Số bit trên mỗi kênh con (tone) đượcđiều chế bằng kỹ thuật QAM và đặt trên một sóng mang FDM Hình 1.18 thể hiệnkhả năng điều chỉnh số bit trên mỗi kênh theo các tần số khác nhau của DMT Số bitđược gửi qua mỗi kênh con có thể đáp ứng với chất lượng đường truyền ở tần số hoạtđộng của kênh đó.

f P

Số bít/ kênh

f

a, hiệu năng kênh

b, số bit trên kênh

Hình 1.18 Khả năng điều chỉnh bit trên mỗi kênh

Ở những tần số thấp đôi dây đồng bị suy hao ít, SNR cao thường sử dụngphương pháp điều chế lớn hơn 10 bit/s/Hz Trong những điều kiện chất lượng đườngdây xấu, phương pháp điều chế có thể thay đổi 4bit/s/Hz hoặc thấp hơn để phù hợpvới SNR và tránh được nhiễu Hơn nữa, DMT có thể tránh phát ở những dải tần sốriêng có xuyên âm quá lớn hoặc bị nhiễu RFI như chỉ ra ở hình 1.19

Hình 1.19 Khả năng của DMT tại dải tần có xuyên âm quá lớn hoặc bị nhiễu RFI

Sơ đồ khối một hệ thống truyền dẫn DMT được đưa ra ở hình 1.20 Tín hiệu

số tốc độ cao được chia thành nhiều tín hiệu tốc độ thấp Mỗi tín hiệu tốc độ thấpđiều chế một kênh con Những kênh con này được kết hợp và truyền trên dây đồng.Đến đầu thu, mỗi kênh con được thu và giải điều chế và tín hiệu được kết hợp vàkhôi phục lại tín hiệu tốc độ cao ban đầu

Hình 1.20 Sơ đồ khối hệ thống DMT

1.3.2.2 Các nhánh tải song song trên đường dây (Brigde taps)

Các nhánh tải song song trên đường dây thuê bao làm mất vùng bao quanhđỉnh tần số ở ¼ bước sóng theo chiều dài thuê bao Bước sóng và tần số có quan hệđảo ngược (f =1/λ) Các nhánh tải ngắn có tác động lớn nhất đến các dịch vụ băngrộng Trong khi đó các nhánh tải song song dài tác động lớn đến các dịch vụ bănghẹp Hầu hết các mạch vòng đều có ít nhất một nhánh tải song song và sự chồng chấtcủa nhiều nhánh sẽ có ảnh hưởng tích lũy Việc đi dây điện thoại trong nhà cũng tạo

ra nhiều nhánh tải song song

1.3.3.3 Kỹ thuật truyền dẫn song công

Hai phương thức truyền dẫn song công được sử dụng phổ biến trong xDSL làsong công phân chia theo tần số FDM và khử tiếng vọng EC Hai phương thức nàycũng được sử dụng trong ADSL Trong HDSL kỹ thuật EC được sử dụng

Trong FDM, dải tần số sử dụng được chia làm 3 phần riêng biệt cho tín hiệuthoại, đường truyền lên và đường truyền xuống được phân cách bằng dải tần bảo vệ(guard band) Phương pháp FDM có ưu điểm là hạn chế được NEXT do hệ thốngkhông thu cùng một dải tần với dải tần phát của hệ thống kề nó tuy nhiên nó yêu cầumột dải tần lớn

Hình 1.21 FDM hoàn toàn song công

Phương thức khử tiếng vọng EC sử dụng một kênh duy nhất cho cả phát vàthu nên cần một bộ khử tiếng vọng tại phía thu Kỹ thuật này cho phép hai modem sửdụng toàn bộ băng thông có sẵn trên cả hai hướng

Hình 1.22 Phương thức EC

Cấu trúc hệ thống sử dụng phương pháp khử tiếng vọng để tách riêng tín hiệulên và xuống được chỉ ra ở hình 2.20 Khi tín hiệu truyền qua mạch sai động(hybrid), một phần tín hiệu vòng lại đầu thu do mạch hybrid không hoàn hảo Bộ lọc

số đáp ứng ADF được sử dụng có chức năng tạo ra một bản sao của tín hiệu vọng vàtiếng vọng bị triệt hoàn toàn bằng cách trừ bản sao này với tín hiệu vọng thực tế.Nhược điểm của phương pháp này là bị ảnh hưởng của NEXT do chồng lấn giữabăng tần lên và xuống và cấu trúc phức tạp của bộ lọc ADF