Công nghệ đường dây thuê bao số xDSL - Chương 4 pdf

Chương 4 Truyền dẫn đôi dây xoắn 4.1 Nguồn gốc đôi dây xoắn Dịch vụ điện thoại bắt đầu vào năm 1877 khi Alexander Graham Bell nối các máy điện thoại qua một dây thép đơn lấy đất làm đường trở về cho mạch điện. Phương pháp này tránh được chi phí cho dây dẫn thứ hai nhưng truyền tín hiệu đã tỏ ra không tin cậy do ăn mòn của dây nối vào đất và tính dẫn điện kém trong những chu kỳ thời tiết hanh khô kéo dài. Các khách hàng được khuyên là đổ nước vào các que nối đất. Những vấn đề này sau đó được giải quyết bằng việc sử dụng một đôi dây trần được đặt cách nhau vài inch. Biện pháp này tạo ra một đường trở về tin cậy cho dòng điện. Tuy nhiên, hiện tượng xuyên âm đã nhanh chóng được khám phá khi các tín hiệu băng thoại từ một đôi dây phát sinh sóng điện từ ghép vào các đôi dây bên cạnh. Các tín hiệu trên đường điện thoại sẽ được nghe thấy trên các đôi dây khác với cường độ thấp. Người ta nhận ra rằng xuyên âm có thể được giảm đi bằng việc tráo đổi một cách có chu kỳ vị trí của các dây dẫn bên phải và bên trái. Cả hiệu suất truyền dẫn và sự dễ dàng lắp đặt đã được cải thiện. Bell đã phát minh ra đôi dây xoắn vào năm 1881 với một đôi dây có bọc cách điện được xoắn với nhau. Với một khoảng cách đủ ngắn giữa hai dây xoắn, việc ghép năng lượng điện từ qua một đoạn dây nhỏ bị triệt tiêu bởi năng lượng ngược pha được ghép trên đoạn dây kế tiếp. Các cáp điện thoại hiện đại được thiết kế với các bước xoắn khác nhau đối với mỗi đôi dây để đảm bảo nhiễu xuyên âm là nhỏ nhất. Các dây đồng được sử dụng để giảm thiểu suy hao tín hiệu do điện trở. Các dây dẫn nhôm được lắp đặt ở một số nơi ở Châu Âu trong một thời gian ngắn nhưng đã bị ngừng lại do điện trở cao hơn và việc hàn dây khó khăn. 4.2 Mạng điện thoại và Đặc tính Mạch vòng Cơ sở hạ tầng đôi dây xoắn (được gọi là loop plant) nối các khách hàng vào công ty điện thoại được thiết kế để cung cấp dịch vụ điện thoại phổ thông (POTS) một cách tin cậy và kinh tế. Một Loop plant dự kiến cho hoạt động DSL và thoại sẽ được thiết kế rất khác nhau. Thực tiễn thiết kế mạch vòng nội hạt thay đổi tương đối ít trong 20 năm qua. Những thay đổi chính là việc sử dụng các cáp có tuổi thọ dài hơn và giảm một chút độ dài mạch vòng thông qua việc sử dụng mạch vòng số DLC. Tuy nhiên, DSL phải đương đầu với các cơ sở hạ tầng mạch vòng đồ sộ đã tồn tại trên 70 năm. 37 38 CHƯƠNG 4. TRUYỀN DẪN ĐÔI DÂY XOẮN Thuật ngữ mạch vòng ám chỉ tới đường điện thoại đôi dây xoắn từ CO về khách hàng. Thuật ngữ này bắt nguồn từ việc dòng chảy qua một mạch kín từ CO trên một dây và trở về trên một dây khác. Mục đích của 100 năm đầu tiên là mạng điện thoại cung cấp dịch vụ điện thoại phổ thông. Độ tin cậy cao là ưu tiên hàng đầu, còn giá thành thấp là ưu tiên thứ hai. Âm thoại được mang qua mạng như một tín hiệu tương tự độ rộng băng tần 3,4 kHz. Các dịch vụ ngoài âm thoại bắt đầu đạt được một số lợi ích đáng kể trong những năm 1970. 4.2.1 Feeder Plant Các CO lớn hơn có thể phục vụ trên 100,000 đường điện thoại; tất cả các đường điện thoại kết cuối tại giá phối dây chính MDF ở CO. Các cáp gốc dẫn từ CO tới giao diện vùng phục vụ (SAI) như trên Hình phục vụ từ 1500 đến 3000 thuê bao. Cơ sở hạ tầng mạch vòng gồm các đôi dây xoắn được chứa trong lớp vỏ cáp bảo vệ. ở một số nơi của châu Âu và châu á các dây được xoắn vào nhau theo các đơn vị 4 dây được gọi là quat. Dây Quad có nhược điểm là nhiễu xuyên âm ghép giữa 4 dây trong một quad cao. Bên trong CO, các cáp từ thiết bị chuyển mạch và truyền dẫn sẽ dẫn tới MDF (một khung kết nối chéo dây lớn ở đó các dây nhảy nối các cáp thiết bị CO (ở phiến ngang của MDF) tới các cáp bên ngoài (ở phiến dọc của MDF). MDF cho phép bất kỳ đường thuê bao nào được nối tới bất kỳ cổng nào của thiết bị CO nào. Các cáp dời CO thường được đặt trong ống cáp ngầm lên tới 10,000 đôi dây trên một cáp và được gọi là cáp gốc hay cáp cấp (feeder cable), phía E hay F1 plant. Các cáp cấp mở rộng từ CO tới điểm nối dây trung chuyển, được biết tới bởi rất nhiều tên: Giao diện vùng phục vụ (SAI), hộp kết nối chéo, điểm linh hoạt, điểm kết nối chéo chính (PCP) vv SAI gồm một phiến dây nhảy nhỏ cho phép các đôi các cấp được nối tới bất kỳ trong số một vài cáp phối nào. SAI nằm cách nhà khách hàng tối đa 3000 feet và điển hình phục vụ 1500 đến 3000 hộ gia đình. SAI chỉ gồm một trường kết nối chéo; no không có các phần tử điện tử tích cực. Các mạch vòng tỏa ra từ SAI tới khách hàng đôi khi gọi là "cáp phối". (xem phần ) 4.2.2 Mạch vòng số (DLC) Mạch vòng số (DLC) được giới thiệu vào năm 1972 ở Mỹ với chức năng thiết bị ghép kênh điện tử nằm tại SAI để ghép lên tới 96 thuê bao vào một và đường cấp T1 tới CO. DLC thay thế một số lượng đôi dây đồng trong cáp cấp bằng một bộ ghép kênh ở vùng phục vụ. Sau này, Mạch vòng số thế hệ kế tiếp sử dụng sợi quang (NGDLC) kết cuối lên tới 2000 đường dây thuê bao. Khoảng 15% đường dây thuê bao ở Mỹ được phục vụ qua DLC, mặc dù tỷ lệ thay đổi mạnh theo vùng. Các mạch vòng được phục vụ bởi DLC tuân thủ các qui luật thiết kế vùng phục vụ (CSA), luật này qui định độ dài mạch vòng CSA tối đa 3,7 km (12 kft) đối với các mạch vòng chỉ tạo bởi các đoạn dây 24 AWG và tối đa 2,75 km (9kft) đối với các mạch vòng hoàn toàn tạo bởi dây 26 AWG. Các mạch vòng tạo bởi hỗn hợp các dây có đường kính khách nhau bị hạn chế tới độ dài tương ứng với độ dài tỷ lệ của mỗi loại dây. Độ dài này tương ứng với điện trở mạch vòng tối đa là 850 Ω. Độ dài cầu rẽ tích lũy không vượt quá 762 m (2,5 kft). Độ dài vòng tối đa bị giảm đi bởi cầu rẽ trên mạch vòng. DLC không loại trừ các mạch vòng dây đồng tới mỗi vị trí khách hàng mà DLC chỉ làm cho 4.2. MẠNG ĐIỆN THOẠI VÀ ĐẶC TÍNH MẠCH VÒNG 39 các mạch vòng ngắn lại. Các mạch vòng tương đối ngắn được phục vụ bởi DLC là lý tưởng để sử dụng với BRI, HDSL và ADSL. Do truyền dẫn DSL chỉ hoạt động trên tuyến dây đồng liên tục, thiết bị đầu cuối DLC ở xa phải được trang bị cùng kiểu đơn vị kênh DSL. Thêm nữa, DLC phải có độ rộng băng tần đủ lớn trên tuyến dẫn tới CO (một giới hạn quan trọng đối với DLC sử dụng dây đồng). Bên ngoài nước Mỹ, DLC ít được sử dụng cho mãi tới những năm 1999 khi DLC đã bắt đầu phát triển mạnh mẽ. Hình 3.1 cho thấy thiết kế cơ sở hạ tầng mạch vòng (loop plant) điển hình của Mỹ. Con số về đường dây đại diện cho số đôi dây có mặt. Con số đường dây nằm trong khoảng từ 1,2 đến 4 lần số hộ gia đình trong vùng phục vụ. 4.2.3 Cáp phối - Distribution Plant Các cáp phối (được gọi là vùng D) gồm 25 đến 1000 đôi. Đối với các khu vực doanh nghiệp nhỏ và cư dân, các cáp phối dẫn tới dây treo để phục vụ mỗi khách hàng. Cáp phối nối các dây treo qua một hộp dây (được gọi là cổng phối) phục vụ 4 đến 6 hộ gia đình. Các dây treo điển hình gồm 2 hoặc 3 đôi dây 22 AWG, mặc dù số lượng có thể lớn hơn ở một số vùng. Nhiều dây được lắp đặt trước năm 1992 không được xoắn ("dây dẹt"). ở Mỹ, dây treo nối tới dây trong nhà qua thiết bị giao tiếp mạng (NID). NID gồm một bộ bảo vệ quá áp và cổng truy cập đo thử làm chức năng của điểm ranh giới giữa mạng của công ty điện thoại và nhà khách hàng. Khoảng 50% dân cư Mỹ có NID; điển hình NID được đặt bên ngoài nhà khách hàng. Đối với nhiều nước khác, điểm ranh giới nằm bên trong nhà khách hàng ở phía thiết bị đầu cuối mạng NTE; NTE có thể là bộ thu phát DSL tại đầu cuối đường dây ở phía khách hàng. Dây trong nhà thường là hai dây xoắn 24 AWG, mặc dù rất nhiều cách đi dây có thể thấy ở nhà khách hàng trong thực tế. Các cáp cấp và cáp phối được bó trong các bó dây (binder group) gồm 25, 50 hoặc 100 đôi. Các đôi dây trong một bó dây duy trì tình trạng kề cận nhau trong một độ dài cáp.nào đó. Kết quả là xuyên âm của các đôi dây bên trong một bó dây lớn hơn một chút xuyên âm giữa các đôi dây trong các bó dây khác nhau. Bất chấp tính phức tạp trong quản lý, các công ty điện thoại đôi khi phải cách ly các dịch vụ nhất định (chẳng hạn như đường T1) vào các nhóm dây riêng biệt. Các cáp nối tới CO có thể có tới 10.000 đôi dây. Khi ta đi dọc đường cáp từ CO tới khách hàng ta sẽ thấy các cáp rẽ nhánh. Kết quả là ít đường thuê bao hơn có thể truy cập tại những điểm gần phía khách hàng. Số đôi dây /cáp liên tục càng nhỏ đi tại các điểm nối kế tiếp tiến về phía khách hàng. Con số đôi dây cáp cấp và cáp phối được định cỡ để đáp ứng dự báo đòi hỏi dịch vụ cho 20 năm kể từ ngày xây dựng. Gần đây, việc thiết kế cáp dựa trên tuổi thọ dung lượng dịch vụ ngắn hơn. Ngoài ra, nhu cầu về hơn 1 đường thuê báo trên 1 hộ gia đình tằng ngoài dự kiến. Kết quả là cần phải bảo trì các đôi dây. Điều này được cổ vũ bởi khả năng của ADSL cho phép truyền POTS và dữ liệu trên một đôi dây, và các hệ thống đường dây chính bổ sung số (DAML) dùng để truyền tải hai hoặc nhiều kênh POTS qua một đôi dây. 4.2.4 Đường kính dây Phần lớn cơ sở hạ tầng mạch vòng đường dây ở Mỹ tuân theo một thực tế gọi là thiết kế điện trở 1300 Ω. Theo luật này, 10.000 feet đầu tiên của cáp từ CO là dây 26 AWG. Ngoài điềm này, đường kính dây lớn hơn được sử dụng để tránh điện trở mạch vòng quá mức. Nói chung, mạch vòng gồm một độ dài 26 AWG và 24 AWG và cùng một lượng xấp xỉ dây treo và dây chôn. Các mạch vòng rất dài sẽ có một số dây 22 hoặc 19 AWG. Dây thường có độ dài chế tạo trên 40 CHƯƠNG 4. TRUYỀN DẪN ĐÔI DÂY XOẮN AWG Kích cỡ (mm) Điện trở mạch vòng (Ω/dặm) 28 0,32 685 26 0,4 441 24 0,5 277 22 0,63 174 mỗi cuộn 500 feet. Kết quả là độ dài mạch vòng điển hình có khoảng 22 mối hàn. Các mối hàn hiện đại sử dụng thiết bị nén để đảm bảo kết nối chắc chắn mà không đòi hỏi nhiều nhân lực trong việc hàn nối. Các mối hàn cũ hơn, ở đó hai dây được xoắn với nhau để hình thành điểm nối, có thể bị lỏng hoặc bị ăn mòn tại tiếp điểm có thể gây ra điện trở cao và thậm chí hoạt động như một diode do một lớp ôxít đồng giữa 2 dây. Hiện tượng này được giảm đi nhờ sử dụng dòng sealing. (xem phần 3.3) Phản xạ tín hiệu có thể gây ra bởi sự thay đổi trở kháng do việc hàn một dây có đường kính này với một dây có đường kính khác. Các mạch vòng dài hơn có thể có những thay đổi về đường kính. Mức độ ảnh hưởng lên đường truyền do sự thay đổi về đường kính được đem ra tranh luận. Phần lớn chuyên gia cho rằng DSL với các bộ khử tiếng vọng có thể cho phép dung sai về sự thay đổi này và các hiệu ứng thay đổi đường kính là nhỏ nên có thể bỏ qua. Bên ngoài nước Mỹ, đường kính dây được đo theo đơn vị milimet, với đơn vị đo đường kính được sử dụng phổ biến tương ứng ở Mỹ là AWG. Bảng dưới đây cung cấp điện trở mạnh vòng tại nhiệt độ 70 o F . Điện trở mạch vòng thay đổi theo nhiệt độ, chẳng hạn một mạch vòng 26 AWG có điện trở 373 Ω/dặm ở nhiệt độ 0 o F và 489 Ω/dm ở nhiệt độ 120 o F . Điện trở mạch vòng là tổng trở của mạch kín đối với 1 dây đi và một dây về. 4.2.5 Cầu rẽ Bridged Tap ở một số nước, người ta thường hàn một đường nối rẽ nhánh (được gọi là cầu rẽ) vào một cáp như trên Hình 3.2. Vì vậy, một cầu rẽ là một đoạn dây nối tơiứ một mạch vòng tại một đầu và được kết cuối tại đầu kia. Xấp xỉ khoảng 80% số mạch vòng ở Mỹ có các cầu rẽ; đôi khi một số cầu rẽ tồn tại trên một mạch vòng. Các cầu rẽ có thể nằm hoặc ở đầu này hoặc ở đầu kia hay điểm trung gian của mạnh vòng. Một lý do cho cầu rẽ là nó cho phép tất cả các đôi dây trong một cáp được sử dụng hoặc tái sử dụng để phục vụ bất kỳ thuê bao nào dọc theo tuyến cáp. Nhiều nước châu Âu tuyên bố họ không có các cầu rẽ nhưng cũng có những trường hợp ngoại lệ. Phản xạ tín hiệu từ cầu rẽ dẫn tới tổn thất và méo tín hiệu. Bộ cân bằng thích nghi và bọ khử tiếng vọng được tìm thấy trong nhiều DSL làm giảm một phần ảnh hưởng xấu lên đường truyền gây bởi các cầu rẽ. Cầu rẽ trường hợp xấu nhất là mạch cầu có đường kính lớn với độ dài tương đương với 1/4 bước sóng của tần số truyền gây ra một tổn thất phụ là từ 3 đến 6 dB. Phản xạ từ một cầu rẽ có pha lệch 180 độ với pha của tín hiệu chính và vì vậy khử một phần tín hiệu. Các DSL có thể dung hòa nhiều mạch cầu rẽ nhánh miễn là tổn thất tín hiệu tổng hợp do độ dài mạch vòng và các cầu rẽ nằm trong quĩ suy hao cho phép của hệ thống. ảnh hưởng của các cầu rẽ thực tế có thể thấy rõ ở một vài tần số (xem Phần 3.5). 4.2. MẠNG ĐIỆN THOẠI VÀ ĐẶC TÍNH MẠCH VÒNG 41 4.2.6 Mạch vòng có tải (cuộn cảm) Đối với những mạch vòng lớn hơn 5,5 km (18 kft), tổn thất tín hiệu tại các tần số trên 1 kHz là quá mức làm cho chất lượng truyền âm thoại trở nên không thể chấp nhận được. Các cuộn cảm mắc nối tiếp (điển hình là 88 mH) được đặt ở những khoảng 1,8 km dẫn tới đáp ứng tần số bằng phẳng hơn trong băng tần thoại với sự trả giá tổn thất rất lớn ở các tần số trên băng tần thoại. Két quả là các DSL sẽ không làm việc trên các mạch vòng có chất tải. Hình 3.3 minh họa hiệu ứng của tải lên đáp ứng tần số. Tùy theo từng vùng, từ 10 đến 20 % mạnh vòng ở Mỹ có cuộn tải. Vào những năm 1970, trước khi có sự triển khai ồ ạt mạch vòng số DLS, 20 % số mạch vòng được chất tải. Trong phần lớn trường hợp, các cuộn tải được tìm thấy trên các mạch vòng ngắn hơn 5,5 km (18 kft). Để cho phép DSL hoạt động, các cuộn tải cần phải được loại bỏ. Tuy nhiên, một nỗ lực tốn kém được yêu cầu để tìm và loại bỏ các cuộn cảm. ở châu Âu, các mạch vòng lớn hơn 5,5 km (18 kft) rất hiếm khi được tìm thấy vì vậ các cuộn cảm không được sử dụng. 4.2.7 Phân bổ độ dài mạch vòng Các tổng đài (CO) nên được đặt càng gần khách hàng càng tốt. Một nửa số khách hàng ở Mỹ và Anh được phục vụ bởi các mạch vòng ngắn hơn 2 km (6,6 kft). Đồ thị trong Hình 3.4 cho thấy sự phân bổ mạch vòng ở một số nước. Các mạch vòng doanh nghiệp có xu hướng ngắn hơn, và các mạch vòng dân cư có xu hướng dài hơn. Phân bổ mạch vòng ở Mỹ có xu hướng dài hơn các nước khác. Lưu ý rằng các giá trị là lấy trung bình đối với mỗi nước và có một thay đổi đáng kể về thống kê mạch vòng bởi tổng đài CO. Ví dụ có các CO không có mạch vòng dài hơn 2,5 km (8 kft), các tổng đài CO khác ở đó phần lớn các mạch vòng dài hơn 4,6 km (15 kft) và một số CO ở đó đại đa số mạch vòng được phục vụ bởi mạch vòng số DLC. Rất ít mạch vòng vượt quá 30,5 km (100 kft). Chiều dài trung bình của mạch vòng sẽ được rút ngắn ? DLC tiếp tục được triển khai rộng rãi để rút ngắn độ dài hiệu quả mạch vòng. Tuy nhiên, điều này bị giảm hiệu quả bởi mô hình phát triển các tòa nhà mới có khuynh hướng chuyển ra rìa thành phố, thị trấn và tiến xa khỏi CO. Một số vùng mới được phục vụ bởi DLC hoặc môđun chuyển mạch xa (RSM). Nhìn chung, phân bổ độ dài mạch vòng thay đổi rất chậm đối với các mạch vòng ngắn. 4.2.8 Cấu hình đi dây nhà khách hàng Sau hành trình dài từ CO tới nhà khách hàng, tín hiệu DSL có thể gặp trở ngại lớn nhất của nó đó là: đi dây trong nhà khách hàng. Số lượng đôi dây có thể là từ 1 đến 8. Một số đôi dây có thể không được nối toái một vài jack tường. Loại dây có thể là loại dây không bọc bảo vệ với chất lượng cao (UTP), dây bọc, dây 4 sợi, hoặc dây dẹt (không xoắn). Dây Quad gồm 4 dây được cách ly và xoắn như một nhóm 4 dây. Dây Quad có xuyên âm cao giữa các đôi dây bên trong quad. Dây dẹt có khả năng lớn là bị nhiễm nhiều loại nhiễu điện trong tòa nhà: chiết áp đèn, motơ điện và các máy phát radio. Như trên Hình 3.4, topo đi dây có thể là mạng sao, chuỗi, vòng hoặc là kết hợp của các cấu hình này. ở Mỹ, hiếm khi có một nhà mà có nhiều hơn 6 máy điện thoại được nối vào cùng 1 đường. 42 CHƯƠNG 4. TRUYỀN DẪN ĐÔI DÂY XOẮN ở Châu Âu, một hoặc 2 máy nối vào 1 đường là phổ biến nhất. Các ánh hưởng xấu lên đường truyền gây bởi việc đi dây trong nhà khách hàng với chất lượng thấp có thể được giảm thiểu bằng cách đặt bộ thu phát DSL càng gần đầu vào càng tốt. Tuy nhiên, điểm vào thường là vùng không thuận tiện do nó không gần điểm sử dụng, và nguồn điện có thể không cấp tới điểm vào đó được. Trong một số trường hợp, ta cần tìm một môi trường thay thế để truyền tải các tín hiệu bên trong nhà khách hàng: dây UTP loại 5, cáp đồng trục hoặc truyền không dây. Nhiều tòa nhà mới xây theo tiêu chuẩn công nghiệp về đi dây trong nhà nhưng nhiều tòa nhà cũ không có. Theo TIA/EIA-568A, đi dây trong các nhà tiêu chuẩn cho viễn thông sử dụng UTP 24 AWG loại 3 hoặc 5 sử dụng cấu hình sao. Như đã thảo luận trong T1E1.4/97-169, nhiễu xuyên âm từ đôi dây này sang đôi dây khác và tổn thất cho UTP-3 tệ hơn cáp điện thoại đi dây bên ngoài tiêu biểu, trái lại UTP-5 có thể tốt hơn đặc tính cáp điện thoại bên ngoài nhà. Dây bên trong loại D (DIW) tồn tại trong các tòa nhà văn phòng cũ có đặc tính xuyên âm rất kém đối với tần số trên 1 MHz. Các DSL là các hệ thống truyền dẫn điểm - điểm; vì vậy đường dây thuê bao chỉ nối tới một thiết bị tại đầu khách hàng. Tuy nhiên, một người sử dụng có thể yêu cầu nhiều PC, điện thoại và các thiết bị khác thông tin qua đường DSL dùng chung như chỉ ra trên Hình 3.6. Đơn vị truyền dẫn DSL tại phía khách hàng phải thực hiện một chức năng phân đầu ra để cho phép kết nối nhiều thiết bị đầu cuối khách hàng (PC, điện thoại, vv ). Chẳng hạn, khối truyền dẫn DSL có thể nằm trong card mạng PC-NIC, với việc PC cung cấp một chức năng cổng cho phép định tuyến lưu lượng tới các PC khác được nối vào mạng một mạng LAN. 4.3 Nguồn cấp cho đường dây Các bộ lặp trung gian phải được cấp nguồn do không có sẵn nguồn tại vị trí bộ lặp. Các đơn vị đầu cuối khách hàng cho HDSL và một số ISDN được cấp nguồn qua đường dây để đảm bảo nguồn cấp tin cậy và giảm chi phí lắp đặt thiết bị ở nhà khách hàng. Nguồn đường dây thường được cung cấp từ CO với điện áp một chiều âm đặt vào một dây và đất vào dây kia của đôi dây. Các điện áp dương thường được tránh sử dụng trong việc cấp nguồn cho đường dây nhằm tránh hư hỏng các dây đồng và các thiết bị liên quan do hiện tượng điện phân ở những nơi ẩm ướt giữa các dây và đất. ở Mỹ, Bellcore GR-1089-CORE Class A3 tuyên bố rằng, với điện áp 140 VDC so với mức đất (dương và/hoặc âm) có thể được áp dụng cho đường dây miễn là điện áp này không thể bị xâm nhập hay tiếp xúc từ phía công chúng và những nhân viên chưa được đào tạo. Các thiết bị với mức điện áp này phải có nhãn cảnh báo an toàn phù hợp, bảo vệ vật lý và các đặc tính an toàn khác được mô tả trong Bellcore GR-1089-CORE. Như đã được mô tả trong T1E1.4/96-110, cấp nguồn với điện áp lên tới 200 VDC so với đất được phép trong Class A3 nếu dòng tới đất bị giới hạn nhỏ hơn 10 mA. Thiết kế mạch giới hạn dòng phải đảm bảo rằng điện áp nhanh chóng bị cắt trong trường hợp có sự cố về dòng. Tuy nhiên, mạch giới hạn dòng không nên bị kích thích một cách không cần thiết bởi các sự kiện bình thường chẳng hạn như nhiễu phát sinh. ở một số nơi, một điện áp +130 V được đặt vào một dây và điện áp -130 V được đặt vào dây kia. Cấp nguồn lưỡng cực có thể phân phối nhiều năng lượng hơn cấp nguồn đơn cực và có thể được sử dụng ở những nơi mà ở đó không có sự ẩm ướt trong cáp. Chẳng hạn cấp nguồn đường 4.4. DÒNG KÍN -SEALING CURRENT 43 dây điện áp ± 130 V được sử dụng rộng rãi cho các bộ lặp T1 trên cáp điều áp. Cáp điều áp thường được tìm thấy trong cáp cấp nhưng không thông dụng trong cáp phối. Không khí khô áp suất cao được bơm vào cáp liên tục để đẩy độ ẩm ra khỏi cáp. Các cáp mơi chứa chất xúc tát làm kín ống cáp trên trong cáp để ngăn ngừa sự xâm nhập của khí ẩm. 4.3.1 Kích hoạt và ngưng kích hoạt Cấp nguồn đường dây từ CO tới hàng ngàn đường dây thuê bao, với hơn một nửa năng lượng bị thất thoát do điện trở mạch vòng có thể làm tăng chi phí về qui năng lượng của CO. Bên ngoài Bắc Mỹ, ở đó ISDN CPE thường được cấp nguồn đường dây, ISDN CPE chuyển sang chế độ công suất thấp một cách tự động khi không có hoạt động thông tin diễn ra. Ngưng kích hoạt thiết bị đầu khách hàng không sử dụng tiết kiệm năng lượng đáng kể cho CO. Thiết bị bị ngừng kích hoạt phải nhanh chóng chuyển sang chế độ làm việc khi hoạt động thông tin bắt đầu. Khả năng đi vào chế độ công suất thấp và sau đó nhanh chóng tại kích hoạt làm tăng tính phức tạp đối với các bộ thu phát. Một số ứng dụng gửi các bản tin theo chu kỳ; điều này làm giảm khả năng tiết kiệm năng lượng. 4.4 Dòng kín -sealing current Dong kín (hay còn gọi là dòng ướt) là dòng điện được đặt vào mạch vòng với mục đích ngăn cản sự xuống cấp của đường truyền do ôxi hóa các mối hàn dây. Lớp oxit giữa các dây không được cột chặt gây ra điện trở khá lớn đủ để gây ra tổn thất tín hiệu đáng kể. Hơn thế nữa, bản chất phi tuyến của mối nối bị ôxi hóa có thể gây ra méo tín hiệu. Trong thuật ngữ điện thoại, một mạch vòng "ướt" mang dòng DC, trong khi đó một mạch vòng "khô" không mang dòng DC. Không cần dòng kín trên các mạch vòng POTS do các điện áp và dòng chuông cao sẽ phá hủy quá trình oxi hóa trên các mối hàn dây. Các DSL mà không cấp nguồn đường dây có thể sẽ bị oxi hóa. ANSI T1.601 chỉ định sử dụng tùy ý một dòng từ 1 đến 20 mA cho mục đích ngăn ngừa quá trình oxi hóa mỗi hàn. Dòng có thể được đặt liên tục hoặc đặt theo chu kỳ trong khoảng thời gian ngắn. Một số nghiên cứu gợi ý rằng dòng kín có lẽ chẳng hữu ích. Vì vậy, ANSI T1.601 không đòi hỏi sử dụng dòng kín. 4.5 Đặc tính đường truyền Phần này xem xét đặc tính truyền dẫn của các đường dây điện thoại đôi dây xoắn. Các đường điện thoại dây xoắn loại 3 có thể được mô hình hóa tốt cho truyền dẫn tại các tần số lên tới tối thiểu 30 MHz bằng việc sử dụng khái niệm mô hình mạng hai cửa hay lý thuyết "ABCD". Lý thuyết ABCD cũng sẽ được sử dụng để lập mô hình các mạng 3 cửa được thảo luận trong Phần 3.9. Trong phần này cung cấp chi tiết những cập nhật từ nhiều nghiên cứu khác nhau dẫn tới đặc tính của DSL ở dải tần dưới 30 MHz trên dây dân loại 3. Đối với dây dẫn loại 5, mô hình này tuân theo mô hình ABCD lên tới 150 MHz. Phần sau đây mô tả mô hình ABCD nói chung trái lại phần 3.5.2 tập trung vào trường hợp 44 CHƯƠNG 4. TRUYỀN DẪN ĐÔI DÂY XOẮN các đường truyền đôi dây xoắn. Phần 3.5.2 cũng giới thiệu khái niệm quan trọng về suy hao phản hồi, một số đo về năng lượng phản xạ từ mạch hai cửa. Các phần 3.5.3 và 3.5.4 xem xét các trường hợp đặc biệt về cầu rẽ và cuộn tải. Phần 3.5.5 cho thấy cách tính toán đặc tính truyền của mạch vòng thuê bao gồm nhiều đoạn và cách liên hệ các hàm truyền đạt với suy hao xen của đường truyền hoặc mạng 2 cửa. Phần 3.5.7 chỉ cách đo các tham số RLCG nhằm đặc trưng hóa mạch vòng và liệt kê các mô hình cho một số loại đôi dây xoắn thông dụng. Phần 3.5.8 kết luận cùng với việc thảo luận về sự cân bằng và các thành phần tín hiệu dọc và tín hiệu metallicc trên đôi dây xoắn. 4.5.1 Mô hình "ABCD" Hình 3.7 cho thấy mạch hai cửa tuyến tính tổng quát. Có một điện áp tại mối cổng và một dòng điện đi vào hoặc đi ra đường trên của mỗi cửa. Hình vẽ và các phương trình rút ra sử dụng chuyển đổi Fourier điện áp và dòng điện, và vì vậy tất cả các đại lượng nói chung là những hàm của tần số. Các điện áp và dòng điện sẽ phụ thuộc vào các trở kháng nguồn (cổng 1) và tải (cổng 2) và các nguồn điện áp nhưng luôn thỏa mãn mối quan hệ ở dạng ma trận: 4.5.2 Đo Hàm truyền đạt và "Suy hao xen" Các kỹ sư truyền dẫn đôi khi cũng đo trực tiếp đặc tính truyền của đường truyền ở một vài tần số khác nhau. Rất khó đo hàm truyền đạt trực tiếp do các hiệu ứng tải nhưng ta có thể dễ dàng đo được suy hao xen nhờ nó mà hàm truyền đạt có thể tính được nếu trở kháng tải và trở kháng nguồn trong phép đo đã biết trước. Suy hao xen được tính toán sử dụng cấu hình cho trên Hình 3.9 bằng cách trước tiên đo điện áp V no (điện áp trong trường hợp không có đường truyền và chỉ có duy nhất tải Z L được nối vào) và sau đó nối đường truyền vào điểm mà V no đã được đo trước đây và một lần nữa đo V L (điện áp đặt trên tải khi có đường truyền được đặt vào). Vì vậy suy hao xen là T IL (f) = V L (f) V no (f) = Z S + Z L A.Z L + B + C.Z S .Z L + D.Z S (4.1) Hàm truyền đạt mà ta cần tính là H=V L /V S , vì vậy H(f) = V no V S . V L V no = Z L Z S + Z L .T IL (f) (4.2) Lưu ý rằng khi Z 1 = Z L nghĩa là đường truyền được kết cuối bằng 1 tải có trở kháng bằng trở kháng đặc tính của nó như một thực tế thường gặp và khi đó phương trình 3.54 có thể được viết lại theo T(f) trong phương trình 3.3 thành H(f) = V 1 V S . V L V 1 = Z 1 Z S + Z 1 .T (f) (4.3) 4.5. ĐẶC TÍNH ĐƯỜNG TRUYỀN 45 khi đó nó cũng chỉ ra rằng trong trường hợp tải phối hợp trở kháng T (f) = T IL (f). Trong phần lớn các trường hợp quan tâm trong DSL, đường dây là dài và vì vậy trở kháng nguồn phối hợp với trở kháng đặc tính (trở kháng này bằng trở kháng đầu vào của đường dây khi đường dây là dài) và tất cả mọi trở kháng là thực ở các tần số cao hơn được sử dụng cho truyền dẫn DSL. Trong trường hợp này, hàm truyền đạt đơn giản là 6 dB thấp hơn suy hao xen. Điểm đáng lưu ý: Khi hàm truyền đạt được tính cho một mạch sử dụng các tham số RLCG, khi đó suy hao xen có thể được tính toán từ hàm truyền đạt và xấp xỉ 6 dB cao hơn trong điều kiện xấp xỉ như đã trình bày trên. 4.5.3 Cân bằng - Dòng kim loại (metallic hay differential mode) và dòng chảy dọc (longitudinal hay common mode) Hình 4.1 thảo luận về các dòng điện kim loại và dòng điện dọc trong một đôi dây xoắn (hai dây đồng trong đôi dây xoắn không được xoắn với nhau nhằm đơn giản hóa việc minh họa). Dòng kim loại mang các tín hiệu dự định truyền tới khách hàng hoặc từ phía khách hàng. Dòng điện như vậy đi đến trở kháng tải Z L như đã thảo luận trước đây. Dòng điện dọc là dòng chảy vào đất và trong trường hợp này hai dây làm việc hiệu quả như một dây với đường trở về thông qua đất. Các dòng dọc có thể được tạo ra bởi các sóng radio đập vào đường điện thoại hoặc bởi sự không hoàn hảo trong các mạch phát ghép vào đường điện thoại làm cho các điện áp kim loại đặt vào đôi dây dò rỉ sang đường dọc. Độ cân bằng đường truyền phản ánh khả năng của nó Hình 4.1: Minh họa dòng metallic (kim loại) và dòng longitudinal (dọc) trong việc ngăn ngừa các tín hiệu khỏi dò vào đường dọc ("cân bằng kim loại") và cũng phản ánh khả năng tương hỗ tương ứng trong việc ngăn ngừa các tín hiệu dọc không ghép vào các tín hiệu kim loại ("cân bằng dọc"). Mức độ cân bằng càng cao thì khả năng loại trừ các hiệu ứng ghép không mong muốn của đường dây điện thoại càng lớn. Cân bằng thường là một hàm của tần số và giảm ở các tần số cao hơn. Bước xoắn của đôi dây xoắn cao hơn cân bằng sẽ tốt hơn. Ngoài ra thiết kế thận trọng các mạch thu và phát đảm bảo rằng trở kháng so với đất cao và là hằng số ở tất cả các điểm và như nhau cho cả 2 dây. Tuy nhiên, các tình huống thực tế cho thấy có những giới hạn đối với cân bằng. Trong băng POTS, cân bằng có giá trị điển hình từ 50 đến 60 dB, nghĩa là các tín hiệu ghép từ đường kim loại sang đường dọc và ngược lại giảm đi một 46 CHƯƠNG 4. TRUYỀN DẪN ĐÔI DÂY XOẮN lượng 5 đến 6 bậc độ lớn công suất. Tuy nhiên, tại các tần số cao hơn trong ADSL/HDSL độ cân bằng có thể giảm xuống 30 dB, và thậm chí tại các tần số cao hơn của VDSL sự giảm xuống vẫn có thể xảy ra. Các mô hình toán học cho cân bằng dường như rất khó tìm. Các tác giả gợi ý mô hình sau cho các đường dây loại 3 dựa trên các quan sát chung rằng cân bằng có xu hướng giảm từ 50 dB hoặc cao hơn ở các tần số thấp hơn xuống khoảng 35 dB tại tần số 1,5 MHz, và thậm chí giảm xuống thấp hơn nữa tại các tần số cao hơn (mô hình này dừng ở độ cân bằng 15 dB tại 30 MHz), với tỷ lệ về công suất là: B(f) =  10 5 0 < f ≤ f b = 150kHz 10 5 (f b /f) 1.5 f b ≤ f ≤ 30MHz (4.4) Cân bằng của dây xoắn Loại 5 (Category 5 twisted pair) lớn hơn 20 dB ở mọi tần số. 4.6 Nhiễu Phần trên đã thảo luận việc tính toán đặc tính truyền dẫn đường điện thoại, đặc biệt là tính toán các hàm truyền đạt và các trở kháng đối với các tín hiệu kim loại (hay differential) trên đường điện thoại. Nhiễu trên đường điện thoại thường xuất hiện do sự cân bằng không hoàn hảo. Có nhiều loại nhiễu ghép vào đường dây điện thoại do sự cân bằng không tốt (hay bước xoắn không hoàn hảo /hay không đủ lớn), nhiễu thông thường nhất là nhiễu xuyên âm, nhiễu radio và nhiễu xung. 4.6.1 Nhiễu xuyên âm Nhiễu xuyên âm trong các DSL phát sinh do từng đôi dây trong cáp nhiều đôi bức xạ năng lượng điện từ. Do đó các điện trường và từ trường tạo ra dòng cảm ứng trong các đôi dây xoắn lân cận dẫn tới tín hiệu xuyên âm không mong muốn lên các đôi dây khác. Hình 4.2 minh họa 2 loại xuyên âm thường gặp phải trong DSL. Xuyên âm đầu gần NEXT là loại xuyên âm sinh ra từ các tín hiệu chuyển động trong hai hướng trái ngược trên hai đôi dây xoắn (hay từ một máy phát vào một máy thu đầu gần). Xuyên âm đầu xa FEXT có nguồn gốc từ các tín hiệu chuyển động cùng hướng trên 2 đôi dây xoắn (hoặc từ một máy phát vào một máy thu đầu xa). Xuyên âm có thể là yếu tố ảnh hưởng gây nhiễu lớn nhất và thường làm giảm đáng kể hoạt động của DSL khi nó không thể được trừ khử. Khi xem xét một cáp, các mô hình hai cổng đơn giản cần sự tổng quát hóa. Hình 3.13 minh họa sự ghép giữa hai dây trong một đôi dây xoắn và hai dây trong một đôi dây xoắn khác. Có thành phần hỗ cảm M giữa các đoạn dây và điện dung E giữa bản thân các dây. Trong các cáp gồm nhiều đôi dây xoắn có kiểm soát chặt chẽ ta có thể mong đợi hỗ cảm và điện dung sẽ được được khiển bởi bước xoắn vì vậy các đoạn dây xoắn gần nhau sẽ có cực tính trái ngược và vì vậy các tín hiệu cảm ứng sẽ bị triệt tiêu. Tuy nhiên, bước xoắn là không hoàn hảo hay các giá trị hỗ cảm và điện dung cũng không duy trì hoàn hảo qua một độ dài đôi dây xoắn. Hơn thế nữa, sự biến đổi hỗ cảm và điện dung theo tần số thậm chí lớn hơn sự biến đổi các tham số RLCG đặc trưng cho các tín hiệu kim loại (differential) dọc theo các đôi dây xoắn nhất định. Tuy nhiên, điều có lý là sự ghép từ một tín hiệu kim loại trên một đôi dây xoắn khác [...]... phương trình trên tr thành d 2 e 4 x dx = (4 2 f 2 ).|X21(f ) |Vp2 (f )|2 |N (f, d)|2 = (4 2 f 2 ).|X21 |2 |Vp2 (f )|2 0 1 − e 4 d 4 (4. 7) CHƯƠNG 4 TRUY N D N ĐÔI DÂY XO N 48 S ngu n xuyên âm → T n s (kHz)↓ 3 30 300 3000 B ng 4. 1: Suy hao xuyên âm theo dB 1 10 24 49 -8 8 -7 3 -5 8 -4 3 -8 2 -6 7 -5 2 -3 7 -7 9,7 -6 4, 7 -4 9,7 -3 4, 7 -7 7,8 -6 2,8 -4 7,8 -3 2,8 √ Gi thi t r ng đôi dây xo n có α = ς f , và r ng thành... 56 CHƯƠNG 4 TRUY N D N ĐÔI DÂY XO N B ng 4. 2: Các tr kháng k t cu i b tách băng POTS cho tính toán và thi t k Suy hao b l c thông th p và Suy hao ph n x TELE PORT-B tách CO- USA 900 Ω TELE PORT-B tách RT- USA 600 Ω LINE PORT-B tách CO Đi n tr 800 Ω m c song song v i đi n tr 100 Ω và t đi n 50 nF n i ti LINE PORT-B tách RT Đi n tr 1330 Ω song song v i đi n tr 348 Ω n i ti p v i t đi n 100 n LINE PORT-ITU... n khác cho 1 binder g m 24 m ch ISDN, m t đ ph công su t trên b t kỳ đư ng nào trong binder đư c mô hình b i Sn (f ) = 24 49 6 10−13 f 1.5 SISDN (f ) (4. 12) 4. 6 NHI U 49 Các công th c cho các lo i xuyên âm s đư c cho trong Ph n 3.7 nói v đ tương thích ph Xuyên âm gi a các nhóm binder, Knext đư c gi m đi thêm b i m t lư ng 10 dB thành Knext (các nhóm binder lân c n)=10− 14 4. 6.2 Mô hình FEXT Mô hình... (f, d)| = (4 f ).|X21 | |Vp2 (f )| 0 (4. 14) Vì v y FEXT tăng theo bình phương c a t n s c a tín hi u phát Thông thư ng h s mũ cu i phương trình 4. 14 đư c nh n bi t như hàm truy n đ t công su t c a m t đư ng truy n đơn và do đó bi u th c |T (f, d)|2 thay th h s đó [M c dù đi u này gi thi t c hai đư ng là đ ng nh t và tuân theo cùng m t công th c-t ng quát hơn, ta nên thay h s này b ng công th c tích... trong phương th c phân mi n th i gian ho c phân mi n t n s 4. 6.12 Các mô hình M t đ Ph Công su t xuyên âm NEXT và FEXT NEXT và FEXT đ i v i các DSL khác nhau đư c xác đ nh b ng cách áp d ng các hàm truy n đ t công su t NEXT và FEXT: P SDN EXT = P SDdisturber (N /49 )6 10−13 f 1,5 (4. 21) P SDF EXT = P SDdisturber |H(f )|2 (N /49 )6 (9 × 10−20 ).d.f 2 (4. 22) ( đây N là s ngu n gây xuyên âm và d là đ dài c a... toàn b d i t n, nhi u đư ng dây tham gia vào quá trình này Vì v y, các k sư DSL l y trung bình ghép qua nhi u đôi dây Trong trư ng h p này, t ng nhi u hàm ghép đư c gi thi t là h ng s |Xn (f )|2 ≈ k (4. 9) n Các nghiên c u th c nghi m sau đó xác đ nh giá tr c a h ng s này đ m t binder 50 đôi có m t đ ph công su t Sn (f ) = knext f 1.5 S2 (f ) (4. 10) trong đó S2 (f ) là m t đ ph công su t đưa vào đư ng truy... hình thành m t dòng đi n tích c m ng so v i đ t Đi n áp common mode c a m t đôi dây xo n là đi n áp trên m t trong 2 dây so v i đ t - thư ng thì hai đi n áp này b ng nhau do s tương đ ng c a hai dây trong m t đôi dây xo n Do đó, các đư ng đi n tho i đư c cân b ng t t s làm suy gi m đáng k các tín hi u RF vi phân trên đôi dây đ i v i các tín hi u common mode Tuy nhiên, cân b ng gi m khi t n s tăng và... n t c a m t anten có ngu n đi m lý tư ng phân b công su t Pt đ ng đ u qua m t c u vì v y d n t i cư ng đ trư ng t i 1 đi m kho ng cách d là F = √ Pt Zf 5, 48 Pt = V/m 4 .d2 d (4. 17) Zf = 377Ω là tr kháng c a không gian t do Lư ng đi n áp c m ng so v i đ t t m t trư ng F t i 1 dây ph thu c vào m t s đ c tính hình h c và đi n/t c a cáp Qua kinh nghi m, 4. 6 NHI U 51 đi n áp c m ng (volt) b ng cư ng đ... th phát m c công su t cao nh t vào ban đêm Các tín hi u vô tuy n vì v y xu t hi n cao hơn các tín hi u HAM kho ng 20 dB, nhưng ta c n nh r ng cân CHƯƠNG 4 TRUY N D N ĐÔI DÂY XO N 52 b ng cáp đi n hình t t hơn các t n s th p hơn (gi m t 10 đ n 20 dB) Ngoài ra, kho ng cách t m t tháp vô tuy n AM t i đư ng đi n tho i thư ng vào kho ng trên 10 m hay 1 km (gi m 40 dB), và năng lư ng tr i qua 4 l n đ r ng... hi u xDSL và các m c công su t g n đúng Như có th th y, trong khi các d ch v m i có xu hư ng s d ng băng t n r ng hơn nhưng ph công su t c a chúng l i nh hơn các d ch v hi n t i trong băng t n c a các d ch v cũ hơn Hình 3.17 cho th y ph xuyên âm c a ISDN, HDSL, và ADSL lu ng lên Hình 3.18 cho th y ph xuyên âm c a tín hi u ADSL lu ng xu ng Nhi u n n danh đ nh trên đôi dây xo n không đư c l n hơn -1 40 . dB Số nguồn xuyên âm → 1 10 24 49 Tần số. (kHz)↓ 3 -8 8 -8 2 -7 9,7 -7 7,8 30 -7 3 -6 7 -6 4, 7 -6 2,8 300 -5 8 -5 2 -4 9,7 -4 7,8 3000 -4 3 -3 7 -3 4, 7 -3 2,8 Giả thiết rằng đôi dây xoắn có α = ς. √ f, và rằng. lượng cao (UTP), dây bọc, dây 4 sợi, hoặc dây dẹt (không xoắn). Dây Quad gồm 4 dây được cách ly và xoắn như một nhóm 4 dây. Dây Quad có xuyên âm cao giữa các đôi dây bên trong quad. Dây dẹt có khả. d)| 2 = (4 2 f 2 ).|X 21 | 2 .|V p2 (f)| 2 .  d 0 e 4 x dx = (4 2 f 2 ).|X 2 21(f) .|V p2 (f)| 2 . 1 − e 4 d 4 (4. 7) 48 CHƯƠNG 4. TRUYỀN DẪN ĐÔI DÂY XOẮN Bảng 4. 1: Suy hao xuyên âm theo dB Số