ADSL – KỸ THUẬT xDSL part 8 docx

Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai 78 năng lượng nhận được trong dải tần vô tuyến nghiệp dư không phá hủy tín hiệu mong muốn. Trong các hệ thống CAP/QAM hoạt động ở dải tần có chồng lấn với các dải tần vô tuyến nghiệp dư, các notch phải được phát ra bằng các mạch lọc. Quy tắc là, độ dài của mạch lọc tăng theo số lượng và độ sâu của các notch. Bởi vì cả các bộ lọc phát và các bộ lọc feedforward DFE phải phát ra các notch trên các dải tần vô tuyến nghiệp dư và các bộ lọc feedforward phải phát thêm các notch mà nhiễu sóng vô tuyến có thể xuất hiện nên các bộ lọc này nhanh chóng trở nên phức tạp. Các nhà sản xuất vốn cung cấp các bộ lọc ngắn hơn và mức độ phức tạp kém hơn không mạo hiểm đi vào các vùng tần số vô tuyến nghiệp dư cũng như thực hiện làm tiêu giảm xâm nhập của sóng vô tuyến. Một phương pháp thực hiện khác của các hệ thống CAP/QAM là đặt các tín hiệu CAP/QAM giữa các dải tần vô tuyến nghiệp dư, vì vậy loại trừ nhu cầu cần phải có các bộ lọc notch để triệt nhiễu. Mặc dù phương pháp này thực ra là một dạng nguyên thủy của phương pháp nhiều sóng mang khá thành công trong việc triệt xâm nhập vào các dải tần vô tuyến nghiệp dư nhưng phải có các phần cứng ở máy thu và máy phát tách rời nhau cho mỗi dải tần. Khi số dải tần tăng lên thì hệ thống cũng phức tạp hơn và giá thành sẽ cao hơn. Trái lại với các hệ thống CAP/QAM, bằng cách chia nhỏ kênh truyêàn thành các phân kênh, các hệ thống DMT từ bản chất đã được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu hạn chế phát xạ qua không gian đến các dải tần vô tuyến nghiệp dư. Những phân kênh chồng lấn với các dải tần vô tuyến nghiệp dư có thể không cho phát sóng và như vậy sẽ tự động giảm mật độ phổ công suất phát đến mức -73 dBm/Hz. Hãng Texas Instruments đã phát triển và sử dụng thành công kỹ thuật số đơn giản có thể giảm mật độ phổ công suất phát xuống còn ở mức cần thiết -80 dBm/Hz. Các giải pháp CAP/QAM tương hợp phổ với ADSL trong cấu hình FTTCab chỉ khi cả hai chiều upstream và downstream được bố trí ở các dải tần trên 1,1 MHz. Vì lý do này, hầu hết các giải pháp CAP/QAM đều chỉ dùng dải tần trên 1 MHz bất kể trong cùng một chão cáp có hay không có các đường dây ADSL. Trong trường hợp không có đường dây ADSL trong chão cáp, những hệ thống này không tận dụng được dải tần hữu dụng dưới 1 MHz mà thường đạt được tỷ số SNR cao. Cung ứng một dải tần riêng cho việc tương hợp với ADSL khi không yêu cầu sẽ làm tăng thêm độ phức tạp và giá thành của modem CAP/QAM. Ngược lại với CAP/QAM, DMT cung cấp một sự linh động lớn trong việc lựa chọn giới hạn tần số trên và dưới cho dải tần phát. Sự tương hợp phổ với ADSL đạt được rất đơn giản nhờ giảm mật độ phổ công suất phát trên các phân kênh có dải tần dưới tần số 1,104 MHz. Khi trong chão cáp không có các đường dây ADSL như là trong cấu hình FTTEx chẳng hạn thì hệ thống dựa trên DMT có thể bố trí năng lượng phát nhiều hơn cho các phân kênh này và như vậy sẽ dung nạp được nhiều bit hơn nên cung cấp việc thực hiện truyền tốt hơn. Các đề xuất của các hệ thống CAP/QAM đều cho rằng DMT tiêu tốn năng lượng nhiều hơn CAP/QAM. Trong thực tế tiêu hao năng lượng của bất cứ giải pháp nào cũng phụ thuộc rất nhiều vào trình độ tích hợp. Rõ ràng là một giải pháp sử dụng mạch tích hợp cho từng ứng dụng đặc biệt (ASIC: application-specific integrated circuit) tiêu thụ năng lượng ít hơn nhiều so với giải pháp sử dụng toàn bộ linh kiện rời. Thêm vào đó, giải pháp sử dụng bộ chip không cung câáp tất cả các chức năng cần thiết cho các modem VDSL (như FEC, khả năng phát notch cho các dải tần vô tuyến nghiệp dư, các notch cho bảo vệ chống nhiễu tần vô tuyến, …) cần thêm các linh kiện cho các yêu cầu của hệ thống VDSL. Kêát hợp các linh kiện này vào hệ thống sẽ tăng lượng tiêu thụ điện đáng kể. Kỹ thuật xDSL Đặng Quốc Anh 79 Hơn nữa, sự tiêu thụ năng lượng phụ thuộc không chỉ vào mã đường dây và mức độ tích hợp mà còn phụ thuộc vào chế độ thực hiện song công mà ta sẽ nói đến ở các phần sau. Vì tiêu thụ năng lượng là một vấn đề phức tạp của nhiều yếu tố nên không thể phân tích so sánh sơ lược giữa hai giải pháp CAP/QAM và DMT được. Mã đường truyền tốt nhất cho VDSL là DMT. Thật vậy, các so sánh trên cho thấy rõ ràng rằng khi xét đến các yêu cầu của hệ thống VDSL thì DMT ưu thế hơn hẳn CAP/QAM. DMT có thể cung cấp: - Sự thức hiện gần tối ưu trên tất cả mọi kênh truyền bao gồm cả những kênh truyền bò nhiễu nghiêm trọng và có nhiều nhánh rẽ. - Khả năng chống nhiễu từ các tần số vô tuyến. - Khả năng kháng nhiễu xung tự nhiên. - Thích ứng tốt với các kênh truyền có điều kiện và đặc tính nhiễu thay đổi. - Hỗ trợ tất cả các yêu cầu tốc độ của ANSI và ETSI. - Triệt phát xạ ở trong các dải tần vô tuyến nghiệp dư. - Tương hợp phổ tốt với ADSL và các hệ thống DSL khác. Như vậy, rõ ràng rằng DMT là sự lựa chọn mã đường dây tốt nhất cho VDSL. 2.4.4 Phương pháp thực hiện song công Hầu hết các hệ thống FDD (Frequency-division duplexing: song công phân tần) đều xác đònh hai kênh hay nhiều hơn và ít nhất là một kênh cho truyền dẫn chiều upstream và một kênh cho truyền dẫn chiều downstream. Các kênh này tách rời nhau về tần số nên gọi là song công phân tần. Vấn đề trong thực hiện các hệ thống song công phân tần là độ rộng và vò trí các dải tần dành cho các kênh truyền dẫn upstream và downstream. Hình 2.39 Vò trí điển hình của các kênh upstream và downstream trong song công phân tần Hình 2.39 minh hoạ trường hợp song công phân tần đơn giản nhất cung cấp một dải tần upstream và một dải tần downstream. Như hình vẽ minh hoạ dải tần upstream có thể được bố trí nằm ở trên hay dưới dải tần downstream. Một hệ thống DSL khả thi có phải hoạt động trên các đường dây ở tầm cự ly từ 300 m đến 1,5 km hay có thể còn dài hơn. Như đã nói đến ở các phần trước, suy hao đường dây sẽ tăng ngày càng nhanh cùng với tần số trên các vòng thuê bao dài. Vì vậy độ dài đường dây thuê bao càng tăng thì dải tần hữu dụng của đường dây sẽ càng giảm. Để cho phép truyền dẫn thành công cả hai kênh VDSL upstream và downstream phải được bố trí trong dải tần hữu dụng. Nếu Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai 80 dải tần hữu dụng nhỏ hơn f L thì hoặc là kênh downstream hoặc là kênh upstream phải biến mất làm cho truyền dẫn song công không thực hiện được. Một điều căn bản khác cần lưu ý khi thiết kế các hệ thống song công phân tần là độ rộng dải của các kênh upstream và downstream. Sự lựa chọn đúng đắn các độ rộng dải phụ thuộc vào tốc độ dữ liệu cần thiêt và tỷ số tốc độ dữ liệu giữa hai chiều downstream và upstream. Vò trí dải thông thích hợp cho truyền tải dữ liêu bất đối xứng 8:1 khác nhiều so với vò trí dải thông hỗ trợ tốc độ dữ liệu đối xứng. Việc chọn lựa độ rộng dải các kênh upstream và downstream thêm phức tạp khi xét đến các đường dây có độ dài khác nhau làm cho các tỷ số SNR và các dải thông hữu dụng cũng khác nhau. Chẳng hạn, vò trí dải thông thích hợp cho dòch vụ bất đối xứng tỷ lệ 8:1 trên đường dây dài 300 m khác nhau rất nhiều so với vò trí dải thông thích hợp cho dòch vụ bất đối xứng trên đường dây dài 1,5 km. Để hỗ trợ tầm tốc độ dữ liệu, tầm tỷ số dữ liệu rộng và truyền dẫn hai chiều trên nhiều đường dây có độ dài khác nhau các hệ thống song công phân tần phải cung cấp các kênh downstream và upstream có độ rộng dải biến thiên làm tăng thêm độ phức tạp của hệ thống và đặc biệt là các bộ lọc tương tự. Một ngoại lệ là khi một hệ thống song công phân tần sử dụng DMT cho phép bố trí các phân kênh upstream và downstream tuỳ ý bằng cách cung cấp môät tập phân kênh dải thông đầy đủ cho mỗi chiều. Sau đó mỗi phân kênh được sử dụng cho chiều downstream hay upstream. Mặc dù kỹ thuật này yều cầu cần phải có hai bộ biến đổi Fourier rời rạc DFT kích thước đầy đủ trong tất cả các modem vốn làm tăng độ phức tạp số của hệ thống nó vẫn làm cho các yêu cầu tương tự trở nên dễ dàng và cung cấp sự linh động lớn trong việc bố trí dải tần của phương pháp song công phân tần. Trái ngược với giải pháp VDSL song công phân tần tách rời các kênh VDSL upstream và downstream theo tần số, các hệ thống TDD (time-division duplexing: song công phân thời) hỗ trợ truyền dẫn theo hai chiều upstream và downstream trong một dải tần duy nhất trong các khoảng thời gian khác nhau. Hình vẽ 2.40 minh hoạ dải tần duy nhất được các hệ thống song công phân thời sử dụng. Sử dụng độ rộng dải phân kênh theo thời gian được kết hợp với việc dùng các superframe. Một superframe bao gồm một khoảng thời gian dành cho truyền dẫn chiều downstream, một khoảng thời gian an toàn, một khoảng thời gian dành cho chiều upstream và một khoảng thời gian an toàn khác. Độ dài các khoảng thời gian truyền dẫn theo chiều upstream và downstream là những số nguyên lần chu kỳ ký hiệu DMT. Superframe được ký hiệu là A-Q-B-Q, với A và B là số các ký hiệu tương ứng bố trí cho chiều downstream và upstream và hai ký hiệu Q biểu diễn thời gian an toàn để bảo đảm cho độ trễ lan truyền của kênh và cho phép đáp ứng dội suy giảm giữa các khoảng thời gian phát và thu. Hình 2.40 Dải thông dùng cho cả hai chiều truyền dẫn upstream và downstream trong các hệ thống song công phân thời Trong các hệ thống VDSL song công phân thời của hãng Texas Instruments, thời gian của một superframe là 20 ký hiệu (500 µs). Tổng số của A và B là 18 ký hiệu và tổng của hai giá trò Q là 2 ký hiệu. Các giá trò của A và B được nhà điều hành khai thác chọn theo tỷ số tốc độ dữ liệu downstream so với upstream cần thiết. Chẳng hạn, nếu Kỹ thuật xDSL Đặng Quốc Anh 81 đặc tính nhiễu theo hai chiều truyền dẫn downstream và upstream là như nhau và cài A bằng B sẽ cho kết quả cấu hình hỗ trợ truyền dẫn đối xứng. Cài A = 16 và B = 2 sẽ tạo ra tỷ số tốc độ dữ liệu giữa chiều downstream và upstream là 8:1. Khi A = 12, B = 6 thì hỗ trợ tỷ số tốc độ dữ liệu giữa chiều downstream và upstream là 2:1. Hình 2.41 minh hoạ các superframe hỗ trợ truyền dẫn tỷ số tốc độ dữ liệu giữa chiều downstream và upstream là 8:1, 2:1 và 1:1. Hình 2.41 Superframe của phương pháp song công phân thời cho phép hỗ trợ các tỷ số tốc độ dữ liệu downstream so với upstream khác nhau Việc sử dụng superframe cho phép các hệ thống song công phân thời bù đắp với các khác biệt trong mức nhiễu giữa hai chiều downstream và upstream. Chẳng hạn, nếu nhiễu trong chiều upstream nghiêm trọng hơn so với chiều downstream hệ thống song công phân thời có thể bố trí thêm nhiều ký hiệu cho chiều upstream để bù lại. Trong trường hợp truyền dẫn đối xứng thì thay vì cần superframe 9-Q-9-Q thì có thể sử dụng superframe 8-Q-10-Q và kết quả sẽ tăng thêm cự ly thông tin với cùng một tốc độ yêu cầu. Sử dụng song công phân thời yêu cầu các modem đang tích cực trong một chão cáp phải được đồng bộ với một clock của superframe chung sao cho mọi truyền dẫn theo chiều downstream xảy ra đồng thời và mọi truyền dẫn theo chiều upstream cũng xảy ra chính xác cùng lúc trên mọi đường dây. Nếu không sử dụng một cấu trúc superframe chung thì các đường dây hỗ trợ song công phân thời trong cùng một chão cáp có thể gây ra xuyên kênh đầu gần với nhau làm giảm tốc độ dữ liệu chúng có thể hỗ trợ được. Để bảo đảm hoạt động đồng bộ, mọi modem song công phân thời ở tổng đài nội hạt hay ONU phải đồng bộ với clock superframe chung. Có nhiều phương pháp cung cấp clock như vậy. Chẳng hạn, có thể trích ra từ clock 8 kHz từ mạng, lấy từ một trong các modem song công phân thời, … Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai 82 Hình 2.42 Xuyên kênh đầu gần khi trộn lẫn các hệ thống song công phân tần đối xứng và bất đối xứng VDSL khác với các hệ thống DSL khác do nó có thể hỗ trợ được cả thông tin đối xứng và bất đối xứng với các tỷ số tốc độ dữ liệu của hai chiều downstream và upstream khác nhau. Biết rằng sự bố trí dải tần song công phân tần cho các dòch vụ đối xứng và bất đối xứng là khác nhau, khi thực hiện các cấu trúc superframe song công phân thời thích hợp thì vấn đề là các dòch vụ đối xứng và bất đối xứng có thể ở cạnh nhau trong cùng một chão cáp được không. Thật không may là khi bố trí dải tần hoặc khoảng thời gian thích hợp lại cho kết quả không tương hợp phổ bất kể hệ thống là song công phân thời hay song công phân tần. Hình 2.43 Xuyên kênh đầu gần gây ra khi trộn lẫn các superframe song công phân thời đối xứng và bất đối xứng Hình 2.42 minh hoạ bố trí phổ tần trong một hệ thống song công phân tần. Sự bố trí ở trên hỗ trợ truyền dẫn đối xứng và ở dưới hỗ trợ truyền dẫn bất đối xứng tỷ số 8:1. Phần tô xám là dải tần xảy ra xuyên kênh đầu gần. Vì vậy, việc trộn lẫn các hệ thống VDSL song công phân tần đối xứng và bất đối xứng trong cùng một chão cáp gây ra xuyên kênh đầu gần trong một phần dải tần truyền dẫn, nhưng trong mọi thời gian. Như vậy, không có một sự bố trí phổ nào cho song công phân tần có thể hỗ trợ cho cả các dòch vụ đối xứng và bất đối xứng mà không làm suy +giảm một trong hai hay cả hai dòch vụ. Các hệ thống song công phân thời cũng tạo ra sự suy giảm tương tự khi hỗ trợ cả các cấu trúc superframe đối xứng và bất đối xứng trong cùng một chảo cáp. Hình 2.43 là trường hợp xấu nhất khi một đường dây hỗ trợ truyền dẫn 8:1 có cấu trúc superframe 16- Kỹ thuật xDSL Đặng Quốc Anh 83 Q-2-Q ở gần một đường dây hỗ trợ truyền dẫn đối xứng có cấu trúc superframe 9-Q-9-Q. Lưu ý rằng superframe 9-Q-9-Q được dòch đi theo thời gian một chu kỳ ký hiệu để tối thiểu hoá khoảng chồng lấn giữa các ký hiệu downstream trên đường dây truyền dẫn 8:1 và các ký hiệu upstream trên đường dây truyền đối xứng. Tuy nhiên, vẫn còn 5 ký hiệu bò tác động bởi xuyên kênh đầu gần. Trong khi xuyên kênh đầu gần trong trường hợp song công phân tần chỉ xảy ra trong một phần của phổ tần trong mọi thời gian thì xuyên kênh đầu gần của song công phân thời trải rộng ra trên toàn bộ dải tần nhưng chỉ trong một phần thời gian. Mức độ nghiêm trọng của xuyên kênh đầu gần trong cả hai trường hợp phụ thuộc vào sự khác nhau giữa các tỷ số của các đường truyền đem trộn lẫn. Vấn đề chính tạo ra sự không tương hợp giữa các đường dây đối xứng và bất đối xứng không phải là sự kém hiệu quả của hệ thống song công phân tần hay song công phân thời mà vấn đề là đặc tính đối xứng và bất đối xứng nhiều tốc độ của VDSL. Cấu trúc superframe sử dụng trong song công phân thời cho phép hỗ trợ cả đối xứng và bất đối xứng với một tầm rộng các tỷ số tốc độ dữ liệu giữa hai chiều downstream và upstream khác nhau trong cùng một máy thu phát. Tỷ số tốc độ dữ liệu cần thiết được xác đònh trong hầu hết trường hợp là cài đặt bằng phần mềm các giá trò thích hợp của A và B. Hơn nữa, nếu đặc tính nhiễu của hai chiều downstream và upstream khác nhau nhiều thì cấu trúc superframe có thể được sửa đổi để bù đắp vào sự khác biệt. Hầu hết các modem song công phân tần đều hỗ trợ các tỷ số tốc độ dữ liệu downstream so với upstream khác nhau không bằng song công phân thời. Để hỗ trợ nhiều tỷ số như vậy, các modem song công phân tần phải có khả năng thay đổi dải thông của các kênh downstream và upstream vốn thường phải cần đến các bộ lọc tương tự phân chia dải thông nhanh chóng. Sự phức tạp và tiêu tốn năng lượng của các máy thu phát phụ thuộc vào độ phức tạp của các bộ lọc phân chia dải thông và tỷ lệ với số cách chọn lựa dải thông mà modem cung cấp. Như đã nói ở các phần trên, ANSI và ETSI yêu cầu cần phải hỗ trợ các tỷ số 1:1, 3:1, 4:1, 6:1 và 8:1. Độ phức tạp của khả năng hỗ trợ tất cả những tỷ số này trên tất cả các độ dài đường dây có thể có sẽ làm cho không thể thực hiện được. Để giảm bớt sự phức tạp, nhiều nhà cung cấp chọn giải pháp cung cấp những phần cứng khác nhau cho từng tỷ số tốc độ dữ liệu downstream so với upstream khác nhau. Tuy nhiên, việc sử dụng các phần cứng khác nhau sẽ giới hạn sự linh động khi thay đổi dòch vụ. Để minh hoạ tại sao cần phải có các phần cứng có khả năng hỗ trợ các tỷ số tốc độ dữ liệu downstream so với upstream khác nhau hãy xét việc sử dụng VDSL trong các vùng đông dân cư và các thành phố lớn. Trong các vùng này, các đường dây của các thuê bao dân dụng và các thuê bao doanh nghiệp có thể ở chung với nhau trong một chão cáp. Nhiều nhà khai thác và điều hành đồng ý rằng các khách hàng doanh nghiệp thường yêu cầu dòch vụ đối xứng trong khi đó các khách hàng dân dụng lại yêu cầu dòch vụ bất đối xứng cho việc truy xuất Internet, video-on-demand, … Như đã phân tích ở trên, việc trộn lẫn các dòch vụ đối xứng và bất đối xứng gây ra sự không tương hợp phổ cho việc bố trí tần số của song công phân tần và thời gian của song công phân thời. Vì vậy, hỗ trợ cùng lúc các dòch vụ đối xứng và bất đối xứng với nhiều tốc độ dữ liệu khác nhau là không thực tế trừ phi có một sự thoả thuận về việc bố trí các khoảng thời gian / tần số. Tuy nhiên, hầu hết các khách hàng doanh nghiệp yêu cầu dòch vụ trong nhũng ngày làm việc trong khi hầu hết các khách hàng dân dụng lại yêu cầu dòch vụ vào buổi chiều hay trong những ngày nghỉ. Các modem VDSL có khả năng cung cấp nhiều tỷ số tốc độ dữ liệu downstream so với upstream khác nhau cho phép các nhà điều hành và khai thác dòch vụ cung cấp dòch vụ đối xứng vào ban ngày và dòch vụ bất đối . 2.43 là trường hợp xấu nhất khi một đường dây hỗ trợ truyền dẫn 8: 1 có cấu trúc superframe 16- Kỹ thuật xDSL Đặng Quốc Anh 83 Q-2-Q ở gần một đường dây hỗ trợ truyền dẫn đối xứng có cấu trúc. Chẳng hạn, có thể trích ra từ clock 8 kHz từ mạng, lấy từ một trong các modem song công phân thời, … Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai 82 Hình 2.42 Xuyên kênh đầu gần. triển và sử dụng thành công kỹ thuật số đơn giản có thể giảm mật độ phổ công suất phát xuống còn ở mức cần thiết -80 dBm/Hz. Các giải pháp CAP/QAM tương hợp phổ với ADSL trong cấu hình FTTCab