CÔNG NGHỆ ASDL2 VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CHƯƠNG 3_1 doc

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG MẠNG Đề tài: CÔNG NGHỆ ASDL2 VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CHƯƠNG III CÔNG NGHỆ ADSL2, ADSL2+ 3.1 ADSL 3.1.1 Giới thiệu chung về ADSL Mạng điện thoại chỉ là mạng cung cấp các truy nhập cự ly gần tới các khách hàng. Số lượng các thuê bao điện thoại trên toàn thế giới vào khoảng 700 triệu (1999). Từ đặc điểm này, mạng truy nhập điện thoại bao gồm các đôi dây xoắn đồng được thiết kế để truyền tín hiệu tương tự. Tuy nhiên, các nhà kỹ thuật sau đó phát hiện ra rằng có thể truyền dữ liệu qua cùng kênh thoại. Từ những modem đầu tiên chỉ có thể truyền với tốc độ 75bps, kỹ thuật này đã được phát triển đến mức những modem không hề đát có thể truyền với tốc độ gần 56Kbps. Kỹ thuật modem cuối cùng cũng đã đạt tới giới hạn của nó. Vì bên trong mạng thoại mã hoá các kết nối tại tốc độ 64Kbps nên những sự phát triển cao hơn tốc độ modem hay các kết nối quay số là không thể thực tiễn. Tuy nhiên, giới hạn này có thể lợi dụng bởi các hệ thống chuyển mạch và các thiết bị liên đài, các đôi dây cáp đồng có dung lượng cao hơn chưa từng được sản xuất trước đó. ISDL là hệ thống đầu tiên khai thác những đặc điểm đó. ISDL truyền với tốc độ 144Kbps (2B+D) ở mỗi hướng trực tiếp qua một đôi dây xoắn với khoảng cách trên 600m. Tại hệ thống tổng đài trung tâm, luồng 144Kbps được chia thành các kênh chuyển mạch 64Kbps (2 kênh B) và kênh báo hiệu 16Kbps (kênh D). Các kỹ sư xác định cách thức để quay tới cùng một đầu cuối với 2 kênh và kết hợp chúng để tạo thành một kết nối 128Kbps. Tuy nhiên, do nhu cầu về tốc độ truy nhập ngày càng cao của các dịch vụ mới như trang Web, Video và Multimedia. Các công ty điện thoại một lần nữa nghiên cứu đôi dây cáp đồng để xem liệu chúng còn khả năng nào để khai thác không? ADSL là một giải pháp cho câu hỏi này. Băng thông analog của đôi dây cáp xoắn đồng về cơ bản thì liên quan đến độ dài của nó. Phần lớn các mạch vòng thuê bao có độ dài nhỏ hơn 4Km và có băng thông analog sử dụng vào khoảng 1Mhz. Các mạch vòng ngắn hơn thậm chí có dung lượng cao hơn. Việc khai thác băng thông này được thực hiện nhờ những tiến bộ tiến bộ trong kỹ thuật xử lý tín hiệu số. Nhận ra các khách hàng có nhu cầu tốc độ download cao hơn tộc độ upload dữ liệu, ADSL dành phần lớn băng thông của mạch vòng thuê bao cho kênh download. Phụ thuộc vào độ dài của mạch vòng này, ADSL có thể đạt tốc độ download tới 7Mbps và upload tới vài trăm Kbps. ADSL thực hiện việc này đồng thời giữ lại 3Kbps thấp cho dịch vụ thoại thông thường. 3.1.2 Mô hình tham chiếu của hệ thống ADSL Chuẩn ITU G.922.1 đã đưa ra mô hình các khối chức năng của hệ thống ADSL như trên Hình 3.1. ATU-R P H Y ATU-C P H Y hpf hpf ipf ifp Home networ k Customer spremise Wireing Telephone set voiceiband modem or ISDL terminal Broatban d network Narrow- band network V-C U-C 2 DSL U-C U-R Splitte R CP Wirring carries POTS or IDSL service U-R 2 T/S T/R Splitte C GSTN or ISDN CPE CPE Hình 3.1 Mô hình tham chiếu ADSL + ATU-C: Khối thu phát ADSL phía mạng. + ATU-R: Khối thu phát ADSL phía khách hàng. + AN: Nút truy nhập mạng. + HPF và LPF: Bộ lọc thông cao và bộ lọc thông thấp. + CPE: Thiết bị của khách hàng. Người sử dụng có thể lựa chọn việc sử dụng đồng thời dịch vụ thoại POTS bằng cách thêm bộ tách (Splitter) R tại phía thuê bao, khi đó tổng đài PSTN cần có bộ tách C. Các giao diện trong mô hình tham chiếu: + V-C: Giao diện giữa điểm truy nhập và mạng băng rộng. + U-C: Giao diện giữa đường dây và bộ chia phía tổng đài. + U-C2: Giao diện giữa bộ chia và ATU-C. + U-R: Giao diện giữa đường dây và bộ chia phía khách hàng. + U-R2: Giao diện giữa bộ chia và ATU-R. + T-R: Giao diện giữa ATU-R và lớp chuyển mạch (ATM, STM hoặc gói). + T/S: Giao diện giữa kết cuối mạng với CPE. Để đơn giản, các giao diện U-C và U-R, T-R và T-S được gọi chung là giao diện U và giao diện T. 3.1.3 Kỹ thuật truyền dẫn trong ADSL ADSL có thể sử dụng kỹ ghép kênh phân chia theo tần số (FDM) hoặc kỹ thuật triệt phá tiếng vọng (EC). Với kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số, dải tần lên được tách biệt với dải tần xuống bởi một dải bảo vệ Hình 3.2. Vì vậy tránh được xuyên âm. 1 MHz Downstream Upstream POTS FDM Frequency Hình 3.2 ADSL sử dụng kỹ thuật ghép kênh theo tần số Với kỹ thuật xoá tiếng vọng, dải tần hướng lên nằm trong dải tần hướng xuống Hình 3.3. Như vậy, sử dụng kỹ thuật xoá tiếng vọng cho hiệu suất băng tần cao hơn nhưng kỹ thuật này gây ra xuyên âm, do đó nó đòi hỏi việc xử lý tín hiệu số phức tạp hơn. Hình 3.3 ADSL sử dụng kỹ thuật triệt phá tiếng vọng Do không bị ảnh hưởng tự xuyên âm tại trạm trung tâm (CO) nên kỹ thuật FDM cho chất lượng hướng lên tốt hơn nhiều so với kỹ thuật EC, nhưng băng tần hướng xuống của kỹ thuật EC lớn hơn so với kỹ thuật FDM nên chất lượng hướng xuống của kỹ thuật EC tốt hơn của kỹ thuật FDM đặc biệt đối với đường dây có khoảng cách ngắn. 3.1.4 Các phương pháp điều chế trong ADSL Có 3 phương pháp điều chế được sử dụng trong ADSL đó là: + Phương pháp điều chế biên độ cầu phương (QAM). + Phương pháp điều chế CAP. + Phương pháp điều chế tần số rời rạc (DMT). Dưới đây sẽ nghiên cứu từng phương pháp cụ thể. 1 MHz Downstream Upstream POTS Echo Cancellation Frequency a. Phương pháp điều chế biên độ cầu phương (QAM): QAM là phương thức điều chế sử dụng một sóng hình sin và một sóng hình cosin ở cùng mộ tần số để truyền tín hiệu. Hai sóng trên được truyền trên cùng một kênh. Biên độ của hai sóng này (kể cả dấu) được sử dụng để truyền bit thông tin. Sau đây là một ví dụ đơn giản về QAM truyền thông tin 4 bit trên cùng một kí hiệu Hình 3.4. Hình 3.4 Ví dụ về hệ thống QAM truyền 4 bit trên 1 kí hiệu. Bốn bít tín hiệu được ánh xạ lên 16 điểm trên mặt phẳng pha biên độ thành một chùm điểm. Giá trị x và y của mỗi điểm tương ứng với biên độ của sóng sin và cosin được truyền lên kênh. Cả phía phát và phía thu đều biết trước phép ánh xạ từ tổ hợp bít thành các điểm. Sau khi các tín hiệu sin và cosin được truyền trên kênh, phía thu khôi phục lại biên độ của mỗi tín hiệu (sử dụng quá trình cân bằng và xử lý tín hiệu). Biên độ của các tín hiệu này được chiếu lên chùm điểm đồng nhất với chùm điểm phía phát. Thông thường, nhiễu và méo tín hiệu trên kênh và trên các thiết bị điện tử làm cho các điểm bị chiếu sai lệch so với vị trí các điểm trên chùm điểm. Máy thu sẽ lựa chọn điểm nào trên chùm điểm có vị trí gần nhất so với điểm ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● Xác đ ị nh dạng sóng Xác đ ị nh chòm điểm Bốn bít vào truyền và thu đư ợ c trên kênh chi ế u lên chòm điểm Bốn bít ra Tìm đi ể m gần nhất vừa thu được. Nếu nhiễu quá lớn thì điểm gần nhất với điểm thu được sẽ khác với vị trí ban đầu của điểm phát, gây ra lỗi. Ví dụ trên được gọi là QAM16 do chùm điểm có 16 vị trí. Số vị trí tuỳ thuộc số bít trên một kí hiệu. Chẳng hạn nếu là 2 bít/kí hiệu thì phương pháp điều chế trên gọi là QAM4. Hình 3.5 Minh hoạ chùm điểm của QAM4 trên cùng hệ trục toạ độ với QAM16. Giả sử năng lượng trung bình của tín hiệu trong hai phương pháp điều chế là như nhau. Lưu ý rằng khoảng cách giữa các điểm của QAM4 lớn hơn khoảng cách giữa các điểm của QAM16. Do đó nếu xét trên cùng một kênh truyền thì nhiễu dễ tác động vào QAM16 hơn, tức là QAM16 đòi hỏi tỉ số S/N cao hơn QAM4 hay khoảng cách truyền của QAM16 nhỏ hơn QAM4. Tổng quát có thể thấy rằng QAM có bậc càng lớn thì đòi hỏi công suất phát càng lớn và khoảng cách truyền càng nhỏ. Hình 3.5 Chùm điểm QAM16 và QAM4 trên cùng hệ trục toạ độ với cùng mức năng lượng Hình 3.6 là sơ đồ khối của bộ điều chế. Dòng dữ liệu từ người sử dụng đi vào bộ điều chế. Tại đây dữ liệu được chia thành hai nửa, được điều chế thành hai phần trực giao với nhau rồi được tổ hợp thành tín hiệu cầu phương và truyền trên kênh truyền dẫn. Điều đó có nghĩa là các tín hiệu cầu phương là tổ hợp của hai tín hiệu xuất phát từ cùng một nguồn nhưng được làm lệch pha nhau 90 0 . Điểm QAM16 Điểm QAM4 Hình 3.6 Sơ đồ khối bộ điều chế QAM Hình 3.7 là một dạng của bộ giải điều chế QAM, đầu vào của bộ giải điều chế là tín hiệu thu được trên kênh truyền và tín hiệu đầu ra được chiếu lên chùm điểm của máy thu. Hình 3.7 Sơ đồ khối bộ giải điều chế QAM b. Phương pháp điều chế CAP : Phương pháp điều chế pha và biên độ không sử dụng sóng mang này dựa trên phương pháp điều chế QAM. Bộ thu của phương pháp điều chế QAM yêu cầu tín hiệu tới phải có phổ và pha giống như phổ và pha của tín hiệu truyền dẫn. Do các Cosin wave generator Sin wave generator Received waveform I branch Q branch Intergrate Intergrate Find Closet point D E A x value y value x value Q branch I branch Sin wave generator Cosin wave generator Find (x, y) value Set of bits input Output waveform tín hiệu truyền trên đường dây điện thoại thông thường không đảm bảo được yêu cầu này nên bộ điều chế của ADSL phải lắp thêm bộ điều chỉnh thích hợp để bù phần méo của tín hiệu truyền dẫn. Điều chế CAP không sử dụng kết hợp trục tải trực giao bằng kết hợp sin và cosin. Việc điều chế được thực hiện bằng cách sử dụng bộ lọc thông dải hai nửa dòng dữ liệu. Các bít cùng một lúc mã hoá vào một kí hiệu (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 bộ chuyển đổi A/D, bộ lọc và đến phần xử lý trước khi đến bộ giải mã. Bộ lọc phía đầu thu và bộ phận xử lý là một phần của bộ cân bằng, điều chỉnh. c. Phương pháp điều chế đa tần rời rạc (DMT): Điều chế DMT là kỹ thuật điều chế đa sóng mang. DMT chia phổ tần thành các kênh 4KHz. Các bít trong mỗi kênh được điều chế bằng kĩ thuật QAM và được đặt trong các sóng mang. Trong hệ thống ADSL, băng tần từ trạm trung tâm xuống thuê bao được chia thành 256 kênh và băng tần từ thuê bao lên trạm trung tâm được chia làm 32 kênh, mỗi kênh có thể mang một số lượng bít khác nhau phụ thuộc vào chất lượng của từng kênh. Input bits Input bits Input bits Amplitude Gennerate wave Ang cosin Wave at f1 Amplitude Gennerate wave Ang cosin Wave at f2 Amplitude Gennerate wave Ang cosin Wave at f n Output wavefom Hình 3.8 Sơ đồ điều chế DMT đơn giản Phương pháp điều chế DMT có nhiều ưu điểm nỗi bật. Như ta đã biết mạng điện thoại có chất lượng và chiều dài dây khác nhau, chất lượng tín hiệu truyền trên mạng này chịu ảnh hưởng của các loại nhiễu như xuyên âm, tín hiệu radio AM…DMT khắc phục vấn đề này bằng cách sử dụng các phần phổ có suy hao và nhiễu nhỏ. DMT thực hiện kiểm tra đường dây để xác định xem dải tần số nào có thể được sử dụng và bao nhiêu bít có thể truyền trong mỗi kênh. Kênh có S/N lớn truyền được nhiều bít hơn các kênh có S/N nhỏ. Đối với kênh tốt (S/N lớn) DMT thực hiện tăng số điểm trong chùm điểm. 3.1.5 Ghép kênh Chuỗi bit trong các khung ADSL có thể chia tối đa thành 7 kênh tải tin tại cùng một thời điểm. Các kênh này được chia thành 2 lớp chính: đơn hướng và song hướng. Chú ý rằng, các kênh tải tin này là các kênh logic và chuỗi bit từ tất cả các kênh được truyền đồng thời trên đường truyền ADSL mà không phải sử dụng băng tần riêng. Bất kỳ kênh tải nào cũng có thể đựơc lập trình để mang tốc độ là bội số của tốc độ 32Kbps (Bảng 3.1). Đối với những tốc không phải là bội số của 32Kbps thì phải sử dụng đến các bit phụ trong phần mào đầu của khung ADSL. Bảng 3.1 Tốc độ kênh mang Kênh mang Hệ số nhân tối đa Tốc độ cao nhất hỗ trợ (Kbps) AS0 192 6144 AS1 144 4608 AS2 96 3072 AS3 48 1536 LS0 20 640 LS1 20 640 LS2 20 640 a.Truyền tải đơn hướng từ trạm trung tâm tới khách hàng: ADSL cho phép tạo tối đa bốn kênh tải tin từ trạm trung tâm tới khách hàng. Bốn kênh tải tin này chỉ có nhiện vụ mang chuỗi bit tới khách hàng và được ký hiệu từ AS0 tới AS3. Các kênh này thiết lập trên cơ sở bội số của kênh tốc độ 1.536Mbps để truyền tốc độ cơ bản T1 (Bảng 3.2). Bảng 3.2 Giới hạn trên của tốc độ tải tin Kênh con Tốc độ kênh con Giá trị của những AS0 n 0 x 1,536 Mbps n 0 = 0,1,2,3 hoặc 4 AS1 n 1 x 1,536 Mbps n 1 = 0,1,2 hoặc 3 AS2 n 2 x 1,536 Mbps n 2 = 0,1 hoặc 2 AS3 n 3 x 1,536 Mbps n 3 = 0 hoặc 1 Số kênh con lớn nhất có thể hoạt động tại bất cứ thời điểm nào và số lượng tối đa kênh tải tin có thể truyền đồng thời trong hệ thống ADSL tuỳ thuộc vào lớp truyền tải. Diễn đàn ADSL đưa ra 4 lớp truyền tải (Bảng 3.3) được đánh số từ 1 đến. Trong bảng này lớp 1 và lớp 4 là bắt buộc còn lớp 2 và lớp 3 là tuỳ chọn. Bảng 3.3 Các phương án lựa chọn kênh mang cho các lớp truyền tải Lớp truyền tải 1 2 3 4 Kênh tải đơn hướng Dung lượng lớn nhất (Mbps) 6,114 4,608 3,072 1,536 Kênh tải lựa chọn (Mbps) 1,356 1,356 1,356 1,356 3,072 3,072 3,072 4,608 4,608 6,114 Số lượng kênh lớn nhất 4 (AS0,AS1, 3 (AS0,AS1 2 (AS0,AS1 1 (AS0) [...]... TPS-TC#0 Giao diện ứng dụng TPS-TC#1 I/F α β γR TPS-TC #0 MPS-TC γc Giao diện OAM NTR I/F TPS-TC #1 Giao diện OAM NTR I/F /F Giao diện ứng dụng Hình 3.14 Mô tả chức năng ATU Các chức năng cơ bản của lớp truyền thống vật lý (PMD) bao gồm tạo và khôi phục định thời ký hiệu, mã hóa và giải mã, điều chế và giải điều chế, triệt tiếng vọng (nếu được sử dụng) , cân bằng đường dây, khởi tạo tuyến, ghép và tách tiêu... qua giao diện α và β trong ATUR tương ứng Lớp TPS-TC là đặc thù ứng dụng và bao gồm sự thích ứng của số liệu giao diện khách hàng và tín hiệu điều khiển với giao diện số liệu đồng bộ (cận đồng bộ) của TPS-TC Ngoài ra, lớp TPS-TC có thể tạo ra hoặc thu các bản tin điều khiển qua kênh tiêu đề của lớp PMS-TC Lớp TPS-TC liên lạc các khối giao diện qua giao diện γR và γC Tuỳ thuộc vào ứng dụng đặc thù mà... lại tốt hơn nhiễu tác động Tiêu chuẩn ANST cho phép truyền dẫn đồng thời dữ liệu nhạy và không nhạy đối với trễ 3.2 Công nghệ ADSL2 3.2.1 Các mô hình tham chiếu 3.2.1.1 Mô hình chức năng ATU Hình 3.1 mô tả các khối chức năng và giao diện của ATU- và AUT-R Đó là các khối chức năng cơ bản nhất của ATU-C và ATU-R Chức năng được điều khiển bởi hệ thống quản lý của nhà khai thác (EMS hoặc NMS) không được... khởi tạo và tăng cường thuật toán xử lý tín hiệu So với ADSL, ADSL2 bổ xung một số tính năng mới sau 3.2.2.1 Các tính năng liên quan đến ứng dụng a Hỗ trợ ứng dụng ở chế độ hoàn toàn số: ADSL đưa ra một chế độ tuỳ chọn cho phép truyền số liệu ADSL trên băng tần thoại do đó tăng thêm 256Kbps cho tộc độ dữ liệu đường lên Chế độ này là lựa chọn hấp dẫn đối với các doanh nghiệp sử dụng dịch vụ thoại và số... hoặc khung dữ liệu đầu vào mã hoá chùm điểm (điểm C) Các byte NF Khung dữ liệu đầu vào mã hoá chùm điểm (C) Hình 3.9 Cấu trúc siêu khung ADSL Một khung ADSL có chu kỳ 250µs và chia thành 2 phần chính: phần số liệu nhanh và phần số liệu xen a.phần số liệu nhanh: Số liệu nhanh được chèn vào trong đường dẫn đầu tiên của khung Byte đầu tiên gọi là “fast byte” và mang chức năng CRC và một số bit chỉ thị... 3.17 Mô hình ứng dụng dịch vụ số liệu b Hỗ trợ ứng dụng thoại trên băng tần ADSL: Có ba phương thức cơ bản để truyền lưu lượng thoại trên đường dây cáp đồng sử dụng băng tần DSL đó là: Thoại qua chế độ truyền dẫn cận đồng bộ (VoATM), thoại qua giao thức internet (VoIP) và thoại phân kênh trên DSL (CVoDSL) + Phương thức VoATM, thực hiện việc sắp xếp thoại đã được số hoá và thông tin báo hiệu vào các tế... khung bao gồm một dãy 68 khung ADSL liên tiếp Trong số đó một vài khung có chức năng đặc biệt Ví dụ, khung 0 và 1 mang thông tin điều khiển lỗi (CRC) và các bit chỉ thị sử dụng cho quản lý đường truyền Ngoài ra, các bit chỉ thị khác được chứa trong khung 34 và 35 Một khung đồng bộ đặc biệt không mang tin theo sau siêu khung đảm nhận chức năng đồng bộ cho siêu khung Một siêu khung ADSL có chu kỳ 17 ms... yêu cầu như (Hình 3.10 và Hình 3.11) Nếu kênh mang nào không dùng thì sẽ không có dữ liệu chèn vào tương ứng Nếu như không có dữ liệu nào được gửi đi, thì khung chỉ chứa “fast byte” Phần bộ đệm dữ liệu nhanh kết thúc bằng các byte chứa thông tin đồng bộ (AEX và LEX) và mã sửa lỗi FEC Mỗi siêu khung ADSL dành 8 bit cho CRC (crc0-crc7), 24 bit chỉ thị (ib0-ib23) dành cho chức năng OAM “Fast byte” của... 3.17 đưa ra mô hình ứng dụng cơ bản cho dịch vụ số liệu với các điểm tham chiếu và các thiết bị được triển khai Trong ứng dụng này ATU-R là một phần của ADSL NT, ADSL NT kết nối với một hoặc nhiều đầu cuối khách hàng, bao gồm đầu cuối số liệu, thiết bị viễn thông hoặc các thiết bị khác Các kết nối tới phần thiết bị đầu cuối được thực hiện qua điểm tham chiếu S/T Kết nối giữa ATUR và ATU-C được thực... vị trí của các bit trong khung Các chức năng khác của phần mào đầu bao gồm: Kênh nghiệp vụ chung (EOC), kênh điều khiển nghiệp vụ (OCC) để tái cấu hình, thích ứng tốc độ từ xa và phát hiện lỗi qua việc kiểm tra CRC (kiểm tra phần dư chu kỳ), một số bit sử dụng cho khai thác, quản lý, và bảo dưỡng (OMC), số khác dùng để sửa lỗi trước (FEC) 3.1.6 Cấu trúc khung và siêu khung Trong ADSL, một siêu khung . (Mbps) 6 ,11 4 4,608 3, 072 1, 536 Kênh tải lựa chọn (Mbps) 1 ,35 6 1 ,35 6 1 ,35 6 1 ,35 6 3, 072 3, 072 3, 072 4,608 4,608 6 ,11 4 Số lượng kênh lớn nhất 4 (AS0,AS1, 3 (AS0,AS1 2 (AS0,AS1 1 (AS0). ib1 3 ib12 ib1 1 ib10 ib9 ib8 ib14 ib15 eoc4 eoc3 eoc2 eoc1 r 1 1 eoc5 eoc6 sc5 sc4 sc3 sc2 sc1 0 sc6 sc7 ib5 ib4 ib3 ib2 ib1 ib0 ib6 ib7 ib 21 ib20 ib19 ib18 ib17 ib16 ib22 ib 23 eoc 11. những AS0 n 0 x 1, 536 Mbps n 0 = 0 ,1, 2 ,3 hoặc 4 AS1 n 1 x 1, 536 Mbps n 1 = 0 ,1, 2 hoặc 3 AS2 n 2 x 1, 536 Mbps n 2 = 0 ,1 hoặc 2 AS3 n 3 x 1, 536 Mbps n 3 = 0 hoặc 1 Số kênh con lớn