KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VDSL CHƯƠNG 2_2 ppt

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG MẠNG Đề tài: KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VDSL CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ VDSL Công suất cực đại được ETSI và ANSI cho phép đều là 11,5 dBm. Tuy nhiên, ETSI và ANSS lại khác nhau trong cách năng lượng phân bố theo tần số. Cả hai tổ chức tiêu chuẩn này đều đưa ra đường bao xác định đường bao xác định phổ công suất phát tối đa và cả hai đều buộc modem đều có khả năng giảm mật độ công suất đến – 80dBm/Hz trong giải tần vô tuyến nghiệp dư. ANSI xác định mật độ phổ công suất cực đại bao gồm ba lựa chọn cho nhà điều hành hệ thống VDSL như sau:  PSD enhancement (on/off):  Off: mật độ phổ công suất phát bị giới hạn ở giá trị lớn nhất là –60dB/Hz.  On: mật độ phổ công suất phát có thể tăng trên –60dB/Hz. Việc tăng mật độ công suất phát được giám sát bởi một đường bao mật độ phổ công suất phát và bị kiềm giữ ở tổng công suất 11,5 dBm.  ADSL compatibility (on/ off):  On: mật độ công suất phát ở dải tần dưới 1,104 MHz bị giới hạn ở -90dBm/Hz.  Off: mật độ phổ công suất phát trong giải tần này có thể đạt được trạng thái PSD enhancement.  RF emission notching (on/off):  On: mật độ phổ công suất phát trong giải tần vô tuyến nghiệp dư bị giới hạn ở -80dBm/Hz.  Off: mật độ phổ công suất phát trong giải tần vô tuyến nghiệp dư có thể đạt được trạng thái PSD enhancement. ETSI cũng xác dịnh một số các đường bao mật độ phổ công suất phát (PSD mash) tuỳ theo tình huống sử dụng. Khi VDSL được ONU sử dụng (trong cấu hình FTTcab) thì cả hai chiều chiều lên và chiều xuống đều có chung một đường bao mật độ phổ công suất phát. Khi VDSL được tổng đài nội hạt sử dụng thì hai chiều chiều lên và chiều xuống có hai đường bao khác nhau. Sự khác nhau giữa các đường bao cũng có thể thấy được trong tầm tần số từ 0 đến 176 kHz tuỳ theo có hay không có POST/ISDN bên cạnh các hệ thống VDSL. Các đường bao mật độ phổ công suất phát mạnh mẽ hơn cũng được định nghĩa cho việc sử dụng các mạng mà hầu hết hay đối khi tất cả các đều được chôn ngầm và sự bức xạ vào dải tần vô tuyến nghiệp dư không khí là không đáng kể. Cuối cùng, ETSI cũng yêu cầu các modem phải có khả năng giảm mật độ phổ công suất không quá –80dBm/Hz trong các dải tần vô tuyến nghiệp dư. Nếu có thể phát triển được VDSL thì các hệ thống VDSL phải tương hợp với các tín hiệu của các dịch vụ khác trong cùng một chảo cáp. Hệ thống DSL bị VDSL ảnh hưởng nhiều nhất là ADSL. Trong một vài cấu hình, VDSL có thể ảnh hưởng mạnh đến ADSL trừ khi được thiết kế cẩn thận. Trong một số cấu hình khác VDSL lại bị ADSL ảnh hưởng ngược lại. Trong cấu hình FTTEx nhiều đôi dây xoắn tỏa ra từ một tổng đài nội hạt có thể mang tín hiệu ADSL, truyền với mật độ phổ công suất phát –40dBm/Hz trong khi các đường dây khác có thể mang tín hiệu VDSL với mật độ phổ công suất phát từ - 60dBm/Hz cho các thuê bao gần tổng đài hơn như minh hoạ ở hình 2.13. Trong cấu hình này, ảnh hưởng của VDSL lên ADSL là không đáng kể. Hình 2.13 Ảnh hưởng lẫn nhau giữa ADSL và VDSL trong cấu hình FTTEx 2.3.1 Các phương pháp điều chế cho VDSL Trong các hệ thống truyền dẫn để có thể truyền được tín hiệu đi xa và để tăng tốc độ truyền dẫn tín hiệu người ta sử dụng các phương pháp điều chế tín hiệu. Điều chế là một khái niệm dùng để chỉ một phương pháp sử dụng một sóng mang để truyền tín hiệu. Tín hiệu sóng mang có tần số cao và công suất đủ lớn để điều chế tín hiệu. Tín hiệu gốc sẽ làm thay đổi tần số, pha, biên độ hoặc đồng thời các tham số đó. Mỗi kiểu thay đổi các tham số khác nhau sẽ có một loại điều chế riêng. Tín hiệu điều chế có thể là tín hiệu số hay tương tự. Trong hệ thống VDSL, người ta cũng sử dụng các phương pháp điều chế chính đó là QAM, DMT và CAP. 2.3.1.1 Phương pháp điều chế biên độ cầu phương QAM QAM sử dụng sóng hàm sin và sóng hàm cos với cùng tần số tần số cấu thành để chuyển đổi thông tin. Sóng chuyển đồng thời qua một kênh đơn. Và biên độ CO VDSL ADSL (bao gồm tín hiệu và cường độ) của mỗi sóng được sử dụng để truyền thông tin (dưới dạng các bít). Ít nhất một chu kì (và hơn thế) của sóng được gửi để chuyển đổi một tập hợp bít trước khi một tập hợp bít mới được gửi. Điều chế QAM đã dùng trong nhiều năm và cơ sở cho nhiều phát minh modem băng tần thoại. Một ví dụ đơn giản: Hình 2.14 Sơ đồ ví dụ minh hoạ phương pháp điều chế QAM-16 trạng thái Một ví dụ của một hệ thống điều chế QAM cái có thể gửi 4 bit thông tin cho mỗi kí hiệu QAM xuất hiện trong hình 2.14. 4 bít thông tin được phát để ánh xạ tới một trong 16 điểm trên một chòm điểm QAM. Chú ý rằng 4 bít thông tin, 16 điểm cho phép 1 điểm duy nhất cho bất cứ sự kết hợp nào của các bít. x và y cấu thành điểm để các bít mà nó được ánh xạ chỉ rõ biên độ của sóng hàm sin và hàm cos để truyền qua kênh truyền. Tức là giá trị x và y của mỗi điểm tương ứng với biên độ của sóng sin và sóng cos được truyền trên Since magnitude Since magnitude y y                      x            gửi qua kênh và nhận 4 bít vào 4 bít đầu ra Xác định chòm điểm Xác định dạng sóng chiếu xạ lên chòm điểm Tìm điểm gần nhất Cos x Cos x kênh. Máy thu và máy phát cả hai biết được trước phép ánh xạ ánh xạ giữa tổ hợp các bít và một điểm. Sau đó sóng hàm sin và cos được truyền qua kênh, máy thu khôi phục và ước lượng được biên độ của mỗi sóng (thường, sử dụng quá trình cân bằng và xử lí tín hiệu). Biên độ của các tín hiệu này được chiếu lên chùm điểm đồng nhất với chùm điểm phía phát. 1 lần nữa biên độ sóng hàm cos hợp thành x, và cường độ sin hợp thành y. Thường tạp âm và sự méo mó trên kênh và thiết bị điện tử hợp thành trong máy phát và máy thu làm cho các điểm bị chiếu sai lệch so với vị trí của các điểm trên chùm điểm. Tuy nhiên, Máy thu sẽ lựa chọn điểm nào trên chùm điểm có vị trí gần nhất với điểm vừa thu được. Điểm này sau đó được ánh xạ sang 4 bít sử dụng cùng phương pháp ánh xạ sử dụng trong máy phát (nhưng ánh xạ trong hướng ngược nhau ). Nếu quá nhiều tạp âm có mặp ở máy thu, điểm chiếu xạ trên chòm điểm có thể gần điểm sai hơn điểm nhận biết chính xác, cho kết quả lỗi. Ví dụ này thường gọi là 16-QAM vì chòm điểm có 16 điểm. Tuỳ thuộc số bít thông tin trên mỗi kí hiệu. Ví dụ, nếu 2 bít cho mỗi kí hiệu truyền dẫn, một chòm điểm 4 điểm có thể là cần thiết và bộ điều chế có thể được gọi là 4-QAM. Hình 2.15 chỉ ra một chòm điểm 4-QAM che phủ trên một chòm điểm 16-QAM. Năng lượng trung bình của mỗi kí hiệu là gần như nhau . Chú ý rằng khoảng cách giữa các điểm trong chòm điểm 4-QAM (được ghi là d 4 ) là lớn hơn khoảng cách giữa các điểm trong chòm điểm 16-QAM (được ghi là d 16 ). Vì vậy trên cùng 1 kênh nhiễu nhiều hơn tất yếu gây ra lỗi nhiều hơn khi sử dụng 4-QAM hơn là sử dụng 16- QAM nói khác đi, 16- QAM cần SNR lớn hơn 4-QAM.                 d 16 d 4  điểm 16 QAM điểm 4 QAM Hình 2.15 Chòm điểm 4-QAM che phủ lên một chòm điểm 16-QAM Một sơ đồ khối của một bộ điều chế QAM chỉ ra trên hình 2.16. Dòng dữ liệu từ người sử dụng đi vào bộ điều chế. Tại đây dữ liệu được chia thành hai nữa, điều điều chế thành hai phần trực giao với nhau rồi tổ hợp thanh tín hiệu cầu phương và truyền trên kênh truyền dẫn. Nhánh của bộ điều chế cái mà mang biên độ sóng hàm cos thường được gọi là nhánh pha. Biên độ hàm cos được gọi là pha, hay thành phần I. Nhánh của bộ điều chế mà dùng để mang biên độ sóng hàm sin được gọi là nhánh cầu phương. Biên độ hàm sin được gọi là cầu phương, hay thành phần Q. Nhánh Q dạng sóng đầu ra tập hợp các bít đầu vào Tìm giá trị ( x,y) Máy phát sóng hàm cos Máy phát sóng hàm sin Giá trị x Giá trị y Nhánh I Hình 2.16 Sơ đồ khối bộ điều chế QAM  Cơ sở toán học của QAM Tính trực giao giữa 1 sóng hàm sin và hàm cos cho phép chúng ta truyền dữ liệu đồng thời qua một kênh truyền dẫn. Tính toán chu kì đơn của mỗi sóng, nguyên lí trực giao có thể minh hoạ bởi phương trình 2.1.      0 0) 2 cos() 2 sin( dt t t (2.1) Trong phương trình 2.1  là chu kì của sóng hàm sin hay hàm cos. Vì thuôc tính cầu phương, hàm sin và hàm cos đôi khi được gọi là hàm cơ bản. M ột ví dụ củ a bộ giải điều chế QAM chỉ ra trong hình 2.17 và 2.18. Hình 2.17 Cấu trúc logic của một bộ điều chế QAM Lấy dạng sóng đầu vào Tách ra thành sin + cos Tìm biên độ Tìm biên độ Tìm điểm gần nhất phần cos ước lượng x phần sin ước lượng y Máy phát sóng hàm cos Máy phát sóng hàm sin Trộn Trộn Tìm điểm gần nhất dạng sóng nhận B Nhánh I C Nhánh Q D ước lượng x E ước lượng y x x Hình 2.18 Quá trình xử lý tín hiệu của một bộ điều chế QAM Đầu vào của khối này đến từ kênh truyền và đầu ra chiếu xạ lên chòm điểm của bộ nhận. Nếu nó thừa nhận rằng kênh là không bị mất mát và đầu nhận tách pha là hoàn hảo, khi đó nó không khó để viết phương trình cho mỗi điểm trong hình 2.17 và 3.18 cho mỗi kí hiệu i. Trong phương trình 2.2 đưa tín hiệu đầu vào tại điểm A. )sin()cos()( tYtXtV i i A     (2.2) Trong phương trình 2.2, X i là biên độ ( tín hiệu và cường độ ) của sóng hàm cos được mã hoá ở bộ định máy phát, và Y i là biên độ ( tín hiệu và cường độ ) của hàm sin được mã hoá tại bộ máy phát. Sau khi qua những khối nhân ở điểm B và C, tín hiệu có dạng như phương trình 2.3 và 2.4. )cos()sin()cos()( 2 ttYtXtV iiB   (2.3) 2 )sin()sin()cos()( tYttXtV iiC   (2.4) Tín hiệu tại điểm B và C sau đó không phụ thuộc vào qua những khối trộn. Những khối này trộn qua một chu kì đơn và xác lập lại sau mỗi kí hiệu. Những chuyển đổi trong hình 2.17 và 2.18 ví dụ tiêu biểu đầu ra của bộ trộn cuối của mỗi chu kì trộn. Tín hiệu tại điểm D và điểm E vì vậy có thể đựoc viết như phương trình 2.5 và 2.6.    0 )()( dttVtV BD = dtttYtX ii )cos()sin()(cos 0 2     =    0 2 )(cos dttX i + dtttY i    0 )cos()sin( = 2 0 2 ii XX    (2.5) dttVtV cE )()( 0    = dttYttX ii )(sin)sin()cos( 2 0     =       0 0 2 )(sin)sin()cos( dttYdtttX ii (2.6) Chú ý rằng giới hạn sẽ tới 0 trong phương trình 2.5 và phương trình 2.6 được là vì đặc tính cầu phương của hàm sin và hàm cos. Phân tích bày cho rằng những xung băng tần cơ sở trong bộ điều chế thường tạo thành các kí hiệu trước khi nhân bởi các sóng hình sin và cos là các xung đơn giản với biên độ đồng nhất trong suốt toàn bộ chu kì kí hiệu. Nói chung, một bộ lọc cụ thể có thể được sử dụng để tạo thành xung trước hàm trộn. Nếu bộ lọc cụ thể có một đáp ứng của p(t), sau đó tín hiệu được truyền cho kí hiệu i sẽ là dạng được chỉ trong phương trình. [...]... sử dụng một IDFT Hình 2.23 Máy phát VDSL sử dụng cho phương pháp DMT 2.3.1.4 Vấn đề ISI Kênh truyền làm méo tín hiệu truyền đi và làm cho các kí hiệu liên tiếp uyên nhiễu lẫn nhau bằng một hiện tượng gọi là ISI (Intersymbol Interference) Ở máy thu sử dụng một bộ phân đoạn (equalizer) để giảm ISI và vì vậy cải thiện được việc thực hiện của hệ thống trong khi vẫn giứ thiết bị ở mức không quá phức tạp Khả. .. Feedforward Filter Slicer Feedback Filter Hình 2.24 Sơ đồ khối DFE Để giảm bớt sự lan truyền lỗi của DFE, người ta sử dụng một kĩ thuật gọi là precoding Precoding loại trừ được sự lan truyền lỗi nhưng lại đòi hỏi phải thay đổi máy phát dẫn đến tăng công suất phát Precoding cũng loại trừ cả khả năng của một kĩ thuật cho phép DFE tự cấu hình nhanh chóng khi khởi động mà không cần liên hệ với máy phát gọi là... bít ra bởi bộ các bộ giải mã chòm điểm Chú ý rằng ý tưởng sử dụng những tần số khác nhau để truyền thông tin là không duy nhất với DMT Truyền hình và truyền thanh đã sử dụng như là những kĩ thuật Sự khác nhau ở đây là DMT có 1 bộ thu điều chỉnh tới tất cả các kênh ngay lập tức cái khác chỉ điều chỉnh chỉ tới 1 kênh duy nhất Một số tên sử dụng kênh tần số trong DMT là tần số các bin (hay các bin), tín... hai nhánh - một là nhánh pha và một là nhánh cầu phương Xung đáp ứng các bộ lọc số là đôi biến đổi hilbert hay đơn giản, một đôi hilbert Hai chức năng đó cái tạo ra một đôi hilbert là trực giao tới cái khác Nói chung, bất cứ đôi hilbert nào hợp lí có thể được dùng để tạo ra một bộ điều chế CAP; Tuy nhiên, sự bổ sung ngày nay của CAP sử dụng một sóng hình sin và cos với một xung truyền dẫn Đặc biệt,... tập hợp chùm sao được sử dụng cho mã hoá và giải mã là luân phiên nhau về nguồn gốc của mặt phẳng Hình 2.20 Sơ đồ máy phát sử dụng CAP Hình 2.20 đưa ra một sơ đồ máy phát cụ thể dùng cho điều chế CAP 2.3.1.3 Điều chế xung đa tần rời rạc DMT DMT được xây dựng dựa trên cơ sở ý tưởng của QAM Hình dung có hơn 1 bộ mã hoá chòm điểm Mỗi bộ mã hoá thu 1 tập hợp bít mà được mã hoá sử dụng 1 bộ mã hoá chòm điểm... Tín hiệu này tại 1 tần số của Nff Vì định lý Nyquist phát biểu rằng tần số mẫu cho một hệ thống phải bằng 2 lần tần số lớn nhất của hệ thống, khi đó 2Nff được chọn Nếu chúng ta sử dụng biến đổi Fourier rời rạc (DFT) của sk sử dụng 2N điểm trong biến đổi, kết quả như phương trình 2.25 2N nk nk S m   ( X n cos( )  Yn sin( ))e N N 0  j 2km N (2.25) N ( X n  jYn ) N ( X n  jYn ) = 0 cho m = n cho... nhiên Đánh giá 1 cách đơn giản qua 2N điểm đã biến đổi, tín hiệu chỉ có năng lượng tại duy nhất một tần số Giá trị khác 0 tại 2 điểm xuất hiện trong vùng tần số là vì, trong vùng tần số tần số là kết quả sau khi biến đổi 1 quang phổ 2 mặt Tất cả các giá trị thực trong miền thời gian (phù hợp với sk), 2N điểm sẽ biểu lộ sự đối xứng liên hợp phức về trung tâm của các điểm Đây là tương tự để có được thành... (t  i ) sin(t ) (2.7) 2.3.1.2 Điều chế CAP Tương tự như một bộ điều chế QAM, một bộ điều chế biên độ và pha không sóng mang (CAP) sử dụng một chùm điểm để mã hoá các bít tại máy phát và giải mã các bít tại máy thu Giá trị x và y kết quả từ quá trình mã hoá được sử dụng để kích hoạt một bộ lọc số Một bộ điều chế CAP xuất hiện trong hình 2.19 Nhận các bit đầu vào Tìm các giá trị (x,y) Xung giá trị Xi... tạp Khả năng của bộ phân đoạn trong việc phục hồi tín hiệu đã truyền phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kiểu bộ phân đoạn, chiều dài các mạch lọc của nó Nhìn chung, các bộ phân đoạn phi tuyến thực hiện tốt hơn các bộ phân đoạn tuyến tính và các mạch lọc dài thực hiện tốt hơn các mạch lọc ngắn Bộ phân đoạn tốt nhất là bộ phân đoạn hồi tiếp quyết định (DFE), là một loại mạch phân đoạn phi tuyến sử dụng 2... 2.19 Cho rằng bộ điều chế này sử dụng phương pháp mã hoá cùng chòm sao, cùng cỡ chòm sao, cùng tốc độ kí hiệu như điều chế QAM trên đây Tín hiệu tại mỗi điểm có thể được viết như phương trình 2.8 và 2.9 V A (t )  X i (i ) (2.8) VB (t )  Yi (i ) (2.9) Chú ý rằng cả hai lượng là các xung đa tần đơn giản, cái sẽ kích hoạt bộ lọc số trong bộ điều chế Đưa ra xung đáp ứng lại các bộ lọc trong bộ điều . Đề tài: KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VDSL CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ VDSL Công suất cực đại được ETSI và ANSI cho phép đều là 11,5 dBm. Tuy nhiên, ETSI và ANSS lại khác nhau trong cách năng lượng. trình 2. 23. )cos()cos( 0 tmtn ff    = dttmntmn ff ))sin( 2 1 )cos(( 2 1 0     = [      0 ] ) (2 ))sin(( ) (2 ))sin(( mn tmn mn tmn f f f f      = ) (2 ) 2 )sin(( ) (2 ) 2 )sin(( mn tmn mn tmn ff            . tích tiếp công thức 2. 19 cho phương trình 2. 22. Chú ý rằng nếu n = m, khi đó chu kì thứ nhất sẽ hội tụ về 1/2T, khi đó nó tiếp theo như phương trình 2. 5. Quan hệ trong phương trình 2. 20 và phương