Khả năng ứng dụng của công nghệ VDSL trong mạng truy nhập

Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và viễn thông nên nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng tăng. Ở nước ta bên cạnh các dịch vụ truyền thống, các dịch vụ phi thoại khác đã không ngừng được đưa vào sử dụng. Với khả năng hiện có của mạng viễn thông và mạng truy nhập Việt Nam hiện nay việc đáp ứng được tất cả các nhu cầu của khách hàng là một vấn đề. Các công nghệ xDSL trước đây đã cung cấp được phần nào các nhu cầu của khách hàng. Tuy nhiên, với nhu cầu ngày càng tăng về khả năng cung cấp dịch vụ và cả tốc độ đường truyền dẫn, nhất là khi người dùng không còn thỏa mãn với tốc độ hiện nay của công nghệ ADSL, họ đòi hỏi tốc độ của dịch vụ cao hơn nữa. Khi đó công nghệ VDSL sẽ phù hợp cho việc cung cấp các dịch vụ băng rộng tốc độ cao tới khách hàng. VDSL là dịch vụ cho phép khách hàng có thể vừa truy nhập Internet, vừa gọi điện thoại và fax. Đây là công nghệ có tốc truyền dẫn lớn nhất trong họ công nghệ xDSL. Hiện nay, đã bắt đầu được thử nghiệm tại Việt Nam. Tuy nhiên đây là một công nghệ mới nên phải tiếp tục nghiên cứu với mong muốn để tìm hiểu sâu hơn về công nghệ này nhất là về khả năng ứng dụng, việc áp dụng vào thực tế và đặc tính của kĩ thuật của nó. Để có thể lựa chọn được phương pháp tối ưu nhất để ứng dụng vào cho mạng Việt Nam. Vì vậy em chọn đề tài “Công nghệ VDSL và khả năng ứng dụng”. Đồ án tốt nghiệp “Công nghệ VDSL” được chia làm ba chương gồm: Chương 1: Tổng quan về mạng viễn thông và mạng truy nhập. Trình bày một cách tổng quát về xu hướng phát triển của mạng viễn thông trong thời gian tới và sự phát triển các công nghệ truy nhập băng rộng. Chương 2: Công nghệ VDSL. Tìm hiểu các đặc điểm, đặc tính của kĩ thuật VDSL. Chương 3: Khả năng ứng dụng của công nghệ VDSL trong mạng truy nhập. Nêu ra các vấn đề còn tồn tại trong việc phát triển công nghệ VDSL, và ứng dụng của VDSL trong mạng quang thụ động. i Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô trong Học Viện và khoa Viễn Thông đã dìu dắt em trong suốt quá trình học tập để em có được những kiến thức quí báu ngày hôm nay. Đặc biệt trong thời gian làm đồ án em đã nhận được sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của Th.S Nguyễn Việt Hùng. Do hạn chế về mặt thời gian cũng như trình độ của bản thân nên trong đồ án này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô và các bạn để đồ án này được hoàn thiện hơn. ii Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 iii Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i MỤC LỤC iv DANH SÁCH SÁCH CÁC HÌNH VẼ vi DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU viii CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ix CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG VIỄN THÔNG VÀ MẠNG TRUY NHẬP 12 1.1 Xu hướng phát triển mạng viễn thông hiện nay 12 1.1.1 Xu hướng phát triển ở Việt Nam 12 1.1.2 Xu hướng phát triển trên thế giới 13 1.2 Tổng quan về mạng truy nhập 14 1.2.1 Giới thiệu chung 14 1.2.2 Các công nghệ truy nhập băng rộng 20 1.2.2.1 Modem cáp 20 1.2.2.2 Công nghệ truy nhập sử dụng cáp sợi quang 21 1.2.2.3 Công nghệ truy nhập vô tuyến 21 1.2.2.4 Công nghệ xDSL 22 CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ VDSL 18 2.1 Giới thiệu công nghệ VDSL 18 2.2 Nhiễu 20 2.2.1 Tạp âm trắng 20 2.2.2 Xuyên âm 20 2.2.3 Nhiễu tần số vô tuyến 23 2.2.4 Sóng vô tuyến băng rộng điều biên 26 2.2.5 Sự thâm nhập của nhiễu radio amateur 27 2.2.6 Nhiễu xung 28 2.3 Đặc tính của kĩ thuật VDSL 28 2.3.1 Các phương pháp điều chế cho VDSL 35 2.3.1.1 Phương pháp điều chế biên độ cầu phương QAM 35 2.3.1.2 Điều chế CAP 40 2.3.1.3 Điều chế xung đa tần rời rạc DMT 43 2.3.1.4 Vấn đề ISI 49 2.3.1.5 Ưu nhược điểm của các phương pháp điều chế 50 2.3.2 Phương pháp truyền dẫn song công 52 2.3.3 Ưu nhược điểm của các phương pháp truyền dẫn song công 64 iv Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 2.4 Mô hình tham chiếu của VDSL 65 2.5 Mô hình chuẩn của VDSL 68 2.5.1 Mô hình giao diện 68 2.5.2 Mô hình giao thức 69 2.5.2.1 Mô hình tầng giao thức 69 2.5.2.2 Phân tích chức năng 69 2.5.3 Những điểm tham chiếu 70 2.6 Thiết kế mạng VDSL 70 2.6.1 Mô hình chi phí 70 2.6.2 Phân tích thành phần chi phí 71 2.6.2.1 Thiết bị cáp 71 2.6.2.2 Địa điểm ONU 73 2.6.2.3 Thiết bị ONU 73 2.6.2.4 Các modem VDSL 74 2.6.3 Sự đánh giá gần đúng cho chi phí 74 2.6.3.1 Các thiết bị cáp 74 2.6.3.2 Địa điểm ONU 75 2.6.3.3 Thiết bị ONU 76 2.6.3.4 Các modem VDSL 77 2.6.4 So sánh các chi phí của các Topology 78 2.6.4.1 Tổng chi phí 78 2.6.4.2 Chi phí mỗi thuê bao VDSL 79 2.6.4.3 Chi phí dung lượng 81 CHƯƠNG III KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ VDSL TRONG MẠNG TRUY NHẬP 76 3.1 Các vấn đề còn tồn tại trong việc phát triển kỷ thuật VDSL 76 3.2. Triển khai VDSL tại Việt Nam 77 3.3 Các kiến trúc mạng truy nhập sử dụng cáp quang 79 3.3.1 Mạng quang thụ động 80 3.3.2 ATM PON 82 3.3.3 Hệ thống truy nhập quang băng rộng dựa trên mạng quang thụ động 83 3.4 Nâng cấp Mạng VDSL lên hệ thống APON 85 86 KẾT LUẬN 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 v Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 DANH SÁCH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Tổng quan mạng truy nhập 15 Hình 1.2 Sự ra đời của các dòng thiết bị truy nhập 17 Hình 1.3 Thiết bị DLC thế hệ 3 18 Hình 1.4 Thiết bị truy nhập IP cho thế hệ sau 19 Hình 1.5 Tỉ phần băng rộng của các vùng trên thế giới (30-6-2005) 25 Hình 1.6 Tỉ phần các vùng sử dụng DSL (Ngày 30-06-2005) 27 Hình 2.1 Khả năng cung cấp dịch vụ của kĩ thuật VDSL 19 Hình 2.2 So sánh công nghệ VDSL với công nghệ ADSL 19 Hình 2.3 Viễn cảnh nhiễu với VDSL và công nghệ DSL khác trong bộ trộn CO. 21 Hình 2.4 Viễn cảnh nhiễu với VDSL và công nghệ DSL khác trong bộ trộn khách hàng 21 Hình 2.5 RFI ingress trong VDSL bởi vì một vị trí máy phát 23 Hình 2.6 Phương pháp giảm igress mà sử dụng một tín hiệu theo chiều dọc 25 Hình 2.7 Mạch khử RFI ingress 25 Hình 2.8 Ví dụ RFI egress 26 Hình 2.9 Đáp ứng tần số của một tín hiệu chứa nhiễu AWGN 29 Hình 2.10 SNR của tín hiệu và hệ thống 29 Hình 2.11 Ví dụ về NEXT 31 Hình 2.12 SNR ở máy thu khi đưa tín hiệu vào mạch vòng và bị nhiễu tác động.32 Hình 2.13 Ảnh hưởng lẫn nhau giữa ADSL và VDSL trong cấu hình FTTEx 34 Hình 2.14 Sơ đồ ví dụ minh hoạ phương pháp điều chế QAM-16 trạng thái 36 Hình 2.15 Chòm điểm 4-QAM che phủ lên một chòm điểm 16-QAM 37 Hình 2.16 Sơ đồ khối bộ điều chế QAM 38 Hình 2.17 Cấu trúc logic của một bộ điều chế QAM 38 Hình 2.18 Quá trình xử lý tín hiệu của một bộ điều chế QAM 39 Hình 2.19 Bộ điều chế CAP 41 Hình 2.20 Sơ đồ máy phát sử dụng CAP 43 Hình 2.21 Nguyên lí một bộ điều chế DMT 44 Hình 2.22 Điều chế DMT sử dụng một IDFT 48 Hình 2.23 Máy phát VDSL sử dụng cho phương pháp DMT 49 Hình 2.24 Sơ đồ khối DFE 50 Hình 2.25 Mối quan hệ giữa các trạng thái QAM và SNR, BER 52 Hình 2.26 Sơ đồ thu phát theo FDD 53 vi Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Hình 2.27 Vị trí điển hình của các kênh chiều lên và chiều xuống trong FDD 54 Hình 2.28 Dải thông dùng cho cả hai chiều truyền dẫn chiều xuống và chiều lên trong các hệ thống song công phân chia thời gian 55 Hình 2.29 Siêu khung của phương pháp TDD cho phép hỗ trợ các tỷ số tốc độ dữ liệu chiều xuống so với chiều lên khác nhau 56 Hình 2.30 NEXT khi trộn lẫn các hệ thống FDD đối xứng và bất đối xứng 57 Hình 2.31 NEXT xảy ra khi trộn lẫn các siêu khung TDD đối xứng và bất đối xứng 58 Hình 2.32 Tầm cực đại trung bình của các hệ thống song công VDSL phân thời đối xứng 63 Hình 2.33 Tầm cực đại trung bình của các hệ thống song công VDSL phân thời bất đối xứng 8:1 64 Hình 2.34 Cấu trúc mạng VDSL 66 Hình 2.35 Kiến trúc FTTEx 66 Hình 2.36 Kiến trúc FTTC 67 Hình 2.37 Cấu hình VDSL có Hub thụ động 67 Hình 2.38 Cấu hình VDSL có Hub tích cực 68 Hình 2.39 Mô hình tham chiếu giao diện 68 Hình 2.40 Mô hình các lớp giao thức VDSL 69 Hình 2.41 Phân tích chức năng 70 Hình 2.42 Tổng chi phí của topology với các tỉ lệ đo được khác nhau cho trường hợp ban đầu (a) và trường hợp thực tế (b) 79 Hình 2.43 Chi phí cho mỗi thuê bao VDSL với các tỉ lệ đo được khác nhau trong trường hợp ban đầu (a) và trong thực tế (b) 81 Hình 2.44 Chi phí của dung lượng với các tỉ lệ đo được VDSL khác nhau trong trường hợp ban đầu và trong thực tế 83 Hình 3.1 Các kiểu trúc mạng truy nhập sử dụng cáp quang FTTx 80 Hình 3.2 Mạng quang thụ động PON 81 Hình 3.3 Theo cấu hình tham chiếu của ITU (G.982) 84 vii Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tổng số thuê bao băng rộng và DSL các vùng trên thế giới 24 Bảng 1.2 Tổng số thuê bao băng rộng của một số quốc gia đứng đầu 25 Bảng 1.3 Tỉ lệ thâm nhập băng rộng của một số quốc gia đứng đầu 27 Bảng 1.4 Các quốc gia có số thuê bao DSL lớn hơn 1 triệu 28 Bảng 1.5 12 Quốc gia với hơn một triệu thuê bao đạt được quá 14% sự thâm nhập đường dây điện thoại 28 Bảng 1.6 Các công nghệ xDSL 30 Bảng 1.7 Các ứng dụng và độ đáp ứng yêu cầu của công nghệ DSL 33 Bảng 2.1 Tốc độ khoảng cách các loại VDSL 19 Bảng 2.2 Các băng tần radio amateur 27 Bảng 2.3 Tốc độ modem VDSL theo ETSI 30 Bảng 2.4 Tốc độ modem VDSL theo ANSI 30 Bảng 2.5 Dải tần vô tuyến nghiệp dư được ETSI thừa nhận 32 Bảng 2.6 Dải tần vô tuyến nghiệp dư được ANSI thừa nhận 32 Bảng 2.7 SNR của các hệ thống thoả mãn BER<10-7 51 Bảng 2.8 Đánh giá chi phí gần đúng của sợi cáp 75 Bảng 2.9 Đánh giá chi phí gần đúng của địa điểm ONU 75 Bảng 2.10 Cỡ ONU cần thiết trong mô hình AN thực tế với các tỉ lệ đo được khác nhau 76 Bảng 2.11 Đánh giá giá trị gần đúng cho thiết bị ONU 77 Bảng 2.12 Đánh giá chi phí gần đúng cho modem VDSL 77 viii Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tên tiếng Anh Nghĩa tiếng việt ADC Analog-to-Digital Converter Biến đổi số tương tự ADSL Asymmetric Digital Subcriber Line Đường dây thuê bao số bất đối xứng ANSI American National Standards Institute Viện Quốc Gia Mỹ APON ATM Passive Optical Network Mạng quang thụ động truyền dẫn không đồng bộ ATM Asynchronuos Transfer Mode Phương thức truyền dẫn không đồng bộ ATP Access Termination Point Điểm tham chiếu đầu cuối truy nhập AWGN Additive White Gauussian Noise Nhiễu Gauss trắng cộng BER Bit Error Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu B-ISDN B-Inergrated Service Digital Network Mạng số các dịch vụ tích hợp băng rộng B-RAS BroadBand Remote Access Server Máy chủ truy nhập băng rộng từ xa CAP Carrierless Amplitude and Phase modulation Điều chế biên độ pha không sóng mang CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CO Central Office Trung tâm chuyển mạch CPE Customer Premises Equipment Thiết bị truyền thông cá nhân DFE Decision Feedback Equalization Phân đoạn hồi tiếp quyết định DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc DMT Discrete Multiple Tone Modulation Điều chế đa tần rời rạc DSLAM DSL Access Module Khối truy nhập DSL ETSI European Technical Standards Institute Viện Chuẩn kĩ thuật Châu Âu Ex Exchange Tổng đài FDD Frequency Division Duplexing Song công phân chia theo tần số FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước ix Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 FEXT Far-End Crosstalk Xuyên âm đầu xa FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh FSAN Full Service Access Network Tổ chức điều hành mạng truy nhập dịch vu đầy đủ FTTC/B Fiber To The Curb/Building Cáp quang tới khu vực/cao ốc FTTCab Fiber To The Cabinet Cáp quang đến tủ phân phối FTTEx Fiber To The Exchage Cáp quang tới tổng đài FTTH Fiber To The Home Cáp quang tới nhà GMS Global System for Mobile communication Hệ thống truyền thông di động toàn cầu HFC Hybrid Fiber Coaxial Mạng lai cáp quang cáp đồng trục IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Biến đổi ngược Fourier rời rạc IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi fourier ngược nhanh IP Internet Protocol Giao thức Internet ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số đa dịch vụ LMDS Phân phối dịch vụ nội hạt LPF Low Pass Filter Bộ lọc thông thấp MMDS Phân phối dịch vụ đa kênh đa điểm MPLS Multi Protocol Label Switching Giao thức chuyển mạch nhãn đơn giản NEXT Near-End Crosstalk Xuyên âm đầu gần NGN Next Generation Network Mạng kế tiếp NTE Network Termination Equipment Thiết bị đầu cuối mạng OLT Optical Line Terminal Đầu cuối đường dây quang ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang PLOAM Physical Layer Operation and Management Quản lí và hoạt động của tầng vật lí PMD Physical Medium Dependent Môi trường vật lí phụ thuộc PMS Physical Medium Specific Đặc tính môi trường vật lí PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động POTS Plain Old Teliphone Service Dịch vụ truyền thống x [...]... cạnh công nghệ, mạng truy nhập có một số công nghệ chính như sau:  Công nghệ sử dụng ISDN và B-ISDN  Công nghệ sử dụng modem băng tần thoại  Công nghệ truy xuất T1/E1sử dụng cáp thuê bao nội hạt  Công nghệ sử dụng modem cáp  Công nghệ phân phối dịch vụ đa điểm đa kênh (MMDS)  Công nghệ phân phối dịch vụ nội hạt (LMDS)  Công nghệ sử dụng qua vệ tinh  Công nghệ truy nhập xDSL Mạng truy nhập ngày... truy nhập b Các công nghệ truy nhập xDSL hiện nay xDSL là một họ công nghệ đường dây thuê bao số gồm nhiều công nghệ có tốc độ, khoảng cách truy n dẫn khác nhau nên được ứng dụng vào các dịch vụ khác nhau Bảng dưới đây sẽ liệt kê các loại công nghệ và tính chất của từng loại Theo hướng ứng dụng của các công nghệ thì có thể phân thành 3 nhóm chính như sau :  Công nghệ HDSL truy n dẫn hai chiều đối xứng... lượng và hiệu năng của mạng truy nhập ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng cung cấp dịch vụ của toàn bộ mạng Viễn Thông Hình 1.1 Tổng quan mạng truy nhập Nhìn từ khía cạnh môi trường truy n dẫn, mạng truy nhập có thể chia thành hai loại lớn: có dây và không dây:  Mạng có dây có thể là mạng cáp đồng, cáp quang, cáp đồng trục hay mạng cáp lai ghép  Mạng không dây bao gồm mạng vô tuyến cố định và mạng di động... này cũng là một trong những yếu tố thúc đẩy xDSL phát triển vì xDSL hoàn toàn có thể cung cấp các giải pháp truy nhập cho các dịch vụ tốc độ cao từ các khối ONU của cấu trúc mạng truy nhập nói trên Như vậy, công nghệ xDSL là giải pháp trung gian hữu hiệu để cung cấp dịch vụ tới khách hàng trước khi có thể quang hoá mạng truy nhập 1.2.2.3 Công nghệ truy nhập vô tuyến Công nghệ truy nhập vô tuyến có... tụ truy n dẫn Đa truy nhập phân chia theo mã Thiết bị đầu cuối Giao diện người dùng mạng Khối truy n dẫn VDSL Khối truy n dẫn VDSL phía tổng đài Khối truy n dẫn VDSL phía thuê bao xa Ghép kênh đa bước sóng Họ công nghệ DSL xi Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương I Tổng quan về mạng viễn thông và mạng truy nhập CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG VIỄN THÔNG VÀ MẠNG TRUY NHẬP 1.1 Xu hướng phát triển mạng viễn thông... tạp, nó là mạng phối hợp của nhiều môi trường truy n dẫn và công nghệ truy nhập khác nhau để phục vụ cho nhiều loại khách hàng với nhu cầu khác nhau trong một khu vực rộng lớn và không đồng nhất.Môi trường truy n dẫn chính trong mạng truy nhập hiện nay là cáp đồng (Chiếm khoảng 94% toàn bộ môi trường mạng) , việc tận dụng cơ sở hạ tầng rất lớn này là rất cần thiết và có lợi mà công nghệ truy nhập đường... IDSL  Công nghệ ADSL truy n dẫn hai chiều không đối xứng gồm ADSL/ADSL Lite (G.Lite) đã được chuẩn hoá và các công nghệ khác như CDSL, Etherloop,  Công nghệ VDSL cung cấp cả dịch vụ truy n dẫn đối xứng và không đối xứng Bảng 1.6 Các công nghệ xDSL Tên Tốc độ Khoảng cách truy n dẫn IDSL 144 Kb/s đối xứng HDSL 1,544Mb/s đối xứng 2,048Mb/s đối xứng 3,6 km – 4,5 km 2 đôi 3 đôi HDSL2 1,544Mb/s đối xứng 2,048... quan về mạng viễn thông và mạng truy nhập 1.2.2.2 Công nghệ truy nhập sử dụng cáp sợi quang Cáp quang có nhiều ưu điểm mạnh hơn so với cáp đồng như sợi cáp quang cho phép truy n tín hiệu có cự ly xa hơn, khả năng chống nhiễu và xuyên âm tốt, băng tần truy n dẫn rất lớn đảm bảo cho việc cung cấp các dịch vụ băng rộng tới khách hàng… Mạng cáp quang chính là đích cuối cùng của các nhà quản lý mạng Viễn... Tổng quan về mạng viễn thông và mạng truy nhập  Thiết bị sử dụng cho công nghệ xDSL là một trong những giải pháp hiệu quả 1.2.2 Các công nghệ truy nhập băng rộng 1.2.2.1 Modem cáp Là thiết bị cho phép truy xuất thông tin tốc độ cao đến các server từ xa như Internet server hay VoD server qua mạng truy n hình cáp (Cáp đồng trục) với tốc độ thay đổi phụ thuộc vào hệ thống modem cáp, kiến trúc mạng cáp đồng... ứng được một số yêu cầu về việc cung cấp dịch vụ hiện tại, đồng thời nó được hỗ trợ bởi sự phát triển của các công nghệ xử lý tín hiệu số  Nhu cầu về việc truy n các tín hiệu số như số liệu, Internet tốc độ cao cần dải tần cao hơn dải tần của tín hiệu thoại thông thường, ví dụ: Bảng 1.7 Các ứng dụng và độ đáp ứng yêu cầu của công nghệ DSL STT ứng dụng 1 2 3 4 5 6 7 8 Thoại Truy n hình độ nét cao Truy n