Tiểu luận môn thông tin số Công nghệ DSL

Tiểu luận môn thông tin số Công nghệ DSL Định nghĩa khái niệm ban đầu của xDSL xuất hiện từ năm 1989, từ J.W Lechleider và các kỹ sư thuộc hãng Ballcore. Sự phát triển xDSL bắt đầu ở Đại học Standford và phòng thí nghiệm ATT Bell Lab năm 1990. Vào 101998 ITU thông qua bộ tiêu chuẩn xDSL theo khuyến nghị G9221.1 gần giống với khuyến nghị ANSI T1.413.

Công nghệ DSL Lê Vũ Thắng, Nguyễn Văn Tùng – Lớp K15Đ2 MỤC LỤC 1. Lịch sử của xDSL 3 5 2. Các kĩ thuật điều chế sử dụng trong công nghệ ADSL 5 2.1 Điều chế pha và biên độ không sóng mang – CAP (Carrierless Amplitude & Phase) 5 2.2 Điều chế đa tần rời rạc DMT (Discrette MultipTone Modulation) 8 3. So sánh giữa DMT và CAP 11 Tiểu luận môn Thông tin số II 2 Công nghệ DSL Lê Vũ Thắng, Nguyễn Văn Tùng – Lớp K15Đ2 1. Lịch sử của xDSL Định nghĩa khái niệm ban đầu của xDSL xuất hiện từ năm 1989, từ J.W Lechleider và các kỹ sư thuộc hãng Ballcore. Sự phát triển xDSL bắt đầu ở Đại học Standford và phòng thí nghiệm AT&T Bell Lab năm 1990. Vào 10/1998 ITU thông qua bộ tiêu chuẩn xDSL theo khuyến nghị G9221.1 gần giống với khuyến nghị ANSI T1.413. DSL (Digital Subscriber Line) là công nghệ chuyển tải thông tin băng thông rộng đến nhà khách hàng hay đến doanh nghiệp nhỏ thông qua đường dây cáp đồng có sẳn của mạng điện thoại nội hạt. Vì vậy DSL không phải là mạng chuyển mạch giống như PSTN hay ATM mà DSL chính là mạng truy nhập (Access Network). Trong DSL thường được viết xDSL là một họ hay một nhóm công nghệ và tiêu chuẩn DSL dùng để truyền dữ liệu tốc độ cao trên đôi cáp xoắn. “ x ” có thể là viết tắt của: H, SH, I, V, A hay RA tuỳ thuộc vào loại dịch vụ sử dụng DSL. Công nghệ xDSL ngày xưa chỉ là hệ thống số dùng để thay thế công nghệ truyền số ISDN đã có. Ngày nay hệ thống xDSL cho phép truyền cả số và tương tự trên cùng một đôi cáp xoắn với tốc độ cao hơn rất nhiều. Mặc dù đã được chuẩn hóa nhưng có nhiều hệ thống xDSL phát triển theo các hướng riêng. Kết quả là một số thiêt bị xDSL khác nhau thì không đồng bộ nhau Tiểu luận môn Thông tin số II 3 Công nghệ DSL Lê Vũ Thắng, Nguyễn Văn Tùng – Lớp K15Đ2 Hình 1.1 Tổng quan hệ thống mạng Hệ thống xDSL đầu tiên là HDSL (High speed Digital Subscriber Line). Hệ thống HDSL truyền tốc độ cao (T1/E1) với khoảng cách xa mà không cần dùng trạm lặp (repeater). Hệ thống HDSL này sử dụng 2 hoặc 3 đôi cáp truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 2Mbps (1.5Mbps). Sau đó công nghệ điều chế mới hiệu quả hơn dùng ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) cho phép hệ thống tăng tốc độ truyền dữ liệu từ trung tâm (cung cấp dịch vụ) đến nhà khách hàng lên đến 6Mbps (một số hệ thống ADSL cho tốc độ đến 8Mbps). Hệ thống ADSL được phát triển thành RADSL và G.Lite là loại ADSL có tốc độ thấp hơn. Để nâng cao hiệu quả của các thiết bị sử dụng ISDN thì một công nghệ DSL ra đời tương ứng với ISDN gọi là IDSL. Trong kiểu truyền đối xứng dùng trong DSL có G.shdsl (Single pair HDSL) cho phép truyền với nhiều tốc độ khác nhau. VDSL truyền đối xứng đến tốc độ 26Mbps trên một khoản cách ngắn. VDSL cũng có thể truyền không đối xứng với tốc độ tối đa 52Mbps. Tiểu luận môn Thông tin số II 4 Công nghệ DSL Lê Vũ Thắng, Nguyễn Văn Tùng – Lớp K15Đ2 Hình 1.2 : Qúa trình phát triển xDSL 2. Các kĩ thuật điều chế sử dụng trong công nghệ ADSL 2.1 Điều chế pha và biên độ không sóng mang – CAP (Carrierless Amplitude & Phase) Tương tự như điều chế QAM , điều chế biên pha không sóng mạng CAP dùng một tập điểm vector điều chế constellation để mã hoá các bit ở bộ phát và giả mã các bit ở đầu thu . Kết quả hai giá trị X , Y từ xử lý mã hoá được dùng để kích bộ lọc số. Hình 2-1 trình bày sơ đồ bộ điều chế CAP. Hình 2-1 Sơ đồ điều chế CAP Tiểu luận môn Thông tin số II 5 Công nghệ DSL Lê Vũ Thắng, Nguyễn Văn Tùng – Lớp K15Đ2 Hình 2-1 bis : Sơ đồ bộ điều chế CAP Bộ điều chế có 2 nhánh , một nhánh PHA và một nhánh CẦU PHƯƠNG. Các đáp ứng xung của bộ lọc số là Hilpert transform pairs hay đơn giản là Hilpert pair. Hai hàm (sóng) hình thành của bộ Hilpert pair có tính trực giao với những hàm (sóng) khác. Nói chung, bất kỳ giá trị của Hilpert pair đều có thể đựơc dùng để tạo điều chế CAP. Tuy nhiên, việc triển khai CAP ngày nay dùng một sóng Cosine và sóng sine tạo xung phát. Điều chế CAP được thực hiện với bộ lọc số thay vì dùng bộ nhân phase và cầu phương . So sánh bộ điều chế CAP và QAM , xem xét điện thế ở các điểm khác nhau như hình 2-1, cả hai phương thức cùng giống tập điểm điều chế constellation, cùng tốc độ symbol như QAM . Tín hiệu mỗi điểm có thể được viết như phương trình 2-1 và 2-2 . Phương trình 2-1 Phương trình 2-2 Chú ý rằng cả hai số lượng đầu vào là các xung rời rạc, nó sẽ kích các bộ lọc số trong bộ điều chế. Xem xét đáp ứng xung của các bộ lọc trong bộ điều chế, đầu ra hai bộ lọc phụ thuộc đầu vào và được chỉ ra như phương trình 2-3 và 2-4. Phương trình 2-3 Phương trình 2-4 Tiểu luận môn Thông tin số II 6 Công nghệ DSL Lê Vũ Thắng, Nguyễn Văn Tùng – Lớp K15Đ2 Đầu ra của bộ điều chế tạo một symbol thứ i như phương trình 2-5 Phương trình 2.5 So sánh phương trình 2-5 và đầu ra của bộ điều chế QAM ở đầu ra như phương trình 1-1bis; so sánh với QAM tương ứng nếu phương trình 2-6 và 2-7 có nghĩa Phương trình 2-6: Phương trình 2-7 : Nếu hệ thống được thiết kế đầy đủ với ωτ = 2π , thì phương trình 2-6 và 2-7 có thể viết lại như phương trình 2-8 và 2-9. Phương trình 2-8: Phương trình 2-9: Tiểu luận môn Thông tin số II 7 Công nghệ DSL Lê Vũ Thắng, Nguyễn Văn Tùng – Lớp K15Đ2 Cả hai phương trình này đều hợp lý vì i là một số nguyên. Thời gian đáp ứng xung của các bộ lọc không phụ thuộc i và nó trở thành phương trình 2-10 và 2-11. Phương trình 2-10 Phương trình 2-11 Các kết quả này rất quan trọng vì nó chỉ ra rằng mối quan hệ phù hợp tốc độ symbol và tần số trung tâm của hệ thống CAP và QAM cho phép nhận dạng sóng trong miền thời gian . Trong quan hệ ω và T – giả sử rằng đó là sự bắt chéo giữa hai hệ thống CAP và QAM – nó chỉ ra rằng hai thống điều chế khác nhau bởi sự biến đổi xoay tròn. Các dạng sóng sẽ được nhận dạng trong tập điểm constellation điều chế và giải điều chế nguyên gốc. 2.2 Điều chế đa tần rời rạc DMT (Discrette MultipTone Modulation) DMT được đánh giá thực hiện tốt hơn CAP và QAM. AMT được ANSI chấp nhận vào năm 1993 và được đưa vào tiêu chuẩn ANSI T1.413 vào năm 1995, sau đó DMT được ITU-T đưa vào tiêu chuẩn G.992.1 vào 6/1999. Các modem ADSL dựa trên DMT có thể được coi là nhiều mini-modem hoạt động đồng thời. DMT sử dụng nhiều sóng mang có thể tạo ra các kênh con, mỗi kênh con mang một phần nhỏ của tổng lượng thông tin. Thường thì DMT chia dải tần 0 ÷ 1,104 MHz thành 256 kênh con (gọi là bin), mỗi kênh có độ rộng băng là 4,1325 KHz. Các kênh con được điều chế độc lập với mỗi tần số sóng mang tương ứng với tần số trung tâm của kênh con và được xử lý song song. Mỗi kênh con được điều chế sử dụng QAM và có thể mang từ 0 tới tối đa 15 bits/symbol/Hz. Trong 256 kênh con thì có 26 kênh dùng cho hướng lên, 250 Tiểu luận môn Thông tin số II 8 Công nghệ DSL Lê Vũ Thắng, Nguyễn Văn Tùng – Lớp K15Đ2 kênh dùng cho hướng xuống nếu có sử dụng phương pháp triệt tiếng vọng EC hoặc 223 kênh dành cho hướng xuống nếu không sử dụng phương pháp EC, các kênh 1-6 và kênh 32 để trống. DMT được minh họa như trong hình 3.7. Tốc độ luồng lên tối đa theo lý thuyết là 26 x 15 bits/symbol/Hz x 4 KHz = 1,56 Mb/s, tốc độ luồng xuống tối đa theo lý thuyết là 250 x15 bits/symbol/Hz x 4 KHz = 15 Mb/s. Số lượng bit thực tế được mang trên mỗi kênh con phụ thuộc vào đặc tính đường truyền. Những kênh con nào đó có thể không được sử dụng do nhiễu bên ngoài. Ví dụ, một trạm vô tuyến AM gây ra can nhiễu tần số vô tuyến trong một kênh con nào đó có thể làm cho kênh con đó không sử dụng được. Hình 3.8 là sơ đồ khối một máy phát DMT. Tiểu luận môn Thông tin số II 9 Công nghệ DSL Lê Vũ Thắng, Nguyễn Văn Tùng – Lớp K15Đ2 DMT đem lại một số ưu điểm bao gồm: truyền được tốc độ bit tối đa trong các khoảng băng tần nhỏ, linh hoạt trong việc tối ưu tốc độ đường truyền nhờ vào thay đổi số bit trong một kênh con dựa vào tỉ số S/N (xem ví dụ hình 3.9), khả năng chống nhiễu từ các tần số vô tuyến và tránh nhiễu xung rất tốt. DMT khắc phục được ISI bằng cách giải mã độc lập các ký hiệu trong các sóng mang phụ. Tuy nhiên do sử dụng nhiều sóng mang nên thiết bị sử dụng DMT rất đắt và phức tạp. Tiểu luận môn Thông tin số II 10 Công nghệ DSL Lê Vũ Thắng, Nguyễn Văn Tùng – Lớp K15Đ2 3. So sánh giữa DMT và CAP DMT và CAP đều là những mã đường truyền hoạt động có hiệu quả trong dải tần số cao phía trên băng tần thoại. Tuy nhiên chúng có những nguyên lý làm việc khác nhau nên một bộ thu phát áp dụng kỹ thuật DMT không thể hoạt động cùng với một bộ thu phát ứng dụng kỹ thuật CAP. CAP là kỹ thuật điều chế ở những thế hệ đầu tiên của ADSL và không được chuẩn hoá. Trong khi đó, ngày nay DMT đã được chấp nhận là một chuẩn quốc tế cho truyền dẫn ADSL và VDSL. Sở dĩ DMT được lựa chọn là do có một số ưu điểm sau: - Khả năng tương thích: Modem DMT có khả năng tương thích giữa các nhà sản xuất khác nhau. Trong khi đó CAP không đáp ứng được yêu cầu này do nó là công nghệ được cung cấp từ một nguồn duy nhất là Hãng Globenspan Semiconductor (trước đây thuộc AT&T). - Tăng chất lượng và hiệu suất truyền dẫn: DMT làm tăng hiệu suất của modem vì các kênh con độc lập với nhau có thể được điều khiển riêng rẽ sau khi xem xét điều kiện đường truyền. DMT đo tỉ số SNR của mỗi kênh truyền, để từ đó phân phối số lượng bit cho từng kênh sao cho dung lượng kênh đạt được hiệu quả lớn nhất. Thông thường các kênh tần số thấp có thể mang nhiều bit hơn vì chúng bị suy giảm ít hơn so với các kênh tần số cao. Kết quả là dung lượng toàn bộ các kênh có thể tăng lên nhiều lần thậm chí trong những điều kiện đường truyền rất xấu. - Khả năng chống nhiễu tốt: Ngoài ảnh hưởng của tạp âm nhiệt, kênh thoại còn chịu ảnh hưởng của tạp âm xung và nhiễu sóng vô tuyến. Tạp âm xung trải rộng theo tần số nhưng tồn tại trong khoảng thời gian ngắn nên thường được xem là tạp âm miền thời gian. Do vậy, chỉ gây ảnh hưởng nhỏ tới một kí hiệu trong các kênh con DMT nhưng sẽ ảnh hương tới toàn bộ kí hiệu trong kênh CAP. Nhiễu sóng vô tuyến là một tạp âm miền tần số chủ yếu do các trạm vô tuyến điều biên gây ra. Nhưng do hoàn toàn có thể xác định trước băng tần AM này nên modem DMT sẽ phân bổ công suất tín hiệu hiệu quả Tiểu luận môn Thông tin số II 11 [...].. .Công nghệ DSL Lê Vũ Thắng, Nguyễn Văn Tùng – Lớp K15Đ2 nhất cho phía thu, cụ thể là không phát tín hiệu trong khoảng tần số bị nhiẽu sóng vô tuyến Chính vì vậy mà DMT là phương pháp chống nhiễu sóng vô tuyến hiệu quả và thông minh hơn hẳn CAP - Khả năng đáp ứng tốc độ thích nghi với đường truyền: DMT thực hiện đo tỷ số SNR cho mỗi kênh con và dựa vào đó để gán cho mỗi kênh con một số bit nhất... khi hoạt động trong thực tế - Tương thích phổ: Hệ thống DMT đáp ứng được quy định về mật độ phổ công suất PSD mà hệ thống có thể sử dụng cho tần số phát hướng lên và hướng xuống mà không gây nhiễu cho các hệ thống khác Hệ thống CAP vi phạm quy định này và gây xuyên âm tới các hệ thống ADSL, VDSL, HDSL, SDSL, thậm chí cả dịch vụ T1 trong bó cáp kế cận Tuy nhiên, để kỹ thuật DMT có đầy đủ các ưu điểm... biến do kỹ thuật CAP ra đời sớm hơn nên đã có quá trình phát triển lâu dài, các hãng sản xuất modem ADSL CAP vẫn đang cố gắng không ngừng để tìm cách cải tiến kỹ thuật, nâng cao chất lượng Tiểu luận môn Thông tin số II 12 ... định DMT có thể tự động điều chỉnh tốc độ số liệu với bước điều chỉnh nhỏ nhất là 32kbps Trong khi đó CAP cũng có khả năng điều chỉnh tốc độ nhưng với bước điều chỉnh 640kbps nên kém linh động so với DMT - Công suất tiêu thụ thấp hơn: DMT tiến hành đo chất lượng đường truyền trong từng khoảng tần số nên có thể tránh được những khoảng tần số bị nhiễu mạnh, do đó công suất tiêu thụ của hệ thống giảm nhiều... truyền cho mỗi kênh trong tổng số 256 kênh Do vậy, cấu trúc của modem ADSL DMT rất phức tạp Mặt khác, điều chế CAP cũng có ưu điểm so với DMT là độ trễ nhỏ (chỉ bằng 25% độ trễ của DMT) và tính đơn giản Trên thị trường hiện nay các modem ADSL sử dụng kỹ thuật CAP vẫn rất phổ biến do kỹ thuật CAP ra đời sớm hơn nên đã có quá trình phát triển lâu dài, các hãng sản xuất modem ADSL CAP vẫn đang cố gắng không . vậy DSL không phải là mạng chuyển mạch giống như PSTN hay ATM mà DSL chính là mạng truy nhập (Access Network). Trong DSL thường được viết xDSL là một họ hay một nhóm công nghệ và tiêu chuẩn DSL. thống ADSL được phát triển thành RADSL và G.Lite là loại ADSL có tốc độ thấp hơn. Để nâng cao hiệu quả của các thiết bị sử dụng ISDN thì một công nghệ DSL ra đời tương ứng với ISDN gọi là IDSL. Trong. truyền đối xứng dùng trong DSL có G.shdsl (Single pair HDSL) cho phép truyền với nhiều tốc độ khác nhau. VDSL truyền đối xứng đến tốc độ 26Mbps trên một khoản cách ngắn. VDSL cũng có thể truyền