Sự phát triển của công nghệ viễn thông và sự ra đời của ADSL

ADSL và các công nghệ truyền dẫn khác

KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ***************** TIỂU LUẬN KHÁI QUÁT VỀ ADSL Hà Nội, 4/1/2005 Khái quát về ADSL Đoàn Trần Khôi – CĐ4-K44 Mục lục I. Cơ sở về DSL .2 1. Sự phát triển của công nghệ viễn thông và sự ra đời của ADSL .3 2. Những ưu điểm của ADSL 4 II. ADSL 5 1. Định nghĩa và mô hình tham chiếu 5 2.Truyền dẫn ADSL .6 3. Nhiễu trong ADSL 9 4. Băng thông ADSL 13 5. Điều chế 15 6. FEC - Forward Error Control .18 7.Tiêu chuẩn ANSI T1.143 19 8. Hướng phát triển và ứng dụng của ADSL 21 III. ADSL và các công nghệ truyền dẫn khác 24 1. ATM over ADSL 24 2. TCP over ADSL 26 I. Cơ sở về DSL Công nghệ đường dây thuê bao số DSL thực hiện truyền thông tin số qua đường dây điện thoại. Đường dây điện thoại với những giới hạn cố - 2 - Khái quát về ADSL Đoàn Trần Khôi – CĐ4-K44 hữu giờ đây truyền được tín hiệu với tốc độ hàng triệu bit trên một giây. Sở dĩ điều này thực hiện được là nhờ áp dụng các kỹ thuật truyền số liệu phức tạp, đó là sự bù đắp các suy giảm truyền dẫn trên đường dây điện thoại. Kỹ thuật truyền dẫn số sử dụng các thuật toán phức tạp mà ngày nay có thể trở thành hiện thực là nhờ các bộ vi xử lý tốc độ cao dựa trên các mạch tích hợp. Kỹ thuật DSL đã tạo ra một bước ngoặt mới cho việc sử dụng đường dây điện thoại . Đường dây điện thoại trước đây chỉ sử dụng để truyền một kênh điện thoại băng tần 3,4kHz, giờ đây có thể truyền gần 100 kênh thoại số nén hoặc một kênh video có chất lượng tương đương truyền hình quảng bá. Kỹ thuật truyền dẫn số tốc độ cao qua đôi dây điện thoại yêu cầu phải có các bộ xử lý số tiên tiến để khắc phục sự suy giảm tín hiệu, nhiễu xuyên âm từ các đôi dây khác trong cùng một cáp, sự phản xạ tín hiệu, nhiễu tần số và nhiễu xung. 1. Sự phát triển của công nghệ viễn thông và sự ra đời của ADSL Trong vài thập niên vừa qua, khoa học kỹ thuật có nhiều thay đổi, đặc biệt là sự phát triển ngoài dự đoán của công nghệ viễn thông. Trước kia, chúng ta mất 2 đến 5 ngày chờ đợi một bức thư đến được đích và khi máy fax xuất hiện, khoảng thời gian đó được rút ngắn lại trong vòng 24 h. Và bây giờ, với thư điện tử, quãng thời gian đó được rút ngắn lại xuống chỉ còn vài phút hoặc ngắn hơn tùy theo yêu cầu. Và mỗi khi sử dụng Internet để tìm thông tin, việc phải chờ đợi quá một phút để mở đựơc 1 trang web là khó có thể chấp nhận được. Tất cả điều đó đều chỉ ra rằng, chúng ra sẽ không thoả mãn chỉ đến khi viễn thông đạt đựơc tốc độ làm việc trong thời gian thực. Từ khi điện thoại ra đời, chúng ta đã có thể nói chuyện với nhau như khi nói chuyện trực tiếp. Và bây giờ, chính vì lẽ đó mà chúng ta mong - 3 - Khái quát về ADSL Đoàn Trần Khôi – CĐ4-K44 muốn mọi dịch vụ viễn thông được truyền trên cáp đồng cũng phải đạt được tốc độ như vậy. Công nghệ hiện đại đã cố gắng giải quyết vấn đề đó và một vài giải pháp dựa trên cáp đồng để tăng tốc độ truyền đã được áp dụng, tuy nhiên điều cần thiết ở đây là sự đầu tư vào hạ tầng cở sở của mạng truyền thông. Công nghệ ADSL (đường truyền thuê bao số bất đối xứng), đã xuất hiện vào cuối những năm 90 của thế kỷ trước, hứa hẹn một khả năng cung cấp tốc độ như yêu cầu dựa trên hệ thống điện thoại công cộng sử dụng cáp đồng mà không cần thay đổi bất cứ thành phần nào trong hạ tầng cơ sở. Sau những cuộc thử nghiệm trên khắp thế giới, công nghệ ADSL đã chứng tỏ khả năng truyền tải hiệu quả và nhanh chóng các dịch vụ multimedia băng rộng trên cáp đồng. Với các ưu điểm vượt trội, ADSL đã nhanh chóng trở thành một công nghệ tiên tiến hàng đầu trên thế giới và đang dần đựơc áp dụng vào thực tiễn. Với ADSL, hơn 750 triệu thuê bao điện thoại trên toàn thế giới sẽ có cơ hội sử dụng các dịch vụ với tốc độ truy cập cao và đó mới chỉ là khúc dạo đầu của một kỷ nguyên mới trong công nghệ truyền thông. 2. Những ưu điểm của ADSL Chúng ta hãy xem qua một vài ưu điểm vượt trội khiến cho ADSL được sử dụng rộng rãi trên thế giới - Tốc độ : Bất cứ ai đã từng đợi để download hoặc truy nhập Internet với tốc độ 28.8 kbps bằng modem quay số sẽ dễ dàng hình dung được điều gì sẽ xảy ra một khi tốc độ tăng lên tới 300 lần. Với tốc độ 8 Mbps ở đường xuống và 1 Mbps ở đường lên, ADSL là lý tưởng để đáp ứng các yêu cầu truy cập Internet và những ứng dụng cần đường truyền tốc độ cao. - 4 - Khái quát về ADSL Đoàn Trần Khôi – CĐ4-K44 - Tính linh hoạt: Trong quá trình phát triển của ADSL đã nảy sinh những hướng phát triển khác nhau nhưng một điểm chung của chúng là đều sử dụng những phương pháp mã hoá phức tạp để nhằm tận dụng tối đa khả năng truyền của cáp đồng bởi lẽ việc truyền thoại chỉ chiếm có 1% khả năng đó. Và trong những hướng phát triển đề phù hợp với các điều kiện khách quan, ADSL vẫn luôn được chú ý đến bởi tốc độ và khả năng cho phép truyền các ứng dụng multimedia tương tác mới đòi hỏi nhiều về dải thông. - Sự phát triển quan hệ đối tác: Với sự phát triển mạnh mẽ của ADSL, hoạt động trao đổi giữa các nhà cung cấp thiết bị đã tăng lên đáng kể. Hiện nay trên thế giới có khoảng trên 60 nhà cung cấp thiết bị bán dẫn và các thiết bị khác có liên quan đến xDSL. Đa số các nhà sản xuất thiết bị viễn thông đều liên kết với các công ty nhỏ hơn đang phát triển hệ thống DSL ở các khu vực khác nhau trên thế giới. Những quan hệ đối tác như trên cho phép những nhà cung cấp tăng tốc phát triển sản phẩm, đồng thời có thể hợp nhất những hệ thống xDSL phát triển bởi những công ty nhỏ hơn dựa trên những mạng chuyển mạch ATM tốc độ cao. II. ADSL 1. Định nghĩa và mô hình tham chiếu Đường dây thuê bao số không đối xứng ADSL là kỹ thuật truyền dẫn mạch vòng nội hạt đồng thời truyền tải trên cùng một đôi dây các dịch vụ sau: - Tốc độ bit thu (về phía người sử dụng) lên gần 9Mb - Tốc độ bit phát (về phía mạng) đạt tốc độ 1 Mb - 5 - Khái quát về ADSL Đoàn Trần Khôi – CĐ4-K44 - Dịch vụ điện thoại phổ thông Tốc độ truyền về phía khách hàng lớn hơn nhiều lần truyền từ khách hàng đi, do đó có thuật ngữ bất đối xứng. Thoại được truyền ở tần số trong băng cơ sở kêt hợp với truyền dữ liệu thông băng qua bộ lọc thông thấp (bộ tách). Ngoài bộ tách, ADSL bao gồm một đơn vị truyền dẫn ADSL ở phía thiết bị trung tâm (ATU – C), một mạch vòng, và một đơn vị truyền dẫn ADSL xa (ATU – R). 2.Truyền dẫn ADSL Khái niệm ADSL có hai phần cơ bản: (1) xuyên âm đầu gần giảm do có tốc độ bit phát và giải tần thấp hơn nhiều tốc độ bit thu và (2) truyền tải đồng thời POTS và dữ liệu bằng cách truyền dữ liệu trong dải băng tần trên băng tần thoại. Truyền dẫn 2 hướng tốc độ nhiều Mbps không dùng trên phần lớn các đường dây điện thoại do hiệu ứng kết hợp của suy giảm mạch vòng và xuyên âm. Như chỉ ra ở hình dưới đây, năng lượng tín hiệu nhận được giảm đi tương ứng với tần số và nhiễu xuyên âm nhận được tăng theo tần số. Do đố truyền dẫn hai hướng không thể thực hiện được ở những tần số mà nhiễu xuyên âm lấn át tín hiệu nhận - 6 - Mạng băng rộng ATU-C Bộ tách LPF Tổng đài điện thoại ATU-R Bộ tách LPF Đầu cuối người sử dụng Điện thoại V U-C POTS-C U-R T Thoại tương tự Cho đến 9Mbps Cho đến 1Mbps Mạch vòng nội hạt bằng đôi dây xoắn POTS-R Phía khách Khái quát về ADSL Đoàn Trần Khôi – CĐ4-K44 ADSL thực hiện truyền dẫn hai hướng tại những nơi có thể: dưới tần số cắt hai hướng. Tần số cao không thích hợp cho truyền dẫn hai hướng được sử dụng cho truyền dẫn một hướng. Điều này cho phép tốc độ thu vượt xa tốc độ có thể ở truyền dẫn hai hướng. Nhiều hệ thống ADSL sử dụng kỹ thuật truyền dẫn ghép kênh theo tần số, kỹ thuật này đặt truyền dẫn phát ở dải tần số tách khỏi dải tần số thu để tránh tự xuyên âm. Dải tần bảo vệ là cần thiết để giúp cho các bộ lọc ngăn tạp âm POST can nhiễu vào truyền dẫn số. - 7 - Giới hạn cho truyền dẫn 2 hướng Mức nhiễu xuyên âm nhận được Mức tín hiệu nhận được Mức tín hiệu Tần số Hình vẽ: Truyền dẫn hai hướng bị giới hạn ở tần số thấp Băng bảo vệ Băng POTS Băng phát tốc độ thấp Băng phát tốc độ cao Mức truyền Tần sô Khái quát về ADSL Đoàn Trần Khôi – CĐ4-K44 Một số hệ thống ADSL sử dụng kỹ thuật truyền dẫn triệt tiếng vọng ECHO, nơi dải tần phát được đặt trong dải tần thu. Bằng cách chồng dải tần, tổng băng tần truyền có thể giảm. Tuy nhiên ECHO khó tránh đựơc tự xuyên âm và khi thực hiện cần có xử lý số phức tạp hơn. Do không có tự xuyên âm ở đầu cuối CO nên việc ghép kênh phân chia theo tần số FDM khiến ADSL làm việc tốt hơn nhiều so với phương pháp triệt tiếng vọng ECHO. Tuy nhiên dải thông thu của ADSL cho phép làm việc theo hướng thu đối với các mạch vòng là lớn hơn. Hoạt động của DSL đối xứng ban đầu bị hạn chế bởi tự xuyên âm đầu gần (self-NEXT) ADSL khắc phục được self-NEXT ở đầu cuối khác hàng đơn giản bằng cách giảm nguồn được NEXT. Bằng cách giảm tốc độ bit phát, kênh phát có thể đặt vị trí để xuyên âm vào truyền dẫn thu là ít nhất. Đối với ADSL, sự thu nhận của kênh phát đựơc xếp đặt dễ dàng hơn bằng cách đặt nó ở tần số thấp hơn nơi mà suy hao mạch vòng là thấp và nhiễu xuyên âm cũng thấp hơn. Hệ thống ADSL ứng dụng kỹ thuật truyền dẫn tiên tiến để nâng cao hoạt động. Điều chế và sắp đặt tần số của tín hiệu phát được tự làm thích ứng để đạt được mức hoạt động tối ưu từ các đặc tính liên quan tới đường dây thuê bao sử dụng. Mã Trellis được sử dụng để giảm hiệu - 8 - Tần sô Băng bảo vệ Băng POTS Băng phát tốc độ thấp Băng phát tốc độ cao Mức truyền Khái quát về ADSL Đoàn Trần Khôi – CĐ4-K44 ứng nhiễu băng tần rộng trạng thái ổn định. Các bộ cân bằng có khả năng thích nghi chống lại nhiễu băng hẹp, ví dụ như nhiễu tần số phát thanh (RFI). Mã điều khiển lỗi hướng đi và cài xen (interleaving) ngăn chặn nhiễu xung. Cài xen chống lại lỗi xuất hiện đột ngột bằng cách thay đổi các khối dữ liệu, vì thế mà sự xuất hiện đột ngột lỗi kéo dài dẫn đến có một số ít lỗi trong một khối dữ liệu (có thể sửa được) thay vì một lượng lỗi lớn xảy ra trong một khối (không thể sửa được). Với độ sâu cài xem 20ms sẽ chống lại nhiễu đột biến có khoảng thời gian là 500μs, nhưng mức cài xen này gây ra trễ truyền bổ sung mà có thể làm chậm lại băng thông của các gói tin phúc đáp trước khi dữ liệu tiếp theo được truyền. 3. Nhiễu trong ADSL Những đường dây điện thoại DSL là cáp xoắn được bó lại thành những cáp lớn. Dây cáp xoắn về cơ bản được sử dụng để tối giản sự giao thoa của những tín hiệu từ cáp này sang cáp khác gây ra bởi sự bức xạ hoặc sự ghép bằng điện dung. Tuy nhiên, sự ghép đôi giữa các tín hiệu để giảm nhiễu chỉ có thể đạt tới một giới hạn nhất định. Nếu vượt quá giới hạn này, nhiễu tổng cộng trên từng dây sẽ khiến cho chất lượng thông tin trên đó bị suy hao đáng kể. Và như vậy, nếu truyền tín hiệu một cách cân đối trên nhiều đôi dây trong một cáp, tốc độ và chiều dài của tuyến sẽ bị giới hạn trong một khoảng hẹp. Sở dĩ như vậy là do nhiễu trên đường dây thuê bao số, mà phổ biến nhất là 2 loại nhiễu xuyên âm thường thấy trong DSL: NEXT – xuyên âm đầu gần và FEXT – xuyên âm đầu xa. - Xuyên âm đầu gần NEXT là loại xuyên âm xảy ra từ các tín hiệu đi theo hướng ngược lại trên đôi dây xoắn hoặc là từ bộ phát đi tới bộ thu đầu cuối gần - Xuyên âm đầu xa FEXT có từ tín hiệu đi theo cùng một hướng trên 2 đôi dây xoắn hoặc từ bộ phát tới bộ thu đầu xa. - 9 - Khái quát về ADSL Đoàn Trần Khôi – CĐ4-K44 Xuyên âm có thể là nguồn nhiễu ảnh hưởng lớn trên đôi dây xoắn và thường gây giảm tính năng hoạt động của DSL khi nó không được loại bỏ. Trong mô hình cáp dưới đây minh hoạ sự cảm ứng giữa hai dây trong một đôi dây xoắn và giữa hai đôi dây khác nhau. Có điện cảm tương hỗ M giữa các đoạn của dây và có điện dung E giữa bản thân các dây. Trong cáp đôi dây xoắn có điều khiển, người ta mong rằng điện cảm và điện dung tương hỗ có thể điều chỉnh được bởi độ xoắn do đó các đoạn xung quanh của đôi dây xoắn có cực đảo dấu và do vậy loại bỏ được tín hiệu cảm ứng. Tuy nhiên độ xoắn khong phải là hoàn hảo và giá trị của điện cảm, điện dung không được duy trì suốt chiều dài của đôi dây xoắn. Hơn nữa, sự thay đổi điện cảm và điện dung tương hỗ theo tần số thậm chí còn cao hơn sự biến đổi các tham số đặc - 10 - d )xd,f(H 1 − Thu đầu xaThu đầu gần Phát xuyên âm Cặp 2 Cặp 1 NEXT FEXT )f(X 21 )x,f(H 1 )x,f(H 2 x Minh hoạ xuyên âm 23 E 14 E 13 E 24 E 24 M 13 M 14 M 23 M Đôi 1 Dây1 Đôi 1 Dây2 Đôi 2 Dây3 Đôi 2 Dây4 Mô hình phân bố liên hệ giữa các đôi dây xoắn [...]... hiện với tốc độ 3Mbps thu và 16 kbps phát, cho phép truyền 2 dòng MPEG-1 đồng thời Vào năm 1993, ADSL ra đời với tốc độ là 6 Mbps thu và 64 kbps phát nhằm hỗ trợ MPEG2 Tiêu chuẩn ANSI T1.143 ra đời đã phát triển vượt ra khỏi - 19 - Khái quát về ADSL Đoàn Trần Khôi – CĐ4-K44 ADSL3 Sau khi T1.143 được công bố, các thuật ngữ ADSL1 , ADSL2 và ADSL3 đã không còn được sử dụng ADSL theo tiêu chuẩn ANSI T1.143... Mã hoá chùm điểm và định tỷ lệ độ lợi Khung số liệu đầu vào mã hoá lưới Xk k=0-255 IDFT Bộ đệm P/S đầu ra DAC và xử lý analog Bộ phát DMT theo chuẩn T1.143 8 Hướng phát triển và ứng dụng của ADSL ADSL là công nghệ truy nhập mà chế độ truyền dẫn không đồn bộ cần để mở rộng tới khách hàng gia đình và các văn phòng nhỏ Trong thời gian tới, ADSL sẽ có được tốc độ 10 Mbps thu và 1,5 Mbps phát Tuy nhiên hướng... cấp các dịch vụ định trước của ATM Những ngiên cứu sự vận động của TCP trên ATM chỉ ra rằng độ lớn cửa sổ của TCP, dung lượng bộ đệm máy thu và độ lớn của một gói TCP có ảnh hưởng sâu sắc đến toàn hệ thống Hơn nữa, kỹ - 28 - Khái quát về ADSL Đoàn Trần Khôi – CĐ4-K44 thuật hồi đáp của TCP và ATM và sự tương tác của chúng đặt ra một trở ngại là hiểu việc quản lý bộ đệm phức tạp và các lịch trình hoạt động... Dưới đây là một bảng giới thiệu các ứng dụng của ADSL và yêu cầu băng thông tương ứng - 23 - Khái quát về ADSL Đoàn Trần Khôi – CĐ4-K44 III ADSL và các công nghệ truyền dẫn khác 1 ATM over ADSL ATM được thiết lập như một công nghệ truyền dẫn phù hợp cho việc truyền tín hiệu thoại, video, và dữ liệu trên một mạng diện rộng với một chất lượng phù hợp, trong khi ADSL có nhiệm vụ cung cấp dịch vụ tốc độ cao... Độ lớn của các tế bào ATM làm cho nó có khả năng hỗ trợ trễ đột biến, có thể thực hiện ghép các kênh cố định, và cho phép thực hiện đầy đủ hơn các lịch trình hoạt động của các đơn vị dữ liệu ở mức cao - Sự thích ứng băng thông: băng thông ATM có khả năng thích ứng nhuần nhuyễn tỷ lệ với sự đáp ứng của công nghệ DSL cho phép tối ưu hoá việc sử dụng trên mỗi vòng dây - Sự nâng cấp lên các công nghệ truyền... thêm vào ở máy thu khi giải mã) 7.Tiêu chuẩn ANSI T1.143 Khái niệm ADSL xuất hiện vào những năm 90 của thế kỷ trước Ban đầu ADSL được nghiên cứu ở tốc độ 1.5 Mbps thu vào 16 kbps phát cho ứng dụng MPEG-1 Một số người gọi đó là ADSL1 Sau đó, cùng với yêu cầu đáp ứng về tốc độ của một số ứng dụng, cộng với sự xuất hiện của nhiều kỹ thuật truyền dẫn tiên tiến, ADSL2 xuất hiện với tốc độ 3Mbps thu và 16... Các trạm phát vô tuyến AM có thể phát quảng bá ở mức công suất lên tới 50000W và có thể phát tới công suất lớn nhất vào buổi tối Tín hiệu AM có nhiễu khoảng từ -80dBm/Hz đến -120dBm/Hz Mức AM xâm nhập có thể ngang hoặc trên mức xuyên âm và mức nhiễu nền của ADSL, vì thế không thể bỏ qua khi thiết kế Tuy nhiên tín hiệu vô tuyến AM không đủ lớn để làm boã hoà đầu cuối analog của các bộ thu ADSL Nhiễu... một kênh truyền Công nghệ CAP được sử dụng trong một vài chuẩn viễn thông như chuẩn V.32 … Số lượng tín hiệu mà phương pháp này có thể phát sinh phụ thuộc vào những mẩu thông tin mà chúng ta muốn gửi qua - 17 - Khái quát về ADSL Đoàn Trần Khôi – CĐ4-K44 đường truyền Công nghệ này cho phép thay đổi tốc độ bit trong thời gian thực khi có sự thay đổi về thuật toán sử dụng Những lợi thế của CAP so với DMT... chủ trương chú trọng vào cải thiện phạm vi mạch vòng ở các tốc độ gần - 21 - Khái quát về ADSL Đoàn Trần Khôi – CĐ4-K44 1Mbps, giá thành thấp, tiêu thụ năng lượng thấp và giảm xuyên âm Các hệ thống ADSL đang được phát triển để truyền đa mạch thoại số ngoài việc truyền dữ liệu tốc độ cao Một hướng phát triển ADSL là kết hợp với ISDN tốc độ cơ bản Điều này làm giảm đáng kể tốc độ của ADSL nhưng nó cho phép... nhưng thông tin được truyền theo byte nên thực tế tiêu chuẩn cho phép tốc độ phát là một số nguyên lần 32 kbps Mật độ phổ công suất phát chiều về là 40dbm/Hz với sai số trung bình cho phép của tone là ±2.5dB Công suất phát cực đại vào khoảng 20 dBm Chiều đi của hệ thống cũng sử dụng kỹ thuật DMT với tốc độ lấy mãu bằng 276kHz, kích thước khối là 64 liên hợp đối xứng tức là 32 tone từ 0 đến 138 kHz và