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

ADSL và các công nghệ truyền dẫn khác

TIỂU LUẬN

KHÁI QUÁT VỀ ADSL

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

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 sốliệu phức tạp, đó là sự bù đắp các suy giảm truyền dẫn trên đường dâyđiện thoại Kỹ thuật truyền dẫn số sử dụng các thuật toán phức tạp màngày nay có thể trở thành hiện thực là nhờ các bộ vi xử lý tốc độ caodựa trên các mạch tích hợp

Kỹ thuật DSL đã tạo ra một bước ngoặt mới cho việc sử dụng đườngdây điện thoại Đường dây điện thoại trước đây chỉ sử dụng để truyềnmột kênh điện thoại băng tần 3,4kHz, giờ đây có thể truyền gần 100kênh thoại số nén hoặc một kênh video có chất lượng tương đươngtruyền hình quảng bá Kỹ thuật truyền dẫn số tốc độ cao qua đôi dâyđiện thoại yêu cầu phải có các bộ xử lý số tiên tiến để khắc phục sự suygiảm 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 Trướckia, chúng ta mất 2 đến 5 ngày chờ đợi một bức thư đến được đích vàkhi 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 lạixuống chỉ còn vài phút hoặc ngắn hơn tùy theo yêu cầu Và mỗi khi sửdụng Internet để tìm thông tin, việc phải chờ đợi quá một phút để mởđựơc 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 đựơctốc độ làm việc trong thời gian thực

Từ khi điện thoại ra đời, chúng ta đã có thể nói chuyện với nhau nhưkhi nói chuyện trực tiếp Và bây giờ, chính vì lẽ đó mà chúng ta mong

muốn mọi dịch vụ viễn thông được truyền trên cáp đồng cũng phải đạtđược tốc độ như vậy.

Công nghệ hiện đại đã cố gắng giải quyết vấn đề đó và một vài giảipháp dựa trên cáp đồng để tăng tốc độ truyền đã được áp dụng, tuynhiên điều cần thiết ở đây là sự đầu tư vào hạ tầng cở sở của mạngtruyền thông

Công nghệ ADSL (đường truyền thuê bao số bất đối xứng), đã xuấthiện vào cuối những năm 90 của thế kỷ trước, hứa hẹn một khả năngcung cấp tốc độ như yêu cầu dựa trên hệ thống điện thoại công cộng sửdụng cáp đồng mà không cần thay đổi bất cứ thành phần nào trong hạtầng cơ sở

Sau những cuộc thử nghiệm trên khắp thế giới, công nghệ ADSL đãchứng tỏ khả năng truyền tải hiệu quả và nhanh chóng các dịch vụmultimedia 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 thếgiới và đang dần đựơc áp dụng vào thực tiễn Với ADSL, hơn 750 triệuthuê bao điện thoại trên toàn thế giới sẽ có cơ hội sử dụng các dịch vụvới tốc độ truy cập cao và đó mới chỉ là khúc dạo đầu của một kỷnguyên 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 ADSLđược 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 dungđược 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 đểđáp ứng các yêu cầu truy cập Internet và những ứng dụng cầnđường truyền tốc độ cao

- 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 tậndụng tối đa khả năng truyền của cáp đồng bởi lẽ việc truyền thoạichỉ chiếm có 1% khả năng đó Và trong những hướng phát triển đềphù hợp với các điều kiện khách quan, ADSL vẫn luôn được chú ýđến bởi tốc độ và khả năng cho phép truyền các ứng dụngmultimedia 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 lênđáng 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 nhàsản xuất thiết bị viễn thông đều liên kết với các công ty nhỏ hơnđang 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 tăngtốc phát triển sản phẩm, đồng thời có thể hợp nhất những hệ thốngxDSL phát triển bởi những công ty nhỏ hơn dựa trên những mạngchuyển 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 dẫnmạch 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

- Dịch vụ điện thoại phổ thông

Tốc độ truyền về phía khách hàng lớn hơn nhiều lần truyền từ kháchhàng đi, do đó có thuật ngữ bất đối xứng Thoại được truyền ở tần sốtrong băng cơ sở kêt hợp với truyền dữ liệu thông băng qua bộ lọcthông thấp (bộ tách) Ngoài bộ tách, ADSL bao gồm một đơn vị truyềndẫn ADSL ở phía thiết bị trung tâm (ATU – C), một mạch vòng, và mộtđơn 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 dảibăng tần trên băng tần thoại Truyền dẫn 2 hướng tốc độ nhiều Mbpskhông dùng trên phần lớn các đường dây điện thoại do hiệu ứng kết hợpcủa 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 nhiễuxuyên âm nhận được tăng theo tần số Do đố truyền dẫn hai hướngkhông thể thực hiện được ở những tần số mà nhiễu xuyên âm lấn át tínhiệu nhận

Mạng

băng rộng ATU-C

Bộ tách LPF

Tổng đài điện thoại

ATU-R

Bộ tách LPF

Đầu cuối người sử dụng

Mạch vòng nội hạt bằng đôi dây xoắn

POTS-R

Phía khách

ADSL thực hiện truyền dẫn hai hướng tại những nơi có thể: dưới tần sốcắt hai hướng Tần số cao không thích hợp cho truyền dẫn hai hướngđược sử dụng cho truyền dẫn một hướng Điều này cho phép tốc độ thuvượt xa tốc độ có thể ở truyền dẫn hai hướng.

Nhiều hệ thống ADSL sử dụng kỹ thuật truyền dẫn ghép kênh theotần 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 chocác bộ lọc ngăn tạp âm POST can nhiễu vào truyền dẫn số

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 tốc độ thấpBăng phát

Băng phát tốc độ cao Mức truyền

Tần sô

Một số hệ thống ADSL sử dụng kỹ thuật truyền dẫn triệt tiếng vọngECHO, nơi dải tần phát được đặt trong dải tần thu Bằng cách chồng dảitần, 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 phânchia theo tần số FDM khiến ADSL làm việc tốt hơn nhiều so với phươngpháp triệt tiếng vọng ECHO Tuy nhiên dải thông thu của ADSL chophép 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 âmđầu gần (self-NEXT) ADSL khắc phục được self-NEXT ở đầu cuối kháchàng 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 dễdàng hơn bằng cách đặt nó ở tần số thấp hơn nơi mà suy hao mạchvòng là thấp và nhiễu xuyên âm cũng thấp hơn

Hệ thống ADSL ứng dụng kỹ thuật truyền dẫn tiên tiến để nâng caohoạt động Điều chế và sắp đặt tần số của tín hiệu phát được tự làmthích ứng để đạt được mức hoạt động tối ưu từ các đặc tính liên quantới đường dây thuê bao sử dụng Mã Trellis được sử dụng để giảm hiệu

Tần sô

Băng bảo vệ

Băng POTS tốc độ thấpBăng phát

Băng phát tốc độ cao Mức truyền

ứng nhiễu băng tần rộng trạng thái ổn định Các bộ cân bằng có khảnăng thích nghi chống lại nhiễu băng hẹp, ví dụ như nhiễu tần số phátthanh (RFI) Mã điều khiển lỗi hướng đi và cài xen (interleaving) ngănchặn nhiễu xung Cài xen chống lại lỗi xuất hiện đột ngột bằng cáchthay đổi các khối dữ liệu, vì thế mà sự xuất hiện đột ngột lỗi kéo dàidẫn đến có một số ít lỗi trong một khối dữ liệu (có thể sửa được) thay vìmột lượng lỗi lớn xảy ra trong một khối (không thể sửa được) Với độsâu cài xem 20ms sẽ chống lại nhiễu đột biến có khoảng thời gian là500μs, nhưng mức cài xen này gây ra trễ truyền bổ sung mà có thể làmchậm lại băng thông của các gói tin phúc đáp trước khi dữ liệu tiếp theođược truyền

3 Nhiễu trong ADSL

Những đường dây điện thoại DSL là cáp xoắn được bó lại thànhnhững cáp lớn Dây cáp xoắn về cơ bản được sử dụng để tối giản sựgiao thoa của những tín hiệu từ cáp này sang cáp khác gây ra bởi sựbức xạ hoặc sự ghép bằng điện dung Tuy nhiên, sự ghép đôi giữa cáctín hiệu để giảm nhiễu chỉ có thể đạt tới một giới hạn nhất định Nếuvượt quá giới hạn này, nhiễu tổng cộng trên từng dây sẽ khiến cho chấtlượng thông tin trên đó bị suy hao đáng kể Và như vậy, nếu truyền tínhiệu một cách cân đối trên nhiều đôi dây trong một cáp, tốc độ và chiềudài 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 biếnnhất 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 đitheo hướng ngược lại trên đôi dây xoắn hoặc là từ bộ phát đi tới bộthu đầu cuối gần

- Xuyên âm đầu xa FEXT có từ tín hiệu đi theo cùng một hướng trên 2đôi dây xoắn hoặc từ bộ phát tới bộ thu đầu xa

Xuyên âm có thể là nguồn nhiễu ảnh hưởng lớn trên đôi dây xoắn vàthường 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 dâytrong 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 Egiữa bản thân các dây Trong cáp đôi dây xoắn có điều khiển, người tamong 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 suốtchiều dài của đôi dây xoắn Hơn nữa, sự thay đổi điện cảm và điện dungtương hỗ theo tần số thậm chí còn cao hơn sự biến đổi các tham số đặc

d

)xd ,f(H

X21

) x , (

H1

) x , (

H2x

Minh hoạ xuyên âm

13 M 14

Đôi 1 Dây1

Đôi 1 Dây2

Đôi 2 Dây3

Đôi 2 Dây4

Mô hình phân bố liên hệ giữa các đôi dây xoắn

trưng cho tín hiệu kim loại (từ thuê bao đến tổng đài) dọc theo đôi dâyxoắn R ( Ω /km), L(H/km), C(F/km), G(S/km) Tuy nhiên, người ta cho rằngtín hiệu kim loại từ một đôi dây ảnh hưởng sang đôi dây đang xét làkhông đổi theo chiều dài (khi ta giả thiết là các tham số RLCG là khôngđổi trên một đơn vị chiều dài) Sau đó, hàm cảm ứng (phụ thuộc vàotần số) X21( f ) giữa sự thay đổi điện áp trên dây 2 và dây 1 có thể tìmđược qua lý thuyết mạng hai cửa tổng quát khi biết tất cả các tham số

M và E Tương tự như vậy, ta cũng có thể tìm được hàm xuyên âm theođơn vị chiều dài từ đôi dây 1 sang đôi dây 2 (và cũng như vậy cho mỗiđôi trong cáp lên các đôi dây khác)

Cả NEXT và FEXT đều có hàm nhiễu theo thời gian ở bộ thu tuântheo quy luật phân bố Gaussian

Ngoài NEXT và FEXT, ADSL còn chịu ảnh hưởng của các loại nhiễukhác, ví dụ như nhiễu vô tuyến, nhiễu xung, can nhiễu giữa các loại DSLvới nhau hoặc tự can nhiễu

Nhiễu vô tuyến: là phần còn lại của tín hiệu vô tuyến trên đường dây

điện thoại, đặc biệt là của AM quảng bá và của các nhà khai thác khôngchuyên (HAM)

Tín hiệu tần số vô tuyến ảnh hưởng lên đôi dây điện thoại, đặc biệt làdây trần Các đường dây điện thoại làm từ đồng tạo thành anten thusóng điện từ dẫn tới dòng điện tích cảm ứng so với đất Điện áp chungcho đôi dây xoắn là một trong hai dây so với đất, thông thường hai điện

áp này là giống nhau vì hai dây trong đôi dây xoắn giống nhau Đườngdây điện thoại cân bằng cao cho thấy sự suy giảm lớn trong tín hiệu RFbiến thiên trên đôi dây so với tín hiệu chung Tuy nhiên, sự cân bằng sẽgiảm đi khi tần số tăng lên, và ở tần số của DSL nói chung, từ 560kHztới 30MHz, hệ thống DSL có thể chồng lên băng tần sóng vô tuyến và sẽthu nhận đựợc mức nào đó của nhiễu vô tuyến dọc theo các tín hiệu

DSL biến thiên trên cùng một đôi dây điện thoại Dạng nhiễu DSL nàygọi là RF vào.

Một dạng nhiễu vô tuyến khác chính là sự xâm nhập của AM quảng

bá Giao thoa vô tuyến AM xuất pháp từ trạm phát vô tuyến liên thục có

độ rộng băng thông 10 kHz từ 560kHz tới 1.6MHz, do đó ảnh hưởng đếntín hiệu thu ADSL Nhiều trạm vô tuyến AM có thể cùng một lúc hoạtđộng trong thành phố và ảnh hưởng lên đường dây điện thoại Các trạmphát vô tuyến AM có thể phát quảng bá ở mức công suất lên tới50000W 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 cóthể ngang hoặc trên mức xuyên âm và mức nhiễu nền của ADSL, vì thếkhông thể bỏ qua khi thiết kế Tuy nhiên tín hiệu vô tuyến AM không đủlớn để làm boã hoà đầu cuối analog của các bộ thu ADSL

Nhiễu xung: là nhiễu xuyên âm không ổn định từ các trường điện từ

tạm thời gần đường dây điện thoại Những ví dụ về bộ phát xung rất đadạng, ví dụ như sự đóng ngắt motor, điện áp điều khiển thang máy, sựrung chuông của máy điện thoại trong cùng một bó cáp Mỗi hiệu ứngnày là tạm thời và gây ra nhiễu xâm nhập vào các đường dây điện thoạiqua cùng một cơ chế cơ bản như nhiễu RF, nhưng thường ở tần số thấphơn nhiều

Điện áp cảm ứng kim loại thường là vài mV, nhưng cũng có thể caotới 100mV Các điện áp như vậy dường như là nhỏ, nhưng sự suy giảmlớn ở tần số cao trên đôi dây xoắn có nghĩa là ở thiết bị thu xung có thể

là rất lớn so với mức tín hiệu DSL nhận được Các điện áp ở chế độ nàyphổ biến gây ra bởi xung có thể gấp 10 lần về biên độ Các xung thôngthường kéo dài từ hàng chục đến hàng trăm lần micro giây những cũng

có thể kéo dài tới 3ms

Tự can nhiễu : Tự xuyên âm là xuyên âm vào một dịch vụ cùng hoạt

động trong ADSL Đây là điều cần chú ý đến khi các nhà cung cấp dịch

vụ muốn cung cấp một dịch vụ nào đó trên phạm vi rộng Tuy nhiên vớiđặc tính bất đối xứng của mình, ADSL không có tự xuyên âm Điều nàycho phép tín hiệu thu chạy ở tốc độ lớn hơn nhiều so với truyền dẫn đốixứng trong điều kiện tương đương.

4 Băng thông ADSL

Đúng như tên gọi, ADSL truyền những dòng dữ liệu không đối xứng,đường xuống (tới người thuê bao) chiếm nhiều dải thông hơn so vớiđường (từ người thuê bao đến nhà cung cấp dịch vụ)

Lý do để giải thích cho sự không cân đối một cách tự nhiên của quátrình truyền là do nhu cầu thực tế của người sử dụng Đối với mộtđường truyền tốc độ cao, rất nhiều ứng dụng được dùng, ví dụ như xemvideo trực tuyến, mua bán, chơi game, truy cập Internet, truy cập mạngLAN từ xa v v nên cần tốc độ đường xuống (tới người sử dụng) phảicao Ngược lại, yêu cầu về băng thông đường lên lại hoàn toàn thấp hơnnhiều và do đó, có sự bất đối xứng giữa đường lên và đường xuống vềmặt băng thông

Các lớp truyền tải khác nhau của ADSL là 2M-1, 2M-2, 2M-3,trong đó 2M-1 có tốc độ cao nhất nhưng có cự ly truyền ngắn nhất.Khả năng truyền tải của ADSL trên đường xuống cơ bản là từ2,048 Mbps tới 6.144Mbps Ở tốc độ 6.144Mbps, cự ly truyền có thể vàokhoảng 3 km Tốc độ truyền càng giảm thì cự ly truyền càng tăng lên

Cự ly truyền cao nhất có thể được là 9 km Tốc độ truyền có thể đạtđược tới 52Mbps và 155Mbps nếu sử dụng sợi quang để truyền Bằngcách sử dụng công nghệ DMT ADSL (Discrete Multitone – Đa tần rờì rạc)

ta có thể sử dụng nhiều tốc độ bit khác nhau, tốc độ bit chỉ còn phụthuộc vào mạch giao diện Vì thế hệ thống có khả năng thích ứng rấtcao Tốc độ bit đường xuống được cho ở trong bảng dưới đây:

Tốc độ truyền của đường xuống của ADSL nằm trong phạm vi từ

0-640 kbps tuỳ thuộc vào lớp truyền tải Tổng hợp các tốc độ bit ở đườnglên được liệt kê ở bảng dưới đây: