Sử dụng phổ tần số tối ưu trên đường dây thuê bao số

Đại học quốc gia Hà Nội tr-ờng đại học công nghệ Nguyễn Bích Ph-ợng Sử DụNG Phổ tần số tối -u trên đ-ờng dây thuê bao số Ngành: Công nghệ Điện tử viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật vô

Đại học quốc gia Hà nội

Tr-ờng đại học công nghệ

Nguyễn Bích Ph-ợng

Sử DụNG Phổ tần số tối -u trên đ-ờng dây thuê bao số

Luận văn thạc sĩ

Hà Nội - 2006

Đại học quốc gia Hà Nội

tr-ờng đại học công nghệ

Nguyễn Bích Ph-ợng

Sử DụNG Phổ tần số tối -u trên đ-ờng dây thuê bao số

Ngành: Công nghệ Điện tử viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc Mã số: 2.07.00

Luận văn thạc sĩ

Ng-ời h-ớng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn viết

kính

Hà Nội - 2006

MỤC LỤC

MỤC LỤC 3

BẢNG VIẾT TẮT 7

DANH MỤC HÌNH VẼ 9

MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG I: CƠ SỞ VỀ DSL Error! Bookmark not defined.

1.1 Sự lựa chọn với DSL: Cáp quang, không dây hay dây đồng Error!

Bookmark not defined.

1.2 Modem thoại và DSLs Error! Bookmark not defined.

1.3 Các mode truyền dẫn Error! Bookmark not defined.

1.3.1 Phương hướng: Error! Bookmark not defined.

1.3.2 Định thời: Error! Bookmark not defined.

1.3.3 Kênh Error! Bookmark not defined.

1.3.4 Cấu trúc đơn hay đa điểm: Error! Bookmark not defined 1.4 Thuật ngữ DSL: Error! Bookmark not defined 1.5 Tốc độ và phạm vi đạt được: Error! Bookmark not defined 1.6 Xuyên âm Error! Bookmark not defined 1.7 Cho phép và không cho phép: Error! Bookmark not defined 1.8 Cuộc cách mạng truyền dẫn số: Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 2: CÁC LOẠI DSL Error! Bookmark not defined 2.1 Dự trữ khi thiết kế DSL Error! Bookmark not defined 2.2 Dự báo DSL Error! Bookmark not defined 2.3 ISDN tốc độ cơ bản: Error! Bookmark not defined 2.3.1 Nguồn gốc của ISDN tốc độ cơ bản: Error! Bookmark not defined 2.3.2 Khả năng và các ứng dụng của ISDN tốc độ cơ bản:Error! Bookmark

not defined.

2.3.3 Truyền dẫn ISDN tốc độ cơ bản: Error! Bookmark not defined 2.3.4 Đường trục chính số thêm vào: Error! Bookmark not defined 2.3.5 IDSL Error! Bookmark not defined 2.4 HDSL Error! Bookmark not defined 2.4.1 Nguồn gốc HDSL Error! Bookmark not defined 2.4.2 Khả năng và các ứng dụng của HDSL: Error! Bookmark not defined 2.4.3 Truyền dẫn HDSL Error! Bookmark not defined 2.4.2 HDSL thế hệ thứ hai Error! Bookmark not defined 2.5 ADSL Error! Bookmark not defined 2.5.1 Định nghĩa ADSL và mô hình tham chiếuError! Bookmark not defined.

2.5.2 Nguồn gốc ADSL Error! Bookmark not defined 2.5.3 Dung lượng và ứng dụng ADSL Error! Bookmark not defined 2.5.3.1 ADSL1, ADSL2 và ADSL3 Error! Bookmark not defined.

2.5.3.2 RADSL Error! Bookmark not defined.

2.5.4 Truyền dẫn ADSL Error! Bookmark not defined 2.2.5 Tương lai của ADSL Error! Bookmark not defined 2.5.5.1 ADSL + ISDN Error! Bookmark not defined 2.5.5.2 Splitterless ADSL (ADSL không có bộ tách):Error! Bookmark not defined.

2.6 VDSL Error! Bookmark not defined 2.6.1 Định nghĩa VDSL và Mô hình tham chiếuError! Bookmark not defined.

2.6.2 Nguồn gốc VDSL Error! Bookmark not defined.

2.5.5 Khả năng và các ứng dụng VDSL Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 3: TRUYỀN DẪN QUA CẶP DÂY XOẮN ĐÔIError! Bookmark not defined.

3.1 Nguồn gốc cặp dây xoắn đôi Error! Bookmark not defined 3.2 Mạng điện thoại và các đặc trưng thiết bị dây dẫnError! Bookmark not

defined.

3.2.4 Kích cỡ dây dẫn: Error! Bookmark not defined 3.6 Nhiễu Error! Bookmark not defined 3.6.1 Nhiễu xuyên âm Error! Bookmark not defined 3.6.1.1 Mô hình NEXT Error! Bookmark not defined 3.6.1.2 Mô hình FEXT Error! Bookmark not defined 3.6.2 Nhiễu âm tần (Radio Noise): Error! Bookmark not defined 3.6.3 Nhiễu đơn xung Error! Bookmark not defined 3.7 Tương thích phổ: Error! Bookmark not defined 3.7.1 Nhiễu giữa các loại DSL và Multiplexing.Error! Bookmark not defined.

3.7.2 Tự nhiễu Error! Bookmark not defined 3.7.3 Mô hình mật độ phổ công suất nhiễu xuyên âm NEXT và FEXT Error!

Bookmark not defined.

3.7.3.1 NEXT và FEXT của ISDN Error! Bookmark not defined 3.7.3.2 NEXT và FEXT của HDSL Error! Bookmark not defined 3.7.3.3 NEXT và FEXT của HDSL Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 4:SỬ DỤNG PHỔ TỐI ƯU Error! Bookmark not defined 4.1 Mã đường đa kênh Error! Bookmark not defined 4.1.1 Dung năng của kênh AWGN Error! Bookmark not defined 4.1.2 Truyền dẫn đa kênh cơ bản Error! Bookmark not defined 4.1.3 Thuật toán Loading Error! Bookmark not defined.

4.1.4 Chia kênh: Error! Bookmark not defined 4.1.4.1 Điều chế/Mã hoá Vector Error! Bookmark not defined 4.1.4.2 Đa âm tần rời rạc (DMT) Error! Bookmark not defined 4.1.5 ADSL T1.413 DMT Error! Bookmark not defined 4.2 Ảnh hưởng của nhiễu xuyên âm đến phân bố bit:Error! Bookmark not

defined.

4.3 Phương pháp quản lý phổ tối ưu: Error! Bookmark not defined 4.3.1 Quản lý phổ: Error! Bookmark not defined 4.3.1.1 Mô hình hệ thống: Error! Bookmark not defined 4.3.1.2 Vấn đề quản lý phổ: Error! Bookmark not defined 4.3.1.3 Các điều kiện ràng buộc: Error! Bookmark not defined 4.3.1.4 Ánh xạ từ tải bit đến tải năng lượngError! Bookmark not defined.

4.3.1.5 Phân tích đối ngẫu (kép) Error! Bookmark not defined 4.3.1.6 Các miền tốc độ: Error! Bookmark not defined 4.3.1.7 Hàm Lagrange: Error! Bookmark not defined 4.3.2 Sự quản lý phổ tối ưu Error! Bookmark not defined 4.3.3 Hiệu năng: Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined.

TÀI LIỆU THAM KHẢO 11

BẢNG VIẾT TẮT

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line

AMI Alternate Mark Inversion

ATM Asynchronous Transfer Mode

AWG American Wire Gauge

BER Bit Error Rate

BRI Basic Rate ISDN

CAP Carrierless AM/PM

DLC Digital Loop Carrier

DMT Discrete Multi-Tone

DSL Digital Subscriber Line

DSM Dynamic spectrum management

ECH Echo Cancel Hybrid

ETSI European Telecommunications Standards Institute FDM Frequency Division Multiplexing

FEC Forward Error Control

FEQ Frequency-domain Equalizer

FEXT Far-End Crosstalk

FSK Frequency Shift Keying

HDSL High-bit-rate Digital Subscriber Line

IDSL ISDN DSL

ISDN Integrated Services Digital Network

ISI Inter-Symbol Interference

ITU The Internetional Telecommunications Union

IW Iterative waterfilling

LAN Local Area Network

LPF Low pass Filter

MCM Multi-Code Modulation

MPEG Motion Picture Experts Group

NEXT Near-End Crosstalk

OFDM Othor Frequency Division Multiplexing

PCM Pulse Code Modulation

POST Plain Old Telephone Servicw

PSD Power Spectral Density

PSK Phase shift Keying

PSTN Public Switched Telephone Network QAM Quadrature Amplitude Modulation

RADSL Rate Adaptive Digital Subscriber Line

SNR Signal to Noise Ratio

SSM Static spectrum management

TCM Time Compression Multiplexing

TCP/IP Transfer Control Protocol/Internet Protocol VDSL Very-high bit rate Digital Subscriber Line VLSI Very Large Scale Intergrated

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.3 Mô hình tham chiế u DSL vớ i mạ ch vòng số 14 Hình 1.4 Mô hình tham chiế u DSL với bộ lặ p mở rộ ng giữa đ ườ ng 14 Hình 1.5 Quá trình tă ng tố c đ ộ bit trong truyề n dẫ n dữ liệ u 15 Hình 2.1 Đườ ng trụ c chính số thêm và o 26 Hình 2.2 Hệ thố ng truyề n dẫ n song công đ ố i ngẫ u HDSL 28

Hình 2.7 Truyề n dẫ n hai chiề u giớ i hạ n bở i tầ n số thấ p 34

Hình 4.2 ả nh hưở ng củ a NEXT đ ế n phân bố bit 53 Hình 4.3 Chia đ a kênh thông thườ ng cho thờ i gian rờ i rạ c 54

Hình 4.6: Phân bố tố c đ ộ bit/ tổ ng công suấ t NEXT 60 Hình 4.7: Phân bố bit theo số ngườ i sử dụ ng 60 Hình 4.8: Phân bố bít trên kênh khi chưa tính đ ế n ả nh hưở ng củ a NEXT 60 Hình 4.9: ả nh hưở ng củ a NEXT đ ế n phân bố bit 60

Hình 4.11: Giả thiế t về ADSL hướ ng truyề n xuố ng 68

MỞ ĐẦU

Các nhà khoa học đã từng nói về tương lai khi mà mỗi người sẽ truy cập tức thì đến dữ liệu trên toàn thế giới Như trong hội nghị video trực tuyến, xem các bản tin trên đài, chỉ là 2 trong số rất nhiều các dịch vụ khác Khi cách nhìn này trở thành hiện thực, một cơ sở hạ tầng thông tin trải rộng toàn cầu phải được xây dựng để gửi nguồn thông tin tới khách hàng với chi phí thấp Cái gì kết nối giữa các gia đình với công sở, doanh nghiệp trong thế giới công nghiệp hoá? Đường điện thoại kết nối tới 700 triệu địa điểm mỗi ngày.Tốc độ dữ liệu vài kbits/s có thể thực hiện được qua đường điện thoại bằng modem quay số Điều này đủ để đáp ứng yêu cầu về Internet nhưng không đủ để thoả mãn yêu cầu thông tin trực tiếp Tương tự như vậy, các ứng dụng về âm thanh và hình ảnh ở tốc độ dữ liệu modem quay số, càng cách xa các yêu cầu này thêm nữa

Công nghệ đường dây thuê bao số (DSL) cho phép truyền dẫn số tốc độ cao qua đường điện thoại truyền thống Cơ sở hạ tầng thông tin quảng bá toàn cầu dựa trên đường điện thoại và nó dựa trên công nghệ DSL Sự biến đổi của truy cập đường điện thoại bắt đầu, cùng với nó là hàng năm thêm hàng tỷ đô la Mỹ đầu tư vào thiết bị DSL

Thực hiện những điều không thể, là phần thưởng tuyệt vời nhất của các kỹ sư Do

đó, phát triển đường dây thuê bao số đã trở thành phần thưởng lớn nhất Trong 1975, người ta cho rằng 20Kbit/s là tốc độ dữ liệu cao nhất có thể truyền qua đường điện thoại Sau đó, phá bỏ định nghĩa trong truyền dẫn số được thực hiện bởi sự cải tiến to lớn trong mạch tích hợp cỡ lớn và xử lý tín hiệu số Bộ thu phát được thiết kế rất độ phức tạp (ở thời điểm đó) cho phép đạt được 144kb/s ISDN tốc độ cơ bản (BRI) truyền qua hầu hết các các đường dây điện thoại Các chuyên gia lúc ấy nói rằng nó rất gần với dung lượng giới hạn của đường điện thoại Nhưng hàng rào này được phá bỏ bởi 1.5Mb/s DSL tốc độ bit cao (HDSL) Tiếp theo là 6Mb/s DSL bất đối xứng (ADSL) và 52Mb/s DSL tốc độ cực cao (VDSL).[1]

Yêu cầu của hệ thống liên lạc có tốc độ dữ liệu cao đã được phát triển từ việc nghiên cứu hiệu ứng quang phổ, hiệu suất cao, và cách điều chế mạnh Một phương pháp

đáp ứng yêu cầu trên, là điều chế đa sóng mang (MCM) với kĩ thuật phổ biến là Điều chế

đa âm tần rời rạc (DMT) Tuy nhiên vấn đề nổi bật nhất trong hệ truyền dẫn DMT-MCM

là tốc độ truyền dẫn Để có tốc độ truyền dẫn cao thì tổng số bit được phân phối trên toàn kênh phải lớn, tương ứng là các bit được phân bố trên mỗi kênh phải lớn Tín hiệu truyền

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

[1]Nguyễn Bích Phƣợng, “Ảnh hưởng của nhiễu xuyên âm đến phân bố bit trong điều chế đa âm

tần rời rạc”, trang 3-5, Tạp chí khoa học và Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, trang

119-124, Số 02/2005

Tiếng Anh

[2] D.Chrissan “One DSL for universal service” Technical report Texas Instruments, June

2004 White paper

[3] J Proakis “Digital communication”- McGrow Hill 2001

[4] K J Kerpez and S Galli, “Methods of summing crosstalk from mixedsources—Part

II: Performance results,” IEEE Trans Commun., to be published

[5] John A.C Bingham, “ADSL, VDSL, and Multicarrier Modulation”,pp.38-58, A

Wiley-Interscience Publication

[6] Achankeng Leke, “Dynamic bandwidth optimization for multicarrier systems”, pp.7-29

[7] Liang C.Chu,”ADSL system Enhancement ­ith Multiuser Detection”,pp 22

[8] S Galli and K J Kerpez, “Methods of summing crosstalk from mixed sources—Part I:

Theoretical analysis,” IEEE Trans Commun., vol 50,pp 453–461, Mar 2002

[9] Thomas Starr, John M.Cioffi, Peter J Silverman, “Understanding Digital Subcriber Line

Technology”, pp 4-234

[10] Raphael Cendrillon, Marc Moonen, Jan Verliden, Tom Bostoen, Wei Yu, “Optimal Multi-user Spectrum Management for Digital Subscriber Lines”, pp 1-5

[11] R Cendrillon, W Yu, and M Moonen, “Optimal Multi-user Spectrum Management for

Digital Subscriber Lines,” Submitted to IEEE Trans Commun., available at

www.geocities.com/raphael_cendrillon, 2003