KẾT HỢP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT VÀ PHÂN BỐ BÍT TRONG HỆ xDSL ĐA NGƯỜI DÙNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN THỊ QUYÊN KẾT HỢP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT VÀ PHÂN BỐ BÍT TRONG HỆ xDSL ĐA NGƯỜI DÙNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2006 MỤC LỤC BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TRÊN ĐƯỜNG DÂY THUÊ BAO SỐ Error! Bookmark not defined 1.1 Công nghệ truyền dẫn đường dây thuê bao sốError! Bookmark not defined 1.2 Các loại đường dây thuê bao số Error! Bookmark not defined 1.2.1 Các hệ trước đường dây thuê bao sốError! Bookmark not defined 1.2.2 Mạng số đa dịch vụ tích hợp tốc độ bảnError! Bookmark not defined 1.2.3 Đường dây thuê bao số tốc độ caoError! Bookmark not defined 1.2.4 Đường dây thuê bao số bất đối xứngError! Bookmark not defined 1.2.5 Đường dây thuê bao số tốc độ cực caoError! Bookmark not defined CHƯƠNG – NHIỄU XUYÊN KÝ HIỆU, LÀM BẰNG VÀ DMT Error! Bookmark not defined 2.1 Nhiễu xuyên ký hiệu ISI Error! Bookmark not defined 2.2 Bộ làm Error! Bookmark not defined 2.3 Truyền dẫn đa kênh Error! Bookmark not defined 2.3.1 Điều chế vector Error! Bookmark not defined 2.3.2 Điều chế DMT Error! Bookmark not defined 2.3.3 Dung kênh nhiễu Gauss trắng cộng tínhError! Bookmark not defined 2.3.4 Dung đa kênh Error! Bookmark not defined 2.4 Các thuật tốn cấp phát bít Error! Bookmark not defined 2.4.1 Khái niệm cấp phát bit cho kênh truyền thôngError! Bookmark not defined 2.4.2 Thuật toán đổ nước Error! Bookmark not defined 2.4.3 Các thuật toán Chow Error! Bookmark not defined CHƯƠNG - PHÂN BỐ BÍT VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT ĐA NGƯỜI DÙNG Error! Bookmark not defined 3.1 Xuyên âm hệ thống DSL đa người dùng.Error! Bookmark not defined 3.2 Cân Nash Error! Bookmark not defined 3.3 Thuật toán điều khiển cơng suất dựa thuật tốn water - filling lặp Error! Bookmark not defined 3.4 Thuật tốn điều khiển cơng suất dựa thuật toán phân bố bit đa người dùng Error! Bookmark not defined CHƯƠNG - KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Error! Bookmark not defined 4.1 Kết mô thuật tốn điều khiển cơng suất theo phương pháp tần số tham chiếu hệ VDSL: Error! Bookmark not defined 4.2 Kết mơ thuật tốn điều khiển cơng suất phân bố bít đa người dùng thuật toán water - filling kênh ADSL hướng lên Error! Bookmark not defined 4.3 Kết mô hệ truyền thơng ADSL thuật tốn cấp phát bít Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 10 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh 2B1Q Binary, Quaternary 4B3T Binary, Ternary ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số bất đối xứng AMI Alternate Mark Inversion Mã đảo dấu luân phiên ANSI American National Standards Institute Viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không đồng ADSL Transmission Unit at the Central Đơn vị truyền dẫn ADSL phía tổng đài Office trung tâm ADSL Transmission Unit at the Remote Đơn vị truyền dẫn ADSL phía khách Side hàng AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu phân bố Gauss, trắng, cộng tính BRI Basic Rate ISDN ISDN tốc độ ATU-C ATU-R Tiếng Việt Hai bit nhị phân mã hóa bốn mức biên độ Mã đường băng gốc, mã hóa bit thành nhóm ký hiệu tam phân (+, 0, -) BRI transmission extension Mở rộng truyền dẫn ISDN tốc độ Carrierless Amplitude/Phase Điều chế biên độ / pha khơng có sóng Modulation mang Consumer DSL DSL khách hàng Consultative Committee on Ủy ban tư vấn điện thoại điện báo International Telegraph and Telephone quốc tế CO Central Office Tổng đài trung tâm CODEC Voice Coder / Decoder Bộ mã hóa giải mã thoại DAML Digital Added Main Line Đường dây có thêm số DC Direct Current Dòng điện chiều DDS Digital Data Service Dịch vụ liệu số DFE Decision Feedback Equalizer Bộ làm phản hồi định DFT Discrete Fourier Transform Phép biến đổi Fourier rời rạc DLC Digital Loop Carrier Hệ thống mạch vòng số DMT Discrete Multitone Đa âm rời rạc ECH Echo-Canceled Hybrid Lai, khử tiếng vọng eoc Embedded Operations Channel Kênh hoạt động theo kiểu nhúng BRITE CAP CDSL CCITT ETSI European Telecommunications Standards Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu FDD Frequency Division Duplex Truyền dẫn song công theo tần số FDM Frequency Division Multiplexing Hợp kênh phân chia theo tần số FEC Forward Error Control Kiểm lỗi hướng thuận FEQ Frequency Equalizer Bộ làm miền tần số FEXT Far – End Crosstalk Xuyên âm xa FFT Fast Fourier Transform Phép biến đổi fourier nhanh FIR Finite Impulse Response Đáp ứng xung hữu hạn FSN Full-service Network Mạng dịch vụ loại G.DMT The full-rate Recommendation G992.1 HDSL High-bit-rate Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số tốc độ cao Second-generation High-bit-rate Digital Đường dây thuê bao số tốc độ cao hệ Subscriber Line thứ HDTV High-definition Television Truyền hình phân giải cao HPF High-pass Filter Mạch lọc thông cao IDFT Inverse Discrete Fourier Transform IDSL ISDN Digital Subscriber Line IFFT Inverse Fast Fourier Transform ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số đa dịch vụ tích hợp ISI InterSymbol Interference Nhiễu ký hiệu ITU International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế LPF Low-pass Filter Mạch lọc thông thấp LT Line Termination Đầu cuối đường dây MA Margin-Adaptive Thích nghi dự phòng MIB Management Information Base Cơ sở thơng tin quản lý HDSL2 Khuyến nghị tồn tốc G.992.1 ITU ADSL Phép biến đổi ngược phép biến đổi Fourier rời rạc Đường dây thuê bao số ISDN Phép biến đổi ngược phép biến đổi Fourier nhanh MMSE Minimum Mean Square Error Tối thiểu hoá lỗi trung bình bình phương NEXT Near - End Crosstalk Xuyên âm gần NID Network Interface Device Thiết bị giao diện mạng NSR Noise to Signal Ratio Tỷ số công suất nhiễu/tín hiệu NT Network Termination Đầu cuối mạng ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang PCM Pulse Code Modulation Điều chế mã xung POTS Plain Old Telephone Service Dịch vụ thoại truyền thống PAM Pulse Amplitude Modulation Điều chế biên độ xung PSD Power Spectrum Density Mật độ phổ cơng suất PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha PSTN Public Switched Telephone Network Mạng thoại chuyển mạch công cộng QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương RA Rate-Adaptive Thích nghi tốc độ RADSL Rate-Adaptive DSL Đường dây thuê bao số thích nghi tốc độ RSMP Rate Sum Maximum Problem Vấn đề tối đa hóa tổng tốc độ SDSL Symmetric DSL (Single-pair DSL) SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số cơng suất tín hiệu nhiễu - Trellis Coded Modulation Điều chế mã lưới - Time Compression Multiplexing Hợp kênh nén thời gian Đường dây thuê bao số đối xứng (hay DSL cặp dây) TCM UADSL Universal ADSL ADSL toàn cầu UAWG Universal ADSL Work Group Nhóm làm việc ADSL tồn cầu UPBO Upstream Power Back off Giảm công suất hướng lên VDSL WPSMP Very high bit rate Digital Subscriber Line Weighted Power Sum Minimum Problem Đường dây thuê bao số tốc độ cực cao Tối thiểu hố tổng cơng suất có trọng số MỞ ĐẦU Công nghệ đường dây thuê bao số DSL cho phép truyền thông tin số với tốc độ cao đường dây thuê bao điện thoại thông thường Điều thực thông qua công nghệ truyền dẫn số phức tạp, công nghệ bù cho mát, suy hao thông thường đường điện thoại Các công nghệ truyền dẫn số sử dụng thuật toán phức tạp, áp dụng thực tế, nhờ vào phát triển khả xử lý mạnh mẽ xử lý tín hiệu số dựa mạch điện tử tích hợp mức độ cao DSL sử dụng công nghệ truyền dẫn đa kênh, chia tồn dải thơng truyền dẫn thành kênh truyền độc lập nhau, phương pháp khơng hạn chế đáng kể nhiễu xuyên ký hiệu ISI mà áp dụng phương pháp xử lý số nâng cao tốc độ truyền dẫn giảm tối thiểu thời gian trễ xử lý Các kênh truyền cấp phát số lượng bit thích hợp tùy theo tiêu chí cung cấp dịch vụ, thích nghi tốc độ truyền (RA) hay thích nghi dự phòng (MA), giá trị SNR kênh Tuy nhiên, bó cáp bao gồm hàng trăm đường dây thuê bao bó lại với Bởi chúng gần nên dây tạo điện từ trường can nhiễu với đường dây khác, gây nhiễu xuyên âm Do suy giảm đường dây khác nhau, xuyên âm gây đường dây gần lấn áp tín hiệu liệu đường dây xa Do hiệu suất hướng lên mạch dài bị ảnh hưởng cảch rõ rệt đường truyền hướng lên mạch ngắn Để giải vấn đề này, mạch ngắn cần phải giảm PSD hướng lên khơng gây can nhiễu thể lên mạch dài Việc giảm mật độ phổ công suất hướng lên gọi UPBO Giải pháp cho vấn đề UPBO nghiên cứu nhiều chuẩn DSL, số phương pháp sử dụng phương pháp tần số tham chiếu, phương pháp chiều dài tham chiếu, phương pháp làm FEXT, phương pháp nhiễu tham chiếu … Tuy nhiên phương pháp cần tác nhân điều khiển trung tâm Điều khó thực đường dây bó cáp thuộc nhà cung cấp khác Giải pháp khác tối ưu Yu đưa điều khiển cơng suất theo thuật tốn đổ nước Water – Filling Thuật tốn khơng cho kết phân bố công suất tối ưu người dùng mà phân bố lượng tồn dải thơng truyền dẫn Luận văn tóm lược tới vấn đề cấp phát bit cho kênh truyền theo hai tiêu chí cung cấp dịch vụ thích nghi tốc độ truyền thích nghi dự phòng Những thuật tốn thực việc cấp phát bit trình bày mơ bao gồm thuật tốn đổ nước, thuật toán Chow Đồng thời luận văn nghiên cứu giải pháp UPBO thuật toán điều khiển cơng suất kết hợp với phân bố bít dựa thuật toán đổ nước water – filling dựa kết mơ Nội dung trình bày luận văn sau:  Chương 1: Trình bày tổng quan công nghệ truyền dẫn đường dây thuê bao số Giới thiệu loại DSL sử dụng truyền thơng  Chương 2: Trình bày nhiễu xuyên ký hiệu ISI làm Trình bày hệ thống truyền dẫn đa gồm kỹ thuật điều chế vectơ đặc biệt kỹ thuật DMT, dung kênh Giới thiệu thuật toán cấp phát bit cho kênh truyền hệ thống truyền thông đa kênh theo tiêu chí hệ thống RA MA Các thuật tốn thuật tốn đổ nước, thuật tốn Chow Chương 3: Trình bày nhiễu xuyên âm vấn đề UPBO hệ thống DSL Trình bày giải pháp cho vấn đề UPBO gồm phương pháp tần số tham chiếu, chiều dài tham chiếu, nhiễu tham TÀI LIỆU THAM KHẢO Bingham J.A.C (2000), ADSL, VDSL, and Multicarrier Modulation, John Wiley & Son Inc, New York, pp 38-180 Chaohuang Zeng, C Aldana, A.A Salvekar, J M Cioffi (2001), “Crosstalk Identification in xDSL Systems”, Journal on selected Areas in Communications vol 19 no 8, Aug 2001, pp 1486-1496 Edfors O, Sandell M, Beek J, Landstrom D, Sjoberg F (1996), An introduction to orthogonal frequency-division multiplexing, pp 30-32 Goralski W (1998), ADSL and DSL Technologies, McGraw-Hill, New York, pp 121-213 ITU-T (1999), ”High bit rate Digital Subscriber Line (HDSL) transceivers”, ITU-T Recommendation G.991.1, pp 11-13 ITU-T (1999), ”Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) transceivers”, ITU-T Recommendation G.992.1, pp 18-66, 120-123 ITU-T (1999), ”Splitterless Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) transceivers”, ITU-T Recommendation G.992.2, pp 10-45 Jacobsen K.S (2001), “Methods of upstream power backoff on very high-speed digital subscriber lines”, IEEE Commun Mag., vol 39, pp 210-216 Lee J., Sonalkar R.V, Cioffi J.M (2002), “A multi-user Rate and Power Control Algorithm for VDSL” IEEE Global Telecommunication Conf (GLOBECOM), pp 1264-1286 10 Lee J., Sonalkar R.V., and Cioffi J.M (2002), “Multi-user discrete bit-loading for DMTbased DSL systems,” in Proc IEEE GLOBECOM, pp 1259-1263 11 Leke A (1999), Dynamic Bandwidth optimization for multicarrier system, PhD Thesis, Stanford University, pp 7-27 12 Liang C Chu, Martin Brooke (2001), “A study on Multiuser DSL Channel Capacity with Crosstalk Environment”, IEEE trans, on Communication vol 38, no 3, pp 176-179 13 Sestok C (2000), “Multicarrier modulation for broadband modems”, IEEE Communications Magazine, pp 1-6 14 Starr T., Cioffi J M., Silverman P.J (1999), Understanding Digital Subscriber Line Technology, Prentice Hall PTR, Upper Saddle River, pp 1-52, 85-104, 147-179, 205-235 15 Telecommunication System Institute (TSI) – Greece, Bar Ilan University (BIU) (2004), Analysis of Multiuser Capacities and Capacity Regions, Israel 16 Warrier P., Kumar B (2000), xDSL Architecture, McGraw-Hill, New York, pp 81-248 17 Wei Yu, George Ginis, John M Cioffi (2002), “Distributed Multiuser Power Control for digital Subscriber Lines”, IEEE J Select Areas Commun, vol 20, no 5, pp 1105-1115