Nhiễu xuyên âm trong thiết bị đường dây thuê bao số không đối xứng : Luận văn ThS. Kỹ thuật điện tử - viễn thông: 02 07 00

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ N G U Y Ễ N Q U A N G HẢ! NHIỄU XUYÊN ÂM TRONG THĨÊT BỊ ĐƯỜNG DÂY THUÊ BAO SỐ KHÔNG Đ ố i XÚNG CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT v ổ TUYẾN DIỆN TỬ VÀ THÔNG TIN LIÊN LẠC Mà SỔ : 02.07.00 LU Ậ N V Ă N T H Ạ C s ĩ NGƯỜI HUỔNG D Ẫ N KHOA HỌC: PG S.T iến Sĩ N g u y ễn V iết Kính Hà Nội - Năm 2003 M Ụ C LỤ C L Ờ I G I Ớ I T H I Ệ U * T Ó M T Ắ T .5 CHƯƠNG 1: C Ơ S Ở V Ề D S L L I Các modem băng thoại D S L L Ché độ truyền dẫn Ị 2.ỉ Hướng 12 Ị 2.2 Định th i 14 ỉ 2.3 K ê n h : 14 Ị 2.4 Mơ hình đơn đa điểm 15 1.3 Nhiễu xuyên âm C H U Ơ N G : C Á C L O Ạ I D S L H D S L H D SL nguyên 18 2.1.2 H D SL khả v ứng dụng 19 2.1.3 Phương thức truyền dần H D S L : 21 / A D S L .2 Định nghĩa A D SL mơ hình tham chiếu 24 2.2.2 A D SL nguyên b ắ n : 25 2.2.3 Các khả A D SL VCỈ ứng dụn g: 2.2.4 Truyền dẫn A D S L 26 2 V D S L : 2.3 ỉ Định nghĩa V D SL mô hình tham ch iếu : 29 2.3.2 Tính ứng'dụng V D S L : C H U Ơ N G :T R U Y Ề N D A N t r ê n đ ô i d â y x o ắ n 3 Đ ô i d â y x o ắ n n g u y ê n b ả n : 3 N h i ễ u : 3 Ị Nhiễu xuyên âm : .32 3.2.2 Nhiễu vô tuyến: 39 3.2.3 Nhiễu x u n g : 42 C H U O N G 4: s o SÁNH CÔNG NGHỆ ĐƯỜNG DÂY THUÊ BAO s ố K K Ô N G Đ Ố I X Ú N G V Ớ I C Á C C Ô N G N G H Ệ K H Á C M o d e m M o d c m c p H ệ t h ố n g p h â n b ố đ a k ê n h đ a đ i ể m ( M M D S ) D ị c h v ụ p h â n b ố đ a đ i ể m k h u v ự c ( L M D S ) C c h ệ t h ố n g v ệ t i n h .5 S o s n h A D S L v i c c c ô n g n g h ệ k h c C H Ư Ơ N G 5: T Í N H T O Á N X U Y Ê N  M C Ủ A T H IÊ T BỊ Đ U Ờ N G D  Y T H U Ê B A O S Ố K H Ô N G Đ ố i X Ú N G 5 G i ó i t h i ệ u 5.2 C c p h n g p h p i ấ y t ổ n g x u y ê n â m h ỗ n h ọ p 5.2 ỉ Phương pháp lẩy tổng xuyên âm đơn giản 58 5.2.2 Phương pháp lấy tổng xuyên âm với mật độ phổ công suất í rung bỉnh 58 5.2.3 Phương pháp lấy tổng xuyên âm F S A N 59 5.2.4 Phương pháp ỉấy tổng xuyên âm sử dụng giới hạn Minkowski hay phương pháp lẩy tổng xuyên âm FSA N tổng quái 60 5.3 K ĩ t h u ậ t tín h t o n 5 ỉ Mật độ p h ổ công suất tín hiệu đường dãy thuê bao s ổ 66 3.2Các pliương pháp lấy tổng xuyên âm hỗn hợp .74 N h ậ n x é t k ế t q u ả t í n h t o n 7 5.4.JN hận x ét 79 5.4.2Kết luận 80 C Á C T H U Ậ T N G Ữ 8 TÀI L IỆ U T H A M K H Ả O L Ờ I C Á M ƠN BỞII luận văn dã dược thực Công ty điện toán truyền s ố liệu với giúp đỡ tận tình anh chị em Cơng ty Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới PGS.TS Nguyễn Viết Kính, thầy tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Đồng thời, xin bày tỏ lỏng biết ơn tới thầy giảng dạy lớp Cao học Điện tử - Viển thông khố 7, Khoa Cơng n Ạ ệ , Đại học quốc gia Hà nội Cuối cùng, xin chân thành cám ơn đồng nghiệp hữu tạo điều kiệiì thuận lợi giúp đỡ tơi hồn thành luận văn H Nội, tháng 05 năm 2003 Học viên Nguyền Quang Hải LỜI G IỚ I THIỆU N gày nay, m ạng Internet với 0 triệu W eb site dịch vụ thư điện lử giúp người c ó thể trao đổi với toàn th ế g iớ i, với m ột tốc độ kết nối liệu vài kbit/s m odem qua đường điện thoại tốc độ đủ để lướt bề mặt Internet m không đủ thoả mãn ch o thông tin tức thời theo yêu cầu Hướng tới tương lai, người m on g m uốn có ihể truy nhập n gay tới nguồn liệu toàn cẩu để iham g ia vào dịch vụ truyền hình hội nghị hay xem đoạn v id eo cá nhân, truy nhập tức thời đến phim sản xuất H ollyw o o d ihì lúc sỏ' hạ tầng íh n g tin băng rộng loàn cầu phải xây dựng C ông n g h ệ đường dây thuê bao s ố tốc độ cao (x D S L ) phương thức iruyền thông tin s ố với lốc độ hàng triệu bít giây qua đường điện thoại truyền thống tảng ch o v iệc phân phối dịch vụ băng rộng tới thuề bao Sở d ĩ diều thực nhờ áp dụng cá c kỹ thuật truyền số phức tạp, bù trừ suy giảm truyền dẫn đường day điện thoại c c vi xử lý s ố c ó lực lớn T uy n h iên , D SL m ột cô n g ngh ệ vãn tiếp tục nghiên cứu phát triển, hoàn thiện, tài liệu lại đề cộp đến vấn đề cịn m ới mỏ D SL nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót T m ong nhận ý kiến đón g góp bạn đọc để tài liệu ngày hoàn thiện TÓM TẤT X uyên âm thành phần nhiễu lớn dường làm suy giảm chất lượng dịch vụ đường dây thuê bao số (xD S L ) V ì lý này, có nhiều nghiên cứu m hình hố xu yên âm C ác nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm tim m hình m ậl độ phổ c ô n g suất xu yên âm đầu gần (N E X T ) xuycn âm đầu xa (F E X T ) thu m ột nhiều nguồn g ây xu y ên âm loại gày N hưng c ó nhiều loại nguồn gây xu y ên am khác vấn đề m hình mật đ ộ phổ cô n g suất xu yên âm trở nên phức tạp Có ba m hình lấy tổn g xu y ên âm hỗn hợp phổ biến phương pháp mật độ phổ côn g suấl trung bình Z im m erm an đề xuất lần vào tháng năm 1997 ; phương pháp lấy tổng xuyên âm F S A N P ersico M agnone CSELT đề xuất lần vào tháng năm 1998, phương pháp lấy tổng xuyôn Am sử dụng giớ i hạn M inkow ski dược Stcfano Gal li K enneth J Kcrpez đổ xuất vào tháng năm 0 M ục đích luận văn trình bày nội ciung phương pháp này, tính tốn mậl dộ phổ n g suấl cùa 16 tín hiệu đường day thuê bao s ố (xD S L ) ước lượng xu ycn âm m thiết bị đường dây thuô bao s ố không đối xứng (A D S L ) thu có m ột hay nhiều loại thiết bị xD SL hoạt độn g cuộn cáp gây thời so sánh phương pháp với phương pháp tiêu chuẩn hoá F S A N dựa vào tỷ s ố tín hiệu nhiễu (S N R ) Đ ối tượng phạm vi nghiên cứu luận văn xu yên âm ước lượng tổng có n g suất xu ycn âm m ột hay nhiẻu loại thiết bị sử dụng côn g nghệ đường dây thuê bao s ố tác động lên thiết bị đường dây thuê bao số không đối xứng Bcn cạnh ý ngh ĩa khoa h ọc, luận văn phục vụ ch o cô n g tác xây dựng tiêu chuẩn thiết bị đường dây thuê bao s ố khơng đ ố i xứng Có thể áp dụng lý thuyết luận văn vào viộc xác định cô n g suấl phát cá c thiết bị đ n g dủy thuê bao số nói c h u n g đ n g d ây thuê bao s ố k h ô n g đối x ứ ng i riê n g d ự a Ircn ả n h h n g c ủ a x u y ê n â m lên c h ấ t lư ợ n g c ủ a th iết bị đ n g d â y ihuê b a o s ố hoạt đ ộ n g Irong c ù n g c u ộ n cáp Luận vãn “Nhiễu xuyên âm thiết bị đường dây thuê bao sỏ không dối xứng” b a o gồm chương C hương trình bày sở DSL, c h ế đ ộ tru y ề n d ẫ n C h n g trìn h b y c c loại D ? L , n h ữ n g đ ặ c đ i ể m tru y ề n d ẩ n T r o n g s ố c c c ô n g n g h ệ đ n g d â y t h u ê b a o s ố ( x D S L ) n ó i c h u n g , A D S L c ô n g n g h ệ u v iệ t n h ấ t đ ể c u n g c ấ p c h o th u ê b a o c c d ịc h v ụ tố c đ ộ c a o , tất n h iên cũ n g có n h iều giải p h p k h c x D S L C h n g trình b ày tru y ền d ẫ n đ ô i d â y x o ắn C h n g trình b y c c giải p h p k h c so sá n h c h ú n g với A D S L C h n g trình b ày k h n iệ m x u y ê n â m tó m tắt c c kết q u ả n g h iê n u v ề x u y c n â m từ trư c đ ế n n a y tro n g m ụ c 5.1 M ụ c trìn h b y chi tiết từ n g p h n g p h p lấy tổ n g x u y ê n â m h ỗ n h ợ p đ ã đ ợ c đ ề c ậ p tro n g m ụ c trcn M ụ c 5.3 trìn h b y k ĩ th u ậ t tín h t o n m ậ t đ ộ p h ổ c ô n g s u ấ t c ủ a x D S L k h c n h a u c c p h n g p h p lấy lổ n g x u y ê n a m h ỗ n hợp 16 tín h iệ u C H Ư Ơ N G 1: C S Ở V Ể DSL C ô n g n g h ệ đ n g d â y ih u ê b a o s ố ( D S L ) th ự c h i ệ n t r u y ề n th ô n g tin s ố q u a đ n g d â y đ iệ n th o ại Đ n g d â y đ iệ n th o ại, k ể từ p h t m in h c ù a A le x a n d e r G r a h a m B ell v o n ă m g iờ đ â y có th ể tru y ề n tín h iệ u tốc đ ộ h n g triệ u bít trơ n g iâ y , s d ĩ đ iề u n y th ự c h iệ n đ ợ c n h p đ ụ n g kv thuật truyền số th ô n g m inh bù đắp k h n g hồn th iện tru y ề n d ẫ n đ n g đ ây đ iện thoại K ỹ thuât Iruyền d ẫn số sử d ụ n g c c th u ậ l to n p h ứ c tạ p m n g y n a y c ó th ể trở th n h h iệ n th ự c n h c c vi x lý s ố c ó t ố c đ ộ c a o ( l ự a I r ê n c c m c h l í c h h ợ p Kỹ thuật D S L tạo m ộ t b c n g o ặ t m i c h o v iệ c sử d ụ n g đ n g dcìy đ i ệ n t h o i Đ n g d â y đ i ệ n t h o i t r c đ í ì y c h ỉ d ù n g đ ể t r u y ề n k ê n h đ iệ n th o ại b ă n g tẩ n 3.4 k H z , g iờ đ â y c ó th ể tru y ề n g ầ n nén kênh tín h iệ u video 100 k ê n h th o ại số với ch ất lư ợ n g lư n g đ n g q u ả n g bá K ỹ th u ậ t tru y ền d ẫ n s ố tốc đ ộ c a o q u a đ ô i d ầ y tru yền đ iệ n thoại yêu c u p h ả i c ó c c b ộ x lý s ố t iê n tiế n d ể k h ắ c p h ụ c s ự s u y g i ả m n h iễu x u y ê n a m từ c ác đô i d ây k h c tro n g c ù n g hình tín hiệu, c p , s ự p h ả n x tín h iệ u , n h iễ u tẩn s ố vô tu y ế n c c nhiỗ u x u n g / / C ác m o d e m b ă n g th o i D S L Các m odem b ăn g th oại đư ợc đưa vào cuối thập kỷ 50 để tru yền liệu q u a m n g đ iệ n th o i c ô n g c ộ n g (P S T N ) T “ m o d e m ” x u ất p h át từ M o d u la to r - D e m o d u la to r (b ộ đ iều c h ế giải đ iề u ch ế) T ru y ề n d ữ liệu q u a m n g P S T N p h ải đ ợ c đ iề u c h ế P S T N k h n g t r u y ề n tầ n s ố d i 0 H z S ố liệ u k h ô n g d i ề u c h ế y ê u c ẩ u t r u y ề n t ầ n s ố tiế n tới H z T r ê n th ự c tế, m o d e m c h u y ể n đ ặ c t í n h tầ n s ố c ủ a s ố liệu g i ố n g v i tín h iệ u th o i đ ể tru y ền qua m ạng PSTN M ạng PSTN t r u y ề n tín h i ệ u t 0 H z tới 0 H z D o đ ó , tín h i ệ u đ i ề u c h ế g i ố n g n h m ộ t cu ộ c gọi th ô n g thư n g với m n g PST N Modem Thiết bị d iu cuối Tổng đài Irung tâm Phía người sử dụng A Phạm vi cùa đường truyền dẫn báng thoại Phía người sử dụng B H ìn h 1.1 M hình tham c h iế u m o d em b ặ n g th oại M ột tron g c c m o d em A T & T B ell 103 truyền so n g c ô n g k h ô n g đ n g tố c đ ộ 0 b it/s sử dụ ng kỹ thuật k h o di tần FSK M od em CCJTT (IT U ) V I cũ n g tương lự k h ô n g lư n g th ích với B ell 103 V i năm sau đ ó , m odem B ell 2 lă n g tố c đ ộ lên 0 B it/s sử đụ ng kỹ th u âl FSK bán so n g c ô n g V o c u ố i năm c ỏ n g ly V a d ic đưa V A 0 , m o d em so n g c ô n g thực đẩu tiên sử d ụ n g PSK (k hoá di pha) V ài năm sau B ell 2 C C ITT V 2 0 b ít/s so n g c ô n g , sử d ụ n g kỹ thuật PSK cũ n g đư ợc đưa N ă m 1981, V 2 b is c ó tố c độ 0 b il/s , s o n g c ô n g V sử d ụ n g m ã hố tr e llis c ó tiến m ộ t b óc quan trọng tru yền th ô n g tin th eo hai hướng sử dụ ng c ù n g m ột tẩn số C ác m o d em trước V sử dụ ng tần s ố phát k h ác tần số Ihu (F D M ) V đạt tốc đ ộ 0 b il/s Sau đ ó, V xuất h iệ n , tố i ưu h o tẩn s ố sử d ụ n g , d ạn g đám , m ã h oá th eo kênh c h o phép tru yền tới tố c đ ộ ,8 k b it/s, so n g c ô n g N ăm 9 , m o d em V sử dụ ng đ ộ rộn g băng tần lên tới ,6 k H z V ề m ặt kỹ thuật, lớn độ rộn g băng tần truyền th ố n g ,4 k H z T uy n h iên , V c ó th ể h oạt đ ộ n g độ rộng băn g tần thấp bằn g cá ch g iả m lố c đ ộ tru yền V o c u ố i năm 9 , c c m o d em k b it/s “ PG M ” xuất h iện , chuẩn h o b ằn g tiêu ch u ẩn ITU V M o d em PC M k h ô n g đ ố i xứ ng v ì h ỗ trợ tốc độ thu k b it/s (v ề phía k h ách h n g ) phát 3 ,6 k b it/s T rê n th ự c tế, m o d c m P C M h iế m đạt lốc độ k b it/s d o h ạn c h ế c ô n g suất truyền, c h u y ể n m ạch trung gian cá c suy g iảm truyền dần n h cuộn càn h ằ n g cáp K h i c ó đ n g tru y ề n số trực tiếp ( k h ô n g c h u y ể n đ ổ i tư n g tự) từ n g u n s ố tới m o d e m đường 3 ,6 k b it/s dây thuê bao, cách ánh tốc độ truyền m odem x trự c tiế p tín hiệu PCM PCM có số thành nối vào m ạng thể vượt tín h iệ u p h t k h ô n g bị ả n h h n g c ủ a n h i ễ u ỉ ợ n g t h o Trung kế Mạch vòng nội hạt u Thu phát DSL Thu phát DSL _vlạch vòng Thu phát nội hạt DSL Tổng đài trung tâm Tổng đài trung tâm Thiết bị đầu cuối Phía người sử tiụiig à Tim phát DSL u Thiết bị đẩu cuối Phạm vị DSL "A" Phía người sử dụng B Phạm vi DSL "B" C h ú thích: M ỏ h ìn h th a m c h iế u đ iể m - điểm bao g ổ m 2D SL , m ột cho n g i s d ụ n g A , m ộ t c h o n g i s d ụ n g B H ìn h Cấu hình m ạng 1.2 M h ìn h th a m c h iế u D S L m odem PCM xuất phát ih o i củ a th ế hệ trước Ở p h ía m n g , m o đ e m lừ P S T N PCM với phải có m odem băng đường số nối trự c tiế p tới b ộ c h u y ể n đ ổ i t n g t ự - s ố ( C O D E C ) n ố i v o đ n g d â y đ iệ n th o ại c ủ a ngư i sử d ụ n g m o d e m PCM M odcm h o ạt đ ộ n g trcn m n g PS T N n h m ột c u ộ c g ọ i q u a y số th ô n g thường M o d e m P C M g iố n g D S L c h c ầ n c ó m ộ t đ n g n ố i s ố từ m n g tới g ia o d iệ n th u ê b a o n h n g k h c mơ hình DSL (xem hình 1.2) c h ỗ gọi thự c h iệ n đ iện thoại th ô n g th n g V ề m ặ t cấu trúc m o d c m P C M g iố ng giữ a D S L 79 phát triển lên trường hợp tổng quái với số loại nguồn gây xuyên âm K, K số ngun dương Vì khuôn khổ luận vãn thời gian hạn chế, tơi trình bày kịch xun âm Tuy số lượng kịch điều khơng làm m ất tính ngẫu nhiên tổng quát đủ liệu để đưa nhận xét cho phương pháp lấy tổng xuyên âm hỗn hợp 5.4.ỈN hận xét - Các kịch 1, có dạng giống Phương pháp đơn giản cho tỷ số SNR trung bình, cực đại cực tiểu nhỏ phương pháp lấy tổng xuyên âm FSAN ứng với hai trường hợp có loại nguồn gãy xuyên âm khác Khi số loại nguồn tăng lên, so với phương pháp lấy tổng xuyên âm FSAN, tỷ số SNR irung bình, cực đại cực tiểu phương pháp nhỏ Vì mức tín hiệu khơng đổi nên nhiễu xun am trung bình, cực đại cực tiểu lớn số loại nguồn tăng Đây nhược điểm phương pháp - Phương pháp mẠl độ phổ công suất trung bình cho tỷ số SNR trung bình, cực đại cực tiểu lớn phương pháp lấy tổng xuyên âm FSAN ứng với hai trường hợp có loại nguồn gây xuycn âm khác Tỷ số SNR trung bình, cực đại cực tiểu lớn Trong trường hợp có loại nguồn gây xuyên âm khác nhau, chênh lệch tỷ số SNR cực đại cực tiểu lớn Do đó, phương pháp phụ thuộc vào trường hợp xuyên âm cụ thể, tính ổn định Việc đưa tỷ số SNR mô lớn tỷ số SNR thực tế m ột lỗi nguy hiểm Đ iều dẫn đến lồi dịch vụ áp dụng kết mô vào triển khai thực tế - Phương pháp lấy tổng xuyên âm sử dụng giới hạn M inkowski (với X < 0,6) cho tỷ số SNR trung bình, cực đại cực tiểu lớn hơn'phương pháp lấy tổng xuyên âm FSAN ứng với hai trường hợp có loại nguồn gây xuyên âm khác Khi số loại nguồn gây xuyên âm 2, phương pháp 80 M inkowski m ô gần phương pháp lấy tổng xuyên âm FSAN Khi số loại nguồn gây xuyên âm tăng, tỷ số SNR cực tiểu phương pháp M inkowski ứng với A, khác gần nhau, tỷ số SNR cực đại táng chậm X giảm , tỷ số SNR trung bình khoảng cách chênh lệch tỷ số SNR cực đại cực tiểu tăng chậm Ằ giảm Ngoại trừ phương pháp đơn giản, tỷ số SNR trung bình,cực đại cực tiểu phương plìúp M inkow ski đem so sánh với phương pháp khác nhỏ -Đây dicm khác biệt phương pháp M inkowski với phương pháp mật độ phổ công suất trung bình Nó thể tính ổn định phụ thuộc vào trường hợp xuyên âm cụ thể 5.4.2Kết luận Phương pháp lấy tổng công suất xuyên âm hỗn hợp lấy tổng công suất xuyên âm trường hợp 1% xấu loại nguồn gây xuyên âm Phương pháp gọi phương pháp lấy tổng xuyên âm đơn giản Phương pháp dưa mức xun ủm q cao giả thiết loại nguồn gây xuyên âm sử dụng đổi dây xấu nhóm cáp, đay m ột điều không thực tế Gán số phương pháp lấy tổng xuyên am khác đưa mức xuyên âm nhỏ phương pháp đơn giản đề xuất Trong luận văn xem xốt đến phương pháp lấy tổng xuyên âm: đơn giản, m ật độ phổ cồng suất trung bình, FSAN sử dụng giới hạn M inkowski Phương pháp lấy tổng xuyên âm với m ật độ phổ cơng suất trung bình có sai số xuycn âm trung bình thấp phương pháp lấy tổng xuyên âm FSAN có sai số xuyên âm cực đại lớn Phương pháp PSD trung bình đưa lỷ số SNR cao tỷ số SNR thực tế thường lớn nhiều tỷ số SNR phương pháp lấy tổng xuyôn àm FSAN đưa đề phịng ỉà m ột điều tốl nên từ khía cạnh thiết k ế phương pháp lấy tổng xuyên ám FSAN rõ ràng thích hợp phương pháp PSD trung bình 81 Phương pháp lấy tổng xuyên âm sử dụng giới hạn M inkowski phương pháp lấy tổng xuyên âm FSAN tổng quát Nếu A>0,6, phương pháp lấy tổng xuyên âm sử dụng giới hạn M inkow ski sc đưa mức xuyên âm cao phương pháp lấy tổng xuyên âm FSAN Khi Ằ