Tài liệu Kỹ thuật và dịch vụ nổi trội ADSL - Chương 2 doc

Kỹ thuật dịch vụ trội ADSL Đặng Quốc Anh Chương 2: KỸ THUẬT VÀ DỊCH VỤ NỔI TRỘI CỦA ADSL 2.1 ADSL – Kỹ thuật nhà nghèo 2.1.1 Những thách thức kỹ thuật ADSL Mạng PSTN mạng thuê bao nội hạt thiết kế theo tiêu chuẩn giới hạn truyền dẫn kênh thoại tương tự 3400Hz Ví dụ: điện thoại, MODEM quay số, MODEM fax, giới hạn truyền dẫn đường dây điện thoại với phổ tần số từ Hz đến 3400Hz Tốc độ thông tin cao đạt phổ tần số 3400Hz 35kbps thực tế đạt 33,6 kbps Vậy làm cách công nghệ DSL đạt tốc độ thông tin hàng triêäu bit giây môi trường truyền dẫn cáp đồng Câu trả lời thật đơn giản: loại bỏ giới hạn 3400Hz! DSL T1 E1 trước sử dụng tầm tần số rộng kênh thoại Ứng dụng đòi hỏi truyền dẫn thông tin tầm tần số rộng từ đầu dây tới thiết bị thu đầu bên Có vấn đề nảy sinh ta loại bỏ giới hạn 3400Hz đột ngột tăng cao tốc độ thông tin cáp đồng: Suy hao (attenuation): tiêu tán lượng tín hiệu truyền dẫn đường dây Việc dây nhà góp phần làm suy hao tín hiệu Bridged tap: đoạn dây kéo dài kết thúc vòng thuê bao gây thêm mát số tần số xung quanh giá trị tần số có phần tư bước sóng độ dài đoạn kéo thêm Xuyên kênh (crosstalk): xuyên kênh hai đôi dây bó cáp gây lượng điện mang theo đôi dây Người ta thường so sánh truyền dẫn tín hiệu điện với lái xe Tốc độ xe nhanh tốn nhiều nhiên liệu mau phải đổ xăng Với tín hiệu điện truyền cáp đồng sử dụng tần số cao làm giảm cự ly thông tin Điều tín hiệu tần số cao truyền qua cáp kim loại suy hao nhanh tín hiệu tần số thấp Một phương pháp để tối thiểu hoá suy hao sử dụng dây trở kháng thấp Dây cỡ lớn có trở kháng nhỏ dây cỡ nhỏ nên làm suy hao tín hiệu tín hiệu truyền đến khoảng cách lớn Dó nhiên sử dụng dây cỡ lớn làm tăng nhanh chi phí cho mạng cáp tính trung bình metre dây Vì công ty khai thác điện thoại thiết kế mạng cáp sử dụng cỡ dây nhỏ cho việc truyền tải 59 Đặng Quốc Anh Dịch vụ ADSL Ở Bắc Mỹ (Hoa Kỳ Gia Nã Đại), mạng cáp nội hạt thường 24AWG 26AWG Quy tắc thiết kế hầu hết công ty điện thoại sử dụng dùng cỡ dây nhỏ chút cho vòng thuê bao gần tổng đài nội hạt để tiết kiệm tối đa khoảng không gian chiếm chỗ dùng cỡ dây lớn chút cho vòng thuê bao xa để mở rộng tối đa chiều dài vòng thuê bao Trong hầu hết thị trường Bắc Mỹ cỡ dây xác định đường kính với đơn vị đo milimetre Chẳng hạn 0,4 mm tương đương với 26 AWG 0,5 mm tương đương với 24 AWG cỡ dây sử dụng nhiều quốc gia phát triển cỡ dây sử dụng vùng dân cư tăng lên đến 0,6 mm hay 0,9 mm Sự không đồng cỡ dây tăng thêm thách thức việc xác định thực loại hệ thống DSL cho loại vòng thuê bao riêng biệt Vào năm đầu thập kỷ 80 kỷ trước, nhà cung cấp thiết bị đầu tư phát triển hướng đến ISDN tốc độ sở cung cấp kênh B (Binary channel) 64 kbps kênh D (Digital channel) dùng cho báo hiệu truyền liệu Các bit liệu nghiệp vụ thêm vào làm cho tốc độ đường truyền phải lên đến 160 kbps Điều chủ yếu để đường dây ISDN kéo dài đến 6000 m sử dụng vòng thuê bao cáp đồng cuộn phụ tải Tuy nhiên kỹ thuật mã AMI đòi hỏi phải truyền tải tốc độ nhỏ 160 000 Hz Vào năm 1988 người ta tăng hiệu mã AMI lên gấp đôi cách sử dụng truyền tải bit thông tin chu kỳ tín hiệu hình sine hay baud Mã đường dây gọi mã bit nhị phân tín hiệu tứ phân (2B1Q: Binary Quaternary) Mã 2B1Q đường truyền BRI ISDN sử dụng tầm tần số từ đến xấp xỉ 80 000Hz đạt đến tầm liên lạc 000 m Năng lượng điện truyền cáp đồng sóng điều chế phát xạ lượng qua vòng dây đồng lân cận bó cáp Sự ghép lượng điện từ gọi xuyên kênh (crosstalk) Trong mạng điện thoại dây dẫn đồng cách điện bó với thành chão cáp Các hệ thống kế cận chão cáp phát thu thông tin tầm tần số tạo nhiễu xuyên kênh đáng kể Đó tín hiệu xuyên kênh cảm kháng kết hợp với tín hiệu truyền đường dây Kết dạng sóng có hình dáng khác xa với dạng sóng truyền Xuyên kênh phân thành loại: Xuyên kênh đầu gần (NEXT: Near End Crosstalk) đáng kể tín hiệu lượng lớn từ mạch kế cận cảm ứng tạo xuyên kênh tương đối mạnh lên tín hiệu nguyên thủy 60 Kỹ thuật dịch vụ trội ADSL - Đặng Quốc Anh Xuyên kênh đầu xa (FEXT: Far End Crosstalk) thường nhỏ nhiều so với xuyên kênh đầu gần tín hiệu đầu xa bị suy hao chạy vòng thuê bao Hình 2.1 Mô hình khái niệm NEXT/FEXT Xuyên kênh yếu tố quan trọng việc thực nhiều hệ thống Vì vậy, việc thực hệ thống DSL thường nói đến kèm theo diện hệ thống khác có khả tạo xuyên kênh Chẳng hạn, độ dài tối đa vòng thuê bao hệ thống DSL nói đến kèm theo diện 49 tác nhân gây nhiễu ISDN hay 24 tác nhân gây nhiễu HDSL nghóa DSL sử dụng nằm bó cáp 50 đôi có 49 đôi dây ISDN 24 mạch dây HDSL Vì vậy, tham số thực có tác dụng thời gian dài Phát thu thông tin phổ tần số tự tạo nhiễu vòng thuê bao Nhiễu khác với xuyên kênh dạng sóng phát máy thu đầu dây biết trước loại trừ cách hiệu từ tín hiệu thu bị suy hao Phương pháp loại trừ thành phần sóng phát gọi triệt tín hiệu dội (echo cancellation) Khi tác động suy hao nhiễu không lớn hệ thống DSL phục hồi lại xác tín hiệu dạng số Tuy nhiên, tác động tượng lớn tín hiệu không phục hồi xác đầu thu xảy sai nhầm chuỗi bit phục hồi Một vài hệ thống DSL dùng phổ tần khác để phát thu tín hiệu Phương pháp tách biệt tần số gọi ghép kênh phân tần (FDM: Frequency Division Multiplexing) Ưu điểm của hệ thống FDM so với hệ thống triệt tiếng dội loại trừ xuyên kênh đầu gần NEXT hệ thống không thu tín hiệu tần số với tín hiệu phát hệ thống lân cận Xuyên kênh lại FEXT FEXT xuyên kênh yếu nguồn tạo FEXT tận đầu bên vòng thuê bao làm suy hao FEXT nhiều Vì vậy, hệ thống FDM thường chống nhiễu từ hệ thống lân cận tốt so với hệ thống triệt tiếng dội 61 Đặng Quốc Anh Dịch vụ ADSL Một tượng lý thú cần lưu ý hệ thống triệt tiếng dội tạo tự xuyên kênh (self NEXT) Tự xuyên kênh tạo nhiễu đáng kể cho hệ thống triệt tiếng dội khác chão cáp Vì việc sử dụng nhiều hệ thống triệt tiếng dội giống làm giảm khả kéo dài vòng thuê bao nhóm chão cáp Ví dụ, hệ thống HSDL T1 dựa CAP hay 2B1Q riêng lẻ đạt độ dài Km Tuy nhiên thêm vài hệ thống dựa CAP hay 2B1Q độ dài vòng thuê bao tối đa Km hay ngắn Hiện tượng xảy hầu hết đường dây thuê bao số sử dụng phương pháp triệt tiếng dội Do chọn công nghệ DSL nhà cung cấp dịch vụ phải kiểm tra việc thực hệ thống với diện NEXT chắn tồn có nhiều dịch vụ sử dụng Cách xử lý kỹ thuật hệ thống FDM tín hiệu chiều upstream downstream chiếm giữ tầm tần số lớn nhiều so với hệ thống triệt tiếng dội chồng chập tín hiệu thu phát làm giảm chiều dài tối đa vòng thuê bao Trong nhiều trường hợp suy hao yếu tố thực trường hợp khác xuyên kênh lại nhân tố ảnh hưởng Vì việc vận dụng tối ưu thay đổi tuỳ theo môi trường làm việc Trong môi trường có hệ thống giới hạn xuyên kênh đầu gần hệ thống triệt tiếng dội tỏ tốt môi trường mà xuyên kênh đầu gần lấn át hệ thống FDM thực tốt Hình 2.2 Đặc tính phổ tần hệ thống tín hiệu triệt tiếng dội EC so với hệ thống tín hiệu ghép phân tần FDM Một cách để quản lý chắn xuyên kênh phải khảo sát dịch vụ sử dụng bó cáp tránh việc dịch vụ tạo xuyên kênh Ví dụ: phổ đường truyền T1 AMI hay đường truyền E1 HDB3 ảnh hưởng xuyên kênh đến hầu hết đường dây DSL Do vậy, hầu hết nhà cung cấp dịch vụ theo quy tắc không cho phép sử dụng dịch vụ T1 hay E1 bó cáp với đường dây DSL Trong cố gắng để kích thích cạnh tranh thị trường FCC tổ chức hội nghị bàn tròn 62 Kỹ thuật dịch vụ trội ADSL Đặng Quốc Anh quản lý phổ (Spectrum management) vào tháng 10 năm 1998 để đạt tiêu chuẩn công nghiệp cho phép nhà cung cấp dịch vụ khác chia mạng cáp với sản phẩm cạnh tranh Kết hội nghị bàn tròn uỷ ban ANSI T1E1.4 (ANSI: American National Standardization Institute) yêu cầu phát triển tiêu chuẩn quản lý phổ kinh nghiệm họ lónh vực tiêu chuẩn hoá công nghệ thuê bao nội hạt Tiến trình chậm chạp phải đạt quan hệ cân tổ chức quản lý mạng nhà cung cấp dịch vụ Tuy nhiên người ta mong đợi thỏa thuận đạt thời gian ngắn tới với thông qua FCC vấn đề tiêu chuẩn tương lai Nền công nghiệp sử dụng tiêu chuẩn làm sở cho phát triển công nghệ quy tắc sử dụng vòng thuê bao Mục tiêu tiêu chuẩn cho phép đổi cạnh tranh nhà cung cấp dịch vụ nhà cung cấp thiết bị bảo vệ dịch vụ có Điều có từ hạn chế công suất phát, tần số tín hiệu độ dài vòng thuê bao Chín nhóm quản lý tần số xây dựng bao gồm phổ tần số độ rộng khác giới hạn độ dài vòng thuê bao chúng Phổ tần số rộng cho phép tốc độ số liệu cao lại hạn chế độ dài vòng thuê bao nhiều 2.1.2 Những trở ngại đường dây thuê bao triển khai ADSL a Cuộn tải Cuộn tải (load coil) cuộn dây nhỏ, mạch lọc thông thấp đặt vòng thuê bao Cuộn tải ban đầu lắp đặt vào vòng thuê bao có độ dài 1800 để cải thiện chất lượng thoại loại trừ nhiễu tần số cao tích lũy đường dây Theo thực tế kỹ thuật, đường dây thuê bao dài 1800 phải lắp thêm cuộn tải Cuộn tải đặt cách 3000 kể từ tổng đài sau đặt cuộn cách 6000 Hình 2.3 Cuộn tải Ở Bắc Mỹ có khoảng 24% số đường dây thuê bao có mắc cuộn tải có 12% số đường dây thuê bao dài 1800 Sự khác biệt việc 63 Đặng Quốc Anh Dịch vụ ADSL cấu hình lại mạng thuê bao với nhiều cung cấp đường dây thuê bao xa tổng đài Các cuộn tải không cần thiết bị bỏ lại đường dây Như vậy, độ dài đường dây thuê bao không đủ kiện để xác định đường dây có cuộn tải hay không Vì truyền dẫn tín hiệu DSL dựa vào tần số cao dải tần thoại nên truyền dẫn loại tín hiệu DSL đường dây thuê bao có cuộn tải Vì lý việc đánh giá đường dây thuê bao phải dò diện cuộn tải tốt xác định khoảng cách tương đối cuộn tải tổng đài b Nhánh rẽ Nhánh rẽ nhánh cáp không nối với thuê bao vòng thuê bao nối với khách hàng Trong mạng nội hạt hồ sơ nhánh rẽ mát nhiều nên việc gỡ bỏ nhánh rẽ thách thức tốn nhiều thời gian tiền bạc Hình 2.4 Nhánh rẽ Độ dài nhánh rẽ vị trí chúng ảnh hưởng khác phiên DSL Nhánh rẽ có tác dụng nhánh ngắn mạch làm sóng phản xạ số tần số triệt tiêu sóng truyền dẫn Truyền dẫn HDSL, MDSL, ISDN cho phép nhánh rẽ đến 6000 Các nhánh rẽ không ngăn tín hiệu ADSL chúng làm giảm dải thông tốc độ dịch vụ DSL Nhánh rẽ gần phía khách hàng ảnh hưởng nặng đến tốc độ dịch vụ ADSL Việc đánh giá chất lượng đường dây thuê bao phải xác định cho độ dài vị trí nhánh rẽ ảnh hưởng tới dịch vụ DSL Phương pháp đo phản xạ miền thời gian (time-domain reflectometry: TDR) thường sử dụng để đo vị trí độ dài nhánh rẽ Việc sử dụng dịch tự động thông số kết TDR cho phép đánh giá hàng loạt đường dây giảm thiểu việc sử dụng nhân viên có kỹ thuật cao 64 Kỹ thuật dịch vụ trội ADSL Đặng Quốc Anh 2.1.3 Nguyên lý ADSL ADSL sử dụng dải tần cao dây xoắn đôi để truyền tải tín hiệu số ADSL sử dụng nguyên lý ghép kênh phân tần số (FDM: Frequency Division Multiplexing) thực việc tách ghép tách dịch vụ POTS splitter Từ tới KHz dành cho tín hiệu thoại POTS, từ 25 KHz tới 138 KHz dành cho tín hiệu chiều upstream ADSL, từ 138 KHz tới 104 KHz dành cho tín hiệu chiều downstream ADSL Công suất tín hiệu 256 kênh nhỏ Khoảng cách dải tần: 4,3125KHz POTS 25 138 Chiều liệu lên Tần số [kHz] 104 Chiều liệu xuống ADSL Hình 2.5 Nguyên lý phân tần ADSL 2.1.4 Kiến tùrúc mạng ADSL Mạng ADSL bao gồm phía người sử dụng, đường dây ADSL, nhà cung cấp dịch vụ ADSL nhà cung cấp dịch vụ dựa ADSL Có hai kiến trúc ADSL tiêu biểu G.dmt (khuyến nghị G.992.1 ITU-T) G.lite (khuyến nghị G.992.2 ITU-T) Sự khác hai kiến trúc G.dmt có diện POTS splitter G.lite lại mà lại có lọc microfiter (thực chất lọc thông thấp) Hình 2.2 minh hoạ kiến trúc mạng ADSL G.dmt POTS splitter thực chất tách ghép phân tần tín hiệu ADSL POTS POTS splitter có lọc thông thấp lọc thông cao Bộ lọc thông thấp cho tín hiệu tần số thấp KHz tín hiệu POTS qua lọc thông cao cho tín hiệu tần số cao 25 KHz tín hiệu ADSL qua Ngoài POTS splitter có mạch ngăn dòng chiều cho modem ADSL để dòng chiều từ tổng đài không đổ phía modem ADSL 65 Đặng Quốc Anh Dịch vụ ADSL Internet BRAS DSLAM Downstream ADSL modem POTS Splitter POTS Splitter Upstream Central Office ADSL modem Voice Switch Customer Premises PSTN Hình 2.6 Kiến trúc mạng ADSL 2.1.5 Các thành phần hệ thống ADSL G.dmt a Phía người sử dụng Modem ADSL thực chuyển đổi liệu IP máy tính thành chuỗi cell ATM truyền đường dây ADSL Giữa PC (Personal Computer: máy tính cá nhân) modem ADSL giao tiếp chuẩn PCI (Peripheral Component Interconnect) cho modem lắp bên máy tính (internal) hay USB (Universal Serial Bus), Ethernet 10/100BASE-T cho modem lắp (external) Cuối nêu POTS splitter dùng để tách ghép tín hiệu phân tần ADSL POTS b Phía nhà cung cấp dịch vụ ADSL Phía nhà cung cấp dịch vụ ADSL có POTS splitter để tách ghép tín hiệu phân tần ADSL POTS Tín hiệu POTS đưa đến tổng đài điện thoại nội hạt Tín hiệu ADSL đưa đến DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer, phát âm “dee-slam”) DSLAM bố trí cạnh tổng đài nội hạt tảng giải pháp DSL Về mặt chức DSLAM tập hợp lưu lượng liệu từ vòng thuê bao DSL vào xương sống mạng để kết nối với phần lại mạng DSLAM cung cấp dịch vụ vận chuyển gói số liệu, tế bào 66 Kỹ thuật dịch vụ trội ADSL Đặng Quốc Anh số liệu hay ứng dụng chế độ kênh qua việc tập trung đường dây DSL vào ngõ 10Base-T, 100Base-T, T1/E1 T3/E3 hay ATM Lọc thông cao Tín hiệu ADSL + POTS Lọc thông thấp Tín hiệu tần số cao ADSL Tín hiệu tần số thấp POTS POTS Splitter Hình 2.7 Bộ POTS splitter 2.1.6 Các loại liệu ADSL Có loại liệu ADSL liệu nhanh (fast data) liệu xác (interleaving data) Dữ liệu nhanh có yêu cầu cao tốc độ độ trễ không cần xác Dữ liệu xác ngược lại, không yêu cầu cao tốc độ độ trễ lại cần độ xác cao Trong ADSL người ta kháng nhiễu xung kỹ thuật ghép xen kẽ luân phiên (interleaving) Nhiễu xung nhiễu gây sai bit nguồn đột biến điện áp thời gian ngắn xung quay số thập phân máy điện thoại, tia lửa điện gây động điện gia dụng máy sấy tóc, đồ chơi trẻ em, … Kỹ thuật interleaving tăng cường hiệu sửa sai mã sửa sai dùng ADSL lại làm chậm tín hiệu, tăng độ trễ Như interleaving thích hợp cho liệu xác mà không thích hợp cho liệu nhanh 2.1.7 Triển khai ADSL với đường dây qua DLC Nhu cầu ADSL ngày tăng với thuê bao vùng ngoại ô cho ứng dụng chi nhánh văn phòng truy xuất Internet dân dụng Các thuê bao có đường dây thuê bao dài phải qua DLC Như ta biết, DLC ngăn cản việc triển khai ADSL Lý DLC có mạch mã hoá PCM mạch mã hoá PCM có lọc thông thấp KHz lọc không cho tín hiệu ADSL vốn có tần số cao từ 25 KHz tới 104 KHz qua Có 67 Đặng Quốc Anh Dịch vụ ADSL giải pháp cho việc triển khai ADSL cho thuê bao không kết nối trực tiếp tới tổng đài mà phải qua DLC Đó là: giải pháp DSLAM từ xa (remote DSLAM), giải pháp card đường dây ADSL, giải pháp RAM (Remote Accesss Multiplexer) Hình 2.8 Đường dây ADSL kết nối trực tiếp tới tổng đài nội hạt Hình 2.9 Đường dây ADSL kết nối tới tổng đài nội hạt qua DLC Mỗi giải pháp có ưu điểm nhược điểm riêng Giải pháp đưa DSLAM tận DSL (remote DSLAM) tốt cho việc triển khai ADSL lại có chi phí lắp đặt cao Ngược lại, giải pháp card đường dây ADSL lại hiệu kinh tế Trong ba giải pháp có lẽ RAM giải pháp hứa hẹn vừa kết hợp ưu điểm hai giải pháp vừa tối thiểu hoá bất lợi chúng a Remote DSLAM Trong giải pháp người ta dùng DSLAM hoàn chỉnh thiết kế để làm việc điều kiện đặc biệt hè phố chịu đựng nhiệt độ làm việc lên tới 65oC, độ ẩm làm việc lên tới 95% vốn đặc trưng cho remote terminal DLC Các remote DSLAM lắp nhà nhỏ hay hộp có kiểm soát nhiệt độ (CEV: Controlled Environment Vault) 68 ... dây ADSL2 cho tốc độ lên đến 20 Mbps, ghép đôi dây ADSL2 cho tốc độ lên đến 30Mbps ghép đôi dây ADSL2 cho tốc độ lên đến 40Mbps 76 Kỹ thuật dịch vụ trội ADSL 2. 2 Đặng Quốc Anh Các dịch vụ trội ADSL. .. đáng kể ADSL2 có chế độ hoạt động nguồn L0, L2 L3 75 Đặng Quốc Anh Dịch vụ ADSL Hình 2. 12 Ghép đường dây ADSL2 - L0: cấp nguồn cho modem đạt tốc độ liệu cao L2: hạn chế nguồn tối đa ATU-C lưu... phí cần bỏ 2. 1.8 ADSL2 a Tổng quan ADSL2 Tháng năm 20 02 ITU-T ban hành tiêu chuẩn ADSL2 (prepublication) khuyến nghị G.9 92. 3 ADSL2 đời nhằm cải tiến tất ứng dụng ADSL thoại số liệu Ngoài hai chế