1.2.4.1 Mô hình tham chiếu và định nghĩa của ADSL
Đường thuê bao số bất đối xứng (ADSL) là công nghệ truyền dẫn mạch vòng nội hạt, cho phép truyền đồng thời trên một cặp dây với các thông số sau
Tốc độ bit hướng xuống (dòng thông tin chuyển về cho khách hàng) có thể đạt tới 9 Mb/s
Tốc độ bit hướng lên (thông tin hướng ra mạng) có thể đạt 1 Mb/s Dịch vụ điện thoại truyền thống (POTS như thoại tương tự…) Tốc độ dòng thông tin chuyển về khách hàng cao hơn rất nhiều so với dòng thông tin từ khách hàng chuyển đi, vì thế có khái niệm bất đối xứng. Dịch vụ thoại tượng tự được truyền tại các tần số băng gốc và kết hợp với truyền dẫn dữ liệu thông dải qua một mạch lọc thông thấp (LPF), được gọi chung là bộ tách. Ngoài các bộ tách, hệ thống ADSL bao gồm một đơn vị truyền dẫn ADSL tại phía tổng đài trung tâm (ATU-C), một mạch vòng nội hạt, và một đơn vị truyền dẫn ADSL tại phía khách hàng (ATC-R)
1.2.4.2 Nguồn gốc của ADSL
Những định nghĩa đầu tiên về ADSL xuất hiện từ năm 1989, đó là kết quả nghiên cứu của J.W Lechleider và các cộng sự tại Bellcore [14,4,16]. Vào năm 1990, ADSL được phát triển đầu tiên tại trường đại học Stanford và phòng thí nghiệm AT&T Bell. Đến năm 1992, các mẫu đầu tiên của ADSL được ra đời các phòng thí nghiệm của Bellcore và các công ty điện thoại. Các sản phẩm ADSL đầu tiên được đưa vào thử nghiệm vào năm 1995. ADSL được tạo ra trên cơ sở các nghiên cứu trước đây trên modem băng tần thoại, ISDN và HDSL.
Vào tháng 10 năm 1998, ITU đã đưa ra một bộ các khuyến nghị sơ bộ cho ADSL. Khuyến nghị G.992.1[6] đã xác định rõ ADSL toàn tốc. Khuyến nghị này gần giống tiêu chuẩn ANSI T1.413 phát hành lần thứ hai với hai khác biệt chính.
Chuỗi âm tần khởi tạo của tiêu chuẩn T1.413 được thay thế bằng quá trình dựa trên bản tin, được mô tả trong khuyến nghị G.994.1
Một chế độ đặc biệt đã được bổ sung thêm nhằm cải thiện hiệu năng hệ thống khi xuất hiện xuyên âm từ ISDN kiểu TCM, được dùng ở Nhật Bản.
Khuyến nghị G.992.2 [7] (trước đây được gọi là G.lite) xác định rõ ADSL khi không dùng bộ tách POTS. Khuyến nghị G.992.2 dựa trên G.992.1 nhưng có một số khác biệt chính sau đây
Bổ sung thêm các chế độ tiết kiệm năng lượng tại các thiết bị ATU-C và ATC-R
Bổ sung cơ cấu phục hồi nhanh cho phép phục hồi lại nhanh chóng sau các sự kiện nhấc đặt máy.
Số lượng âm tần (tone) sử dụng giảm từ 256 xuống còn 128 Số lượng bit trên một âm tần giảm từ 15 bit xuống còn 8 bit.
Khuyến nghị G.994.1 (trước đây được gọi là G.hs) xác định việc móc nối khởi tạo dựa trên bản tin cho phép bộ truyền nhận DSL đa chế độ có thể thoả thuận được chế độ vận hành chung. Khuyến nghị G.995.1 cung cấp một cái nhìn tổng quan về họ các khuyến nghị về DSL. Khuyến nghị G.996.1 [7] xác định phương thức phục vụ việc đo hiệu năng của các thiết bị DSL. Khuyến nghị G.997.1 xác định các thao tác với lớp vật lý, quản trị và bảo trì cung cấp cho ADSL. Khuyến nghị này bao gồm kênh eoc và các cơ sở thông tin quản lý (MIBs) của ADSL.
1.2.4.3 Khả năng và ứng dụng của ADSL
ADSL1, ADSL2 và ADSL3
Khái niệm ADSL xuất hiện vào đầu những năm 1990. Ban đầu, ADSL được xem xét có tốc độ cố định là 1,5 Mb/s cho hướng xuống và 16 Kb/s cho hướng lên dùng cho các ứng dụng video MPEG-1 . Một số thành viên trong nền công nghiệp thích gọi công nghệ này là ADSL1. Sau đó, người ta thấy rõ
một số ứng dụng sẽ đòi hỏi các tốc độ cao hơn và các kỹ thuật truyền dẫn tiên tiến hơn sẽ cho phép các tốc độ cao hơn. ADSL2 với tốc độ hướng xuống là 3 Mb/s và hướng lên là 16Kb/s cho phép truyền đồng thời hai dòng dữ liệu MPEG-1. Vào năm 1993, ADSL3 ra đời, cung cấp tốc độ 6 Mb/s cho hướng xuống và tốc độ tối thiểu 64 Kb/s cho hướng lên để hỗ trợ cho MPEG2. Chuẩn ADSL ANSI T1.413 phát hành lần thứ nhất phát triển trên các khái niệm của ADSL3. Sau khi chuẩn ANSI T1.413 được chấp thuận, các khái niệm ADSL1, ADSL2 và ADSL3 ít được sử dụng.
RADSL
Đường thuê bao số thích nghi tốc độ (RADSL) là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống ADSL có khả năng xác định tự động dung năng truyền tải của một mạch vòng đơn và sau đó, vận hành với tốc độ cao nhất phù hợp với vòng đó. Chuẩn ANSI T1.413 cung cấp khả năng vận hành thích nghi tốc độ. Việc thích nghi tốc độ được thực hiện khi khởi động đường với một dự phòng chất lượng tín hiệu thích hợp nhằm đảm bảo rằng tốc đường truyền khi khởi động vẫn duy trì được khi có những thay đổi không đáng kể về đặc tính truyền dẫn của đường truyền. Vì thế, RADSL sẽ tự động truyền với tốc độ cao hơn trên mạch vòng khi các đặc tính truyền dẫn tốt hơn (suy hao hoặc nhiễu thấp hơn). RADSL, khi thực hiện, hỗ trợ tốc độ hướng xuống tối đa nằm trong khoảng từ 7 Mb/s đến 10 Mb/s và tốc độ tối đa của hướng lên nằm trong khoảng từ 512 Kb/s đến 900 Kb/s. Đối với các mạch vòng có kích thước lớn (từ 5,5 km trở lên), RADSL có thể vận hành ở tốc độ khoảng 512 Kb/s ở hướng xuống và 128 Kb/s ở hướng lên.
RADSL đã mượn khái niệm về thích nghi tốc độ trong các modem băng tần thoại. RADSL tạo cơ sở cho một loại phiên bản thiết bị, trong đó, đảm bảo tốc độ truyền dẫn cao nhất cho mỗi mạch vòng và cũng cho phép vận hành trên các vòng lớn với tốc độ thấp hơn.
1.2.4.4 Truyền dẫn ADSL
Khái niệm ADSL bao gồm hai phần chính
Xuyên âm kênh gần giảm đi nhờ tốc độ và băng thông dùng cho hướng lên nhỏ hơn rất nhiều so với hướng xuống
Truyền đồng thời dữ liệu cùng với dịch vụ điện thoại truyền thống, trong đó, dữ liệu được truyền trên băng tần phía trên của băng tần thoại.
Việc truyền dẫn hai chiều đồng thời với tốc độ nhiều megabit là không thể trên phần lớn các đường điện thoại, nguyên nhân do hiệu ứng kết hợp của suy hao vòng và xuyên âm. Công suất tín hiệu nhận được giảm tỷ lệ với tần số, trong khi đó, nhiễu xuyên âm nhận được tăng lên khi tần số tăng. Vì thế, truyền dẫn hai chiều không thể thực hiện được ở các tần số mà xuyên âm át tín hiệu nhận được.
ADSL thực hiện truyền dẫn hai chiều khi có thể: những tần số nằm bên dưới tần số cắt hai chiều. Các tần số cao hơn không phù hợp cho truyền dẫn hai chiều sẽ được dùng cho truyền dẫn một chiều. Điều này cho phép tốc độ truyền dẫn hướng xuống cao hơn rất nhiều so với truyền dẫn hai chiều.
Nhiều hệ thống ADSL sử dụng kỹ thuật truyền dẫn FDM, xem hình 1.3, sắp xếp các băng tần dùng cho hướng lên tách biệt so với các băng tần dùng cho hướng xuống nhằm ngăn chặn tự xuyên âm. Dải tần bảo vệ là cần thiết, giúp thực hiện các mạch lọc dễ dàng và ngăn chặn nhiễu từ dịch vụ thoại truyền thống gây nhiễu cho truyền dẫn số.
Hình 1.4: Kỹ thuật truyền dẫn ECH
Một số hệ thống ADSL sử dụng kỹ thuật truyền dẫn ECH, xem hình 1.4, trong đó, băng tần dùng cho hướng lên trùng với băng tần dùng cho hướng xuống. Do các băng tần chồng lấn lên nhau, băng thông tổng cộng dùng để truyền có thể giảm xuống. Tuy nhiên, các hệ thống ECH này mắc phải một
vấn đề về tự xuyên âm và việc thực hiện đòi hỏi phải xử lý tín hiệu số phức tạp hơn. Có một số vấn đề cân nhắc ở đây, độ phức tạp của việc xử lý số được bù trừ bằng sự đơn giản trong trong thực hiện phía đầu cuối tương tự.
Do không có tự xuyên âm tại phía tổng đài trung tâm, hệ thống ADSL dùng công nghệ FDM đưa ra hiệu năng của hướng lên tốt hơn hệ thống ADSL dùng công nghệ ECH. Tuy nhiên, băng thông dùng trong hệ thống ECH ADSL rộng hơn nên cho hiệu năng hướng xuống tốt hơn, đặc biệt đối với các vòng ngắn.
Hiệu năng của DSL đối xứng bị hạn chế do tự xuyên âm đầu gần (self- NEXT). ADSL khắc phục được self-NEXT tại phía khách hàng bằng cách giảm nguồn của self-NEXT. Nhờ giảm tốc độ bit hướng lên, kênh hướng lên có thể tối thiểu hoá xuyên âm đến truyền dẫn hướng xuống. Đối với ADSL, việc thu nhận của kênh hướng lên có thể thực hiện dễ dàng bằng cách đặt kênh hướng lên tại các tần số thấp hơn khi suy hao vòng và nhiễu xuyên âm là nhỏ.
Hệ thống ADSL sử dụng các kỹ thuật truyền dẫn số tiên tiến để cải thiện hiệu năng. Việc điều chế và sắp xếp tần số của tín hiệu truyền được thích nghi tự động nhằm đạt được hiệu năng tối ưu từ các đặc tính duy nhất của đường dây thuê bao đang sử dụng. Việc sử dụng mã lưới làm giảm ảnh hưởng của nhiễu băng rộng trạng thái dừng. Bộ làm bằng thích nghi chống lại nhiễu băng hẹp như can nhiễu tần số vô tuyến. Mã kiểm soát lỗi hướng thuận (FEC) và ghép xen giúp chống lại các xung nhiễu. Việc ghép xen giúp chống lại các nhiễu đám bằng cách xáo trộn những khối dữ liệu, khi có chuỗi lỗi dài xuất hiện thì cũng chỉ tạo ra một vài lỗi (có thể sửa được) trong các khối dữ liệu mà thôi, điều này, tốt hơn là một số lượng lớn lỗi (không thể sửa được) nằm trong chỉ một khối. Độ sâu ghép xen là 20 ms sẽ chống được chuỗi nhiễu có độ dài tới 500 µs. Theo thống kê về các sự kiện xuất hiện xung nhiễu cho thấy rằng một số lượng chủ yếu các xung có độ kéo dài nhỏ hơn 500 µs. Tuy nhiên, mức độ ghép xen như trên gây nên trễ truyền dẫn bổ sung tới 20 ms, điều này làm giảm thông lượng của các giao thức như TCP/IP, khi đòi hỏi phải các gói phải được ghi nhận trước khi dữ liệu tiếp theo được truyền.
Các vòng ADSL có thể có các đầu nối nhưng không cho phép dùng các cuộn tải.
1.2.4.5 Tương lai của ADSL
ADSL sẽ được tích hợp vào các hệ thống DLC dùng cáp quang nhằm vào những mạch vòng quá xa không thể phục vụ trực tiếp từ tổng đài nội hạt. ADSL rất phù hợp để đưa ra những dịch vụ đòi hỏi tốc độ bit cao trên các mạch vòng cung cấp bởi DLC, những mạch này có độ dài ít khi quá 3,7 km. Mặc dù có một chuẩn công nghiệp cho ADSL (chuẩn ANSI T1.413) nhưng những hệ thống ADSL đầu tiên không hoạt động được với nhau. Các nhà sản xuất thiết bị và các ủy ban tiêu chuẩn đang cố gắng để các thiết bị dùng trong các hệ thống ADSL từ các nhà sản xuất khác nhau có thể làm việc cùng nhau. Ngoài lớp vật lý, các lớp khác trong giao thức cũng phải tương thích với nhau để đảm bảo việc vận hành trơn tru giữa các thiết bị.
Rõ ràng, ADSL là công nghệ truy nhập cần thiết để ATM có thể mở được cánh cửa phục vụ cho các văn phòng nhỏ và nhà riêng. Trước khi có ADSL, ATM chỉ được sử dụng giới hạn cho các doanh nghiệp lớn hoặc mạng đường trục, do khách hàng phải chịu chi phí cho các đường kết nối có tốc độ từ 45 Mb/s trở lên. Công việc hiện đang thực hiện để giải quyết vấn đề giao vận ATM trên những đặc tính riêng của ADSL: tỷ lệ lỗi bit, bất đối xứng và thay đổi tốc độ cung cấp linh động.
Khi xuất hiện, ADSL được phát triển nhằm đạt tốc độ cao, 10 Mb/s cho hướng xuống và 1,5 Mb/s cho hướng lên. Tuy nhiên, hướng phát triển này đã chậm lại do chồng chéo với VDSL, liên quan đến tính tương thích phổ và sự nghi ngờ về nhu cầu tốc độ. Thay vào đó, mục tiêu hiện nay là nhằm cải tiến khoảng cách phục vụ tối đa trong khi vẫn duy trì được tốc độ truyền dữ liệu vừa phải cỡ 1 Mb/s, giá thành thấp hơn, tiêu thụ ít công suất hơn và giảm xuyên âm trong hệ thống.
Một số nhà bán lẻ đang giới thiệu một phiên bản của ADSL với dải tần dùng cho hướng lên và hướng xuống được đặt bên trên băng tần truyền dẫn dùng cho ISDN tốc độ cơ bản, theo chuẩn ANSI T1.601. Đối với giao diện tốc độ cơ bản sử dụng mã đường 4B3T, dải tần sử dụng từ 0 đến 120 KHz. Điều này thực chất làm giảm tốc độ bit của ADSL nhưng nhờ đó, hệ thống có thể truyền đồng thời dịch vụ ADSL và ISDN trên cùng một mạch vòng. Cấu hình hỗn hợp ADSL + ISDN không phù hợp để cung cấp đầy đủ dịch vụ trong khoảng cách 5,5 Km, thông thường được cung cấp bằng ISDN. ADSL + ISDN được quan tâm ở Pháp và Đức, hai nước có dịch vụ ISDN được phổ biến rộng rãi. Cấu hình này cũng thường được sử dụng nhằm cung cấp hai kênh thoại cùng với các tốc độ truyền dữ liệu cao vừa phải.
ADSL không có bộ tách
Việc lắp đặt các dịch vụ ADSL tại nhà khách hàng có thể đòi hỏi phải sửa đổi hoặc đặt mới đường cáp viễn thông. Đối với cấu hình ADSL thường dùng, hệ thống ADSL sẽ kết thúc tại thiết bị giao diện mạng (NID), vị trí có một bộ lọc thông thấp (bộ tách) dùng để trích ra các tín hiệu thoại được truyền trong các dây đỏ và dây xanh nối tới điện thoại. Tín hiệu băng rộng được truyền trong các dây vàng và dây đen tới thiết bị modem ADSL của khách hàng. Cấu hình trên đòi hỏi phải lắp đặt bộ tách và cũng đòi hỏi phải sử dụng các dây vàng và dây đen, những dây này có thể không thấy ở một số nhà khách hàng hoặc có thể đã được sử dụng cho dịch vụ thoại đường thứ hai. Kết quả là thường đòi hỏi một đường dây mới nối từ NID đến mođem ADSL của khách hàng.
Cấu hình chung nhất của ADSL có bộ tách POTS đặt một bộ lặp thông thấp (LPF) dành cho kết nối thoại ngay tại hoặc ngay gần NID, và một bộ lọc thông cao (HPF) đặt bên trong ATU-R. Một cấu hình khác có thể là bộ tách (bao gồm cả bộ lọc thông thấp và thông cao) được tích hợp vào ATU-R. Bộ
tách đặt bên trong ATU-R có hạn chế, có thể gây suy giảm dịch vụ POTS khi ATU-R được loại bỏ. Và có thể tăng quá mức về xuyên âm khi sử dụng các đầu nối có sẵn tại nhà khách hàng.
Khái niệm ADSL không có bộ tách loại bỏ bộ lọc tách tại đầu đường dây phía khách hàng. Có rất nhiều các thuật ngữ khác đã được dùng để mô tả khái niệm này: ADSL Lite, DSL khách hàng (CDSL) hoặc ADSL toàn cầu (UADSL). ADSL không có bộ tách được định nghĩa trong Khuyến nghị G.992.2 của ITU. ADSL hỗ trợ đồng thời cả dữ liệu và thoại. Việc cài đặt ADSL rất đơn giản, chỉ cần gắn modem ADSL vào bất cứ một đầu cắm điện thoại nào tại nhà khách hàng, không cần phải đặt các dây mới bên trong hoặc cài đặt thêm bộ tách.
Khái niệm ADSL không có bộ tách đầy hứa hẹn: việc thực hiện trong thực tế đang được điều tra và sẽ đưa ra những thỏa hiệp cần thiết. Bộ tách ADSL có hai chức năng: thứ nhất là làm suy hao nhiễu tín hiệu POTS, những tín hiệu này có thể làm hỏng dữ liệu truyền của ADSL; và thứ hai là bộ tách làm suy hao các tín hiệu ADSL nhằm ngăn cản nhiễu âm có thể nghe thấy trên điện thoại. Việc dịch chuyển băng tần truyền dẫn ADSL tới các tần số cao hơn có thể làm giải quyết được phần nào vấn đề trên. Tuy nhiên, giải pháp trên cũng làm giảm tốc độ truyền dữ liệu và kích thước vòng.
Một giải pháp cho các vấn đề này là đặt nối tiếp một bộ lọc thông thấp với mỗi điện thoại. Bộ lọc này không đắt và có các đầu nối môđun, do đó,