Nhiễu xâm nhập xuất hiện ở máy thu khi tín hiệu trong không khí trong dải tần trùng lắp tác động lên đường dây điện thoại. Đường dây điện thoại, đặc biệt là dây treo và dây trong nhà rất dễ bị ảnh hưởng bởi sự xâm nhập của tín hiệu vô tuyến AM vì sóng vô tuyến AM thường có năng lượng lớn. Nhiễu AM tác động lên phổ tần VDSL khá mạnh trong khoảng tần số từ 525 kHz đến 1,61 MHz. Nhiễu xung là những xung nhiễu có thời gian tồn tại ngắn nhưng lại có năng lượng lớn có khả năng nhất thời nhấn chìm thông tin trên kênh truyền. Nhiễu xung trên xoắn đôi thường là do các thiết bị điện tử và điện cơ cũng như các đồ dùng điện trong gia đình khác. Thêm vào đó sự phóng điện của đường dây điện lực cũng như sét cũng là nguồn gây ra nhiễu xung. Trong miền tần số suốt khoảng thời gian tồn tại, nhiễu xung được đặc tính hoá bằng một phổ năng lượng phẳng và dải rộng như minh hoạ ở hình 2.28. Vì sự xuất hiện của nhiễu xung là không thể biết trước được nên nhiễu xung có thể phá huỷ nặng những hệ thống không được thiết kế tốt.
Hình 2.28 Nhiễu xung trong miền thời gian và miền tần số
Hình 2.29 Mô hình đơn giản của quá trình ứng dụng mã FEC
Để khắc phục nhiễu xung các hệ thống được thiết kế tốt sử dụng mã sửa sai FEC (Forward Error Correcting) kết hợp với ghép xen kẽ dữ liệu như minh hoạ ở hình 2.29. Mã sửa sai FEC thêm thành phần phụ vào luồng dữ liệu truyền đi sao cho khi có một phần của tín hiệu bị phá huỷ vì nhiễu xung thì những phần còn lại của tín hiệu cũng chứa đủ thông tin để có thể phục hồi lại phần thông tin bị mất. FEC được áp dụng theo từng byte của khối dữ liệu và được đặc tính hoá bởi số byte nó có thể sửa được trong một khối dữ liệu có độ dài cho trước. Khi số byte sai trên thực tế vượt quá số byte bộ mã có thể sửa được thì dòng dữ liệu sau khi sửa sai vẫn còn thông tin sai. Để tối ưu hoá khả năng sửa sai của bộ mã sửa sai máy phát sử dụng phương pháp ghép xen lẫn dữ liệu. Sau khi áp dụng mã sửa sai FEC bộ ghép xen kẽ (interleaver) sắp xếp lại thứ tự của các byte sao
cho khi có tác động của nhiễu xung lên dòng dữ liệu nó sẽ phá huỷ một số byte mà lúc giải ghép xen kẽ thì các byte sai sẽ được trải rời rạc ra. Như vậy ghép xen kẽ làm giảm thời gian nhiễu xung phá hủy dữ liệu và tạo cơ hội cho mã sửa sai FEC phát huy tác dụng. Tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR: Signal-to-Noise Ratio) là tỷ số năng lượng của tín hiệu mang thông tin ở máy thu so với năng lượng của nhiễu nhận được. Về bản chất SNR mô tả chất lượng của kênh truyền dẫn. Trong miền tần số, SNR được tính bằng cách chia mật độ phổ năng lượng (PSD) của tín hiệu mang tin ở máy thu cho mật độ phổ năng lượng ở máy phát. Vì suy hao và nhiễu luôn biến đổi theo tần số nên tỷ số SNR là một hàm số theo tần số.
Hình 2.30 Đưa tín hiệu mật độ phổ công suất phẳng vào đường dây cỡ 24 dài 1 km
Hình 2.31 SNR của tín hiệu và hệ thống ở hình 2.30
Cùng với xác suất dò tín hiệu sai nhầm và dải thông của kênh truyền, SNR xác định vận tốc lớn nhất mà thông tin có thể được truyền qua kênh truyền. Hình 2.30 minh hoạ trường hợp đưa tín hiệu với mật độ phổ công suất phát phẳng –60dBm/Hz vào đường dây cáp cân bằng cỡ dây 24 dài 1 km. Nhiễu tác động chỉ gồm nhiễu cộng trắng Gauss (AWGN: Additive White Gaussian Noise) với mức –140dBm/Hz ở đầu thu. Hình 6.31 là SNR nhận được. Như phân tích ở trên, nhiều loại nhiễu trên đường dây xoắn đôi như nhiễu xung chẳng hạn là không thể lường trước được và lại biến đổi theo thời gian. Khi đó, tỷ số SNR cũng biêán đổi theo thời gian. Để tránh được nhiễu tăng ngoài ý muốn làm
cho tỷ số SNR suy giảm hâàu hết các hệ thống đều không hoạt động ở tốc độ tối đa mà kênh truyền cho phép. Thay vào đó hệ thống hoạt động đều chừa dự phòng nhiễu (noise margin). Như vậy, việc sử dụng dự phòng đã dự phòng cho hệ thống tránh sai nhầm do nhiễu tăng lên không lường trước được. Yêu cầu cho các hệ thống VDSL được các công ty điện thoại thiết lập qua thực tế trong các nhóm tiêu chuẩn ANSI T1E1.4 ở Hoa Kỳ và ETSI TM6 ở châu Âu. Mặc dù T1E1.4 và TM6 là các nhóm tiêu chuẩn độc lập với các đặc tính áp dụng cho các vùng địa lý khác nhau nhưng những người tham gia xây dựng tiêu chuẩn đều nhận ra được ích lợi từ việc thống nhất tiêu chuẩn ở Hoa Kỳ và châu Âu. Vì vậy họ đã cố gắng tạo ra những yêu cầu lâu dài cho hệ thống VDSL. Chi tiết hơn về vấn đề này có thể xem thêm ở ANSI Draft Technical Document. “Very-high-speed Digital Subscriber Lines System Requirements.” T1E1.4 contribution 98-043R6. December 1998 và ETSI Technical Specification TS 101 270-1 v1.1.1. “Transmission and multiplexing (TM); Access transmission systems on metallic access cables; Very high speed Digital Subscriber Line (VDSL); Part 1; Functional require-ments.” April 1998.
Cả ANSI và ETSI đều hỗ trợ các tỷ số tốc độ dữ liệu giữa downstream và upstream trong VDSL bất đối xứng và tốc độ dữ liệu của VDSL đối xứng. ETSI gọi modem hỗ trợ tốc độ dữ liệu bất đối xứng là modem class I và modem hỗ trợ tốc độ dữ liệu đối xứng là modem class II. ETSI đưa ra bảng kết hợp tốc độ payload của các modem VDSL theo bảng 2.5 và 2.6.
Như vậy, ETSI khuyến nghị tỷ số giữa dòng dữ liệu downstream và upstream là 6:1, 3:1 và 1:1. Tuy nhiên một số thành viên của ETSI lại khuyến cáo rằng nên loại bỏ tốc độ đối xứng 36,864 Mbps thuộc nhóm II vì nó cần tốc độ dữ liệu cao chỉ hoạt động được với một số rất ít các đường dây điện thoại rất ngắn nhưng lại làm tăng độ phức tạp và giá thành của modem.
ANSI cũng xác định tốc độ bit cho cả hai chế độ hoạt động đối xứng và bất đối xứng. Bảng 6.2 là tốc độ dữ liệu của VDSL theo ANSI. Theo đó tỷ số tốc độ dữ liệu của downstream và upstream là 8:1, 4:1 và 1:1.
Hình 2.32 Ví dụ về xuyên kênh đầu gần do 10 đường dây ADSL gây ra và nhiễu trắng Gauss trung bình -140 dBm/Hz
Hình 2.33 SNR ở máy thu khi đưa tín hiệu -60 dBm/Hz vào mạch vòng B và bị nhiễu ở hình 6.12 tác động
Bảng 2.5 Tốc độ modem VDSL theo ETSI
Modem class Downstream rate (kbps) Upstream rate (kbps) I 6 × 1024 2 × 1024 12 × 1024 2 × 1024 24 × 1024 4 × 1024 II 6 × 1024 6 × 1024 12 × 1024 12 × 1024 24 × 1024 24 × 1024 36 × 1024 36 × 1024
Bảng 2.6 Tốc độ modem VDSL theo ANSI
Service type Downstream rate (Mbps) Upstream rate (Mbps) Asymmetric 52 6,4 34 or 38,2 4,3 26 3,2 19 2,3 13 1,6 6,5 1,6 or 0,8 Symmetric 34 34 26 26 19 19 13 13
6,5 6,5
4,3 4,3
2,3 2,3
Bảng 2.7 Dải tần vô tuyến nghiệp dư được ETSI thừa nhận
Band start frequency (MHz)
Band stop frequency (MHz) 1,810 2,000 3,500 3,800 7,000 7,100 10,100 10,150 14,100 14,350 18,068 18,168 21,000 21,450 28,000 29,100
Như đã nói ở trên, tín hiệu truyền trong không khí có thể ảnh hưởng đến đường dây điện thoại làm phá hủy tín hiệu VDSL. Ngược lại, tín hiệu VDSL trên các đường dây điện thoại cũng ảnh hưởng và phá hủy các tín hiệu vô tuyến. Vì lý do này, cả ETSI và ANSI đều quy định các modem VDSL phải giới hạn mật độ phổ công suất phát ở mức không lớn hơn –80 dBm/Hz trong các dải tần vô tuyến nghiệp dư có trong vùng địa lý của họ. Định vị của các dải tần vô tuyến nghiệp dư được ETSI và ANSI thừa nhận được liệt kê tương ứng trong các bảng 2.7 và 2.8.
Mật độ phổ công suất phát mô tả công suất phát của tín hiệu mang tin được phân bố theo tần số như thế nào khi tín hiệu được đưa vào kênh truyền ở ngõ ra của máy phát. Chẳng hạn, nếu toàn bộ công suất 10 mW được đưa vào đường dây và máy phát phát năng lượng đều trong dải tần 1 MHz thì mật độ phổ công suất phát là hằng số và bằng 10-5 mW/Hz. Đường bao mật độ phổ công suất phát xác định mật độ phổ công suất cực đại cho phép theo chiều tần số.
Bảng 2.8 Dải tần vô tuyến nghiệp dư được ANSI thừa nhận
Band start frequency (MHz)
Band stop frequency (MHz) 1,800 2,000 3,500 4,000 7,000 7,300 10,100 10,150 14,000 14,350 18,068 18,168 21,000 21,450 28,000 29,700
Công suất phát cực đại được ETSI và ANSI cho phép đều là 11,5 dBm. Tuy nhiên, ETSI và ANSI lại khác nhau trong cách năng lượng phân bố theo tần số. Cả hai tổ chức tiêu chuẩn hoá này đều đưa ra đường bao xác định mật độ phổ công suất phát tối đa và cả hai đều buộc modem phải có khả năng giảm mật độ phổ công suất đến –80 dBm/Hz trong dải tần vô tuyến nghiệp dư.
ANSI xác định mật độ phổ công suất phát cực đại bao gồm 3 chọn lựa dành cho
nhà điều hành hệ thống VDSL như sau:
- PDS enhancement (on/off):
+ off: mật độ phổ công suất phát bị giới hạn ở giá trị lớn nhất là -60 dBm/Hz.
+ on: mật độ phổ công suất phát có thể tăng trên -60 dBm/Hz. Việc tăng mật độ phổ công suất phát được giám sát bởi một đường bao mật độ phổ công suất phát (PSD mask) và bị kềm giữ ở tổng công suất 11,5 dBm.
- ADSL compatibility (on/off):
+ on: mật độ phổ công suất phát ở dải tần dưới 1,104 MHz bị hạn chế ở -90 dBm/Hz.
+ off: mật độ phổ công suất phát trong dải tần này có thể đạt được trạng thái PSD enhancement.
- RF emission notching (on/off):
+ on: mật độ phổ công suất phát trong dải tần vô tuyến nghiệp dư bị giới hạn ở -80 dBm/Hz.
+ off: mật độ phổ công suất phát trong dải tần vô tuyến nghiệp dư có thể đạt được trạng thái PSD enhancement.
ETSI cũng xác định một số các đường bao mật độ phổ công suất phát (PSD mask) tuỳ theo tình huống sử dụng. Khi VDSL được ONU sử dụng (trong cấu hình FTTCab) thì cả hai chiều upstream và downstream đều có chung một đường bao mật độ phổ công suất phát. Khi VDSL được tổng đài nội hạt sử dụng thì hai chiều upstream và downstream có hai đường bao khác nhau. Sự khác nhau giữa các đường bao cũng có thể thấy được trong tầm tần số từ 0 tới 276 kHz tuỳ theo có hay không có POTS/ISDN bên cạnh các hệ thống VDSL. Các đường bao mật độ phổ công suất phát mạnh mẽ hơn cũng được định nghĩa cho việc sử dụng trong các mạng mà hầu hết hay đôi khi tất cả cáp đều được chôn ngầm và sự bức xạ vào dải tần vô tuyến nghiệp dư qua không khí là không đáng kể. Cuối cùng, ETSI cũng yêu cầu các bộ modem phải có khả năng giảm mật độ phổ công suất phát không quá -80 dBm/Hz trong các dải tần vô tuyêá nghiệp dư.
Nếu có thể phát triển được VDSL thì các hệ thống VDSL phải tương hợp với các tín hiệu của các dịch vụ khác trong cùng một chão cáp. Hệ thống DSL bị VDSL ảnh hưởng nhiều nhất là ADSL. Trong một vài cấu hình, VDSL có thể ảnh hưởng mạnh đến tín hiệu ADSL trừ phi được thiết kế cẩn thận. Trong một số cấu hình khác, VDSL lại bị ADSL ảnh hưởng ngược lại.
Trong cấu hình FTTEx nhiều đôi dây xoắn toả ra từ một tổng đài nội hạt có thể mang tín hiệu ADSL, truyền với mật độ phổ công suất phát -40 dBm/Hz trong khi các đường dây khác có thể mang tín hiệu VDSL với mật độ phổ công suất phát -60 dBm/Hz cho các thuê bao gần với tổng đài hơn như được minh hoạ ở hình 2.34. Trong cấu hình này ảnh hưởng của VSDL lên ADSL là không đáng kể. Ta sẽ phân tích riêng các kênh ADSL upstream và downstream.
Hình 2.34 Ảnh hưởng lẫn nhau giữa ADSL và VSDL trong cấu hình FTTEx
VDSL không bao giờ ảnh hưởng đến truyền dẫn ADSL theo chiều upstream trong cấu hình FTTEx vì phổ tần của VDSL bắt đầu từ 300 kHz trong khi chiều upstream của ADSL kết thúc ở tần số 138 kHz. Vì vậy, xuyên kênh từ VDSL sang ADSL là nhiễu ngoài dải và trong các hệ thống VDSL được thiết kế tốt nó chỉ khoảng -120 dBm/Hz. Do đó truyền dẫn upstream của ADSL không bị ảnh hưởng bởi VDSL trong cấu hình FTTEx. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng nếu tần số bắt đầu của VDSL thấp hơn 138 kHz thì VDSL sẽ tác động đến ADSL. Trong trường hợp này, tín hiệu VDSL chiều downstream ghép xuyên kênh đầu gần vào tín hiệu chiều upstream của ADSL. Xét tác động của VDSL vào ADSL, nếu ADSL sử dụng phổ tần dưới 1,104 MHz thì VDSL cũng không tác động đến chiều downstream của ADSL. Ngược lại, trong trường hợp này, truyền dẫn chiều downstream của ADSL tạo ra xuyên kênh đầu gần lớn với kênh upstream của VDSL.
Kênh ADSL chiều downstream bị tác động ít nhất khi VDSL sử dụng phổ tần dưới 1,104 MHz cho truyền dẫn chiều downstream. Trong trường hợp này, VDSL truyền xuyên kênh đầu xa vào kênh downstream của ADSL. Tuy nhiên, vì hầu hết mật độ phổ công suất phát của VDSL là -60 dBm/Hz và tín hiệu VDSL ghép vào ADSL chỉ trong vài trăm met đầu tiên (thường là không quá 1,5 km) nên xuyên kênh đầu xa này còn kém xa xuyên kênh đầu xa của các hệ thống ADSL với nhau. Nhưng ta cũng biết chắc rằng xuyên kênh đầu xa của các hệ thống ADSL với nhau không ảnh hưởng bao nhiêu đến sự thực hiện ADSL vì suy hao của xuyên kênh đầu xa trên các đường dây ADSL vốn rất dài. Vì vậy, có thể kết luận là xuyên kênh đầu xa của các hệ thống VDSL lên các hệ thống ADSL rất nhỏ và không đáng quan tâm. Tuy nhiên, chính xuyên kênh đầu xa ngược lại từ các hệ thống ADSL lên các hệ thống VDSL là không thể bỏ qua được. Xuyên kênh đầu xa này lớn hơn nhiều so với xuyên kênh đầu xa của các hệ thống VDSL với nhau vì mật độ phổ công suất phát của ADSL lớn hơn mật độ phổ công suất phát của VDSL đến 20 dB.
Hình 2.35 minh hoạ ảnh hưởng lẫn nhau của các hệ thống ADSL và VDSL trong kiến trúc FTTCab. Trong tình huống này một bộ ADSL và một bộ VDSL nằm chung một chão cáp gần phía khách hàng. Nếu phổ tần của chiều upstream VDSL chồng lấn lên dải tần chiều downstream của ADSL thì chiều upstream của các tín hiệu VDSL sẽ ghép vào chiều downstream của ADSL thành dạng xuyên kênh đầu gần. Nếu hệ thống VDSL cũng dùng dải tần của ADSL cho truyền dẫn chiều downstream thì chiều downstream của VDSL sẽ ghép xuyên kênh đầu xa vào chiều downstream của ADSL. Trong cả hai trường hợp VDSL đều gây bất lợi cho ADSL.
CO
VDSL
Hình 2.35 Ảnh hưởng lẫn nhau giữa ADSL và VSDL trong cấu hình FTTCab
Nếu chiều upstream của VDSL sử dụng phổ tần chồng lấn với chiều downstream của ADSL thì tín hiệu VDSL chiều upstream ghép với tín hiệu chiều downstream của ADSL tạo thành xuyên kênh đầu gần. Các mô hình giả lập tại các phòng thí nghiệm cho thấy rất rõ ràng rằng một đôi dây VDSL hoạt động ở mật độ phổ công suất -60 dBm/Hz trong kiến trúc FTTCab cũng có thể nguy hại nghiêm trọng đến các hệ thống ADSL nếu dải tần upstream của VDSL chồng lấn lên dải tần downstream của ADSL. Ví dụ, tầm cự ly của ADSL 6 Mbps sẽ giảm từ 3,75 km xuống còn 2,4 km khi có một đường dây VDSL dùng dải tần downstream của ADSL cho dải tần upstream. Mặt khác nếu vẫn giữ nguyên độ dài vòng thuê bao 3,75 km thì tốc độ bit sẽ giảm từ 6 Mbps xuống còn 3 Mbps khi có
