ADSL xác lập cách thức dữ liệu được truyền giữa thuê bao (nhà riêng hoặc công sở) và tổng đài thoại nội hạt trên chính đường dây điện thoại bình thường. Chúng ta vẫn thường gọi đường dây này là ‘local loop’.
Thực chất của ứng dụng ADSL không phải ở việc truyền dữ liệu đi/đến tổng đài điện thoại nội hạt mà là tạo khả năng truy nhập internet với tốc độ cao. Như vậy, vấn đề nằm ở việc xác lập kết nối dữ liệu tới nhà cung cấp dịch vụ internet.
Mặc dù chúng ta cho rằng ADSL được sử dụng để truyền dữ liệu bằng các giao thức internet, nhưng trên thực tế việc thực hiện điều đó như thế nào lại khơng phải là đặc trưng kỹ thuật của ADSL.
Hiện nay, phần lớn người ta ứng dụng ADSL cho truy nhập internet tốc độ cao và sử dụng các dịch vụ trên internet một cách nhanh hơn.
4.2.2 Cơ chế hoạt động và dải tần của ADSL 4.2.2.1 Cơ chế hoạt động 4.2.2.1 Cơ chế hoạt động
Tốc độ (Mbps) Loại dây Kích thước dây (mm) Khoảng cách truyền (m) 1,5 – 2,0 24 AWG 0,5 5500 1,5 – 2,0 26 AWG 0,4 4600 6,1 24 AWG 0,5 3700 6,1 26 AWG 0,4 2700
ADSL tìm cách khai thác phần băng thơng tương tự còn chưa được sử dụng trên đường dây nối từ thuê bao tới tổng đài nội hạt. Đường dây này được thiết kế để truyền tải nội hạt. Đường dây này được thiết kế để truyền tải dải phổ tần số (frequency spectrum) chiếm bởi cuộc thoại bình thường. Tuy nhiên, nó cũng có thể truyền tải các tần số cao hơn dải phổ tương đối hạn chế dành cho thoại. Đó là dải phổ mà ADSL sử dụng.
Hình 4.2 Thoại cơ bản sử dụng dải tần số từ 300 Hz tới 3,400 Hz.
Bây giờ chúng ta sẽ xem xét, thoại và dữ liệu ADSL chia sẻ cùng một đường dây thuê bao ra sao. Trên thực tế, các splitter được sử dụng để đảm bảo dữ liệu và thoại không xâm phạm lẫn nhau trên đường truyền.
Các tần số mà mạch vịng có thể truyền tải, hay nói cách khác là khối lượng dữ liệu có thể truyền tải, sẽ phụ thuộc vào các nhân tố sau:
Ø Khoảng cách từ tổng đài nội hạt.
Ø Kiểu và độ dài đường dây.
Ø Kiểu và số lượng các mối nối trên đường dây.
Ø Mật độ các đường dây chuyển tải ADSL, ISDN và các tín hiệu phi thoại khác.
Ø Mật độ các đường dây chuyển tải tín hiệu radio.
4.2.2.2 Dải phổ tần của ADSL
ADSL chia dải tần của một cáp cặp xoắn (1Mhz) thành ba băng tần, như trong hình 4.3 dưới đây. Băng tần đầu tiên, bình thường ở khoảng 0 và 25 Khz, được sử dụng cho dịch vụ thoại thông thường (được biết đến như dịch vụ thoại cũ). Dịch vụ
Chương 4: Đường truyền ADSL
này chỉ sử dụng 4 Khz của kênh dữ liệu này. Băng tần thứ hai, nằm giữa 25 và 200 Khz, được sử dụng cho dịch vụ truyền thông Upstream (tải dữ liệu lên mạng). Băng tần thứ ba, nằm trong khoảng từ 250 đến 1Mhz, được sử dụng cho dịch vụ truyền thông Downstream (tải các dữ liệu trên mạng xuống máy tính cá nhân hay mạng nội bộ). Sự gối lên nhau và ràng buộc giữa các dịch vụ Upstream và Downstream cung cấp nhiều dải tần hơn bên phía Downstream.
Hình 4.3 Dải phổ tần của ADSL
4.3 Ưu điểm của đường truyền ADSL so với PSTN và ISDN Bảng 4.3 So sánh giữa ADSL với PSTN và ISDN Bảng 4.3 So sánh giữa ADSL với PSTN và ISDN
ADSL PSTN và ISDN
Kết nối trực tiếp Sử dụng công nghệ quay số Truyền tải dữ liệu, các dịch vụ fax
và thoại đến internet
Cho phép sử dụng fax, dữ liệu, thoại, dữ liệu đến internet, dữ liệu đến các thiết bị khác
Tốc độ lên tới 8Mbps Tốc độ đạt 64kbps hoặc 128Kbps Cho phép sử dụng internet và thực
hiện cuộc gọi đồng thời
Ngắt truy cập đến internet khi thực hiện cuộc gọi
Khơng tính cước nội hạt Kết nối internet qua đường truyền PSTN và
POT UPSTREAM DOWSTREAM
ISDN bằng phương thức quay số có tính cước nội hạt
Chúng ta cũng có thể nói thêm về ADSL
- Mặc dù modem ADSL luôn ở chế độ kết nối thường trực, nhưng vẫn có thể cần phải thực hiện lệnh kết nối internet trên máy PC.
- Trên thực tế, tốc độ download tiêu biểu đối với dịch vụ ADSL gia đình thường đạt tới (up to) 400 kbps.
- Chi phí dùng bao nhiêu, trả bấy nhiêu. Cấu trúc cước theo lưu lượng sử dụng (hoặc theo thời gian sử dụng).
- Không hạn chế số người sử dụng khi chia sẻ kết nối Internet trong mạng nội bộ.
4.4 Các thành phần của ADSL
Trong phần này chúng ta sẽ lần lượt mô tả chức năng của từng thành phần của ADSL, bắt đầu từ Modem ADSL tới Nhà cung cấp dịch vụ Internet.
Chúng ta cũng xem xét ở phía ISP để lọc ra những thành phần cơ bản mà họ sử dụng để cung cấp dich vụ ADSL.
4.5 Modem ADSL
Hình 4.4: Sơ đồ hệ thống cơ bản của ADSL
Modem ADSL kết nối vào đường dây điện thoại (còn gọi là local loop) và đường dây này nối tới thiết bị tổng đài nội hạt.
PC ADSL mode m Server provider Internet Local loop
Chương 4: Đường truyền ADSL
Modem ADSL sử dụng kết hợp một loạt các kỹ thuật xử lý tín hiệu tiên tiến nhằm đạt được tốc độ băng thông cần thiết trên đường dây điện thoại thông thường với khoảng cách tới vài km giữa thuê bao và tổng đài nội hạt.
Ø Các loại Modem hỗ trợ của ADSL
- Modem trên card PCI: loại này tích hợp tất cả trên một card PCI. Giá thành rẻ nhất trong ba loại, nhưng rất khó cài đặt, kén chọn hệ điều hành và không hỗ trợ chia sẻ kết nối đến nhiều máy tính. Nếu bạn tính dùng thêm Linux hay Mac OS X, hay chia sẻ kế nối ADSL với nhiều máy khác, hay là dân “Overclocker”, nên tránh xa loại này.
- Modem USB: đây là loại modem lắp ngoài kết nối qua giao tiếp USB 1.1.
Giá chỉ hơn loại trước một chút và trơng có vẻ dễ lắp đặt. Nhưng thực ra loại này cũng kén hệ điều hành không kém loại kia, cài đặt tương đối khó và khơng hỗ trợ chia sẻ kết nối. Hơn nữa, tốc độ của USB 1.1 rất thấp (tối đa là 12 Mbps nhưng thực tế còn thấp hơn nhiều), khơng thích hợp với ADSL tốc độ cao, lại chiếm nhiều tài nguyên hệ thống.
- Ethernet modem lắp ngoài: đây là loại phổ biến nhất . Nó dùng giao diện ethernet với máy tính qua card mạng 10/100. Ưu điểm là rất dễ lắp đặt, hỗ trợ hầu hết các hệ điều hành, dễ chia sẻ kết nối. Nhược điểm của nó là giá thành cao hơn loại khác. Ethernet ADSL modem có khi được tích hợp thêm một số chức năng như tường lửa (hardware firewall) hay router và hub hay switch lắp trong (giúp bạn chia sẻ kết nối với các máy khác dễ dàng).
4.5.1 Hoạt động của modem ADSL
ADSL hoạt động bằng cách vận hành cùng lúc nhiều modem, trong đó mỗi modem sử dụng phần băng thơng riêng có thể.
Hình 4.5: Modem ADSL
Sơ đồ trên đây chỉ mô phỏng một cách tương đối, nhưng qua đó ta có thể nhận thấy ADSL sử dụng rất nhiều modem riêng lẻ hoạt động song song để khai thác băng thông tối đa và cung cấp một tốc độ rất cao.
Mỗi đường kẻ sọc đen ở trên thể hiện một modem và chúng hoạt động tại các tần số hoàn toàn khác nhau. Trên thực tế có thể tới 255 modem hoạt động trên một đường ADSL. Điểm đặc biệt ở chỗ ADSL sử dụng dải tần số từ 26kHz tới 1.2 MHz trong 10MHz của băng thông thoại. Tất cả 255 modem này được vận hành chỉ trên một con chíp đơn.
Lượng dữ liệu mà mỗi modem có thể truyền tải phụ thuộc vào các đặc điểm của đường dây tại tần số mà modem đó chiếm. Một số modem có thể khơng làm việc một chút nào vì sự gây nhiễu từ nguồn tín hiệu bên ngồi chẳng hạn như bởi một đ- ường dây (local loop) khác hoặc nguồn phát vơ tuyến nào đó. Các modem ở tần số cao hơn thơng thường lại truyền tải được ít dữ liệu hơn bởi lý do ở tần số càng cao thì sự suy hao càng lớn, đặc biệt là trên một khoảng cách dài.
4.5.2 Mạch vòng :Local Loop
'Local Loop' là thuật ngữ dùng để chỉ các đường dây điện thoại bình thường nối
từ vị trí người sử dụng tới công ty điện thoại.
Nguyên nhân xuất hiện thuật ngữ local- loop đó là người nghe (điện thoại) được kết nối vào hai đường dây mà nếu nhìn từ tổng đài điện thoại thì chúng tạo ra một mạch vịng local loop.
Chương 4: Đường truyền ADSL
Chúng ta sẽ tìm hiểu các ISP thực hiện việc cung cấp đường truyền ADSL.
Hình 4.6: Thành phần ADSL từ phía nhà cung cấp
Bên nhà cung cấp dịch vụ có ba thành phần quan trọng: DSLAM (DSL Access Multiplexer), BAS (Broadband Access Server), ISP (Internet Server Provider).
4.5.3.1 DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer)
Bộ dồn kênh truy nhập đường thuê bao số là một thiết bị đầu cuối DSL được đặt tại địa điểm của nhà cung cấp dịch vụ mạng. DSLAM tập trung luồng dữ liệu từ các mạch vòng DSL và tổ hợp thành tốc độ cao hơn như tốc độ T1, E1 hoặc tốc độ ATM của OC-3 (155 Mbps)....rồi đưa tới internet hay mạng dữ liệu.
Một thiết bị DSLAM có thể tập hợp nhiều kết nối ADSL- có thể nhiều tới hàng trăm thuê bao - và tụ lại trên một kết nối cáp quang. Sợi cáp quang này thường được nối tới thiết bị gọi là BAS - Broadband Access Server, nhưng nó cũng có thể khơng nối trực tiếp tới BAS vì BAS có thể được cài đặt ở bất cứ đâu.
PC ADSL mode m Server provider Internet Local loop
DSLAM BAS ISP
PC ADSL mode Server provider Internet Vòng nội bộ BAS ISP PC ADSL mode PC ADSL mode PC ADSL mode DSLAM Cáp quang
Hình 4.7: Nhiều modem ADSL nối đến DSLAM của nhà cung cấp dịch vụ
DSLAM là thiết bị đặt ở phía tổng đài, là điểm cuối của kết nối ADSL. Nó chứa vơ số các modem ADSL bố trí về một phía hướng tới các mạch vịng và phía kia là kết nối cáp quang.
4.5.3.2 BAS (Broadband Access Server)
BAS là thiết bị đặt giữa DSLAM và POP của ISP. Một thiết bị BAS có thể phục vụ cho nhiều DSLAM.
Các giao thức truyền thơng được đóng gói để truyền dữ liệu thông qua kết nối ADSL, vì vậy mục đích của BAS là mở gói để hồn trả lại các giao thức đó trước khi đi vào internet. Nó cũng đảm bảo cho kết nối của bạn tới ISP được chính xác giống như khi bạn sử dụng modem quay số hoặc ISDN.
ADSL không chỉ rõ các giao thức được sử dụng để tạo thành kết nối tới internet. Phương pháp mà PC và Modem sử dụng bắt buộc phải giống như BAS sử dụng để cho kết nối thực hiện được.
Thơng thường ADSL sử dụng hai giao thức chính là: - PPPoE- PPP over Ethernet Protocol
- PPPoA- Point to Point Protocol over ATM
4.5.3.3 ISP (Internet Service Provider)
Nhà cung cấp dịch vụ internet (WWW, email, ftp, telnet...). Ở Việt Nam hiện nay có các nhà cung cấp dịch vụ Internet như: Viettel, FPT,...
4.6 Giao thức kết nối giữa modem và BAS
Khi chúng ta truy nhập internet PPP thường được sử dụng để kiểm tra tên và mật khẩu truy nhập, và ATM thì ln được sử dụng ở mức thấp nhất. Kết nối điển hình như dưới đây:
Chương 4: Đường truyền ADSL
Hình 4.8: Giao thức kết nối giữa Modem và BAS
ATM- Asynchrononus Transfer Mode-(chuyển đổi không đồng bộ) được sử dụng như là công cụ chuyển tải cho ADSL ở mức thấp. Lý do vì đó là cách thuận tiện và mềm dẻo đối với các công ty thoại muốn kéo dài khoảng cách kết nối từ DSLAM tới BAS giúp họ có thể đặt BAS ở bất cứ đâu trên mạng.
PPP là giao thức dụng để vận chuyển lưu lượng Internet tới các ISP dọc theo các kết nối Modem và ISDN. PPP kết hợp chặt chẽ các yếu tố xác thực kiểm tra tên/ mật khẩu - và đó là lý do chính mà người ta dùng PPP với ADSL.
Mặc dù BAS thực thi giao thức PPP và tiến hành việc xác thực, nhưng thực ra việc đó được thực hiện bằng cách truy nhập vào các cơ sở dữ liệu khách hàng đặt tại ISP. Bằng cách đó, ISP biết được rằng các kết nối do BAS định chuyển tới đã đựơc xác thực thông qua giao dịch với cơ sở dữ liệu riêng của ISP.
4.7 Mối tương quan giữa thoại và ADSL
ADSL cho phép cùng lúc vừa truy nhập internet tốc độ cao lại vừa có thể thực hiện cuộc gọi cũng trên đường dây đó.
Thiết bị chuyên dụng Splitters được sử dụng để tách riêng các tần số cao dùng cho ADSL và các tần số thấp dùng cho thoại. Như vậy, người ta thường đặt các Splitters tại mỗi đầu của đường dây - phía th bao và phía DSLAM.
Hình 4.9: Tần số dùng cho thoại và cho internet
Tại phía thuê bao, các tần số thấp được chuyển đến máy điện thoại còn các tần số cao đi đến modem ADSL. Tại các tổng đài, các tần số thấp được chuyển sang mạng thoại PSTN còn các tần số cao đi đến ISP.
Hình 4.10: Thiết bị Splitters trên mạng
Tốc độ của kết nối giữa modem ADSL và DSLAM phụ thuộc vào khoảng cách đường truyền và tốc độ tối đa được cấu hình sẵn trên cổng của DSLAM. Cịn tốc độ kết nối vào Internet lại còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nữa như dưới đây:
Ø Số người dùng kết nối vào cùng một DSLAM và thực tế có bao nhiêu người
dùng đang khai thác kết nối.
Ø Tốc độ kết nối giữa DSLAM và BAS.
Ø Bao nhiêu card DSLAM cùng nối vào một BAS và bao nhiêu người dùng
Chương 4: Đường truyền ADSL
Ø Tốc độ kết nối giữa BAS kết nối vào ISP và bao nhiêu người dùng thực tế đang khai thác.
Ø Tốc độ của kết nối từ ISP tới mạng Internet toàn cầu.
Ø Bao nhiêu thuê bao của ISP đang khai thác (qua các giao tiếp khác nhau như quay số PSTN/ ISDN và ADSL).
Ø ISP tổ chức caching và proxy ra sao, liệu thông tin mà bạn cần khai thác đã được lưu trữ trên Cache chưa hay phải tải về từ Internet.
CHƯƠNG 5
KỸ THUẬT DMT TRONG ADSL
Chương 5: Kỹ thuật DMT trong ADSL
5.1 Giới thiệu chương
Để có thể truyền dữ liệu tốc độ cao, ngoài việc sử dụng băng tần rộng hơn nhiều so với băng tần thoại thì kỹ thuật điều chế cũng đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống ADSL. Trong quá trình phát triển ADSL thì có 3 kỹ thuật điều chế được sử dụng là CAP (điều chế biên độ/pha khơng sử dụng sóng mang), QAM (điều biên cầu phương) và DMT (điều chế đa tần rời rạc). Trong giới hạn của đồ án này, người nghiên cứu sẽ lần lượt trình bày về kỹ thuật điều chế QAM và kỹ thuật điều chế DMT.
5.2 Kỹ thuật điều chế CAP
Điều chế biên độ/pha không sử dụng sóng mang (CAP – Carrierless Amplitude/ Phase Modulation). Loại điều chế này có hình dạng phổ giống như tín hiệu được điều chế QAM nhưng việc điều chế thông qua hai bộ lọc thơng dải có đáp ứng xung là một cặp biến đổi Hilbert chứ không phải dao động trực giao. CAP ban đầu được sử dụng trong HDSL (High data rate DSL) và thực chất là một biến thể của QAM.
Hình 5.1: Sơ đồ điều chế CAP
Bộ điều chế gồm hai nhánh, một nhánh phase và một nhánh cầu phương. Hai hàm sóng hình thành bộ Hilpert pair có tính trực giao với những hàm khác. Tuy nhiên, việc triển khai CAP ngày nay dùng một sóng cosine và một sóng sine tạo xung phát. Điều chế CAP được sử dụng bộ lọc số thay vì dùng bộ nhân phase và cầu phương. Trong phạm vi đồ án này không nghiên cứu kĩ về kỹ thuật điều chế này.
Tập hợp dữ liệu mã hóa Pha Cầu phương D/A Lọc thơng dải tuyến tính + Ngõ ra Nhị phân
5.3 Kỹ thuật điều chế QAM 5.3.1 Điều chế QAM 5.3.1 Điều chế QAM
Điều chế biên cầu phương QAM (Quadrature Amplitude Modulation) là phương pháp mã hóa dữ liệu trên một tần số sóng mang đơn. Ở kỹ thuật điều chế này, sóng mang bị điều chế cả biên độ lẫn pha. QAM dùng một dạng sóng sine và một dạng