6 Các phương pháp truyền song công
6.2 Khử tiếng vọng
Song cơng khử tiếng vọng (xem Hình 6.1) đạt tới tốc độ dữ liệu của song công 4 dây trên duy nhất một đơi dây xoắn, do đó tiết kiệm được cáp đồng hay tương ứng với việc tăng độ rộng băng tần của các đơi dây xoắn hiện có. Khử tiếng vọng là dạng thức ghép kênh phổ biến nhất trong DSL, được chuẩn hóa để sử dụng trong ISDN, HDSL và ADSL. Một "tiếng vọng" là sự phản xạ của tín hiệu phát về bộ thu đầu gần. Tiếng vọng rất được quan tâm vì các tín hiệu tương ứng với cả hai hướng truyền số đồng thời tồn tại trên đường truyền đơi dây xoắn, vì vậy tiếng vọng là nhiễu khơng mong muốn. Tiếng vọng là phiên bản bị lọt ra của tín hiệu được phát đi. Một bộ khử tiếng vọng tự thích nghi tạo ra một bản sao của tín hiệu phát bị vọng về và trừ nó cho tín hiệu nhận được. Mũi tên được vẽ xuyên qua khối bộ khử tiếng vọng trong Hình 6.1 thường được sử dụng trong xử lý tín hiệu số để biểu thị rằng một bộ lọc hoạt động một cách thích nghi sử dụng tín hiệu trên đường dây làm tín hiệu điều khiển.
Hình 6.1:Khử tiếng vọng cho việc tách biệt tín hiệu trên 2 dây
Mạch sai động tương tự trong Hình 6.1 tách các tín hiệu phát khỏi các tín hiệu thu khi trở kháng đường truyền hoàn toàn phối hợp bởi trở kháng bộ sai động tương ứng như đã thảo luận trong Chương 3. Khi các trở kháng này khơng thể được phối hợp hồn tồn, mà điều này hầu hết là luôn đúng trong thực tế, một tiếng vọng của tín hiệu phát xuất hiện tại đầu ra tín hiệu thu của bộ sai động. Thiết kế bộ sai động tốt đạt tới độ suy hao tín hiệu phát 20 dB trước khi nó phát ra khỏi đầu ra tín hiệu thu của bộ sai động. Các tín hiệu đường dây số có thể bị suy hao lên tới khoảng 40 dB, do đó tiếng vọng có thể vẫn lớn hơn tín hiệu mong muốn từ đầu xa khoảng 20 dB, dẫn tới tỷ số tín hiệu trên nhiễu khơng thể chấp nhận được để tách được tín hiệu mong muốn từ đầu xa.
Đầu vào của bộ khử tiếng vọng là một tín hiệu phát ở dạng số được lấy mẫu. Đầu vào này với các mẫu trước đó được lưu trong đường dây trễ số thường kéo dài từ 100 đến 200µsBộ khử tiếng vọng nhân các mẫu đã được lưu này với các hệ số của bộ khử tiếng vọng và lấy tổng các tích nhận được để hình thành một giá trị ước lượng của tiếng vọng, mà sau đó bị trừ khỏi đầu ra của bộ sai động. Các hệ số để khử tốt nhất phụ thuộc vào đường truyền và do đó được xác định một cách thích nghi.
6.2. KHỬ TIẾNG VỌNG 65
ISDN, với mức trên 60 dB đối với HDSL và với mức trên 70 dB đối với ADSL. Các mức khử là khác nhau vì tần số càng cao thì suy hao càng lớn với HDSL và ADSL, có nghĩa rằng máy thu phải giảm tiếng vọng tần số cao tới mức thấp hơn để làm cho nó nhỏ hơn mức nhỏ nhất của các tần số thu. Để đạt được mức loại trừ tiếng vọng cao này, bộ khử tiếng vọng phải xác định các hệ số vọng thích nghi với độ chính xác cao. Một số bộ khử tiếng vọng cũng xây dựng đặc tính phi tuyến cho các thành phần tiếng vọng mà khơng thể được biểu thị làm tổng các tích của các mẫu tín hiệu phát. Khử tiếng vọng phức tạp hơn song công 4 dây. Tuy nhiên, với sự ra đời của các bộ vi xử lý với khả năng xử lý tín hiệu số cao của các VLSI, khử tiếng vọng thậm chí phần lớn các trường hợp khắt khe nhất (ADSL) thường có giá thành khơng đáng kể và do đó thường có mặt trong thực tế.
Ước lượng tiếng vọng được tạo ra bởi bộ khử tiếng vọng có thể được viết ngắn gọn là
b
d=W ∗X (6.1)
ở đây dblà ước lượng của thành phần tiếng vọng d của tín hiệu nhận được tại lối ra của bộ sai động. W là một vector cột của các hệ số khử tiếng vọng, và X là một vector tương ứng của các mẫu tín hiệu phát (dấu * ở đầu ký hiệu chuyển vị và liên hợp phức). Tích của hai vector về mặt tốn học mơ tả tổng trọng số được hình thành bởi bộ khử tiếng vọng. Các giá trị trong vector đầu vào X cũng như hoạt động và độ chính xác có thể đạt được của bộ khử tiếng vọng phụ thuộc vào mã đường được chọn (xem chương 7). Để minh họa độ phức tạp, tốc độ lấy mẫu của một máy phát ISDN tối thiểu là 80 kHz, tương ứng với khoảng thời gian lấy mẫu 12,5µs. Vì vậy, một độ
dài đáp ứng tiếng vọng 400µs (tương ứng với kích thước của W và X) đòi hỏi tối thiểu 32 hệ số, và vì vậy 32(80,000)=2,56 triệu phép tính trên 1 giây. Các bộ lọc thông thấp được sử dụng để triệt bỏ nhiễu điển hình làm tăng độ dài của tiếng vọng. Các bộ khử tiếng vọng cho HDSL có thể cần đến 64 hay 128 hệ số và lên tới 128×800.000=100 triệu phép tính trên 1 giây. Các bộ khử tiếng vọng cho ADSL có thể cần đến 300 hệ số, nhưng lợi dụng tính khơng đối xứng và "quay vịng" của mã đường DMT, điển hình yêu cầu từ 20 đến 30 triệu phép tính trên giây.
6.2.1 Khử tiếng vọng thích nghi
Các giá trị của hệ số có thể được quyết định bởi thuật tốn cập nhật trung bình bình phương nhỏ nhất - một phương pháp stochastic-gradient xác định kiểu lặp đi lặp lại và tìm kiếm các giá trị hệ số chính xác. Tín hiệu lỗi bộ khử tiếng vọng là
e=d−db (6.2)
và bằng tín hiệu nhận được nếu bộ khử tiếng vọng tái tạo một cách hồn hảo tiếng vọng và loại trừ nó. Tín hiệu lỗi này cũng được sử dụng để cập nhật giá trị bình phương trung bình nhỏ nhất.
Wk+1 =Wk+µekXk∗ (6.3) ở đây chỉ số k là chỉ số thời gian cập nhật. Hằng sốµxác định sự thỏa hiệp giữa độ chính xác ước đốn và tốc độ tìm kiếm.
Khử tiếng vọng phi tuyến làm tăng khả năng khử tiếng vọng trên bằng cách bổ sung một bảng tham chiếu đưa ra điểm ước lượng tiếng vọng d (RAM đánh địa chỉ bởi vector Xk). Địa chỉ cho bảng tham chiếu được xác định bởi các bit có trọng số lớn nhất của các mẫu tín hiệu
66 CHƯƠNG 6. CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN SONG CÔNG
phát đối với vài mẫu tương ứng với các chu kỳ thời gian thu khi phần lớn năng lượng vọng lại bị phản xạ. Việc cập nhật vị trí bảng tham chiếu đơn giản là lấy trung bình (giá trị mới= giá trị cũ +λ (lỗi)). λlà một hằng số xác định sự thỏa hiệp giữa độ chính xác và thời gian dị tìm của bộ khử tiếng vọng phi tuyến.