ATU- R tơng tự nh ATU- C đặt tại phía ngời sử dụng, tuy nhiên tại giao diện T các kênh đơn công ASx chỉ hoàn toàn nhận (còn tại ATU- C chúng hoàn toàn chỉ gửi). Mô hình tham chiếu ATU- R đợc minh hoạ trên hình 4.4. Chúng tạo thành các kênh đến trong khi giao diện LSx song công có thể đợc định hình để chỉ định dành cho các đờng đi. Bởi vì băng thông đờng đi tối đa (640kb/s) nhỏ hơn so với băng thông hớng xuống (6144kb/s) chỉ khi ba kênh song công trong khung đợc ghép lại cho truyền dẫn trên giao diện ATU- R. Tơng tự nh ATU- C các bộ đệm nhanh và bộ đệm xen đợc hỗ trợ.
4.3.4 Hoạt động và chức năng của các khối trong mô hình tham chiếu ATU- C và ATU-R
Hoạt động và chức năng của các khối trong mô hình tham chiếu ATU- R và ATU-C khá giống nhau, chỉ khác nhau ở một vài thông số mã hoá và điều chế. Do
đó các khối tơng ứng nhau ở hai mô hình sẽ đợc trình bày chung và một số điểm khác nhau sẽ đợc trích dẫn riêng.
1. Khối điều khiển ghép/đồng bộ:
a. Tín hiệu đầu vào: Tại đầu vào của khối điều khiển và ghép đồng bộ là các kênh
mang (bearer channel):
Một hệ thống ADSL có thể truyền tới bảy kênh mang (bearer channel) đồng thời, chia làm 2 loại: các kênh mang một chiều ASx và kênh mang hai chiều LSx. Tốc độ dữ liệu của các kênh này có thể không cố định, chúng đợc tạo ra bằng cách ghép các kênh 32Kbps đợc các tốc độ 1,536Mbps hoặc 2,048 Mbps. Tốc độ 32 Kbps xuất phát từ cách thức mã hoá DMT.
Các kênh ASx là những kênh mang đơn công theo một hớng duy nhất, mỗi kênh mang có thể mang tín hiệu số liệu cho một thiết bị đầu cuối riêng rẽ.
- AS0 cung cấp tốc độ dữ liệu từ 32Kbps đến 6,144Mbps (ghép từ 32 Kbps). - AS1 cung cấp tốc độ dữ liệu từ 32Kbps đến 4,608Mbps
- AS2 cung cấp tốc độ dữ liệu từ 32Kbps đến 3,072Mbps
- AS3 cung cấp tốc độ dữ liệu từ 32Kbps đến 1,536Mbps (chỉ ở Mỹ)
Các kênh LSx là những kênh song công, có thể đợc cấu hình từ kênh đơn công, tốc độ 2 hớng lên và xuống có thể không bằng nhau:
- LS0 cung cấp tốc độ 16 Kbps + (32Kbps-640Kbps) trong đó 16Kbps là kênh C truyền bản tin chọn dịch vụ và thiết lập, tơng ứng với kênh D của ISDN.
- LS1, LS2 cung cấp tốc độ (32Kbps-640Kbps)
Ngoài ra, trong ADSL, có một kênh bắt buộc dùng để truyền tín hiệu điều khiển nh chọn dịch vụ hay thiết lập cuộc gọi trong phần header của một khung gọi là kênh C. Tín hiệu điều khiển cho các kênh mang hai chiều cũng đợc truyền qua kênh C. Tốc độ của kênh C là 16 đến 64Kb/s.
Chú ý:
Đối với ATU-C, bảy kênh này có thể hoạt động riêng biệt hoặc kết hợp lại với nhau tại giao diện V-C
ATU-R chỉ sử dụng 3 kênh song công LS0, LS1, LS2 tại giao diện T-R. Thông thờng, các kênh đơn công đợc sử dụng để hỗ trợ cho những thông tin theo hớng xuống.
Hình 4.3: Mô hình tham chiếu ATU- C Điều khiển ghép/ đồng bộ CRCF Ngẫu nhiên hoá và FEC Ngẫu nhiên hoá và FEC Xen CRCI Sắp xếp tần Mã hoá theo chùm điểm và định tỷ lệ tăng ích A Ghép khung dữ liệu B Khung dữ liệu đầu ra FEC C Mã hoá khung dữ liệu đầu vào Bits Bits và tăng ích Zi I=1 đến 255 AS0 AS1 AS2 AS3 LS0 LS1 LS2 NTR eoc/ aoc ib
Điểm tham chiếu V-C oam aoc Bộ đệm song song/ nối tiếp xn n=0 đến 511 IDFT n=0 n=1 480 510 511 Xử lý tương tự và DAC U-C 2
Hình 4.4: Mô hình tham chiếu ATU- R
Sinh viên: Trần Quốc Toản Lớp ĐT5-K43 52
Điều khiển ghép/ đồng
bộ
CRCF nhiên hoá Ngẫu và FEC Ngẫu nhiên hoá và FEC Xen CRCI Sắp xếp tần Mã hoá theo chùm điểm và định tỷ lệ tăng ích A Ghép khung dữ liệu B Khung dữ liệu đầu ra FEC C Khung dữ liệu đầu vào
mã hoá chùm điểm Bits Bits Zi I=1 đến 31 LS1 LS2 eoc/ aoc ib
Điểm tham chiếu T-R oam aoc Bộ đệm song song/ nối tiếp/ xn n=0 đến 63 IDFT n=0 n=1 60 62 63 Xử lý tương tự và DAC U-R 2 LS0
Các kênh song công đợc sử dụng để hỗ trợ cho các thông tin theo hớng lên. Ghép kênh ADSL đủ linh hoạt nên cho phép có nhiều tốc độ khác nhau (không phải nguyên lần 32 Kbps) do đó có thể tơng tác trực tiếp với nhiều tốc độ khác. Điều này có thể thực hiện đợc bằng cách chia sẽ các bit trong kênh overhead ADSL cho các kênh bearer.
Mặc dù tốc độ số liệu truyền trên đờng ADSL có thể đợc thay đổi với các bớc 32kb/s, nhng để tăng cờng tính tơng thích của các thiết bị của các nhà cung cấp khác nhau, diễn đàn ADSL đa ra 4 cấp chuyển vận (transport class) nh sau:
Cấp chuyển vận 1 2 3 4
Các kênh mang một chiều
Tốc độ tối đa (Mb/s) 6,114 4,608 3,072 1,536 Các phơng án chọn kênh mang (Mb/s) 1,536 1,536 1,536 1,536 3,072 3,072 3,072 4,608 4,608 6,144
Số lợng kênh tối đa 4 (AS0 tới AS3) 3 (AS0 tới AS2) 2 (AS0 và AS1) 1(AS0)
Các kênh mang hai chiều
Tốc độ tối đa (Mb/s) 640 608 608 176 Các phơng án lựa chọn kênh mang (Mb/s) 576 384 384 384 160 160 160 C (64) C (64) C (64) C (64) Số lợng kênh tối đa 3 (LS0 tới LS2) 2 (LS0, LS1)
hay (LS0, LS2)
2 (LS0, LS1) hay (LS0, LS2)
2(LS0, LS2)
Bảng 4.2: Các phơng án lựa chọn kênh mang cho các cấp chuyển vận.
Nếu ADSL đợc sử dụng để chuyển vận các tế bào ATM, kênh LS2 sẽ đợc sử dụng để truyền các tế bào này theo hai chiều. Các tế bào ATM trong ADSL sử dụng một trong hai format AAL1 và AAL5. AAL1 đợc sử dụng cho các ứng dụng có tốc độ bit cố định (CBR- Constant Bit Rate) và AAL5 dùng cho các ứng dụng có tốc độ bit biến đổi (VBR- Variable Bit Rate). Mô tả chi tiết hơn về ứng dụng ADSL cho chuyển vận ATM đợc đề cập trong mục 4.5.
b. Ghép khung:
Các luồng dữ liệu này sẽ đợc vào ghép kênh vào các khung, tiếp đó các khung lại đợc ghép thành các siêu khung (superframe). Mỗi siêu khung có chứa 68 khung ADSL, các khung này sau đó sẽ đợc mã hoá và điều chế thành các ký hiệu (symbol) DMT. Mỗi khung đợc tạo ra trong 250às, cứ hết một siêu khung thì một khung đồng bộ đợc thêm vào.
Hình 4.5: Cấu trúc siêu khung của ADSL.
Mỗi siêu khung ADSL dành 8 bit cho CRC, 24 bit chỉ thị (indicator) ib0- ib23) dành cho chức năng OAM
c. Tín hiệu đầu ra:
Các khung sau khi đợc ghép kênh có thể chia làm hai đờng khác nhau.
Trong ATU- C, có hai đờng dẫn ngầm đợc dành để hỗ trợ cho dữ liệu bao gồm: đ- ờng dẫn nhanh (fast) và đờng dẫn xen (interleaved). Tuỳ theo loại thông tin mà một kênh có thể đợc gán một trong hai loại đờng dẫn. Đờng dẫn nhanh thích hợp với các dữ liệu nhạy cảm với trễ nhng không đòi hỏi độ chính xác quá cao (có thể chấp nhận lỗi) nh audio, video. Đờng dẫn xen thích hợp với các lu lợng không nhạy cảm với trễ và đòi hỏi độ chính xác cao, do đó cần bổ sung các phơng pháp dò và sửa lỗi.
Tuy nhiên trong một số trờng hợp nếu cần truyền cả hai loại hình dữ liệu, ATU-C có sử dụng cả hai đờng dẫn. Chẳng hạn nh, trong một hội nghị truyền hình có thể đặt các kênh AS0 trong đờng xen, còn đặt các kênh song công LS0 trong đ- ờng dẫn nhanh. Kênh AS0 mang luồng lu lợng video MPEG, còn các kênh khác có thể đợc sử dụng để truyền dữ liệu điều khiển tơng tác giữa ngời sử dụng với hệ thống video. Kênh AS0 mang lu lợng ATM trên đờng đến trong đờng nhanh. Lu l- ợng đờng đi đợc mang trong kênh song công LS0, cũng ở trong đờng nhanh (và chỉ mang lu lợng trong hớng đi).
2. Khối kiểm tra CRC (Cycle Redundancy Check):
- Khối này có nhiệm vụ ghép các bit kiểm tra vào khung thứ nhất của mỗi siêu khung. ADSL sử dụng kiểm tra CRC 8 bit đối với truyền trạng thái ổn định và CRC 16 bit cho các dữ liệu khởi tạo nh các bit thông tin về độ lợi.
- Thông thờng kiểm tra CRC đợc sử dụng cho chức năng bảo dỡng mức độ cao để chẩn đoán hoặc báo cho thiết bị bảo dỡng thực hiện sửa chữa hoặc thay thế nếu thiết bị DSL nhận đợc lỗi. Kiểm tra CRC xác định nhanh chóng DSL hoạt động
Sinh viên: Trần Quốc Toản Lớp ĐT5-K43 Khung
0 Khung1 Khung2 Khung34 Khung35 Khung66 Khung67 đồng bộKhung
Siêu khung (17 ms) crc 0-7 trong byte nhanh và đồng bộ Ib0-7 trong byte Ib8-15 trong byte Ib16-23 trong byte Không dùng hoặc dữ liệu mức bit (Ib= bit chỉ thị) 54
không đúng, nhng không thể chỉ dựa vào CRC để đảm bảo là tất cả dữ liệu luôn đợc truyền đúng. Do đó ADSL còn áp dụng phơng pháp mã hoá chống lỗi FEC.
3. Khối ngẫu nhiên hoá và FEC:
a. Mã hoá chống lỗi FEC (Forward Error Correction):
Các bit kiểm tra FEC sẽ đợc đa vào các khung dữ liệu nhanh và dữ liệu xen. FEC đợc sử dụng nhằm tối u hoá đặc tính của hệ thống bằng cách làm giảm tỷ số lỗi bit BER.
FEC dựa trên phơng pháp mã hoá Reed- Solomon. Kích thớc của từ mã Reed- Solomon là N=K+R, trong đó R là số byte kiểm tra, N là độ dài từ mã thay đổi tuỳ theo số bit dành cho bộ đệm nhanh hoặc bộ đệm xen. Mã hoá Reed- Solomon thờng đợc sử dụng trong ADSL vì có độ lợi mã hoá đối với lỗi ngẫu nhiên (khoảng 3 dB) và cho phép sửa các cụm lỗi lớn gây ra do tác động của xung bằng cách cài xen.
b. Khối ngẫu nhiên hoá (Scrambling):
Chuỗi các bit đầu vào đợc sắp xếp thành tập hợp các bit ngẫu nhiên thông qua bộ tạo ngẫu nhiên. Nhờ đó có thể giảm đợc chuỗi các số 0 hoặc 1 trong dòng số liệu.
4. Khối cài xen (Interleaved):
Để đảm bảo truyền chính xác dữ liệu, cần đặc biệt tránh các lỗi burst ngắn. Burst ngắn gây ra sai lệch ở một chuỗi số liên tiếp nhau làm cho dữ liệu, đặc biệt là dữ liệu đòi hỏi độ chính xác cao bị lỗi nặng.
Do đó, để chống lại các lỗi burst ngắn ngời ta đa thêm khối cài xen. Từ mã Reed- Solomon trong bộ đệm interleaved đợc cài xen theo mã xoắn (convolution). Giá trị độ sâu cài xen thờng là 16, 32 hoặc 64 (32 hoặc 64 thờng dành cho hệ thống 2,048Mb/s).
5. Khối sắp xếp tone (Tone ordering):
Khối này có tác dụng tối u hoá số bit đa vào mỗi tone để giảm các lỗi gây ra do cắt xén đỉnh xung, đảm bảo chất lợng truyền dẫn.
Tín hiệu miền thời gian DMT có giá trị đỉnh/trung bình khá cao (giả thiết phân bố biên độ gần nh Gausian), các đỉnh cao có thể sẽ bị cắt bỏ (clipping) do bộ chuyển đổi D/A. Lỗi gây ra do việc cắt đỉnh này có thể xem nh một xung nhiễu tại mẩu bị cắt. Năng lợng của lỗi này hầu nh đợc phân bố đồng đều vào tất cả các tone trong ký hiệu xảy ra lỗi. Do đó việc cắt đỉnh xung nên các tone chứa nhiều bit rất dễ xảy ra lỗi. Lỗi này có thể sửa đợc một cách đáng tin cậy bằng mã FEC nếu các tone chứa nhiều bit đợc đa vào bộ đệm xen.
Số lợng bit và độ lợi tơng đối dành cho tất cả các tone đợc tính toán tại khối thu ATU-R, và sau đó gửi lại ATU-C. Những số liệu này thờng đợc lu trữ lại, đợc sắp xếp theo thứ tự tăng dần của tần số hoặc số thứ tự i của tone trong bảng bit và độ lợi.
Sắp xếp tần phân những bit từ đờng nhanh vào các tone khả năng mang ít bit, các bit từ đờng ghép xen thì đợc phân cho những tần mang nhiều bit hơn.
6. Khối mã hoá chùm điểm và định độ lợi (Constellation encoding and gain scaling):
Khối mã hoá này có tác dụng làm tăng số bit/symbol và do đó tăng độ rộng băng tần và tốc độ truyền dẫn. Phơng pháp mã hoá chùm điểm thờng sử dụng là 32QAM.
Thêm vào đó, khi điều chế nhiều mức, để giảm lỗi do nhận biết nhầm trạng thái mà không phải tăng công suất phát và tốc độ truyền dẫn, ngời ta thờng kết hợp điều chế và mã hoá chống lỗi TCM (Trellis Code Modulation). Đặc tính của hệ thống có thể đợc cải thiện nhiều bằng phơng pháp điều chế mã hoá lới TCM Wei 16 trạng thái 4 chiều (16-state 4- dimensional). Với cách này, độ lợi mã hoá sẽ tăng 2- 3dB và nếu thiết kế tốt, độ lợi mã hoá của toàn bộ hệ thống ADSL có thể đạt tới 5,5 dB.
7. Khối IDFT (Inverse Discrete Fourier Transform):
Chức năng: Khối IDFT thực hiện mã hoá đa âm tần rời rạc DMT.
Tại ATU-C: Kênh hớng xuống đợc chia làm 256 kênh con (subchannel), độ rộng mỗi kênh con là 4kHz. Khối mã hoá chùm điểm đa ra 256 giá trị phức j
i
Z , sau khi thực hiện biến đổi IDFT tạo ra 512 mẫu. 32 mẫu cuối cùng (480-511) đợc gắn thêm vào 512 mẫu trớc gọi là tiếp đầu chu kỳ (cycle prefix) để thực hiện đồng bộ.
Tại ATU-R: Kênh hớng lên đợc chia làm 32 kênh con, độ rộng mỗi kênh con là 4 kHz.. Đầu ra của khối mã hoá chùm điểm đa 32 giá trị phức j
i
Z , sau khi thực hiện biến đổi IDFT tạo ra 64 mẫu. 4 mẫu (60-64) đợc dành cho tiếp đầu chu kỳ.
8. Bộ đệm song song/nối tiếp:
544 mẫu từ khối IDFT (với ATU-C) và 68 mẫu từ khối IDFT (với ATU-R) đ- ợc đa song song vào bộ đệm, sau đó đợc đọc ra nối tiếp.
9. Bộ chuyển đổi số/t ơng tự và xử lý tín hiệu analog: 10. Khởi tạo, vận hành:
Giao diện ADSL còn hỗ trợ 3 phơng pháp cho việc trao đổi thông tin hoạt động của lớp vật lý giữa ATU- C và ATU- R:
• Kênh hoạt động EOC (Embedded Operation Channel) • Kênh tiêu đề ADSL AOC (ADSL Overhead Channel) • Các bit chỉ dẫn ib (introduction bit)
DMT cho ADSL- Chuẩn T1.413:
ADSL theo tiêu chuẩn ANSI T1.413 sử dụng kỹ thuật mã hoá đờng truyền DMT (Discrete MultiTone)- mã hoá đa tần rời rạc.
Modem ADSL dựa trên DMT có thể coi nh là nhiều modem nhỏ, mỗi modem nhỏ có dải tần là 4 kHz. DMT sử dụng nhiều sóng mang tạo ra các kênh con (subchannel), mỗi kênh con mang một phần của tổng tin tức. Các kênh con đợc điều chế độc lập với 1 tần số mang tơng ứng với tần số trung tâm của các kênh con và đ- ợc xử lý song song. Mỗi kênh con đợc điều chế nhờ sử dụng QAM và có thể mang từ 0 đến tối đa là 15bits/symbol/Hz. Số lợng bit thực sự đợc mang trên một kênh con phụ thuộc vào đặc tính đờng dây. Một số kênh con có thể bỏ đi không dùng do nhiễu ngoài.
Hình 4.7: Điều chế DMT
Ví dụ: trạm radio AM gây nhiễu tần số radio ở kênh con nào đó thì kênh đó sẽ không đợc sử dụng để truyền số liệu.
Tốc độ truyền dẫn theo hai hớng lên và hớng xuống là khác nhau. Hớng xuống:
Theo hớng xuống, tốc độ lấy mẫu là 1/T= 2,208MHz. Mỗi khối có kích thớc là 512 liên hợp đối xứng có 256 tone từ 0 đến 1,104MHz và chiều dài tiếp đầu chu kỳ(cycle prefix) v=32 mẫu. Cứ sau 68 ký hiệu, một hằng số là ký hiệu đồng bộ bằng 512+32=544 ký hiệu đợc xen vào do vậy tốc độ thực tế của ký hiệu là 2,208/ (544x69/68)=4000Hz. Độ rộng của tone là 2,208/512=4,3125kHz. Do đó độ dôi băng tần là 0.3125/4=7,8%. Tốc độ số liệu là một số nguyên lần 4Kb/s nhng thông tin đợc truyền theo byte nên thực tế tiêu chuẩn cho phép tốc độ phát là một số nguyên lần 32Kb/s.
Mật độ phổ công suất phát hớng xuống là 40dBm/Hz với sai số trung bình cho phép của tone là ±2,5dB. Công suất phát cực đại vào khoảng 20dBm.
Hớng lên:
Hớng lên của hệ thống cũng sử dụng kỹ thuật DMT và có tần số lấy mẫu là