VDSL khác với các hệ thống DSL khác do nó có thể hỗ trợ được thơng tin đối xứng lẫn bất đối xứng với tốc độ dữ liệu của hai chiều chiều xuống và chiều lên khác nhau. Biết rằng sự bố giải tần song công phân tần cho các dịch vụ đối xứng và bất đối xứng là khác nhau, khi thực hiện các cấu trúc siêu khung song cơng phân thời thích hợp thì vấn đề là dịch vụ đối xứng và đối xứng có thể ở cạnh nhau trong cùng một chảo cáp được khơng? Thật khơng may là khi bố trí giải tần hoặc khoảng thời gian thích hợp lại cho kết quả không tương hợp phổ bất kể hệ thống là song cơng phân thời hay song cơng phân tần.
Hình 2.31 NEXT xảy ra khi trộn lẫn các siêu khung TDD đối xứng và bất đối xứng
Hình 2.30 minh hoạ bố trí phổ tần trong một hệ thống song cơng phân tần. Sự bố trí ở trên hỗ trợ truyền dẫn đối xứng và dưới hỗ trợ truyền dẫn bất đối xứng tỷ số 8:1. Phân tô xám là dải tần xảy ra xuyên kênh đầu gần. Vì thế, việc trộn lẫn các hệ thống VDSL song công phân tần đối xứng và bất đối xứng trong cùng một chảo cáp gây ra xuyên kênh đầu gần trong một phần dải tần truyền dẫn, nhưng trong mọi khoảng thời gian. Như vậy, khơng có một sự bố trí nào cho song cơng phân tần có hỗ trợ cho cả các dịch vụ đối xứng và bất đối mà không làm suy giảm một trong hai hay cả hai dịch vụ. Các hệ thống song công phân chia theo thời gian cũng tạo ra sự suy giảm tương tự khi hỗ các cấu trúc siêu khung đối xứng và bất đối xứng trong cùng một chảo cáp. Hình 2.31 là trường hợp xấu nhất khi một đường dây hỗ trợ truyền dẫn 8:1 có cấu trúc siêu khung 16-Q-2-Q ở gần một đường dây hỗ trợ truyền dẫn đối xứng có cấu trúc siêu khung 9-Q-9-Q. Lưu ý rằng siêu khung 9-Q-9-Q được dịch đi theo thời gian
16 ký hiệu downstream 2 ký hiệu upstream
Q
9 ký hiệu downstream 9 ký hiệu upstream
một chu kì ký hiệu để tối thiểu hoá khoảng chồng lấn giữa các ký hiệu chiều xuống trên đường truyền dẫn 8:1 và ký hiệu chiều lên trên đường dây truyền dẫn đối xứng. Tuy nhiên, vẫn còn 5 ký hiệu bị tác động bởi xuyên nhiễu đầu gần.
Trong khi xuyên kênh đầu gần trong trường hợp song công phân tần chỉ xảy ra trong một phần của phổ tần trong mọi thời gian thì xuyên kênh đầu gần của song công phân chia theo thời gian trải rộng ra trên mọi toàn bộ giải tần nhưng chỉ trong một phần thời gian. Mức độ nghiêm trọng của xuyên kênh đầu gần trong cả hai trường hợp phụ thuộc vào sự khác nhau giữa các tỷ số của đường truyền đem trộn lẫn. Vấn đề chính tạo ra sự khơng tương hợp giữa các đường dây đối xứng và bất đối xứng không phải là sự yếu kém hiệu quả của hệ thống song công phân tần hay song công phân chia theo thời gian mà vấn đề là đặc tính đối và đối nhiều tốc độ của VDSL.
Cấu trúc siêu khung sử dụng trong song công phân chia theo thời gian cho phép hỗ trợ cả đối xứng với một tầm các tỷ số độ dữ liệu giữa hai chiều chiều xuống và chiều lên khác nhau trong cùng một máy thu phát. Tỷ số tốc độ dữ liệu cần thiết xác định trong hầu hết trường hợp cài đặt bằng phần mềm các giá trị thích hợp của A và B. Hơn nữa, nếu đặc tính nhiễu của hai chiều chiều xuống và chiều lên khác nhau nhiều thì cấu trúc siêu khung có thể được sửa đổi để bù đắp vào sự khác biệt.
Hầu hết các modem song công phân tần đều hỗ trợ các tỷ số tốc độ dữ liệu chiều xuống so với chiều lên khác nhau không bằng song công phân thời. Để hỗ trợ nhiều tỷ số như vậy, các modem song cơng phân tần phải có khả năng thay đổi giải thơng của các kênh chiều xuống và chiều lên vốn thường phải cần đến các bộ lọc tương tự phân chia giải thơng nhanh chóng. Sự phức tạp và tiêu tốn năng lượng của các máy thu phát phụ thuộc vào độ phức tạp của các bộ lọc phân chia giải thông và tỷ lệ với cách chọn lựa giải thông mà modem cung cấp. Như
cần phải có các phần cứng có khả năng hỗ trợ các tỷ số tốc độ dữ liệu chiều xuống so với chiều lên khác nhau, hãy xét việc sử dụng VDSL trong các vùng đông dân cư và các thành phố lớn. Trong các cùng này, các đường dây của các thuê bao dân dụng và các thuê bao doanh nghiệp có thể ở chung với nhau trong một chảo cáp. Nhiều nhà khai thác và điều hành đồng ý rằng các khách hàng doanh nghiệp thường yêu cầu dịch vụ đối xứng trong khi các khách hàng dân dụng lại yêu cầu dịch vụ bất đối xứng cho việc truy cập Internet, video on demand…Như đã phân tích ở trên, việc trộn lẫn các dịch vụ đối xứng và bất đối xứng gây ra sự không tương hợp phổ cho việc bố trí tần số của song cơng phân tần và thời gian của song công phân thời. Vì vậy, hỗ trợ cùng một lúc các dịch vụ đối xứng và bất đối xứng với nhiều tốc độ dữ liệu khác nhau là khơng thực tế trừ khi có một sự thoả thuận về bố trí các khoảng thời gian/ tần số. Tuy nhiên, hầu hết các khách hàng doanh nghiệp yêu cầu dịch vụ trong những ngày làm việc trong khi các khách hàng dân dụng yêu cầu các dịch vụ vào buổi chiều hoặc các ngày nghỉ. Các modem VDSL có khả năng cung cấp nhiều tỷ số tốc độ dữ liệu chiều xuống so với chiều lên khác nhau cho phép các nhà khai thác và điều hành dịch vụ cung cấp dịch vụ đối xứng vào ban ngày và dịch vụ bất đối xứng vào ban đêm. Băng cách này, các nhà điều hành và khai thác dịch vụ có thể cung cấp tốc độ dịch vụ cần thiết cho cả khách hàng doanh nghiệp cũng như các khách hàng dân dụng có đường day nằm trong cung một chão cáp.
Như đã mô tả ở trên, độ phức tạp của một modem song cơng phân tần phụ thuộc vào số kiểu bố trí dải tần mà nó hỗ trợ. Modem hỗ trợ mọi tỷ số tốc độ dữ liệu chiều xuống so với chiều lên khác nhau của VDSL trên mọi đường dây sẽ rất phức tạp và giá thành sẽ rất cao, đặc biệt là khi sử dụng nhiều bộ lọc tương tự tách dải thông. Trái lại, các hệ thống song cơng phân thời có thể cung cấp modem đơn giản hơn cả ở phần xử lí số tín hiệu cũng như phần tương tự. Với các modem song công phân thời dựa trên kĩ thuật DMT thì sự phức tạp giảm nhiều nhờ vào việc dùng chung phần cứng cho cả máy thu và máy phát. Việc sử chung phần cứng có thể thực hiện được là do các chức năng thu phát của một modem DMT đều có nhiều tương đồng: cả hai đều tính tốn các phép biến đổi Fourier rời rạc (DFT) thường được thực hiện bằng giải thuật FFT. Vì cơ chế
song cơng phân thời được sử dụng nên modem có thể thu và phát trên những khoảng thời gian khác nhau. Kết quả là chỉ cần một phần cứng tính DFT cho mỗi modem. FFT này sử dụng trên tất cả các tần số và khoảng thời gian của siêu khung chỉ trừ các khoảng bảo vệ Q. Hơn nữa, phần cứng tương tự cũng được tiết kiệm và modem song cơng phan thời thu và phát tín hiệu trên cùng một dải tần. Trong một thời điểm thì chiều nào không sử dụng sẽ tắt nguồn đi và như vậy sẽ tiết kiệm điện năng tiêu thụ. Trái lại các modem song công phân tần phải luôn cung cấp nguồn cho cả hai chiều phát và thu.
Cần lưu ý rằng sử dụng song công phân thời với các phương pháp điều chế một sóng mang như CAP hay QAM sẽ khơng giảm được sự phức tạp thiết bị như đã nêu. Vì các máy phát và thu tín hiệu một sóng mang rất khác nhau nên cần phải có phần cứng thu và phát tách biệt cho mỗi modem một sóng mang và như vậy chẳng tiết kiệm được gì khi thực hiện song cơng phân thời. Trên thực tế, cần thấy rằng giải pháp song cơng phân thời dựa trên điều chế CAP/QAM có giá thành cao hơn nhiều so với giải pháp song cơng phân tần một sóng mang vì chúng phải dùng các bộ lọc DFE dải rộng hơn và phức tạp hơn cũng như cần phải có các bộ biến đổi tín hiệu ADC, DAC tốc độ nhanh hơn. Sự tiết kiệm của hệ thống song công phân thời dựa trên điều chế DMT là giá thành hạ và ít tốn điện.
Như đã nói, các modem ở các tổng đài nội hạt và ONU phải được đồng bộ để tồn bộ hệ thống khơng bị tác động bởi xun kênh đầu gần. Vì lí do này cần phải có một clock chung cho các siêu khung. Thật không may là các nhà điều hành khai thác xem sự phân bố của các clock chung này là một cơng việc khó khăn. Các nhà điều hành khai thác rất ngại chịu trách nhiệm khi cung cấp một
điều chế DMT. Tuy nhiên, yêu cầu cần phải đồng bộ của song công phân thời lại gây khó khăn cho các nhà cung cấp dịch vụ trong một mơi trường tự do. Vì vậy, sơ đồ song công cho VDSL hiển nhiên là song công phân tần.
Trong các phần trước cho thấy rằng để đáp ứng các yêu cầu của VDSL thì sự kết hợp giữa điều chế DMT và song công phân thời sẽ cho kết quả tốt nhất. Phân này đưa ra các kết quả đo đạc việc thực hiện thực tế các hệ thống như vậy.
Kiểm tra tầm cự ly cực đại đánh giá tầm cự ly đường dài nhất của một hệ thống khi hoạt động ở những tốc độ cho hai chiều chiều xuống và chiều lên cố định và với cùng một mức nhiễu cho cả hai chiều. Hình 2.32 vẽ tầm cực đại trung bình đo được của 5 hệ thống VDSL song cơng phân thời dựa trên DMT hoạt động ở các tốc độ dữ liệu đối xứng khác nhau với mức nhiễu cho cả hai chiều chiều lên và chiều xuống cùng là 6dB và tỷ số sai bit không quá 10-7. Đồ thị cho thấy tốc độ đối xứng 13 Mbps có thể hỗ trợ đường dây 0,5 mm (24 AWG) dài đến gần 1,4 km và hỗ trợ đường dây 0,4 mm (26AWG) dài đến gần 1,1 km. Tốc độ đối xứng 26 Mbps có thể tải trên đường dây 0,5 mm dài đến 850 m và 0,4 mm dài đến 700 m. Dải (m) 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 10/10 16/10 20/20 26/20 Tốc độ dữ liệu 0,5 mm
Hình 2.32 Tầm cực đại trung bình của các hệ thống song cơng VDSL phân thời đối xứng
Hình 2.33 vẽ tầm cự ly cực đại trung bình của một hệ thống VDSL song công phân thời dựa trên DMT khi được cấu hình để hỗ trợ truyền dẫn bất đối xứng 8:1 với mức nhiễu cho cả hai chiều là 6 dB và tỷ số sai bit không quá 10-7
ở cả hai chiều. Tốc độ kết hợp chiều xuống 26 Mbps và chiều lên 3,2 Mbps trên đơi dây đường kính 0,5 mm có thể dài đến 1,3 km và trên đơi dây đường kính 0,4 mm có thể dài đến 1,5km. Tốc độ kết hợp chiều xuống 52 Mbps và chiều lên 6,4 Mbps trên đơi dây đường kính 0,5 mm có thể dài đến 700 m và trên đơi dây đường kính 0,4 mm có thể dài tới 600 m. Việc đo đạc được thực hiện ít nhất là 5 đơi dây từ 5 vùng khác nhau trên thế giới để tạo ra giá trị trung bình ở trên.
Dải (m) 1800 1600 1400 1200 1000 800
Hình 2.33 Tầm cực đại trung bình của các hệ thống song cơng VDSL phân thời bất đối xứng 8:1
2.3.3 Ưu nhược điểm của các phương pháp truyền dẫn song công
a. Phương pháp FDM
Ưu điểm
Triệt tiêu được NEXT vì vì hai dải tần số cách nhau bằng băng tần bảo vệ.
Không cần sự đồng bộ giữa phát và thu.
Được phát triển từ lâu nên có sự chín muồi về cơng nghệ.
Khơng địi phải đồng bộ nhịp đồng hồ của các modem.
Khơng u cầu phải dung hồ giữa chất lượng của các dịch vụ tốc độ thấp và tốc độ cao.
Chất lượng của hệ thống có thể dự đốn trước.
Thêm hoặc thay đổi các khách hàng cũng không làm thay đổi chất lượng đường truyền tới khách hàng hiện tại, miễn là việc thực hiện kỹ càng.
Nhược điểm
Không sử dụng hiệu quả băng thơng vì luồng lên và luồng xuống ở hai dải tần khác biệt nhau và cịn có dải tần bảo vệ.
Thành phần tần số cao sẽ bị suy giảm.
Tốc độ luồng xuống ở dải tần cao nên bị giảm nhanh chóng khi cự ly truyền dẫn tăng do suy hao ở miền tần số cao nhanh.
Vẫn xảy ra hiện tượng nhiễu xuyên âm với các kĩ thuật xDSL khác. Do truyền ở tần số cao.
Ưu điểm
Sử dụng hiệu quả băng thơng vì khơng có khoảng bảo vệ giữa các băng thông.
Không bị ảnh hưởng nhiều về tốc độ đường truyền khi truyền dẫn tại miền tần số cao.
Nhược điểm
Đòi hỏi phải đồng bộ nhịp đồng hồ của các modem.
Trong quá trình phát triển dịch vụ việc thay đổi các khách hàng sẽ làm ảnh hưởng tới chất lượng đường truyền tới các khách hàng hiện tại.
2.4 Mơ hình tham chiếu của VDSL
Phần lớn các DSL chủ yếu được dự định sử dụng từ một CO tới khách hàng và thứ yếu dùng từ những bộ ghép phân phối sợi quang. Trái ngược với VDSL. VDSL sẽ chủ yếu được dùng cho những vòng lặp từ một đơn vị mạng quang (ONU ), cái mà có đặc điểm là đặt tại nơi cách xa khách hàng không lớn hơn 1km. Một số các vòng lặp VDSL nối trực tiếp tới CO.
Sợi quang kết nối trực tiếp ONU tới CO. VDSL truyền dẫn qua một cáp xoắn đôi thường dùng cho vài ngàn feet từ ONU tới khách hàng. Như thấy trên hình 2.34. Nhu cầu VDSL đựơc phát triển bởi nhóm tiêu chuẩn T1E1.4 mơ tả các tốc độ và khoảng cách từ ONU tới phía khách hàng.
Cáp từ mạng tới ONU có thể được kết nối trực tiếp tới ONU, hình trịn ( phương pháp nối vài ba thiết bị với nhau dọc theo buýt, quản lí các tín hiệu đối với từng thiết bị ), hay qua bộ tách quang thụ động.
Hình 2.34 Cấu trúc mạng VDSL
Cơng nghệ VDSL hướng tới việc cung cấp truyền dẫn tốc độ cao trên đường dây thuê bao điện thoại có độ dài khơng q 1,5km. Mạng điện thoại thường có 2 dạng kiến trúc vòng thuê bao. Những nơi dân cư dày đặc hay thành phố có nhiều khách hàng ở gần tổng đài nội hạt nên VDSL có thể được cung cấp trực tiếp từ tổng đài nội hạt. cấu hình này gọi là cấu hình fiber-to-the-exchange ( FTTEx ) và được minh hoạ ở hình 2.35.
Hình 2.35
Kiến trúc FTTEx
Khi thực hiện cáp quang mở rộng vào sâu mạng hơn thì cơng nghệ VDSL dùng bộ ONU trong cấu hình fiber- to- the- cabinet ( FTTCab ) như minh hoạ trên hình 2.36.
CO/LEX
Đường dây xoắn đôi
Khách hàng Mạng nối tiếp VDSL Kết nối trực tiếp Mạng ONU Mạng quang thụ động
Hình 2.36 Kiến trúc FTTC
Kênh truyền dẫn là mơi trường vật lí dùng để chuyển tín hiệu mang thông tin từ điểm này đến điểm khác. Trong mạng điện thoại nội hạt kênh truyền dẫn là các đôi dây xoắn được chế tạo bằng cách xoắn đôi 2 đôi dây đồng cách điện với nhau. Sau đó nhiều dây lại được xoắn chặt với nhau tạo thành sợi cáp. Từ tổng đài nội hạt hay ONU các đôi cáp sẽ toả ra và từng đôi dây xoắn sẽ rẽ ra để cung cấp dịch vụ cho thuê bao.
Trong cấu trúc FTTCab sẽ có hai kiến trúc được sử dụng là cấu trúc Hub