Hình 2.2 So sánh cơng nghệ VDSL với cơng nghệ ADSL
STM Chuyển mạch gói ATM
ATM STM Chuyển mạch gói
Tồn bộ ATM Dịch vụ ONU VDSL VDSL H U B TE Cáp quang Mạng vòngCáp đồng 3 6 9 12 15 18 Khoảng cách sợi dùng 0,5mm M bi t/s 50 40 30 20 10 ADSL VDSL
Để có thể hoạt động được các thiết bị VDSL phải vượt qua được suy hao đường truyền, xuyên kênh, sự xâm nhập của sóng vơ tuyến RF và các tác động xun nhiễu khác.
2.2 Nhiễu
Cũng như những công nghệ khác trong họ xDSL, VDSL truyền trên đôi dây điện thoại nên chịu tác động của môi trường tạp âm của bản thân mạch vịng dây đồng.Tạp âm làm giảm tỷ số S/N gây khó khăn cho việc xác định chính xác tín hiệu ở đầu thu. Mạch vịng dây đồng có một số nguồn tạp âm sau:
2.2.1 Tạp âm trắng
Nhìn chung có rất nhiều nguồn tạp âm và khi khơng thể xét riêng từng loại ta có thể coi chúng tạo ra một tín hiệu ngẫu nhiên duy nhất với phân bố cơng suất đều ở mọi tần số. Tín hiệu này được gọi là tạp âm trắng. Tạp âm nhiệt gây ra do chuyển động của các electron trong đường dây có thể coi như tạp âm trắng có phân bố Gauusia được gọi là tạp âm trắng Gaussia cộng AWGN. Tạp âm này ảnh hưởng độc lập lên từng ký hiệu được truyền hay nói cách khác chúng được cộng với tín hiệu bản tin.
2.2.2 Xuyên âm
Cũng như FDM ADSL, VDSL khơng có tự can nhiễu đầu gần (self-NEXT). Xu hướng về những kĩ thuật khơng có self-NEXT, hay ít nhất với giới hạn self-NEXT, đã tiến triển vì việc thực hiện đã có thể thực hiện tăng lên, trong một số trường hợp, thiết kế đơn giản có thể quá đầy đủ.
Phạm vi triển khai ngắn của VDSL đặt ra khả năng một vài nhiễu mới. Xem xét hai cấu hình triển khai trong hình 2.3 và 2.4.
Trung tâm chuyển VTU-R FEXT Đường VDSL FEXT FEXT FEXT
Hình 2.3 Viễn cảnh nhiễu với VDSL và công nghệ DSL khác trong bộ trộn CO
Hình 2.4 Viễn cảnh nhiễu với VDSL và cơng nghệ DSL khác trong bộ trộn khách hàng
Hình 2.3 đơi khi được gọi là bộ trộn(1) CO. Trong hình 2.3, VDSL và một số kĩ thuật xDSL khác cả hai đều được cung cấp từ CO và dùng chung một nhóm kết nối giữa CO và một số tại chổ mà VDSL được lấy ra. Những loại khác nhau giữa của NEXT và FEXT mà có thể tồn tại được chỉ ra trong hình 2.3. FEXT giữa hai điểm nút thường khơng nhân tố vì khoảng cách thường đủ lớn để làm suy giảm tín hiệu nhiễu. Tuy nhiên, Những đường đi FEXT khác cũng có thể tồn tại. Dù những tín hiệu FEXT này sẽ đáng kể hay khơng tuỳ thuộc vào các chiều dài của hai kênh cũng như những tần số sử dụng bởi các kênh chiều xuống và chiều lên.
Trong cấu hình được chỉ ra trong hình 2.4, tín hiệu VDSL được kết thúc tại một ONU xa và xDSL tại CO. Tại một điểm, những đoạn đơi dây xoắn mang những tín hiệu dùng chung một bộ kết nối chung. Cấu hình này đơi khi được gọi là bộ trộn(2) CP.
Trung tâm chuyển mạch ONU VTU-R CPE FEXT Đường VDSL FEXT đường xDSL khác NEXT
thuộc vào định vị ONU hay cũng như những tần số sử dụng bởi các kênh truyền. Chú ý rằng các điểm nút của mạch VDSL có thể góp phần NEXT hay là FEXT một trong hai đi vào trong các điểm nút của kĩ thuật xDSL khác, tuỳ thuộc vào cấu hình triển khai. Tính linh hoạt này tăng thêm luỹ thừa tự do trong mới trong nhiễu phân tích.
Tầm quan trọng phổ biến cùng tồn tại trong ADSL và VDSL. Trong cấu hình bộ trộn, ADSL và VDSL cả hai được cung cấp từ CO và dùng chung một nhóm bộ kết nối giữa CO và tại điểm mà VDSL được lấy ra. (VDSL phải kết thúc tại điểm này, hay phải được định tuyến trong một nhóm kết nối khác). Để khơng có NEXT tồn tại giữa những dịch vụ này tại CO, hai điều kiện sau phải được tồn tại:
Tín hiệu VDSL chiều xuống phải không đè lên tín hiệu chiều lên ADSL (tín hiệu VDSL chiều xuống phaie bắt đầu cao hơn 138 kHz).
Tín hiệu ADSL chiều xuống phải khơng đè lên tín hiệu VDSL chiều lên (VDSL chiều lên phải khơng đè lên 138 kHz tới 1,1 MHz).
Thêm vào, tín hiệu ADSL chiều xuống có thể một nguyên nhân gây ra mức FEXT trong tín hiệu VDSL chiều xuống trừ khi khoảng cách giữa máy phát ADSL tại CO và bộ nhận VTU-R là nhỏ. Tương tự như vậy, FEXT từ VDSL có thể đặt ra một vấn đề tới tín hiệu ADSL.
Để khơng có NEXT tồn tại giữa ADSL và VDSL trong cấu hình bộ trộn CP, phổ tần số chiều lên và chiều xuống của các kĩ thuật tương ứng phải khơng đè lên nhau. Thêm vào đó, FEXT VDSL trong tín hiệu ADSL chiều xuống phải tìm thấy, và FEXT ADSL có thể xuất hiện trong VDSL tuỳ thuộc vào định vị của ONU. Nhờ có chiều dài vòng lặp ngắn được hỗ trợ bởi VDSL, FEXT nhờ vậy
thấp hơn NEXT, phải có một ảnh xấu tác động trên ADSL chiều xuống.
Vì cần thiết để loại bỏ NEXT giữa hệ thống ADSL và VDSL và quả thực khả năng FEXT có thể gây ra sự suy giảm q trình thực hiện, phổ phân phối tới VDSL dốc xuống trên các kênh chiều lên hay chiều xuống ADSL khi ADSL và VDSL cả hai đều có mặt. Thêm vào đó, khi giao tiếp với những kĩ thuật khác, cấu hình định vị của VDSL phải được đưa vào trong các trương mục để quyết định những điểm nào ghóp phần NEXT hay FEXT tới những điểm khác.
2.2.3 Nhiễu tần số vô tuyến
Máy thu VDSL phải đối phó với vấn đề nhiễu tần số vơ tuyến (RFI). Vấn đề RFI bao gồm lối vào (ingress) và lối ra (egress). Nguyên nhân của RFI
egress (nhiễu tần số vô tuyến lối vào) là trong băng tần của sóng vơ tuyến từ
những Anten gần với một đôi cáp xoắn đơi mang tín hiệu VDSL. Một Anten vơ tuyến nghiệp dư là một ví dụ rõ ràng của một bộ làm nhiễu RFI ingress.
Hình 2.5 RFI ingress trong VDSL bởi vì một vị trí máy phát
Nhân tố tác động tới lượng ingress bao gồm công suất đầu ra của các Anten, khoảng cách giữa các Anten và cáp xoắn đôi, quan hệ giữa hướng và đặc tính bảo vệ của bộ nhóm kết nối, và cân xứng của bản thân đơi dây xoắn. Thường, RFI ingress kích thích mỗi dây trong đơi dây xoắn, vì vậy tạo ra một tín hiệu ingress theo chiều dọc đơi dây. Vì sự cân xứng của đơi dây là không lý tưởng (thường 30 dB đến 35 dB cho các băng tần cao), một số ingress rị ra trong các tín hiệu khác.
Các tín hiệu RFI ingress thường rất hẹp trong dải thơng khi so sánh với tín hiệu VDSL. Đặc điểm này là rất có ích, như ingress sẻ chỉ ảnh hưởng tới một phần nhỏ của băng thơng có thể sử dụng.
Vấn đề khác là tín hiệu ingress có thể là rất lớn khi so sánh với tín hiệu VDSL nhận được. Trong trường hợp này, trước của máy thu tương tự phải được thiết kế cẩn thận đến nỗi khơng bảo hồ. Thêm vào đó, một số tác động phải được thực hiện biến đổi tương tự tới số (ADC) chính xác thích hợp. Vấn đề ở đây là một tín hiệu ingress lớn sẽ trao đổi máy chuyển đổi, vì nó để nó để những bít lỗi của sự chính xác trên tín hiệu khơng giá trị này thay vì trên tín hiệu thu được VDSL. Vì tín hiệu VDSL được lượng tử hố với sự khơng chính xác thấp hơn, nhiễu lượng tử, hay sự khơng chính xác bởi vì q trình chuyển đổi, tăng lên, sự giảm sút có ảnh hưởng đến tốc độ bít có thể đạt được trên kênh truyền. ADC phải có đủ khả năng để điều khiển tín hiệu ingress cũng như đủ sự chính xác để lượng tử hố tương xứng tín hiệu VDSL nhận được.
Thậm chí sau lượng tử hố, xa hơn nữa sự ước lượng RFI có thể cần thiết trong miền số.
Để đơn giản hơn thiết kế của ADC, trước của một máy thu VDSL tương tự phải triển khai mạch để giảm RFI ingress. Nhớ rằng thường ingress hiện diện cả hai theo chiều dọc và sự khác nhau trên một đôi dây xoắn đơi. Hình 2.6 chỉ ra một phương pháp sử dụng tín hiệu ingress theo chiều dọc để giảm tín hiệu
ingress kim loại.
+
H(f) +
+
Cáp xoắn
tín hiƯu theo chiỊu däc 1\2 TÝn hiƯu kh¸c nhau m¸y phát VDSL RFI Tín hiu nhận đ c vi li vo
RFI ợc giảm
- -
Hình 2.6 Phương pháp giảm igress mà sử dụng một tín hiệu theo chiều dọc
Bộ lọc cố gắng làm cho không cân xứng của đôi dây xoắn thực chất đó là kĩ thuật bởi việc ingress vươn tới tín hiệu khác. Nếu bộ lọc tạo ra sự không cân xứng hồn hảo, tín hiệu tổng ở đầu ra có thể bao gồm chỉ có tín hiệu VDSL thu được. Hình 2.7 minh hoạ ý tưởng này theo một sơ đồ khối.
RFI nguồn D(f) L(f) + + + - Tín hiệu VDSL khác H(F)= D(f) L(f) Tín hiệu thu với RFI ingress
Hình 2.7 Mạch khử RFI ingress
Việc giảm ingress gần chính xác 35 dB có thể đạt được bởi phương pháp này. Chú ý rằng nó tương đương với việc thu được hơn 5-bit chính xác trong ADC.
RFI ingress cũng là một mối quan tâm với VDSL. Egress được minh hoạ
trong hình
2.8.
Hình 2.8 Ví dụ RFI egress
Ở đây tín hiệu phát ra từ đơi dây xoắn và có thể làm nhiễu loạn tín hiệu bởi các Anten định vị nếu những tín hiệu thu được này chơng chéo lên phổ VDSL.
Bưu điện trung tâm VTU-R Đường VDSL E G R E S S E G R E S S E G R E S S
Để chống vấn đề này, công suất truyền dẫn VDSL trong miền tần số được dự trữ trong vơ tuyến hay các dịch vụ sóng vơ tuyến, phải được hạ thấp. Thường, việc giảm 20 dB trong những khu vực này sẽ thích hợp để nhẹ những vấn đề từ egress RFI VDSL.
2.2.4 Sóng vơ tuyến băng rộng điều biên
Sóng vơ tuyến băng rộng thường sử dụng cho truyền sóng vơ tuyến quảng bá qua khoảng cách dài. Tín hiệu được truyền thường bao gồm diễn văn và nhạc. Nhiều trạm vơ tuyến AM có thể cùng một lúc hoạt động trong thành phố và ảnh hưởng lên đường dây điện thoại. AM băng rộng cho phép truyền với độ rộng tần số trong khoảng 0,1-2,0 MHz. Tín hiệu vơ tuyến AM có thể là cao hơn 20dB hoặc hơn nữa so với tín hiệu HAM, nhưng chúng ta cần nhớ rằng cáp cân bằng thường là tốt hơn ở tần số thấp (giảm từ 10 đến 15dB). Đồng thời, khoảng cách từ cột anten AM cho tới đường dây thoại thường là 1 km chí ít cũng lớn hơn 10mét, và năng lượng trải rộng gấp 4 lần dải thơng (giảm 6 dB). Do vậy, tín hiệu vơ tuyến AM có nhiễu PSD khoảng từ -80dBm/Hz đến -120 dBm/Hz Máy phát có thể sử dụng cơng suất rất cao lên đến 50 KW và có thể phát tới cơng suất lớn nhất vào buổi tối.
Trong đặc điểm VDSL AM băng rộng được làm mơ hình với một máy phát AM với một bộ điều chế chỉ số 80%. Điều này có nghĩa rằng sóng mang khơng được khử nhiễu hồn tồn. Tín hiệu thông tin được mô hình với giới hạn băng tần nhiễu Gauusian chừng 5 KHz. Vì vậy, tín hiệu sóng vơ tuyến được phát sử dụng một độ rộng băng chừng 10 KHz.
Loại máy phát RF mạnh mẽ loại này có thể gây ra RFI rất lớn tại miền đóng, nhưng tại một khoảng cách lớn thích hợp RFI sẽ đủ nhỏ để được điều khiển bởi các phương pháp thích hợp.
7,0 10,1 14,0 18,068 21 24,89 28,0 7,1 10,15 14,35 18,168 21,45 24,99 29,7
Các băng này chồng lên băng truyền dẫn của VDSL nhưng tránh các băng truyền dẫn của các DSLs khác. Do đó, giao thoa vô tuyến HAM là vấn đề lớn đối với VDSL.
Nhà khai thác HAM có thể sử dụng cơng suất 1,5 KW, nhưng sử dụng công suất lớn như vậy rất hiếm khi sử dụng ở các vùng dân cư đơng hay các vùng có nhiều đơi dây điện thoại. Bộ phát 400W ở khoảng cách 20 mét (30 ft) có thể gây ra điện áp cảm ứng chung theo chiều dọc khoảng 11 vôn trên đường dây điện thoại. Với độ cân bằng là 33 dB, điện áp kim loại tương ứng là 300 mV, là 0dBm công suất trên đường dây Z0 = 100Ω. Các nhà khai thác HAM sử dụng băng tần số 2,5kHz liên tục với âm thanh (thoại) hoặc tín hiệu số (mã Morse, FSK), dẫn tới nhiễu PSD xấp xỉ -34 dBm/Hz. Trên thực tế, các nhà khai thác HAM truyền ở các mức thấp hơn hoặc có thể cách xa hơn 10m khi truyền các mức cao hơn. Tuy nhiên điều này dẫn đến nhiễu PSDs trong khoảng từ -35 dBm/Hz đến -60 dBm/Hz. Hơn nữa, các mức điện áp cao như vậy có thể làm bão hồ các thiết bị điện từ analog đầu vào.
Các nhà khai thác HAM chuyển tần số sóng mang vài phút một lần và tín hiệu truyền là 0 (điều chế SSB) khi khơng có tín hiệu. Vì thế, bộ thu có thể khơng có khả năng dự đốn được sự xuất hiện của HAM vào.
May mắn thay, tín hiệu vơ tuyến HAM là băng hẹp và vì thế các phương pháp truyền dẫn cố gắng đánh dấu các băng tần hẹp và ít của các nhiễu này, thực chất là để tránh nhiễu hơn là cố gắng truyền qua nó. Một số bộ thu có các bộ lọc để loại bỏ hiệu ứng này.
2.2.6 Nhiễu xung
Nhiễu xung là xuyên âm không ổn định từ các trường điện từ tạm thời gần đường dây điện thoại. Ví dụ về bộ phát xung là rất đa dạng như mở của tủ lạnh (mô tơ chạy/tắt), điện áp điều khiển thang máy (các đường dây điện thoại trong
máy điện thoại trong cùng bó cáp. Mỗi hiệu ứng này là tạm thời và gây ra nhiễu xâm nhập vào các đường dây điện thoại qua cùng một cơ chế cơ bản như nhiễu RF, nhưng thường ở tần số thấp hơn nhiều.
Điện áp cảm ứng kim loại thường là vài mV, nhưng cũng có thể cao tới 100 mV. Các điện áp như vậy dường như là nhỏ, nhưng sự suy giảm lớn ở tần số cao trên đơi dây xoắn có nghĩa là ở thiết bị thu xung có thể là rất lớn so với mức tín hiệu DSL nhận được. Các điện áp ở chế độ này phổ biến gây bởi xung có thể gấp 10 lần về biên độ. Các xung thông thường kéo dài từ hàng chục đến hàng trăm lần micro giây nhưng cũng có thể kéo dài tới 3 ms.
2.3 Đặc tính của kĩ thuật VDSL
Tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) là tỉ số năng lượng của tín hiệu mang thơng 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 ln biến đổi theo tần số nên tỉ
số SNR là một hàm theo tần số.
Hình 2.9 Đáp ứng tần số của một tín hiệu chứa nhiễu AWGN
PSD
-60 dBm/Hz
f
1 km 24 AWGN
Tín hiệu thu được
H(f) 2
Cùng với xác suất dị tín hiệu sai nhầm và dải thơng của kênh truyền, SNR xác định vận tốc lớn nhất mà thông tin có thể được truyền qua kênh truyền. Hình 2.9 minh hoạ trường hợp đưa tín hiệu với mật độ phổ công suất phát phẳng -60 dBm/Hz vào đường dây cáp cân bằng cỡ dây 24 dài 1km. Nhiễu tác động chỉ gồm nhiễu Gauss trắng cộng (AWGN) với mức –140dBm/Hz ở đầu thu. Hình
2.10 là SNR nhận được.
Hình 2.10 SNR của tín hiệu và hệ thống
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 biến đổi theo thời gian. Để tránh được nhiễu tăng ngoài