2.3 CƠ SỞ KỸ THUẬT ADSL
2.3.3 ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU TRONG ADSL
Điều chế (Modulation) tín hiệu là phương pháp sử dụng một sóng mang để truyền tín hiệu. Tín hiệu sóng mang cần có tần số đủ cao và công suất đủ lớn để điều chế tín hiệu. Tín hiệu gốc (mang thông tin cần truyền) sẽ làm thay đổi tần số, pha, biên độ hoặc thay đổi đồng thời các tham số đó. Mỗi kiểu thay đổi các tham số khác nhau sẽ có một loại điều chế riêng. Tín hiệu điều chế có thể là tương tự hay số. Trong ADSL người ta chủ yếu sử dụng hai phương pháp điều chế chính đó là DMT (Discrete Multi Tone) và CAP(Carrierless Amplitude/Phase modulation). Đặc biệt là điều chế DMT được các nhà cung cấp sử dụng phổ biến để sản xuất thiết bị. Cả hai phương pháp này đều được xây dựng trên cơ sở của điều chế biên độ cầu phương (Quadrature Amplitude Modulation - QAM).
2.3.3.1 Kỹ thuật điều chế QAM.
QAM là phương pháp điều chế mà sóng mang là hai sóng hình sin và cosin có cùng tần số. Các sóng này được gửi đồng thời trên một kênh và trạng thái của mỗi sóng (gồm cả biên độ và pha) được sử dụng để truyền tải thông tin. Mỗi chu kỳ của các sóng mang truyền tải một tập các bit thông tin. Trong phương pháp QAM thì tập các bit được truyền trong một ký hiệu (symbol), mỗi symbol có thể gồm 2 bit, 4 bit, 6 bit,... tương ứng với phương pháp điều chế có tên gọi là 4QAM, 16QAM, 64QAM,... do chúng có 4 điểm, 16 điểm, 64 điểm trong sơ đồ chùm sao.
Sử dụng phương pháp điều chế thích hợp, có thể làm tăng số bit/baud.
Những giá trị số được mã hóa, tương ứng với pha và biên độ được miêu tả bằng sơ đồ chòm sao. Bằng cách tăng kích cỡ chòm sao, tức là tăng mật độ bit trên symbol, thì tốc độ dữ liệu sẽ tăng cao hơn.
- Ưu điểm của QAM:
Nhờ sự kết hợp giữa pha và biên độ, QAM có thể mang nhiều bit trong một trạng thái tín hiệu. Điều đó cho phép tăng tốc độ truy cập cho đường dây thuê bao mà băng thông đường truyền không đổi.
- Nhược điểm:
Số trạng thái của QAM càng lớn tỉ số tín hiệu trên tạp âm càng phải lớn để đảm bảo có tỉ lệ BER cho phép, thường các hệ thống cần đảm bảo sao cho BER<10-7.
2.3.3.2 Kỹ thuật điều chế CAP
CAP (Carrierless Amplitude/Phase modulation) còn được gọi là điều chế QAM không sóng mang vì trong thành phần tín hiệu trên đường dây không có sóng mang. Sở dĩ như vậy là vì sóng mang không mang năng lượng của tín hiệu mang tin mà chỉ mang năng lượng thừa nên khi triệt sóng mang, người ta tập trung được năng lượng cho thành phần tín hiệu mang tin. Phương pháp điều chế CAP này hoạt động gần giống với phương pháp điều chế QAM nhưng quá trình điều chế được thực hiện trong miền số.
Các ưu điểm của CAP:
- Kỹ thuật đơn giản vì không cần kênh con.
- Có thể thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi kích cỡ của giản đồ chòm sao (4-CAP, 64-CAP, 512 CAP,...) hoặc có thể tăng dải phổ tần số sử dụng, điều này làm cho kỹ thuật CAP có khả năng thay đổi một cách linh hoạt. Hình 2.5 biểu diễn sơ đồ chòm sao của phương pháp điều chế 64-CAP.
Hình 2.5 Pha và biên độ trong điều chế 64-CAP 2.3.3.3 Kỹ thuật điều chế DMT
DTM (Discrete Multi Tone) là kỹ thuật điều chế đa âm tần rời rạc thuộc loại điều chế đa sóng mang. DMT thực hiện chia băng thông thành những băng con nhỏ 4,3125 Khz gọi là tone hay bin. Trong đó mỗi bin thực hiện điều chế QAM một cách độc lập bằng một sóng mang riêng với mức điều chế khác nhau tùy thuộc vào chất lượng đường truyền dẫn tại tone đó, những tone có chất lượng cao sẽ mang nhiều bit hơn những tone bị ảnh hưởng mạnh của nhiễu. Mức điều chế của mỗi tone ký hiệu là bit/tone và có giá trị trong khoảng 0..15. Khi nhiễu khá nghiêm trọng ở một vài tone nào đó thì có thể đánh dấu loại các tone đó mà không ảnh hưởng gì đến các tone khác, tức là đường truyền vẫn hoạt động bình thường. DMT cho phép thay đổi tốc độ linh hoạt với bước thay đổi là bội của 32 kbps. Mục đích của việc chia thành các băng nhỏ hơn là để giảm ảnh hưởng của nhiễu xuyên âm.
Nếu dùng hết dải thông của ADSL (có độ rộng là 1,104 Mhz) thì phải sử dụng tổng cộng 256 tone nghĩa là 256 kênh con (thực tế thì kênh 256 không được sử dụng vì vậy chỉ có 255 kênh con cho ADSL). Trong đó kênh con 1 sử dụng để truyền tín hiệu thoại, kênh con 2 đến 6 nằm trong dải bảo vệ
giữa thoại và dữ liệu, kênh con 64 (tương ứng với tần số 69 Khz) dành để mang tín hiệu hoa tiêu cho luồng lên, các kênh con này không dùng để truyền dữ liệu và luôn gửi đi cặp bit (0,0) điều chế ở 4-QAM. Như vậy sẽ có 25 tone cho hướng lên và 249 tone cho hướng xuống. Hình 2.6 mô tả tổng quan về cách sử dụng băng tần trong phương pháp điều chế QAM.
Hình 2.6 Cách chia băng tần trong DTM Như vậy, băng thông cực đại hướng lên là:
25*15bit/symbol/Hz/kênh * 4kHz =1,5 Mbps.
Băng thông cực đại hướng xuống là:
249*15bit/symbol/Hz/kênh * 4kHz = 14.9 Mbps.
Nếu mọi tần số đều hoạt động tốt thì mỗi kênh có thể mang số lượng bit như nhau. Tuy nhiên do ảnh hưởng của tạp âm lên các tần số khác nhau là khác nhau vì vậy các kênh hoạt động ở những miền tần số có ít nhiễu hơn sẽ mang nhiều bit hơn những kênh hoạt động ở những miền tần số bị ảnh hưởng mạnh của nhiễu.
Trong quá trình khởi tạo và vận hành, modem ADSL phải tính toán tốc độ bit cực đại mà nó có thể chèn vào mỗi kênh con. Tại những miền tần số thấp thì suy hao ít, tỉ số tín hiệu trên lỗi cao vì vậy các kênh hoạt động ở các tần số thấp có thể sử dụng phương pháp điều chế lớn hơn 10bit/symbol/Hz trong những điều kiện chất lượng đường dây xấu tốc độ bit/symbol/Hz có thể giảm xuống thấp hơn để phù hợp với tỉ số tín hiệu trên lỗi của đường dây, đảm bảo tỉ số lỗi bit cho phép. Ngoài ra các kênh con có xuyên âm hoặc nhiễu tần số vô tuyến quá lớn có thể được đánh dấu để không mang thông tin.
- Ưu điểm của DMT
Phát triển từ công nghệ modem thoại (V34), sử dụng một số kỹ thuật tiên tiến để đạt được tốc độ dữ liệu tối đa trên đường dây điện thoại. Modem ADSL dựa trên DMT là đại diện cho sự tiến hóa kỹ thuật của modem V34.
Modem DMT sử dụng QAM, triệt tiếng vọng, mã lưới đa kích cỡ, và sắp xếp hình sao.
Sự thực thi: truyền được tốc độ bit tối đa trong các khoảng băng tần nhỏ bởi vì các kênh con độc lập có thể thao tác một cách riêng biệt đối với các điều kiện đường dây được xem xét. DMT đo tỉ số S/N một cách riêng biệt đối với mỗi kênh con và ấn định số bit được mang bởi vì chúng bị suy hao nhỏ hơn tại tần số cao.
Thích ứng tốc độ: DMT linh hoạt hơn trong việc điều chỉnh tốc độ truyền, nó có thể thích ứng tốc độ dữ liệu đối với điều kiện đường dây cụ thể.
Mỗi kênh con mang một số bit cụ thể phụ thuộc vào tỉ số S/N. Bằng việc hiệu chỉnh số bit trên một kênh, DMT có thể tự động điều chỉnh tốc độ bit dữ liệu.
- Nhược điểm của DMT là có nhiều sóng mang nên thiết bị phức tạp và chi phí cho thiết bị tương đối cao.