Hầu hết các dịch vụ DSL đòi hỏi hai chiều (song công) trong việc truyền dữ liệu, thậm chí tốc độ bit theo các hướng ngược nhau là không đối xứng. Các modem DSL sử dụng các phương thức song công để tách biệt các tín hiệu trên các hướng ngược nhau. Có 4 phương thức song công khác nhau: song công 4 dây, triệt tiếng vọng, song công phân chia theo thời gian, và song công
phân chia theo tần số. Phương thức song công triệt tiếng vọng và song công phân chia theo thời gian được sử dụng trong modem ADSL.
a. Ghép kênh phân chia theo tần số FDM
Trong phương pháp này dải tần được chia thành hai phần đường lên và đường xuống khác nhau. Hình 2-6 thể hiện sự phân chia đó với fb1 và fb2là độ rộng dải tần ở hai băng.
Hình 2.6: Phân chia băng tần của phương pháp FDM
Phương pháp ghép kênh phân chia theo tần số (FDM) lần lượt truyền theo các hướng khác nhau trong các dải tần không trùng nhau, như biểu thị trong hình 2-6. Trên thực tế, FDM không được sử dụng nhiều đó là vì sự thay đổi suy hao đường truyền dẫn đã không đảm bảo về băng thông cần thiết dành cho hai hướng. FDM loại bỏ NEXT nếu tất cả các đường sử dụng cùng khoảng băng thông. Một phương thức lựa chọn FDM đối với ADSL (phù hợp với tiếng vọng) cho phép dành riêng băng thông tới 138 kHz đầu tiên cho đường truyền hướng lên và tuân thủ theo chuẩn T1.413. Phương thức này thường được sử dụng ở Mỹ. Tuy nhiên, năng lực xử lý thường được thỏa hiệp trong cấu hình này và băng thông hướng lên đã hạn chế tốc độ dữ liệu dưới mức mong muốn đối với một vài dịch vụ (ví dụ: truy nhập Internet).
Nhiều hệ thống ADSL sử dụng kỹ thuật dẫn ghép theo tần số, kỹ thuật này đặt truyền dẫn phát ở dải tần số tách khỏi dải tần thu để tránh tự xuyên âm. Dải tần bảo vệ là cần thiết giúp cho các bộ lọc ngăn tạp âm POTS can nhiễu vào truyền dẫn số.
Thường đường lên sử dụng băng tần thấp, đường xuống ở băng tần cao và băng xuống rộng hơn băng lên. Dưới đây là sơ đồ thực hiện truyền. Hình 2.7: Sơ đồ thu phát theo FDM.
Hình 2.7: Sơ đồ thu phát FDM
• Ưu điểm của phương pháp FDM:
- Do băng tần lên và xuống tách biệt nên giảm được can nhiễu trong một đôi dây, triệt được xuyên âm đầu gần.
- Không cần đồng bộ giữa phát và thu.
• Nhược điểm của phương pháp FDM:
- Băng tần sử dụng lớn, gây lãng phí băng tần. - Ở thành phần tần số cao sẽ bị suy hao nhiều
- Khi khoảng cách tăng lên, tín hiệu trên đường dây chịu ảnh hưởng của nhiều tần số, suy hao tần số cao rõ hơn do đó tổng suy hao tăng.
- Vẫn có xuyên âm đầu gần trong hai đôi dây khác nhau do các hãng sản xuất khác nhau sử dụng các băng tần khác nhau.
- Ảnh hưởng tới các dịch vụ khác và bị ảnh hưởng bởi các dịch vụ khác do tần số truyền cao.
b. Phương pháp triệt tiếng vọng (EC)
Phương pháp khử tiếng vọng EC sử dụng một kênh duy nhất cho cả phát và thu nên cần có một bộ khử tiếng vọng phía thu. Một số hệ thống ADSL sử dụng kỹ thuật truyền dẫn xóa tiếng vọng ECH, có dải tần phát được đặt trong dải tần thu. Bằng cách chồng dải tần, tổng băng tần truyền dẫn có thể giảm. Tuy nhiên, ECH khó tránh được tự xuyên nhiễu và khi thực hiện cần có xử lý số phức tạp hơn.
Hình 2.8: Triệt tiếng vọng nhằm tách biệt tín hiệu 2 dây
Triệt tiếng là dạng phổ biến nhất của ghép kênh trong DSL hiện đại, đang được chuẩn hóa để sử dụng trong ISDN, HDSL, và ADSL. “Tiếng vọng” là sự phản xạ của tín hiệu phát vào bộ thu đầu gần. Tiếng vọng đáng ngại bởi vì các tín hiệu đi theo cả hai hướng của truyền dẫn số và cùng tồn tại đồng thời trên các đường truyền dẫn đôi đây xoắn, do vậy tiếng vọng là tạp âm không
mong muốn. Tiếng vọng là một phiên bản bị lọt ra của tín hiệu phát. Bộ triệt tiêu tiếng vọng tạo ra một bản sao của tín hiệu phát bị lọt ra và loại bỏ nó ra khỏi tín hiệu nhận. Hình 2-8 mũi tên xuyên qua bộ triệt tiếng vọng, để chỉ rõ bộ lọc được hiệu chỉnh thích hợp bằng cách sử dụng tín hiệu đường dây làm tín hiệu điều khiển.
Mạch sai động analog trong hình 2-8 phân tách các tín hiệu phát khỏi các tín hiệu nhận khi đường dây trở kháng được kết hợp một cách chính xác bằng trở kháng sai động phù hợp. Khi các trở kháng này không thể kết hợp được với nhau một cách chính xác, mà trong thực tế điều này hầu như là luôn luôn xảy ra, thì dư âm tiếng vọng của tín hiệu phát xuất hiện trong tín hiệu nhận của đầu ra mạch sai động. Khi thiết kế kênh mạch sai động tốt suy hao tín hiệu phát trước khi nó ra khỏi đầu ra tín hiệu nhận thường đạt được 20 dB. Các tín hiệu đường dây số có thể bị suy hao tới 40 dB, do vậy tiếng vọng có thể là 20 dB vẫn lớn hơn tín hiệu đầu xa mong muốn, kết quả là tỷ lệ tín hiện trên tạp âm là không thể chấp nhận được trong việc tách tín hiệu đầu xa. Đầu vào của bộ triệt tiếng vọng tín hiệu truyền dẫn số được lấy mẫu. Đầu vào này và các mẫu trước đây của nó được lưu trữ trong bộ trễ số trong khoảng 100 đến 200 micro giây. Bộ triệt tiếng vọng làm tăng các mẫu được lưu trữ này lên gấp nhiều lần bởi các hệ số của bộ triệt tiếng vọng mà gộp các kết quả này lại hình thành nên một dự báo về tiếng vọng, mà sau đó bị loại bỏ ta khỏi đầu ra mạch sai động. Các hệ số triệt tiếng vọng phụ thuộc vào đường truyền dẫn và vì vậy được quyết định một cách thích nghi.
Các bộ triệt tiếng vọng phải có khả năng loại bỏ tiếng vọng khoảng 50dB hoặc cao hơn đối với ISDN, khoảng 69 dB hoặc cao hơn đối với HDSL, và khoảng trên 70 dB đối với ADSL. Các mức độ triệt tiếng vọng là khác nhau bởi vì HDSL và sau đó là ADSL sử dụng các tần số cao hơn sẽ suy hao lớn hơn, điều đó có nghĩa là bộ thu phải giảm tiếng vọng tần số cao xuống mức thấp hơn các tần số thu thấp. Để có được độ loại bỏ tiếng vọng cao, bộ triệt
tiếng vọng phải quyết định các hệ số tiếng vọng tương thích với độ chính xác cao. Một số bộ triệt tiếng vọng sử dụng cấu trúc của các thành phần tiếng vọng phi tuyến, không thể đại diện toàn bộ các sản phẩm của các mẫu tín hiệu được truyền. Triệt tiếng vọng phức tạp hơn so với ghép kênh 4 dây. Tuy nhiên, triệt tiếng vọng thường có chi phí không đáng kể và thường được sử dụng trong thực tế.
Bộ triệt tiếng vọng đưa ra dự báo tiếng vọng có thể được viết ngắn gọn theo công thức sau:
dˆ = W * X
Trong đó dˆ là ước tính của thành phần tiếng vọng d thuộc về tín hiệu nhận tại đầu ra mạch sai động. W là vector cột của các hệ số bộ triệt vọng, và X là vector tương xứng của các mẫu tín hiệu truyền. Các giá trị trong vector của các đầu vào X phụ thuộc vào việc lựa chọn mã đường dây từ đó quyết định hoạt động và độ chính xác đạt được của bộ triệt tiếng vọng. Các bộ lọc thông thấp được sử dụng để loại bỏ tạp âm thường tăng độ dài của các tiếng vọng. HDSL và ADSL sử dụng các băng tần rộng hơn do vậy các bộ lọc thông thấp của chúng ít có tác động đến độ dài, nhưng các tốc độ lấy mẫu của chúng cũng vẫn khá cao, và thường dẫn đến nhiều tính toán hơn. Đối với HDSL các bộ triệt tiếng vọng có thể cần 64 đến 128 hệ số và 128 (800.000) = 100 triệu phép tính trên giây. Đối với ADSL các bộ triệt tiếng vọng có thể cần đến 300 hệ số, nhưng lợi dụng tính không đối xứng và “quay vòng” của mã đường DMT, thường chỉ cần từ 20 đến 30 triệu phép tính trên giây.
* Triệt tiếng vọng tương thích
Các giá trị của hệ số có thể được quyết định bởi cái gọi là thuật toán cập nhật trung bình bình phương nhỏ nhất (LMS), đây là phương pháp Stochastic-
Gradient quyết định và dò tìm các giá trị hệ số đúng, theo cách lặp đi lặp lại. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
e = d - dˆ
Và tương đương với tín hiệu nhận nếu bộ triệt tiếng vọng tái tạo lại một cách hoàn chỉnh tiếng vọng và loại bỏ tiếng vọng đó. Tín hiệu lỗi này cũng được sử dụng trong việc cập nhật LMS:
Wk+1 = Wk + μekX*
k
Trong đó k là chỉ số thời gian cập nhật, hằng số μ quyết định tính hợp lý giữa độ chính xác và tốc độ dò tìm dấu vết.
Hình 2.9: Bộ triệt tiếng vọng vòng đối với DMT
Thiết bị ADSL dùng CAP sẽ sử dụng FDM, không sử dụng kỹ thuật triệt tiếng vọng. Ngược lại, kỹ thuật DMT lại sử dụng kỹ thuật triệt tiếng vọng.
Phương pháp DMT triệt tiếng vọng giả thiết rằng tự xuyên nhiễu đầu gần có thể chấp nhận được và độ rộng băng tần có thể được dùng chung cho cả hai hướng. Triệt tiếng vọng được sử dụng trong ISDN, HDSL, và ADSL.
Đối với DMT trong ADSL, một vài phương pháp đơn giản hóa bộ triệt tiếng vọng không đối xứng được người ta sử dụng nhằm giảm độ phức tạp của các phần mềm. Nếu tự xuyên nhiễu đầu gần (Self- NEXT) có thể chấp
nhận được, các bộ triệt tiếng vọng sử dụng trong ADSL có chi phí thấp hơn các bộ lọc analog sử dụng trong FDM, nhưng độ chính xác của ADC
(Analogue to Digital Converter _ Chuyển đổi tương tự-số) sẽ tăng lên từ 1 đến 2 bít do đó cần có sự chọn lựa phương pháp phù hợp để dung hòa với giá thành Modem.
Triệt tiếng vọng DMT thường đơn giản hơn so với triệt tiếng vọng của các phương pháp điều chế khác như PAM, QAM, hoặc CAP nhờ sử dụng bộ tổng hợp tiếng vọng vòng. Đáp ứng xung của tiếng vọng thường dài hơn các đáp ứng xung hướng đi trên đôi dây xoắn, phần lớn do năng lượng thoát ra từ đầu xa của bộ thu phát và sự rò rỉ khi qua mạch hỗn hợp. Do vậy, khoảng thời gian bảo vệ của DMT thường không đủ dài để đảm bảo tín hiệu tiếng vọng xuất hiện theo chu kỳ. Melsa và Younce cho thấy làm thế nào một bộ cân bằng như TEQ có thể kết hợp để giảm độ dài đáp ứng phía phát của kênh và tuyến tiếng vọng chỉ giới hạn trong chu kỳ bảo vệ. Vì vậy tín hiệu quay trở về từ bộ hỗn hợp (hybrid) là tổng của tín hiệu đầu xa yk ký hiệu trong trong khối thời gian thứ k, thành phần tiếng vọng vòng dk và thành phần tiếng vọng phi vòng wk [xk −xk−1].
Người ta mong muốn thành phần tiếng vọng có thể được xây dựng một cách toàn vẹn theo tần số bằng bộ nhân N, hơn là theo thời gian sử dụng các bộ nhân phức N2 để thực hiện một chuỗi ở bộ lọc dài. Những thành phần tiếng vọng không tuần hoàn được tạo thành do phần đuôi của đáp ứng tiếng vọng vượt quá độ dài thời gian bảo vệ. Chỉ có những thành phần tiếng vọng này là cần xem xét trong miền thời gian.
CES là quá trình đơn giản sử dụng đáp ứng tiếng vọng wk đã biết để tính toán tiếng vọng tại các thời điểm lệch ra ngoài tiếng vọng tuần hoàn. Sau đó bộ triệt tiếng vọng có thể được hoàn thiện bằng cách sử dụng bộ nhân tích lũy hệ số N tương đối nhỏ theo tần số. Đây là phần thứ hai của bộ triệt tiếng vọng nằm sau bộ thu FFT. Đây là bộ triệt tiếng vọng tương thích đơn giản, được thực hiện với thuật toán LMS:
Wn,k+1=Wn,k+μEn,kX* ,k n
Các hệ số CES theo miền thời gian nhận được theo chu kỳ nhờ IFFT. Do không cần cập nhật đối với mỗi ký hiệu, nên cần phải thiết lập phương thức tính toán để đạt được thời gian thực.
Đối với ADSL, sử dụng tính không đối xứng để làm giảm sự tính toán phức tạp của bộ triệt tiếng vọng. Tại phía CO, phần truyền dẫn tại tổng đài trung tâm (ATU-C) có một hệ số lấy mẫu ADSL luồng xuống bằng 8 lần hệ số lấy mẫu thu. Điều này có nghĩ là tín hiệu tiếng vọng lặp lại 7 lần cho một âm n như được minh họa như ở hình 2-10.
Trong miền tần số không có sự đơn giản hóa. Tuy nhiên, CES chỉ cần tính toán một trong 8 đầu ra sử dụng hệ số triệt vọng nhận được từ tín hiệu phát ATU-C. Sai số được sử dụng cho 8 hệ số tiếng vọng tương ứng là như nhau, do vậy cần chú ý khi cập nhật bộ triệt tiếng vọng nếu một hoặc nhiều ký hiệu đâu vào có giá trị năng lượng nhỏ hơn những đầu vào khác. Tuy vậy, nên cập nhật toàn bộ hoặc sử dụng sự rò năng lượng của các khâu trong bộ triệt tiếng vọng.
Hình 2.10: Bộ triệt tiếng vọng DMT suy hao không đối xứng cho ADSL ATU-C
Hình 2.11: Bộ khử tiếng vọng DMT nội suy cho ATU-R
Hình 2-11 cho thấy hình ảnh ngược lại của các bộ triệt tiếng vọng DMT nội suy tại đầu xa của truyền dẫn ADSL. Trong trường hợp này, mỗi một tín hiệu phát ngược sẽ tạo ra 8 tiếng vọng tương ứng. Như vậy bộ CES được rút gọn thành 8 CES nhỏ song song, với cùng đầu vào lặp lại 276 kHz. Hệ số giảm độ phức tạp là 8.