LI Các modem băng thoại và DSL
2.3.2. Tính năng và ứng'dụng của VDSL:
VDSL, n h ư m ột phần của m ạng đa dịch vụ, dự k iến hỗ trợ đồng thời tất cả các ứng d ụ n g : thoại, dữ liệu và video. Sau cù ng, V D SL sẽ hỗ trợ truyền hình có đ ộ nét cao (H D TV ) và các ứng dụng m áy tính chất lượng cao. Úng d ụ n g đối xứng của VDSL sẽ cu n g cấp tốc độ dữ liệu hai chiều
lên tới 2 6 M b il/s sẽ rất hấp dẫn cho các khu vực kin h d o an h nơi k h ô n g có cáp q u a n g nối tới (FTTB).
H ình 2.9 C ấu hình VD SL có h u b thụ động.
T iêu c h u ẩ n kỹ thuật dạn g D A V IC V D SL sử d ụ n g điều c h ế biên độ pha k h ô n g só n g m an g (C A P) cho lốc độ 13; 25,92 và 51 M b it/s thu và 1.6 M bit/s phát q u a đôi dảy xoắn. Tiêu chuẩn kỹ thuật c ủ a D A V IC VDSL dựa trcn cấu trúc N T thụ độ n g , cho phép nối nhiều bộ thu ph át VDSL ở đổu cuối đường d ây thuê bao (hình 2.9). Trôn thực tế, cấu trúc N T thụ đ ộ n g ycu cầu O N U đặt gần hơn 100m từ các đơn vị VDSL c ủ a thuê bao.
Cấu trúc h u b tích cực VDSL được chỉ ra irong hình 2 .1 0 cho phép có những sản p hẩm có tốc dộ và độ dài lớn hơn bằng cách sử d ụ n g cấu hình m ạch vòng truy ền dẫn điểm nối điểm . H ub tích cực bao gồm 1 bộ thu phát VDSL và c ác đường nối tách biệt tới m ỗi cổ n g (được chỉ ra) hoặc là ỉ đường bus tro n g nhà thuê bao (không có trong hình vẽ).
Hình 2 .Ỉ 0 . Cấu hình VDSL có h u b tích cực
D M T - Đ a tẩn rời rạc - là hệ thống đ a sóng m an g sử đ ụ n g phương pháp biến đổi F o u rie r rời rạc để tạo và giải điều c h ế c ác só n g m an g riêng biệt. Phương p h á p m ã đường này chia giải thô n g th àn h c ác ph ần nhỏ hơn.
D W M T ( D iscrete W av elet M uititone)
Lược đồ m ã hoổ của D W M T được dựa trên ý tưởng c ủ a DM T, nó cũ n g chia kênh tru y ền thành các kônh nhỏ để sử d ụ n g nh ữ n g phẩn phổ lần số không bị ản h hưởng bởi nhiễu. T ro n g k h i D M T sử d ụ n g th u ật toán biến đổi Fourier n h a n h để m ã hoá các bit trên c ác kênh n h ỏ thì D M W T lại sử d ụ n g thuật toán b iến đổi W avelet.
3.1 Đôi dây xoắn nguyên bản:
Dịch vụ điện thoại xuất hiện vào năm 1877 khi A ie x a n d e r Bell nối điện Ihoại q u a m ộl đường dây sắl đơn lấy đất làm đường về củ a m ạch điện. Phương pháp này tránh được chi phí cho dây thứ hai nhưng tín hiệu truyền cho thấy không đủ tin cậy do sự ăn m òn củ a đường nối đất và truyền dần kém trong thời gian k h í hậu khô kéo dài. N h ữ n g vấn đề này được giải q u y ế t sau đó bằng cách sử d ụ n g đôi đây trần căn g song song các nhau vài cm . Phương ph áp này cung cấp đường trở về củ a tín hiệu điện tin cậy hơn. T uy n h iên hiện tượng xuyên â m được nhanh ch ó n g ph át hiện khi tín hiệu tro n g băng thoại từ m ột đôi dây tạo ra m ột đ iện trư ờng bao quanh đôi dây g ần đó. T ín hiệu trên đường d ây điện ng h e được rấl yếu ở bên đầu dây kia. N g ư ờ i ta phát h iện ra rằng xuyên âm có thể g iảm theo c h u kỳ bàng cách th ay đổi vị trí bên phải và bên trái của dây dẫn. Bell đã phát m inh ra đôi d ây xoắn vào n ăm 1881 đó ià đôi dây dẫn g ồ m hai dây riêng cách điện và được xoắn với nhau. Với bước xoắn vừa đủ, n ă n g lượng điện từ trường trên mỗi phđn nhỏ c ủ a đây bị triệt tiêu bởi n ă n g lượng bao q u an h phần nhỏ dây tiếp theo. C áp điện thoại ngày nay được thiết k ế sao cho mật độ xoắn trên m ồi đôi dây là k h ác nhau để đ ảm bảo x u y ê n âm là tối thiểu.
3.2. Nhiễu:
3.2.1. N h iễu xu yên âm :
Các trường điện và từ tạo ra đ ò n g đ iện chạy tro n g c ác đôi dây bên cạnh dẫn đến tín hiệu x u y ên âm k h ô n g m o n g m uốn trên c ác đôi dây này. Hình 3.1 m in h hoạ 2 kiểu x u y ên âm thường gặp phải tro n g ĐSL. X uyên âm đầu gần (N E X T ) là loại x u y ê n âm xảy ra từ các tín hiệu theo hướng ngược lại trên đôi dây xoắn (hoặc là từ bộ phát tới bộ thu đầu cuối gần). X uyên âm đầu ra (F E X T ) có từ tín hiệu đi th eo cù n g m ộ t hướng trên hai đôi dây x o ắ n (hoặc từ bộ p hát tới bộ thu ở đầu xa).
M--- X ---►
¡4---d --- ► Hình 3.1. M inh hoạ xuyên âm
X uyên âm có thể là nguồn nhiễu ảnh hưởng lớn trên đôi dây xoắn và thường gây g iảm tính năng hoạt động củ a DSL khi nó k hông được loại bỏ. T rong cáp, mô hình hai cổng cần phải được tổng quát hoá. H ình 3.2 m inh hoạ sự liên hệ (cảm ứng) giữa hai dây trong m ột đôi dây xoắn với hai dây trong đôi dây xoắn khác. Có điện cảm tương hỗ M giữa các đoạn của dây và đổng thời cũn g có điộn dung E giữa bủn Ihíln các dây. T rong cáp dối dây xoắn có điều khiển, người ta cho rằng hỗ cảm và điện đun g tương hỗ được điều chỉnh bởi độ xoắn do đó các đoạn xung quanh của đôi dây xoắn có cực đảo dấu và đ o vậy loại bỏ được tín hiệu cảm ứng. Tuy nh icn độ xoắn ỉà không hoàn ihiện. Hơn nữa sự thay đ ổ i hỗ cảm và điện d u n g tương hỗ theo tần số thậm chí còn cao hơn sự biến đổi các tham số R L C G đặc trưng cho tín hiệu kim loại dọc Iheo các đôi dây xoắn . Tuy nhiên, người ta cho rằng tín hiệu kim loại từ m ột đôi dây ảnh hưởng sang đôi dây đang xét là không đổi theo chiều đài (khi c h ú n g ta giả thiết là các tham số R LCG là khô ng đổi trên m ột đơn vị chiều dài). Sau đ ố hàm ghép (trên Hz) giữa sự thay đổi điện áp trôn dây 2 và dây 1 là X2|(f) có thể tìm được qua lý thuyết hai cổng tổng quát khi biết tất cả các tham số M và E vì thế:
đôi 1 dày 1 dõi 1 dày 2 dối 2 dầy 4 đói 2 dây 3 U24 _ ,
Hình 3.2 M ô hìn h phàn bố gh ép tương hô giữa các đôi dây xo ănE; N pl(f ,d) = X 2| (f) . 27ijf. V p2 (f,x)
(3.1)
Trong đó N , (f,x) là điện áp kim loại cảm ứng trên dây 1 ở tần s ố f và ở vị trí X trên đường dây cáp, và V p2 (f,x) là đ iện áp g ây ra x uyên âm trên đôi day xoắn th ứ hai. Thừa số 2 n ịf biểu thị sự thay đổi điện áp h ay d ò n g trên đôi d ây kia thực sự dãn đến d ò n g đ iện và đ iện áp cảm ứng trcn đôi dây thứ n hất (số hạng tương ứng với sự biến thiên). T ương tự n h ư vậy có hàm xuyên âm theo đơn vị chiều dài từ đôi dây 1 sang đôi dây 2 và cũ n g như vậy cho mỗi đôi trong cáp lên các đồi dây khác.
3.2.ỉ . ỉ . M ô hình NEXT:
Đối với N E X T trên chiều dài cáp d tro n g đó x u y ên âm hai đôi dây được lính bằn g tổng phân bô' củ a x u y ên âm trên mỗi đơn vị tâng c h iều dài
N(f,d) = I X 21 ( f ) . 2 n f. v p2 (f). T 2 (f, X ) . T, (f, x). dx (3 .2 )
Trong đ ó V p2(f) là g iá t r ị đầu vào (đầu gổn) trên đôi dủy 2, T 2 (f,x) là hàm tru y ền lên dọc theo dây 2 có c h iều dài X, và Tị (f,x) là hàm tru y ền tương ứng ngược lại trên day 1. Hàm truyền n h ư vậy n gẩm hiểu là đôi dây có điểm cuối ở X. Phẩn lớn các phân tích về x uyên âm trở k h á n g có r ấ t
nhiều giả th iết, cụ thể là đường truyền dẫn kết cuối bằn g trở k h án g đặc tính riêng của nó và hai đường dây có cù n g các tham s ố RLCG. Hơn nữa, xuyên âm được xem như là nhiễu, chỉ qu an tâm đến bìn h phương củ a khai triển Fourier. T ro n g trường hợp này, cô n g thức trcn trở thành:
N (f,d ) 12 = ( 4 * 2 f2). I x „ (f) 12 . I v p2 ( 0 12 . I e-4M 0
dx
= ( 4k2 n I Xj, (0 12 . I v p2 (f) 12. 11 Jj (3.3)
Giả thiết them là đôi dây xoán có a = C, y [ f . và s ố hạng có hàm m ũ
là nhỏ khi dây dẫn có độ dài đ, từ đó mô hình chung được viết thành.
( /■«'
N (f,d) r = I N (f) 12 = £ V X 21 (f) I . | V p2( f ) l 2 (3.4)
Sự tăn g gh ép theo f 1,5 được nhiều người biết đến. T uy nhiên, do có n hiéu giả thiết về sự kết thúc hoàn hảo củ a đường dây, đ ặ c tính đường dây là đều, bấl biến vị trí, m ột số m ỏ hình x u y ê n âm thông m inh được sửa thích hợp với luỹ thừa f'~\ trong phạm vi từ 1,3 đến 1,7 khi đo cũ n g như là xác định b ằ n g thực ng h iệm các hằng số này .
Hình 3.3 Suy hao đường truyền N E X T cho 25 đôi dây PIC trong một bó cáp
Hình 3.3 chỉ ra nhiểụ hàm truyền g h c p các cặp d ây đo được trong cáp 25 đôi. Chú ý rằn g f 1,5 tăng theo tẩn số nhưng chỉ có biến đổi đ á n g kể (10 đến 2 0 dB) khi g h é p theo tần số. ở tần số cho trước nh ư n g xét ở tất cả các tần số thì có nhiều đường dây g ây ra. V ì thế, ta lấy trung bình việc g h é p với n h iều đôi dây. T rong trường hợp này tổng củ a nhiều hàm gh ép được giả th iế t là k h ổ n g đổi,
I ! x n(f)l2 = k' (3.5)
ti
Sau đó các n g h icn cứu thực nghiệm x á c định cốc giá trị hàn g số, sao cho bó cáp 50 đôi có hàm ghép:
sn (f) = kncxl .
f'-5. s2 (0 (3.6)
T rong đó K ncxl được xác định qua các nghiên cứu của. ANSI ỉà
Vù N là số đôi dây trong bó cáp dự kiến m ang dịch vụ DSL tương tự. Giá (rị này xu ất hiện trong hình 3.3, được xem là giá trị trong trường hợp xấu n h ấ t (B ellcore nghiên cứu x á c đ ịn h giá trị này k ém hơn 99% những trạng thái đôi d ây xoắn. Bảng 3.1 chỉ ra giá trị x u y ên âm cảm ứng cho mộl số tần số và số nguồn xuyên âm.
Do vậy, để tìm n hiễu xuyên âm từ m ột m ạch ISDN lên đối dây xoấn khấc cho n h ó m chứ a 2 4 m ạch ISDN, m ật độ năng iượng phổ trên bất cứ dây nào tro n g n h ó m được m ô hình hoá:
s„(f) = (2i/ J ■ 1 0 13. r u .
s ISDN
( 0(3.8)
Đối với x u y ên âm giữa các nhóm cáp, K next bị g iảm bằng cách bổ sung them lOđB c h o K ncx( = 10 "l4.
3.2.1.2 Mô hình F EXT:
Mô hình F E X T tương đương với m ô hình N E X T . T ương đương với phương trình 3.48 là:
F (f,d)= j x 2, (f). 2*jf. v p2 (f). T 2 (f, X) . T, (f, d-x). dx (3.9) 0
T rong đó T I bây giờ [à hàm của c h iều dài đây từ điểm g h é p đến bộ thu ở đđu xa, tro n g đ ó T I tính từ bộ thu đ ến điểm ghép. Giả thiếl hai đường d ây được kết cuối bằng trở k h á n g đặc trưng và cù n g có cùng đặc tính RLCG, bình phương cường độ của tín hiệu F E X T là:
I F (f,d) 12 = (4ít2f2) . I x 2, (f) 12 . I v p2 (f) 12 . J e-2M dx 0
= (47i2f2). i X2I (f) I 2 • I v p2 (f) 12 . d.e2ad (3.10)
F E X T lăn g theo bình phương tán số tín hiệu tru y ền . T hường Ihừa số m ũ ử cuối phương trình (3.6) được xem là hàm truyền năn g lượng của dường dây dương và vì th ế biểu ihức ị T(f,cl) 12 thay th ế thừa số đó [thậm c h í giả thiết c ả hai đường dây giống nhau và theo cù n g m ột cô n g thức - tổ n g quát hơn, người ta thay th ế thừa số này bằng c ô n g thức tích phân phức tạp hơn tro n g phương trình (3.9). Hơn nữa, có thể m ở rộng từ 10 đến 2 0 dB về đ ộ lớn (thậm c h í lớn hơn ở tẩn số cao hơn). T uy nhiên, khi các n g u ồ n x u y ên âm cộ n g lại, giá trị xấp xỉ trong (3,12) được giữ nguyên. T h ừ a số Ç k h ô n g được chia ra nữa, vì th ế trong thườ ng hợp này m ô hình F E X T được c h ấ p n h ậ n bởi ANSI là
s,(f) = k r„ , . r2 . d . IH (f,d) | 2 . s 2(f) (3 .1 1 )
T ro n g đó íl là chiều dài đo b ằ n g 11, I T(t,d) 12 là h à m truyền từ đáu vào dường dây (suy hao xen) c h o chiều dài của đường đ ây đ a n g xét,
s2(f)
là m ật độ phó năng lượng đường d ây (kh ô n g phải n g u ồ n ), và cuối cùng.
K fcxt =
(H
)6 ■ 9 X 10-20 (3.12)N goài ra, Bellcore đã ch ấp n h ậ n giá trị này tương đương với giá trị 1 % trường h ợ p xấu nhất ở các tần số lên tới 30 M Hz.
3.2.ỉ .3. Phân b ổ nhiễu xuyên âm:
K. K erp ez củ a B ellcore đã nghiên cứu và thừa nh ận rằng là cả N E X T và F E X T có hàm nhiễu theo thời gian ở bộ thu tuân thủ theo luật phùn bố G a u ss. T rong khi điều này rõ ràng ỉà không đ ú n g đối với nhiễu đơn bởi vì sự phụ thuộc rất lớn Iheo tần số củ a xuyên am , định lý giới hạn tru n g tâm về th ố n g k ê áp dụng cho trường hợp này chỉ là gần đúng.
T ro n g khi theo G auss, nhiễu có thể ỉà k hông dừng.
Có n h iéu nghiên cứu cho ràng phân b ố xuyên am có thể là không dừng, ngoại trừ được lấy mẫu chính xác cùng tốc độ khi nhiễu xuyên âm sinh ra. Vì thế, đối với nghiôn cứu xuyên âm giữa các kiểu DSL k h ác nhau, D SL có tốc độ lấy m ẫu lớn hơn sẽ nhận thấy tính chu kỳ trong xuyên âm từ đường dây có tốc độ lấy m ẫu thấp hơn bởi vì tất cả c ác m ạch DSL dược đ ịn h thời theo đồng hồ trung tâm , nên x u y ên âm tổ n g thể có thể là dừng với chu kỳ bàng bộ số c h u n g nhỏ nhất các chu kỳ của hai đồn g hồ mầu.
T ín h chu kỳ này có thể được khai thác bởi các bộ lọc thu mà về cơ
bản là phù hợp với đường p hỏng đo án tuyến tính c ủ a các m ẫu nhiễu G auss
trên m ộ t chu kỳ của xuyên âm. Sự giảm đ á n g kể x uyên âm , lên tới 12dB,
đã được ghi nh ận trong những trường hợp, ví dụ m ộ t dịch vụ ADSL, cho
thấy x u y ên â m từ DSL tốc độ thấp g iố n g như HDSL, c h o thấy x u y ê n âm từ
DSL tốc độ th ấp giống nh ư HDSL. Người ta có thể cho rằn g các hiệu ứng
tương tự xảy ra từ AD SL/ TI đến VDSL. Với bất kỳ bộ cân bằn g thích
nghi nào c ũ n g luôn luôn tự đ ộ n g làm sự g iảm nhiều này. K h ô n g m ay, lập
luận này d ư ờ ng n h ư không phổ biến trong cộ n g đồ n g DSL, và m ột số dự
án VC tương thích phổ thường bỏ qua hiệu ứng này do sự nhận thức, các
n h à khai thác dịch vụ k h ô n g ch ắc chắn sự có sự dừng theo chu kỳ tồn tại.
H iệu ứng này đ ã được khai thác trong m ạn g m áy tính tốc độ cao.
