Ngay từ khi điện thoại ra đời, đôi dây cáp song hành được dùng để truyền tín hiệu thoại từ tổng đài tới khách hàng. Tuy nhiên, khi sử dụng người ta thấy tín
GVHD: T.S Võ Trường Sơn 24 SVTH: Trần Võ Hồng Quân hiệu trên đường dây chạy không tốt vì chúng gây xuyên nhiễu cho nhau hay còn gọi là nhiễu xuyên âm.
Hình 2.1: Mạch vòng thuê bao
Năm 1881 Alexander Graham Bell đã phát minh ra đôi dây xoắn đó là đôi dây dẫn gồm hai dây riêng biệt cách điện và được xoắn lại với nhau. Với kiểu xoắn như vậy thì năng lượng điện từ trường trên mỗi phần tử nhỏ của dây bị triệt tiêu (tức là hai pha đi trên mỗi hướng ngược nhau và bị triệt tiêu khi nhiễu qua nhau) cho nên đôi dây cáp xoắn này tránh được nhiễu xuyên âm giữa hai sợi dây rất tốt và cho tín hiệu tốt hơn rất nhiều so với tín hiệu truyền trên cáp song hành.
Mạch vòng được hiểu là đôi dây điện thoại xoắn nối từ tổng đài trung tâm CO (Centre Office) tới khách hàng. Thuật ngữ này xuất phát từ dòng điện chạy từ mạch vòng từ CO trên một dây và chạy ngược lại trên một dây khác. Cơ sở của mạch vòng chính là những đôi dây cáp xoắn thiết kế dùng để truyền các dịch vụ từ nhà cung cấp dịch vụ như điện thoại phổ thông POTS. Các dịch vụ phi thoại trên DSL.
Mạch vòng thường truyền tải lưu lượng nhỏ hơn các đầu dây trung kế rất nhiều. Tuy nhiên, do nó là đường dây tiếp cận đến từng thuê bao nên số lượng mạch vòng tăng theo nhu cầu sử dụng của các thuê bao, do đó tỷ trọng mạch vòng này lớn hơn rất nhiều so với các đường dây trung kế.
Mạch vòng số DLC (Digital Loop Carrier) được giới thiệu năm 1972 ở Mỹ như một thiết bị ghép kênh điện tử đặt ở giao diện vùng phục vụ SAI để ghép 96
Centre Office Thiết Bị MDF /hTộủp cáp Phía khách hàng SAI Bó cáp DLC
GVHD: T.S Võ Trường Sơn 25 SVTH: Trần Võ Hồng Quân đường dây vào một luồng T1 nối từ CO, DLC thay thế cho một lượng lớn cáp đồng bằng một bộ ghép ở vùng phục vụ.
2.2.2.2. Giá phối dây MDF (Main Distribution Frame)
Các tổng đài lớn có thể phục vụ trên 100.000 đường dây điện thoại, tất cả các đường dây này đều được nối tới giá phối dây MDF đặt ở tổng đài. Các cáp dùng cho mạng thuê bao, cáp trung kế liên đài. Ở tổng đài trung tâm, cáp từ hệ thống chuyển mạch và thiết bị truyền dẫn – MDF, một khung đấu chéo dây, nối các dây nhảy tới thiết bị CO tới cáp ngoài MDF. Giá MDF cho phép bất kỳ đường dây thuê bao nào tới bất kỳ cổng nào của thuê bao CO.
Cáp đi ra tổng đài thường được đặt trong ống cáp ở dưới đất chứa khoảng 10.000 đôi đây trong một sợi cáp gọi là cáp gốc. Sau đó, các cáp chính này sẽ được đưa đến các tủ cáp, hộp cáp rồi từ đó kéo đến từng thuê bao.
2.2.2.3. Bộ chia tần splitter
Khi sử dụng modem bằng thoại để truyền tốc độ Internet với độ rộng băng tần nằm trong dải 0.3 KHz đến 3.4 KHz thì không cần sử dụng bộ splitter vì băng tần mà Internet sử dụng lại chính là băng tần thoại. Khi tổng đài ISDN ra đời có tính năng là tích hợp cả hai loại hình dịch vụ thoại và dữ liệu đi chung một thiết bị sử dụng đầu cuối ISDL và để làm được điều này đều phải có một bộ splitter để ghép các luồng tín hiệu này thống nhất với đi trên một đường đến tổng đài. Bộ splitter ở công nghệ đường dây thuê bao số bất đối xứng cũng không ngoại lệ, khối này được trang bị ở cả phía phát và phía thu, có chức năng tách/ghép luồng tín hiệu thoại ở băng tần 0.3 KHz đến 3.4 KHz và băng tần cao hơn thoại 25 KHz đến 1.1 MHz từ phía thuê bao tới tổng đài.
Xét về phía khách hàng truyền tới tổng đài, thì bộ splitter đóng vai trò hợp nhất hai luồng tín hiệu có hai dải tần khác nhau. Một dải tần thấp dành cho thoại, tốc độ yêu cầu thời gian thực và dải tần lớn hơn thoại là Internet và truyền hình cùng truyền đi trên một mạch vòng thuê bao đến tổng đài. Phía tổng đài làm theo hướng ngược lại, bộ splitter sẽ lọc hai dải tần mà luồng tín hiệu trên đường dây thuê bao đi tới băng tần thấp và được đi qua đó chính là luồng tín hiệu thoại và từ
GVHD: T.S Võ Trường Sơn 26 SVTH: Trần Võ Hồng Quân đó sẽ được đi theo đường thoại để chuyển đến PSTN xử lý. Băng tần cao sẽ được đi qua rồi xử lý sau đó chuyển qua các nhà cung cấp dịch vụ.
Hình 2.2: Bộ chia tần Splitter 2.2.2.4. Modem ADSL
Chức năng chính của bộ modem ADSL đó là:
Modem ADSL đều có cả hai phía của mô hình mạng ADSL, nếu so sánh chung về mô hình mạng dùng modem quay số để truy cập Internet thông qua mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN và dùng công nghệ ADSL đặt ở cả hai phía khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ, xét cho cùng chỉ khác nhau ở phần modem và mạch vòng thuê bao.
Modem sử dụng để quay số chỉ có một chức năng chính đó là biến đổi tín hiệu số của mạng máy tính thành tín hiệu tương tự nằm trong băng tần thoại, truyền đến tổng đài điện thoại để kết nối mạng Internet với tốc độ thấp. Còn đối với công nghệ ADSL, modem này chỉ có chức năng tạo khung truyền các loại hình dịch vụ như Internet sau đó điều chế để gửi khung tín hiệu đó đi với tốc độ danh
Splitter Tín hiệu tần số thấp POTS Tín hiệu ADSL +POT Lọc thông cao Lọc thông Thấp Tín hiệu tần số Cao ADSL ADSL Upstream 4 54 100 130 1100 KHz ISDN POTS ADSL Downstream
GVHD: T.S Võ Trường Sơn 27 SVTH: Trần Võ Hồng Quân định để truyền đi. Các phương pháp điều chế trong modem ADSL phức tạp hơn và đem lại hiệu quả truyền dẫn cho kênh truyền hơn. Phương pháp điều chế trong Modem ADSL được sử dụng là điều chế đa tần rời rạc DMT, điều chế biên độ cầu phương QAM và điều chế pha và biên độ không sóng mang CAP. Đối với phương pháp điều chế DMT tín hiệu được chia thành các băng tần nhỏ tương ứng với 256 kênh con, mỗi kênh con lại được điều chế bằng QAM. Điều chế QAM được hiểu là dùng tín hiệu số tác động lên pha và biên độ của sóng mang là cho hình dạng của sóng mang thay đổi theo hình dạng của tín hiệu. Với việc điều chế này thì tại một chu kì sóng hình sine cho phép truyền được các bit tín hiệu gọi là các kí tự. Càng nhiều mức điều chế thì số bít trong kí tự đó càng tăng lên khiến độ rộng kênh sẽ giảm, tuy nhiên nhiễu sẽ dễ dàng tác động bởi việc điều chế nhiều mức này.
Còn đối với điều chế theo kiểu modem quay số chủ yếu dùng phương pháp điều chế hai bit nhị phân đầu vào thành một trạng thái bốn mức đầu ra 2B1Q sau đó dùng mã đường truyền AMI để truyền tín hiệu trên đường dây. Với phương pháp điêu chế này cho tốc độ truyền thấp hơn nhiều so với các phương pháp điều chế của modem ADSL.
2.3 Mạng ADSL
Mạng ADSL đứng ở phương diện khối ghép kênh truy nhập đương dây thuê bao số DSLAM được chia thành ba phần cơ bản đó chính là phía khách hàng, điểm truy nhập mạng và nhà cung cấp dịch vụ mạng như Internet hay truyền hình theo yêu cầu và dịch vụ quảng cáo.
Tại phía khách hàng sử dụng modem ADSL và bộ lọc tần số Splitter, trong hình vẽ bộ lọc này được tích hợp trên cả modem ADSL, tuy nhiên trong một số trường hợp khác bộ này được đặt phía trước modem ADSL để tách tín hiệu của băng tần thấp và băng tần cao tới từ tổng đài. Các modem này luôn có ba cổng, một cổng kết nối với Splitter để thu tín hiệu cao tần, còn hai cổng còn lại được sử dụng cho dịch vụ Internet và nôi với ti vi để nhận tín hiệu truyền hình theo yêu cầu. Modem ADSL có chức năng xử lý các luồng tín hiệu máy tính và truyền hình ở dạng số sau đó đóng vào khung ADSL rồi điều
GVHD: T.S Võ Trường Sơn 28 SVTH: Trần Võ Hồng Quân chế thành tín hiệu tương tự mang thông tin số ghép với tín hiệu thoại đưa lên mạch vòng thuê bao truyền đi.
Hình 2.3: Cấu trúc mạng ADSL
Tại phía nút truy nhập mạng, khối DSLAM có nhiệm vụ ghép kênh, tức là nó chuyển toàn bộ luồng thông tin ở trong các khung ADSL sáng khung IP hoặc tế bào ATM để chuyển qua mạng. Hiện nay, luồng tín hiệu trên thường được sử dụng là giao thức điều khiển truyền dẫn/giao thức Internet TCP/IP.
Ngoài chức năng ghép kênh DSLAM còn có thêm chức năng định tuyến cho khung IP và chuyển mạch cho tế bào ATM. Cho nên, có thể kết luận rằng DSLAM không phải khối ghép kênh thụ động mà chúng còn chức năng định tuyến/chuyển mạch.
Còn phía nhà cung cấp dịch vụ mạng như Internet và truyền hình dịch vụ họ sẵn sàng cung cấp các dịch vụ này với tốc độ cao khi khách hàng có nhu cầu. Mọi phương pháp xử lý ngược lại so với từ phía DSLAM chuyển đến. Ví dụ như khi phía nhà mạng nhận được yêu cầu từ khách hàng là muốn nghe điện thoại, truy cập Internet, xem truyền hình thông tin lúc này được DSLAM tập chung lại rồi
Customer 1 Centre Office Customer n Internet Access Server Work at Home Server Video On Demand Server Info & Advertise Server Access Node ADSL 1 M U X ADSL 1 ADSL n TCP/IP ATM Switch ADSL n New Service POST New Service POST PSTN PSTN Splitter
GVHD: T.S Võ Trường Sơn 29 SVTH: Trần Võ Hồng Quân chuyển qua mạng dựa trên các giao thức IP hoặc ATM. Sau đó nhà mạng sẽ gửi đáp ứng lại cho khách hàng lần lượt qua DSLAM, rồi tín hiệu từ DSLAM sẽ được chuyển thành khung ADSL được mã hóa thành tín hiệu tương tự mang thông tin số ghép với tín hiệu thoại truyền về cho khách hàng. Tuy nhiên, luồng tín hiệu này có tốc độ lớn hơn rất nhiều so với luồng tín hiệu từ khách hàng truyền tới.
2.3.1 Phía khách hàng
Thiết bị đầu cuối khách hàng bao gồm các thiết bị như modem ADSL, bộ Splitter dùng để tách các luồng tín hiệu thoại thông thường và tín hiệu số liệu.
Thiết bị ADSL hoạt động bằng cách vận hành cùng lúc nhiều modem, trong mỗi modem sử dụng phần băng thông riêng có thể.
Thiết bị ADSL sử dụng rất nhiều modem riêng lẻ hoạt động song song để khai thác băng thông tối đa và cung cấp một tốc độ rất cao.
Hình 2.4: Modem ADSL 2.3.2 Phía nhà mạng
Phía nhà mạng cũng bao gồm các modem ADSL; bộ lọc tần số Splitter thành hai phần đó là băng tần thấp dành cho thoại và băng tần cao dành cho số liệu; bộ ghép kênh truy nhập đường dây thuê bao số DSLAM và bộ tập trung lưu lượng
User for ADSL
1 10 100 1100 KHz Centre office ADSL i Splitter ADSL i PSTN POST
GVHD: T.S Võ Trường Sơn 30 SVTH: Trần Võ Hồng Quân thuê bao BAS. Trong đó, cũng như bộ lọc ở phía khách hàng, bộ Splitter ở phía nhà cung cấp dịch vụ cũng có ba giao tiếp đó là một giao tiếp nối tới phía các giao diện mạng lõi (ATM – TCP/IP), một đường rẽ xuống tổng đài thoại để chuyển mạch, còn một giao tiêp với mạch vòng thuê bao số DSL.
Modem ADSL ở phía nút truy nhập cũng có chức năng giống như modem ở phía khác hàng, tuy nhiên đối với công nghệ ADSL tốc độ đường xuống lớn hơn rất nhiều tốc độ đường lên cho nên việc tạo thành khung ADSL ở modem này sẽ khác so với modem phía người sử dụng. Cụ thể hơn, đường xuống phía nhà mạng hỗ trợ kênh truyền đơn hướng AS0, AS1, AS2 với tốc độ lên đến 6 Mbps. Kênh đường xuống này phải bắt buộc truyền kênh AS0 còn tùy chọn với các kênh AS1, AS2. Ngược lại với hướng xuống, hướng lên từ phía khách hàng chỉ hỗ trợ kênh truyền song công (cả hướng lên và hướng xuống) LS0, LS1, LS2 với tốc độ từ 16 đến 640Kbps thấp hơn nhiều so với đường xuống.
2.3.2.1. Bộ ghép kênh truy nhập đường dây thuê bao số DSLAM
Hình 2.5: Sơ đồ DSLAM trong mạng ADSL
Giả sử tại phía đầu cuối khách hàng có nhiều người muốn sử dụng modem ADSL để gọi điện, truy cập Internet hoặc truyền hình. Tín hiệu số này được đóng khung ADSL có tốc độ từ 16Kbps đến 640Kbps, sau đó được điều chế bằng mã đa tần rời rạc DMT hay điều chế pha và biên độ không sóng mang CAP hay điều chế
GVHD: T.S Võ Trường Sơn 31 SVTH: Trần Võ Hồng Quân biên độ cầu phương QAM thành tín hiệu tương thích với sóng mang của dạng sóng của tín hiệu rồi ghép lại với tín hiệu thoại bởi bộ splitter thành một luồng thống nhất chạy trên mạch vòng thuê bao số đến tổng đài. Với luồng dữ liệu này khi đến tổng đài được bộ lọc splitter tách thành hai luồng chính: Một luồng băng tần thấp đi qua bộ lọc thông thấp LPF (Low Pass Filter) rồi đưa đến tổng đài điện thoại chuyển mạch. Còn luồng tín hiệu cao được đưa qua bộ lọc thông cao HPF (High Pass Filter) rồi đưa vào bộ DSLAM đặt ở phía tổng đài, sau đó luồng dữ liệu sẽ được đưa đến bộ tập trung lưu lượng BAS (BRAS) để cùng một lúc gửi yêu cầu đến nhà cung cấp dịch vụ ISP.
Như vậy, bộ ghép kênh truy nhập đường dây thuê bao số DSLAM có nhiệm vụ hết sức quan trọng trong việc trung chuyển tất cả lưu lượng từ các yêu cầu từ các khách hàng ở xa tới nhà cung cấp dịch vụ và đồng thời nó cũng thực hiện việc phân phối từng đáp ứng dịch vụ của nhà khai thác dịch vụ tới từng yêu cầu của khách hàng đúng nơi, đúng thời điểm.
Các modem ADSL khi gửi yêu cầu đến nhà mạng nhất thiết phải đến DSLAM , còn với DSLAM nó có thể phục vụ tất cả các modem xDSL mà cụ thể như HDSL, CDSL, RADSL, SHDSL.
Ở DSLAM nổi bật lên những chức năng chính như tập chung lưu lượng từ các thuê bao hay phân phối lưu lượng dịch vụ từ phía nhà mạng đến khách hàng DSLAM là bộ ghép kênh linh động, không chỉ có chức năng ghép kênh mà DSLAM còn có chức năng tạo khung IP và định tuyến hoặc tạo ra các tế bào ATM và chuyển mạch các tế bào này.
Chức năng tập chung và phân phối lưu lượng tới từ nhà cung cấp dịch vụ của các modem ADSL được thể hiện rõ như DLAM có thể cung cấp các modul ADSL và tạo ra các phương pháp điều chế như QAM, DMT, CAP. Lưu lượng từ khách hàng có băng tần từ 25KHz đến 1.1MHz sau khi đã được đi qua (lọc) ở phần HPF sẽ đi vào DSLAM. Tín hiệu sẽ được đồng bộ để thu được chính được chính xác khung ADSL, sau đó sẽ được giải điều chế tương ứng với từng phương pháp điều chế ở đầu phát phương pháp này được xử lý ở chính mạch của ADSL được tích hợp trong DSLAM. Sau đó, luồng tín hiệu sau khi được giải điều chế với các yêu cầu sử dụng dịch vụ khác nhau sẽ được đóng thành các khung IP nếu như mạng đó
GVHD: T.S Võ Trường Sơn 32 SVTH: Trần Võ Hồng Quân hội tụ trên nền TCP/IP hoặc đóng thành các tế bào 53 bytes của ATM định tuyến rồi đưa đến bộ tập chung BAS (BRAS) để làm giảm các liên kêt logic tăng hiệu suất truyền tải rồi mới từ bộ này theo đường định tuyến hoặc chuyển mạch tới nhà cung cấp dịch vụ.
Khi nền mạng giao thức điều khiển truyền tải /giao thức Internet TCP/IP thì DSLAM sẽ chuyển từ khung ADSL sang khung IP. Khung IP này bao gồm phần header (chiếm 20/24 bytes nếu không/có bytes option) và dữ liệu mang thông tin của khách hàng với trường header chứa nhiều byte chuyên dụng để tạo thành tính tin cậy. Khi xảy ra các hiện tượng không thể truyền thông tin tới đích thì các khung IP này sẽ truyền giao thức bản tin điều khiển Internet ICMP để báo lỗi và