Các kỹ thuật điều chế luôn là rất quan trọng trong sự hình thành các công nghệ mới. Các công nghệ mới ra đời để thay thế cho các công nghệ khác chính là thay đổi phương pháp điều chế. Công nghệ mới gắn liền với phương pháp điều chế mới, trước kia khi mà tổng đài điện thoại lần đầu tiên ra đời thông tin liên lạc chủ yếu là điện thoại và tín hiệu thường là tương tự nên có phương pháp điều chế tương tự điển hình như điều chế biên độ (hay còn gọi là điều biên) AM (Amplitude Modulation), điều chế tần số (điều tần) FM (Frequency Modulation) và điều chế pha (điều pha) PM (Phase Modulation). Sau này, khi nhu cầu trao đổi thông tin càng lớn đặc biệt là nhu cầu sử dụng Internet với tín hiệu dùng chủ yếu chính là số, lúc này phương pháp điều chế số ra đời điển hình như điều chế khóa dịch biên ASK (Amplitude Shift Key), điều chế khóa dịch tần FSK (Frequency Shift Key), điều chế khóa dịch pha PSK (Phase Shift Key) và phương pháp điều chế kết hợp cả biên độ và pha được gọi là phương pháp điều chế biên độ cầu
GVHD: T.S Võ Trường Sơn 42 SVTH: Trần Võ Hồng Quân phương QAM (Quard Amplitude Modulation). Công nghệ ADSL ra đời để khẳng định rằng cáp đồng hoàn toàn có thể truyền được tín hiệu băng rộng cũng sử dụng thêm một phương pháp điều chế mới đó chính là phương pháp điều chế đa tần rời rạc DMT, bên cạnh đó ADSL cũng sử dụng các phương pháp điều chế số sẵn có như điều chế biên độ cầu phương QAM và điều chế biên độ và pha không sóng mang CAP.
2.5.1 Điều chếbiên độ cầu phương QAM
Điều chế biên độ cầu phương QAM (Quard Amplitude Modulation) được hiểu là dùng biên độ và pha của tín hiệu tác động làm cho biên độ và pha của sóng mang thay đổi theo tín hiệu đầu vào.
Trong thông tin số điều chế biên độ cầu phương QAM được kết hợp hào hòa từ hai phương pháp điều chế số đó chính là phương pháp điều chế khóa dịch biên độ ASK (Amplitude Shift Key) và khóa dịch pha PSK (Phase Shift Key). Giả sử như phương pháp điều chế 4QAM cho ta một trạng thái biên độ và pha, 8QAM cho hai trạng thái biên độ và 4 trạng thái pha, 16QAM cho bao trương hợp đó là trường hợp 3 trạng thái biên độ và 12 trạng thái pha, trường hợp thứ 2 là 4 trạng thái biên độ và 8 trạng thái pha, cuối cùng là 2 trạng thái biên độ 8 trạng thái pha. Trong điều chế 16QAM thì trường hợp 3 trạng thái biên độ và 12 trạng thái pha thường hay được sử dụng nhất.
Khi sử dụng phương pháp biên độ cầu phương QAM hệ thống tiết kiệm được lượng băng thông đáng kể. Trước kia, tốc độ cần phải truyền là R (tốc độ bit thường tính bằng đơn vị Kbps/Mbps) nhưng sau khi điều chế với M mức thì băng thông của kênh truyền được tính theo công thức D = R/log (1). Công thức (1) cho ta thấy rằng số mức càng tăng lên thì độ rộng kênh (D) càng tăng tuy nhiên khi số mức tăng lên thì khoảng cách giữa các mức biên độ thay đổi theo xu hướng là gần nhau hơn (như trên hình 2.9 ). Trên hình vẽ 2.9 ta thấy với só mức điều chế là M = 4, M = 8, M = 16 thì các mức điểm trên hình vẽ là rất gần nhau, mà các điểm này càng gần nhau thì càng dễ bị tác động làm thay đổi và dẫn đến hiểu nhầm khi bị ảnh hưởng bởi nhiễu tại đầu thu. Cho nên để cân đối giữa việc tăng độ lợi trong kênh truyền và nhiễu tác động là hỏng thông tin thì nhà cung cấp dịch vụ
GVHD: T.S Võ Trường Sơn 43 SVTH: Trần Võ Hồng Quân cầ phải cân nhắc tính thiết hơn về kinh tế với chất lượng dịch vụ. Phương pháp điều chế QAM hoạt động ở đầu thu và đầu phát với 16 mức hoạt động ở ba trạng thái biên độ và 8 trạng thái pha được xét như sau như sau:
Hình 2.9: Các chòm sao mã hóa theo QAM nhiều mức
Tại phía phát, luồng tín hiệu được đưa và bộ biến đổi từ nối tiếp sang song song được tách thành hai nhánh chính (nhánh trên gọi là nhánh I và nhánh dưới gọi là nhánh Q), mỗi nhánh I/Q chứa hai đường rồi đưa đến bộ điều chế biên độ xung 4PAM (Pluse Amplitute Modulation) chuyển từ 2 sang bốn trạng thái biên độ mang các mức điện áp là ±1, ±3V. Sau đó mỗi nhánh mới được nhân với tín hiệu sóng mang trở thành 4 trạng thái biên độ và 12 trạng thái pha tương ứng với 16 mức tín hiệu. Sau khi tín hiệu này đã được kết hợp với tín hiệu tổng. Rồi từ đó lường tín hiệu được truyền đi trên đường dây đến dầu thu.
4QAM 16QAM 3 biên độ, 12pha 16QAM 4 biên độ, 8pha 16QAM 2 biên độ, 8pha 8QAM
GVHD: T.S Võ Trường Sơn 44 SVTH: Trần Võ Hồng Quân
Hình 2.10: Sơ đồ điều chế QAM
Tại phía thu tín hiệu sẽ làm ngược lại với đầu phát, tín hiệu được truyền từ nối tiếp sang song song sau đó được nhân với tín hiệu sóng mang rồi đưa qua bộ lọc chuyển từ 4 mức sang 2 mức biên độ rồi tổng hợp thành tín hiệu ban đầu.
Hình 2.11: Sơ đồ giải điều chế 16QAM S S P ∑ 4PAM 4PAM π/2 16QAM ra Tín hiệu vào ( ) ( ) ( ) ( ) sinΩt Nhánh I Nhánh Q
GVHD: T.S Võ Trường Sơn 45 SVTH: Trần Võ Hồng Quân
2.5.2 Điều chếpha biên độ không sóng mang CAP
Điều chế pha và biên độ không sóng mang CAP được hiểu là dùng tín hiệu tin tức tác động lên biên độ của sóng mang làm cho thông tín hiệu thông tin có pha và biên độ thay đôi theo sóng mang.
Hình 2.12: Sơ đồso sánh điều chế của QAM/CAP
Phương pháp điều chế không sóng mang nàydựa trên phương pháp điều chế biên độ cầu phương QAM. Vì thế phương pháp CAP hoạt động tương tự như phương pháp điều chế QAM. CAP sử dụng cả điều chế biên độ lẫn pha và tín hiệu của CAP là số chứ không phải là tương tự. Tuy nhiên, khi sử dụng phương pháp này tín hiệu không dùng sóng mang nên dễ dàng bị suy hao tên đường truyền hơn thế nữa tại đầu thu rất khó xác định góc pha ban đầu do đó khó khăn trong đồng bộ.
Điều chế CAP không sử dụng kết hợp trục tải trực giao bằng kết hợp sin và cosin. Việc điều chế được thực hiện bằng cách sử dụng bộ lọc thông dải hai nửa dòng dữ liệu. Các bít cùng một lúc mã hoá vào một kí hiệu (symbol) và qua bộ lọc, kết quả đồng pha và lệch pha sẽ biểu diễn bằng đơn vị symbol. Tín hiệu được tổng hợp lại đi qua bộ chuyển đổi A/D, bộ lọc và đến phần xử lý trước khi đến bộ giải mã. Bộ lọc phía đầu thu và bộ phận xử lý là một phần của bộ cân bằng, điều chỉnh.
GVHD: T.S Võ Trường Sơn 46 SVTH: Trần Võ Hồng Quân
Hình 2.13 sơ đồđiều chế và giải điều chế của CAP 2.5.3 Điều chếđa tần rời rạc DMT
Modem ADSL sử dụng kỹ thuật điều chế DMT để truyền dữ liệu với tốc độ bit nhanh và độ ổn định cao. DMT là kỹ thuật điều chế đa sóng mang (Multi – Carier Modulation) với việc chia tần số (băng tần) tín hiệu ngõ vào thành 256 kênh nhỏ, với mỗi 4 KHz và gọi là Bins hay Tones. Trong mỗi kênh (Tones) điều chws một cách riêng biệt dùng từ 0 đến 15 bit/symbol/Hz, vì vậy cho pháp điều tối đa 60 Kbps trong một kênh.
GVHD: T.S Võ Trường Sơn 47 SVTH: Trần Võ Hồng Quân Luồng bit tới sẽ được tách thành nhiều luồng song song để xử lý một cách riêng biệt. Mỗi một luồng bit song song này được điều chế giống như phương pháp QAM với tần số sóng mang khác nhau rồi đưa đến tổng hợp tại một đầu ra tương ứng.
Hình 2.15: Sơ đồđiều DMT chếđơn giản
DMT cho phép tín hiệu chống nhiễu trên đường dây tốt bằng cách sử dụng phổ suy hao và nhiễu nhỏ. DMT thực hiện kiểm tra chất lượng đường dây rồi tương ứng với dải tần không bị nhiễu để thích hợp truyền mỗi bit trên kênh đó.
Kênh có S/N lớn truyền được nhiều bít hơn các kênh có S/N nhỏ. Đối với kênh tốt (S/N lớn) DMT thực hiện tăng số điểm trong chùm điểm.
GVHD: T.S Võ Trường Sơn 48 SVTH: Trần Võ Hồng Quân
Hình 2.16: Tác động của nhiễu đến DMT 2.6 Kỹ thuật ghép kênh trong ADSL
Chuỗi bit trong các khung ADSL có thể chia tối đa thành 7 kênh tải tin tại cùng một thời điểm. Các kênh này được chia thành 2 lớp chính: đơn hướng và song hướng. Chú ý rằng, các kênh tải tin này là các kênh logic và chuỗi bit từ tất cả các kênh được truyền đồng thời trên đường truyền ADSL mà không phải sử dụng băng tần riêng. Bất kỳ kênh tải nào cũng có thể đựơc lập trình để mang tốc độ là bội số của tốc độ 32 Kbps (Bảng 2.1). Đối với những tốc không phải là bội số của 32 Kbps thì phải sử dụng đến các bit phụ trong phần mào đầu của khung ADSL.
Bảng 2.1 Tốc độ kênh mang
Kênh mang Hệ số nhân tối đa Tốc độ cao nhất hỗ trợ (Kbps)
AS0 192 6144 AS1 144 4608 AS2 96 3072 AS3 48 1536 LS0 20 640 LS1 20 640 LS2 20 640
GVHD: T.S Võ Trường Sơn 49 SVTH: Trần Võ Hồng Quân
a.Truyền tải đơn hướng từ trạm trung tâm tới khách hàng:
ADSL cho phép tạo tối đa bốn kênh tải tin từ trạm trung tâm tới khách hàng. Bốn kênh tải tin này chỉ có nhiện vụ mang chuỗi bit tới khách hàng và được ký hiệu từ AS0 tới AS3. Các kênh này thiết lập trên cơ sở bội số của kênh tốc độ 1.536 Mbps để truyền tốc độ cơ bản T1 (Bảng 2.2).
Bảng 2.2 Giới hạn trên của tốc độ tải tin
Kênh con Tốc độ kênh con Giá trị của những
AS0 n0 x 1,536 Mbps n0 = 0,1,2,3 hoặc 4
AS1 n1 x 1,536 Mbps n1 = 0,1,2 hoặc 3
AS2 n2 x 1,536 Mbps n2 = 0,1 hoặc 2
AS3 n3 x 1,536 Mbps n3 = 0 hoặc 1
Số kênh con lớn nhất có thể hoạt động tại bất cứ thời điểm nào và số lượng tối đa kênh tải tin có thể truyền đồng thời trong hệ thống ADSL tuỳ thuộc vào lớp truyền tải. Diễn đàn ADSL đưa ra 4 lớp truyền tải (Bảng 2.3) được đánh số từ 1 đến. Trong bảng này lớp 1 và lớp 4 là bắt buộc còn lớp 2 và lớp 3 là tuỳ chọn.
Bảng 2.3 Các phương án lựa chọn kênh mang cho các lớp truyền tải
Lớp truyền tải 1 2 3 4
Kênh tải đơn hướng
Dung lượng lớn nhất (Mbps) 6,114 4,608 3,072 1,536
Kênh tải lựa chọn (Mbps) 1,356 1,356 1,356 1,356
3,072 3,072 3,072 4,608 4,608 6,114 Số lượng kênh lớn nhất 4 (AS0,AS1, AS2,AS3) 3 (AS0,AS1 ,AS2) 2 (AS0,AS1) 1 (AS0)
Kênh tải song hướng
Dung lượng lớn nhất (Mbps) 640 608 608 608
Kênh tải lựa chọn (Mbps) 576
384 384 384 160 160 160 160 C(64) C(64) C(64) C(64) Số lượng kênh lớn nhất 3 (LS0,LS1, LS2) 2 (LS0,LS1) hay (LS0,LS2) 2 (LS0,LS1) hay (LS0,LS2) 2 (LS0,LS2)
GVHD: T.S Võ Trường Sơn 50 SVTH: Trần Võ Hồng Quân ADSL cũng xây dựng cấu trúc 2 Mbps để truyền tốc độ cơ bản E1 tuy nhiên chỉ có 3 kênh tải: AS0, AS, AS2 (Bảng 2.4) hỗ trợ sử dụng luồng 2 Mbps.
Bảng 2.4 Các kênh hỗ trợ cho luồng 2Mbps
Kênh con Tốc độ kênh con Giá trị của nhãn
AS0 n0 x 2,408 Mbps n0 = 0,1,2 hoặc 3
AS1 n1 x 2,408 Mbps n1 = 0,1 hoặc 2
AS2 n2 x 2,408 Mbps n2 = 0 hoặc 1
Với cấu trúc 2Mbps, lớp truyền tải được đánh số từ 2M-1 đến 2M-3 (Bảng 2.5). Chức năng của tất cả các lớp đều tuỳ chọn.
Bảng 2.5 Các phương án lựa chọn kênh mang cho các lớp truyền tải (E1)
Lớp truyền tải 2M-1 2M-2 2M-3
Kênh tải đơn hướng
Dung lượng lớn nhất (Mbps) 6,114 4,608 2,048
Kênh tải lựa chọn (Mbps) 2,048 2,048 2,048
4,096 4,096 6,114 Số lượng kênh lớn nhất 3 (AS0,AS1,AS2) 2 (AS0,AS1) 1 (AS0)
Kênh tải song hướng
Dung lượng lớn nhất (Mbps) 640 608 176
Kênh tải lựa chọn (Mbps) 576
384 384 160 160 160 C(64) C(64) C(64) Số lượng kênh lớn nhất 3 (LS0,LS1,LS2) 2 (LS0,LS1) hay (LS0,LS2) 2 (LS0,LS1) hay (LS0,LS2)
GVHD: T.S Võ Trường Sơn 51 SVTH: Trần Võ Hồng Quân
b. Truyền tải song hướng:
Có ba kênh truyền tải song hướng có thể truyền trên giao diện ADSL. Một trong số đó là kênh điều khiển bắt buộc (gọi là kênh C). Kênh C mang các bản tin báo hiệu cho việc lựa chọn dịch vụ và thiết lập cuộc gọi. Tất cả báo hiệu từ người sử dụng-mạng cho các kênh tải đơn hướng tới khách hàng được tải từ đây. Tuy nhiên, kênh C cũng có thể được sử dụng để mang báo hiệu cho kênh song hướng nếu có yêu cầu.
Bên cạch kênh C, hệ thống ADSL có thể mang hai kênh tải song hướng tuỳ chọn LS1 hoạt động ở tốc độ 160 Kbps và LS2 hoạt động ở tốc độ 384 Kbps hoặc 576 Kbps. Các phương án lựa chọn kênh mang đối với các kênh song hướng được trình bày trong các Bảng 2.3 và Bảng 2.5 ở trên.
2.7 Kỹ thuật truyền dẫn trong ADSL
Hầu hết các dịch vụ DSL đòi hỏi truyền hai chiều (song công), các modem DSL sử dụng các phương pháp song công để tách biệt tín hiệu trên các hương ngước nhau. Thông thường có 4 hình thức song công khác nhau như song công 4 dây, triệt tiếng vọng, song công phân chia theo thời gian và song công phân chia theo tần số. Trong đó, phương thức song công triệt tiếng vọng và phân chia theo tần số sử dụng trong trong modem ADSL.
a. Phân chia theo tần số FDM
GVHD: T.S Võ Trường Sơn 52 SVTH: Trần Võ Hồng Quân Dãy tần được chia thành hai phần đường lên và đường xuống khác nhau. Ghép kênh phân chia theo tần số (FDM) lần lượt truyền theo các hướng khác nhau trong các dải tần không trùng nhau. Nếu sử dụng cùng khoảng băng thông thì FDM loại bỏ được nhiễu đầu gần NEXT. Trong ADSL thì FDM cho phép dùng riêng băng thông 138KHz đầu tiên cho đường truyền hướng lên. Đường dùng băng tần thấp, đường xuống dùng băng tần cao và rộng hơn đường lên.
b. Phương pháp triệt tiếng vọng
Sử dụng một kênh duy nhất cho cả thu và phát, nên cần một bộ khử tiếng vọng phía thu để tráh những sóng phản xạ không mong muốn. Một hệ thống ADSL sử dụng kỹ thuật triệt tiếng vọng ECH (Echo Cancellation), nơi dãy tần số phát được đặt trong tần số thu. Tuy nhiên, Echo khó tránh khỏi xuyên nhiễu và khi thực hiện cần phỉa xử lý phức tạp hơn. Triệt tiếng vọng là dạng phổ biết nhất của ghép kênh trong DSL hiện đại.
Hình 2.18: Truyền dẫn triệt tiếng vọng ECH 2.8 Cấu trúc khung và siêu khung
Một siêu khung (đa khung) dữ liệu dòng xuống được truyền trong 17ms. Mỗi siêu khung bao gồm 68 khung dữ liệu và 1 khung đồng bộ. Mỗi một khung gồm hai phần đó là phần dữ liệu nhanh và phần sữ liệu xen.
Phần dữ liệu nhanh (fast data): Dùng cho các dữ liệu cần sự nhanh nhạy như truyền hình, âm thanh…
GVHD: T.S Võ Trường Sơn 53 SVTH: Trần Võ Hồng Quân Phần dữ liệu xen (interleaved data): Dữ liệu được bảo vệ tốt nhưng có độ trễ lơn hơn. Mỗi khung truyền hết trong 250 μs (1/4000).
Mỗi một đa khung thực hiện các chức năng như sau:
Khung 0: Truyền tải thông tin CRC các byte đồng bộ nhanh Khung 1, 34, 35: Truyền tải các bt chỉ thị ib – indicator
Tuy nhiên không có kích thước cố định cho một khung ADSL, vì tốc độ đường dây có thể thay đổi theo đáp ứng phân lớp vận chuyển được cài đặt thiết bị và còn bị thay đổi theo điều kiện tác động của môi trường, đồng thời với tính chất bất đối xứng của nó. Nhưng thới gian truyền mỗi khung 250 μs và đa khung 17ms luôn luôn là cố định
Hình 2.19: Cấu trúc đa khung
Số liệu nhanh được chèn vào trong đường dẫn đầu tiên của khung. Byte đầu tiên gọi là “fast byte” và mang chức năng CRC và một số bit chỉ thị cần thiết. Các byte dữ liệu từ bộ đệm liên tục được chèn tiếp sau “fast byte”. Các byte cho mỗi kênh mang theo yêu cầu như (Hình 2.20 và Hình 2.21). Nếu kênh mang nào không dùng thì sẽ không có dữ liệu chèn vào tương ứng. Nếu như không có dữ liệu nào