Hầu hết các hệ thống FDD đều xác định hai kênh hay nhiều hơn và ít nhất là một kênh truyền dẫn chiều chiều lên và một kênh cho truyền dẫn chiều chiều xuống. Các kênh này tách rời nhau về tần số nên gọi là song công phân tần. Vấn đề trong thực hiện các hệ thống song công phân tần là độ rộng và vị trí các dải
SNR (dB) 10-10 BER 10-7 Vùng không chấp nhận được QAM-64 QAM-32 QAM-16 QAM-4 21,8 27,8
tần dành cho các kênh truyền dẫn chiều lên và chiều xuống. Hình 2.26 là một sơ đồ thu phát theo FDD đơn giản.
Hình 2.26 Sơ đồ thu phát theo FDD
POST
ISDN Dowstream Upstream
fL MHz fH MHz
POST
ISDN Dowstream Upstream
fL MHz fH MHz
Hình 2.27 Vị trí điển hình của các kênh chiều lên và chiều xuống trong FDD
Có thể được bố trí có thể nằm trên hay nằm dưới dải tần chiều xuống. Một hệ thống DSL khả thi có thể hoạt động trên các đường dây ở tầm cự ly từ 300 m đến 1,5 km hay dài hơn. Như đã nói như ở các phần trước, suy hao đường dây sẽ ngày càng nhanh cùng với tần số trên các vòng thuê bao dài. Vì vậy độ dài đường dây thuê bao càng tăng thì dải tần hữu dụng của đường dây sẽ càng giảm. Để cho phép truyền dẫn thành công, cả hai kênh chiều xuống và chiều lên phải được bố trí trong dải tần hữu dụng. Nếu dải tần hữu dụng nhỏ hơn fL thì hoặc là kênh chiều xuống hoặc là kênh chiều lên bị biến mất làm cho truyền dẫn song công không thực hiện được.
Một điều căn bản khác cần lưu ý khi thiết kế các hệ thống song công phân tần là độ rộng dải của các kênh chiều xuống và chiều lên. Sự lựa chọn đúng đắn các độ rộng dải phụ thuộc vào tốc độ dữ liệu cần thiết và tỷ số tốc độ dữ liệu giữa hai chiều chiều xuống và chiều lên. Vị trí giải thông thích hợp cho truyền tải dữ liệu bất đối xứng 8:1 khác nhiều so với vị trí dải thông hỗ trợ tốc độ dữ liệu đối xứng. Việc lựa chọn độ rộng dải các kênh chiều xuống và chiều lên thêm phức tạp khi xét đến độ các đường dây có độ dài khác nhau làm cho các tỷ số SNR và các dải thông hữu dụng cũng khác nhau. Chẳng hạn vị trí dải thông thích hợp cho dịch vụ bất đối xứng tỷ lệ 8:1 trên đường dây dài 300 m khác rất nhiều so với vị trí dải thông cho dịch vụ bất đối xứng trên đường dây dài 1.5 km. Để hỗ trợ tầm tốc độ dữ liệu, tầm số dữ liệu rộng và truyền dẫn hai chiều trên
đường dây có độ dài khác nhau, các hệ thống hệ thống song công phân tần phải cung cấp các chiều xuống và chiều lên có độ rộng dải biến thiên làm tăng thêm độ phức tạp của hệ thống và đặc biệt là các bộ lọc tưong tự. Một ngoại lệ là khi một hệ thống song công phân tần DMT cho phép bố trí các phân kênh chiều xuống và chiều lên tuỳ ý bằng cách cung cấp một tập phân kênh dải thông đầy đủ cho mỗi chiều. Sau đó, mỗi phân kênh được sử dụng cho chiều chiều xuống và chiều lên. Mặc dù kĩ thuật này yêu cầu hai bộ biến đổi Fourier rời rạc DFT kích thước đầy đủ trong tất cả các modem vốn làm tăng độ phức tạp của hệ thống, nó vẫn làm cho các yêu cầu tương tự trở nên dể dàng cung cấp sự linh động lớn trong việc bố trí dải tần của phương pháp song công phân tần.
Trái ngược với VDSL song công phân tần tách rời rạc các kênh VDSL chiều xuống và chiều lên theo tần số, các hệ thống TDD (song công phân chia thời gian) hỗ trợ truyền dẫn theo hai chiều chiều xuống và chiều lên trong một dải tần duy nhất nhưng trong các khoảng thời gian khác nhau. Hình 2.28 minh hoạ dải tần duy nhất được các hệ thống song công phân chia thời gian sử dụng. Sử dụng độ rộng dải phân kênh theo thời gian đựơc kết hợp với việc dùng các siêu khung. Một siêu khung bao gồm một khoảng thời gian dành cho truyền dẫn chiều chiều lên, một khoảng thời gian bảo vệ, một khoảng thời gian dành cho truyền dẫn chiều chiều xuống và một khoảng thời gian bảo vệ khác. Độ dài các khoảng thời gian truyền dẫn theo chiều chiều xuống và chiều lên là những số nguyên lần chu kì ký hiệu DMT. Một siêu khung được ký hiệu là A-Q-B-Q, với A và B là số các ký hiệu tương ứng bố trí cho chiều chiều xuống và chiều lên và hai ký hiệu Q biểu diễn khoảng thời gian boả vệ để đảm bảo cho độ trễ lan truyền của kênh và cho phép đáp ứng dội suy giảm giữa thời gian phát và thu.
Trong các hệ thống VDSL song công phân chia thời gian của hãng Texas Instrument, thời gian của một siêu khung là 20 ký hiệu (500μs). Tổng số của A và B là 18 ký hiệu và còn lại 2 ký hiệu Q. Các giá trị của A và B được nhà điều hành khai thác chọn theo tỷ số tốc độ dữ liệu chiều xuống so với chiều lên cần thiết. Chẳng hạn, nếu đặc tính nhiễu theo hai chiều truyền dẫn chiều xuống và chiều lên là như nhau và cài A bằng B sẽ cho kết quả cấu hình hỗ trợ truyền dẫn đối xứng. Cài A = 16 và B = 2 sẽ tạo ra tỷ tốc độ dữ liệu giữa hai chiều chiều xuống và chiều lên là 8:1. Khi cài A = 12 và B = 6 thì hỗ trợ tỷ số tốc độ giữa hai chiều chiều xuống và chiều lên là 2:1. Hình 2.29 minh hoạ các siêu khung hỗ
trợ truyền dẫn tỷ số tốc độ dữ liệu giữa chiều chiều xuống và chiều lên là 8:1, 2:1 và 1:1.
Hình 2.29 Siêu khung của phương pháp TDD cho phép hỗ trợ các tỷ số tốc độ dữ liệu chiều xuống so với chiều lên khác nhau
Việc sử dụng siêu khung cho phép các hệ thống song công phân thời bù đắp với các khác biệt trong mức nhiễu giữa hai chiều chiều xuống và chiều lên. Chẳng hạn, nếu nhiễu trong chiều chiều lên nghiêm trọng hơn so với chiều chiều xuống thì hệ thống song công phân chia thời gian có thể bố trí thêm nhiều ký hiệu cho chiều chiều lên để bù lại. Trong trường hợp truyền dẫn đối xứng thì thay vì cần siêu khung 9-Q-9-Q thì hệ thống có thể sử dung siêu khung 8-Q-10- Q và kết quả sẽ tăng thêm cự ly thông tin với cùng một tốc độ yêu cầu. Sử dụng song công phân chia theo thời gian yêu cầu các modem đang tích cực trong một
Q
Q
16 kí hiệu downstream 2 kí hiệu upstream
12 kí hiệu downstream 6 kí hiệu upstream
9 kí hiệu downstream 9 kí hiệu upstream
chảo cáp phải được đồng bộ với một clock của siêu khung chung sao cho mọi truyền dẫn theo chiều chiều xuống xảy ra đồng bộ và mọi truyền dẫn theo chiều chiều lên cũng xảy ra chính xác cùng lúc trên mọi đường dây. Nếu không sử dụng một cấu trúc siêu khung chung thì các đường dây hỗ trợ song công phân thời trong cùng một chảo cáp có thể gây ra xuyên kênh đầu gần với nhau làm giảm tốc độ dữ liệu mà chúng có thể hỗ trợ được. Để đảm bảo hoạt động đồng bộ, mọi modem song công phân chia theo thời gian ở tổng đài nội hạt hay ONU phải đồng bộ với clock siêu khung chung. Có nhiều phương pháp cung cấp clock như vậy. Chẳng hạn, có thể tách ra từ clock 8 kHz từ mạng, lấy từ một trong các modem song công phân chia theo thời gian.
POST
ISDN Dowstream Upstream
fL MHz fH MHz
POST
ISDN Dowstream Upstream
fL MHz fH MHz
f
f
VDSL khác với các hệ thống DSL khác do nó có thể hỗ trợ được thông tin đối xứng lẫn bất đối xứng với tốc độ dữ liệu của hai chiều chiều xuống và chiều lên khác nhau. Biết rằng sự bố giải tần song công phân tần cho các dịch vụ đối xứng và bất đối xứng là khác nhau, khi thực hiện các cấu trúc siêu khung song công phân thời thích hợp thì vấn đề là dịch vụ đối xứng và đối xứng có thể ở cạnh nhau trong cùng một chảo cáp được không? Thật không may là khi bố trí giải tần hoặc khoảng thời gian thích hợp lại cho kết quả không tương hợp phổ bất kể hệ thống là song công phân thời hay song công phân tần.
Hình 2.31 NEXT xảy ra khi trộn lẫn các siêu khung TDD đối xứng và bất đối xứng
Hình 2.30 minh hoạ bố trí phổ tần trong một hệ thống song công phân tần. Sự bố trí ở trên hỗ trợ truyền dẫn đối xứng và dưới hỗ trợ truyền dẫn bất đối xứng tỷ số 8:1. Phân tô xám là dải tần xảy ra xuyên kênh đầu gần. Vì thế, việc trộn lẫn các hệ thống VDSL song công phân tần đối xứng và bất đối xứng trong cùng một chảo cáp gây ra xuyên kênh đầu gần trong một phần dải tần truyền dẫn, nhưng trong mọi khoảng thời gian. Như vậy, không có một sự bố trí nào cho song công phân tần có hỗ trợ cho cả các dịch vụ đối xứng và bất đối mà không làm suy giảm một trong hai hay cả hai dịch vụ. Các hệ thống song công phân chia theo thời gian cũng tạo ra sự suy giảm tương tự khi hỗ các cấu trúc siêu khung đối xứng và bất đối xứng trong cùng một chảo cáp. Hình 2.31 là trường hợp xấu nhất khi một đường dây hỗ trợ truyền dẫn 8:1 có cấu trúc siêu khung 16-Q-2-Q ở gần một đường dây hỗ trợ truyền dẫn đối xứng có cấu trúc siêu khung 9-Q-9-Q. Lưu ý rằng siêu khung 9-Q-9-Q được dịch đi theo thời gian
16 ký hiệu downstream 2 ký hiệu upstream
Q
9 ký hiệu downstream 9 ký hiệu upstream
một chu kì ký hiệu để tối thiểu hoá khoảng chồng lấn giữa các ký hiệu chiều xuống trên đường truyền dẫn 8:1 và ký hiệu chiều lên trên đường dây truyền dẫn đối xứng. Tuy nhiên, vẫn còn 5 ký hiệu bị tác động bởi xuyên nhiễu đầu gần.
Trong khi xuyên kênh đầu gần trong trường hợp song công phân tần chỉ xảy ra trong một phần của phổ tần trong mọi thời gian thì xuyên kênh đầu gần của song công phân chia theo thời gian trải rộng ra trên mọi toàn bộ giải tần nhưng chỉ trong một phần thời gian. Mức độ nghiêm trọng của xuyên kênh đầu gần trong cả hai trường hợp phụ thuộc vào sự khác nhau giữa các tỷ số của đường truyền đem trộn lẫn. Vấn đề chính tạo ra sự không tương hợp giữa các đường dây đối xứng và bất đối xứng không phải là sự yếu kém hiệu quả của hệ thống song công phân tần hay song công phân chia theo thời gian mà vấn đề là đặc tính đối và đối nhiều tốc độ của VDSL.
Cấu trúc siêu khung sử dụng trong song công phân chia theo thời gian cho phép hỗ trợ cả đối xứng với một tầm các tỷ số độ dữ liệu giữa hai chiều chiều xuống và chiều lên khác nhau trong cùng một máy thu phát. Tỷ số tốc độ dữ liệu cần thiết xác định trong hầu hết trường hợp cài đặt bằng phần mềm các giá trị thích hợp của A và B. Hơn nữa, nếu đặc tính nhiễu của hai chiều chiều xuống và chiều lên khác nhau nhiều thì cấu trúc siêu khung có thể được sửa đổi để bù đắp vào sự khác biệt.
Hầu hết các modem song công phân tần đều hỗ trợ các tỷ số tốc độ dữ liệu chiều xuống so với chiều lên khác nhau không bằng song công phân thời. Để hỗ trợ nhiều tỷ số như vậy, các modem song công phân tần phải có khả năng thay đổi giải thông của các kênh chiều xuống và chiều lên vốn thường phải cần đến các bộ lọc tương tự phân chia giải thông nhanh chóng. Sự phức tạp và tiêu tốn năng lượng của các máy thu phát phụ thuộc vào độ phức tạp của các bộ lọc phân chia giải thông và tỷ lệ với cách chọn lựa giải thông mà modem cung cấp. Như
cần phải có các phần cứng có khả năng hỗ trợ các tỷ số tốc độ dữ liệu chiều xuống so với chiều lên khác nhau, hãy xét việc sử dụng VDSL trong các vùng đông dân cư và các thành phố lớn. Trong các cùng này, các đường dây của các thuê bao dân dụng và các thuê bao doanh nghiệp có thể ở chung với nhau trong một chảo cáp. Nhiều nhà khai thác và điều hành đồng ý rằng các khách hàng doanh nghiệp thường yêu cầu dịch vụ đối xứng trong khi các khách hàng dân dụng lại yêu cầu dịch vụ bất đối xứng cho việc truy cập Internet, video on demand…Như đã phân tích ở trên, việc trộn lẫn các dịch vụ đối xứng và bất đối xứng gây ra sự không tương hợp phổ cho việc bố trí tần số của song công phân tần và thời gian của song công phân thời. Vì vậy, hỗ trợ cùng một lúc các dịch vụ đối xứng và bất đối xứng với nhiều tốc độ dữ liệu khác nhau là không thực tế trừ khi có một sự thoả thuận về bố trí các khoảng thời gian/ tần số. Tuy nhiên, hầu hết các khách hàng doanh nghiệp yêu cầu dịch vụ trong những ngày làm việc trong khi các khách hàng dân dụng yêu cầu các dịch vụ vào buổi chiều hoặc các ngày nghỉ. Các modem VDSL có khả năng cung cấp nhiều tỷ số tốc độ dữ liệu chiều xuống so với chiều lên khác nhau cho phép các nhà khai thác và điều hành dịch vụ cung cấp dịch vụ đối xứng vào ban ngày và dịch vụ bất đối xứng vào ban đêm. Băng cách này, các nhà điều hành và khai thác dịch vụ có thể cung cấp tốc độ dịch vụ cần thiết cho cả khách hàng doanh nghiệp cũng như các khách hàng dân dụng có đường day nằm trong cung một chão cáp.
Như đã mô tả ở trên, độ phức tạp của một modem song công phân tần phụ thuộc vào số kiểu bố trí dải tần mà nó hỗ trợ. Modem hỗ trợ mọi tỷ số tốc độ dữ liệu chiều xuống so với chiều lên khác nhau của VDSL trên mọi đường dây sẽ rất phức tạp và giá thành sẽ rất cao, đặc biệt là khi sử dụng nhiều bộ lọc tương tự tách dải thông. Trái lại, các hệ thống song công phân thời có thể cung cấp modem đơn giản hơn cả ở phần xử lí số tín hiệu cũng như phần tương tự. Với các modem song công phân thời dựa trên kĩ thuật DMT thì sự phức tạp giảm nhiều nhờ vào việc dùng chung phần cứng cho cả máy thu và máy phát. Việc sử chung phần cứng có thể thực hiện được là do các chức năng thu phát của một modem DMT đều có nhiều tương đồng: cả hai đều tính toán các phép biến đổi Fourier rời rạc (DFT) thường được thực hiện bằng giải thuật FFT. Vì cơ chế
song công phân thời được sử dụng nên modem có thể thu và phát trên những khoảng thời gian khác nhau. Kết quả là chỉ cần một phần cứng tính DFT cho mỗi modem. FFT này sử dụng trên tất cả các tần số và khoảng thời gian của siêu khung chỉ trừ các khoảng bảo vệ Q. Hơn nữa, phần cứng tương tự cũng được tiết kiệm và modem song công phan thời thu và phát tín hiệu trên cùng một dải tần. Trong một thời điểm thì chiều nào không sử dụng sẽ tắt nguồn đi và như vậy sẽ tiết kiệm điện năng tiêu thụ. Trái lại các modem song công phân tần phải luôn cung cấp nguồn cho cả hai chiều phát và thu.
Cần lưu ý rằng sử dụng song công phân thời với các phương pháp điều chế một sóng mang như CAP hay QAM sẽ không giảm được sự phức tạp thiết bị như đã nêu. Vì các máy phát và thu tín hiệu một sóng mang rất khác nhau nên