Tài liệu Cấp phát bit trong kỹ thuật dmt cho hệ đường dây thuê bao số

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ PHẠM X U Â N Lực CẤP PHÁT BIT TRONG KỸ THUẬT DMT CHO HỆ ĐƯỜNG D Â Y THUÊ BA O s ố Chuyên ngành : K ỹ thuậí vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc Mã số : 02.07.00 LUẬN V Ả N THẠC SỸ NGƯỜI HƯỚNG DÂN KHOA HỌC PGS. TS. NGUYỄN VIẾT KÍNH Hà N ộ i- N ă m 2003 Luận văn thọc sỹ 1 cấ p phát bit trong kỹ thuật DMT MỤC LỤC BẢNG K Ỷ H IỆ U CÁC C H Ữ VIẾT TẮT............................................................. 3 M Ở Đ À U ...................................................................................................................7 Chương 1: TÔNG QUAN VÈ CÔNG N G H Ệ TRU YỀN D ẪN TRÊN ĐƯỜNG D Â Y ...................................................................................... 9 1.1 Công nghệ truyền dẫn bằng modem băng tần thoại......................9 1.2 Công nghệ truyền dẫn đường dây thuê bao s ố ..............................12 1.3 Các loại đường dây thuê bao số........................................................ 14 1.3.1 Các thể hệ trước của đường dây thuê bao số.................................. 15 1.3.2 Mạng sổ đa dịch vụ tích hợp tổc độ cơ bản.................................... 16 1.3.2.1 Nguồn gốc của ISDN tốc độ cơ bản................... ......................16 1.3.2.2 Khả năng và ứng dụng của ISDN tốc độcơ b ả n ...................... 17 1.3.2.3 Truyền dẫn ISDN tốc độ cơ b ản ................................................17 1.3.2.4 ISDN tốc độ cơ bản mở rộng tầm phục v ụ ...............................18 1.3.2.5 DAML, chuyển đổi kênh B / kênh thoạitương tự.................... 19 1.3.2.6 IDSL.................................................................. .......................... 20 1.3.3 Đường dây thuê bao sổ tốc độ c a o ................................................. 20 1.3.3.1 Nguồn gốc của HDSL................................................................ 20 1.3.3.2 Khả năng và ứng dụng của HDSL............................................ 22 1.3.3.3 Truyền dẫn HDSL.......................................................................24 1.3.3.4 HDSL thế hệ thứ h ai.................................................................. 26 1.3.4 Đường dây thuê bao số bẩt đối xứng...............................................27 1.3.4.1 Mô hình tham chiếu và định nghĩa của A D SL.........................27 1.3.4.2 Nguồn gốc của ADSL................................................................ 28 1.3.4.3 Khả năng và ứng dụng của ADSL............................................29 1.3.4.4 Truyền dẫn ADSL.......................................................................30 1.3.4.5 Tương lai của ADSL.................................................................. 33 1.3.5 Đường dây thuê bao số tốc độ cực cao........................................... 37 1.3.5.1 Mô hình tham chiếu và định nghĩa của V D SL........................ 37 1.3.5.2 Nguồn gốc của VDSL................................................................ 38 1.3.5.3 Khả năng và ứng dụng của VDSL............................................38 Phạm Xuân Lực Cao Học K7Đ 2000 - 2002 Luận văn thạc s ỹ 2 cấ p phát bit trong kỹ thuật DMT Chương 2: H Ệ THÔNG TRU YỀN D ẪN ĐA K Ê N H VÀ D M T .................... 39 2.1 Mô hình hệ thống truyền dẫn đa kênh............................................39 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.2 Truyền dẫn đa kênh......................................................................... 39 Phân chia kênhtruyền thông............................................................ 41 Điều chế vectơ..................................................................................43 Điều chế DM T......................................................................................46 Chương 3: CÁC THU ẬT TOÁN CẮP PH ÁT B IT ..........................................50 3.1 Tham số hệ thống truyền dẫn............................................................50 3.1.1 Dự phòng thiết kế hệ thống............................................................. 50 3.1.2 Dung năng kênh nhiễu Gauss, trắng, cộng tính.............................. 51 3.1.3 Dung năng đa kênh........................................................................... 52 3.2 Các thuật toán cấp phát b it...............................................................53 3.2.1 Khái niệm về cấp phát bit cho kênhtruyền thông...........................53 3.2.2 Thuật toán đổ nước........................................................................... 56 3.2.2.1 Thuật toán đổ nước thích nghi tốc độ truyền dữ liệu(RA) ...56 3.2.2.2 Thuật toán đổ nước thích nghi dự phòng (M A )......................58 3.2.3 Các thuật toán của Chow................................................................. 59 3.2.4 Các thuật toán G reedy......................................................................61 3.2.4.1 Hiệu suất của dung năng............................................................ 61 3.2.4.2 Thuật toán hiệu suất (EF) của Campello................................. 62 3.2.4.3 Thuật toán E-Tightness (ET) của Campello............................ 63 3.2.4.4 Thuật toán đối ngẫu B-Tightness (BT) của Campello............ 63 3.2.5 Tráo đổi b it.......................................................................................65 Cltương 4: K Ê T QUẢ M Ô PH Ỏ N G ................................................................ 67 K Ê T L U Ặ N ............................................................................................................. 74 TÀI LIỆ U TH AM KHẢO.....................................................................................76 PHỤ LỤ C............................................................................................................... 78 Phạm Xuân Lực Cao Học K7Đ 2000 - 2002 Luận vởn thạc sỹ 3 cố p phải bit trong kỹ Ihuậl D híĩ BÀNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIÉT TẤT Kỷ hiệu Tiếng A nh Tiếng Việt 2B1Q 2 Binary, 1 Quaternary Hai bit nhị phân được mã hóa bằng bổn mức biên độ 4B3T 4 Binary, 3 Ternary Mã đường băng gốc, mã hóa 4 bit thành một nhóm 3 kỷ hiệu tam phân (+, 0, -) ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số bất đối xứng AMI Alternate Mark Inversion Mã đảo dấu luân phiên ANSI American National Standards Institute Viện tiêu chuẩn quốc gia của My ATM Asynchronous Transfer Mode Chể độ truyền dẫn không đồng bộ ATU-C ADSL Transmission Unit at the Central Office Đơn vị truyền dẫn ADSL phía tổng đài trung tâm ATƯ-R ADSL Transmission Unit at the Remote Side Đom vị truyền dẫn ADSL phía khách hàng AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu phân bố Gauss, trắng, cộng tính BRI Basic Rate ISDN ISDN tốc độ cơ bản BRITE BRI transmission extension Mờ rộng truyền dẫn ISDN tốc độ cơ bản BT B-Tightness Thuật toán phân bổ bit chặt của Campello CAP Carrierless Amplitude/Phase Modulation Điều chế biên độ / pha không có sóng mang CDSL Consumer DSL DSL khách hàng Phạm Xuân Lực Cao Học K7Đ 2000 - 2002 Luận văn thạc sỹ 4 Cấp phát bit trong kỹ thuật DMT CCITT Consultative Committee on International Telegraph and Telephone ủ y ban tư vấn về điện thoại và điện báo quốc tế CO Central Office Tổng đài trung tâm CODEC Voice Coder / Decoder Bộ mã hóa và giải mã thoại DAML Digital Added Main Line Đường dây có thêm sổ DC Direct Current Dòng điện một chiều DDS Digital Data Service Dịch vụ dữ liệu số DFT Discrete Fourier Transform Phép biến đổi Fourier rời rạc DLC Digital Loop Carrier Hệ thống mạch vòng số DMT Discrete Multitone Đa âm rời rạc DWMT Discrete Wavelet Multitone Đa âm dùng sóng con rời rạc ECH Echo-Canceled Hybrid Lai, khử tiếng vọng EF Efficiency Thuật toán hiệu suất của Campello eoc Embedded Operations Channel Kênh hoạt động theo kiểu nhúng ET E-Tightness Thuật toán năng lượng chặt của Campello ETSI European Telecommunications Standards Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu FDM Frequency Division Multiplexing Hợp kênh phân chia theo tần số FEC Forward Error Control Kiểm lỗi hướng thuận FEQ Frequency Equalizer Bộ làm bằng miền tần số Phạm Xuân Lực Cao Học K7Đ 2000 - 2002 /ã J Q Luận văn thạc sỹ 5 c ấ p phát bit trong kỹ thuật DMĨ' FFT Fast Fourier Transform Phép biến đổi fourier nhanh FSK Frequency Shift Keying Khóa dịch tần FSN Full-service Network Mạng dịch vụ các loại G.DMT The full-rate Recommendation Khuyến nạhị toàn tốc G.992.1 G992.1 của ITƯ ve ADSL HDSL High-bit-rate Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số tốc độ cao HDSL2 Second-generation High-bitrate Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao sổ tốc độ cao thế hệ thứ 2 HDTV High-definition Television Truyền hình phân giải cao HPF High-pass Filter Mạch lọc thông cao IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Phép biến đổi ngược của phép biến đổi Fourier rời rạc IDSL ISDN Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao sổ ISDN IFFT Inverse Fast Fourier Transform Phép biến đổi ngược của phép biến đổi Fourier nhanh ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số đa dịch vụ tích hợp ISI InterSymbol Interference Nhiễu giữa các kỷ hiệu ITƯ International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế LPF Low-pass Filter Mạch lọc thông thấp LT Line Termination Đầu cuổi đường dây MA Margin-Adaptive Thích nghi dự phòng MIB Management Information Base Cơ sở thông tin quản lý Phạm Xuân Lực Cao Học K7Đ 2000 - 2002 Luận văn lhạc sỹ Cấp phát bit trong kỹ thuật DMT NID Network Interface Device Thiết bị giao diện mạng NT Network Termination Đầu cuối mạng ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang PCM Pulse Code Modulation Điều chế mã xung POTS Plain Old Telephone Service Dịch vụ thoại truyền thống PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha PSTN Public Switched Telephone Network Mạng thoại chuyển mạch công cộng QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương RA Rate-Adaptive Thích nghi tốc độ RADSL Rate-Adaptive DSL Đườnẹ dây thuê bao số thích nghi toc độ SDSL Symmetric DSL (Single-pair DSL) Đường dây thuê bao sổ đổi xứng (hay DSL một cặp dây) SNR Signal to Noise Ratio Tỷ sổ công suất tín hiệu trên nhiễu TCM - Trellis Coded Modulation Điều chế mã lưới - Time Compression Multiplexing Hợp kênh nén thời gian UADSL Universal ADSL ADSL toàn cầu UAWG Universal ADSL Work Group Nhóm làm việc ADSL toàn cầu VDSL Very high bit rate Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số tốc độ cực cao xDSL x-type Digital Subscriber Line Các kiểu đường dây thuê bao số Phạm Xuân Lực Cao Học K7Đ 2000 - 2002 Luận văn thạc sỹ _____ 7 cấ p phát bit trong kỹ thuật DMT MỞĐẢU Công nghệ đường dây thuê bao số DSL cho phép truyền thông tin số với tốc độ cao trên các đường dây thuê bao điện thoại thông thường. Các đường dây điện thoại, đã có từ thời Alexander Graham Bell phát minh ra điện thoại vào năm 1875, bây giờ có khả năng truyền dữ liệu với tốc độ hàng triệu bit trong một giây. Điều này được thực hiện thông qua các công nghệ truyền dẫn số phức tạp, các công nghệ này sẽ bù cho những mất mát, suy hao thông thường của đường điện thoại. Các công nghệ truyền dẫn số sử dụng các thuật toán phức tạp, hiện nay đã được áp dụng trong thực tế, nhờ vào sự phát triển khả năng xử lý mạnh mẽ cùa các bộ xử lý tín hiệu sổ dựa trên các mạch điện tử tích hợp mức độ cao. DSL sử dụng công nghệ truyền dẫn đa kênh, chia toàn bộ dải thông truyền dẫn thành các kênh truyền con độc lập nhau. Các kênh truyền con này được cấp phát số lượng bit thích hợp tùy theo tiêu chí cung cấp dịch vụ, là thích nghi tốc độ truyền (RA) hay thích nghi dự phòng (MA), và giá trị SNR của từng kênh con. Luận văn này đề cập tới vấn đề cấp phát bit cho các kênh truyền con theo hai tiêu chí cung cấp dịch vụ là thích nghi tốc độ truyền và thích nghi dự phòng. Những thuật toán thực hiện việc cấp phát bit được trình bày và mô phỏng bao gồm thuật toán đổ nước, thuật toán của Chow và thuật toán của Campello. Nội dung trình bày trong luận văn như sau: ■ Chương 1: Trình bày tổng quan về các công nghệ truyền dẫn trên đường dây bao gồm công nghệ truyền đẫn dùng modem băng tần thoại, công nghệ truyền dẫn đường dây thuê bao số. Giới thiệu các loại DSL hiện đang sử dụng trong truyền thông. Phạm Xuân Lực Cao Học K7Đ 2000 - 2002 ^Luận văn thạc sỹ 8 c ấ p phát bit trong kỹ thuật DMT ■ Chưomg 2: Trình bày về hệ thống truyền dẫn đa kênh bao gồm nguyên lý, cơ sở phân chia kênh truyền thông. Giới thiệu về kỹ thuật điều chế vectơ và đặc biệt là kỹ thuật DMT. ■ Chương 3: Trình bày về các thuật toán cấp phát bit cho các kênh truyền con của hệ thống truyền thông đa kênh theo các tiêu chí hệ thống là RA và MA. Các thuật toán đó là thuật toán đổ nước, thuật toán của Chow và thuật toán của Campello. ■ Chương 4: Trình bày kết quả mô phỏng hệ thống truyền thông đa kênh dùng kỹ thuật DMT, theo các thuật toán đã trình bày trong chương 3. ■ Kết luận: Tóm tắt kết quả đạt được của luận văn và đề xuất hướng nghiên cứu trong thời gian tới. ■ Phụ lục: Giới thiệu chương trình nguồn mô phỏng hệ thống truyền thông đa kênh dùng kỹ thuật DMT, được viết bằng Matlab 6.0. Trong thời gian thực hiện luận văn này, tôi đã được sự hồ trợ, khuyến khích và động viên của rất nhiều người, đó là gia đỉnh tôi, các thày cô, bạn học và đồng nghiệp. Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết om sâu sắc đối với thầy PGS. TS. Nguyễn Viết Kính, người đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành bản luận văn này. Thầy cũng là người có nhiều ý kiến chân thành và quý báu trong quá trình tiếp cận và giải quyết vẩn đề. Gia đình tôi, bố mẹ và các anh chị, đã luôn khuyến khích, động viên và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành tốt khóa học và luận văn này. Tôi xin dành tặng luận văn này cho gia đình thân yêu của tôi. Nhân đây, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn các thầy cô tại Khoa Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội, những người đã trang bị cho tôi kiến thức trong suốt bốn năm học Đại học và hai năm học Cao học. Và tôi cũng xin gửi lời cảm om tới các bạn học và đồng nghiệp, đã khuyến khích, động viên và giúp đỡ tôi rất nhiều để tôi cỏ thể hoàn thành tốt công việc. Phạm Xuân Lực Cao Học K7Đ 2000 - 2002 Í^ A Luận văn (hạc sỹ Cấp phát bit trong kỹ thuật DMT Chương 1: TỔNG QUAN VÈ CÔNG NGHỆ TRUYÈN DẢN TRÊN ĐƯỜNG DÂY 1.1 Công nghệ truyền dẫn bằng modem bảng tần thoại Các modem băng tần thoại được giới thiệu vào cuối những năm 1950 với chức năng gửi dữ liệu qua mạng điện thoại công cộng, xem hình l . I . Dữ liệu truyền qua mạng điện thoại công cộng phải được điều chế do mạng điện thoại PSTN chỉ truyền các tín hiệu nằm trong dải tần số từ 200 Hz đến 3400 Hz. Dữ liệu chưa điều chế đòi hỏi các tần số truyền dẫn gần 0 Hz. Modem biến đổi các đặc tính tân sô của dữ liệu vào tín hiệu tiêng nói để có thể truyền qua được PSTN. Vì the, dữ liệu điều chế sẽ xuất hiện dưới dạng một cuộc gọi thoại thông thường đối với PSTN [15,4,17]. CO Người dùng A CO Phạm vi của đường truyền dẫn modem bảng tẳn thoại Người đùng B Hình 1.1: Mô hình tham chiếu modem băng tần thoại Một trong những modem đầu tiên, modem AT&T Bell 103, thực hiện truyền dẫn song công, không đồng bộ, tốc độ 300 b/s, sử dụng điều chế FSK. Modem CCITT V.21 tương tự nhưng không tương thích với modem Bell 103. Vài năm sau đó, các modem Bell 202 ra đời, tăng tổc độ truyền dữ liệu lên 1200 b/s, sử dụng truyền dẫn FSK bán song công. Vào cuối năm 1973, giới thiệu modem VA3400, modem 1200 b/s song công đầu tiên, sử dụng điều chế PSK. Vài năm sau, modem Bell 212 và sau đó là CCITT V.22 cho phép truyền dẫn song công tốc độ 1200 b/s, sử dụng điều ché PSK. Vào năm 1981, modem V.2-2 bis cho phép truyền song công tốc độ 2400 b/s. V.32 giới thiệu mã lưới và thực hiện một bước tiến táo bạo về truyền dẫn thông tin có triệt Phạm Xuân Lực Cao Học K7Đ 2000 - 2002 . Luận văn thạc sỹ ___ 10 cấ p p hát bit trong kỹ thuật DMT tiếng vọng trong cả hai hướng, sử dụng trong cùng dải tần số. Các modem thể hệ trước V.32 sử dụng hai băng tần khác nhau cho hướng xuống và hướng lên (thực hiện phân kênh theo tần sổ - FDM). V.32 cho phép truyền dẫn song công tôc độ 9600 b/s. Chuẩn V.34 tiếp theo, nhờ sử dụng các kỹ thuật tối ưu băng thông, sắp xếp chòm sao và tiền mã hóa phụ thuộc kênh truyền, cho phép truyền song công tốc độ lên tới 28,8 Kb/s. Vào năm 1995, các modem tốc độ 33,6 Kb/s đã xuất hiện trên thị trường. Các modem V.34 tận dụng được băng thông tới 3,6 KHz, nhiêu hơn băng tần sử dụng trong điện thoại truyền thống (băng thông 3,4 KHz) một ít. Tuy nhiên, modem V.34 có thể dùng ít băng thông hơn nhờ giảm tốc độ truyền dữ liệu xuống. Bằng việc truyền tốc độ 33,6 Kb/s trên băng thông 3,6 KHz, các modem V.34 đạt hiệu suất phổ gần 10 b/s đối với mỗi Hz, một kỳ công hiếm cỏ, tiệm cận tới giới hạn lý thuyết của truyền dẫn dữ liệu băng tần thoại. Vào cuối năm 1996, các modem PCM tôc độ 56 Kb/s xuất hiện, những modem này được chuẩn hóa trong khuyến nghị ITU V.90 vào năm 1998. Các modem PCM (sử dụng điều chế mã xung) là bất đổi xứng khi hồ trợ tốc độ lên tới 56 Kb/s cho hướng xuống (truyền tin về phía khách hàng) và tốc độ lên tới 33,6 Kb/s cho hướng lên (truyền tin từ khách hàng). Trong thực tế, hiếm khi các modem PCM đạt được tốc độ truyền dẫn trên 50 Kb/s do giới hạn về công suất truyền, các chuyển đổi trung gian và suy hao đường gây ra do các cuộn tải. Kiến trúc mạng modem PCM dựa trên cơ sở mạng PSTN của các thế hệ modem băng tần thoại trước đó. Modem PCM kết nổi qua mạng PSTN như một cuộc gọi của dịch vụ thoại truyền thống PSTN POTS, về mặt kiến trúc, modem PCM nằm giữa DSL và các modem băng tần thoại truyền thống. Modem PCM tận dụng tới 4 KHz băng thông. Hạn chế căn bản của các modem băng tần thoại chính là ở các bộ mã hóa / giải mã hóa tiếng nói (CODEC) được đặt tại các chuyển mạch thoại nội hạt Phạm Xuân Lực Cao Học K7Đ 2000 - 2002 ^si(—^ Luận văn thạc sỹ 11 cấ p phát bit trong kỹ thuật DMT hoặc đầu cuối DLC. Bộ CODEC chuyển các tín hiệu tương tự trên đường điện thoại sang dạng biểu diễn số tốc độ 64 Kb/s, sử dụng điều chế mã xung. Tín hiệu của các modem băng tần thoại truyền trong cuộc gọi thoại PSTN không được vượt quá tốc độ bit 64 Kb/s. Trong khuyến nghị ITU V.70 và V.61, các modem băng tần thoại có thể hỗ trợ đồng thời dữ liệu và thoại đã số hóa trên một cuộc gọi PSTN. V.70, sử dụng điều chế V.34 và mã hóa tiếng nói trong phụ chương G.729 A, có thể truyền đồng thời tiếng nói mã hóa tốc độ 8 Kb/s và dữ liệu tốc độ 20 Kb/s sử dụng chỉ một cuộc gọi PSTN. Nhờ phụ chương G.729 A cung cấp khả năng phát hiện các khoảng lặng nên có thể truyền tốc độ dữ liệu cao hơn trong các khoảng lặng. Các kỹ thuật nén dữ liệu, được xác định rõ trong khuyến nghị V.42, có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu hiệu dụng cao hơn hai lần tốc độ modem được nêu ờ trên. Tuy nhiên, dữ liệu có độ ngẫu nhiên cao (ví dụ trong các file nhị phân hoặc video số hóa) làm mất đi phần nào lợi ích đem lại của việc nén dữ liệu. Việc nén dữ liệu cũng có thể áp dụng cho DSL và được thực hiện trên thông tin đã sổ hóa, trước khi đưa tới bộ truyền nhận DSL. Do việc nén dữ liệu, ảnh hưởng của lỗi bit truyền dẫn có thể tăng thêm nhiều. Ưu điểm nổi bật của các modem chính là sự phổ biến khắp nơi của chúng. Một modem có thể nổi tới bất cứ đường điện thoại nào và ngay lập tức gọi được cho bất cứ modem nào khác trong hàng triệu modem đang được gắn với đường điện thoại trên thế giới. Các modem có giá thấp hơn và dễ dàng cài đặt hơn so với các thiết bị DSL. Tuy nhiên, nhu cầu về tốc độ truyền dữ liệu của các ứng dụng đã vượt quá khả năng đáp ứng được của các modem băng tần thoại. Một hạn chế khác của các modem là các cuộc gọi sẽ bị chặn khi tổng đài nội hạt quá tải, không có khả năng kết nối tới nhiều điểm đồng thời và tỷ lệ lỗi bit cao. Những hạn chế này đã được khắc phục trong DSL. Phạm Xuân Lục Cao Học K7Đ 2000 - 2002 12 Luận văn thạc sỹ c ấ p phát hit trong kỹ thuật DMT 1.2 Công nghệ truyền dẫn đường dây thuê bao số Thuật ngữ DSL đề cập tới tất cả các kiểu công nghệ đường dây thuê bao số, bao gồm ADSL, HDSL, ISDN tốc độ cơ bản, VDSL và IDSL. Thuật ngữ xDSL cũng được sử dụng trong ngành công nghệ khi đề cập tới các kiểu DSL. Công nghệ DSL đã đưa vào một sự thay đổi mói mẻ vào lợi ích của các đường dây điện thoại. Các đường dây điện thoại, ban đầu đã được xây dựng chỉ để mang một tín hiệu thoại đơn với một kênh băng thông 3,4 KHz, bây giờ có thể truyền gàn 100 tín hiệu thoại đã nén, hoặc tín hiệu video cỏ chất lượng tương đương như truyền hình. Việc truyền dẫn tín hiệu sổ tốc độ cao trên đường dây điện thoại đòi hỏi khả năng xử lý tín hiệu tiên tiến để khắc phục được mẩt mát khi truyền dẫn gây ra do suy hao tín hiệu, nhiễu xuyên âm từ tín hiệu hiện có trên dây khác trong cùng một cáp, phản xạ tín hiệu, can nhiễu tần sổ vô tuyến và nhiễu xung. Cơ sở hạ tầng dùng cặp dây xoắn được nối tới mọi nhà và mọi địa điểm trên toàn thế giới, nhưng DSL cũng có những hạn chế. Khoảng 15% các đường dây điện thoại trên toàn thế giới sẽ phải thay thế để có thể cho phép vận hành DSL tốc độ cao [15]. A I Phạm vi của DSL "A" Vĩ__ W - * Người dung A L __________ Phạm vi của DSL "B" Ngưòi đùng B Hình 1.2 : Mô hình tham chiểu DSL Điểm khác nhau căn bản giữa các modem băng tần thoại và DSL đó là các modem băng tần thoại vận hành qua một kết nối giữa hai đâu cuôi của PSTN, trong khi đó, DSL vận hành qua mạch vòng nội hạt, xem hình 1.1 và hình 1.2. Phạm Xuân Lực Cao Học K7Đ 2000 - 2002 ^slí-^ Luận văn thạc sỹ 13 cấp phái bit trong kỹ thuật DMT Đường truyền dẫn của modem băng tần thoại cỏ thể bao gồm mạch vòng nội hạt dùng cho người dùng A, tổng đài nội hạt, một đường trung kế có thể kéo dài tới hàng nghỉn kilômét, một tổng đài nội hạt khác - phục vụ cho khách hàng khác, và cuối cùng là mạch vòng nội hạt dùng cho người dùng B. Trái lại, đường truyền dẫn DSL chỉ bao gồm mạch vòng nội hạt từ vị trí người dùng đến tổng đài nội hạt gần nhất. Một khác biệt quan trọng nữa giữa modem băng tần thoại và DSL đó là DSL giữ thông tin trong miền số tại mọi vị trí trên đường truyền từ một đàu cuối của người dùng đến một đầu cuối của người dùng khác. Trái lại, modem băng tần thoại gửi thông tin qua mạng PSTN dưới dạng biểu diễn tương tự cho các thông tin số của người dùng. Với DSL tín hiệu được phát lại dưới dạng số tại mỗi bước xuyên qua mạng công cộng, nhờ đó, những hư hỏng tương tự không bị tích lũy sau mồi bước. Mặc dù, thông tin truyền qua mạng bao gồm nhiều phần tử, việc truyền dẫn DSL chỉ càn xác định phần mạch vòng nội hạt. Đường trung kế kết nổi trực tiếp giữa các tổng đài hoặc kết nối thông qua các tổng đài chuyển tiếp trung gian. Các đường trung kế thường là các hệ thống truyền dẫn cáp quang sổ tốc độ cao, phục vụ truyền thông tin từ nhiều khách hàng. Đối với những khách hàng phục vụ qua hệ thống DLC, hoặc các hệ thống đầu cuối từ xa khác, DSL mở rộng từ vị trí của khách hàng tới vị trí của DLC. DLC và các thể hệ DLC tiếp theo được sử dụng để phục vụ những khách hàng ở quá xa để có thể cung cấp dịch vụ một cách kinh tế thông qua mạch vòng dùng cáp đồng kết nối trực tiếp vào tổng đài nội hạt. Các hệ thông DLC ghép kênh từ 20 tới 2000 khách hàng vào một đường trung kế tới tổng đài trung tâm. Thông thường, các trung kế DLC dùng cáp quang, trong một vài trường hợp các hệ thống DLC nhỏ sẽ sử dụng HDSL hoặc đường T I . Phạm Xuân Lực Cao Học K7Đ 2000 - 2002 Luận văn thạc sỹ 14 cẩ p phát bit trong kỹ thuật DMT DSL bao gồm một đường cáp đồng trực tiếp từ vị trí khách hàng tới vị trí của thiết bị mạng chủ động gần nhất. Có một ngoại lệ là các bộ lặp trung gian, thiết bị này nhàm mở rộng khoảng cách phục vụ của DSL nhờ đặt vào chính giữa mạch vòng nội hạt một bộ phát lặp. Bộ phát lặp DSL được cấp nguồn từ bộ nguồn một chiều của tổng đài trung tâm trên cùng cáp đồng đã dùng để truyền dữ liệu. Các bộ lặp DSL trung gian thường được đặt trong hộp thiết bị không thấm nước, mỗi hộp này chứa từ 4 tới 20 bộ lặp. Giá thành của các bộ lặp DSL khá nhỏ khi so với giá của các hộp thiết bị và nhân công để kết nối. Modem băng tần thoại được thiết kể để vận hành được trên những hạn chế kết hợp của mạch vòng nội hạt tại cả hai đầu cuối mạng và của tổng đài nội hạt. Tổng đài nội hạt thường chứa các bộ mã hóa / giải mã PCM, thiết bị này chuyển đổi các tín hiệu tương tự trên mạch vòng nội hạt thành tín hiệu số tốc độ 64 Kb/s (gọi là DSO) để chuyển qua các đường trung kế. Đường truyền dẫn này được định rõ để cung cấp dải tần sổ từ 200 Hz tới 3,4 KHz. DSL được thiết kế để chi hoạt động trên những hạn chế của chỉ một mạch vòng nội hạt. Các mạch vòng thuê bao tiêu biểu có băng tần vài trăm KHz. Vì thế, hiệu năng tiềm tàng của DSL có thể vượt các modem gấp 100 lần hoặc hơn nữa. Tuy nhiên, các modem vẫn có một ưu điểm quan trọng là các thiết bị này có thể vận hành trên bất cứ một kết nối điện thoại nào tới bất cứ đâu trên thế giới. Ngoài ra, DSL cũng vay mượn rất nhiều các công nghệ truyền dẫn đã được ứng dụng cho modem băng tần thoại. 1.3 Các loại đường dây thuê bao số Khi năng lực xử lý của các bộ xử lý tín hiệu số tăng lên thì tổc độ bit cùa DSL cũng tăng theo. Công nghệ DSL ban đầu có tốc độ 144 Kb/s của ISDN tốc độ cơ bản, sau đó tăng lên 1,5 Mb/s và 2 Mb/s của phiên bản HDSL, rôi đến 7 Mb/s của ADSL và bây giờ là 52 Mb/s đổi với VDSL [15,4,17]. Phạm Xuân Lực Cao Học K7Đ 2000 - 2002 Luận văn thọc sỹ 1.3.1 15 cấp phát bit trong kỹ thuật DMT Các thế hệ trước của đường dây thuê bao sổ Có thể coi các đường trung kế T l, E1 và DDS là các DSL đầu tiên. Mặc đù, các hệ thống truyền dẫn dùng TI (có tốc độ l,544Mb/s, dùng mã AMI, chi được sử dụng ờ Bắc Mỹ) và El (có tốc độ 2,048 Mb/s, dùng mã HDB3) ban đầu được dùng làm đường trung kế giữa các tổng đài trung tâm, nhung sau đó chúng đã cho thấy ích lợi khi dùng làm các đường kết nối tốc độ cao từ tổng đài trung tâm đến các vị trí của khách hàng. TI được AT&T sử dụng lần đầu tiên vào năm 1962. Ngày nay, các đường trung kế kết nối giữa các tổng đài trung tâm hoàn toàn dựa trên cáp quang và viba. Các đường T l/E l hiện nay không còn được sử dụng đúng như chức năng ban đầu cùa chúng. Mặc dù vẫn được sử dụng làm các đường thuê bao nhưng chúng có những hạn chế. Chúng có giá thành đắt và mất nhiều thời gian để cài đặt và thường được tách riêng thành nhóm các bó dây khác biệt so với các hệ thống truyền dẫn khác. Nhằm làm giảm xuyên âm đầu gần giữa hai hướng truyền, người ta sử dụng một bó cáp chỉ mang các cặp cáp TI đi ra và một bó cáp khác chỉ mang các cặp cáp TI đi vào. Các đường TI được thiết kể với suy hao đường tối đa là 15 dB với chiều dài cáp từ 600 đến 1000 mét tại tần số 772 KHz trên cung đoạn từ tổng đài trung tâm đến bộ lặp đàu tiên, trên cung đoạn giữa các bộ lặp có suy hao tối đa tới 36 dB (khoảng cách từ 1000 đến 2000 mét), còn trên cung đoạn từ bộ lặp cuối cùng tới thiết bị của khách hàng thì suy hao tối đa là 22,5 dB. Trên đường TI đòi hỏi phải không có các đầu nổi và cuộn tải. Với các khoảng cách xa, người ta sử dụng các bộ lặp. Mã đường AMI, được sử dụng cho truyền dẫn trên các đường T l, rất đơn giản khi thực hiện nhung không còn hiệu quả với các chuẩn ngày nay. AMI gửi một bit trên một ký hiệu. Việc truyền dẫn trên đường TI sử dụng công suất tín hiệu truyền cao, mà điều này dẫn đến mức xuyên âm cao trong dải tần số 100 KHz đến 2 MHz. Các đường DSL khác có sử dụng cùng dải Phạm Xuân Lực Cao Học K7Đ 2000 - 2002 L U Luận văn thạc sỹ 16 cấ p phát bit trong kỹ thuật DMT tần số có thể bị ảnh hường nếu được đặt cùng một bó cáp với đường T l. Trong một số trường hợp đặc biệt, xuyên âm gây ra do đường TI có thể ảnh hường đển cả các đường dây đặt trong bó cáp khác. 1.3.2 Mạng số đa dịch vụ tích hợp tốc độ cơ bản 1.3.2.ỉ Nguồn gốc của ISDN tốc độ cơ bản Chúng ta xem ISDN tốc độ cơ bản là thành viên đầu tiên trong gia đình DSL [15] . ISDN đã được hình thành bắt đầu từ năm 1976 và đã được định hình rõ ràng trong các Khuyến nghị cùa tổ chức CCITT (nay được gọi là ITU). Tham vọng của những người phát triển là mong đợi ISDN sẽ trở thành một mạng đồng nhất trên toàn thế giới phục vụ cho cả truyền thông dữ liệu và điện thoại. Sự phát triển trong truyền dẫn ISDN bao gồm chuyển mạch, báo hiệu và hệ thống vận hành. Nồ lực để phát triển ISDN đã trải qua hàng thập kỷ với sự đóng góp công sức của hàng nghìn người đến từ hàng trăm công ty khác nhau tại hơn 20 quốc gia trên toàn thế giới. ISDN đã tập trung vào phục vụ các dịch vụ thoại và dịch vụ dữ liệu dùng chuyển mạch gói tốc độ thấp. Và chính sự tập trung vào các dịch vụ này lại là điểm yếu chính cùa ISDN. Các mạng ISDN khó phù hợp cho dịch vụ chuyển mạch gói tốc độ cao và các phiên hoạt động có thời gian dài, đặc tính khi truy nhập internet. Tuy nhiên, cũng có hàng triệu khách hàng hài lòng về ISDN. Dịch vụ ISDN được thử nghiệm đầu tiên vào năm 1985. Dịch vụ ISDN đầu tiên được cung cấp tại Bắc Mỹ là cùa AT&T - Illinois Bell (bây giờ được gọi là Ameritech) tại Oakbrock, bang Illinois vào năm 1986. Các hệ thống thử nghiệm đầu tiên sử dụng giao diện tốc độ cơ bản (BRI) ứng dụng công nghệ truyền dẫn TCM (ping-pong) hoặc dùng mã đảo dấu luân phiên. Mặc dù, các hệ thống này rất đơn giản khi thực hiện, nhưng truyền dẫn 2B1Q đã được chọn là chuẩn công nghệ truyền dẫn cho gần như toàn bộ thế giới. Chỉ có Liên Phạm Xuân Lực Cao Học K7Đ 2000 - 2002 f í > \ Luận văn thạc sỹ 17____ Cấp phát bit trong kỹ thuật DMT bang Đức và Ảo là sử dụng truyền dẫn 4B3T và Nhật Bản sử dụng phương pháp truyền dẫn AMI ping-pong. Khoảng cách tối đa của các mạch vòng trong các hệ thống sử dụng truyền dẫn 2B1Q và 4B3T lớn hơn so với các hệ thống theo các chuẩn ra đời trước. 1.3.2.2 Khả năng và ứng dụng của ISDN tốc độ cơ bản Các đường BRI có thể truyền thông tin số đối xứng với tốc độ 160 Kb/s trên các mạch vòng có khoảng cách tối đa lên tới 5,5 km hoặc suy hao tối đa là 42 dB tại tần số 40 KHz. Các đường BRI gồm hai kênh B tốc độ 64 Kb/s, một kênh D tốc độ 16 Kb/s và 16 Kb/s dùng để truyền thông tin định khung và điều khiển đường. Các kênh B có thể được chuyển mạch kênh hoặc chuyển mạch gói. Kênh D mang thông tin báo hiệu và các gói dữ liệu người dùng. Một kênh hoạt động theo kiểu nhúng (eoc) và các bit chỉ báo được chứa trong 8 Kb/s mào đầu. Kênh eoc chuyển các bản tin phục vụ cho chuẩn đoán đường truyền và các bộ thu phát. Các bit chỉ báo nhận biết các lỗi khối dữ liệu, thực hiện đo hiệu năng truyền dẫn. 1.3.2.3 Truyền dẫn ISDN tốc độ cơ bản BRI điều chế dữ liệu sử dụng một xung bốn mức để đại diện cho hai bit nhị phân, vì thế được gọi là 2B1Q. Dữ liệu được gửi theo cả hai hướng đồng thời bằng cách sử dụng truyền dẫn lai có khử tiếng vọng (ECH). Kỹ thuật truyền dẫn băng gốc 2B1T đơn giản gửi dữ liệu với tốc độ 160 Kb/s sử dụng băng thông rộng 80 KHz, hiệu suất phổ là 2 b/s đối với mỗi Hz. Việc làm bằng thích nghi sẽ tự động bổ sung cho suy hao xảy ra trên cả dải truyền dẫn. BRI có thể làm việc trên các mạch có các đầu nối, cho phép suy hao tổng cộng thấp hơn 42 dB ở tần số 40 KHz. Các mạch vòng phải không có tải. Phạm Xuân Lực Cao Học K7Đ 2000 - 2002 Luận văn thọc sỹ 1.3.2.4 18 c ấ p phát bit trong kỹ thuật DMĨ' ISDN tốc độ cơ bản mở rộng tầm phục vụ Các mạch vòng có thể đạt khoảng cách tới 5,5 km từ tổng đài trung tâm, nhờ sử dụng các phương pháp thay thế: BRITE, bộ lặp trung gian và BRI mờ rộng. > BRITE Mờ rộng truyền dẫn ISDN tốc độ cơ bản (BRITE) sử dụng nhiều nhánh kênh số và các bộ DLC là phương tiện để mở rộng ISDN đến các khu vực được phục vụ bằng những nhánh kênh số trên. Các đơn vị kênh ISDN đặc biệt sử dụng ba đường DSO trong nhánh kênh để truyền BRI. Do các đơn vị kênh bổ sung thêm đã làm cho cấu hỉnh BRITE có giá thành đường kênh tương đối cao. Tuy nhiên, khi sử dụng thiết bị SLC hoặc nhánh kênh có sẵn, thì giá thành để triển khai hệ thống thấp của BRITE là lý tưởng để phục vụ cho một số lượng đường truyền rất nhỏ tại một vùng xa tổng đài. > Bộ lặp trung gian Kích thước của mạch vòng có thể tăng gần gấp đôi khi đặt một bộ lặp vào giữa vòng. Khi bộ lặp là kết hợp của NT và LT, mạch vòng được chia thành cặp DSL nổi tiếp nhau. Từng vòng có thể chịu suy hao tới 40 dB tại tần sổ 40 KHz, tương ứng với khoảng cách tổng cộng của cả hai vòng lên xấp xỉ 9 km (2 X 4,5km). Khi bộ phát lặp không nằm chính xác tại điểm giữa của vòng thi kích thước của vòng có bộ lặp đạt được có thể hơi nhỏ hơn hai lần kích thước của vòng không có bộ lặp. Các cuộn tải phải được loại bỏ khỏi vòng để BRI hoạt động, có thể có hoặc không có các bộ lặp. Nguyên nhân là khi có cuộn tải trên mạch vòng, dải tần số nằm bên trên băng tàn thoại chịu suy hao rất lớn, gây ảnh hưởng mạnh đén vùng băng tần cao của ISDN cũng như các DSL khác. Các bộ lặp trung gian được cấp nguồn một chiều (khoảng -130V DC), từ mạch cấp nguồn của tổng đài trung tâm. Đổi với các khoảng cách xa hơn, Phạm Xuân Lực Cao Học K7Đ 2000 - 2002 f± L . \ Luận văn thọc sỹ 19 cấp phát bu trong kỹ thuật DMT người ta sử dụng một bộ lặp thứ hai. cấu hình hai bộ lặp ít được sử dụng do tính phức tạp trong việc cấp nguồn và quản trị. Cấu hình có bộ lặp và BRITE có trễ truyền tín hiệu (trễ 2,5 ms một chiều) gấp hai lần so với cấu hình DSL trực tiếp (trễ 1,25 ms). > BRI mở rộng Các kỹ thuật truyền dẫn có nhiều tiến bộ kể từ khi ra đời chuẩn BRI (ANSI T1.601). Các kỹ thuật này, như mã lưới, cho phép truyền tốc độ tới 160Kb/s trên mạch kích thước tới 8,5 Km mà không cần sử dụng bộ lặp trung gian. Nhằm đảm bảo tính tương thích ngược, các hệ thống BRI mờ rộng đưa giao diện chuẩn ANSI T 1.601 với LT tại chuyển mạch tổng đài trung tâm và thiết bị NT1 của khách hàng. Thông thường, một khối chuyển đổi được đặt trong khoang thiết bị hỗn hợp trong tổng đài trung tâm, và khối chuyển đổi còn lại được đặt trong một thiết bị kèm theo đặt tại phía khách hàng. Tuy nhiên, việc đặt khối chuyển đổi xa tại một địa điểm trung gian có thể mở rộng thêm kích thước vòng. Kết quả là kích thước vòng có thể lên tới gần 12,9 Km (4,4 + 8,5 Km). Hom nữa, bộ chuyển đổi phía mạng cũng có thể đặt ở xa nếu nguồn cung cấp cỏ sẵn tại vị trí đó. 1.3.2.5 DAML, chuyển đổi kênh B / kênh thoại tương tự Các bộ truyền nhận BRI cũng được sử dụng cho các ứng dụng không phải của ISDN, đáng chú ý nhất là DAML. Các hệ thống DAML cho phép một mạch vòng mang hai kênh điện thoại. Các bộ CODEC tại mỗi đầu của hệ thống DAML sẽ thực hiện chuyển đổi một kênh B của BRI tốc độ 64 Kb/s sang giao diện kênh thoại tương tự. Vì thể, giao diện kênh thoại truyền thống được cung cấp cho tổng đài trung tâm và điện thoại của khách hàng. Các hệ thống DAML được sử dụng để cung cấp dịch vụ điện thoại bổ sung tới các vị trí nằm trong vùng có một vài cặp dây dự phòng giữa tổng đài trung tâm và Phạm Xuân Lực Cao Học K7Đ 2000 - 2002