Đề tài Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL

Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 1 - CHƯƠNG I MẠNG TRUY NHẬP 1.1 Tổng quan: Điện thoại được nhà khoa học người Mỹ Alexander Graham Bell phát minh từ năm 1876. Tuy nhiên, phải khoảng từ năm 1890 mạng điện thoại mới bắt đầu được triển khai tương đối rộng rãi. Cùng với sự xuất hiện của mạng thoại công cộng PSTN là sự đột phá của các phương tiện thông tin liên lạc thời bấy giờ. Như vậy, có thể coi mạng truy nhập ra đời vào khoảng năm 1890. Trong suốt nhiều thập kỷ đầu thế kỷ 20 mạng truy nhập không có sự thay đổi đáng kể nào, mặc dù mạng chuyển mạch đã thực hiện bước tiến dài từ tổng đài nhân công đến các tổng đài cơ điện và tổng đài điện tử. Mạng truy nhập thuê bao truyền thống được mô tả trên hình I.1 Hình I.1: Cấu trúc mạng truy nhập thuê bao truyền thống Mạng truy nhập nằm giữa tổng đài nội hạt và thiết bị đầu cuối của khách hàng, thực hiện chức năng truyền dẫn tín hiệu. Tất cả các dịch vụ khách hàng có thể sử dụng được xác định bởi tổng đài nội hạt (chính là nút dịch vụ). Mạng truy nhập có vai trò hết sức quan trọng trong mạng viễn thông và là phần tử quyết định trong mạng thế hệ sau. Mạng truy nhập là phần lớn nhất của bất kỳ mạng viễn thông nào, thường trải dài trên vùng địa lý rộng lớn. Theo đánh giá của nhiều chuyên gia, chi phí xây dựng mạng truy nhập chiếm ít nhất là một nửa chi phí xây dựng toàn bộ mạng viễn thông. Mạng truy nhập trực tiếp kết nối hàng nghìn, thậm chí hàng chục, hàng trăm nghìn thuê bao với mạng chuyển mạch. Đó là con đường duy nhất để cung cấp các dịch vụ tích hợp như thoại và dữ liệu. Chất lượng và hiệu năng của mạng truy nhập ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng cung cấp dịch vụ của toàn bộ mạng viễn thông. 1.1.1 Các vấn đề của mạng truy nhập truyền thống: Sau nhiều thập kỷ gần như không có sự thay đổi đáng kể nào trong cấu trúc cũng như công nghệ, mạng truy nhập thuê bao đang chuyển mình mạnh mẽ trong nhiều năm gần đây. Với sự phát triển nhanh chóng của các công nghệ và dịch vụ viễn thông, Mạng truy nhập Phân phối Thuê bao Tủ/ hộp cáp Tổng đài nội hạt Giá đấu dây chính backbone Lối vào Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 2 - những tồn tại trong mạng truy nhập truyền thống ngày càng trở nên sâu sắc hơn. Các vấn đề này có thể tạm phân loại như sau: Thứ nhất, với sự phát triển của các mạch tích hợp và công nghệ máy tính, chỉ một tổng đài duy nhất cũng có khả năng cung cấp dịch vụ cho thuê bao trong một vùng rất rộng lớn. Thế nhưng “vùng phủ sóng”, hay bán kính hoạt động của mạng truy nhập truyền thống tương đối hạn chế, thường dưới 5 km. Điều này hoàn toàn không phù hợp với chiến lược phát triển mạng là giảm số lượng, đồng thời tăng dung lượng và mở rộng vùng hoạt động của tổng đài. Thứ hai, mạng truy nhập thuê bao truyền thống sử dụng chủ yếu là tín hiệu tương tự với giải tần hẹp. Đây là điều cản trở việc số hoá, mở rộng băng thông và tích hợp dịch vụ. Thứ ba, theo phương phức truy nhập truyền thống, mỗi thuê bao cần có một lượng khá lớn cáp đồng kết nối với tổng đài. Tính trung bình mỗi thuê bao có khoảng 3 km cáp đồng. Hơn nữa bao giờ cáp gốc cũng được lắp đặt nhiều hơn nhu cầu thực tế để dự phòng. Như vậy tính ra mỗi thuê bao có ít nhất một đôi cáp cho riêng mình nhưng hiệu suất sử dụng lại rất thấp, do lưu lượng phát sinh của phần lớn thuê bao tương đối thấp. Vì vậy mạng truy nhập thuê bao truyền thống có chi phí đầu tư cao, phức tạp trong duy trì bảo dưỡng và kém hiệu quả trong sử dụng. 1.1.2 Mạng truy nhập hiện đại dưới quan điểm của ITU-T: 1.1.2.1 Định nghĩa: Theo các khuyến nghị của ITU-T(Liên minh viễn thông quốc tế phát triển các tiêu chuẩn quốc tế), mạng truy nhập hiện đại được định nghĩa như trên hình I.2. Theo đó mạng truy nhập là một chuỗi các thực thể truyền dẫn giữa SNI (Service Node Interface – Giao diện nút dịch vụ) và UNI (User Network Interface – Giao diện người sử dụng - mạng). Mạng truy nhập chịu trách nhiệm truyền tải các dịch vụ viễn thông. Giao diện điều khiển và quản lý mạng là Q. Hình I.2:Kết nối mạng truy nhập với các thực thể mạng khác PSTN ISDN DDN ... POTS ISDN V.24 V.35 Leased Mạng truy nhập Q UNI – Giao diện người sử dụng - mạng SNI – Giao diện nút dịch vụ Thuê bao Thực thể mạng Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 3 - Thiết bị đầu cuối của khách hàng được kết nối với mạng truy nhập qua UNI, còn mạng truy nhập kết nối với nút dịch vụ (SN – Service Node) thông qua SNI. Về nguyên tắc không có giới hạn nào về loại và dung lượng của UNI hay SNI. Mạng truy nhập và nút dịch vụ đều được kết nối với hệ thống TMN (telecom management network) qua giao diện Q. Để giải quyết các vấn đề tồn tại trong mạng truy nhập truyền thống, một trong những giải pháp hợp lý là đưa thiết bị ghép kênh và truyền dẫn vào mạng truy nhập. 1.1.2.2 Mạng truy nhập ngày nay: Sự thay đổi của cơ cấu dịch vụ là yếu tố then chốt ảnh hưởng đến sự phát triển của mạng truy nhập. Khách hàng yêu cầu không chỉ là các dịch vụ thoại/ fax truyền thống, mà cả các dịch vụ số tích hợp, thậm chí cả truyền hình kỹ thuật số độ phân giải cao. Mạng truy nhập truyền thống rõ ràng chưa sẵn sàng để đáp ứng các nhu cầu dịch vụ này. Từ những năm 90 mạng truy nhập đã trở thành tâm điểm chú ý của mọi người. Thị trường mạng truy nhập đã thực sự mở cửa. Cùng với những chính sách tự do hoá thị trường viễn thông của phần lớn các quốc gia trên thế giới, cuộc cạnh tranh trong mạng truy nhập ngày càng gay gắt. Các công nghệ và thiết bị truy nhập liên tiếp ra đời với tốc độ chóng mặt, thậm chí nhiều dòng sản phẩm chưa kịp thương mại hoá đã trở nên lỗi thời. Nhìn từ khía cạnh môi trường truyền dẫn, mạng truy nhập có thể chia thành hai loại lớn, có dây và không dây (vô tuyến). Mạng có dây có thể là mạng cáp đồng, mạng cáp quang, mạng cáp đồng trục hay mạng lai ghép. Mạng không dây bao gồm mạng vô tuyến cố định và mạng di động. Dĩ nhiên không thể tồn tại một công nghệ nào đáp ứng được tất cả mọi yêu cầu của mọi ứng dụng trong tất cả các trường hợp. Điều đó có nghĩa rằng mạng truy nhập hiện đại sẽ là một thực thể mạng phức tạp, có sự phối hợp hoạt động của nhiều công nghệ truy nhập khác nhau, phục vụ nhiều loại khách hàng khác nhau trong khu vực rộng lớn và không đồng nhất. Mạng truy nhập quang (Optical access network - OAN) là mạng truy nhập sử dụng phương thức truyền dẫn quang. Nói chung thuật ngữ này chỉ các mạng trong đó liên lạc quang được sử dụng giữa thuê bao và tổng đài. Các thành phần chủ chốt của mạng truy nhập quang là kết cuối đường dẫn quang (optical line terminal - OLT) và khối mạng quang (optical network unit - ONU). Chức năng chính của chúng là thực hiện chuyển đổi các giao thức báo hiệu giữa SNI và UNI trong toàn bộ mạng truy nhập. Người ta phân biệt ba loại hình truy nhập quang chính: Fiber to the curb (FTTC), Fiber to the building (FTTB), Fiber to the home (FTTH) và fiber to the office (FTTO). Cho tới nay trên thế giới có một khối lượng rất lớn cáp đồng đã được triển khai. Theo một số nghiên cứu về mạng truy nhập, hiện nay cáp đồng vẫn là môi trường truyền dẫn chính trong mạng truy nhập, chiếm tới khoảng 94%. Việc tận dụng cơ sở hạ tầng rất lớn này là rất cần thiết và có lợi. Các công nghệ đường dây thuê bao kỹ thuật số (DSL) chính là giải pháp cho vấn đề này. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 4 - Ngoài các công nghệ truy nhập có dây, các phương thức truy nhập vô tuyến cũng phát triển rất mạnh. Các mạng di động GSM, CDMA đã có tới hàng trăm triệu thuê bao trên khắp thế giới. Các phương thức truy nhập vô tuyến cố định cũng ngày càng trở nên thông dụng hơn, do những lợi thế của nó khi triển khai ở các khu vực có địa hình hiểm trở hay có cơ sở hạ tầng viễn thông kém phát triển. Ở các đô thị lớn dịch vụ vô tuyến cố định cũng phát triển, đặc biệt khi nhà khai thác cần tiếp cận thị trường một cách nhanh nhất. 1.2 Các phương thức truy nhập mạng dữ liệu (Internet) hiện nay: Lưu lượng dữ liệu, đặc biệt là lưu lượng IP đang tăng trưởng một cách chóng mặt. Trong khi đó lưu lượng thoại có mức độ tăng trưởng khá khiêm tốn, từ 10-25% ở các nước đang phát triển và gần như không tăng trưởng ở các nước tiến tiến. Chính vì vậy, mạng truy nhập ngày nay phải được thiết kế xây dựng để đáp ứng tốt nhất nhu cầu các dịch vụ dữ liệu của khách hàng. ISDN có thể nói là một nỗ lực rất lớn của toàn nghành công nghiệp viễn thông, từ các nhà cung cấp thiết bị đến các nhà khai thác trên toàn thế giới với mục tiêu tích hợp dịch vụ thoại và số liệu. Phổ biến nhất hiện nay vẫn là modem tương tự, truy nhập mạng dữ liệu bằng dial- up. Ngoài ra còn có các công nghệ khác, như kênh thuê riêng, luồng E1/T1, modem cáp, MMDS, LMDS và các công nghệ sử dụng vệ tinh như DirectPC... 1.2.1 ISDN và B-ISDN: Tương lai của ISDN đã được dự báo từ bảy năm trước. Thị trường thiết bị ISDN không năng động do giá thành thiết bị quá cao, trong khi đó số lượng bán ra rất hạn chế. ISDN (Integrated Service Digital Network) là mạng (số) đa dịch vụ. ISDN lần đầu tiên được CCITT đề cập đến trong một khuyến nghị của mình vào năm 1977. Năm 1985 AT&T thử nghiệm ISDN lần đầu tiên tại Hoa Kỳ. Tuy nhiên, ISDN phát triển chậm ở Hoa Kỳ do sự không thống nhất trong cách triển khai theo CCITT của AT&T và Nortel. ISDN phá sản ngốn của 20 quốc gia khoảng 50 tỷ đô-la Mỹ. Nguyên lý của ISDN là cung cấp các dịch vụ thoại và số liệu chung trên một đường dây thuê bao kỹ thuật số. Dùng ISDN ở tốc độ giao tiếp cơ sở ( BRI: Basic Rate Interface) cho phép truyền dữ liệu và thoại trên 2 kênh B ( Binary channel) 64 kbps và 1 kênh D ( Digital channel) 16 kbps. Mỗi đường dây ISDN ở BRI có thể bố trí tối đa 8 thiết bị đầu cuối và cùng một lúc có thể thực hiện được nhiều cuộc gọi khác nhau.Dùng ISDN cho phép khách hàng sử dụng các dịch vụ mới như dịch vụ khẩn cấp ( báo trộm, báo cháy,...), dịch vụ ghi số điện -nước –gas, dịch vụ quay số trực tiếp vào tổng đài nội bộ, dịch vụ địa chỉ phụ....Các thiết bị cũ cuả mạng điện thoại PSTN (mạng chuyển mạch thoại công cộng ) vẫn dùng được với ISDN qua một bộ thích ứng đầu cuối TA (Terminal Adaptor). Giao tiếp tốc độ sở cấp (PRI: Primary rate interface) tương đương với các đường truyền T1 và E1 với một kênh D là 64 kbps còn các kênh B còn lại cũng có tốc độ 64 kbps. Ngoài ra người ta còn định nghĩa các kênh H trên PRI với H0 là 6B, H10 là 23B, H11 là 24B và H12 là 30B. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 5 - Vấn đề lớn nhất của ISDN là sau hơn 20 năm phát triển là nó đáp ứng được hay không kịp nhu cầu của khách hàng. Tại châu Âu ISDN đã phát triển rộng rãi và các văn phòng chi nhánh, những người làm việc xa công ty (telecommuter) đã sử dụng ISDN hiệu quả trong nhiều năm. Dù sao ISDN vẫn không phải là dịch vụ tự động 128 kbps mà nó chỉ là hai kênh 64 kbps. Nếu muốn sử dụng đầy đủ dung lượng 128 kbps của đường dây ISDN thì phải mua thêm phải mua thêm một bộ thích ứng đầu cuối để nhập 2 kênh 64 kbps lại. ISDN không phải là công nghệ có thể ứng dụng riêng cho thuê bao mà toàn bộ tổng đài phải được lắp đặt thiết bị ISDN. Yêu cầu đầu tiên là tổng đài phải sử dụng kỹ thuật chuyển mạch số. Nếu tổng đài sử dụng kỹ thuật tương tự sẽ không có ISDN. Như đã nói có 3 phần tư tổng đài ở Mỹ là tổng đài số và dĩ nhiên là sẵn sàng cho ISDN. Các tổng đài tương tự cũ hơn đang đuợc chuyển đổi sang kỹ thuật số khi nó giảm giá nhưng đối với giá thành một vài triệu đô-la cho một tổng đài kỹ thuật số như hiện nay thì việc chuyển đổi bị ràng buộc bởi nguồn tài chính đầu tư của các công ty khai thác điện thoại. Ngay cả khi đã có tổng đài kỹ thuật số thì các phần cứng và phần mềm thêm vào để nâng cấp lên ISDN rất đắt tiền. Điều này thực là một một sự đánh cược của các công ty điện thoại trên sự chấp nhận của các thuê bao để điều chỉnh đầu tư. Hình I.3: Cấu hình giao tiếp ISDN BRI. ISDN cũng phải trải qua bài toán con gà và quả trứng. Để khắc phục giá thành chuyển đổi ISDN để đối mặt với sự chấp nhận không mấy ấn tượng của khách hàng NT-T TE2 TE1 TE1 TA Switch ET funct Switch LT funct Thiết bị ở chuyển mạch của công ty điện thoại Switch Được sử dụng để kết nối các thiết bị TE2 với đường dây ISDN Thiết bị PSTN tiêu chuẩn có một giao tiếp R Thiết bị ISDN không thể kết nối trực tiếp với đường dây ISDN Thiết bị ISDN có thể kết nối trực tiếp vào đường dây ISDN V U S/T R Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 6 - ISDN đã trở nên rất đắt tiền. Và dĩ nhiên một dịch vụ đắt tiền không thể dễ dàng phổ biến trên diện rộng. Cho tới năm 1997, chỉ có khoảng hơn một triệu đường dây thuê bao tại Hoa Kỳ. Vì ít được sử dụng nên thiết bị ISDN như bộ thích ứng đầu cuối để kết nối máy tính cá nhân với mạng trở nên rất đắt tiền. Kết quả là ISDN cần một sự đầu tư tài chính lớn làm cho hầu hết các người sử dụng đều thờ ơ. Trong trường hợp ISDN dành cho các người làm việc xa công ty hay từ các chi nhánh thì chi phí có thể chấp nhận được nhưng với các văn phòng gia đình hay các văn phòng nhỏ (SOHO: Small Office Home Office) thì ISDN quá đắt. Càng ngày ISDN càng trở nên không có lối thoát. Trong thời đại mà modem tương tự chỉ đạt tới tốc độ 1200 bit/s thì tốc độ dữ liệu 64 kbps cho mỗi kênh ISDN quả thật rất ấn tượng. Ngày nay, khi mà tốc độ dữ liệu của modem tương tự lên đến 56 kbps với giá thành không quá 10 USD thì giá thành thiết bị ISDN lên đến hàng ngàn USD trở nên không đáng để đầu tư. Một sự kiện nữa đang ngày càng cho ISDN ra rìa là Internet. ISDN là dịch vụ có chuyển mạch cho phép thực hiện các kết nối 64 kbps qua quay số như gọi điện thoại. Trong những năm đầu của thập kỷ 80 thế kỷ trước, lúc đang phát triển ISDN tất cả các cuộc gọi số liệu đều chỉ cho mục đích chuyển dữ liệu giữa các máy tính qua việc kết nối bằng cách quay số gọi nhau. Trong khi đó khi đó hiện nay với một kết nối Internet có thể chuyển dữ liệu cho bất cứ máy tính nào khác chỉ bằng cách đơn giản là gởi E-mail. Điều này được thực hiện mà không cần mạng chuyển mạch. Internet thực hiện e-mail bằng định tuyến. Mặt khác ISDN là một dịch vụ có giá phụ thuộc vào đường dài trong khi modem dial-up chỉ quay số đến một ISP nội hạt và tốn cước phí thuê bao Internet. Vấn đề cuối cùng của ISDN trong thời kỳ suy thoái là ISDN góp phần tăng thêm gánh nặng vào sự quá tải của mạng PSTN. Khi ISDN mới xuất hiện thì chưa có công nghệ Web và các nhà thiết kế nghĩ là người sử dụng chỉ đơn thuần gọi một máy tính, chuyển dữ liệu rồi gác máy, chẳng có gì khác so với một cuộc gọi điện thoại thông thường. Tuy nhiên, Web và Internet đã thay đổi cơ bản việc truyền số liệu. Sử dụng Web không chỉ đơn thuần là chuyển file mà còn khám phá , tận hưởng theo thời gian thực chuỗi thông tin bất tận về dữ liệu, giải trí. Những cuộc gọi Internet không còn là các cuộc gọi với thời lượng vài phút mà đã trở thành các cuộc gọi kéo dài nhiều tiếng đồng hồ. Thời lượng sử dụng Internet trung bình hàng tuần đã hơn 6 giờ mỗi tuần trong khi hầu hết các gia đình đều không nói chuyện điện thoại quá 6 giờ mỗi tháng. PSTN được thiết kế để đáp ứng vài cuộc gọi tương đối ngắn của các thuê bao. Một lưu lượng người sử dụng không bình thường và những cuộc gọi chiếm giữ đường dây dài sẽ gây ra tắc nghẽn thường xuyên ở một số khu vực trên mạng và thuê bao sẽ nhận được tín hiệu báo bận khi mạng quá tải, một hiện tượng ở Hoa Kỳ rất thường gặp trong ngày các bà mẹ (Mother’s day). Càng về sau, khi ngày càng nhiều nhà cung cấp dịch vụ đưa ra cước phí truy xuất bao tháng làm cho các cuộc gọi thay vì kéo dài vài phút lại kéo dài nhiều tiếng đồng hộ thì mọi ngày đều trở thành ngày của các bà mẹ. Về viễn cảnh mạng thì một cuộc gọi ISDN không khác gì mấy cuộc gọi modem qua điện thoại thông thường. Cả hai đều chiếm dụng khả năng chuyển mạch số, truyền dẫn số 64 kbps ở cả phía nội đài lẫn liên đài. Chuyển đổi khách hàng sang sử dụng ISDN có thể cải thiện một ít về tốc độ truy xuất nhưng không đủ để rút ngắn đáng kể Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 7 - thời gian kết nối khi người sử dụng chỉ cần thông tin nào đó rồi log off. Còn đối với người sử dụng dùng tất cả thờì gian kết nối cho mục đích giải trí thì ISDN không có tác dụng gì ngoài việc truy xuất thông tin hơn một phút. Các công ty khai thác điện thoại đang dần nhận ra rằng giải pháp lâu dài duy nhất cho tình trạng quá tải mạng là chuyển lưu lượng Internet ra khỏi mạng PSTN càng nhiều càng tốt. Cố găng tăng cường mạng hiện hữu để đáp ứng số lượng bùng nổ các cuộc gọi chiếm giữ thời gian lớn giống như là xây dựng thêm nhiều xa lộ để giải toả tắc nghẽn giao thông. Chi phí sẽ thật khủng khiếp và sẽ chẳng bao giờ đạt được hiệu quả kinh tế. Các nhà cung cấp dịch vụ có thể có được giải pháp nào hiệu quả để giải quyết tắc nghẽn không? Thực tế có một khả năng thành công lớn khi tách rời truy xuất Internet khỏi PSTN nhà cung cấp dịch vụ sẽ gỡ bỏ được cổ chai kềm giữ tốc độ truy xuất ở 64 kbps. Với cấu hình mạng mới nhà cung cấp dịch vụ có thể thiết kế thích nghi với tốc độ thông tin dữ liệu hiện đại và người sử dụng sẽ không ngần ngại từ bỏ modem cũng như các thiết bị thích ứng đầu cuối để chạy theo mạng truy xuất mới. 1.2.2 Modem tương tự: Trong những năm đầu của kỷ nguyên máy tính, cách đây chừng hơn 30 năm về trước, kết nối mạng hoạt động ở tốc độ khoảng 300 đến 600 bit/s đã là khá đủ. Khoảng 10 năm trước thì modem 9.6 Kbps được xem là công cụ liên lạc tốc độ khá cao. Modem 9.6 Kbps thực tế đã đáp ứng nhiều ứng dụng liên quan đến đồ họa và video, tuy chưa thực tốt lắm. Ví dụ, một người sử dụng vào mạng để tải về một bản đồ thời tiết với tốc độ truyền dữ liệu 9.6 Kbps phải mất 40 giây để tải về bản đồ trắng đen chất lượng kém. Với bản đồ màu độ phân giải cao thì phải chờ đến vài phút. Ngày nay thì cả modem 28.8 Kbps hay 33.6 kbps cũng không đáp ứng được về tốc độ của nhiều ứng dụng. Thời gian download một hình ảnh JPEG trung bình là 120 giây. Nền kỹ thuật máy tính thay đổi rất nhanh, các kênh thông tin, máy tính đang biến đổi để đáp ứng yêu cầu đạt được dung lượng cao ngày càng tăng. Khi các dịch vụ hình ảnh màu, thoại và video càng hấp dẫn khách hàng thì hạ tầng thông tin hàng megabit càng trở nên thiết yếu. Liệu người ta có thể trông chờ ở modem tương tự những bước tiến ở các tốc độ cao hơn cỡ tốc độ đường truyền T1 (1544 kbps) hay E1 (2048 kbps) không ? Thật không may, câu trả lời là không. Tốc độ 33.6 kbps của modem tương tự đã chạm trần tốc độ dữ liệu của modem truyền trên kênh thoại Tất cả các modem tương tự đều phải truyền dữ liệu trong kênh 300-4000 Hz dành cho âm thoại trong mạng điện thoại. Tốc độ 33,6 kbps cần dải thông lớn hơn nhiều. Tuy nhiên, các modem hiện đại thay vì gửi dòng bit chưa qua xử lý lại gởi đi các ký hiệu (symbol), mỗi ký hiệu đại diện cho một số bit liên tiếp của dòng bit. Mọi khách hàng sử dụng modem đều rất quan tâm đến tốc độ và độ tin cậy của modem. Các nhà cung cấp đều cố gắng tiến gần tới giới hạn của Shannon. Cho tới tiêu chuẩn V.32 thì mọi modem đều còn cách xa giới hạn dung lượng này khi mức S/N từ 9 tới 10 dB. Nếu giải thông từ 2400 Hz lên đến 2800 Hz và tỷ số S/N từ 24 dB đến 30 dB thì dung lượng kênh khoảng 24000 bit/s. Để lấp đầy khoảng cách còn lại cần phải ứng dụng kỹ thuật sửa sai. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 8 - Vào những năm 1950 các modem FSK (Frequency Shift Keying) có tốc độ từ 300 bit/s tới 600 bit/s. Tiêu chuẩn quốc tế của modem bắt đầu từ thập kỷ 60 thế kỷ trước. Năm 1964 tiêu chuẩn modem đầu tiên cảu CCITT là V.21 xác định đặc tính của modem FSK tốc độ 200 bit/s và bây giờ là 300 bit/s. Kỹ thuật điều chế đã thay đổi sang QAM 4 trạng thái vào năm 1968 và 16 trạng thái vào năm 1984 bởi V.22bis. Vào lúc đó, một tiêu chuẩn modem ứng dụng tiến bộ công nghệ mới là V.32 thêm phần đặc tính triệt tiếng dội (echo cancellation) và mã hoá trellis. Mã trellis được tiến sỹ Gottfred Ungerboeck đề cập lần đầu tiên và ứng dụng vào modem và thực hiện lấp được một phần ba khoảng cách còn lại so với giới hạn Shannon. V.32bis được xây dựng trên cơ sở đó và đạt được tốc độ dữ liệu lên đến 14400 bit/s. Sau đó tốc độ dữ liệu của các modem đã có những tiến bộ nhanh chóng từ 19200 bit/s lên đến 24000 bit/s rối 28800 bit/s. Modem mới hơn là V.34 ra đời năm 1996 đã đạt tới tốc độ dữ liệu 33600 bit/s và thực hiện 10 bit trên mỗi tín hiệu. Modem PSTN Telephone exchange (Central office) Local loop Digital data Telephone exchange (Central office) Modem Local loop Digital data Analogue encoding analogue encoding analogue encoding Hình I.4 Modem tương tự qua mạng điện thoại tương tự. M odem PSTN Exchange L o cal lo o p D igita l da ta Exchange M odem L o cal l o o p D igita l da ta D ig i t al en co d in g analogue enc oding analogue enc oding A /D D/A A /D D/A Hình I.5 Modem tương tự qua mạng điện thoại IDN Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 9 - Vào những năm cuối thế kỷ trước đã xảy ra tình hình không thống nhất của các tiêu chuẩn modem 56 kbps do hai hãng sản xuất danh tiếng là U.S.Robotics (bây giờ là một bộ phận của hãng 3COM) sử dụng chipset X2 cũa hãng Texas Instrument và Rockwell có tiêu chuẩn K56flex. Dĩ nhiên là hai tiêu chuẩn này không tương thích với nhau và ngành công nghiệp sản xuất modem nhanh chóng bị phân cực theo một trong hai tiêu chuẩn trên. Lúc này người sử dụng tại Hoa Kỳ chờ đợi tiêu chuẩn nào sẽ được ISP của mình chấp nhận rồi mới mua modem theo tiêu chuẩn đó. Nhiều ISP đã chờ đợi tiêu chuẩn nào sẽ chiến thắng và tiêu chuẩn nào sẽ về vườn. Trong thời gian này một số ISP mở ra 2 số điện thoại , mỗi số điện thoại cho một tiêu chuẩn và điều này đã làm cho người sử dụng thấy yên tâm mà mua sắm modem 56 kbps. Pcm digital V.pcm client- side modem PSTN Exchange Local loop Digital data Exchange Digital circuit Digital data PCM digital encoding analogue encoding encoding A/D D/A Client compute (Internet user) Server computer (ISP) Internet connection Internet V.pcm server- side modem Hình I.6 Modem V.pcm Tháng 9 năm 1998 ITU-T đã ra tiêu chuẩn V.90 để thống nhất trên toàn thế giới về modem 56 kbps. Phần cứng của các loại modem trên không khác nhau mấy nên người sử dụng 2 loại modem cũ có thể chỉ cần mua một con chíp nâng cao cho V.90 để tiết kiệm chi phí còn các modem sản xuất sau đó đều được chú thích là “Ready for V.90”. Trong nhiều trường hợp việc bỏ qua một lần biến đổi là không đơn giản. Khi truy xuất thông tin từ một nhà cung cấp dịch vụ Internet nội hạt thì cơ hội rất cao nếu ISP kết nối với tổng đài nội hạt bằng các đường truyền số. Tuy nhiên khi khoảng cách thì khả năng tín hiệu bị chuyển sang tương tự rồi chuyển trở lại số càng lớn. Khoảng 25 % số tổng đài tại Hoa kỳ là tổng đài chuyển mạch tương tự nên cuộc gọi càng qua nhiều tổng đài thì khả năng gặp phải tổng đài tương tự càng lớn. Những người làm việc các văn phòng chi nhánh xa công ty hay những người làm việc tại nhà riêng nhiều khi than phiền kết nối modem của họ với mạng công ty chỉ đạt được tốc độ tối đa 28,8 kbps. Ngay cả khi mọi việc đều tốt đẹp thì tốc độ 56 kbps vẫn là quá khiêm tốn dù đó là tiến bộ công nghệ cuối cùng của modem tương tự. Chúng ta đã số hoá toàn bộ mạng viễn thông chỉ trừ ra đường truyền dẫn thuê bao nội hạt là phải chuyển tín hiệu thành tương Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 10 - tự để phân phối đến khách hàng nên kênh truyền không thể dung nạp thêm nhiều bit hơn nữa. Nếu muốn tốc độ truyền dữ liệu cao hơn thì phải nghĩ đến các phương pháp khách hơn là sử dụng mạng điện thoại truyền thống. 1.3 Công nghệ truy nhập xDSL ( x Digital Subscriber Line ): Công nghệ đường dây thuê bao số (xDSL ) là phương thức truyền thông tin số với tốc độ hàng triệu bit trên dây qua đường điện thoại truyền thống và sẽ là nền tảng cho việc phân bố dịch vụ băng rộng này đến các thuê bao. Sở dĩ điều này thực hiện được là nhớ ứng dụng các kỹ thuật truyền số phức tạp, đó là sự bù trừ các suy giảm truyền dẫn trên đường dây điện thoại và các bộ xử lý số có năng lực rất lớn. Khi năng lực xử lý của bộ xử lý tín hiệu số tăng lên, thì tốc độ của DSL cũng tăng lên. Công nghệ DSL bắt đầu từ 144 kbit/s ISDN cơ bản (BRI), đã phát triển tới 1,5 đến 2 Mbit/s HDSL, 7 Mbit/s với ADSL, và bây giờ là 52 Mbit/s VDSL. Trong phạm vi đề tài này thì chúng tôi xin chỉ đề cập đến công nghệ ADSL. 1.3.1 Phạm vi thiết kế của DSL: Các DSL được thiết kế ở giới hạn 6 dB tỷ số tín hiệu trên tạp âm SNR. Điều này có nghĩa là DSL có các lỗi bit BER là 10-7 khi năng lượng tín hiệu nhiễu là 6 dB tức lớn hơn mô hình xuyên âm được định nghĩa là "tồi nhất". Trong nhiều trường hợp, mô hình xuyên âm tồi nhất là trong nhóm 50 đôi dây có 49 nguồn nhiễu xuyên âm. Nếu chỉ có nhiễu Gaussian, 6 dB SNR gây ra mức lỗi là 10-24. Tuy nhiên trên thực tế, nhiễu thường là non-Gaussian. Do đó trên thực tế, với mức 6 dB đảm bảo DSLs hoạt động ở BER (Bit Error Rate) tốt hơn 10-9 và DSLs sẽ cung cấp dịch vụ tin cậy thậm chí khi môi trường truyền dẫn kém hơn mức bình thường. Giá trị 6 dB xuất phát từ tiêu chuẩn ANSI ISDN(American National Standards Institude : Viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ) cơ bản trong T1D1.3 (trước đó là T1E1.4) vào năm 1985 do Richard McDonald của Bellcore đưa ra. Như mô tả ở T1E1.4/95- 133, giới hạn 6 dB vẫn là giá trị hợp lý. Giới hạn này áp dụng cho nhiều loại cáp khác nhau (cáp bị lão hoá, cáp nối, cáp ướt), nhiễu bổ sung ở trung tâm chuyển mạch CO (Central Office), dây thuê bao, các nguồn nhiễu khác, thiết kế bộ thu phát không hoàn hảo, lỗi do sản xuất. Mức giới hạn thiết kế là sự kết hợp giữa việc đảm bảo hoạt động tin cậy trong mọi trường hợp và khả năng cho phép độ dài mạch vòng tối đa. Các phương pháp truyền dẫn phức tạp có thể đạt được chất lượng làm việc tốt hơn, nhưng vẫn cần các giới hạn thiết kế. Tuy nhiên, các hệ thống đo giới hạn khi khởi động có thể cung cấp cho người lắp đặt ngay lập tức chỉ số cho biết liệu mạch vòng có giới hạn hay không. Sau đó người lắp đặt phải hiệu chỉnh ví dụ như tìm đôi dây tốt hơn hoặc loại bỏ các cầu rẽ. Có ý kiến cho rằng hệ thống có chỉ số thời gian thực của giới hạn truyền dẫn có thể sử dụng với mức giới hạn là 5 dB. Tuy nhiên, thay đổi giới hạn thiết kế 1 hoặc 2dB chỉ mở rộng phạm vi mạch vòng truy nhập khoảng 1% độ dài mạch vòng). Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 11 - Hình I.8: Tốc độ bit DSL cùng với độ dài mạch vòng cho dây 26 AWG 1.3.2 Tiền sử của DSL : Có người cho rằng trung kế T1, E1 và các đường dịch vụ dữ liệu số DDS (Digital Data Service : dịch vụ số liệu số) là các DSL đầu tiên. Mặc dù hệ thống truyền dẫn T1 (1,544 Mbit/s AMI (Mã đảo dấu luân phiên) sử dụng ở Bắc Mỹ) và E1 (2048 Mbit/s HDB3) ban đầu chỉ sử dụng làm các trung kế giữa các trung tâm chuyển mạch (CO), sau đó được sử dụng rất tốt làm đường nối dữ liệu tốc độ cao từ CO tới khách hàng. T1 đầu tiên được AT&T sử dụng vào năm 1962. Trung kế nối từ CO tới CO ngày nay dựa trên cáp quang và vi ba. T1/E1 ngày nay không sử dụng như mục đích nguyên thuỷ, T1/E1 vẫn được sử dụng trên đường dây thuê bao, nhưng nó có một số nhược điểm là giá đắt và tốn thời gian lắp đặt và thường tách thành một nhóm các đôi dây tách biệt với các hệ thống truyền dẫn khác. Một đường dây T1 có 4 dây, 2 dây truyền thông tin đến khách hàng và 2 dây kia truyền thông tin từ khách hàng. Để giảm nhiễu xuyên âm đầu gần giữa hai hướng của truyền dẫn, người ta chia thành 2 bó cáp, 1 bó mang tín hiệu đi và 1 bó truyền tín hiệu về. Đường dây T1 được thiết kế với mức suy hao tối đa là 15 dB (nghĩa là từ 2 đến 3 kft) ở 772 kHz cho CO (CO tới bộ lặp đầu tiên), suy hao tối đa 36 dB từ bộ lặp tới bộ lặp và suy hao đường dây 22,5 dB từ bộ lặp cuối cùng đến khách hàng. Đối với khoảng cách nhiều dặm có thể dùng nhiều bộ lặp. Bộ lặp T1 có nguồn điện là ±130v một chiều. Ở đây ta không coi T1/E1 và DDS là các DSL. Tốc độ bit tín hiệu hướng về 52m 26m 13m 6m 3m 2m 1.5m 400k 144k 144k 640k 1.5M 2M 13M Tèc ®é bit ph¸t (bit/s tõ kh¸ch hµng) BRI (15 kft) DS1-HDSL (9 kft) E1-HDSL (7 kft) 9 kft ADSL 12 kft 1 kft 3 kft VDSL 1 kft 4 kft 3 kft Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 12 - 1.3.3 So sánh các công nghệ truy nhập xDSL: Kỹ thuật Tốc độ Giới hạn khoảng cách ứng dụng 56 Kbps analog modems 56 Kbps downslink Không giới hạn 28.8 hoặc 33.6 Kbps uplink E-mail, Truy cập LAN từ xa, Truy cập Internet/intranet. ISDN <= 128 Kbps (không nén) Song công 5 Km (thêm thiết bị có thể mở rộng khoảng cách) Hội nghị truyền hình, Khắc phục thiên tai, Dự phòng leased line, Các hoạt động thương mại, truy cập Internet/intranet. Cable modem 10–30 Mbps Luồng xuống, 128 Kbps–10 Mbps luồng lên (Băng thông dùng chung) 50 Km trên cáp đồng trục (thêm thiết bị phụ trợ có thể mở rộng tới 300 Km) Truy cập Internet ADSL Lite 1 Mbps luồng xuống 512 Kbps luồng lên 5 Km Truy cập Internet/intranet, duyệt Web, thoại IP, thoại video. ADSL/R- ADSL 1.5–8 Mbps luồng xuống, 1.544 Mbps luồng lên 5Km (khoảng cách càng ngắn tốc độ càng cao hơn) truy cập Internet/intranet, video theo yêu cầu , truy cập LAN từ xa, VPNs, VoIP IDSL 144 Kbps song công 5Km (thêm thiết bị phụ trợ có thể mở rộng tới 300 Km) truy cập Internet/intranet, video theo yêu cầu , truy cập LAN từ xa, VPNs, VoIP HDSL 1.544 Mbps(T1) song công 2.048 Mbps (E1) song công (sử dụng 2–3 đôi dây) 3,6 Km–4,5 Km Nội hạt, Thay thế trung kế T1/E1 có dùng bộ lặp, Kết nối các PBX với nhau, Tập trung lưu lượng Frame Relay, kết nối các mạng LAN. SDSL 1.544 Mbps full duplex (T1) 2.048 Mbps full duplex (E1) (uses 1 wire pair) 3Km Nội hạt, Thay thế trung kế T1/E1 có dùng bộ lặp, Kết nối các PBX với nhau, kết nối các mạng LAN. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 13 - VDSL 13–52 Mbps Luồng xuống 1.5–2.3 Mbps luồng lên (đối xứng đạt tới 34Mbps ) 300m–1,5 km (phụ thuộc vào tốc độ) Truy cập Multimedia Internet, quảng bá các chương trình TV. Nguồn: 3Com, 03/ 1998. Hình I.9 Bảng so sánh các công nghệ Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 14 - CHƯƠNG II NHIỄU 2.1 Nhiễu xuyên âm: Nhiễu xuyên âm xuất hiện trong các DSL bởi vì mỗi dây trong cáp đôi dây xoắn phát ra điện từ. Các trường điện và từ tạo ra dòng điện chạy trong các đôi dây bên cạnh dẫn đến tín hiệu xuyên âm không mong muốn trên các đôi dây này. Hình II.1 minh họa kiểu xuyên âm thường gặp phải trong DSL. Xuyên âm đầu gần NEXT (Near End Cross Talk ) là loại xuyên âm xảy ra từ các tín hiệu đi theo hướng ngược lại trên đôi dây xoắn (hoặc là từ bộ phát tới bộ thu đầu cuối gần). Xuyên âm đầu xa FEXT (Far End Cross Talk) có từ tín hiệu đi theo cùng một hướng trên hai đôi dây xoắn (hoặc từ bộ phát tới bộ thu ở đầu xa). Hình II.1 Nhiễu xuyên âm NEXT – FEXT Xuyên âm có thể là nguồn nhiễu ảnh hưởng lớn trên đôi dây xoắn và thường gây giảm tính năng hoạt động của DSL . 2.2 Nhiễu vô tuyến : Nhiễu vô tuyến là phần còn lại của tín hiệu vô tuyến trên đường dây điện thoại. Tín hiệu vô tuyến (RF) ảnh hưởng lên đôi dây điện thoại, đặc biệt là dây trần. Các đường dây điện thoại làm từ đồng tạo thành anten thu sóng điện từ tạo ra dòng điện tích cảm ứng so với đất. Điện áp chung cho đôi dây xoắn là một trong hai dây so với đất - thông thường hai điện áp này trong đôi dây xoắn giống nhau. Đường dây điện thoại cân bằng cao cho thấy sự suy giảm lớn trong tín hiệu RF biến thiên trên đôi dây so với tín hiệu chung. Tuy nhiên sự cân bằng sẽ giảm khi tăng tần số, và ở tần số của next C¸p §Çu ph¸t §Çu thu Fext C¸p §Çu ph¸t §Çu thu Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 15 - DSL từ 560 kHz đến 30 MHz, hệ thống DSL có thể chồng lấn lên băng tần vô tuyến và sẽ thu nhận mức nào đó của nhiễu vô tuyến dọc theo các tín hiệu DSL trên cùng một đôi dây thoại. Dạng nhiễu DSL này gọi là RF vào. 2.3 Nhiễu xung: Nhiễu xung là xuyên âm không ổn định từ các trường điện từ tạm thời gần đường dây điện thoại. Ví dụ về bộ phát xung là rất đa dạng như mở của tủ lạnh (mô tơ chạy/tắt), điện áp điều khiển thang máy (các đường dây điện thoại trong các toà nhà thường chạy theo đường giếng thang máy), và rung chuông của các máy điện thoại trong cùng bó cáp. Mỗi hiệu ứng này là tạm thời và gây ra nhiễu xâm nhập vào các đường dây điện thoại qua cùng một cơ chế cơ bản như nhiễu RF, nhưng thường ở tần số thấp hơn nhiều. 2.4 Tự can nhiễu: Tự xuyên âm là xuyên âm vào một dịch vụ từ DSL cùng loại. Dạng tương thích phổ này là quan trọng nhất khi một nhà cung cấp dịch vụ chon cung cấp một dịch vụ nào đó trên phạm vi rộng. Sau đó, các DSL cùng loại sẽ xuyên âm vào nhau. Thuật ngữ “không đối xứng” đầu tiên do Joe Lechleider của Bellcore đưa vào ADSL. ADSL truyền trên băng tần thu rộng hơn nhiều so với phát, và do vậy phần lớn tín hiệu thu không có tự xuyên âm. Điều này cho phép tín hiệu thu chạy ở tốc độ lớn hơn nhiều so với truyền dẫn đối xứng có thể (nếu tất cả các điều kiện khác là giống nhau). Bởi vì cả hai dịch vụ giải trí (TV trực tiếp và phim theo yêu cầu) và các băng tần không đối xứng của các ứng dụng Internet phù hơp với tính chất không đối xứng của ADSL, sử dụng truyền dẫn không đối xứng, vì các lý do kỹ thuật, cũng phù hợp nhu cầu thị trường đối với các dịch vụ. Các DSL mới như G.lite (Khuyến nghị của ITU_G.992.2)và VDSL cũng có ít nhất một vài chế độ làm việc không đối xứng. Tự xuyên âm đầu gần (self NEXT) có thể làm giảm hoặc theo tần số (bằng cách sử dụng phổ tần số không chồng lấn) hoặc theo thời gian (bằng cách đồng bộ tất cả các DSL theo đồng hồ mạng vì thế nó truyền thu và phát trên các khe thời gian khác nhau). Tuy nhiên, FEXT sẽ được đưa ra, theo phương pháp riêng rẽ theo thời gian hoặc theo tần số. 2.5 Nhiễu liên ký hiệu ISI (Intersymbol Interference) : Xuyên nhiễu là hiện tượng chủ yếu làm giảm chất lượng đường truyền dẫn ADSL. Suy hao đường truyền nghiêm trọng và trễ biến đổi theo tần số gây ra hiện tượng xuyên nhiễu giữa các ký hiệu gần nhau. Xuyên nhiễu của một ký hiệu có ảnh hưởng đến hàng trăm ký hiệu khác trên đường dây ADSL. Hiện tượng xuyên nhiễu giữa các ký hiệu làm cho việc nhận biết từng ký hiệu không thực hiện được. Một số phương thức truyền dẫn trước đây như AMI (AMI cho T1, E1) hạn chế hiện tượng xuyên nhiễu giữa các ký hiệu nhờ rút ngắn đôi dây đồng xoắn la phương tiện truyền dẫn để giảm sự biến đổi suy hao theo tần số. ISDL 2B1Q sử dụng tốc độ ký hiệu 80kHz để hạn chế sự chồng lấn của các ký hiệu. Mặc đường vậy, ISDL vẫn còn hiện tượng xuyên nhiễu giữa các ký hiệu. Với tốc độ truyền dẫn cao của ADSL, HDSL, VDSL, Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 16 - hiện tượng xuyên nhiễu giữa các ký hiệu cần được bù thích đáng. Các phương pháp cân bằng có tác động đến chất lượng nhưng sẽ tốn kém khi tốc độ số liệu và ký hiệu tăng lên. Phương pháp cân bằng tạo ra cấu hình thiết bị thu phù hợp nhằm hạn chế hiện tượng xuyên nhiễu giữa các ký hiệu. Phương thức truyền đa kênh thực hiện ở cả đầu thu và đầu phát sẽ nâng cao được chất lượng. ADSL và một vài dạng VDSL sử dụng phương pháp truyền dẫn đa kênh. 2.6 Tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) : Tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR : Signal to Noise Ratio) là tỷ số năng lượng của tín hiệu mang thông tin ở máy thu so sánh với năng lượng của nhiễu nhận được. Về bản chất SNR mô hình tả chất lượng của kênh truyền dẫn. Trong miền tần số, SNR được tính bằng cách chia mật độ phổ năng lượng (PSD) của tín hiệu mang tin ở máy thu cho mật độ phổ năng lượng ở máy phát. Vì suy hao và nhiễu luôn biến đổi theo tần số nên tỷ số SNR là một hàm theo tần số. Cùng với xác suất dò tín hiệu sai nhầm và dải thông của kênh truyền, SNR xác định vận tốc lớn nhất mà thông tin có thể được truyền qua kênh truyền . Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 17 - CHƯƠNG III CÔNG NGHỆ ADSL 3.1 Định nghĩa ADSL và mô hình tham chiếu : Đường dây thuê bao số không đối xứng ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line) là kỹ thuật truyền dẫn mạch vòng nội hạt đồng thời truyền tải trên cùng một đôi dây các dịch vụ sau: • Tốc độ bit thu (về phía thuê bao) lên tới gần 9 Mbit/s. • Tốc độ bit phát (về phía mạng) lên tới 1 Mbit/s. • Dịch vụ điện thoại thông thường phổ thông (POTS, thoại tương tự v.v..) Tốc độ bit truyền về phía khách hàng lớn hơn nhiều lần truyền từ khách hàng đi, do đó có thuật ngữ không đối xứng. Thoại tương tự được truyền ở tần số trong băng cơ sở kết hợp với truyền dữ liệu thông băng qua bộ lọc thông thấp (LPF) mà thông thường được gọi là bộ tách. Ngoài bộ tách, ADSL bao gồm một đơn vị truyền dẫn ADSL ở phía thiết bị trung tâm (ATU-C), một mạch vòng, và một đơn vị truyền dẫn ADSL ở xa (ATU-R). Hình III.1 : Mô hình tham chiếu ADSL 3.2 ADSL nguyên bản: Định nghĩa khái niệm ban đầu của ADSL xuất hiện từ năm 1989, từ J.W.Lechleider và những người khác thuộc Bellcore. Sự phát triển ADSL bắt đầu ở trường đại học Stanford và phòng thí nghiệm AT&T Bell Lab năm 1990. Mẫu ADSL đầu tiên xuất hiện, vào năm 1992 ở phòng thí nghiệm Bellcore, sản phẩm ADSL đầu tiên được thử nghiệm vào năm 1995. ADSL thu hút các công việc trước kia được thực hiện trên các modem trong băng, ISDN và HDSL. Vào tháng 10 năm 1998, ITU thông qua bộ tiêu chuẩn ADSL cơ bản. Khuyến nghị G922.1 chi tiết ADSL full-rate. Khuyến nghị này gần giống ANSI T1.413 phiên bản 2 với 2 điểm ngoại trừ cơ bản: Mạch vòng nội hạt bằng đôi dây xoắn AUT-R Bộ tách LPF Điện thoại POTS-R Phía khách hàng U-R T đầu cuối người sử dụng AUT-C Bộ tách LPF Tổng đài điện thoại POTS-C U-CV Mạng băng rộng Cho đến 9Mbps Cho đến 1Mbps thoại tương tự Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 18 - 1. Trình tự khởi tạo dựa trên âm được thay thế bởi quá trình dựa trên bản tin mô tả trong G.994.1, và 2. Chế độ đặc biệt được bổ sung để cải thiện hoạt động khi có xuyên âm từ ghép kênh nén theo thời gian TCM ISDN sử dụng ở Nhật. Khuyến nghị G.992.2 (trước đây gọi là G.lite) chỉ rõ ADSL với cách sử dụng không có bộ phân chia POTS. G.992.2 được dựa trên G.992.1 với những điểm khác biệt sau: 3. Dự trữ bổ sung đối với chế độ tiết kiệm nguồn tại ATU-C và ATU-R, 4. Bổ sung cơ chế cho phép khôi phục nhanh từ các trạng thái nhấc máy/đặt máy. 5. Số lượng âm giảm từ 256 đến 128 6. Số lượng bit trên âm giảm từ 15 đến 8. Khuyến nghị G.994.1 (trước đây gọi là G.hs) mô tả thủ tục bắt tay ban đầu dựa trên gói tin cho phép các bộ thu phát DSL đa chế độ có một chế độ hoạt động chung. Khuyến nghị G.955.1 cung cấp tổng quan họ khuyến nghị DSL. Khuyến nghị G.966.1 mô tả phương pháp đo sự hoạt động của thiết bị DSL. Khuyến nghị G.977.1 mô tả hoạt động của lớp vật lý, các quy định về quản lý và bảo dưỡng cho ADSL, bao gồm kênh eoc và cơ sở quản lý thông tin (MIB). 3.3 Các khả năng của ADSL và ứng dụng : ADSL1, ADSL2, ADSL3 Khái niệm về ADSL xuất hiện vào giữa những năm 1990. Ban đầu ADSL được nghiên cứu ở tốc độ 1,5 Mbit/s thu và 16 kbit/s phát cho ứng dụng MPEG-1 quay số video (VDT). Một số thành viên trong nghành công nghiệp này gọi đây là ADSL1. Sau đó, ngày càng rõ ràng là một số ứng dụng yêu cầu tốc độ cao hơn và nhiều kỹ thuật truyền dẫn tiên tiến hơn cho phép truyền tốc độ cao. 3 Mbit/s thu và 16 kbit/s phát ("ADSL2") được đưa ra cho phép 2 dòng MPEG-1 đồng thời. Vào năm 1993, sự quan tâm hướng về ADSL3 với 6 Mbit/s thu và ít nhất 64 kbit/s phát hỗ trợ video MPEG2. Tiêu chuẩn ADSL ANSI T1.413 phiên bản 1 phát triển vượt ra khỏi khái niệm ADSL3. Thuật ngữ ADSL1, ADSL2, và ADSL3 ít được sử dụng sau khi tiêu chuẩn ANSI T1.413 thông qua. RADSL Đường dây thuê bao số tốc độ điều chỉnh (RADSL) là thuật ngữ áp dụng cho hệ thống ADSL có khả năng xác định dung lượng truyền của mỗi mạch vòng một cách tự động và sau đó hoạt động ở tốc độ cao nhất phù hợp với mạch vòng đó. Tiêu chuẩn ANSI T1.413 cung cấp khả năng hoạt động tốc độ điều chỉnh. Điều chỉnh tốc độ thực hiện khi thiết lập đường dây, với giới hạn chất lượng tín hiệu tín hiệu thích hợp để đảm bảo rằng tốc độ đường dây thiết lập có thể duy trì trong những thay đổi danh định trên Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 19 - đặc tính truyền của đường dây. Do đó RADSL sẽ tự động cung cấp tốc độ bit lớn hơn trên mạch vòng có đặc tính truyền dẫn tốt hơn (suy hao ít hơn, nhiễu ít hơn). RADSL hỗ trợ tốc độ thu tối đa trong phạm vi từ 7 đến 10 Mbit/s và tốc độ phát tối đa trong phạm vi từ 512 đến 900 kbit/s. Trên những mạch vòng dài, RADSL có thể hoạt động ở tốc độ thu thấp nhất khoảng 512 kbit/s và 128 kbit/s phát. RADSL mượn khái niệm tốc độ điều chỉnh từ modem trong băng thoại. RADSL có lợi ích của một phiên bản thiết bị có thể đảm bảo tốc độ truyền dẫn cao nhất có thể cho mỗi mạch vòng và cũng cho phép hoạt động trên những mạch vòng dài ở tốc độ thấp hơn. 3.4 Truyền dẫn ADSL: Khái niệm ADSL có hai phần cơ bản: (1) Xuyên âm đầu gần giảm do có tốc độ bit phát và dải tần thấp hơn nhiều tốc bit độ thu và (2) truyền tải đồng thời POST và dữ liệu bằng cách truyền dữ liệu trong dải băng tần trên băng tần thoại. Truyền dẫn hai hướng tốc độ nhiều Mbit/s không dùng trên phần lớn các đường dây điện thoại do hiệu ứng kết hợp của suy giảm mạch vòng và xuyên âm. Như chỉ ra ở hình III.2, năng lượng tín hiệu nhận được giảm đi tương ứng với tần số và nhiễu xuyên âm nhận được tăng theo tần số. Do đó truyền dẫn hai hướng không thể thực hiện được ở những tần số mà nhiễu xuyên âm lấn át tín hiệu nhận. Hình III.2 Truyền dẫn hai hướng bị giới hạn ở các tần số thấp ADSL thực hiện truyền dẫn hai hướng tại những nơi có thể: dưới tần số cắt hai hướng. Tần số cao không thích hợp cho truyền dẫn hai hướng được sử dụng cho truyền dẫn một hướng. Điều này cho phép tốc độ thu vượt xa tốc độ có thể ở truyền dẫn hai hướng. Nhiều hệ thống ADSL sử dụng kỹ thuật truyền dẫn ghép kênh theo tần số, kỹ thuật này đặt truyền dẫn phát ở dải tần số tách khỏi dải tần thu để trách tự xuyên âm. Dải tần bảo vệ là cần thiết giúp cho các bộ lọc ngăn tạp âm POTS (Dịch vụ điện thoại thông thường trong chuyển mạch kênh thoại tương tự) can nhiễu vào truyền dẫn số (Hình III.3).Một số hệ thống ADSL sử dụng kỹ thuật truyền dẫn triệt tiếng vọng ECH, nơi dải tần phát được đặt trong dải tần thu (Xem hình III.4) Bằng cách chồng dải tần, tổng Mức tin Tần số Mức tín hiệu nhận được Mức nhiễu xuyên âm nhận được Giới hạn cho truyền dẫn hai hướng Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 20 - băng tần truyền có thể giảm. Tuy nhiên, ECH khó tránh được tự xuyên âm và khi thực hiện cần có xử lý số phức tạp hơn. Có một số băn khoăn là liệu độ phức tạp số được đền bù bằng cách đơn giản hoá tương tự ở đầu trước. Do không có tự xuyên âm ở đầu cuối CO, nên ghép kênh phân chia theo tần số FDM ADSL làm việc theo hướng phát tốt hơn nhiều so với xoá tiếng vọng ECH ADSL. Tuy nhiên dải thông thu của ADSL cho phép làm việc theo hướng thu, đối với các mạch vòng là ngắn hơn. Hoạt động của DSL đối xứng ban đầu bị hạn chế bởi tự xuyên âm đầu gần (self- NEXT). ADSL khắc phục được self NEXT ở đầu cuối khách hàng đơn giản bằng cách giảm nguồn được NEXT. Bằng cách giảm tốc độ bit phát, kênh phát có thể đặt vị trí để xuyên âm vào truyền dẫn thu là ít nhất. Đối với ADSL, sự thu nhận của kênh phát được xếp đặt dễ dàng hơn bằng cách đặt nó ở tần số thấp hơn nơi mà suy hao mạch vòng là thấp và nhiễu xuyên âm cũng thấp hơn. Hình III.3 ADSL ghép phân chia theo tần số Hình III.4 Truyền dẫn xoá tiếng vọng ADSL Hệ thống ADSL ứng dụng kỹ thuật truyền dẫn tiên tiến để nâng cao hoạt động. Điều chế và sắp đặt tần số của tín hiệu phát được tự làm thích ứng để đạt được mức Mức truyền T ần s ố Băng POTS Băng bảo vệ Băng truyền tần số thấp Băng truyền tần số cao Mức truyền T ần s ố Băng POTS Băng bảo vệ Băng truyền tần số thấp Băng truyền tần số cao Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 21 - hoạt động tối ưu nhất từ các đặc tính liên quan tới đường dây thuê bao sử dụng. Mã Trellis được sử dụng để giảm hiệu ứng nhiễu băng tần rộng. Các bộ cân bằng có khả năng thích nghi chống lại nhiễu băng hẹp ví dụ như nhiễu tần số phát thanh (RFI). Mã điều khiển lỗi hướng đi và cài xen (interleaving) ngăn chặn nhiễu xung. Interleaving chống lại lỗi xuất hiện đột ngột bằng cách thay đổi các khối dữ liệu vì thế mà sự xuất hiện đột ngột lỗi kéo dài dẫn đến có một số ít lỗi trong một khối dữ liệu (có thể sửa được) thay vì một lượng lỗi lớn xảy ra trong một khối (không thể sửa được). Với độ sâu interleaving 20 ms sẽ chống lại nhiễu đột biến có khoảng thời gian là 500 µs. Tuy nhiên mức interleaving này gây ra trễ truyền bổ sung mà có thể làm chậm lại băng thông của các thủ tục. Ví dụ như TCP/IP yêu cầu phải có các gói tin phúc đáp trước khi dữ liệu tiếp theo được truyền. 3.5 Tương lai của ADSL : ADSL sẽ được tích hợp vào hệ thống mạch vòng số DLC (Digital Loop Circuit) trên cáp dành cho các mạch vòng không nối trực tiếp từ CO. ADSL rất thích hợp để cung cấp tốc độ bit cao trên mạch vòng DLC, mà rất hiếm khi dài quá 3,7 km (12 kft). Mặc dù đã có các tiêu chuẩn công nghiệp cho ADSL (ANSI T1.413), các hệ thống ADSL ban đầu không làm việc với nhau. Người ta chờ đợi những nỗ lực của các nhà sản xuất ADSL và các uỷ ban tiêu chuẩn để đạt được khả năng kết nối cho các hệ thống ADSL tương lai của nhiều nhà sản xuất thiết bị. Ngoài lớp vật lý, khả năng kết nối yêu cầu độ tương thích thủ tục ở tất cả các lớp. Người ta nhận thấy ngày càng rõ ràng rằng ADSL là công nghệ truy nhập mà chế độ chuyển giao không đồng bộ cần để mở rộng tới khách hàng gia đình và các văn phòng nhỏ. Trước khi có ADSL, ATM (Phương thức truyền dẫn không đồng bộ) tỏ ra hạn chế cho những khách hàng chịu được giá kết nối đường truyền ở 45 Mbit/s và lớn hơn thường chỉ có tại khu thương mại lớn và mạng đường trục. Người ta đang nghiên cứu truyền tải ATM trên các đặc tính thống nhất của ADSL: lỗi truyền, độ trễ, không đối xứng và tự động thay đổi tốc độ. Trong thời gian tới, người ta tập trung vào phát triển ADSL lên tới tốc độ cao tới 10 Mbit/s thu và 1,5 Mbit/s phát. Tuy nhiên hướng này bị mất dần do trùng với VDSL, các lo ngại về độ tương thích phổ và các nghi ngờ liên quan tới nhu cầu sử dụng tốc độ này. Thay vào đó hiện nay người ta tập trung vào cải thiện phạm vi mạch vòng ở các tốc độ gần 1Mbit/s, giá thành thấp, tiêu thu năng lượng thấp và giảm xuyên âm. Các hệ thống ADSL đang được phát triển để truyền đa mạch thoại số ngoài truyền dữ liệu tốc độ lớn. ADSL + ISDN Một số nhà bán thiết bị đang giới thiệu phiên bản ADSL băng tần phát và thu được đặt trên 0 đến 80 kHz ANSI T1.601 băng truyền của ISDN tốc độ cơ bản. Đối với BRI sử dụng mã đường dây 4B3T, băng tần số BRI là từ 0 tới 120 kHz. Điều này giảm đáng kể tốc độ ADSL nhưng cho phép đồng thời dịch vụ ISDN và ADSL trên cùng một mạch vòng. Cấu hình ADSL + ISDN không hứa hẹn cung cấp được mạch vòng tới 5,5 km (18 kft) mà thông thường cung cấp bởi ISDN. ADSL +ISDN đặc biệt được Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 22 - quan tâm ở Đức và Pháp nơi dịch vụ ISDN được triển khai rộng. Cấu hình này cũng được sử dụng để cung cấp hai mạch thoại và dữ liệu tốc độ cao trung bình. ADSL không tách ( lọc ) Việc lắp đặt dịch vụ ADSL ở phía nhà thuê bao có thể yêu cầu thay toàn bộ đi dây bên trong hoặc sửa đổi. Đối với cầu hình ADSL chuẩn, ADSL kết thúc ở thiết bị giao diện mạng (NID), nơi bộ lọc thông thấp (bộ tách) tách tín hiệu trong băng thoại được gắn với dây đỏ và dây xanh tới điện thoại và tín hiệu băng rộng được nối tới dây vàng và dây đen nối tới modem ADSL của khách hàng. Để làm được điều này cần phải có các thiết bị tách và sử dụng các dây vàng và đen mà không lắp đặt ở một số khách hàng hoặc đã sử dụng cho dịch vụ thoại đường dây thứ hai. Hơn nữa trong một số trường hợp, dây kém tiêu chuẩn được sử dụng làm ảnh hưởng tới hoạt động của ADSL (và thậm chí ISDN). Kết quả là thường phải đi dây lại từ NID tới modem của khách hàng. Hình III.5 Cấu hình ADSL chuẩn có bộ tách. Cấu hình ADSL POTS có bộ tách phổ biến nhất (được chỉ ra trong hình III.5) đặt bộ lọc thông thấp LPF cho đường dây thoại ở gần NID và bộ lọc thông cao HPF ở trong ATU-R. Một giải pháp khác, các bộ lọc (LPF và HPF) có thể tích hợp trong ATU-R. Sử dụng bộ lọc ở trong ATU-R có nhược điểm là có thể bị mất dịch vụ POTS khi bỏ đi ATU-R và có thể có mức xuyên âm quá mức khi sử dụng đường đi dây hiện có. Khái niệm ADSL không có bộ tách có nghĩa là loại bỏ bộ lọc tách ở cuối đường dây phía thuê bao. Nhiều thuật ngữ khác được sử dụng để mô tả khái niệm này: ADSL lite, Consumer DSL (CDSL) hoặc ADSL phổ thông (UADSL). ADSL không có bộ tách được định nghĩa trong khuyến nghị ITU G.992.2. ADSL modem và các điện thoại được nối trực tiếp tới đường dây đỏ và xanh hiện có, hỗ trợ đồng thời thoại và dữ liệu. Việc lắp đặt ADSL được thực hiện dễ dàng bằng cách cắm ADSL modem vào bất cứ jack nào ở nhà thuê bao, không cần phải đi dây mới cũng như lắp đặt các bộ tách. Tổng đài trung tâm ATU-C Chuyển mạch thoại LPF Phía khách hàng Vàng & Đen ATU-R LPF NID Đỏ & xanh Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 23 - Hình III.6 Cấu hình ADSL không có bộ lọc phía khách hàng. Bộ lọc ADSL có hai mục đích: (1) bộ lọc làm suy giảm nhiễu tín hiệu có thể làm hỏng đường truyền dữ liệu ADSL và (2) bộ lọc làm suy giảm tín hiệu ADSL để tránh nhiễu tạp âm trên đường dây điện thoại. Do trở kháng không tuyến tính của một số điện thoại, mức năng lượng phát ADSL ở các tần số trên băng tần âm có thể điều chế vào băng tần thoại. Tuy nhiên điều này sẽ làm giảm tốc độ dữ liệu ADSL và độ dài mạch vòng. Lỗi bất thường dễ xảy ra khi điện thoại rung chuông và chắc chắn xảy ra trong thời điểm ngắt chuông khi điện thoại đang rung chuông bị nhấc tổ hợp. Tiếng rít khó chịu có thể nghe thấy được trong điện thoại. Một giải pháp cho vấn đề này là đặt một loạt các bộ lọc thông thấp vào mỗi điện thoại (hình III.7). Bộ lọc này thường không đắt và có các đầu nối modun cho nên bất cứ khách hàng nào cũng có thể tự lắp đặt trong vòng vài giây. Khách hàng có thể mua điện thoại mới "ADSL-tương thích" có các bộ lọc thông thấp có sẵn trong máy. Cấu hình này có thể ngăn chặn nhiễu POTS làm suy giảm truyền dẫn ADSL và nhiễu ADSL nghe thấy được ở trên điện thoại. Không cần đi dây mới ở bên trong và cũng không cần lắp đặt các bộ lọc ở NID. Khách hàng có thể cắm ADSL modem vào bất cứ jack điện thoại nào trên tường. Tốc độ dữ liệu ADSL ở một chừng mực nào đó thấp hơn cấu hình ADSL tiêu chuẩn. Tốc độ dữ liệu có thể suy giảm do các nguồn nhiễu khác và hiệu ứng tải của các bộ lọc các mẩu dây. Chất lượng truyền trong băng thoại bị suy giảm có thể xuất phát từ nhiều bộ lọc thông thấp đặt song song với nhau. Một trở ngại khác liên quan đến các khách hàng quên không đặt LPF trên đường dây nối tới điện thoại của họ. Hình III.7 Cấu hình ADSL có bộ lọc thông thấp tại mỗi điện thoại Tổng đài trung tâm ATU-C Chuyển mạch thoại LPF Phía khách hàng đỏ & xanh ATU-R NID LPF LPF Tổng đài trung tâm Chuyển mạch thoại LPF Phía khách hàng đỏ & xanh NID ATU-C ATU-R Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 24 - Nếu các chướng ngại về kỹ thuật và khai thác được khắc phục, có thể ADSL không bộ tách sẽ chiếm ưu thế hơn. Trong tương lai gần, phần lớn các ADSL được lắp đặt với bộ tách ở các hai đầu cuối của đường dây. Việc sử dụng bộ tách ở phía khách hàng có thể được tiếp tục sử dụng cho các khách hàng yêu cầu dịch vụ tốc độ bit cao. Một số nhà cung cấp dịch vụ ADSL gợi ý là dịch vụ ADSL của họ có thể làm việc với cả cấu hình có bộ tách và không có bộ tách trong khi sử dụng cùng loại ATU-C ở CO. Quá trình triển khai ADSL không có bộ tách được thúc đẩy bởi các hoạt động thị trường và kỹ thuật của nhóm nghiên cứu ADSL, nhóm các công ty điện thoại hàng đầu và các công ty máy tính. 3.6 Các kỹ thuật mã hóa đường truyền trong ADSL : Các phương pháp điều chế CAP (Điều chế biên độ pha không sóng mang) và DMT (Đa kênh rời rạc) là các mã đường truyền sử dụng hữu ích cho vùng tần số cao nằm trên dải băng tần thoại. Hai phương pháp mã hoá này là rất khác nhau về phương pháp thực hiện, do đó bộ thu phát DMT không thể tương thích với bộ thu phát CAP. 3.6.1 Mã hóa đường truyền đa kênh : Phương pháp truyền dẫn đa kênh phân chia các đường DSL thành hàng trăm các đường truyền nhỏ hơn, dễ truyền hơn. Tốc độ số liệu là tổng tốc độ truyền trên các kênh nhỏ này. Phương pháp chung nhất là truyền dẫn trên các băng tần hẹp không có hiện tượng chồng lấn. Mã hóa đường truyền đa kênh có chất lượng cao nhất và cơ bản đã được tối ưu hóa cho kênh bị hiện tượng xuyên nhiễu. Đặc điểm chính của truyền dẫn đa kênh là làm tương thích tín hiệu đầu vào với các đặc trưng riêng của đường dây điện thoại. Điều này cho phép nâng cao đáng kể về cự ly và độ tin cậy, hai tham số chính làm ảnh hưởng đến chi phí khi thiết kế hệ thống. Chính vì vậy mã truyền dẫn đa kênh được sử dụng phổ biến trong các đường truyền DSL. Phương thức truyền dẫn đa kênh đem lại chất lượng cao được sử dụng trong đường truyền ADSL. Bộ cân bằng chỉ có thể hạn chế một phần hiện tượng xuyên nhiễu và được sử dụng trong sơ đồ tách tối ưu một phần. Khi hiện tượng xuyên nhiễu trở nên nghiêm trọng, các bộ cân bằng trở nên rất phức tạp và giảm chất lượng càng lớn so với giá trị lý thuyết. Giải pháp sử dụng ở đây là phân chia kênh truyền dẫn thành một số các kênh AWGN( Additive Gaussian White Noise : nhiễu trắng Gaussian cộng thêm) nhỏ hơn. Lý thuyết này do Shannon đưa ra trong lý thuyết toán thông tin của ông nhằm chia kênh thành một số lớn các kênh AWGN băng tần hẹp. Các kênh này thường được tách thành các băng tần kế tiếp nhau riêng biệt và gọi là truyền dẫn đa sóng mang hay đa tín hiệu. Nếu các kênh truyền dẫn đa tín hiệu có băng tần đủ hẹp thì xuyên nhiễu sẽ ít hơn hoặc không có và chúng có thể được xem là kênh AWGN. Thay vì sử dụng các bộ cân bằng phức tạp chỉ cần sử dụng các bộ tách/ghép tín hiệu tới và từ các kênh nhỏ. Truyền dẫn đa sóng mang hiện đã được tiêu chuẩn hóa và sử dụng do việc tạo các kênh nhỏ đơn giản khi có các bộ xử lý tín hiệu số. Bộ cân bằng các sóng mang rộng có thể được thay thế bằng số ít hơn các bộ cân bằng sử dụng bộ sóng mang hay đa sóng mang theo lý thuyết của Shannon và có thể được sử dụng hay hiểu đơn giản hơn. Dung lượng của kênh sẽ là tổng của các kênh độc lập song song với nhau làm cho Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 25 - việc tính toán tốc độ số liệu cực đại của kênh theo lý thuyết hay sử dụng độ hiệu quả của SNR tính các tốc độ thực tế sẽ đơn giản hơn. Khái niệm cơ bản về đa tần rời rạc hay đường truyền đa kênh được mô tả trên hình III.8. Trong trường hợp này ta xem xét hai đường truyền DSL có hiện tượng xuyên nhiễu ISI nghiêm trọng, nếu được truyền dưới dạng kênh đơn băng rộng. Người ta phân chia phổ của tín hiệu phát thành các các băng hẹp hơn và các kênh này truyền qua kênh dự kiến truyền tải thông tin. Cần chú ý là bộ thu có bộ lọc tương thích với từng bộ lọc thông thấp phía phát do đó dễ dàng tạo thành bộ thu giống nhau cực đại. Các kênh có chất lượng tốt hơn sẽ truyền tải nhiều thông tin hơn các kênh còn lại. Nếu các kênh này đủ hẹp thì sẽ không cần đến bộ cân bằng. Hình III.8 Đa tần rời rạc Tập hợp các tỷ số tín hiệu/tạp âm là rất cần thiết để tính chất lượng của kênh. Giả thiết là ta có N kênh mỗi kênh có )/(log Γ+= nn SNRb 12 1 2 Số bit trung bình là tổng số bit truyền trên mỗi kênh chia cho số kênh (giả thiết ở đây là N) như sau     Γ+=       Γ+=   Γ+= ∏∑ == geo NN n n N n n SNRSNRSNR Nb 12 11 2 11 2 11 2 1 1 2 1 2 logloglog trong đó SNRgeo là tỷ số tín hiệu/ tạp âm về hình học hay giá trị trung bình nhân của 1+SNR/Γ. bit/kênh Tần số Đôi dây xoắn Đôi dây xoắn có TAP,AM/RF và XTALK xtalk Suy hao Suy hao bit/kênh Tần số Tần số bit/kênh Tần số Tần số TÇn sè AM bÝt/kªnh Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 26 -       −       Γ+Γ= ∏= 11 1 1 NN n n geo SNR SNR Tổng của các kênh độc lập song song được xem là nhiễu trắng Gaussian có SNRgeo bằng giá trị trung bình nhân của các kênh nhỏ SNR. SNRgeo có thể xem như SNR của hệ thống cân bằng thông băng và băng tần cơ bản. Tỷ số nhiễu/tạp âm SNRgeo có thể được cải thiện đáng kể khi phân bố năng lượng qua tất cả hay một số kênh không đồng đều và cho phép nâng cao chất lượng của hệ thống. 3.6.2 Mã hóa âm tần rời rạc DMT (Dicrete Multitone Modulation) : Modem ADSL dựa trên DMT bao gồm rất nhiều (256) modem mini, mỗi modem có băng tần khoảng 4kHz, hoạt động đồng thời. DMT sử dụng rất nhiều kênh mang để tạo thành các kênh con, mỗi kênh con mang một phần nhỏ của tổng số thông tin. Các kênh con này được điều chế một cách độc lập với tần số mang tương ứng với tần số trung tâm của kênh con và được xử lý song song. Mỗi kênh con được điều chế sử dụng QAM và có thể mang từ 0 đến 15bit/symbol/Hz. Số bit thực tế được mang trên một kênh phụ thuộc vào đặc tính đường dây. Các kênh con trung tâm có thể không được sử dụng do giao thoa ngoài giữa các kênh con. DMT được minh hoạ trong hình III.9, III.10 Hình III.9 Đa tần rời rạc Theo lý thuyết, dải băng tần lớn nhất hướng lên là 25 kênh x 15 bit/symbol/Hz/kênh x 4KHz = 1,5 Mbps. Dải băng tần lớn nhất hướng xuống là: 249kênh x15 bit/symbol/Hz/kênh x 4KHz = 14,9 Mbps. frequency Upstream POST Downstream 0 4 40 1100 7 dB ADS Không được sử dụng do điều kiện đường truyền Signal Power Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 27 - Sơ đồ điều chế DMT : Hình III.10 Sơ đồ điều chế DMT Ở máy thu tín hiệu nhận được từ kênh truyền được đưa đến bộ biến đổi tương tự sang số, gỡ bỏ các CP(Cyclic Prefix : tiền tố chu kỳ) và biến đổi ngược trở lại dạng phức nhờ phép biến đổi DFT. Mỗi giá trị ở ngõ ra là một số phức đại diện cho biên độ và pha của tần số phân kênh tương ứng. Tập các giá trị phức này, mỗi giá trị đại diện cho một phân kênh gọi là phổ miền tần số (FEQ : Frequency Domain Equalisation). Sau FEQ, một bộ dò không nhớ giải mã các ký hiệu phụ nhận được. Như vậy, các hệ thống DMT không bị ảnh hưởng bởi lan truyền sai do mỗi ký hiệu phụ đều được giải mã độc lập với các ký hiệu phụ khác. Khi DMT được sử dụng làm phương pháp mã hoá cho ADSL thì nó tạo ra một số ưu,khuyết điểm sau: Ưu : o Phát triển từ công nghệ modem V34: modem V34 sử dụng một số kỹ thuật tiên tiến để đạt được tối đa tốc độ dữ liệu trên đường dây điện thoại. Modem ADSL dựa trên DMT là đại diện cho sự tiến hoá từ kỹ thuật của modem V34. Modem DMT sử dụng QAM, triệt tiếng vọng, mã lưới đa kích cỡ, và sắp xếp hình sao. o Sự thực thi: truyền được tốc độ bit tối đa trong các khoảng băng tần nhỏ bởi vì các kênh con độc lập có thể thao tác một cách riêng biệt với các điều kiện đường dây được xem xét. DMT đo tỉ số S/N một cách riêng biệt đối với mỗi kênh con và ấn định số bit được mang bởi mỗi kênh con tương ứng. Thông thường, các tần số thấp có thể mang nhiều bit bởi vì chúng bị suy hao nhỏ hơn tại tần số cao. o Thích ứng tốc độ: DMT linh hoạt hơn trong việc điều chỉnh tốc độ truyền, nó có thể thích ứng tốc độ dữ liệu đối với điều kiện đường dây cụ thể. Mỗi kênh con mang một số bit cụ thể phụ thuộc vào tỉ số S/N. Bằng việc hiệu chỉnh số bit trên một kênh, DMT có thể tự động điều chỉnh tốc độ bit dữ liệu. Nhược: Do có nhiều sóng mang nên thiết bị rất phức tạp và đắt. Mã hoá Kiểm tra IDFT D/A Kênh thông tin DFT Kiểm traTín hiệu ra Tín hiệu vào Giải mã Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 28 - 3.6.3 Điều chế pha & biên độ không sóng mang CAP (Carrierless Amplitude Phase): Phương pháp điều chế pha và biên độ không sóng mang này dựa trên phương pháp điều chế biên độ cầu phương QAM. Vì thế phương pháp này hoạt động tương tự như phương pháp QAM. Tương tự như QAM, CAP sử dụng cả điều chế biên độ và điều chế pha, như chỉ ra trong hình III.11 sau: Hình III.11 Chòm sao mã hoá cho CAP64 Sự khác nhau giữa CAP và QAM trong việc thực hiện chúng. Với QAM, hai tín hiệu được kết hợp trong một miền tương tự. Tuy nhiên, do tín hiệu sóng mang không mang thông tin, nên CAP không gửi một chút sóng mang nào. Tín hiệu điều chế được thực hiện một cách số hoá nhờ sử dụng hai bộ lọc số với các đặc tính biên độ cân bằng và khác pha. Tín hiệu điều chế của CAP là số chứ không phải là tương tự do đó tiết kiệm được chi phí. Tuy nhiên chính sự vắng mặt của sóng mang lại tạo nên nhược điểm của CAP đó là chòm sao mã hoá của CAP không cố định (trong khi chòm sao mã hoá của QAM là cố định). Do đó bộ thu CAP phải có chức năng quay để phát hiện ra vị trí có liên quan của chùm sao. Dưới đây là sơ đồ thu phát tín hiệu theo phương pháp điều chế CAP. Các bit dữ liệu được đưa vào bộ mã hoá, đầu ra bộ mã hoá là các symbol được đưa đến các bộ lọc số. Tín hiệu sau khi qua bộ lọc số đồng pha và bộ lọc số lệch pha 900 sẽ được tổng hợp lại, đi qua bộ chuyển đổi D/A, qua bộ lọc phát và tới đường truyền. Tại đầu thu, tín hiệu nhận được qua bộ chuyển đổi A/D, qua các bộ lọc thích ứng và đến phần xử lý sau đó là giải mã. Bộ lọc phía thu và bộ xử lý là một phần của việc cân bằng điều chỉnh để chỉnh méo tín hiệu. 0001 1011 0001 10101110 1101 1111 1100 0100 0101 0111 0110 0010 0011 1000 0000 Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 29 - Hình III.12 Thu phát tín hiệu theo phương pháp CAP CAP tạo các thuận lợi sau: o Kỹ thuật hoàn thiện phát triển từ modem V34: Do CAP dựa trên QAM một cách trực tiếp, nên nó là một kỹ thuật hoàn thiện dễ hiểu, và do không có các kênh con nên thực thi đơn giản hơn DMT. o Thích ứng tốc độ: Trong CAP, việc thích ứng tốc độ có thể đạt được bởi việc thay đổi kích cỡ chùm sao mã hoá (4-CAP, 64-CAP, 512-CAP…) hoặc là bằng cách tăng hoặc giảm phổ tần sử dụng. o Mạch thực hiện đơn giản Nhược điểm của phương pháp CAP: Không có sóng mang nên năng lượng suy giảm nhanh trên đường truyền, và cũng do không có sóng mang mà tín hiệu thu chỉ biết biên độ mà không biết pha do đó đầu thu phải có bộ thực hiện chức năng quay nhằm xác định chính xác điểm tín hiệu. Có rất nhiều sự bàn cãi về việc sử dụng DMT hay CAP làm mã đường truyền cho ADSL, mỗi phương pháp đều có những ưu và nhược điểm riêng của nó. DMT có khả năng thích ứng nhanh với thay đổi đường dây, CAP cũng có khả năng như vậy. Nhưng hiện nay DMT được sử dụng làm mã đường truyền cho ADSL. Tuy nhiên, theo sự phân tích ban đầu thì DMT được nhiều tổ chức chuẩn hoá đồng ý sử dụng truyền cho ADSL full-rate và ADSL Lite. Mã hoá Bộ lọc số đồng pha Bộ lọc số trực giao D/A Lọc phát A/D Bộ lọc thích ứng Bộ lọc thích ứng Bộ xử lý Giải mã Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 30 - Trái ngược với DMT, CAP sử dụng hoàn toàn dải băng khả dụng (ngoại trừ dải băng tần thoại), do đó không có các kênh con trong CAP. Nói cách khác, DMT và CAP đều dựa trên QAM, nhưng sự khác nhau căn bản nhất là DMT sử dụng QAM trên mỗi kênh con còn CAP phân bố đều năng lượng qua toàn dải tần. Các hệ thống CAP sử dụng ghép phân chia theo tần số FDM để tách các tần số trong kênh hướng lên và hướng xuống. 3.7 Các phương pháp truyền dẫn song công: Hầu hết các dịch vụ DSL đòi hỏi hai chiều (song công) trong việc truyền dữ liệu, thậm chí tốc độ bit theo các hướng ngược nhau là không đối xứng. Các modem DSL sử dụng các phương thức song công để tách biệt các tín hiệu trên các hướng ngược nhau. Có 4 phương thức song công khác nhau: song công 4 dây, triệt tiếng vọng, song công phân chia theo thời gian, và song công phân chia theo tần số. Phương thức song công triệt tiếng vọng và song công phân chia theo thời gian được sử dụng trong modem ADSL. 3.7.1 Phương pháp FDM (Frequency Division Multiplex : ghép kênh phân chia theo tần số): Trong phương pháp này dải tần được chia thành hai phần đường lên và đường xuống khác nhau. Hình III.13 dưới đây thể hiện sự phân chia đó với fb1 và fb2 là độ rộng dải tần ở hai băng. Hình III.13 Phân chia băng tần của phương pháp FDM Ghép kênh phân chia theo tần số lần lượt truyền theo các hướng khác nhau trong các giải tần không trùng nhau, như được chỉ ra trong hình vẽ trên. FDM loại bỏ NEXT nếu tất cả các đường sử dụng cùng khoảng băng thông. Một phương thức lựa chọn FDM đối với ADSL (phù hợp với triệt tiếng vọng) cho phép dành riêng băng thông tới 138 kHz đầu tiên cho đường truyền hướng lên và tuân thủ theo chuẩn T1.413. Phương thức này thường được sử dụng ở Mỹ. Tuy nhiên, năng lực xử lý thường được thỏa hiệp trong cấu hình này, và băng thông hướng lên đã hạn chế tốc độ dữ liệu dưới mức mong muốn đối với một vài dịch vụ (ví dụ: truy nhập Internet). fc1 Lên Xuống fc2 fb1 fb2 f Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 31 - Nhiều hệ thống ADSL sử dụng kỹ thuật truyền dẫn ghép kênh theo tần số, kỹ thuật này đặt truyền dẫn phát ở dải tần số tách khỏi dải tần thu để tránh tự xuyên âm. Dải tần bảo vệ là cần thiết giúp cho các bộ lọc ngăn tạp âm POTS can nhiễu vào truyền dẫn số (hình III.14). Hình III.14 FDM ADSL Sơ đồ thực hiện truyền: Hình III.15 Sơ đồ thu phát theo FDM Thường đường lên sử dụng băng tần thấp, đường xuống ở băng tần cao và băng xuống rộng hơn băng lên. Ưu điểm của phương pháp FDM: o Do băng tần lên và xuống tách biệt nên giảm được can nhiễu trong một đôi dây, triệt được xuyên âm đầu gần. Điều chế (lên) Giải điều chế (xuống) Thu/Phát lọc Thu/Phát lọc Giải điều chế (lên) Điều chế (xuống) fc1 fc2 fc1 fc2 lên xuống User 1 User 2 Møc truyÒn TÇn sè B¨ng POTS B¨ng b¶o vÖ B¨ng ph¸t tèc ®é thÊp B¨ng ph¸t tèc ®é cao Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 32 - o Không cần đồng bộ giữa phát và thu. Nhược điểm: o Băng tần sử dụng lớn, gây lãng phí băng tần o Ở thành phần tần số cao sẽ bị suy hao nhiều o Khi khoảng cách tăng lên, tín hiệu trên đường dây chịu ảnh hưởng của nhiều tần số, suy hao tần số cao rõ hơn do đó tổng suy hao tăng o Vẫn có xuyên âm đầu gần trong hai đôi dây khác nhau do các hãng sản suất khác nhau sử dụng các băng tần khác nhau. o Ảnh hưởng tới các dịch vụ khác và bị ảnh hưởng bởi các dịch vụ khác do tần số truyền cao. 3.7.2 Phương pháp triệt tiếng vọng EC (Echo Cancellation): Phương pháp triệt tiếng vọng EC sử dụng một kênh duy nhất cho cả phát và thu nên cần có một bộ triệt tiếng vọng phía thu. Một số hệ thống ADSL sử dụng kỹ thuật triệt tiếng vọng EC, nơi dải tần phát được đặt trong dải tần thu. Xem hình III.16. Bằng cách chồng dải tần, tổng băng tần truyền có thể giảm. Tuy nhiên, ECH khó tránh được tự xuyên nhiễu và khi thực hiện cần có xử lý số phức tạp hơn. Hình III.16 EC ADSL Song công triệt tiếng vọng đạt được tốc độ truyền dữ liệu của song công 4 dây trên một đôi dây xoắn. Triệt tiếng vọng là dạng phổ biến nhất của ghép kênh trong DSL hiện đại, đang được chuẩn hoá để sử dụng trong ISDN, HDSL, và ADSL. “Tiếng vọng” là sự phản xạ của tín hiệu phát vào bộ thu đầu gần. Tiếng vọng đáng ngại là bởi vì các tín hiệu đi theo cả hai hướng của truyền dẫn số và cùng tồn tại đồng thời trên các đường truyền dẫn đôi dây xoắn, do vậy tiếng vọng là tạp âm không mong muốn. Møc truyÒn TÇn sè B¨ng POTS B¨ng b¶o vÖ B¨ng ph¸t tèc ®é thÊp Băng phát tốc độ cao Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 33 - Tiếng vọng là một phiên bản bị lọt ra của tín hiệu phát. Bộ triệt tiêu tiếng vọng tạo ra một bản sao của tín hiệu phát bị lọt ra và loại bỏ nó ra khỏi tín hiệu nhận. Các bộ triệt tiếng vọng phải có khả năng loại bỏ tiếng vọng khoảng 50 dB hoặc cao hơn đối với ISDN, khoảng 60dB hoặc cao hơn đối với HDSL, và khoảng trên 70 dB đối với ADSL. Các mức độ triệt tiếng vọng là khác nhau bởi vì HDSL và sau đó là ADSL sử dụng các tần số cao hơn sẽ suy hao lớn hơn, điều đó có nghĩa là bộ nhận phải giảm tiếng vọng tần số cao xuống mức thấp hơn các tần số nhận nhỏ nhất. Để đạt được độ loại bỏ tiếng vọng cao, bộ triệt tiếng vọng phải quyết định các hệ số tiếng vọng tương thích với độ chính xác cao. Triệt tiếng vọng phức tạp hơn so với ghép kênh 4 dây. Tuy nhiên, tiến tới các mức độ xử lý tín hiệu số cao trong VLSI (Very Large Scale Intergrate ), triệt tiếng vọng thậm chí đối với hầu hết các trường hợp khó (ADSL) thì thường có chi phí không đáng kể và thường được sử dụng trong thực tế. 3.8 Đặc điểm kỹ thuật và công nghệ ADSL: 3.8.1 Mô hình tham chiếu hệ thống ADSL: Cặp modem ADSL kết nối máy tính người sử dụng với mạng thông tin thông qua các kết nối ADSL. Theo yêu cầu của nội dung này, cả T1E1.4 trong ANSI T1.413 và TR-001 trong ADSL Forum đều định nghĩa mô hình tham chiếu cho kết nối ADSL. Từ trái sang phải theo hình III.17 ta có: V-C Giao diện điểm truy nhập và mạng dữ liệu U-C2 Giao diện ADSL tới ATU-C không có băng thoại POTS (0 đến 4kHz) U-C Giao diện ADSL tới ATU-C bao gồm băng thoại U-R Giao diện ADSL tới ATU-R bao gồm băng thoại U-R2 Giao diện ADSL tới ATU-R không có băng thoại T-R Giao diện ADSL giữa ATU-R và mạng trong nhà thuê bao* T-S Giao diện giữa mạng trong nhà thuê bao và máy chủ của khách hàng * Mạng phân bố trong nhà thuê bao có thể là một mạng cục bộ chẳng hạn như mạng LAN hoặc có thể không phải là như thế trong trường hợp một kết nối trực tiếp giữa một modem và một PC hoặc một card modem cắm trong ADSL và bus máy tính. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 34 - Hình III.17 Mô hình tham chiếu của diễn đàn ADSL Theo yêu cầu của chương này các giao diện U-C và U-R, T-R và T-S được kết hợp lại. Chúng sẽ được gọi là các giao diện S và T. 3.8.2 Mô hình tham chiếu ATU-C : Trong ATU-C(Khối truyền dẫn ADSL của đường dây đặt tại điểm cung cấp dịch vụ), bảy "kênh mang" được định nghĩa tại giao diện V giữa ATU-C và một mạng chuyển tải. Chúng được gán nhãn từ AS0 đến AS3 và LS0 đến LS2. Các kênh ASx là những kênh đơn công theo một hướng duy nhất trong khi những kênh LSx lại là những kênh song công. Tiêu chuẩn cho phép kết hợp những kênh này theo cấu hình. Việc thực hiện riêng biệt giao diện V có thể đảm bảo cho từ một đến bảy kênh. Các kênh đơn công được sử dụng để hỗ trợ cho những thông tin theo chiều đến. Tương tự như vậy các kênh song công được sử dụng để hỗ trợ cho các thông tin theo chiều đi (thậm chí chỉ có một nửa chiều đi sử dụng những kênh này). Lưu lượng từ giao diện V thông qua ATU-C tới đầu ra tại giao diện U trên đường dây, sẽ xuất hiện những hoạt động sau : 1. Chỉ dẫn tốc độ kênh thông qua một hoặc hai "đường dẫn ngầm" được hỗ trợ trên giao diện ADSL. Mạng băng rộng Bộ tách R Bộ tách C PSTN NT T- R SM SM P H Y V-C U-C U-C 2 U-R U-R 2 HPF LPF Đường tín hiệu Giao diện ATU-C POTS T/S P H Y ATU-R mạch vòng Mạng gia đình Mạng băng rộng Điện thoại hoặc modem âm tần HPF LPF Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 35 - 2. Tạo các mã dư vòng (CRC) và các mã sửa lỗi cho dữ liệu. 3. Chia dữ liệu thành các cấu trúc khung và siêu khung ở lớp vật lý. 4. Mã hoá đa âm cho tín hiệu DMT. 5. Đầu ra tương tự trên đôi dây đồng xoắn. Trong tiêu chuẩn ATU-C, hai đường dẫn ngầm được dành để hỗ trợ cho dữ liệu : một nhanh và một xen. Theo cấu hình riêng, một kênh có thể được gán một trong hai đường dẫn. Đường dẫn xen hỗ trợ cho sửa lỗi kiểu xoắn xen Red-Solomon, còn đường dẫn nhanh lại không hỗ trợ cho nhẩy mức. Việc chống lại các lỗi trong đường dẫn xen có nghĩa là hỗ trợ các ứng dụng mà độ nhậy suy giảm do lỗi gây ra bởi nhiễu đường dây nhưng độ trễ trong dung sai cho phép. Truyền các dữ liệu video theo MPEG II là một ví dụ về ứng dụng này. Đường dẫn nhanh cung cấp tính bảo vệ kém hơn nhưng lại không trễ nhiều như vậy. Nó là công cụ để truyền các ứng dụng nhạy cảm trễ truyền tải như dữ liệu tương tác. Cặp modem có thể được định cấu hình cho thông tin của chúng để sử dụng cả một hoặc hai đường dẫn. Chẳng hạn như, một hệ thống thực hiện các chương trình tương tác hình ảnh có thể được đặt đường dẫn luồng đến AS0 trong đường xen, còn đặt các kênh song công LS0 trong đường dẫn nhanh. Kênh AS0 có thể mang dòng dữ liệu MPEG, còn các đường dẫn khác có thể được sử dụng dữ liệu điều khiển tương tác người sử dụng cho hệ thống video. Điều này có thể trái ngược lại với việc thực hiện tối ưu thông tin dữ liệu. Kênh AS0 mang lưu lượng ATM trên đường đến trong đường nhanh. Lưu lượng đường đi được mang trong kênh song công LS0, cũng ở trong đường nhanh (và chỉ mang lưư lượng trong hướng đi) Mặc dù bốn đường đến đơn công và ba đường đi song công được định nghĩa trong tiêu chuẩn, trong bất kỳ cấu hình nào của ATU-C và ATU-R không phải tất cả chúng đều được sử dụng. Chẳng hạn như trong hai ví dụ trên chỉ có AS0 và LS0 được định hình cho kết nối. Băng thông dành cho đường ADSL được chỉ định giữa những kênh đã định hình này. Mỗi kênh có thể được chỉ băng thông theo các đơn vị 32Kbps cho đến băng thông tối đa của đường đi hay đường đến trên đường ADSL. 1 Trong trường hợp hỗ trợ cho ATM, thì ATU-C và ATU-R đảm nhiệm chức năng TC của ATM (ATM-TC). Tham chiếu thời gian được hỗ trợ trong ATU-C. Điều này cho phép cung cấp các tín hiệu thời gian 8kHz tới ATU-C và ATU-R để đồng bộ mạng. 1 Tốc độ tối đa cho thông tin theo T1.413 đối với modem ADSL là 6144Kbit/s đối với đường đến và 640 Kbit/s đối với đường đi. Tuỳ theo điều kiện của dây và độ dài mà băng thông có thể nhỏ hơn. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 36 - Hình III.18 Mô hình tham chiếu ATU-C 3.8.3 Mô hình tham chiếu ATU-R : ATU-R (Khối truyền dẫn ADSL tại đầu khách hàng) tương tự như ATU-C, tuy nhiên tại giao diện T các kênh đơn công ASx chỉ hoàn toàn nhận (còn tại ATU-C chúng hoàn toàn chỉ gửi). Tham khảo hình III.19. Chúng tạo thành các kênh đến trong khi giao diện LSx song công có thể được định hình để chỉ định dành cho các đường đi. Bởi vì băng thông đường đi tối đa (640kbit/s) nhỏ hơn so với đường đến (6144kbit/s) chỉ khi ba kênh song công trong khung được ghép lại cho truyền dẫn trên oa m 51 1 51 0 48 0 n= 1 n= 0 N T R A S 1 A S 2 § iÓ m th am c hi Õu § iÒ u kh iÓ n gh Ðp / ®å ng b é C R C F N gÉ u nh iª n ho ¸ & F EC C R C I N gÉ u nh iª n ho ¸ & F E C X en S ¾p x Õp tÇ n M · ho ¸ th eo ch ßm ®i Óm v µ ®Þ nh tû lÖ t¨ ng Ýc h ID FT B é ®Ö m nè i t iÕ p/ so ng so ng ®Ç u ra X ö lý t− ¬n g tù vµ D A C A G hÐ p kh un g d÷ liÖ u B K hu ng d ÷ liÖ u ®Ç u ra F E C C M · ho ¸ kh un g d÷ liÖ u ®Ç u vµ o Z i i= 1 ®Õ n 25 5 V -C U -C 2 eo c/ ao c ib “C ¸c b it ” “C ¸c b it ” & “t¨ ng Ýc h ” A S 3 LS 0 LS 1 LS 2 A S 0 x n n= 0 ®Õ n 51 1 Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 37 - giao diện ATU-R. Giống như ATU-C bộ đệm dữ liệu đường “nhanh” và đường “xen” được hỗ trợ. Hình III.19 Mô hình tham chiếu ATU-R 3.8.4 Tạo khung : Độ dài khung được quyết định bởi tốc độ dữ liệu tương ứng của giao diện. Ký hiệu DMT được mã hoá tại tốc độ 4000 baud, nghĩa là tương ứng với 250µs. Lượng dữ liệu thật sự được mã hóa trong một chuyển đổi là chức năng của trạng thái đường dây. Tùy theo trạng thái đường dây lúc bắt đầu chuyển đổi, số âm hỗ trợ và lượng dữ liệu được mã hoá trong mỗi âm sẽ thay đổi. Các âm trong phạm vi nhiễu của phổ được bỏ đi, và điều phức tạp của mã hoá chùm ký hiệu trong mỗi âm sẽ là việc truyền tối ưu cho các oa m 63 62 60 n= 1 n= 0 § iÓ m th am c hi Õu § iÒ u kh iÓ n gh Ðp / ®å ng b é C RC F N gÉ u nh iª n ho ¸ & F E C C R C I N gÉ u ni ªn ho ¸ & F E C X en S ¾p x Õp T Çn M · ho ¸ ch ßm ®i Óm v µ ®Þ nh tû lÖ t¨ ng Ýc h ID FT B é ®Ö m nè i t iÕ p/ so ng so ng ®Ç u ra X ö lý t− ¬n g tù vµ D A C A G hÐ p kh un g d÷ liÖ u B K hu ng d ÷ liÖ u ®Ç u ra F E C C M · ho ¸ ch ßm ®i Óm k hu ng d ÷ liÖ u ®Ç u vµ o Z i i= 1 ®Õ n 31 T- R U -R 2 eo c/ ao c ib LS 0 LS 1 LS 2 x n n= 0 ®Õ n 63 “C ¸c b it ” “C ¸c b it ” & “t¨ ng Ýc h ” Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 38 - trạng thái đường dây riêng biệt. Một khung bao gồm dữ liệu mà có thể truyền thông qua giao diện DMT như là một ký hiệu, nghĩa là tại một thời điểm mỗi khung bao gồm dữ liệu cho bộ đệm dữ liệu nhanh và xen cũng như là các bit dành cho sửa lỗi, quản trị và quản lý đường ADSL. Tham khảo hình III.20 bởi vì độ dài khung liên quan trực tiếp tới cách sử dụng DMT để mã hoá dữ liệu như thế nào, nên không cần phải chỉ ra ranh giới bắt đầu và kết thúc của khung. 3.8.4.1 Cấu trúc siêu khung : Bởi vì độ dài của khung được thực hiện theo các cấu hình riêng biệt của giao diện U ADSL, nên độ dài của siêu khung cũng không cố định mà tuỳ theo cấu hình của đường nối. 3.8.4.2 Cấu trúc khung của bộ đệm dữ liệu nhanh : Dữ liệu trong bộ đệm nhanh được chèn vào trong đường dẫn đầu tiên của khung. Byte đầu tiên gọi là " fast byte " và nội dung của nó là phần đầu hoặc thông tin đồng bộ. Các byte dữ liệu từ bộ đệm liên tục được chèn tiếp theo sau fast byte. Các byte cho mỗi kênh mang theo yêu cầu, như hình.21 Hình III.20 Cấu trúc siêu khung ADSL Các byte NF 1 byte ib8-15 trong byte nhanh ib16-23 trong byte nhanh ib0-7 trong byte nhanh crc0-7 trong byte nhanh và đồng bộ Không dùng hoặc dữ liệu mức bit Các byte NI Bộ đệm khung dữ liệu (68/69 x 250 µsec) Siêu khung (17 msec) Khung 0 Khung 1 Khung 2 Khung 66 Khung 67 Khung đồng bộ Bộ đệm dữ liệu nhanh Khung 34 Khung 35 (ib = bit chỉ thị) fast byte Byte dữ liệu nhanh các byte FEC KF bytes RF bytes Byte dữ liệu xen Bộ đệm dữ liệu xen Khung dữ liệu ghép, điểm A Đầu ra FEC (điểm B) hoặc mã hoá chòm điểm đầu vào (điểm C) khung dữ liệu Mã hoá chòm điểm khung dữ liệu đầu vào (điểm C) Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 39 - Hình III.21 Cấu trúc khung đường nhanh Nếu một kênh mang không được thực hiện, thì sẽ không có dữ liệu chèn vào kênh mang này. Dữ liệu cho những kênh riêng biệt được chỉ định tương xứng với khung dựa trên băng thông được dành cho mỗi kênh. Nếu như không có dữ liệu gửi qua đường dẫn liên tục, thì khung liên tục sẽ chỉ có fast byte. Phần bộ đệm nhanh của khung sẽ được bởi byte chứa thông tin đồng bộ (AEX và LEX và tiếp đến mã sửa lỗi được tính toán cho dữ liệu đường dẫn nhanh trong khung). 3.8.4.3 Cấu trúc khung của bộ đệm dữ liệu xen : Bộ đệm xen được chèn vào trong khung sau bộ đệm nhanh. Đầu tiên nó được tập hợp theo khuôn dạng đồng nhất theo khung nhanh. Giống như khung nhanh, dữ liệu thực sự cho mỗi kênh mang được chỉ định cho đường dẫn xen được trải ra tương xứng với băng thông của các kênh mang của đường nối ADSL. Việc ghép kênh được thực hiện cho đường dẫn xen, các khung được giữ trong bộ đệm tới chỉ rõ chiều sâu xen và sự liên kết giữa chúng. Kết quả là đầu ra có cùng độ dài với khung đầu vào nhưng lại là từ những khung xen từ trước. Chẳng hạn như như dữ liệu gửi đến bộ mã hoá DMT nội dung dữ liệu từ N khung trong bộ đệm. Dữ liệu từ khung xen bất kỳ bị trễ đi một chu kỳ là N khung (250 N lần mili giây) trước khi được giải mã ở phía bên kia. Đầu ra được ghép lại với đầu ra của bộ đệm nhanh để xây dựng khung. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 40 - Hình III.22 Tạo khung xen 3.8.4.4 Khai thác và bảo dưỡng: Giao diện ADSL hỗ trợ ba phương pháp cho việc trao đổi thông tin hoạt động của lớp vật lý giữa ATU-C và ATU-R: o Ghi kênh hoạt động EOC o Điều khiển mào đầu ADSL AOC o Các bit chỉ dẫn. Ghi kênh hoạt động hỗ trợ việc đọc và ghi các đăng ký chứa thông tin hoạt động trên ATU-R từ ATU-C. Các đăng ký theo tiêu chuẩn cho phép truy nhập miền nội dung để nhận dạng của ATU-R bao gồm nhà cung cấp, số sản xuất, cấu hình hiện tại của ATU-R, kết quả tự kiểm tra, suy giảm dòng đường dây, số dư tỷ lệ nhiễu trên tín • • • C ¸c b yt e R I C ¸c b yt e K I C ¸c b yt e K I C ¸c b yt e K I B yt e ®å ng b é by te 1 A S 0 C ¸c b yt e B I( A S 0) A S 1 C ¸c b yt e B I( A S 1) A S 2 C ¸c b yt e B I( A S 2) A S 3 C ¸c b yt e B I( A S 3) LS 0 C ¸c b yt e C I( LS 0) LS 1 C ¸c b yt e B I( LS 1) LS 2 C ¸c b yt e B I( LS 2) A E X C ¸c b yt e A I LE X C ¸c b yt e L I G hÐ p kh un g d÷ li Öu (® iÓ m A ) C ¸c b yt e K I G hÐ p kh un g d÷ li Öu # 0 G hÐ p kh un g d÷ li Öu # 1 G hÐ p kh un g d÷ li Öu # S- 1 c¸ c by te FE C K hu ng d ÷ liÖ u ®Ç u ra F E C # 0 K hu ng d ÷ liÖ u ®Ç u ra F E C # 1 K hu ng d ÷ liÖ u ®Ç u ra F E C # S -1 C ¸c b yt e N I C ¸c b yt e N I C ¸c b yt e N I • • • Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 41 - hiệu. Một vài đăng ký được dành cho nhà cung cấp định nghĩa, nhưng có thể đọc và ghi được thông qua EOC. ATU-R có thể gửi cho ATU-C bản tin thông báo sự cố thông qua EOC khi mất nguồn ATU-R. EOC được thực hiện nhờ sử dụng các bit trong 'fast byte' của những khung từ 2 đến 32 và từ 36 đến 67 trong một siêu khung. Khung EOC gồm 13 bit trong đó có 5 bit mào đầu và 8 bit tải. Một khung EOC có thể được gửi trong hai khung ADSL. Tải có thể là byte dữ liệu hay lệnh cho phía bên kia. Trong T1.413 ngoại trừ bản tin sự cố mất nguồn được gửi bởi ATU-R, tất cả các lệnh được gửi bởi ATU-C tới ATU-R. ATU-R có thể trả lời các lệnh với nội dung từ bộ ghi (3). AOC cũng có cấu trúc tương tự như EOC. Nó được sử dụng để mang các thông tin thời gian thực cần thiết cho việc tái lập lại cấu hình cần cho thay đổi trạng thái đường dây. Nó mang các bit trong byte đồng bộ của phần ghép xen khung ADSL. Một khung AOC có độ dài 13 bit gồm 5 bit lệnh và 8 bit dữ liệu. 23 bit chỉ dẫn được mang trong các fast byte của phần nhanh của khung ADSL. Mỗi bit được xem như chỉ dẫn cho modem thu về trạng thái của phần tương tự nó tại đầu bên kia. Các bit chỉ dẫn được thiết lập khi các trạng thái chẳng hạn như lỗi đường truyền hay mất tín hiệu được phát hiện tại đầu bên kia của kết nối ADSL. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 42 - CHƯƠNG IV CẤU TRÚC CỦA CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ADSL 4.1 Sơ đồ chương trình mô phỏng hệ thống ADSL: Hình IV.1 Sơ đồ mô phỏng hệ thống ADSL. Giới thiệu: Sơ đồ mô phỏng hệ thống ADSL bên trên mô phỏng hoạt động của một hệ thống ADSL như trong thực tế với những thông số thực. Tín hiệu vào, từ bộ phát ngẫu nhiên, sẽ được truyền đi bằng hai đường FAST và INTERLEAVE với cách mã hoá và sửa lỗi khác nhau. Tại đầu thu, tín hiệu sẽ được phục hồi và sửa lỗi. Tuy nhiên, ở mô hình này, chúng em chỉ truyền dữ liệu mà không quan tâm đến truyền thoại, đồng thời tín hiệu truyền trên dây chỉ bị ảnh hưởng bởi nhiễu trắng Gauss mà không bị ảnh hưởng bởi những yếu tố khác. Để hiểu cách hoạt động của hệ thống trên, xin hãy lướt qua chức năng của các khối và dạng sóng ở lối vào và lối ra của mỗi khối: PHẦN MẠCH PHÁT: ™ Bernoulli Binary Generator : ƒ chức năng : tạo ra các chuỗi bit nhị phân ngẫu nhiên. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 43 - ƒ lối ra : các Frame dữ liệu : 9 Số mẫu / Frame : 1552. 9 Sample time : (1/4000)/1552. Dữ liệu ra sẽ được đưa vào 2 bộ Vector Selector. ™ Khối Vector Selector : ƒ chức năng : dùng để chọn các mẫu trong Frame. ƒ Vector Selector (1) : 9 Vào : các Frame dữ liệu (1552 mẫu). 9 Ra : các Frame dữ liệu (776 mẫu đầu). Dữ liệu ra sẽ đi vào đường Fast và vào khối CRC Generator. ƒ Vector Selector : 9 Vào : các Frame dữ liệu (1552 mẫu). 9 Ra : các Frame dữ liệu (776 mẫu sau). Dữ liệu ra sẽ đi vào đường Interleaver và vào khối CRC Generator. ™ Khối CRC Genarator : ƒ Chức năng : 8 bit CRC được tính toán và thêm vào ở byte đầu của frame 0 của siêu khung kế tiếp. ƒ Lối ra : là các frame đâ được chèn thêm 8 bit kiểm. Dữ liệu ra từ khối CRC Generator (ở cả hai tuyến Fast và Interleaver) sẽ được đưa vào khối Scrambler & Fec (ở cả hai tuyến). Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 44 - Hình IV.2 Dạng sóng lối vào (đồ thị trên) và dạng sóng lối ra (đồ thị dưới) của CRC ™ Khối Scrambler & Fec : Đây là tổng hợp của cả hai khối Scrambler và Fec. Khối Scrambler : ƒ Chức năng : dùng để ngẫu nhiên hóa các bit ngoại trừ các bit đồng bộ khung và các bit chèn bằng đa thức bậc 23 trước khi được mã hóa. 9 Vào : là các Frame đã được gắn bit kiểm CRC. 9 Ra : là các Frame đã được ngẫu nhiên hóa. Khối Fec : ƒ Chức năng : mã hóa Reed_Solomon (RS). 9 Vào : các Frame đã được ngẫu nhiên hóa. 9 Ra : các Frame đã được mã hóa RS Dữ liệu ra (đường Fast) sẽ đi tới khối Vert Cat, dữ liệu ra (đường Inteleaver) sẽ đi đến khối Convolutional Inteleaver rồi mới đến khối Vert Cat. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 45 - Hình IV.3 Dạng sóng đầu vào (đồ thị trên) và dạng sóng đầu ra (đồ thị dưới ) của khối Scrambler. ™ Khối Convolutional Interleaver : ƒ chức năng : hoán vị tín hiệu vào bằng cách sử dụng bộ thanh ghi dịch. 9 Vào : Là các Frame đã được ngẫu nhiên và mã hóa RS. 9 Ra : các Frame đã bị hoán vị (bị chèn ). Dữ liệu ra sẽ được đưa đến khối Vert Cat. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 46 - Hình IV.4 Dạng sóng đầu vào (đồ thị trên) và dạng sóng đầu ra (đồ thị dưới ) của khối Convolutional Interleaver. ™ Khối Vert Cat (Matrix Concatenation) : ƒ chức năng : tổng hợp các khung dữ liệu (sau khi đã được gắn các bit kiểm và ngẫu nhiên hóa) từ hai đường Fast và Interleaver thành một siêu khung . 9 Ra : là một ma trận dạng cột. Dữ liệu ra sẽ được đưa vào khối DMT Modulation. ™ Khối DMT Modulation : dùng phương pháp QAM để điều chế. ƒ chức năng : phân kênh tín hiệu thành nhiều kênh con nhằm hạn chế xuyên nhiễu giữa các ký hiệu bằng phương pháp điều biến đa kênh rời rạc. 9 Ra : luồng dữ liệu đã được điều biến QAM (điều biến biên độ cầu phương). Tín hiệu này sẽ được đưa đến bộ thu bằng đường dây điện thoại (Telephone Line). Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 47 - Hình IV.5 Dạng sóng đầu vào (đồ thị trên) và dạng sóng đầu ra (đồ thị dưới ) của khối DMT ™ Khối Telephone Line : ƒ chức năng : giống như đường dây điện thoại thưc sự, nhưng ở đây chỉ xét nhiễu trắng,bỏ qua các loại nhiễu đường dây khác. 9 Ra : dữ liệu ra có dạng là tín hiệu Analog (đã được cộng thêm nhiễu trắng AGWN). Lúc này trên kênh truyền, ở tần số thấp sẽ là tín hiệu thoại, ở tần số cao sẽ là 256 kênh truyền chứa các ký hiệu DMT (mà đã mã hóa thành các tín hiệu Analog). Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 48 - Hình IV.6 Dạng sóng đầu vào (đồ thị trên) và dạng sóng đầu ra (đồ thị dưới ) của khối Telephone Line. PHẦN MẠCH THU: ™ Khối DMT Demodulation : ƒ chức năng : giải điều chế, ghép các subchannels (kênh con) thành một kênh tín hiệu duy nhất như trước khi truyền. 9 Vào : tín hiệu Analog đa tần rời rạc (cộng thêm nhiễu AGWN). 9 Ra : là các Frame dữ liệu. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 49 - Hình IV.7 Dạng sóng đầu vào (đồ thị trên) và dạng sóng đầu ra (đồ thị dưới ) của khối DMT Demodulation. ™ Khối Vector Selector : ƒ chức năng : dùng để chọn các mẫu trong Frame. ƒ Vector Selector (1) : 9 Vào : các Frame dữ liệu (1680 mẫu). 9 Ra : các Frame dữ liệu ( 840 mẫu đầu). Dữ liệu ra sẽ đi vào đường Fast. ƒ Vector Selector (2) : 9 Vào : các Frame dữ liệu (1680 mẫu). 9 Ra : các Frame dữ liệu (840 mẫu sau). Dữ liệu ra sẽ đi vào đường Interleaver. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 50 - ™ Khối Convolutional Deinterleaver : khối này có chức năng ngược với khối Convolutional Interleaver. ƒ chức năng : phục hồi thứ tự của tín hiệu đã bị hoán vị bằng các dùng các thanh ghi dịch. 9 Ra :các bytes trong Frame đã được sắp xếp lại giống như ở mạch phát. Hình IV.8 Dạng sóng đầu vào (đồ thị trên) và dạng sóng đầu ra (đồ thị dưới ) của khối Convolutional Deinterleaver. ™ Khối Z-800 : ƒ chức năng : trì hoãn tín hiệu vào (800 chu kỳ mẫu). ™ Khối Descrambler & Fec : ƒ chức năng : đây cùng là sự tổng hợp của hai khối : khối giải mã RS và khối giải ngẫu nhiên hóa. 9 Vào : các Frame dữ liệu đã được trì hoãn. 9 Ra : các frame dữ liệu đã được giải mã và sắp xếp lại. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 51 - Hình IV.9 Dạng sóng đầu vào (đồ thị trên) và dạng sóng đầu ra (đồ thị dưới ) của khối Descrambler & Fec. ™ Khối CRC Syndrome : ƒ chức năng :loại bỏ các bit kiểm CRC đã gắn vào ở mạch phát và kiểm tra lỗi. 9 Vào : là các Frame dữ liệu còn CRC. 9 Ra : là các Frame dữ liệu ban đầu. Ở khối này việc kiểm tra lỗi sẽ được thực hiện trên các syndrome . ™ Khối Error Rate Calculation : ƒ Chức năng: tính tốc độ sai bit hay tốc độ sai ký hiệu của dữ liệu vào. Khối Error Rate Calculation so sánh dữ liệu đầu vào từ bộ phát với dữ liệu đầu vào từ bộ thu. Nó tính toán tốc độ sai lỗi bằng cách chia số bit sai cho tổng số bit nhận được. Nhận xét: Tín hiệu từ đầu phát được đưa đến đầu thu bằng hai đường (Fast(non- Interleave) và Interleave). Ta có thể quan sát dạng sóng ở đầu thu và đầu phát của hệ thống trên theo hai đường: Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 52 - Tín hiệu đi theo đường Interleave: Hình a) Dạng sóng đầu phát(đồ thị bên trên) và dang sóng đầu thu(đồ thị bên dưới) của đường truyền Interleave Tín hiệu đi theo đường Fast: Hình b) Dạng sóng đầu phát(đồ thị bên trên) và dang sóng đầu thu(đồ thị bên dưới) của đường truyền Fast. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 53 - Giải thích: Do những ảnh hưởng của đường truyền nên tín hiệu đầu phát và đầu thu khác nhau. Để có thể thấy được tỷ lệ lỗi trên tín hiệu, xin hãy quan sát trên phần hiển thị của khối Error Rate Calculation. 4.2 MỘT SỐ THUẬT TOÁN CHÍNH TRONG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG: 4.2.1 Mà KIỂM TRA CRC : (Cyclic Redundancy Check : mã kiểm tra dư chu kỳ) Hình IV.10 Đồ thị 1:dạng sóng lối vào; Đồ thị 2: dạng sóng đã gắn mã kiểm tra CRC; Đồ thị 3: dạng sóng sau khi đã được gở bỏ mã kiểm tra CRC. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 54 - ADSL sử dụng các mã kiểm tra CRC để phát hiện các lỗi trong khối các bit / bytes được truyền qua kênh truyền ADSL. Một tới hai byte chẵn lẽ được thêm vào cuối các bytes thông tin dùng để kiểm chứng việc nhận chính xác các bytes thông tin ở máy thu. Thông thường các xung đột CRC, tương ứng với các lỗi được phát hiện, sử dụng tại chức năng bảo dưỡng mức độ cao hơn để chẩn đoán hoặc thiếp lập lại đường truyền DSL. Các mã kiểm tra CRC này nằm ngoài mã hóa RS và do vậy phát hiện các lỗi không được hiệu chỉnh bởi mã RS. Mã kiểm tra CRC ở mức bit dựa trên các mã nhị phân tuần hoàn, chuỗi các bytes bản tin được xử lý như là một chuỗi bit và đa thức nhị phân được lập để biểu diễn bản tin như sau: m(Z) = m0Zk-1 + m1Zk-2 +…..+ mk-1 thông thường r = 8,12,16 bit (1Æ2 bytes ) được thêm vào bản tin dạng đa thức kiểm tra nhị phân c(Z) = c0Zr-1 + c1Zr-2 +.... + cr-2*Z + cr-1 bằng phép cộng nhị phân m(Z)*Z(r) + c(Z) Đa thức kiểm tra được xác định là phần dư của phép chia m(Z) cho g(Z), là đa thức nhị phân mô tả mã CRC : c(Z) = m(Z) mod g(Z) Ở đầu thu phép chia được lặp lại và các phần dư sẽ được so sánh. Nếu các phần dư không khớp, xung đột CRC được thông báo, và chắc chắn là lỗi xảy ra trên đường truyền. Chỉ có một số mẫu lỗi rất đặc biệt trong kênh truyền làm cho có cùng số dư, và tạo ra các lỗi không phát hiện được. Các mẫu đặc biệt này tương ứng với các từ mã dạng mã tuần hoàn nhị phân. Bit đầu tiên được truyền là m0 và các bit thông tin tiếp theo tới mk-1, sau đó là các bit kiểm tra. Các phần tử trễ ban đầu được đặt bằng không và chứa phần dư / các bit kiểm tra sau khi K bit thông tin được chuyển qua mạch. Một mạch giống hệt như vậy ở đầu thu kiểm tra phần dư theo các bit kiểm tra đầu ra của bộ tách ADSL. Để xác định xác suất xảy ra các lỗi bị bộ kiểm tra CRC bỏ qua, cần chú ý : 1. Tất cả các lỗi bit đơn đều được phát hiện vì đa thức lỗi với một số đơn không thể chia hết cho g(Z). 2. Tất cả các lỗi bit kép đều được phát hiện (bởi vì g(Z) có một hệ số là đa thức nguyên thủy, hệ số không thể chia thành đa thức hai số hạng bất kỳ trừ các lỗi được cách bởi 2r-1-1 bit, nó nhằm ở giới hạn trên của chiều dài đa thức thông tin mà thực tế không thể vượt qua được ). 3. Tất cả các số lẻ lỗi bit được phát hiện (vì hệ số 1+Z trong g(D)g(Z) không chia hết đa thức lỗi bất kỳ với số lẻ 1 trong nó.) trong trường hợp trạng thái ổn định của ADSL, điều này không được bảo đảm. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 55 - 4. Các lỗi với chiều dài nhỏ hơn hoặc bằng r (vì phần dư sau khi chia sẽ là bội số của g(Z) trừ khi nó cùng bậc) 5. Phần lớn các lỗi xung dài hơn Rõ ràng là các kiểm tra CRC sẽ xác định nhanh chóng ADSL, nhưng không thể chỉ dựa vào CRC để đảm bảo là tất cả dữ liệu luôn được truyền đúng. Do đó các sự cố CRC thường được báo về cho thiết bị bảo dưỡng cho ADSL để thực hiện sửa chữa hoặc thay thế thiết bị ADSL nếu nhận được vài lỗi. ADSL sử dụng kiểm tra CRC 8 bit 4.2.2 NGẪU NHIÊN HOÁ (SCRAMBLER) Hình IV.11 (Theo thứ tự từ trên xuống)Đồ thị (1):Dạng sóng ban đầu; Đồ thị(2):Dạng sóng sau khi ngẫu nhiên hoá; Đồ thị(3):Dạng sóng sau khi được giải ngẫu nhiên hoá. Các bộ tạo ngẫu nhiên trong truyền dẫn số được sử dụng với mục đích làm ngẫu nhiên hoá dòng bit đầu vào .Vì các chuỗi toàn số 0 hoặc số 1 có thể xuất hiện trong Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 56 - truyền số liệu thực tế thường xuyên hơn các chuỗi khác(điều này trái với các giả thiết về bản tin được truyền độc lập sử dụng trong các DSL nói chung),người ta mong muốn hạn chế các tình huống này . Các bộ tạo ngẫu nhiên biến đổi các bit đầu vào thành tập hợp các bit tương đương thật sự là các bit độc lập trên thực tế. Các bộ cân bằng , bộ triệt tiếng vọng , các phương pháp hoán đổi bit , phương pháp nhận dạng kênh đều có lợi nếu sử dụng bộ tạo ngẫu nhiên. Ý tưởng cơ bản là sắp xếp chuỗi các bit đầu vào thành tập hợp các bit ngẫu nhiên thông qua bộ tạo ngẫu nhiên sau đó sắp xếp lại các bit ở đầu thu . Tất cả các DSL đều sử dụng bộ giả ngẫu nhiên tự đồng bộ . Chiều lên và xuống của ASDL sử dụng bộ giả ngẫu nhiên tự đồng bộ 23 bit. Hinh IV.12 Bộ giả ngẫu nhiên tự đồng bộ 23 bit SCRAMBLER: Chuỗi bit nhị phân được ngẫu nhiên bằng cách sử dụng thuật toán sau: dn = Dn ⊕ dn-18 ⊕ dn-23 Với Dn : là đầu vào thứ n vào bộ ngẫu nhiên dn: đầu ra thứ n của bộ ngẫu nhiên . Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 57 - 4.2.3 FEC (FORWARD ERROR CODING): Hình IV.13 (Theo thứ tự từ trên xuống)Đồ thị(1):Dạng sóng ban đầu; Đồ thị(2):Dạng sóng sau khi giải mã RS; Đồ thị(3):Dạng sóng sau khi mã hóa RS. 4.2.3.1 Mà RS(N,K) (Reed_Solomon) : Mã BCH là mã khối vòng tuyến tính cho phép sửa nhiều lỗi. Mã RS là 1 lớp con không nhị phân đặc biệt, đạt được mã có kích thước lớn nhất với khoảng cách nhỏ nhất. Đối với mã không nhị phân, ta có thể xác định khoảng cách giữa 2 codeword là số kí hiệu không nhị phân khác nhau giữa chúng. Mã RS được chỉ rõ là mã RS (n,k),với n là số ký hiệu /block tại ngõ ra bộ mã hoá, k là số ký hiệu thông tin tại đầu vào bộ mã hoá, n-k= 2t là số ký hiệu parity mà bộ mã Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 58 - hoá cộng thêm cho mỗi khối, t=(n-k)/2 là số lỗi ký hiệu sai tối đa mà mã RS có thể sửa tại mỗi khối và khoảng cách nhỏ nhất dMIN= n – k +1. Mã RS là mã đại số mà những đa thức thông qua trường GF(2m) mô tả thông tin được mã hoá và codeword đã được mã hóa. Những thông tin vào và ra bao gồm những ký hiệu là thành phần của GF(2m)(0,1,α , α 2,và những thông số khác).Những ký hiệu này được sắp xếp như là hệ số của đa thức và số mũ của biến X chỉ thứ tự mà bộ mã hoá và bộ giải mã nhận và xuất ra những ký hiệu liên quan. 4.2.3.2 Mà HÓA RS(n,k): Phương trình chính để xác định hoạt động mã hoá hệ thống cho Mã RS là: c(X)=i(X)Xn-k + [i(X)Xn-k] mod g(X) (1) với c(X): đa thức bậc n, i(X) là đa thức thông tin bậc k-1, i(X)Xn-k mod g(X) là đathức parity bậc n-k-1,và g(X) là đa thức chung bậc n-k. Mã hoá hệ thống có nghĩa là sau khi mã hoá, code word nhận được có các ký hiệu thông tin nguyên thuỷ được chèn tại các hệ số thứ tự cao hơn của codewords và sau đó chọn ký hiệu parity để tạo ra một codeword hợp lệ c(X). Trong trường hợp tổng quát, đa thức g(X) cho mã RS (n,k) là : ))...()(()( 121 −++ −−−= tjjj XXXXg ααα Nếu như j = 1: g(X) = gn-kXn-k + gn-k-1Xn-k-1 +...+ g2X2 + g1X + g0 Ta có thể chọn bất cứ giá trị nguyên nào cho j, tuy nhiên thường ta chọn j = 1 vì đôi lúc ta có thể giảm được chi phí phần cứng. Chú ý rằng tất cả các đa thức ở trên bao gồm cả g(X) là đa thức trong trường GF(2m). Để có thể hình dung được phần cứng mà thực hiện phương trình (1), ta phải hiểu cách hoạt động của i(X)Xn-k và i(X)Xn-k modg(X). Như đã đề cập trước cho mã hóa hệ thống, ta thay những ký hiệu thông tin bằng những hệ số có số mũ cao hơn. Vì thế i(X)Xn-k có nghĩa là ta phải dịch các ký hiệu thông tin nhằm đạt được hàm mũ cao hơn của X, từ n-1 xuống n-k. Ta điền vào những vị trí còn lại từ mũ n-k-1 đến 0 bằng zeros Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 59 - Ví dụ như : ta có 632)( ααα ++= XXXi nhân phương trình trên với X4 ta được : 0000)( 23465364 ++++++= XXXXXXXXi ααα phần hai của phương trình (1), i(X)Xn-k mod g(X) , là phần còn lại khi ta chia đa thức i(X)Xn-k cho g(X). Vì thế ta phải thiết kế mạch có hai chức năng : chia và dịch đến số mũ cao hơn của X. Những thanh ghi dịch hồi tiếp tuyến tính cho phép ta dễ dàng thực hiện hai phép toán trên. Hình 2 là sơ đồ chung của mã hóa RS (n,k). Nhiệm vụ chung của thiết kế là thực hiện mạch nhân và cộng GF(2m) , nhớ rằng ta có thể cộng hai thành phần của trường GF(2m) bằng cách cộng Modulo 2 những ký hiệu hiệu nhị phân của chúng , điều này tương tự như cộng xor vì vậy bộ cộng của ta đơn giản chỉ gồm những cổng xor. Ví dụ một bộ cộng GF(24) cần 4 cổng xor (có hai đầu vào ) để cộng hai tín hiệu của trường tín hiệu GF(24). Ta có thể dể dàng định vị các phương trình cho hoạt động của xor vào cấu trúc LUT (look_up_table) của FPGA. * Ta có thể hiểu đơn giản hơn như sau : Mã hoá RS được thực hiện nhằm cho việc sửa lỗi ở đầu thu.Mã hoá RS gắn R bytes dư thừa RS FEC vào mỗi khung dữ liệu. R và S có thể định trước. R lấy các giá trị từ {0,4,8,16},S lấy các giá trị từ {1,2,4,8,16}.R /S phải là số nguyên. R bytes dư c0,c1,....cR-1 được gắn vào K*S bytes(K là số bytes thông tin trên 1 frame) dữ liệu sử dụng quy luật sau : C(D) = M(D)DR mod G(D) G(D) là đa thức chung. M(D) là đa thức thông tin(dữ liệu). 4.2.3.3 GIẢI Mà RS(n,k) : Cho dù ta sử dụng các kỹ thuật thông thường để giải mã các mã vòng BCH, nhiều thuật toán giải mã tốt hơn đ