Tìm hiểu về ADSL

rất thích hợp để cung cấp tốc độ bit cao trên mạch vòng DLC, mà hiếm khi dài quá 3,7 Km (12 kft). Mặc dù đã có những tiêu chuẩn công nghiệp cho ADSL (ANSI T1.413), các hệ thống ADSL ban đầu không làm việc với nhau. Nguời ta nhận thấy ngày càng rỡ 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 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 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 tộc độ. Việc lắp đặt dịch vụ ADSL ở phía nhà thuê bao có thể yêu cầu thay đổi toàn bộ đi dây bên trong hoặc sửa đổi. Đối với cấu 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 với dây vàng và dây đen nối tới modem ADSL của khách hàng. Để điều này được thực hiện cần có bộ 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 cả ISDN). Kết quả là thường phải đi dây lại từ NID tới modem của khách hàng. Cấu hình ADSL POST có bộ tách phổ biến nhất đặt bộ lọc thông thấp LPF cho đường dây thoại gần NID và bộ lọc thông cao HPF ở trong ATU-R. Một giải pháp khác, các bộ lọc có thể được tích hợp trong ATU-R. Sử dụng các bộ lọc ở ATU-R có nhược điểm là có thể bị mất dịch vụ POST khi bỏ đi ATU-R và có thể có xuyên âm quá mức khi sử dụng đường dây hiện có. ADSL không bộ tách loại bỏ bộ tách ở cuối đường dây phía thuê bao. Nhiều ngôn 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. 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. Bộ lọc ADSL có hai mục đích: Bộ lọc làm suy giảm nhiễu tín hiệu có thể làm hỏng đường truyền dữ liệu ADSL. Bộ kọc 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. Bộ lọc này thường không đắt và có các đầu nối modun cho nên bất cứ khách hàng nào cũng có thể tự lắp được. Tốc độ dữ liệu ở một chừng mực nào đó thấp hơn cấu hình ADSL tiêu chuẩn do các nguồn nhiễu khác và hiệu ứng tải của các bộ lọc các mẫu dây. Khuyến nghị ITU G.992.1 (G.Lite) hoạt động thấp hơn khuyến nghị ITU G.992.1 (G.DMT) do giảm số âm DMT và số bit trên âm ít hơn. Chất lượng truyền trong băng thoại bị suy giảm có thể xuất phát từ các bộ lọc thông thấp đặt song song nhau. Một trở ngại khác liên quan đến khách hàng quên không lắp đặt LPF trên đường dây nối tới điện thoại của họ. Do những chướng ngại đó mà ADSL không bộ tách chưa được sử dụng nhiều. 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. 3.2 Cấu trúc của hệ thống ADSL 3.3 Các kỹ thuật mã hoá đường truyền trong ADSL Các phương pháp điều chế CAP và DMT là các mã đường truyền sử dụng hữu ích cho vùng tần số cao nằm trên dải tần băng thoại. Hai phương pháp này rất khác nhau về phương pháp thực hiện, do đó bộ thu phát DMT không thể tương thích với bộ thu phát CAP. 3.3.1 Mã hoá đa tần rời rạc DMT 3.3.1.1 Mã hoá đường truyền đa kênh Phương pháp truyền dẫn đa kênh phân chia các đường DSL thành hàng trăm các đường trường nhỏ hơn, dễ truyền hơn. Tốc độ số liệu là tổng tốc độ truyền trên các kệnh nhỏ này. Phương pháp chung nhất của phân chia là truyền dẫn trên các băng tần hẹp không có sự chồng lấn. Mã hoá đường truyền đa kênh có chất lượng cao nhất và cơ bản đã được tối ưu hoá 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, đây là 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. (1) Dung lượng của kênh AWGN: Dung lượng của một kênh truyền dẫn theo lý thuyết là giới hạn trên của tốc độ số liệu có thể truyền dẫn một cách tin cậy. Trong một kênh AWGN không có xuyên nhiễu, tốc độ số liệu cực đại dưới dạng bit/số nguyên thực là: trong đó, SNR là tỷ số năng lượng phát của ký hiệu trên mật độ phổ công suất của nhiễu hoặc SNR = ε/σ2 (cần nhắc lại là các thứ nguyên của nhiễu và tín hiệu là như nhau). Để tính tốc độ số liệu dưới dạng bit/s chỉ cần nhân dung lượng trên với số kí hiệu và tốc độ kí hiệu: Đối với các mã đường truyền để có tốc độ số liệu cực đại với Pe nhỏ nhất, một số kỹ thuật phức tạp đã được sử dụng. Một số phương pháp điều chế/ mã hoá thực tế đựoc đặc trưng bởi xác suất lỗi ký hiệu cố định nào đó nhờ tham số chênh lệch Г đánh giá độ không hiệu quả của tín hiệu/ tạp âm SNR so với dung lượng. Do vậy tốc độ số liệu đạt được khi sử dụng mã là: Giá trị càng nhỏ thì mã hoá càng tốt. Các phương thức QAM và PAM được trình bày ở trên có = 9,8dB với xác suất lỗi 10-7. Các phương thức mã hoá tốt có thể giảm giá trị này từ 3 tới 5 dB. Một vài mã có độ hiệu quả rất cao (mã Turbo và mã liên kết) có thể giảm giá trị này từ 1 đến 2dB. (2) Truyền dẫn đa kênh cơ bản: Phương thức truyền dẫn đa kênh đem lại chất lượng cao được sử dụng trong đường truyền ADSL và VDSL. Các 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 chất lượng lý thuyết. Giải pháp sử dụng ở đây là phân chia kênh truyền dẫn thành một số các kênh AWGN 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 thông 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, ta 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 hoá và sử dụng do việc tạo ra 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 các kênh độc lập song song với nhau làm cho việc tính toán tốc độ dữ 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 II-1. 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 tần rộng. Người ta phân chia phổ của tín hiệu phát thành các băng tần hẹp hơn và các kênh này truyền qua kênh dự kiến truyền tải thông tin. Cần lưu ý là bộ thu có bộ lọc tương thích với từng bộ lọc băng thông phía phát do đó dễ dàng tạo thành bộ lọc thu giống nhau cực đại (không cần bộ tách mã Viterbi ngay cả kênh có bộ lọc phổ khắt khe). 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 . Bit/kênh Tần số Suy hao Đôi dây xoắn Tần số Bit/kênh Hình III-1: 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 có N kênh mỗi kênh có : Số bit trung bình là tổng số bit truyền trên mỗi kênh chia cho số kênh (giả thiết ở đây là N) như sau: Trong đó, SNRgeo là tỷ số tín hiệu/ tạp âm về hình học hay giá trị trung bình nhân của (1+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 băng thông 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. Quá trình tối ưu hoá bit và phân bố năng lượng qua tập hợp của các kênh gọi là phân tải. 3.3.1.2 DMT Theo tiêu chuẩn ANSI T1.413, ADSL sử dụng kỹ thuật mã hoá đường truyền đa kênh DMT (Discrete MultiTone) - Mã hoá đa tần rời rạc. Để truyền được các dịch vụ tốc độ cao cần băng thông rộng, nhưng băng thông rộng dễ bị xuyên nhiễu và tốc độ cao bị suy hao đáng kể trên đường truyền. Để hạn chế một phần hiện tượng xuyên nhiễu trên các đường dây truyền thống người ta thường sử dụng các bộ cân bằng. Nhưng khi hiện tượng xuyên nhiễu trở nên nghiêm trọng, các bộ cân bằng trở nên phức tạp và giảm chất lượng rất lớn so với giá trị lý thuyết. Giải pháp cho trường hợp này là sử dụng phương pháp truyền dẫn đa kênh. Phương pháp này phân chia kênh truyền dẫn thành nhiều các kênh truyền nhỏ (subchannel) có băng tần hẹp hơn. Mỗi kênh nhỏ này sau đó được mã hoá bằng các mã đường truyền đơn giản và được truyền dẫn trên các băng tần hẹp sao cho không có hiện tượng chồng lấn giữa các kênh. Do các kênh nhỏ có băng tần hẹp nên xuyên nhiễu sẽ ít hơn hoặc không có. Nhờ đó có thể truyền các tín hiệu có băng tần lớn mà không có hiện tượng xuyên nhiễu giữa các kí hiệu. Với truyền dẫn đa kênh, thay vì sử dụng các bộ cân bằng phức tạp chỉ cần sử dụng các bộ tách/ghép tín hiệu tới/từ các kênh nhỏ. Dung lượng của toàn kênh sẽ là tổng của các kênh nhỏ độc lập song song với nhau. Ưu điểm thứ hai của truyền dẫn đa kênh là làm tín hiệu đầu vào tương thích với đặc trưng riêng của đường dây điện thoại bằng cách điều chỉnh tốc độ riêng của từng kênh. Các kênh có chất lượng tốt hơn sẽ truyền tải nhiều thông tin hơn các kênh khác, kênh nào bị nhiễu sẽ bị loại bỏ hoặc không truyền dữ liệu….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. Do những ưu điểm trên, phương thức truyền dẫn đa kênh thường được sử dụng cho công nghệ ADSL và VDSL. DMT sử dụng nhiều sóng mang (sub-carrier) tạo ra nhiều kênh con (subchannel), mỗi kênh con mang một phần của tổng tin tức. Mỗi kênh con được điều chế độc lập bằng một tần số mang tương ứng với tần số trung tâm của kênh ấy. Số kênh con của hướng lên và hướng xuống là khác nhau. Trong ADSL hướng lên được chia thành 256 kênh con, độ rộng mỗi kênh con khoảng 4 Khz. Kênh hướng xuống được chia thành 32 kênh con với độ rộng khoảng 4 Khz. Các kênh con được điều chế bằng phương pháp mã hoá chùm điểm 32-QAM và có thể mang từ 0 đến tối đa 15 bits/symbol/Hz. Thực tế, không phải tất cả các kênh con đều mang số bit như nhau, số lượng bit thực sự được mang trên mỗi kênh con đựoc tối ưu hoá sao cho phù hợp với đặc tính đường dây. Nếu đường dây tốt, kênh con có thể mang số bit tối đa, nếu gặp nhiễu tại một tần số nào đó thì số bit trên kênh con tương ứng sẽ giảm đi. Thậm chí, một số kênh con có thể bỏ đi không dùng nếu nhiễu tại tần số đó quá lớn. 0 4 1100 Hướng lên Hướng xuống Không được sử dụng do điều kiện đường truyền POST 4 Khz 32 QAM 40 Hình III-2 Điều chế DMT Tần số(KHz) Tính toán tốc độ truyền dẫn theo hai hướng lên và hướng xuống: Trong số 256 kênh con hướng xuống, chỉ có từ 249 đến 250 kênh được sử dụng cho tín hiệu số liệu. Trong hầu hết các trường hợp, các kênh từ 1 đến 6 (khoảng tần số từ 0 đến 25,8 Khz) được sử dụng cho tín hiệu thoại thông thường và dải tần phân cách (guard band), một số kênh được sử dụng cho các mục đích điều khiển riêng. Nếu sử dụng EC thì tín hiệu có là 250 kênh con, còn nếu FDM thì số kênh con này giảm xuống chỉ còn 228 kênh hay thậm chí ít hơn. Tín hiệu ADSL hướng lên dùng 32 kênh con, nhưng chỉ có 25 kênh mang thông tin số liệu và thường bắt đầu từ kênh số 7. Như vậy dải thông hướng lên tối đa theo lý thuyết là : 25 kênh x 15 bit/s/channel/Hz x 4 Khz = 1,5 Mbps Dải thông hướng xuống tối đa theo lý thuyết là: 249 kênh x 15 bit/s/channel/Hz x 4 Khz = 14,9 Mbps Sơ đồ điều chế DMT: Mã hoá Kiểm tra IDFT DAC Kênh thông tin DFT Kiểm tra Giải mã Tín hiệu ra Tín hiệu vào Hình III-3: Sơ đồ điều chế DMT Mã DMT chia băng tần thành các kênh nhỏ. Mỗi kênh nhỏ có một sóng mang riêng, không phụ thuộc vào nhau. Tín hiệu được đưa tới bộ mã hoá phía phát để chia thành các kênh nhỏ có sóng mang riêng, các kênh này được kiểm tra để xem liệu chúng có thể để truyền thông tin hay không, rồi biến đổi Fourier rời rạc ngược để thực hiện chuyển đổi từ tín hiệu phức sang tín hiệu thực và chuyển đến bộ biến đổi D/A. Tại phía thu tín hiệu được xử lý DFT để giải mã chuỗi bit thực thành chuỗi bit phức. Các bộ DFT và IDFT dùng phương pháp biến đổi Fourier nhanh, được trình bày dưới đây: (1) Biến đổi Fourier nhanh cho DMT Phương pháp biến đổi Fourier nhanh giảm khối lượng tính toán trong DFT N điểm từ N2 phép nhân phức, trong đó N là hàm mũ của 2. Các hệ thống DSP hiện đại nhất ngay càng hiệu quả khi sử dụng thuật toán FFT đặc biệt khi các phương thức truyền dẫn đa kênh DMT trở lên phổ biến và đơn giản. Ở đây chỉ xét thuật toán FFT cơ bản. Trong trường hợp của DMT, có thể tối giản FFT cho phần thu vì các đầu vào FFT là thực. Tương tự IFFT cho phần phát có thể tối giản vì đầu ra là thực. Phương pháp đơn giản hoá được mô tả dưới đây: DFT và nghịch đảo của nó được biểu diễn bằng cặp biến đổi: Trong đó hệ số 1/N trong phần nghịch đảo thường được bỏ qua vì tỷ lệ được xác định thường xuyên thông qua điều kiện dải động của bộ vi xử lý. Thuật toán FFT cơ bản lợi dụng cấu trúc của DFT và sử dụng phương pháp đệ quy DFT cỡ N từ hai DFT cỡ N/2 cho phép dùng log2(N) trạng thái đệ quy tạo ra DFT từ hai DFT đơn giản. Để đơn giản ký hiệu : và Là đệ quy mong muốn của DFT theo hai DFT có kích cỡ chỉ bằng 1/2. Quá trình sẽ lặp lại log2N để kết thúc thuật toán FFT. Bản chất vòng lặp được mô tả trên hình : G0 WN N/2 điểm DFT N/2 điểm DFT x0 x2 G1 GN/2 xN-2 x1 chẵn x3 lẻ xN-1 H0 H1 HN/2-1 WN WNN/2-1 WNN/2 XN/2 X0 X1 XN/2-1 WNN/2+1 XN/2+1 XN-1 WNN-1 1 1 WNn -WNn 1 1 -1 -1 WNn Butterfly Hình III-4 Cấu trúc FFT Mỗi DFT có kích thước giảm 1/2 được phân tích thành DFT kích thước 1/4. Các đầu vào theo thời gian sẽ được phân tích ra thành các tập hợp chẵn và lẻ (truyền qua tất cả các “tầng” FTT) tạo nên tất cả các chỉ số theo trật tự về thời gian được xác định thong qua khối N điểm, được đơn giản bằng trị số nhị phân có trình tự bit ngược sử dụng cho các chọn lựa trong DSP có thể lập trình được. Mỗi trạng thái của DFT gồm N phép nhân phức đối với các ứng dụng đơn giản. Tuy nhiên trên hình III - 4 cũng cho thấy các phép nhân phức có thể được phân thành hai nhóm thông qua thao tác butterfly. Thao tác này cho phép rút gọn từ 8 còn 6 phép tính. Kết quả là có N/2log2N butterfly trong một FFT tạơ ra 3Nlog2N phép nhân thực. Sự tối giản cho phép các chuỗi theo thời gian trong DMT của DSL là thực. Đối với các chuỗi phức có độ dài N/2 Phép tính phức trong đại số dẫn đến chẵn lẻ Do đó IFFT cỡ 1/2 sẽ phải thực hiện thêm N/4 butterfly do có Gn và Hn tạo nên n/4log2n butterfly hay 1.5Nlog2N phép tính thực do IFFT tận dụng tính đối xứng liên hợp trong DMT của ADSL. Tính toán butterfly phụ thuộc vào N là một số dạng 2n tạo thành thuật toán gọi là cơ số 2. Nhờ xác định thừa số của N bất kỳ trong các thừa số cơ bản có thể xác định được các cấu trúc butterfly khác hữu ích và tính toán hiệu quả hơn theo giá trị N mong muốn. Khi DMT được sử dụng làm mã hoá cho ADSL thì nó tạo ra một số ưu điểm sau: 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 tiêu tiếng vọng, mã lưới đa kích cỡ, và sắp xếp hình sao. 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 với các 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. 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 và tỉ số S/N. Bằng việc hiệu chỉnh số bit trên một kênh. DMT có thể điều chỉnh tốc độ bit dữ liệu. Nhược điểm: Do có nhiều sóng mang nên thiết bị rất phức tạp và đắt. 3.3.1.3 CAP Ðiều chế biên độ/ pha không sóng mang CAP được đưa ra bởi Werner, ông cho rằng điều chế sóng mang trong QAM là không cần thiết bởi vì điều chế cơ bản là hai chiều và lựa chọn khôn ngoan hai hàm cơ bản không có DC đôi khi đơn giản hoá việc thực hiện của máy phát. Các hàm cơ bản CAP xuất hiện cùng với mỗi giai đoạn ký hiệu: Truyền dẫn liên tục được thực hiện với : Dạng này là mở rộng đương nhiên của hàm truyền dẫn liên tục một chiều và khái niệm hàm cơ bản. Không có tần số sóng mang và fc đơn giản là một tham số chỉ ra trung tâm của băng thông được sử dụng cho truyền dẫn, từ đó xuất hiện việc sử dụng “không sóng mang ”, tuy nhiên biên độ và pha của x(t) được điều chế bằng thiết lập cơ bản hai chiều. CAP và QAM cơ bản là tương đương về hiệu năng hoạt động trên bất kỳ một kênh nào có cùng độ phức tạp của bộ thu, chỉ có việc thực hiện là khác nhau chút ít. 0111 0110 0010 0001 0101 0100 1100 1111 1101 1110 1010 1011 0001 1000 0000 0011 Hình III-5 Chòm sao mã hoá cho CAP 64 Sự khác nhau giữa CAP và QAM: 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 tương tự do đó tiết kiệm được chi phí. Tuy nhiên chính sự vắng mặt của sóng mang lại tạo nên nhược điểm CAP đó là chòm sao mã hoá của CAP không cố định (trong khi đó chòm sao 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. Bộ lọc số đồng pha Bộ lọc số trực giao Mã hoá DAC Lọc phát Giải mã Bộ xử lý Bộ lọc thích ứng 1 Bộ lọc thích ứng 2 ADC Hình III-6: Thu phát tín hiệu theo phương pháp 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 lệch số lệch pha 900 sẽ được tổng hợp lại, đi qua bộ chuyển đổi DAC, qua bộ lọc phát và tới đường truyền. Tại đầu thu, tín hiệu nhận được qua bộ chuyển đổi ADC, 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. CAP tạo ra các thuận lợi sau: 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 kênh con nên thực thi đơn giản hơn DMT. 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. Mạch thực hiện đơn giản. Nhược điểm của phương pháp CAP: Do không có sóng mang nên năng lượng suy giảm nhanh trên đường truyền, 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 QAM làm mã đường truyền cho ADSL, mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng. 3.3.2 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 pháp song công để tách biệt các tín hiệu trên các hướng ngược nhau. Có 4 phương pháp 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. Modem ADSL sử dụng phương thức song công triệt tiếng vọng và song công phân chia theo tần số. 3.3.2.1 FDM Trong phương pháp này, dải tần được chia thành hai phần: đường lên và đường xuống khác nhau, hình vẽ dưới đây thể hiện sự phân chia đó với fb1 và fb2 là độ rộng dải tần ở hai băng. Lên Xuống fb1 fb2 fc1 fc2 Hình III-7: Phân chia băng tần trong phương pháp FDM Ghép kênh phân chia theo tần số FDM lần lượt truyền theo các hướng khác nhau trong các dải tần không trùng nhau như trên hình vẽ. Trên thực tế FDM không được sử dụng nhiều do có sự suy hao đường truyền dẫn đến không đảm bảo về băng thông cần thiết dành cho hai hướng. 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 tiêu chuẩn T1.413. Phương thức này thường được sử dụng ở Mỹ tuy nhiên còn nhiều hạn chế về tốc độ dữ liệu đối với một vài dịch vụ ví dụ truy cập Internet. 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 POST can nhiễu vào truyền dẫn số. POST Băng bảo vệ Kênh ADSL hướng lên Kênh ADSL hướng xuống Mức truyền 4 0 1100 Tần số (KHz) Hình III - 8: FDM ADSL 30 140 Sơ đồ thực hiện truyền: Điều chế ( lên ) Giải điều chế ( xuống ) Thu /Phát lọc Thu /phát lọc Giải điều chế ( lên ) Điều chế ( xuống ) fc1 fc2 lên xuống User 1 fc1 fc2 User 2 Hình III-9: Sơ đồ thu phát theo FDM Thường đường lên sử dụng băng tần thấp, đường xuống ở băng tần cao và băng tần xuống rộng hơn băng tần lên. Ưu điểm của phương pháp FDM: Do băng tần lên và xuống tách biệt nên giảm được can nhiễu trong một đôi dây, triệt được xuyên âm đầu gần. Không cần đồng bộ giữa phát và thu. Nhược điểm của phương pháp FDM: Băng tần sử dụng lớn, gây lãng phí băng tần. Ở thành phần tần số cao sẽ bị suy hao nhiều. Khi khoảng cách tăng lên, tín hiệu trên đường truyền chịu ảnh hưởng của nhiều tần số, suy hao tần số càng rõ hơn do đó tổng suy hao tăng. Vẫn có xuyên âm đầu gần trong hai đôi dây khác nhau do các hãng sản xuất khác nhau sử dụng các băng tần khác nhau. Ảnh hưởng tới các dịch vụ khác và bị ảnh hưởng bởi các dịch vụ khác do tần số truyền cao. 3.3.2.2 Phương pháp triệt tiếng vọng (EC) Phương pháp khử tiếng vọng EC sử dụng một kênh duy nhất cho cả phát và thu nên cần có bộ khử tiếng vọng phía thu. Một số hệ thống sử dụng kỹ thuật truyền dẫn xoá tiếng vọng ECH, nơi dải tần phát được đặt trong dải tần thu như trong hình III-11. Mức truyền Băng POST Kênh ADSL hướng lên Kênh ADSL hướng xuống 4 30 140 1100 Tần số (KHz) Băng bảo vệ Hình III-10: EC ADSL 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. 3.4 Đặc điểm kỹ thuật và công nghệ ADSL 3.4.1 Trải phổ của tín hiệu ADSL Signal Power Chanrel Spacing 4.3125kHz 256 channeis 25 4 128 Upstream Data 6-31 Downstream Data (6) 3-256 1.104 Hình III-11. Phân bố các sóng mang phụ của tín hiệu ADSL sử dụng công nghệ DMT 3.4.2 Mô hình tham chiếu hệ thống ADSL: Cặp Moden 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. Bởi vì mô hình của ADSL Forum là mở rộng tham chiếu của ANSI T1.413 cho những thảo luận về lớp con PMD của lớp vật lý. Từ trái sang phải theo hình II-19 ta có. V-C Giao diện điểm truy nhập và mạng dữ liệu U-C2 Giao diện ADSL tới ATU-C không có