Công nghệ đường dây thuê bao số xDSL - Nghiêm Xuân Anh

Nội dung text: Công nghệ đường dây thuê bao số xDSL - Nghiêm Xuân Anh

1. Công nghệ đường dây thuê bao số xDSL Nghiêm Xuân Anh 31. 3. 2005
2. Mục lục 1 Giới thiệu khái quát về mạng thuê bao 1 1.1 Các loại môi trường truyền dẫn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1.1 Twisted-Pair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1.2 Cáp đồng trục - coax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 Cơ sở của DSL 7 2.1 Các hình thức thay thế DSL: Sợi quang, kết nối không dây và cáp đồng trục . . . 7 2.2 Qui mô trên thế giới . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.3 Modem băng tần thoại và DSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.4 Các phương thức truyền dẫn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.4.1 Hướng truyền . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.4.2 Định thời . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.4.3 Các kênh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.4.4 Các cấu hình đơn điểm và đa điểm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.5 Thuật ngữ DSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.6 Quan hệ Tốc độ - Tầm với . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.7 Xuyên âm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.8 Các yếu tố thúc đẩy và cản trở triển khai DSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.9 Các ứng dụng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.10 Sự tiến hóa của truyền dẫn số . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3 Các loại DSL 21 3.1 Độ dự trữ thiết kế DSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.2 Tiền thân của DSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 iii
3. iv MỤC LỤC 3.3 ISDN tốc độ cơ bản . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.3.1 Nguồn gốc ISDN tốc độ cơ bản . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.3.2 Năng lực và ứng dụng ISDN tốc độ cơ bản . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.3.3 Truyền dẫn ISDN tốc độ cơ bản . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.3.4 ISDN tốc độ cơ bản phạm vi mở rộng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.3.5 Đường dây số bổ sung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.3.6 IDSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.4 HDSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.4.1 Nguồn gốc của HDSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.4.2 Khả năng và ứng dụng của HDSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.4.3 Truyền dẫn HDSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.4.4 HDSL thế hệ thứ hai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 4 Truyền dẫn đôi dây xoắn 37 4.1 Nguồn gốc đôi dây xoắn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 4.2 Mạng điện thoại và Đặc tính Mạch vòng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 4.2.1 Feeder Plant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 4.2.2 Mạch vòng số (DLC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 4.2.3 Cáp phối - Distribution Plant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4.2.4 Đường kính dây . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4.2.5 Cầu rẽ Bridged Tap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4.2.6 Mạch vòng có tải (cuộn cảm) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.2.7 Phân bổ độ dài mạch vòng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.2.8 Cấu hình đi dây nhà khách hàng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.3 Nguồn cấp cho đường dây . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 4.3.1 Kích hoạt và ngưng kích hoạt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 4.4 Dòng kín -sealing current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 4.5 Đặc tính đường truyền . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 4.5.1 Mô hình "ABCD" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 4.5.2 Đo Hàm truyền đạt và "Suy hao xen" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4. MỤC LỤC v 4.5.3 Cân bằng - Dòng kim loại (metallic hay differential mode) và dòng chảy dọc (longitudinal hay common mode) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 4.6 Nhiễu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4.6.1 Nhiễu xuyên âm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4.6.2 Mô hình FEXT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4.6.3 Phân bố Nhiễu xuyên âm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4.6.4 ổn định theo chu kỳ của nhiễu xuyên âm . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4.6.5 Nhiễu Radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4.6.6 Nhiễu vô tuyến Amateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.6.7 Xâm nhập AM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.6.8 Nhiễu xung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.6.9 Xung Cook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.6.10 Can nhiễu giữa các DSL và ghép kênh . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.6.11 Tự can nhiễu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 4.6.12 Các mô hình Mật độ Phổ Công suất xuyên âm NEXT và FEXT . . . . . 54 4.6.13 Các mạng 3 cửa cho DSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 5 So sánh DSL với các phương tiện khác 59 5.1 Sợi quang tới nhà thuê bao (FTTH) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 5.2 Cáp đồng trục và Đồng trục lai sợi quang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 5.3 Sự lựa chọn không dây . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 6 Các phương pháp truyền song công 63 6.1 Song công 4 dây . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 6.2 Khử tiếng vọng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 6.2.1 Khử tiếng vọng thích nghi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 6.3 Song công phân chia thời gian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 6.4 Ghép kênh phân chia tần số . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 7 Các phương thức truyền dẫn số cơ bản 69 7.1 Điều chế và giải điều chế cơ bản . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 7.1.1 Kênh tạp âm Gauss trắng cộng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5. vi MỤC LỤC 7.1.2 Độ dự trữ, Khoảng cách và Dung lượng . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 8 Công nghệ đường dây thuê bao số không đối xứng ADSL 75 8.1 Giới thiệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 8.1.1 Truyền số liệu qua modem POTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 8.1.2 So sánh thông tin modem POTS với phi POTS . . . . . . . . . . . . . . 76 8.1.3 ADSL: Đường dây thuê bao số không đối xứng. . . . . . . . . . . . . . 77 8.1.4 Phổ tần của ADSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 8.1.5 POTS splitter PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 8.1.6 Thoại/ dữ liệu qua DSL? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 8.1.7 Kiến trúc mạng ADSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 8.1.8 Các ứng dụng của ADSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 8.1.9 Mô hình tham chiếu hệ thống ADSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 8.1.10 Cấu trúc khung ADSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 8.1.11 Khái quát về tiêu chuẩn ANSI T1.413 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 8.1.12 Các tiêu chuẩn ITU-T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 8.1.13 Sự khác biệt giữa T1.413i2, G.dmt và G.lite . . . . . . . . . . . . . . . . 87 8.1.14 Phổ tần của ADSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 8.2 Các giới hạn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 8.2.1 Tốc độ dữ liệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 8.2.2 Giới hạn băng tần Nyquist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 8.2.3 Thuyết dung lượng Shannon-Hartley . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 8.2.4 Shanoon-Hartley: Dung lượng phụ thuộc vào khoảng cách. . . . . . . . . 91 8.2.5 Sự phụ thuộc của suy hao vào tần số . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 8.2.6 Suy hao do khoảng cách . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 8.2.7 Tốc độ phụ thuộc vào khoảng cách . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 8.2.8 Nhánh rẽ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 8.2.9 Xuyên âm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 8.3 Điều chế . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 8.3.1 Điều Biên Cầu Phương - QAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 8.3.2 QAM và nhiễu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
6. MỤC LỤC vii 8.3.3 Mã đa tần rời rạc DMT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 8.3.4 Ví dụ về Mã đa tần rời rạc DMT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 8.3.5 DMT và ADSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 8.3.6 DMT phụ thuộc vào đặc tính đường truyền . . . . . . . . . . . . . . . . 97 8.3.7 Số bit trên sóng mang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 8.3.8 Tráo bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
7. viii MỤC LỤC
8. Danh sách hình vẽ 3.1 Cấu hình ISDN phạm vi mở rộng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.2 HDSL song công đơn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.3 HDSL đơn công kép . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.4 HDSL đơn công kép . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 4.1 Minh họa dòng metallic (kim loại) và dòng longitudinal (dọc) . . . . . . . . . . 45 4.2 Minh họa xuyên âm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 6.1 Khử tiếng vọng cho việc tách biệt tín hiệu trên 2 dây . . . . . . . . . . . . . . . 64 6.2 Khử tiếng vọng cho việc tách biệt tín hiệu trên 2 dây . . . . . . . . . . . . . . . 66 6.3 Khử tiếng vọng cho việc tách biệt tín hiệu trên 2 dây . . . . . . . . . . . . . . . 67 7.1 Máy phát của hệ thống truyền dẫn số . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 7.2 Bộ điều chế tuyến tính . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 7.3 Kênh bị hạn chế băng tần với tạp âm Gauss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 7.4 Giải điều chế, phát hiện và giải mã . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 8.1 Thông tin modem băng tần thoại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 8.2 Thông tin modem băng tần thoại so với phi thoại . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 8.3 Đường dây thuê bao số không đối xứng ADSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 8.4 Phổ tần của ADSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 8.5 Bộ tách POTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 8.6 Thoại/dữ liệu qua DSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 8.7 Kiến trúc mạng ADSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 8.8 Mô hình tham chiếu hệ thống ADSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 8.9 Siêu khung ADSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 ix
9. x DANH SÁCH HÌNH VẼ 8.10 Sử dụng byte nhanh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 8.11 Phổ tần của các loại ADSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 8.12 Quan hệ giữa Dung lượng và Khoảng cách . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 8.13 Suy hao phụ thuộc vào tần số . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 8.14 Suy hao do khoảng cách . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 8.15 Nhánh rẽ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 8.16 Xuyên âm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 8.17 Điều chế biên độ cầu phương QAM-16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 8.18 QAM và nhiễu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 8.19 QAM và nhiễu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 8.20 Số bit trên sóng mang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 8.21 Khi có tác động của nhiễu lên một vài sóng mang . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 8.22 Khi SNR giảm sơ đồ điều chế QAM giảm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 8.23 Các bit bị gạt ra được chuyển sang các sóng mang khác . . . . . . . . . . . . . . 100 8.24 Độ dự trữ nhiễu TNM được trải đều qua toàn bộ phổ tần . . . . . . . . . . . . . 101
10. Chương 1 Giới thiệu khái quát về mạng thuê bao Mạng thuê bao có thể được hiểu là một tập hợp các môi trường truyền dẫn (kể cả thiết bị) khác nhau (wired, wireless, fiber) được xây dựng trên các công nghệ và kỹ thuật đa truy cập khác nhau (TDMA, FDMA, CDMA, SDMA và WDM ) có các cấu hình topo mạng khác nhau (Bus, star, ring, mesh ) nhằm cho phép các khách hàng thuộc các dịch vụ viễn thông khác nhau (voice, fax, internet, VoD, interactive video phone ) thực hiện các cuộc gọi viễn thông, truyền hình, internet vv Trước hết ta tìm hiểu về các loại môi trường truyền dẫn, ưu nhược điểm và khả năng ứng dụng của chúng. Sau đó sẽ trình bày sơ lược về các kỹ thuật truy cập mạng, các cấu trúc mạng cho các loại hình dịch vụ viễn thông khác nhau. 1.1 Các loại môi trường truyền dẫn 1.1.1 Twisted-Pair Lịch sử ra đời của mạng điện thoại công cộng gắn liền với đôi dây xoắn, và thậm chí cho tới tận bây giờ phần lớn khách hàng truy cập vào mạng truy cập thông qua các mạch vòng đôi dây đồng xoắn. Mặc dù đôi dây đồng xoắn có đóng góp to lớn vào sự tiến bộ của truyền thông nhưng các ứng dụng tiên tiến đòi hỏi những lượng băng tần lớn hơn nhưng gì mà đôi dây xoắn đem lại. Chính vì lẽ đó, tương lai của đôi dây đồng xoắn đang mờ nhạt dần. Đặc điểm • Như đã biết, băng tần hữu ích của đôi dây đồng xoắn vào khoảng 1 MHz. ở một khoảng cách nhất định, với băng tần như vậy có thể hỗ trợ tốc độ từ 2 đến 3 Mb/s. Tuy nhiên, tồn tại mối quan hệ nghịch đảo giữa khoảng cách và tốc độ (băng tần khả dụng). Khi khoảng cách giảm thì ta có thể tăng tốc độ truyền qua đôi dây xoắn. VD: Trong các mạng LAN, ta có thể sử dụng đôi dây xoắn cho Ethernet với tốc độ cho phép tối đa là 100 Mb/s ở cự ly không quá 100m. 1
11. 2 CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ MẠNG THUÊ BAO • Một dặc điểm khác là đôi dây xoắn yêu cầu cự ly khoảng lặp ngắn, dẫn tới số lượng phần tử trên mạng tăng, kết quả là chi phí cho những hỏng hóc phát sinh trong quá trình hoạt động dài hạn của mạch vòng lớn. • Twisted pair dễ bị nhiễm nhiễu và méo, bao gồm nhiễu điện từ trường (EMI), nhiễu tần số vô tuyến (RFI) và các tác động của độ ẩm, ăn mòn. Do đó tuổi thọ của cáp đồng xoắn giảm theo thời gian. Có những đôi dây triển khai ngầm từ vài chục năm qua, phần lớn không còn sử dụng được. • Tương lai thì cáp đồng sẽ chỉ còn được sử dụng để di dây giữa các máy tính trong các công sở. Tuy nhiên, không lâu sau thì tất cả sẽ có thể được thay thế bằng WIFI. Các loại đôi dây xoắn Các ứng dụng của đôi dây xoắn Đôi dây xoắn tương tự và số: được sử dụng cho các đường dây thuê bao tương tự truyền thống (các kênh điện thoại) 4 kHy. Đôi dây số có dạng ISDN và họ đường dây thuê bao số thế hệ mới xDSL. 1. N-ISDN: ra đời vào năm 1983, dự định trở thành tiêu chuẩn cho một mạng toàn số, cung cấp các dịch vụ số sử dụng mạng điện thoại công cộng trên toàn thế giới với chất lượng cao, gần như không có lỗi. Có hai loại N-ISDN: • BRI: 2B+D. Kênh B dùng để mang thông tin (thoại, dữ liệu hoặc fax). Kênh D là kênh số liệu dùng để truyền báo hiệu. Do báo hiệu không liên tục trong những chu kỳ thời gian dài nên kênh D còn được tận dụng để truyền dữ liệu chuyển mạch gói tốc độ thấp. Mỗi kênh B (64 kb/s), D (16 kb/s) tạo ra tốc độ tổng thể là 144 kb/s. Cự ly tối đa đạt 5,5 km. Loại ISDN BRI này chủ yếu dành cho các doanh nghiệp nhỏ và các hộ gia đình cá thể, khu dân cư. • PRI (hay PRA), được sử dụng cho các hệ thống thương mai, PBX, các bộ ghép kênh vv Có hai tiêu chuẩn PRI dùng trên hai đôi dây xoắn là: NA+Japan: 23B+D, còn các nước khác sử dụng 30B+D. Khác với BRI, kênh D có tốc độ 64 kb/s và cũng được sử dụng để mang báo hiệu và dữ liệu gói bổ sung. Với nhu cầu ngày càng tăng về một mạng truy cập tốc độ cao phục vụ nhu cầu truy cập internet và lướt web thì BRI không còn được đánh giá cao. Vì vậy, với sự ra đời của xDSL thì N-ISDN ngày càng không có chỗ đứng và dần lu mờ trong mạng viễn thông. 2. xDSL Họ nhà xDSL gồm: • HDSL (high bit rate DSL) • ADSL (Asymmetrical DSL)
12. 1.1. CÁC LOẠI MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN 3 • IDSL (ISDN DSL) • SDSL (symmetrical DSL) • RADSL (Rate Adaptive DSL) • VDSL (Very high bit rate DSL) Viêc lựa chọn dịch vụ (thành viên trong họ xDSL) phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể. Nếu mục đích là lướt web, ta muốn download nhanh theo một hướng (hướng xuống) và cần một kênh lưu lượng thấp cho đường lên để truyền tải các cú nhấp chuột. Khi đó ta chọn ADSL. Tuy nhiên, nếu bạn làm việc từ nhà và muốn gửi đi các bức ảnh hoặc các file có kích thước lớn hay muốn tham gia vào truyền hình hội nghị thì bạn sẽ cần lượng băng tần thỏa đáng cho hướng lên cũng như hướng xuống. Nghĩa là trong trường hợp này, bạn cần dịch vụ đối xứng. Trong họ nhà xDSL, trong khi một số thành viên là đối xứng thì một số khác lại là bất đối xứng. Tuy nhiên trong một số trường hợp có thể đặt cấu hình đối xứng từ thành viên bất đối xứng. HDSL Được sử dụng để cung cấp các đường truyền T-1 hoặc E-1 thay thế cho các đường truyền T1 và E1 truyền thống. HDSL là một dịch vụ đối xứng, có thể được triển khai qua cự ly khoảng 3.7 km. HDSL được thực hiện qua hai đôi dây xoắn có băng tần như nhau cho hai hướng. Nhằm phục vụ phần lớn các gia đình chỉ có một đôi dây chạy trong tường, một dạng khác của HDSL là HDSL-2 được phát triển. HDSL-2 cho dung lượng tới 1,5 hoặc 2 Mb/s qua một đôi dây đơn. ADSL là một dịch vụ bất đối xứng được triển khai qua một đôi dây xoắn. Với ADSL, đại đa số lượng băng thông được dành riêng cho hướng xuống (từ mạng tới khách hàng), một lượng nhỏ băng thông dành cho hướng lên, nhìn chung lượng băng tần này chỉ đủ để cho phép thực hiện dịch vụ điện thoại hoặc gửi đi các lệnh đơn giản. ADSL bị giới hạn ở cự ly khoảng 5,5 km kể từ tổng đài. Tuy nhiên có các biện pháp kéo dài mạch vòng sẽ được trình bày trong chương 2. Có hai loại ADSL là ADSL1 và ADSL2. ADSL1 hỗ trợ 1,5 Mb/s luồng xuống (tiêu chuẩn Bắc Mỹ) và 2 Mb/s luồng xuống (tiêu chuẩn ITU) còn luồng lên đạt từ 16 kb/s đến 64 kb/s. ADSL1 đủ để lướt web tốt, mang được video giải trí cấp thấp và thực hiện được các tác vụ luồng lên không đòi hỏi nhiều băng thông. Tuy nhiên ADSL1 không đủ băng thông cho TV ôố hay các dịch vụ tương lai. Vì vậy ADSL2 được ưa chuộng hơn. ADSL2 hỗ trợ tốc độ 6Mb/s (NA) đến 8 Mb/s (ITU) cho luồng xuống, 640 kb/s đến 840 kb/s luồng lên. Chủ yếu các thuê bao ADSL nằm trong độ dài 3,7 km. Tuy nhiên ta có thể kéo dài cự ly mạch vòng lên tới 12 km sử dụng các trạm lặp. Một lần nữa, khi khoảng cách tăng thì tốc độ giảm và ngược lại, cự ly giảm thì thông lượng tăng. IDSL có mạch vòng tối đa 5,5 km, dùng một đôi dây xoắn, tốc độ 128 kb/s cho mỗi hướng. Về cơ bản IDSL không có dịch vụ thoại. Tốc độ này như đã nói, quá thấp để truyền các dịch vụ trong tương lai, nhưng nếu như không có sẵn các giải pháp về băng rộng thì ta có thể sử dụng IDSL để đạt gấp đôi tốc độ kết nối modem tương tự 56 kb/s.
13. 4 CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ MẠNG THUÊ BAO SDSL là dịch vụ đối xứng có độ dài mạch vòng tối đa 5,5 km được triển khai trên một đôi dây xoắn. Nó là một giải pháp tốt cho các doanh nghiệp, dân cư và các văn phòng nhỏ, văn phòng gia đình Dung lượng đạt N× 64 kb/s tới 2 Mb/s cho mỗi hướng. RADSL có mạch vòng tối đa 5,5 km. Được triển khai trên một đôi dây xoắn. Nó thích nghi tốc độ dữ liệu một cách linh hoạt, dựa trên bất cứ sự thay đổi nào có thể xảy ra về tình trạng đường truyền và dựa trên độ dài mạch vòng thuê bao. Với RADSL, tốc độ có thể biến đổi trong một dải rộng, từ 600 kb/s tới 7Mb/s luồng xuống và từ 128 kb/s tới 1 Mb/s luồng lên. RADSL có thể được cấu hình cho dịch vụ đối xứng hoặc bất đối xứng. VDSL hoạt động với cự ly tối đa 1,5 km trên một đôi dây xoắn. Qua khoảng cách này, luồng xuống có thể đạt tốc độ 13 Mb/s nhưng nếu giảm xuống 300 m thì có thể đạt 52 Mb/s, đủ cho truyền hình số. 3. Ưu và nhược điểm của đôi dây đồng xoắn • Ưu điểm – Tính sẵn có cao: hơn 1 tỷ đường dây điện thoại đã được triển khai trên thế giới và nếu còn dùng được thì vẫn được sử dụng. Do đây là khoản đầu tư lớn (250 tỷ USD) nên các công ty điện thoại vẫn tận dụng, cản trở việc xây dựng cơ sở hạ tầng mới cho các ứng dụng tương lai. Đây vừa là ưu điểm vừa là nhược điểm của dây đồng xoắn. – Chi phí lắp đặt trong nhà thuê bao thấp – Chi phí cho chuyển đỏi, di dời, bổ sung thấp • Nhược điểm – Phổ tần hạn chế (phổ tần hữu dụng khoảng 1 MHz) – Tốc độ dữ liệu bị hạn chế. Khoảng cách càng lớn thì tốc độ dữ liệu càng thấp. Ví dụ: LAN tốc độ đạt 100 Mb/s @ <100 m, <2Mb/s @ 5,5 km. – Cự ly ngắn đòi hỏi nhiều bộ lặp, gây phát sinh chi phí cho việc duy tu bảo dưỡng các thành phần trên mạch vòng. – Tỷ lệ lỗi cao do bị nhiễm mạnh của nhiễu EMI và RFI. 1.1.2 Cáp đồng trục - coax Được đưa vào sử dụng trong các mạng điện thoại vào giữa những năm 1920s. Nhờ cấu trúc có bọc nên coax không bị tác động bởi EMI nên tốc độ dữ liệu cao hơn so với đôi dây xoắn. Lớp bọc bên ngoài giúp cho coax chịu được các tác động cơ học của môi trường bên ngoài.
14. 1.1. CÁC LOẠI MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN 5 Các đặc tính của coax • băng tần lớn hơn nhiều băng tần của đôi dây đồng xoắn. • coax truyền thống hỗ trợ băng tần 370 MHz. • HFC (hybrid fiber coax) hỗ trợ các hệ thống băng tần 750 - 1000 MHz. Do đó, coax có dung lượng cao hơn dung lượng của đôi dây điện thoại từ 370 đến 1000 lần. Với dung lượng này thì ta có thể chia nhỏ thành các kênh riêng làm cho coax trở thành môi trường băng rộng. • chất lượng truyền của coax cao hơn twisted pair (10−9). • cự ly lặp (khuếch đại) cao hơn (2,5 km) • các hãng khai thác truyền hình cáp tuy đã có nhiều khách hàng sử dụng nhưng trong thập kỷ qua họ đã cải tiến mạng trục sang sợi quang nhằm cải thiện chất lượng truyền dẫn và loại trừ các bộ khuếch đại. • Về mặt kiến trúc: Coax và HFC được triển khai dưới dạng Bus. Trong cấu trúc mạng bus thì băng tần bị chia sẻ và điều này có nghĩa là nghẽn trong mạch tăng khi số người sử dụng các dịch vụ này tăng. Cấu hình bus cũng thể hiện độ rủi ro về an ninh. Do không có một đường vật lý riêng cho mỗi khách hàng như twisted pair mà một số kênh dùng cho thoại được dùng chung cho mọi người sử dụng chung đường truyền nên vấn đề bảo mật không tốt. Nhiễu trong topo bus: các điểm nối vào set-top box hay TV có khuynh hướng thu nhận nhiễu dẫn tới cáp có xu hướng thu thập nhiễu ngoài như máy hút bụi, máy sấy tóc vv Các ứng dụng của coax • làm các đường trung kế • làm cáp ngầm quốc tế xuyên biển • cáp kết nối các thiết bị đo, xử lý • cáp LAN • CATV, mạch vòng nội hạt HFC (sợi quang triển khai tới gần khu vực khách hàng, rồi từ đó dùng coax đưa dịch vụ tới từng hộ gia đình.) Ưu, nhược điểm của coax
15. Chương 2 Cơ sở của DSL Công nghệ đường dây thuê bao số (DSL) cung cấp phương tiện truyền thông tin số tốc độ cao qua các đường dây thuê bao điện thoại. Ngày nay các đường điện thoại có khả năng truyền dữ liệu với tốc độ hàng triệu bit/giây. Điều này được thực hiện thông qua các kỹ thuật truyền dẫn số phức tạp có thể bù trừ các yếu tố ảnh hưởng chung tới đường truyền trên các đường dây điện thoại. Các kỹ thuật truyền dẫn số liên quan tới các thuật toán phức tạp mà gần đây đã trở thành hiện thực nhờ vào sức mạnh vượt trội của các bộ xử lý tín hiệu số trên các mạch tích hợp cỡ lớn VLSI. Người ta nói rằng DSL đã biến Đồng thành Vàng. Công nghệ DSL đã tăng cường khả năng tận dụng các đường điện thoại. Các đường điện thoại mà trước đây được lắp đặt với mục đích là mang duy nhất một tín hiệu thoại có độ rộng băng tần là 3,4 kHz ngày nay có thể truyền khoảng 100 tín hiệu thoại được nén dưới dạng số hoặc 1 tín hiệu video với chất lượng tương đương với truyền hình quảng bá. Truyền dẫn số tốc độ cao qua các đường điện thoại đòi hỏi khả năng xử lý tín hiệu lớn nhằm khắc phục những tác động xấu tới đường truyền như suy hao tín hiệu, nhiễu xuyên âm từ các tín hiệu trên các đôi dây khác trong cùng một cáp, phản xạ tín hiệu, nhiễu tần số vô tuyến và nhiễu xung. Cơ sở hạ tầng đôi dây xoắn kết nối tới gần như mọi nhà và mọi công sở trên thế giới nhưng DSL có các giới hạn của nó. Khoảng 15% đường dây điện thoại trên thế giới sẽ cần phải được nâng cấp nhằm cho phép các hoạt động DSL tốc độ cao. Các biện pháp thích hợp cho các mạch vòng cự ly lớn bao gồm đặt các bộ lặp giữa chặng (trung gian), lắp đặt các bộ ghép kênh có giao tiếp sợi quang đầu xa và loại bỏ các cuộn tải. Trong cuốn sách này chúng ta sử dụng thuật ngữ DSL để nói tới các loại công nghệ đường dây thuê bao số, bao gồm ADSL, HDSL, ISDN tốc độ cơ sở, VDSL và IDSL. Thuật ngữ xDSL cũng đã được sử dụng trong ngành công nghiệp viễn thông để nói tới các loại DSL. 2.1 Các hình thức thay thế DSL: Sợi quang, kết nối không dây và cáp đồng trục Đã nhiều lần các chuyên gia trong ngành công nghiệp điện thoại đã đề cập tới sự lỗi thời của các đường dây điện thoại sử dụng các đôi dây xoắn. Vào cuối những năm 80 của thế kỷ thứ 20 7
16. 8 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ CỦA DSL họ tin rằng chỉ vài năm nữa thì hầu như toàn bộ các máy điện thoại của thế giới sẽ được kết nối trực tiếp bằng các sợi quang. Chúng ta cũng nhận thấy ngày nay các tuyến sợi quang đang được sử dụng rất phổ biến trong các khu thương mại chính. Tuy nhiên, điều kiện kinh tế kết hợp với những thách thức của việc xây dựng cáp quang cho toàn bộ hệ thống điện thoại của thế giới đòi hỏi phải mất vài chục năm. Đầu những năm 1990 đã hứa hẹn cho ra đời truy cập thuê bao vô tuyến. Tuy nhiên, do sự hạn hẹp về băng tần cộng với những thách thức về vị trí đặt các trạm hub (trên mặt đất hay trên quĩ đạo trái đất) làm hạn chế truyền tải không dây tới một nhóm nhỏ các ứng dụng đòi hỏi sự di động và những ứng dụng cần phải quảng bá cùng một thông tin tới một số lượng lớn các vùng khác nhau. Cáp đồng trục có thể truyền tải các dịch vụ dữ liệu interactive và dịch vụ điện thoại bên cạnh dịch vụ truyền hình quảng bá truyền thống. Tuy nhiên, các dịch vụ dữ liệu interative và thoại được phục vụ tốt nhất bởi các tuyến cáp hai chiều. Truyền tải sợi quang, không dây và cáp đồng trục đã chứng tỏ rất có giá trị trong nhiều ứng dụng. Không có công nghệ truy cập nào có thể phục vụ tốt nhất ở tất cả mọi nơi và trong tất cả mọi ứng dụng. Tuy nhiên, giờ đây khi mà công nghệ DSL đã cho phép các đường điện thoại truyền các ứng dụng đa phương tiện mà đã từng bị cho là thuộc phạm vi độc quyền của sợi quang, các đường điện thoại là những phương tiện kinh tế nhất để truyền một phạm vi rộng các dịch vụ thông tin tới hàng triệu khách hàng. Sự yếu kém chủ yếu trong ứng dụng của DSL là không có khả năng di động và hiệu quả quảng bá thấp. Một cơ sở hạ tầng sẵn có, chẳng hạn các đường điện thoại, với sự cho phép bởi những công nghệ phù hợp sẽ kinh tế hơn là triển khai một cơ sở hạ tầng mới. Ngay cả radio cũng đòi hỏi phải có cơ sở hạ tầng mới: Vị trí đặt bộ thu phát và các mạng kết nối tới các vị trí này. Một công nghệ mới có thể được khẳng định chỉ ở những nơi cơ sở hạ tầng hiện có không đủ khả năng hỗ trợ những ứng dụng thiết yếu (chẳng hạn như thông tin di động) hoặc những nơi có môi trường pháp lý ổn định. Bên cạnh những tốn kém cho việc xây dựng cơ sở hạ tầng mới thì việc xây dựng này cũng mất nhiều thời gian để xin phép xây dựng, trải cáp, xin giấy phép lắp đặt tháp vô tuyến hay phóng vệ tinh vv Các đường điện thoại có thể sẽ bị loại bỏ nhưng có lẽ thời điểm đó còn rất xa. 2.2 Qui mô trên thế giới Gần như mọi công sở và khu dân cư trong các khu công nghiệp trên thế giới đã được kết nối vào mạng điện thoại toàn cầu. Công nghiệp điện thoại đã chi xấp xỉ một nghìn tỉ đô la qua hàng thế kỷ qua cho việc xây dựng các tuyến đôi dây xoắn dùng cho đường dây thuê bao. Gần 700 triệu đường điện thoại được lắp đặt tính tới năm 1996. Các công ty điện thoại tiếp tục chi hàng triệu đô la mỗi năm cho lắp đặt thêm nhiều đường điện thoại cáp đồng hơn nữa. Hơn 900 triệu đường dây thuê bao được ước tính tới thời điểm trước năm 2001. Đại đa số các đường điện thoại này sẽ hỗ trợ cho việc truyền tải khoảng một triệu bit/giây (Mbit/s) khi các bộ thu phát DSL tốc độ cao được nối giữa khách hàng và công ty điện thoại sử dụng đôi dây xoắn. Trong hầu hết các trường hợp, không có sự sửa đổi nào là cần thiết đối với các thiết bị bên ngoài công ty. Nhiều đường điện thoại sẽ hỗ trợ các tốc độ dữ liệu trên 1 Mb/s.
17. 2.3. MODEM BĂNG TẦN THOẠI VÀ DSL 9 2.3 Modem băng tần thoại và DSL Các modem băng tần thoại được trình làng vào cuối những năm 1950 với mục đích gửi dữ liệu qua mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN) (xem Hình ). Từ modem xuất phát từ modulator-demodulator (xem Chương để biết thêm chi tiết về điều chế và giải điều chế). Dữ liệu được truyền qua mạng PSTN phải được điều chế bởi vì PSTN không truyền các tần số dưới mức xấp xỉ 200 Hz. Dữ liệu chưa điều chế đòi hỏi truyền các tần số sát tới 0 Hz. Về chức năng, modem chuyển đổi các đặc tính tần số của dữ liệu sang dạng thức giống các tín hiệu thoại mà PSTN đã được thiết kế để truyền đi. PSTN truyền các tín hiệu trong dải tần số từ 200 Hz tới 3400 Hz. Vì vậy dữ liệu đã điều chế có mặt ở dạng âm thoại bình thường đối với PSTN. Các máy Fax gồm có một modem băng tần thoại để truyền thông tin ở dạng số đại diện cho một trang. Một trong những modem đầu tiên, AT&T Bell 103, được sử dụng để truyền điện báo cận đồng bộ hoàn toàn song công với tốc độ 300 bit/s sử dụng FSK (khóa dịch tần số). Các modem CCITT (bây giờ là ITU) V.21 cũng tương tự nhưng không tương thích với modem Bell 103. Chỉ vài năm sau modem Bell 202 đã tăng tốc độ bit lên 1200 bit/s sử dụng truyền dẫn FSK bán song công. Vào cuối năm 1973 Vadic, Inc đã trình làng VA3400, loại modem đầu tiên thực sự hoàn toàn song công tốc độ 1200 bit/s sử dụng PSK (khóa dịch pha). Vài năm sau đó Bell 212 và tiếp theo là CCITT V.22 cũng cho ra modem tốc độ truyền 1200 bit/s hoàn toàn song công sử dụng PSK. Vào năm 1981, V.22bis đã đạt đến 2400 bit/s hoàn toàn song công. V.32 giới thiệu mã hóa dạng mắt lưới (trellis) và tiến một bước lớn trong việc truyền dẫn thông tin có khử tiếng vọng ở cả hai hướng sử dụng cùng một băng tần. Khử tiếng vọng cho phép các cặp modem sử dụng toàn bộ băng tần sẵn có cho cả luồng lên và luồng xuống. Mã hóa dạng mắt lưới làm cho việc sửa lỗi trong modem là hoàn toàn có thể thực hiện được dẫn tới khả năng tách thông tin một cách tin cậy đối với một tỷ số S/N đã cho. Các modem có trước V.32 bố trí truyền hướng lên trong băng tần khác với băng tần của hướng xuống (FDM). V.32 đạt được truyền hoàn toàn song công ở tốc độ 9600 bit/s. Tiếp đó là V.34 trình làng, sử dụng tối ưu hóa băng tần, dạng chòm sao, và tiền mã hóa theo kênh cho phép truyền hoàn toàn song công với tốc độ 28,8 kb/s. Vào năm 1995, các modem 33,6 kb/s ra mắt thị trường. Các modem V.34 sử dụng tới băng tần 3,6 kHz. Điều này về mặt kỹ thuật lớn hơn một chút băng tần thoại truyền thống 3,4 kHz. Tuy nhiên, modem V.34 có thể hoạt động trên các đường dây với băng tần nhỏ hơn bằng cách giảm tốc độ bit truyền đi. Với việc gửi 33,6 kb/s trong băng tần thoại 3,6 kHz, các modem V.34 gửi gần 10 bit/Hz, một kỳ công đặc biệt tiến sát tới giới hạn lý thuyết cho truyền dẫn dữ liệu băng tần thoại. Lịch sử dạy cho chúng ta biết hoài nghi về "giới hạn lý thuyết" mà đôi khi bị phá vỡ bởi những con người sáng tạo phá vỡ những qui luật bằng việc sáng tạo ra một mô hình mới. Vào cuối năm 1996, các modem PCM 56 kbit/s đã xuất hiện, chúng đã được tiêu chuẩn hóa bởi khuyến nghị V.90 ITU vào năm 1998. Các modem PCM (điều chế mã xung) là không đối xứng do chúng hỗ trợ luồng xuống (hướng tới khách hàng) lên tới 56 kbit/s và tối đa là 33,6 kbit/s ở luồng lên. Thực tế, các modem PCM hiếm khi đạt được tốc độ truyền trên 50 kbit/s do những hạn chế về công suất phát, chuyển đổi trung gian, và những yếu tố gây suy hao chẳng hạn như các cuộn cảm. Miễn là có một đường số trực tiếp (không có chuyển đổi tương tự) từ nguồn số tới modem PCM kết nối vào đầu cuối phía mạng của đường dây thuê bao thì tốc độ truyền có thể vượt 33,6 kbit/s bằng cách bố trí trực tiếp tín hiệu số vào ký tự được phát đi mà không có những ảnh hưởng của nhiễu lượng tử. Kiến trúc mạng modem PCM bỏ xa năng lực của các thế hệ modem băng tần thoại trước
18. 10 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ CỦA DSL đây. Modem PCM tại đầu cuối mạng phải có kết nối số trực tiếp tới bộ chuyển đổi tương tự-số (CODEC) nối vào đường điện thoại của người sử dụng modem PCM. Modem PCM đi qua PSTN như là một cuộc gọi quay số. Modem PCM giống DSL ở chỗ một kết nối số trực tiếp từ mạng tới giao tiếp đường dây thuê bao được yêu cầu nhưng khác với mô hình DSL (chỉ ra trên Hình ) do cuộc gọi modem PCM được truyền qua tổng đài như một cuộc gọi tương tự. Về mặt kiến trúc các modem PCM nằm giữa DSL và các modem băng thoại truyền thống. Các modem PCM có thể tận dụng tới độ rộng băng 4 kHz. Hạn chế cơ bản của các modem băng tần thoại là các bộ mã hóa/giải mã (CODEC) nằm tại tổng đài điện thoại nội hạt hay đầu cuối mạch vòng số DLC. CODEC chuyển đổi các tín hiệu tương tự trên đường điện thoại sang dạng số 64 kbit/s sử dụng điều chế xung mã. Một modem băng tần thoại mà tín hiệu của nó được mang trong một cuộc gọi âm thoại PSTN không thể vượt quá tốc độ bit 64 kbit/s. Với khuyến nghị ITU V.70 và V.61, các modem băng tần thoại có thể hỗ trợ số liệu và âm thoại mã hóa đồng thời thông qua một cuộc gọi PSTN. V.70 (sử dụng điều chế V.34 và mã hóa âm thoại phụ lục A G.729) có thể truyền đồng thời tiếng nói được mã hóa 8kb/s và dữ liệu xấp xỉ 20 kb/s sử dụng duy nhất một cuộc gọi PSTN. Do Phụ lục A G.729 cung cấp khả năng phát hiện sự im lặng nên một tốc độ dữ liệu cao hơn có thể đạt được trong những khoảng thời gian im lặng. Các kỹ thuật nén dữ liệu như được chỉ ra trong Khuyến nghị ITU V.42 có thể đạt được một tốc độ dữ liệu hiệu quả hơn hai lần tốc độ modem đã liệt kê ở trên. Tuy nhiên, dữ liệu có tính ngẫu nhiên cao (chẳng hạn như một số file nhị phân và video đã được số hóa) làm giảm tác dụng của nén dữ liệu. Nén dữ liệu cũng có thể được áp dụng cho DSL. Ví dụ, ISDN tốc độ cơ bản sử dụng hai kênh B có thể tạo ra sự thông suốt không nén 128 kb/s và thông suốt hiệu quả trên 300 kb/s bằng cách nén các loại dữ liệu dư thừa. Khi nén dữ liệu được sử dụng nó thường được thực hiện ở dạng thông tin số trước bộ thu phát DSL. ảnh hưởng của lỗi bit truyền dẫn có thể bị tăng lên bởi việc nén dữ liệu. Ưu điểm nổi bật của các modem là chúng có thể được sử dụng ở bất cứ nơi đâu. Một modem có thể được nối tới bất kỳ đường điện thoại nào và ngay lập tức gọi tới bất kỳ trong số hàng triệu đường điện thoại khác có gắn sẵn modem. Các modem rẻ tiền hơn thiết bị DSL và dễ dàng lắp đặt hơn. Tuy nhiên, tốc độ dữ liệu được yêu cầu bởi các ứng dụng giờ đây đã vượt quá tốc độ có thể của các modem băng tần thoại. Các hạn chế khác của modem là các cuộc gọi bị nghẽn do các tổng đài nội hạt và các giá modem (được thiết kế cho những cuộc gọi thời gian ngắn) bị quá tải, không có khả năng kết nối tới nhiều điểm khác nhau một cách đồng thời và tỷ lệ lỗi cao. Các hạn chế này của modem được giải quyết bởi DSL. Sự khác biệt cơ bản giữa các modem băng tần thoại và DSL là các modem băng tần thoại hoạt động thông qua một kết nối PSTN điểm - điểm, trong khi đó DSL hoạt động qua một mạch vòng nội hạt. Hình và minh họa sự khác biệt này. Như đã chỉ ra trên Hình, tuyến truyền dẫn modem băng tần thoại có thể gồm mạch vòng nội hạt cho người sử dụng A, một Trung tâm Chuyển mạch, các tuyến trung kế dài hàng ngàn dặm trong một số trường hợp, một tổng đài khác hoạt động như một khách hàng khác và cuối cùng là một vòng nội hạt đóng vai trò người sử dụng B. Trái lại, tuyến truyền dẫn DSL gồm duy nhất một mạch vòng nội hạt từ phía người sử dụng tới sát tổng đài CO. Một sự khác biệt chính nữa giữa các modem băng tần thoại và DSL là DSL duy trì thông
19. 2.4. CÁC PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DẪN 11 tin trong miền số từ một đầu cuối người sử dụng này tới đầu cuối người sử dụng khác. Trái lại, modem băng tần thoại gửi thông tin qua mạng PSTN dưới dạng tương tự đại diện cho thông tin số của người sử dụng. Với DSL, tín hiệu được tái tạo dưới dạng số tại mỗi bước đi trong mạng công cộng do đó những tác động có hại không tích lũy ở mỗi bước. Mặc dầu thông tin được truyền qua một mạng gồm nhiều phần tử, truyền dẫn DSL chỉ cần gửi tới phần mạch vòng nội hạt. Các tuyến trung kế kết nối giữa các tổng đài với nhau trực tiếp hoặc thông qua những tổng đài trung gian. Các đường trung kế thường là các hệ thống truyền dẫn sợi quang tốc độ cao mang thông tin từ nhiều khách hàng. Đối với những khách hàng được phục vụ qua mạch vòng thuê bao số (DLC) hay các hệ thống đầu cuối xa, DSL mở rộng từ phía khách hàng tới phía DLC. DLC và DLC thế hệ tiếp theo (NGDLC) được sử dụng để phục vụ các khách hàng quá xa để có thể được phục vụ một cách kinh tế thông qua một mạch vòng cáp đồng trực tiếp từ CO. Đầu cuối DLC ở xa có thể được lặt trong một cabin ngoài trời, trong một hầm cáp hoặc đôi khi trong phòng thiết bị của một trung tâm thương mại. Các hệ thống DLC ghép 20 tới 2000 khách hàng vào một đường trung kế tới CO. Đường trung kế DLC điển hình là một sợi quang nhưng đôi khi các đường HDSL hay T1 được sử dụng cho các DLC nhỏ hơn. Phần thảo luận kỹ hơn về DLC và NGDLC. Một DSL bao gồm một đường cáp đồng trực tiếp từ phía người sử dụng tới điểm thiết bị mạng tích cực gần nhất. Một ngoại lệ đối với luật này là bộ lặp giữa chặng được sử dụng để mở rộng tầm với của DSL bằng cách đặt một bộ thu phát ở khoảng giữa của mạch vòng nội hạt. Bộ lặp DSL được cấp nguồn DC cấp từ CO qua cùng đôi dây đồng dùng để truyền dữ liệu. Các bộ lặp DSL trung gian điển hình được đặt trong các hộp thiết bị chống thấm có thể chứa từ 4 đến 20 bộ lặp. Các hộp thiết bị có thể được bố trí trong hầm cáp, gắn trên một cột, hoặc treo trên đường dây cáp treo. Giá thành thiết bị điện của bộ lặp nhỏ hơn giá thành của hộp thiết bị trong môi trường khắc nghiệt và nhân công cho việc nối ghép hộp này vào cáp. Modem băng tần thoại được thiết kế để hoạt động khắc phục những giới hạn của các mạch vòng cục bộ ở hai đầu của mạng cộng và giới hạn của các tổng đài kết hợp. Tổng đài thường chứa các bộ PCM CODEC, các bộ này thực hiện chuyển đổi các tín hiệu tương tự trên mạch vòng nội hạt thành một tín hiệu số tốc độ 64 kb/s để truyền qua các đường trung kế. Tuyến truyền dẫn được chỉ định cung cấp một băng tần từ 200 đến 3400 Hz. DSL được thiết kế để hoạt động qua những giới hạn đặt ra bởi duy nhất một mạch vòng thuê bao. Các mạch vòng thuê bao điển hình có độ rộng băng tần hàng trăm kHz. Do đó, năng lực tiềm tàng của DSL có thể vượt qua các modem với một hệ số 100 hoặc cao hơn. Tuy nhiên, các modem vẫn có một lợi thế quan trọng ở chỗ chúng có thể hoạt động qua bất kỳ kết nối điện thoại nào tới bất kỳ nơi nào trên thế giới. Hơn nữa, DSL hàm ơn các modem băng tần thoại rất nhiều bởi vì nhiều kỹ thuật truyền dẫn được sử dụng bởi DSL bắt nguồn từ các modem băng tần thoại. 2.4 Các phương thức truyền dẫn Có nhiều phương thức truyền dẫn: việc sử dụng chúng phụ thuộc vào các yêu cầu ứng dụng và đặc trưng của kênh truyền.
20. 12 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ CỦA DSL 2.4.1 Hướng truyền Truyền dẫn đơn công là một hướng cố định từ nguồn tới đích. Các ví dụ về truyền đơn công bao gồm quảng bá phát thanh truyền hình và các mạch báo động. Hầu như tất cả mọi ứng dụng DSL đòi hỏi truyền hai hướng. Vì vậy, truyền đơn công thường không được sử dụng cho DSL. Tuy nhiên ta có thể mô tả tín hiệu T1 như một ví dụ của truyền song công. Các đường T1 gồm hai đường đơn công ở hai hướng khác nhau. Truyền bán song công phát một cách có chu kỳ từ Trạm A tới Trạm B và theo hướng ngược lại ở những thời điểm khác. Vì vậy, tại bất kỳ thời điểm nào thông tin được gửi đi theo một hướng (đơn công). Truyền hai hướng đạt được nhờ các bộ thu phát ở hai đầu của đường truyền hiểu khi nào cần thay đổi vai trò của máy phát và máy thu. Trong những ứng dụng truyền bán song công trước đây, toàn bộ một bản tin được gửi đi trước khi đường dây được quay vòng. Một số hệ thống DSL sử dụng sự biến thái của bán song công được gọi là ghép kênh nén thời gian (TCM), và được biết tới ở dạng "bóng bàn" được thảo luận xa hơn trong Chương 5. TCM làm giảm chu kỳ quay vòng tới một khoảng thời gian vài giây. Do đó, TCM gửi các khối vài nghìn bit có độ dài cố định theo hướng này hay hướng kia. Các ví dụ về truyền dẫn bán song công truyền thống gồm truyền điện báo và bộ đàm hai hướng sử dụng cùng một tần số. Truyền hoàn toàn song công gửi thông tin liên tục theo cả hai hướng trên cùng một đôi dây. Các ví dụ bao gồm các điện thoại truyền thống, các modem băng tần thoại, ISDN tốc độ cơ bản và HDSL. Truyền hai hướng đồng thời được thực hiện bởi mỗi bộ thu phát tách tín hiệu phát nội bộ khỏi tín hiệu nhận được của nó. Một phương pháp khử tiếng vọng sử dụng bộ hybrid (ECH) thường được sử dụng để cho phép cả hai hướng sử dụng cùng một băng tần. Ưu điểm của phương pháp này là truyền dẫn ở cả hai hướng có thể nằm ở băng tần thấp nhất có thể nơi mà suy hao tín hiệu và can nhiễu tần số vô tuyến được giảm thiểu. Một phiên bản không đối xứng của truyền hoàn toàn song công được sử dụng bởi đường dây thuê bao số không đối xứng ADSL. Thông tin được gửi đi đồng thời theo cả hai hướng nhưng tốc độ dữ liệu luồng xuống (tới khách hàng) lớn hơn nhiều tốc độ luồng lên (hướng về mạng). Điều này cho phép tốc độ dữ liệu luồng xuống cao trên các đường dây dài hơn nhiều bằng cách giảm xuyên âm giữa các đường ADSL.
21. 2.4. CÁC PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DẪN 13 2.4.2 Định thời Truyền dẫn đồng bộ gửi các bit với một tốc độ liên tục. Các bộ thu DSL thường đạt được tín hiệu định thời của chúng từ chu kỳ của các chuyển tiếp bit nhận được. Truyền dẫn đồng bộ và cận đồng bộ có thể áp dụng cho truyền dẫn đơn công, bán song công và hoàn toàn song công. Nói chung, DSL sử dụng truyền dẫn đồng bộ chứ không dùng truyền dẫn cận đồng bộ. Truyền dẫn cận đồng bộ gửi các đơn vị (ký tự hoặc các khối) với một tín hiệu cờ duy nhất để đánh dấu điểm bắt đầu của một đơn vị. ATM (phương thức truyền cận đồng bộ) thường được truyền tải bằng phương thức truyền dẫn đồng bộ ở mức bit; tuy nhiên điểm bắt đầu của mỗi tế bào ATM có thể là tại bất kỳ bit rỗi nào. Vì vậy đối với ATM các tế bào là cận đồng bộ (không phải là các bit). 2.4.3 Các kênh DSL phải truyền nhiều hơn một kênh thông tin trong đó mỗi kênh dành cho một ứng dụng hay dịch vụ khác nhau. ISDN có hai kênh B cho dữ liệu/thoại, một kênh D cho báo hiệu và một kênh điều hành nhúng (eoc) cho điều khiển và bảo dưỡng. HDSL có một kênh rộng và một kênh eoc. ADSL có các kênh số liệu, một kênh eoc, và một băng tách biệt dành cho dịch vụ thoại tương tự. Ghép kênh phân chia thời gian (TDM) là phương pháp thường được sử dụng nhất cho việc truyền nhiều kênh thông tin. Thông tin được tổ chức thành các khung có độ dài cố định với một số lượng bit cố định phân bổ cho mỗi kênh. Để giảm độ trễ, các bit cho mỗi kênh nhất định có thể được chia ra thành một số khối nhỏ, các khối này được phân bổ trong mỗi khung. Một số khung có thể được tổ chức thành các siêu khung để tạo ra các kênh tốc độ bit thấp chẳng hạn một kênh điều hành nhúng. Ngoài việc gửi nhiều kênh thông tin theo cùng một hướng. TDM có thể làm việc như một phương thức song công. Thông tin có thể được gửi luân phiên theo luồng lên và luồng xuống. Kỹ thuật này được gọi là ghép kênh nén thời gian và hầu như loại trừ được xuyên âm đầu gần (NEXT), mà xuyên âm này làm hạn chế chất lượng của các hệ thống truyền dẫn sử dụng bộ sai động khử tiếng vọng.
22. 14 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ CỦA DSL Ghép kênh phân chia theo tần số (FDM) bố trí mỗi kênh trong một băng tần tách biệt. Nhờ vậy tất cả các kênh được gửi cùng một lúc. Một ứng dụng của FDM là sử dụng một băng tần cho thông tin luồng lên và một băng tần khác cho thông tin luồng xuống. Song công FDM cũng hoàn toàn có thể loại trừ được NEXT. ADSL sử dụng FDM bằng cách đặt tín hiệu thoại tương tự vào băng tần thấp nhất và dữ liệu vào băng tần cao hơn. Thiết kế FDM liên quan tới sự dung hòa giữa độ phức tạp của bộ lọc và lượng phổ tần lãng phí cho các băng bảo vệ. Ghép kênh phân chia không gian đơn giản là đặt mỗi kênh trên một nhóm dây tách biệt. Việc đơn giản hóa này thích hợp để gửi các tín hiệu qua những khoảng cách rất ngắn được đo theo đơn vị cm nhưng chi phí cho các nhóm dây và các bộ thu phát truyền thống cho mỗi nhóm dây trở nên quá tốn kém. Để giảm thiểu giá thành tổng cộng, các DSL đặt tất cả thông tin lên một đôi dây. HDSL sử dụng hai đôi dây (cho 1,5 Mbit/s) và lên tới ba đôi dây (cho 2 Mbit/s) để đạt được những khoảng cách đường truyền xa hơn. 2.4.4 Các cấu hình đơn điểm và đa điểm DSL là các hệ thống truyền dẫn điểm-nối-điểm. Một bộ thu phát được nối tới mỗi đầu của một đôi dây. Một đầu có thể được đặt tại phía công ty điện thoại chẳng hạn như ở tổng đài CO còn đầu kia có thể đạt tại nhà khách hàng. So sánh với các hệ thống đa điểm, truyền dẫn điểm-điểm cớ ưu điểm đơn giản độ tin cậy cao và độ an toàn cao hơn. Cấu hình điểm-điểm cung cấp độ rộng băng chuyên dụng cho mỗi khách hàng. Với một hệ thống chuyển mạch phù hợp tại phía tổng đài, hiệu suất truyền thông cho mỗi khách hàng duy trì gần như không đổi khi một số lượng nút được bổ sung. Các hệ thống điểm nối đa điểm gồm một bộ thu phát đặt tại trạm (chính) trung tâm, trạm này thông tín với nhiều thiết bị đầu cuối được nối trực tiếp. Các đầu cuối này không thông tin với nhau. Các hệ thống truyền hình cáp (CATV) sử dụng truyền dẫn điểm-tới-đa điểm. Đa điểm-tới-đa điểm cho phép các đầu cuối thông tin trực tiếp với nhau. Các mạng cục bộ 10baseT (LAN) là những hệ thống đa điểm-tới-đa điểm. Số lượng các bộ thu phát cho một mạng gồm N đầu cuối sẽ là N+1 cho hệ thống điểm tới đa điểm và 2N cho hệ thống điểm-nối-điểm. Nói chung các hệ thống đa điểm thích hợp hơn cho các khoảng cách ngắn hơn, và các hệ thống điểm-nối-điểm được ưa chuộng hơn cho những khoảng cách dài hơn. ở khoảng cách dài hơn, kết
23. 2.5. THUẬT NGỮ DSL 15 nối nhiều đầu cuối dẫn tới suy hao tín hiệu lớn hơn và định nhịp (định thời) tín hiệu khó khăn hơn. Những thảo luận trên đây áp dụng cho mức vật lý. ở mức logic nơi mà luồng thông tin ở các giao thức cao hơn được xem xét, luồng thông tin từ điểm-tới-điểm và đa điểm có thể phát sinh qua cấu hình vật lý. 2.5 Thuật ngữ DSL Việc giải thích các thuật ngữ sau đây sẽ hữu ích trong quá trình tìm hiểu DSL. Thuật ngữ cổ điển nhất là kilofeet (kft), số đo độ dài truyền thống của đường điện thoại : 1 kft tương đương với 306 met. Đường kính của một dây được đo bằng milimet (mm), ngoại lệ ở Mỹ nơi mà con số tiêu chuẩn đánh giá dây dẫn của Mỹ (AWG) đại diện cho 1/N lần của một inch (ví dụ, 24 AWG có đường kính dây dẫn là 1/24 inch, tương đương với 0,5 mm). Công suất tín hiệu và suy hao tín hiệu được đo theo đơn vị logarith (dB), đặt theo tên của Alexander Bell. Tăng công suất 3 dB tương đương với việc gấp đôi công suất, giảm công suất đi 3 dB tương đương với giảm một nửa công suất, tăng công suất lên 6 dB tương đương với 4 lần công suất vv Tần số của một tín hiệu điện được đo là kiloHertz (kHz, hàng ngàn chu kỳ trong một giây) hay megaHertz (MHz, hàng triệu chu kỳ trong một giây). Dịch vụ điện thoại tương tự chuyển mạch mạch truyền thống thường được gọi là dịch vụ điện thoại POTS (Plain Old Telephone Service). Các thuật ngữ và những từ đồng nghĩa khác được giải thích trong phần từ điển viết tắt của cuốn sách. 2.6 Quan hệ Tốc độ - Tầm với Cường độ (chẳng hạn như công suất) của một tín hiệu điện giảm theo khoảng cách di chuyển do điện trở của đường dây mang tín hiệu. Hơn nữa các yếu tố ảnh hưởng (chẳng hạn như tổn thất) trở nên lớn hơn tại những tần số lớn hơn. Nói một cách đơn giản lượng công suất tín hiệu bị tiêu thụ trên đường dây tăng lên với tốc độ và khoảng cách truyền dẫn. Tầm với của vòng DSL bị giới hạn do tín hiệu trở nên quá yếu để có thể được nhận một cách chính xác. Các kỹ sư truyền dẫn số tăng tối đa khoảng cách đường truyền bằng việc sử dụng các kỹ thuật điều chế tinh vi phát tín hiệu với một tốc độ dữ liệu đã cho cùng một lượng công suất tín hiệu phát hạn chế trong một dải tần số nhất định. Đối với một phương pháp truyền đã cho, tốc
24. 16 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ CỦA DSL Bảng 2.1: Loại DSL (tốc độ) Đỉnh phát (V) Tổn hao công suất Các đỉnh thu tín hiệu tối đa (dB) tối thiểu (V) BRI 2B1Q (144 kb/s) 2,5 42 0,02 HDSL 2B1Q (1,5 Mb/s) 2,5 35 0,045 ADSL DMT (1,5 Mb/s) 15* 45 0,085 VDSL SDMT (26 Mb/s) 3-4 30 0,09-0,12 * Điện áp đỉnh ADSL phụ thuộc vào hoạt động của máy phát. Trong một số trường hợp, điện áp đỉnh phát ADSL có thể vượt quá 15 V. Đối với mức phát 20 dBm thường được sử dụng thì tín hiệu phát trung bình của ADSL là 3,1 V và điện áp tín hiệu nhận được trung bình là 0,02 V cho mạch vòng có độ dài tối đa. độ bit truyền tối đa có thể đạt được giảm khi độ dài đường dây tăng. Vì vậy, ta có thể đạt được tốc độ truyền dẫn dữ liệu cao cho những mạch vòng ngắn và tốc độ tương đối thấp đối với những mạch vòng dài. Tốc độ dữ liệu có thể đạt được cũng phụ thuộc vào các yếu tố khác bao gồm nhiễu xuyên âm (nhiễu ghép từ tín hiệu trên các đôi dây khác trong cung một cáp). Tín hiệu được phát đi có biên độ đỉnh 2,5 V cho các hệ thống ISDN tốc độ cơ sở (BRI) trên một mạch vòng độ dài tối đa có thể phải đương đầu với việc suy hao tín hiệu 42 dB với một tín hiệu đỉnh nhận được rất nhỏ cỡ 0,02 V (20 mV). Hệ thống BRI thực hiện một nhiệm vụ khó khăn: khôi phục tín hiệu rất nhỏ, khoảng 1/125 mức tín hiệu đã được phát đi. Các giá trị tương ứng đối với các hệ thống DSL được cho dưới đây Hình cho thấy tốc độ đường truyền có thể đạt được gần đúng là một hàm của độ dài đường dây. Đường cong phía dưới biểu diễn truyền dẫn đối xứng, và đường cong phía trên biểu diễn tốc độ luồng xuống cho truyền không đối xứng với tỷ lệ không đối xứng là 10:1. Vì vậy, tốc độ luồng lên được giả thiết là một phần mười tốc độ không đối xứng trên hình vẽ này. Xuyên âm thông thường và độ dự trữ 6 dB được giả thiết. Hình vẽ này chỉ ra ưu điểm của truyền dẫn không đối xứng-tốc độ truyền luồng xuống cao hơn nhiều. 2.7 Xuyên âm Một cáp điện thoại bao gồm hàng vài ngàn đôi dây riêng biệt được bó sát vào nhau. Các tín hiệu điện trong một đôi dây tạo ra một trường điện từ nhỏ, trường này bao quanh đôi dây và tạo ra một tín hiệu điện sang các đôi dây bên cạnh. Việc xoắn các đôi dây làm giảm ghép điện cảm (được gọi là xuyên âm), nhưng một số dò rỉ tín hiệu vần còn. Xuyên âm mạnh nhất tại đoạn cáp gần các máy phát gây nhiễu. Xuyên âm có nguồn gốc từ các hệ thống truyền dẫn khác trong cùng một cáp (và đặc biệt là cùng một nhóm trong cáp) là một yếu tố chính làm hạn chế tốc độ bit và tầm với có thể đạt được của DSL. Việc quản lý xuyên ấm từ đôi này sang đôi khác đòi hỏi sự thận trọng về băng tần và công suất tín hiệu của máy phát và việc loại bỏ tín hiệu ngoài băng bởi máy thu. Điều này thường được nói tới như độ tương thích phổ và gợi cho ta sự tương đồng trong quản lý các đài quảng bá tần số vô tuyến. Xuyên âm đầu gần (NEXT) là yếu tố ảnh hưởng chính tới các hệ thống chia sẻ cùng một băng tần cho truyền luồng lên và luồng xuống (chẳng hạn như truyền hybrid có khử tiếng vọng).
25. 2.8. CÁC YẾU TỐ THÚC ĐẨY VÀ CẢN TRỞ TRIỂN KHAI DSL 17 Nhiễu NEXT được xem bởi máy thu nằm và máy phát (nguồn gây nghiễu) nằm tại cùng một đầu của cáp. Các hệ thống truyền dẫn có thể tránh được NEXT bằng cách sử dụng các băng tần khác nhau cho truyền hướng lên và hướng xuống. Các hệ thống FDM tránh được NEXT khỏi các hệ thống tương tự (cũng được gọi là tự xuyên âm đầu gần). Các hệ thống FDM vẫn phải đương đầu với NEXT từ các loại hệ thống khác truyền trong cùng một băng tần và một hiện tượng khác được gọi là FEXT. Xuyên âm đầu xa (FEXT) là nhiễu được phát hiện bởi máy thu nằm ở đầu xa của cáp khỏi máy phát gây nhiễu. FEXT ít nghiêm trọng hơn NEXT do nhiễu FEXT bị suy hao khi đi ngang qua cả độ dài của cáp. Một ưu điểm chính của truyền sợi quang là không có bất kỳ xuyên âm nào. 2.8 Các yếu tố thúc đẩy và cản trở triển khai DSL Vào năm 1970, thế giới thông tin bao gồm thông tin theo xu hướng thoại và ký tự tới các máy tính cỡ lớn. Thoại lúc đó là "chúa tể" và có rất ít nhu cầu cho DSL. Sau đó hàng triệu máy tính cá nhân, các ứng dụng đa phương tiện (âm thanh, ảnh tĩnh và video) và cuối cùng là internet ra đời. Vào đầu những năm 1980, số lượng máy tính (gồm các bộ vi xử lý trong ô tô, các đồ điện
26. 18 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ CỦA DSL gia dụng) đã vượt quá dân số loài người và vào giữa những năm 1990 số phút sử dụng cho các ứng dụng số (kể cả fax) trong mạng công cộng đã vượt quá điện thoại. Mặc dù truy cập internet ngày nay là một ứng dụng lớn của DSL nhưng việc triển khai DSL đã bắt đầu rất lâu trước khi Internet trở câu nói cửa miệng. Truyền tín hiệu thoại vẫn giữ vai trò quan trọng, thậm chí đối với DSL. Ví dụ, HDSL được sử dụng cho các tuyến trung kế thoại tới các tổng đài PBX và các vị trí tế bào điện thoại không dây. Sự ra đời của các bộ xử lý tín hiệu số (DSP) với khả năng xử lý cao, giá thành thấp đã cho phép việc sử dụng các thuật toán mà đã từng chỉ dành cho các ứng dụng không gian và quốc phòng. Sự đột phá của DSP cũng cho phép việc mã hóa/giải mã video mầu hoàn toàn chuyển động với các tốc độ DSL sử dụng các thuật toán chuẩn (MPEG1, MPEG2, JPEG và H.261). Hội nghị truyền hình chất lượng cao được hỗ trợ với tốc độ 384 kb/s, video giải trí có thể lên tới 1,5 Mb/s và truyền hình độ phân giải cao 20 Mb/s. Vào năm 1985, truyền video chất lượng cao qua phần lớn các đường điện thoại được cho là điểu không tưởng; tuy nhiên ngày nay nó đã trở thành hiện thực và rất phổ biến. Công nghệ DSL chúng ta cho là tuyệt vời ngày nay đã gần như bị ngăn cản trong việc triển khai bởi hai trở ngại chính: cơn sốt sợi quang và độ không chắc chắn về thể chế. Trong những năm 1980 nhiều nhà hoạch định chính sách viễn thông hàng đầu tin tưởng rằng các đường điện thoại đồng sẽ sớm bị thay thế bởi các đường sợi quang trực tiếp tới mọi khách hàng. Hai kiểu tranh luận về cơn sốt sợi quang là (1) truyền tải trên cơ sở sợi quang sẽ sớm trở nên quá rẻ đến mức việc truyền cáp đồng sẽ bị loại bỏ, và (2) Công nghệ DSL sẽ kéo dài việc sử dụng cáp đồng và bằng cách ấy làm trễ việc triển khai sống còn về mặt chiến lược của sợi quang. Khi cuộc tranh luận diễn ra gay cấn thì đã làm sáng tỏ một điều rằng sợi quang dẫn tới các hộ gia đình vẫn tốn kém hơn và rằng các công ty điện thoại không thể bắt khách hàng của họ đợi vài năm cho tới khi sợi quang có thể lắp tới nhà họ. Các công ty điện thoại tập trung triển khai sợi quang tới những nơi mà về mặt kinh tế có thể thực hiện được như: tới các khu thương mại chính và tới những bộ ghép kênh ở xa (mạch vòng số) phục vụ hàng trăm khách hàng. Khi được hỏi liệu DSL có phải là một công nghệ quá độ không thì Ray Smith (CEO, Bell Atlantic) đã trả lời rằng "ADSL là một công nghệ quá độ cho 40 năm tiếp theo". Mối đe dọa thứ hai tới việc triển khai DSL là sự không chắc chắn về việc ai sẽ sở hữu bộ thu phát DSL ở phía khách hàng. Các công ty điện thoại cảm thấy rằng bộ thu phát ở phía khách hàng nên thuộc về mạng để đảm bảo chất lượng tốt, đơn giản hóa những tình huống phiền hà và để dễ dàng năng cấp lên các công nghệ tương lai. Các nhà hoạch định chính sách lại cho rằng bộ thu phát ở phía khách hàng được nên thuộc sở hữu bởi khách hàng cho phép khách hàng tự do lựa chọn trong số nhiều nhà cung cấp thiết bị cạnh tranh. Sự phát triển hệ thống chậm do các kỹ sư thiết bị không biết các đặc tính được yêu cầu, nhà cung cấp thiết bị không biết kênh bán hàng nào cần khai thác, và các kỹ sư của công ty điện thoại không biết ai sẽ chịu trách nhiệm cho việc lắp đặt và bảo dưỡng thiết bị. Sự thành công của một dịch vụ (và công nghệ hỗ trợ nó) phụ thuộc rất lớn vào giá thành của nó và mối quan hệ của nó với các phương án thay thế sẵn có. Giá cả dịch vụ về phần mình lại phụ thuộc rất nhiều vào giá thành của thiết bị và chi phí nhân công vận hành. Chi phí vận hành và thiết bị được giảm đi khi số khách hàng tăng lên. Dịch vụ giá thấp đạt được bằng cách thiết lập một dịch vụ thu hút một lượng lớn khách hàng và giảm tối đa chi phí cho cơ sở hạ tầng bổ sung thông qua việc sử dụng các phương tiện sẵn có. Đối với DSL, mạch thu phát bổ sung thực hiện mở rộng tầm với của vòng hoặc cho phép những ứng dụng bổ sung dẫn tới có thể cho phép
27. 2.9. CÁC ỨNG DỤNG 19 giảm được giá cả dịch vụ bằng cách mở rộng thị trường. Một đề tài tái diễn trong lĩnh vực DSL là giá thành của năng lực bổ sung trong bộ thu phát đem lại sự tiết kiệm nhiều hơn so với chi phí vận hành giảm, tầm với của vòng lớn hơn hay các ứng dụng bổ sung có thể. 2.9 Các ứng dụng Bước đầu tiên trong viẹc phát triển một công nghệ hay một hệ thống là sự nhận biết về nhu cầu của khách hàng và những liên quan tới yêu cầu chức năng. Sự đòi hỏi của người dùng cuối đối với các sản phẩm và dịch vụ được điều khiển bởi việc tiết kiệm tài chính, tạo lợi nhuận, thực hiện những nhiệm vụ cần thiết và tiết kiệm thời gian. Những yêu cầu này được thỏa mãn bởi các ứng dụng: phần cứng và phần mềm thực hiện những nhiệm vụ nhất định cho người sử dụng. Một ứng dụng là một gói phần cứng, phần mềm và trong một số trường hợp một dịch vụ mạng cung cấp một giải pháp cho nhu cầu đặc biệt của khách hàng. Một dịch vụ thực hiện những nhiệm vụ nhất định hay cung cấp những khả năng nhất định, ADSL thích hợp cho việc hỗ trợ nhiều ứng dụng, với ngoại lệ đáng chú ý về truyền hình quảng bá và một số ứng dụng kinh doanh 2.10 Sự tiến hóa của truyền dẫn số Công nghệ số được áp dụng vào các tuyến trung kế giữa các tổng đài vào đầu những năm 1960 nhằm giải quyết vấn đề nhiễu khoảng cách lớn do sự tích lũy nhiễu cố hữu của truyền dẫn tương tự. Mỗi bộ lặp tương tự trong một đường trung kế ở khoảng cách lớn khuếch đại cả tín hiệu và nhiễu. Mặc dù thiết kế bộ khuếch đại tiên tiến nhất nhưng một lượng nhiễu bổ sung được tạo ra bởi mỗi bộ lặp. Truyền dẫn số loại trừ được tích lũy nhiễu do tín hiệu số được tái tạo chính xác tại mỗi bộ lặp. Truyền dẫn sử dụng lặp số cho phép có được đường truyền hoàn hảo bất chấp khoảng cách. Các tổng đài điện thoại được nối với nhau thông qua các đường trung kế, mỗi đường mang rất nhiều mạch thoại. Trong phần lớn các trường hợp, một kiến trúc mạng phân cấp kết nối tổng đài nội hạt với một tổng đài trung chuyển hay tổng đài đường dài liên tỉnh. Vào năm 1970, phần lớn các đường trung kế tương tự đã được thay thế bằng các đường trung kế số T1, mỗi đường mang 24 mạch thoại. Kết quả là các tổng đài nội hạt và liên tỉnh được bao bọc bởi những đường trung kế số. Nhưng việc chuyển đổi từ số sang tương tự ở phía tổng đài tương tự không thể đáp ứng được nên các hệ thống chuyển mạch đã nhanh chóng chuyển sang chuyển mạch số. Vào năm 1985 ISDN đã mở rộng miền hoạt động số tới khách hàng. Lần đầu tiên dịch vụ số điểm nối điểm đã có mặt với một số lượng lớn. ISDN cung cấp cho khách hàng cả dịch vụ số chuyển mạch gói và chuyển mạch mạch. Trước đó, các đường dịch vụ dữ liệu số (DDS) hoạt động ở tốc độ trong khoảng 9,6 tới 64 kb/s đã cung cấp tới dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gói. Dịch vụ DDS đã rất bị hạn chế do giá thành cao và chỉ khả dụng trong một số ít vùng được lựa chọn. ISDN là mạng chuyển mạch mạch cơ sở, với chuyển mạch gói chỉ phù hợp cho lưu lượng gói băng hẹp. Chuyển mạch ISDN băng rộng (BISDN) với phương thức truyền dẫn cận đồng bộ hiệu suất
28. 20 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ CỦA DSL cao được hình dung làm kết nối tới tất cả các khách hàng thông qua những tuyến sợi quang trực tiếp. HDSL và ADSL đã mở cánh cửa thế giới dịch vụ dữ liệu băng rộng cho một thị trường rộng lớn.
29. Chương 3 Các loại DSL Khi năng lực xử lý của các bộ xử lý tín hiệu tăng thì tốc độ DSL cũng tăng lên. Công nghệ DSL đã bắt đầu với ISDN (BRI) tốc dộ cơ bản 144 kb/s và đã tiến hóa lên HDSL tốc độ 1,5 và 2 Mbit/s, ADSL 7 Mb/s và ngày nay là VDSL tốc độ 52 Mb/s. 3.1 Độ dự trữ thiết kế DSL DSL được thiết kế với độ dự trữ SNR 6 dB. Điều này có nghĩa rằng DSL sẽ cung cấp tỷ lệ lỗi bit 10−7 khi công suất tín hiệu xuyên âm là 6 dB lớn hơn mô hình xuyên âm được định nghĩa là "trường hợp xấu nhất". Trong nhiều trường hợp, mô hình xuyên âm xấu nhất là một nhóm binder 50 đôi được nối tới 49 máy phát xuyên âm đầu gần. Với nhiễu trắng thuần túy, một lượng dự trữ 6 dB cho SNR sẽ dẫn tới một tỷ số lỗi bít 10−24. Tuy nhiên, trong thực tế, nhiễu thường không phải là nhiễu trắng. Do đó đối với các điều kiện tiêu biểu thì độ dự trữ 6 dB tạo ra sự bảo đảm chắc chắn rằng DSL sẽ luôn hoạt động ở mức BER lớn hơn 10−9 và rằng DSL sẽ cung cấp dịch vụ tin cậy ngay cả khi môi trường truyền dẫn tồi hơn bình thường. Giá trị 6 dB xuất phát trong quá trình làm việc trên các tiêu chuẩn ISDN tốc độ cơ bản ANSI trong T1D1.3 (trước T1E1.4) với sự đóng góp từ Richard McDonald của Bellcore năm 1985. Như được mô tả trong T1E1.4/95-133, độ dự trữ 6 dB vẫn là một giá trị thích hợp. Độ dự trữ thiết kế tính toán cho những biến đổi của cáp (tuổi thọ, các mối nối, cáp ướt), nhiễu phát sinh trong CO và các dây đi trong tòa nhà của khách hàng, các nguồn nhiễu khác, các thiết kế bộ thu phát không hoàn hảo, và lỗi trong quá trình sản xuất. Độ dự trữ thiết kế là một sự dung hòa giữa việc đảm bảo hoạt động tin cậy trong mọi trường hợp và cho phép sử dụng công nghệ này trên các mạch vòng dài nhất có thể. Các phương pháp truyền dẫn phức tạp và tinh vi hơn có thể đạt được hiệu quả cao hơn nhưng sự cần thiết về độ dự trữ thiết kế vẫn không đổi. Tuy nhiên các hệ thống đo độ dự trữ lúc ban đầu có thể cung cấp cho người lắp đặt một chỉ số tức thì xem liệu mạch vòng có đủ độ dự trữ cần thiết không. Người lắp đặt khi đó có thể có những hành động hợp lý chẳng hạn tìm một đôi dây tốt hơn hay loại bỏ các mạch cầu mắc rẽ. Có ý kiến cho rằng các hệ thống cung cấp chỉ thị thời gian thực về độ dự trữ có thể được sử dụng hợp lý với mức ngưỡng dự trữ là 5 dB. Tuy nhiên giảm độ dự trữ thiết kế đi một hoặc 2 decibel thể hiện khả năng mở rộng số lượng vòng 21
30. 22 CHƯƠNG 3. CÁC LOẠI DSL lặp có thể truy cập lên khoảng 1% tổng số vòng lặp. 3.2 Tiền thân của DSL Ta có thể cho rằng các tuyến trung kế T1, trung kế E1 và các đường DSS (dịch vụ dữ liệu số) là những DSL đầu tiên. Mặc dù các hệ thống truyền dẫn T1(1,544 Mb/s với mã Đảo Dấu Luân Phiên AMI được sử dụng chủ yếu ở Bắc Mỹ) và E1 (2,048 Mb/s với mã HDB3) ban đầu dự định để sử dụng làm các đường trung kế giữa các tổng đài trung tâm CO nhưng sau đó chúng đã tỏ ra hữu ích khi làm các tuyến tốc độ cao từ các CO đến khu vực khách hàng. T1 được AT&T sử dụng lần đầu tiên vào năm 1962. Các trung kế nối CO tới CO ngày nay hoàn toàn là dựa trên cáp quang và vi ba. Các đường T1/E1 ngày nay không được sử dụng cho mục đích ban đầu của chúng. Các đường T1/E1 vẫn còn được sử dụng trên các đường thuê bao nhưng chúng cũng tỏ ra một số hạn chế, đó là giá thành cao và tốn thời gian lắp đặt và thường được cách ly trong những bó dây khác nhau cách biệt khỏi các loại hệ thống truyền dẫn khác. Một đường T1 gồm 4 dây. Hai dây truyền thông tin tới khác hàng và hai dây khác truyền thông tin từ khác hàng. Để giảm xuyên âm đầu gần giữa hai hướng truyền một bó dây chỉ mang các đôi dây T1 hướng đi và một bó dây khác chỉ mang các đôi dây T1 hướng về. Các đường T1 được thiết kế với tổn thất đường dây tối đa là 15 dB (ví dụ 2 đến 3 kft) tại tần số 772 kHz cho đoạn cuối CO (CO-tới bộ lặp đầu tiên, tổn thất tối đa 36 dB (ví dụ 3 đến 6 kft) cho các đoạn lặp (từ bộ lặp này tới bộ lặp kế tiếp) và lên tới 22,5 dB tổn thất đường dây từ bộ lặp cuối cùng tới nhà khách hàng. Các đường T1 phải không được mắc phụ tải và không có các cầu rẽ. Khoảng cách nhiều dặm có thể được đáp ứng bởi việc sử dụng nhiều bộ lặp. Các bộ lặp T1 được cấp nguồn qua đường điện 1 chiều +/-130 V. Trong tài liệu này, chúng ta không coi T1/E1 và DSS là các DSL. Mã đường truyền AMI dùng cho đường truyền T1 đơn giản để thực hiện nhưng không hiệu quả so với các tiêu chuẩn ngày nay. AMI gửi 1 bit/baud; một baud là một phần tử tín hiệu. Truyền dẫn T1 sử dụng công suất tín hiệu phát cao tạo ra các mức xuyên âm lớn trong dải từ 100 kHz đến 2 MHz. Các DSL khác (sử dụng cùng tần số) có thể bị ảnh hưởng nếu đặt trong cùng một bó dây với các đường T1. Trong các trường hợp xấu nhất, xuyên âm T1 có thể ảnh hưởng tới các mạch vòng trong các bó dây khác 3.3 ISDN tốc độ cơ bản 3.3.1 Nguồn gốc ISDN tốc độ cơ bản Trong cuốn tài liệu này, chúng ta sẽ xem ISDN tốc độ cơ bản (BRI) là thành viên đầu tiên của gia đình DSL. Mạng số tích hợp các dịch vụ (ISDN) được ra đời vào năm 1967 và đã được định nghĩa rộng rãi bởi các Khuyến nghị phát triển trong CCITT (nay là ITU). ảo tưởng về ISDN đầy tham vọng về một mạng số thống nhất cho thông tin số liệu và điện thoại. Phát triển các hệ thống truyền dẫn ISDN, tổng đài, báo hiệu và các hệ điều hành đòi hỏi một nỗ lực phi thường, nó gợi ta nhớ lại việc xây dựng mạng đường sắt xuyên lục địa (được xây dựng sau khi phát minh ra máy bay). Nỗ lực phát triển ISDN kéo dài một thập kỷ với những nỗ lực của hàng ngàn người từ hàng trăm công ty trên hơn 20 nước. Chúng tôi ước đoán rằng việc phát triển ISDN
31. 3.3. ISDN TỐC ĐỘ CƠ BẢN 23 Bảng 3.1: Số đường ISDN tốc độ cơ bản đang hoạt động Nước Các đường BRI năm 1994 Các đường BRI năm 1996 Đức 428.000 2.000.000 Mỹ 352.000 843.115 Nhật 320.000* 1.000.000 Pháp 240.000* 1.400.000 Anh 75.000* 200.000. * Các giá trị ngoại suy tốn hơn 50 tỷ USD và người ta không biết liệu khoản đầu tư này có được thu lại hoàn toàn hay không. ISDN tập trung vào các các dịch vụ điện thoại và dữ liệu chuyển mạch gói. Sự tập trung này cuối cùng lại trở thành một điểm yếu chính của ISDN. Các mạng ISDN kém thích hợp cho chuyển mạch gói tốc độ cao và các phiên chiếm giữ lâu đặc trưng cho truy cập internet. Tuy nhiên những người tuyên bố sự phá sản của ISDN không quên niềm vui sướng của hàng triệu khách hàng ISDN. Thử nghiệm dịch vụ ISDN bắt đầu vào năm 1985. Dịch vụ ISDN Bắc Mỹ đầu tiên được cung cấp vào năm 1986 bởi AT&T Illinois Bell (giờ là Ameritech) ở Oakbrook, Illinois. Các hệ thống BRI thử nghiệm ban đầu sử dụng TCM (ping-pong), hoặc kỹ thuật truyền dẫn đảo dấu luân phiên AMI. Các hệ thống ban đầu này thực thi đơn giản hơn nhưng truyền dẫn 2B1Q (2 nhị phân, một tứ phân) được lựa chọn làm kỹ thuật truyền dẫn tiêu chuẩn cho hầu như tất cả các nơi trên thế giới trừ Cộng hòa Liên Bang Đức và Aó, các nước này sử dụng 4B3T (4 nhị phân, 3 tam phân) và Nhật bản sử dụng phương pháp truyền AMI ping-pong. Tầm với của các hệ thống 2B1Q và 4B3T lớn hơn các hệ thống tiền tiêu chuẩn mà đã nhanh chóng không được sử dụng nữa. Tổng số đường BRI đang hoạt động khắp thế giới tăng từ 1,7 triệu vào năm 1994 lên gần 6 triệu vào cuối năm 1996. Số lượng đường ISDN ước tính đối với những nước sử dụng ISDN nhiều nhất được cho trong Bảng 3.1. Thông tin năm 1994 lấy từ thống kê của ITU. Các giá trị năm 1996 dựa trên thông tin cấp bởi các chuyên gia từ các nước tương ứng. Số lượng năm 1996 ở Mỹ lấy từ thống kê của FCC. Triển khai ISDN tăng 30% tới 50% trên một năm ở nhiều nước. Việc triển khai ISDN ở Đức được tăng tốc bởi sự ủy nhiệm của chính phủ trong khi đó các nước khác phát triển khai theo nhu cầu của thị trường. Dịch vụ ISDN đã sẵn sàng phục vụ 90% khách hàng điện thoại ở những nước liệt trê trong Bảng ?? vào năm 1996. 3.3.2 Năng lực và ứng dụng ISDN tốc độ cơ bản BRI truyền thông tin số đối xứng tổng cộng 160 kb/s qua các mạch vòng lên tới xấp xỉ 18 kft (5,5 km, hoặc lên tới 42 dB tổn thất tại tần số 40 kHz). Thông tin này được phân làm hai kênh B 64 kb/s, một kênh D 16 kb/s và 16 kb/s cho đồng bộ khung và điều khiển tuyến. Các kênh B có thể được chuyển mạch mạch hoặc chuyển mạch gói. Kênh D mang báo hiệu và các gói dữ liệu người dùng. Một kênh điều hành nhúng (eoc) và các bit chỉ thị được chứa trong 8 kb/s mào đầu. EOC truyền các bản tin được sử dụng để chuẩn đoán đường dây và các bộ thu phát. Các bit chỉ thị nhận dạng các lỗi khối để cho hiệu năng truyền dẫn của đường dây có thể đo được.
32. 24 CHƯƠNG 3. CÁC LOẠI DSL 3.3.3 Truyền dẫn ISDN tốc độ cơ bản BRI điều chế dữ liệu sử dụng một xung bốn mức (một quat) để đại diện cho hai bit nhị phân, vì lý do đó gọi là 2 nhị phân một tứ phân (2B1Q). Dữ liệu được gửi đi đồng thời theo cả hai hướng sử dụng truyền dẫn dùng bộ sai động (hybrid) để khử tiếng vọng. Kỹ thuật truyền dẫn băng cơ sở 2B1Q đơn giản gửi 160 kb/s sử dụng băng tần 80 kHz, tạo ra hiệu quả băng tần khiêm tốn 2 bit/s trên 1 Hz. Quá trình cân bằng thích nghi tự động bù những suy hao dọc băng tần truyền dẫn. BRI có thể làm việc trên một mạch vòng có cầu rẽ, tạo ra tổn thất tổng thể nhỏ hơn 42 dB ở 42 dB tại 40 kHz. Các mạch vòng BRI phải không được có phụ tải. 3.3.4 ISDN tốc độ cơ bản phạm vi mở rộng Các mạch vòng nằm ngoài tầm với BRI trực tiếp 5,5 km (18 kfit) từ CO có thể được phục vụ bằng một trong các phương pháp: BRITE, bộ lặp trung gian và BRI phạm vi mở rộng. BRITE Mở rộng truyền dẫn ISDN tốc độ cơ bản (BRITE) (xem Hình ) sử dụng các ngân hàng kênh số (ví dụ các bộ ghép loại D4 và D5, thực hiện ghép phân thời gian 24 kênh DS0 vào một đường 1,544 Mb/s) và các mạch vòng số (DLC) làm phương tiện mở rộng dịch vụ ISDN tới những vùng được phục vụ bởi các ngân hàng kênh này. Các đơn vị kênh ISDN đặc biệt sử dụng 3 DS0 trong ngân hàng kênh để truyền BRI. Nhờ các đơn vị kênh bổ sung này, cấu hình BRITE có giá thành khá cao trên một đường. Tuy nhiên, khi sử dụng SLC có từ trước hay các thiết bị ngân hàng kênh, chi phí khởi đầu thấp của BRITE là lý tưởng để phục vụ một số lượng rất nhỏ các đường thuê bao ở các vùng xa xôi. Bộ lặp trung gian Tầm với của vòng gần như được gấp đôi bằng cách đặt ở giữa vòng một bô lặp như Hình. Do bộ lặp là một cặp đầu cuối mạng NT và đầu cuối đường dây LT quay lưng vào nhau nên mạch vòng được phân chia thành một cặp DSL chuyển tiếp. Mỗi trong số hai mạch vòng này có thể có tổn thất tới 42 dB tại 40 kHz, tương ứng với tầm với tổng cộng khoảng 30 kft (2 ×15). Các bộ lặp điển hình được đặt trong một hộp thiết bị lặp nằm ở miệng cống hoặc được gắn lên một cột. Do miệng cống với không gian khả dụng có thể không nằm ở chính xác giữa mạch vòng nên bộ lặp thường được đặt ở một nơi nào đó gần giữa. Kết quả là tầm với của mạch vòng có thể đạt được có thể nhỏ hơn hai lần tầm với không lặp một chút. Các cuộn dây phải được loại trừ khỏi mạch vòng đối với các hoạt động của BRI có hoặc không có các bộ lặp. Các bộ lặp giữa chặng điển hình được cấp nguồn điện áp 1 chiều (thường là -130 VDC) ở Mỹ, cấp từ một mạch cấp nguồn CO. Đối với tầm với dài hơn, một bộ lặp thứ hai có thể được sử dụng. Cấu hình hai bộ lặp hiếm khi được sử dụng do việc phức tạp trong quản lý và cấp nguồn. Giá thành của một đường dây có lặp chủ yếu là chi phí cho nhân lực thiết kế mạch vòng, hộp thiết bị, và lắp đặt các hộp thiết bị (kể cả việc hàn cáp). Giá thành các thành phần điện tử của bộ lặp tương đối nhỏ so với các chi phí kể trên.
33. 3.3. ISDN TỐC ĐỘ CƠ BẢN 25 Cấu hình có lặp và cấu hình BRITE có độ trễ truyền tín hiệu gấp đôi (2,5 ms một hướng) độ trễ của cấu hình DSL trực tiếp (1,25 ms) BRI phạm vi mở rộng Các kỹ thuật truyền dẫn đã cải tiến kể từ sự phát minh tiêu chuẩn BRI (ANSI T1.601). Các kỹ thuật, chẳng hạn mã hóa mắt lưới trellis cho phép tốc độ 160 kb/s được truyền qua các mạch vòng dài tới 8,5 km (28 kft) mà không cần các bộ lặp giữa chặng. Để tương thích trở lại, các hệ thống BRI mở rộng đưa ra giao tiếp ANSI T1.601 tiêu chuẩn cho LT ở tổng đài CO và cho NT của khách hàng. Xem Hình 3.1. Bình thường, một khối chuyển đổi được đặt trong một giá thiết bị tổng hợp trong CO, và một bộ chuyển đổi khác được đặt trong một hộp kín đặt bên ngoài tòa nhà khách hàng. Tuy nhiên, việc đặt bộ chuyển đổi xa ở giữa chặng có thể mở rộng tầm với của vòng xa hơn nữa. Kết quả là tầm với tổng cộng đạt xấp xỉ 43 kft (15 + 28) có thể đạt được. Hơn thế nữa, bộ chuyển đổi phía mạng có thể được đặt ở xa miễn là có sẵn nguồn cấp tại nơi này. Hình 3.1: Cấu hình ISDN phạm vi mở rộng 3.3.5 Đường dây số bổ sung Các bộ thu phát BRI cũng được sử dụng cho các ứng dụng phi ISDN- đáng chú ý nhất là đường dây số bổ sung (DAML). Các hệ thống DAML cho phép một mạch vòng truyền hai mạch điện thoại. Xem Hình . Các bộ mã hõa /giải mã tiếng nói (CODEC) tại mỗi đầu của hệ thống DAML chuyển đổi kênh B BRI 64 kb/s sang giao tiếp điện thoại tương tự. Do đó, giao tiếp điện thoại truyền thống được cung cấp tới tổng đài trung tâm CO và các máy điện thoại của khách hàng. Khối DAML tại phía khách hàng thường được cấp nguồn từ nguồn cấp của CO thông qua mạch vòng. Các hệ thống DAML sử dụng công nghệ BRI có một tầm với tối đa của vòng là 5,5 km (18 kft). Các hệ thống DAML trên cơ sở HDSL có thể truyền nhiều hơn một mạch thoại thông qua một đôi dây. 3.3.6 IDSL Một ứng dụng phi ISDN khác của các bộ thu phát BRI là ISDL (ISDN DSL). Các kênh đối xứng BRI (128 kb/s hoặc 144 kb/s) được móc xích với nhau để tạo ra một kênh truyền dữ liệu gói
34. 26 CHƯƠNG 3. CÁC LOẠI DSL giữa một bộ tạo tuyến và một máy tính của khách hàng. Phần lớn các dạng IDSL sẽ làm việc với một đầu cuối mạng NT ISDN truyền thống tại phía khách hàng của đường dây. Do đó, với IDSL tổng đài nội hạt được thay thế bởi một bộ tạo tuyến gói. Cấu hình này được sử dụng cho truy cập internet. 3.4 HDSL 3.4.1 Nguồn gốc của HDSL Nhận định khái niệm ban đầu về HDSL (đường thuê bao số tốc độ bit cao) diễn ra vào cuối năm 1986 tại phòng thí nghiệm AT&T Bell và Bellcore. Các thiết kế bộ thu phát về cơ bản là các thiết kế ISDN tốc độ cơ bản được tăng cường. Các hệ thống HDSL thử nghiệm ra đời vào năm 1989. HDSL được đưa vào phục vụ vào tháng 3 năm 1992 bởi Bell Canada sử dụng thiết bị được sản xuất bởi Tellabs Operation Inc. ở Lisle, Illinois. Ngày nay gần như tất cả các công ty điện thoại chính trên thế giới sử dụng HDSL. Vào năm 1997, khoảng 450.000 đường HDSL được đưa vào phục vụ trên khắp thế giới, với xấp xỉ 350.000 đường trong số này là ở Bắc Mỹ. Triển khai HDSL đang gia tăng với tốc độ 150.000 đường trên 1 năm. Vào năm 1998, ITU đã phê chuẩn khuyến nghị G.991.1 cho HDSL thế hệ thứ nhất; khuyến nghị này chủ yếu dựa trên Đặc tính Kỹ thuật ETSI TM-03036. ITU đã bắt tay vào việc đưa ra khuyến nghị HDSL thế hệ 2 (HDSL2) được gọi là G.991.2. Nhu cầu về HDSL trở nên rõ ràng khi các hệ thống truyền dẫn T1 và E1 ngừng được sử dụng cho các mục đích ban đầu của chúng làm các đường trung kế liên đài và nhìn thấy sự phát triển nhanh chóng thành các đường riêng từ CO đến nhà khách hàng. Các hệ thống truyền dẫn E1/T1 hoạt động trên các đường điện thoại hiện có nhưng với giá thành cao cho các kỹ thuật đặc biệt, tu sửa mạch vòng (loại bỏ các cầu rẽ và cuộn tải), và hàn nối các hộp thiết bị để chứa các bộ lặp mà được yêu cầu cứ 3000 đến 5000 feet một bộ. Các phương thức truyền được sử dụng cho các đường T1/E1 đặt các mức công suất tín hiệu phát cao ở các tần số từ 100 kHz tới 2 MHz; điều này đòi hỏi phải cách ly các đường T1/E1 vào trong các bó dây tách biệt khỏi nhiều dịch vụ khác. Ngoài việc tốn kém cho lắp đặt và bảo dưỡng, các đường T1/E1 thường mất nhiều tuần từ khi có đơn đặt hàng cho tới khi dịch vụ được khởi động. Những gì cần thiết là một hệ thống truyền kiểu "cắm và chạy - plug-and-play" có thể nhanh chóng và dễ dàng cung cấp truyền tải từ 1,5 đến 2 Mb/s qua phần lớn các đường dây thuê bao, vì thế HDSL đã ra đời. Lợi ích của HDSL phần lớn là nhờ vào việc loại bỏ các bộ lặp giữa chặng. Mỗi vùng lặp phải được thiết kế theo yếu tố khác hàng để đảm bảo rằng mỗi đoạn của đường dây duy trì trong giới hạn đối với tổn thất tín hiệu. Các tín hiệu được lặp có thể gây ra xuyên âm trầm trọng; do đó cần phải quan tâm khi thiết kế các trang thiết bị cho bộ lặp nhằm tránh xuyên âm quá mức tới các hệ thống truyền dẫn khác. Bộ lặp được đặt trong một hộp thiết bị chịu được môi trường khắc nghiệt ở hầm cáp hoặc trên một cột. Hộp thiết bị phải được hàn vào cáp. Hộp thiết bị tốn kém hơn nhiều bản thân giá thành của bộ lặp. Một lỗi bộ lặp đòi hỏi đội ngũ phục vụ phải tới tận nơi để giải quyết. Các bộ lặp thường được cấp nguồn trên chính đường dây; điều này đòi hỏi một nguồn cấp đặc biệt vào đường dây từ phía CO. Hầu hết việc cấp nguồn bằng nguồn cấp CO bị lãng phí do điện trở của mạch vòng và do đó việc cấp nguồn là không hiệu quả. HDSL cũng được ưa chuộng hơn các đường T1 truyền thống do HDSL cung cấp nhiều chức
35. 3.4. HDSL 27 năng chuẩn đoán hơn (kể cả đo SNR) và HDSL gây ra ít xuyên âm hơn sang các hệ thống truyền dẫn khác do tín hiệu phát của nó bị hạn chế trong một băng tần hẹp hơn đường T1 truyền thống. 3.4.2 Khả năng và ứng dụng của HDSL HDSL cung cấp truyền tải hai chiều tốc độ 1,544 Mb/s hoặc 2,048 Mb/s qua đường điện thoại lên tới 3,7 km (12 kft) bằng đôi dây xoắn đường kính 0,5 mm không dùng bộ lặp giữa chặng và lên tới gần gấp đôi khoảng cách này nếu sử dụng một bộ lặp trung gian. Hơn 95% đường dây HDSL không dùng bộ lặp. Theo lệ thường, không cần tu chỉnh đường dây hay cách ly bó dây là cần thiết đối với HDSL. HDSL tạo ra truyền dẫn tin cậy qua tất cả các đường dây trong vùng phục vụ (CSA) với tỷ lệ lỗi bit 10−9 tới 10−10. Các hệ thống HDSL DS1 sử dụng hai đôi dây, mỗi đôi truyền 768 kb/s tải tin (784 kb/s thực chất) trong cả hai hướng. Vì vậy, thuật ngữ song công kép được sử dụng để mô tả truyền dẫn HDSL. Xem Hình . Các hệ thống HDSL E1 (2,048 Mb/s) có tùy chọn sử dụng hai hoặc 3 đôi dây, với mỗi đôi dây sử dụng truyền hoàn toàn song công. HDSL ba đôi dây tốc độ 2,048 Mb/s sử dụng các bộ thu phát 784 kb/s rất giống các hệ thống 1,544 Mb/s. Mạch vòng HDSL có thể có các cầu rẽ nhưng không được có các cuôn phụ tải. Mặc dù các mô tả ban đầu về HDSL như một "công nghệ không dùng bộ lặp" nhưng các bộ lặp HDSL thường được sử dụng cho các đường truyền ngoài tầm với không lặp (2,75 tới 3,7 km hay từ 9 đến 12 kft) của HDSL. Đối với dây dẫn 24 AWG, lên tới 7,3 km (24 kft) có thể đạt được khi sử dụng 1 bộ lặp và lên tới 11 km (36 kft) nếu hai bộ lặp được sử dụng. Tầm với thực tế có thể ngắn hơn ở những nơi không thể đặt bộ lặp chính xác ở giữa chặng. Các hệ thống HDSL hai bộ lặp cấp nguồn cho bộ lặp đầu tiên thông qua nguồn cấp đường dây từ CO, và bộ lặp thứ 2 được cấp nguồn từ phía khách hàng. Cấp nguồn từ phía khách hàng đặt ra những khó khăn cho quản lý và bảo dưỡng. Với việc giảm công suất thiêu thụ năng lượng của các bộ thu phát gần đây, cấp nguồn đường dây cho hai bộ lặp HDSL chuyển tiếp từ nguồn cấp của CO. Các mạch đường dây riêng tốc độ cơ sở (1,544 hay 2,048 Mb/s) từ một người sử dụng tới mạng là ứng dụng hàng đầu của HDSL. HDSL là một phương tiện phổ biến cho việc kết nối một tổng đài nhánh riêng (PBX) và thiết bị số liệu gói/ATM vào mạng công cộng. Các đường HDSL được sử dụng để nối các trạm vô tuyến không dây vào mạng hữu tuyến mặt đất. HDSL được sử dụng để kết nối một lượng nhỏ các vùng mạch vòng số (DLC) tới CO. Trong những năm đầu sử dụng của nó, giá thành thiết bị HDSL cao làm hạn chế sử dụng HDSL tới các tình huống ở đó không có chỗ để bố trí một cách kinh tế hộp thiết bị bộ lặp. Vào cuối năm 1994, giá thành thiết bị HDSL đã đạt tới điểm mà ở đó HDSL về mặt kinh tế được ưa chuộng hơn so với thiết bị truyền dẫn T1/E1 truyền thống trong hầu hết tất cả lắp đặt mới. Thiết bị T1/E1 vẫn được sử dụng cho các đường dây ngắn (dưới 3 kft) không đòi hỏi bộ lặp và cho các đường truyền rất dài (trên 30 kft) đòi hỏi hơn hai bộ lặp HDSL. Giá thành bảo dưỡng các đường HDSL hàng năm thấp hơn các đường T1/E1 bởi vì các đường HDSL có ít bộ lặp có sự cố hơn, độ tin cậy cao hơn và khả năng chuẩn đoán được cải thiện. Tuy nhiên, các đường T1/E1 hiếm khi được thay thế bởi các đường HDSL mới bởi chi phí lắp đặt đường dây mới. Mặc dù HDSL phần lớn được sử dụng bởi các nhà khai thác tổng đài nội hạt (các công ty điện thoại) nhưng có một số ứng dụng của HDSL trong các mạng riêng nhằm cung cấp các tuyến
36. 28 CHƯƠNG 3. CÁC LOẠI DSL tốc độ cao trong một khuôn viên trường học. 3.4.3 Truyền dẫn HDSL Truyền dẫn 2B1Q song công kép sử dụng bộ sai động khử tiếng vọng được sử dụng cho hầu hết các hệ thống HDSL khắp thế giới, với một số hệ thống đa tần rời rạc (DMT) và AM/PM không sóng mang (CAP) được sử dụng ở một số nơi thuộc Châu Âu. Đối với truyền tốc độ 1,544 Mb/s, truyền dẫn song công kép sử dụng mỗi đôi dây để truyền một nửa tải tin hai hướng (768 kb/s) cộng với mào đầu đồng bộ khung và kênh điều hành nhúng (eoc) 16 kb/s cho truyền dẫn tổng cộng 784 kb/s. Hai đôi dây tạo thành hệ thống truyền HDSL 1,544 Mb/s. Do cùng một lượng thông tin mào đầu được truyền trên cả hai đôi dây nên máy thu sẽ lựa chọn một đôi dây cho thông tin mào đầu. Thông thường máy thu lựa chọn đôi dây với tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) lớn hơn. Một vài phương án truyền thay thế được xem xét cho các hệ thống HDSL nguyên thủy là : song công đơn, đơn công kép và song công kép. Song công đơn đem lại lợi nhuận nhiều hơn nhờ sử dụng chỉ một đôi dây và đòi hỏi chỉ một cặp máy thu-máy phát tại mỗi đầu của đường truyền. Xem Hình 3.2. Hai hướng truyền có thể được tách biệt bởi bộ ghép phân chia tần số (FDM) hoặc bởi truyền dẫn sai động khử tiếng vọng. Tuy nhiên truyền tốc độ tải tin tối đa qua phần lớn các mạch vòng nằm ngoài khả năng của công nghệ trong những năm đầu 1990. Hơn thế nữa, độ rộng băng lớn cần quan tâm tới độ tương thích phổ với các loại hệ thống truyền dẫn khác. Các hệ thống HDSL 1,544 dùng một đôi dây đơn (đội khi gọi là SDSL) được phát triển đầu những năm 1990 có tầm với của vòng nhỏ hơn 6 kft trên dây 26 AWG; tầm với ngắn này làm giới hạn nhiều tới khả năng ứng dụng của chúng. Chỉ với công nghệ tiên tiến nhất sẵn có ở cuối những năm 1990 truyền tải song công đơn tốc độ 1,544 Mb/s mới có thể trở thành hiện thực cho tầm với hết cỡ của vùng phục vụ CSA. HDSL2, được mô tả trong phần 2.4.4, sử dụng truyền song công đơn. Truyền đơn công kép sử Hình 3.2: HDSL song công đơn dụng hai cặp dây, với một cặp mang toàn bộ tải tin theo một hướng và đôi dây thứ hai mang toàn bộ tốc độ đường truyền theo hướng ngược lại. Xem Hình 3.3. Phương pháp này cung cấp một phương tiện rất đơn giản cho việc tách riêtn các tín hiệu ở hai hướng truyền khác nhau. Đường T1 truyền thống sử dụng truyền đơn công kép. Truyền đơn công kép có thuận lợi là truyền một tín hiệu với dải tần rộng, đó là chủ đề gây ra tổn thất lớn và xuyên âm ở các tần số cao hơn. Do xuyên âm, các tín hiệu gửi đi trên hai đôi dây không hoàn toàn được cách ly. Do đó, các bộ thu phát đơn công kép có thể đơn giản hơn nhưng dẫn tới hiệu năng kém hơn song công kép. Truyền song công kép cải thiện tầm với của mạch vòng có thể vươn tới và độ tương thích về phổ bằng cách gửi chỉ một nửa tổng thông tin được phát đi trên mỗi đôi dây. Xem Hình 3.4. HDSL làm giảm hơn nữa độ rộng băng tần tín hiệu được phát đi bằng cách sử dụng truyền ECH
37. 3.4. HDSL 29 Hình 3.3: HDSL đơn công kép (bộ sai động khử tiếng vọng) để gửi hai hướng truyền trong cùng một băng tần. Công suất tín hiệu được phát từ HDSL song công kép giảm dần đối với các tần số trên 196 kHz. Kết quả là xuyên âm và suy hao được giảm đi. Một ưu điểm khác của truyền song công kép là ở chỗ việc sử dụng một đôi dây có thể dễ dàng cung cấp một hệ thống truyền dẫn tốc độ một nửa. Hình 3.4: HDSL đơn công kép Các hệ thống HDSL tốc độ một phần sử dụng một đôi dây được sử dụng để truyền các dịch vụ đường dây thê riêng tốc độ một phần 768 kb/s và thấp hơn và cũng sử dụng cho các hệ thống mạch vòng nhỏ hỗ trợ 12 kênh thoại hoặc ít hơn. HDSL tốc độ một phần cho ngân hàng kênh D4 cho phép lên tới 12 DS0 của thông tin truyền tải HDSL được ghép với thông tin từ các đơn vị kênh khác trong cùng một ngân hàng kênh D4. Thông tin bảo trì đồng nhất (các bít chỉ thị và eoc) được truyền trên mỗi đôi dây của hệ thống HDSL song công kép. Truyền tải mào đầu dư thừa này cho phép sử dụng các phần tử máy thu phát giống nhau cho các hệ thống HDSL một hoặc hai và hoặc ba đôi dây. Hơn thế nữa, thông tin mào đầu dư thừa đảm bảo hoạt động tin cậy của các chức năng bảo dưỡng cho dù hệ thống có bị lỗi hoặc hư hỏng trên một trong các mạch vòng. Định thời Thông tin đồng bộ khung HDSL gồm các vị trí cho các stuff quat (các ký hiệu 4 mức biểu diễn hai bit nhị phân). các stuff quat được bổ sung vào các khung cần thiết để đồng bộ tốc độ bit tải tin T1/E1 với tốc độ đường truyền HDSL. Để cho phép hoạt động khử tiếng vọng có hiệu quả, các tốc độ ký hiệu HDSL hướng lên và hướng xuống phải hoàn toàn giống nhau. Có một số tình huống ở đó tốc độ bit tải tin T1/E1 luồng lên phải có thể hơi khác với tốc độ bit tải tin luồng xuống. Các stuff quat cùng với một hoạt động đệm nhỏ cho phép tốc độ tải tin hơi khác
38. 30 CHƯƠNG 3. CÁC LOẠI DSL so với tốc độ đường dây HDSL. Nhiều mạch T1/E1 mạng công cộng được định thời vòng, có nghĩa là tín hiệu định thời luồng lên được lấy từ đồng hồ bit luồng xuống. Các mạch định thời vòng không yêu cầu stuff quats. Tuy nhiên đặc điểm này được cung cấp trên tất cả các HDSL đề phòng trường hợp một mạch không được định thời vòng. Trễ (latency) Các hệ thống truyền dẫn T1 có một độ trễ truyền dẫn tín hiệu từ điểm tới điểm nhỏ hơn 100 µs. Do xử lý tín hiệu số, các mạch HDSL điển hình có độ trễ truyền tín hiệu khoảng 400 µs khi được đo một hướng giữa giao tiếp DSX-1 và giao tiếp T1.403. Trễ phát sinh được tìm thấy trong các hệ thống HDSL hiếm khi tỏ ra là một vấn đề lớn nhưng có một vài trường hợp ở đó sự kết nối giao thức lớp trên đã vượt quá thời gian qui định do tổng thời gian trễ từ điểm tới điểm. Vì lý do đó, các hệ thống HDSL được thiết kế để đảm bảo rằng trễ truyền dẫn tín hiệu một hướng cho đường HDSL không lặp nhỏ hơn 500 µs. Các đường HDSL với một bộ lặp giữa chặng (trung gian) có độ trễ gấp đôi con số nay. Các phần tử mạng khác gồm các đầu cuối SONET và các hệ thống kết nối chéo số (DCS) có thể có độ trễ vượt quá 500 µs. Do đó, các hệ thống ở cuối đường nên cho phép trễ vài ms bất chấp sự có mặt của HDSL. Tỷ lệ lỗi bit Các hệ thống HDSL, giống như BRI và ADSL, được thiết kế để đảm bảo BER tốt hơn 10−7 trên các mạch vòng tồi nhất có công suất nhiễu xuyên âm lớn hơn mô hình xuyên âm lý thuyết cho trường hợp xấu nhất 6 dB. Tiêu chuẩn thiết kế này dựa trên đánh giá kỹ thuật và nhất trí giữa các chuyên gia hàng đầu trong nhóm làm việc về tiêu chuẩn T1E1.4. Một thập kỷ kinh nghiệm thực tế đã chứng tỏ các tiêu chuẩn thiết kế này có sự thỏa hiệp tốt giữa kỹ thuật cao (dưới mức sử dụng do thiết kế quá dè dặt) và kỹ thuật thấp (độ tin cậy kém do thiếu năng lực) Tuy nhiên có hai quan niệm sai phổ biến về thiết kế BER của HDSL và các DSL khác. Quan niệm sai thứ nhất là hầu hết các HDSL hoạt động với BER 10−7. Giá trị BER 10−7 là dành cho tình huống xấu nhất, nó ít khi được thấy trong thực tế. Khoảng 99 % HDSL trong thực tế hoạt động với BER tốt hơn 10−9. Khi các lỗi xuất hiện, chúng có xu hướng xuất hiện thình lình trong những khoảng thời gian ngắn. Đặc tính này ít nguy hiểm hơn các lỗi bit ngẫu nhiên. Quan niệm nhầm lẫn thứ hai là HDSL được thiết kế với kỹ thuật quá cao. Xem xét thiết kế với độ dự trữ 6 dB vượt quá mô hình trường hợp xấu nhất, ta sẽ dễ dàng thấy tại sao một số người có ý kiến này. Tuy nhiên, thiết kế dường như quá dè dặt được điều chỉnh vì 2 lý do. HDSL được yêu cầu hoạt động một cách tin cậy suốt thời gian hoạt động cho các mạch vòng chất lượng tốt. Không giống như modem băng tần thoại được sử dụng trên các mạch chuyển mạch, ta không thể "nhấc máy" và quay số lần nữa với hi vọng đạt được một kết nối tốt hơn. Hơn thế nữa, môi trường thế giới thực sẽ có nhiều yếu tố có hại có thể tiêu tốn độ dự trữ thiết kế 6 dB (ví dụ, nước trong cáp, các mối hàn tồi, chất lượng kém trong dây dẫn hay một đường dây dài hơn được chỉ ra trong hồ sơ cáp).
39. 3.4. HDSL 31 3.4.4 HDSL thế hệ thứ hai Sự phát triển các tiêu chuẩn cho công nghệ HDSL thế hệ thứ 2 (HDSL2) bắt đầu vào năm 1995 để cung cấp tốc độ bit và tầm với của mạch vòng giống như HDSL thế hệ thứ nhất nhưng sử dụng một đôi dây thay vì hai đôi. Việc giảm đôi dây này là quan trọng bởi vì nhiều LEC thiếu các đôi dây dự trữ ở một số vùng. HDSL2 sử dụng các kỹ thuật điều chế và mã hóa phức tạp và tinh vi hơn. Bố trí tần số lệch nhau một cách cẩn thận cho các hướng luồng lên và luồng xuống được sử dụng cho HDSL2 nhằm giúp chống lại xuyên âm. Các phiên bản mới hơn của HDSL mượn nhiều ý tưởng từ ADSL. Một phiên bản thích nghi về tốc độ của HDSL có thể xuất hiện. Người ta đang xem xét đặt HDSL trong một băng tần trên âm thoại tương tự băng gốc hoặc trên ISDN tốc độ cơ bản. Thuật ngữ SDSL (đối xứng, hay DSL một đôi dây đơn) cũng được sử dụng để mô tả các phiên bản sau này của HDSL. Những yêu cầu về hoạt động Mặc dù một số gợi ý cho mã đường được đưa ra cho T1E1.4 theo yêu cầu vào năm 1995 (T1E1.4/95-044), tiến trình triển khai đã bị chậm lại cho tới khi những yêu cầu chi tiết được thiết lập. Những yêu cầu này, được chỉ ra chủ yếu bởi các công ty khai thác, được đề xuất lần đầu tiên vào thang 3 năm 1996 (T1E1.4/96-094 và T1E1.4/96-095) và được sửa đổi kể từ thời gian đó (T1E1.4/97-180, 180R1, 181, 469). Hiện nay chúng gồm các yêu cầu sau: Tầm với: Vùng bao phủ CSA (giống như HDSL hai đôi dây của ANSI): • 9000 ft (2,7 km) cáp có kích cỡ 26 AWG (đường kính 0,4 mm) • 12000 ft (3,6 km), 24 AWG (0,5 mm) • Cầu mắc rẽ giới hạn tới tổng cộng 2,5 kft, 2 kft trên một mạch rẽ • Các tham số cáp được chỉ định trong T1.601 Suy hao/ hoạt động: độ dự trữ hoạt động tối thiểu 5 dB với 1 % xuyên âm trường hợp xấu nhất từ các dịch vụ gây nhiễu sau: • HDSL với 49 bộ gây nhiễu • HDSL2 39 bộ gây nhiễu • EC-ADSL 39 bộ gây nhiễu • FDM-ADSL 49 bộ gây nhiễu • T1 25 bộ gây nhiễu • 24 T1 + 24 HDSL2 • 24 FDM-ADSL + 24 HDSL
40. 32 CHƯƠNG 3. CÁC LOẠI DSL Khả năng tương tích phổ: Đối với tất cả các dịch vụ hiện có, không được suy hao lớn hơn dung sai cho phép của các dịch vụ hiện nay ngoại trừ: không làm xuống cấp HDSL trên 2 dB và ADSL trên 1 dB. Các dịch vụ này bao gồm các đặc tính giao tiếp khách hàng sau: T1.413 (ADSL), TR-28 (HDSL) ANSI T1.403 (DS1) và T1.601 (ISDN-BRA). Trễ: Độ trễ tối đa cho HDSL2 không được lớn hơn HDSL (500 µs) Các yếu tố gây suy hao Suy hao của đường truyền được chọn làm tiêu biểu của sự kết hợp xuyên âm nghiêm trọng mà HDSL2 có thể gặp phải. Trong số các mạch vòng đo kiểm trong vùng phục vụ CSA theo ANSI TR-28 người ta thấy rằng CSA 4 đại diện cho trường hợp tới hạn. Ghép xuyên âm đầu gần được mô hình hóa sử dụng mô hình Unger, như được chỉ ra trong T1E1.4/96-036, và ghép xuyên âm đầu xa được mô hình hóa như chỉ ra trong ANSI T1.413 phụ lục B. Các mô hình cho các máy phát T1.601, TR-28 và T1.403 được lấy từ T1.413 Phụ lục B. Nhiều mô hình cho phiên bản ghép kênh phân chia tần số (FDM) và khử tiếng vọng (EC) của ADSL đã được sử dụng. Phần lớn nghiên cứu mới đây kết hợp với các phiên bản sửa đổi của PSD từ Phụ lục B.4 và B.5 của T1.413. Phần lớn những thay đổi liên quan tới những điểm tách cho FDM, làm tròn mật độ phổ công suất PSD luồng lên, và làm tròn mật độ phổ công suất có khử tiếng vọng EC PSD luồng xuống. Người ta đã nhất trí rằng thuật ngữ Sinc từ B.4 và B.5 không nên được sử dụng. Các trường hợp xuyên âm hỗn hợp được bổ sung vào các yêu cầu (T1E1.4/97-180,181) sau khi người ta thấy rằng chúng nguy hiểm hơn xuyên âm thuần nhất đối với các kỹ thuật điều chế non-self-NEXT hạn chế. Nhiễu xung không được xem như là thành phần gây suy hao đáng kể trong T1E1.4. Tuy nhiên, tất cả các tính toán liên quan tới tính tương thích phổ đều nhằm vào ANSI DSL. Không có tính toán hay đo lường nào được công bố về phía các đối tác ETSI hay ITU. Độ tương thích phổ Xác định độ tương thích phổ giữa dịch vụ mới và dịch vụ cũ tỏ ra là một thách thức đáng kể. Đối với ISDN-BRA dễ dàng chỉ ra rằng các mã đường truyền được đề xuất chắc chắn ít gây suy hao hơn self-NEXT. Các dịch vụ đã liệt kê khác không phải là dễ dàng. Đối với T1.403, (DS1/T1) thì kỹ thuật ban đầu liên quan tới đo tổng lượng công suất NEXT có mặt tại bộ thu T1. Kết quả này được so sánh với công suất từ T1 tự xuyên âm để xem liệu có vấn đề gì phát sinh không. Trong một vài trường hợp, xuyên âm được xử lý bằng phép đo (T1E1.4/97-071) hay được loại trừ bởi bộ lọc thu T1. Sau đó người ta nhận thấy rằng tính tương thích phổ với T1 là dễ dàng do đoạn đầu tiên từ CO chỉ có tổn thất 15 dB chứ không phải 30 dB mà các đoạn khác phải chịu. Với ADSL, tính tương thích phổ được xác định bằng cách tính toán độ dự trữ lý tưởng. Người ra thấy rằng những thay đổi nhỏ về nền nhiễu được giả thiết, PSD phát, số sóng mang tối thiểu (cho trường hợp FDM) có thể có ảnh hưởng đáng kể lên dự đoán về hiệu suất truyền. Phần lớn các tính toán đã thấy rằng PSD đã thỏa thuận sẽ làm giảm độ dự trữ của ADSL (T1.413) đi 1 dB đối với sự kết hợp nhiễu tiêu chuẩn trong trường hợp xấu nhất. Với HDSL, công việc về tính tương thích ban dầu đã được hoàn thành nhờ sử dụng các tính toán lý thuyết, nhưng những kiểm tra sau đó chỉ ra rằng với một số dạng thức điều chế độ tương
41. 3.4. HDSL 33 thích này không đủ (sẽ được trình bày trong phần sau) Dạng thức điều chế Ban đầu, cả hai phương thức truyền dẫn đối xứng có khử tiếng vọng (SET) và truyền dẫn ghép theo tần số (FDM) được xem xét. SET chứng tỏ là có giới hạn tự xuyên âm từ 2 đến 3 dB vượt yêu cầu. Ngược lại, truyền dẫn FDM không bị giới hạn bởi tự xuyên âm mà bởi xuyên âm từ các dịch vụ khác, Nó cũng bị hạn chế bởi xuyên âm sang các dịch vụ khác do tần số phát cao hơn liên quan tới truyền tải tin đối xứng theo phương thức này. Xuyên âm từ ngoài vào và xuyên âm sang các dịch vụ bên ngoài làm cho giải pháp FDM thậm chí còn kém hấp dẫn hơn SET. Một phương thức "FDM xen kẽ" (T1E1.4/96-340) đã được đề xuất với cố gắng làm giảm những ảnh hưởng không mong muốn. Trong T1E1.4/97-073, truyền dẫn có khử tiếng vọng chèn lấn một phần (POET) đã được đề xuất. POET liên quan tới sự chồng lấn (nhưng không giống nhau) phổ ở hai hướng phát. Các phổ này được tạo khuôn một cách cẩn thận để cung cấp chất lượng cao nhất khi có sự có mặt của tự xuyên âm và xuyên âm từ ngoài trong khi gây ra xuống cấp nhỏ nhất các dịch vụ khác do xuyên âm POET sang các dịch vụ khác. Nhiều phiên bản khác nhau của phương pháp này được đề xuất trong quá trình tiêu chuẩn, tất cả hợp nhất vào một khái niệm cơ bản (POET-PAM (97-073), OverCAPped (97-179), OPTIS, MONET (97-307,412). Một tính chất mà tất cả các phương thức điều chế POET thể hiện là hiệu ứng xuyên âm dị thể lên hoạt động của hệ thống. Đối với SET, hoạt động xuyên âm nhất thể và dị thể là khá nhỏ. Tuy nhiên với điều chế POET ta có thể có hiệu suất với sự có mặt của xuyên âm dị thể khá nhỏ so với hiệu suất làm việc với sự có mặt của xuyên âm nhất thể. Hiệu suất thực tế của các hệ thống này cũng thay đổi với tốc độ biểu tượng và kiểu điều chế. Với các bộ thu phát số lấy mẫu quá mức, có thể tách PSD phát khỏi tốc độ biểu tượng thực tế (điều này sử dụng nguyên lý tương tự như nguyên lý được sử dụng trong bộ thu phát CAP truyền thống). Đặc điểm này đầu tiên được khai thác trong phiên bản CAP của POET nhưng cuối cùng người ta thấy rằng với những yếu tố ảnh hưởng đối với HDSL2, điều chế PAM thậm chí có được nhiều lợi ích hơn từ việc tách này. Đói với mỗi PSD xuyên âm nhất định có một tốc độ biểu tượng đặc trưng đem lại hiệu suất cao nhất. Để dễ dàng thực hiện người ta mong muốn có một tốc độ biểu tượng đơn đem lại hiệu suất gần đạt mức tối ưu qua một phạm vi rộng các PSD xuyên âm. Phần lớn các đề xuất phương thức điều chế sau này có PSD ở đó một số tần số cao hơn được khuếch đại trên giá trị danh định. Những phần được khuếch đại này của PSD cũng nằm trên mức của bất kỳ DSL nào khác hoạt động ở những tần số này. Sau khi khái niệm này được đưa ra người ta thấy rằng khi truyền các tín hiệu như vậy thì chỉ mình tính toán lý thuyết là không đủ để dự đoán tính tương thích phổ với các dịch vụ hiện có. Việc kiểm tra các hệ thống HDSL đã triển khai tiết lộ một sự khác biệt đáng kể giữa các tính toán lý thuyết và kết quả đo được với sự có mặt của xuyên âm OPTIS. Kết quả là những sửa đổi đã được thực hiện cho PSD của HDSL2 đã đề xuất để giảm sự xuống cấp này. Các phép đo cuối cùng sau khi sửa đổi cho thấy sự xuống cấp này là nhỏ hơn hay bằng 2 dB. Dạng thức điều chế đã được thỏa thuận hiện nay hợp nhất các thành phần chính được đề xuất trong T1E1.4/97-257. • Các máy phát luồng lên và luồng xuống, mỗi máy sẽ có một dạng phổ duy nhất.
42. 34 CHƯƠNG 3. CÁC LOẠI DSL • Phổ máy phát luồng lên và luồng xuống sẽ chồng lấn một phần tần số • Dạng phổ phát sẽ được tách khỏi tốc độ biểu tượng nhằm cho phép sử dụng băng tần vượt trội một cách linh hoạt • Điều chế phát được sử dụng sẽ là điều biên xung (PAM) • Điều chế mã sẽ được sử dụng Kết quả (T1E1.4/97-435) là một hệ thống POET sử dụng một sửa đổi của OPTIS PSD. Dạng điều chế này sử dụng PAM với 3 bit thông tin/ biểu tượng và một chùm mã 16 mức. Tốc độ biểu tượng bằng 1/3 tốc đô của tải tin ở các hai hướng từ NT tới LT và ngược lại được chọn làm một tốc độ biểu tượng có sự thỏa hiệp tốt. Lợi thế đạt được từ việc sử dụng độ rộng băng tần vượt trội theo hướng từ LT tới NT và một mức độ định hình phổ cao ở cả hai hướng. Công suất phát xấp xỉ 16,5 dBm ở mỗi hướng. Kỹ thuật điều chế này đã cho thấy (qua các tính toán DFE tối ưu) có độ dự trữ chưa mã hóa tối thiểu theo lý thuyết trên mạch vòng yêu cầu ở trường hợp xấu nhất là 1 dB. Cấu trúc mã mắt lưới Trellis Để đáp ứng các yêu cầu khó khăn, điều chế mã phải được sử dụng để tăng khả năng hạn chế xuyên âm của HDSL2. Với giới hạn về độ trễ, các kỹ thuật mã hóa móc xích chèn và mã hóa turbo tỏ ra là không khả thi mà phải dùng điều chế mã Trellis truyền thống kết hợp với tiền mã hóa cân bằng kênh (chẳn hạn như tiền mã hóa Tomlinson-Harashima). Mặc dù các phương pháp mã hóa đa chiều và đa mức đã được thử nghiệm nhưng phương pháp PAM mã hóa trellis một chiều đã chứng tỏ là tốt nhất trong việc đạt được độ khuếch đại mã cao với độ trễ nhỏ. Với dạng điều chế đã thống nhất, 4 dB độ lợi mã là cần thiết để đáp ứng được yêu cầu. Đối với các mã một chiều với giải mã Viterbi, 32 trạng thái được yêu cầu để đạt được độ khuếch đại mã hóa BER trên 4 dB. Tuy nhiên, độ dự trữ 5 dB phải bao gồm một lượng tổn hao thực hiện không mã hóa phải được lấy lại nhờ độ lợi mã hóa. (Tổn hao thực hiện này cũng có thể ảnh hưởng tới độ lợi mã hóa). Vì vậy, một độ lợi mã hóa có thể biến đổi có thể là cần thiết dựa trên những tổn thất trong thiết kế hệ thống. Sự nhất trí bao hàm tốc độ có thể lập trình của mã hóa trellis một chiều. Xem Hình. Cấu trúc này cho phép các máy thu có độ linh hoạt để thỏa hiệp về độ phức tạp của bộ giải mã trellis và độ phức tạp trong các phần còn lại của máy thu phát. Cấu trúc có thể lập trình này cũng cho phép các kỹ thuật giải mã thay thế được sử dụng (như giải mã tuần tự), đòi hỏi các mã khác biệt lớn so với mã được sử dụng cho giải mã Viterbi Những khác biệt về độ phức tạp so với HDSL Do những yêu cầu đối với ANSI HDSL2 là khá thách thức nên việc tăng độ phức tạp đáng kể được yêu cầu để đáp ứng chúng khi so với HDSL. Trong phần này, chúng ta sẽ xem xét những khác biệt về độ phức tạp. • Công suất phát của HDSL2 là 3 dB cao hơn công suất phát của HDSL. Hơn thế nữa, việc sử dụng tiền mã hóa và định dạng phổ cùng nhau làm cho tỷ lệ đỉnh/trung bình lớn hơn
43. 3.4. HDSL 35 tỷ lệ này của HDSL trên cơ sở 2B1Q. Các mức điện áp đỉnh cao hơn sẽ làm tăng tiêu thụ công suất của mạch điều khiển đường dây. • Bộ tiền mã hóa cân bằng kênh có một chức năng tương tự như bộ lọc hồi tiếp của bộ cân bằng hồi tiếp quyết định được sử dụng trong HDSL. Tuy nhiên, dữ liệu trong bộ tiền mã hóa lớn gồm nhiều bit (12-16) thay vì 2 bit cho 2B • •