Tiểu luận Khái quát về ADSL

KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ***************** TIỂU LUẬN KHÁI QUÁT VỀ ADSL Hà Nội, 4/1/2005 Mục lục I. Cơ sở về DSL Công nghệ đường dây thuê bao số DSL thực hiện truyền thông tin số qua đường dây điện thoại. Đường dây điện thoại với những giới hạn cố hữu giờ đây truyền được tín hiệu với tốc độ hàng triệu bit trên một giây. Sở dĩ điều này thực hiện được là nhờ áp dụng các kỹ thuật truyền số liệu phức tạp, đó là sự bù đắp các suy giảm truyền dẫn trên đường dây điện thoại. Kỹ thuật truyền dẫn số sử dụng các thuật toán phức tạp mà ngày nay có thể trở thành hiện thực là nhờ các bộ vi xử lý tốc độ cao dựa trên các mạch tích hợp. Kỹ thuật DSL đã tạo ra một bước ngoặt mới cho việc sử dụng đường dây điện thoại . Đường dây điện thoại trước đây chỉ sử dụng để truyền một kênh điện thoại băng tần 3,4kHz, giờ đây có thể truyền gần 100 kênh thoại số nén hoặc một kênh video có chất lượng tương đương truyền hình quảng bá. Kỹ thuật truyền dẫn số tốc độ cao qua đôi dây điện thoại yêu cầu phải có các bộ xử lý số tiên tiến để khắc phục sự suy giảm tín hiệu, nhiễu xuyên âm từ các đôi dây khác trong cùng một cáp, sự phản xạ tín hiệu, nhiễu tần số và nhiễu xung. 1. Sự phát triển của công nghệ viễn thông và sự ra đời của ADSL Trong vài thập niên vừa qua, khoa học kỹ thuật có nhiều thay đổi, đặc biệt là sự phát triển ngoài dự đoán của công nghệ viễn thông. Trước kia, chúng ta mất 2 đến 5 ngày chờ đợi một bức thư đến được đích và khi máy fax xuất hiện, khoảng thời gian đó được rút ngắn lại trong vòng 24 h. Và bây giờ, với thư điện tử, quãng thời gian đó được rút ngắn lại xuống chỉ còn vài phút hoặc ngắn hơn tùy theo yêu cầu. Và mỗi khi sử dụng Internet để tìm thông tin, việc phải chờ đợi quá một phút để mở đựơc 1 trang web là khó có thể chấp nhận được. Tất cả điều đó đều chỉ ra rằng, chúng ra sẽ không thoả mãn chỉ đến khi viễn thông đạt đựơc tốc độ làm việc trong thời gian thực. Từ khi điện thoại ra đời, chúng ta đã có thể nói chuyện với nhau như khi nói chuyện trực tiếp. Và bây giờ, chính vì lẽ đó mà chúng ta mong muốn mọi dịch vụ viễn thông được truyền trên cáp đồng cũng phải đạt được tốc độ như vậy. Công nghệ hiện đại đã cố gắng giải quyết vấn đề đó và một vài giải pháp dựa trên cáp đồng để tăng tốc độ truyền đã được áp dụng, tuy nhiên điều cần thiết ở đây là sự đầu tư vào hạ tầng cở sở của mạng truyền thông. Công nghệ ADSL (đường truyền thuê bao số bất đối xứng), đã xuất hiện vào cuối những năm 90 của thế kỷ trước, hứa hẹn một khả năng cung cấp tốc độ như yêu cầu dựa trên hệ thống điện thoại công cộng sử dụng cáp đồng mà không cần thay đổi bất cứ thành phần nào trong hạ tầng cơ sở. Sau những cuộc thử nghiệm trên khắp thế giới, công nghệ ADSL đã chứng tỏ khả năng truyền tải hiệu quả và nhanh chóng các dịch vụ multimedia băng rộng trên cáp đồng. Với các ưu điểm vượt trội, ADSL đã nhanh chóng trở thành một công nghệ tiên tiến hàng đầu trên thế giới và đang dần đựơc áp dụng vào thực tiễn. Với ADSL, hơn 750 triệu thuê bao điện thoại trên toàn thế giới sẽ có cơ hội sử dụng các dịch vụ với tốc độ truy cập cao và đó mới chỉ là khúc dạo đầu của một kỷ nguyên mới trong công nghệ truyền thông. 2. Những ưu điểm của ADSL Chúng ta hãy xem qua một vài ưu điểm vượt trội khiến cho ADSL được sử dụng rộng rãi trên thế giới Tốc độ : Bất cứ ai đã từng đợi để download hoặc truy nhập Internet với tốc độ 28.8 kbps bằng modem quay số sẽ dễ dàng hình dung được điều gì sẽ xảy ra một khi tốc độ tăng lên tới 300 lần. Với tốc độ 8 Mbps ở đường xuống và 1 Mbps ở đường lên, ADSL là lý tưởng để đáp ứng các yêu cầu truy cập Internet và những ứng dụng cần đường truyền tốc độ cao. Tính linh hoạt: Trong quá trình phát triển của ADSL đã nảy sinh những hướng phát triển khác nhau nhưng một điểm chung của chúng là đều sử dụng những phương pháp mã hoá phức tạp để nhằm tận dụng tối đa khả năng truyền của cáp đồng bởi lẽ việc truyền thoại chỉ chiếm có 1% khả năng đó. Và trong những hướng phát triển đề phù hợp với các điều kiện khách quan, ADSL vẫn luôn được chú ý đến bởi tốc độ và khả năng cho phép truyền các ứng dụng multimedia tương tác mới đòi hỏi nhiều về dải thông. Sự phát triển quan hệ đối tác: Với sự phát triển mạnh mẽ của ADSL, hoạt động trao đổi giữa các nhà cung cấp thiết bị đã tăng lên đáng kể. Hiện nay trên thế giới có khoảng trên 60 nhà cung cấp thiết bị bán dẫn và các thiết bị khác có liên quan đến xDSL. Đa số các nhà sản xuất thiết bị viễn thông đều liên kết với các công ty nhỏ hơn đang phát triển hệ thống DSL ở các khu vực khác nhau trên thế giới. Những quan hệ đối tác như trên cho phép những nhà cung cấp tăng tốc phát triển sản phẩm, đồng thời có thể hợp nhất những hệ thống xDSL phát triển bởi những công ty nhỏ hơn dựa trên những mạng chuyển mạch ATM tốc độ cao. II. ADSL 1. Định nghĩa và mô hình tham chiếu Đường dây thuê bao số không đối xứng ADSL là kỹ thuật truyền dẫn mạch vòng nội hạt đồng thời truyền tải trên cùng một đôi dây các dịch vụ sau: Tốc độ bit thu (về phía người sử dụng) lên gần 9Mb Tốc độ bit phát (về phía mạng) đạt tốc độ 1 Mb Dịch vụ điện thoại phổ thông Mạng băng rộng ATU-C Bộ tách LPF Tổng đài điện thoại ATU-R Bộ tách LPF Đầu cuối người sử dụng Điện thoại V U-C POTS-C U-R T Thoại tương tự Cho đến 9Mbps Cho đến 1Mbps Mạch vòng nội hạt bằng đôi dây xoắn POTS-R Phía khách Tốc độ truyền về phía khách hàng lớn hơn nhiều lần truyền từ khách hàng đi, do đó có thuật ngữ bất đối xứng. Thoại được truyền ở tần số trong băng cơ sở kêt hợp với truyền dữ liệu thông băng qua bộ lọc thông thấp (bộ tách). Ngoài bộ tách, ADSL bao gồm một đơn vị truyền dẫn ADSL ở phía thiết bị trung tâm (ATU – C), một mạch vòng, và một đơn vị truyền dẫn ADSL xa (ATU – R). 2.Truyền dẫn ADSL Khái niệm ADSL có hai phần cơ bản: (1) xuyên âm đầu gần giảm do có tốc độ bit phát và giải tần thấp hơn nhiều tốc độ bit thu và (2) truyền tải đồng thời POTS và dữ liệu bằng cách truyền dữ liệu trong dải băng tần trên băng tần thoại. Truyền dẫn 2 hướng tốc độ nhiều Mbps không dùng trên phần lớn các đường dây điện thoại do hiệu ứng kết hợp của suy giảm mạch vòng và xuyên âm. Như chỉ ra ở hình dưới đây, năng lượng tín hiệu nhận được giảm đi tương ứng với tần số và nhiễu xuyên âm nhận được tăng theo tần số. Do đố truyền dẫn hai hướng không thể thực hiện được ở những tần số mà nhiễu xuyên âm lấn át tín hiệu nhận Giới hạn cho truyền dẫn 2 hướng Mức nhiễu xuyên âm nhận được Mức tín hiệu nhận được Mức tín hiệu Tần số Hình vẽ: Truyền dẫn hai hướng bị giới hạn ở tần số thấp ADSL thực hiện truyền dẫn hai hướng tại những nơi có thể: dưới tần số cắt hai hướng. Tần số cao không thích hợp cho truyền dẫn hai hướng được sử dụng cho truyền dẫn một hướng. Điều này cho phép tốc độ thu vượt xa tốc độ có thể ở truyền dẫn hai hướng. Nhiều hệ thống ADSL sử dụng kỹ thuật truyền dẫn ghép kênh theo tần số, kỹ thuật này đặt truyền dẫn phát ở dải tần số tách khỏi dải tần số thu để tránh tự xuyên âm. Dải tần bảo vệ là cần thiết để giúp cho các bộ lọc ngăn tạp âm POST can nhiễu vào truyền dẫn số. Băng bảo vệ Băng POTS Băng phát tốc độ thấp Băng phát tốc độ cao Mức truyền Tần sô Một số hệ thống ADSL sử dụng kỹ thuật truyền dẫn triệt tiếng vọng ECHO, nơi dải tần phát được đặt trong dải tần thu. Bằng cách chồng dải tần, tổng băng tần truyền có thể giảm. Tuy nhiên ECHO khó tránh đựơc tự xuyên âm và khi thực hiện cần có xử lý số phức tạp hơn. Tần sô Băng bảo vệ Băng POTS Băng phát tốc độ thấp Băng phát tốc độ cao Mức truyền Do không có tự xuyên âm ở đầu cuối CO nên việc ghép kênh phân chia theo tần số FDM khiến ADSL làm việc tốt hơn nhiều so với phương pháp triệt tiếng vọng ECHO. Tuy nhiên dải thông thu của ADSL cho phép làm việc theo hướng thu đối với các mạch vòng là lớn hơn. Hoạt động của DSL đối xứng ban đầu bị hạn chế bởi tự xuyên âm đầu gần (self-NEXT) ADSL khắc phục được self-NEXT ở đầu cuối khác hàng đơn giản bằng cách giảm nguồn được NEXT. Bằng cách giảm tốc độ bit phát, kênh phát có thể đặt vị trí để xuyên âm vào truyền dẫn thu là ít nhất. Đối với ADSL, sự thu nhận của kênh phát đựơc xếp đặt dễ dàng hơn bằng cách đặt nó ở tần số thấp hơn nơi mà suy hao mạch vòng là thấp và nhiễu xuyên âm cũng thấp hơn. Hệ thống ADSL ứng dụng kỹ thuật truyền dẫn tiên tiến để nâng cao hoạt động. Điều chế và sắp đặt tần số của tín hiệu phát được tự làm thích ứng để đạt được mức hoạt động tối ưu từ các đặc tính liên quan tới đường dây thuê bao sử dụng. Mã Trellis được sử dụng để giảm hiệu ứng nhiễu băng tần rộng trạng thái ổn định. Các bộ cân bằng có khả năng thích nghi chống lại nhiễu băng hẹp, ví dụ như nhiễu tần số phát thanh (RFI). Mã điều khiển lỗi hướng đi và cài xen (interleaving) ngăn chặn nhiễu xung. Cài xen chống lại lỗi xuất hiện đột ngột bằng cách thay đổi các khối dữ liệu, vì thế mà sự xuất hiện đột ngột lỗi kéo dài dẫn đến có một số ít lỗi trong một khối dữ liệu (có thể sửa được) thay vì một lượng lỗi lớn xảy ra trong một khối (không thể sửa được). Với độ sâu cài xem 20ms sẽ chống lại nhiễu đột biến có khoảng thời gian là 500μs, nhưng mức cài xen này gây ra trễ truyền bổ sung mà có thể làm chậm lại băng thông của các gói tin phúc đáp trước khi dữ liệu tiếp theo được truyền. 3. Nhiễu trong ADSL Những đường dây điện thoại DSL là cáp xoắn được bó lại thành những cáp lớn. Dây cáp xoắn về cơ bản được sử dụng để tối giản sự giao thoa của những tín hiệu từ cáp này sang cáp khác gây ra bởi sự bức xạ hoặc sự ghép bằng điện dung. Tuy nhiên, sự ghép đôi giữa các tín hiệu để giảm nhiễu chỉ có thể đạt tới một giới hạn nhất định. Nếu vượt quá giới hạn này, nhiễu tổng cộng trên từng dây sẽ khiến cho chất lượng thông tin trên đó bị suy hao đáng kể. Và như vậy, nếu truyền tín hiệu một cách cân đối trên nhiều đôi dây trong một cáp, tốc độ và chiều dài của tuyến sẽ bị giới hạn trong một khoảng hẹp. Sở dĩ như vậy là do nhiễu trên đường dây thuê bao số, mà phổ biến nhất là 2 loại nhiễu xuyên âm thường thấy trong DSL: NEXT – xuyên âm đầu gần và FEXT – xuyên âm đầu xa. Xuyên âm đầu gần NEXT là loại xuyên âm xảy ra từ các tín hiệu đi theo hướng ngược lại trên đôi dây xoắn hoặc là từ bộ phát đi tới bộ thu đầu cuối gần Xuyên âm đầu xa FEXT có từ tín hiệu đi theo cùng một hướng trên 2 đôi dây xoắn hoặc từ bộ phát tới bộ thu đầu xa. d Thu đầu xa Thu đầu gần Phát xuyên âm Cặp 2 Cặp 1 NEXT FEXT x Minh hoạ xuyên âm Xuyên âm có thể là nguồn nhiễu ảnh hưởng lớn trên đôi dây xoắn và thường gây giảm tính năng hoạt động của DSL khi nó không được loại bỏ. Trong mô hình cáp dưới đây minh hoạ sự cảm ứng giữa hai dây trong một đôi dây xoắn và giữa hai đôi dây khác nhau. Đôi 1 Dây1 Đôi 1 Dây2 Đôi 2 Dây3 Đôi 2 Dây4 Mô hình phân bố liên hệ giữa các đôi dây xoắn Có điện cảm tương hỗ M giữa các đoạn của dây và có điện dung E giữa bản thân các dây. Trong cáp đôi dây xoắn có điều khiển, người ta mong rằng điện cảm và điện dung tương hỗ có thể điều chỉnh được bởi độ xoắn do đó các đoạn xung quanh của đôi dây xoắn có cực đảo dấu và do vậy loại bỏ được tín hiệu cảm ứng. Tuy nhiên độ xoắn khong phải là hoàn hảo và giá trị của điện cảm, điện dung không được duy trì suốt chiều dài của đôi dây xoắn. Hơn nữa, sự thay đổi điện cảm và điện dung tương hỗ theo tần số thậm chí còn cao hơn sự biến đổi các tham số đặc trưng cho tín hiệu kim loại (từ thuê bao đến tổng đài) dọc theo đôi dây xoắn . Tuy nhiên, người ta cho rằng tín hiệu kim loại từ một đôi dây ảnh hưởng sang đôi dây đang xét là không đổi theo chiều dài (khi ta giả thiết là các tham số RLCG là không đổi trên một đơn vị chiều dài). Sau đó, hàm cảm ứng (phụ thuộc vào tần số) giữa sự thay đổi điện áp trên dây 2 và dây 1 có thể tìm được qua lý thuyết mạng hai cửa tổng quát khi biết tất cả các tham số M và E. Tương tự như vậy, ta cũng có thể tìm được hàm xuyên âm theo đơn vị chiều dài từ đôi dây 1 sang đôi dây 2 (và cũng như vậy cho mỗi đôi trong cáp lên các đôi dây khác). Cả NEXT và FEXT đều có hàm nhiễu theo thời gian ở bộ thu tuân theo quy luật phân bố Gaussian. Ngoài NEXT và FEXT, ADSL còn chịu ảnh hưởng của các loại nhiễu khác, ví dụ như nhiễu vô tuyến, nhiễu xung, can nhiễu giữa các loại DSL với nhau hoặc tự can nhiễu. Nhiễu vô tuyến: là phần còn lại của tín hiệu vô tuyến trên đường dây điện thoại, đặc biệt là của AM quảng bá và của các nhà khai thác không chuyên (HAM) Tín hiệu tần số vô tuyến ảnh hưởng lên đôi dây điện thoại, đặc biệt là dây trần. Các đường dây điện thoại làm từ đồng tạo thành anten thu sóng điện từ dẫn tới dòng điện tích cảm ứng so với đất. Điện áp chung cho đôi dây xoắn là một trong hai dây so với đất, thông thường hai điện áp này là giống nhau vì hai dây trong đôi dây xoắn giống nhau. Đường dây điện thoại cân bằng cao cho thấy sự suy giảm lớn trong tín hiệu RF biến thiên trên đôi dây so với tín hiệu chung. Tuy nhiên, sự cân bằng sẽ giảm đi khi tần số tăng lên, và ở tần số của DSL nói chung, từ 560kHz tới 30MHz, hệ thống DSL có thể chồng lên băng tần sóng vô tuyến và sẽ thu nhận đựợc mức nào đó của nhiễu vô tuyến dọc theo các tín hiệu DSL biến thiên trên cùng một đôi dây điện thoại. Dạng nhiễu DSL này gọi là RF vào. Một dạng nhiễu vô tuyến khác chính là sự xâm nhập của AM quảng bá. Giao thoa vô tuyến AM xuất pháp từ trạm phát vô tuyến liên thục có độ rộng băng thông 10 kHz từ 560kHz tới 1.6MHz, do đó ảnh hưởng đến tín hiệu thu ADSL. Nhiều trạm vô tuyến AM có thể cùng một lúc hoạt động trong thành phố và ảnh hưởng lên đường dây điện thoại. Các trạm phát vô tuyến AM có thể phát quảng bá ở mức công suất lên tới 50000W và có thể phát tới công suất lớn nhất vào buổi tối. Tín hiệu AM có nhiễu khoảng từ -80dBm/Hz đến -120dBm/Hz. Mức AM xâm nhập có thể ngang hoặc trên mức xuyên âm và mức nhiễu nền của ADSL, vì thế không thể bỏ qua khi thiết kế. Tuy nhiên tín hiệu vô tuyến AM không đủ lớn để làm boã hoà đầu cuối analog của các bộ thu ADSL Nhiễu xung: là nhiễu xuyên âm không ổn định từ các trường điện từ tạm thời gần đường dây điện thoại. Những ví dụ về bộ phát xung rất đa dạng, ví dụ như sự đóng ngắt motor, điện áp điều khiển thang máy, sự rung chuông của máy điện thoại trong cùng một bó cáp. Mỗi hiệu ứng này là tạm thời và gây ra nhiễu xâm nhập vào các đường dây điện thoại qua cùng một cơ chế cơ bản như nhiễu RF, nhưng thường ở tần số thấp hơn nhiều. Điện áp cảm ứng kim loại thường là vài mV, nhưng cũng có thể cao tới 100mV. Các điện áp như vậy dường như là nhỏ, nhưng sự suy giảm lớn ở tần số cao trên đôi dây xoắn có nghĩa là ở thiết bị thu xung có thể là rất lớn so với mức tín hiệu DSL nhận được. Các điện áp ở chế độ này phổ biến gây ra bởi xung có thể gấp 10 lần về biên độ. Các xung thông thường kéo dài từ hàng chục đến hàng trăm lần micro giây những cũng có thể kéo dài tới 3ms. Tự can nhiễu : Tự xuyên âm là xuyên âm vào một dịch vụ cùng hoạt động trong ADSL. Đây là điều cần chú ý đến khi các nhà cung cấp dịch vụ muốn cung cấp một dịch vụ nào đó trên phạm vi rộng. Tuy nhiên với đặc tính bất đối xứng của mình, ADSL không có tự xuyên âm. Điều này cho phép tín hiệu thu chạy ở tốc độ lớn hơn nhiều so với truyền dẫn đối xứng trong điều kiện tương đương. 4. Băng thông ADSL Đúng như tên gọi, ADSL truyền những dòng dữ liệu không đối xứng, đường xuống (tới người thuê bao) chiếm nhiều dải thông hơn so với đường (từ người thuê bao đến nhà cung cấp dịch vụ). Lý do để giải thích cho sự không cân đối một cách tự nhiên của quá trình truyền là do nhu cầu thực tế của người sử dụng. Đối với một đường truyền tốc độ cao, rất nhiều ứng dụng được dùng, ví dụ như xem video trực tuyến, mua bán, chơi game, truy cập Internet, truy cập mạng LAN từ xa v..v nên cần tốc độ đường xuống (tới người sử dụng) phải cao. Ngược lại, yêu cầu về băng thông đường lên lại hoàn toàn thấp hơn nhiều và do đó, có sự bất đối xứng giữa đường lên và đường xuống về mặt băng thông. Các lớp truyền tải khác nhau của ADSL là 2M-1, 2M-2, 2M-3, trong đó 2M-1 có tốc độ cao nhất nhưng có cự ly truyền ngắn nhất. Khả năng truyền tải của ADSL trên đường xuống cơ bản là từ 2,048 Mbps tới 6.144Mbps. Ở tốc độ 6.144Mbps, cự ly truyền có thể vào khoảng 3 km. Tốc độ truyền càng giảm thì cự ly truyền càng tăng lên. Cự ly truyền cao nhất có thể được là 9 km. Tốc độ truyền có thể đạt được tới 52Mbps và 155Mbps nếu sử dụng sợi quang để truyền. Bằng cách sử dụng công nghệ DMT ADSL (Discrete Multitone – Đa tần rờì rạc) ta có thể sử dụng nhiều tốc độ bit khác nhau, tốc độ bit chỉ còn phụ thuộc vào mạch giao diện. Vì thế hệ thống có khả năng thích ứng rất cao. Tốc độ bit đường xuống được cho ở trong bảng dưới đây: Tốc độ truyền của đường xuống của ADSL nằm trong phạm vi từ 0- 640 kbps tuỳ thuộc vào lớp truyền tải. Tổng hợp các tốc độ bit ở đường lên được liệt kê ở bảng dưới đây: Đặc biệt, ATM có thể truyền qua ADSL với các tốc độ bit sau 5. Điều chế Tất cả các kênh truyền dẫn cơ bản đều là analog, vì vậy có thể đưa ra các ảnh hưởng truyền dẫn khác nhau. Đặc biệt, các đường dây điện thoại đa phần là analog, và do vậy DSL sử dụng một vài dạng điều chế. Mục tiêu cơ bản của điều chế là biến đổi một luồng bit vào DSL thành các tín hiệu analog tương đương phù hợp với đường truyền dẫn. ADSL là một thành viên trong tập các đường truyền số DSL, do đó nó cũng sử dụng các phương thức điều chế căn bản giống như các đường truyền số theo công nghệ khác. Tuy nhiên, có hai phương thức điều chế chính được sử dụng trong công nghệ ADSL. Đó là DMT- Discrete Multitone Modulation và CAP - Carrierless Amplitude/Phase Modulation. Trước hết, chúng ta sẽ xét về DMT trước. Mặc dù mạng điện thoại PSTN có dải thông tần từ 400Hz tới 3400kHz để truyền tín hiệu thoại, nhưng cáp đồng có một phổ tần số tới 1.1MHz có thể tận dụng rất tốt để truyền dữ liệu. Công nghệ DMT – Discrete Multitone – Đa tần rời rạc - sử dụng toàn bộ phần còn lại của dải phổ đó bằng cách sử dụng các hệ số khuếch đại khác nhau cho mỗi tần số. Phần phổ tần số từ 4kHz trở về trước là dành cho tín hiệu của hệ thống điện thoại cũ. Ý tưởng chủ đạo của phương pháp điều chế DMT là chia nhỏ dải thông sẵn có thành một số lượng lớn các kênh con. Các kênh con này được chia thành các nhóm dành cho việc truyền dữ liệu trên đường lên hoặc trên đường xuống. Trong ADSL, nhóm dành cho đường xuống được chia vào 256 kênh 4kHz, còn nhóm dành cho đường lên có 32 kênh. Mỗi một kênh con đều độc lập và có nhiệm vụ mang một dòng tín hiệu riêng. Tiêu chuẩn ADSL định nghĩa một dòng dữ liệu cơ bản khi đã biết trước cả hai đầu cuối và cho phép chúng xác định tỷ số S/N đặc trưng cho mỗi kênh, và sử dụng thông tin này để chia dữ liệu ra từng phần để truyền qua các kênh con. Và điều quan trọng cần phải nhớ, đó là ADSL không hề ảnh hưởng đến phần tín hiệu thoại trong bất kỳ trường hợp nào. Và để đảm bảo điều đó, phần tín hiệu có tần số thấp hơn 4kHz sẽ được một mạch điện tách riêng ra khi tín hiệu đi đến đầu cuối và do đó, các cuộc liên lạc bằng điện thoại sẽ vẫn thực hiện được khi đường truyền đang được sử dụng trong các dịch vụ băng thông rộng ứng dụng công nghệ ADSL. Kỹ thuật DMT rất hữu dụng trong chế độ bất đối xứng khi các kênh con được chia thành các nhóm riêng biệt dành cho đường lên(từ đầu cuối đến các nhà cung cấp dịch vụ điện thoại cũ) và xuống(từ các nhà cung cấp dịch vụ tới các. khách hàng. Tiếp theo, chúng ta cần phải nhắc đến công nghệ điều chế biên độ pha không sóng mang - CAP - Carrierless Amplitude/Phase Modulation Thuật toán CAP đưa đến sự kết hợp giữa cả biên độ và pha trong khi tạo ra các bit tín hiệu truyền qua các đôi dây xoắn. Không giống như DMT, CAP sử dụng toàn bộ dải thông từ 4kHz lên 1,1MHz như một kênh truyền. Công nghệ CAP được sử dụng trong một vài chuẩn viễn thông như chuẩn V.32 … Số lượng tín hiệu mà phương pháp này có thể phát sinh phụ thuộc vào những mẩu thông tin mà chúng ta muốn gửi qua đường truyền. Công nghệ này cho phép thay đổi tốc độ bit trong thời gian thực khi có sự thay đổi về thuật toán sử dụng. Những lợi thế của CAP so với DMT là giá thấp, độ trễ thấp và tốc độ đáp ứng . Tuy nhiên, DMT luôn được xem là công nghệ đang tin cậy hơn và phức tạp hơn 6. FEC - Forward Error Control FEC – Forward Error Control - được sử dụng để đảm bảo cho hệ thống hoạt động tối ưu. Việc sửa lỗi này dựa vào mã hoá vòng gọi là mã hoá Reed – Solomon thay cho thiết lập các khối byte và sửa các lỗi khối. Thuật toán mã hoá Reed – Solomon thực hiện theo Galois Field (GF 256) và cho phép tới 16 byte lỗi trong một từ mã 255 bytes được sửa. Khả năng sửa lỗi của thuật toán này có thể tăng lên trong trường hợp các cụm lỗi dạng xung nhờ xen kẽ các lỗi vào các từ mã gần kề. Mã hoá Reed – Solomon được sử dụng vì có độ lợi mã hoá với lỗi ngẫu nhiên (khoảng 3 dB nếu được sử dụng đúng) và sử dụng phương pháp chèn cho phép sửa các cụm lỗi lớn gây ra do tác động xung. Mã hoá RS có các ký hiệu là byte chứ không phải là bit, vì thế nên nó phức tạp hơn mã hoá nhị phân. Chúng là các mã hoá có khả năng sửa lỗi mạnh được biết và có thể ứng dụng với độ phức tạp vừa phải. Mã hoá RS sử dụng một số chẵn byte, 2t cho phép sửa lỗi t byte và phát hiện 2t byte bị lỗi. Khi kênh cung cấp hiển thị là các ký hiệu, kênh đầu ra có thể bị lỗi thì mã hoá RS có thể sửa lỗi cho 2t byte có thể bị lỗi đó. Mã hoá Reed – Solomon là trường hợp đặc biệt của phương pháp được gọi chung là mã hoá vòng. Trong mã hoá vòng, các từ mã thêm vào có thể được tìm thấy bằng việc trượt vòng (n-1) của bất kỳ từ mã đầu tiên nào được đưa ra. Xét về một góc độ nào đó điều này làm giảm tính phức tạp của không gian từ mã một cách đáng tin cậy cho phép giải mã đơn giản hơn. Tất cả các thuật toán trong mã hoá Reed – Solomon đối với ADSL là kiểu byte nằm trong trường GF256 hữu hạn. GF256 là trường mở rộng của thuật toán nhị phân. Trong ADSL, Reed – Solomon FEC là bắt buộc, R= 2t và các byte kiểm tra thoả mãn 0≤R≤16 với đa thức được thêm vào từ mã gồm có K byte với đa thức (K≤256) trong đó là byte được truyền đầu tiên và là byte được truyền đầu tiên của các bit chẵn lẻ được thêm vào. Một byte dữ liệu gồm 8 bit [] và được kết hợp với phần tử GF256 và là nghiệm của đa thức nhị phân . Đa thức byte kiểm tra thoả mãn trong đó Trong ADSL, phương pháp xoắn được sử dụng khi chọn chiều sâu chèn từ L=0 đến 64. Khi số byte thông tin K là lẻ, độ sâu chèn L=K+2t là đồng nguyên tố và do đó lỗi có thể được phân tán. Khi K chẵn, byte giả được chèn vào phần cuối của từ mã để tạo K lẻ (nhưng không được truyền đi mà chỉ được thêm vào ở máy thu khi giải mã) 7.Tiêu chuẩn ANSI T1.143 Khái niệm ADSL xuất hiện vào những năm 90 của thế kỷ trước. Ban đầu ADSL được nghiên cứu ở tốc độ 1.5 Mbps thu vào 16 kbps phát cho ứng dụng MPEG-1. Một số người gọi đó là ADSL1. Sau đó, cùng với yêu cầu đáp ứng về tốc độ của một số ứng dụng, cộng với sự xuất hiện của nhiều kỹ thuật truyền dẫn tiên tiến, ADSL2 xuất hiện với tốc độ 3Mbps thu và 16 kbps phát, cho phép truyền 2 dòng MPEG-1 đồng thời. Vào năm 1993, ADSL ra đời với tốc độ là 6 Mbps thu và 64 kbps phát nhằm hỗ trợ MPEG2. Tiêu chuẩn ANSI T1.143 ra đời đã phát triển vượt ra khỏi ADSL3. Sau khi T1.143 được công bố, các thuật ngữ ADSL1, ADSL2 và ADSL3 đã không còn được sử dụng. ADSL theo tiêu chuẩn ANSI T1.143 sử dụng kỹ thuật DMT. Hệ thống truyền tải hướng về có tốc độ lấy mẫu là 2.208 MHz và kích thước các khối là 512 liên hợp đối xứng có 256 tone từ 0 đến 1.104 MHz và chiều dài tiếp đầu chu kỳ v= 32 mẫu. Cứ sau 68 ký hiệu, một hằng số là ký hiệu đồng bộ bằng 512+32=544 ký hiệu được xen vào, do đó tốc độ thực tế của ký hiệu là 2.208/(544x69/68)=4kHz. Độ rộng của tone là 2.208/512= 4.3125kHz. Do đó, độ dư băng tần là 0.3125/4 = 7.8%. Tốc độ truyền số liệu là một số nguyên là 4kbps nhưng thông tin được truyền theo byte nên thực tế tiêu chuẩn cho phép tốc độ phát là một số nguyên lần 32 kbps. Mật độ phổ công suất phát chiều về là 40dbm/Hz với sai số trung bình cho phép của tone là ±2.5dB. Công suất phát cực đại vào khoảng 20 dBm. Chiều đi của hệ thống cũng sử dụng kỹ thuật DMT với tốc độ lấy mãu bằng 276kHz, kích thước khối là 64 liên hợp đối xứng tức là 32 tone từ 0 đến 138 kHz và độ dài của tiền tố chu kỳv=4 mẫu. Sau 68 ký hiệu, hằng số đồng bộ ký hiệu được đưa vào có độ dài 68 ký hiệu tạo nên tốc độ ký hiệu thực tế là 276/(68x69/68) = 4kHz. Độ rộng của tone vẫn là 276/64 = 4.3125kHz. Độ dư băng tần là 0.3125/4 = 7.8%. Mật độ phổ công suất hướng lên trung bình là -38dBm/Hz với dung sai cho phép 2.5dB tạo nên công suất phát cực đại 14dBm. Các hệ thống ADSL thế hệ 2 cho phép sử dụng 32 tới 64 tone hướng lên trong đó các tone thêm vào được sử dụng khi trên đường truyền có các hệ thống ISDN. Tất cả 64 tone được sử dụng để giảm tính không đối xứng của tốc độ chiều đi và về. Trong cả hai hướng truyền, T1.143 bắt buộc sử dụng hai đường đi qua đường truyền gọi là đường fast và interleaving. Các bit của đường interleaving có thể được xen vào một hoặc vài ký hiệu do đó chịu trễ lớn hơn. Các bit của đường fast chỉ được xen vào biên của ký hiệu. Chỉ số của tone trong T1.143 được sắp xếp phù hợp sao cho tone có số bit nhỏ nhất được mã hoá trước cùng với các bit từ bộ đệm nhanh. Sau đó, các tone có số bit lớn hơn được mã hoá từ các bit còn lại trong bộ đệm nhanh và các bit trong bộ đệm xen cho đến khi mã hoá xong. Xen các bit đã sắp xếp cho phép đường truyền chịu tác động của nhiễu xung và nhiễu clip tốt hơn so với sắp xếp bit thông thường. Tone có số bit lớn nhất thường bị ảnh hưởng của nhiễu xung và clipping và vì vậy phải có bảo vệ burst lỗi thêm trong các đường xen của phần sửa lỗi ngoài Sơ đồ truyền dẫn T1.143 được thể hiện trên hình dưới đây. “bit” “Độ lợi” Điều khiển ghép kênh và đồng bộ crcf crcj scramf scramj FECf FECj Xen Sắp xếp tone IDFT Bộ đệm P/S đầu ra DAC và xử lý analog Mã hoá chùm điểm và định tỷ lệ độ lợi Khung số liệu ghép kênh Khung số liệu đầu ra Khung số liệu đầu vào mã hoá lưới Xk k=0-255 AS0 AS1 AS2 AS3 AS0 LS1 LS2 Bộ phát DMT theo chuẩn T1.143 8. Hướng phát triển và ứng dụng của ADSL ADSL là công nghệ truy nhập mà chế độ truyền dẫn không đồn bộ cần để mở rộng tới khách hàng gia đình và các văn phòng nhỏ. Trong thời gian tới, ADSL sẽ có được tốc độ 10 Mbps thu và 1,5 Mbps phát. Tuy nhiên hướng này bị mất dần do trùng với VSDL. Do đó, người ta chủ trương chú trọng vào cải thiện phạm vi mạch vòng ở các tốc độ gần 1Mbps, giá thành thấp, tiêu thụ năng lượng thấp và giảm xuyên âm. Các hệ thống ADSL đang được phát triển để truyền đa mạch thoại số ngoài việc truyền dữ liệu tốc độ cao. Một hướng phát triển ADSL là kết hợp với ISDN tốc độ cơ bản. Điều này làm giảm đáng kể tốc độ của ADSL nhưng nó cho phép đồng thời dịch vụ ISDN và ADSL cung hoạt động trên một mạch vòng. Cấu hình ADSL+ISDN không hứa hẹn cung cấp một mạch vòng cỡ 5.5 km mà thông thường cung cấp bởi ISDN. ADSL+ISDN được quan tâm trong việc cung cấp hai mạch thoại và dữ liệu tốc độ cao trung bình. Mạng truy cập ADSL có thể được hỗ trợ cho chuyển tải lưu lượng dữ liệu cho các ứng dụng giữa người sử dụng và nhà cung cấp dịch vụ. Các ứng dụng cụ thể có thể là: Truy cập Internet (giải trí tại nhà): ADSL hỗ trợ việc duyệt web nhanh hơn cho người sử dụng, việc đảm bảo dịch vụ không được đáp ứng vì giá thuê bao thấp Truy cập Internet tốc độ cao: dịch vụ này được cung cấp cho các doanh nghiệp và những người tiêu thụ chính. Dịch vụ được bảo đảm phù hợp với cứơc phí. Đường dây thoại và điện thoại IP: Điện thoại dựa trên IP hay ATM đựơc phát triển bởi truy nhập ADSL. Chức năng thích hợp trong mạng truy nhập cho phép các hình thức của dịch vụ thoại được thực hiện giống như các dịch vụ thoại hiện tại Video conference: Các đường truyền ADSL với băng thông cao hơn cho phép nâng cao chất lượng dịch vụ Nén số tín hiệu Video: người sử dụng được xem phim số theo thời gian thực được phân phát từ một máy chủ của nhà cung cấp dịch vụ Cung cấp radio và audio: người sử dụng có thể nghe âm thanh số được cung cấp theo thời gian thực từ máy chủ của nhà cung cấp dịch vụ Giao dịch ngân hàng Làm việc từ xa: người sử dụng kết nối với cơ quan từ chỗ làm việc của họ, hoặc từ các văn phòng, chi nhánh. Các ứng dụng có thể cần nhiều dữ liệu như các sản phẩm đồ hoạ cao cấp hoặc CAD/CAM. các chương trình trò chơi cho nhiều người tham gia: đây là một ứng dụng đòi hỏi cao về khía cạnh trễ truyền dẫn. Dưới đây là một bảng giới thiệu các ứng dụng của ADSL và yêu cầu băng thông tương ứng III. ADSL và các công nghệ truyền dẫn khác 1. ATM over ADSL ATM được thiết lập như một công nghệ truyền dẫn phù hợp cho việc truyền tín hiệu thoại, video, và dữ liệu trên một mạng diện rộng với một chất lượng phù hợp, trong khi ADSL có nhiệm vụ cung cấp dịch vụ tốc độ cao trên đường dây điện thoại (cáp đồng) đưa về các văn phòng nhỏ và nhà riêng từ tổng đài. Lợi ích chung đem lại khi kết hợp 2 công nghệ truyền dẫn, tạo ra một kiến trúc ATM over ADSL là tất yếu để có được những kết nối đâu cuối - đầu cuối có tốc độ cao ngoài sự mong đợi đối với các khách hàng nhỏ lẻ. ATM như một giao diện truy cập đa chức năng sẽ cho phép kết hợp giữa các truy nhập đơn lẻ và mạng trung kế, do đó sẽ cung cấp cho khách hàng khả năng truy nhập vào Internet trên một đường truyền băng thông rộng. ATM over ADSL cũng sẽ cung cấp cho những khách hàng từ xa khả năng truy nhập vào bất cứ điểm nào trong mạng ATM, bao gồm mạng trung kế ATM, các mạng nội bộ và các server hữu ích khác, ví dụ như server dành cho bảo mật, server đệm nội dung Internet hoặc một server cung cấp tín hiệu video. ATM over ADSL sẽ làm tăng hiệu quả sử các dịch vụ Internet, chẳng hạn như chia sẻ và thu thập thông tin. Hơn nữa, việc sử dụng ATM như là một giao thức lớp 2 phía trên mạng truy nhập ADSL sẽ đem lại các lợi ích rõ rệt như sau: Giao thức trong suốt: Mạng độc lập với giao thưc của lớp mạng được sử dụng (IP, IPX, AppleTalk v…v) Hỗ trợ đa lớp QoS: ATM cung cấp cho người điều hành mạng khả năng hỗ trợ các dịch vụ trên nền các lớp QoS theo các mức khác nhau tuỳ thuộc vào sự ánh xạ giữa các lớp trên với các thông tin người dùng hoặc các ứng dụng. Độ lớn của các tế bào ATM làm cho nó có khả năng hỗ trợ trễ đột biến, có thể thực hiện ghép các kênh cố định, và cho phép thực hiện đầy đủ hơn các lịch trình hoạt động của các đơn vị dữ liệu ở mức cao. Sự thích ứng băng thông: băng thông ATM có khả năng thích ứng nhuần nhuyễn tỷ lệ với sự đáp ứng của công nghệ DSL cho phép tối ưu hoá việc sử dụng trên mỗi vòng dây Sự nâng cấp lên các công nghệ truyền dẫn số khác: ATM là độc lập với lớp vật lý, sử dụng nó với DSL mở đường cho kỹ thuật truy nhập ưu việt hơn, ví dụ như Very high speed DSL (VSDL) Đơn giản hoá việc quản lý mạng: Từ góc nhìn của người quản trị mạng, việc đưa ATM tới người sử dụng mạng đem lại một số ưu điểm tiềm ẩn. Bởi vì kết nối có định hướng là bản chất của ATM, hầu hết việc tính cước, bảo mật, bảo trì, và hoạt động hỗ trợ cơ sở hạ tầng mạng dịch vụ chuyển mạch theo yêu cầu đều có thể được đáp ứng Như vậy, vấn đề mấu chốt của một hệ thống mạng truy nhập ATM over ADSL là sự hợp nhất của giao diện ATM và thiết bị truy nhập người dùng (UA – user-access) mới được triển khai cho các dịch vụ số tích hợp, trong khi phải đảm bảo các giao diện kế thừa hoặc truyền thống (ví dụ như POT, ISDN, TV tương tự v…v) trong các thiết bị. Nói cách khác, các thiết bị UA (thường là một modem ADSL) phải bao gồm cả giao diện ATM dành cho các cổng tương ứng khác (RG – Residential Gateway) Khối RG, tách các dòng lưu lượng từ các ứng dụng tương tác và không tương tác trong một dòng dữ liệu duy nhất, thực hiện các chức năng điều khiển cần thiết, đến và đi ra từ các nút dịch vụ trên một mạng truy nhập truyền dẫn tích hợp. Hình vẽ dưới đây chỉ ra một ví dụ về hệ thống truyền dẫn trong một mạng truy nhập. Ở đầu cuối khác của mạng truy nhập, các thiết bị truy nhập dịch vụ (SA – Service Access) và truy nhập truyền dẫn (TA - Transport Access) cung cấp các giao diện riêng biệt dành cho nhà cung cấp dịch vụ trên hạ tầng của mạng LAN ATM và người điều hành mạng truyền dẫn trên hạ tầng mạng WAN ATM. Vấn đề này căn bản được thực hiện dựa vào chuyển mạch truy nhập ATM. Đây là yếu tố cho phép ATM trở thành một lớp phổ biến cho tất cả các giao thức trên tất cả các nền tảng dung cấp một sự quản lý chất lượng dịch vụ đầu cuối đơn lẻ. Sự vận chuyển dữ liệu ATM trên ADSL điển hình hỗ trợ cả hai phương pháp truyền dẫn dữ liệu ATM cùng với sự ghép kênh bất đối xứng được gọi là phương pháp truyền nhanh và phương pháp truyền xen. Phương pháp truyền nhanh được thiết kế để cung cấp một mức trễ truyền thấp ( nhiều nhất là 2ms) để đáp ứng cho các ứng dụng tương tác thời gian thực, phương pháp truyền xen lại có trễ nhiều hơn (lên đên hàng chục ms) nhưng lại có tỷ số lỗi bit rất thấp. 2. TCP over ADSL Với những ứng dụng như Internet tốc độ cao, dòng số liệu đa phương tiện, các hoạt động viễn thông v…v là thị trường chính cho ADSL, việc cùng tồn tại của TCP/IP và ATM over ADSL là đặc biệt thú vị. Điều đó quyết định việc cải tiến hiệu quả hoạt động đầu cuối - đầu cuối của TCP/IP trên một mạng bất đối xứng, ví dụ như hệ thống mà trong đó đường về (người sử dụng tới mạng/người cung cấp dịch vụ) chậm hơn đáng kể so với đường tới (từ mạng/người cung cấp dịch vụ tới người sử dụng). Tỷ lệ bất đối xứng của băng thông có thể thấp hơn 10 như trong một số modem truy nhập dịch vụ ADSL đã dự kiến, cho tới hơn 100 hoặc hơn nữa trong điều kiện đường dây điện thoại được dùng để kết nối từ người sử dụng đến mạng. Về cơ bản, mạng bất đối xứng ảnh hưởng không tốt đến hoạt động của các giao thức truyền dẫn xác thực như TCP bởi vì các giao thức này dựa vào sự hồi đáp trong khuôn mẫu hồi đáp tích luỹ từ máy thu để xác nhận sự tin cậy. Đối với một dòng dữ liệu không định hướng, các bản tin ACK của TCP sẽ truyền trên đường về (hướng lên) điều chỉnh dòng các gói dữ liệu trên đường tới (hướng xuống). TCP đưa vào do đó phụ thuộc vào thông tin hồi đáp trên đường lên đã bị hạn chế. Sự thu nhận các thông tin hồi đáp không đúng thời điểm sẽ có thể là nguyên nhân của sự giảm đầu vào theo đường xuống nhanh hơn. Do đó, đường lên hẹp hơn cũng có thể coi là một nút cổ chai chính đối vớii đường xuống. Ví dụ, một hồi đáp trên đường truyền băng hẹp có thể làm chậm đáng kể qúa trình mở rộng cửa sổ gửi trong quá trình khởi động chậm, làm suy giảm tốc độ truyền trong hướng truyền của dữ liệu. Cần phải chú ý rằng sự bất đối xứng về băng thông không phải là sự bất đối xứng ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của TCP/IP mà đó là tỷ lệ bất đối xứng băng thông chuẩn hoá, được xác định bằng tỷ số của băng thông trên tỷ số của độ lớn của gói tin trên mỗi đường. Như vậy, khi thiết bị thu gửi trả một TCP ACK cho mỗi segment mà nó nhận được, tốc độ truyền trên đường tới bị giới hạn bởi tốc độ đường tới trong lý thuyết chia cho k khi k>1. Ví dụ một đường tới 10 Mbps mang gói dữ liệu có kích thước 1000 byte và đường về có tốc độ 100kbps mang bản tin ACK 40 byte. Khi đó, k = 100/25 = 4 và tốc độ đường tới sẽ bị giới hạn ở 10/4 = 2,5 Mbps Lưu lượng Internet (hoặc TCP/IP) ngày càng được cung cấp với những dịch vụ tốt nhất. Tuy nhiên, một dịch vụ vẫn có thể không được đáp ứng những nhu cầu cấp thiết đối với những ứng dụng nhạy cảm về thời gian, ví dụ như các ứng dụng audio video tương tác thời gian thực. Với các lớp đa dịch vụ và sự đa dạng chức năng trong việc quản lý lưu lượng, ATM luôn được mong đợi trong vai trò hỗ trợ chất lượng của dịch vụ đối với nhu cầu của các ứng dụng. Tuy nhiên, việc đảm bảo chất lượng của dịch vụ đơn nhất ở lớp ATM sẽ không đảm bảo được chất lượng dịch vụ trong cung cấp đầu cuối - đầu cuối. Ngoại trừ một sự thật là mạng ATM vẫn còn chưa được phổ biến, vấn đề đầu tiên là khó khăn trong việc hiểu sự tương tác giữa các sơ đồ cung cấp ATM QoS và các lớp cao hơn như TCP và IP. IP phủ lên trên ATM, không cung cấp sự khác biệt của gói tin và hướng tới việc kết hợp các luồng lưu lượng từ một vài kết nối trên một VC đơn lẻ của ATM. Điều này sẽ có thể dẫn đến việc suy giảm chất lượng dịch vụ cung cấp giữa ATM trên một VC. Sự thật là TCP không phải là một giao thức hiểu lớp kết nối, vì thế nó không biết đáp ứng những kỹ thuật điều khiển dựa trên các đặc tính của lớp kết nối do đó làm trầm trọng thêm vấn đề. Lấy ví dụ, nếu TCP không đáp lại ATM với tốc độ bit thích hợp (ABR) cell quản lý tài nguyên đúng lúc, sẽ làm tăng tốc độ truyền dẫn, kết nối có thể bị suy giảm sự hỗ trợ đảm bảo về chất lượng dịch vụ mặc dù ATM đã cung cấp. Hơn nữa, kỹ thuật điều khiển tắc nghẽn của TCP cũng có thể đem lại những ảnh hưởng không mong muốn trong việc cung cấp các dịch vụ định trước của ATM. Những ngiên cứu sự vận động của TCP trên ATM chỉ ra rằng độ lớn cửa sổ của TCP, dung lượng bộ đệm máy thu và độ lớn của một gói TCP có ảnh hưởng sâu sắc đến toàn hệ thống. Hơn nữa, kỹ thuật hồi đáp của TCP và ATM và sự tương tác của chúng đặt ra một trở ngại là hiểu việc quản lý bộ đệm phức tạp và các lịch trình hoạt động đựơc yêu cầu.