Điều chế đa sóng mang và ứng dụng trong công nghệ ADSL

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ


DƯƠNG THỊ THANH TÚ


Điều chế đa sóng mang và ứng dụng trong
công nghệ ADSL


LUẬN VĂN THẠC SĨ


Người hướng dẫn: TS. Bùi Trung Hiếu





Hà nội - 2004

MỤC LỤC


CHƢƠNG 1: MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG CÔNG
NGHỆ ĐƢỜNG DÂY THUÊ BAO SỐ
Trang

1
1.1.
Đặc tính của đƣờng dây thuê bao đồng xoắn đôi
1
1.1.1.
Cấu tạo mạch vòng thuê bao
2
1.1.2.
Cầu rẽ
2
1.1.3.
Cỡ dây và việc thay đổi cỡ dây
3
1.1.4.
Các tham số của đƣờng dây đồng xoắn đôi
5
1.1.5.
Xuyên âm
8
1.1.6.
Can nhiễu tấn số vô tuyến
16

1.2.
Dung lƣơng kênh
19
1.2.1.
Điều chế và giải điều chế
19
1.2.2.
Mã hóa
20
1.2.3.
Độ dự trữ
21
1.2.4.
Tốc độ lỗi
21
1.2.5.
Giới hạn DFE
21
1.3.
Các phƣơng pháp truyền dẫn song công
22
1.3.1.
Triệt tiếng vọng (EC)
22
1.3.2.
Song công phân chia tần số (FDD)
23
1.3.3.
EC/FDD
23

1.3.4.
Song công phân chia theo thời gian
25
1.4.
Kết cuối chƣơng
26

CHƢƠNG II: ĐIỀU CHẾ ĐA SÓNG MANG MCM
27
2.1.
Lịch sử phát triển của điều chế đa song mang
27
2.2.
Sơ đồ khối
28
2.3.
Phép đo kênh
30
2.4.
Trọng tải bít tƣơng thích
31
2.4.1.
Trọng tải tƣơng thích với giới hạn PSD
31
2.4.2.
Trọng tải bit tƣơng thích với giới hạn tổng công suất
34
2.5.
Vấn đề tổng công suất đỉnh/công suất trung bình (PAR)
35

2.6.
Phân kênh
38
2.6.1.
Điều chế vec tơ/ mã hóa
40
2.6.2.
Đa tần rời rạc (DMT)
42
2.7
Kết cuối chƣơng
44

CHƢƠNG III: ỨNG DỤNG DMT TRONG ADSL
46
3.1.
Tổng quan hệ thống ADSL
46
3.1.1.
Định thời hệ thống
48
3.1.2.
Vấn đề về nhiễu trong thiết kế và ứng dụng
49
3.1.3.
Một số số liệu chi tiết
50
3.2.
Cấu trúc bộ thu phát ADSL-DMT
52

3.2.1.
EOC, AOC và các bit chỉ thị
54
3.2.2.
Truyền dẫn tham chiếu định thời mạng (NTR)
55
3.2.3.
Xen rẽ
57
3.3.
Phƣơng pháp giảm PAR
59
3.3.1.
Chấp nhận lỗi và hiệu chỉnh lỗi bằng việc phát lại
61
3.3.2.
Chấp nhận lỗi và hiệu chỉnh lỗi
61
3.3.3.
Lọc các xung cắt xén
62
3.3.4.
Giảm mức phạt của các ký hiệu có thẻ xảy ra cắt xén
67
3.3.5.
Phát lại với đầu vào IFFT đƣợc biến đổi ngẫu nhiên
67
3.3.6.
Thêm các sóng mang phụ giả
68

3.3.7.
Mở rộng chùm điểm mã hóa cho các sóng mang phụ tải truyền
dữ liệu
68
3.4.
Bộ chuyển đổi số-tƣơng tự
69
3.5.
Biến đổi 2 dây/ 4 dây
71
3.5.1.
Biến áp ghép nối đƣờng dây
71
3.5.2.
Mạch sai động 4 dây/ 2 dây
72
3.6
Kết cuối chƣơng
75

Chơng 1: Một số vấn đề cơ bản trong Công nghệ đờng
dây thuê bao số
Chơng này sẽ đề cập tới các vấn đề sau:
Đặc tính của đờng dây cáp đồng xoắn đôi.
Dung lợng kênh.
Các phơng pháp truyền dẫn song công.
Công nghệ ADSL (Asymmetric Digital Subcriber Line) là một trong những
công nghệ đờng dây thuê bao số, truyền dữ liệu trên đôi dây cáp đồng xoắn đôi. Để
hiểu rõ đợc ADSL thì trớc tiên phải hiểu đợc môi trờng mà ADSL đang tồn tại,
có nghĩa là biểu diễn đợc các tham số tác động tới đờng truyền ADSL bằng các

mô hình toán học. Nội dung của chơng tập trung để giải quyết vấn đề này.
1.1. Đặc tính của đờng dây thuê bao cáp đồng xoắn đôi.
1.1.1. Cấu tạo mạch vòng thuê bao.
Thuật ngữ mạch vòng chỉ đôi dây điện thoại xoắn nối từ tổng đài trung
tâm - CO (Central office) tới khách hàng. Đôi dây điện thoại xoắn là đôi dây dẫn
gồm hai dây riêng biệt cách điện và đợc xoắn với nhau. Với bớc xoắn vừa đủ,
năng lợng điện từ trờng cảm ứng trên mỗi phần nhỏ của dây bị triệt tiêu bởi năng
lợng cảm ứng trên phần nhỏ dây tiếp theo.






Hình 1.1. Sơ đồ mạch vòng điển hình.
Sơ đồ mạch vòng điển hình đợc chỉ ra trong hình 1.1, bao gồm một cáp gốc
nhiều đôi xuất phát từ CO, cáp này có thể chứa tới 50 nhóm, mỗi nhóm bao gồm 10,
25 hoặc 50 đôi dây. Tại giao diện phân phối cáp gốc - FDI (Feeder distribution
interface), cáp gốc này sẽ đợc nối với nhiều cáp nhánh. Cáp nhánh có dung lợng
10, 20 hoặc 50 đôi dây. Cuối cùng, cáp này lại đợc nối với các đôi dây riêng rẽ để
tới nhà từng thuê bao.
1.1.2. Cầu rẽ.
Cầu rẽ là chiều dài của một đôi dây một đầu nối vào mạch vòng và đầu kia
không có kết cuối. Cầu rẽ tạo ra do rất nhiều nguyên nhân khác nhau:
Đờng dây nhóm: Trong thời kỳ đầu của hệ thống điện thoại, đây là kiểu
thông dụng cho một số khách hàng cùng chia sẻ một đôi dây chung. Sau này
khi số lợng cáp đợc lắp đặt nhiều hơn thì việc dùng riêng đờng dây lại trở
nên phổ biến. Các đôi dây nối rẽ vào những hộ khác đợc cắt đi và để lại
những đôi dây không đợc kết cuối (gọi là các đôi dây cụt hở mạch) vẫn
đợc nối vào vòng lặp thuê bao của một hộ sử dụng. Hình 1.2(a) mô tả một

cầu rẽ đơn giản. Hình 1.2(b) là trờng hợp phức tạp hơn nhng ít xảy ra hơn,
đó là là trờng hợp cầu rẽ trên cầu rẽ.
Do sửa chữa: Khi một đôi dây bị đứt ở một chỗ nào đó bên trong cáp, cách
sửa chữa đơn giản nhất là thay một đôi dây khác vào phần dây bị đứt nh
trong hình 1.3, điều này đã tạo ra hai cầu rẽ nối vào mạch vòng.
Dự trữ dung lợng: Để chuẩn bị sẵn cho các thuê bao tiềm năng, ngời ta
thờng nối trớc một đôi dây trong cáp gốc với một đôi tơng ứng trong các
cáp nhánh. Những đôi dây cha đợc sử dụng này cũng hình thành nên cầu
rẽ.
Nhiều máy nối song song trong nhà thuê bao. Phần lớn cấu hình đi dây điện
thoại trong nhà có dạng cây, xuất phát từ đầu vào của nhà cung cấp dịch vụ
toả đi các tầng, các phòng. Không phải đầu nối nào cũng có các thiết bị đầu
cuối, điều này tạo nên các cầu rẽ ngắn. Tuy nhiên với tần số của ADSL thì có
thể bỏ qua ảnh hởng của các cầu rẽ này.





(a) (b)
Hình 1.2. Cầu rẽ: (a) dạng đơn giản, (b) dạng cầu rẽ.







Hình 1.3. Hai cầu rẽ sinh ra do sửa chữa.
Một cầu rẽ sẽ gây ra phản xạ sóng điện từ ở mạch hở (phía đầu không có kết

cuối) và ảnh hởng tới hàm truyền của mạch vòng mà cầu rẽ nối vào. Hệ số truyền
và trở kháng đặc tính của cầu rẽ có thể có hoặc có thể không giống nh của mạch
vòng và mạch vòng tự nó có thể có trở kháng đặc tính khác nhau ở mỗi phía của cầu
rẽ. Hình 1.4 mô tả hiện tợng sóng phản xạ gây ra bởi cầu rẽ.

1.1.3. Cỡ dây và việc thay đổi cỡ dây.
Tham số cơ bản quyết định khả năng của thiết bị CO để thực hiện việc báo
hiệu và chuẩn đoán bảo trì là trở kháng một chiều của vòng lặp thuê bao đợc đo

giữa hai dây tại CO khi ngắn mạch hai đầu dây tại phía khách hàng. ở Mỹ, theo quy
định thiết kế trở kháng sửa đổi RRD (Revised Resistance Design), trở kháng của
vòng lặp thuê bao đợc giới hạn ở 1500. Do đó, sự bố trí lý tởng ở đây là điều
chỉnh cỡ dây tuỳ theo chiều dài của vòng lặp: chiều dài vòng lặp càng lớn, cỡ dây
càng to.
Tuy nhiên đây là một sự lý tởng không áp dụng đợc trên thực tế. Bởi vì,
nh thể hiện trên hình 1.1, trong trờng hợp tất cả các đôi đều có cùng cỡ thì mỗi
đôi dây khác nhau trong một cáp gốc nối từ CO tới nhà khách hàng lại có những
khoảng cách thay đổi khác nhau. Do vậy, trong thực tế, ngời ta thờng dẫn nhiều
sợi cáp gốc cùng cỡ từ CO và tăng cỡ dây tại một FDI khi khoảng cách từ CO tới
khách hàng tăng lên. Ta thấy rằng tối thiểu cần có một lần thay đổi cỡ dây tại cáp
gốc hoặc cáp nhánh, và vấn đề này cần phải xem xét dựa trên các phân tích toán học
(sẽ đợc trình bày ở phần sau).

Hình 1.4. Sóng phản xạ gây ra bởi cầu rẽ.


1.1.4. Các tham số của đờng dây đồng xoắn đôi.
1.1.4.1. Tham số bậc 1.
Một đôi dây đồng xoắn không bọc kim - UTP (unshieldes twisted pair) bao gồm
điện cảm L và điện trở R mắc nối tiếp nhau, điện dung C và điện dẫn cách điện G
mắc song song nhau. Tất cả bốn tham số cơ bản này đợc quy ớc trên mỗi đơn vị
chiều dài (kft ở Mỹ và km ở những nớc khác). Hình 1.5 biểu diễn mô hình phân bố
tham số trên một đơn vị chiều dài và mặt cắt ngang của một đôi dây đồng xoắn đôi.
















Hình 1.5. Mô hình phân bố tham số trên một đơn vị chiều dài và mặt cắt ngang của
một UTP.

Điện dung trên mỗi chiều dài đơn vị đợc xác định bởi công thức:
)/(
)/arccos(
0
mF
dD
k
C
per


=
(1.1)

Trong đó, k là hằng số điện môi của vật liệu cách điện và
0
là hằng số điện
môi của không gian xung quanh có giá trị 8,85x10
-12
, d và D là các đờng kính của
sợi dây đồng nh đợc chỉ ra trong hình 1.5. Công thức này quy ớc rằng môi
trờng cách điện là đồng nhất nhng trên thực tế thì không nh vậy. Ta có thể thấy
có hai lớp vỏ bọc cách điện trên mỗi dây, ngoài ra còn có không khí và phần cách
điện không rõ của các đôi dây khác trong cáp. Hằng số điện môi của polyethylene =
2,26, nhng giá trị k thông thờng biến thiên chút ít theo tính chất cáp và xấp xỉ
bằng 2,05.
Điện cảm trên mỗi chiều dài đơn vị tại các tần số cao khi dòng điện phân
bố phần lớn trên bề mặt của dây dẫn - đợc xác định bởi công thức:
)/(1ln)/arccos(

2
00
mH
d
D
d
D
dDL
per















+==

à

à

Với à
0
là độ từ thẩm của không gian tự do = 4ì10
-7
Hence. Do đó
)(
)/arccos(
0
0
0
==

à
dD
kC
L
Z
per
per

Đối với cáp sử dụng chất cách điện là polyethylene (ở Bắc Mỹ) các công thức
trên đợc tính theo đơn vị riêng, theo đơn vị chiều dài kft. Nh vậy:
)/(
)/arccos(
6,17
kftnF
dD
C
perkft
=

)/()/arccos(122,0 kftmHdDL
perkft
=
đối với cáp 26 AWG, D/d 1,7.
Có hai công thức khác để tính C
per
và L
per
đã đợc sử dụng trong lý thuyết,
trong đó arccos đợc thay thế bằng
ln(2D/d-1)
hoặc
ln(2D/d)
Hai giá trị này sẽ xấp xỉ nhau khi D/d >>1, nhng điều này không đúng với
UTP. Dạng thức này chỉ chính xác khi dòng điện đợc phân bố đồng nhất: hoặc là
trong toàn bộ dây dẫn tại tần số thấp hoặc là trên bề dây dẫn tại tần số cao. Trong
(1.2)
(1.3)
(1.4)
(1.5)
(1.6)
(1.7)
thực tế, do ảnh hởng của trờng điện từ sinh ra trên một dây dẫn, cảm ứng dòng
điện trên dây dẫn còn lại mà giá trị của điện dung và điện cảm theo công thức (1.1)
và (1.2) sẽ cao hơn giá trị đợc tính theo công thức (1.6) khoảng 20%. Dạng (1.7)
đợc sử dụng chủ yếu do tính đơn giản của nó cũng nh kết quả thu đợc của nó cao
hơn giá trị chính xác khoảng 7%.
Điện cảm một chiều . Giá trị L
per
đợc tính theo công thức (1.2) thờng

đợc gọi là điện cảm ngoài vì nó liên quan đến thông lợng mặt ngoài của dây. Tại
tần số thấp, khi dòng điện phân bố trên toàn bộ tiết diện ngang của dây dẫn, sẽ xuất
hiện một điện cảm trong đợc tính bằng:

à
=
4
L
0
int

và giá trị L
per
sẽ là tổng của điện cảm trong và điện cảm ngoài.

1.1.4.2. Tham số bậc 2.
Mỗi thành phần đồng nhất của UTP cũng đợc đặc trng bởi các tham số bậc
2 của đôi dây: Z
0
- trở kháng đặc trng, và - hệ số truyền dẫn. Z
0
và thờng đợc
sử dụng nh các tham số trung gian dùng để định nghĩa một bộ tham số thứ 3, chẳng
hạn nh các thành phần ma trận chuỗi của các phần tử cho trên hình 1.5.
Hệ số truyền dẫn : đặc trng cho sự biến đổi tín hiệu theo biên độ và pha khi tín
hiệu truyền trên cáp.
))(( jwCGjwLRj ++=+=


Hệ số truyền dẫn có phần thực gọi là hệ số suy hao , chỉ sự suy giảm cờng

độ năng lợng điện từ của tín hiệu trên một đơn vị chiều dài cáp và phần ảo gọi là hệ
số dịch pha , chỉ sự dịch pha của dòng điện và điện áp trên một đơn vị chiều dài.
Khi hệ số suy hao bằng 0, tín hiệu không bị suy hao. ở tần số trên 300kHz sự suy
giảm trên mỗi đơn vị chiều dài có thể tính xấp xỉ bằng 8.686. Hệ số dịch pha là
một hàm theo tần số. Trễ đờng truyền trên một đơn vị chiều dài tại một tần số xác
định đợc tính theo công thức:
(1.8)
(1.9)
dw
d


= (s/một đơn vị chiều dài)












Hình 1.6. Trễ truyền dẫn trên chiều dài 1ft của cáp UTP 22, 24, 26 AWG.
Một đồ thị của biến thiên theo tần số tơng ứng với nhiều cỡ sợi khác nhau
đợc thể hiện trên hình 1.6. Đồ thị cho ta thấy rằng độ trễ trung bình vào khoảng 1,5
às/kft, tức là tốc độ truyền dẫn tín hiệu trong UTP bằng khoảng 65% tốc độ truyền
dẫn trong không gian tự do. Những giá trị độ trễ này có thể lấy tổng để đa ra giá trị

độ trễ truyền dẫn trên toàn bộ vòng lặp.
1.1.5. Xuyên âm
Xuyên âm là hiện tợng cảm ứng điện từ xảy ra giữa các đôi dây truyền tín
hiệu điện khi chúng đợc đặt gần nhau. Dòng điện cảm ứng có thể cùng chiều hoặc
ngợc chiều với dòng điện sinh ra nó. Nếu một đôi dây đợc xét nh một nguồn
nhiễu thì điện thế và dòng điện cảm ứng lên những đôi dây khác trong bó cáp sẽ
truyền theo cả hai hớng; thành phần nhiễu có cùng hớng với tín hiệu sẽ tạo nên
(1.10)
xuyên âm đầu xa (FEXT - far-end crosstalk); thành phần quay trở lại nguồn phát tạo
nên xuyên âm đầu gần (NEXT - near-end crosstalk). Nguyên lý này đợc thể hiện
trên hình 1.6, trong đó độ dày của các đờng mũi tên thể hiện mức độ ảnh hởng
của nhiễu lên tín hiệu xét. Nếu cả NEXT và FEXT cùng xảy ra trong một hệ thống
DSL thì NEXT sẽ gây ảnh hởng nghiêm trọng hơn nhiều. NEXT tăng lên theo tần
số và tại các tần số VDSL (đạt tới 15 MHz) thì nó sẽ trở nên không chấp nhận đợc;
vì vậy mà các hệ thống VDSL đợc thiết kế sao cho tránh đợc NEXT và FEXT xảy
ra đồng thời. Các ví dụ đợc thảo luận ở phần sau bàn về vấn đề NEXT tại các tần số
ADSL (đạt tới 1,1 MHz) và FEXT tại các tần số VDSL (đạt tới 15 MHz).
Tín hiệu nhiễu do NEXT luôn luôn phải đi qua chiều dài nhỏ nhất của dây
trớc khi vào bộ thu của dây bị nhiễu. Với lý do này, NEXT từ bộ gây nhiễu riêng
biệt là luôn luôn lớn hơn FEXT. Chú ý rằng hoặc NEXT hoặc FEXT hoặc cả hai có
thể cùng tồn tại trên đôi dây bị nhiễu, và có thể có nhiều hơn một NEXT hoặc FEXT
cùng tồn tại trên đờng dây.

Hình 1.6. ảnh hởng của NEXT và FEXT trên các đôi dây
Cho tới nay việc phân tích theo giá trị xấu nhất của các hàm truyền đạt xuyên
âm xếp chồng (multiple pair to pair crosstalk) chủ yếu vẫn đợc a dùng; chúng
đợc sử dụng bởi những ngời thiết kế modem DSL và các nhà cung cấp dịch vụ để
dự đoán (từ đó có thể bảo đảm) tốc độ số liệu và dựa vào các cơ sở chuẩn để đa ra
các định nghĩa về tiêu chuẩn đo kiểm modem DSL. Ngày nay, với việc tăng khả
năng của các giao thức truyền dẫn để sử dụng với bất cứ tốc độ số liệu nào, các giá
trị thống kê trung bình cũng đang đợc quan tâm. Các mô hình thống kê ở cả hai
trờng hợp: đánh giá các giá trị 1% xấu nhất (1% worst-case) và các giá trị trung
bình sẽ đợc đa ra trong phần sau. Các mô hình đánh giá giá trị trung bình chỉ là
tạm thời nhng chúng cũng đủ độ chính xác để thiết kế hệ thống.

1.1.5.1. NEXT.
Đặc trng của NEXT là nguồn phát tín hiệu của đôi cáp gây xuyên âm tác
động sang bộ thu (cùng vị trí với nguồn phát) của đôi cáp bị xuyên âm. Trong
trờng hợp này, khi tín hiệu gây xuyên âm bắt đầu đi vào đôi dây gây xuyên âm, cặp
vào đôi bị xuyên âm, thì truyền ngợc trở lại vào bộ thu của đôi dây bị xuyên âm.
Trong hình 1.6. NEXT từ đôi dây 12 sang đôi 34 đợc xác định theo công
thức.


dfHfHfHflH
bXT
l
fNEXT
),(),(),(),(
34
0

12

=
(1.7)
Trong đó, H
f12
(,f) là hàm truyền đạt phát động trên một chiều dài của đôi
dây 12, H
XT
(,f) là hàm cảm ứng xuyên nhiễu từ đôi dây 12 tại vị trí có khoảng
cách sang đôi 34, và H
b34
(,f) là hàm truyền đạt hồi tiếp của đôi 34.
Trong trờng hợp đôi dây 12 và 34 không có cầu rẽ, đặc tính truyền dẫn của
hai đôi dây 12 và 34 sẽ tơng tự nhau, và




== efHfHfH
bf
),(),(),(
3412
(1.8)
Nh vậy biểu thức (1.7) sẽ đơn giản đi nh sau:


dfHfHflH
XT
l

NEXT
),(),2(),(
0

=
(1.9)
Ta có thể nhận thấy rằng vì H có dịch pha phụ thuộc tần số nên ảnh hởng
tích luỹ của nó tới H
NEXT
tại một tần số nào đó có thể làm tăng hoặc giảm giá trị này
và phụ thuộc vào dấu và độ lớn của H
XT
(,f) nên có thể tạo nên những điểm đỉnh và
vùng lõm trên đặc tuyến H
NEXT
.
Tuy nhiên, nếu chỉ xét trờng hợp các ảnh hởng tích luỹ làm tăng giá trị
công suất cơ bản, và H
XT
đợc viết nh một tích số không có thứ nguyên của điện
cảm xuyên nhiễu và một giá trở kháng tải nào đó cha xác định thì hàm truyền đạt
năng lợng xuyên âm đợc tính bằng:



l
NEXT
dCRfHlfH
0
2

22
)(),2(),(

(1.10)

Vì vậy, nếu suy hao đợc xem là gần nh tỉ lệ tơng ứng với
f thì



=
l
lflf
NEXT
ef
CR
dfefCRlfH
0
4
5,1
2
4
22
2
)1(
4
)2(
)2(),(

(1.11)
Giới hạn của đại lợng 1-
lf4
e

tiến tới 1 đối với các giá trị lớn của l; do
đó | H
NEXT
(f,l) |
2
sẽ tiến tới một giá trị tiệm cận và trở thành độc lập theo chiều dài
vòng lặp, và giá trị công suất NEXT trung bình tới hạn sẽ tỉ lệ với f
1,5
.
Giá trị lớn của l có nghĩa là chiều dài vòng lặp mà trên đó suy hao tại tần
số xét lớn hơn 20 dB; điều cũng đó có nghĩa là tín hiệu phát đi xuyên nhiễu và quay
trở lại chỉ có thể thêm 1% vào NEXT. Đối với ADSL và VDSL, tất cả các chiều dài
vòng lặp đợc coi là lớn tại dải tần số của chúng nhng điều này không đúng với
HDSL2, vì nó sử dụng băng tần gần nh dc.

Khuếch đại hoặc suy hao NEXT (ANEXT). Tại CO các thiết bị thờng đợc đặt ở
cùng một chỗ, nhng tại đầu xa chúng có thể đợc cách ly đáng kể, nh thể hiện
trên hình 1.7. Ta có thể thấy rằng nếu vòng lặp gây xuyên nhiễu dài hơn hoặc ngắn
hơn vòng lặp bị xuyên nhiễu thì NEXT sẽ bị suy hao trên đoạn chiều dài chênh lệch.
Đối với phần lớn các cấu trúc vòng lặp, sự chênh lệch chiều dài giữa các vòng lặp
trong một bó cáp là tơng đối nhỏ (<20% tổng chiều dài vòng lặp), do đó suy hao

NEXT là không đáng kể; giá trị NEXT trung bình chỉ thấp hơn 1dB so với giá trị
này trong trờng hợp xấu nhất.





Hình 1.7: NEXT suy giảm từ máy phát đầu xa 1 can nhiễu vào máy thu đầu xa 2.






Hình 1.8: NEXT và FEXT từ bộ lặp T1.

Tuy nhiên, NEXT lại có thể đợc tăng cuờng nếu đôi dây xuyên nhiễu ở cấp
T1, tức là có mỗi chiều dài khoảng lặp xấp xỉ 1 km, nh thể hiện trên hình 1.8. Về
cơ bản vấn đề này có thể xảy ra với bất kỳ chiều dài khoảng lặp nào nhng T1 có
ảnh hởng xấu nhất. Khi đó NEXT phụ thuộc rất nhiều vào vị trí của đơn vị đầu xa
(xTU-R) tơng quan với vị trí các bộ lặp. Hệ số xuyên nhiễu NEXT trung bình đợc
định nghĩa trong T1.413 là thấp hơn 5.5 dB so với các giá trị trờng hợp xấu nhất
(worst-case) trong Bảng 1.2. Tính toán này (thờng đợc áp dụng rộng rãi bởi
T1E1.4) dựa trên việc thừa nhận rằng có các bộ lặp ở cả phía trớc (hớng lên) và
phía sau (hớng xuống) của xTU-R (tơng ứng là R
b
và R
c
trên Hình 1.8). Tuy
nhiên một số LEC lại không có các bộ lặp ở cáp phân phối; trong trờng hợp này T1

NEXT sẽ đợc giảm đi đáng kể.
Bảng 1.2: Suy giảm năng lợng tín hiệu do NEXT tại tần số 0,772 MHz

Suy giảm do xuyên
nhiễu từ 1 đôi sang 1
đôi
(dB)
Suy giảm do xuyên
nhiễu từ 49 đôi sang 1
đôi (dB)
(ở cáp 50 đôi)
Trung bình
Sác xuất 1% xấu nhất
77
53
50
45

1.1.5.2. FEXT.
Đặc trng của FEXT là nguồn phát tín hiệu của đôi dây gây ra xuyên âm tác
động vào bộ thu của đôi dây bị xuyên âm ở đầu xa (Cùng vị trí với bộ thu của đôi
dây gây xuyên âm). Trong trờng hợp này, khi tín hiệu gây xuyên âm truyền vào đôi
dây gây xuyên âm, đi vào đôi dây bị xuyên âm, và tiếp tục truyền trên nó và cuối
cùng đi vào bộ thu của nó.
Dạng đơn giản nhất của FEXT, thờng gọi là FEXT cân bằng EL-FEXT
(equal-level FEXT), đợc thể hiện trên hình 1.9(a). Các máy phát Xmit
12
và Xmit
34

đợc đặt ở cùng một vị trí và các máy thu Rec
12
và Rec
34
cũng nh vậy. Ta có thể
nhận thấy rằng tất cả các thành phần xuyên nhiễu đóng góp vào FEXT thu đợc ở
Rec
34
sẽ đi qua cùng một chiều dài cáp giống nhau nh chính tín hiệu thu: đầu tiên
là đi qua một chiều dài nào đó của đôi 12 và sau đó đi nốt chiều dài còn lại của đôi
34.
Vì vậy nếu không xét đến ảnh hởng qua lại giữa các hàm truyền đạt và hàm
xuyên nhiễu thì



=
l
bXTfFEXT
dflHfHfHflH
0
3412
),(),(),(),(



(1.12)

Hình 1.9: FEXT: (a) cân bằng; (b) Không cân bằng hớng lên từ RT; (c)không cân
bằng hớng xuống từ ONU.

Cũng áp dụng những bớc rút gọn đã sử dụng với NEXT ta có:

H
12
(

,f) H
34
(l-

,f) = H(l,f)


=

l
0
XTFEXT
d)(Hf)f,l(H)f,l(H


Hàm xuyên nhiễu H
XT
() là một hàm ngẫu nhiên của , và các thành phần
tích phân chỉ cộng thêm vào công suất cơ bản. Do đó, hàm truyền đạt công suất có
thể đợc viết là:

(1.13)
(1.14)


2
22
),(),( lfkflHflH
FEXTFEXT
=


ở đây k
FEXT
là hệ số xuyên nhiễu tổng, có giá trị khác nhau ứng với mỗi đôi
dây khác nhau.

EL-FEXT. Nếu các máy phát phát cùng một mức công suất thì tỉ số tín hiệu/
FEXT (SFR), thông thờng vẫn đợc gọi là suy hao EL FEXT (EL FEXT loss) đối

với mỗi đôi dây sẽ là:


2
1
),(
lfk
flSFR
FEXT
=


Sự bố trí trên hình 1.9 (a) là đối xứng tức là các máy phát có thể đợc thay
thế bởi máy thu và ngợc lại, kết quả là dù trong trờng hợp nào thì FEXT vẫn nh
nhau. Tất cả các vòng lặp đo kiểm đã định nghĩa trong T1.413 [ANSI, 1995] đều
đợc thừa nhận lấy theo cấu trúc này. Khi đó việc thực hiện đo đạc sẽ trở nên đơn
giản nhng đây là một sự thừa nhận hơi bất hợp lý vì 3 lý do sau đây:
1. Ta không chắc rằng vòng lặp đợc đo kiểm và vòng lặp xuyên nhiễu có cùng
một sự bố trí các cầu rẽ hay không. Một cầu rẽ chỉ nằm ở trên vòng lặp đo
kiểm sẽ làm giảm SFR so với giá trị tính bởi (1.16) còn một cầu rẽ chỉ nằm
trên vòng lặp xuyên nhiễu sẽ làm tăng SFR. Khi phần lớn cầu rẽ nằm ở gần
nhà khách hàng hơn so với CO (tức là nằm trên cáp phân phối nhiều hơn cáp
dẫn chính) thì ảnh hởng đối với hớng lên sẽ nhiều hơn.
2. Tất cả các hộ khách hàng không cách đều CO/ONU. Nếu máy phát hớng
lên Xmit
12
ở hình 1.9(b) phát công suất tối đa thì FEXT của nó ảnh hởng
đến Rec
34
sẽ rất nghiêm trọng.

3. Nếu các tín hiệu ADSL từ một CO dùng chung một cáp phân phối với các tín
hiệu VDSL từ một ONU, nh thể hiện trên hình 1.9(c) thì FEXT từ một máy
(1.15)
(1.16)
phát VDSL hớng xuống Xmit
12
ảnh hởng đến một máy thu ADSL Rec
34
có
thể cũng rất lớn.

FEXT không cân bằng ULFEXT (Unequal-Level FEXT). Dạng tổng quát hoá
công thức (1.16) dùng để tính toán cho các vòng lặp có chiều khác nhau là:


2
min
2
2
2
1
1
),(
flk
H
H
flSFR
FEXT
ì=

ở đây H
1
và H
2
là các hàm truyền đạt tơng ứng của tín hiệu đi trong đôi 12
và của FEXT đi trong đôi 34, l
min
là giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị l
1
và l
2
.
FEXT tăng cờng. Một kiểu khác của ULFEXT gây bởi T1, đợc thể hiện trên
hình 1.8. Tín hiệu đầu ra từ mỗi bộ khuếch đại (của các bộ lặp) phải đợc xem nh
các tín hiệu can nhiễu độc lập và chỉ tác động trên mỗi đơn vị của vòng lặp (1 km
hoặc ngắn hơn), và bị suy hao chỉ trên một phần vòng lặp đầy đủ. Trong trờng hợp
này FEXT vẫn nhỏ hơn NEXT nhng chỉ nhỏ hơn vài dB; do đó không thể bỏ qua
nó đợc.

1.1.6. Can nhiễu tần số vô tuyến.

Có hai kiểu can nhiễu tần số vô tuyến (RFI) mà một ngời thiết kế hệ thống DSL
phải xem xét là:
1. Can nhiễu từ các nguồn vô tuyến (RF) bên ngoài vào một máy thu DSL. Nó
đợc gọi là can nhiễu đi vào (ingress).
2. Can nhiễu từ một hệ thống DSL vào một máy thu vô tuyến. Nó gây bởi sự
bức xạ (radiation) từ các vòng lặp và đợc gọi là can nhiễu đi ra (egress).

(1.17)

Cả hai trờng hợp can nhiễu trên đều là kết quả của sự không cân bằng trong
đôi dây DSL. Can nhiễu đi vào xảy ra do một nguồn RF độc lập tác động không
đồng đều lên hai sợi dây còn can nhiễu đi ra xảy ra (thậm chí từ một đôi dây không
có dòng điện common mode) do hai sợi dây của một đôi dây bức xạ không đồng đều
vào một antenna thu.
ảnh hởng xấu nhất của can nhiễu ingress xảy ra khi tín hiệu RF can nhiễu
vào một dây kết cuối có độ cân bằng thấp và xuất hiện ngay trớc đầu vào của máy
thu đầu xa. Đây là tình huống đợc chú ý nhất. Ngoài ra can nhiễu vi sai (different
mode) đợc cộng thêm vào tín hiệu đờng dây và sẽ truyền theo cả hai hớng
Có ba nguồn RFI có thể gây ảnh huởng quan trọng tới dịch vụ xDSL. Hai
nguồn có thể xác định dễ dàng là radio nghiệp d (amateur/ ham radio) và radio
điều biên (AM radio); nguồn thứ 3 là từ tất cả các nguồn radio khác nói chung.

Nguồn radio nghiệp d. Tại Mỹ, các nguồn radio nghiệp d hoạt động trong 9
băng tần cho trong Bảng 1.3. Các máy phát nghiệp d là các máy băng tần đơn với
độ rộng 4,0 kHz (thông thờng vào khoảng 2,5 kHz). Trong một phiên truyền,
chúng có thể thay đổi tần số sóng mang nhng thờng vẫn nằm trong một dải tần
nào đó. Các đặc tính của radio nghiệp d liên quan đến hệ thống VDSL đợc phân
tích rất tốt trong [Hare and Gruber, 1996]. Uỷ ban ANSI T1E1.4 và uỷ ban ETSI
TM6 đã xem xét nhiều đóng góp về vấn đề mức độ của can nhiễu đầu vào gây bởi
một máy phát nghiệp d trong trờng hợp xấu nhất (máy phát ở gần nhất và có công
suất phát cao nhất) (xem [Bingham et al., 1996a]). Kết luận của họ có tính đến độ
cân bằng dự đoán của các dây kết cuối và tuân theo các yêu cầu của hệ thống VDSL
đợc đa ra trong [Cioffi, 1998] là:

Trờng hợp xấu nhất ở chế độ thờng (common mode): +30dBm
Trờng hợp xấu nhất ở chế độ vi sai (different mode): 0dBm

Bảng 1.3: Các băng tần radio nghiệp d

Tần số bắt đầu (MHz) Tần số kết thúc (MHz)
1,81
3,5
7,0
10,1
14,0
18,086
21,0
24,89
28
2,0
4,0
7,3
10,15
14,35
18,168
21,45
24,99
29,1
Chú ý: Bốn băng tần cuối nằm ngoài dải sử dụng của xDSL,
nhng nó rất quan trọng cho việc thiết kế các bộ lọc analog
front-end.

Nguồn Radio điều biên (AM Radio). Băng tần AM radio kéo dài từ 0,55 tới 1,6
MHz, với những dải tần chồng chéo của cả ADSL và VDSL. Tín hiệu AM can nhiễu
có thể đợc mô hình hoá nh là một sóng mang có tần số cố định f
c
với 30% biên độ

đợc điều chế bởi một nguồn tạp âm trắng có giới hạn dải tới 5 kHz. Các tài liệu
định nghĩa nhiều tình huống can nhiễu khác nhau; trong đó hai trờng hợp xấu nhất
là f
c
=0,71 và 1,13 MHz, lần lợt tơng ứng với các tín hiệu ở chế độ thờng và chế
độ vi sai, có giá trị +30 và -30 dBm.

AM radio và ADSL. Chuẩn ANSI T1.413 không xác định bất cứ sự can nhiễu AM
radio nào trong phần trình bày chính của nó (phần liên quan đến các tiêu chuẩn hoạt
động ở Bắc Mỹ). Những vấn đề xem xét có lẽ là:
Trờng hợp hệ thống ADSL ở gần sát với một máy phát AM là không xảy ra.
Độ cân bằng của một dây kết cuối sẽ tốt hơn (đạt 40 đến 60dB) tại các tần số
thấp của AM radio.
Trái ngợc với truyền dẫn nghiệp d theo kiểu gián đoạn (bursty), truyền dẫn
AM là liên tục, vì vậy can nhiễu ingress có thể đợc cho phép trong quá trình
khởi tạo.

Tuy nhiên Phụ chơng H của T1.413 có định nghĩa một mô hình tạp âm A
đợc sử dụng ở châu Âu, với 10 tín hiệu can nhiễu đơn tần , công suất mỗi tín hiệu
là -70 dBm. ITU SG 15 WP1 cũng xem AM Radio nh một ảnh hởng có thể định
nghĩa và đợc mô tả trong phần đo kiểm (test suit) của G.996 (xem phụ lục B).

Tất cả các nguồn can nhiễu radio khác. Hiển nhiên là trên thực tế còn tồn tại
nhiều nguồn can nhiễu RFI tiềm tàng khác, những nguồn can nhiễu này thờng xuất
hiện tạm thời và hoạt động gián đoạn. Tuy vậy, không có một uỷ ban viễn thông nào
thành công trong việc đặc tính hoá những nguồn can nhiễu đó và chúng đợc gộp
chung lại với nhau dới tiêu đề không rõ ràng là tạp âm xung.

1.2. Dung lợng kênh.
Dung lợng kênh là một khái niệm đo chỉ tốc độ dữ liệu truyền đợc trên một

kênh, dung lợng kênh ở đây không phải là dung lợng giới hạn trong lý thuyết của
Shannon mà tốc độ dữ liệu thực tế, không chỉ phụ thuộc vào tỷ số tín hiệu/nhiễu mà
còn phụ thuộc vào phơng pháp điều chế, giải điều chế, mã hoá, độ dự trữ cũng nh
tốc độ lỗi lớn nhất cho phép.

1.2.1. Điều chế và giải điều chế.
Tất cả các kênh truền dẫn cơ bản đều là analog, và vì vậy có thể đa ra các
ảnh hởng truyền dẫn khác nhau. Đặc biệt, các đờng dây điện thoại là analog, và
do vậy DSL sử dụng một vài dạng điều chế. Mục tiêu cơ bản của điều chế là biến
đổi luồng bit vào DSL thành các tín hiệu analog tơng đơng phù hợp với đờng
truyền dẫn.
Đối với một kênh bất kỳ, đặc biệt là kênh có đáp ứng xung (kênh IR) trong
các hệ thống điều chế đơn sóng mang, có ba loại giới hạn khác nhau:
1. Giới hạn lọc phù hợp: Giới hạn này chỉ sử dụng khi một ký hiệu thu đợc
hoàn toàn độc lập, không bị ảnh hởng bởi các ký hiệu trớc đó.
2. Giới hạn với khả năng phát hiện chính xác lớn nhất: Giới hạn này này đợc
dùng trong trờng hợp thiết bị thu sử dụng một trong các kiểu bộ phát hiện
chuỗi chính xác lớn nhất (MLSD), thờng là một bộ phát hiện ký hiệu Viterbi
với việc lợi dụng nhiễu từ các các ký hiệu trớc và ký hiệu kế tiếp sau. Nếu
kênh không bị méo quá và đáp ứng xung không bị phân tán qua thì bộ phát
hiện ký hiệu Viterbi có thể sử dụng toàn bộ năng lợng của một đáp ứng
xung cho việc phát hiện ký hiệu và nh vậy giới hạn với khả năng phát hiện
chính xác nhất có thể tơng đơng với giới hạn lọc phù hợp.
3. Giới hạn cân bằng phản hồi phán quyết (giới hạn DFÊ): Giới hạn này đợc
thực hiện khi thiết bị thu, sau khi lọc trớc giá trị trung bình bình phơng sai
số tối giản (MMSE), loại bỏ các ảnh hởng của phán quyết trớc đó và chỉ
dựa trên phán quyết mẫu chính của đáp ứng xung của nó (xác định nh ho).
Trong ba loại giới hạn trên, chỉ có giới hạn DFE có ảnh hởng trực tiếp đến
hệ thống đa sóng mang, do vậy phần tiếp sau của luận văn chỉ tập trung vào loại giới
hạn này.

1.2.2. Mã hoá.
Có hai phơng pháp mã hoá chính đợc sử dụng trong hệ thống DSL: Phơng
pháp sửa lỗi trớc Reed-Solomon (R-S FEC) và điều chế mã hoá lới (TCM).
Chơng sau của luận văn sẽ trình bầy chi tiết về hai phơng pháp này nhng phân
tích sự kết hợp của cả hai phơng pháp vô cùng phức tạp. Hiện nay chúng ta dùng
các ớc lợng đơn giản để xác định độ lợi mã hoá của các phơng pháp này theo
T1.413: 2dB (độ lợi mã hoá =1.58) đối với hệ thống chỉ sử dụng FEC và 4dB (độ lợi
mã hoá =2.51) đối với hệ thống kết hợp cả FEC và TCM.
1.2.3. Độ dự trữ
Các nhà cung cấp dịch vụ DSL đều thừa nhận rằng tất cả các phép đo về sự
suy giảm trên vòng lặp thuê bao đều là các mẫu đơn giản và các kết quả thu đợc
đều mang tính thống kê. Vì vậy, để đảm bảo chất lợng dịch vụ cho các khách hàng,
phải xác định các tốc độ dữ liệu và lỗi với tất cả các loại xuyên âm đã biết và mức
nhiễu tăng dần theo giá trị độ dự trữ m. Trong hệ thống ADSL và VDSL 6dB m=4 là
giá trị chấp nhận đợc.

1.2.4. Tốc độ lỗi.
Dải giá trị tốc độ lỗi bit BER đợc coi là chấp nhận đợc nằm trong khoảng từ 10
-12

với dịch vụ video nén chất lợng cao xuống 10
-4
với truyền dẫn dữ liệu theo công
nghệ ATM. Trong giới hạn của đồ án này, sử dụng giá trị BER theo tiêu chuẩn
T1.413 là 10
-7
.

1.2.5. Giới hạn DFE.

Xác suất lỗi của một ký hiệu trong bộ phát hiện ký hiệu của một DFT đối với tín
hiệu QAM truyền b bit (b chẵn) là:









=
12
3
4
2
0
b
e
h
kQ
P
à
(1.18)
với:
()



=

x
y
dyexQ
2
2
1

(1.19)
b là số bit cho mỗi ký hiệu (nh 2
b
là số diểm trong chòm sao mã hoá), k là hệ số bù
hiệu ứng biên, khi b lớn, hệ số này sẽ dần tiến tới một, h
0
là mẫu đầu tiên (mẫu
chính) của đáp ứng xung, à
2
là biến số nhiễu tại bộ phát hiện ký hiệu.
Đối với trờng hợp b lẻ, hàm (1.1) chỉ gần đúng, nhng sự gần đúng này có
thể chấp nhận đợc với b 5 và tính toán cho toàn bộ dung lợng kênh. Trong
trờng hợp này k = 1 cũng là một gần đúng chấp nhận đợc. Để tính toán trọng tải
bit (trong chơng sau), trờng hợp b=1 và b=3 phải đợc xem xét rieng rẽ. Nh vậy
từ dạng đơn giản hoá của (1.1) có thể xác định đợc b nh sau:
[]
df
PQ
h
b
e

+=

2
1
0
2
)4/(
/3
1log
à
(1.20)
Nh vậy tốc độ dữ liệu cho một tín hiệu QAM trong băng tần Nyquist từ f
1

đến f
2
với độ dự trữ mar và độ lợi mã hoá cg sẽ là:
[]

+=

2
1
2
1
2
)4/()/(
)(3
1log
f
f
e
df
PQcgmar
fSNR
R
(1.21)
với các giới hạn của băng tần là SNR(f) 1 và f
1
<f<f
2
. Công thức này sẽ đợc áp
dụng để tính toán trong chơng sau, với sự thay đổi nhỏ, để xác định dung lợng
kênh cho trờng hợp đa sóng mang.

1.3.Các phơng pháp truyền dẫn song công.

Hiệu suất của một sơ đồ song công đợc định nghĩa là:
= Tốc độ tổng công của luồng lên + xuống
(1.22)
dung lợng kênh
Dới đây sẽ trình bầy ba phơng pháp song công và hiệu suất mà chúng đạt
đợc.

1.3.1.Triệt tiếng vọng (EC).
Dờng nh cách hiệu quả nhất trong môi trờng truyền dẫn song hớng là sử
dụng phơng pháp song công triệt tiếng vọng. Tín hiệu đợc truyền đồng thời đi
theo hai hớng. Tiếng vọng là sự phản xạ tín hiệu phát vào bộ thu đầu gần. Tiếng