Kết hợp điều khiển công suất và phân phối Bít trong hệ xDSL đa người dùng.PDF

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ





NGUYỄN THỊ QUYÊN








KẾT HỢP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT VÀ
PHÂN BỐ BÍT TRONG HỆ xDSL
ĐA NGƯỜI DÙNG








LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2006
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ





NGUYỄN THỊ QUYÊN






KẾT HỢP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT VÀ
PHÂN BỐ BÍT TRONG HỆ xDSL
ĐA NGƯỜI DÙNG



Ngành: Công nghệ điện tử - viễn thông

Chuyên ngành: Kĩ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc
Mã số: 2.07.00



LUẬN VĂN THẠC SĨ



NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS TS NGUYỄN VIẾT KÍNH




Hà Nội - 2006


1
MỤC LỤC
BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT 3
MỞ ĐẦU 9
CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TRÊN
ĐƢỜNG DÂY THUÊ BAO SỐ 12
1.1 Công nghệ truyền dẫn đường dây thuê bao số 12
1.2 Các loại đường dây thuê bao số 15
1.2.1 Các thế hệ trước của đường dây thuê bao số 15
1.2.2 Mạng số đa dịch vụ tích hợp tốc độ cơ bản 16
1.2.3 Đường dây thuê bao số tốc độ cao 20
1.2.4 Đường dây thuê bao số bất đối xứng 27

1.2.5 Đường dây thuê bao số tốc độ cực cao 37
CHƢƠNG 2 – NHIỄU XUYÊN KÝ HIỆU, LÀM BẰNG VÀ DMT 40
2.1 Nhiễu xuyên ký hiệu ISI 40
2.2 Bộ làm bằng 44
2.3 Truyền dẫn đa kênh 49
2.3.1 Điều chế vector 51
2.3.2 Điều chế DMT 54
2.3.3 Dung năng kênh nhiễu Gauss trắng cộng tính 58
2.3.4 Dung năng đa kênh 59
2.4 Các thuật toán cấp phát bít 60
2.4.1 Khái niệm về cấp phát bit cho kênh truyền thông 60
2.4.2 Thuật toán đổ nước 62
2.4.3 Các thuật toán của Chow 66


2
CHƢƠNG 3 - PHÂN BỐ BÍT VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT ĐA
NGƢỜI DÙNG 68
3.1 Xuyên âm trong hệ thống DSL đa người dùng. 69
3.2 Cân bằng Nash. 77
3.3 Thuật toán điều khiển công suất dựa trên thuật toán water -
filling lặp 81
3.4 Thuật toán điều khiển công suất dựa trên thuật toán phân bố
bit đa người dùng. 84
CHƢƠNG 4 - KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 89
4.1 Kết quả mô phỏng thuật toán điều khiển công suất theo phương
pháp tần số tham chiếu trên hệ VDSL: 89
4.2 Kết quả mô phỏng thuật toán điều khiển công suất và phân bố
bít đa người dùng bằng thuật toán water - filling trên kênh ADSL
hướng lên. 90

4.3 Kết quả mô phỏng hệ truyền thông ADSL và các thuật toán cấp
phát bít 92
KẾT LUẬN 98
TÀI LIỆU THAM KHẢO 101
PHỤ LỤC 103











3
BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu
Tiếng Anh
Tiếng Việt
2B1Q
2 Binary, 1 Quaternary
Hai bit nhị phân được mã hóa
bằng một trong bốn mức biên
độ
4B3T
4 Binary, 3 Ternary
Mã đường băng gốc, mã hóa 4

bit thành một nhóm 3 ký hiệu
tam phân (+, 0, -)
ADSL
Asymmetric Digital
Subscriber Line
Đường dây thuê bao số bất đối
xứng
AMI
Alternate Mark Inversion
Mã đảo dấu luân phiên
ANSI
American National Standards
Institute
Viện tiêu chuẩn quốc gia của
Mỹ
ATM
Asynchronous Transfer Mode
Chế độ truyền dẫn không đồng
bộ
ATU-C
ADSL Transmission Unit at
the Central Office
Đơn vị truyền dẫn ADSL phía
tổng đài trung tâm
ATU-R
ADSL Transmission Unit at
the Remote Side
Đơn vị truyền dẫn ADSL phía
khách hàng
AWGN

Additive White Gaussian
Noise
Nhiễu phân bố Gauss, trắng,
cộng tính


4
BRI
Basic Rate ISDN
ISDN tốc độ cơ bản
BRITE
BRI transmission extension
Mở rộng truyền dẫn ISDN tốc
độ cơ bản
CAP
Carrierless Amplitude/Phase
Modulation
Điều chế biên độ / pha không
có sóng mang
CDSL
Consumer DSL
DSL khách hàng
CCITT
Consultative Committee on
International Telegraph and
Telephone
Ủy ban tư vấn về điện thoại và
điện báo quốc tế
CO
Central Office

Tổng đài trung tâm
CODEC
Voice Coder / Decoder
Bộ mã hóa và giải mã thoại
DAML
Digital Added Main Line
Đường dây có thêm số
DC
Direct Current
Dòng điện một chiều
DDS
Digital Data Service
Dịch vụ dữ liệu số
DFE
Decision Feedback Equalizer
Bộ làm bằng phản hồi quyết
định
DFT
Discrete Fourier Transform
Phép biến đổi Fourier rời rạc
DLC
Digital Loop Carrier
Hệ thống mạch vòng số
DMT
Discrete Multitone
Đa âm rời rạc


5
ECH

Echo-Canceled Hybrid
Lai, khử tiếng vọng
eoc
Embedded Operations
Channel
Kênh hoạt động theo kiểu
nhúng
ETSI
European
Telecommunications
Standards Institute
Viện tiêu chuẩn viễn thông
châu Âu
FDD
Frequency Division Duplex
Truyền dẫn song công theo tần
số
FDM
Frequency Division
Multiplexing
Hợp kênh phân chia theo tần số
FEC
Forward Error Control
Kiểm lỗi hướng thuận
FEQ
Frequency Equalizer
Bộ làm bằng miền tần số
FEXT
Far – End Crosstalk
Xuyên âm xa

FFT
Fast Fourier Transform
Phép biến đổi fourier nhanh
FIR
Finite Impulse Response
Đáp ứng xung hữu hạn
FSN
Full-service Network
Mạng dịch vụ các loại
G.DMT
The full-rate
Recommendation G992.1
Khuyến nghị toàn tốc G.992.1
của ITU về ADSL
HDSL
High-bit-rate Digital
Subscriber Line
Đường dây thuê bao số tốc độ
cao


6
HDSL2
Second-generation High-bit-
rate Digital Subscriber Line
Đường dây thuê bao số tốc độ
cao thế hệ thứ 2
HDTV
High-definition Television
Truyền hình phân giải cao

HPF
High-pass Filter
Mạch lọc thông cao
IDFT
Inverse Discrete Fourier
Transform
Phép biến đổi ngược của phép
biến đổi Fourier rời rạc
IDSL
ISDN Digital Subscriber Line
Đường dây thuê bao số ISDN
IFFT
Inverse Fast Fourier
Transform
Phép biến đổi ngược của phép
biến đổi Fourier nhanh
ISDN
Integrated Services Digital
Network
Mạng số đa dịch vụ tích hợp
ISI
InterSymbol Interference
Nhiễu giữa các ký hiệu
ITU
International
Telecommunication Union
Liên minh viễn thông quốc tế
LPF
Low-pass Filter
Mạch lọc thông thấp

LT
Line Termination
Đầu cuối đường dây
MA
Margin-Adaptive
Thích nghi dự phòng
MIB
Management Information
Base
Cơ sở thông tin quản lý





7
MMSE
Minimum Mean Square Error
Tối thiểu hoá lỗi trung bình
bình phương.
NEXT
Near - End Crosstalk
Xuyên âm gần
NID
Network Interface Device
Thiết bị giao diện mạng
NSR
Noise to Signal Ratio
Tỷ số công suất nhiễu/tín hiệu
NT

Network Termination
Đầu cuối mạng
ONU
Optical Network Unit
Đơn vị mạng quang
PCM
Pulse Code Modulation
Điều chế mã xung
POTS
Plain Old Telephone Service
Dịch vụ thoại truyền thống
PAM
Pulse Amplitude Modulation
Điều chế biên độ xung
PSD
Power Spectrum Density
Mật độ phổ công suất
PSK
Phase Shift Keying
Khóa dịch pha
PSTN
Public Switched Telephone
Network
Mạng thoại chuyển mạch công
cộng
QAM
Quadrature Amplitude
Modulation
Điều chế biên độ cầu phương
RA

Rate-Adaptive
Thích nghi tốc độ
RADSL
Rate-Adaptive DSL
Đường dây thuê bao số thích
nghi tốc độ


8
RSMP
Rate Sum Maximum Problem
Vấn đề tối đa hóa tổng tốc độ
SDSL
Symmetric DSL (Single-pair
DSL)
Đường dây thuê bao số đối
xứng (hay DSL một cặp dây)
SNR
Signal to Noise Ratio
Tỷ số công suất tín hiệu trên
nhiễu
TCM
- Trellis Coded Modulation
- Time Compression
Multiplexing
Điều chế mã lưới
Hợp kênh nén thời gian
UADSL
Universal ADSL
ADSL toàn cầu

UAWG
Universal ADSL Work Group
Nhóm làm việc ADSL toàn cầu
UPBO
Upstream Power Back off
Giảm công suất hướng lên
VDSL
Very high bit rate Digital
Subscriber Line
Đường dây thuê bao số tốc độ
cực cao
WPSMP
Weighted Power Sum
Minimum Problem
Tối thiểu hoá tổng công suất có
trọng số
xDSL
x-type Digital Subscriber Line
Các kiểu đường dây thuê bao
số
ZFE
Zero – Forcing Equalizer
Bộ làm bằng ép về 0

9
MỞ ĐẦU
Công nghệ đường dây thuê bao số DSL cho phép truyền thông tin số với
tốc độ cao trên các đường dây thuê bao điện thoại thông thường. Điều này
được thực hiện thông qua các công nghệ truyền dẫn số phức tạp, các công
nghệ này sẽ bù cho những mất mát, suy hao thông thường của đường điện
thoại. Các công nghệ truyền dẫn số sử dụng các thuật toán phức tạp, hiện nay
đã được áp dụng trong thực tế, nhờ vào sự phát triển khả năng xử lý mạnh mẽ
của các bộ xử lý tín hiệu số dựa trên các mạch điện tử tích hợp mức độ cao.
DSL sử dụng công nghệ truyền dẫn đa kênh, chia toàn bộ dải thông
truyền dẫn thành các kênh truyền con độc lập nhau, phương pháp này không
những có thể hạn chế đáng kể nhiễu xuyên ký hiệu ISI mà còn áp dụng được
các phương pháp xử lý số hiện đại để nâng cao tốc độ truyền dẫn và giảm tối
thiểu thời gian trễ trong xử lý. Các kênh truyền con này được cấp phát số
lượng bit thích hợp tùy theo tiêu chí cung cấp dịch vụ, là thích nghi tốc độ
truyền (RA) hay thích nghi dự phòng (MA), và giá trị SNR của từng kênh
con. Tuy nhiên, do các bó cáp có thể bao gồm hàng trăm đường dây thuê bao
được bó lại với nhau. Bởi chúng ở rất gần nhau nên các dây này tạo ra điện từ
trường can nhiễu với các đường dây khác, vì vậy sẽ gây ra nhiễu xuyên âm.
Do sự suy giảm trong đường dây khác nhau, xuyên âm được gây ra bởi đường
dây gần có thể lấn áp tín hiệu dữ liệu trong đường dây xa. Do vậy hiệu suất
hướng lên của mạch dài bị ảnh hưởng một cảch rõ rệt bởi đường truyền
hướng lên của mạch ngắn. Để giải quyết vấn đề này, mạch ngắn cần phải
giảm PSD hướng lên vì vậy sẽ không gây ra can nhiễu quá thể lên mạch dài
hơn. Việc giảm mật độ phổ công suất hướng lên này được gọi là UPBO. Giải
pháp cho vấn đề UPBO này đã và đang được nghiên cứu rất nhiều trong các
chuẩn về DSL, một số phương pháp được sử dụng như phương pháp tần số
tham chiếu, phương pháp chiều dài tham chiếu, phương pháp làm bằng

10
FEXT, phương pháp nhiễu tham chiếu … Tuy nhiên các phương pháp này
cần một tác nhân điều khiển trung tâm. Điều này sẽ khó thực hiện khi các
đường dây trong một bó cáp thuộc về các nhà cung cấp khác nhau. Giải pháp
khác tối ưu hơn được Yu đưa ra đó là điều khiển công suất theo thuật toán đổ
nước Water – Filling. Thuật toán này không những cho một kết quả phân bố
công suất tối ưu giữa các người dùng mà còn phân bố năng lượng trên toàn bộ
dải thông truyền dẫn.
Luận văn này tóm lược tới vấn đề cấp phát bit cho các kênh truyền con
theo hai tiêu chí cung cấp dịch vụ là thích nghi tốc độ truyền và thích nghi dự
phòng. Những thuật toán thực hiện việc cấp phát bit được trình bày và mô
phỏng bao gồm thuật toán đổ nước, thuật toán của Chow. Đồng thời luận văn
cũng nghiên cứu các giải pháp UPBO và thuật toán điều khiển công suất kết
hợp với phân bố bít dựa trên thuật toán đổ nước water – filling dựa trên các
kết quả mô phỏng.
Nội dung trình bày trong luận văn như sau:
 Chương 1: Trình bày tổng quan về các công nghệ truyền dẫn trên
đường dây thuê bao số. Giới thiệu các loại DSL hiện đang sử dụng
trong truyền thông.
 Chương 2: Trình bày về nhiễu xuyên ký hiệu ISI và các bộ làm
bằng. Trình bày về hệ thống truyền dẫn đa gồm kỹ thuật điều chế
vectơ và đặc biệt là kỹ thuật DMT, dung năng kênh. Giới thiệu về
các thuật toán cấp phát bit cho các kênh truyền con của hệ thống
truyền thông đa kênh theo các tiêu chí hệ thống là RA và MA. Các
thuật toán đó là thuật toán đổ nước, thuật toán của Chow
 Chương 3: Trình bày về nhiễu xuyên âm và vấn đề UPBO trong
hệ thống DSL. Trình bày các giải pháp cho vấn đề UPBO gồm
phương pháp tần số tham chiếu, chiều dài tham chiếu, nhiễu tham

11
chiếu. Trình bày thuật toán điều khiển công suất kết hợp với phân
bố bít dựa trên thuật toán đổ nước water – filling, đồng thời luận
văn cũng giới thiệu thuật toán điều khiển công suất dựa trên thuật
toán phân bố bít rời rạc đa người dùng.
 Chương 4: Trình bày kết quả mô phỏng hệ thống truyền thông đa
kênh dùng kỹ thuật DMT, các kết quả phân bố bít theo các thuật
toán đã trình bày trong chương 2. Đồng thời luận văn cũng trình
bày kết quả mô phỏng thuật toán UPBO theo phương pháp tần số
tham chiếu và thuật toán điều khiển công suất kết hợp với phân bố
bít dựa trên thuật toán đổ nước water – filling.
 Kết luận: Tóm tắt kết quả đạt được của luận văn và đề xuất hướng
nghiên cứu trong thời gian tới.
 Phụ lục: Giới thiệu chương trình nguồn mô phỏng các kết quả
trong chương 4, được viết bằng Matlab 7.0.
Trong thời gian thực hiện luận văn này, tôi đã được sự hỗ trợ, khuyến
khích và động viên của rất nhiều người, đó là gia đình tôi, các thầy cô, bạn
học và đồng nghiệp. Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy
PGS. TS. Nguyễn Viết Kính, người đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành bản
luận văn này. Thầy cũng là người có nhiều ý kiến chân thành và quý báu
trong quá trình tiếp cận và giải quyết vấn đề. Gia đình tôi, bố mẹ và các anh
chị em, đã luôn khuyến khích, động viên và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn
thành tốt khóa học và luận văn này. Tôi xin dành tặng luận văn này cho gia
đình thân yêu của tôi. Nhân đây, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn các thầy cô tại
Trường ĐH Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội, những người đã trang bị cho tôi
kiến thức trong suốt bốn năm học Đại học và hai năm học Cao học. Và tôi
cũng xin gửi lời cảm ơn tới các bạn học và đồng nghiệp, đã khuyến khích,
động viên và giúp đỡ tôi rất nhiều để tôi có thể hoàn thành tốt công việc.

12
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN
TRÊN ĐƯỜNG DÂY THUÊ BAO SỐ
1.1 Công nghệ truyền dẫn đường dây thuê bao số
Thuật ngữ DSL đề cập tới tất cả các kiểu công nghệ đường dây thuê bao
số, bao gồm ADSL, HDSL, ISDN tốc độ cơ bản, VDSL và IDSL. Thuật ngữ
xDSL cũng được sử dụng trong ngành công nghệ khi đề cập tới các kiểu DSL.
Công nghệ DSL đã đưa vào một sự thay đổi mới mẻ vào lợi ích của các
đường dây điện thoại. Các đường dây điện thoại, ban đầu đã được xây dựng
chỉ để mang một tín hiệu thoại đơn với một kênh băng thông 3,4 KHz, bây
giờ có thể truyền gần 100 tín hiệu thoại đã nén, hoặc tín hiệu video có chất
lượng tương đương như truyền hình. Việc truyền dẫn tín hiệu số tốc độ cao
trên đường dây điện thoại đòi hỏi khả năng xử lý tín hiệu tiên tiến nhằm khắc
phục những mất mát khi truyền dẫn gây ra do suy hao tín hiệu, nhiễu xuyên
âm từ tín hiệu hiện có trên dây khác trong cùng một cáp, phản xạ tín hiệu, can
nhiễu tần số vô tuyến và nhiễu xung.
Cơ sở hạ tầng dùng cặp dây xoắn được nối tới mọi nhà và mọi địa điểm
trên toàn thế giới, nhưng DSL cũng có những hạn chế. Khoảng 15% các
đường dây điện thoại trên toàn thế giới sẽ phải thay thế để có thể cho phép
vận hành DSL tốc độ cao [14].

Hình 1.1 : Mô hình tham chiếu DSL


13
Điểm khác nhau căn bản giữa các modem băng tần thoại và DSL đó là
các modem băng tần thoại vận hành qua một kết nối giữa hai đầu cuối của
PSTN, trong khi đó, DSL vận hành qua mạch vòng nội hạt, xem hình 1.1 và
hình 1.2.

Hình 1.2: Mô hình tham chiếu modem băng tần thoại
Đường truyền dẫn của modem băng tần thoại có thể bao gồm mạch vòng
nội hạt dùng cho người dùng A, tổng đài nội hạt, một đường trung kế có thể
kéo dài tới hàng nghìn kilômét, một tổng đài nội hạt khác - phục vụ cho khách
hàng khác, và cuối cùng là mạch vòng nội hạt dùng cho người dùng B. Trái
lại, đường truyền dẫn DSL chỉ bao gồm mạch vòng nội hạt từ vị trí người
dùng đến tổng đài nội hạt gần nhất.
Một khác biệt quan trọng nữa giữa modem băng tần thoại và DSL đó là
DSL giữ thông tin trong miền số tại mọi vị trí trên đường truyền từ một đầu
cuối của người dùng đến một đầu cuối của người dùng khác. Trái lại, modem
băng tần thoại gửi thông tin qua mạng PSTN dưới dạng biểu diễn tương tự
cho các thông tin số của người dùng. Với DSL tín hiệu được phát lại dưới
dạng số tại mỗi bước xuyên qua mạng công cộng, nhờ đó, những hư hỏng
tương tự không bị tích lũy sau mỗi bước. Mặc dù, thông tin truyền qua mạng
bao gồm nhiều phần tử, việc truyền dẫn DSL chỉ nhằm xác định phần mạch
vòng nội hạt.
Đường trung kế kết nối trực tiếp giữa các tổng đài hoặc kết nối thông
qua các tổng đài chuyển tiếp trung gian. Các đường trung kế thường là các hệ


14
thống truyền dẫn cáp quang số tốc độ cao, phục vụ truyền thông tin từ nhiều
khách hàng.
Đối với những khách hàng phục vụ qua hệ thống DLC, hoặc các hệ
thống đầu cuối từ xa khác, DSL mở rộng từ vị trí của khách hàng tới vị trí của
DLC. DLC và các thế hệ DLC tiếp theo được sử dụng để phục vụ những
khách hàng ở quá xa để có thể cung cấp dịch vụ một cách kinh tế thông qua
mạch vòng dùng cáp đồng kết nối trực tiếp vào tổng đài nội hạt. Các hệ thống
DLC ghép kênh từ 20 tới 2000 khách hàng vào một đường trung kế tới tổng
đài trung tâm. Thông thường, các trung kế DLC dùng cáp quang, trong một

vài trường hợp các hệ thống DLC nhỏ sẽ sử dụng HDSL hoặc đường T1.
DSL bao gồm một đường cáp đồng trực tiếp từ vị trí khách hàng tới vị trí
của thiết bị mạng chủ động gần nhất. Có một ngoại lệ là các bộ lặp trung gian,
thiết bị này nhằm mở rộng khoảng cách phục vụ của DSL nhờ đặt vào chính
giữa mạch vòng nội hạt một bộ phát lặp. Bộ phát lặp DSL được cấp nguồn từ
bộ nguồn một chiều của tổng đài trung tâm trên cùng cáp đồng đã dùng để
truyền dữ liệu. Các bộ lặp DSL trung gian thường được đặt trong hộp thiết bị
không thấm nước, mỗi hộp này chứa từ 4 tới 20 bộ lặp. Giá thành của các bộ
lặp DSL khá nhỏ khi so với giá của các hộp thiết bị và nhân công để kết nối.
Modem băng tần thoại được thiết kế để vận hành được trên những hạn
chế kết hợp của mạch vòng nội hạt tại cả hai đầu cuối mạng và của tổng đài
nội hạt. Tổng đài nội hạt thường chứa các bộ mã hóa / giải mã PCM, thiết bị
này chuyển đổi các tín hiệu tương tự trên mạch vòng nội hạt thành tín hiệu số
tốc độ 64 Kb/s (gọi là DS0) để chuyển qua các đường trung kế. Đường truyền
dẫn này được định rõ để cung cấp dải tần số từ 200 Hz tới 3,4 KHz. DSL
được thiết kế để chỉ hoạt động trên những hạn chế của chỉ một mạch vòng nội
hạt. Các mạch vòng thuê bao tiêu biểu có băng tần vài trăm KHz. Vì thế, hiệu
năng tiềm tàng của DSL có thể vượt các modem gấp 100 lần hoặc hơn nữa.


15
Tuy nhiên, các modem vẫn có một ưu điểm quan trọng là các thiết bị này có
thể vận hành trên bất cứ một kết nối điện thoại nào tới bất cứ đâu trên thế
giới. Ngoài ra, DSL cũng vay mượn rất nhiều các công nghệ truyền dẫn đã
được ứng dụng cho modem băng tần thoại.
1.2 Các loại đường dây thuê bao số
Khi năng lực xử lý của các bộ xử lý tín hiệu số tăng lên thì tốc độ bit của
DSL cũng tăng theo. Công nghệ DSL ban đầu có tốc độ 144 Kb/s của ISDN
tốc độ cơ bản, sau đó tăng lên 1,5 Mb/s và 2 Mb/s của phiên bản HDSL, rồi
đến 7 Mb/s của ADSL và bây giờ là 52 Mb/s đối với VDSL [14,4,1] .

1.2.1 Các thế hệ trước của đường dây thuê bao số
Có thể coi các đường trung kế T1, E1 và DDS là các DSL đầu tiên. Mặc
dù, các hệ thống truyền dẫn dùng T1 (có tốc độ 1,544Mb/s, dùng mã AMI, chỉ
được sử dụng ở Bắc Mỹ) và E1 (có tốc độ 2,048 Mb/s, dùng mã HDB3) ban
đầu được dùng làm đường trung kế giữa các tổng đài trung tâm, nhưng sau đó
chúng đã cho thấy ích lợi khi dùng làm các đường kết nối tốc độ cao từ tổng
đài trung tâm đến các vị trí của khách hàng. T1 được AT&T sử dụng lần đầu
tiên vào năm 1962. Ngày nay, các đường trung kế kết nối giữa các tổng đài
trung tâm hoàn toàn dựa trên cáp quang và viba. Các đường T1/E1 hiện nay
không còn được sử dụng đúng như chức năng ban đầu của chúng. Mặc dù vẫn
được sử dụng làm các đường thuê bao nhưng chúng có những hạn chế. Chúng
có giá thành đắt và mất nhiều thời gian để cài đặt và thường được tách riêng
thành nhóm các bó dây khác biệt so với các hệ thống truyền dẫn khác. Nhằm
làm giảm xuyên âm đầu gần giữa hai hướng truyền, người ta sử dụng một bó
cáp chỉ mang các cặp cáp T1 đi ra và một bó cáp khác chỉ mang các cặp cáp
T1 đi vào. Các đường T1 được thiết kế với suy hao đường tối đa là 15 dB với
chiều dài cáp từ 600 đến 1000 mét tại tần số 772 KHz trên cung đoạn từ tổng


16
đài trung tâm đến bộ lặp đầu tiên, trên cung đoạn giữa các bộ lặp có suy hao
tối đa tới 36 dB (khoảng cách từ 1000 đến 2000 mét), còn trên cung đoạn từ
bộ lặp cuối cùng tới thiết bị của khách hàng thì suy hao tối đa là 22,5 dB.
Trên đường T1 đòi hỏi phải không có các đầu nối và cuộn tải. Với các khoảng
cách xa, người ta sử dụng các bộ lặp.
Mã đường AMI, được sử dụng cho truyền dẫn trên các đường T1, rất
đơn giản khi thực hiện nhưng không còn hiệu quả với các chuẩn ngày nay.
AMI gửi một bit trên một ký hiệu. Việc truyền dẫn trên đường T1 sử dụng
công suất tín hiệu truyền cao, mà điều này dẫn đến mức xuyên âm cao trong
dải tần số 100 KHz đến 2 MHz. Các đường DSL khác có sử dụng cùng dải

tần số có thể bị ảnh hưởng nếu được đặt cùng một bó cáp với đường T1.
Trong một số trường hợp đặc biệt, xuyên âm gây ra do đường T1 có thể ảnh
hưởng đến cả các đường dây đặt trong bó cáp khác.
1.2.2 Mạng số đa dịch vụ tích hợp tốc độ cơ bản
1.2.2.1 Nguồn gốc của ISDN tốc độ cơ bản
Chúng ta xem ISDN tốc độ cơ bản là thành viên đầu tiên trong gia đình
DSL [14] . ISDN đã được hình thành bắt đầu từ năm 1976 và đã được định
hình rõ ràng trong các Khuyến nghị của tổ chức CCITT (nay được gọi là
ITU). Tham vọng của những người phát triển là mong đợi ISDN sẽ trở thành
một mạng đồng nhất trên toàn thế giới phục vụ cho cả truyền thông dữ liệu và
điện thoại. Sự phát triển trong truyền dẫn ISDN bao gồm chuyển mạch, báo
hiệu và hệ thống vận hành. Nỗ lực để phát triển ISDN đã trải qua hàng thập
kỷ với sự đóng góp công sức của hàng nghìn người đến từ hàng trăm công ty
khác nhau tại hơn 20 quốc gia trên toàn thế giới. ISDN đã tập trung vào phục
vụ các dịch vụ thoại và dịch vụ dữ liệu dùng chuyển mạch gói tốc độ thấp. Và
chính sự tập trung vào các dịch vụ này lại là điểm yếu chính của ISDN. Các


17
mạng ISDN khó phù hợp cho dịch vụ chuyển mạch gói tốc độ cao và các
phiên hoạt động có thời gian dài, đặc tính khi truy nhập internet. Tuy nhiên,
cũng có hàng triệu khách hàng hài lòng về ISDN.
Dịch vụ ISDN được thử nghiệm đầu tiên vào năm 1985. Dịch vụ ISDN
đầu tiên được cung cấp tại Bắc Mỹ là của AT&T – Illinois Bell (bây giờ được
gọi là Ameritech) tại Oakbrock, bang Illinois vào năm 1986. Các hệ thống thử
nghiệm đầu tiên sử dụng giao diện tốc độ cơ bản (BRI) ứng dụng công nghệ
truyền dẫn TCM (ping-pong) hoặc dùng mã AMI. Mặc dù, các hệ thống này
rất đơn giản khi thực hiện, nhưng truyền dẫn 2B1Q đã được chọn là chuẩn
công nghệ truyền dẫn cho gần như toàn bộ thế giới. Chỉ có Liên bang Đức và
Áo là sử dụng truyền dẫn 4B3T và Nhật Bản sử dụng phương pháp truyền dẫn

AMI ping-pong. Khoảng cách tối đa của các mạch vòng trong các hệ thống sử
dụng truyền dẫn 2B1Q và 4B3T lớn hơn so với các hệ thống theo các chuẩn
ra đời trước.
1.2.2.2 Khả năng và ứng dụng của ISDN tốc độ cơ bản
Các đường BRI có thể truyền thông tin số đối xứng với tốc độ 160 Kb/s
trên các mạch vòng có khoảng cách tối đa lên tới 5,5 km hoặc suy hao tối đa
là 42 dB tại tần số 40 KHz. Các đường BRI gồm hai kênh B tốc độ 64 Kb/s,
một kênh D tốc độ 16 Kb/s và 16 Kb/s dùng để truyền thông tin định khung và
điều khiển đường. Các kênh B có thể được chuyển mạch kênh hoặc chuyển
mạch gói. Kênh D mang thông tin báo hiệu và các gói dữ liệu người dùng.
Một kênh hoạt động theo kiểu nhúng (eoc) và các bit chỉ báo được chứa trong
8 Kb/s mào đầu. Kênh eoc chuyển các bản tin phục vụ cho chuẩn đoán đường
truyền và các bộ thu phát. Các bit chỉ báo nhận biết các lỗi khối dữ liệu, thực
hiện đo hiệu năng truyền dẫn.


18
1.2.2.3 Truyền dẫn ISDN tốc độ cơ bản
BRI điều chế dữ liệu sử dụng một xung bốn mức để đại diện cho hai bit
nhị phân, vì thế được gọi là 2B1Q. Dữ liệu được gửi theo cả hai hướng đồng
thời bằng cách sử dụng truyền dẫn lai có khử tiếng vọng (ECH). Kỹ thuật
truyền dẫn băng gốc 2B1T đơn giản gửi dữ liệu với tốc độ 160 Kb/s sử dụng
băng thông rộng 80 KHz, hiệu suất phổ là 2 b/s đối với mỗi Hz. Việc làm
bằng thích nghi sẽ tự động bổ sung cho suy hao xảy ra trên cả dải truyền dẫn.
BRI có thể làm việc trên các mạch có các đầu nối, cho phép suy hao tổng
cộng thấp hơn 42 dB ở tần số 40 KHz. Các mạch vòng phải không có tải.
1.2.2.4 ISDN tốc độ cơ bản mở rộng tầm phục vụ
Các mạch vòng có thể đạt khoảng cách tới 5,5 km từ tổng đài trung tâm,
nhờ sử dụng các phương pháp thay thế: BRITE, bộ lặp trung gian và BRI mở
rộng.

 BRITE
Mở rộng truyền dẫn ISDN tốc độ cơ bản (BRITE) sử dụng nhiều nhánh
kênh số và các bộ DLC là phương tiện để mở rộng ISDN đến các khu vực
được phục vụ bằng những nhánh kênh số trên. Các đơn vị kênh ISDN đặc biệt
sử dụng ba đường DS0 trong nhánh kênh để truyền BRI. Do các đơn vị kênh
bổ sung thêm đã làm cho cấu hình BRITE có giá thành đường kênh tương đối
cao. Tuy nhiên, khi sử dụng thiết bị SLC hoặc nhánh kênh có sẵn, thì giá
thành để triển khai hệ thống thấp của BRITE là lý tưởng để phục vụ cho một
số lượng đường truyền rất nhỏ tại một vùng xa tổng đài.
 Bộ lặp trung gian
Kích thước của mạch vòng có thể tăng gần gấp đôi khi đặt một bộ lặp
vào giữa vòng. Khi bộ lặp là kết hợp của NT và LT, mạch vòng được chia
thành cặp DSL nối tiếp nhau. Từng vòng có thể chịu suy hao tới 40 dB tại tần


19
số 40 KHz, tương ứng với khoảng cách tổng cộng của cả hai vòng lên xấp xỉ
9 km (2 x 4,5km). Khi bộ phát lặp không nằm chính xác tại điểm giữa của
vòng thì kích thước của vòng có bộ lặp đạt được có thể hơi nhỏ hơn hai lần
kích thước của vòng không có bộ lặp. Các cuộn tải phải được loại bỏ khỏi
vòng để BRI hoạt động, có thể có hoặc không có các bộ lặp. Nguyên nhân là
khi có cuộn tải trên mạch vòng, dải tần số nằm bên trên băng tần thoại chịu
suy hao rất lớn, gây ảnh hưởng mạnh đến vùng băng tần cao của ISDN cũng
như các DSL khác.
Các bộ lặp trung gian được cấp nguồn một chiều (khoảng -130V DC), từ
mạch cấp nguồn của tổng đài trung tâm. Đối với các khoảng cách xa hơn,
người ta sử dụng một bộ lặp thứ hai. Cấu hình hai bộ lặp ít được sử dụng do
tính phức tạp trong việc cấp nguồn và quản trị.
Cấu hình có bộ lặp và BRITE có trễ truyền tín hiệu (trễ 2,5 ms một
chiều) gấp hai lần so với cấu hình DSL trực tiếp (trễ 1,25 ms).

 BRI mở rộng
Các kỹ thuật truyền dẫn có nhiều tiến bộ kể từ khi ra đời chuẩn BRI
(ANSI T1.601). Các kỹ thuật này, như mã lưới, cho phép truyền tốc độ tới
160Kb/s trên mạch kích thước tới 8,5 Km mà không cần sử dụng bộ lặp trung
gian. Nhằm đảm bảo tính tương thích ngược, các hệ thống BRI mở rộng đưa
giao diện chuẩn ANSI T1.601 với LT tại chuyển mạch tổng đài trung tâm và
thiết bị NT1 của khách hàng. Thông thường, một khối chuyển đổi được đặt
trong khoang thiết bị hỗn hợp trong tổng đài trung tâm, và khối chuyển đổi
còn lại được đặt trong một thiết bị kèm theo đặt tại phía khách hàng. Tuy
nhiên, việc đặt khối chuyển đổi xa tại một địa điểm trung gian có thể mở rộng
thêm kích thước vòng. Kết quả là kích thước vòng có thể lên tới gần 12,9 Km
(4,4 + 8,5 Km). Hơn nữa, bộ chuyển đổi phía mạng cũng có thể đặt ở xa nếu
nguồn cung cấp có sẵn tại vị trí đó.


20
1.2.2.5 DAML, chuyển đổi kênh B / kênh thoại tương tự
Các bộ truyền nhận BRI cũng được sử dụng cho các ứng dụng không
phải của ISDN, đáng chú ý nhất là DAML. Các hệ thống DAML cho phép
một mạch vòng mang hai kênh điện thoại. Các bộ CODEC tại mỗi đầu của hệ
thống DAML sẽ thực hiện chuyển đổi một kênh B của BRI tốc độ 64 Kb/s
sang giao diện kênh thoại tương tự. Vì thế, giao diện kênh thoại truyền thống
được cung cấp cho tổng đài trung tâm và điện thoại của khách hàng. Các hệ
thống DAML được sử dụng để cung cấp dịch vụ điện thoại bổ sung tới các vị
trí nằm trong vùng có một vài cặp dây dự phòng giữa tổng đài trung tâm và
các khách hàng. Khối DAML ở phía khách hàng thường được cấp nguồn từ
bộ cấp nguồn của tổng đài thông qua mạch vòng. Các hệ thống DAML sử
dụng công nghệ BRI có kích thước vòng tối đa là 5,5 Km. Các hệ thống
DAML dựa trên HDSL có thể truyền nhiều hơn hai kênh thoại trên chỉ một
cặp dây.

1.2.2.6 IDSL
Một ứng dụng không phải ISDN khác của bộ truyền nhận BRI là IDSL
(ISDN DSL). Các kênh đối xứng BRI (kênh tốc độ 128 Kb/s hoặc 144 Kb/s)
được ghép lại thành một kênh để truyền dữ liệu gói giữa bộ định tuyến và
máy tính của khách hàng. Phần lớn các dạng của IDSL đều làm việc được với
NT ISDN thông thường ở phía khách hàng. Vì thế, với IDSL, tổng đài nội hạt
ISDN được thay thế bằng bộ định tuyến dữ liệu gói. Cấu hình này được sử
dụng để truy nhập internet.
1.2.3 Đường dây thuê bao số tốc độ cao
1.2.3.1 Nguồn gốc của HDSL
Khái niệm ban đầu về định nghĩa của HDSL xuất hiện vào cuối năm
1986 tại phòng thí nghiệm Bell của AT&T và Bellcore [14,4,16]. Các thiết kế


21
của bộ truyền nhận HDSL đã mở rộng về quy mô của các thiết kế ISDN tốc
độ cơ bản. Các hệ thống HDSL được tạo trong phòng thí nghiệm đã xuất hiện
vào năm 1989. Hệ thống HDSL đầu tiên được đưa vào cung cấp dịch vụ vào
năm 1992, của Bell Canada, sử dụng các thiết bị do Tellabs Operations Inc, ở
Lisie, bang Illinois sản xuất. Gần đây, mọi công ty điện thoại lớn trên thế giới
đều sử dụng HDSL. Năm 1997, có khoảng 450.000 đường HDSL đang cung
cấp dịch vụ trên toàn thế giới, với xấp xỉ 350.000 đường nằm tại Bắc Mỹ.
Việc triển khai HDSL tăng hơn 150.000 đường mỗi năm. Vào tháng 10 năm
1998, ITU phê chuẩn Khuyến nghị G.991.1 [5] cho thế hệ HDSL đầu tiên.
Khuyến nghị này dựa rất sát vào Đặc điểm kỹ thuật do ETSI đưa ra mang ký
hiệu TM-03036. ITU đã bắt đầu làm việc với các khuyến nghị HDSL thế hệ
thứ hai (HDSL2) và khuyến nghị này được gọi là G.991.2.
Nhu cầu về HDSL trở nên rõ ràng khi các hệ thống truyền dẫn sử dụng
đường T1 và E1 không còn được sử dụng làm các đường trung kế nối giữa
các tổng đài và thấy sự tăng trưởng nhanh chóng của các đường dùng riêng từ

tổng đài trung tâm tới khách hàng. Các hệ thống truyền dẫn E1 và T1 vận
hành trên các đường dây thoại hiện có, nhưng với giá thành rất lớn do công
nghệ, điều kiện mạch vòng đặc biệt (phải loại bỏ các đầu nối và cuộn tải trên
mạch) và việc ghép nối các hộp thiết bị để giữ các bộ lặp, khoảng 900 m đến
1.500 m phải đặt một bộ lặp. Các phương thức truyền dẫn sử dụng cho các
đường E1 và T1 dùng mức công suất tín hiệu truyền cao tại khoảng tần số từ
100 KHz đến trên 2 MHz. Chính vì điều này, đòi hỏi phải tách riêng các
đường E1/T1 vào các nhóm bó cáp khỏi các dịch vụ khác. Thêm nữa, phải chi
phí rất nhiều cho việc lắp đặt và bảo trì hệ thống. Thời gian lắp đặt các đường
T1/E1 khá dài, kể từ khi có yêu cầu dịch vụ đến khi dịch vụ đi vào hoạt động.
Nhu cầu đòi hỏi là hệ thống phải là một hệ thống truyền dẫn cắm là chạy, cho


22
phép cung cấp nhanh chóng và dễ dàng truyền dẫn tốc độ 1,5 Mb/s và 2 Mb/s
trên phần lớn các đường thuê bao. Vì thế, HDSL xuất hiện.
Lợi ích của HDSL là rất lớn nhờ loại bỏ các bộ lặp trung gian. Mỗi vị trí
đặt bộ lặp phải tùy biến theo yêu cầu khách hàng để đảm bảo mỗi cung đường
vẫn duy trì trong giới hạn suy hao của tín hiệu. Các tín hiệu được lặp có thể
gây ra xuyên âm mạnh, vì thế điều quan tâm đặc biệt trong thiết kế là tránh
xuyên âm quá mức sang các hệ thống truyền dẫn khác. Các bộ lặp được cấp
nguồn qua đường dây, điều này đòi hỏi một đường dây đặc biệt dùng cho cấp
nguồn từ tổng đài trung tâm. Phần lớn công suất cung cấp từ bộ cấp nguồn
của tổng đài trung tâm bị mất mát do trở kháng mạch vòng và sự không hiệu
quả của việc cấp nguồn.
HDSL cũng ưu tiên sử dụng hơn các đường T1 truyền thống bởi vì
HDSL cung cấp các đặc trưng chuẩn đoán (bao gồm việc đo SNR). HDSL tạo
ra xuyên âm nhỏ hơn sang các hệ thống truyền dẫn khác bởi vì các tín hiệu
mang của HDSL dùng băng thông hẹp hơn khi so với sóng mang T1 truyền
thống.

1.2.3.2 Khả năng và ứng dụng của HDSL
HDSL cung cấp truyền dẫn hai chiều tốc độ 1,544 Mb/s và 2,048 Mb/s
qua đường dây điện thoại với chiều dài lên tới 3,7 Km sử dụng cặp cáp xoắn
đường kính 0,5 mm mà không cần bộ lặp trung gian. Khoảng cách có thể tăng
gần gấp đôi nếu có sử dụng một bộ lặp trung gian. Có hơn 95% các đường
HDSL không sử dụng bộ lặp. HDSL không đòi hỏi phải có điều hòa đường
dây hay phân tách nhóm cáp. HDSL cung cấp truyền dẫn tin cậy trên tất cả
các đường trong vùng phục vụ với một tỷ lệ lỗi bit điển hình từ 10
-9
đến 10
-10
.
Các hệ thống HDSL tốc độ DS1 (1,544Mb/s) sử dụng hai cặp dây, trong đó,
mỗi cặp truyền tải tốc độ 768 Kb/s cho tải tin (mạng 768 Kb/s) trên cả hai
hướng. Vì thế, thuật ngữ song công kép được dùng để mô tả truyền dẫn


23
HDSL. Các hệ thống HDSL tốc độ E1 (2,048 Mb/s) có thể tùy chọn sử dụng
hai hoặc ba cặp dây, trong đó, mỗi cặp dây đều dùng truyền dẫn song công.
HDSL dùng ba cặp dây, tốc độ 2,048 Mb/s, sử dụng cùng các bộ truyền nhận
784 Kb/s như của hệ thống 1,544 Mb/s. Các vòng HDSL có thể có các đầu
nối, nhưng không được dùng cuộn tải.
Mặc dù, những mô tả ban đầu về HDSL là “công nghệ không bộ lặp”,
các bộ lặp HDSL thường sử dụng cho các đường có khoảng cách vượt quá
khoảng cách của các đường HDSL không dùng bộ lặp từ 2,75 km đến 3,7 km.
Đối với các đường dây đường kính 0,5 mm, khoảng cách có thể đạt tới 7,3 km
với một bộ lặp được sử dụng và tới 11 km khi sử dụng hai bộ lặp. Khoảng
cách thực tế có thể nhỏ hơn khi không thể đặt được bộ lặp ở chính xác điểm
giữa. Các hệ thống HDSL sử dụng hai bộ lặp cấp nguồn cho bộ lặp thứ nhất

qua dây nguồn từ tổng đài trung tâm và bộ lặp thứ hai được cấp nguồn từ phía
khách hàng. Việc cấp nguồn từ phía khách hàng có nhiều hạn chế trong việc
duy trì, bảo dưỡng và quản trị. Hiện nay, các bộ truyền nhận tiêu thụ ít công
suất hơn, vì thế, cho phép thực hiện việc cấp nguồn cho cả hai bộ lặp chuyển
tiếp HDSL từ nguồn của tổng đài trung tâm.
Các đường thuê bao riêng tốc độ sơ cấp (1,544 Mb/s hoặc 2,048 Mb/s)
từ người dùng tới mạng là ứng dụng chủ đạo của HDSL. HDSL là phương
tiện phổ dụng để kết nối các tổng đài mạng dùng riêng (PBX) và thiết bị dữ
liệu gói/ATM với mạng công cộng. Các đường liên kết HDSL được dùng để
liên kết các trạm vô tuyến vào mạng mặt đất. HDSL cũng được sử dụng để
kết nối các trạm DLC nhỏ tới tổng đài trung tâm. Trong những năm đầu, giá
thành cao của các thiết bị HDSL đã giới hạn việc sử dụng tại các nơi không
có một vị trí kinh tế để đặt hộp thiết bị lặp. Đến cuối năm 1994, giá thành của
các thiết bị HDSL đã giảm xuống mức mà HDSL trở nên kinh tế hơn so với
các thiết bị truyền dẫn T1/E1 truyền thống khi xây dựng một hệ thống mới.