Sự phát triển của công nghệ viễn thông và sự ra đời của ADSL

KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
*****************
TIỂU LUẬN
KHÁI QUÁT VỀ ADSL
Hà Nội, 4/1/2005
Khái quát về ADSL Đoàn Trần Khôi – CĐ4-K44
Mục lục
I. Cơ sở về DSL...................................................................2
1. Sự phát triển của công nghệ viễn thông và sự ra đời của
ADSL...................................................................................3
2. Những ưu điểm của ADSL................................................4
II. ADSL..............................................................................5
1. Định nghĩa và mô hình tham chiếu..................................5
2.Truyền dẫn ADSL.............................................................6
3. Nhiễu trong ADSL............................................................9
4. Băng thông ADSL..........................................................13
5. Điều chế........................................................................15
6. FEC - Forward Error Control .........................................18
7.Tiêu chuẩn ANSI T1.143................................................19
8. Hướng phát triển và ứng dụng của ADSL......................21
III. ADSL và các công nghệ truyền dẫn khác....................24
1. ATM over ADSL..............................................................24
2. TCP over ADSL..............................................................26
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
- 2 -
Khái quát về ADSL Đoàn Trần Khôi – CĐ4-K44
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
- 3 -
Khái quát về ADSL Đoàn Trần Khôi – CĐ4-K44
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.
- 4 -
Khái quát về ADSL Đoàn Trần Khôi – CĐ4-K44
- 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
- 5 -
Khái quát về ADSL Đoàn Trần Khôi – CĐ4-K44
- Dịch vụ điện thoại phổ thông
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
- 6 -
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
Khái quát về ADSL Đoàn Trần Khôi – CĐ4-K44
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.
- 7 -
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
Băng
bảo vệ

Băng POTS
Băng phát
tốc độ thấp
Băng phát
tốc độ cao
Mức truyền
Tần sô
Khái quát về ADSL Đoàn Trần Khôi – CĐ4-K44
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.
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
- 8 -
Tần sô
Băng

bảo vệ
Băng POTS
Băng phát
tốc độ thấp
Băng phát
tốc độ cao
Mức truyền
Khái quát về ADSL Đoàn Trần Khôi – CĐ4-K44
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.
- 9 -
Khái quát về ADSL Đoàn Trần Khôi – CĐ4-K44
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.
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
- 10 -
d
)xd,f(H
1
−
Thu đầu xaThu đầu gần
Phát xuyên âm
Cặp 2
Cặp 1

NEXT
FEXT
)f(X
21
)x,f(H
1
)x,f(H
2
x
Minh hoạ xuyên âm
23
E
14
E
13
E
24
E
24
M
13
M
14
M
23
M
Đôi 1
Dây1
Đôi 1
Dây2

Đôi 2
Dây3
Đôi 2
Dây4
Mô hình phân bố liên hệ giữa các đôi dây xoắn
Khái quát về ADSL Đoàn Trần Khôi – CĐ4-K44
trưng cho tín hiệu kim loại (từ thuê bao đến tổng đài) dọc theo đôi dây
xoắn
G(S/km) C(F/km), L(H/km), /km),(R
Ω
. 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)
)f(X
21
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
- 11 -