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

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


MỤC LỤC
BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................ 4
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 8
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TRÊN ĐƯỜNG
DÂY THUÊ BAO SỐ ......................................... Error! Bookmark not defined.
1.1
Công nghệ truyền dẫn đường dây thuê bao sốError! Bookmark not
defined.
1.2

Các loại đường dây thuê bao số ....... Error! Bookmark not defined.

1.2.1 Các thế hệ trước của đường dây thuê bao sốError! Bookmark not
defined.
1.2.2 Mạng số đa dịch vụ tích hợp tốc độ cơ bảnError! Bookmark not
defined.
1.2.3 Đường dây thuê bao số tốc độ caoError! Bookmark not defined.

1.2.4 Đường dây thuê bao số bất đối xứngError! Bookmark not defined.
1.2.5 Đường dây thuê bao số tốc độ cực caoError! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 2 – NHIỄU XUYÊN KÝ HIỆU, LÀM BẰNG VÀ DMT ...... Error!
Bookmark not defined.
2.1
Nhiễu xuyên ký hiệu ISI ................... Error! Bookmark not defined.
2.2

Bộ làm bằng ...................................... Error! Bookmark not defined.

2.3

Truyền dẫn đa kênh ......................... Error! Bookmark not defined.

2.3.1 Điều chế vector ........................... Error! Bookmark not defined.
2.3.2 Điều chế DMT ............................ Error! Bookmark not defined.
2.3.3 Dung năng kênh nhiễu Gauss trắng cộng tínhError! Bookmark not
defined.
2.3.4 Dung năng đa kênh ..................... Error! Bookmark not defined.


2.4

Các thuật toán cấp phát bít .............. Error! Bookmark not defined.

2.4.1 Khái niệm về cấp phát bit cho kênh truyền thôngError! Bookmark
not defined.
2.4.2 Thuật toán đổ nước ..................... Error! Bookmark not defined.
2.4.3 Các thuật toán của Chow ............ Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 3 - PHÂN BỐ BÍT VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT ĐA NGƯỜI

DÙNG ................................................................. Error! Bookmark not defined.
3.1
Xuyên âm trong hệ thống DSL đa người dùng.Error! Bookmark not
defined.
3.2

Cân bằng Nash. ................................. Error! Bookmark not defined.

3.3

Thuật toán điều khiển công suất dựa trên thuật toán water - filling

lặp

Error! Bookmark not defined.

3.4

Thuật toán điều khiển công suất dựa trên thuật toán phân bố bit đa

người dùng. .................................................... Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 4 - KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ............. Error! Bookmark not defined.
4.1

Kết quả mô phỏng thuật toán điều khiển công suất theo phương

pháp tần số tham chiếu trên hệ VDSL: ....... Error! Bookmark not defined.
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.
Error! Bookmark not defined.
4.3

Kết quả mô phỏng hệ truyền thông ADSL và các thuật toán cấp phát

bít

Error! Bookmark not defined.

KẾT LUẬN ......................................................... Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 10
PHỤ LỤC ........................................................... Error! Bookmark not defined.


BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Tiếng Anh

2B1Q

2 Binary, 1 Quaternary

4B3T

4 Binary, 3 Ternary

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

ADSL Transmission Unit at the Central

Đơn vị truyền dẫn ADSL phía tổng đài

Office

trung tâm

ADSL Transmission Unit at the Remote

Đơn vị truyền dẫn ADSL phía khách

Side

hàng

AWGN

Additive White Gaussian Noise

Nhiễu phân bố Gauss, trắng, cộng tính

BRI

Basic Rate ISDN

ISDN tốc độ cơ bản

ATU-C

ATU-R

Tiếng Việt
Hai bit nhị phân được mã hóa bằng một
trong bốn mức biên độ
Mã đường băng gốc, mã hóa 4 bit thành
một nhóm 3 ký hiệu tam phân (+, 0, -)

BRI transmission extension

Mở rộng truyền dẫn ISDN tốc độ cơ bản

Carrierless Amplitude/Phase

Điều chế biên độ / pha không có sóng

Modulation

mang

Consumer DSL

DSL khách hàng

Consultative Committee on

Ủy ban tư vấn về điện thoại và điện báo

International Telegraph and Telephone

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

ECH

Echo-Canceled Hybrid

Lai, khử tiếng vọng

eoc

Embedded Operations Channel

Kênh hoạt động theo kiểu nhúng

BRITE

CAP

CDSL

CCITT

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

HDSL

High-bit-rate Digital Subscriber Line

Đường dây thuê bao số tốc độ cao

Second-generation High-bit-rate Digital

Đường dây thuê bao số tốc độ cao thế hệ

Subscriber Line

thứ 2

HDTV

High-definition Television

Truyền hình phân giải cao

HPF

High-pass Filter

Mạch lọc thông cao

IDFT

Inverse Discrete Fourier Transform

IDSL

ISDN Digital Subscriber Line

IFFT

Inverse Fast Fourier Transform

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

HDSL2

Khuyến nghị toàn tốc G.992.1 của ITU về
ADSL

Phép biến đổi ngược của phép biến đổi
Fourier rời rạc
Đường dây thuê bao số ISDN
Phép biến đổi ngược của phép biến đổi
Fourier nhanh


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

RSMP

Rate Sum Maximum Problem

Vấn đề tối đa hóa tổng tốc độ

SDSL

Symmetric DSL (Single-pair DSL)

SNR

Signal to Noise Ratio

Tỷ số công suất tín hiệu trên nhiễu

- Trellis Coded Modulation

Điều chế mã lưới

- Time Compression Multiplexing

Hợp kênh nén thời gian

Đường dây thuê bao số đối xứng (hay
DSL một cặp dây)

TCM


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

WPSMP

Very high bit rate Digital Subscriber
Line
Weighted Power Sum Minimum
Problem

Đường dây thuê bao số tốc độ cực cao

Tối thiểu hoá tổng công suất có trọng số

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 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


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.

Bingham J.A.C. (2000), ADSL, VDSL, and Multicarrier Modulation, John Wiley & Son Inc,
New York, pp 38-180.

2.

Chaohuang Zeng, C. Aldana, A.A. Salvekar, J. M. Cioffi (2001), “Crosstalk Identification
in xDSL Systems”, Journal on selected Areas in Communications vol. 19 no. 8, Aug. 2001,
pp 1486-1496.

3.

Edfors O, Sandell M, Beek J, Landstrom D, Sjoberg F. (1996), An introduction to
orthogonal frequency-division multiplexing, pp 30-32.

4.

Goralski W. (1998), ADSL and DSL Technologies, McGraw-Hill, New York, pp 121-213.

5.

ITU-T (1999), ”High bit rate Digital Subscriber Line (HDSL) transceivers”, ITU-T
Recommendation G.991.1, pp 11-13.

6.

ITU-T (1999), ”Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) transceivers”, ITU-T
Recommendation G.992.1, pp 18-66, 120-123.

7.

ITU-T (1999), ”Splitterless Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) transceivers”,
ITU-T Recommendation G.992.2, pp 10-45.

8.

Jacobsen K.S. (2001), “Methods of upstream power backoff on very high-speed digital
subscriber lines”, IEEE Commun. Mag., vol. 39, pp. 210-216.

9.

Lee J., Sonalkar R.V, Cioffi J.M. (2002), “A multi-user Rate and Power Control Algorithm
for VDSL”. IEEE Global Telecommunication. Conf. (GLOBECOM), pp 1264-1286.

10. Lee J., Sonalkar R.V., and Cioffi J.M. (2002), “Multi-user discrete bit-loading for DMTbased DSL systems,” in Proc. IEEE GLOBECOM, pp. 1259-1263.
11. Leke A (1999), Dynamic Bandwidth optimization for multicarrier system, PhD Thesis,
Stanford University, pp 7-27.
12. Liang C. Chu, Martin Brooke (2001), “A study on Multiuser DSL Channel Capacity with
Crosstalk Environment”, IEEE trans, on Communication vol. 38, no. 3, pp 176-179.
13. Sestok

C

(2000),

“Multicarrier

modulation

for

broadband

modems”,

IEEE

Communications Magazine, pp 1-6.
14. Starr T., Cioffi J. M., Silverman P.J. (1999), Understanding Digital Subscriber Line
Technology, Prentice Hall PTR, Upper Saddle River, pp 1-52, 85-104, 147-179, 205-235.
15. Telecommunication System Institute (TSI) – Greece, Bar Ilan University (BIU) (2004),
Analysis of Multiuser Capacities and Capacity Regions, Israel .
16. Warrier P., Kumar B. (2000), xDSL Architecture, McGraw-Hill, New York, pp 81-248.


17. Wei Yu, George Ginis, John M. Cioffi (2002), “Distributed Multiuser Power Control for
digital Subscriber Lines”, IEEE J. Select. Areas Commun, vol. 20, no. 5, pp. 1105-1115.