Các khái niệm ADSL cơ bản

Tổng quan về mạng thuê bao nội hạt Đặng Quốc Anh

1
Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ MẠNG THUÊ BAO NỘI HẠT

1.1 Sự phát triển của DSL

1.1.1 Xu hướng toàn cầu

Trong “muà đông hạt nhân” năm 2001 sau sự kiện ngày 9 tháng 11 thò trường viễn
thông đi xuống nhưng DSL vẫn phát triển mạnh và tăng 78%. DSL vào đầu năm 2002 đã
vươn lên dẫn đầu trong các phương pháp truy xuất tốc độ cao trên toàn thế giới đạt 18,7
triệu thuê (theo Point Topic) bao vượt qua mặt đối thủ truyền kiếp cable modem 15 triệu
thuê bao (theo Kinetic Strategies). Tuy nhiên, ở thò trường Bắc Mỹ thì số thuê bao DSL
vẫn còn thua xa số thuê bao cable modem. Số đường dây thuê bao số trên toàn thế giới
đã tăng 36% trong 6 tháng đầu năm 2002, từ 18,7 triệu lên đến 25,6 triệu. So ra thì đây
là sự sút giảm so với 6 tháng cuối năm 2001 khi tỷ lệ tăng trưởng đã là 78% với 8,2 triệu
đường dây mới được lắp đặt. Đây cũng là 6 tháng có tỷ lệ phát triển thấp nhất trong lòch
sử ngắn ngủi của DSL.



Hình 1.1 DSL đã tăng từ 880 000 đường dây năm 1999
lên 25,5 triệu đường dây vào cuối tháng 6 năm 2002




Hình 1.2 Phân bố DSL trên thế giới tính đến 30 tháng 6 năm 2002

Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai

2
Nhưng nhìn vào quá trình phát triển của DSL từ con số 880 000 đường dây vào
cuối năm 1999 đến 25,5 triệu đường dây vào cuối tháng 6 năm nay thì có thể thấy đó là
kết quả của thời kỳ suy thoái và khủng hoảng tài chính trong ngành viễn thông toàn thế
giới và nó không phải là dấu hiệu của sự chựng lại lâu dài của DSL. Sự phát triển chậm
lại của một vài vùng chỉ có tính thời vụ vì loại thò trường dòch vụ này có xu hướng mạnh
lên trong 6 tháng cuối năm. Hai cường quốc DSL là Hàn Quốc và Hoa Kỳ cũng ở tình
trạng chững lại theo thời vụ. Thò trường Hàn Quốc đã đạt đến trạng thái bão hoà trong khi
Hoa Kỳ đang phải đối mặt với khủng hoảng trầm trọng trong ngành viễn thông đã làm
suy thoái tài chính đáng kể cho DSL. Sự phát triển ở các quốc gia khác đáng chú ý là
Nhật Bản và hầu hết các nước Tây Âu vẫn rất mạnh mẽ. Tất cả các quốc gia ngoài Hàn
Quốc thì còn lâu mới đạt được thò trường bão hoà.

1.1.2 Các quốc gia và các vùng phát triển trên thế giới

Vùng châu Á – Thái Bình Dương vẫn là vùng phát triển DSL lớn nhất với 10,7 triệu
đường dây. Vùng Bắc Mỹ là 6,6 triệu đường dây trong khi Tây Âu đang gần lấp đầy chỗ
trống còn lại. Kế đó, vùng gây được sự chú ý là Nam và Đông Á bao gồm Trung Quốc và
Ấn Độ với tổng số 1,1 triệu đường dây. Phần còn lại của thế giới bao gồm Mỹ La Tinh,
Trung Đông và châu Phi có tổng số 800 ngàn đường dây. Tốc độ phát triển giữa các
vùng rất là ấn tượng. Bắc Mỹ đã đạt được tốc độ phát triển cao nhất vào 6 tháng cuối
năm 2000 nên đang chậm lại. Tuy nhiên, các quốc gia châu Á – Thái Bình Dương dẫn
đầu là Hàn Quốc đã trở thành đối thủ cạnh tranh với Bắc Mỹ từ cuối năm 2000 và ngày
càng phát triển nhanh hơn dù có chậm lại đôi chút trong 6 tháng đầu năm 2002. Hiện
nay đã thấy được những dấu hiệu đầu tiên cho sự cất cánh của vùng Nam và Đông Á,
đặc biệt là Trung Quốc. Sự phát triển của các vùng khác (Mỹ La Tinh, Trung Đông, châu
Phi và Đông Âu) vẫn còn đang ở giai đoạn sơ khởi. Tuy nhiên Ba Tây, Do Thái và

Estonia đã có được mức độ phát triển tương đối.


Hình 1.3 Tốc độ tăng trưởng từng vùng: tiềm năng châu Á – Thái Bình Dương
và Tây Âu vẫn mạnh mẽ nhất

Về tổng số đường dây thì Hàn Quốc vẫn dẫn đầu. Tuy nhiên, trong tương lai gần
có lẽ sẽ bò Hoa Kỳ hay cũng có thể là Nhật Bản qua mặt trong 12 tháng sắp tới. Hiện
nay, Nhật Bản, Mỹ và Đức đang phát triển nhanh hơn Hàn Quốc. Ba Tây cũng cho thấy
sự phát triển vượt bậc. Trong 10 quốc gia có tỷ lệ phát triển nhanh nhất trong 6 tháng
qua thì có đến 7 quốc gia Tây Âu khi chỉ thống kê các quốc gia có trên 100 000 đường
Tổng quan về mạng thuê bao nội hạt Đặng Quốc Anh

3
dây DSL. Nga và Mễ Tây Cơ cũng có tỷ lệ phát triển cao nhưng con số đường dây lại ở
mức thấp.

Hình 1.4 Tổng số đường dây DSL của 10 quốc gia dẫn đầu thế giới

1.1.3 Tỷ lệ phổ biến DSL

Hàn Quốc vẫn dẫn đầu thế giới về số đường dây DSL trên 100 dân. Về con số
này thì Đài Loan đã qua mặt Hương Cảng và Đan Mạch qua mặt Gia Nã Đại. Ấn tượng
nhất là Nhật Bản chỉ trong vòng 18 tháng đã đi từ chỗ gần như số không đã phát triển
nhanh chóng và lọt vào “top ten” trên thế giới về số đường dây DSL trên 100 dân.


Hình 1.5 10 quốc gia dẫn đầu về số đường dây
được lắp đặt mới trong 6 tháng đầu năm 2002

Hình 1.6 10 quốc gia có tỷ lệ tăng trưởng DSL cao nhất
trong 6 tháng đầu năm 2002
Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai

4


Hình 1.7 10 quốc gia có tỷ lệ phổ biến DSL cao nhất

Trong khi đó thì Hoa Kỳ đã bò loại, đứng vò trí thứ 12 sau Tân Gia Ba. Mặt khác
Hoa Kỳ là một trong rất ít quốc gia có số thuê bao cable modem cao hơn DSL (các quốc
gia khác là Gia Nã Đại, Hà Lan, Tân Gia Ba và Úc Đại Lợi). Nhiều nước nhỏ nhưng lại có
số đường dây DSL trên 100 dân khá cao như Iceland với 5,3 còn Estonia ở Đông Âu lại
có con số này là 1,5 vượt qua cả Pháp, Ý Đại Lợi và Liên Hiệp Anh.

1.1.4 Xu hướng phát triển

Hoa Kỳ dẫn đầu thế giới về thò trường DSL trong nhưng ngày đầu nhưng đã nhanh
chóng bò Hàn Quốc bắt kòp và qua mặt. Đức và Nhật tiếp cận thò trường bằng nhiều cách
khác nhau, bắt đầu cất cánh từ năm 2001 nhưng hiện vẫn đang tụt hậu so với Mỹ, Đại
Hàn khoảng 15 tháng.


Hình 1.8 10 quốc gia có tỷ lệ đường dây PSTN chuyển sang DSL cao nhất

Cần nhận xét rằng ở Mỹ và Đại Hàn thì 6 tháng cuối năm bao giờ tỷ lệ phát triển
cũng cao hơn 6 tháng đầu năm. Điều này cũng tương tự như ở thò trường máy tính cá
nhân hay điện thoại di động và là yếu tố phải kể đến khi dự báo. Tình hình Hàn Quốc
cũng cho thấy dấu hiệu của sự bão hoà dòch vụ thông tin tốc độ cao. Cuối tháng 6 năm

2002 Hàn Quốc có 3,3 triệu modem cáp đồng trục và 5,7 triệu đường dây DSL, tương
đương với 58 đường dây thông tin tốc độ cao trên 100 dân. Trong khi đó, số kết nối
Internet qua modem dial-up đã giảm xuống còn 520 ngàn hay 3 đường dây trên 100 dân.
Rõ ràng là sự phát triển thông tin tốc độ cao ở Hàn Quốc rất khó có thể tăng thêm.
Tổng quan về mạng thuê bao nội hạt Đặng Quốc Anh

5

Hình 1.9 Tình hình phát triển của các cường quốc DSL

1.1.5 Nguyên nhân phát triển của DSL

Với công nghệ DSL thì các trở ngại kỹ thuật đã được khắc phục dần. Bên cạnh đó,
hạ tầng cơ sở pháp lý cho thông tin tốc độ cao ngày càng phát triển tuy có chậm nhưng
đã giảm bớt bất ổn trong đầu tư. Khả năng DSL ngày càng phong phú và càng có nhiều
phiên bản mới cho DSL như ADSL2 và Splitterless ADSL2 được ITU-T thông qua ở
khuyến nghò 992.3 và 992.4 vào tháng 7 năm 2002. Những phiên bản khác nhau của
DSL đáp ứng được từng nhu cầu cũng như từng điều kiện đường dây cụ thể.
Công nghệ DSL đáp ứng được yêu cầu của các dòch vụ đòi hỏi thời gian thực, tốc
độ cao như mua sắm trên mạng, chơi trò chơi trực tuyến, chat, giáo dục, lên kế hoạch đi
lại và xem video.

1.1.6 Triển vọng DSL

Trong các loại công nghệ truy xuất tốc độ cao thì DSL có tỷ lệ khách hàng là
doanh nghiệp cao nhất: 20%. Với số đường dây trên 1 tỷ của thế giới thì DSL chỉ chiếm
có hơn 2,5%. Dự báo đến cuối năm 2005 thì số đường dây DSL có thể đạt được đến con
số 200 triệu.

1.2 Mạng viễn thông hiện nay

1.2.1 Hiện trạng mạng điện thoại

Các công ty điện thoại trong hơn 120 năm qua đã có một khối lượng đầu tư khổng
lồ vào mạng điện thoại. Ban đầu thiết kế này chủ yếu dành cho dòch vụ thoại. Sau đó,
mạng điện thoại đã trải qua vô số lần hiện đại hoá, nâng cấp cơ sở hạ tầng để có được
sự tiến bộ lớn trong kỹ thuật truyền dẫn, chuyển mạch. Trên thực tế các hệ thống truyền
dẫn tốc độ cao sử dụng cáp quang đang có mặt hầu như trên tất cả các công ty điện
thoại hùng hậu trên toàn thề giới. Sử dụng cáp quang đã cải thiện chất lượng dòch vụ,
nâng cao khả năng lưu thoại và giảm thiểu sự vận hành của con người.
Kết quả là giữa các tổng đài điện thoại đã có khả năng cung cấp dòch vụ rất lớn.
Tuy nhiên, vấn đề có khác khi ta xét đến mạng truy xuất của các vòng thuê bao kết nối
người sử dụng và mạng điện thoại. Từ vò trí của thuê bao máy thiết bò đầu cuối được kết
nối với bộ phận chuyển mạch của tổng đài qua một dàn MDF (Main Distribution Frame).
Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai

6
MDF là điểm trung tâm kết thúc mọi đường dây thuê bao tại tổng đài nội hạt. Các tổng
đài nội hạt được kết nối với nhau qua mạng liên đài (inter-CO network). Mạng liên đài bao
gồm hệ thống kết nối – truy xuất số (DACS: Digital Access and Cross-connect Systems)
và các thiết bò truyền dẫn PDH. Gần đây mạng liên đài sử dụng các công nghệ truyền
dẫn tiên tiến SONET hay SDH. Các công ty khai thác điện thoại không đủ khả năng xử lý
lưu lượng các cuộc gọi dữ liệu. Đó là vì mạng điện thoại được thiết kế để xử lý các cuộc
gọi điện thoại với thời gian sử dụng tương đối ngắn, thường chỉ kéo dài vài phút trong khi
đó các cuộc gọi số liệu có thể kéo dài đến hàng giờ. Hệ quả là người sử dụng thường
xuyên bò nghẽn mạch, không thực hiện được cuộc gọi. Một thuê bao Internet đang được
kết nối có xu hướng muốn giữ chúng mà không chòu log off vì sợ không kết nối lại được
gây lãng phí lớn cho tài nguyên của cả phía người sử dụng và mạng.

Hình 1.10 Mạng điện thoại điển hình

1.2.2 Hạn chế của vòng thuê bao điện thoại hiện nay

DSL là công nghệ truy xuất và các thiết bò của DSL được sử dụng trên mạng truy
xuất nên phải đi từ mạng truy xuất nội hạt. Mạng truy xuất nội hạt bao gồm các vòng
thuê bao nội hạt và các thiết bò liên quan nối từ vò trí người sử dụng tới tổng đài. Mạng
truy xuất điển hình gồm các bó cáp mang hàng ngàn đôi cáp đến các tập điểm phối cáp
(FDI: Feeder Distribution Interface).
Nhiều thuê bao cách rất xa tổng đài và cần phải có vòng thuê bao rất dài. Một vấn
đề của vòng thuê bao dài là sự suy hao năng lượng của tín hiệu điện làm cho tín hiệu suy
yếu đi. Điều này cũng tương tự như tín hiệu vô tuyến, càng cách xa máy phát tín hiệu
càng suy hao và tỷ số tín hiệu trên nhiễu càng kém đi.
Các công ty điện thoại có 2 cách để xử lý các vòng thuê bao dài:
- Sử dụng các cuộn tải để sửa đổi đặc tính điện của vòng thuê bao cho phép
truyền dẫn thoại chất lượng tốt hơn qua những khoảng cách dài quá
Tổng quan về mạng thuê bao nội hạt Đặng Quốc Anh

7
5400m. Khi đó các cuộn tải được đặt trên đường dây cách đều đặn 1800m
một cuộn.

Các cuộn tải không tương thích với các đặc tính tần số cao của truyền dẫn
DSL và phải được tháo dỡ trước khi cung cấp các dòch vụ dựa trên cơ sở
DSL. Mức độ sử dụng cáp có tải trong mạng truy xuất nội hạt của các công
ty điện thoại có thể khác nhau và thường thì khoảng 20% số vòng thuê bao
là có dùng cuộn tải.

- Thiết lập nhiều thiết bò để tiếp nhận tín hiệu ở các điểm trung gian để tập
hợp về tổng đài nội hạt. Các điểm trung gian này có thể bao gồm thiết bò

chuyển mạch và thiết bò truyền dẫn dung lượng lớn hay cũng có thể đơn
giản chỉ là trung tâm tập trung dây (SWC: Serving Wire Center) không có
thiết bò chuyển mạch nhưng lại có các thiết bò truyền dẫn kết nối với tổng
đài nội hạt.

Trong khi mạng điện thoại lúc đầu kết thúc các vòng thuê bao cáp đồng
trực tiếp tại tổng đài nội hạt thì quá trình bảo dưỡng các đường dây thuê
bao dài và hậu quả của việc phát triển quá nhiều đường dây thuê bao đã
làm tất yếu phát sinh nhu cầu thay đổi kiến trúc mạng truy xuất nội hạt. Cáp
quang có thể kết nối hiệu quả hàng ngàn thuê bao từ tổng đài này đến tổng
đài khác nhưng lại quá đắt tiền để có thể kết nối đến các thuê bao riêng lẻ.
Vì vậy một giải pháp dung hoà là kết thúc đường dây thuê bao tại các điểm
trung gian gần với thuê bao hơn gọi là các DLC (Digital Loop Carrier: Bộ
cung cấp vòng thuê bao số). Những điểm trung gian này gọi là các thiết bò
đầu cuối DLC phía khách hàng (RT: remote terminal).
Một trong những thuận lợi khi kết thúc đường dây thuê bao tại các thiết bò
đầu cuối từ xa DLC là nó đã giảm được độ dài đường dây đồng của vòng
thuê bao và cải thiện được độ tin cậy của dòch vụ. Một thuận lợi nữa là các
dòch vụ điện thoại thuần tuý (POTS: Plain Old Telephone Service) có thể
được ghép lại thành luồng T1 hay E1 để truyền dẫn tới tổng đài nội hạt bằng
cáp quang. Tuy nhiên, mặc dù RT giải quyết được nhiều vấn đề của dòch vụ
điện thoại thuần tuý nó lại tạo ra khá nhiều rắc rối khi triển khai cung cấp
dòch vụ dựa trên cơ sở DSL.
DSL chỉ được cung cấp qua các đường dây cáp đồng liên tục nên khi một
dòch vụ dựa trên DSL kết nối tới một RT thì cổng DSL phải kết thúc tại RT để
tín hiệu DSL được biến đổi thành dạng tương thích với DLC. Mức độ sử dụng
DLC thay đổi tuỳ công ty điện thoại và nó dao động từ không sử dụng hoàn
toàn cho tới sử dụng cho khoảng 30% đường dây thuê bao trong mạng truy
xuất nội hạt.

Hiện nay có trên 1 tỷ đường dây thuê bao trong mạng PSTN (Public Switched
Telephone Network) trên toàn thế giới. Hơn 95% trong số đó là cáp xoắn đôi dành cho
dòch vụ điện thoại thuần tuý. Dòch vụ điện thoại thuần tuý được thiết kế để truyền tải âm
thoại cần dải tần để bảo đảm trung thực là từ 300 đến 3400Hz. Dòch vụ dải hẹp này vốn
được cung cấp cho điện thoại và truyền dẫn tín hiệu modem tương tự ở tốc độ từ 9,6 tới
Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai

8
33,6 kbps và gần đây là 56 kbps. Một phần rất nhỏ của PSTN được cung cấp dòch vụ
ISDN (Integrated Services Digital Netword) BRI (Basic Rate Interface). Vòng thuê bao
tương tự hiện nay sử dụng rất tốt trong hệ thống truyền tải thoại. Tuy nhiên, nó không đủ
khả năng để truyền tải các ứng dụng khác như dữ liệu và video. Dải tần âm thoại là từ
300 đến 3400KHz và nếu được mã hoá PCM (Pulse Code Modulation: điều chế mã hoá
xung) sẽ là 64kbps. Mạch vòng thuê bao của mạng cáp nội hạt chỉ được thiết kế cho yêu
cầu của âm thoại mà hoàn toàn không dành cho các nhu cầu về dữ liệu và video. Mạch
vòng thuê bao hiện nay rất hạn chế khi dùng cho truyền tải số liệu và video. Ví dụ, đôi
lúc truyền một file dữ liệu phải mất từ vài phút đến hàng tiếng đồng hồ.






Hình 1.11 Cuộn tải



Hình 1.12 UDLC

Tổng quan về mạng thuê bao nội hạt Đặng Quốc Anh

9

Hình 1.13 IDLC

Bridged tap là các nhánh rẽ của đường dây thuê bao không
nằm trên đường thoại trực tiếp giữa tổng đài nội hạt và thiết
bò đầu cuối của thuê bao. Bridged tap có thể là một đôi dây
không sử dụng nối với điểm trung gian hay là đoạn kéo dài
của đôi dây xa hơn vò trí của thiết bò đầu cuối thuê bao.




Hình 1.14 Nhánh rẽ



Hình 1.15 Ảnh hưởng của nhánh rẽ đến sự suy hao của tín hiệu
truyền trên đường dây
Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai

10
Mặt khác, hầu hết các hệ thống xây dựng trên cơ sở điện thoại hiện nay sử dụng
khe 64kbps có dung lượng (bandwith) cố đònh và đối xứng. Dung lượng cho cuộc gọi điện
thoại không thay đổi trong suốt thời gian điện đàm cho đến khi một trong 2 thuê bao gọi
hoặc bò gọi gác máy và dung lượng này được sử dụng cho cuộc gọi khác. Nếu trong thời
gian cuộc gọi cả 2 thuê bao đều im lặng thì dung lượng sử dụng vẫn là 64kbps. Trong khi
đó các loại ứng dụng khác như dữ liệu và video lại cần một dung lượng động, biến đổi và
bất đối xứng. Theo nghiên cứu của hãng Bell Labs (Bell Labs Technical Journal, 2 (2),

Spring, 1997, trang 42 – 67) thì hầu hết lưu lượng trên Internet là bất đối xứng: lưu lượng
được gởi theo một hướng nhiều hơn hướng ngược lại và dó nhiên hệ thống điện thoại có
dung lượng đối xứng hiện nay không tối ưu cho lưu lượng Internet.


Hình 1.16 Ảnh hưởng của nhánh rẽ đến tỷ số SNR của tín hiệu truyền trên đường
dây

Việc truy xuất Internet bò chậm chạp một phần là do hạn chế của mạch vòng thuê
bao và một phần nữa là do hạn chế khả năng cung cấp dòch vụ của nhà cung cấp dòch vụ
Internet (ISP: Internet Service Provider) không đáp ứng kòp nhu cầu Internet phát triển
tăng vọt làm cho lưu lượng Internet cũng tăng vọt. Một ví dụ là lần hạ giá thuê bao của
dòch vụ AOL (American Online) vào mùa thu năm 1996 cho phép truy xuất thoải mái
Internet mỗi tháng giá $19,95 dẫn tới khả năng đáp ứng truy xuất 30 triệu giờ Internet
mỗi tháng của AOL không chòu nỗi lưu lượng tăng lên đến 60 triệu giờ mỗi tháng vào
tháng 11 năm 1996. Người sử dụng của AOL phải thường xuyên bò thông báo bận hoặc
dòch vụ không thực hiện được làm cho nhiều người đã ngưng thuê bao AOL.

1.3 Các phương pháp truy xuất hiện nay

1.3.1 Modem tương tự

Trong những năm đầu của lòch sử máy tính cách nay chừng hơn 30 năm trước, kết
nối mạng hoạt động ở tốc độ khoảng 300 đến 600 bit/s đã là khá đủ. Khoảng 10 năm gần
đây thì modem 9.6kbps được xem là công cụ liên lạc tốc độ cao. modem 9,6kbps thực tế
đã đáp ứng nhiều ứng dụng tuy nhiên nó thực sự chậm chạp trong các ứng dụng liên
quan đến đồ hoạ và video. Ví dụ: một người sử dụng vào mạng để tải về một bản đồ thời
tiết thì với tốc độ truyền dữ liệu 9600bit/s phải mất 40 giây để tải về bản đồ trắng đen
chất lượng kém. Với bản đồ màu độ phân giải cao thì phải chờ đến vài phút. Ngay cả
Tổng quan về mạng thuê bao nội hạt Đặng Quốc Anh

11
modem 28,8kbps hay 33,6 kbps cũng không đáp ứng được về tốc độ của nhiều ứng
dụng. Thời gian download một hình ảnh nén JPEG (Joint Photographic Experts Group) là
120 giây. Nền kỹ thuật máy tính thay đổi rất nhanh, các kênh thông tin, máy tính đang
biến đổi để đáp ứng theo nhu cầu khả dung lượng cao ngày càng tăng. Khi các dòch vụ
hình ảnh màu, thoại và video càng hấp dẫn khách hàng thì hạ tầng thông tin hàng
megabit càng trở nên thiết yếu. Liệu người ta có thể trông chờ ở modem tương tự những
bước tiến ở các tốc độ cao hơn cỡ tốc độ đường truyền T1 (1544 kbps) hay E1 (2048
kbps) không? Thật không may, câu trả lời là không. Tốc độ 33,6 kbps của modem tương
tự đã chạm trần tốc độ dữ liệu của modem truyền trên kênh thoại. Tất cả các modem
tương tự đều phải truyền dữ liệu trong kênh 300 Hz – 4000 Hz dành cho âm thoại trong
mạng điện thoại. Tốc độ cỡ 33,6 kbps cần dải thông lớn hơn nhiều. Tuy nhiên, các
modem hiện đại thay vì gởi đi dòng bit chưa qua xử lý lại gởi đi các tín hiệu (symbol), mỗi
tín hiệu đại diện cho một số bit liên tiếp của dòng bit. Chẳng hạn, modem V.32 mỗi lần
lấy 4 bit dữ liệu chưa xử lý thêm vào bit thứ 5 để thực hiện sửa sai tạo thành nhóm 5 bit
được đại diện bằng một trong 32 dạng tín hiệu. Mỗi tín hiệu là một sự kết hợp của biên độ
và phase của sóng mang. Quá trình điều chế này gọi là Quadrature Amplitude
Modulation (QAM). Vì phương pháp điều chế QAM vừa nêu tạo ra 1 tín hiệu cho mỗi
chuỗi 4 bit liên tiếp nên nó giảm dải thông cần thiết xuống còn một phần tư và như vậy
dòng bit dữ liệu 9600 bit/s có tốc độ tín hiệu giảm còn 2400baud và dễ dàng truyền được
trên kênh thoại 4kHz. Vấn đề là bit thứ 5 được thêm vào không làm thay đổi tốc độ dữ
liệu cũng như tốc độ tín hiệu mà chỉ làm tín hiệu được điều chế phức tạp thêm từ 16 trạng
thái lên 32 trạng thái.
Hình vẽ 1.17 minh hoạ các chòm sao mã hoá của các phương pháp điều chế khác
nhau. Trường hợp bên trái minh hoạ điều chế sóng mang đơn giản bằng phương pháp
điều chế nhò phân. Trong phương pháp điều chế này chỉ có biên độ biên độ có giá trò
dương hay không và tốc độ tín hiệu băèng vớ tốc độ dữ liệu. Kỹ thuật điều chế 2B1Q trong
ISDN hay HDSL dùng 4 biên độ biên độ khác nhau cho tín hiệu để đạt hiệu quả 2 lần về
dải thông nhưng cũng lưu ý rằng các mức biên độ cũng gần hơn 2 lần so với trường hợp

điều chế nhò phân. Trường hợp kế tiếp là của phương pháp điều chế QAM bốn trạng thái
với biên độ của sóng mang vẫn không đổi trong khi đó phase là một trong 4 giá trò cho
phép truyền 2 bit cho mỗi tín hiêäu và làm cho tốc độ tín hiệu giảm còn một nửa. Trường
hợp cuối cùng là chòm sao của phương pháp mã hoá điều chế 32-QAM dùng trong
modem V.32. Trong trường hợp này, khi chuyển từ 11000 sang 01101 thì cả biên độ và
phase đều thay đổi. Thay vì gởi một trong hai trạng thái của bit là 1 hay 0 từ luồng dữ liệu
nguyên thủy modem V.32 gởi một trong 32 trạng thái có thể có. Modem thu phải xác đònh
đúng tín hiệu đã được gởi đi dù sự khác nhau của các tín hiệu là nhỏ hơn nhiều so với
trường hợp chỉ gởi đơn giản 1 hay 0. Nếu kênh thoại là hoàn hảo thì không có vấn đề gì
nhưng tất cả mọi đường dây trong mạng thực tế đều có nhiều dạng nhiễu. Cáp xoắn đôi
chạy từ phía khách hàng đến tổng đài có thể bò tác động bởi các bộ đánh lửa động cơ,
máy sấy tóc, đường dây điện lực, đèn huỳnh quang và các dạng phóng điện khác. Tuổi
đời và chất lượng của cáp cũng liên quang rất nhiều tới nhiễu. Cáp cũ bò ngấm ẩm nhiều
sẽ bò nhiễu nhiều hơn cáp mới. Hơn nữa, tất cả các đôi dây khác nhau trong một chão
cáp có khi từ vài trăm đến vài ngàn đôi ghép lại và rò rỉ tín hiệu vào các đôi dây kế cận
mà ta gọi là hiện tượng xuyên kênh (crosstalk).
Tất cả các tác nhân gây nhiễu này tạo thành một nền nhiễu trong mỗi kênh
truyền. Nếu cố gắng phân biệt hai trạng thái giữa 1 và 0 thì tín hiệu phải bò phá huỷ rất
mạnh mới có thể nhận dạng lầm được. Với trường hợp 2 trong 32 trạng thái khác nhau
Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai

12
của tín hiệu modem V.32 rất gần nhau thì chỉ cần một lượng nhiễu nhỏ cũng có thể phá
huỷ tín hiệu này và làm cho nó giống tín hiệu kia. Các modem tốc độ cao hiện tại vẫn
hoạt động tốt ở tỷ số nhiễu trên hầu hết các kênh điện thoại. Điều đó có nghóa là các
modem 28,8 kbps hay 33,6 kbps có thể hoạt động tốt trên các đường dây có chất lượng
tốt và rất tốt. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp các bộ modem hoạt động ở tốc độ thấp
hơn. Nếu hai modem ở hai đầu kết nối đo được tỷ số tín hiệu trên nhiễu nhỏ hơn yêu cầu
chúng sẽ giảm tốc độ modem để bảo đảm kết nối tin cậy. Nếu mọi thứ đều lý tưởng, cáp
điện thoại mới, xuyên kênh không đáng kể, thiết bò chuyển mạch hiện đại thì có thể kết

nối ở tốc độ 33,6 kbps. Trên thực tế, các kết nối modem 28,8 kbps tốt nhất có thể đạt
được tốc độ 26,4 kbps.


Hình 1.17 Các chòm sao mã hoá theo các phương pháp điều chế khác nhau


Tốc độ truyền dẫn tối đa của thông tin số đã được các công trình của
Claude E. Shannon “A Mathematical Theory of Communication” vào năm
1948 và “Communication Theory of Secrecy Systems” vào năm 1949
đăng tải ở tạp chí Bell Systems Technical Journal đề cập đến. Cả 2 công
trình đều được ông xây dựng từ công việc giải mật mã mà ông thực hiện
trong suốt thế chiến thứ II. Ông đã thiết lập những cơ sở toán học cho
truyền dẫn thông tin và rút ra những giới hạn căn bản của hệ thống
thông tin số. Trong các công trình tiên phong này Shannon đã công thức
hoá các vấn đề cơ bản của việc truyền dẫn tin cậy thông tin dưới dạng
xác suất thống kê, sử dụng mô hình các xác suất cho nguồn tin
(information source) và kênh thông tin (communication channel). Dựa
trên các công thức thống kê đó Shannon đã dùng hàm số logarithmic để
đo lượng tin của một nguồn tin. Ông cũng đã cho thấy ảnh hưởng của
giới hạn năng lượng máy phát, giới hạn dải thông kênh truyền và nhiễu
cộng đối với kênh truyền, đưa vào một tham số gọi là dung lượng kênh
(channel capacity) C. Khi tốc độ thông tin R nhỏ hơn dung lượng kênh tin
C thì về mặt lý thuyết có thể đạt được truyền dẫn tin cậy (error-free:
không có lỗi) qua kênh tin bằng việc mã hoá thích hợp. Còn khi tốc độ
thông tin R lớn hơn dung lượng kênh tin C thì không thể truyền dẫn tin
cậy qua kênh tin được mà phải qua một số bước xử lý tín hiệu tại máy
phát cũng như máy thu. Như vậy Shannon đã thiết lập các giới hạn cơ
bản của thông tin và đã khai sinh ra một lónh vực mới gọi là lý thuyết
Tổng quan về mạng thuê bao nội hạt Đặng Quốc Anh

13
thông tin (information theory). Công lao của Shannon đã được đánh giá
là ngang tầm với phát kiến của Nicolaus Copernicus trong thiên văn
(theo J. L. Massey). Giới hạn Shannon cho dung lượng kênh truyền được
xác đònh bởi:






+=
NN
SS
11BwlogBwlogCC
22


Mọi khách hàng sử dụng modem đều rất quan tâm đến tốc độ và độ tin cậy của
modem. Các nhà cung cấp đều cố gắng tiến gần tới giới hạn Shannon. Cho tới tiêu
chuẩn V.32 thì mọi modem đều còn cách xa giới hạn dung lượng này khi mức S/N từ 9 tới
10 dB. Nếu dải thông từ 2400 Hz lên đến 2800 Hz và tỷ số S/N từ 24 dB đến 30 dB thì
dung lượng kênh khoảng 24000 bit/s. Để lấp đầy khoảng cách còn lại cần phải ứng dụng
kỹ thuật sửa sai.
Vào những năm 1950 các modem FSK (Frequency Shift Keying) có tốc độ từ 300
bit/s tới 600 bit/s. Tiêu chuẩn quốc tế của modem bắt đầu từ thập kỷ 60 thế kỷ trước.
Năm 1964 tiêu chuẩn modem đầu tiên của CCITT là V.21 xác đònh đặc tính của modem
FSK tốc độ 200 bit/s và bây giờ là 300 bit/s. Kỹ thuật điều chế đã thay đổi sang QAM 4
trạng thái vào năm 1968 và 16 trạng thái vào năm 1984 bởi V.22bis. Vào lúc đó, một tiêu

chuẩn modem ứng dụng tiến bộ công nghệ mới là V.32 thêm phần đặc tính triệt tiếng dội
(echo cancellation) và mã hoá trellis. Mã trellis được tiến sỹ Gottfred Ungerboeck đề cập
lần đầu tiên và ứng dụng vào modem và thực hiện lấp được một phần ba khoảng cách
còn lại so với giới hạn Shannon. V.32bis được xây dựng trên cơ sở đó và đạt được tốc độ
dữ liệu lên đến 14400 bit/s. Sau đó tốc độ dữ liệu của các modem đã có những tiến bộ
nhanh chóng từ 19200 bit/s lên đến 24000 bit/s rồi 28800 bit/s. Modem mới hơn là V.34
ra đời năm 1996 đã đạt tới tốc độ dữ liệu 33600 bit/s và thực hiện 10 bit trên mỗi tín hiệu.


Hình 1.18 Mdoem tương tự qua mạng điện thoại tương tự

Khi các cuộc đàm thoại điện thoại được số hoá, các tổng đài lắp một bộ mã hoá
chuyển tín hiệu tương tự thành tín hiệu số lấy mẫu tín hiệu thoại 8000 lần mỗi giây và
dùng 8 bit để mã hoá giá trò của mẫu. Ở đầu kia của kết nối diễn ra quá trình ngược lại và
một tín hiệu xấp xỉ gần với tín hiêäu ban đầu được tái tạo. Tuy nhiên, quá trình mã hoá lại
Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai

14
sản sinh ra một kiểu nhiễu khác đó là nhiễu lượng tử. Khi thực hiện lượng tử hoá, các
biên độ tương tự có thể nằm giữa hai mức lượng tử kế tiếp trong 256 mức lượng tử khác
nhau có được từ lượng tử hoá 8 bit và bộ mã hoá chọn mức lượng tử gần hơn. Ở đầu thu,
mức tín hiệu tương tự được tái tạo sẽ không phải là mức tín hiệu ban đầu mà khác hơn
một chút nên tạo ra nhiễu. Với mục đích truyền thoại thì sự khác biệt này là không đáng
kể nhưng với modem tốc độ cao thì là một vấn đề lớn.


Hình 1.19 Mdoem tương tự qua mạng điện thoại số IDN

Modem 56K sử dụng quá trình lượng tử hoá này. Nhiễu lượng tử là do quá trình
mã hoá PCM. Nếu bỏ qua được giai đoạn mã hoá PCM thì có thể thoát khỏi giới hạn

Shannon. Nếu ta bố trí dữ liệu số chỉ đi qua bộ giải mã trên mạng điện thoại thì dữ liệu sẽ
được chuyển thành tín hiệu 256 mức phát ra từ bộ biến đổi số sang tương tự của bộ giải
mã PCM. Modem sẽ chuyển sang tìm kiếm các mức lượng tử hoá này vốn đã được tiêu
chuẩn hoá. Trên thực tế một vài nơi ở Hoa Kỳ chỉ sử dụng 128 mức lượng tử hoá vì hệ
thống ghép kênh điện thoại số T1 ở Bắc Mỹ sử dụng bit có trọng số nhỏ nhất trong 8 bit
để giám sát kênh và báo hiệu. Để có thể sử dụng modem tại mọi nơi thì thay vì 64 kbps
tốc độ modem là 56 kbps dù hầu hết các nơi trên thế giới đều dùng cả 8 bit cho mã hoá
dữ liệu PCM. Hơn nữa do tín hiệu chỉ truyền từ bộ giảm mã PCM ở mạch giao tiếp thuê
bao của tổng đài đến thuê bao nên có rất ít nhiễu tác động và kết quả là tỷ số tín hiệu
trên nhiễu rất cao trên các đường truyền 56 kbps.Trò ảo thuật ở đây là loại bỏ quá trình
mã hoá PCM và đưa thẳng dữ liệu số đến bộ giải mã. Điều này đòi hỏi kết nối từ nguồn
dữ liệu (các ISP chẳng hạn) đến bộ giải mã phải toàn bộ là số. Modem 56 kbps có thể
vượt qua giới hạn Shannon bằng cách phân biệt 2 chiều thu phát của người sử dụng. Ở
chiều phát tốc độ vẫn là 33,6 kbps. Còn ở chiều thu tốc độ chỉ đạt tới 56 kbps khi ISP
(Internet Service Provider: nhà cung cấp dòch vụ Internet) của họ và các tổng đài của
PSTN phối hợp để tránh bộ lọc PCM ở mạch giao tiếp thuê bao của tổng đài bằng các
đường truyền số T1 (1544 kbps) hay E1 (2048 kbps). Như vậy khi 2 người sử dụng dùng
2 modem 56 kbps truyền số liệu điểm nối điểm thì tốc độ không thể nào đạt được 56
kbps mà chỉ đạt được tốc độ dữ liệu song công đối xứng là 33,6 kbps.
Vào những năm cuối của thế kỷ trước đã xảy ra tình hình không thống nhất của
các tiêu chuẩn modem 56 kbps do 2 hãng sản xuất danh tiếng là U. S. Robotics (bây giờ