Kỹ thuật điều chế đa tone dmt nâng cao tốc độ truyền số liệu trên đường dây điện thoại ứng dụng trong truyền số liệu sử dụng công nghệ adsl

Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học Bách khoa Hà nội
---------------------------

Lý Kiệt

Kỹ thuật điều chế đa tone DMT nâng cao tốc độ
truyền số liệu trên đờng dây điện thoại. Ứng dơng
trong trun sè liƯu sư dơng c«ng nghƯ ADSL

L n văn thạc sỹ Điện tử Viễn thông

Hà nội - 2004


Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học Bách khoa Hà nội
---------------------------

Lý Kiệt

Kỹ thuật điều chế đa tone DMT nâng cao tốc độ
truyền số liệu trên đờng dây điện thoại. ng dụng
trong truyền số liệu sử dụng công nghệ ADSL

Chuyên ngành: Điện tử Viễn thông

Luận văn thạc sỹ Điện tử Viễn thông

Ngời hớng dẫn khoa học:
PGS.Ts. Đỗ Xuân Thụ

Hà néi – 2004


5

Các ký hiệu, chữ viết tắt sử dụng trong luận văn

AAL

ATM Adaption Layer. Một lớp con của lớp liên kết dữ liệu. Có bốn
loại AAL là AAL1, AAL2, AAL3/4 và AAL5.

AAL5

ATM Adaption Layer 5. Lớp con đơn giản nhất trong 4 loại AAL.

API

Application Program Interface. Giao diện lập trình ứng dụng, cho
phép ngời lập trình viết chơng trình ứng dụng giao tiếp với hệ
điều hành và cac ứng dụng khác.

ARP

Address Resolution Protocol. Giao thức dùng để gắn địa chỉ IP với
địa chỉ vật lý trong một mạng LAN.

ATM

Asynchronous Tranfer Mode. Công nghệ truyền dẫn tốc độ cao, ít
trễ, chuyển mạch tơng tự chuyển mạch gói.

BOOTP

Bootrap Protocol. Một giao thức UDP/IP cho phép một máy trạm
khởi động từ một máy chủ và đợc gán tự động gán một địa chỉ IP.

CLI

Commant Line Interface. Giao diện quản lý bằng dòng lệnh.

DHCP

Dynamic Host Configuration Protocol. Giao thức gán và quản lý
địa chỉ IP dòng.

DNS

Domain Name System. Giao thức gán tên miền tơng ứng với địa
chỉ IP

DSL

Digital Subcriber Line. Đờng dây thuê bao số.

DSLAM

Digital Subcriber Line Access Multiplexer . Thiết bị truy nhập thuê
bao sè.

DSP

Digital Signal Processer . Bé xư lý tÝn hiƯu sè.

ISP

Internet service provider. Nhà cung cấp dịch vụ Internet.

MAC Address

Media Access Control. Một địa chỉ 6 byte đợc gán cho một thiết
bị mạng.

MIB

Managed Object. Một tập hợp các thuộc tính có thể đợcđiều khiển
hay truy nhập từ hệ thống bởi ngời quản lý với mục đich quản trị.

NAT

Network Address Translation. Phơng pháp chuyển đổi địa chỉ IP


6

nội bộ và địa chỉ IP của mạng Internet thông qua một địa chỉ IP
đợc cung cấp bởi ISP.
OAM

Operation Adminidtration and Maintenance. Tâp hợp các chức
năng thu thập dữ liệu, báo lỗi, kiểm tra lỗi hệ thống.

OS

Operation System. Hệ điều hµnh.

PHY

Physical layer. Líp vËt lý – líp thÊp nhÊt trong mô hình OSI.

PPP

Point to Point Protocol. Giao thức kết nối ®iĨm tíi ®iĨm dïng ®Ĩ
trun d÷ liƯu qua mét giao diƯn nèi tiÕp , vÝ dơ nh− kÕt nèi quay số
dialup.

RTOS

Read time operating System. Hệ điều hành thời gian thực.

SNMP

Simple Networt Management Protocol. Một cấu trúc quản lý đợc
thiết kế để thực hiện quản lý mạng dựa trên TCP/IP, Ethernet hc
OSI.

AFE

Analog Front End: Bộ vi xử lý xử lý và số hố các tín hiệu được nhận và

truyền trên mạch tương tự, giống như là một đường truyền điện thoại

ATM

Asynchronous Transfer Mode: Phương thức truyền không đồng bộ dùng
đơn vị là tế bào 53 byte truyền qua đường vật lý không phụ thuộc vào
thứ tự truyền.

CO

Center Office: Trung tâm nơi mà lất cả các mạch vòng cục bộ kết nối và
chuyển mạch được thực hiện.

CPE

Customer Premises Equipment: Một số thiết bị đầu cuối được cài đặt ở
phía khách hàng kết nối đến mạng điện thoại. Những thiết bị này bao
gồm điện thoại, modem, và router

DMT

Discrete Multi-Tone modulation: Một kỹ thuật mã hố đường truyền
được dùng để truyền tín hiệu số. DMT triển khai thích nghi tốc độ và
được dùng trong các công nghệ xDSL theo chuẩn ANSI. Chuẩn G.dmt
và G.Lite dựa trên nhân là kỹ thuật DMT

DSP

Digital Signal Processor: Bộ xử lý tín hiệu số, bộ vi xử lý này được thiết
kế chuyên dùng trong xử lý tín hiệu số, cho phép xử lý tín hiệu với tốc

độ cao.


7

Dying gasp

Một đặc điểm của hệ thống DSL khi mà các tín hiệu được gửi
bởi CPE tới DSLAM trong lúc CPE mất nguồn. Tín hiệu này,
gửi từ CPE như là mesage cuối cùng báo mất nguồn để DSLAM
giải phóng tài nguyên cấp phát trên đường truyền.

G.lite

Một chuẩn DMT dùng điều chế tín hiệu với tốc độ lớn nhất là
1.544Mbps downstream và 512 kbps upstream. Chuẩn G.lite được nêu
trong G.992.2 của ITU-T.

MAC

Media Acess Control. Điều khiển truy nhập truyền thông, Lớp MAC là
lớp data-link trong mơ hình OSI.

MACA

Media Acess Control Address: Đây là địa chỉ duy nhất của máy tính.
Trên mạng LAN nó giống như địa chỉ Ethernet của bạn.

MII

Media Independent Interface. Một giao diện được định nghĩa bởi Đặc tả
Ethernet 802.3 là lớp vật lý độc lập được gán vào để một số mơi trường
truyền thơng có thể sử dụng.

SGDS

Super GlobeSpan Development System . Một cách dễ dàng đánh giá và
phát triển platform được thiết kế để hổ trợ các kỷ thuật thu phát xDSL
của GlobespanVirata.

PHY

Thiết bị lớp vật lý: Lớp 1 trong mơ hình tham chiếu OSI. Thiết bị PHY
thường được tích hợp trên mạch, như bộ điều khiển Ethernet.


8

Các bảng sử dụng trong luận văn

Bng 1.1 Cỏc cụng nghệ DSL.............................................................................................. 15
Bảng 1.2 Số lượng thuê bao trên thế giới năm 2002 .......................................................... 18
Bảng 2.1 Đặc điểm và cỡ dây của cáp xoắn đồng .............................................................. 23
Bảng 2.2 Phân loại cáp xoắn đồng....................................................................................... 24
Bảng 2.3 Các hằng số dây dẫn............................................................................................ 25
Bảng 3.1 Các kênh dữ liệu lôgic ADSL và các tốc độ tương ứng....................................... 55
Bảng 3.2 Định dạng của Message đồng bộ trên kênh nhanh( fast byte).............................. 58
Bảng 3.3 Định dạng message đồng bộ kênh xen (sync byte) .............................................. 60
Bảng 3.4 Định dạng Message EOC ..................................................................................... 64
Bảng 3.5 Các header có thể của AOC. ................................................................................ 65

Bảng 3.6 Các lệnh yêu cầu sắp xếp bit ............................................................................... 66
Bảng 3.7 Định nghĩa các bit chỉ báo.................................................................................... 67
Bảng 4.1 Chuẩn giao diện mơ hình tham chiếu ADSL ..................................................... 70
Bảng 4.2 Yêu cầu chất lượng của các ứng dụng.................................................................. 82
Bảng 4.3 Các loại flash nối tiếp được hỗ trợ ...................................................................... 88
Bảng 4.4. Các loại bộ nhớ SDRAM được hỗ trợ................................................................. 89
Bảng 4.5 Yêu cầu về nguồn cấp .......................................................................................... 90
Bảng 4.6. So sánh thông số của nguồn tuyến tính so với nguồn switching......................... 91
Bảng 4.7. Danh sách IC khuếch đại thuật toán.................................................................... 97
Bảng 4.8. IC dùng cho b khuch i thu............................................................................ 99

Bảng 5.1 Kết quả đo kiểm các thông số thực tế của đôi cáp đồng ..........................106
Bảng 5.2 Thông số của đôi cáp đồng theo tiêu chuẩn TCN68-132:1998................107
Bảng 5.3 Kết quả đo kiểm tốc độ thực tÕ ADSL ....................................................107


9

Các hình vẽ, đồ thị sử dụng trong luận văn

Hình 1.1 Số lợng ngời dùng ADSL tại Nhật Bản năm 2002.................................19
Hình 1.2 Cấu trúc mạng ADSL ................................................................................20
Hình 2.1 Cấu trúc đơn giản đôi dây cáp đồng...........................................................24
Hình 2.2 Nhiễu đầu gần (NEXT) và nhiễu đầu xa (FEXT)......................................27
Hình 2.3. Điều chế ASK với tín hiệu nhị phân 10101101........................................28
Hình 2.4 Bộ giải điều chế ASK 2 trạng thái.............................................................29
Hình 2.5 Sơ đồ khối bộ giải điều chế không kết hợp ASK.......................................30
Hình 2.6 Điều chế PSK với tín hiệu nhị phân 10101101 .........................................31
Hình 2.7 Sơ đồ khối bộ giải điều chế kết hợp PSK ..................................................33
Hình 2.8 Sơ đồ khối bộ điều chế DPSK ...................................................................33

Hình 2.9 Sơ đồ khối bộ giải điều chế DPSK ............................................................34
Hình 2.10 Điều chế FSK pha liên tục.......................................................................35
Hình 2.11 Sơ đồ bộ giải điều chế FSK kết hợp ........................................................36
Hình 2.12. Sơ đồ khối bộ giải điều chế không kết hợp FSK ....................................37
Hình 2.13 Sơ đồ khối bộ điều chế và giải điều chế QAM 16...................................38
Hình 2.14 Sơ đồ phân bố tín hiệu cđa QAM 16 .......................................................38
Hình 3.2 Điều pha QAM-4 ................................................................................................. 42
Hình 3.3 Điều chế QAM-16 ................................................................................................ 42
Hình 3.4 Hệ thống QAM gửi 4 bit/ký hiệu qua kênh ........................................................ 43
Hình 3.5 Sơ đồ khối bộ điều chế QAM ............................................................................... 43
Hình 3.6 Sơ đồ khối bộ giải điều chế QAM ........................................................................ 44
Hình 3.7 Bộ điều chế CAP................................................................................................... 46
Hình 3.8 Sơ đồ khái niệm của bộ điều chế DMT ............................................................... 47
Hình 3.9 Điều chế DMT dùng IDFT ................................................................................... 49
Hình 3.10 SNR đối với tần số trên kênh............................................................................. 50
Hinh 3.11 Phổ tần DMT của ADSL .................................................................................... 51
Hình 3.12 Hoạt động của DMT ........................................................................................... 52
Hình 3.13 Tổng quan về các bin (kênh) trong mã hoá DMT............................................... 52


3

Mục lục
Trang phụ bìa ........................................................................................................... 2
Mục lục..................................................................................................................... 3
Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt .......................................................................... 5
Danh mục các bảng .................................................................................................. 8
Danh mục các hình vẽ, đồ thị................................................................................... 9
Mở đầu ................................................................................................................. 11
Chơng I Tổng quan về đờng dây thuê bao số ......................13

1.1

Mạng cáp đồng ...........................................................................................13

1.2

Xu hớng phát triển DSL............................................................................15

1.3

ADSL ..........................................................................................................19

Chơng II Phơng tiện truyền dẫn cáp đồng ...........................23
2.1

Một số đặc tính cơ bản của đôi cáp đồng ...................................................23

2.1.1

Đặc tính vật lý .....................................................................................23

2.1.2

Đặc tính điện .......................................................................................24

2.1.3

Các tham số của đờng dẫn cáp xoắn đồng ........................................25

2.2

Truyền dẫn tín hiệu số trên trên đôi cáp đồng............................................27

2.2.1

Một số mà điều chế phổ biến trên đờng dây .....................................27

2.2.2

Những trở ngại cho phát triển truyền dẫn số trên đôi cáp đồng..........39

Chơng III Kỹ thuật điều chế trong công nghệ ADSL.........40
3.1

Cơ sở điều chế DSL ....................................................................................40

3.1.1

Giới thiệu.............................................................................................40

3.1.2

Điều chế QAM (Điều biên cầu phơng) .............................................41

3.1.3

Điều chế biên độ/pha không sóng mang (CAP)..................................45

3.1.4

Điều chế đa tone (DMT) .....................................................................47

3.2

Hệ thống ADSL dïng DMT .......................................................................50

3.2.1

Giíi thiƯu.............................................................................................50


4

3.2.2

HƯ thèng ADSL dïng DMT ................................................................53

3.2.3

Phơ tréi ADSL DMT ...........................................................................63

3.2.4

ADSL T1.413 ......................................................................................67

Chơng IV MODEM ADSL ............................................................................69
4.1

Mô hình tham chiếu ADSL.........................................................................69

4.1.1

Các khái niệm giao diện ADSL...........................................................70

4.1.2

ADSL trong mạng WAN và các hệ thống đầu cuối ............................72

4.1.3

Khả năng và các yêu cầu dịch vụ ADSL.............................................81

4.2

Cấu trúc thiết kế ADSL Modem .................................................................83

4.2.1

Mục tiêu nghiên cứu chế tạo ...............................................................83

4.2.2

Sơ đồ khối modem...............................................................................85

4.2.3

Chức năng các khối .............................................................................86

4.3

Đặc tính kỹ thuật, u, nhợc điểm ...........................................................104

4.3.1

Đặc tính kỹ thuật và yêu cầu chung về hệ thống ..............................104

4.3.2

Ưu, nhợc điểm chính của modem V-ADSL....................................105

Chơng IV kết quả đạt đợc và kiến nghị................................106
5.1

Kết quả đo kiểm .......................................................................................106

5.2

Tính năng kỹ thuật modem V-ADSL .......................................................108

5.3

Kiến nghị ..................................................................................................108

Tài liệu tham khảo..................................................................................................109
Phụ lục....................................................................................................................110


10

Hình 3.14.a Sơ đồ khối bộ truyền ADSL cho trường hợp Downstream ............................. 53

Hình 3.14.b Sơ đồ khối bộ nhận ADSL cho trường hợp Downstream................................ 53
Hình 3.15 Cấu trúc siêu khung ............................................................................................ 56
Hình 3.16 Cấu trúc của một khung dữ liệu ......................................................................... 56
Hình 3.17 Cấu trúc của fast byte đối với tất cả các khung trong siêu khung ADSL ........... 57
Hình 3.18 Chi tiết cấu trúc khung đường nhanh cho ADSL................................................ 59
Hình 3.19 Cấu trúc khung dồn dữ liệu xen cho downstream (trên) và upstream (dưới). .... 59
Hình 3.20 Cấu trúc khung tạo đường xen............................................................................ 61
Hình 4.1 Ánh xạ việc thực hiện giao thức điển hình TCP/IP vào mơ hình bảy lớp OSI..... 69
Hình 4.2 Mơ hình tham chiếu kiến trúc ADSL theo ADSL Forum..................................... 71
Hình 4.3 Tổng quan cấu trúc truy nhập DSL....................................................................... 73
Hình 4.4 Kiến trúc chung ADSL ......................................................................................... 75
Hình 4.5 Mạng ADSL.......................................................................................................... 76
Hình 4.6 Mạng truy nhập dựa trên cơ sở Router ................................................................ 77
Hình 4.7 Mạng dữ liệu với ADSL ...................................................................................... 78
Hình 4.8 Truy cập một ISP ..................................................................................................80
Hình 4.9 Thâm nhập mạng Frame Relay............................................................................. 80
Hình 4.10 Sơ đồ khối modem ............................................................................................. 86
Hình 4.11 Sơ đồ cấu trúc vi xử lý GS8124.......................................................................... 87
Hình 4.12 Sơ đồ dải tần trong tín hiệu ADSL .................................................................... 96
Hình 4.13 Sơ đồ ngun lý đường phát tín hiệu ADSL ...................................................... 97
Hình 4.14 Sơ đồ ngun lý đường thu tín hiệu ADSL ....................................................... 98
Hình 4.15 Mạch lọc tín hiệu thoại ..................................................................................... 100
Hình 4.16 Mạch bảo vệ trên đường ADSL....................................................................... 101


11

Mở ĐầU
Sau gần 20 năm thực hiện chủ trơng đổi mới, mở cửa, xây dựng nền kinh tế
thị trờng, định hớng xà hội chủ nghĩa, nhu cầu thông tin trên mọi lĩnh vực chính

trị, kinh tế, xà hội, văn hoá của nhân dân ta ngày càng lớn. Nền kinh tế xà hội Việt
Nam sau nhiều năm tăng trởng, ổn định, công ăn việc làm trên máy tính (PC) ngày
càng nhiều đà và đang đòi hỏi đợc cung cấp nhiều dịch vụ viễn thông đa dạng, chất
lợng tốt, băng thông rộng, truy cập internet với tốc độ nhanh ngày càng cao. Trong
khi đó mạng chuyển mạch thoại công cộng (PSTN) ở nớc ta cũng ở nhiều nớc trên
thế giới đà đợc xây dựng với cấu trúc mạng bốn cấp không thể đáp ứng đầy đủ nhu
cầu thông tin hiện đại, đặc biệt là mạng cáp đồng (LLN).
Trong những năm gần đây, tại nhiều triển lÃm viễn thông quốc tế và quốc gia
để đáp ứng nhu cầu về tiện ích thông tin có nhiều đòi hỏi về chất lợng thông tin và
băng thông lớn cho quảng cáo, giáo dục, trò chơi điện tử, chơng trình âm nhạc tìm
hiểu công nghệ, thông tin phổ cập, chuyển ngân, thơng mại điện tử... Nhiều chuyên
gia đà đề xuất những giải pháp giải quyết vấn đề chuyển đổi PSTN sang mạng thế hệ
mới (NGN), cơ bản gåm 3 líp: líp truy nhËp, líp trun t¶i, líp quản lý ứng dụng
dịch vụ viễn thông. Chuyển đổi PSTN sang NGN thật sự đà trở thành một vấn đề lớn
của thế giới công nghệ thông tin và truyền thông (ITC) đang đợc nhiều nhà khoa
học, nhiều quốc gia quan tâm nghiên cứu phát triển cơ sở hạ tầng thông tin qc gia
h−íng tíi mét x· héi th«ng tin hiƯn đại.
Báo cáo luận văn này đợc hình thành từ thực tiễn mong muốn chuyển đổi
đờng dây thuê bao điện thoại tơng tự thành đờng dây số, bằng cách tận dụng
dây cáp đồng đà đợc đầu t với modem công nghệ số, đem lại cho ngời sử dụng
dịch vụ viễn thông khả năng truy nhập mạng internet với tốc độ cao. Nội dung cơ
bản của luận văn là nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật điều chế trong công nghệ số thích
hợp để thiết kế và sản xuất modem ADSL phù hợp với môi trờng truyền dẫn cáp
đồng, góp phần tạo nên đờng dây thuê bao số ADSL ở VN cho các nhu cầu truy
nhập cơ sở dữ liệu và xử lý thông tin.
Luận văn này gồm 5 chơng với những nội dung nghiên cứu cơ bản nh sau:


12

Chơng I giới thiệu khái quát về đờng dây thuê bao điện thoại, đờng dây
thuê bao số (DSL), khả năng đáp ứng nhu cầu về tiện ích thông tin của DSL cho thời
kỳ quá độ xây dựng mạng cáp quang thuê bao thay thế mạng cáp đồng hiện tại
hàng chục triệu đôi dây chiếm khoảng 40% tổng mức đầu t cho mạng viễn thông .
Chơng II nghiên cứu phơng tiện truyền dẫn cáp đồng, những đặc tính cơ
bản của đôi cáp đồng, khả năng chống nhiễu và mở rộng băng thông bằng các kỹ
thuật điều chế trong công nghệ số.
Chơng III trình bày kỹ thuật điều chế trong công nghệ ADSL, các dạng điều
chế QAM, CAP, DMT, khả năng ứng dụng DMT để thiết lập hệ thống ADSL.
Chơng IV và chơng V giới thiệu sơ lợc kết quả nghiên cứu, sản xuất
modem ADSL của trung tâm VTC thuộc công ty VITECO, cấu trúc modem đợc
thiết kế, đặc tính kỹ thuật, u nhợc điểm của modem, kết luận và kiến nghị tiếp tục
nghiên cứu phát triển mạng truy nhập ADSL phù hợp với tiêu chuẩn mạng NGN.
Đề tài luận văn đợc hình thành, ngoài sự cố gắng của bản thân còn nhờ giúp
đỡ nhiệt tình của các thầy cô, các bạn đồng nghiệp thuộc công ty VITECO và trong
VNPT. Nhân dịp này cho phép tôi thể hiện lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô
trờng học Bách Khoa Hà Nội đà nhiệt tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức
hữu ích, đặc biệt cảm ơn thầy Đỗ Xuân Thụ- ngời đà hớng dẫn tôi trong suốt thời
gian nghiên cứu đề tài. Cảm ơn tất cả các bạn đồng nghiệp đà có nhiều ý kiến đóng
góp quý giá giúp tôi hoàn thành báo cáo luận văn này.


13

Chơng I
Tổng quan về đờng dây thuê bao số

1.1 Mạng cáp đồng
Hn mi nm v trc, s phỏt trin dch vụ thoại trên đôi cáp đồng của các công ty
điện thoại là rất tốt đẹp. Sau một thời gian, đặc biệt là khi có sự bùng nổ của Internet và

World Wide Web, việc phát triển mạng đã có nhiều điều phải lo nghĩ hơn. Sự cạnh tranh
khốc liệt hơn, lợi nhuận tăng nhanh đối với các dịch vụ mới và hơn hết, các khách hàng bắt
đầu nhận thức được sự thiếu sót của các cơng ty điện thoại. Song sự thay đổi lớn nhất có lẽ
là sự tác động tương hổ lẫn nhau giữa công ty điện thoại và Internet. Về phần mình,
Internet đã hồn tồn làm thay đổi vai trò trên mạng điện thoại.
Internet đã xuất hiện khoảng 30 năm trước, nhưng trong nhiều năm nó là cơng cụ để
giáo dục và nghiên cứu, vì thế mọi người ít biết đến. Mọi việc chỉ thay đổi vào giữa năm
1990 khi World Wide Web xuất hiện trên Internet. Internet và Web đã phát triển rất nhanh
vào những năm 1993 -1994, các máy tính PC được hổ trợ cả phần cứng và phần mềm cho
phép việc kết nối mạng trở nên dễ dàng hơn. Mạng điện thoại cũng đã phát triển thành
mạng chuyển mạch điện thoại công cộng, PSTN. Ở PSTN, thành phần lớn nhất là chuyển
mạch (Switch); còn Internet, thành phần lớn nhất của nó là bộ định tuyến (Router). Đó
chính là điểm khác biệt lớn nhất giữa PSTN và Internet. PSTN có thể được sử dụng để kết
nối PC ở nhà hoặc các máy tính của doanh nghiệp tới Internet. Bằng cách gắn PC vào
đường điện thoại qua modem ta có đường truy cập tới PSTN, rồi sau quay số tới một trong
số các nhà cung cấp dịch vụ Internet, lúc này thế giới trở nên gần gũi và thú vị.
Vấn đề là ở chổ, PSTN được thiết kế theo mơ hình thống kê của các cuộc gọi thoại với
thời gian ngắn, và tất nhiên nó sẽ khơng cịn phù hợp với các cuộc gọi dữ liệu hàng giờ
(lướt trên Web). Do đó PSTN phải đối phó rất vất vả với tắc nghẽn và xung đột, cịn khách
hàng thì không ngớt lời ca thán.
Rõ ràng không chỉ dừng lại ở Internet và Web, ngày càng xuất hiện nhiều ứng dụng
mới theo kiểu “tương tác multimedia”. Vì vậy khơng những yêu cầu độ trễ, độ rộng băng
thông phải thoả mãn được các dịch vụ này. Các ứng dụng yêu cầu về độ trễ như thoại,


14

video,…, còn các ứng dụng đòi hỏi băng tần thường là các ứng dụng dữ liệu. Một nhu cầu
thực sự đã xuất hiện, nhu cầu về các dịch vụ băng rộng, broadband. Kèm theo khái niệm
này là hàng loạt vấn đề kỹ thuật xuất hiện như độ trễ, băng thông, nhiễu,….

Bản thân PSTN được thiết kế tối ưu cho thoại, có độ trễ nhỏ, băng thơng (bandwidth)
bé (cỡ 56 kbps). Cịn việc truy cập tới băng rộng thơng thường ám chỉ tới băng thông lớn
hơn 2 Mbps.
Lợi nhuận hiện tại đối với các đường truy cập băng rộng gia tăng qua việc dùng
Internet. Nếu một ai đó quay số vào Internet qua modem vào mạch vịng tương tự, chúng
có thể nhận được băng thơng là 56 kpbs hoặc ít hơn. Như đã nêu, đường truy cập băng
rộng ít nhất là 2000 kbps. Và, DSL là giải pháp tạo ra đường truy cập băng rộng trên cáp
đồng của mạch vòng cũ mà khơng cần chi phí lớn trong việc tái tạo lại đường dây hay thay
thế chúng. Thực tế ADSL và các cơng nghệ DSL khác có thể có tốc độ vượt xa 2 Mbps.
Bản thân ADSL có thể thực hiện ở tốc độ 8 Mbps, cịn VDSL có thể đẩy tốc độ bit lên tới
52 Mbps.
Tóm lại, PSTN dù ở dạng tương tự hay số thì mục đích thiết kế của nó vẫn dành cho
các cuộc thoại thời gian ngắn. Vả lại, qua PSTN ta có thể ra Internet dể dàng, nên gánh
nặng về sự tắc nghẽn, độ trể, băng thông, giá thành là mối quan ngại của mạng này. ADSL
là công nghệ giúp giải quyết tốt vấn đề này ở khía cạnh cơng nghệ cũng như tính khả thi,
và nó được giới thiệu ở đây.
Ngày nay, nhu cầu khách hàng về các dịch vụ băng rộng đang tăng nhanh. Những
khách hàng là doanh nghiệp yêu cầu các dịch vụ tương tác như: truy cập Internet tốc độ
cao, hội nghị truyền hình, video theo u cầu. Cịn những khách hàng thơng thường thì u
cầu các dịch vụ khơng tương tác như phim theo yêu cầu, truyền hình số…Điều này thúc
đẩy các cơng ty viễn thơng nhanh chóng triển khai các giải pháp phân phối dịch vụ băng
rộng tới khách hàng có hiệu quả nhất.
Vấn đề khó khăn nằm trên những kilomet cuối tới thuê bao sử dụng các đôi dây
đồng đã được trang bị từ xưa tới nay để cung cấp các dịch vụ PSTN cho khách hàng trên
khắp thế giới. Mạng truy nhập PSTN chỉ cung cấp một dải tần hẹp 0.3-3.4 kHz với tốc độ
truyền số liệu tối đa là 56 kbps nên không đáp ứng được các khối dữ liệu có nội dung
phong phú kèm hình ảnh sống động. Để giải quyết vấn đề này nhiều kỹ thuật truy nhập


15

băng rộng đã được đưa ra xem xét, một trong các phương án được đưa ra xem xét là truy
nhập xDSL.

1.2 Xu h−íng ph¸t triĨn DSL
xDSL là một họ cơng nghệ đường dây thuê bao số gồm nhiều công nghệ có tốc độ,
khoảng cách truyền dẫn khác nhau nên được ứng dụng vào các dịch vụ khác nhau. Bảng
1.1 sẽ liệt kê các loại cơng nghệ và tính chất của từng loại. Theo hướng ứng dụng của cơng
nghệ thì có thể phân thành ba nhóm chính như sau:
-

Cơng nghệ HDSL truyền dẫn hai chiều đối xứng gồm HDSL/HDSL2 đã được
chuẩn hố và những phiên bản khác như: SDSL, MDSL, IDSL.

-

Cơng nghệ truyền dẫn hai chiều không đối xứng gồm ADSL/ADSL Lite(
G.Lite) đã được chuẩn hoá và các phiên bản khác như: CDSL, Etherloop.

-

Công nghệ VDSL cung cấp khả năng truyền dẫn cả đối xứng và không đối xứng.

Công nghệ

Tốc độ

Khoảng cách
truyền dẫn

Số đôi dây đồng

IDSL

144 Kb/s đối xứng

5km

1 đôi

HDSL

1,544Mb/s đối xứng
2,048Mb/s đối xứng

3,6 km - 4,5 km

2 đôi
3 đôi

HDSL2

1,544Mb/s đối xứng
2,048 Mb/s đối xứng

3,6 km – 4,5 km

SDSL
ADSL
VDSL

768kb/s đối xứng
1,544Mb/s hoặc
2,048 Mb/s một chiều
1,5- 8 Mb/s downstream
1,544 Mb/s upstream
26 Mb/s đối xứng
13–52 Mb/s downstream
1,5-2,3 Mb/s upstream

7 km
3 km
5km
300 m – 1,5 km
(tuỳ tốc độ)

Bảng 1.1 Các công nghệ DSL

1 đôi
1 đôi
1 đôi
1 đôi


16

IDSL ( ISDL DSL): Ngay từ đầu những năm 1980, ý tưởng về một đường dây thuê
bao số cho phép truy nhập mạng số đa dịch vụ tích hợp (ISDN) đã hình thành. DSL làm
việc với tuyến truyền dẫn tốc độ 160 kbps tương ứng với lượng tải tin là 144 kbps (2B+D).
Trong IDSL, một đầu nối với tổng đài trung tâm bằng một kết cuối đường dây LT (Line

Termination), đầu kia nối tới thuê bao bằng thiết bị kết cuối mạng NT (Network
Termination). Để cho phép truyền dẫn song công người ta dùng kỹ thuật khử tiếng vọng.
IDSL cung cấp các dịch vụ như: truyền hình hội nghị, đường thuê riêng (leased line), các
hoạt động thương mại, truy cập Internet/Intranet.
HDSL/HDSL2: Cuối những năm 80, nhờ tiến bộ trong lĩnh vự xử lý tín hiệu số đã thúc
đẩy sự phát triển của công nghệ đường dây thuê bao số tốc độ cao HDSL (High data rate
DSL). Công nghệ này sử dụng 2 đôi dây đồng để cung cấp dịch vụ T1 (1.544 Mbps), 3 đôi
dây để cung cấp dịch vụ E1 (2.048 Mbps) không cần bộ lặp. Sử dụng mã đường truyền
2B1Q tăng tỷ số bit/baud thu phát đối xứng; mỗi đôi dây truyền một nửa dung lượng tốc độ
784 kbps nên khoảng truyền xa hơn và sử dụng kỹ thuật khử tiếng vọng để phân biệt tín
hiệu thu phát. Khi nhu cầu truy cập các dịch vụ đối xứng tốc độ cao tăng lên, kỹ thuật
HDSL thế hệ thứ 2 ra đời để đáp ứng nhu cầu truyền T1, E1 chỉ trên một đôi dây đồng với
một bộ thu phát. Kỹ thuật này có nhiều ưu điểm: hoạt động ở nhiều tốc độ khác nhau, sử
dụng mã đường truyền hiệu quả hơn mã 2B1Q, khoảng cách truyền xa hơn, chống nhiễu
tốt hơn, có khả năng tương thích phổ với các dịch vụ DSL khác. Do sử dụng cả dải tần
thoại nên không cung cấp đồng thời cả dịch vụ thoại nhưng công nghệ này được sử dụng
rộng rãi cho các dịch vụ đối xứng trong mạng nội hạt thay thế các đường trung kế T1, E1
mà không cần sử dụng bộ lặp.
SDSL: Công nghệ DSL một đôi dây (single pair DSL) truyền đối xứng tốc độ 784 kbps
trên một đôi dây, ghép kênh thoại và số liệu trên cùng một đôi dây, sử dụng mã 2B1Q.
Công nghệ này chưa có các tiêu chuẩn thống nhất nên khơng được phổ biến cho các dịch
vụ tốc độ cao. SDSL chỉ được ứng dụng trong việc truy cập Web, tải những tệp dữ liệu và
thoại đồng thời với tốc độ 128 kbps ở khoảng cách bé hơn 6.7 km, và tốc độ tối đa là 1024
kbps trong khoảng 3.5 km.
ADSL: Là công nghệ được chú ý nhất trong họ DSL, nó sẽ được giới thiệu riêng ở sau.


17

VDSL: Công nghệ DSL tốc độ dữ liệu rất cao (Very high data rate DSL) là công nghệ

phù hợp cho kiến trúc mạng truy nhập sử dụng cáp quang tới cụm dân cư. VDSL truyền
tốc độ dữ liệu cao qua các đôi cáp đồng ở khoảng cách ngắn. Tốc độ hướng xuống
(downstream) tối đa đạt 52Mbps trong khoảng 300m, còn hướng lên (upstream) trong chế
độ không đối xứng là 1.6-2.3 Mbps. Trong VDSL, cả hai kênh số liệu đều hoạt động ở tần
số cao hơn tần số thoại và ISDN nên cho phép cung cấp các dịch vụ VDSL bên cạnh các
dịch vụ tồn tại. Có thể dùng VDSL trong truy cập băng rộng như dịch vụ Internet tốc độ
cao, video theo yêu cầu.
So với các công nghệ băng rộng khác hiện đang hoạt động, có nhiều điểm then chốt
khiến cho mạng DSL là sự lựa chọn hấp dẫn đối với truy nhập băng thơng cao. Trước khi
tìm hiểu sâu về khía cạnh cơng nghệ, ta xem xét tổng quan các đặc điểm chính của DSL:
•

Cơng nghệ xDSL có thể triển khai trên cặp cáp đồng đang tồn tại, mà số vốn mà
các nhà đầu tư của các công ty điện thoại đặt vào đó là rất lớn, khơng dễ gì thay
thế được. DSL khơng những tận dụng được nền tảng vốn có mà cịn cho phép
triển khai cơng nghệ mới, dịch vụ tốc độ cao mà không phải đầu tư hạ tầng cơ
sở mới.

•

Hầu hết các cơng nghệ mới yêu cầu thời gian đáng kể trước lúc đưa vào thử
nghiệm. Ví dụ, hệ thống vệ tinh khơng dây cần yêu cầu thiết kế, xây dựng, và
triển khai trước khi có thể bắt đầu thử nghiệm. Các cuộc thử nghiệm DSL, có
thể đơn giản hơn bởi vì nó dựa trên cơ sở cáp đồng sẵn có cùng với các trung
tâm chuyển mạch đã tồn tại.

•

Nhiều ứng dụng địi hỏi băng thông cao, và một số ứng dụng mới lại được tạo
ra trên khi băng thơng cao sẵn có. Các cơng nghệ DSL có thể hỗ trợ cho các

ứng dụng trong y học, pháp luật, thương mại, các ứng dụng thời gian thực, và
các trường hợp khác. Hơn nữa, DSL có thể được triển khai ở nhiều nơi cần tính
hiệu quả cao trên hạ tầng hiện có.

•

Với phát triển và phổ biến của các dịch vụ trực tuyến( online), mạng PSTN đã
trở nên quá tải. Đầu tiên, PSTN được thiết kế cho thực hiện các cuộc thoại và
nó khác với mơ hình vận chuyển dữ liệu. Ví dụ, hầu hết các cuộc gọi có thời
gian ngắn( trung bình 3 phút), cịn cuộc dữ liệu tới nhà cung cấp dịch vụ


18

Internet( ISP) thường là hàng giờ. Các mơ hình thống kê được dùng để thiết kế
PSTN khơng cịn thích hợp với mơ hình cuộc gọi dữ liệu. Mạng dữ liệu trên nền
công nghệ DSL sẽ làm giảm gánh nặng cho hệ thống chuyển mạch điện thoại
trong việc vận chuyển dữ liệu, tránh việc nâng cấp lớn hạ tầng cơ sở.
Trên thế giới hiện nay có khoảng 725 triệu đường truy nhập là đôi dây đồng kết nối tới
các hộ gia đình cũng như các khách hàng thương mại. Cơ sở hạ tầng này là điều kiện để
các công ty viễn thông triển khai công nghệ xDSL và mở ra kỷ nguyên mới cho truy nhập
băng rộng trên toàn thế giới.
Hiện nay công nghệ xDSL đã phát triển mạnh mẽ do các thiết bị trên thị trường hoạt
động tương thích với nhau do có các chuẩn chung. Giá thành thiết bị giảm nhanh chóng,
đồng thời những tiến bộ kỷ thuật mới cho phép người sử dụng tự lắp đặt thiết bị ở nhà dẫn
tới giảm chi phí dịch vụ.
Trong cuộc họp của DSL Forum tại Rome vào tháng 3/2002 cho thấy DSL đã được
chấp nhận như một kỹ thuật truy nhập băng rộng dẫn đầu thế giới với tổng số thuê bao lên
tới 18,7 triệu khách hàng (bảng 1.1). Người ta dự đốn số th bao này cịn tăng nhanh và
đạt tới 200 triệu thuê bao vào năm 2005.

Khu vực

Tổng số
thuê bao DSL

Lượng thuê bao
nhà riêng

% thuê
bao nhà riêng
trên tổng số
người dùng

Lượng th bao
doanh nghiệp

Châu Á Thái
Bình Dương

7.949.000

6.700.000

87,7

979,000

12,3

Bắc Mỹ

5.510.000

4.267.000

77,4

1.242.000

22,6

Tây Âu

4.232.000

3.523.000

83,2

709.000

16,8

Đơng Nam Á

499.000

374.000

75

125.000

25

Mỹ La-tin

380.000

271.000

71,3

110.000

28,7

Đơng Âu

53.000

32.000

60,4

21.000

39,6

Trung Đơng và

Châu Phi

48.000

37.000

77

11.000

23

18.671.000

15.473.000

82,9

3.196.000

17,1

Tồn thế giới

Bảng 1.2 Số lượng thuê bao trên thế giới năm 2002

% doanh
nghiệp trên
tổng người
dùng

19

Tại Nhật Bản, số lượng người dùng ADSL tăng rất nhanh. Chỉ riêng đến tháng 10/2002
con số tổng thuê bao đã là 5 triệu, biểu diển trên lược đồ sau:

H×nh 1.1 Số lợng ngời dùng ADSL tại Nhật Bản năm 2002

Tại Việt Nam, các dịch vụ DSL cũng đang từng bước được triển khai. Chủ yếu là các
dịch vụ HDSL được sử dụng trong các đường E1 của mạng truyền số liệu. Tuy nhiên các
nhu cầu truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ video theo yêu cầu đang tăng nhanh
góp phần thúc đẩy dịch vụ ADSL mau chóng được triển khai.

1.3 ADSL
ADSL-Asymmetric Digital Subscriber Line (thuª bao số không đối xứng) là một
giải pháp công nghệ xDSL cung cấp kết nối tới các thuê bao qua đờng cáp điện
thoại với tốc độ cao. ADSL hiện đang là sự lựa chọn phát triển cho dịch vụ truyền số
liệu nói chung và truy nhập internet nói riêng.


20

Đặc điểm chính của ADSL đó là sự khác nhau về tốc độ dữ liệu từ nhà cung cấp
đến ngời sử dụng (hớng xuống) và tốc độ dữ liệu từ ngời sử dụng tới nhà cung
cấp (hớng lên). Tốc độ dữ liệu hớng xuống thì thờng lớn gấp 10 lần đối với tốc
độ dữ liệu hớng lên. Đối với hớng xuống tốc độ dữ liệu có thể là từ 1 Mbps đến 8
Mbps, giá trị max chủ yếu còn phụ thuộc vào độ dài cũng nh điều kiện của tuyến
trong quá trình lắp đặt.

Sơ đồ khối hệ thống đầu cuối đến đầu cuối.
Ngày nay có rất nhiều các công ty khác nhau trên toàn thế giới đều đang có gắng
phát triển sản phẩm của mình dựa trên nền tảng của kỹ thuật ADSL đặc biệt là
chipset. Hình dới đây chỉ ra mô hình mạng truy nhập ADSL với nhiều thành phần
khác nhau bao gồm thiết bị phần cứng, mà đờng truyền, giao thức

Hình 1.2 Cấu trúc mạng ADSL


21

ATU-R (Modem)
Modem ATU-R tån t¹i ë phÝa ng−êi sư dơng. §èi víi giao diƯn ng−êi sư dơng
th× th−êng cã rÊt nhiều khả năng lựa chọn song với các dạng giao diện chung thì chủ
yếu bao gồm 10BaseT và giao diện ATM 25.6 Mbps (đôi khi còn đợc gọi là giao
diện ATM-25). Có nhiều loại giao diện tốc độ cao cho các PC, do vậy đối với các
loại giao diện PC, card cắm trong đôi khi đợc gọi là card giao diện mạng (NIC).
Ngoài ra còn có nhiều loại card giao diện khác ví dụ nh giao diện V.35, các loại
giao diƯn tèc ®é cao vÝ dơ nh− giao diƯn USB (Universal Serial Bus). ATU-R có thể
là modem cắm ngoài hoặc cũng có thể là card cắm trong PC nhng phổ biến thì
chúng là một phần của thiêt bị mạng chẳng hạn nh bridge/router để nối với mạng
LAN. Ngoài ra còn có bộ phận đặc biệt để ghép tách tín hiệu điện thoại thờng
POTS gọi là splitter. Đối với ADSL, modem này thờng đợc gọi là ATU-R.

ATU-C (DSLAM)
Cũng giống nh ATU-R, ATU-C tồn tại ở phía CO (Central Office) và thờng thì
ATU-C là một phần trong thành phần mạng truy nhập. ATU-C có cấu tạo dạng các
card đợc cắm ở tủ truy nhập nh các thuê bao điện thoại, trên mỗi card này có thể
bao gồm nhiều modem nhng tại một thời điểm thì ATU-C chỉ đợc kết nối với một
ATU-R. Ngoài ra còn có bộ phận đặc biệt để ghép tách tín hiệu điện thoại thờng

POTS gọi là splitter. Đối với ADSL các modem này đợc gọi là ATU-C. Các
modem này đợc kết hợp lại thành các luồng có tốc độ cao hơn để nối với các mạng
đờng trục tạo thành một thiết bị gọi là DSLAM. DSLAM (Digital Subscriber Line
Access Multiplexer) có tác dụng kết hợp các tuyến thuê bao (ATU-C) tốc độ thấp
lên luồng tốc độ cao hơn. DSLAM có thể có các giao diện với mạng số liệu ATM
và IP; đồng thời có các giao diện với mạng PSTN để cung cấp dịch vụ điện thoại
thờng trên ADSL.

C¸c øng dơng cđa ADSL


22

Những ứng dụng đa phơng tiện trên Internet có thể đến với ngời dùng hay
không phụ thuộc rất nhiều vào khả năng của dịch vụ kết nối. Với tốc độ của ADSL
thì hàng loạt các ứng dụng đợc phát triển và cho phép ngời dùng sử dụng:
-

Giáo dục trực tuyến, th viện điện tử, thảo luận, học qua mạng.

-

Các dữ liệu kinh tế trực tuyến: chứng khoán, thông tin bất động sản,...

-

Mua bán trực tuyến với hình ảnh sinh động

-

Truy nhập internet tốc độ cao

-

Hội nghị truyền hình với chất lợng âm thanh và hình ảnh tốt

-

Video theo yêu cầu, hỗ trợ ngời dùng tải xuống các và sử dụng các tệp
âm thanh, hình ảnh theo thời gian thực

-

Điện thoại qua ADSL (VoDSL)


23

Chơng I ....................................................................................................................13
Tổng quan về đờng dây thuê bao số ........................................................................13
1.1

Mạng cáp đồng..........................................................................................13

1.2

Xu hớng phát triển DSL ........................................................................15

1.3

ADSL .........................................................................................................19

Hình 1.1 Số lợng ngời dùng ADSL tại Nhật Bản năm 2002.................................19
Hình 1.2 CÊu tróc m¹ng ADSL ................................................................................20
Bảng 1.1 Các cơng nghệ DSL.............................................................................................. 15
Bảng 1.2 Số lượng thuê bao trên thế giới năm 2002 .......................................................... 18


23

Chơng II
Phơng tiện truyền dẫn cáp đồng

2.1 Một số đặc tính cơ bản của đôi cáp đồng
2.1.1 Đặc tính vật lý
Cáp đồng (hay còn gọi là cáp xoắn đồng) thường được triển khai theo từng bó. Mỗi bó
chứa từ 1 đến 4200 cặp cáp đồng. Thơng thường các mạch vịng thuê bao chứa 25 đến 100
cặp cáp đồng. Mỗi đôi dây cáp đồng có lớp cách ly, có thể là nhựa PVC chẳng hạn. Bó cáp
thơng thường có lớp bảo vệ bằng kim loại bên ngoài (Overall Shield). Lớp bảo vệ này
được nối đất để chống tạp âm. Ngoài ra bên ngồi bó cịn có lớp vỏ bảo vệ bằng nhựa hay
cao su (Outer Jacket).
Cáp xoắn đồng cũng đặc trưng bằng đường kính của nó. Ở Mỹ người ta thường dùng
đơn vị AWG để đo đường kính cáp xoắn. Các kích thước tiêu biểu là #19, #22, #24, #25
với đường kính từ 0,03589 inches (0,912 mm) tới 0,01594 inches (0,404mm). Loại #24 và
#26 thường được dùng cho DSL. Bảng sau cụ thể cỡ dây (gauges) theo đường kính và điện
trở D.C (một chiều) trên 1000 feet (304,8 m) cho mỗi loại.
AWG

Đường kính (inch)

Điện trở D.C 200 (ohms/kft)

19

0,03589

16,9

22

0,02535

33,8

24

0,02010

53,4

26

0,01594

85,8

Bảng 2.1 Đặc điểm và cỡ dây của cáp xoắn đồng
Cáp xoắn còn được phân loại dựa trên tốc độ và ứng dụng theo bảng 2.2
Loại

Tốc độ

1

Không đề cập rõ ràng

2

1 Mbps

Điện trở D.C 200 (ohms/kft)
Cho mạch dữ liệu tốc độ thấp


40

Chơng III
Kỹ thuật điều chế trong công nghệ ADSL

3.1 Cơ së ®iỊu chÕ DSL
3.1.1 Giíi thiƯu
Về khía cạnh băng tần các cơng nghệ DSL có thể phân thành hai loại chính, phụ thuộc
vào phương pháp mà chúng sử dụng đưa dữ liệu lên cáp xoắn đồng: basepass hay
passband. ISDN, ISDL và HSDL dùng basepass, còn ADSL là hệ thống sử dụng passband.
Các hệ thống basepass có băng tần tính từ tần số có giá trị là zero trở lên, trong khi phổ của
các hệ thống passband có cận dưới là một giá trị lớn hơn không. Chúng ta đang nghiên cứu
về cơng nghệ ADSL nên thiết nghĩ cần phải nói thêm một chút về các hệ thống passband
mà nó đang áp dụng.
Các hệ thống passband
Các hệ thống passband thường được dùng trong các dịch vụ băng rộng riêng khi người

ta muốn tách riêng kênh thoại 0-4 kHz. Nhưng làm sao người ta có thể quản lý và truyền
dẫn với tốc độ hàng Mbps trên giây đồng hay bị suy giảm? Cũng giống như cách người ta
đưa tốc độ 33.6 kbps lên kênh thoại 4 kHz mà thơi, thay vì gửi các bit người ta lại dùng véc
tơ ký hiệu có nhiều bít hơn cho một lần truyền bằng các phương pháp điều chế.
Điều chế là kỷ thuật quan trọng nhất cho mọi modem, trong đó có cả modem số ADSL
nữa.
Cơ sở điều chế DSL
Trong các hệ thống truyền thông vị trí của các khối điều chế và giải điều chế được chỉ
ra trong sơ đồ hình 3.1: