Nghiên cứu công nghệ ADSL và triển khai mạng ADSL tại BĐHN

..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCK KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------NGUYỄN KHẮC QUYẾT

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ADSL
VÀ TRIỂN KHAI MẠNG ADSL TẠI BĐHN

LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Hà Nội – 2004


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCK KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------NGUYỄN KHẮC QUYẾT

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ADSL
VÀ TRIỂN KHAI MẠNG ADSL TẠI BĐHN

Chuyên ngành: Điện tử viễn thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS PHẠM MINH HÀ

Hà Nội - 2004

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Tiếng Anh

Tiếng Việt

2 Binary, 1 Quaternary

Hai bit nhị phân được mã hóa
bằng bốn mức biên độ

4B3T

4 Binary, 3 Ternary

Mã đường băng gốc, mã hóa 4 bit
thành một nhóm 3 ký hiệu tam
phân (+, 0, -)

ADSL

Asymmetric Digital Subscriber
Line

Đường dây thuê bao số bất đối
xứng

AMI

Alternate Mark Inversion

Mã đảo dấu luân phiên

ANSI

American National Standards
Institute

Viện tiêu chuẩn quốc gia của Mỹ

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Chế độ truyền dẫn không đồng bộ

ATU-C

ADSL Transmission Unit at the
Central Office

Đơn vị truyền dẫn ADSL phía
tổng đài trung tâm

ATU-R

ADSL Transmission Unit at the
Remote Side

Đơn vị truyền dẫn ADSL phía
khách hàng

BRI

Basic Rate ISDN

ISDN tốc độ cơ bản

BRITE

BRI transmission extension

Mở rộng truyền dẫn ISDN tốc độ
cơ bản

CAP

Carrierless Amplitude/Phase
Modulation

Điều chế biên độ / pha không có
sóng mang

CDSL

Consumer DSL

DSL khách hàng

CCITT

Consultative Committee on
International Telegraph and
Telephone

Ủy ban tư vấn về điện thoại và
điện báo quốc tế

CO

Central Office

Tổng đài trung tâm

CODEC

Voice Coder / Decoder

Bộ mã hóa và giải mã thoại

2B1Q
2B1T


DAML

Digital Added Main Line

Đường dây có thêm số

DC

Direct Current

Dịng điện một chiều

DDS

Digital Data Service

Dịch vụ dữ liệu số

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

ETSI

European Telecommunications
Standards Institute

Viện tiêu chuẩn viễn thông châu
Âu

FDM

Frequency Division
Multiplexing

Hợp kênh phân chia theo tần số

FEC

Forward Error Control

Kiểm lỗi hướng thuận

FSN

Full-service Network

Mạng dịch vụ các loại

G.DMT

The full-rate Recommendation
G992.1

Khuyến nghị toàn tốc G.992.1
của ITU về ADSL

HDSL

High-bit-rate Digital Subscriber
Line

Đường dây thuê bao số tốc độ cao

HDSL2

Second-generation High-bit-rate Đường dây thuê bao số tốc độ cao
Digital Subscriber Line
thế hệ thứ 2

HDTV

High-definition Television

Truyền hình phân giải cao

HPF

High-pass Filter

Mạch lọc thông cao

IDSL

ISDN Digital Subscriber Line

Đường dây thuê bao số ISDN

ISDN

Integrated Services Digital
Network

Mạng số đa dịch vụ tích hợp

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

SLC


NID

Network Interface Device

Thiết bị giao diện mạng

NT

Network Termination

Đầu cuối mạng

ONU

Optical Network Unit

Đơn vị mạng quang

POTS

Plain Old Telephone Service

Dịch vụ thoại truyền thống

PSTN

Public Switched Telephone
Network

Mạng thoại chuyển mạch công
cộng

RADSL

Rate-Adaptive DSL

Đường dây thuê bao số thích nghi
tốc độ

SDSL

Symmetric DSL (Single-pair
DSL)

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

SNR

Signal to Noise Ratio

Tỷ số cơng suất tín hiệu trên
nhiễu

TCM

- Trellis Coded Modulation

Điều chế mã lưới

- Time Compression
Multiplexing

Hợp kênh nén thời gian

UADSL

Universal ADSL

ADSL toàn cầu

VDSL

Very high bit rate Digital
Subscriber Line

Đường dây thuê bao số tốc độ cực
cao

xDSL

x-type Digital Subscriber Line

Các kiểu đường dây thuê bao số


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình vẽ

Tên hình vẽ

Trang

1.1

Mơ hình tham chiếu modem băng tần thoại

1

1.2

Mơ hình tham chiếu DSL

3

1.3

Kỹ thuật truyền dẫn FDM

22

1.4

Kỹ thuật truyền dẫn ECH

22

2.1

Mơ hình TCP/IP

30

2.2

Các giao thức trên nền TCP/IP

31

2.3

Cấu trúc tế bào ATM

35

2.4

Quá trình chuyển đổi đi qua hai bước để tạo ra tải ATM

38

2.5

Mô hình chuẩn giao thức B-ISDN

39

2.6

Một số cấu trúc ADSL

41

2.7

Cấu trúc ADSL quy mô nhỏ

43

2.8

Cấu trúc mạng ADSL trên nền mạng ATM

46

2.9

Mơ hình RFC 1483

49

2.10

Mơ hình PPP over ATM

51

2.11

Cấu trúc cổng tunnel

52

2.12

Tập hợp kết cuối PPP

53

3.1

Sơ đồ kết nối mạng ADSL tại Bưu điện Hà nội

56

3.2

Sơ đồ kết nối thuê bao ADSL tại tổng đài

58

3.3

Sơ đồ kết nối thuê bao SHDSL tại tổng đài

59

3.4

Thiết bị Mini DSLAM của Siemens

60

3.5

Các module của Mini DSLAM

61

3.6

Các module card của Standard DSLAM

65

3.7

Hệ thống Splitter và connector

66

3.8

Thiết bị ERX 1410 dùng làm BRAS

67

3.9

Card SRP của thiết bị BRAS

68

3.10

Mơ hình phân lớp giao thức

71


3.11

Các tuỳ chọn đặt TCP/IP vào ATM

71

3.12

Mơ hình IP over ATM

73

3.13

Mơ hình Bridged IP

76

3.14

Ứng dụng PPPoA trong kiến trúc mạng ADSL

78

3.15

Mơ hình PPP over ATM

79

3.16

Ứng dụng PPPoE trong kiến trúc mạng ADSL

81

3.17

Mơ hình PPP over ATM

82

3.18

Sơ đồ kết nối VTN trong mạng NGN

86

3.19

Mạng riêng, mạng công cộng và mạng riêng ảo

87

3.20

Mạng riêng ảo nội hạt

90

3.21

Nguyên lý của mạng riêng ảo truy cập internet

91

3.22

Mơ hình mạng riêng ảo MPLS cho dự án mạng
khơng dây

93

3.23

Mơ hình mạng riêng ảo MPLS, truyền số liệu
giữa các Bưu cục

94

3.24

Mơ hình kết nối mạng riêng ảo MPLS

95

3.25

Giải pháp EDA cho xDSL trên nền Ethernet

98

3.26

Thiết bị IP DSLAM của Errission

99

3.27

Card IP DSLAM với 12 cổng thuê bao

99

3.28

Bộ lọc Splitter trong card của IP DSLAM

100


MỤC LỤC

Trang phụ bìa
Mục lục
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các hình vẽ
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TRÊN ĐƯỜNG DÂY

1.1. Cơng nghệ truyền dẫn bằng modem băng tần thoại

1

1.2. Công nghệ truyền dẫn đường dây thuê bao số

3

1.3. Các loại đường dây thuê bao số

5
5
6
11
18
28

1.3.1.Các thế hệ trước của đường dây thuê bao số
1.3.2. Mạng số đa dịch vụ tích hợp tốc độ cơ bản
1.3.3. Đường dây thuê bao số tốc độ cao
1.3.4. Đường dây thuê bao số bất đối xứng
1.3.5. Đường dây thuê bao số tốc độ cực cao
CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC HỆ THỐNG MẠNG ADSL

2.1 Một số khái niệm cơ bản
2.1.1 Mơ hình TCP/IP
2.1.2 Tổng quan về ATM
2.2 Các cấu trúc ADSL
2.2.1 Giới thiệu một số cấu trúc mạng ADSL
2.2.2 Cấu trúc khai thác quy mô nhỏ
2.2.3 Cấu trúc ADSL trên nền mạng truy nhập ATM

30
30
34
41
42

42
45

CHƯƠNG 3: TRIỂN KHAI MẠNG TẠI BĐHN

3.1 Triển khai mạng tại BĐHN
3.1.1 Sơ đồ kết nối mạng
3.1.2 Hệ thống ghép kênh truy nhập đường thuê bao số DSLAM
3.1.2.1 Sơ đồ kết nối tại các tổng đài điện thoại
3.1.2.2 Thiết bị Mini DSLAM

54
54
57
58
60


3.1.2.3 Thiết bị Standard DSLAM
3.1.3 Hệ thống truy cập từ xa băng rộng BRAS
3.2 Các giao thức truyền thông trên mạng
3.2.1 Cấu hình IP over ATM
3.2.2 Cấu hình Bridged IP
3.2.3 Cấu hình PPP over ATM
3.2.4 Cấu hình PPP over Ethernet
3.3 Kết nối VTN trong mạng NGN
3.3.1 Sơ đồ kết nối VTN trong mạng NGN
3.3.2 Triển khai mạng riêng ảo trên nền xDSL
3.3.2.1 Tổng quan về mạng riêng ảo
3.3.2.2 Dịch vụ mạng riêng ảo nội hạt (VPN local)

3.3.2.3 Dịch vụ mạng riêng ảo truy cập internet
3.2.2.4 VPN MPLS
3.4 Xu hướng phát triển trong tương lai (mạng IP DSLAM)
KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO

63
67
71
73
76
78
81
84
84
87
87
90
91
92
98


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. DSL sử
dụng cơng nghệ truyền dẫn đa kênh, chia tồn bộ dải thông truyền dẫn thành
các kênh truyền độc lập với nhau.
Từ tháng 7-2003, Bưu điện Hà nội nói riêng cũng như VNPT nói chung

đưa ra cung cấp dịch vụ xDSL, bao gồm các công nghệ ADSL, SHDSL và
VDSL. Các dịch vụ xDSL ra đời mang lại khả năng truy cập Internet băng
rộng với giá rẻ cho khách hàng. Tới thời điểm hiện tại chỉ tính riêng tại địa
bàn Hà nội đã có khoảng trên 9.000 khách hàng (cổng truy cập) sử dụng
dịch vụ xDSL
Luận văn này sẽ đề cập tổng quan về cơng nghệ ADSL nói chung và
thực tế triển khai mạng xDSL tại Bưu điện Hà nội.
Nội dung trình bày trong luận văn như sau:
▪ Chương 1: Trình bày tổng quan về các công nghệ truyền dẫn trên
đường dây, các loại DSL hiện đang sử dụng trong truyền thông.
▪ Chương 2: Trình bày về cơ sở và cấu trúc hệ thống mạng ADSL.
▪ Chương 3: Trình bày về thực tế triển khai mạng xDSL tại Bưu
điện Hà Nội và xu hướng phát triển trong tương lai.
▪ Kết luận: Tóm tắt kết quả đạt được của luận văn và đề xuất
hướng nghiên cứu trong thời gian tới.
Trong thời gian thực hiện luận văn này, tơi đã được sự hỗ trợ, khuyến
khích và động viên của rất nhiều người, đó là gia đình tơi, các thầy cơ, bạn


học và các đồng nghiệp. Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối
với PGS. TS. Phạm Minh Hà, người đã tận tình hướng dẫn tơi hồn thành
bản luận văn này. Cơ cũng là người có nhiều ý kiến chân thành và quý báu
trong quá trình tiếp cận và giải quyết vấn đề.
Nhân đây, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn các thầy cô tại Khoa Điện tử
Viễn thông trường ĐHBK Hà Nội, những người đã trang bị cho tôi kiến thức
trong suốt năm năm học Đại học và hai năm học Cao học. Và tôi cũng xin
gửi lời cảm ơn tới các bạn học và đồng nghiệp, đã khuyến khích, động viên
và giúp đỡ tơi rất nhiều để tơi có thể hồn thành tốt cơng việc.

Nghiên cứu công nghệ ADSL và thực tế triển khai mạng ADSL tại BDHN

1

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN
TRÊN ĐƯỜNG DÂY

1.1 CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN BẰNG MODEM BĂNG TẦN THOẠI
Các modem băng tần thoại được giới thiệu vào cuối những năm 1950 với
chức năng gửi dữ liệu qua mạng điện thoại cơng cộng, xem hình 1.1. Dữ liệu
truyền qua mạng điện thoại công cộng phải được điều chế do mạng điện thoại
PSTN chỉ truyền các tín hiệu nằm trong dải tần số từ 200 Hz đến 3400 Hz. Dữ
liệu chưa điều chế đòi hỏi các tần số truyền dẫn gần 0 Hz. Modem biến đổi
các đặc tính tần số của dữ liệu vào tín hiệu tiếng nói để có thể truyền qua
được PSTN. Vì thế, dữ liệu điều chế sẽ xuất hiện dưới dạng một cuộc gọi
thoại thông thường đối với PSTN.

Hình 1.1: Mơ hình tham chiếu modem băng tần thoại
Hạn chế căn bản của các modem băng tần thoại chính là ở các bộ mã
hóa/giải mã hóa tiếng nói (CODEC) được đặt tại các chuyển mạch thoại nội
hạt hoặc đầu cuối DLC. Bộ CODEC chuyển các tín hiệu tương tự trên đường
điện thoại sang dạng biểu diễn số tốc độ 64 Kb/s, sử dụng điều chế mã xung.

Nguyễn Khắc Quyết Cao học ĐTVT 2002 ĐHBKHN


Nghiên cứu công nghệ ADSL và thực tế triển khai mạng ADSL tại BDHN

2

Tín hiệu của các modem băng tần thoại truyền trong cuộc gọi thoại PSTN
không được vượt quá tốc độ bit 64 Kb/s.
Ưu điểm nổi bật của các modem chính là sự phổ biến khắp nơi của
chúng. Một modem có thể nối tới bất cứ đường điện thoại nào và ngay lập tức
gọi được cho bất cứ modem nào khác trong hàng triệu modem đang được gắn
với đường điện thoại trên thế giới. Các modem có giá thấp hơn và dễ dàng cài
đặt hơn so với các thiết bị DSL. Tuy nhiên, nhu cầu về tốc độ truyền dữ liệu
của các ứng dụng đã vượt quá khả năng đáp ứng được của các modem băng
tần thoại. Một hạn chế khác của các modem là các cuộc gọi sẽ bị chặn khi
tổng đài nội hạt q tải, khơng có khả năng kết nối tới nhiều điểm đồng thời
và tỷ lệ lỗi bit cao. Những hạn chế này đã được khắc phục trong DSL.

Nguyễn Khắc Quyết Cao học ĐTVT 2002 ĐHBKHN


Nghiên cứu công nghệ ADSL và thực tế triển khai mạng ADSL tại BDHN

3

1.2 CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN ĐƯỜNG DÂY THUÊ BAO SỐ
Thuật ngữ DSL đề cập tới tất cả các kiểu công nghệ đường dây thuê bao
số, bao gồm ADSL, HDSL, SHDSL, ISDN tốc độ cơ bản, VDSL và IDSL.
Thuật ngữ xDSL cũng được sử dụng trong ngành công nghệ khi đề cập tới các
kiểu DSL.
Công nghệ DSL đã đưa vào một sự thay đổi mới mẻ vào lợi ích của các
đường dây điện thoại. Đối với đường dây điện thoại, ban đầu được xây dựng
chỉ để mang một tín hiệu thoại đơn với một kênh băng thơng 3,4 KHz nhưng
giờ đây chúng có thể truyền gần 100 tín hiệu thoại đã nén, hoặc tín hiệu video
có chất lượng tương đương như truyền hình. Việc truyền dẫn tín hiệu số tốc
độ cao trên đường dây điện thoại đòi hỏi khả năng xử lý tín hiệu rất cao để

giảm thiểu được mất mát khi truyền dẫn gây ra như: do suy hao tín hiệu,
nhiễu xuyên âm từ tín hiệu hiện có trên dây khác trong cùng một cáp, phản xạ
tín hiệu, can nhiễu tần số vô tuyến và nhiễu xung.
Cơ sở hạ tầng dùng cặp dây xoắn được nối tới mọi nhà và mọi địa điểm
trên toàn thế giới nhưng DSL cũng có những địi hỏi khá khắt khe về chất
lượng đối với cặp dây xoắn. Chính vì vậy, khoảng 15% các đường dây điện
thoại trên toàn thế giới sẽ phải thay thế để có thể cho phép vận hành DSL tốc
độ cao.

Hình 1.2 : Mơ hình tham chiếu DSL

Nguyễn Khắc Quyết Cao học ĐTVT 2002 ĐHBKHN


Nghiên cứu công nghệ ADSL và thực tế triển khai mạng ADSL tại BDHN

4
Điểm khác nhau căn bản giữa các modem băng tần thoại và DSL đó là
các modem băng tần thoại vận hành qua một kết nối giữa hai đầu cuối của
PSTN, trong khi đó, DSL vận hành qua mạch vòng nội hạt. Modem DSL tại
các thuê bao sẽ kết nối trực tiếp với modem DSL của DSLAM, xem hình 1.1
và hình 1.2.
Đường trung kế sẽ kết nối trực tiếp các DSLAM tại các vệ tinh tới các
DSLAM tại các tổng đài hoặc từ các DSLAM tổng đài tới thiết bị truy cập
băng rộng (BRAS). Các đường trung kế này là các hệ thống truyền dẫn cáp
quang số tốc độ cao, phục vụ truyền thông tin từ nhiều khách hàng.
DSL bao gồm một đường cáp đồng trực tiếp từ vị trí khách hàng tới vị trí
của DSLAM gần nhất. Khi cần mở rộng khoảng cách phục vụ của DSL thì
các bộ lặp trung gian sẽ được lắp đặt vào chính giữa mạch vịng nội hạt một
bộ phát lặp. Bộ phát lặp DSL được cấp nguồn một chiều của tổng đài trung

tâm trên cùng cáp đồng đã dùng để truyền dữ liệu. DSL được thiết kế để chỉ
hoạt động trên những hạn chế của chỉ một mạch vòng nội hạt. Hiệu năng tiềm
tàng của DSL có thể vượt các modem gấp hàng trăm lần. Tuy nhiên, các
modem vẫn có một ưu điểm quan trọng là các thiết bị này có thể vận hành
trên bất cứ một kết nối điện thoại nào tới bất cứ đâu trên thế giới. Ngoài ra,
DSL cũng vay mượn rất nhiều các công nghệ truyền dẫn đã được ứng dụng
cho modem băng tần thoại.

Nguyễn Khắc Quyết Cao học ĐTVT 2002 ĐHBKHN


Nghiên cứu công nghệ ADSL và thực tế triển khai mạng ADSL tại BDHN

5

1.3 CÁC LOẠI ĐƯỜNG DÂY THUÊ BAO SỐ
Khi năng lực xử lý của các bộ xử lý tín hiệu số được cải thiện thì tốc độ
bit của DSL cũng tăng theo. Công nghệ DSL ban đầu chỉ đạt được có tốc độ
144 Kb/s của ISDN tốc độ cơ bản, sau đó tăng lên 1,5 Mb/s và 2 Mb/s của
phiên bản HDSL/SHDSL, rồi đến 8 Mb/s của ADSL và bây giờ là 52 Mb/s
đối với VDSL.
1.3.1

Các thế hệ trước của đường dây thuê bao số

Có thể coi các đường trung kế T1, E1 và DDS là các DSL đầu tiên. Mặc
dù, các hệ thống truyền dẫn dùng T1 (có tốc độ 1,544Mb/s, dùng mã AMI, chỉ
được sử dụng ở Bắc Mỹ) và E1 (có tốc độ 2,048 Mb/s, dùng mã HDB3) ban
đầu được dùng làm đường trung kế giữa các tổng đài trung tâm, nhưng sau đó
chúng đã cho thấy ích lợi khi dùng làm các đường kết nối tốc độ cao từ tổng

đài trung tâm đến các vị trí của khách hàng. T1 được AT&T sử dụng lần đầu
tiên vào năm 1962. Ngày nay, các đường trung kế kết nối giữa các tổng đài
trung tâm hoàn toàn dựa trên cáp quang và viba. Các đường T1/E1 hiện nay
khơng cịn được sử dụng đúng như chức năng ban đầu của chúng. Mặc dù vẫn
được sử dụng làm các đường thuê bao nhưng chúng có những hạn chế. Chúng
có giá thành đắt và mất nhiều thời gian để cài đặt và thường được tách riêng
thành nhóm các bó dây khác biệt so với các hệ thống truyền dẫn khác. Nhằm
làm giảm xuyên âm đầu gần giữa hai hướng truyền, người ta sử dụng một bó
cáp chỉ mang các cặp cáp T1 đi ra và một bó cáp khác chỉ mang các cặp cáp
T1 đi vào. Các đường T1 được thiết kế với suy hao đường tối đa là 15 dB với
chiều dài cáp từ 600 đến 1000 mét tại tần số 772 KHz trên cung đoạn từ tổng
đài trung tâm đến bộ lặp đầu tiên, trên cung đoạn giữa các bộ lặp có suy hao
tối đa tới 36 dB (khoảng cách từ 1000 đến 2000 mét), còn trên cung đoạn từ

Nguyễn Khắc Quyết Cao học ĐTVT 2002 ĐHBKHN


Nghiên cứu công nghệ ADSL và thực tế triển khai mạng ADSL tại BDHN

6
bộ lặp cuối cùng tới thiết bị của khách hàng thì suy hao tối đa là 22,5 dB.
Trên đường T1 địi hỏi phải khơng có các đầu nối và cuộn tải. Với các khoảng
cách xa, người ta sử dụng các bộ lặp.
Mã đường AMI, được sử dụng cho truyền dẫn trên các đường T1, rất
đơn giản khi thực hiện nhưng khơng cịn hiệu quả với các chuẩn ngày nay.
AMI gửi một bit trên một ký hiệu. Việc truyền dẫn trên đường T1 sử dụng
cơng suất tín hiệu truyền cao, mà điều này dẫn đến mức xuyên âm cao trong
dải tần số 100 KHz đến 2 MHz. Các đường DSL khác có sử dụng cùng dải
tần số có thể bị ảnh hưởng nếu được đặt cùng một bó cáp với đường T1.
Trong một số trường hợp đặc biệt, xuyên âm gây ra do đường T1 có thể ảnh

hưởng đến cả các đường dây đặt trong bó cáp khác.
1.3.2

1.3.2.1

Mạng số đa dịch vụ tích hợp tốc độ cơ bản

Nguồn gốc của ISDN tốc độ cơ bản

Chúng ta xem ISDN tốc độ cơ bản là thành viên đầu tiên trong gia đình
DSL. ISDN đã được hình thành bắt đầu từ năm 1976 và đã được định hình rõ
ràng trong các Khuyến nghị của tổ chức CCITT (nay được gọi là ITU). Tham
vọng của những người phát triển là mong đợi ISDN sẽ trở thành một mạng
đồng nhất trên toàn thế giới phục vụ cho cả truyền thông dữ liệu và điện thoại.
Sự phát triển trong truyền dẫn ISDN bao gồm chuyển mạch, báo hiệu và hệ
thống vận hành. Nỗ lực để phát triển ISDN đã trải qua hàng thập kỷ với sự
đóng góp cơng sức của hàng nghìn người đến từ hàng trăm công ty khác nhau
tại hơn 20 quốc gia trên toàn thế giới. ISDN đã tập trung vào phục vụ các dịch
vụ thoại và dịch vụ dữ liệu dùng chuyển mạch gói tốc độ thấp. Và chính sự
tập trung vào các dịch vụ này lại là điểm yếu chính của ISDN. Các mạng
ISDN khó phù hợp cho dịch vụ chuyển mạch gói tốc độ cao và các phiên hoạt

Nguyễn Khắc Quyết Cao học ĐTVT 2002 ĐHBKHN


Nghiên cứu công nghệ ADSL và thực tế triển khai mạng ADSL tại BDHN

7
động có thời gian dài, đặc tính khi truy nhập internet. Tuy nhiên, cũng có
hàng triệu khách hàng hài lòng về ISDN.

Dịch vụ ISDN được thử nghiệm đầu tiên vào năm 1985. Dịch vụ ISDN
đầu tiên được cung cấp tại Bắc Mỹ là của AT&T – Illinois Bell (bây giờ được
gọi là Ameritech) tại Oakbrock, bang Illinois vào năm 1986. Các hệ thống thử
nghiệm đầu tiên sử dụng giao diện tốc độ cơ bản (BRI) ứng dụng công nghệ
truyền dẫn TCM (ping-pong) hoặc dùng mã đảo dấu luân phiên. Mặc dù, các
hệ thống này rất đơn giản khi thực hiện, nhưng truyền dẫn 2B1Q đã được
chọn là chuẩn cơng nghệ truyền dẫn cho gần như tồn bộ thế giới. Chỉ có Liên
bang Đức và Áo là sử dụng truyền dẫn 4B3T và Nhật Bản sử dụng phương
pháp truyền dẫn AMI ping-pong. Khoảng cách tối đa của các mạch vòng
trong các hệ thống sử dụng truyền dẫn 2B1Q và 4B3T lớn hơn so với các hệ
thống theo các chuẩn ra đời trước.
1.3.2.2

Khả năng và ứng dụng của ISDN tốc độ cơ bản

Các đường BRI có thể truyền thơng tin số đối xứng với tốc độ 160 Kb/s
trên các mạch vịng có khoảng cách tối đa lên tới 5,5 km hoặc suy hao tối đa
là 42 dB tại tần số 40 KHz. Các đường BRI gồm hai kênh B tốc độ 64 Kb/s,
một kênh D tốc độ 16 Kb/s và 16 Kb/s dùng để truyền thông tin định khung
và điều khiển đường. Các kênh B có thể được chuyển mạch kênh hoặc chuyển
mạch gói. Kênh D mang thơng tin báo hiệu và các gói dữ liệu người dùng.
Một kênh hoạt động theo kiểu nhúng (eoc) và các bit chỉ báo được chứa trong
8 Kb/s mào đầu. Kênh eoc chuyển các bản tin phục vụ cho chuẩn đoán đường
truyền và các bộ thu phát. Các bit chỉ báo nhận biết các lỗi khối dữ liệu, thực
hiện đo hiệu năng truyền dẫn.

Nguyễn Khắc Quyết Cao học ĐTVT 2002 ĐHBKHN


Nghiên cứu công nghệ ADSL và thực tế triển khai mạng ADSL tại BDHN

8
1.3.2.3

Truyền dẫn ISDN tốc độ cơ bản

BRI điều chế dữ liệu sử dụng một xung bốn mức để đại diện cho hai bit
nhị phân, vì thế được gọi là 2B1Q. Dữ liệu được gửi theo cả hai hướng đồng
thời bằng cách sử dụng truyền dẫn lai có khử tiếng vọng (ECH). Kỹ thuật
truyền dẫn băng gốc 2B1T đơn giản gửi dữ liệu với tốc độ 160 Kb/s sử dụng
băng thông rộng 80 KHz, hiệu suất phổ là 2 b/s đối với mỗi Hz. Việc làm
bằng thích nghi sẽ tự động bổ sung cho suy hao xảy ra trên cả dải truyền dẫn.
BRI có thể làm việc trên các mạch có các đầu nối, cho phép suy hao tổng
cộng thấp hơn 42 dB ở tần số 40 KHz. Các mạch vịng phải khơng có tải.
1.3.2.4

ISDN tốc độ cơ bản mở rộng tầm phục vụ

Các mạch vịng có thể đạt khoảng cách tới 5,5 km từ tổng đài trung tâm,
nhờ sử dụng các phương pháp thay thế: BRITE, bộ lặp trung gian và BRI mở
rộng.
❖ BRITE
Mở rộng truyền dẫn ISDN tốc độ cơ bản (BRITE) sử dụng nhiều nhánh
kênh số và các bộ DLC là phương tiện để mở rộng ISDN đến các khu vực
được phục vụ bằng những nhánh kênh số trên. Các đơn vị kênh ISDN đặc biệt
sử dụng ba đường DS0 trong nhánh kênh để truyền BRI. Do các đơn vị kênh
bổ sung thêm đã làm cho cấu hình BRITE có giá thành đường kênh tương đối
cao. Tuy nhiên, khi sử dụng thiết bị SLC hoặc nhánh kênh có sẵn, thì giá
thành để triển khai hệ thống thấp của BRITE là lý tưởng để phục vụ cho một
số lượng đường truyền rất nhỏ tại một vùng xa tổng đài.

❖ Bộ lặp trung gian
Kích thước của mạch vịng có thể tăng gần gấp đơi khi đặt một bộ lặp
vào giữa vòng. Khi bộ lặp là kết hợp của NT và LT, mạch vòng được chia
thành cặp DSL nối tiếp nhau. Từng vịng có thể chịu suy hao tới 40 dB tại tần

Nguyễn Khắc Quyết Cao học ĐTVT 2002 ĐHBKHN


Nghiên cứu công nghệ ADSL và thực tế triển khai mạng ADSL tại BDHN

9
số 40 KHz, tương ứng với khoảng cách tổng cộng của cả hai vòng lên xấp xỉ
9 km (2 x 4,5km). Khi bộ phát lặp không nằm chính xác tại điểm giữa của
vịng thì kích thước của vịng có bộ lặp đạt được có thể hơi nhỏ hơn hai lần
kích thước của vịng khơng có bộ lặp. Các cuộn tải phải được loại bỏ khỏi
vòng để BRI hoạt động, có thể có hoặc khơng có các bộ lặp. Ngun nhân là
khi có cuộn tải trên mạch vịng, dải tần số nằm bên trên băng tần thoại chịu
suy hao rất lớn, gây ảnh hưởng mạnh đến vùng băng tần cao của ISDN cũng
như các DSL khác.
Các bộ lặp trung gian được cấp nguồn một chiều (khoảng -130V DC), từ
mạch cấp nguồn của tổng đài trung tâm. Đối với các khoảng cách xa hơn,
người ta sử dụng một bộ lặp thứ hai. Cấu hình hai bộ lặp ít được sử dụng do
tính phức tạp trong việc cấp nguồn và quản trị.
Cấu hình có bộ lặp và BRITE có trễ truyền tín hiệu (trễ 2,5 ms một
chiều) gấp hai lần so với cấu hình DSL trực tiếp (trễ 1,25 ms).
❖ BRI mở rộng
Các kỹ thuật truyền dẫn có nhiều tiến bộ kể từ khi ra đời chuẩn BRI
(ANSI T1.601). Các kỹ thuật này, như mã lưới, cho phép truyền tốc độ tới
160Kb/s trên mạch kích thước tới 8,5 Km mà không cần sử dụng bộ lặp trung
gian. Nhằm đảm bảo tính tương thích ngược, các hệ thống BRI mở rộng đưa

giao diện chuẩn ANSI T1.601 với LT tại chuyển mạch tổng đài trung tâm và
thiết bị NT của khách hàng. Thông thường, một khối chuyển đổi được đặt
trong khoang thiết bị hỗn hợp trong tổng đài trung tâm, và khối chuyển đổi
còn lại được đặt trong một thiết bị kèm theo đặt tại phía khách hàng. Tuy
nhiên, việc đặt khối chuyển đổi xa tại một địa điểm trung gian có thể mở rộng
thêm kích thước vịng. Kết quả là kích thước vịng có thể lên tới gần 12,9 Km
(4,4 + 8,5 Km). Hơn nữa, bộ chuyển đổi phía mạng cũng có thể đặt ở xa nếu
nguồn cung cấp có sẵn tại vị trí đó.

Nguyễn Khắc Quyết Cao học ĐTVT 2002 ĐHBKHN


Nghiên cứu công nghệ ADSL và thực tế triển khai mạng ADSL tại BDHN

10
1.3.2.5

DAML, chuyển đổi kênh B / kênh thoại tương tự

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

DAML dựa trên HDSL có thể truyền nhiều hơn hai kênh thoại trên chỉ một
cặp dây.
1.3.2.6

IDSL

Một ứng dụng không phải ISDN khác của bộ truyền nhận BRI là IDSL
(ISDN DSL). Các kênh đối xứng BRI (kênh tốc độ 128 Kb/s hoặc 144 Kb/s)
được ghép lại thành một kênh để truyền dữ liệu gói giữa bộ định tuyến và
máy tính của khách hàng. Phần lớn các dạng của IDSL đều làm việc được với
NT ISDN thơng thường ở phía khách hàng. Vì thế, với IDSL, tổng đài nội hạt
ISDN được thay thế bằng bộ định tuyến dữ liệu gói. Cấu hình này được sử
dụng để truy nhập internet.

Nguyễn Khắc Quyết Cao học ĐTVT 2002 ĐHBKHN


Nghiên cứu công nghệ ADSL và thực tế triển khai mạng ADSL tại BDHN

11
1.3.3

1.3.3.1

Đường dây thuê bao số tốc độ cao

Nguồn gốc của HDSL

Khái niệm ban đầu về định nghĩa của HDSL xuất hiện vào cuối năm
1986 tại phịng thí nghiệm Bell của AT&T và Bellcore. Các thiết kế của bộ

truyền nhận HDSL đã mở rộng về quy mô của các thiết kế ISDN tốc độ cơ
bản. Các hệ thống HDSL được tạo trong phịng thí nghiệm đã xuất hiện vào
năm 1989. Hệ thống HDSL đầu tiên được đưa vào cung cấp dịch vụ vào năm
1992, của Bell Canada, sử dụng các thiết bị do Tellabs Operations Inc, ở
Lisie, bang Illinois sản xuất. Gần đây, mọi công ty điện thoại lớn trên thế giới
đều sử dụng HDSL. Năm 1997, có khoảng 450.000 đường HDSL đang cung
cấp dịch vụ trên toàn thế giới, với xấp xỉ 350.000 đường nằm tại Bắc Mỹ.
Việc triển khai HDSL tăng hơn 150.000 đường mỗi năm. Vào tháng 10 năm
1998, ITU phê chuẩn Khuyến nghị G.991.1 cho thế hệ HDSL đầu tiên.
Khuyến nghị này dựa rất sát vào Đặc điểm kỹ thuật do ETSI đưa ra mang ký
hiệu TM-03036. ITU đã bắt đầu làm việc với các khuyến nghị HDSL thế hệ
thứ hai (SHDSL) và khuyến nghị này được gọi là G.991.2.
Nhu cầu về HDSL trở nên rõ ràng khi các hệ thống truyền dẫn sử dụng
đường T1 và E1 khơng cịn được sử dụng làm các đường trung kế nối giữa
các tổng đài và thấy sự tăng trưởng nhanh chóng của các đường dùng riêng từ
tổng đài trung tâm tới khách hàng. Các hệ thống truyền dẫn E1 và T1 vận
hành trên các đường dây thoại hiện có, nhưng với giá thành rất lớn do cơng
nghệ, điều kiện mạch vịng đặc biệt (phải loại bỏ các đầu nối và cuộn tải trên
mạch) và việc ghép nối các hộp thiết bị để giữ các bộ lặp, khoảng 900 m đến
1.500 m phải đặt một bộ lặp. Các phương thức truyền dẫn sử dụng cho các
đường E1 và T1 dùng mức cơng suất tín hiệu truyền cao tại khoảng tần số từ
100 KHz đến trên 2 MHz. Chính vì điều này, địi hỏi phải tách riêng các
đường E1/T1 vào các nhóm bó cáp khỏi các dịch vụ khác. Thêm nữa, phải chi
Nguyễn Khắc Quyết Cao học ĐTVT 2002 ĐHBKHN


Nghiên cứu công nghệ ADSL và thực tế triển khai mạng ADSL tại BDHN

12
phí rất nhiều cho việc lắp đặt và bảo trì hệ thống. Thời gian lắp đặt các đường

T1/E1 khá dài, kể từ khi có yêu cầu dịch vụ đến khi dịch vụ đi vào hoạt động.
Nhu cầu đòi hỏi là hệ thống phải là một hệ thống truyền dẫn cắm là chạy, cho
phép cung cấp nhanh chóng và dễ dàng truyền dẫn tốc độ 1,5 Mb/s và 2 Mb/s
trên phần lớn các đường thuê bao. Vì thế, HDSL xuất hiện.
Lợi ích của HDSL là rất lớn nhờ loại bỏ các bộ lặp trung gian. Mỗi vị trí
đặt bộ lặp phải tùy biến theo yêu cầu khách hàng để đảm bảo mỗi cung đường
vẫn duy trì trong giới hạn suy hao của tín hiệu. Các tín hiệu được lặp có thể
gây ra xun âm mạnh, vì thế điều quan tâm đặc biệt trong thiết kế là tránh
xuyên âm quá mức sang các hệ thống truyền dẫn khác. Các bộ lặp được cấp
nguồn qua đường dây, điều này đòi hỏi một đường dây đặc biệt dùng cho cấp
nguồn từ tổng đài trung tâm. Phần lớn công suất cung cấp từ bộ cấp nguồn
của tổng đài trung tâm bị mất mát do trở kháng mạch vịng và sự khơng hiệu
quả của việc cấp nguồn.
HDSL cũng ưu tiên sử dụng hơn các đường T1 truyền thống bởi vì
HDSL cung cấp các đặc trưng chuẩn đoán (bao gồm việc đo SNR). HDSL tạo
ra xuyên âm nhỏ hơn sang các hệ thống truyền dẫn khác bởi vì các tín hiệu
mang của HDSL dùng băng thơng hẹp hơn khi so với sóng mang T1 truyền
thống.
1.3.3.2

Khả năng và ứng dụng của HDSL

HDSL cung cấp truyền dẫn hai chiều tốc độ 1,544 Mb/s và 2,048 Mb/s
qua đường dây điện thoại với chiều dài lên tới 3,7 Km sử dụng cặp cáp xoắn
đường kính 0,5 mm mà khơng cần bộ lặp trung gian. Khoảng cách có thể tăng
gần gấp đơi nếu có sử dụng một bộ lặp trung gian. Có hơn 95% các đường
HDSL khơng sử dụng bộ lặp. HDSL khơng địi hỏi phải có điều hịa đường
dây hay phân tách nhóm cáp. HDSL cung cấp truyền dẫn tin cậy trên tất cả

Nguyễn Khắc Quyết Cao học ĐTVT 2002 ĐHBKHN

Nghiên cứu công nghệ ADSL và thực tế triển khai mạng ADSL tại BDHN

13
các đường trong vùng phục vụ với một tỷ lệ lỗi bit điển hình từ 10 -9 đến 10-10.
Các hệ thống HDSL tốc độ DS1 (1,544Mb/s) sử dụng hai cặp dây, trong đó,
mỗi cặp truyền tải tốc độ 768 Kb/s cho tải tin (mạng 768 Kb/s) trên cả hai
hướng. Vì thế, thuật ngữ song cơng kép được dùng để mô tả truyền dẫn
HDSL. Các hệ thống HDSL tốc độ E1 (2,048 Mb/s) có thể tùy chọn sử dụng
hai hoặc ba cặp dây, trong đó, mỗi cặp dây đều dùng truyền dẫn song công.
HDSL dùng ba cặp dây, tốc độ 2,048 Mb/s, sử dụng cùng các bộ truyền nhận
784 Kb/s như của hệ thống 1,544 Mb/s. Các vòng HDSL có thể có các đầu
nối, nhưng khơng được dùng cuộn tải.
Mặc dù, những mô tả ban đầu về HDSL là “công nghệ không bộ lặp”,
các bộ lặp HDSL thường sử dụng cho các đường có khoảng cách vượt quá
khoảng cách của các đường HDSL không dùng bộ lặp từ 2,75 km đến 3,7 km.
Đối với các đường dây đường kính 0,5 mm, khoảng cách có thể đạt tới 7,3 km
với một bộ lặp được sử dụng và tới 11 km khi sử dụng hai bộ lặp. Khoảng
cách thực tế có thể nhỏ hơn khi khơng thể đặt được bộ lặp ở chính xác điểm
giữa. Các hệ thống HDSL sử dụng hai bộ lặp cấp nguồn cho bộ lặp thứ nhất
qua dây nguồn từ tổng đài trung tâm và bộ lặp thứ hai được cấp nguồn từ phía
khách hàng. Việc cấp nguồn từ phía khách hàng có nhiều hạn chế trong việc
duy trì, bảo dưỡng và quản trị. Hiện nay, các bộ truyền nhận tiêu thụ ít cơng
suất hơn, vì thế, cho phép thực hiện việc cấp nguồn cho cả hai bộ lặp chuyển
tiếp HDSL từ nguồn của tổng đài trung tâm.
Các đường thuê bao riêng tốc độ sơ cấp (1,544 Mb/s hoặc 2,048 Mb/s)
từ người dùng tới mạng là ứng dụng chủ đạo của HDSL. HDSL là phương
tiện phổ dụng để kết nối các tổng đài mạng dùng riêng (PBX) và thiết bị dữ
liệu gói/ATM với mạng cơng cộng. Các đường liên kết HDSL được dùng để

liên kết các trạm vô tuyến vào mạng mặt đất. HDSL cũng được sử dụng để
kết nối các trạm DLC nhỏ tới tổng đài trung tâm. Trong những năm đầu, giá

Nguyễn Khắc Quyết Cao học ĐTVT 2002 ĐHBKHN


Nghiên cứu công nghệ ADSL và thực tế triển khai mạng ADSL tại BDHN

14
thành cao của các thiết bị HDSL đã giới hạn việc sử dụng tại các nơi khơng
có một vị trí kinh tế để đặt hộp thiết bị lặp. Đến cuối năm 1994, giá thành của
các thiết bị HDSL đã giảm xuống mức mà HDSL trở nên kinh tế hơn so với
các thiết bị truyền dẫn T1/E1 truyền thống khi xây dựng một hệ thống mới.
Các thiết bị T1/E1 truyền thống vẫn sử dụng cho các đường rất ngắn (ngắn
hơn 900 m) và khơng địi hỏi bộ lặp. Với các khoảng cách rất lớn (hơn 9 km),
đòi hỏi nhiều hơn hai bộ lặp của HDSL.
Chi phí bảo trì hàng năm của các đường HDSL cũng thấp hơn so với các
đường T1/E1 do các đường HDSL địi hỏi ít bộ lặp hơn, mạnh mẽ trong
truyền dẫn cao cấp, khả năng chuẩn đoán được cải tiến. Tuy nhiên, các đường
E1/T1 đang tồn tại ít được thay thế bằng các đường HDSL mới do giá thành
để lắp đặt đường mới cao.
Mặc dù, HDSL thường được các công ty điện thoại sử dụng trong mạng
nội hạt, vẫn có một số đường HDSL được dùng trong các mạng riêng để kết
nối tốc độ cao giữa các tòa nhà trong các khu trường sở.
1.3.3.3

Truyền dẫn HDSL

Phần lớn các hệ thống HDSL trên thế giới sử dụng truyền dẫn 2B1Q,
song cơng kép, lai có khử tiếng vọng. Một số hệ thống đa âm rời rạc (DMT)

và AM/PM khơng sóng mang (CAP) được sử dụng ở một số nơi của Châu
Âu. Đối với hệ thống truyền dẫn tốc độ 1,544 Mb/s, truyền dẫn song công sử
dụng một cặp dây để truyền một nửa của tải tin hai chiều (768 Kb/s) cộng với
thông tin mào đầu về định khung và kênh eoc tốc độ 16 Kb/s, tạo thành truyền
dẫn tổng cộng 784 Kb/s. Hai cặp dây dẫn tạo thành hệ thống truyền dẫn
HDSL tốc độ 1,544 Mb/s. Khi thông tin mào đầu giống nhau truyền trên cả
hai kênh, bộ nhận chọn một cặp dây để lấy thông tin mào đầu. Thơng thường,
bộ nhận chọn cặp dây có giá trị SNR tốt hơn.

Nguyễn Khắc Quyết Cao học ĐTVT 2002 ĐHBKHN