Công nghệ đường dây thuê bao số xDSL và ứng dụng cho các dịch vụ truyền hình cáp

LỜI NÓI ĐẦU Từ đầu những năm 1990 các dịch vụ Internet bùng nổ mở đầu cho nhu cầu truyền thông số liệu tăng nhanh. Thời kỳ này các modem tương tự còn được sử dụng phổ biến để truy cập dữ liệu được truyền qua mạng PSTN. Tuy nhiên, càng ngày các yêu cầu của khách hàng càng cao hơn và các modem tương tự với tốc độ thấp không đáp ứng được. Hơn nữa, các mạng PSTN được xây dựng để phục vụ các dịch vụ thoại truyền thống phải đối mặt với tình trạng tắc nghẽn trầm trọng do việc truyền số liệu chiếm thời gian lớn hàng chục phút. Thực tế này thúc đẩy các nhà nghiên cứu viễn thông phải nhanh chóng tìm ra một giải pháp hiệu quả để cung cấp các dịch vụ băng rộng tới khách hàng. Trong số các giải pháp được đưa ra, công nghệ đường dây thuê bao số DSL (Digital Subscriber Line) nổi bật ở tính khả thi hơn cả. Không những đáp ứng được yêu cầu truyền số liệu tốc độ nhanh hàng chục Mbit/s và đưa thông tin qua mạng truyền số liệu mà công nghệ này còn không đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu lớn. Sở dĩ có những đặc tính hấp dẫn như vậy thứ nhất là do loại bỏ được giới hạn băng tần thoại, sử dụng toàn bộ băng tần hàng chục MHz của đôi dây đồng và áp dụng các kỹ thuật tiên tiến tăng số bit/baud và thích ứng tốt với môi trường truyền dẫn của đôi dây đồng. Thứ hai là do chỉ hoạt động trên đôi dây đồng của mạch vòng thuê bao nên khi triển khai sẽ tận dụng được cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng truy nhập đã được xây dựng rộng khắp trên thế giới từ trước tới nay. Chính vì vậy mà công nghệ DSL đã được lựa chọn như một công nghệ dẫn đầu cho việc xây dựng mạng truy nhập trên toàn thế giới. Trong giai đoạn hiện nay, các tổ chức tiêu chuẩn quốc tế và các nhóm làm việc liên quan như ANSI, ETSI, ITU, UAWG, T1E1.4, ADSL Forum ... đang nỗ lực đưa ra các tiêu chuẩn chung cho các công nghệ này. Trên thế giới các nhà khai thác và quản lý viễn thông cũng đã đưa công nghệ DSL vào mạng của mình và dự đoán số thuê bao DSL sẽ tăng nhanh từ 18,7 triệu thuê bao năm 2002 tới trên 200 triệu thuê bao vào năm 2005. Theo dõi quá trình phát triển công nghệ DSL cho mạng truy nhập, đề tài tốt nghiệp “Công nghệ đường dây thuê bao số xDSL và ứng dụng cho các dịch vụ truyền hình cáp” trình bày tổng quan về công nghệ DSL. Ngoài ra đề tài xem xét đến khả năng triển khai một trong những ứng dụng cụ thể của xDSL là cung cấp dịch vụ truyền hình cáp trên địa bàn Hà nội. Nội dung đề tài gồm 6 chương như sau : Chương 1 : Giới thiệu chung về công nghệ đường dây thuê bao số, so sánh nó với các công nghệ truy nhập băng rộng khác như quang và vô tuyến và điểm qua tình hình triển khai DSL trên thế giới cũng như các dự án phát triển DSL ở Việt nam. Chương 2 : Trình bày về cơ sở kỹ thuật xDSL với các vấn đề dung lượng truyền dẫn trên môi trường tạp âm của đôi dây đồng, các giải pháp kỹ thuật để nâng cao tốc độ truyền số liệu và đồng thời nêu lên các khó khăn khi triển khai dịch vụ DSL như chất lượng đôi dây đồng, môi trường tạp âm và tính tương thích phổ của các dịch vụ. Chương 3 : Giới thiệu về công nghệ ADSL là công nghệ được biết đến nhiều nhất trong họ công nghệ xDSL. Các giải pháp kỹ thuật tiên tiến được áp dụng trong công nghệ này, mô hình tham chiếu của hệ thống ADSL do ADSL Forum đưa ra (giống mô hình tham chiếu của ITU-T trong khuyến nghị G.992.1), tình trạng chuẩn hoá và ứng dụng của ADSL. Ngoài ra còn nêu những ưu điểm mới trong phiên bản rút gọn là ADSL.Lite. Chương 4 : Giới thiệu về công nghệ VDSL là công nghệ đạt tốc độ truyền dẫn cao nhất trong họ xDSL. Ở đây đề cập tới những đặc trưng riêng về môi trường truyền dẫn, khả năng kết hợp với cấu hình phân bố cáp sợi quang tới gần thuê bao cùng với các giải pháp kỹ thuật và mô hình tham chiếu hệ thống do ANSI đưa ra cũng như các ứng dụng của nó. Chương 5 : Trình bày về các giải pháp DSL khác gồm các công nghệ HDSL, HDSL2, IDSL, SDSL, dịch vụ Voice over DSL, cấu hình mạng ATM over DSL và một số tên modem thuộc công nghệ DSL như : RADSL, CDSL, MDSL, G.shdsl, Etherloop. Chương 6 : Giới thiệu về một loại dịch vụ băng rộng đang xuất hiện rộng rãi là các dịch vụ Video theo yêu cầu (Video on Demand) và việc lựa chọn giao thức tối ưu cho các lớp trên để cung cấp dịch vụ này qua đường dây DSL, kiến trúc mạng Video over DSL điển hình. Cuối cùng là các vấn đề trong mạng truy nhập Việt nam và giải pháp được lựa chọn để triển khai dịch vụ truyền hình cáp quảng bá cho Bưu điện Hà nội. Do hạn chế về thời gian và năng lực nên nội dung của đồ án tốt nghiệp này không tránh khỏi những sai sót, em mong được thầy cô và các bạn quan tâm góp ý thêm. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Cảm ơn Viện KHKT Bưu điện, Bưu điện Hà nội và trung tâm VDC đã cung cấp tài liệu và hướng dẫn về chuyên môn cho em trong quá trình làm đề tài. CÁC CHỮ VIẾT TẮT 2B1Q 2-binary, 1Quaternary Mã 2B1Q AAL ATM Adaptaion Layer Lớp thích ứng ATM ADC Analog Digital Conversion Bộ chuyển đổi tương tự-số ADSL Asymmetric DSL Dây thuê bao số không đối xứng AM Amplitude Modulation Điều chế biên độ AMI Alternate Mark Inversion Mã đảo dấu luân phiên ANSI American National Standards Institute Viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền dẫn không đồng bộ ATM 25 Asynchronous Transfer Mode 25Mbit/s Một phiên bản ATM 25 Mbit/s ATU ADSL Transmission Unit Khối truyền dẫn ADSL ATU-C ADSL Transmission Unit-CO Khối truyền dẫn ADSL phía tổng đài ATU-R ADSL Transmission Unit-Remote Khối truyền dẫn ADSL phía thuê bao xa AWGN Add White Gauss Noise Nhiễu tạp âm Gauss trắng cộng Backbone Hệ thống truyền thông kết nối nhiều thiết bị mạng với nhau có tốc độ truyền dẫn cao Bit/s bit per second Bit trên giây BER Bit error rate Tỉ lệ lỗi bit BRA Basic Rate Access Sự truy cập tốc độ cơ sở BRI Basic Rate Interface Giao diện tốc độ cơ sở Bridge tap Cầu nối rẽ là nhánh của đôi dây xoắn không kết cuối được đưa vào để mở rộng mạch vòng thuê bao CAP Carrierless Aplitude Phase modulation Điều chế biên độ pha không sử dụng sóng mang CATV Cable television Truyền hình cáp CDMA Code Division Multiple Access Kỹ thuật đa truy nhập phân kênh theo mã CLEC Competitive Local Exchange Carrier Công ty viễn thông nội hạt cạnh tranh CO Central Offices Trung tâm chuyển mạch hoặc tổng đài nội hạt CPE CustomerPremises Equipment Thiết bị kết cuối truyền thông tại nhà thuê bao DBS Direct Broadcast Satellite Hệ thống quảng bá trực tiếp từ vệ tinh DCS Digital Cross-connect System Hệ thống nối chéo số DLC Digital Loop Carrier Hệ thống truyền dẫn số trên mạch vòng thuê bao DMT Discrete Multitone Điều chế đa âm tần rời rạc DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số DSLAM DSL Access Module Khối ghép kênh truy nhập DSL DWDM Density WaveDivision Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao DWMT Discrete Wavelet Multitone Điều chế đa tần sóng rời rạc E1 Đường truyền tốc độ 2,048 Mbit/s theo tiêu chuẩn châu Âu EC Echo Canceller Thiết bị khử tiếng vọng ETSI European Telecommunications Standard Institute Viện tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu Fast-retrain Thủ tục được thiết lập giữa các modem G.Lite để đảm bảo tốc độ hoạt động tốt nhất theo trạng thái đường dây FCC Federal Communications Commision Uỷ ban Viễn thông liên bang Mỹ trực thuộc chính phủ đưa ra các qui định cho ngành công nghiệp viễn thông, vô tuyến và truyền hình FDD Frequency Division Duplexed Phương thức truyền dẫn song công phân chia theo tần số FDM Frequency Division Modullation Ghép kênh phân chia theo tần số FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước FEXT Far End Crosstalk Xuyên âm đầu xa FSAN Full Service Access Network Mạng truy nhập đầy đủ dịch vụ FSK Frequency Shift Keying Khoá pha theo tần số FSN Full Service Network Mạng truyền thông cung cấp cả dịch vụ băng rộng và dịch vụ băng hẹp FTTB Fiber To The Building Cáp quang đến toà nhà FTTCab Fiber To The Carbinet Cáp quang đến Cabinet FTTC Fiber To The Curb Cáp quang tới cụm dân cư FTTH Fiber To The Home Cáp quang tới tận nhà thuê bao FTTO Fiber To The Office Cáp quang tới các cơ quan nhỏ FTTEx Fiber to the Exchange Cáp quang đến tổng đài Guardband Băng tần bảo vệ Handshake Thủ tục bắt tay HDSL High-bit-rate DSL Đường dây thuê bao số tốc độ bit cao HDTV High Definition Television Truyền hình độ phân giải cao HFC Hybrid Fiber-Coax Mạng lai cáp đồng trục HPF High Pass Filter Bộ lọc thông cao HPPI High Performance Parallel Interface Giao diện song song hiệu năng cao HTU-C High-bit-rate Terminal unit Central office Đơn vị đầu cuối tốc độ bit cao thuộc tổng đài Hub Khối trung tâm HTU-R High-bit-rate Terminal unit Remote Đơn vị đầu cuối tốc độ bit cao thuộc thuê bao xa IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Hiệp hội kỹ sư điện và điện tử ILEC Incumbent Local Exchange Carrier Công ty viễn thông nội hạt độc quyền IP Internet Protocol Giao thức Internet IDSL IDSN DSL Công nghệ đường dây thuê bao số tốc độ 128 kbit/s ISDN Intergrated Services Digital Network Mạng số đa dịch vụ ISI InterSymbol Interference Nhiễu giao thoa giữa các ký tự ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet ITU Interntional Telecommunications Union Tổ chức viễn thông quốc tế IVOD Interactive Video On Demand Dịch vụ video theo yêu cầu tương tác LAN Local Area Network Mạng cục bộ LMDS Local Multipoint Distribution System Hệ thống phân bố đa điểm nội hạt LPF Low Pass Filter Bộ lọc thông thấp LTU Line Terminal Unit Khối kết cuối đường dây MDF Main Distribution Frame Giá phối dây chính MDSL Multirate Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số đa tốc độ MMDS Multichanel Multipoint Distribution System Hệ thống phân phối đa điểm đa kênh MPEG Motion Picture Experts Group Nhóm chuyên gia hình ảnh động MODEM Modulation/Demodulation Điều chế/giải điều chế MUX Multiplexer Bộ ghép kênh NEXT Near End Crosstalk Xuyên âm đầu gần NIC Network Interface Card Card giao diện mạng NID Network Interface Device Thiết bị giao diện mạng NRZ Non Return Zeror Mã đường truyền NRZ NSP Network Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ mạng NT Network Termination Kết cuối mạng NTU Network Termination Unit Khối kết cuối mạng NVOD Near Video On Demand Dịch vụ video gần theo yêu cầu ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang PAM Pulse Amplitude Modulatedtion Điều chế biên độ xung PBX Private Branch Exchange Tổng đài cơ quan (nội bộ) PON Pasive Optical Network Mạng quang thụ động POTS Plain Old Telephone Service Dịch vụ thoại thông thường PPP Piont-to-Point Protocoll Giao thức điểm nối điểm PRA Primary Rate Access Truy cập tốc độ sơ cấp PRI Prymary Rate Interface Giao diện tốc độ sơ cấp PSD Power Spectral Density Mật độ phổ công suất PSTN Public Switch Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng QAM Quarature Amplitude Modullation Điều chế biên độ cầu phương QoS Quality of Service Chất lượng của dịch vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khoá dịch pha cầu phương RADSL Rate AdaptiveDigital Subscriber Line Đườn dây thuê bao số thích ứng tốc độ RJ.45 Modul kết nối 8 dây tiêu chuẩn RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RFI Radio Frequency Interference Nhiễu tần số vô tuyến RT Remote Terminal Thiết bị đầu cuối xa SDSL Single pair DSL Mạch vòng thuê bao số một đôi sợi SNR Signal Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu SVC Switched Virtual Channel Kênh chuyển mạch ảo SYN Synchronization Symbol Ký hiệu đồng bộ TCM Trellis Code Modulation Điều chế được mã hoá lưới TDD Time Division Duplexed Phương thức truyền dẫn song công phân chia theo thời gian TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian UTP Unshielded Twisted Pair Đôi dây xoắn không bọc kim VC Virtual Channel Kênh ảo VDSL Very High-speed DSL Mạng thuê bao số tốc độ rất cao VoD Video on Demand Video theo yêu cầu VoDSL Voice overDSL Dịch vụ thoại qua DSL VTU-O VDSL Termination Unit-Center Office Khối đầu cuối VDSL phía tổng đài VTU-R VDSL Termination Unit-Remote Subsriber Khối đầu cuối VDSL phía khách hàng WLL Wireless Local Loop Mạch vòng vô tuyến nội hạt xDSL x Digital Subscriber Loop Họ công nghệ đường dây thuê bao số CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ XDSL Tổng quan các phương thức truy nhập mạng Ngày nay, nhu cầu của khách hàng về các dịch vụ băng rộng đang tăng nhanh. Những khách hàng là các doanh nghiệp thường yêu cầu các dịch vụ băng rộng tương tác như : truy nhập Internet tốc độ cao, hội nghị truyền hình, video theo yêu cầu. Còn những khách hàng thông thường thì yêu cầu các dịch vụ không tương tác như phim theo yêu cầu, truyền hình số... Điều này thúc đẩy các công ty viễn thông 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 băng tần thoại hạn hẹp 0,3¸3,4 kHz với tốc độ truyền số liệu tối đa là 56 kbit/s nên không đáp ứng được việc truyền tải các khối dữ liệu lớn có nội dung phong phú kèm hình ảnh sống động. Để giải quyết vấn đề này nhiều kỹ thuật truy nhập băng rộng đã được đưa ra xem xét : Kỹ thuật truy nhập mạch vòng cáp đồng hay được gọi là kỹ thuật đường dây thuê bao số (DSL: Digital Subscriber Line) đã xuất hiện từ đầu những năm 1980. Thực ra đây là một họ các công nghệ thường được gọi là các công nghệ xDSL, chữ x thể hiện cho các công nghệ DSL khác nhau như : ADSL, HDSL, VDSL... Đây là các kỹ thuật truy nhập điểm tới điểm kết nối giữa thuê bao và tổng đài trung tâm cho phép truyền tải nhiều dạng thông tin số liệu âm thanh, hình ảnh qua đôi dây đồng truyền thống. Giải pháp của xDSL là sử dụng dải tần lớn hơn phía trên dải tần mà dịch vụ thoại sử dụng vì vậy băng thông truyền dẫn cao hơn. Trên đó, người ta sử dụng các phương pháp mã hoá khác nhau để có thể truyền được tốc độ dữ liệu rất cao. Tốc độ của đường dây xDSL tuỳ thuộc thiết bị sử dụng, khoảng cách từ tổng đài tới thuê bao, chất lượng tuyến cáp, kỹ thuật mã hoá ... Thông thường kỹ thuật này cho phép hầu hết khách hàng truyền từ tốc độ 128 kbit/s tới 1,5 Mbit/s. Với kỹ thuật mới nhất VDSL cho phép truyền số liệu với tốc độ lên tới 52 Mbit/s theo hướng từ tổng đài xuống thuê bao. Điểm nổi bật của kỹ thuật xDSL là tận dụng được cơ sở hạ tầng cáp đồng phổ biến trên thế giới nên nó đã mau chóng chuyển từ giai đoạn thử nghiệm sang thị trường thương mại rộng lớn đáp ứng nhu cầu phân phối các dịch vụ băng rộng tới người sử dụng. Điển hình là ở Mỹ- thị trường DSL lớn nhất hiện nay, vào cuối năm 2000 có gần 200 triệu đường dây truy nhập cố định được lắp đặt. Trong đó có 50% tức gần 100 triệu đường dây cung cấp dịch vụ DSL và người ta ước tính con số này sẽ tăng lên đến 70% (khoảng 140 triệu đường dây) vào năm 2004 [7]. Một trong các lý do phát triển nhảy vọt của thị trường DSL ở Mỹ là sự kiện sửa đổi điều lệ hoạt động viễn thông của quốc hội Mỹ vào năm 1996 cho phép các công ty viễn thông cạnh tranh CLEC sử dụng những điều kiện truy nhập như các công ty độc quyền sở hữu mạng truyền tải nội hạt ILEC để cung cấp các đường truy nhập tốc độ cao cho dịch vụ của mình. Vì vậy đã tạo cơ hội cho những công ty cạnh tranh thuê cơ sở hạ tầng của ILEC mà không cần đầu tư xây dựng nên chi phí dịch vụ giảm xuống thu hút nhiều khách hàng hơn. Ngoài ra, khi vấn đề đầu tư xây dựng mạng truy nhập sử dụng cáp quang quá tốn kém thì công nghệ này đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà sản xuất thiết bị viễn thông, các cơ quan quảng bá phát thanh truyền hình, các nhà khai thác dịch vụ, các công ty điện thoại nội hạt tạo nên sự cạnh tranh làm giảm chi phí thiết bị và giá cả dịch vụ. Một yếu tố góp phần thúc đẩy sự phát triển và hoàn thiện của công nghệ này là sự ra đời các tiêu chuẩn chung cho hoạt động của xDSL do tổ chức viễn thông quốc tế ITU và nhiều tổ chức tiêu chuẩn, nhóm làm việc khác đưa ra. Kỹ thuật truy nhập cáp sợi quang có các ưu điểm mạnh so với cáp đồng. Sợi cáp quang cho phép tín hiệu truyền qua có cự ly xa hơn, khả năng chống nhiễu và xuyên âm tốt, băng tần truyền dẫn rất lớn đảm bảo việc cung cấp các dịch vụ băng rộng tới khách hàng. Như vậy mạng truy nhập cáp quang là đích cuối cùng của các nhà quản lý và khai thác viễn thông. Tuy nhiên việc xây dựng một mạng truy nhập sử dụng cáp quang đòi hỏi sự đầu tư ban đầu rất lớn. Việc thay thế toàn bộ cơ sở hạ tầng sẵn có gồm hàng ngàn đôi dây đồng cùng các hệ thống cống bể chưa sử dụng hết khấu hao sẽ phải tính vào giá thành cho các dịch vụ mới cung cấp. Hơn nữa nhu cầu sử dụng của mỗi thuê bao không tận dụng hết khả năng của 1 đôi sợi cáp quang nên sẽ gây lãng phí. Do vậy, phương án lắp đặt cáp quang tới từng cụm dân cư (FTTC) hoặc tới các toà nhà (FTTB), các trụ sở cơ quan lớn (FTTO) có ý nghĩa hơn. Tín hiệu số từ các nhà cung cấp dịch vụ truyền qua các tuyến trục chính tới các tổng đài trung tâm. Từ đây tín hiệu đi theo phần mạng quang tới điểm phân phối để chuyển đổi sang tín hiệu điện rồi được truyền trên đôi dây cáp đồng tới thuê bao. Công nghệ VDSL phù hợp với đoạn dây đồng ngắn cho phép truyền tải luồng thông tin từ phần mạng quang tới mỗi thuê bao là 52 Mbit/s và luồng lên là 2,3Mbit/s/thuê bao. Như vậy, việc tồn tại đoạn cáp đồng cuối là một yếu tố thúc đẩy sự phát triển của công nghệ xDSL. Phương án sử dụng cáp đồng trục để truyền tín hiệu từ phần kết cuối mạng quang ONU tới thuê bao trong cấu hình HFC cũng được sử dụng ở nhiều nước (ở Hà nội cũng đang trong giai đoạn thử nghiệm). Mạng lai ghép quang/cáp đồng trục này sử dụng băng tần từ 0-50 MHz cho hướng lên và 50-750 MHz cho hướng xuống cung cấp gần một trăm kênh truyền dẫn tốc độ cao (6 MHz mỗi kênh) phân phối các luồng video tương tự, số, thoại, dữ liệu tới người sử dụng. Tuy nhiên HFC phân phối dữ liệu quảng bá tức là cáp đồng trục có thể phân phối nhiều kênh video tới một vùng dân cư nhưng cùng một thông tin. Khi dùng chung cho nhiều người sử dụng thì băng thông của mỗi kênh trong HFC không cao bằng DSL. DSL phân phối dữ liệu riêng tới từng người sử dụng nên linh hoạt hơn. Hơn nữa ở các nước chưa có sẵn mạng cáp đồng trục thì việc xây dựng hệ thống này cũng đòi hỏi chi phí đầu tư cao. Kỹ thuật truy nhập vô tuyến cung cấp dịch vụ băng rộng có nhiều loại khác nhau. LMDS - hệ thống phân bố đa điểm nội hạt là một kỹ thuật cung cấp các dịch vụ đa phương tiện hai hướng gồm cả thoại và số liệu tốc độ cao. Hệ thống này cho phép những nhà cung cấp dịch vụ ở xa, không có cơ sở hạ tầng có thể cung cấp một cách truy nhập có hiệu quả kinh tế tới khách hàng. LMDS sử dụng dải tần 1 GHz trong băng tần từ 27,5¸28,35 GHz, phạm vi phục vụ trong vòng bán kính 3¸6 km. MMDS - hệ thống phân bố đa điểm đa kênh cũng là một loại mạng băng rộng tương tự LMDS nhưng hoạt động ở tần số 2,4 GHz. Hệ thống này có thể cung cấp 33 kênh TV tương tự tới các thuê bao trong bán kính 40-48 km từ trạm phát. Nếu tín hiệu video được số hoá và nén thì số kênh cung cấp có thể lên tới 100 hoặc 150 kênh. Cũng như LMDS, MMDS yêu cầu anten thu tại nhà thuê bao phải trong tầm nhìn thẳng với trạm phát. DBS - hệ thống quảng bá trực tiếp từ vệ tinh là thế hệ tiếp theo của các dịch vụ truyền hình quảng bá nhờ vệ tinh. Hệ thống DBS sử dụng kỹ thuật nén MPEG-2 cho tín hiệu video số làm tăng hiệu quả sử dụng băng tần. Kích thước anten tại nhà khách hàng giảm đi, chất lượng âm thanh và hình ảnh tốt hơn. Bộ set-top box tại nhà khách hàng ngoài việc chuyển đổi tín hiệu số sang analog còn được trang bị nhiều tính năng thông minh cung cấp nhiều dịch vụ mới như truyền hình tương tác và thông tin theo yêu cầu. Mạch vòng thuê bao vô tuyến WLL cũng là một giải pháp được sử dụng ở nhiều nơi trên thế giới. WLL có ưu điểm là lắp đặt triển khai nhanh chóng, dễ thay đổi cấu hình lắp đặt lại ở phía thuê bao, dễ triển khai ở những khu vực có địa hình hiểm trở. Tuy nhiên chi phí cho một thuê bao vẫn cao hơn so với cáp đồng và dung lượng bị hạn chế theo dải tần được cung cấp bởi cơ quan quản lý tần số. Những nhược điểm mà kỹ thuật truy nhập vô tuyến không được lựa chọn làm giải pháp mạng truy nhập hiện nay là : khó đáp ứng yêu cầu truyền thông 2 chiều, khó triển khai trong vùng đô thị. Các hệ thống LMDS/MMDS thì chịu nhiều ảnh hưởng của thời tiết dễ hư hại do mưa, bão, sấm, sét... Để tăng vùng phủ sóng của hệ thống DBS yêu cầu phải tăng số vệ tinh tuy nhiên vị trí của chúng là một vấn đề khó khăn cho các nhà cung cấp dịch vụ, giá thành vệ tinh cao. Các hệ thống này còn thiếu các chuẩn chung nên không thể mua một đĩa vệ tinh của một hãng để sử dụng với một hệ thống khác. Thậm chí với cùng một hãng cũng phải mua các đĩa vệ tinh khác nhau cho các dịch vụ số liệu và truyền hình quảng bá. WLL chỉ đem lại nhiều ưu điểm khi triển khai ở những vùng dân cư thưa thớt, tận dụng được những trạm gốc đã có sẵn. Với lợi thế tận dụng mạng lưới cáp đồng đang tồn tại rộng khắp trên thế giới không đòi hỏi vốn đâù tư ban đầu quá lớn với các kỹ thuật đang ngày càng hoàn thiện nhằm cung cấp cho khách hàng mọi dịch vụ băng rộng theo yêu cầu với giá cả hợp lý nên công nghệ xDSL đang thực sự trở thành sự lựa chọn số 1 cho các nhà cung cấp dịch vụ trong giai đoạn hiện nay. Công nghệ xDSL: xDSL là một họ công 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 công nghệ và tính chất của từng loại. Theo hướng ứng dụng của các công nghệ thì có thể phân thành 3 nhóm chính như sau : Công nghệ HDSL truyền dẫn hai chiều đối xứng gồm HDSL/HDSL2 đã được chuẩn hoá và những phiên bản khác như : SDSL, MDSL, IDSL. Công nghệ ADSL truyền dẫn hai chiều không đối xứng gồm ADSL/ADSL. Lite (G.Lite) đã được chuẩn hoá và các công nghệ khác như CDSL, Etherloop, Công nghệ VDSL cung cấp cả dịch vụ truyền dẫn đối xứng và không đối xứng. Bảng 1.1: Các công nghệ DSL Công nghệ Tốc độ Khoảng cách Truyền dẫn Số đôi dây đồng sử dụng 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 1 đôi SDSL 768kb/s đối xứng 1,544Mb/s hoặc 2,048 Mb/s một chiều 7 km 3 km 1 đôi ADSL 1,5- 8 Mb/s luồng xuống 1,544 Mb/s luồng lên 5km (tốc độ càng cao thì khoảng cách càng ngắn ) 1 đôi VDSL 26 Mb/s đối xứng 13–52 Mb/s luồng xuống 1,5-2,3 Mb/s luồng lên 300 m – 1,5 km (tuỳ tốc độ) 1 đôi IDSL: (ISDN 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 Kb/s tương ứng với lượng tải tin là 144 Kb/s (2B+D). Trong IDSL, một đầu đấu nối tới 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 sử dụng kỹ thuật khử tiếng vọng. IDSL cung cấp các dịch vụ như : Hội nghị truyền hình, đường dây thuê riêng (leased line), các hoạt động thương mại, truy cập Internet/Intranet. HDSL/HDSL 2: Cuối những năm 80, nhờ tiến bộ trong xử lý tín hiệu số đã thúc đẩy sự phát triển của công nghệ đường dây thuê bao số truyền tốc độ dữ liệu cao HDSL (High data rate DSL). Công nghệ này sử dụng 2 đôi dây đồng để cung cấp dịch vụ T1 (1,544 Mb/s), 3 đôi dây để cung cấp dịch vụ E1 (2,048 Mb/s) 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 Kb/s nên khoảng cách truyền xa hơn và sử dụng kỹ thuật khử tiếng vọng để phân biệt tín hiệu thu phát. Khi nhu cầu truy nhập các dịch vụ đối xứng tốc độ cao tăng lên, kỹ thuật HDSL thế hệ thứ 2 đã ra đời để đáp ứng nhu cầu truyền T1, E1 chỉ trên một đôi dây đồng với một bộ thu phát nên 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 dẫn xa hơn, chống nhiễu tốt hơn, có khả năng tương thích phổ với các dịch vụ DSL khác. Do sử dụng cả tần số 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, kết nối các mạng LAN. SDSL : Công nghệ DSL một đôi dây (Single pair DSL) truyền đối xứng tốc độ 784 Kb/s trên một đôi dây, ghép kênh thoại và số liệu trên cùng một đường dây, sử dụng mã 2B1Q. Công nghệ này chưa có các tiêu chuẩn thống nhất nên không được phổ biến cho các dịch vụ tốc độ cao. SDSL chỉ được ứng dụng trong việc truy cập trang Web, tải những tệp dữ liệu và thoại đồng thời với tốc độ 128 Kb/s với khoảng cách nhỏ hơn 6,7 Km và tốc độ tối đa là 1024 Kb/s trong khoảng 3,5 Km. ADSL: Công nghệ DSL không đối xứng (Asymmetric DSL)được phát triển từ đầu những năm 90 khi xuất hiện các nhu cầu truy nhập Internet tốc độ cao, các dịch vụ trực tuyến, video theo yêu cầu... ADSL cung cấp tốc độ truyền dẫn không đối xứng lên tới 8 Mb/s luồng xuống (từ tổng đài trung tâm tới khách hàng) và 16- 640 Kb/s luồng lên (từ phía khách hàng tới tổng đài) nhưng khoảng cách truyền dẫn giảm đi. Một ưu điểm nổi bật của ADSL là cho phép khách hàng sử dụng đồng thời một đường dây thoại cho cả 2 dịch vụ : thoại và số liệu vì ADSL truyền ở miền tần số cao (4400 Hz¸1MHz) nên không ảnh hưởng tới tín hiệu thoại. Các bộ lọc được đặt ở hai đầu mạch vòng để tách tín hiệu thoại và số liệu theo mỗi hướng. Một dạng ADSL mới gọi là ADSL “lite” hay ADSL không sử dụng bộ lọc đã xuất hiện từ đầu năm 1998 chủ yếu cho ứng dụng truy cập Internet tốc độ cao. Kỹ thuật này không đòi hỏi bộ lọc phía thuê bao nên giá thành thiết bị và chi phí lắp đặt giảm đi tuy nhiên tốc độ luồng xuống chỉ còn 1,5 Mb/s. Công nghệ này được xem xét kỹ trong chương 3. 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 đường dây đồng xoắn đôi ở khoảng cách ngắn. Tốc độ luồng xuống tối đa đạt tới 52 Mb/s trong chiều dài 300 m. Với tốc độ luồng xuống thấp 1,5 Mb/s thì chiều dài cáp đạt tới 3,6 Km. Tốc độ luồng lên trong chế độ không đối xứng là 1,6- 2,3 Mb/s. Trong VDSL, cả hai kênh số liệu đều hoạt động ở tần số cao hơn tần số sử dụng cho thoại và ISDN nên cho phép cung cấp các dịch vụ VDSL bên cạnh các dịch vụ đang tồn tại. Khi cần tăng tốc độ luồng xuống hoặc ở chế độ đối xứng thì hệ thống VDSL sử dụng kỹ thuật xoá tiếng vọng. Ứng dụng công nghệ VDSL trong truy cập dịch vụ băng rộng như dịch vụ Internet tốc độ cao, các chương trình Video theo yêu cầu. Tình hình triển khai xDSL trên thế giới : 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 một kỷ nguyên mới cho truy nhập băng rộng trên toàn thế giới. Hiện nay kỹ thuật xDSL đã được phát triển mạnh mẽ do các thiết bị trên thị trường hoạt động tương thích với nhau do có những tiêu chuẩn chung, giá thành thiết bị giảm nhanh chóng đồng thời những tiến bộ kỹ thuật mới cho phép người sử dụng tự lắp đặt thiết bị tại nhà, 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 trên thế giới với tổng số thuê bao lên tới 18,7 triệu khách hàng (bảng 1.2). Người ta dự đoán số thuê bao này còn tăng nhanh và đạt tới 200 triệu thuê bao vào năm 2005. Bảng 1.2 Số lượng thuê bao DSL trên thế giới năm 2002 [28] Khu vực Tổng số thuê bao DSL Số lượng thuê bao nhà riêng % thuê bao nhà riêng so với tổng số người dùng Số lượng thuê bao là doanh nghiệp % doanh nghiệp so với tổng người dùng Châu Á-Thái bình dương 7,949,000 6,970,000 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 Đông Nam á 499,000 374,000 75 125,000 25 Châu Mỹ latinh 380,000 271,000 71.3 110,000 28.7 Đông Âu 53,000 32,000 60.4 21,000 39.6 Khu vực Trung Đông và châu Phi 48,000 37,000 77 11,000 23 Toàn thế giới 18,671,000 15,473,000 82.9 3,196,000 17.1 Tại Việt nam, các dịch vụ DSL cũng đã từng bước được triển khai. Chủ yếu là dịch vụ HDSL được sử dụng trong các đường E1của mạng truyền số liệu. Tuy nhiên các nhu cầu truy nhập Internet tốc độ cao và các dịch vụ video theo yêu cầu đang tăng nhanh đã góp phần thúc đẩy các dịch vụ ADSL mau chóng được triển khai. Hiện nay VDC đang có kế hoạch triển khai mạng DSL tại năm tỉnh thành là Hà nội, TP –HCM, Đà Nẵng, Đồng Nai, Bình Dương. Theo dự kiến, trong giai đoạn đầu mới triển khai mạng thì các khách hàng chủ yếu sẽ là các thuê bao kênh thuê riêng (leased) hoặc có nhu cầu tương tự . Tuy nhiên, do mạng DSL chỉ có thể đáp ứng được các thuê bao dưới 2M nên ước tính số thuê bao leased đến năm 2003 có thể như bảng 1.3. Khi triển khai trên thực tế có thể số lượng thuê bao còn cao hơn nhiều do mức giá thuê bao và cài đặt DSL có thể thấp hơn mức giá leased line truyền thống. Chi phí đầu tư cho dự án này khoảng 700.000 USD. Bảng 1.3 Dự kiến số lượng thuê bao xDSL theo số lượng thuê bao leased line.[29] Đơn vị 2001 2002 2003 Leased (64-2M) DSL Leased (64-2M) DSL Leased (64-2M) DSL Hà nội 88 14 250 38 1203 181 TP HCM 135 21 355 54 1198 180 Đà Nẵng 9 2 36 6 81 13 Đồng Nai 7 2 22 4 51 8 Bình Dương 5 1 14 3 36 6 Tổng số 244 40 678 105 2569 388 Tại Hà nội phương án triển khai dịch vụ truyền hình cáp sử dụng công nghệ ADSL/VDSL cũng đã được xây dựng với số thuê bao dự kiến là : Bảng 1.4 Dự kiến số lượng thuê bao truyền hình cáp[23] Năm 2002 Năm 2003 Năm 2004 Năm 2005 Năm 2010 Nhu cầu 71.000 142.000 213.000 50% số hộ dân HN 90%số hộ dân HN Dự kiến triển khai thực tế 20.000 50.000 100.000 50% số hộ dân HN 90% số hộ dân HN và một số hộ tỉnh lân cận Bởi vậy, việc nắm bắt kiến thức cơ bản, khả năng ứng dụng của công nghệ xDSL là điều rất cần thiết trong giai đoạn hiện nay. CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KỸ THUẬT XDSL Đôi dây đồng truyền tín hiệu thoại là phương tiện truyền thông phổ biến nhất trên thế giới. Nhiều năm qua, các nhà nghiên cứu viễn thông đã tìm cách phát triển các kỹ thuật nâng cao băng thông và độ tin cậy truyền tin của đôi dây đồng để có thể truyền số liệu với tốc độ cao. Trong chương này, ta xem xét các giải pháp đã được đưa ra để khắc phục những yếu tố hạn ._.chế tốc độ của chúng và những kỹ thuật tiên tiến của xDSL đạt đến tốc độ hàng chục Mbit/s. Trước hết là xem xét hai tính năng cơ bản của hệ thống truyền dẫn đôi dây đồng xoắn đôi : dung lượng và độ tin cậy truyền tin. Dung lượng và tỷ số SNR của đường dây đồng: Từ năm 1948, Claude Shannon đã đưa lý thuyết dung lượng kênh: Dung lượng của một kênh có độ rộng băng tần B (Hz) bị nhiễu bởi tạp âm trắng cộng Gauss AWGN và giới hạn trong băng tần B, được xác định như sau: Trong đó C (bit/s) là dung lượng kênh, S/N là tỉ số công suất tín hiệu trên công suất tạp âm trong băng thông đó. Công thức này cho thấy có thể đạt dung lượng kênh lớn bằng cách tăng B và SNR. Dung lượng của đường truyền dẫn số được đánh giá bằng hiệu suất sử dụng độ rộng băng tần. Việc nghiên cứu các kỹ thuật sử dụng hiệu quả băng tần nhằm đạt được hai mục tiêu chính là đạt được hiệu suất sử dụng băng tần cực đại và mức công suất phát tín hiệu nhỏ nhất (tức tỷ số S/N nhỏ nhất ở kênh bị nhiễu AWGN). Hiệu suất sử dụng băng tần cũng được gọi là hiệu suất sử dụng phổ tần. Hiệu suất sử dụng phổ tần được định nghĩa bằng tỉ số giữa tốc độ số liệu R (bit/s) với độ rộng băng tần B (Hz). Hai nhân tố chính hạn chế hiệu quả sử dụng phổ tần của hệ thống truyền dẫn số là giao thoa giữa các ký hiệu ISI và tạp âm. ISI xaỷ ra khi tín hiệu thu bị méo do hạn chế băng tần của kênh truyền dẫn. Sườn sau của xung trước kéo dài chồng lấn lên sườn trước của xung sau làm thay đổi biên độ của tín hiệu thu. Khi những thay đổi quá cao sẽ làm mức ngưỡng logic ở đầu thu đưa ra những quyết định sai. Sự hạn chế băng tần có thể biểu diễn bởi hàm truyền đạt của bộ lọc thông thấp lý tưởng. Khi phát một xung vào bộ lọc này thì phổ của xung nhận được ở đầu ra bộ lọc có dạng hàm chữ nhật như sau: (2.3), trong đó ¦o là tần số cắt. Thực hiện biến đổi Fourier ngược ta nhận được đáp ứng đầu ra: (2.4) Dạng của đáp ứng này như hình 2.1. Ngoại trừ giá trị đỉnh tại trung tâm các điểm không sẽ xuất hiện ở mọi thời điểm tk = kTb = k/(2B) với k là số nguyên dương khác không, khoảng cách Tb = 1/(2B) gọi là khoảng Nyquist. Nếu các xung được phát đi cách nhau một khoảng Nyquist thì tránh được nhiễu giao thoa giữa các ký hiệu. Nếu khoảng cách giữa các xung T nhỏ hơn Tb thì sự chồng lấn của các xung này làm đầu thu không thể phân biệt được chúng. Nghĩa là đối với tín hiệu nhị phân băng gốc, điều kiện R=1/Tb=2B đảm bảo tránh được nhiễu ISI. Hiệu suất sử dụng phổ tần đạt được h =R/B=2 bit/s/Hz. Trong thực tế rất khó thực hiện được bộ lọc thông thấp lý tưởng có sườn xung vuông góc tại tần số cắt ¦o = B như vậy. Để giải quyết vấn đề này người ta xây dựng một bộ lọc có đặc tính tuân theo nguyên lý xếp chồng đặc tính đối xứng kiểu hàm lẻ ứng với tần số cắt ¦o với đặc tính của bộ lọc thông thấp lý tưởng. Hình 2.2 biểu diễn các đặc tính của các bộ lọc này. Bộ lọc này vẫn đảm bảo không có nhiễu giao thoa giữa các ký hiệu tại tần số f = B (1+r). Tuy nhiên băng thông được tăng thêm rB, với r là hệ số độ dốc (rolloff factor), 0 £ r £ 1. Kết quả là hiệu suất sử dụng phổ tần giảm xuống, h = 2/(1+r) bit/s/Hz , 1£ h £ 2. Bộ lọc Nyquist này còn được gọi là bộ lọc có đặc tính dốc cosin tăng. Hệ số độ dốc r thường nhận giá trị 1/3, hiệu suất sử dụng phổ tần h = 1,5 bit/s/Hz. Thêm vào đó hiệu suất này còn bị giảm khi luồng số được đưa vào điều chế theo một sóng mang hình sin. Phương pháp điều chế thường được sử dụng là QAM điều chế cả hai biên tần nên độ rộng băng thông tăng gấp 2 so với băng thông của tín hiệu băng gốc. Do đó, việc kết hợp bộ lọc Nyquist với điều chế QAM sẽ làm giảm hiệu suất sử dụng băng tần h =1/(1+r) bit/s/Hz; 0,5£ h £ 1 bit/s/Hz (với r=1/3, h =0,75bit/Hs/z). Do hiệu suất thấp nên chỉ modem đầu tiên V.21 mới sử dụng truyền dẫn nhị phân còn những modem mới hơn đều sử dụng điều chế hoặc tín hiệu nhiều mức. Những mã đường nhiều mức có hiệu suất sử dụng băng thông lớn hơn. Ví dụ mã 3 mức hay tam phân như : AMI, HDBn và mBnT; mã 4 mức như mBnQ; mã Miler là trường hợp ngoại lệ của mã 2 mức biểu diễn bit 1 là một sự chuyển dịch ở giữa khoảng bit và bit 0 thì không có sự chuyển dịch, nếu có 3 bit 0 liên tiếp thì ở cuối bít thứ 2 có một sự chuyển dịch. Phổ công suất của những mã này hẹp hơn phổ công suất của mã NRZ ở cùng tốc độ đặc biệt là mã Miler. Do đó băng thông được hạn chế dưới mức giới hạn Nyquist B 2 bit/s/Hz. Nếu mã NRZ vượt qua tốc độ Nyquist thì ISI tăng mạnh làm sai hoạt động của ngưỡng logic nhưng với những mã giả tam phân đảo dấu xen kẽ thì thành phần một chiều bị triệt tiêu nên ISI vẫn ở mức ổn định. Từ định luật Shannon có thể thấy không thể tăng mãi tốc độ kênh thông tin bằng các phương pháp điều chế tín hiệu nhiều mức vì mặc dù có thể tăng số bit/baud nhưng sẽ dẫn tới khó phân biệt các mức tín hiệu ở đầu thu nên tỷ số SNR không cao. Trong tín hiệu nhiều mức, một chuỗi m- bit liên tiếp diễn tả duy nhất một mức biên độ trong số M = 2m mức. So với tiêu chuẩn Nyquist, tốc độ baud giảm 1/Ts=1/(mTb) nên cần một băng thông hẹp hơn m lần, B =1/(2mTs) Hz. Trong đó Ts= mTb là chu kỳ của kí hiệu m-bit. Mỗi mức tín hiệu lại mang m =log2M bits, do đó hiệu quả sử dụng băng tần của hệ thống sử dụng tín hiệu M mức là h = log2M(1+r) (tính cả ảnh hưởng của bộ lọc Nyquist và điều chế số). Từ công thức của định luật Shannon-Hartley rút ra hiệu quả băng thông lớn nhất có thể đạt được là: h = log2(1+S/N) bit/s/Hz trong đó S/N là tỷ số giữa công suất phát tín hiệu và công suất nhiễu. Biên độ tín hiệu cực đại là do đó số mức tín hiệu có thể phân biệt được là : (2.5) thông thường S/N=30dB thì hiệu quả sử dụng phổ tần của kênh thoại có giới hạn là 10bit/s/Hz. Lịch sử của các modem tương tự Modem V.21 (1964) ra đời sớm nhất ngay khi có những tiêu chuẩn quốc tế về modem. Modem V.21 sử dụng kỹ thuật khoá dịch tần FSK 300b/s. Kỹ thuật này chống nhiễu tốt nhưng yêu cầu 2 sóng mang cho mỗi hướng truyền dẫn (cho 1 và 0) nên không hiệu quả về băng thông. Modem V.22 có hiệu quả hơn nhờ sử dụng kỹ thuật khoá dịch pha cầu phương QPSK. Phương pháp này sử dụng hai sóng mang ở cùng tần số nhưng vuông góc được điều chế bằng hai luồng số liệu trước khi được cộng lại với nhau. Hai luồng số liệu này nhận được từ các bit luân phiên trong luồng số liệu nhị phân. Kết quả là 2 bit trong luồng dữ liệu ban đầu được mã hoá thành 1 trong 4 pha của sóng mang, tốc độ baud giảm xuống. Việc sử dụng các pha thay vì các mức biên độ cũng là một cách thực hiện tín hiệu nhiều mức. Đến modem V.29 thì đã tăng tốc độ dữ liệu tới 9,6 kbit/s nhờ sử dụng phương pháp điều chế biên độ cầu phương QAM. Trong QAM, luồng số liệu đầu vào được tách thành 2 luồng số liệu riêng để điều chế biên độ rời rạc theo các pha sin và cos của một sóng mang. V.29 có 4 mức biên độ và 8 pha. Mỗi pha lại bị hạn chế bởi 2 mức tín hiệu nên có tất cả 16 điểm trong sơ đồ chùm tín hiệu (hình 2.3). Do đó M=16 và hiệu suất sử dụng phổ tần là : hmax =2log216 = 8 bit/s/Hz. Tính cả bộ lọc dốc cosin tăng và điều chế số thì : h =log216/1,33=3 bit/s/Hz tương ứng với 9,3 kbit/s cho một l kênh thoại. Modem Phương pháp điều chế Hiệu suất sử dụng băng tần (bit/s/Hz) Tốc độ dữ liệu V.21 FSK 0,1 300 bit/s V.22bis QPSK 0,75 2,4 kbit/s V.29 (đường dành riêng 4 dây) 16-QAM 1,5 9,6 kbit/s V.32 TCM 3 9,6 kbit/s V.34 TCM 11 28,8¸33,6 kbit/s V.90 TCM 18 56 kbit/s ISDN BRI 2B1Q 2 144 kbit/s HDSL 2B1Q 2 2048 kbit/s SDSL 2B1Q 2 768 kbit/s ADSL CAP/DMT 8 1,544¸8.448 Mbit/s (luồng xuống) 16¸640 kbit/s (luồng lên) VDSL CAP/DMT 4 13¸52 Mbit/s (luồng xuống) 1,5¸2,3 Mbit/s (luồng lên) Bảng 2.1. Hiệu suất sử dụng phổ tần của các phương thức truyền dẫn số trên đường dây thuê bao cáp đồng. Nhờ liên tục cải thiện hiệu suất sử dụng phổ tần của phương pháp điều chế số nên những modem V.x đã đạt tốc độ dữ liệu cao hơn. Tuy nhiên với những phương pháp điều chế có nhiều hơn 16 trạng thái thì mức nhiễu lại quá lớn nên cần sử dụng phương pháp sửa lỗi trước (FEC) cùng với QAM. Sự kết hợp giữa QAM và cơ chế sửa lỗi trước gọi là phương pháp điều chế được mã hoá lưới TCM. Phương pháp này cải thiện độ tin cậy truyền tin của đường dây mà không cần tăng công suất phát cũng như độ rộng băng thông cần thiết. Kỹ thuật TCM được sử dụng trong modem V.34 và nếu chất lượng đường dây cho phép sẽ đạt tốc độ 33,6 kbit/s hoàn toàn song công. Cấu trúc hoạt động của modem V.34 đặc trưng cho modem băng tần thoại thể hiện ở hình 2.4. Khách hàng truy nhập Internet qua modem tại nhà riêng, dữ liệu từ máy tính qua modem được chuyển đổi thành tín hiệu analog để được truyền qua mạch vòng thuê bao tới tổng đài nội hạt. Tại đây, tín hiệu analog lại được lấy mẫu, mã hoá thành tín hiệu số 64 Kbit/s. Bộ chuyển đổi ADC này gây ra nhiễu lượng tử và giới hạn tốc độ số liệu nhị phân xuống khoảng 30 Kbit/s. Luồng số liệu 64 Kbit/s tạo ra ở tổng đài được truyền qua mạng điện thoại và được biến đổi ngược lại thành dạng tín hiêụ analog ban đầu, truyền qua một mạch vòng thuê bao khác tới modem server. Tại đây, lại diễn ra quá trình chuyển đổi ADC để truyền thông tin số liệu tới nhà cung cấp dịch vụ Internet. Luồng số liệu từ ISP tới khách hàng cũng đi qua đường truyền đối xứng với luồng lên như hình vẽ nghĩa là cũng bị hạn chế bởi bộ chuyển đổi ADC tại tổng đài kết cuối ISP nên lưu lượng hướng xuống cũng bị giới hạn khoảng 30 Kbit/s. Tuy nhiên hiện nay đường truyền từ các modem server của ISP tới CO được số hoá nên có thể bỏ qua bộ ADC và modem server tạo ra luồng tín hiệu số 64 Kbit/s gửi tới tổng đài kết cuối của thuê bao. Bộ DAC ít bị suy hao và do đó thuê bao có thể nhận số liệu tốc độ 64 Kbit/s hướng xuống. Trên thực tế, do DAC ở tổng đài phía thuê bao không tuyến tính và có tạp âm nên tốc độ hướng xuống đạt 56 Kbit/s. Đây chính là cấu trúc của modem V.90, truyền dữ liệu tốc độ 56 kbit/s không đối xứng và phụ thuộc vào việc đầu cuối có bộ kết nối số hay không. Cả hai kỹ thuật modem V.34 và V.90 đều có hiệu suất sử dụng phổ tần vượt quá con số 10 bit/s/Hz. Tuy nhiên hiệu suất này chỉ đạt được khi chất lượng đường dây cho phép, tỷ số S/N trong khoảng 34¸38 dB, nếu không nó sẽ tự động chuyển về tốc độ thông thường. Đặc điểm chung của các modem băng tần thoại là hoạt động trên nguyên tắc kết nối đầu cuối tới đầu cuối (end-to-end) thông qua mạng PSTN và cũng là điểm khác biệt cơ bản so với kỹ thuật xDSL chỉ hoạt động trên mạch vòng thuê bao. Những modem này hoạt động ở băng tần dưới 4 KHz nên tốc độ truyền bị giới hạn chỉ có khả năng cung cấp các dịch vụ tốc độ thấp và không cung cấp dịch vụ thoại đồng thời. Modem ISDN BRI (N-ISDN) cung cấp 2 kênh B (64 kbit/s) cho dữ liệu hoặc thoại và một kênh 16 kbit/s cho báo hiệu, đạt tốc độ 144 kbit/s. Về mặt lý thuyết, hai kênh B có thể liên kết với nhau để truyền dữ liệu, cung cấp một tuyến truyền dẫn 128 kbit/s hoàn toàn song công. Tuy nhiên, thực tế thì một kênh B không được kích hoạt liên tục. Modem này sử dụng phương pháp bán song công gọi là ghép kênh nén thời gian (hay còn gọi là ping-pong) hoặc phương pháp hoàn toàn song công sử dụng kỹ thuật khử tiếng vọng. So với các modem cũ thì băng tần hoạt động của N-ISDN đã cao hơn tới 80 KHz-320 KHz cung cấp đường truy nhập đa dịch vụ tốc độ thấp. Tuy nhiên việc triển khai rộng rãi các modem loại này yêu cầu phải lắp đặt các tổng đài ISDN có phần mềm tương thích với nhau và các thiết bị ISDN phải có ở cả hai đầu đường truyền. Băng thông hạn chế của dây xoắn đồng băng tần thoại là do bộ lọc băng thông 3,1 KHz nằm ở giao diện giữa mạng lõi và mạch vòng nội hạt. Với những kỹ thuật tiến bộ mới công nghệ xDSL cho phép loại bỏ những bộ lọc để đạt tốc độ truyền dẫn hàng chục Mbit/s. Tuy nhiên khoảng cách phục vụ của các modem xDSL cũng bị rút ngắn lại (hình 2.5). Với các modem băng tần thoại, phạm vi phục vụ có thể trên 6 km, N-ISDN phạm vi là trên 5 km. Còn modem HDSL khoảng cách tối đa là 3,6 km. ADSL thì khoảng cách là 5,5-2,7 km tuỳ thuộc tốc độ truy nhập trong khoảng 1,5-9 Mbit/s. Đến VDSL thì cao khoảng cách này còn ngắn hơn nhiều từ 1,4 km-300 m do tốc độ truy nhập rất từ 13-52 Mbit/s. Những kỹ thuật tiên tiến của xDSL: Môi trường tạp âm : Tín hiệu truyền đi trên đường dây đồng chịu tác động của môi trường tạp âm của bản thân mạch vòng dây đồng. Tạp âm làm giảm tỷ số S/N gây khó khăn cho việc xác định chính xác tín hiệu ở đầu thu. Mạch vòng dây đồng có một số nguồn tạp âm sau: Tạp âm trắng. Nhìn chung có rất nhiều nguồn tạp âm và khi không thể xét riêng từng loại ta có thể coi chúng tạo ra một tín hiệu ngẫu nhiên duy nhất với phân bố công suất đều ở mọi tần số. Tín hiệu này được gọi là tạp âm trắng. Tạp âm nhiệt gây ra do chuyển động của các electron trong đường dây có thể coi như tạp âm trắng có phân bố Gauso được gọi là tạp âm trắng Gauso cộng AWGN. Tạp âm này ảnh hưởng độc lập lên từng kí hiệu được truyền hay nói cách khác chúng được cộng với tín hiệu bản tin. Xuyên âm. Xuyên âm xảy ra khi tín hiệu từ các đôi dây kế cận gây nhiễu với nhau. Thành phần xuyên âm tiếp tục truyền theo hướng ban đầu gọi là xuyên âm đầu xa FEXT. Thành phần xuyên âm truyền ngược lại tới đầu phát gọi là xuyên âm đầu gần NEXT. NEXT có ảnh hưởng lớn hơn FEXT đối với truyền dẫn hai chiều đối xứng vì FEXT bị suy hao trong suốt chiều dài truyền dẫn trong khi NEXT chỉ đi qua một khoảng cách nhỏ rồi quay trở lại đầu phát. Một dạng đặc biệt của NEXT là nhiễu trong một đôi dây kế cận có cùng dạng tín hiệu truyền dẫn, được gọi là self-NEXT (tự xuyên âm). Vì đôi dây đồng thường nằm trong một bó cáp nhiều đôi với chiều dài mạch vòng ngắn nên ảnh hưởng của xuyên âm đầu gần rất lớn. Nhiễu tần số vô tuyến : Các đường dây xoắn đôi cân bằng chỉ được thiết kế để truyền thoại nên chỉ chống được ảnh hưởng của các tín hiệu tần số vô tuyến ở tần số làm việc thấp. Còn hệ thống DSL làm việc với tần số cao thì sự cân bằng bị giảm nên bị các tín hiệu tần số vô tuyến RFI có thể xâm nhập. Mức độ nhiễu phụ thuộc vào khoảng cách nguồn nhiễu tới mạch vòng. Những nguồn nhiễu chính thuộc loại này là các hệ thống vô tuyến quảng bá điều biên AM và các hệ thống vô tuyến nghiệp dư. Các trạm vô tuyến AM phát quảng bá trong dải tần từ 560¸1600 KHz. Tuy nhiên do tần số làm việc của các trạm này là cố định nên nhiễu do chúng gây ra có thể dự đoán được. Ngược lại, nhiễu vô tuyến nghiệp dư lại không đoán trước được vì tần số làm việc thay đổi và có nhiều mức công suất phát. Nhưng nhiễu này chỉ ảnh hưởng tới VDSL vì dải tần vô tuyến nghiệp dư chỉ chồng lấn lên băng tần truyền dẫn của VDSL. Tạp âm xung sinh ra do giao thoa điện từ tức thời. Ví dụ khi có bão sét, thiết bị trong nhà bật, tắt . .Tạp âm xung có thể kéo dài từ vài ms tới vài ms. Truyền dẫn số cũng bị suy yếu mạnh do các cầu nối rẽ (bridge tap) trên đường dây. Cầu nối rẽ là những đoạn dây được nối vào đôi dây phân bố để mở rộng mạch vòng thuê bao. Nó cho phép truy nhập từ nhiều điểm giao diện mạng của khách hàng hoặc tận dụng đôi dây của một khách hàng cũ không sử dụng nữa cho một yêu cầu mới gần đôi dây này. Những cầu nối rẽ không được kết cuối ở cuối đôi dây xoắn và gây ảnh hưởng tới việc truyền số liệu (hình 2.7). Khi một xung truyền trên đường dây gặp một cầu nối rẽ, năng lượng xung bị chia thành hai đường. Xung truyền trên đoạn dây nhánh không được kết cuối bị phản xạ ngược lại điểm rẽ. Xung phản xạ này cũng bị chia thành hai đường gây tiếng vọng về đầu phát. Trên những mạch vòng dài hay gặp ở Mỹ thường sử dụng những cuộn gia cảm để giảm suy hao truyền dẫn tại vùng tần số cao của phổ truyền dẫn tiếng nói nhờ sự bù điện dung giữa các đôi dây. Nhưng những cuộn gia cảm này thực tế lại hoạt động như một bộ lọc thông thấp, do đó nó ngăn cản truyền dẫn số ở tần số cao của đôi dây đồng. Các giải pháp kỹ thuật của xDSL: Các phương pháp điều chế. Bốn phương pháp điều chế được sử dụng trong xDSL là : 2B1Q, QAM, CAP, DMT. 2B1Q : So với các loại mã đường dây đã được sử dụng trong các modem tương tự trước đó thì mã 2B1Q theo tiêu chuẩn ASNI có ưu điểm là yêu cầu băng thông thấp nhất nên cũng ít bị suy hao và nhiễu nhất. Mã truyền 2B1Q là mã điều biên xung tín hiệu (PAM) 4 mức không có độ dư. 2B1Q thể hiện cặp bit (2B) như một giá trị 4 mức (1Q) được chuyển đổi thành quat. Bít đầu trong 1 quat gọi là bit dấu, bít thứ 2 là bit biên độ. Bảng 2.2 biểu thị quan hệ giữa cặp bit và ký hiệu quat tương ứng. Bảng 2.2 Ký hiệu quat Bit dấu Bít biên độ Quat 1 0 + 3 1 1 +1 0 1 -1 0 0 -3 2B1Q sử dụng cả dải tần thoại nên chỉ sử dụng trong các phương pháp không cung cấp dịch vụ thoại (POTS) như HDSL, SDSL, IDSL. Phương pháp điều chế biên độ cầu phương QAM QAM là một phương pháp điều chế tín hiệu nhiều mức, kết hợp sự thay đổi pha và biên độ sóng mang. Chùm tín hiệu của M-QAM gồm một mạng các điểm bản tin hình chữ nhật như hình 2.9 cho trường hợp M=16 (16-QAM). Các chùm tín hiệu tương ứng cho các thành phần đồng pha và pha vuông góc được cho ở hình 2.10 Dạng tổng quát của QAM-M trạng thái được xác định bằng tín hiệu phát [17]: (2.6) trong đó : T là thời gian của một ký hiệu Eo là năng lượng của tín hiệu có biên độ thấp nhất ai, bi là cặp số nguyên độc lập được chọn tuỳ theo vị trí của điểm bản tin. Tín hiệu si(t) gồm hai thành phần sóng mang có pha vuông góc được điều chế bởi một tập hợp tín hiệu rời rạc nên được gọi là “điều chế biên độ vuông góc”, si(t) có thể phân tích thành cặp hai hàm cơ sở : (2.7) thành phần tín hiệu lệch pha 90 0 và : (2.8) thành phần tín hiệu đồng pha. Sơ đồ khối của bộ điều chế M-QAM như hình 2.11. Bộ biến đổi nối tiếp/song song nhận luồng cơ hai với tốc độ bit Rb=1/Tb với Tb là thời gian của một bit tín hiệu và tạo ra hai chuỗi bit cơ hai song song có tốc độ bit là Rb/2. Các bộ biến đổi mức hai vào L mức (L=M1/2) tạo ra các tín hiệu M mức tương ứng với các đầu vào đồng pha và pha vuông góc. Sau khi nhân hai tín hiệu L mức với hai sóng mang có pha vuông góc rồi cộng với nhau ta được tín hiệu M-QAM. Bộ giải điều chế có sơ đồ khối như hình 2.12. Việc giải mã các kênh cơ sở được thực hiện ở đầu ra của mạch quyết định, mạch này được thiết kế để so sánh tín hiệu L mức với L-1 ngưỡng quyết định. Sau đó hai chuỗi cơ hai được tách ra ở trên sẽ được kết hợp với nhau ở bộ biến đổi song song/ nối tiếp để khôi phục lại chuỗi cơ hai ban đầu. Phương pháp điều chế pha và biên độ không sử dụng sóng mang CAP: Phương pháp CAP tương tự như QAM nhưng quá trình điều chế tín hiệu được thực hiện trong miền số. Luồng số liệu đầu vào được chia thành 2 luồng số liệu rồi đi qua 2 bộ lọc số có biên độ bằng nhau nhưng pha khác nhau 900. CAP sử dụng toàn bộ băng thông trừ dải tần thoại và phân phối năng lượng bằng nhau trên toàn bộ dải tần số. Bộ thu của phương pháp điều chế QAM yêu cầu tín hiệu tới phải có phổ và hệ thức pha giống như phổ và pha của tín hiệu truyền dẫn. Do các tín hiệu truyền trên đường dây điện thoại thông thường thường không đảm bảo được yêu cầu này nên bộ điều chế của kỹ thuật xDSL phải lắp thêm cả bộ điều chỉnh thích hợp để bù phần méo tín hiệu truyền dẫn hình 2.13. Các bít cùng một lúc mã hoá vào một symbol và qua bộ lọc, kết quả đồng pha và lệch pha sẽ biểu diễn bằng đơn vị symbol. Tín hiệu được tổng hợp lại đi qua bộ chuyển đổi A/D, qua bộ lọc thông thấp (LPF- Low pass filter) và tới đường truyền. Ở đầu thu tín hiệu nhận được qua bộ chuyển đổi A/D, bộ lọc và đến phần xử lý sau đó là mới giải mã. Bộ lọc phía đầu thu và bộ phận sử lý là một phần của việc cân bằng, điều chỉnh. Bộ cân bằng sẽ bù lại các tín hiệu đến bị méo. CAP được thiết kế hoạt động trong băng tần 6,48 đến 25,92 MHz. Băng tần này có nghĩa là tín hiệu không hoạt động ở tần số thấp hơn, tránh đợc ảnh hưởng của nhiễu. Đồng thời mục đích thiết kế như vậy để giới hạn công suất phổ của tần số dưới 30 MHz, do sự tăng suy hao ở tần số cao trong đường truyền. Phương pháp điều chế đa âm tần rời rạc DMT-Discrete Multi-Tone Modulation DMT là kỹ thuật điều chế đa sóng mang. DMT phân chia phổ tần số thành các chu kỳ ký hiệu mang một số bit nhất định. Những bit này được mang trong những âm tần có tần số hoạt động khác nhau. Trong ADSL, dải tần 26 kHz-1,1 MHz được chia thành 256 kênh FDM 4 kHz, điều chế và mã hoá DMT được áp dụng cho từng kênh. Nếu ở mọi tần số trong dải tần đều có thể hoạt động tốt thì mỗi chu kỳ tín hiệu có thể mang cùng một số bit như hình 2.14 Tuy nhiên, ảnh hưởng tạp âm lên các tần số khác nhau cũng khác nhau. Vì vậy các kênh con hoạt động ở những miền tần số chất lượng cao sẽ mang nhiều bit hơn những tần số bị ảnh hưởng mạnh của nhiễu. Số bit trên mỗi kênh con (tone) được điều chế bằng kỹ thuật QAM và đặt trên một sóng mang FDM. Hình 2.15 thể hiện khả năng điều chỉnh số bit trên mỗi kênh theo các tần số khác nhau của DMT. Số bit được gửi qua mỗi kênh con có thể đáp ứng với chất lượng đường truyền ở tần số hoạt động của kênh đó. Ở những tần số thấp đôi dây đồng bị suy hao ít, SNR cao thường sử dụng phương pháp điều chế lớn hơn 10 bit/s/Hz. Trong những điều kiện chất lượng đường dây xấu, phương pháp điều chế có thể thay đổi 4bit/s/Hz hoặc thấp hơn để phù hợp với SNR và tránh được nhiễu. Hơn nữa, DMT có thể tránh phát ở những dải tần số riêng có xuyên âm quá lớn hoặc bị nhiễu RFI như chỉ ra ở hình 2.16 Sơ đồ khối một hệ thống truyền dẫn DMT được đưa ra ở hình 2.17. Tín hiệu số tốc độ cao được chia thành nhiều tín hiệu tốc độ thấp. Mỗi tín hiệu tốc độ thấp điều chế một kênh con. Những kênh con này được kết hợp và truyền trên dây đồng. Đến đầu thu, mỗi kênh con được thu và giải điều chế và tín hiệu được kết hợp và khôi phục lại tín hiệu tốc độ cao ban đầu. Các phương thức truyền dẫn song công. Hai phương thức truyền dẫn song công được sử dụng phổ biến trong xDSL là song công phân chia theo tần số FDM và khử tiếng vọng EC. Trong FDM, dải tần số sử dụng được chia làm 3 phần riêng biệt cho tín hiệu thoại, đường truyền lên và đường truyền xuống được phân cách bằng dải tần bảo vệ (guard band). Phương pháp FDM có ưu điểm là hạn chế được NEXT do hệ thống không thu cùng một dải tần với dải tần phát của hệ thống kề nó tuy nhiên nó yêu cầu một dải tần lớn. Phương thức khử tiếng vọng EC sử dụng một kênh duy nhất cho cả phát và thu nên cần một bộ khử tiếng vọng tại phía thu. Kỹ thuật này cho phép hai modem sử dụng toàn bộ băng thông có sẵn trên cả hai hướng. Cấu trúc hệ thống sử dụng phương pháp khử tiếng vọng để tách riêng tín hiệu lên và xuống được chỉ ra ở hình 2.20. Khi tín hiệu truyền qua mạch sai động (hybrid), một phần tín hiệu vòng lại đầu thu do mạch hybrid không hoàn hảo. Bộ lọc số đáp ứng ADF được sử dụng có chức năng tạo ra một bản sao của tín hiệu vọng và tiếng vọng bị triệt hoàn toàn bằng cách trừ bản sao này với tín hiệu vọng thực tế. Nhược điểm của phương pháp này là bị ảnh hưởng của NEXT do chồng lấn giữa băng tần lên và xuống và cấu trúc phức tạp của bộ lọc ADF. Ngoài ra còn có phương thức truyền song công phân chia theo thời gian TDD hay còn gọi là kỹ thuật truyền dẫn ping-pong được sử dụng trong VDSL. Tín hiệu hướng lên và xuống được thu, phát luân phiên không chồng lấn trên đường truyền nên mạch thực hiện tương đối đơn giản. Kỹ thuật này yêu cầu phải đồng bộ tín hiệu giữa các đường dây TDD trong cùng một cáp nghĩa là tín hiệu truyền trên cáp được thu, phát trong cùng chu kỳ nên tránh được NEXT. Phát hiện và sửa lỗi: Do môi trường truyền dẫn thông tin của đôi dây đồng chịu ảnh hưởng của nhiều nguồn nhiễu như xét ở trên làm số liệu thu có thể bị lỗi nên cần đưa thêm các bit phát hiện và sửa lỗi. Nhược điểm của việc đưa thêm các bit là giảm dung lượng thực và gây trễ trong quá trình truyền số liệu. Càng nhiều bit phát đi để phát hiện và sửa lỗi thì càng ít các bit mang thông tin. Thời gian trễ thông thường từ vài ms tới nhiều giây. Có hai phương pháp cơ bản để phát hiện và sửa lỗi được sử dụng trong truyền dẫn DSL là mã khối và mã xoắn. Trong mã khối, luồng thông tin được chia thành các khối có độ dài bằng nhau được gọi là các khối bản tin. Các bit dư được bổ xung vào các khối theo một thuật toán nhất định phụ thuộc vào loại mã được sử dụng. Mã khối có thể phát hiện và sửa một hay nhiều bit thông tin. Mã xoắn được tạo ra bằng cách cho một chuỗi bit thông tin đi qua các tầng nhớ thường là các thanh ghi dịch tuyến tính hạn chế trạng thái. Điểm khác biệt cơ bản với mã khối là bộ lập mã phải có bộ nhớ để lưu giữ thời điểm trước. Ví dụ bộ mã hoá xoắn tốc độ 1/ 2 tạo ra 2 bit cho mỗi bit đầu vào. Quan hệ giữa đầu ra và đầu vào bộ mã hoá càng lớn, các bit dư càng lớn thì chống lỗi càng tốt. Ví dụ, bộ mã hoá xoắn tốc độ 1/ 4 có khả năng chống lỗi tốt hơn bộ mã xoắn tốc độ 1/ 2. Tuy nhiên, bộ mã xoắn 1/ 4 tạo ra 4 bit cho mỗi bit đầu vào của số liệu người sử dụng nên nếu dung lượng kênh truyền là 40 kbit/s thì người sử dụng chỉ gửi số liệu với tốc độ 10 kbit/s. Do đó phát hiện và sửa lỗi làm giảm dung lượng hệ thống. Những kiểu phát hiện và sửa lỗi khác nhau được sử dụng trong hệ thống xDSL tuỳ thuộc loại dịch vụ của khách hàng. Ví dụ lỗi xảy ra trong các dịch vụ truyền thoại số hoặc truyền hình quảng bá có thể chấp nhận được nhưng không chấp nhận lỗi khi truyền tải các file chương trình phần mềm. Do vậy, khách hàng có thể sẵn sàng chấp nhận tốc độ lỗi cao hơn trong các ứng dụng truyền thông gần thời gian thực để có băng thông cao hơn. Để thoả hiệp giữa thời gian trễ và hao phí băng thông, hầu hết các kỹ thuật xDSL đều đưa ra ít nhất hai loại kênh truyền thông nhanh và chậm. Các kênh nhanh thường tránh lỗi ít nhưng truyền tải các bản tin có trễ ngắn. Các kênh chậm có thể chống lỗi tốt nhưng trễ vài giây. Kết quả của những công cuộc nghiên cứu đưa vào sử dụng toàn bộ băng thông của đường dây đồng gồm cả dải tần số phía trên dải tần số thoại cùng những tiến bộ kỹ thuật của giải pháp xDSL đã tận dụng được các mạch vòng cáp đồng có mặt ở khắp nơi trên thế giới. Với tốc độ truyền dữ liệu hàng chục Mbit/s, những modem xDSL sẽ thay thế toàn bộ các modem tương tự cũ để cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu chất lượng cao trong tương lai. Những khó khăn về kỹ thuật khi triển khai dịch vụ DSL Tương thích phổ khi triển khai các công nghệ xDSL Tương thích phổ là thuật ngữ nói về mức độ xuyên âm lẫn nhau giữa các dịch vụ DSL hoặc giữa DSL và các trạm phát tần số vô tuyến. Tương thích phổ giữa các hệ thống DSL là một vấn đề cần quan tâm khi xây dựng một kỹ thuật mới vì phải đảm bảo khi lắp đặt các thiết bị modem cung cấp một dịch vụ mới vào hệ thống sẽ không gây lỗi tới các dịch vụ khác đang hoạt động và ngược lại những thiết bị đã có cũng không được gây cản trở cho quá trình triển khai dịch vụ mới. Tương thích phổ liên quan tới khả năng chồng lấn các băng tần truyền dẫn trên các loại DSL khác nhau trong cùng một bó cáp, thậm chí trên cùng một cáp. Vì DSL làm việc ở tần số cao nên mức xuyên âm đủ lớn để gây nhiễu các dịch vụ khác. Ảnh hưởng của xuyên âm làm giảm mật độ phổ công suất (PSD) nên thực tế sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới khoảng cách truyền tải của các hệ thống DSL. Hình 2.21 là ví dụ về vấn đề tương thích phổ liên quan tới các hệ thống ADSL thể hiện mật độ phổ công suất PSD của tín hiệu ADSL thu được (6 Mbit/s) qua đường truyền dài 2,4 km so với mật độ phổ công suất của tạp âm từ 10 nguồn xuyên âm đầu gần do các hệ thống HDSL, SDSL, ISDN-PRA hoặc VDSL gây ra. Hình 2. 21 Tín hiệu thu ADSL trong môi trường xuyên âm của các dịch vụ số khác Mặt nạ tạp âm ADSL (ADSL noise mask) xác định PSD lớn nhất cho phép của tạp âm trong dải tần ADSL. Vì vậy, nếu đã lắp đặt các hệ thống có PSD lớn hơn như các hệ thống ISDN-PRA thì sẽ gây mức nhiễu AWGN cao cho ADSL và làm giảm dải tần hoạt động của các hệ thống sử dụng kỹ thuật FDM. SDSL cũng ảnh hưởng nhiều đến ADSL vì tạo ra NEXT vượt quá mặt nạ tạp âm ADSL khoảng 200 kHz. Hệ thống VDSL phải có tần số cắt thấp hơn khoảng 1 MHz để tương thích phổ với ADSL. Trên thực tế, cần chú ý các mạch T1/E1. Những mạch T1/E1 đã phát triển từ nhiều năm bởi các công ty điện thoại và được thiết kế, chuẩn hoá vào thời gian mà các kỹ thuật truyền dẫn chưa có khái niệm về hiện tượng tương thích phổ. Những mạch T1/E1 truyền dịch vụ số 1,544Mbit/s / 2,048 Mbit/s sử dụng các loại mã đường dây không hiệu quả (AMI/ HDB3) lãng phí băng tần và năng lượng, xuyên âm từ dịch vụ này lớn hơn bất kỳ một dịch vụ nào khác. Đối với các hệ thống ISDN là hệ thống truyền dẫn đối xứng sử dụng kỹ thuật khử tiếng vọng nên chiụ ảnh hưởng lớn của nhiễu tự xuyên âm (SNEXT). Hình 2.22 so sánh phạm vi phục vụ của hệ thống ISDN trong trường hợp triển khai các hệ thống ADSL, SDSL, HDSL hoặc chỉ có ISDN trong bó cáp 50 đôi. Hình 2.23 chỉ ra những băng thông khác nhau của các tín hiệu xDSL và những mức công suất gần đúng. Có thể thấy là những dịch vụ mới hơn có xu hướng sử dụng băng thông rộng hơn và phổ công suất ít hơn các dịch vụ đang tồn tại. Khi một dịch vụ DSL được triển khai trên một vùng có mật độ thuê bao cao thì đặc biệt phải chú ý tới vấn đề tự xuyên âm của các đôi dây gần nhau cùng cung cấp một dịch vụ. Đây là kiểu tương thích phổ quan trọng nhất vì phổ của cùng một loại tín hiệu sẽ chồng lấn hoàn toàn lên nhau gây mức nhiễu lớn nhất. Bức xạ từ những đường dây điện thoại xoắn đôi mang các tín hiệu DSL đã trở nên ngày càng quan trọng. Vì các kỹ thuật xDSL sử dụng băng thông lớn nên chồng lấn nhiều sang băng tần vô tuyến. Truyền dẫn ADSL chồng lẫn lên phần băng tần sử dụng cho vô tuyến AM. Tín hiệu VDSL có thể gây ra một mối nguy hại đáng kể cho dịch vụ vô tuyến nghiệp dư, tuy nhiên VDSL trong hệ thống thiết kế theo tiêu chuẩn, giảm PSD xuống –80 dBm/Hz trong băng tần radio sẽ hạn chế được ảnh hưởng này. Kiểm tra chất lượng mạch vòng Do các kỹ thuật DSL không thể hoạt động ở một mạch vòng quá dài hay có nhiều cầu nối rẽ ... nên cần phải xác định xem những mạch vòng có khả năng hỗ trợ các dịch vụ DSL không trước khi triển khai dịch vụ. Trước đây, người ta thường đo khoảng cách từ tổng đài tới thuê bao theo đường thẳng trên bản đồ nên dẫn đến những ước tính không chính xác. Điều này dễ làm cho các nhà cung cấp mắc sai lầm khi cố gắng cung cấp dịch vụ cho những khách hàng không nằm trong vùng phục vụ và có thể bỏ qua những khách hàng hoàn toàn có khả năng truy nhập dịch vụ. Ngày nay các thiết bị đo đã được cải tiến và cho những kết quả đo khá chính xác. Nhờ vậy, chi phí cho các nhà cung cấp dịch vụ giảm xuống và các dịch vụ DSL sẵn sàng phục vụ nhiều khách hàng ._.qua nhiều thử nghiệm và các nhà điều hành đã triển khai các thiết bị này trên mạng. ADSL có thể phục vụ trong phạm vi gần 5 km nghĩa là hầu hết khách hàng đều được phục vụ từ một DSLAM đặt ngay trong tổng đài nội hạt. Tuy nhiên, ở khoảng cách xa như vậy thì tốc độ truyền dẫn bị giới hạn khoảng 2 Mbit/s hướng xuống và 640 kbit/s hướng lên vì vậy hạn chế số dịch vụ có thể cung cấp. VDSL là một công nghệ xDSL mới và cung cấp tốc độ bit cao hơn lại hỗ trợ cả các ứng dụng truyền hai chiều tốc độ đối xứng. Những chipset VDSL đã có mặt trên thị trường với mức độ tích hợp chức năng cao, mức tiêu thụ nguồn thấp. Phạm vi cung cấp dịch vụ của hệ thống VDSL trong bán kính 1 km có thể đạt tốc độ từ 14 Mbit/s ¸ 22 Mbit/s, do đó thiết bị DSLAM cần đặt gần khách hàng hơn và phải hỗ trợ bằng một sợi cáp quang đóng vai trò như cáp phiđơ. Giải pháp cung cấp dịch vụ băng rộng qua cấu hình mạng FTTx và VDSL đang được các nhóm nghiên cứu tích cực thảo luận để đưa ra tiêu chuẩn quốc tế. Ở tầng mạng, giao thức IP nổi trội cho các dịch vụ số liệu. Thật vậy, với sự phát triển của mạng Internet và sự thông dụng của những chiếc máy tính PC ngày nay, IP đang hỗ trợ mọi ứng dụng truyền số liệu như duyệt trang web, chơi game trên mạng... Điều đáng chú ý là chính các khách hàng Internet sẽ tạo ra một thị trường lớn yêu cầu các dịch vụ băng rộng như VOD, trong tương lai nên việc lựa chọn IP làm giải pháp phân phối video nhiều kênh sẽ tận dụng được khả năng hỗ trợ các dịch vụ sẵn có và giảm chi phí hơn. Tuy nhiên, để đáp ứng một điểm mấu chốt là chất lượng dịch vụ (QoS) cho dịch vụ video thì những tiêu chuẩn IP vẫn chưa được thử nghiệm kỹ. Do vậy giải pháp sử dụng ATM ở tầng liên kết mạng để hỗ trợ cho QoS là phù hợp nhất cho cấu trúc mạng truy nhập hiện nay. Tất nhiên có thể phân phối các dịch vụ video trực tiếp qua ATM bằng giao thức phân phối PPPoA (Point-to-Point Protocol over ATM) nhưng card giao diện mạng (NIC) ATM thì đắt và khá phức tạp nên chưa phổ biến trên thị trường. Ngược lại, NIC Ethernet rẻ hơn và có sẵn trên hầu hết các máy tính kết nối mạng LAN và giao thức truy nhập PPPoE (Point-to-Point Protocol over Ethernet) đơn giản và đem lại hiệu quả kinh tế hơn trong các mạng SOHO như hình 6.1. Kết nối mạng SOHO cho phép các hộ gia đình và các cơ quan nhỏ chia sẻ nguồn tài nguyên máy tính như máy in, file dữ lệu và khả năng truy nhập từ xa. Trong hình 6.1 có tách riêng modem ATU-R và hub Ethernet nhưng nhiều hãng đã sản xuất các modem ATU-R tích hợp cả chức năng này. Như vậy sự kết hợp giữa IP cho tầng 3 và ATM cho tầng 2 sẽ đem lại hiệu quả cao nhất cho việc phân phối video qua đôi dây đồng trên cơ sở công nghệ DSL. Kiến trúc mạng Video over DSL Kiến trúc một mạng phân phối dịch vụ video điển hình như hình 6.2. Trong mạng truy nhập, ATM được sử dụng ở tầng 2 kết nối qua DSL. Vì vậy, mỗi DSLAM là một bộ ghép kênh hoặc chuyển mạch ATM. Kết quả là các chương trình video phải được phân phối trong khuôn dạng MPEG-over-ATM hoặc MPEG-over-IP-over-ATM với mạng truyền tải và phần thiết bị trung tâm (headend) tương tự nhau. Thiết bị trung tâm : Đây là điểm tập hợp nội dung chương trình của các kênh TV, VOD, cổng chính của truyền hình thương mại, truy cập Internet ...Vị trí của thiết bị này kể cả khi nó là điểm tập trung hay phân bố cũng phải lựa chọn về mặt kiến trúc vì chương trình video được phân phối qua mạng truy nhập ATM nên có thể được đưa vào mạng ở bất cứ vị trí nào. Trong dịch vụ truyền hình quảng bá, video lấy từ các nguồn khác nhau thông qua nhiều phương tiện như vệ tinh, anten, studio. Nội dung video phải nằm trong khuôn dạng MPEG. Mỗi kênh quảng bá thường được mã hoá như một luồng truyền tải chương trình duy nhất và được gắn với một chỉ số nhận dạng kênh cụ thể. Nếu mạng vật lý là ADSL thì tín hiệu video đầu ra của headend phải được sắp xếp sao cho tối ưu hoá việc sử dụng tuyến truyền dẫn và đảm bảo cho đường ADSL không bị quá tải. Kênh đầu ra có dạng điển hình là MPEG-over-IP-over-ATM hoặc MPEG-over-ATM. Nếu sử dụng IP, chức năng multicast được dùng để phân phối các kênh quảng bá cho các ứng dụng truyền hình quảng bá. Đối với các ứng dụng tương tác như VOD, nội dung thông tin lấy từ các server lưu giữ thông tin dưới khuôn dạng MPEG và truyền một bản sao xuống cho người sử dụng có yêu cầu. Server phải được định hướng cả khối lượng thông tin mà nó lưu trữ và số lượng khách hàng có nhu cầu thông tin đó. Server này có thể gồm nhiều server lưu trữ các nội dung dịch vụ khác nhau để đáp ứng nhu cầu của khách hàng. Những server này có thể đặt trong cùng một thiết bị trung tâm. Thiết bị trung tâm trong kiến trúc Video over DSL có thể được cấu hình tập trung hay phân bố. Vì sử dụng kết nối IP và/hoặc ATM nên nội dung thông tin được phân bố rất mềm dẻo. Mạng truyền tải Nguyên tắc của mạng truyền tải là phân phối chương trình từ các hệ thống thiết bị trung tâm phát hình số tới các DSLAM tương ứng hoặc các điểm chuyển mạch/định tuyến móc nối tới mạng truy nhập. Mạng phải có khả năng truyền tải hai dạng lưu lượng đặc trưng là đa hướng (multicast) và đơn hướng (unicast) tương ứng với các dịch vụ quảng bá và tương tác. Mạng quảng bá: Lưu lượng phát quảng bá qua IP đa hướng, ATM điểm-đa điểm hoặc kết hợp cả hai phương thức. Lưu lượng được phân phối tớimọi vị trí DSLAM trong mạng, thực chất là cạnh tranh với các dịch vụ cáp phân phối trên tất cả các kênh tới mọi vị trí. Dựa vào lưu lượng là IP hay ATM mà lựa chọn cấu trúc mạng phân phối là ATM điểm-đa điểm hay IP đa hướng được định tuyến. Sử dụng kết nối ATM điểm-đa điểm trong môi trường chuyển mạch ATM cũng là một giải pháp hay để phân phối các dịch vụ video quảng bá. ATM là một kỹ thuật ổn định và có thể nâng cấp với khả năng sao chép dữ liệu băng thông cao, có thể làm việc trên hầu hết các môi trường truyền tải như SONET/SDH hoặc ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao DWDM và hỗ trợ khuôn dạng tự nhiên của MPEG-over-ATM hoặc MPEG-over-IP. Tuyến mang các kênh quảng bá cũng có thể được sử dụng để truyền các chương trình tương tác. Tuy nhiên, phải chấp nhận chi phí tăng lên cho nhiều tuyến truyền dẫn quang và các chuyển mạch ATM trung gian trong cấu hình cây điểm-đa điểm. Những chuyển mạch ATM gắn với khối DSLAM rẻ hơn những chuyển mạch đứng riêng trong mạng. Các bộ định tuyến IP có khả năng phát nhiều hướng cũng có thể được sử dụng để phân phối các kênh truyền hình quảng bá nếu IP được lựa chọn ở tầng mạng cho dịch vụ. Nếu mạng IP có sẵn cung cấp các khả năng và hiệu suất như yêu cầu để tái tạo nội dung ở nhiều hướng thì nó sẽ khả thi cho việc truyền thêm luồng truyền hình quảng bá. Các luồng IP multicast này phải được gửi vào các mạch ảo ATM để truyền tiếp. Để đảm bảo chất lượng video mạng IP cũng phải được giám sát kỹ để phân phối chất lượng dịch vụ. Mạng phát đơn hướng (unicast): Ngược lại với yêu cầu phát quảng bá, các dịch vụ tương tác yêu cầu một mạng truyền 2 chiều. Giải pháp tốt nhất là các mạch ảo ATM vừa hỗ trợ khuôn dạng ATM thuần tuý và cả IP-over-ATM. Do khả năng hỗ trợ dễ dàng cho nhiều ứng dụng của IP như duyệt trang web, truyền hình thương mại, VOD và chơi game trên mạng ... nên IP-over-ATM nổi trội hơn. Mạng truy nhập ADSL rất phù hợp với kiến trúc IP điểm-điểm. Nhiều kiến trúc khác có thể được sử dụng cho mạng đơn hướng gồm các server truy nhập băng rộng (BAS), các bộ chuyển mạch/định tuyến ATM và các card IP trong DSLAM được kết nối tới bộ định tuyến. Lựa chọn cuối cùng tuỳ thuộc vào hiệu năng, những yêu cầu đồng thời của khách hàng và vấn đề ngân sách. Các dịch vụ quảng bá và đơn hướng có thể được phân phối qua cùng một cơ sở hạ tầng mạng. Ví dụ các nút tập trung ATM tập hợp các DSLAM hỗ trợ cả hai loại kênh ảo điểm-điểm hoặc điểm-đa điểm. Các dịch vụ tương tác, hai chiều qua các kênh ảo điểm-điểm có thể được tập hợp tại các BAS hoặc bộ định tuyến tuỳ theo yêu cầu dịch vụ. Những thiết bị định tuyến đặt trong tổng đài có thể được kết nối tới một trung tâm dữ liệu qua cùng một môi trường truyền dẫn quang đang phân phối lưu lượng quảng bá. Hình 6.3 đưa ra một cách thực hiện giải pháp phân phối dịch vụ IP-video end-to-end, sử dụng một server truy nhập băng rộng BAS để kết cuối các phiên PPPoE và tạo kết nối IP tới nhà cung cấp dịch vụ (VSP) tương ứng. Trong hình đưa ra các thành phần mạng và các ngăn xếp thủ tục được sử dụng tại những điểm khác nhau trong mạng cho những chức năng sau : Lựa chọn kênh: sử dụng giao thức quản lý nhóm Internet (IGMP). Ở đây giả thiết rằng chức năng phát đa hướng chỉ xảy ra ở ONU và VSP, mặc dù có thể có thêm các điểm phát đa hướng như OLT. Phân phối video quảng bá : sử dụng IP multicast. Phân phối VOD : sử dụng IP unicast Trong giải pháp này chức năng IP đa hướng và kết cuối báo hiệu người sử dụng phải được hỗ trợ trong ONU. Yêu cầu một kênh quản lý giữa VSP và ONU để kiểm soát truy nhập video quảng bá trên cơ sở user-by-user ví dụ kiểm tra chỉ số kênh.. chức năng IP multicasting không được yêu cầu trong mạng truy nhập cho dịch vụ VOD khi luồng video được dành riêng cho mỗi người sử dụng. DSLAM DSLAM là phần tử cuối cùng trong mạng truy nhập trước nhà thuê bao nên cũng là phương tiện phân phối các dịch vụ video tới khách hàng. Nó cũng làm nhiệm vụ chuyển mạch các kênh video tới từng khách hàng. Tích hợp một chuyển mạch đa hướng trong DSLAM sẽ tăng tốc độ chuyển kênh đồng thời giảm giá thành so với cung cấp các thiết bị riêng. Tuy nhiên, trong các trường hợp nhà cung cấp dịch vụ không hỗ trợ chức năng tích hợp này thì cần cung cấp một thiết bị ngoài thực hiện chuyển mạch đa hướng. Thiết bị này có thể là một bộ định tuyến IP đa hướng, một thiết bị chuyển mạch ATM hỗ trợ đa hướng logic hoặc kết hợp cả hai loại. Một yêu cầu quan trọng đối với thiết bị chuyển mạch là khả năng tái tạo một luồng video để phát quảng bá tới hàng ngàn khách hàng cùng một lúc, tuỳ theo số DSLAM kết cuối tại đó. Ưu điểm của mạng truy nhập ATM là sử dụng các mạch ảo. Lưu lượng tương tác cũng được truyền qua DSLAM nên DSLAM phải đảm bảo QoS và nhiều mạch ảo để phục vụ cho các dịch vụ này. Một thuê bao có thể yêu cầu nhiều dịch vụ, mỗi dịch vụ được phục vụ tốt nhất từ một thiết bị riêng. Ví dụ, lưu lượng truy nhập Internet tốc độ cao được phân phối tốt nhất qua BRAS còn VOD được phục vụ tốt nhất qua bộ chuyển mạch/định tuyến ATM. Mạng trong nhà Khi kênh video over DSL được kết cuối tại modem DSL phía thuê bao, cần phân phối nội dung video tới các bộ set-top box để có thể xem qua TV. Nếu sử dụng Ethernet thì có thể kết nối tới PC. Khi video có dạng gói tin MPEG-over-IP-over-ATM thì có nhiều lựa chọn để phân phối trong nhà khách hàng. Nhiều thiết bị tương thích Ethernet đã thông dụng hay chưa phát triển như : Ethernet vô tuyến, Ethernet hữu tuyến, HomePNA và kỹ thuật cấp qua đường dây điện lưới (Powerline). Hiển nhiên, phương tiện không yêu cầu lắp thêm một đôi dây mới trong nhà sẽ thu hút sự chú ý hơn vì nó giảm chi phí lắp đặt tại nhà và không cần gửi kỹ thuật viên tới nhà khách hàng. Ethernet vô tuyến là một kỹ thuật đầy hứa hẹn trong việc thiết lập nhanh chóng tại nhà khách hàng. Modem DSL trở thành một phần tích hợp trong cổng gateway băng rộng trong nhà. Cổng này hỗ trợ các tuyến trong nhà để truyền thông giữa các thiết bị IP trong nhà. Hộp set-top box cũng là một loại thiết bị IP nên các luồng video IP hướng trực tiếp từ cổng gateway tới set-top box theo tiêu chuẩn IEEE 802.11b. trong tương lai, tốc độ của kết nối không dây này có thể đạt tới 20¸30 Mbit/s. HPNA và kỹ thuật phân phối qua đường dây điện lưới đều có thể dùng ngay đôi dây đang đi trong nhà. HPNA sử dụng đôi dây điện thoại và đạt tốc độ 10 Mbit/s và theo tiêu chuẩn mới có thể đạt tới 20 Mbit/s. Powerline đáp ứng cho truyền thông số liệu với đôi dây điện trong nhà đạt tốc độ 10 Mbit/s hoặc cao hơn. kỹ thuật này có ưu điểm sử dụng đôi dây có trong mọi nhà nhưng sản phẩm chưa thông dụng trên thị trường. Các vấn đề trong mạng truy nhập ở Việt nam Trong những năm gần đây, mạng viễn thông Việt nam đã phát triển nhanh chóng cả về qui mô và mức độ của mạng, đặc biệt có thể kể đến viễn thông quốc tế với tuyến cáp quang biển TVH, tuyến cáp quang đường trục được nâng cấp từ 34 Mbit/s lên 2,5 Gbit/s với công nghệ SDH. Toàn bộ các tổng đài đi quốc tế và tổng đài chuyển tiếp quốc gia đã được nâng cấp với hệ thống báo hiệu số 7 và dịch vụ ISDN. 100% các tổng đài cấp huyện và cấp tỉnh đã được số hoá, nhiều tuyến cáp quang đã được triển khai đến các tỉnh nhưng chủ yếu là các tỉnh ven đường trục quốc gia. Để triển khai các dịch vụ băng rộng chỉ còn lại vấn đề trong phần mạng truy nhập. Hiện trạng mạng thuê bao Việt nam : Ở Việt nam do mạch vòng thuê bao chủ yếu được sử dụng để truyền dẫn băng tần gốc của tín hiệu thoại nên sử dụng phổ biến cấu trúc cáp xoắn đôi cân bằng. Cấu trúc mạng thuê bao được chia làm 3 phần chính : Cáp phiđơ (cáp sơ cấp): là phần mạch vòng nối từ tổng đài tới điểm nối chính là các tủ cáp. Cáp phân bố (cáp thứ cấp): là phần mạch vòng từ điểm nối chính tới điểm phân bố (hộp cáp). Thông thường tổng số đôi dây phân bố có nhiều hơn số đôi dây phiđơ. Cáp phiđơ và cáp phân bố được liên kết với nhau qua các tủ cáp hay măng sông. Có hai kiểu mối nối cáp phổ biến là hàn cố định thường dùng cho nông thôn hoặc các vùng xa và các tiếp điểm không cố định thường dùng ở thành phố và đô thị. Mặc dù cáp phân bố cải thiện tính linh động cho cáp phiđơ nhưng nó cũng gây trở ngại cho việc baỏ dưỡng và quản lý mạch vòng thuê bao. Cáp được sử dụng hiện nay có dung lượng từ 100-2400 đôi sợi tuỳ thuộc đường kính dây đồng. Các loại cáp phiđơ và phân bố phổ biến ở Việt nam là CCP ( cách điện dây dẫn bằng nhựa Polyethylene được mã hoá theo màu) và FSP (cách điện dây dẫn hai lớp, lớp trong là nhựa xốp, lớp ngoài là nhựa Polyethylene được mã hoá theo màu). Thực tế cỡ dây lớn nhất đang thông dụng hiện nay là loại 600 đôi, đường kính 0,4 mm và 0,5 mm. Về mặt hệ thống có thể phân cáp thành hai loại : cáp treo và cáp ngầm. Cáp treo được sử dụng rộng rãi ở mạng cáp phân bố và thường sử dụng cáp CCP. Nó chiếm khoảng 40% so với tổng số cáp đồng ở vùng đô thị và 90%-100% ở vùng nông thôn hoặc vùng xa. Trong khi đó ở mạng cáp phiđơ hầu hết là cáp cống hoặc cáp trôn trực tiếp. Cáp treo có nhược điểm là quá gần đường dây tải điện, quá tải trên cột, không đủ độ cao khi cắt ngang đường giao thông ... Cáp ngầm có giá thành xây dựng đắt hơn nhưng chống được hư hỏng do thiên tai và không bị xuống cấp. Dây thuê bao là dây dẫn tính từ hộp cáp đến thiết bị đầu cuối đặt tại nhà thuê bao. Dây thuê bao được chia làm hai phần chính : Dây thuê bao ngoài nhà (từ hộp cáp đến nhà thuê bao) : có độ dài tối đa là 300m ở vùng đô thị và 600m ở vùng thưa dân. Loại cáp này chỉ sử dụng cỡ dây 0,5mm, 0,6mm và 0,65mm. Dây thuê bao trong nhà (phần nối trực tiếp với thiết bị đầu cuối) : sử dụng các loại cáp đôi hoặc nhiều đôi có đường kính dây dẫn đồng là 0,4mm, 0,5mm và 0,6mm. Các vấn đề của mạng truy nhập nước ta hiện nay là khó khăn trong công tác quản lý, bảo dưỡng mạng do quá trình phát triển không có kế hoạch, tổ chức. Thiết bị không đồng bộ, không có tiêu chuẩn đầy đủ, thống nhất. Băng tần của mạng thấp, không có khả năng cung cấp các dịch vụ băng rộng chất lượng cao. Tồn tại nhiễu và xuyên âm trong mạng truy nhập. Ngoài ra, việc sử dụng các modem tương tự tốc độ thấp để truy nhập dịch vụ làm kéo dài thời gian truyền và chiếm kênh ở tổng đài dẫn đến tắc nghẽn đường truy nhập. Vì vậy cần có giải pháp để giải quyết các vấn đề của mạng truy nhập, cải thiện băng thông và tốc độ truyền dẫn, đáp ứng yêu cầu các dịch vụ băng rộng đang gia tăng hiện nay. Kỹ thuật xDSL là một câu trả lời cho vấn đề này. ADSL/VDSL trong quá trình cáp quang hoá mạng truy nhập : Mục tiêu chiến lược của mạng truy nhập là xây dựng mạng truy nhập sử dụng cáp quang. Mạng truy nhập quang có nhiều ưu điểm hơn hẳn mạng cáp đồng : băng tần truyền dẫn cao hơn, khoảng cách truyền xa hơn, không bị ảnh hưởng điện từ ... Tuy nhiên việc thay thế hoàn toàn mạng truy nhập hiện tại bằng mạng cáp quang sẽ đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu rất lớn. Hơn nữa trong thời gian đầu việc thay thế sẽ khiến cho khấu hao toàn mạng tăng lên do phải gánh cả khoảng khấu hao chưa hết của mạng cáp đồng. Mối quan hệ giữa khấu hao mạng cáp trong giai doạn thay thế cáp đồng bằng cáp quang được thể hiện trên hình 6.3. Tiền đầu tư cho cáp đồng (đường A) giảm xuống bằng 0 tại thời điểm quyết định thay thế (X). Trong giai đoạn thay thế, nếu không sử dụng cáp đồng nữa khấu hao cáp đồng sẽ tăng cao và giảm xuống rất nhanh tại thời điểm thay thế xong (Y). Nếu sử dụng hết khấu hao, giá thành cáp đồng rất thấp (đường cong B). Trong giai đoạn này tiền đầu tư cho cáp quang rất lớn (đường cong C). Do phải chịu cả giá thành khấu hao cáp đồng nên giá thành cáp quang trong giai đoạn khấu hao chuyển từ đường cong E sang đường cong F, nghĩa là giá thành khấu hao cáp quang sẽ tăng rất nhiều. Như vậy việc thay thế hoàn toàn cáp đồng bằng cáp quang là không kinh tế. Công nghệ xDSL đã đem lại giải pháp truy nhập tốc độ cao mà tận dụng được mạng cáp đồng hiện có. Để xây dựng mạng cáp quang hoá hoàn toàn cần tiến hành cáp quang hoá từng bước theo các cấu hình mạng như sau : FTTCab : Cáp quang được lắp đặt từ tổng đài tới tủ cáp sau đó cáp đồng sẽ nối từ đó tới thuê bao. Mỗi đầu cáp quang có thể nối tới hàng trăm thuê bao. FTTB : Cáp quang chạy tới chân các toà nhà sau đó cáp đồng sẽ nối tới các văn phòng hoặc phòng riêng. FTTC : Một phần cáp quang nối từ tổng đài tới tủ cáp cách thuê bao vài trăm mét sau đó cáp đồng sẽ nối từ đó tới thuê bao. FTTH : Cáp quang nối thẳng tới thuê bao, khách hàng truy nhập trực tiếp vào bộ nối quang. Dù truy nhập tốc độ cao bằng hình thức nào thì giá thành sử dụng cũng giảm xuống khi khả năng thâm nhập mạng của chúng tăng lên. Hình 6.4 so sánh giá thành của các hình thức truy nhập theo phần trăm thâm nhập của kỹ thuật vào mạng lưới. Mạng HFC là mạng cáp sử dụng cáp quang tới điểm phân bố thứ nhất sau đó dùng cáp đồng trục dẫn tới thuê bao. Hình thức truy nhập này có giá thành cao nhất. Tiếp theo là các hình thức truy nhập FTTH, FTTC và FTTCab. Mạng sử dụng cáp đồng có giá thành thấp nhất. Tuy nhiên tốc độ thay đổi giá thành của mạng sử dụng cáp đồng giảm chậm hơn các kỹ thuật khác. Khi so sánh mạng truy nhập sử dụng cáp đồng và mạng truy nhập sử dụng cáp quang ở cùng mức độ thâm nhập mạng thì giá thành mạng sử dụng cáp quang giảm nhanh hơn. Điều này có nghĩa là việc sử dụng cáp đồng chỉ có ý nghĩa về mặt giá thành trong một khoảng thời gian nhất định. Tương tự, về mặt khoảng cách truyền dẫn không phải lúc nào sử dụng cáp đồng cũng rẻ hơn cáp quang. Điều này được minh hoạ trong hình 6.5. Tuy nhiên, các kỹ thuật xDSL vừa có khả năng cung cấp dịch vụ tốc độ cao độc lập vừa có thể ghép với mạng quang để truyền thông tin tới khách hàng. ADSL có thể hoạt động trong khoảng 5km từ tổng đài trong khi đó VDSL với tốc độ hàng chục Mbit/s chỉ giới hạn trong vài trăm mét có thể kết hợp với các cấu hình mạng quang kể trên. Như vậy, kỹ thuật xDSL không phải là một giải pháp thay thế cho mạng truy nhập cáp quang nhưng lại là một giải pháp hữu hiệu trong quá trình quá độ từ cáp đồng chuyển sang cáp quang. Hơn nữa, với những thế hệ mới nhất của mình như kỹ thuật VDSL hoàn toàn có thể phối hợp cùng hoạt động với các đường cáp quang tới gần thuê bao để tăng hiệu qủa cho mạng truy nhập. Giải pháp kỹ thuật mạng VOD và truyền hình cáp quảng bá cho Bưu điện Hà nội: Xây dựng mạng truyền hình cáp sử dụng mạng truyền tải tín hiệu băng rộng dựa trên cơ sở chuyển mạch ATM và truy nhập ADSL (truyền tải tín hiệu truyền hình trên mạng cáp thuê bao hiện có của Bưu điện Hà nội). Đây là giải pháp rất khả thi vì kỹ thuật ADSL và giá cả thiết bị mạng băng rộng đang giảm nhanh chóng. Một số hãng đã thông báo giá cả cho một đường dây truy nhập ADSL gồm DSLAM phía CO và ATU-R phía khách hàng chỉ khoảng 200 USD và còn giảm nữa. Chi phí cho mạng SDH và ATM cũng đang giảm xuống, đối với các dịch vụ băng rộng chỉ tốn khoảng vài chục USD cho một thuê bao vì một luồng video có thể được quảng bá tới hàng ngàn thuê bao. Cấu trúc tổng thể hệ thống có thể chia làm 3 phần chính : Phần thiết bị trung tâm : do nhà cung cấp nội dung (ví dụ Đài TH Hà nội hoặc các nhà cung cấp dịch vụ Internet băng rộng) đầu tư xây dựng và quản lý. Phần này bao gồm thiết bị thu tín hiệu, thiết bị số hoá tín hiệu hình MPEG2, thiết bị quản lý server, thiết bị quản lý thuê bao. Phần Mạng chuyển mạch băng rộng ATM và truyền dẫn SDH : bao gồm các tổng đài core ATM từ 2 – 10 Gbit/s và hệ thống truyền dẫn SDH STM1, STM4 hoặc STM 16. Khi xây dựng mạng VOD và truyền hình cáp có thể tận dụng được hệ thống SDH, hệ thống mạng cáp quang, hệ thống nhà trạm, nguồn điện có sẵn. Mạng ATM được xây dựng trong thời gian tới sẽ đồng thời đáp ứng cho việc mở rộng dịch vụ truyền hình cáp. Phần truy nhập : sử dụng công nghệ ADSL để truyền tín hiệu băng rộng qua mạng cáp thuê bao hiện có. Đường dây ADSL sử dụng băng tần độc lập với băng tần thoại nên có thể cung cấp đồng thời cả hai loại dịch vụ video và thoại. Việc tổ chức mạng truy nhập có thể thực hiện theo hai phương án : Phương án tích hợp trên tủ truy nhập thuê bao cáp quang đường phố : tương tự như phương án truy nhập thuê bao cáp quang thông thường. Các tủ thuê bao có dung lượng từ 120 –480 số được đặt ngoài đường phố có thể cung cấp đồng thời cả dịch vụ điện thoại thông thường và đường dây ADSL truyền tín hiệu video kèm tín hiệu điện thoại. Các tủ thuê bao được nối tới tổng đài HOST bằng giao diện V5.x thông qua cáp quang và thiết bị SDH STM1 để kết nối tới mạng điện thoại thông thường cho dịch vụ thoại đồng thời được kết nối tới mạng chuyển mạch băng rộng ATM bằng cáp quang và SDH STM4 để kết nối tới đài truyền hình. Tín hiệu video được đưa tới các tủ sau đó phân bố tới các thuê bao bằng chế độ quảng bá. Ưu điểm của phương án này là : độ dài đường truy nhập cáp đồng trong khoảng 1 km, băng thông có thể đạt tới 8 Mbit/s do vậy chất lượng dịch vụ cao. Triển khai dễ dàng không tốn chi phí thuê nhà, trông, trực tổng đài. Phương án nâng cấp các tổng đài HOST và vệ tinh sẵn có thành tổng đài băng rộng: các tổng đài vệ tinh Alcatel, Siemens được đưa thêm các ATM hub và các card ADSL được cắm trực tiếp vào vị trí card thuê bao thông thường. Ưu điểm của phương án này là tiết kiệm tối đa chi phí nhưng chỉ triển khai được khi các tổng đài HOST được nâng cấp phần mềm và được bổ sung các hub ATM. Sử dụng phương án thứ nhất sẽ không đòi hỏi phải nâng cấp các hệ thống tổng đài lớn và có thể triển khai mạng một cách lần lượt. Ngày nay các dịch vụ truyền hình đã phát triển mạnh mẽ và trở thành một nhu cầu thiết yếu trong đơì sống nên thúc đẩy các nhà cung cấp mạng sớm xây dựng mạng phân phối dịch vụ VOD và truyền hình quảng bá. Công nghệ xDSL đã được triển khai ở nhiều nước và những giải pháp kỹ thuật ưu việt của nó là câu trả lời cho công nghệ truy nhập băng rộng. Thực tế mạng cáp đồng ở Hà Nội đáp ứng khá tốt những điều kiện chất lượng mạch vòng để cung cấp các dịch vụ DSL. Trong khu vực có hơn 6000 đôi cáp với tổng chiều dài hơn 5000 km được phân phối trên phạm vi bán kính dưới 1,5 km chiều dài trung bình của một mạch vòngcáp đồng ở thành phố khoảng 1 km và ở vùng ngoại ô là 2 đến 3 km. Vì mạch vòng ngắn nên không sử dụng những cuộn gia cảm và cũng có ít cầu nối rẽ. Do vậy việc triển khai công nghệ DSL tại Bưu điện Hà nội hứa hẹn mang lại dịch vụ truyền hình quảng bá và VOD chất lượng cao và thu hút nhiều khách hàng. Kết luận Qua nghiên cứu về quá trình phát triển của công nghệ đường dây thuê bao số xDSL có thể rút ra một số điểm như sau : Về những ưu điểm của công nghệ DSL, trước hết phải kể đến khả năng triển khai trên mạng điện thoại đang sử dụng nên giải quyết được vấn đề đau đầu cho các nhà phát triển viễn thông là kinh phí đầu tư ban đầu cho mạng cáp truyền dẫn. Tiếp theo là những tiến bộ lớn lao trong việc nâng cao tốc độ truyền số liệu tới hơn 50 Mbit/s đáp ứng cho các nhu cầu truy nhập băng rộng phục vụ cho công việc, giáo dục, giải trí... của khách hàng. Chuyển dữ liệu ra khỏi mạng thoại giải quyết được tình trạng tắc nghẽn đang gia tăng trong mạng thoại hiện nay. Ngoài ra còn nhiều tính năng hấp dẫn khác như cung cấp các dịch vụ số tốc độ khác nhau tuỳ theo đặc điểm của khách hàng, các dịch vụ đối xứng hoặc không đối xứng, cung cấp đồng thời dịch vụ thoại và dịch vụ số liệu... Với tiến bộ của kỹ thuật càng ngày giá thành thiết bị càng giảm nhanh chóng, hoạt động tương thích giữa các thiết bị do tuân theo các tiêu chuẩn quốc tế và dễ dàng lắp đặt cho cả người sử dụng nên công nghệ DSL xứng đáng được coi là một trong những ứng cử viên hàng đầu cho việc xây dựng mạng truy nhập băng rộng. Tuy nhiên, vì còn khá mới mẻ nên đang tồn tại nhiều tiêu chuẩn do nhiều tổ chức tiêu chuẩn quốc tế qui định cộng với đặc điểm riêng của nó là tốc độ truyền dẫn phụ thuộc khoảng cách và mức độ tạp âm của môi trường hoạt động nên để triển khai thành công công nghệ xDSL ở Việt nam cần chú ý tới những điểm sau : Thứ nhất, cần ban hành những tiêu chuẩn riêng của ngành cho các thiết bị DSL và quy trình đo kiểm các thiết bị để các sản phẩm DSL có khả năng hoạt động tương thích với nhau tạo thuận lợi cho các khách hàng và cả các nhà sản xuất. Thứ hai, phải xây dựng các quy trình đo kiểm chất lượng đường dây và môi trường nhiễu tác động lên đôi dây trước khi triển khai dịch vụ để có thể triển khai đại trà và lựa chọn công nghệ DSL phù hợp cho từng khu vực khách hàng. Trong giai đoạn chưa có các tiêu chuẩn ngành thì các thiết bị DSL thuộc cùng chủng loại muốn tương thích với nhau phải : Tuân theo cùng một tiêu chuẩn quốc tế (ví dụ ITU-T, ETSI...) hoặc được cung cấp từ cùng một hãng sản xuất. Tóm lại, với đầy đủ các đặc trưng của mình, công nghệ xDSL là sự lựa chọn tốt nhất để triển khai ngay mạng truy nhập băng rộng đáp ứng nhu cầu khách hàng. Mặc dù xây dựng mạng quang hoá hoàn toàn vẫn là mơ ước của các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông nhưng công nghệ xDSL hỗ trợ rất tốt cho mạng truy nhập quang (ví dụ công nghệ VDSL). Các công nghệ xDSL ngày càng tỏ ra hoàn thiện, đã và đang phát triển nhanh trên thế giới chứng tỏ khả năng phát triển lâu dài của công nghệ DSL trong tương lai. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “ADSL & DSL Technology” Walter Goralski- McGraw-Hill, 1998. [2] “The DSL Sourcebook” Paradyne Corporation. [3] “xDSL Architecture” Padman and Warrier BalajiKumar. [4] “ Understanding Digital Subscriber line Technology” Thomas Starr, John M.Cioffi, Peter Silverman [5] “ Báo hiệu và truyền dẫn số của mạch vòng thuê bao” Whitham D.Reeve [6] “Mạng truy nhập Công nghệ và giao diện V.5” Trần Nam Bình, Nguyễn Thanh Việt, NXB Bưu điện. [7] “DSL Anywhere” DSL Forum [8] “Dilivering xDSL” Lawrence Harte and Roman Kikta-McGraw-Hill. [9] “Digital Subscriber Line (xDSL) FAQ v200010108” John Kvistoff. [10] “Remote acces networks PSTN, ISDN, ADSL, Internet & Wireless” Chander Dhawan [11] “Residential Broadband Nrtworks xDSL, HFC & Fixed Wireless Access” Uyless Black. [12] “Competing for Throughput in the Local Loop” Zdzislaw Papir, Andrew Simmonds - IEEE Communications Magazine, 5/1999. [13]“xDSL Loop Qualification and Testing” Walter Goralski, IEEE Communications Magazine 5/1999. [14] “The development and Standardization of ADSL” Walter Y. Chen, IEEE Communications Magazine 5/1999. [15] “Discrete Multitone (DMT) vs. Carrierless Amplitude/Phase (CAP) line Codes” Rupert Baines, Analog Devices, Inc 20/5/1997. [16] “The Noise & Crosstalk Environment for ADSL & VDSL Systems” John W.Cook, Rob H.Kirkby, Martin g.Booth, Kevin T. Foster, Don E.A.Clarke and Gavin Young – IEEE Communications Magazine 5/1999. [17] Bài giảng “Cơ sở truyền dẫn vi ba số” TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng. [18] “ADSL/VDSL Principle” Dr. Dennis J. Rauschmayer, 1999. [19] “VDSL : fiber-fast data transmission over copper pairs” P. Antoine, W.De Wilde, C.Gendarme, S.Schelstraete, P.Spruyt-Alcatel Telecommunications Rewiew, 4/2000. [20] Bài báo “ Sử dụng kỹ thuật HDSL2 cho các dịch vụ E1 và T1 trên một đôi sợi đồng” KS. Nguyễn Vĩnh Nam-Tạp chí BCVT số 11 tháng10/2001. [21] “IP/ATM Integrated Services over Broadband Access Copper Technologies” Arturo Azcorra, David Larrabeiti, Enrique J.Hernandez, Julio Berrocal, IEEE Communications Magazine 5/1999. [22] Đề tài “Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật DSL cho mạng truy nhập Việt Nam” Mã số 110-99-TCT-AP-VT, Nguyễn Bá Hưng, Nguyễn Vĩnh Nam. [23 ] Báo cáo đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ ADSL và VDSL để xây dựng phương án tổ chức dịch vụ Video theo yêu cầu (Video on demand) trên mạng cáp thuê bao hiện có của mạng viễn thông Hà nội” kí hiệu 110-98-TCT-RD Bưu điện TP. Hà nội 5/2001. [24 ] “Video over DSL” White paper. Revision1, 11/2001 [25] “Video over BPON with Intergreated VDSL” Ian Cooper, Vince Barker, Martin Andrews, Mick Bramhall, Peter Ball _ FUJITSU Sci. Tech.J.,37,1 6/ 2001 [26] “Video over DSL Architechture” P.Merriman, Alcatel Telecommunications Rewiew, 4/2000. [27] Bài báo “Solution for delivering wired-line cable TV service and other broadband services over the existing copper cable access network in Hà nội” PTS. Nguyễn Minh Dân, ThS. Bùi Thiên Hà, KS. Nguyễn Xuân Thu trong hội nghị AIC Proceeding lần thứ 26, Hà nội 11/2001. [28] “DSL confirmed as the world’s leading broadband technology” Point Topic annonced at DSL Forum meeting, 6/3/2002, Rome. [29] Số liệu trong “Dự án triển khai DSL tại năm Tỉnh/ thành : Hà nội, TP-HCM, Đà Nẵng, Đồng Nai, Bình Dương” của VDC. [30] “Residential Broadband Achitechture over ADSL & G.lite (G.999.2) PPP over ATM” Timothy C.Kwok, IEEE Magazine, 5/1999. [31] “Very-High-Speed Digital Subscriber Lines” John M.Cioffi, Vladimir Oksman, Jean-Jacques Werner, Thierry Pollet, Paul M.P.Spruyt, Jacky S.Chow và Krista S. Jacobsen/ IEEE Communications Magazine 4/1999. [32] Một số trang web chuyên ngành như : www.WebProForum.com, www.iec.org, www.xdsl.com, www.tuketu.com, www.dslforum.org.... [33] khuyến nghị ITU-T G.992.1, G 992.2, MỤC LỤC Lời mở đầu...................................................................................................... 3 Các chữ viết tắt .............................................................................................. 5 ._.