Công nghệ XDSL

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 xa 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 0,33,4 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: ãKỹ 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 050 MHz cho hướng lên và 50750 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. ãKỹ 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 27,528,35 GHz, phạm vi phục vụ trong vòng bán kính 36 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 4048 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 tán. 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. ãKỹ 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. Hình 1.1 Các phương thức truy nhập băng rộng 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. 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. Với lợi thế tận dụng mạng lưới cáp đồng đang tồn tại rộng khắp trên thế giới không đòi hỏi vốn đầu 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. 1.2.Tổng quan về công nghệ xDSL: Trước khi đi vào giới thiệu cụ thể từng công nghệ DSL ta sẽ trình bày các vấn đề chung của toàn bộ công nghệ DSL như môi trường truyền dẫn đôi dây xoắn, phương pháp tận dụng băng tần, và nâng cao hiệu suất sử dụng phổ tần, các chỉ tiêu và ứng dụng của các công nghệ xDSL. l.2.l. Đôi dây xoắn: Như chúng ta đã biết công nghệ xDSL dựa trên nền tảng là mạng dây đồng có sẵn, trong quá trình nâng cấp từ mạng truy nhập cáp đồng lên mạng truy nhập số chúng ta sẽ gặp một số khó khăn nhất định. Dịch vụ điện thoại xuất hiện vào năm 1877 khi Alexander Bell nối điện thoại qua một đường dây đơn (Ground return) lấy đất làm đường về của mạch điện. Phương pháp này tránh được chi phí cho dây thứ hai nhưng truyền dẫn kém và không đủ độ tin cậy khi thời tiết khô. Nhưng vấn đề này được giải quyết sau đó bằng cách sử dụng đôi dây song song (metallic return) cách nhau vài cm phương pháp này cung cấp đường về của tín hiệu đáng tin cậy hơn. Tuy nhiên hiện tượng xuyên âm (crosstalk) nhanh chóng được phát hiện đó là hiện tượng tín hiệu từ một đôi dây gần nó bị lẫn vào trong quá trình giao tiếp. Người ta phát hiện ra xuyên âm có thể giảm theo chu kỳ bằng cách thay đổi vị trí bên phải và bên trái của dây dẫn. Bell đã phát minh ra đôi dây xoắn (tiwsted pair) năm 1881 đó là đôi dây dẫn gồm hai dây riêng cách điện và được xoắn với nhau. Với bước xoắn vừa đủ năng lượng điện từ trường trên mỗi phần nhỏ của dây sẽ bị triệt tiêu bởi lượng bao quanh phần nhỏ dây tiếp theo. Cáp điện thoại ngày nay được thiết kế sao cho mật độ xoắn trên mỗi đôi dây là khác nhau để đảm bảo xuyên âm là tối thiểu. Mặt khác đôi dây xoắn cũng có thể làm giảm bớt một chút suy hao tín hiệu điện vì điện cảm của dây xoắn có tác dụng bù điện dung của dây. Tuy nhiên đối với khoảng cách thuê bao lớn thì suy hao cũng rất lớn. Đối với các mạch vòng dài quá 5,5 km (18 kft) thì suy hao tín hiệu ở tần số lớn hơn 1 KHz vượt quá mức cho phép làm cho truyền dẫn thoại không chấp nhận được. Để giải quyết vấn đề này các cuộn gia cảm (Loading coil) sẽ được thêm vào đường dây nhằm tăng điện cảm của dây để cân bằng với dung kháng của dây. Giá trị điện cảm của cuộn gia cảm được tính toán phù hợp với điện dung của đường truyền, cuộn cảm có tác dụng nâng cao chất lượng của tín hiệu trong khoảng tần số truyền thống (0,33,4 KHz) đồng thời triệt tiêu hầu hết tín hiệu nằm ngoài khoảng này. Đây là một khó khăn lớn cho việc mở rộng dải tần số sử dụng trên đường dây đồng thông thường và đối với công nghệ xDSL thì cuộn gia cảm này không được sử dụng. Hình 1..2 Suy hao dây đồng và tác dụng cuộn gia cảm Trong công nghệ xDSL có nhiễu xuyên âm bởi vì mỗi dây trong cáp của đôi dây xoắn phát ra điện từ tạo ra dòng điện chạy trong các đôi dây bên cạnh dẫn đến tín hiệu xuyên âm không mong muốn trên các đôi dây này. Xuyên âm (crosstalk) là yếu tố chính hạn chế khả năng hoạt động của các hệ thống số sử dụng cùng băng tần số cho truyền dẫn thu và phát. Có hai kiểu xuyên âm thường gặp trong xDSL: Xuyên âm đầu gần (NEXT-NEAR end crosstalk) và xuyên âm đầu xa (FEXT-FAR end crosstalk). Xuyên âm đầu gần NEXT xuất hiện ở các bộ thu ở cùng đầu cáp với các bộ phát nhiễu (từ bộ phát tới bộ thu đầu cuối gần). Xuyên âm đầu xa FEXT là nhiễu gây ra bởi các đôi dây cho một đôi dây ở đầu bên kia của đường truyền (từ bộ phát tới bộ thu đầu xa). NEXT ảnh hưởng tới các hệ thống truyền trên cả hai hướng trong cùng một dải tần cùng một lúc và tại đầu gần, và nó luôn lớn hơn FEXT. NEXT có thể tránh được nếu như tín hiệu theo hai chiều được truyền trong những khoảng thời gian khác nhau hay ở những khoảng tần số khác nhau (đó là hai kỹ thuật song công phân chia tần số FDD và phân chia thời gian TDD mà ta sẽ xét kỹ hơn ở phần sau). Hình 1.3 Minh họa xuyên âm Ngoài ra đôi dây xoắn còn chịu nhiều loại nhiễu từ bên ngoài tác động vào như: Nhiễu vô tuyến, nhiễu do các đường dây điện, máy hàn, đèn neon... Các nhiễu này thường không thể định trước một cách rõ ràng nhưng khi thiết kế lắp đặt chúng ta lại cần phải tính toán đến các loại nhiễu này. 1.2.2 Các giải pháp công nghệ chung trong xDSL Để nâng cao tốc độ và chất lượng truyền dẫn, các công nghệ xDSL phải áp dụng nhiều phương thức khác nhau nhằm mở rộng băng tần sử dụng và tăng hiệu suất sử dụng băng tần. Như thay vì sử dụng dải tần truyền thống (0.33.4 KHz) bằng cách loại bỏ các cuộn gia cảm, đường dây điện thoại có thể hoạt động với tần số hàng MHz. Ngoài ra, người ta còn đưa ra các phương thức thực hiện song công để sử dụng băng tần một cách có hiệu quả, các phương pháp điều chế sao cho phổ tín hiệu tương thích với đường truyền để giảm méo và nâng cao hiệu suất sử dụng phổ (mỗi symbol sẽ mang thông tin của nhiều bit), các phương pháp mã hóa để chống lỗi nâng cao chất lượng truyền dẫn. 1. Các phương thức thực hiện song công Hầu hết các dịch vụ DSL đòi hỏi song công trong việc truyền dữ liệu, các phương thức song công để tách biệt tín hiệu trên các hướng ngược nhau. Có 4 phương thức thực hiện song công khác nhau: song công 4 dây, triệt tiếng vọng, song công phân chia tần số, song công phân chia theo thời gian. Ba phương pháp cuối cùng sử dụng trên cùng một đôi dây xoắn cho cả hai hướng truyền dẫn. Đối với mỗi trường hợp cụ thể thì chúng ta sẽ lựa chọn phương thức song công nào hoặc sử dụng kết hợp các phương thức để phù hợp với hệ thống cần thiết kế. ã Song công 4 dây: Sử dụng 2 đôi dây xoắn, mỗi đôi cho một hướng truyền. Song công 4 dây còn gọi là truyền dẫn “đơn công đôi”, bởi vì có hai kênh truyền dẫn đơn công (một hướng). Bất lợi của song công 4 dây là cần hai đôi dây xoắn thay vì một đôi như các phương thức song công khác nhau. Nhưng song công 4 dây là phương pháp song công với chi phí ít nhất nếu cáp đồng bổ sung là có sẵn. Tuy nhiên cáp đồng bổ sung thường là đắt, do vậy chi phí toàn bộ hệ thống là rất cao, mặc dù chi phí điện tử có thể ít hơn. Việc chi phí điện tử để tiết kiệm cáp đồng là vấn đề chung thường xảy ra trong kỹ thuật DSL. Hình 1.4 Song công 4 dây ã Song công phân chia theo tần số. Đối với những hệ thống thực hiện song công ghép kênh phân chia tần số FDD (Frequency Division Duplex) thì quá trình thu và phát nằm ở 2 dải tần số khác nhau: Hình 1.5: Song công FDD Do phương thức song công FDD quá trình thu và phát nằm ở 2 dải tần số khác nhau do đó tránh được xuyên âm ở đầu gần (NEXT) nhưng vẫn phải tính đến nhiễu xuyên âm ở đầu xa (FEXT). Phương thức này có ưu điểm là hệ thống sử dụng nó đơn giản cho nên giá thành thấp, nhưng phương thức FDD lại có nhược điểm là tần số không được sử dụng một cách triệt để do băng tần thu phát nằm tách biệt. Do vậy phương thức song công này thường không dùng đơn lẻ trong hệ thống mà thường được sử dụng kết hợp với những phương thức khác nhau . ã Song công phân chia theo thời gian: Song công phân chia theo thời gian TDD (Time Division Duplex) là tại một thời điểm chỉ truyền theo một hướng. Việc điều khiển các đường liên kết thường được luân phiên tại các khoảng đều đặn giữa các hướng truyền. Do quá trình phát và thu nằm ở hai thời điểm hoàn toàn khác nhau nên TDD loại bỏ được nhiễu xuyên âm đầu gần NEXT. Nhưng TDD gây ra tổn thất là làm lỡ thời gian truyền dẫn. Hình 1.6 Song công TDD ã Song công triệt tiếng vọng: Hình 1.7 Sơ đồ hệ thống triệt tiếng vọng Phương thức song công triệt tiếng vọng EC (Echo Canceller) đây là dạng phổ biến nhất của DSL hiện đại, kỹ thuật triệt tiếng vọng EC thì dải tần số phát được đặt trong dải tần thu và phải dùng một bộ triệt tiếng vọng để phân tách đường thu và đường phát. Việc thực hiện song công ở cùng một băng tần số tại một thời điểm cho triệt tiếng vọng thì các thiết bị lại rất phức tạp và đắt tiền. Hình 1.8 Song công triệt tiếng vọng 2.Các phương pháp điều chế. Các tín hiệu truyền trên đường dây điện thoại đều là tín hiệu Analog. Điều chế nhằm biến đổi tín hiệu số đầu vào thành các tín hiệu analog có dạng phổ phù hợp với đặc tuyến truyền dẫn của đường truyền để tín hiệu truyền trên nó sẽ hạn chế được méo, và sử dụng băng tần hiệu quả hơn. Các phương pháp điều chế thường được sử dụng trong công nghệ xDSL là :2B1Q, QAM, PAM, DMT. ã Điều chế 2B1Q: Điều chế 2B1Q (2 Binary 1 Quartery) được sử dụng nhiều trong công nghệ xDSL trước đây. Đây là phương pháp điều biên bốn mức, phương pháp này chỉ sử dụng một hàm cơ bản là: Trong đó hàm sinc(x) = sin(x)/x Trong 2B1Q mỗi nhóm bit để mã hóa là b=2 bit cho nên sẽ có m=4 bản tin tương ứng sẽ có 4 symbol, mỗi symbol sẽ mang thông tin của 2 bit. Hình 1.9 Giản đồ mã hóa 2B1Q Dưới đây là mô hình điều chế và giải điều chế 2B1Q: Hình 1.10 Sơ đồ điều chế và giải điều chế 2B1Q ã Điều chế biên độ cầu phương QAM: Điều chế biên độ cầu phương QAM (Quadra Amplitude Modulation) đây là phương pháp điều chế hai chiều sử dụng một sóng dạng (sin) và một sóng dạng (cos) có cùng tần số để truyền dữ liệu. Các bít sẽ được hợp nhóm tạo thành các bản tin để điều chế làm thay đổi biên độ và pha của sóng sin và sóng cos. Mỗi nhóm bit sẽ tương ứng với một sóng cos và sin có biên độ và pha cố định và khi sắp xếp trên mặt phẳng tọa độ cực ta được một mô hình điều chế. Hình 1.11 Mô hình mã hóa QAM-16 QAM sử dụng hai hàm cơ bản để điều chế là: Trong đó: j(t) là hàm điều chế băng gốc như dạng sin lồi hoặc cos lồi căn bình phương . Hình 1.12 Sơ đồ điều chế QAM ã Điều chế biên độ pha không sóng mang CAP: Điều chế biên độ pha không sóng mang CAP (Carrierless Amplitude and Phase Modulation). Phương pháp điều chế này tương tự như QAM nhưng do lựa chọn khôn ngoan hai hàm cơ bản không có thành phần một chiều DC. Sự khác biệt giữa CAP và QAM là phương pháp thực hiện. QAM thực hiện bằng cách tạo ra hai tín hiệu thành phần khi trộn nó với hai sóng mang dạng cos và sin sau đó kết hợp trong miền analog để tạo nên tín hiệu QAM. Còn việc thực hiện CAP thì không cần tạo ra hai sóng mang cos và sin mà ta tiến hành bằng cách cho chúng đi qua 1 cặp bộ lọc Hilbert có hai hàm đặc tuyến trực giao với nhau sau đó tổng hợp lại ta được tín hiệu đã điều chế CAP. Ngày nay, người ta thường dùng các bộ lọc số thông dải, dùng 1 cặp có đặc tuyến biên độ bằng nhau nhưng pha lệch nhau 90 độ (cặp Hilbert), hai tín hiệu sau bộ lọc sẽ được đưa vào bộ biến đổi DAC rồi qua một bộ lọc nữa ta thu được tín hiệu đã điều chế. Hình 1.13 Sơ đồ điều chế CAP ã Điều chế'đa tần rời rạc DMT: Điều chế đa tần rời rạc DMT (Discrete Multitone Modulation) là phương pháp điều chế đa sóng mang, trong đó băng tần sử dụng được chia thành nhiều băng tần nhỏ, mỗi băng tần sẽ được sử dụng để truyền dẫn một sóng mang điều chế các chuỗi bít tốc độ thấp. DMT có mối quan hệ mật thiết với thuật toán biến đổi Fourier nhanh FFT (Fast Fourier Tranform) Thuật toán mà DMT sử dụng để thực hiện điều chế và giải điều chế. Trên đây chỉ là những khái niệm cơ bản về DMT phương pháp thực hiện cụ thể và những ưu điểm của phương pháp này sẽ được nghiên cứu sau. Một biến thể của DMT là phương pháp điều chế đa tần sóng rời rạc DMWT (Discrete Multiwavelet Multitone Modulation) trong đó toán tử Fourier được thay thế bằng toán tử sóng. Kỹ thuật này được sử dụng trong công nghệ VDSL. 3. Các phương pháp mã hóa: 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 hóa xoắn tốc độ 1/2 tạo ra 2 bit cho mỗi bit đầu vào. Quan hệ giữa đầu ra và đầu vào bộ mã hóa càng lớn các bit dư càng lớn thì chống lỗi càng tốt. Ví dụ, bộ mã hóa 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 tùy 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 thỏa 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 nghệ 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. 1.3. Công nghệ HDSL/HDSL2 1.3.1. Sự hình thành và phát triển 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 (l,544 Mb/s), 3 đôi dây để cung cấp dịch vụ El (2,048 Mb/s) không cần bộ lặp. Thiết bị HDSL đầu tiên được đa vào hoạt động năm 1992 ở Mỹ. Tháng 10 năm 1998, ITU thông qua khuyến nghị G991.l cho HDSL thế hệ thứ nhất. ITU bắt đầu nghiên cứu xây dựng khuyến nghị thế hệ 2 (HDSL2) gọi là G991.2. Sự cần thiết HDSL: Khi mà luồng El (ở Châu âu) và luồng T1 (ở Bắc Mỹ) không chỉ sử dụng để nối liên đài mà còn được dùng để nối từ trung tâm chuyển mạch đến khách hàng cho các dịch vụ khác (ngoài thoại) Hệ thống truyền dẫn E1/T1 như thế thì giá thành rất đắt, và việc lắp đặt, bảo dưỡng rất khó. Vì vậy người ta cần phải tìm một hệ truyền dẫn tiện lợi và rẻ tiền hơn và HDSL ra đời . 1.3.2. Mô hình hệ thống HDSL Hình 1.14 Mô hình hệ thống HDSL 1.3.3. Kỹ thuật cơ bản: Các nhà sản xuất và cung cấp dịch vụ HDSL thường sử dụng phương pháp điều chế 2B1Q có mạch hỗn hợp triệt tiếng vọng cho hầu hết các hệ thống HDSL trên thế giới. Một số nước ở Châu âu sử dụng hệ thống đa tần rời rạc DMT, và AM/PM không sóng mang (CAP). Việc thực hiện truyền dẫn song công trong hệ thống HDSL có thể thực hiện theo một số phương pháp sau: ã Song công đơn: Chỉ dùng một đôi dây và một cặp thiết bị thu phát ở mỗi đầu của đường dây. Hai hướng có thể tách biệt bằng ghép kênh theo tần số (FDM ) hoặc có mạch hỗn hợp triệt tiếng vang (HDSL thế hệ 2). ã Song công đôi: Dùng hai dây đôi, mỗi đôi truyền toàn bộ tải theo một hướng (giải pháp này thực hiện đơn giản nhưng có nhược điểm là truyền tín hiệu có băng tần lớn cho nên suy hao lớn và xuyên âm ở tần số cao) ã Song công kép: Truyền dẫn song công kép cải tiến độ dài mạch vòng và độ tương thích phổ bằng cách gửi nửa thông tin trên mỗi dây, mặt khác phương pháp này lại truyền tín hiệu bằng cách sử dụng mạch hỗn hợp triệt tiếng vọng (EC). Do đó băng tần của tín hiệu giảm và suy hao cùng với xuyên âm cũng giảm. Một ưu điểm khác của song công kép là nếu sử dụng một đôi dây thì cung cấp hệ thống truyền dẫn nửa tốc độ. Hình 1.15 Song công phân chia tần số trong HDSL Hình 1.16 Song công triệt tiếng vọng trong HDSL Công nghệ HDSL dùng mã điều chế Trellis truyền thống kết hợp với tiền mã hóa cân bằng kênh. Tiền mã hóa cân bằng kênh có chức năng gần giống như bộ lọc nối tiếp của bộ cân bằng nối tiếp sử dụng trong HDSL. Dữ liệu trong tiền mã hóa có chiều rộng từ 12 đến 16 bit. Điều này làm tăng độ phức tạp của bộ triệt tiếng vọng theo một cách tương tự. 1.3.4. Khả năng và ứng dụng: HDSL là đường dây thuê bao số tốc độ cao và đối xứng nó có thể truyền dẫn song công các luồng 1,544 Mbits/s (T1) và 2,048 Mbits/s (E1) theo cả hai hướng trên đường dây điện thoại dài đến 3,7 km và 24AwG (là dây có đường kính: 1/24 inch= 0,5mm) mà không cần bộ lặp trung gian. Nhưng khi cần truyền đi xa thì vẫn có thể dùng các bộ lặp trung gian. Hiện nay thì hơn 95% đường dây HDSL không có bộ lặp. Ban đầu HDSL được phát triển ở Mỹ và sử dụng 2 cặp dây đồng cho tốc độ T1 với các chip xử lý tốc độ song công 786 Kbit/s (786 Kbit/s tải hiệu dụng ngoài ra còn có 16 Kbit/s là phần mào đầu dùng để đóng khung và các thông tin khai thác trên mỗi hướng) cho mỗi chiều. Do vậy để cung cấp tốc độ El và tận dụng cùng chip xử lý đó thì đường truyền El yêu cầu phải dùng 3 cặp dây đồng. Ngày nay các chip mới dành riêng cho tốc độ El đã ra đời cho phép truyền dữ liệu trên 2 cặp dây đồng. Đường dây thuê bao riêng cấp 1 (l,544 M hoặc 2,048 M) từ người sử dụng đến mạng thường dùng các ứng dụng HDSL nhiều nhất. HDSL là phương tiện chủ yếu để nối tổng đài cơ quan (PBX) và thiết bị dữ liệu gói hoặc ATM tới mạng công cộng. HDSL cũng dùng để nối các trạm vô tuyến trên mặt đất hoặc nối các trạm DLC (Digital Loop Carrier) tới Trung tâm chuyển mạch CO (Centre office). Mặc dù với những ưu điểm của mình như giá thiết bị thấp, giá thành bảo dưỡng thấp, độ tin cậy cao, các khả năng chuẩn đoán lỗi cải tiến nhưng HDSL vẫn không thể thay thế được đường dây T1 /E1 truyền thống do các đường dây T1/E1 là có sẵn còn các đường dây HDSL thì phải lắp đặt mới với giá thành khá cao. Bởi vậy HDSL chỉ được sử dụng ở những điểm đặt lắp đặt mới và được sử dụng chủ yếu bởi các nhà khai thác nội hạt. Trong một số trường hợp người ta dùng để nối các đường tốc độ cao giữa các tòa nhà trong một khu trường hay công sở. Phiên bản đầu của HDSL truyền dẫn luồng T1 dùng hai đôi dây và luồng El dùng ba đôi dây cho nên khá tốn kém. Tiêu chuẩn cho công nghệ HDSL thế hệ 2 xuất hiện vào năm 1995 có tốc độ bits và độ dài mạch vòng giống như HDSL thế hệ thứ nhất những chỉ sử dụng duy nhất một đôi dây. HDSL2 có kỹ thuật mã hóa cao và điều chế phức tạp hơn cũng như việc lựa chọn kỹ tần số thu và phát để chống lại xuyên âm. Các phiên bản mới của HDSL mượn nhiều ý tưởng của ADSL, HDSL 2 đã được thiết kế "tương thích phổ" với một số đường truyền tốc độ cao khác. Tuy nhiên tốc độ (theo chuẩn ANSI) là cố định cho nên ITU đã cải thiện vấn đề này trong chuẩn mới. Mới đây nhất là phiên bản SHDSL (Tiêu chuẩn của ITU), nó thuộc dạng MSDSL với khả năng cung cấp tốc độ khác từ 192 Kbit/s; 256Kbit/s; 384 Kbit/s; 1,536 Kbit/s; 2,048 Mbit/s; 2,032 Mbit/s và tính chất thay đổi tốc độ là hoàn toàn tự động. 1.4.Công nghệ ADSL 1.4.1.Sự hình thành và phát triển: Khái niệm ban đầu về ADSL xuất hiện vào năm 1989 và được nghiên cứu trong các phòng thí nghiệm, mẫu ADSL đầu tiên ra đời vào năm 1992 tại phòng thí nghiệm Bellcore, sản phẩm đầu tiên được thử nghiệm vào năm 1995. Ban đầu thì ADSL được nghiên cứu ở tốc độ 1,5 Mbps đường xuống và 16 Kbps đường lên ứng dụng cho hội thảo video, đây là phiên bản đầu tiên của ADSL. ADSL xuất hiện ngoài việc thực hiện được các dịch vụ viễn thông cũ (thoại, fax...) và các dịch vụ của ISDN, HDSL, ADSL còn nhanh chóng được áp dụng cho các dịch vụ viễn thông có yêu cầu bất đối xứng đòi hỏi tốc độ xuống cao như Intemet và bất kể dịch vụ truyền số liệu bất đối xứng nào (mà đa phần các dịch vụ viễn thông đều xem tải xuống nhiều hơn là tải lên). Tháng 10 năm 1998 , ITU đã đưa ra khuyến nghị G992.1 cho ADSL, theo khuyến nghị này thì ADSL có thể truyền các dịch vụ bất đối xứng trên một đôi dây xoắn tối đa như sau: - Đường xuống 8 Mbps - Đường lên 1,5 Mbps Có thể truyền xa 5,5 Km mà không cần bộ lặp với độ tin cậy và tính bảo mật cao. Năm 1999 cho ra đời ADSL không cần bộ tách (ADSL lite hay Uversal ADSL). Sự ra đời của ADSL lite xuất phát từ nhu cầu thực tế là không cần bộ chia tại thuê bao, khách hàng có thể tự lắp modem ADSL một cách dễ dàng như thế sẽ làm giảm chi phí cho các thiết bị đầu cuối cũng như chi phí lắp đặt. Tuy nhiên trong trường hợp này dải tần của tín hiệu trùng với dải tần của thoại và sẽ làm giảm tốc độ cũng như độ dài mạch vòng, đồng thời cũng xảy ra hiện tượng ADSL nhiễu sang tín hiệu thoại gây nên tiếng rít khi nghe. Nhưng khắc phục nhược điểm này sẽ hết sức đơn giản ta chỉ việc thêm các bộ lọc thông thấp cho mỗi điện thoại (thực hiện đơn giản, rẻ tiền). ITU đã đưa ra khuyến nghị G992.2 cho ADSL lite: - Đường xuống tối đa 1,5 Mbps - Đường lên tối đa 512 Kbps RADSL (Rate Adaptive ADSL) là một dạng khác của ADSL nó có khả năng cung cấp các tốc độ khác nhau tùy thuộc vào chất lượng của đường dây hay nhu cầu của khách hàng. ADSL có khả năng truyền được tốc độ cao hơn 10 Mbps hướng xuống và hơn 1,5 Mbps hướng thu. Những hướng đi này bị dừng lại do có sự xuất hiện của công nghệ VDSL. Hiện nay người ta tập trung vào cải thiện phạm vi của mạch vòng thuê bao ở các tốc độ gần 1 Mbps như: giá thành thấp, tiêu thụ năng lượng thấp và giảm xuyên âm. Các hệ thống ADSL đang được phát triển để truyền đa mạch thoại số ngoài việc truyền dữ liệu tốc độ lớn hơn. 1.4.2.Mô hình hệ thống ADSL: Hình 1.17 Mô hình hệ mạng ADSL Trong đó : AUT-C: Khối truyền dẫn ADSL phía tổng đài AUT-R: Khối truyền dẫn ADSL phía thuê bao Splitter: Bộ chia làm nhiệm vụ phân tách thoại và số liệu. Nó bao gồm các bộ lọc thông thấp LPF và bộ lọc thông cao HPF Mạng băng rộng: là hệ thống chuyển mạch với tốc độ trên tốc độ luồng Tl/E1 Mạng băng hẹp: là hệ thống chuyển mạch với tốc độ dưới tốc độ luồng T1/El 1.4.3.Kỹ thuật cơ bản: ADSL sử dụng hai phương pháp điều chế chính là: Điều chế biên độ pha không sóng mang CAP và điều chế đa tần rời rạc DMT. Phương pháp điều chế CAP phát triển trên cơ sở kỹ thuật điều chế QAM nhưng không có sóng mang do sự lựa chọn hai hàm cơ bản đặc biệt để điều chế. Điều này làm đơn giản h._.óa việc thực hiện của máy phát nhưng tính phức tạp của bộ thu vẫn cao như trong QAM. Khó khăn chủ yếu của kỹ thuật CAP dùng trong ADSL là khắc phục can nhiễu xuyên âm đầu gần đối với tín hiệu. Nhưng chúng ta có thể khắc phục bằng cách sử dụng bộ triệt tiêu xuyên âm đầu gần (hoặc bộ cân bằng xuyên âm đầu gần) để giải quyết vấn đề này. Cho đến nay thì vẫn chưa có chuẩn hóa cho hệ thống dùng CAP, nhưng một vài nhà sản xuất đã sử dụng theo cách thức phù hợp. Nguyên lý chủ yếu của kỹ thuật điều chế DMT là phân chia dải tần truyền dẫn thành nhiều kênh nhỏ. DMT sẽ làm tăng khả năng của modem nhờ điều chế mỗi kênh con một số bít khác nhau thường thì phần băng thấp mang nhiều bit hơn. Mỗi kênh con sẽ tương ứng với một sóng mang riêng dùng để điều chế các bit, hệ thống đa sóng mang sử dụng biến đổi FFT để tạo và giải điều chế cho từng sóng mang. Các modem DMT được chế tạo phức tạp và đòi hỏi năng lực xử lý của DSP (DSP là một vi xử lý chuyên dụng) khá cao. Bù lại DMT có thể hạn chế được các loại nhiễu xuyên âm, nhiễu ký tự liền kề ISI (Intersymbol Iterference), nhiễu liền kênh ICI (Interchannel Iterfrence), tín hiệu radio AM và HAM ảnh hưởng đến tín hiệu truyền trên dây do DTM sử dụng các phần phổ có suy hao và nhiễu nhỏ. ADSL sử dụng hai kỹ thuật truyền song công là triệt tiếng vọng EC (Echo Canceller) và phương pháp ghép kênh phân chia tần số FDM. Trong đó mỗi phương thức có những ưu điểm riêng, bởi vậy xu hướng hiện nay là các nhà sản xuất sử dụng kết hợp cả hai phương thức trên. ã Phương thức FDM trong công nghệ ADSL: Đối với hệ thống ADSL sử dụng kỹ thuật FDM thì quá trình thu và phát nằm ở 2 dải tần số khác nhau, do đó tránh được tự xuyên âm ở đầu gần (self NEXT) nhưng vẫn phải tính đến nhiễu xuyên âm ở đầu xa(FEXT). Ngoài ra phải có dải tần bảo vệ đủ lớn để giúp cho các bộ lọc có thể lọc được tạp âm từ POST can nhiễu vào truyền dẫn số. Phương thức này có ưu điểm là hệ thống đơn giản nhờ đó mà giá thành cũng rẻ, do không có tự xuyên âm ở đầu gần nên làm việc ở hướng phát lên tốt hơn nhiều so với triệt tiếng vọng EC. Nhưng phương thức FDM lại có nhược điểm là tần số không được sử dụng một cách triệt để do băng tần thu phát nằm tách biệt ngoài ra cần có dải bảo vệ. Hay với cùng một tốc độ truyền dẫn thì hệ thống FDM ADSL phải dùng một băng tần lớn hơn EC ADSL, do sử dụng băng tần lớn hơn cho nên tương ứng với mạch vòng ngắn hơn. Hình 1.18 ADSL ghép kênh phân chia tần số ã Kỹ thuật triệt tiếng vọng EC trong công nghệ ADSL Hình 1.19 ADSL dùng kỹ thuật triệt tiếng vọng EC Đối với hệ thống ADSL sử dụng kỹ thuật triệt tiếng vọng EC thì dải tần phát được đặt trong dải tần thu và phải dùng một bộ triệt tiếng vọng để phân tách đường thu và đường phát. Trong phương thức này thì dải tần bảo vệ giữa số liệu và thoại vẫn tồn tại nhưng có sự chồng tần (dải phát nằm trong dải thu) cho nên tổng băng tần có thể giảm do đó có thể truyền xa hơn. Tuy nhiên trong phương thức triệt tiếng vọng EC thì khó có thể tránh được tự xuyên âm (self NEXT) bởi vậy để hạn chế xuyên âm thì khi thực hiện cần có xử lý số phức tạp hơn do đó giá thiết bị cao hơn so với FDM ADSL. Bởi vậy trên thực tế hiện nay, các giải pháp trung gian kết hợp giữa FDM và EC được sử dụng để nâng cao hiệu suất sử dụng tần số và đạt được chất lượng tốt hơn. Mã hóa nhằm mục đích nâng cao chất lượng truyền dẫn cũng như bảo mật thông tin. Số liệu sau khi được đóng khung sẽ được gắn thêm mã kiểm tra lỗi vòng dư CRC sau đó sẽ được ngẫu nhiên hóa tiếp đến đưa vào mã hóa Reed Solomon, mã hóa xen và mã hóa TCM (Trellis Code Modulation: Điều chế và mã hóa kết hợp) rồi mới đưa vào FFT để điều chế DMT. Hiện nay DMT ADSL đã được chuẩn hóa bởi ANSI, ETSI, ITU. 1.4.4.Khả năng và ứng dụng Công nghệ ADSL có khả năng truyền số liệu bất đối xứng trên 1 đôi dây thoại, đồng thời nó cũng hỗ trợ được cho các dịch vụ viễn thông cũ (POTS). Do tính chất bất đối xứng tốc độ và dải tần phát bé hơn nhiều so với phía thu làm cho nhiễu xuyên âm đầu gần giảm, việc áp dụng ADSL để cung cấp các dịch vụ sẽ cho ta những lợi ích sau: 1. Do có hỗ trợ cho các dịch vụ viễn thông cũ POTS, cho nên chúng ta có thể vừa sử dụng Intemet tốc độ vừa sử dụng viễn thông cũ như thoại chẳng hạn (Thoại ở băng tần 04 KHz, ADSL ở băng tần 301104 KHz). Dịch vụ ADSL không yêu cầu thay đổi cấu trúc mạng thoại thông thường như trong mạng ISDN, không yêu cầu đầu tư mới, mở rộng ngoại vi và giảm đáng kể đầu tư ban đầu 2. ADSL cung cấp khả năng sử dụng các dịch vụ mới có yêu cầu truyền bất đối xứng, dịch vụ thời gian thực cũng như dịch vụ Video chất lượng cao tương đương với truyền hình quảng bá như: Hội thảo truyền hình, Giáo dục từ xa, Video theo yêu cầu…. 3. ADSL có thể cung cấp các dịch vụ có tốc độ thay đổi theo chất lượng đường truyền hay yêu cầu của dịch vụ. 4. Tốc độ truyền dẫn cao hơn 140 lần so với modem tương tự V90 (56kbps), do thời gian kết nối Intemet cũng rất nhanh. 5. ADSL cung cấp cho chúng ta một đường kết nối riêng (Không có trường hợp đường dây bị bận) với tốc độ cao đáng tin cậy và bảo mật cao (đường dây được sử dụng duy nhất cho một thuê bao cho nên đảm bảo được tính bảo mật của thông tin). Tốc độ truyền không bị thay đổi khi có thêm thuê bao truy nhập vào mạng. 6. ADSL rất thích hợp cho việc truyền tải thông tin ATM. Với những ưu điểm của mình (cung cấp đường truyền tốc độ cao, đáng tin cậy, chỉ sử dụng một đôi dây thoại, không thay đổi cấu trúc mạng thoại thông thường, cũng như yêu cầu đầu tư mới là thấp). ADSL hiện nay là công nghệ đường dây thuê bao số có được những ứng dụng quan trọng nhất, cũng như được triển khai rộng rãi nhất trong nhiều lĩnh vực trên thế giới trong các công nghệ về đường dây thuê bao số DSL. 1.5. Công nghệ VDSL 1 5.1.Sự hình thành và phát triển Khái niệm ban đầu về VDSL được thảo luận trong các ủy ban tiêu chuẩn vào cuối năm 1994. VDSL là đường dây thuê bao số tốc độ rất cao truyền trên 1 đôi dây thoại, VDSL là sự mở rộng của công nghệ ADSL nhưng tốc độ thì cao hơn nhiều lần. Nó có thể đạt tới tốc độ 52 Mbps ở đường xuống và 13 Mbps ở đường lên. Sở dĩ VDSL đạt được tốc độ này là do nó sử dụng băng tần rộng hơn ADSL. VDSL phát triển dựa trên cơ sở ADSL nên cũng giống như ADSL, VDSL sử dụng băng tần riêng biệt với băng tần cơ bản cho nên nó có thể hỗ trợ cho các dịch vụ viễn thông cũ POTS (thoại, fax...). Do truyền ở tốc độ cao, băng tần sử dụng lớn cho nên suy hao sẽ lớn, bởi vậy cự ly truyền dẫn sẽ bị giảm rất nhiều, cho nên người ta thường phải dùng kết hợp với cáp quang để nâng cao cự ly truyền dẫn. Để có thể sử dụng kết hợp được cáp quang người ta sử dụng các đơn vị mạng quang ONU (Optical Network Unit), cáp quang được nối từ trung tâm chuyển mạch CO tới ONU, thông thường ONU được đặt cách nhà thuê bao dưới 1 Km (Có rất ít mạch vòng VDSL nối trực tiếp với CO). Truyền dẫn VDSL trên đôi dây xoắn được sử dụng cho tới vài nghìn fit cuối cùng gắn từ thuê bao tới CO. Khoảng cách tối đa này phụ thuộc vào tốc độ truyền dẫn. VDSL có thể cung cấp cho các dịch vụ yêu cầu truyền đối xứng cũng như bất đối xứng một cách hiệu quả. Cho đến hiện nay thì VDSL vẫn chưa được chuẩn hóa, nhiều vấn đề kỹ thuật vẫn còn trong giai đoạn tranh cãi và nghiên cứu. Và giá cả modem VDSL hiện nay trên thị trường vẫn còn rất đắt. 1.5.2. Mô hình hệ thống: ã Mô hình VDSL dùng hub thụ động Mạch vòng Hub thụ động Hình 1.20 Mô hình mạng VDSL dùng Hub thụ động Mô hình này dựa trên cấu trúc NT thụ động, cho phép nối nhiều bộ thu phát VDSL ở đầu cuối đường dây thuê bao. Trên thực tế cấu trúc NT thụ động yêu cầu ONU đặt cách các đơn vị VDSL của thuê bao tối đa 100m. ã Mô hình VDSL dùng Hub tích cực Hình 1.21 Mô hình mạng VDSL dùng Hub tích cực 1.5.3 Kỹ thuật cơ bản: Đối với các phương pháp điều chế tín hiệu của kỹ thuật VDSL hiện nay chưa có chuẩn qui định. Có 4 phương pháp điều chế thường được sử dụng trong kỹ thuật VDSL là: Đơn sóng mang: CAP và SLC Đa sóng mang: DMT và DWMT ãPhương pháp điều chế đơn sóng mang: CAP thì được sử dụng tương tự như trong ADSL mặc dù cần có sự điều chỉnh thích hợp để bù phần méo tín hiệu truyền dẫn. Cấu hình NT thụ động sử dụng điều chế CAP nên sử dụng phương pháp điều chế QPSK và phương pháp ghép kênh TDM đối với chuỗi tín hiệu ngược từ thuê bao tổng đài. SLC (Simple Line Code): Mã đường đơn giản, nó là dạng báo hiệu băng tần gốc có 4 mức. SLC lọc băng tần cơ bản và lấy lại nó ở đầu thu. Đối với cấu hình NT thụ động mã SLC chủ yếu được dùng với kỹ thuật ghép kênh TDM ở phía ngược từ thuê bao đến tổng đài. ãPhương pháp điều chế đa sóng mang: DMT: Phương pháp này đã được sử dụng trong kỹ thuật ADSL. Nhưng với dải tần lớn hơn, hệ thống DMT có thể hoạt động với tốc độ cố định hoặc biến đổi. Tuy nhiên DMT lại chịu ảnh hưởng về sự cách ly tối ưu các kênh. Do sử dụng biến đổi Fourier nên phổ tín hiệu của DMT có chứa thêm các hài tự tạo thành (DWMT sẽ giải quyết được vấn đề này). Các cấu hình NT thụ động sử dụng cơ chế điều chế DMT nên sử dụng phương pháp ghép kênh FDM cho chuỗi bit từ phía thuê bao đến tổng đài. Phương pháp này dựa trên cùng một ý tưởng với phương pháp DMT, có nghĩa là chia băng tần thành các kênh nhỏ để sử dụng các thành phần phổ không bị nhiễu ảnh hưởng. Trong khi DMT sử dụng biến đổi Fourier nhanh để mã hóa bit trong các kênh nhỏ thì phương pháp DWMT sử dụng biến đổi sóng. Điều này giúp cho DWMT tránh được các hài có công suất lớn không chứa thông tin trong phổ tín hiệu. Phương pháp DWMT chỉ tạo ra các hài có công suất nhỏ và vì vậy dễ dàng phát hiện ở đầu thu, SNR của DWMT có thể đạt cỡ 43 dB trong khi DMT là 13 dB. DWMT cũng sử dụng ghép kênh FDM trong chuỗi bit từ phía thuê bao đến tổng đài như DMT. VDSL truyền dẫn song công kết hợp cả hai kỹ thuật song công phân chia tần số FDD và song công phân chia thời gian TDD. Cả hai kỹ thuật này đều hết sức quen thuộc với chúng ta. Kỹ thuật FDD trong VDSL: Hình 1.22 Kỹ thuật FDD trong VDSL Kỹ thuật TDD trong VDSL Hình 1.23 Kỹ thuật TDD trong VDSL 1.5.4. Khả năng và ứng dụng Kỹ thuật VDSL sử dụng phương thức truyền dẫn giống như ADSL nhưng có khả năng cung cấp số liệu với tốc độ cao gần gấp 10 lần so với ADSL. VDSL có thể sử dụng phương thức truyền dẫn dịch vụ đối xứng lẫn không đối xứng. Đối với dạng truyền dẫn không đối xứng thường dùng tỷ lệ tốc độ chiều đi và chiều về là 10:1, phương thức này rất phù hợp để cung cấp dịch vụ tốc độ cao từ phía tổng đài đến thuê bao. ứng dụng đối xứng của VDSL có thể cung cấp tốc độ 2 chiều lên tới 26 Mbps. Ngoài việc có khả năng cung cấp tốc độ cao hơn nhiều so với tốc độ truyền dẫn của kỹ thuật ADSL kỹ thuật VDSL còn yêu cầu khoảng động nhỏ hơn kỹ thuật ADSL nên kỹ thuật truyền dẫn VDSL không phức tạp bằng kỹ thuật ADSL. Mặc dù có nhiều ưu điểm như vậy nhưng kỹ thuật VDSL vẫn chưa được sử dụng rộng rãi đó là chưa lựa chọn được cơ chế điều chế, băng tần, phương pháp ghép kênh thích hợp. Hơn nữa hiện nay Modem VDSL vẫn còn rất đắt. Nhưng đây sẽ là kỹ thuật quan trọng để ứng dụng trong tương lai khi mà có những dịch vụ yêu cầu tốc độ cao nhưng không có cáp quang dẫn đến nhà. VDSL được ứng dụng như một phần của mạng đa dịch vụ, dự kiến sẽ thiết kế để hỗ trợ đồng thời tất cả các ứng dụng (thoại, dữ liệu, video...) và cũng như các kỹ thuật xDSL khác, kỹ thuật VDSL được sử dụng để cung cấp các dịch vụ số liệu yêu cầu băng thông rộng cho các thuê bao dân cư và kinh doanh trong lúc chưa lắp đặt được mạng cáp quang đến tận nhà thuê bao: * Các kênh Ti vi * Truy nhập dữ liệu với tốc độ cao * Hội nghị Video * Truyền hình có độ phân giải cao (HDTV) * Truyền tổ hợp dữ liệu và tín hiệu Video trên cùng một đường dây * Truy nhập Intemet tốc độ cao * Các ứng dụng trên máy tính tiên tiến Tiêu chuẩn kỹ thuật DAVIC VDSL sử dụng điều chế biên độ pha không sóng mang (CAP) cho tốc độ 13 , 25.92 và 51 Mbps ở phía thu và 1.6 Mbps ở phía phát qua đôi dây xoắn. Tiêu chuẩn DAVIC VDSL dựa trên cấu trúc NT thụ động, cho phép nối nhiều bộ thu phát ở đầu cuối đường dây thuê bao. Trên thực tế cấu trúc NT thụ động yêu cầu ONU đặt gần hơn 100 mét từ các đơn vị VDSL của thuê bao. ã Ưu nhược điểm của công nghệ DSL Các công nghệ DSL tận dụng đường dây đồng có sẵn giảm chi phí đầu tư mạng lưới ban đầu. Nhà cung cấp dịch vụ tiến hành khi thuê bao yêu cầu dịch vụ mà chỉ cần một khoảng đầu tư nhất định cho phần trung tâm mà thôi. Công nghệ này không yêu cầu thay đổi phần mềm của các thiết bị chuyển mạch, làm giảm bớt chi phí nâng cấp mạch trung tâm. Một số công nghệ (ADSL, VDSL) có khả năng giao tiếp với một loạt các thiết bị ở thuê bao CPE (Customer's Premise Equiment) khác nhau nhằm cung cấp dịch vụ một cách linh hoạt. ADSL và VDSL có khả năng tương thích với ATM. Đây là nhân tố đảm bảo lâu dài cho công nghệ này. Nhược điểm của công nghệ xDSL là tính quảng bá thấp, khả năng di động. Bảng tiêu chuẩn công nghệ DSL Công nghệ Chuẩn Tốc độ dữ liệu Số đôi dây Dịch vụ Khoảng cách ISDN - DSL ANSI T1 219-1991 160 kbit/s (up+dowm) 1 Thoại, số liệu 5.5 km HDSL ANSI- ETSI DTR/DM- 3017 1.544 Mbit/s (up+dowm) 2.048 Mbit/s (up+dowm) 2 T1/E1 LAN, Internet 4km SDSL Không có 1.544 Mbit/s (up+dowm) 2.048 Mbit/s (up+dowm) 1 T1/E1 Lan, Internet 3km CAP- ADSL Chưa có 6.144 Mbit/s (dowm) 640 Kbit/x(up) 1 Internet, VoD, Video quảng bá, LAN, đa phương tiện 4km DMT- ADSL ANSI T1 413-1995 6.144 Mbit/s-(down) 640 kbit/s(up) 1 Internet, VoD, Video quảng bá, LAN, đa phương tiện 4 km RADESL Không có 32kbit/s- 9Mbit/s(down) 32kbit/s- 1.5Mbit/s(up) 1 Internet, VoD, Video quảng bá, LAN, đa phương tiện Phụ thuộc tốc độ VDSL ANSI đang nghiên cứu 2.96 Mbit/s 25.92Mbit/s 51.84 Mbit/s 2Mbit/s-20Mbit/s 2 Internet, VoD, Video quảng bá, LAN, đa phương tiện 1.5 km 1 km 0.3 km CHƯƠNG 2 ĐIềU CHế ĐA TầN RờI RạC áP DụNG CHO CÔNG NGHệ ADSL 2.1. Điều chế đa tần rời rạc DMT 2.1.1. Giới thiệu về điều chế đa tải tin Điều chế đa tải tin là phương pháp sử dụng nhiều sóng mang ở các tần số khác nhau để điều chế những dòng bit tốc độ thấp rồi truyền đi đồng thời để có được một dòng bit tốc độ cao. Theo phương pháp này thì băng tần truyền dẫn được chia thành các băng con hẹp hơn có quan hệ với nhau và hầu như không bị ảnh hưởng bởi nhiễu. Nhiễu ở mỗi tần số khác nhau là khác nhau cho nên các kênh có chất lượng tốt hơn sẽ truyền tải nhiều thông tin hơn các kênh có chất lượng kém. Điều chế đa tải tin được sử dụng để chống lại nhiễu kênh (Channel distortion), tăng hiệu quả về mật độ phổ công suất, tăng tốc độ truyền tin. Do mỗi kênh con chỉ truyền dẫn một luồng số tốc độ thấp nên sẽ tránh được hiện tượng nhiễu do giao thoa giữa các ký hiệu liền kề ISI (Intersymbol Interference) một cách hiệu quả. Và có thể loại hoàn toàn ISI bằng cách sử dụng khoảng thời gian bảo vệ giữa các ký hiệu liên tiếp. Điều chế đa tải tin còn làm giảm độ phức tạp của quá trình cân bằng kênh khi tăng số lượng các kênh phụ. Bởi vì khi tăng số lượng kênh phụ thì băng tần của mỗi kênh sẽ hẹp đi và nhiễu trong mỗi kênh sẽ nhỏ đi cho nên quá trình cân bằng sẽ đơn giản hơn rất nhiều so với hệ thống điều chế đơn tải tin( một sóng mang). Phổ của tín hiệu đa tải tin có thể phân bố mềm dẻo để chống lại nhiễu vô tuyến RFI (Radio Frequency Interference), RFI tránh được bằng cách không sử dụng các kênh phụ trong dải tần của RFI. 2.1.2 Mô hình hệ thống 1.Nguyên tắc thực hiện Để thực hiện việc điều chế đa tải tin, ta sử dụng các tải tin có các tần số fi ( i = 0N - 1 ). Như vậy, có thể xem quá trình điều chế đa tải tin như quá trình điều chế N kênh độc lập. Mỗi kênh làm việc ở cùng một tốc độ lấy mẫu l/t, trong đó T là chu kỳ ký hiệu. Dữ liệu ở mỗi kênh được điều chế bằng các sóng mang khác nhau. Về mặt toán học là ta sử dụng một cơ sở trực giao: Hình 2.1 Tính thích nghi của MCM với đặc tính của kênh Phổ của kênh truyền được chia thành N băng con. Hình 2. 1 biểu diễn phổ của tín hiệu đa tải tin bao gồm các băng con không chồng lên nhau chỉ mang tính chất minh họa. Thực tế phổ của hệ thống có thể chồng lên nhau phụ thuộc vào sự tạo xung của mỗi kênh con. Tuy nhiên sự chồng phổ này gây ra nhiễu giao thoa giữa các kênh con liền kề nhau trong một chu kỳ ký hiệu ICI (InterChannel Interference) và giao thoa liền kênh trong một chu kỳ ký hiệu giữa các kí hiệu liên tiếp ISCI (ICI trong một chu kỳ ký hiệu). Trong các hệ thống đơn tải tin không có hiện tượng ICI và ISCI, tuy nhiên ảnh hưởng của hiệu ứng ISI trong hệ thống này là nghiêm trọng và để hệ thống làm việc tốt thì cần phải có các bộ cân bằng kênh khá phức tạp, và trong nhiều trường hợp cụ thể thì việc loại bỏ ảnh hưởng của ISI đã giảm đi nhiều so với hệ thống đơn tải tin và ta có thể loại bỏ hoàn toàn bằng cách sử dụng khoảng thời gian bảo vệ giữa các ký hiệu liên tiếp. Ngoài ra tạo dạng xung của các kênh con có thể tránh được hiện tượng ICI. Hình 2.2 Bộ phát đa tải tin Chuỗi dữ liệu nhị phân dm đưa vào bộ biến đổi nối tiếp thành song song để tạo ra N ký hiệu mã. N ký hiệu mã này sẽ được phát đồng thời trên N tải tin. Mỗi một ký hiệu mã trong số N ký hiệu mã này lại được chia thành các thành phần đồng pha và vuông góc (Inphase & Quadrature) đưa đến bộ điều chế I&Q.Trên mỗi tải tin fi đồng thời phát đi hai ký hiệu riêng biệt tương ứng với thành phần đồng pha và vuông góc I&Q này. Dưới đây là sơ đồ bộ điều chế I&Q : Hình 2.3 Bộ điều chế I&Q của dải tần fi Bộ điều chế I&Q như biểu diễn ( hình 2.3) tại tải tin thứ i nhận hai ký hiệu mã riêng biệt (+1) tạo ra tín hiệu tương ứng: Mỗi ký hiệu phức của mỗi kênh con thường được xem là tín hiệu QAM (Quadrature Amplitude Modulation) Phía thu sẽ làm những công việc ngược lại với bên phát: Hình 2.4 Bộ thu đa tải tin Hình 2.5 Bộ giải điều chế I&Q của tải tần fi ở phía thu tín hiệu được là tín hiệu của N kênh con, các kênh con này sẽ được phân tách bằng N bộ lọc thông giải, bộ lọc thứ i có một tần số trung tâm fi nằm trong bộ giải điều chế I&Q thứ i Sau đó tín hiệu ở mỗi kênh sẽ được nhân với hai sóng cos và sin vuông góc tương ứng, rồi tiến hành lấy mẫu trong từng chu kỳ ký hiệu ta sẽ được hai thành phần đồng pha và vuông góc I&Q. Hai thành phần này sẽ quyết định đây là ký hiệu mã nào (Xi). Sau khi biết được ký hiệu mã trên mỗi kênh con chúng ta tiến hành chuyển đổi song song thành nối tiếp để thu được dòng số giống như ban đầu d ^m = dm Thực tế d ^m Có thể khác dm nhưng phải đảm bảo tỷ số SNR (Signal to Noise Ratio) cho phép. 2. OFDM (orthogonal Frequency division Multiplexing) Hình 2.6 Phổ công suất tín hiệu đa tải tin Phổ công suất của tín hiệu đa tải tin được biểu diễn như trên hình vẽ. Tín hiệu này là tổng của N tín hiệu con độc lập, chiếm băng tần bằng nhau và có tần số trung tâm là fi ( i = 0 : N - 1). Trên miền thời gian mỗi tín hiệu tốc độ cao s(t) được chia thành các dòng số tốc độ thấp hơn si(t) (các dòng số này có thể có tốc độ khác nhau được chia bởi các thuật toán phân tải khác nhau, do đó tải tin được chia trên mỗi kênh con cũng là khác nhau : S(t) =Si(t) Sau đó các tín hiệu Si(t) được điều chế FDM với các tải tin fi: y(t) = Si(t)eji2pũit ở trong hệ thống OFDM các tải tin chiếm các vị trí cách đều trên toàn băng tần W, như vậy các tần số fi sẽ là: Các dòng số si(t) có thể xem như là các ký hiệu phức Xi có biên độ và pha là arg(xi): y(t)= Lấy mẫu tín hiệu y(t) sau mỗi T giây y(nt)= W giả thiết là băng tần hỗ trợ phức tạp, theo Nyquist L > với L là hệ số quá mẫu (over sampling), bỏ T trong biểu thức trên: y(t) = Đổi biến: Ta sẽ có: y(n) = Phổ chính xác mà trên thực tế chỉ cần sử dụng phép biến đổi hiệu quả FFT tín hiệu OFDM trong đó mỗi sóng mang phụ có dạng như biểu diễn trên hình vẽ. Mặc dù phổ của các đơn kênh không phải là giới hạn, tuy nhiên tính trực giao vẫn đảm bảo, vì tại các đỉnh của thì giá trị n của các khác bằng không Sự phân chia tần số cũng như việc tạo ra các sóng mang với các tần số do đó không có giao thoa. Để đảm bảo tính trực giao giữa các sóng mang, các ký hiệu của OFDM sẽ được gắn thêm vào các CP (Cyclic prefix) và có độ dài đủ lớn. Cái mà sẽ được bỏ đi ở nơi nhận. Hình 2.7 Phổ tín hiệu OFDM 3. Mô hình hệ thống Xét hệ thống OFDM gồm N kênh con trong đó, Nu + 1 tải tin tại phổ trung tâm được dùng để truyền dữ liệu và các tải tin còn lại ở cả 2 sườn, tạo ra các dải bảo vệ. Mỗi sóng mang điều chế bởi ký hiệu dữ liệu Xi,n (với i là chỉ số ký hiệu OFDM và n là chỉ số sóng mang). Bộ phát sử dụng biến đổi FFT ngược kích thước N để điều chế (N thường dùng là lũy thừa của 2), chèn khoảng bảo vệ để tránh ISI gây ra do phadinh. Tín hiệu phát đi sẽ là: s(t) = gT (t) : đáp ứng xung của kênh truyền D : khoảng bảo vệ Ts : Chu kỳ ký hiệu Ts=Tu +D là Chu kỳ toàn bộ ký hiệu, gồm cả khoảng bảo vệ Hình 2.8 sơ đồ khối bộ phát DMT Dữ liệu sau khi được đóng khung được đưa vào mã hóa để phát hiện và sửa lỗi ở phía thu, sau đó tín hiệu sẽ được kết hợp với Pilot rồi qua bộ biến đổi nối tiếp thành những dòng số có tốc độ thấp hơn và sẽ được thực hiện thuật toán IFFT để điều chế DMT sau đó sẽ được chèn thêm vào các bit phụ CP (Cyclic prefix) để chống ISI và đồng bộ khung rồi lại biến đổi thành luồng số nối tiếp qua bộ DAC biến đổi thành tín hiệu tương tự để truyền đi. Do đáp ứng tần số của kênh truyền là thay đổi theo thời gian và cần được đánh giá, để đánh giá được hệ số suy hao và thời gian trễ tại mỗi thời điểm người ta tiến hành chèn vào đó những kí hiệu đặc biệt tại những thời điểm và tần số định trước một cách định kỳ mà cả phía phát và thu đều đã biết, ký hiệu này được gọi là Pilot. Phía thu căn cứ vào độ lớn và khoảng cách giữa các Pilot thu được để đánh giá chất lượng của kênh truyền. Hình 2.9 sơ đồ chèn lưới Pilot Hình 2.10 Mô hình thu hệ thống DMT Phía thu được thực hiện ngược lại so với phía phát, tín hiệu thu được sẽ cho đi qua bộ biến đổi ADC rồi biến đổi thành những dòng bit song song đưa vào thực hiện thuật toán FFT và tách lấy kí hiệu Pilot để tiến hành đánh giá kênh để hiệu chỉnh, rồi lại biến đổi thành dòng số nối tiếp, dòng số này được tiến hành giải mã để thu được dòng số ban đầu. 2.2 Công nghệ DMT ADSL 2.2.1 Các giải pháp cho công nghệ DMT ADSL Công nghệ DMT ADSL hiện nay đã được chuẩn hóa bởi ANSI, ETSI, ITU-T, ADSL sử dụng những phương thức chung của công nghệ xDSL nhằm nâng cao hiệu quả đường truyền trên đường dây thuê bao cáp đồng cùng những đặc thù riêng của mình. 1.Phương thức thực hiện song công Trong kỹ thuật DMT ADSL sử dụng băng tần truyền dẫn là 30 KHz-1104 KHz và thực hiện song công bằng phương thức ghép kênh phân chia tần số kết hợp (FDD) với phương thức triệt tiếng vọng (EC) để có thể sử dụng tần số một cách có hiệu quả (bởi sử dụng EC) đồng thời nâng cao chất lượng truyền dẫn do tránh được xuyên âm ở đầu gần (NEXT) bởi sử dụng FDD. Hình 2.11 Phương pháp song công sử dụng FDD kết hợp EC 2. Phương pháp điều chế DMT Điều chế đa tần rời rạc DMT là kỹ thuật điều chế đa sóng mang. DMT phân chia phổ tần số thành các chu kỳ ký hiệu và 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 30 Khz-l l04khz được chia thành 256 kênh con FDM, mỗi kênh con có độ rộng 4 KHz, điều chế và mã hóa được áp dụng cho từng kênh. Nếu ở mọi tần số trong dải tần đều có thể hoạt động tốt như nhau thì mỗi kênh con có thể mang một số bit như nhau. Hình 2.12 Nguyên lý điều chế DMT Thực tế 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. 13 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 dây xấu, phương pháp điều chế có thể thay đổi 4 bit/s/hz hoặc thấp hơn để phù hợp với SNR và tránh được nhiễu. Hình 2.13 Suy hao của đôi dây xoắn và phân tải trong DMT ADSL Việc mỗi kênh con sẽ mang bao nhiêu bit sẽ được thực hiện bằng các thuật toán phân tải và nó căn cứ vào tỷ số SNR của mỗi kênh con. Hơn nữa, DMT có thể tránh phát ở những dải tần số riêng có xuyên âm quá lớn hoặc bị nhiễu RFI mạnh. Hình 2.14 Sử dụng tần số mềm dẻo nhờ DMT ã Những ưu điểm của phương pháp điều chế DMT: DMT và CAP là hai loại mã đường truyền hoạt động có hiệu quả trong dải tần số cao phía trên băng tần thoại. Tuy nhiên chúng có những nguyên lý làm việc khác nhau nên một bộ thu phát áp dụng kỹ thuật DMT không thể cùng hoạt động với một bộ thu phát ứng dụng kỹ thuật CAP. Những năm qua đã có nhiều cuộc tranh luận để lựa chọn loại mã đường dây tiêu chuẩn cho ADSL nhằm nhanh chóng đa công nghệ ADSL ra thị trường, tăng tốc độ dịch vụ băng rộng với giá rẻ và giải quyết vấn đề tắc nghẽn lưu lượng mà mạng thoại đang phải gánh chịu. Cuối cùng DMT đã được chấp nhận là một tiêu chuẩn quốc tế mà cả ANSI và ETSI đều có văn bản xác nhận từ năm 1995 và được ITU phê chuẩn năm 1997. Nhiều nhà máy sản xuất các vi mạch tích hợp đang phát triển các thiết bị ADSL có khả năng tương tác dựa trên tiêu chuẩn này. Sở dĩ DMT được lựa chọn là do một loạt ưu điểm sau đây: - Khả năng tương thích: Những nhà cung cấp DMT đã chứng minh được khả năng làm việc tương thích của các modem do các hãng khác nhau sản xuất dựa trên cùng một công nghệ Có nhiều hãng đang phát triển kỹ thuật DMT: Alcatel, Amati, Analog Devices/aware, Orckit, Motorola, Texas instruments và Pairgain có những chơng trình riêng đều dựa theo tiêu chuẩn T1.413 có khả năng làm việc tương thích với nhau tạo thành thị trường cung cấp sản phẩm rộng lớn. - Khả năng chống nhiễu tốt nên thông lượng cao hơn: về nguyên tắc thì DMT và CAP đạt được thông lượng như nhau trên cùng một kênh. Nhưng thực tế thì có sự khác nhau giữa kiến trúc máy thu và phát cũng như các giới hạn thực thi đã ảnh hưởng tới hiệu năng của mỗi hệ thống. Kỹ thuật truyền dẫn tốt nhất thật sự có thể thích ứng tín hiệu đầu vào với khả năng của kênh truyền dẫn, cụ thể là phải phân phối công suất phát tín hiệu trong từng khoảng tần số đảm bảo sao cho phía thu nhận được tốt nhất. Trên đường dây điện thoại, những thành phần tần số cao bị suy hao nhiều hơn tần số thấp và nếu mạch vòng có các nhánh rẽ (bridge tap) thì một phần băng tần không sử dụng được. DMT xử lý các kênh con độc lập với trạng thái đường dây. DMT đo tỷ số SNR cho mỗi kênh con và dựa vào đó để gán cho mỗi kênh con một số bit nhất định. Những tần số thấp thường mang số bit nhiều hơn tần số cao do bị suy hao ít hơn. Kết quả là thông lượng đường truyền tăng lên ngay cả khi trạng thái đường dây xấu. Ngoài ảnh hưởng của tạp âm nhiệt, kênh thoại còn chịu ảnh hưởng của tạp âm xung và RFI. Tạp âm xung trải rộng theo tần số nhưng tồn tại trong khoảng thời gian ngắn nên thường được xem là tạp âm miền thời gian. Do vậy nó chỉ ảnh hưởng nhỏ tới một kí hiệu trong nhiều kênh con DMT nhưng sẽ làm mất hoàn toàn một số kí hiệu trong kênh CAP.RFI là một loại tạp âm miền tần số chủ yếu do các trạm vô tuyến điều biên gây ra. Nhưng do hoàn toàn có thể xác định trước băng tần AM này nên modem DMT sẽ phân bổ công suất tín hiệu hiệu quả nhất cho phía thu, cụ thể là không thể phát tín hiệu trong khoảng tần số bị nhiễu vô tuyến. Chính vì vậy mà DMT là phương pháp chống nhiễu RFI hiệu quả và thông minh hơn hẳn CAP. - Khả năng cung cấp tốc độ thích ứng với chất lượng đường truyền: Mỗi kênh con mang một số bit nhất định phụ thuộc tỷ số SNR của kênh đó. Bằng cách điều chỉnh số bit/kênh, DMT có thể tự động điều chỉnh tốc độ số liệu với bước điều chỉnh nhỏ nhất là 32 kbit/s. Trong khi đó CAP cũng có khả năng điều chỉnh tốc độ nhưng với bước điều chỉnh 640kbit/s nên kém linh hoạt hơn so với DMT. - Công suất tiêu thụ ít hơn: do DMT đo chất lượng đường truyền trong từng khoảng tần số nên có thể tránh những khoảng tần số bị nhiễu mạnh dẫn tới công suất tiêu thụ của hệ thống giảm so với CAP khi hoạt động trong thực tế. - Tương thích phổ: Khi nhiều khách hàng đồng thời truy nhập vào các node mạng để sử dụng các dịch vụ tốc độ cao của nhiều nhà cung cấp dịch vụ với các công nghệ khác nhau thì ảnh hưởng xuyên âm của các đôi dây đồng khác nhau trong cùng một bó cáp hay giữa các bó cáp khác nhau rất lớn. Để tránh hiện tượng này, một tiêu chuẩn đưa ra mặt nạ mật độ phổ công suất quy định mật độ phổ công suất PSD mà hệ thống có thể sử dụng cho tần số phát hướng lên và hướng xuống. T1El xác định lại mặt nạ PSD mà hệ thống có thể sử dụng cho tần số phát hướng lên và hướng xuống. TlEl xác định mặt nạ PSD mà hệ thống PSD cho phép ADSL truyền ở tốc độ phải chăng nhưng tương thích với các dịch vụ khác trong khuyến nghị Tl.413. Trong khi hệ thống DMT đáp ứng được tiêu chuẩn này và không gây nhiễu cho các hệ thống khác nhau thì CAP vi phạm và gây xuyên âm tới các hệ thống ADSL, VDSL, HDSL, S-HDSL thậm chí cả dịch vụ T1 trong bó cáp kế cận. Tuy nhiên, trên thị trường hiện nay các modem ADSL sử dụng kỹ thuật CAP vẫn rất phổ biến do kỹ thuật CAP ra đời sớm hơn nên đã có quá trình phát triển lâu dài. Các hãng sản xuất loại modem ADSL theo kỹ thuật này vẫn cố gắng tìm cách tìm cách cải tiến kỹ thuật này cho tốt hơn. Hơn nữa, trong kỹ thuật DMT để có đầy đủ các ưu điểm như trên đòi hỏi phải đo và giám sát thường xuyên chất lượng đường truyền cho mỗi kênh trong tổng số 256 kênh. Do vậy, cấu trúc của modem ADSL DMT cũng rất phức tạp. - Được hỗ trợ lớn từ các nhà cung cấp nhờ việc được tiêu chuẩn hóa: DMT ADSL đã được ANSI, ETSI, ITU-T thông qua và chuẩn hóa. 2.2.2 Mô hình tham chiếu của hệ thống ADSL Đánh giá được tính quan trọng của việc chuẩn hóa trong tính trạng thiết bị ADSL được cung cấp từ nhiều nguồn khác nhau, ADSL Forum tổ chức của những nhà sản xuất thiết bị, khai thác và sử dụng ADSL lớn trên toàn thế giới, đã thống nhất đa ra các quy ước chung trong việc sản xuất thiết bị và tổ chức mạng ADSL. Hình 2.15 Mô hình mạng ADSL Full-rate Trong đó: - ATU-C ( ADSL Tranmission Unit at the Central Office End): là thiết bị truyền dẫn ADSL ở phía nhà cung cấp. - ATU-R (ADSL Transmission Unit at the CPE End): Là thiết bị truyền dẫn ADSL ở phía nhà thuê bao. - Mạng băng rộng: Là hệ thống chuyển mạch với tốc độ trên 1.5/2.0 Mbps tốc độ của luồng E1/T1). - Mạng băng hẹp: Là hệ thống chuyển mạch với._.ột thiết bị tập trung aggregation. Thiết bị này có thể đặt bên cạnh DSLAM hoặc có thể được nối với DSLAM tại các CO qua các kết nối WAN (thông thường là ATM WAN). Chức năng chính của thiết bị này là tập hợp các kết nối PPP hoặc Bridged lại với nhau sau đó thiết lập một đường hầm (Tunneling) hoặc định tuyến đến mạng lớp NSP. 3.1.3. Network service Provider (NSP): NSP là đích đến cuối cùng của các thuê bao, có thể là kết nối đến một ISP Internet hoặc kết nối VPN (Vitual private network) đến một mạng riêng enterprise. Lớp NSP cũng có thể kết hợp chung với NAP tuy nhiên lớp NSP này thường là do một Công ty khác xây dựng, họ thuê lại các dịch vụ vận chuyển từ lớp NAP để cung cấp dịch vụ. NSP thông thường là một kiến trúc mạng trục layer 3 bao gồm một vài kết nối tốc độ cao kết nối đến NAP. Yêu cầu cơ bản trong kiến trúc của lớp NSP là bao gồm một vài thiết bị có khả năng kết nối đến NAP nhằm mục đích kết cuối (Terminating) các dữ liệu đường hầm (Tuneled) hoặc kết cuối các dữ liệu định tuyến (Routed) từ các thuê bao DSL. 3.1.4.Vai trò của PCE: Như đã đề cập ở trên, CPE có thể chỉ đơn giản là một Card mạng (NIC) trong một PC hoặc một thiết bị phức tạp hơn như một Router đa thủ tục. Việc lựa chọn thiết bị CPE phần lớn tuỳ thuộc vào kiểu tốc độ DSL được cung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụ và tuỳ thuộc vào ứng dụng của thuê bao. Một PC – NIC có thể là một lựa chọn rẻ nhất cho các thuê bao muốn kết nối từ một văn phòng gồm nhiều Workstation đến một mạng hoặc mạng Internet. Một yếu tố khác của việc lựa chọn thiết bị CPE là phương pháp vận chuyển được dùng để kết nối đến mạng và cuối cùng là đến NSP. Phương pháp đơn giản và rẻ tiền nhất của CPE sử dụng là bắc cầu (Bridge) dữ liệu thuê bao vào trong mạng DSL. Một phương pháp bắc cầu cao cấp khác sử dụng trong môi trường DSL là RBE (Routed Bridege Encapsulation). Một phương pháp khác tương tự như phương pháp quay số Dialup trong Modem thoại cổ điển là phương pháp bao bọc PPP – Encapssulation tạo đường ngầm truyền dưc liệu thuê bao đi xuyên qua mạng DSL để kết thúc tại mạng nhà cung cấp dịch vụ. Phương pháp này thường được sử dụng vì nó đã quen thuộc với người dùng Dialup trước đây. Chi tiết về các hình thức chuyển vận được mô tả chi tiết ở phần sau. 3.1.5.Vai trò của DSLAM: Vì DSLAM kết nối trực tiếp đến Local loop, ngoài ra vì khoảng cách bị giới hạn của các loop trong công nghệ DSL nên các DSLAM thường được đặt tại các CO (Central office). DSLAM là thiết bị single – point of failure cho một số lượng lớn của khách hàng trực thuộc. DSLAM cũng thường được đặt trong nhữngkhu vực CO không có người quản lý. Tất cả các lý do đó buộc các nhà sản xuất DSLAM phải chế tạo ra các thiết bị có khả năng chịu lỗi rất cao để giảm thiểu các sự cố hệ thống mạng. DSLAM không phải là một Router hay ATM Switch, DSLAM chỉ là một ghép kênh (Multiplexer) dùng để tập hợp các nguồn bits từ các kênh thuê bao vào trong luồng bits tổng sau đó truyền đến mạng NAP. Một số nhà cung cấp DSLAM chế tạo các DSLAM bao gồm cả chức năng Routing hoặc Switching, các thiết bị như vậy thường được gọi là các DSLAM thông minh hay các DSLAM có khả năng truyền mạch. ở phía thuê bao, DSLAM có thể hỗ trợ nhiều loại DSL trên cùng một Box, với số lượng cổng khác nhau, các DSLAM trên thị trường hiện nay có thể cung cấp từ 1000 kế nối. ở phía mạng, DSLAM có thể hỗ trợ nhiều phương pháp vận dụng tốc độ cao khác nhau mà tiêu biểu là các giao tiếp ATM SONET/SDH và các doa tiếp 10/100 Mb Ethernet. Một số DSLAM cũng hỗ trợ cả các giao tiếp T1/ E1, T3/E3 và HSSI. 3.1.6.Vai trò của aggregator: Nếu như vai trò của DSLAM là tập hợp tất cả các kết nối Local Loop vào trong một đường ống tốc độ cao của aggregator là tập hợp tất cả các kết nối logic vào trong một điểm logic, điều này có nghĩa aggregator là tập hợp và vận chuyển các kết nối PPP và đồng thời nó cũng làm nhiệm vụ tập hợp các kết nối bắc cầu (Bridge connection). Về cơ bản, mỗi thuê bao có một kết nối PPP, tuy nhiên số lượng các phiên PPP không bao giờ bị giới hạn trên một đườn kế nối DSL. Với đặc tính này cho phép nhiều khách hàng khác nhau trong cùng một văn phòng có thể chia sẻ một đường kết nối DSL duy nhất trong khi vẫn có thể kết nối đến NAP với các thông tin cá nhân riêng biệt (do đó có thể theo dõi và tính cước từng khách hàng riêng biệt nhau từ cùng một đường kết nối DSL duy nhất đó). Việc tập hợp các PPP có thể thực hiện ở nhiều khu vực khác nhau trên mạng NAP hoặc NSP. Điểm tập hợp PPP (hay thiết bị aggregator) tiêu biểu thường đặt tại khu vực ở cách xa DSLAM và được kết nối đến các DSLAM qua mạng diện rộng. Các kết nối PPP này được bao bọc trong các mạch ảo ATM, sau đó các kết nối PPP này xác thực cấp phép và được kết cuối ở các thiết bị làm chức năng aggregation. Thiết bị được dùng làm chức năng aggregation này được gọi là aggregator. Nó có thể là một router chất lượng cao hoặc một thiết bị mạng được thiết kế chuyên dụng cho việc tập hợp băng rộng. Aggregator có thể thực hiện việc xác thực (Authentication) cấp phép (Authorization) và tính toán (Accounting) bởi một RADIUS hoặc TACACS Server lưu trữ cơ sở dữ liệu thông tin khách hàng. Khi phiên PPP kết thúc tại Aggregator, quá trình tập hợp có một số lựa chọn để xử lý dữ liệu bên trong. Aggregator thể lựa chọn luồng dữ liệu IP được bao bọc trong phiên PPP như một đỉa chỉ IP bình thường và thực hiện định tuyến dữ liệu. Tuy nhiên một phương pháp phổ biến nhất là tạo đường hầm (Tunel) để chuyển tải các khung dữ liệu IP đến một vị trí khác. Phương pháp tạo đường hầm (Tunel) để truyền tải các khung dữ liệu IP đến một vị trí khác. Phương pháp này sẽ dùng các kết nối L2TP (Layer 2 Tunenling- Protocol) hoặc GRE (Generic Router Encapsulation) để kết nối đến một thiết bị trong lớp trong NSP. Việc tạo đường hầm đi đến NSP nào (trong trường hợp có nhiều NSP) có thể được xác nhận dựa trên sự thoả thuận trong lúc thiết lập các PPP. 3.1.7.Mô hình phân lớp ADSL: Hình 3.2 mô hình phân lớp ADSL Lõi của mạng DSL là mạng ATM. Mục tiêu cuối cùng của DSL là cung cấp một kết nối tổng hợp để chuyển vận Voice,Video cũng như data đến thuê bao. ATM cũng đã được thiết kế để vận chuyển các kiểu ứng dụng trên và nó đã là một công nghệ vận chuyển được lựa chọn tất yếu cho DSL. Cơ chế phụ thuộc kết nối (connection-oriented) của các mạch ảo ATM dẫn tới ý tưởng tạo đường hầm Tunel cho thuê bao đi xuyên qua NAP để kết thúc ở một hay nhiều NSP. Do các yếu tố trên nên ATM được dùng ở rất nhiều lớp trong kiến trúc DSL để vận chuyển dữ liệu thuê bao đến NSP. Hiện tại DSL sử dụng cơ chế bao bọc AAL5 encapsulation của ATM để vận chuyển dữ liệu. Trong tương lai có thể sử dụng các hình thức bao bọc khác như AAL5 encapsulation để hỗ trợ cho việc vận chuyển dữ liệu Voice và Video qua DSL. PPP và L2TP: Các nhà cung cấp dịch vụ cung cấp dịch vụ ATM đến khách hàng qua DSL đang rất phát triển. ATM được dùng để chuyên chở đa dịch vụ của DSL. ATM cung cấp QoS để đảm bảo thông tin thuê bao và bảo quản các khung ATM xuyên suốt trên mạng DSL. Điều này làm đơn giản hơn trong việc thiết kế các DSLAM và các phần cứng khác và không phải thiết kế thực hiện việc chuyển đổi thủ tục. Một hạn chế trong ATM là các thuê bao thông thường là các PC không có khả năng làm việc với các dịch vụ ATM. Một giải pháp thường được sử dụng là trước hết bao bọc các gói IP vào trong các khung PPP và sau đó bao bọc vào trong ATM, các PPP client có thể được thực hiện tại PC và các PPP client này cũng được chuẩn hoá và tích hợp trong các thiết bị DSL của các nhà sản xuất. Điểm mạnh đằng sau việc bao bọc PPP encapsulation là cho phép triển khai các dịch vụ PPP nhận xác thực (Authentication). Tổ chức ADSL Forum lựa chọn PPP over ATM như một phương pháp chuẩn để kết nối thuê bao đến các tài nguyên trong mạng DSL. Sự hiện diện của PPP trong luồng dữ liệu DSL cho phép tạo ra các cơ chế thông minh cho các user trên toàn mạng.Ví dụ như khi thuê bao truy nhâp vào trong mạng với phần mềm PPP client của nó thì thông tin về user name và password của PPP client này sẽ xác định được NSP nào mà chúng được phép kết nối đến chất lượng QoS nào mà chúng có được trên mạng và các dịch vụ nào mà chúng có thể truy nhập trong mạng NSP. Một chuẩn khác cũng được sử dụng là L2TP (Layer 2 Tuneling- Protocol). Đây là một chuẩn hoá của IETF cho VPN , nó cho phép tạo ra các mạng riêng qua mạng công cộng thông qua cơ chế sử dụng các đường hầm (Tunnel). L2TP được thực hiện tại các ISP để cung cấp các các kết nối Point-to-Point, an ninh qua các đường hầm trong mạng IP-based network. Mặc dù IP là thủ tục chính được hỗ trợ bởi L2TP cũng cho phép các dữ liệu khác (ngoài dữ liệu IP) được vận chuyển qua các đường hầm. Với L2TP đoạn truy nhập từ các người dùng đầu cuối vào ISP sẽ không được an ninh, từ ISP sẽ đảm đương trách nhiệm mã hoá và giải mã các đường ngầm ở hai đầu. Trong kiến trúc DSL ,điều này có nghĩa rằng thông tin từ thuê bao đến NAP là dữ liệu không được mã hoá. Một khi dữ liệu đi vào các đường hầm L2TP thì nó mới được mã hoá để vận chuyển đi đến các NSP. 3.2. Kiến trúc dịch vụ ADSL Kiến trúc dịch vụ End-to-End ADSL tiêu biểu được mô tả trong hình sau. Nó bao gồm customer premises equipment (CPE) và các thiết bị hỗ trợ ADSL tại point of Presence(POP). NAPs quản lý mạng lõi Layer 2 trong khi dó NSPs quản lý mạng lõi Layer 3. Các vai trò này được phân chia quản lý tại các imcumbent local exchange carrier (ILEC), competive local- exchange carrier (CLEC) và các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP). Trong tương lai áp lực thị trường sẽ bắt buộc định nghĩa lại mối quan hệ hiện tại của các nhà cung cấp dịch vụ ADSL, cụ thể lúc đó một số nhà cung cấp NAP có thể phát triển thêm các khả năng Layer 3 hoặc có khả năng mở rộng cung cấp các dịch vụ qua mạng lõi. Hình 3.3 kiến trúc dịch vụ ADSL CPE có thể là các PC hoặc workstation, ATU-R hoặc Router. Ví dụ như một khách hàng nhà riêng có thể sử dụng một PC đơn với một giao tiếp Ethernet hay giao tiếp Universal Serial Bus (USB) để kết nối đến một ATU-R bên ngoài. Ngược lại, đối với khách hàng là các công ty thương mại thường kết nối nhiều PC từ các user đầu cuối vào một router với ADSL modem tích hợp hoặc một Router và một ATU-R bên ngoài. Tại ADSL POP, NAP triển khai một hoặc nhiều thiết bị DSLAM kết nối cáp đồng nội hạt giữa POP và CPE. Khi được cấu trúc theo kiểu mở rộng subtending, các DSLAM có thể kết nối trực mắt xích đạo vào nhau để tối ưu hoá đường ATM uplink. Các DSLAM kết nối trực tiếp hoặc gián tiếp qua mạng WAN đến một thiết bị tập trung truy nhập LAC (Local Access Concentrator) thiết bị này làm nhiệm vụ cung cấp ATM grôming, PPP tunneling và layer 3 termination để kết nối khách hàng đến các local content hoặc cached content. Service Selection Gateway (SSG) có thể được đặt tại LAC vì thế khách hàng có thể tự lựa chọn nơi đến theo yêu cầu. Từ LAC/SSG các dịch vụ sẽ được mở rộng qua ATM core đến NSP theo IP network core. Sau khi có được sự hình dungtổng quát về các thành phần hệ thống, ta sẽ đi sâu vào các cách thức, kiến trúc cho phép triển khai các dịch vụ.Kiến trúc đó gồm : + ATM point-to-point dùng để kết nối chéo (cross-connect) các thuê bao đến các đích của họ như ISP, Enterprise. Kết nối được thực hiện bằng các mạch PVC từ CPE đến đích. + Aggregation tập hợp các mạch VC từ các thuê bao vòng trong một vài trung kế PVC nhằm làm giảm thiểu số lượng kết nối VC qua mạng core. Thay vì mỗi thuê bao sẽ chiếm một VC, Aggregator sẽ sử dụng chung một VC cho nhiều thuê bao khác nhau với một đích đến giống nhau. + SVC và MPLS sử dụng các SVC để tự động cấp phát các kết nối cho các CPE. Các SVC từ CPE đi xuyên qua DSLAM và kết thúc tại các Router chuyển mạch nhãn (Edge LSR) nơi mà nó thâm nhập vào mạng lõi MPLS. 3.2.1.Kiến trúc ATM point-to-point: Kiến trúc ATM point-to-point là kiến trúc đơn giản về khái niệm nhưng rất phức tạp về kiến trúc bên trong. Hầu hết các NAP đều có mạng ATM diện rộng, các DSL modem thế hệ đầu tiên được cung cấp với giao diện Ethernet. Sự xuất hiện của các DSLAM dung lượng lớn sử dụng thủ tục ATM cho 2 hướng ingress/exgress cho phép các NAP phát huy thế mạnh các thiết bị mạng ATM đang tồn tại và mở rộng cung cấp các dịch vụ Leased Line và các dịch vụ khác bằng việc sử dụng các kết nối point-to-point, các mạch DSL rất giống với các mạch Leased Line thông thường . Hình 3.4 kiến trúc mạng ATM point-to-point Vì kiến trúc ATM point-to-point Layer 2 độc lập với thủ tục Layer 3, do đó NAP không quan tâm gì đến các vấn đề liên quan tới Layer 3 như địa chỉ IP hoặc định tuyến IP. Nhưng kiến trúc Layer 2 này không đem đến sự phát triển và lợi nhuận cao cho các NAP. Sự phát triển lớn nhất là nhu cầu truy nhập Internet tốc độ cao và nhu cầu làm việc di động của khách hàng. Các thị trường này đòi hỏi các dịch vụ Layer3 với các kết nối ATM point-to-point-multipoint trong khi ATM Layer2 chỉ cung cấp point-to-point. Các nhà cung cấp dịch vụ đang tìm kiếm để phát triển mô hình mạng ATM có khả năng cung cấp dịch vụ như mô hình PSTN và cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng, vì thế họ phải thêm các dịch vụ Layer3 và Layer 4 vào trên kiến trúc mạnh ATM có sãn. Khi thị trường DSL đã chín muồi, cả nhà cung cấp thiết bị DSLvà các nhà tiêu thụ sẽ tập trung vào việc cải tiến các sản phẩm DSL đang hiện có. Một trong kiến trúc cải tiến nhất là kiến trúc lựa chọn dịch vụ service –selection. Một khuyết điểm khác trong kiến trúc ATM point-to-point là các NAP không thể đưa ra dịch vụ service seletion, dịch vụ này có ý nghĩa hệ thống cho phép người sử dụng có khả năng lựa chọn dịch vụ nào đó qua một menu rất dễ sử dụng. Các end-used khi sử dụng cố định đường ATM point-to-point DSL kết nối từ nhà riêng đến nhà cung cấp dịch vụ không có khả năng lựa chọn các đích đến khác nhau mà chỉ cố định ở một dịch vụ ví dụ như sử dụng dịch vụ truy nhập Internet . Điều này làm giới hạn sự linh hoạt và các tiện ích của kiến trúc DSL. Service selection cho phép các end-used lựa chọn các dịch vụ khác nhau mà không cần phải sử dụng một đường dây DSL thứ hai. Cuối cùng, kiến trúc ATM point-to-point DSL không cho phép các nhà cung cấp dịch vụ tạo ra nhiều sự khác biệt, đa dạng trong các dịch vụ cung cấp cho khách hàng. 3.2.2.Kiến trúc tập hợp aggregation: Để khắc phục các giới hạn của kiến trúc ATM point-to-point, kiến trúc tập hợp aggregation được ra đời. Kiến trúc này làm giảm số lượng PVC trong NSP core và cho phép lựa chọn dịch vụ (service selection) cho các end-user. Sự tập hợp các thông tin DSL vào trong các mạch PVC đòi hỏi nhà cung cấp dịch vụ phải hỗ trợ các dịch vụ Layer 3 bởi vì sự tập hợp được thực hiện với các PPP ở lớp gói. Các PVC từ CPE.Tại điểm tập hợp các gói tin được ghép lại và chuyển vào các PVC mới, mỗi PVC dùng để kết nối đến từng đích khác nhau(hình vẽ), aggregation cần một PVC cho mỗi đích. Hình 3.5 kiến trúc aggregation (L2TP/PTA) Trong kiến trúc ATM point-to-point, N thuê bao sẽ cần đến N mạch vòng PVC trên mạng core .Trong kiến trúc tập hợp aggregation với M đích đến và R thiết bị aggregation thì cần M*R mạch vòng PVC trên mạng core, thông thường N>>M*R do đó giảm thiểu số lượng mạch PVC trên mạng core đáng kể trong trường hợp sử dụng kiến trúc tập hợp aggregation. Có hai cách chung nhất để thực hiện tập hợp các kết nối trong kiến trúc aggregation này là: Layer 2 tunneling protocol (L2TP) hoặc PPP Terminated một PPP client. Một NAP có thể cung cấp cả hai dịch vụ này và cho phép ISP hoặc Enterprise có quyền lựa chọn phương thức sử dụng hoặc PTA. Sự khác nhau cơ bản giữa 2 phương thức L2TP và PTA là L2TP chuyển các gói PPP đến các đích trong khi PTA kết thúc các phiên PPP sau đó chỉ chuyển các dữ liệu IP đến đích. Cụ thể của từng phương pháp được mô tả dưới đây: ã L2TP Tunneling : Trong kiến trúc đường hầm L2TP, các thiết bị aggregation kiểm tra user name (username@domain) trong các phiên PPP bằng cách so sánh nó với profile của domain đó. Profile này có thể được lưu trữ trong thiết bị aggregation hoặc trong một RADIUS Server. Profile này chứa địa chỉ IP của LNS (L2TP Network Server) và Password của đường hầm tunnel. Một khi Tunel được thiết lập thì thiết bị aggregation chuyển phiên PPP của thuê bao đến máy chủ LNS tại đích đến trong đường hầm L2TP Tunel (LNS trực thuộc đích mà thuê bao cần truy cập đến). Việc kết thúc phiên PPP đòi hỏi cần phải xác thực user thông qua RADIUS hoặc các phương tiện khác. Các PPP client sau khi được xác thực sẽ được cấp một địa chỉ IP, địa chỉ DNS và một địa chỉ WINS Server. Các Router sẽ tự động thiết lập kết nối đến LNS. L2TP rất thích hợp để thiết lập mạng riêng ảo VPN (Virtual Private Network), các user có thể kết nối vào NAS sau đó kết nối thẳng đến mạng riêng (thông thường là các mạng trung tâm của công ty –Corporate/Enterprise Network). Các mạng Corporate Network là rất riêng biệt và độ bảo mật cao vì chúng được bảo vệ không bị thâm nhạp từ môi trường Internet qua các Firewall và thông thường các mạng Corporate Network này sử dụng các địa chỉ IP riêng. L2TP là ý tưởng cho dịch vụ VPN vì NAS chỉ truyền tải các phiên PPP và không kiểm tra các khung và địa chỉ IP và vì NAS không kiểm tra địa chỉ IP do đó NAS sẽ không làm trùng lặp địa chỉ IP , đây là một yêu cầu rất quan trọng cho dịch vụ VPN. ã PPP Terminated Aggregation (PTA): Cũng giống phương pháp L2TP, phương pháp PTA kiểm tra username từ username@domain trong phiên PPP. Thiết bị aggregation tìm kiếm mộ profile tương thích với chuỗi domain trong username đó. Đến tầng này thì 2 phương pháp được thực hiện bằng hai cách khác nhau: Profile của PTA chứa thông tin khác với profile của L2TP. Profile của PTA chứa địa chỉ của RADIUS Server và PVC dùng để chuyền tải dữ liệu IP. Thiết bị aggregation xác thực các user bằng cách gửi một RADIUS Access Request đến RADIUS Server đặt tại ISP. Nếu việc xác thực thành công thì thiết bị aggregation hoặc RADIUS Server sẽ gán cho PPP client một địa chỉ IP, địa chỉ DNS và một WINS Server. Router tại ISP hoặc Enterprise sẽ thiết lập một Router mới để kết nối đến PPP client. Việc lựa chọn một trong hai phương pháp L2TP và PTA phụ thuộc vào nhiều yếu tố. L2TP là một chuẩn đã được hỗ trợ và sử dụng rộng rãi và đồng thời cũng tương thích giữa các nhà sản xuất với nhau, L2TP cũng làm giảm sự thay đổi trong vấn đề truyền thông của NAP và NSP. Tuy nhiên cũng có một vài khuýêt điểm trong việc sử dụng L2TP như overhead dùng để bao bọc dữ liệu IP vào PPP và truyền đi trên các khung L2TP tốn một số lượng lớn băng thông. Việc NSP yêu cầu LNS kết thúc L2TP và các phiên PPP chiếm dụng bộ xử lý nhiều hơn trong trường hợp chỉ sử dụng IP routing. Vì thế L2TP không được giãn nở bằng IP routing nhưng nó lại đang được tiếp tục cải tiến trong phần cứng và phần mềm để khắc phục nhược điểm trên . Trong khi PTA chỉ đơn giản cần chuyển tiếp (forward) các gói IP vì thế ít tốn kém băng thông để bao bọc dữ liệu IP, PTA cũng cho phép các thiết bị trong mạng Enterprise hoặc ISP Network tiếp nhận nhiều user hơn vì thiết bị chỉ thực hiện việc định tuyến trong khi L2TP cần phải tạo đường hầm và kết thúc các PPP. PTA chỉ chuyển gói IP và các dữ liệu IP này có thể được định tuyến đến nhiều đích khác nhau trong khi đó một L2TP như một công nghệ point-to-point cùng một lúc chỉ có thể kết nối đến một đích. ã Kiến trúc SVC/MPLS: Một kiến trúc linh hoạt và cung cấp đa dạng dịch vụ nhất là sử dụng các mạch SVC phía truy cập và MPLS phía core .Kiến trúc này đem lại lợi nhuận và khả năng phát triển rất cao. Kiến trúc này tạo điều kiện để phát triển các kiểu dịch vụ mới. Hình 3.6.Kiến trúc SVC/MPLS -Switched Virtual Circuis (SVC) : Các SVC rất hấp dẫn với các NAP, vì NAP rất muốn hạ thấp chi phí vận hành mạng và đưa ra khả năng lựa chọn dịch vụ Service Selection cho khách hàng. Các CPE, DSLAM và các thiết bị Aggregation rất cần thiết sử dụng các SVC một cách có hiệu quả. Mạng ATM cũng đòi hỏi hỗ trợ chuẩn ATM như: InterimManagement Interface (ILMI) ,báo hiệu UNI3.1 hoặc UNI 4.0 để loại trừ việc cấp phát các PVC ở phía truy cập và để cấp phát động tài nguyên băng thông và QoS. Sử dụng các SVC ở phía truy nhập cho phép cấp phát rất nhiều SVC tại một thời điểm. Các End-user có thể lựa chọn các dịch vụ nếu họ có phần mềm SVC client. Hiện tại Microsoft đưa ra phần mềm SVC client này trong các release sau của Windows. SVC là công nghệ ít được sử dụng để kết nối backbone switch và router với nhau. - MPLS: MPLS là một chuẩn mới của IETF, nó đã được phát triển thành chuẩn dựa trên công nghệ Tag Switching của Cisco. MPLS là một phương pháp mang tính chất đổi mới, công nghệ này sử dụng kiểu chuyển tiếp dữ liệu dựa trên nhãn label. Mỗi Label chỉ định cả hai thông tin định tuyến và dịch vụ ở ngõ,các gói được lựa chọn và được dán vào các Label, mạng core chỉ đơn thuần đọc các Label, gắn vào các dịch vụ thích hợp và chuyển tiếp các gói dựa theo thông tin trên Label. Việc phân tích phân loại và lọc chỉ xảy ra một lần duy nhất ngay tại ngõ vào của các gói ở ngõ ra của mạng MPLS, các Label được tháo bỏ và các gói được chuyển tiếp đến các đích của nó. MPLS cho phép các mạng core có tính linh hoạt rất cao bất kể mạng core đó dựa trên nền tảng là ATM hay chuyển mạch gói. MPLS VPN cho phép nhà cung cấp dịch vụ đưa ra các dịch vụ IP VPN cho khách hàng. IP VPN over MPLS là kiểu truyền thông peer-to-peer. IP VPN cho phép kết nối any-to-any (như trong PSTN), giảm bớt các yêu cầu gồm nhiều kết nối Fully meshed, point-to-point. MPLS lôi cuốn các NSP bởi vì nó cho phép cung cấp nhiều loại hình dịch vụ IP. MPLS cho phép các nhà cung cấp dịch vụ giải quyết được các vướng mắc trong việc cung cấp dịch vụ IP đang tồn tại cụ thể như: Cung cấp dịch vụ connectionles IP VPN, dịch vụ này mang tính kín đáo, an toàn như dịch vụ Frame Replay mà không cần tạo đường hầm Tunneling và mã hoá dữ liệu. Hỗ trợ nhiều phân cấp dịch vụ khác nhau cho dịch vụ IP VPN để cung cấp các chính sách khác nhau cho từng khách hàng với các yêu cầu mức độ dịc vụ khác nhau. Mở rộng thị trường với các dịch vụ IP được quản lý, đánh giá thấu đáo để thu hút các khách hàng ít tiền cần kết nối mạng interner và extranet. CHƯƠNG 4 TRIểN KHAI AdSL 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 hóa, 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 để trong phần mạng truy nhập. 4.1. Thực trạng mạng truy nhập ở 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 bổ 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 bảo dưỡng và quản lý mạch vòng thuê bao. Cáp được sử dụng hiện nay có dung lượng từ 100 - 2400 đôi sợi tùy thuộc đường kính dây đồng. Các loại cáp phiđơ và phân bố phổ biến ở Việt Nam là: CCP (cách điện dây dẫn hai lớp, lớp trong là nhựa xốp, lớp ngoài là nhựa Polyenthylence được mã hóa theo màu). Thực tế cỡ dây lớn nhất đang thông dụng hiện nay là loại 600 đôi, đường kính 0,4 mm và O,5mm. Về mặt hệ thống có thể phân cáp thành hai loại: cáp treo và cáp ngầm. Cáp treo được sử dúng 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 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 tha dân. Loại cáp này chỉ sử dụng cỡ dây 0,5mm, 0,6mm, 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 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. 4.2. Giải pháp cung cấp dịch vụ ADSL cho mạng viễn thông Việt Nam Mạng viễn thông Việt Nam chưa có cấu trúc ATM core network. Cơ sở hạ tầng ở Việt Nam là Mạng đường trục (backbone) Intemet VNN do công ty điện toán và truyền số liệu VDC (Vietnam Datacommunication Company) chịu trách nhiệm điều hành và quản lý có cấu hình vòng ring với ba trung tâm tại Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh và Đà Nẵng được nối với nhau bởi những đường liên kết thuê ở VTN. Tại hai trung tâm Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh có các gateway kết nối ra intemet quốc tế, và có một đường dung lượng bằng 2 luồng 2 Mbps nối giữa hai gateway này. Đường backbone trong nước được nối qua các router đặt tại 3 trung tâm. Các router này là các Cisco Rounter 7513 với phần mềm Cisco IOS version 11.3 (ở Hà Nội) và 12.0 (ở thành phố Hồ Chí Minh). Các thuê bao trực tiếp thuê các đường leased line nối đến các router này để truy nhập vào Intemet. Các thuê bao trực tiếp có thể là các tỉnh, các tổ chức, các trường đại học hay các công ty lớn. Các thuê bao quay số sử dụng các modem truy nhập vào các Access Server rồi qua mạng LAN nội bộ của các trung tâm nối tới các Cisco Router. Như vậy giải pháp cung cấp dịch vụ ADSL cho Việt Nam một cách hiệu quả nhất chính là truy cập mạng Intemet coi như là các thuê bao của mạng VNN nối tới các Gateway để đi ra Intemet quốc tế. Để thực hiện điều này mạng VNN để dành cho dịch vụ ADSL những dải địa chỉ IP riêng được cấp cho mỗi bộ tập trung truy nhập băng rộng từ xa B-RAS: Broadband Remote Access System. Các bộ BRAS này phân phối địa chỉ IP cho các thuê bao khi có yêu cầu truy nhập qua các bộ DSLAM phía dưới. Hiện tại ADSL Việt Nam đã và đang được triển khai ở 7 tỉnh thành phố: Hải Phòng, TPHCM, Hà Nội, Hải Dương, Quảng Ninh, Đà Nẵng và tiếp tục thử nghiệm để mở rộng trong thời gian tới. 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 quan trọng 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 tùy 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 càng 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 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 trừơng hoạt động nên để triển khai thành 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 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 hóa 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. Mục lục ._.