ĐỒ ÁN HỆ THỐNG MẠNG Đề tài: KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VDSL CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ VDSL 2.1 Giới thiệu công nghệ VDSL Là một dịch vụ trong họ xDSL VDSL (Very high data rate DSL) cung cấp các đường thuê bao số với tốc độ rất cao. Cũng như các dịch vụ khác trong họ xDSL như ADSL, HDSL, SDSL… kĩ thuật VDSL được sử dụng để cung cấp các dịch vụ băng rộng như các kênh tivi, truy nhập dữ liệu với tốc độ rất cao hội nghị qua video, video động, truyền tổ hợp dữ liệu và tín hiệu video trên cùng một đường dây… cho các thuê bao dân cư và kinh doanh trong lúc chưa lắp đặt được mạng cáp quang đến tận nhà thuê bao. Hình 2.1 mô tả các khả năng cung cấp dịch vụ của kĩ thuật VDSL. Kĩ thuật VDSL sử dụng phương thức truyền dẫn giống như ADSL nhưng kĩ thuật VDSL có khả năng cung cấp số liệu với tốc độ rất cao gần gấp 10 lần tốc độ truyền dẫn của ADSL (như hình 2.2). Tốc độ truyền dẫn của VDSL ở luồng xuống đạt tới 52 Mb/s trong chiều dài khoảng 300m, và luồng xuống đạt ở tốc độ thấp 1,5 Mb/s với chiều dài cáp 3,6km. Tốc độ luồng lên trong chế độ không đối xứng (là phương thức mà tốc độ truyền dẫn từ phía tổng đài tới thuê bao bằng tốc độ truyền dẫn từ thuê bao tới tổng đài) là 1,6- 2,3 Mb/s. Tốc độ luồng trong chế độ đối xứng là 26 Mbps. Phương thức truyền dẫn không đối xứng rất phù hợp để cung cấp dịch vụ tốc độ cao từ phía tổng đài tới thuê bao nên rất hay được sử dụng trong kĩ thuật VDSL. Trong VDSL cả hai kênh số liệu đều hoạt động ở tần số cao hơn tần số sử dụng cho thoại và ISDL 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 chế độ đối xứng thì hệ thống VDSL sử dụng kĩ thuật triệt tiếng vọng. Công nghệ VDSL được ứng dụng trong truy cập dịch vụ băng rộng như dịch vụ Internet tốc độ cao, các chương trình Video theo yêu cầu. Ngoài việc có khả năng cung cấp tốc độ cao hơn nhiều so với tốc độ truyền dẫn của kĩ thuật ADSL kĩ thuật VDSL còn yêu cầu khoảng động nhỏ hơn kĩ thuật ADSL nên kĩ thuật truyền dẫn của VDSL không phức tạp bằng kĩ thuật truyền dẫn ADSL. Mặc dù có nhiều ưu điểm như vậy nhưng kĩ thuật này vẫn chưa được sử dụng rộng rãi đó là vì chưa lựa chọn được cơ chế điều chế, băng tần, phương pháp ghép kênh thích hợp. Hơn nữa, một số chipset của modem sử dụng kĩ thuật VDSL vẫn còn đắt nên kĩ thuật này chưa được sử dụng nhiều trong thực tế. Tuy nhiên đây là một kĩ thuật hứa hẹn trong một vài năm tiếp theo. VDSL được sử dụng trong các mạch vòng nội hạt để truyền tín hiệu từ khối mạng quang ONU tới các thuê bao. Bảng 2.1 mô tả tốc độ và khoảng cách từ ONU tới thu ê ba STM Chuyển mạch gói ATM ATM STM Chuyển mạch gói Toàn bộ ATM Dịch vụ ONU VDSL VDSL H U TE Cáp quang Mạng Cáp đồng o. Hình 2.1 Khả năng cung cấp dịch vụ của kĩ thuật VDSL Hình 2.2 So sánh công nghệ VDSL với công nghệ ADSL Bảng 2.1 Tốc độ khoảng cách các loại VDSL Tốc độ thu (Mbit/s) Tốc độ phát (Mbit/s) Khoảng cách (met) 52 6,4 1000- 300 26 3,2 2500- 800 26 26 1000- 300 13 13 1800- 600 13 26 3750- 1200 Để có thể hoạt động được các thiết bị VDSL phải vượt qua được suy hao đường truyền, xuyên kênh, sự xâm nhập của sóng vô tuyến RF và các tác động xuyên nhiễu khác. 3 6 9 12 15 18 Khoảng cách sợi dùng 0,5mm Mbit/s 50 40 30 20 10 ADSL VDSL 2.2 Nhiễu Cũng như những công nghệ khác trong họ xDSL, VDSL truyền trên đôi dây điện thoại nên 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: 2.2.1 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 Gauusia được gọi là tạp âm trắng Gaussia cộng AWGN. Tạp âm này ảnh hưởng độc lập lên từng ký hiệu được truyền hay nói cách khác chúng được cộng với tín hiệu bản tin. 2.2.2 Xuyên âm Cũng như FDM ADSL, VDSL không có tự can nhiễu đầu gần (self-NEXT). Xu hướng về những kĩ thuật không có self-NEXT, hay ít nhất với giới hạn self- NEXT, đã tiến triển vì việc thực hiện đã có thể thực hiện tăng lên, trong một số trường hợp, thiết kế đơn giản có thể quá đầy đủ. Phạm vi triển khai ngắn của VDSL đặt ra khả năng một vài nhiễu mới. Xem xét hai cấu hình triển khai trong hình 2.3 và 2.4. Trung tâm chuyển mạch VTU-R CPE FEXT Đường VDSL đường xDSL khác FEXT FEXT FEXT Hình 2.3 Viễn cảnh nhiễu với VDSL và công nghệ DSL khác trong bộ trộn CO Hình 2.4 Viễn cảnh nhiễu với VDSL và công nghệ DSL khác trong bộ trộn khách hàng Hình 2.3 đôi khi được gọi là bộ trộn (1) CO. Trong hình 2.3, VDSL và một số kĩ thuật xDSL khác cả hai đều được cung cấp từ CO và dùng chung một nhóm kết nối giữa CO và một số tại chổ mà VDSL được lấy ra. Những loại khác nhau giữa của NEXT và FEXT mà có thể tồn tại được chỉ ra trong hình 2.3. FEXT giữa hai điểm nút thường không nhân tố vì khoảng cách thường đủ lớn để làm suy giảm tín hiệu nhiễu. Tuy nhiên, Những đường đi FEXT khác cũng có thể tồn tại. Dù những tín hiệu FEXT này sẽ đáng kể hay không tuỳ thuộc vào các chiều dài của hai kênh cũng như những tần số sử dụng bởi các kênh chiều xuống và chiều lên. Trong cấu hình được chỉ ra trong hình 2.4, tín hiệu VDSL được kết thúc tại một ONU xa và xDSL tại CO. Tại một điểm, những đoạn đôi dây xoắn mang những tín hiệu dùng chung một bộ kết nối chung. Cấu hình này đôi khi được gọi là bộ trộn (2) CP. Chú ý rằng điều đó là không cần thiết cho VTU-R và modem CPE xDSL khác để định vị trong cùng toà nhà, nhưng những đôi dây xoắn mang chúng Trung tâm chuyển mạch ONU VTU-R CPE FEXT Đường VDSL FEXT đường xDSL khác NEXT phải dùng chung một nhóm bộ kết nối cho một số chiều dài gần tương ứng các điểm đầu cuối. Hình 2.4 cũng chỉ ra những con đường đáng kể NEXT và FEXT cho cấu hình bộ trộn CP. Sự đáng kể của những con đường FEXT tuỳ thuộc vào định vị ONU hay cũng như những tần số sử dụng bởi các kênh truyền. Chú ý rằng các điểm nút của mạch VDSL có thể góp phần NEXT hay là FEXT một trong hai đi vào trong các điểm nút của kĩ thuật xDSL khác, tuỳ thuộc vào cấu hình triển khai. Tính linh hoạt này tăng thêm luỹ thừa tự do trong mới trong nhiễu phân tích. Tầm quan trọng phổ biến cùng tồn tại trong ADSL và VDSL. Trong cấu hình bộ trộn, ADSL và VDSL cả hai được cung cấp từ CO và dùng chung một nhóm bộ kết nối giữa CO và tại điểm mà VDSL được lấy ra. (VDSL phải kết thúc tại điểm này, hay phải được định tuyến trong một nhóm kết nối khác). Để không có NEXT tồn tại giữa những dịch vụ này tại CO, hai điều kiện sau phải được tồn tại:  Tín hiệu VDSL chiều xuống phải không đè lên tín hiệu chiều lên ADSL (tín hiệu VDSL chiều xuống phaie bắt đầu cao hơn 138 kHz).  Tín hiệu ADSL chiều xuống phải không đè lên tín hiệu VDSL chiều lên (VDSL chiều lên phải không đè lên 138 kHz tới 1,1 MHz).  Thêm vào, tín hiệu ADSL chiều xuống có thể một nguyên nhân gây ra mức FEXT trong tín hiệu VDSL chiều xuống trừ khi khoảng cách giữa máy phát ADSL tại CO và bộ nhận VTU-R là nhỏ. Tương tự như vậy, FEXT từ VDSL có thể đặt ra một vấn đề tới tín hiệu ADSL. Để không có NEXT tồn tại giữa ADSL và VDSL trong cấu hình bộ trộn CP, phổ tần số chiều lên và chiều xuống của các kĩ thuật tương ứng phải không đè lên nhau. Thêm vào đó, FEXT VDSL trong tín hiệu ADSL chiều xuống phải tìm thấy, và FEXT ADSL có thể xuất hiện trong VDSL tuỳ thuộc vào định vị của ONU. Nhờ có chiều dài vòng lặp ngắn được hỗ trợ bởi VDSL, FEXT nhờ vậy thấp hơn NEXT, phải có một ảnh xấu tác động trên ADSL chiều xuống. Vì cần thiết để loại bỏ NEXT giữa hệ thống ADSL và VDSL và quả thực khả năng FEXT có thể gây ra sự suy giảm quá trình thực hiện, phổ phân phối tới VDSL dốc xuống trên các kênh chiều lên hay chiều xuống ADSL khi ADSL và VDSL cả hai đều có mặt. Thêm vào đó, khi giao tiếp với những kĩ thuật khác, cấu hình định vị của VDSL phải được đưa vào trong các trương mục để quyết định những điểm nào ghóp phần NEXT hay FEXT tới những điểm khác. 2.2.3 Nhiễu tần số vô tuyến Máy thu VDSL phải đối phó với vấn đề nhiễu tần số vô tuyến (RFI). Vấn đề RFI bao gồm lối vào (ingress) và lối ra (egress). Nguyên nhân của RFI egress (nhiễu tần số vô tuyến lối vào) là trong băng tần của sóng vô tuyến từ những Anten gần với một đôi cáp xoắn đôi mang tín hiệu VDSL. Một Anten vô tuyến nghiệp dư là một ví dụ rõ ràng của một bộ làm nhiễu RFI ingress. Hình 2.5 minh hoạ trạng thái cơ bản này. Trung tâm chuyển mạch INGRESS INGRESS đường VDSL VTU-R Hình 2.5 RFI ingress trong VDSL bởi vì một vị trí máy phát Nhân tố tác động tới lượng ingress bao gồm công suất đầu ra của các Anten, khoảng cách giữa các Anten và cáp xoắn đôi, quan hệ giữa hướng và đặc tính bảo vệ của bộ nhóm kết nối, và cân xứng của bản thân đôi dây xoắn. Thường, RFI ingress kích thích mỗi dây trong đôi dây xoắn, vì vậy tạo ra một tín hiệu ingress theo chiều dọc đôi dây. Vì sự cân xứng của đôi dây là không lý tưởng (thường 30 dB đến 35 dB cho các băng tần cao), một số ingress rò ra trong các tín hiệu khác. Các tín hiệu RFI ingress thường rất hẹp trong dải thông khi so sánh với tín hiệu VDSL. Đặc điểm này là rất có ích, như ingress sẻ chỉ ảnh hưởng tới một phần nhỏ của băng thông có thể sử dụng. Vn khỏc l tớn hiu ingress cú th l rt ln khi so sỏnh vi tớn hiu VDSL nhn c. Trong trng hp ny, trc ca mỏy thu tng t phi c thit k cn thn n ni khụng bo ho. Thờm vo ú, mt s tỏc ng phi c thc hin bin i tng t ti s (ADC) chớnh xỏc thớch hp. Vn õy l mt tớn hiu ingress ln s trao i mỏy chuyn i, vỡ nú nú nhng bớt li ca s chớnh xỏc trờn tớn hiu khụng giỏ tr ny thay vỡ trờn tớn hiu thu c VDSL. Vỡ tớn hiu VDSL c lng t hoỏ vi s khụng chớnh xỏc thp hn, nhiu lng t, hay s khụng chớnh xỏc bi vỡ quỏ trỡnh chuyn i, tng lờn, s gim sỳt cú nh hng n tc bớt cú th t c trờn kờnh truyn. ADC phi cú kh nng iu khin tớn hiu ingress cng nh s chớnh xỏc lng t hoỏ tng xng tớn hiu VDSL nhn c. Thm chớ sau lng t hoỏ, xa hn na s c lng RFI cú th cn thit trong min s. n gin hn thit k ca ADC, trc ca mt mỏy thu VDSL tng t phi trin khai mch gim RFI ingress. Nh rng thng ingress hin din c hai theo chiu dc v s khỏc nhau trờn mt ụi dõy xon ụi. Hỡnh 2.6 ch ra mt phng phỏp s dng tớn hiu ingress theo chiu dc gim tớn hiu ingress kim loi. + H(f)+ + Cáp xoắn tín hiệu theo chiều dọc 1\2 Tín hiệu khác nhau máy phát VDSL RFI Tín hiệu nhận đợc với lối vào RFI đợc giảm - - Hình 2.6 Phương pháp giảm igress mà sử dụng một tín hiệu theo chiều dọc Bộ lọc cố gắng làm cho không cân xứng của đôi dây xoắn thực chất đó là kĩ thuật bởi việc ingress vươn tới tín hiệu khác. Nếu bộ lọc tạo ra sự không cân xứng hoàn hảo, tín hiệu tổng ở đầu ra có thể bao gồm chỉ có tín hiệu VDSL thu được. Hình 2.7 minh hoạ ý tưởng này theo một sơ đồ khối. Hình 2.7 Mạch khử RFI ingress Việc giảm ingress gần chính xác 35 dB có thể đạt được bởi phương pháp này. Chú ý rằng nó tương đương với việc thu được hơn 5-bit chính xác trong ADC. RFI nguồn D(f) L(f) + + + - Tín hiệu VDSL khác Tín hiệu VDSL theo chiều dọc H(F)= D(f) L(f) Tín hiệu thu với RFI ingress được giảm [...]... lên băng truyền dẫn của VDSL nhưng tránh các băng truyền dẫn của các DSLs khác Do đó, giao thoa vô tuyến HAM là vấn đề lớn đối với VDSL Nhà khai thác HAM có thể sử dụng công suất 1,5 KW, nhưng sử dụng công suất lớn như vậy rất hiếm khi sử dụng ở các vùng dân cư đông hay các vùng có nhiều đôi dây điện thoại Bộ phát 400W ở khoảng cách 20 mét (30 ft) có thể gây ra điện áp cảm ứng chung theo chiều dọc... tạo ra những yêu cầu lâu dài cho hệ thống VDSL Cả ANSI và ETSI đều hỗ trợ các tỷ số tốc độ dữ liệu giữa chiều xuống và chiều lên trong VDSL bất đối xứng và tốc độ dữ liệu của VDSL đối xứng ETSI gọi modem hỗ trợ tốc độ dữ liệu bất đối xứng là modem class I và modem hỗ trợ tốc độ dữ liệu đối xứng là modem class II ETSI đưa ra bảng kết hợp tốc độ payload của modem VDSL theo bảng 2.3 và 2.4 Như vậy, ETSI... Mật độ phổ công suất phát mô tả công suất phát của tín hiệu mang tin được phân bố theo tần số như thế nào khi tín hiệu được đưa vào kênh truyền ở ngõ ra của máy phát Chẳng hạn, nếu toàn bộ công suất 10 mW được đưa vào đường dây và máy phát năng lượng đều trong dải tần 1 MHz thì mật độ phổ công suất phát là hằng số và bằng 10-5 mW/Hz Đường bao mật độ phổ công suất phát xác định mật độ phổ công suất cực... thể kéo dài tới 3 ms 2.3 Đặc tính của kĩ thuật VDSL Tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) là tỉ số năng lượng của tín hiệu mang thông tin ở máy thu so với năng lượng của nhiễu nhận được Về bản chất SNR mô tả chất lượng của kênh truyền dẫn Trong miền tần số, SNR được tính bằng cách chia mật độ phổ năng lượng (PSD) của tín hiệu mang tin ở máy thu cho mật độ phổ năng H(f) PSD 2 -60 dBm/Hz 1 km 24 AWGN Tín hiệu... anten AM cho tới đường dây thoại thường là 1 km chí ít cũng lớn hơn 10mét, và năng lượng trải rộng gấp 4 lần dải thông (giảm 6 dB) Do vậy, tín hiệu vô tuyến AM có nhiễu PSD khoảng từ -80dBm/Hz đến -120 dBm/Hz Máy phát có thể sử dụng công suất rất cao lên đến 50 KW và có thể phát tới công suất lớn nhất vào buổi tối Trong đặc điểm VDSL AM băng rộng được làm mô hình với một máy phát AM với một bộ điều chế... hiệu VDSL Ngược lại, tín hiệu VDSL trên các đường dây điện thoại cũng làm ảnh hưởng và phá huỷ các tín hiệu vô tuyến Vì lí do này, cả ANSI và ETSI đều qui định các modem VDSL phải giới hạn mật độ phổ công suất phát ở mức không lớn hơn –80dBm/Hz trong giải tần vô tuyến nghiệp dư có trong vùng địa lí của họ Định vị của các giải tần vô tuyến nghiệp dư được ETSI và ANSI thừa nhận được liệt tương ứng trong...RFI ingress cũng là một mối quan tâm với VDSL Egress được minh hoạ EGRESS Bưu điện trung tâm EGRESS hình 2.8 EGRESS trong VTU-R Đường VDSL Hình 2.8 Ví dụ RFI egress Ở đây tín hiệu phát ra từ đôi dây xoắn và có thể làm nhiễu loạn tín hiệu bởi các Anten định vị nếu những tín hiệu thu được này chông chéo lên phổ VDSL Để chống vấn đề này, công suất truyền dẫn VDSL trong miền tần số được dự trữ trong vô... phòng nhiễu (noise margin) Như vậy, việc sử dụng dự phòng đã dự phòng cho hệ thống tránh sai lầm do nhiễu tăng lên không lường trước được Yêu cầu cho các hệ thống VDSL được các công ty điện thoại thiết lập qua thực tế trong các nhóm tiêu chuẩn ANSI T1E1.4 ở Hoa Kỳ và ETSI TM6 ở Châu Âu Mặc dù T1E1.4 và TM16 là các nhóm tiêu chuẩn độc lập với các đặc tính áp dụng cho các vùng địa lý khác nhau nhưng những... của ETSI lại khuyến nghị rằng nên loại bỏ tốc độ đối xứng 36,864 Mbps thuộc nhóm II vì nó cần dữ liệu tốc độ cao chỉ hoạt động được với một số rất ít các đường dây điện thoại rất ngắn nhưng lại làm tăng độ phức tạp và giá thành của modem ANSI cũng xác định tốc độ bit cho cả hai chế độ hoạt động đối xứng và bất đối xứng Bảng 2.4 là tốc độ dữ liệu của VDSL theo ANSI Theo đó tỷ số tốc độ dữ liệu của chiều... 4:1 và 1:1 Bảng 2.3 Tốc độ modem VDSL theo ETSI Modem Class Downstream rate (kbps) Upstream rate (kbps) 6  1024 2  1024 24  1024 4  1024 6  1024 6  1024 12  1024 12  1024 24  1024 24  1024 36  1024 II 2  1024 12  1024 I 34  1024 Bảng 2.4 Tốc độ modem VDSL theo ANSI Loại dịch vụ Downstream rate (Mbps) Upstream rate (Mbps) 52 6,4 Không đối 34 hay 38,2 4,3 xứng 26 3,2 19 2,3 13 1,6 6,5 1,6 . (kbps) I 6  1 024 12  1 024 24  1 024 2  1 024 2  1 024 4  1 024 II 6  1 024 12  1 024 24  1 024 36  1 024 6  1 024 12  1 024 24  1 024 34  1 024 Bảng 2. 4 Tốc độ modem VDSL theo ANSI. nhất Tần số cao nhất 1, 81 3,5 7,0 10 ,1 14 ,0 18 ,068 21 24 ,89 28 ,0 2, 0 4,0 7 ,1 10 ,15 14 ,35 18 ,16 8 21 ,45 24 ,99 29 ,7 Các băng này chồng lên băng truyền dẫn của VDSL nhưng tránh các. Không đối xứng 52 34 hay 38 ,2 26 19 13 6,4 4,3 3 ,2 2, 3 1, 6 Đối xứng 6,5 34 26 19 13 6,5 1, 6 hay 0,8 34 26 19 13 6,5 4,3 2, 3 4,3 2, 3 Hình 2. 11 Ví dụ về NEXT