1 Đường dây thuê bao số bất đối xứng ADSL

Phần 3 ứng dụng của OFDM



Đồ án tốt nghiệp



trọng 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 đa ra.

Trong đó đờng dây thuê bao số bất đối xứng ADSL (Asymmetric Digital

Subscriber Line) là công nghệ đợc phát triển và ứng dụng nhiều nhất vì nó tơng thích với các hệ thống hiện tại và phù hợp với nhu cầu của ngời sử dụng.

ADSL truyền tải cả thông tin số và tơng tự trên một đôi dây đồng. Kênh

truyền dẫn ADSL có thể đợc chia thành nhiều kênh số liệu tốc độ cao và cùng

lúc phục vụ cho cả dịch vụ thoại. Các kênh hớng xuống có thể đạt tốc độ 1,5 ữ

8 Mbit/s và kênh hớng lên từ 16 kbit/s ữ 1,5 Mbit/s. Mỗi kênh số liệu có thể

phân chia nhỏ hơn thành nhiều kênh tốc độ thấp hơn nếu cần (ví dụ một kênh

cho truyền hình số và một kênh để truy nhập Internet). Tốc độ truyền số liệu

tối đa của các modem ADSL thay đổi tuỳ khoảng cách từ thuê bao tới tổng

đài, các mức nhiễu, cầu nối rẽ và chất lợng đờng dây.



6.1.2 Đặc tính của kênh truyền

ADSL sử dụng đôi dây đồng truyền thống của điện thoại tơng tự. Tín

hiệu truyền đi trên đờng dây đồng chịu tác động của môi trờng tạp âm của bản

thân mạch vòng dây đồng và các can nhiễu điện từ khác từ bên ngoài:

- 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

đợc gọi là tạp âm trắng. Tạp âm nhiệt gây ra do chuyển động của các

electron trong đờng dây có thể coi nh tạp âm trắng có phân bố

Gaussian đợc gọi là tạp âm Gausian trắng cộng AWGN (Additive

White Gaussian Noise). Tạp âm này ảnh hởng độc lập lên từng kí

hiệu đợc truyền hay nói cách khác chúng đợc cộng với tín hiệu bản

tin.

- Xuyên âm: Xuyên âm xảy ra khi tín hiệu từ các đôi dây kế cận gây

nhiễu với nhau. Thành phần xuyên âm tiếp tục truyền theo hớng ban

84



Phần 3 ứng dụng của OFDM



Đồ án tốt nghiệp



đầu gọi là xuyên âm đầu xa FEXT (Far End Crosstalk). Thành phần

xuyên âm truyền ngợc lại tới đầu phát gọi là xuyên âm đầu gần

NEXT (Near End Crosstalk). NEXT có ảnh hởng lớn hơn FEXT đối

với truyền dẫn hai chiều đối xứng vì FEXT bị suy hao trong suốt

chiều dài truyền dẫn trong khi NEXT chỉ đi qua một khoảng cách

nhỏ rồi quay trở lại đầu phát. Một dạng đặc biệt của NEXT là nhiễu

trong một đôi dây kế cận có cùng dạng tín hiệu truyền dẫn, đợc gọi là

self-NEXT (tự xuyên âm). Vì đôi dây đồng thờng nằm trong một bó

cáp nhiều đôi với chiều dài mạch vòng ngắn nên ảnh hởng của xuyên

âm đầu gần rất lớn.

Đôi dây 1

NEXT



FEXT

Đôi dây 2



Hình 6-1 Xuyên âm đầu gần và xuyên âm đầu xa

- Nhiễu tần số vô tuyến : Các đờng dây xoắn đôi cân bằng chỉ đợc thiết

kế để truyền thoại nên chỉ chống đợc ảnh hởng của các tín hiệu tần

số vô tuyến ở tần số làm việc thấp. Còn hệ thống ADSL làm việc với

tần số cao thì sự cân bằng bị giảm nên bị các tín hiệu tần số vô tuyến

có thể xâm nhập. Mức độ nhiễu phụ thuộc vào khoảng cách nguồn

nhiễu tới mạch vòng. Những nguồn nhiễu chính thuộc loại này là các

hệ thống vô tuyến quảng bá điều biên AM và các hệ thống vô tuyến

nghiệp d. Các trạm vô tuyến AM phát quảng bá trong dải tần từ

560ữ1600 KHz. Tuy nhiên do tần số làm việc của các trạm này là cố

định nên nhiễu do chúng gây ra có thể dự đoán đợc. Ngợc lại, nhiễu

vô tuyến nghiệp d lại không đoán trớc đợc vì tần số làm việc thay đổi

và có nhiều mức công suất phát.



85



Phần 3 ứng dụng của OFDM



Đồ án tốt nghiệp



- Tạp âm xung: sinh ra do giao thoa điện từ tức thời. Ví dụ khi có bão

sét, thiết bị trong nhà bật, tắt... Tạp âm xung có thể kéo dài từ vài às

tới vài ms.

Để truyền dẫn tốc độ cao trong đờng truyền có nhiễu và tạp âm nh trên,

kỹ thuật điều chế đa tần rời rạc DMT (Discrete Multi-Tone) đã đợc chọn làm

chuẩn điều chế của ADSL. Kỹ thuật điều chế đa tần rời rạc DMT cũng là một

kỹ thuật điều chế đa sóng mang trực giao OFDM nhng với số lợng sóng mang

không nhiều. Sở dĩ DMT đợc chọn vì những lý do sau:

- Khả năng chống nhiễu tốt nên thông lợng cao hơn: Về nguyên tắc thì

DMT và CAP (Carrierless Aplitude Phase modulation) là kỹ thuật

điều chế biên độ pha không sóng mang đợc sử dụng trớc đó trong hệ

thống ADSL, đạt đợc thông lợng nh nhau trên cùng một kênh. Nhng

thực tế thì có sự khác nhau giữa kiến trúc máy thu và phát cũng nh

các giới hạn thực thi đã ảnh hởng tới hiệu năng của mỗi hệ thống.

Trên đờng 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 đợc. DMT xử lý các kênh con

độc lập với trạng thái đờng dây. DMT đo tỷ số S/N cho mỗi kênh con

và dựa vào đó để gán cho mỗi kênh con một số bit nhất định. Những

tần số thấp thờng mang số bit nhiều hơn tần số cao do bị suy hao ít

hơn. Kết quả là thông lợng đờng truyền tăng lên ngay cả khi trạng

thái đờng dây xấu.

- Khả năng đáp ứng tốc độ số liệu linh động theo trạng thái đờng dây:

Mỗi kênh con mang một số bit nhất định phụ thuộc tỷ số S/N của

kênh đó. Bằng cách điều chỉnh số bit/kênh, DMT có thể tự động điều

chỉnh tốc độ số liệu với bớc điều chỉnh nhỏ nhất là 32 kbit/s. Trong

khi đó CAP cũng có khả năng điều chỉnh tốc độ nhng với bớc điều

chỉnh 640 kbit/s nên kém linh động hơn so với DMT.



86



Phần 3 ứng dụng của OFDM



Đồ án tốt nghiệp

Mức nhiễu



Số bit / kênh

Không sử dụng



RFI

Xuyên âm



f



f



Hình 6-2 Khả năng thích ứng của DMT với đờng truyền

- Công suất tiêu thụ ít hơn: Do DMT đo chất lợng đờng truyền trong

từng khoảng tần số nên có thể tránh những khoảng tần số bị nhiễu

mạnh dẫn tới giảm công suất tiêu thụ của hệ thống.

- Tơng 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 hởng 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 tợng này, một tiêu chuẩn đa 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 hớng lên và hớng xuống. DMT

đáp ứng đợc tiêu chuẩn này và không gây nhiễu cho các hệ thống

khác.



6.1.3 Hệ thống ADSL

Dữ liệu sau khi đợc đóng khung đợc đa vào mã hóa để phát hiện và sửa

lỗi ở phía thu. ADSL cũng sử dụng chuỗi mã hóa gồm mã khối, mã vòng xoắn

và cài xen nh đã đề cập. Tiếp đó tín hiệu sẽ đợc kết hợp với Pilot rồi qua bộ

biến đổi dữ liệu nối tiếp thành những dòng số song song có tốc độ thấp hơn.

Các dòng số song song này sẽ đợc điều chế QAM (QAM mapping) và thực

hiện thuật toán IFFT để điều chế DMT. Sau đó các tín hiệu đã điều chế sẽ đợc

biến đổi thành nối tiếp và chèn thêm khoảng bảo vệ CP (cyclic prefix) để

87



Phần 3 ứng dụng của OFDM



Đồ án tốt nghiệp



chống ISI, đồng bộ khung. Cuối cùng tín hiệu số đợc qua bộ DAC biến đổi

thành tín hiệu tơng tự để truyền đi.

Dữ liệu



Mã hóa



Thích ứng

đường

truyền



Chèn

Pilot



Cài xen



Biến đổi

D/A



Chèn

khoảng

bảo vệ



Nối tiếp

sang

song song



Song song

sang

nối tiếp



Điều chế

QAM



IFFT



Hình 6-3 Sơ đồ khối bộ điều chế DMT

Do đáp ứng tần số của kênh truyền là thay đổi theo thời gian và cần đợc

đánh giá, để đánh giá đợc hệ số suy hao và thời gian trễ tại mỗi thời điểm ngời

ta tiến hành chèn vào đó những kí hiệu đặc biệt tại những thời điểm và tần số

định trớc một cách định kỳ mà cả phía phát và thu đều đã biết, kí hiệu này đợc

gọi là Pilot. Phía thu căn cứ vào độ lớn và khoảng cách giữa các Pilot thu đợc

để đánh giá chất lợng của kênh truyền.

Phía thu đợc thực hiện ngợc lại so với phía phát, tín hiệu thu đợc sẽ cho

đi qua bộ biến đổi ADC rồi biến đổi thành những dòng bit song song đa 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 đợc tiến

hành giải mã để thu đợc dòng số ban đầu.

Đồng bộ

tần số và thời gian



Lọc



Dữ liệu ra



Biến đổi

A/D



Loại

khoảng

bảo vệ



Nối tiếp

sang

song song



FFT



Giải mã

và giải

cài xen



Đánh giá

kênh



Song song

sang

nối tiếp



Giải

điều chế

QAM



Hình 6-4 Sơ đồ khối bộ giải điều chế DMT



88



Phần 3 ứng dụng của OFDM



Đồ án tốt nghiệp



Trong ADSL tốc độ truyền hớng lên và hớng xuống là khác nhau do đó

các tham số của các bộ điều chế và giải điều chế DMT cũng khác nhau:

Hớng lên

32

64 điểm

4 mẫu

275 kHz

138 kHz



Số sóng mang

Biến đổi Fourier

Khoảng bảo vệ

Tần số lấy mẫu

Băng thông



Hớng xuống

256

512 điểm

32 mẫu

2,208 MHz

1,104 MHz



Các thông số của bộ điều chế DMT

ADSL thực hiện song công băng phơng thức triệt tiếng vọng nh đã trình

bày ở chơng 3. Trong kỹ thuật triệt tiếng vọng EC thì dải tần hớng lên đợc đặt

trong dải tần hớng xuống và phải dùng một bộ khử tiếng vọng để phân tách đờng thu và đờng phát. Việc thực hiện song công ở cùng một băng tần số tại

một thời điểm cho phép sử dụng băng tần một cách có hiệu quả, nhng bù lại

phơng thức này khá phức tạp và đắt tiền.

PSD



Hướng Xuống



POTS



Hướng

lên



0



4



25



f (kHz)

138



1104



Hình 6-5 Phân bố dải tần trong ADSL



6.2



Truyền thông qua đờng dây tải điện PLC



6.2.1 Giới thiệu PLC

Truyền thông qua đờng dây tải điện PLC (Power Line Communication)

là công nghệ cho phép truyền tin tức (thoại, số liệu...) đồng thời với dòng điện

cung cấp điện năng trên đờng dây tải điện. Công nghệ PLC cho phép mở ra

89



Phần 3 ứng dụng của OFDM



Đồ án tốt nghiệp



một phơng tiện truyền dẫn mới có những u điểm đặc biệt so với các phơng tiện

truyền thống.

Đờng dây điện tồn tại rộng khắp bất cứ một nớc nào và có thể cung cấp

phơng tiện thông tin nhanh và tin cậy vì bản chất sẵn có của chúng. Chúng có

thể cung cấp môi trờng thông tin với tốc độ số liệu hàng Mbps và vì vậy có thể

cung cấp một giải pháp hiệu quả về mặt chi phí. Tuy nhiên, đờng dây điện cha

bao giờ thật sự đợc thiết kế cho mục đích truyền dẫn. Khó khăn trong việc

truyền dẫn trên đờng dây điện là mức tạp âm cao, suy hao tín hiệu và

méo lớn, và tín hiệu tần số lớn không có khả năng phân phối qua trạm

biến áp. Thông tin đờng dây điện có tiềm năng lớn trong các ứng dụng thông

tin băng rộng và có thể đợc xem là lựa chọn kinh tế so với truyền dẫn thông

tin băng rộng bằng cáp sợi quang và vệ tinh. Với kỹ thuật điều chế hiện đại

nh kỹ thuật trải phổ và kỹ thuật điều chế phân chia theo tần số trực giao

OFDM có thể khắc phục và hạn chế đợc vấn đề nhiễu, tạp âm, đa đờng và cải

thiện tỉ lệ lỗi bit là những khó khăn chủ yếu của vấn đề truyền thông trên đờng

dây điện. Vì vậy, trong tơng lai không xa, đờng dây điện hoàn toàn có thể trở

thành một phơng tiện truyền dẫn hiệu quả và tin cậy.



6.2.2 Đặc tính của kênh truyền

Đờng dây điện và các mạng liên quan không đợc thiết kế cho mục đích

truyền thông. Mức tạp âm, suy hao cáp ở tần số hoạt động là rất lớn. Các tham

số kênh quan trọng chẳng hạn nh trở kháng và sự suy hao biến đổi không xác

định theo thời gian. Đó là thách thức lớn nhất của công nghệ PLC.

6.2.2.1 Tạp âm và nhiễu

Nguồn gây tạp âm phổ biến trên mạng truyền tải điện năng gồm có sự

phóng điện hoa, chớp, sét, các thiết bị đóng ngắt mạch .v.v... Trên mạng điện

hạ thế, nhiều nguồn gây tạp âm này bị lọc ở trạm biến áp trung, hạ thế, vì vậy

nhiễu phổ biến nhất trên mạng hạ thế là các đồ dùng gia dụng và các thiết bị



90