Đại học quốc gia Hà nội
Tr-ờng đại học công nghệ

Nguyễn Bích Ph-ợng

Sử DụNG Phổ tần số tối -u
trên đ-ờng dây thuê bao số

Luận văn thạc sĩ

Hà Nội - 2006


Đại học quốc gia Hà Nội
tr-ờng đại học công nghệ

Nguyễn Bích Ph-ợng

Sử DụNG Phổ tần số tối -u
trên đ-ờng dây thuê bao số

Ngành: Công nghệ Điện tử viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc
Mã số: 2.07.00

Luận văn thạc sĩ

Ng-ời h-ớng dẫn khoa học:

PGS TS Nguyễn viết
kính

Hà Nội - 2006


MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................ 3
BẢNG VIẾT TẮT ................................................................................................... 7
DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................... 9
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 10
CHƢƠNG I: CƠ SỞ VỀ DSL ................................ Error! Bookmark not defined.
1.1 Sự lựa chọn với DSL: Cáp quang, không dây hay dây đồng ............. Error!
Bookmark not defined.
1.2 Modem thoại và DSLs ............................... Error! Bookmark not defined.
1.3 Các mode truyền dẫn. ................................ Error! Bookmark not defined.
1.3.1

Phƣơng hƣớng: .................................. Error! Bookmark not defined.

1.3.2

Định thời: ........................................... Error! Bookmark not defined.

1.3.3

Kênh .................................................. Error! Bookmark not defined.

1.3.4

Cấu trúc đơn hay đa điểm: ................. Error! Bookmark not defined.


1.4 Thuật ngữ DSL: ........................................... Error! Bookmark not defined.
1.5 Tốc độ và phạm vi đạt đƣợc: ....................... Error! Bookmark not defined.
1.6 Xuyên âm..................................................... Error! Bookmark not defined.
1.7 Cho phép và không cho phép: ...................... Error! Bookmark not defined.
1.8 Cuộc cách mạng truyền dẫn số: .................... Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 2: CÁC LOẠI DSL .............................. Error! Bookmark not defined.
2.1 Dự trữ khi thiết kế DSL ................................ Error! Bookmark not defined.
2.2 Dự báo DSL .................................................. Error! Bookmark not defined.
2.3 ISDN tốc độ cơ bản: ..................................... Error! Bookmark not defined.
2.3.1 Nguồn gốc của ISDN tốc độ cơ bản: ..... Error! Bookmark not defined.
2.3.2 Khả năng và các ứng dụng của ISDN tốc độ cơ bản:Error! Bookmark
not defined.


2.3.3 Truyền dẫn ISDN tốc độ cơ bản: ........... Error! Bookmark not defined.
2.3.4 Đƣờng trục chính số thêm vào: ............. Error! Bookmark not defined.
2.3.5 IDSL ...................................................... Error! Bookmark not defined.
2.4 HDSL ............................................................ Error! Bookmark not defined.
2.4.1 Nguồn gốc HDSL .................................. Error! Bookmark not defined.
2.4.2 Khả năng và các ứng dụng của HDSL: . Error! Bookmark not defined.
2.4.3 Truyền dẫn HDSL ................................. Error! Bookmark not defined.
2.4.2 HDSL thế hệ thứ hai .............................. Error! Bookmark not defined.
2.5 ADSL ............................................................ Error! Bookmark not defined.
2.5.1 Định nghĩa ADSL và mô hình tham chiếuError!

Bookmark

not

defined.

2.5.2 Nguồn gốc ADSL .................................. Error! Bookmark not defined.
2.5.3 Dung lƣợng và ứng dụng ADSL ........... Error! Bookmark not defined.
2.5.3.1 ADSL1, ADSL2 và ADSL3 ........... Error! Bookmark not defined.
2.5.3.2 RADSL ........................................ Error! Bookmark not defined.
2.5.4

Truyền dẫn ADSL ............................. Error! Bookmark not defined.

2.2.5 Tƣơng lai của ADSL. ............................ Error! Bookmark not defined.
2.5.5.1 ADSL + ISDN ................................ Error! Bookmark not defined.
2.5.5.2 Splitterless ADSL (ADSL không có bộ tách):Error!

Bookmark

not defined.
2.6 VDSL ............................................................ Error! Bookmark not defined.
2.6.1 Định nghĩa VDSL và Mô hình tham chiếuError!

Bookmark

not

defined.
2.6.2 Nguồn gốc VDSL .................................. Error! Bookmark not defined.
2.5.5

Khả năng và các ứng dụng VDSL ..... Error! Bookmark not defined.


CHƢƠNG 3: TRUYỀN DẪN QUA CẶP DÂY XOẮN ĐÔIError!


Bookmark

not defined.
3.1 Nguồn gốc cặp dây xoắn đôi ........................ Error! Bookmark not defined.
3.2 Mạng điện thoại và các đặc trƣng thiết bị dây dẫnError!

Bookmark

not

defined.
3.2.4 Kích cỡ dây dẫn: .................................... Error! Bookmark not defined.
3.6 Nhiễu ............................................................ Error! Bookmark not defined.
3.6.1 Nhiễu xuyên âm..................................... Error! Bookmark not defined.
3.6.1.1 Mô hình NEXT ............................... Error! Bookmark not defined.
3.6.1.2 Mô hình FEXT ............................... Error! Bookmark not defined.
3.6.2 Nhiễu âm tần (Radio Noise): ................. Error! Bookmark not defined.
3.6.3 Nhiễu đơn xung. .................................... Error! Bookmark not defined.
3.7 Tƣơng thích phổ: .......................................... Error! Bookmark not defined.
3.7.1 Nhiễu giữa các loại DSL và Multiplexing.Error!

Bookmark

not

defined.
3.7.2 Tự nhiễu ................................................. Error! Bookmark not defined.
3.7.3 Mô hình mật độ phổ công suất nhiễu xuyên âm NEXT và FEXT . Error!
Bookmark not defined.

3.7.3.1 NEXT và FEXT của ISDN ............. Error! Bookmark not defined.
3.7.3.2 NEXT và FEXT của HDSL............ Error! Bookmark not defined.
3.7.3.3 NEXT và FEXT của HDSL............ Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 4:SỬ DỤNG PHỔ TỐI ƢU ................. Error! Bookmark not defined.
4.1. Mã đƣờng đa kênh ....................................... Error! Bookmark not defined.
4.1.1 Dung năng của kênh AWGN................. Error! Bookmark not defined.
4.1.2 Truyền dẫn đa kênh cơ bản ................... Error! Bookmark not defined.
4.1.3 Thuật toán Loading ............................... Error! Bookmark not defined.


4.1.4 Chia kênh: .............................................. Error! Bookmark not defined.
4.1.4.1 Điều chế/Mã hoá Vector................. Error! Bookmark not defined.
4.1.4.2 Đa âm tần rời rạc (DMT)................ Error! Bookmark not defined.
4.1.5 ADSL T1.413 DMT .............................. Error! Bookmark not defined.
4.2 Ảnh hƣởng của nhiễu xuyên âm đến phân bố bit:Error!

Bookmark

not

defined.
4.3 Phƣơng pháp quản lý phổ tối ƣu: ................. Error! Bookmark not defined.
4.3.1 Quản lý phổ: .......................................... Error! Bookmark not defined.
4.3.1.1 Mô hình hệ thống: .......................... Error! Bookmark not defined.
4.3.1.2. Vấn đề quản lý phổ:....................... Error! Bookmark not defined.
4.3.1.3. Các điều kiện ràng buộc: ............... Error! Bookmark not defined.
4.3.1.4. Ánh xạ từ tải bit đến tải năng lƣợngError!

Bookmark


not

defined.
4.3.1.5. Phân tích đối ngẫu (kép) ............... Error! Bookmark not defined.
4.3.1.6. Các miền tốc độ: ............................ Error! Bookmark not defined.
4.3.1.7. Hàm Lagrange: .............................. Error! Bookmark not defined.
4.3.2. Sự quản lý phổ tối ƣu ........................... Error! Bookmark not defined.
4.3.3. Hiệu năng: ............................................ Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN ............................................................ Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 11


BẢNG VIẾT TẮT
ADSL

Asymmetric Digital Subscriber Line

AMI

Alternate Mark Inversion

ATM

Asynchronous Transfer Mode

AWG

American Wire Gauge

BER


Bit Error Rate

BRI

Basic Rate ISDN

CAP

Carrierless AM/PM

DLC

Digital Loop Carrier

DMT

Discrete Multi-Tone

DSL
DSM

Digital Subscriber Line
Dynamic spectrum management

ECH

Echo Cancel Hybrid

ETSI


European Telecommunications Standards Institute

FDM

Frequency Division Multiplexing

FEC

Forward Error Control

FEQ

Frequency-domain Equalizer

FEXT

Far-End Crosstalk

FSK

Frequency Shift Keying

HDSL

High-bit-rate Digital Subscriber Line

IDSL

ISDN DSL


ISDN

Integrated Services Digital Network

ISI

Inter-Symbol Interference

ITU

The Internetional Telecommunications Union

IW

Iterative waterfilling

LAN

Local Area Network

LPF

Low pass Filter

MCM

Multi-Code Modulation

MPEG


Motion Picture Experts Group

NEXT

Near-End Crosstalk

OFDM

Othor Frequency Division Multiplexing

PCM

Pulse Code Modulation

POST

Plain Old Telephone Servicw

PSD

Power Spectral Density


PSK

Phase shift Keying

PSTN


Public Switched Telephone Network

QAM

Quadrature Amplitude Modulation

RADSL

Rate Adaptive Digital Subscriber Line

SNR
SSM

Signal to Noise Ratio
Static spectrum management

TCM

Time Compression Multiplexing

TCP/IP

Transfer Control Protocol/Internet Protocol

VDSL

Very-high bit rate Digital Subscriber Line

VLSI


Very Large Scale Intergrated


DANH MỤC HÌNH VẼ
Số thứ tự

Trang

Hình 1.1: Hình tham chiế u modem thoạ i.

11

Hình 1.2: Mô hình tham chiế u DSL

12

Hình 1.3 Mô hình tham chiế u DSL với mạ ch vòng số

14

Hình 1.4 . Mô hình tham chiế u DSL với bộ lặ p mở rộ ng giữa đ ường.

14

Hình 1.5. Quá trình tă ng tố c đ ộ bit trong truyề n dẫ n dữ liệ u.

15

Hình 2.1. Đường trụ c chính số thêm và o


26

Hình 2.2. Hệ thố ng truyề n dẫ n song công đ ố i ngẫ u HDSL

28

Hình 2.3. Song công đ ơ n HDSL

30

Hình 2.4. Đơn công đ ố i ngẫ u

30

Hình 2.5. Song công đ ố i ngẫ u HDSL

30

Hình 2.6. Mô hình tham chiế u ADSL

32

Hình 2.7. Truyề n dẫ n hai chiề u giới hạ n bởi tầ n số thấ p

34

Hình 2.8: FDM ADSL

34


Hình 2.9: ECH ADSL

35

Hình 3.1. Minh hoạ nhiễ u xuyên âm

39

Hình 4.1 Đị nh nghĩ a đ a âm tầ n cơ bả n

47

Hình 4.2. ả nh hưởng củ a NEXT đ ế n phân bố bit

53

Hình 4.3. Chia đ a kênh thông thường cho thời gian rời rạ c.

54

Hình 4.4 Bộ cân bằ ng tầ n số (FEQ)

58

Hình 4.5: Mậ t đ ộ phổ công suấ t NEXT

60

Hình 4.6: Phân bố tố c đ ộ bit/ tổ ng công suấ t NEXT.


60

Hình 4.7: Phân bố bit theo số người sử dụ ng

60

Hình 4.8: Phân bố bít trên kênh khi chưa tính đ ế n ả nh hưởng củ a NEXT

60

Hình 4.9: ả nh hưởng củ a NEXT đ ế n phân bố bit

60

Hình 4.10: Ví dụ về miề n tố c đ ộ

65

Hình 4.11: Giả thiế t về ADSL hướng truyề n xuố ng

68

Hình 4.12: Miề n tỉ lệ

69

Hình 4.13. PSDs on CO line

70


Hình 4.14. PSDs on RT line

70


MỞ ĐẦU
Các nhà khoa học đã từng nói về tƣơng lai khi mà mỗi ngƣời sẽ truy cập tức thì
đến dữ liệu trên toàn thế giới. Nhƣ trong hội nghị video trực tuyến, xem các bản tin trên
đài, chỉ là 2 trong số rất nhiều các dịch vụ khác. Khi cách nhìn này trở thành hiện thực,
một cơ sở hạ tầng thông tin trải rộng toàn cầu phải đƣợc xây dựng để gửi nguồn thông tin
tới khách hàng với chi phí thấp. Cái gì kết nối giữa các gia đình với công sở, doanh
nghiệp trong thế giới công nghiệp hoá? Đƣờng điện thoại kết nối tới 700 triệu địa điểm
mỗi ngày.Tốc độ dữ liệu vài kbits/s có thể thực hiện đƣợc qua đƣờng điện thoại bằng
modem quay số. Điều này đủ để đáp ứng yêu cầu về Internet nhƣng không đủ để thoả
mãn yêu cầu thông tin trực tiếp. Tƣơng tự nhƣ vậy, các ứng dụng về âm thanh và hình
ảnh ở tốc độ dữ liệu modem quay số, càng cách xa các yêu cầu này thêm nữa.
Công nghệ đƣờng dây thuê bao số (DSL) cho phép truyền dẫn số tốc độ cao qua
đƣờng điện thoại truyền thống. Cơ sở hạ tầng thông tin quảng bá toàn cầu dựa trên đƣờng
điện thoại và nó dựa trên công nghệ DSL. Sự biến đổi của truy cập đƣờng điện thoại bắt
đầu, cùng với nó là hàng năm thêm hàng tỷ đô la Mỹ đầu tƣ vào thiết bị DSL.
Thực hiện những điều không thể, là phần thƣởng tuyệt vời nhất của các kỹ sƣ. Do
đó, phát triển đƣờng dây thuê bao số đã trở thành phần thƣởng lớn nhất. Trong 1975,
ngƣời ta cho rằng 20Kbit/s là tốc độ dữ liệu cao nhất có thể truyền qua đƣờng điện thoại.
Sau đó, phá bỏ định nghĩa trong truyền dẫn số đƣợc thực hiện bởi sự cải tiến to lớn trong
mạch tích hợp cỡ lớn và xử lý tín hiệu số. Bộ thu phát đƣợc thiết kế rất độ phức tạp (ở
thời điểm đó) cho phép đạt đƣợc 144kb/s. ISDN tốc độ cơ bản (BRI) truyền qua hầu hết
các các đƣờng dây điện thoại. Các chuyên gia lúc ấy nói rằng nó rất gần với dung lƣợng
giới hạn của đƣờng điện thoại. Nhƣng hàng rào này đƣợc phá bỏ bởi 1.5Mb/s DSL tốc độ
bit cao (HDSL). Tiếp theo là 6Mb/s DSL bất đối xứng (ADSL). và 52Mb/s DSL tốc độ
cực cao (VDSL).[1]

Yêu cầu của hệ thống liên lạc có tốc độ dữ liệu cao đã đƣợc phát triển từ việc
nghiên cứu hiệu ứng quang phổ, hiệu suất cao, và cách điều chế mạnh. Một phƣơng pháp
đáp ứng yêu cầu trên, là điều chế đa sóng mang (MCM) với kĩ thuật phổ biến là Điều chế
đa âm tần rời rạc (DMT). Tuy nhiên vấn đề nổi bật nhất trong hệ truyền dẫn DMT-MCM
là tốc độ truyền dẫn. Để có tốc độ truyền dẫn cao thì tổng số bit đƣợc phân phối trên toàn
kênh phải lớn, tƣơng ứng là các bit đƣợc phân bố trên mỗi kênh phải lớn. Tín hiệu truyền


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1]Nguyễn Bích Phƣợng, “Ảnh hưởng của nhiễu xuyên âm đến phân bố bit trong điều chế đa âm
tần rời rạc”, trang 3-5, Tạp chí khoa học và Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, trang 119124, Số 02/2005
Tiếng Anh
[2] D.Chrissan. “One DSL for universal service”. Technical report. Texas Instruments, June.
2004. White paper.
[3] J. Proakis. “Digital communication”- McGrow Hill. 2001

[4] K. J. Kerpez and S. Galli, “Methods of summing crosstalk from mixedsources—Part
II: Performance results,” IEEE Trans. Commun., to be published.
[5] John A.C. Bingham, “ADSL, VDSL, and Multicarrier Modulation”,pp.38-58, A WileyInterscience Publication.
[6] Achankeng Leke, “Dynamic bandwidth optimization for multicarrier systems”, pp.7-29.
[7] Liang C.Chu,”ADSL system Enhancement ­ith Multiuser Detection”,pp 22.
[8] S. Galli and K. J. Kerpez, “Methods of summing crosstalk from mixed sources—Part I:
Theoretical analysis,” IEEE Trans. Commun., vol. 50,pp. 453–461, Mar. 2002.
[9] Thomas Starr, John M.Cioffi, Peter J. Silverman, “Understanding Digital Subcriber Line
Technology”, pp 4-234.
[10]. Raphael Cendrillon, Marc Moonen, Jan Verliden, Tom Bostoen, Wei Yu, “Optimal Multiuser Spectrum Management for Digital Subscriber Lines”, pp. 1-5
[11] R. Cendrillon, W. Yu, and M. Moonen, “Optimal Multi-user Spectrum Management for
Digital Subscriber Lines,” Submitted to IEEE Trans. Commun., available at
www.geocities.com/raphael_cendrillon, 2003.