Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL

Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 1 - CHƯƠNG I MẠNG TRUY NHẬP 1.1 Tổng quan: Điện thoại được nhà khoa học người Mỹ Alexander Graham Bell phát minh từ năm 1876. Tuy nhiên, phải khoảng từ năm 1890 mạng điện thoại mới bắt đầu được triển khai tương đối rộng rãi. Cùng với sự xuất hiện của mạng thoại công cộng PSTN là sự đột phá của các phương tiện thông tin liên lạc thời bấy giờ. Như vậy, có thể coi mạng truy nhập ra đời vào khoảng năm 1890. Trong suốt nhiều thập kỷ đầu thế kỷ 20 mạng truy nhập không có sự thay đổi đáng kể nào, mặc dù mạng chuyển mạch đã thực hiện bước tiến dài từ tổng đài nhân công đến các tổng đài cơ điện và tổng đài điện tử. Mạng truy nhập thuê bao truyền thống được mô tả trên hình I.1 Hình I.1: Cấu trúc mạng truy nhập thuê bao truyền thống Mạng truy nhập nằm giữa tổng đài nội hạt và thiết bị đầu cuối của khách hàng, thực hiện chức năng truyền dẫn tín hiệu. Tất cả các dịch vụ khách hàng có thể sử dụng được xác định bởi tổng đài nội hạt (chính là nút dịch vụ). Mạng truy nhập có vai trò hết sức quan trọng trong mạng viễn thông và là phần tử quyết định trong mạng thế hệ sau. Mạng truy nhập là phần lớn nhất của bất kỳ mạng viễn thông nào, thường trải dài trên vùng địa lý rộng lớn. Theo đánh giá của nhiều chuyên gia, chi phí xây dựng mạng truy nhập chiếm ít nhất là một nửa chi phí xây dựng toàn bộ mạng viễn thông. Mạng truy nhập trực tiếp kết nối hàng nghìn, thậm chí hàng chục, hàng trăm nghìn thuê bao với mạng chuyển mạch. Đó là con đường duy nhất để cung cấp các dịch vụ tích hợp như thoại và dữ liệu. Chất lượng và hiệu năng của mạng truy nhập ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng cung cấp dịch vụ của toàn bộ mạng viễn thông. 1.1.1 Các vấn đề của mạng truy nhập truyền thống: Sau nhiều thập kỷ gần như không có sự thay đổi đáng kể nào trong cấu trúc cũng như công nghệ, mạng truy nhập thuê bao đang chuyển mình mạnh mẽ trong nhiều năm gần đây. Với sự phát triển nhanh chóng của các công nghệ và dịch vụ viễn thông, Mạng truy nhập Phân phối Thuê bao Tủ/ hộp cáp Tổng đài nội hạt Giá đấu dây chính backbone Lối vào Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 2 - những tồn tại trong mạng truy nhập truyền thống ngày càng trở nên sâu sắc hơn. Các vấn đề này có thể tạm phân loại như sau: Thứ nhất, với sự phát triển của các mạch tích hợp và công nghệ máy tính, chỉ một tổng đài duy nhất cũng có khả năng cung cấp dịch vụ cho thuê bao trong một vùng rất rộng lớn. Thế nhưng “vùng phủ sóng”, hay bán kính hoạt động của mạng truy nhập truyền thống tương đối hạn chế, thường dưới 5 km. Điều này hoàn toàn không phù hợp với chiến lược phát triển mạng là giảm số lượng, đồng thời tăng dung lượng và mở rộng vùng hoạt động của tổng đài. Thứ hai, mạng truy nhập thuê bao truyền thống sử dụng chủ yếu là tín hiệu tương tự với giải tần hẹp. Đây là điều cản trở việc số hoá, mở rộng băng thông và tích hợp dịch vụ. Thứ ba, theo phương phức truy nhập truyền thống, mỗi thuê bao cần có một lượng khá lớn cáp đồng kết nối với tổng đài. Tính trung bình mỗi thuê bao có khoảng 3 km cáp đồng. Hơn nữa bao giờ cáp gốc cũng được lắp đặt nhiều hơn nhu cầu thực tế để dự phòng. Như vậy tính ra mỗi thuê bao có ít nhất một đôi cáp cho riêng mình nhưng hiệu suất sử dụng lại rất thấp, do lưu lượng phát sinh của phần lớn thuê bao tương đối thấp. Vì vậy mạng truy nhập thuê bao truyền thống có chi phí đầu tư cao, phức tạp trong duy trì bảo dưỡng và kém hiệu quả trong sử dụng. 1.1.2 Mạng truy nhập hiện đại dưới quan điểm của ITU-T: 1.1.2.1 Định nghĩa: Theo các khuyến nghị của ITU-T(Liên minh viễn thông quốc tế phát triển các tiêu chuẩn quốc tế), mạng truy nhập hiện đại được định nghĩa như trên hình I.2. Theo đó mạng truy nhập là một chuỗi các thực thể truyền dẫn giữa SNI (Service Node Interface – Giao diện nút dịch vụ) và UNI (User Network Interface – Giao diện người sử dụng - mạng). Mạng truy nhập chịu trách nhiệm truyền tải các dịch vụ viễn thông. Giao diện điều khiển và quản lý mạng là Q. Hình I.2:Kết nối mạng truy nhập với các thực thể mạng khác PSTN ISDN DDN ... POTS ISDN V.24 V.35 Leased Mạng truy nhập Q UNI – Giao diện người sử dụng - mạng SNI – Giao diện nút dịch vụ Thuê bao Thực thể mạng Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 3 - Thiết bị đầu cuối của khách hàng được kết nối với mạng truy nhập qua UNI, còn mạng truy nhập kết nối với nút dịch vụ (SN – Service Node) thông qua SNI. Về nguyên tắc không có giới hạn nào về loại và dung lượng của UNI hay SNI. Mạng truy nhập và nút dịch vụ đều được kết nối với hệ thống TMN (telecom management network) qua giao diện Q. Để giải quyết các vấn đề tồn tại trong mạng truy nhập truyền thống, một trong những giải pháp hợp lý là đưa thiết bị ghép kênh và truyền dẫn vào mạng truy nhập. 1.1.2.2 Mạng truy nhập ngày nay: Sự thay đổi của cơ cấu dịch vụ là yếu tố then chốt ảnh hưởng đến sự phát triển của mạng truy nhập. Khách hàng yêu cầu không chỉ là các dịch vụ thoại/ fax truyền thống, mà cả các dịch vụ số tích hợp, thậm chí cả truyền hình kỹ thuật số độ phân giải cao. Mạng truy nhập truyền thống rõ ràng chưa sẵn sàng để đáp ứng các nhu cầu dịch vụ này. Từ những năm 90 mạng truy nhập đã trở thành tâm điểm chú ý của mọi người. Thị trường mạng truy nhập đã thực sự mở cửa. Cùng với những chính sách tự do hoá thị trường viễn thông của phần lớn các quốc gia trên thế giới, cuộc cạnh tranh trong mạng truy nhập ngày càng gay gắt. Các công nghệ và thiết bị truy nhập liên tiếp ra đời với tốc độ chóng mặt, thậm chí nhiều dòng sản phẩm chưa kịp thương mại hoá đã trở nên lỗi thời. Nhìn từ khía cạnh môi trường truyền dẫn, mạng truy nhập có thể chia thành hai loại lớn, có dây và không dây (vô tuyến). Mạng có dây có thể là mạng cáp đồng, mạng cáp quang, mạng cáp đồng trục hay mạng lai ghép. Mạng không dây bao gồm mạng vô tuyến cố định và mạng di động. Dĩ nhiên không thể tồn tại một công nghệ nào đáp ứng được tất cả mọi yêu cầu của mọi ứng dụng trong tất cả các trường hợp. Điều đó có nghĩa rằng mạng truy nhập hiện đại sẽ là một thực thể mạng phức tạp, có sự phối hợp hoạt động của nhiều công nghệ truy nhập khác nhau, phục vụ nhiều loại khách hàng khác nhau trong khu vực rộng lớn và không đồng nhất. Mạng truy nhập quang (Optical access network - OAN) là mạng truy nhập sử dụng phương thức truyền dẫn quang. Nói chung thuật ngữ này chỉ các mạng trong đó liên lạc quang được sử dụng giữa thuê bao và tổng đài. Các thành phần chủ chốt của mạng truy nhập quang là kết cuối đường dẫn quang (optical line terminal - OLT) và khối mạng quang (optical network unit - ONU). Chức năng chính của chúng là thực hiện chuyển đổi các giao thức báo hiệu giữa SNI và UNI trong toàn bộ mạng truy nhập. Người ta phân biệt ba loại hình truy nhập quang chính: Fiber to the curb (FTTC), Fiber to the building (FTTB), Fiber to the home (FTTH) và fiber to the office (FTTO). Cho tới nay trên thế giới có một khối lượng rất lớn cáp đồng đã được triển khai. Theo một số nghiên cứu về mạng truy nhập, hiện nay cáp đồng vẫn là môi trường truyền dẫn chính trong mạng truy nhập, chiếm tới khoảng 94%. Việc tận dụng cơ sở hạ tầng rất lớn này là rất cần thiết và có lợi. Các công nghệ đường dây thuê bao kỹ thuật số (DSL) chính là giải pháp cho vấn đề này. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 4 - Ngoài các công nghệ truy nhập có dây, các phương thức truy nhập vô tuyến cũng phát triển rất mạnh. Các mạng di động GSM, CDMA đã có tới hàng trăm triệu thuê bao trên khắp thế giới. Các phương thức truy nhập vô tuyến cố định cũng ngày càng trở nên thông dụng hơn, do những lợi thế của nó khi triển khai ở các khu vực có địa hình hiểm trở hay có cơ sở hạ tầng viễn thông kém phát triển. Ở các đô thị lớn dịch vụ vô tuyến cố định cũng phát triển, đặc biệt khi nhà khai thác cần tiếp cận thị trường một cách nhanh nhất. 1.2 Các phương thức truy nhập mạng dữ liệu (Internet) hiện nay: Lưu lượng dữ liệu, đặc biệt là lưu lượng IP đang tăng trưởng một cách chóng mặt. Trong khi đó lưu lượng thoại có mức độ tăng trưởng khá khiêm tốn, từ 10-25% ở các nước đang phát triển và gần như không tăng trưởng ở các nước tiến tiến. Chính vì vậy, mạng truy nhập ngày nay phải được thiết kế xây dựng để đáp ứng tốt nhất nhu cầu các dịch vụ dữ liệu của khách hàng. ISDN có thể nói là một nỗ lực rất lớn của toàn nghành công nghiệp viễn thông, từ các nhà cung cấp thiết bị đến các nhà khai thác trên toàn thế giới với mục tiêu tích hợp dịch vụ thoại và số liệu. Phổ biến nhất hiện nay vẫn là modem tương tự, truy nhập mạng dữ liệu bằng dial- up. Ngoài ra còn có các công nghệ khác, như kênh thuê riêng, luồng E1/T1, modem cáp, MMDS, LMDS và các công nghệ sử dụng vệ tinh như DirectPC... 1.2.1 ISDN và B-ISDN: Tương lai của ISDN đã được dự báo từ bảy năm trước. Thị trường thiết bị ISDN không năng động do giá thành thiết bị quá cao, trong khi đó số lượng bán ra rất hạn chế. ISDN (Integrated Service Digital Network) là mạng (số) đa dịch vụ. ISDN lần đầu tiên được CCITT đề cập đến trong một khuyến nghị của mình vào năm 1977. Năm 1985 AT&T thử nghiệm ISDN lần đầu tiên tại Hoa Kỳ. Tuy nhiên, ISDN phát triển chậm ở Hoa Kỳ do sự không thống nhất trong cách triển khai theo CCITT của AT&T và Nortel. ISDN phá sản ngốn của 20 quốc gia khoảng 50 tỷ đô-la Mỹ. Nguyên lý của ISDN là cung cấp các dịch vụ thoại và số liệu chung trên một đường dây thuê bao kỹ thuật số. Dùng ISDN ở tốc độ giao tiếp cơ sở ( BRI: Basic Rate Interface) cho phép truyền dữ liệu và thoại trên 2 kênh B ( Binary channel) 64 kbps và 1 kênh D ( Digital channel) 16 kbps. Mỗi đường dây ISDN ở BRI có thể bố trí tối đa 8 thiết bị đầu cuối và cùng một lúc có thể thực hiện được nhiều cuộc gọi khác nhau.Dùng ISDN cho phép khách hàng sử dụng các dịch vụ mới như dịch vụ khẩn cấp ( báo trộm, báo cháy,...), dịch vụ ghi số điện -nước –gas, dịch vụ quay số trực tiếp vào tổng đài nội bộ, dịch vụ địa chỉ phụ....Các thiết bị cũ cuả mạng điện thoại PSTN (mạng chuyển mạch thoại công cộng ) vẫn dùng được với ISDN qua một bộ thích ứng đầu cuối TA (Terminal Adaptor). Giao tiếp tốc độ sở cấp (PRI: Primary rate interface) tương đương với các đường truyền T1 và E1 với một kênh D là 64 kbps còn các kênh B còn lại cũng có tốc độ 64 kbps. Ngoài ra người ta còn định nghĩa các kênh H trên PRI với H0 là 6B, H10 là 23B, H11 là 24B và H12 là 30B. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 5 - Vấn đề lớn nhất của ISDN là sau hơn 20 năm phát triển là nó đáp ứng được hay không kịp nhu cầu của khách hàng. Tại châu Âu ISDN đã phát triển rộng rãi và các văn phòng chi nhánh, những người làm việc xa công ty (telecommuter) đã sử dụng ISDN hiệu quả trong nhiều năm. Dù sao ISDN vẫn không phải là dịch vụ tự động 128 kbps mà nó chỉ là hai kênh 64 kbps. Nếu muốn sử dụng đầy đủ dung lượng 128 kbps của đường dây ISDN thì phải mua thêm phải mua thêm một bộ thích ứng đầu cuối để nhập 2 kênh 64 kbps lại. ISDN không phải là công nghệ có thể ứng dụng riêng cho thuê bao mà toàn bộ tổng đài phải được lắp đặt thiết bị ISDN. Yêu cầu đầu tiên là tổng đài phải sử dụng kỹ thuật chuyển mạch số. Nếu tổng đài sử dụng kỹ thuật tương tự sẽ không có ISDN. Như đã nói có 3 phần tư tổng đài ở Mỹ là tổng đài số và dĩ nhiên là sẵn sàng cho ISDN. Các tổng đài tương tự cũ hơn đang đuợc chuyển đổi sang kỹ thuật số khi nó giảm giá nhưng đối với giá thành một vài triệu đô-la cho một tổng đài kỹ thuật số như hiện nay thì việc chuyển đổi bị ràng buộc bởi nguồn tài chính đầu tư của các công ty khai thác điện thoại. Ngay cả khi đã có tổng đài kỹ thuật số thì các phần cứng và phần mềm thêm vào để nâng cấp lên ISDN rất đắt tiền. Điều này thực là một một sự đánh cược của các công ty điện thoại trên sự chấp nhận của các thuê bao để điều chỉnh đầu tư. Hình I.3: Cấu hình giao tiếp ISDN BRI. ISDN cũng phải trải qua bài toán con gà và quả trứng. Để khắc phục giá thành chuyển đổi ISDN để đối mặt với sự chấp nhận không mấy ấn tượng của khách hàng NT-T TE2 TE1 TE1 TA Switch ET funct Switch LT funct Thiết bị ở chuyển mạch của công ty điện thoại Switch Được sử dụng để kết nối các thiết bị TE2 với đường dây ISDN Thiết bị PSTN tiêu chuẩn có một giao tiếp R Thiết bị ISDN không thể kết nối trực tiếp với đường dây ISDN Thiết bị ISDN có thể kết nối trực tiếp vào đường dây ISDN V U S/T R Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 6 - ISDN đã trở nên rất đắt tiền. Và dĩ nhiên một dịch vụ đắt tiền không thể dễ dàng phổ biến trên diện rộng. Cho tới năm 1997, chỉ có khoảng hơn một triệu đường dây thuê bao tại Hoa Kỳ. Vì ít được sử dụng nên thiết bị ISDN như bộ thích ứng đầu cuối để kết nối máy tính cá nhân với mạng trở nên rất đắt tiền. Kết quả là ISDN cần một sự đầu tư tài chính lớn làm cho hầu hết các người sử dụng đều thờ ơ. Trong trường hợp ISDN dành cho các người làm việc xa công ty hay từ các chi nhánh thì chi phí có thể chấp nhận được nhưng với các văn phòng gia đình hay các văn phòng nhỏ (SOHO: Small Office Home Office) thì ISDN quá đắt. Càng ngày ISDN càng trở nên không có lối thoát. Trong thời đại mà modem tương tự chỉ đạt tới tốc độ 1200 bit/s thì tốc độ dữ liệu 64 kbps cho mỗi kênh ISDN quả thật rất ấn tượng. Ngày nay, khi mà tốc độ dữ liệu của modem tương tự lên đến 56 kbps với giá thành không quá 10 USD thì giá thành thiết bị ISDN lên đến hàng ngàn USD trở nên không đáng để đầu tư. Một sự kiện nữa đang ngày càng cho ISDN ra rìa là Internet. ISDN là dịch vụ có chuyển mạch cho phép thực hiện các kết nối 64 kbps qua quay số như gọi điện thoại. Trong những năm đầu của thập kỷ 80 thế kỷ trước, lúc đang phát triển ISDN tất cả các cuộc gọi số liệu đều chỉ cho mục đích chuyển dữ liệu giữa các máy tính qua việc kết nối bằng cách quay số gọi nhau. Trong khi đó khi đó hiện nay với một kết nối Internet có thể chuyển dữ liệu cho bất cứ máy tính nào khác chỉ bằng cách đơn giản là gởi E-mail. Điều này được thực hiện mà không cần mạng chuyển mạch. Internet thực hiện e-mail bằng định tuyến. Mặt khác ISDN là một dịch vụ có giá phụ thuộc vào đường dài trong khi modem dial-up chỉ quay số đến một ISP nội hạt và tốn cước phí thuê bao Internet. Vấn đề cuối cùng của ISDN trong thời kỳ suy thoái là ISDN góp phần tăng thêm gánh nặng vào sự quá tải của mạng PSTN. Khi ISDN mới xuất hiện thì chưa có công nghệ Web và các nhà thiết kế nghĩ là người sử dụng chỉ đơn thuần gọi một máy tính, chuyển dữ liệu rồi gác máy, chẳng có gì khác so với một cuộc gọi điện thoại thông thường. Tuy nhiên, Web và Internet đã thay đổi cơ bản việc truyền số liệu. Sử dụng Web không chỉ đơn thuần là chuyển file mà còn khám phá , tận hưởng theo thời gian thực chuỗi thông tin bất tận về dữ liệu, giải trí. Những cuộc gọi Internet không còn là các cuộc gọi với thời lượng vài phút mà đã trở thành các cuộc gọi kéo dài nhiều tiếng đồng hồ. Thời lượng sử dụng Internet trung bình hàng tuần đã hơn 6 giờ mỗi tuần trong khi hầu hết các gia đình đều không nói chuyện điện thoại quá 6 giờ mỗi tháng. PSTN được thiết kế để đáp ứng vài cuộc gọi tương đối ngắn của các thuê bao. Một lưu lượng người sử dụng không bình thường và những cuộc gọi chiếm giữ đường dây dài sẽ gây ra tắc nghẽn thường xuyên ở một số khu vực trên mạng và thuê bao sẽ nhận được tín hiệu báo bận khi mạng quá tải, một hiện tượng ở Hoa Kỳ rất thường gặp trong ngày các bà mẹ (Mother’s day). Càng về sau, khi ngày càng nhiều nhà cung cấp dịch vụ đưa ra cước phí truy xuất bao tháng làm cho các cuộc gọi thay vì kéo dài vài phút lại kéo dài nhiều tiếng đồng hộ thì mọi ngày đều trở thành ngày của các bà mẹ. Về viễn cảnh mạng thì một cuộc gọi ISDN không khác gì mấy cuộc gọi modem qua điện thoại thông thường. Cả hai đều chiếm dụng khả năng chuyển mạch số, truyền dẫn số 64 kbps ở cả phía nội đài lẫn liên đài. Chuyển đổi khách hàng sang sử dụng ISDN có thể cải thiện một ít về tốc độ truy xuất nhưng không đủ để rút ngắn đáng kể Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 7 - thời gian kết nối khi người sử dụng chỉ cần thông tin nào đó rồi log off. Còn đối với người sử dụng dùng tất cả thờì gian kết nối cho mục đích giải trí thì ISDN không có tác dụng gì ngoài việc truy xuất thông tin hơn một phút. Các công ty khai thác điện thoại đang dần nhận ra rằng giải pháp lâu dài duy nhất cho tình trạng quá tải mạng là chuyển lưu lượng Internet ra khỏi mạng PSTN càng nhiều càng tốt. Cố găng tăng cường mạng hiện hữu để đáp ứng số lượng bùng nổ các cuộc gọi chiếm giữ thời gian lớn giống như là xây dựng thêm nhiều xa lộ để giải toả tắc nghẽn giao thông. Chi phí sẽ thật khủng khiếp và sẽ chẳng bao giờ đạt được hiệu quả kinh tế. Các nhà cung cấp dịch vụ có thể có được giải pháp nào hiệu quả để giải quyết tắc nghẽn không? Thực tế có một khả năng thành công lớn khi tách rời truy xuất Internet khỏi PSTN nhà cung cấp dịch vụ sẽ gỡ bỏ được cổ chai kềm giữ tốc độ truy xuất ở 64 kbps. Với cấu hình mạng mới nhà cung cấp dịch vụ có thể thiết kế thích nghi với tốc độ thông tin dữ liệu hiện đại và người sử dụng sẽ không ngần ngại từ bỏ modem cũng như các thiết bị thích ứng đầu cuối để chạy theo mạng truy xuất mới. 1.2.2 Modem tương tự: Trong những năm đầu của kỷ nguyên máy tính, cách đây chừng hơn 30 năm về trước, kết nối mạng hoạt động ở tốc độ khoảng 300 đến 600 bit/s đã là khá đủ. Khoảng 10 năm trước thì modem 9.6 Kbps được xem là công cụ liên lạc tốc độ khá cao. Modem 9.6 Kbps thực tế đã đáp ứng nhiều ứng dụng liên quan đến đồ họa và video, tuy chưa thực tốt lắm. Ví dụ, một người sử dụng vào mạng để tải về một bản đồ thời tiết với tốc độ truyền dữ liệu 9.6 Kbps phải mất 40 giây để tải về bản đồ trắng đen chất lượng kém. Với bản đồ màu độ phân giải cao thì phải chờ đến vài phút. Ngày nay thì cả modem 28.8 Kbps hay 33.6 kbps cũng không đáp ứng được về tốc độ của nhiều ứng dụng. Thời gian download một hình ảnh JPEG trung bình là 120 giây. Nền kỹ thuật máy tính thay đổi rất nhanh, các kênh thông tin, máy tính đang biến đổi để đáp ứng yêu cầu đạt được dung lượng cao ngày càng tăng. Khi các dịch vụ hình ảnh màu, thoại và video càng hấp dẫn khách hàng thì hạ tầng thông tin hàng megabit càng trở nên thiết yếu. Liệu người ta có thể trông chờ ở modem tương tự những bước tiến ở các tốc độ cao hơn cỡ tốc độ đường truyền T1 (1544 kbps) hay E1 (2048 kbps) không ? Thật không may, câu trả lời là không. Tốc độ 33.6 kbps của modem tương tự đã chạm trần tốc độ dữ liệu của modem truyền trên kênh thoại Tất cả các modem tương tự đều phải truyền dữ liệu trong kênh 300-4000 Hz dành cho âm thoại trong mạng điện thoại. Tốc độ 33,6 kbps cần dải thông lớn hơn nhiều. Tuy nhiên, các modem hiện đại thay vì gửi dòng bit chưa qua xử lý lại gởi đi các ký hiệu (symbol), mỗi ký hiệu đại diện cho một số bit liên tiếp của dòng bit. Mọi khách hàng sử dụng modem đều rất quan tâm đến tốc độ và độ tin cậy của modem. Các nhà cung cấp đều cố gắng tiến gần tới giới hạn của Shannon. Cho tới tiêu chuẩn V.32 thì mọi modem đều còn cách xa giới hạn dung lượng này khi mức S/N từ 9 tới 10 dB. Nếu giải thông từ 2400 Hz lên đến 2800 Hz và tỷ số S/N từ 24 dB đến 30 dB thì dung lượng kênh khoảng 24000 bit/s. Để lấp đầy khoảng cách còn lại cần phải ứng dụng kỹ thuật sửa sai. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 8 - Vào những năm 1950 các modem FSK (Frequency Shift Keying) có tốc độ từ 300 bit/s tới 600 bit/s. Tiêu chuẩn quốc tế của modem bắt đầu từ thập kỷ 60 thế kỷ trước. Năm 1964 tiêu chuẩn modem đầu tiên cảu CCITT là V.21 xác định đặc tính của modem FSK tốc độ 200 bit/s và bây giờ là 300 bit/s. Kỹ thuật điều chế đã thay đổi sang QAM 4 trạng thái vào năm 1968 và 16 trạng thái vào năm 1984 bởi V.22bis. Vào lúc đó, một tiêu chuẩn modem ứng dụng tiến bộ công nghệ mới là V.32 thêm phần đặc tính triệt tiếng dội (echo cancellation) và mã hoá trellis. Mã trellis được tiến sỹ Gottfred Ungerboeck đề cập lần đầu tiên và ứng dụng vào modem và thực hiện lấp được một phần ba khoảng cách còn lại so với giới hạn Shannon. V.32bis được xây dựng trên cơ sở đó và đạt được tốc độ dữ liệu lên đến 14400 bit/s. Sau đó tốc độ dữ liệu của các modem đã có những tiến bộ nhanh chóng từ 19200 bit/s lên đến 24000 bit/s rối 28800 bit/s. Modem mới hơn là V.34 ra đời năm 1996 đã đạt tới tốc độ dữ liệu 33600 bit/s và thực hiện 10 bit trên mỗi tín hiệu. Modem PSTN Telephone exchange (Central office) Local loop Digital data Telephone exchange (Central office) Modem Local loop Digital data Analogue encoding analogue encoding analogue encoding Hình I.4 Modem tương tự qua mạng điện thoại tương tự. M odem PSTN Exchange L o cal lo o p D igita l da ta Exchange M odem L o cal l o o p D igita l da ta D ig i t al en co d in g analogue enc oding analogue enc oding A /D D/A A /D D/A Hình I.5 Modem tương tự qua mạng điện thoại IDN Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 9 - Vào những năm cuối thế kỷ trước đã xảy ra tình hình không thống nhất của các tiêu chuẩn modem 56 kbps do hai hãng sản xuất danh tiếng là U.S.Robotics (bây giờ là một bộ phận của hãng 3COM) sử dụng chipset X2 cũa hãng Texas Instrument và Rockwell có tiêu chuẩn K56flex. Dĩ nhiên là hai tiêu chuẩn này không tương thích với nhau và ngành công nghiệp sản xuất modem nhanh chóng bị phân cực theo một trong hai tiêu chuẩn trên. Lúc này người sử dụng tại Hoa Kỳ chờ đợi tiêu chuẩn nào sẽ được ISP của mình chấp nhận rồi mới mua modem theo tiêu chuẩn đó. Nhiều ISP đã chờ đợi tiêu chuẩn nào sẽ chiến thắng và tiêu chuẩn nào sẽ về vườn. Trong thời gian này một số ISP mở ra 2 số điện thoại , mỗi số điện thoại cho một tiêu chuẩn và điều này đã làm cho người sử dụng thấy yên tâm mà mua sắm modem 56 kbps. Pcm digital V.pcm client- side modem PSTN Exchange Local loop Digital data Exchange Digital circuit Digital data PCM digital encoding analogue encoding encoding A/D D/A Client compute (Internet user) Server computer (ISP) Internet connection Internet V.pcm server- side modem Hình I.6 Modem V.pcm Tháng 9 năm 1998 ITU-T đã ra tiêu chuẩn V.90 để thống nhất trên toàn thế giới về modem 56 kbps. Phần cứng của các loại modem trên không khác nhau mấy nên người sử dụng 2 loại modem cũ có thể chỉ cần mua một con chíp nâng cao cho V.90 để tiết kiệm chi phí còn các modem sản xuất sau đó đều được chú thích là “Ready for V.90”. Trong nhiều trường hợp việc bỏ qua một lần biến đổi là không đơn giản. Khi truy xuất thông tin từ một nhà cung cấp dịch vụ Internet nội hạt thì cơ hội rất cao nếu ISP kết nối với tổng đài nội hạt bằng các đường truyền số. Tuy nhiên khi khoảng cách thì khả năng tín hiệu bị chuyển sang tương tự rồi chuyển trở lại số càng lớn. Khoảng 25 % số tổng đài tại Hoa kỳ là tổng đài chuyển mạch tương tự nên cuộc gọi càng qua nhiều tổng đài thì khả năng gặp phải tổng đài tương tự càng lớn. Những người làm việc các văn phòng chi nhánh xa công ty hay những người làm việc tại nhà riêng nhiều khi than phiền kết nối modem của họ với mạng công ty chỉ đạt được tốc độ tối đa 28,8 kbps. Ngay cả khi mọi việc đều tốt đẹp thì tốc độ 56 kbps vẫn là quá khiêm tốn dù đó là tiến bộ công nghệ cuối cùng của modem tương tự. Chúng ta đã số hoá toàn bộ mạng viễn thông chỉ trừ ra đường truyền dẫn thuê bao nội hạt là phải chuyển tín hiệu thành tương Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 10 - tự để phân phối đến khách hàng nên kênh truyền không thể dung nạp thêm nhiều bit hơn nữa. Nếu muốn tốc độ truyền dữ liệu cao hơn thì phải nghĩ đến các phương pháp khách hơn là sử dụng mạng điện thoại truyền thống. 1.3 Công nghệ truy nhập xDSL ( x Digital Subscriber Line ): Công nghệ đường dây thuê bao số (xDSL ) là phương thức truyền thông tin số với tốc độ hàng triệu bit trên dây qua đường điện thoại truyền thống và sẽ là nền tảng cho việc phân bố dịch vụ băng rộng này đến các thuê bao. Sở dĩ điều này thực hiện được là nhớ ứng dụng các kỹ thuật truyền số phức tạp, đó là sự bù trừ các suy giảm truyền dẫn trên đường dây điện thoại và các bộ xử lý số có năng lực rất lớn. Khi năng lực xử lý của bộ xử lý tín hiệu số tăng lên, thì tốc độ của DSL cũng tăng lên. Công nghệ DSL bắt đầu từ 144 kbit/s ISDN cơ bản (BRI), đã phát triển tới 1,5 đến 2 Mbit/s HDSL, 7 Mbit/s với ADSL, và bây giờ là 52 Mbit/s VDSL. Trong phạm vi đề tài này thì chúng tôi xin chỉ đề cập đến công nghệ ADSL. 1.3.1 Phạm vi thiết kế của DSL: Các DSL được thiết kế ở giới hạn 6 dB tỷ số tín hiệu trên tạp âm SNR. Điều này có nghĩa là DSL có các lỗi bit BER là 10-7 khi năng lượng tín hiệu nhiễu là 6 dB tức lớn hơn mô hình xuyên âm được định nghĩa là "tồi nhất". Trong nhiều trường hợp, mô hình xuyên âm tồi nhất là trong nhóm 50 đôi dây có 49 nguồn nhiễu xuyên âm. Nếu chỉ có nhiễu Gaussian, 6 dB SNR gây ra mức lỗi là 10-24. Tuy nhiên trên thực tế, n