Đồ Án Nghiên cứu công nghệ và ứng dụng điều chế trong ADSL

LỜI NÓI ĐẦU


Ngày nay với sự bùng nổ thông tin, nhu cầu truyền tải dữ liệu đặc biệt là qua mạng Internet ngày càng tăng trong khi hệ thống truyền dẫn lạc hậu vẫn còn tồn tại rất nhiều. Mạng PSTN vốn được thiết kế để phục vụ cho truyền thoại truyền thống. Việc sử dụng các modem tương tự để truy nhập thông tin qua mạng PSTN tối đa chỉ có thể đạt được tốc độ đường xuống là 56 Kbps và tốc độ đường lên tối đa là 33 Kbps. Tốc độ này không đáp ứng được những nhu cầu ngày càng đa dạng của con người.
Để giải quyết vấn đề này, người ta phải đưa ra các giải pháp cho vấn đề truy nhập thông tin, dịch vụ băng rộng. Một mạng truyền dẫn và truy nhập toàn quang là một giải pháp lý tưởng đứng về mặt kỹ thuật dịch vụ. Tuy nhiên để triển khai một mạng truyền dẫn quang thì rất tốn kém về kinh tế để đầu tư trang thiết bị. Mặt khác, hầu hết mạng truyền dẫn vẫn còn là cáp đồng. Như vậy để nâng cao tốc độ lại tận dụng được cơ sở hạ tầng cáp đồng thì phải có một phương pháp truy nhập băng rộng trên cáp đồng đó chính là ADSL.
ADSL là công nghệ đường dây thuê bao số không đối xứng cho phép truyền dữ liệu trên đôi dây cáp điện thoại mà không ảnh hưởng tới tín hiệu thoại. Với công nghệ này tốc độ đường xuống cao hơn tốc độ đường lên và có thể lên tới 8 Mbps; tốc độ đường lên có thể lên tới 640 Kbps.
Ngày nay ADSL đã và đang được triển khai rộng rãi trên thế giới, ở Việt Nam sau khi qua giai đoạn thử nghiệm, ngày 1/7/2003 Việt Nam chính thức đưa ADSL vào khai thác. Qua quá trình tìm hiểu em đã chọn ADSL là đề tài làm đồ án môn học có tên là "Nghiên cứu công nghệ và ứng dụng điều chế trong ADSL". Nội dung đồ án môn học được trình bày thành ba chương:

Chương 1: Tổng quan về mạng viễn thông ngày nay

Chương 2: Các kỹ thuật sử dụng trong công nghệ ADSL

Chương 3: Mạng ADSL

Chương 4: Chương trình mô phỏng hệ thống DMT

Do thời gian làm đồ án môn học, trình độ và kinh nghiệm có hạn, nên trong đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy, cô giáo và các bạn.
Cuối cùng điều em muốn nói là em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo ở Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng đã truyền đạt những kiến thức và chỉ bảo cho em trong 5 năm học vừa qua. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Duy Nhật Viễn - giáo viên hướng dẫn- đã cung cấp tài liệu, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho em trong suốt quá trình làm đồ án



MỤC LỤC
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 3
DANH MỤC HÌNH VẼ 8
LỜI NÓI ĐẦU 10
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG VIỄN THÔNG NGÀY NAY 12
1.1 Hiện trạng mạng viễn thông. 12
1.2 Hạn chế của mạch vòng đường dây thuê bao 13
1.3 Nhu cầu và các phương pháp truy nhập băng rộng 14
1.3.1 Truy nhập bằng sợi quang 14
1.3.2 Truy nhập bằng vô tuyến 15
1.3.3 Truy nhập bằng cáp đồng trục 15
1.3.4 Truy nhập bằng xDSL 16
CHƯƠNG 2 CÁC KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ ADSL 18
2.1 Sự ra đời của chuẩn hoá ADSL 18
2.2 Các phương pháp điều chế 19
2.2.1 QAM 19
2.2.1.1 Nguyên lý điều chế 19
2.2.1.1 Giải điều chế 21
2.2.1.3 Một số đặc điểm của phương pháp điều chế QAM 22
2.2.2 Điều chế pha và biên độ không có sóng mang CAP 23
2.2.3 Điều chế mã đa tần rời rạc DMT (Discrete Multitone) 25
2.3 Sửa lỗi trước 29
2.3.1 Mã hoá Reed- Solomon (RS) 29
2.3.2 Mã hóa xoắn 30
2.4 Kỹ thuật đan xen 32
2.4.1 Đan xen khối 33
2.4.2 Đan xen xoắn 34
2.5 Ngẫu nhiên hoá 36
2.6 Cân bằng 37
2.7 Các phương pháp truyền dẫn song công 40
2.7.1 Truyền dẫn song công sử dụng FDM 40
2.7.2 Phương pháp triệt tiếng vọng (EC) 42
CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG MẠNG ADSL 45
3.1 Mô hình tham chiếu hệ thống ADSL 45
3.2 Sơ đồ khối bộ thu phát 46
3.3 Các lớp truyền tải của ADSL 49
3.4 Cấu trúc khung 52
3.4.1 Đường nhanh 53
3.4.2 Đường đan xen 53
3.5 Sự thực hiện các khối trong bộ thu phát ADSL 62
3.5.1 Khối tạo/ tách CRC 62
3.5.2 Ngẫu nhiên và giải ngẫu nhiên 62
3.5.3 Khối FEC 62
3.5.4 Đan xen và giải đan xen 62
3.5.5 Sự phân bố tần số cho hệ thống ADSL 62
3.5.6 Sắp xếp tone và mã hoá chòm sao 64
3.5.7 Khối thêm tiền tố vòng 65
3.5.8 Cân bằng trong miền thời gian 66
3.5.9 Khối giải mã chòm sao và tách bit 66
3.5.10 Khối phục định thời 67
3.6 Quá trình khởi tạo của một modem ADSL. DMT 67
3.7 Các chế độ phân phối dịch vụ trong ADSL 67
3.8 Mô hình ngăn xếp giao thức của hệ thống ADSL 71
3.9 Mạng ADSL 72
CHƯƠNG 4 CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG DMT 76
4.1 Giới thiệu về chương trình mô phỏng 76
4.2 Mã Matlab của chương trình mô phỏng 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO 85



DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Mô hình mạng viễn thông hiện đại 12
Hình 1.2 Mạch vòng đường dây thuê bao 13
Hình 2.1 Sơ đồ minh họa phương pháp điều chế QAM-16 trạng thái 20
Hình 2.2 Sơ đồ bộ điều chế QAM 20
Hình 2.3 Sơ đồ bộ giải điều chế QAM 21
Hình 2.4 Ảnh hưởng của số trạng thái đến SNR trong QAM 23
Hình 2.5 Sơ đồ khối bộ điều chế CAP 24
Hình 2.6 Bộ giải điều chế CAP 24
Hình 2.7 Sơ đồ minh họa phương pháp điều chế DMT cho 3 tần số 25
Hình 2.8 Sơ đồ khối điều chế DMT dùng DFT 28
Hình 2.9 Ví dụ về từ mã RS trong trường hợp GF (256) 30
Hình 2.10 Ví dụ về bộ mã hóa xoắn 31
Hình 2.11 Ví dụ cụ thể bộ mã hóa 31
Hình 2.12 Sơ đồ lưới tổng quát của bộ mã hóa xoắn 32
Hình 2.13 Nguyên lý thực hiện đan xen khối 33
Hình 2.14 Quá trình giải mã 33
Hình 2.15 Ví dụ về ảnh hưởng nhiễu đối với đan xen và không đan xen 34
Hình 2.16 Nguyên lý đan xen xoắn 35
Hình 2.17 Nguyên lý giải đan xen 35
Hình 2.18 Sơ đồ ngẫu nhiên hóa và giải ngẫu nhiên hóa 37
Hình 2.19 Mối quan hệ giữa lọc trong miền thời gian và tần số 39
Hình 2.20 Khối thêm tiền tố vòng 40
Hình 2.21 Phân chia băng tần của phương pháp FDM 41
Hình 2.22 Song công phân chia theo tần số 41
Hình 2.23 Sơ đồ nguyên lý của FDM 42
Hình 2.24 Song công theo nguyên lý EC 43
Hình 2.25 Phân tách tín hiệu lên/xuống bằng phương pháp EC 44
Hình 3.1 Mô hình tham chiếu hệ thống ADSL 45
Hình 3.2 Sơ đồ khối bộ thu/phát ADSL 47
Hình 3.3 Cấu trúc một siêu khung ADSL 53
Hình 3.4 Cấu trúc khung ADSL gồm các thành phần nhanh và đan xen 53
Hình 3.5 Cấu trúc chi tiết khung đường nhanh ADSL 54
Hình 3.6 Cấu trúc byte nhanh cho tất cả các khung ADSL 55
Hình 3.7 Cấu trúc khung đường nhanh sau khối FEC 57
Hình 3.8 Cấu trúc chi tiết khung đường đan xen ADSL 57
Hình 3.9 Từ mã FEC trên đường đan xen có S khung dữ liệu 59
Hình 3.10 Mật độ phổ của DMT trong ADSL dùng FDM 63
Hình 3.11 Ví dụ về sắp xếp tone 65
Hình 3.12 Mô hình ngăn xếp giao thức ADSL 72
Hình 3.13 Mạng ADSL 72
Hình 3.14 So sánh cấu hình CPE của G.DMT và G.Lite 73
Hình 4.1 Phân bổ số bit trong từng kênh 80
Hình 4.2 Tín hiệu các kênh đã được mã hóa 80
Hình 4.3 Tín hiệu sau khi điều chế IFFT để phát lên kênh truyền 81
Hình 4.4 Đáp ứng xung của kênh truyền 81
Hình 4.5 Tín hiệu thu được sau khi giải điều chế FFT 82
Hình 4.6 Tín hiệu bị lỗi 82
Hình 4.7 Lỗi của tín hiệu 83