Co So Ky Thuat Vien Thong SITC New A4

8/3/2019 Co So Ky Thuat Vien Thong SITC New A4

http://slidepdf.com/reader/full/co-so-ky-thuat-vien-thong-sitc-new-a4 1/841

1 GIỚI THIỆU VỀ VIỄN THÔNG

1.1 Khái niệm về viễn thông

Telecommunications bao gồm tele- và -communications. Viễn thông là

kỹ thuật thông tin qua khoảng cách và có thể được phân chia thành nhiềul ĩ nh vực khác nhau. Viễn thông bao gồm thông tin cơ học và thông tin điện.Ngành viễn thông chủ yếu tập trung vào thông tin điện và thông tin haichiều.

Mạng viễn thông được cấu tạo từ những thiết bị phức tạp nhất trên thế giới. Chỉ riêng mạng điện thoại đã bao gồm hơn 2 tỷ máy điện thoại cố địnhvà di động có thể liên lạc toàn cầu với nhau. Khi một máy điện thoại muốnthực hiện một cuộc gọi thì mạng điện thoại phải có khả năng kết nối với bấtcứ máy điện thoại nào khác trên thế giới. Có r ất nhiều mạng thông tin khácđược kết nối với mạng điện thoại. Điều đó làm cho mạng viễn thông tr ở

thành mạng thông tin có độ quy mô và phức tạp nhất trên thế giới.Dịch vụ viễn thông là thiết yếu đối với sự phát triển của cộng đồng. Nhìn

vào mật độ đường dây điện thoại cố định ta có thể đánh giá được trình độ phát triển kinh tế kỹ thuật của một quốc gia. Với các quốc gia đang pháttriển con số này không quá 10 trên 1.000 dân trong khi với các quốc giaphát triển ở Bắc Mỹ và châu Âu là từ 500 tới 600. Sự phát triển kinh tế củacác quốc gia đang phát triển phụ thuộc vào khả năng của các dịch vụ viễnthông thiết yếu.

Hoạt động của một cộng đồng dân cư hiện đại phụ thuộc vào viễn thông.

Thật khó có thể tưởng tưởng được môi tr ường làm việc của ta như thế nàonếu không có các dịch vụ viễn thông. Mạng LAN (Local Area Network) nốimáy tính của chúng ta với các mạng LAN khác trong công ty. Cấu hình nàylà bắt buộc để các bộ phận khác nhau trong công ty có thể làm việc hiệuquả. Chúng ta liên lạc hằng ngày với các tổ chức, công ty khác qua thư điệntử, điện thoại, fax và điện thoại di động. Các tổ chức chính phủ và tư nhânđều phụ thuộc vào các dịch vụ viễn thông như nhau.

Viễn thông đóng vai trò thiết yếu trong r ất nhiều l ĩ nh vực của cuộc sốnghằng ngày. Có thể thấy một số ngành dịch vụ phụ thuộc vào viễn thông như sau:

• Ngân hàng, ngân hàng điện tử • Hàng không, đặt vé• Bán hàng, bán sỉ , đặt hàng• Thẻ và chi tr ả bằng thẻ tín dụng• Du lịch, đặt phòng• Hoạt động chính phủ như thuế, kho bạc



Giáo viên: Đặng Quốc Anh

2

1.2 Lịch sử viễn thông

1.3 Tiêu chuẩn hoá viễn thông

Mạng viễn thông được thiết kế để phục vụ r ất nhiều loại khách hàngkhác nhau và họ sử dụng thiết bị của r ất nhiều nhà cung cấp khác nhau.Tiêu chuẩn viễn thông cần thiết để thiết kế và xây dựng một mạng viễnthông hiệu quả về mặt tương hợp thiết bị, kết nối mạng theo cách tiết kiệmchí phí nhất.

Tiêu chuẩn hoá viễn thông thúc đẩy cạnh tranh lành mạnh. Các tiêuchuẩn viễn thông hướng đến tất cả các nhà cung cấp hệ thống viễn thông.Khi một hệ thống mới được tiêu chuẩn hoá nó tr ở nên hấp dẫn về mặt kinhdoanh đối với các nhà cung cấp dịch vụ cho thị tr ường mới này. Cạnh tranhmở làm cho người dùng hưởng giá thành sản phẩm và dịch vụ r ẻ hơn.

Tiêu chuẩn hoá mở r ộng thị tr ường cho sản phẩm đạt chuẩn và hướngđến nền sản xuất hàng loạt giảm giá thành sản phẩm, gia tăng khả năngchấp nhận các công nghệ mới. Điều này hỗ tr ợ kinh tế cộng đồng phát triểnbằng cách giảm giá thành sản phẩm và dịch vụ.

Sự can thiệp chính tr ị thường đem lại các tiêu chuẩn kỹ thuật khác nhau

ở châu Âu, Nhật Bản và Hoa Kỳ. Tiêu chuẩn hoá không chỉ đơn thuần làvấn đề kỹ thuật. Đôi khi các quan điểm trái ngược về chính tr ị đã làm chokhông thể thực hiện được tiêu chuẩn hoá toàn cầu và châu Âu, Nhật Bản vàHoa Kỳ thường áp dụng những tiêu chuẩn viễn thông khác nhau. Để bảo vệ nền công nghiệp nội địa, châu Âu không muốn chấp nhận công nghệ củaHoa Kỳ và ngược lại, Hoa Kỳ cũng không muốn chấp nhận công nghệ củachâu Âu. Vào thập kỷ 70 của thế kỷ tr ước châu Âu đã không chấp nhận tiêuchuẩn PCM đã có của Hoa Kỳ. Đến lượt mình, vào thập kỷ 90 của thế kỷ



Cơ sở kỹ thuật viễn thông

3

tr ước Hoa Kỳ cũng không chấp nhận tiêu chuẩn điện thoại di động của châuÂu.

Tiêu chuẩn hoá giúp kết nối giữa các hệ thống của các nhà cung cấpkhác nhau. Mục tiêu kỹ thuật chính của việc tiêu chuẩn hoá là làm cho cáchệ thống từ các mạng khách nhau có thể hiểu nhau. Các đặc tính kỹ thuậttrong các tiêu chuẩn giúp cho các hệ thống tương thích với nhau và cung

cấp các dịch vụ dùng được trên diện r ộng cũng như toàn cầu dựa trên cáccông nghệ tiêu chuẩn.

Tiêu chuẩn hoá giúp người sử dụng và vận hành mạng độc lập với cácnhà cung cấp và cải thiện độ khả dụng của hệ thống. Các giao diện tiêuchuẩn hoá giữa thiết bị đầu cuối và mạng cho phép thuê bao có thể muasắm thiết bị từ các nhà cung cấp khác nhau. Các giao diện chuẩn giữa cáchệ thống trong mạng cũng cho phép các nhà điều hành trang bị thiết bị từ những nhà cung cấp khác nhau. Điều này làm tăng khả năng, phẩm chấtcủa mạng và giảm giá thành.

Tiêu chuẩn hoá thống nhất các dịch vụ trên toàn thế giới. Tiêu chuẩnhoá đóng vai trò quan tr ọng trong việc cung cấp các dịch vụ quốc tế. Cáctiêu chuẩn quốc tế chính thức là điện thoại, ISDN và fax. Nhiều hệ thống cótiêu chuẩn không chính thức nhưng vẫn được sử dụng r ộng rãi trên toàn thế giới. Các ví dụ gần đây nhất của các dịch vụ này là GSM và WWW. Internetkhông có tiêu chuẩn chính thức và điện thoại di động GSM cũng chỉ đượcchấp nhận ở châu Âu.

1.4 Các cơ quan tiêu chuẩn hoá

1.4.1 Các đối tượng liên quan tới tiêu chuẩn hoá• Các nhà điều hành mạng• Các hãng sản xuất thiết bị • Người sử dụng dịch vụ • Các viện nghiên cứu

1.4.2 Các viện tiêu chuẩn hoá quốc gia

• British Standards Institute (BSI; United Kingdom)• Deutsche Industrie-Normen (DIN; Germany)• American National Standards Institute (ANSI; United States)• Finnish Standards Institute (SFS; Finland)

1.4.3 Các tổ chức tiêu chuẩn hoá châu Âu

• European Telecommunications Standards Institute (ETSI)• European Committee for Electrotechnical

Standardization/European Committee for Standardization(CEN/CENELEC)

• Conférence Européenne des Administrations des Postes et desTelecommunications (CEPT)




4

1.4.4 Các cơ quan tiêu chuẩn hoá của Hoa Kỳ

• Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)• Electronic Industries Association (EIA)• Federal Communications Commission (FCC)• Telecommunications Industry Association (TIA)

1.4.5 Các cơ quan tiêu chuẩn hoá quốc tế • International Telecommunication Union (ITU)• Comité Consultatif International de Télégraphique et Téléphonique

(CCITT/ITU-T)• Comité Consultatif International des Radiocommunications

(CCIR/ITU-R)

1.4.6 Các tổ chức tiêu chuẩn hoá khác

• InternetEngineering Task

Force (IETF)• Universal Mobile

Telecommunications System (UMTS)• TelemanagementForum (TMF)




5

2 TỔNG QUAN VỀ MẠNG VIỄN THÔNG

2.1 Căn bản mạng viễn thông

Mục đích căn bản của mạng viễn thông là truyền thông tin của ngườidùng dưới bất cứ dạng nào tới một người dùng khác của mạng. Nhữngngười dùng trong một mạng công cộng như mạng điện thoại chẳng hạn gọilà thuê bao (subscriber). Thông tin của người dùng có thể là bất cứ dạngnào như thoại, dữ liệu chẳng hạn và thuê bao có thể dùng bất cứ công nghệ truy xuất nào để tiếp cận mạng như điện thoại cố định, di động chẳng hạn.

2.1.1 Kỹ thuật truyền dẫn

Truyền dẫn (transmission) là kỹ thuật chuyển vận thông tin giữa cácđiểm đầu của một hệ thống hay một mạng. Các hệ thống truyền dẫn dùngmột trong bốn phương tiện truyền dẫn cơ bản sau:

• Cáp đồng như đang sử dụng trong mạng LAN và mạng điện thoại• Cáp quang như việc truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao trong mạng viễn

thông• Sóng vô tuyến như điện thoại di động hay thông tin vệ tinh• Sóng hồng ngoại như trong các bộ điều khiển từ xa




6

2.1.2 Kỹ thuật chuyển mạch

Về nguyên lý tất cả các máy điện thoại đều được kết nối cố định với mọimáy điện thoại khác như đã từng được thực hiện trong buổi đầu của kỹ thuật điện thoại. Tuy nhiên, khi số máy điện thoại tăng cao thì cần phải cókỹ thuật chuyển mạch giữa các thuê bao điện thoại. Như vậy chỉ cần một số ít các kết nối giữa các tổng đài điện thoại vì số điện thoại đồng thời tại một

thời điểm ít hơn số máy điện thoại r ất nhiều. Những thiết bị chuyển mạchđầu tiên không phải là tự động mà là nhân công. Tổng đài điện thoại tự động đầu tiên trên thế giới được Strowger phát triển vào năm 1887. Vàothời điểm đó chuyển mạch được thực hiện theo các xung quay số từ máyđiện thoại bằng một d ĩ a quay số (dial). Sau đó là các tổng đài cơ điện phứctạp và gần đây là các tổng đài điện thoại điện tử điều khiển bằng chươngtrình SPC (Stored Program Control). Những tổng đài điện thoại điện tử hiệnnay quản lý hàng chục ngàn thuê bao và cùng một lúc có thể thực hiệnhàng ngàn cuộc gọi điện thoại.

2.1.3 Báo hiệuBáo hiệu là cơ chế cho phép các thực thể mạng (máy của thuê bao hay

thiết bị của mạng) thiết lập, duy trì và kết thúc các phiên làm việc trongmạng. Báo hiệu được thực hiện với sự tr ợ giúp của các tín hiệu hay các bảntin đặc biệt để báo cho đầu bên kia biết yêu cầu của bên này qua kết nối.Một vài ví dụ về báo hiệu trên đường dây thuê bao là:

• Tr ạng thái nhấc máy: tổng đài thông báo thuê bao đã nhấc máy vàgởi âm hiệu mời quay số tới thuê bao.

• Quay số: thuê bao quay các chữ số tới tổng đài.

• Tr ạng thái gác máy: tổng đài thông báo thuê bao đã gác máy, giảitoả cuộc gọi và chấm dứt tính cước cuộc gọi.

D ĩ nhiên là giữa các tổng đài cũng cần phải có báo hiệu vì hầu hết cáccuộc gọi đều được kết nối qua nhiều hơn một tổng đài. Rất nhiều các hệ thống báo hiệu khác nhau được sử dụng để kết nối những loại tổng đàikhác nhau. Báo hiệu là l ĩ nh vực r ất phức tạp của viễn thông. Chẳng hạn,một thuê bao di động GSM ở ngoại quốc mở máy ở Hương Cảng, khoảng10 giây sau là có thể nhận được cuộc gọi. Thông tin cho chức năng nàyđược chuyển trong hàng tr ăm các bản tin báo hiệu giữa các tổng đài củacác mạng điện thoại quốc tế và nội địa.




7

2.2 Hoạt động của một máy điện thoại thông thường

2.2.1 Ống nói

Ống nói biến đổi năng lượng âm thanh thành năng lượng điện. Nhữngống nói đầu tiên gọi là ống nói hạt than bao gồm một màng rung và một túiđựng hạt than đá luyện nhỏ và hoạt động như một biến tr ở với nguồn điệnmột chiều được cấp từ tổng đài. Khi nói mạnh, thanh áp tác động vào màng

rung làm cho các hạt than tiếp xúc tốt, điện tr ở giảm và dòng điện tăng. Khinói nhẹ, màng rung đàn hồi làm cho các hạt than tiếp xúc kém, điện tr ở tăngvà dòng điện giảm. Sự biến thiên của dòng điện tương tự sự biến thiên củalực tác động lên màng rung. Đó là nguyên lý của kỹ thuật tương tự. Nguyênlý này vẫn giữ nguyên cho đường dây thuê bao hiện nay dù máy điện thoạicó hiện đại hơn và phẩm chất âm thanh cũng tốt hơn.

2.2.2 Ống nghe

Dòng điện biến thiên được ống nghe phát ra dùng để tái tạo lại âm thanhở đầu dây bên kia. Ống nghe có một màng rung chịu tác động của một nam




8

châm điện. Tuỳ theo cường độ của dòng điện mà nam châm điện hút haynhả theo lực đàn hồi màng rung phát ra âm thanh gần giống với âm thanh đivào ống nói.

2.3 Báo hiệu từ thuê bao tới tổng đài

2.3.1 Thiết lập và giải toả cuộc gọiMỗi máy điện thoại đều có một công tắc để chỉ thị tr ạng thái nhấc, gác

máy. Khi nhấc máy, công tắc này đóng và trong đường dây thuê bao có mộtdòng điện một chiều khoảng 50mA. Tổng đài dò dòng điện này bằng mộtrelay và báo cho bộ phận điều khiển biết. Bộ phận điều khiển là một haymột số máy tính trong tổng đài sau đó kích hoạt mạch báo hiệu để nhận cácchữ số quay từ thuê bao gọi. Tổng đài cấp cho đường dây của thuê bao bị gọi một dòng chuông xoay chiều với điện áp khoảng 70V và tần số 25Hz.Khi thuê bao bị gọi nhấc máy tổng đài cắt chuông và kết nối thoại để haithuê bao có thể bắt đầu đàm thoại. Khi một trong hai thuê bao gác máy tổng

đài sẽ giải toả cuộc gọi và dừng tính cước.

2.3.2 Quay số bằng xung

Trong các tổng đài tr ước đây, máy điện thoại báo số máy bằng cáchđóng ngắt dòng điện trên đường dây thuê bao gọi là báo hiệu bằng xung.

Số lần ngắt dòng điện tương ứng với chữ số quay, đóng ngắt 10 lần làquay chữ số 0. Nhược điểm chính của phương pháp báo hiệu này là chậm,giá thành cao và không thể thực hiện được các dịch vụ điện thoại cộngthêm như chuyển cuộc gọi, báo thức. Các tổng đài hiện nay vẫn hỗ tr ợ phương pháp quay số này dù hiện nay nó đã được thay thế phần lớn bằngphương pháp quay số khác




9

2.3.3 Quay số bằng tone

Các máy điện thoại điện tử hiện đại dùng 12 phím để quay số. Mỗi phímấn tương ứng với 2 tần số gởi đi, một tần số thuộc dải tần cao và một tần số thuộc dải tần thấp. Tất cả các tần số này đều nằm trong dải tần thoại từ 300tới 3.400Hz. Phương pháp quay số này gọi là DTMF (Dual-ToneMultiFrequency). Thuê bao có thể chuyển đổi chế độ quay số từ xung sangtone bằng một công tắc nhỏ trên máy điện thoại. Các ưu điểm của quay số bằng tone có thể liệt kê như sau:

• Nhanh hơn




10

• Ít sai hơn• Có thể báo hiệu xuyên qua kênh thoại được• Có các phím * và # để thực hiện các dịch vụ cộng thêm

2.3.4 Đường dây thuê bao và mạch 2 dây/4 dây

Các kênh điện thoại bao gồm 2 đường thoại một chiều, một đường phátvà một đường thu. Tuy nhiên vì lý do giảm thiểu chi phí đầu tư mà cácđường dây thuê bao luôn luôn là 2 dây dù nó được sử dụng cho ISDN hayADSL. Trong khi đó các hệ thống chuyển mạch và truyền dẫn đường dàiđều sử dụng mạch 4 dây. Các mạch giao tiếp 2 dây 4 dây dùng để phối hợpgiữa đường dây thuê bao và tổng đài. Mạch 2 dây 4 dây sử dụng biến áp

cách ly để thực hiện trao đổi tín hiệu.

Trong thực tế, mạch 2 dây 4 dây tạo ra tiếng dội. Tiếng dội sẽ bị ngườisử dụng phát hiện khi đường dây đủ dài để lan truyền phải tr ễ một khoảngthời gian đủ lớn. Các kết nối thông tin vệ tinh có khoảng cách xa làm cho tr ễ




11

lớn. Việc xử lý tín hiệu ở vệ tinh và tr ạm mặt đất làm tăng thêm độ tr ễ này.Vì vậy thuê bao nghe r ất rõ tiếng dội. Người ta triệt tiếng dội bằng thiết bị triệt tiếng dội đặc biệt gọi là echo cancaller.

2.4 Đánh số điện thoại

2.4.1 Mã gọi ra quốc tế Mã gọi ra quốc tế dùng cho các cuộc gọi quốc tế. Mã này cho mạng biết

kết nối cần được định tuyến ra các tổng đài quốc tế để đến một nước khác.Mã gọi ra quốc tế còn gọi là tiền tố quốc tế. Mã gọi quốc tế khác nhau tuỳ theo từng quốc gia. Ví dụ, ở châu Âu người ta gọi quốc tế bằng cách ấn cácphím 00 dù có một vài ngoại lệ. Nếu trong một quốc gia có nhiều nhà cungcấp dịch vụ điện thoại chấp nhận cuộc gọi quốc tế thì mỗi nhà cung cấp dịchvụ được quy định một số gọi quốc tế riêng. Ví dụ, ở Phần Lan muốn gọiquốc tế qua dịch vụ điện thoại quốc tế của Oy Finnet International phải quaycác chữ số 999 thay vì quay 00.

2.4.2 Mã quốc gia

Mã quốc gia được tiêu chuẩn hoá trong tiêu chuẩn E.164 của ITU-T gồmtừ 1 tới 4 chữ số xác định quốc gia của thuê bao bị gọi. Các cuộc gọi nội địakhông cần dùng mã quốc gia. Số điện thoại có cả mã quốc gia gọi là số điệnthoại quốc tế và có độ dài tối đa là 12 chữ số. Ví dụ, mã quốc gia của HoaKỳ là 1, của Việt Nam là 84, của Phần Lan là 358 và của Jamaica 1809.

2.4.3 Mã vùngMã vùng xác định vùng trong quốc gia mà cuộc gọi cần chuyển tới. Chữ

số đầu tiên là mã gọi đường dài và sau đó là mã vùng. Trong tr ường hợpgọi di động, mã vùng xác định nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động củamáy bị gọi. Mã vùng cùng với số thuê bao của mỗi thuê bao là duy nhất,không bị trùng lắp trong một quốc gia, gọi là số điện thoại quốc gia và khôngquá 10 chữ số. Ở Việt Nam mã gọi đường dài là 0, các cuộc gọi từ quốc tế về không cần phải có mã đường dài tr ước mã vùng. Khi có nhiều nhà cungcấp dịch vụ gọi đường dài thì mã gọi đường dài khác nhau. Ví dụ như ở




12

Phần Lan, muốn dùng dịch vụ gọi đường dài của Finnet thì quay 109 vàdùng dịch vụ gọi đường dài của Song Networks thì quay 1041.

2.4.4 Số thuê bao

Số thuê bao trong mạng điện thoại cố định là duy nhất và không trùnglắp trong một vùng được xác định theo địa lý. Các vùng khác nhau có thể có

những số thuê bao giống nhau nhưng mã vùng khác nhau. Trong một số tr ường hợp gọi nội hạt qua mạng của một nhà cung cấp dịch vụ khác ngườita có thể phải quay cả mã của nhà cung cấp đó.

2.5 Chuyển mạch và báo hiệu

2.5.1 Tổng đài điện thoại

Nhiệm vụ chính của tổng đài là thiết lập, duy trì và giải toả các kết nốivật lý giữa các thuê bao gọi và các thuê bao bị gọi. Tr ước kia, các tổng đàisử dụng kỹ thuật cơ khí và điện gọi là các tổng đài cơ điện. Về sau, người

ta phát triển các tổng đài SPC điện tử và SPC điện tử số. Mỗi tổng đài giữathuê bao gọi và thuê bao bị gọi kết nối mạch thoại bằng thông tin báo hiệunhận được từ thuê bao gọi hay từ tổng đài tr ước đó. Nếu không phải là tổngđài nội hạt của thuê bao bị gọi tổng đài sẽ chuyển thông tin báo hiệu sangtổng đài kế tiếp.

2.5.2 Báo hiệu

Khi một cuộc gọi được kết nối từ tổng đài nội hạt tới một tổng đài khác,

một kênh thoại được dành riêng cho cuộc gọi giữa hai tổng đài. Cùng lúc đócó một kênh khác cũng được giữ để báo hiệu cho cuộc gọi này.




13

Đầu tiên một kênh thoại và kênh báo hiệu giữa tổng đài A và tổng đài B

bị chiếm giữ. Sau đó số điện thoại bị gọi sẽ được tổng đài A gởi tới tổng đàiB để B cấp chuông cho thuê bao bị gọi. Khi thuê bao bị gọi nhấc máy tr ả lờithì mạch thoại được kết nối và cuộc đàm thoại có thể bắt đầu. Nếu thuê baobị gọi gác máy, tổng đài B gởi cho tổng đài A tín hiệu clear-back (CBK).Tổng đài A đáp ứng bằng tín hiệu clear-forward (CLF). Sau đó, cuộc gọiđược cả 2 tổng đài giải toả. Kỹ thuật báo hiệu liên kết kênh CAS (ChannelAssociated Signaling) vẫn còn được sử dụng trong nhiều mạng điện thoạituy đang được thay thế lần bởi kỹ thuật báo hiệu kênh chung CCS.

Báo hiệu kênh chung dùng một kênh riêng biệt báo hiệu cho hàng chục

ngàn cuộc gọi bằng kỹ thuật truyền số liệu bên tin học. Kênh báo hiệuchung chứa nhiều thông tin chẳng hạn, về địa chỉ tổng đài đích, các chữ số đã được quay, cả thông tin thuê bao bị gọi có nhấc máy tr ả lời hay không.Hệ thống báo hiệu signaling system number 7 (SS7) được sử dụng r ộng rãitrên toàn thế giới.

Trong báo hiệu SS7, các chữ số quay được thuê bao gởi tới tổng đài Asẽ được phân tích để xác định cuộc gọi sẽ theo hướng nào. Từ thông tinnày nó tìm địa chỉ của tổng đài kế tiếp để gởi thông tin kết nối. Sau đó tổngđài này soạn ra một gói dữ liệu chứa địa chỉ tổng đài B. Bản tin báo hiệunày gọi là Initial Address Message (IAM) được gởi tới tổng đài B. Những

chữ số quay được gởi kế tiếp trong các bản tin Subsequent AddressMessages (SAM). Khi tổng đài B nhận được toàn bộ các chữ số quay, nótr ả lời bằng một bản tin Address Complete Message (ACM). Tổng đài B gởitín hiệu hồi âm chuông (ring-back tone) cho thuê bao gọi và cấp dòngchuông xoay chiều rung chuông thuê bao bị gọi. Khi thuê bao bị gọi nhấcmáy, tổng đài B gởi bản tin answer signal charge (ANC) để thông báo bắtđầu tính cước. Tổng đài B cũng đồng thời tắt hồi âm chuông và dòngchuông xoay chiều. Sau đó cả 2 tổng đài kết nối kênh thoại và cuộc đàmthoại bắt đầu. Khi thuê bao bị gọi gác máy tổng đài B gởi bản tin CBK chotổng đài A và tổng đài A tr ả lời bằng bản tin CLF. Tất cả các tổng đài trên




14

đường thoại đều gởi CLF cho tổng đài kế tiếp và nhận tín hiệu xác nhậnRelease Guard (RLG) cho biết kết nối đã bị giải toả và kênh thoại có thể được dùng cho một cuộc gọi khác.

2.5.3 Phân cấp chuyển mạch

Khi mật độ thuê bao điện thoại tăng lên, nhu cầu gọi điện thoại đường

dài phát triển người ta phải tính đến việc kết nối mạng điện thoại ở nhữngvùng khác nhau. Lưu lượng tăng tới mức phải có những tổng đài chuyênbiệt ở mức cao hơn để chuyển mạch lưu lượng. Mỗi quốc gia đều có nhiềumức chuyển mạch khác nhau. Số cấp chuyển mạch khác nhau đối với từngquốc gia. Những phân cấp chuyển mạch thông thường có cấp chuyển mạchthấp nhất là tổng đài nội hạt, trên đó là tổng đài đường dài (toll exchange),tổng đài quá giang đi quốc tế.

2.6 Mạng nội hạt

Mạng nội hạt cung cấp kết nối giữa các thuê bao điện thoại và tổng đài

nội hạt. Người ta dùng nhiều công nghệ khác nhau để thực hiện mạng nộihạt.

Hầu hết các thuê bao điện thoại được nối với tổng đài bằng dây xoắnđôi. Cáp xoắn đôi được bọc bằng vỏ nhôm chắn cảm ứng điện từ gồmnhiều đôi dây tự xoắn đôi để khử xuyên âm. Các tập điểm phân phối cápchia cộng cáp lớn thành nhiều hướng cáp nhỏ và sau đó chia cáp nhỏ racác dây riêng lẻ đến nhà thuê bao. Ở vùng đông dân cư người ta dùng cápngầm, ở vùng ngoại ô người ta dùng cáp treo.




15

Công nghệ thứ hai thường được dùng cho các thuê bao điện thoại cố định là vòng thuê bao vô tuyến WLL (Wireless Local Loop). WLL dùng sóngvô tuyến thay cho cáp nên là một phương pháp r ẻ tiền và lắp đặt nhanh để nối thuê bao với mạng điện thoại. WLL r ất thích hợp cho các nhà cung cấpdịch vụ mới có thể cạnh tranh với các nhà cung cấp dịch vụ cũ với mạngcáp hùng hậu sẵn có. WLL cũng giúp thay thế cáp treo ở ngoại ô vì mục

đích cải thiện cảnh quan đô thị. Các thiết bị mạng như bộ tập trung(Concentrator), RSU (Remote Subscriber Unit) hay các bộ ghép kênh(Multiplexer) cũng được sử dụng để nâng cao dung lượng thuê bao với hạ tầng cáp sẵn có.

2.6.1 Tổng đài nội hạt

Chức năng của tổng đài nội hạt là:

• Dò nhấc máy, phân tích số quay, xác định tuyến khả dụng• Kết nối thuê bao với các trung kế để thực hiện các cuộc gọi đường

dài• Thực hiện các cuộc gọi nội đài• Giám sát tr ạng thái r ỗi của thuê bao để cấp chuông• Có khả năng đo khoảng cách để tính cước cho cuộc gọi của thuê

bao trong tổng đài• Thực hiện giao tiếp mạch 2 dây/ 4 dây• Chuyển đổi thoại tương tự thành thoại số PCM

2.6.2 Giá phối cáp

Tất cả các đường dây thuê bao đều được mắc lên một giá gọi là giànphối dây chính MDF (Main Distribution Frame) đặt gần tổng đài nội hạt.MDF là một cấu trúc lớn với hàng chục ngàn tiếp điểm. Các đường dây thuêbao được nối với một bên của MDF (outside) và các cổng thoại từ tổng đàiđược nối với bên còn lại (inside). Cáp được lắp đặt ổn định từ cả hai phíatrong khi các dây nhảy kết nối hai phía lại thay đổi hàng ngày do nhu cầuquản lý thuê bao đáp ứng sự chuyển dịch vị trí của thuê bao.




16

Các đường dây số ISDN tốc độ 160Kbit/s hay 2Mbit/s được nối với MDFtrong khi các dây có ADSL được tách tín hiệu ADSL bằng bộ POTS splitter.




17

3 PCM VÀ K Ỹ THUẬT TRUYỀN DẪN

3.1 PCM (Pulse Code Modulation)

PCM là một phương pháp được tiêu chuẩn hoá dùng trong mạng điện

thoại để chuyển tín hiệu thoại tương tự thành tín hiệu số truyền dẫn trênmạng viễn thông số. Tín hiệu thoại tương tự được lấy mẫu ở tần số 8KHz,được lượng tử hoá thành 1 trong 256 mức biên độ khác nhau và mã hoáthành các từ mã 8 bit. Như vậy tốc độ dữ liệu sau khi mã hoá là8.000×8KHz=64Kbit/s.

3.1.1 Lấy mẫu

Tr ước hết biên độ của tín hiệu thoại tương tự được lấy mẫu r ời r ạc theothời gian. Tần số lấy mẫu cao sẽ cho tín hiệu tốt nhưng xử lý phức tạp.Shannon đã chứng minh định lý lấy mẫu với tần số tối ưu là 2 lần tần số tối

đa của tín hiệu. Tín hiệu thoại có tần số từ 300Hz tới 3.400Hz. Dải tần thoạiđược xem là từ 300Hz tới 4.000Hz nên tần số lấy mẫu cho PCM là 8KHz.

Như vậy, chu kỳ lấy mẫu của tín hiệu thoại là T=125μs. Tín hiệu sau lấymẫu vẫn là tín hiệu tương tự gọi là tín hiệu PAM (Pulse AmplitudeModulation).

3.1.2 Lượng tử hoá

Lượng tử hoá là quá trình r ời r ạc hoá giá tr ị, làm tròn các giá tr ị trunggian về một số hữu hạn các giá tr ị định sẵn. Tín hiệu sau lượng tử hoá d ĩ nhiên không có giá tr ị giống như ban đầu. Phần sai lệch giữa giá tr ị ban đầu




18

và giá tr ị sau lượng tử hoá gọi là méo lượng tử. Méo lượng tử do làm tròn d ĩ nhiên có độ lớn không quá một nửa khoảng cách lượng tử hoá giữa haimức lượng tử hoá liên tiếp. Méo lượng tử hoá tạo ra nhiễu lượng tử.

Nhiễu được ký hiệu là N (Noise), còn tín hiệu được ký hiệu là S (Signal).Sức mạnh của tín hiệu với sự có mặt của nhiễu được đánh giá dựa trên tỷ số S/N. Tín hiệu càng lớn, nhiễu càng nhỏ thì S/N càng lớn, có ngh ĩ a là tín

hiệu càng tốt.Lượng tử hoá đồng đều (tuyến tính) sẽ cho méo lượng tử đồng đều cho

tín hiệu biên độ lớn và tín hiệu biên độ nhỏ. Điều này làm cho tỷ số S/Nkhông đều, cụ thể là ở vùng tín hiệu có biên độ cao thì S/N cao, còn ở vùngcó biên độ nhỏ thì S/N thấp. Để khắc phục người ta dùng lượng tử hoákhông đồng đều (phi tuyến). Tín hiệu có biên độ càng nhỏ người ta cànglượng tử hoá với những mức lượng tử sát nhau hơn, bảo đảm sai số lượngtử cũng nhỏ theo và làm méo lượng tử nhỏ theo. Điều này bảo đảm được tỷ số S/N không suy giảm với tín hiệu nhỏ.

Có 2 luật lượng tử hoá phi tuyến là μ-law (ITU-T Rec. G.732) và A-law(ITU-T Rec. G.733). Lượng tử hoá theo luật μ sử dụng ở Bắc Mỹ và NhậtBản trong khi đó lượng tử hoá theo luật A được sử dụng ở châu Âu.

3.1.3 Mã hoá nhị phân

Các mẫu tín hiệu r ời r ạc theo biên độ được mã hoá nhị phân. Ví dụ, mãhoá theo luật A, người ta chia đường cong logarith thành 13 đoạn.

• Bit thứ nhất là bit có tr ọng số lớn nhất (Most Significant Bit: MSB)là bit dấu. Giá tr ị 1 chỉ thị cực tính dương và giá tr ị 0 chỉ thị cựctính âm. Mẫu giá tr ị 0 có thể có 2 từ mã khác nhau âm và dương.

• Bit 2, 3 và 4 xác định đoạn lượng tử hoá theo mỗi vùng âm vàdương.

• Bit 5, 6, 7 và 8 là các bit có tr ọng số nhỏ nhất (Least Significant Bit:LSB) xác định vị trí của giá tr ị lượng tử hoá trong đoạn.




19

3.2 Ghép kênh

3.2.1 Ghép kênh phân tần số và ghép kênh phân thời gian




20

Ghép kênh phân tần số FDM (Frequency-Division Multiplexing) dùngthông tin các kênh điều chế các tần số sóng mang khác nhau. Các tín hiệuđã điều chế được ghép vào truyền trên một đường truyền. Ở máy thu dùngcác bộ lọc để tách các kênh với nhau. Dải tần truyền dẫn của hệ thốngđược chia thành nhiều dải tần số hẹp dùng cho từng kênh. FDM được sử dụng trong các hệ thống truyền tải tín hiệu thoại tương tự. Các hệ thống

thông tin di động cũng sử dụng nguyên lý tương tự. Mỗi cuộc gọi sẽ chiếmgiữ một dải tần con trong suốt thời gian gọi. Kỹ thuật này gọi là Frequency-Division Multiple Access (FDMA) vì ở đây phương pháp phân chia tần số được sử dụng để nhiều khách hàng có thể vào mạng cùng một lúc.

Phương pháp ghép kênh hiện đại hơn là ghép kênh phân thời gian TDM

(Time-Division Multiplexing) đặt thông tin của từng kênh vào các khe thờigian không chồng lấn nhau. Mỗi kênh thông tin sẽ chiếm dải tần r ộng hơnnhưng chỉ trong một thời gian ngắn gọi là khe thời gian. Bên cạnh thông tincủa các kênh cần phải có khung dữ liệu để phân chia đúng kênh ở máy thu.Phương pháp ghép kênh TDM được dùng trong các hệ thống truyền dẫntốc độ cao như các hệ thống truyền dẫn quang cũng như trong các mạngthông tin di động mà ta gọi là TDMA (Time-Division Multiple Access). Mỗikênh thông tin chiếm giữ một khe thời gian của một khung và nguyên lýphân chia thời gian cho phép nhiều khách hàng có thể vào mạng cùng mộtlúc ở một dải tần như nhau.




21

3.2.2 Cấu trúc khung dữ liệu E1

Tốc độ luồng dữ liệu sơ cấp ở châu Âu là 2.048Kbit/s. Các từ 8 bit củanhững dòng dữ liệu PCM 64Kbit/s của khách hàng được ghép luân phiênđể tạo ra dòng số có tốc độ cao hơn. Luồng số E1 2.048Kbit/s được sử dụng r ộng rãi ở châu Âu và Việt Nam. Luồng E1 bao gồm 32 khe thời gianvới 30 khe thời gian dùng cho 30 kênh thoại. Các khung được truyền 8.000lần mỗi giây theo tốc độ lấy mẫu của PCM. Mỗi khe thời gian kênh chứamẫu nhị phân đại diện cho thoại 8 bit và tốc độ kênh thoại trên khe thời giankênh là 64Kbit/s.

Tốc độ dữ liệu của luồng số E1 là 2.048Kbit/s với dung sai không quá 50phần triệu (50ppm: parts per million).

Khe thời gian TS0 dùng làm khe thời gian đồng bộ khung chứa từ đồngbộ khung FAW (Frame Alignment Word) ở các khung chẵn và từ non-FAWở các khung lẻ được phân biệt với FAW qua bit thứ hai là bit 1 khác với bit




22

thứ hai của FAW là bit 0. Bit A trong từ đồng bộ khung FAW dùng để cảnhbáo mất đồng bộ xa (mất đồng bộ 2Mbit/s ở luồng bên kia của kết nối).

3.2.3 Cấu trúc khung dữ liệu T1

Tốc độ luồng dữ liệu sơ cấp ở Mỹ và Nhật Bản là 1.544Kbit/s. Mỗi khethời gian kênh chứa 8 bit dữ liệu PCM của thoại. Mỗi khung (frame) T1 có24 khe thời gian 64Kbit/s cho tốc độ là 1.536Kbit/s. Mỗi khung có gắn mộtbit phục vụ đồng bộ khung (bit S) với tốc độ 8Kbit/s cho tốc độ tổng cộng là1.544Kbit/s. Một đa khung (multiframe) được xây dựng từ 12 khung liên tiếpvà có 12 bit đồng bộ S liên tiếp tạo thành 6 bit đồng bộ khung và 6 bit đồngbộ đa khung. Trong luồng số T1 mỗi kênh cứ 6 khung có một bit tr ọng số thấp nhất làm bit báo hiệu. Như vậy, thực sự chỉ có 7 bit trong 8 bit dữ liệuở các khe thời gian là được truyền tải trong suốt. Khi truyền dữ liệu cần độ




23

chính xác thì các khe thời gian này chỉ truyền được tốc độ 56Kbit/s thay vì64Kbit/s. Đó cũng chính là lý do modem quay số chỉ đạt được 56Kbit/s thayvì 64Kbit/s.

3.2.4 Phân cấp truyền dẫn cận đồng bộ tiêu chuẩn châu Âu

Truyền dẫn cận đồng bộ Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH).cho

phép thiết bị ghép kênh dùng một đồng hồ (clock) độc lập với các luồng số được ghép. Tiêu chuẩn ghép kênh này hoạt động trên cơ sở gần đồng bộ.Ví dụ như tốc độ luồng số E1 có dung sai 50ppm, còn tốc độ luồng số E2 códung sai 30ppm. Nguyên lý ghép kênh cận đồng bộ là lấy 4 luồng số cấpthấp ghép xen bit để được một luồng số cấp cao hơn. Ngoài các bit từ cácluồng số ghép vào còn có các bit đồng bộ, bảo dưỡng và hiệu chỉ nh để cácluồng số cân bằng nhau tr ước khi đưa vào ghép luân phiên xen bit. Ghépkênh theo tiêu chuẩn châu Âu cho các luồng số E2 8Mbit/s, E3 34Mbit/s vàE4 140Mbit/s.




24

3.2.5 Phân cấp truyền dẫn cận đồng bộ tiêu chuẩn Bắc Mỹ

Hệ thống ghép kênh cận đồng bộ Bắc Mỹ lấy kênh cơ sở là DS1 với tốcđộ dữ liệu 1.544Kbit/s. Hai kênh DS1 ghép thành kênh DS1C với tốc độ dữ liệu 3,152Kbit/s. Bốn kênh DS1 ghép thành kênh DS2 với tốc độ dữ liệu6,132Kbit/s. Hai mươi tám kênh DS1 ghép thành kênh DS3 với tốc độ dữ liệu 44,736Kbit/s. Sáu kênh DS3 ghép thành kênh DS4 với tốc độ dữ liệu274,176Kbit/s. Ngoài các bit từ các luồng số ghép vào còn có các bit đồngbộ, bảo dưỡng và hiệu chỉ nh để các luồng số cân bằng nhau tr ước khi đưa

vào ghép luân phiên xen bit.3.2.6 Ghép kênh đồng bộ

Các cấp ghép kênh cận đồng bộ cao nhất đã được tiêu chuẩn hoá từ hơn 30 năm nay. Vào cuối thập niên tám mươi của thế kỷ tr ước hầu hếtmạng điện thoại tương tự đã chuyển sang kỹ thuật số và r ất nhiều cápquang được lắp đặt. Hệ thống ghép kênh PDH bộc lộ những nhược điểmsau:

• Việc tách ghép kênh phải qua từng cấp do gặp phải các bit hiệuchỉ nh trong luồng số.

• Các giao diện quang không được tiêu chuẩn hoá.• Tiêu chuẩn châu Âu và Bắc Mỹ không thống nhất nhau.• Không có tiêu chuẩn hoá cho các luồng số tốc độ cao tới Gbit/s.• Việc thả xen các luồng số r ất phức tạp và phải thực hiện nhân

công.




25

Từ thập kỷ bảy mươi, ANSI đã nghiên cứu kỹ thuật ghép kênh đồng bộ dành cho cáp quang gọi là synchronous optical network (SONET) dùng ở Hoa Kỳ. Sau đó ITU-T mở r ộng SONET thành tiêu chuẩn SDH(Synchronous Digital Hierachy) hướng tới việc sử dụng ở châu Âu. Nguyênlý hoạt động của SONET và SDH hoàn toàn giống nhau và ở một số mứchai hệ thống này có cùng tốc độ. SDH được thiết kế để hỗ tr ợ ghép cả luồngsố PDH châu Âu, Bắc Mỹ và cả các luồng số SDH cấp thấp hơn.

Các ưu điểm của SDH có thể được liệt kê như sau:

• Tốc độ dữ liệu cho truyền dẫn quang được tiêu chuẩn hoá (khôngphụ thuộc các nhà cung cấp).

• Có khả năng thả xen tất cả các kiểu ghép kênh tr ước đó.• Có thể truy xuất tr ực tiếp mà không qua từng cấp.• Việc bảo dưỡng thực hiện tự động.• Trong tương lai, quản lý mạng sẽ tr ở thành độc lập đối với nhà

cung cấp và với các chức năng quản lý phức tạp hơn.

SDH thay thế PDH ở mạng chuyển vận. Với mạng chuyển vận ta cóđược mạng truyền dẫn dung lượng lớn, uyển chuyển dùng để truyền tải mọiloại thông tin. Sự linh động ở đây là những người điều hành mạng có thể dễ dàng sửa đổi cấu trúc mạng chuyển vận từ một hệ thống quản lý tập trung. Điều này làm cho thời gian để cung cấp các đường thuê riêng (leased line)

STM-1

STM-4

STM-16




26

rút ngắn hơn. Leased line dùng cho kết nối LAN giữa các văn phòng haycác công ty.

Dòng số SDH gọi là các khối chuyển vận đồng bộ STM (SynchronousTransport Module) và nó là bội số chính xác của STM-1 ở tốc độ dữ liệu155,52Mbit/s. STM-1 được ghép xen byte với các luồng STM-1 khác để hình thành tốc độ cao hơn và không có thêm bất cứ thông tin nào. Ghép

xen byte có ngh ĩ a là, ví dụ như tín hiệu STM-4 bao gồm 1 byte (8 bit) từ luồng STM-1 thứ nhất, sau đó là 8 bit thuộc luồng STM-1 thứ hai, 8 bit thuộcluồng STM-1 thứ ba và quay lại 8 bit thuộc luồng STM-1 thứ nhất và cứ tiếptục như vậy. Bộ phân kênh (demultiplexer) nhận tất cả các khung STM-1độc lập với nhau.

Khung dữ liệu STM-1 lặp lại 8.000 lần mỗi giây, tốc độ bằng với tốc độ lấy mẫu PCM. Điều này hỗ tr ợ mẫu thoại 8 bit trong dòng dữ liệu155,52Mbit/s. Khi mã hoá PCM được đồng bộ với cùng một nguồn như cáchệ thống SDH ta có thể chỉ cần phân kênh một kênh thoại bằng cách lấy ra1 byte từ mỗi khung STM-1. Khung dữ liệu STM-1 chứa thông tin đồng bộ khung và các thông tin khác như các kênh dữ liệu quản lý và con tr ỏ (pointer) ghi vị trí của các luồng được ghép trong khung.

Nếu các luồng được ghép (tributary) không đồng bộ với khung STM-1 thìmột con tr ỏ ở tại vị trí cố định trong khung STM-1 cho biết vị trí của tất cả các luồng được ghép. Bằng cách đọc vào giá tr ị con tr ỏ mà ta có thể tìm dễ dàng luồng được ghép cần tìm. Đây là một tiến bộ đáng kể của các hệ thống SDH so với các hệ thống PDH vốn đòi hỏi phải phân kênh từng cấpmột (để tách các bit thông tin và các bit hiệu chỉ nh) cho tới tốc độ luồng số cần thiết từ luồng số cấp cao ban đầu.

Ghép kênh trong SDH hoàn toàn phức tạp vì nó hỗ tr ợ nhiều dòng số PDH và SDH khác nhau có thể ghép lại thành một luồng STM-1. Ví dụ như một luồng số STM-1 có thể ghép 63 luồng tín hiệu E1 hay 1 luồng tín hiệuE4.

Tín hiệu SONET cơ bản ở Bắc Mỹ là STS-1 (Synchronous TransportSignal level 1) giống như với STM-1 của SDH. Tốc độ của nó là51,840Mbit/s và chúng có thể được ghép đồng bộ tạo thành các tín hiệu cấpcao STS-N. Mỗi tín hiệu STS-N tương ứng với một tín hiệu quang gọi làoptical carrier (OC-N) để truyền dẫn quang. Một tín hiệu STS-1 bao gồm cáckhung có độ dài 125μs (8.000 khung trong mỗi giây bằng với tốc độ lấy mẫuPCM) như ở SDH. Mỗi khung có 810 byte tạo thành tốc độ bit 51,840Mbit/s.Thông tin mào đầu chuyển vận như đồng bộ khung và các con tr ỏ mỗikhung dùng 27 byte và phần còn lại để tải dữ liệu gọi là payload để tảichẳng hạn, luồng số T1 1,544Mbit/s chứa các kênh thoại PCM.

SONET và SDH lúc đầu được thiết kế cho truyền dẫn các kênh PCM64Kbit/s, tuy nhiên về sau nó còn được dùng để truyền tải ATM và các góiIP.




27

3.3 Phương tiện truyền dẫn

3.3.1 Cáp đồng

Cáp đồng là phương tiện truyền dẫn xưa và thông dụng nhất. Nhượcđiểm chính của cáp đồng là suy hao lớn và nhạy với nhiễu điện từ. Suy haotrên cáp đồng tăng nhanh theo tần số và theo công thức:

dB f k AdB = .

Với suy hao A được tính theo decibel, f là tần số tính bằngHz, k là hằngsố đặc tính của mỗi loại cáp. Công thức này cho ta suy hao xấp xỉ ở một tầnsố khi biết được suy hao ở tần số khác. Ví dụ, nếu ta đo suy hao của mộtsợi cáp là 6dB ở 250KHz thì có thể tính được suy hao ở tần số gấp 4 lần,1MHz là xấp xỉ 12dB. Tốc độ lan truyền tín hiệu trên cáp đồng vào khoảng200,000Km/s. Cáp đồng có 3 loại thông dụng là dây xoắn đôi, dây tr ần vàcáp đồng tr ục.

Dây xoắn đôi (twisted pair) gồm 2 sợi dây đồng cách điện thường cóđường kính từ 0,4mm tới 0,6mm hay nếu tính cả chất cách điện là 1mm.Hai sợi dây xoắn lấy nhau để giảm nhiễu điện từ từ một cặp xoắn đôi nàylan sang các cặp xoắn đôi khác.

Dây xoắn đôi là đối xứng (cân bằng) và sự khác nhau về điện áp (haychính xác hơn là sóng điện từ) giữa 2 dây sẽ là tín hiệu truyền trên dây. Dâyxoắn đôi dễ lắp đặt, cần ít không gian và không mắc lắm. Dây xoắn đôiđược sử dụng ở các dây thuê bao trong các mạng viễn thông, trong truyềndẫn số 2Mbit/s với khoảng cách 2Km mà không cần tr ạm lặp (repeater). Với




28

DSL người ta có thể truyền hàng chục Mbit/s và trong khoảng cách ngắn ở mạng LAN người ta có thể truyền 100Mbit/s.

Cáp xoắn đôi không có bảo vệ chắn từ Unshielded twisted pair (UTP)dùng trong mạng LAN được chia thành nhiều loại: UTP Cat 3, 4, 5. Cat 3được thiết kế cho tần số thoại để dùng trong vòng thuê bao (local loop). Đặctính của cáp Cat 5 cho phép truyền tới tần số 100MHz và dùng cho mạngLAN hoạt động ở 100Mbit/s hay 1Gbit/s.




29

Dây tr ần (open wire) là phương tiện truyền dẫn đơn giản và xưa nhất.Dây tr ần sử dụng 2 dây dẫn không bọc chất cách điện mắc lên tr ụ. Hai dâydẫn này không được chạm nhau vì nếu chạm nhau sẽ bị hiện tượng đoảnmạch (short circuit) và liên lạc sẽ bị mất. Hiện nay không còn sử dụng dâytr ần nữa, tuy nhiên ở những vùng ngoại ô, thỉ nh thoảng vẫn còn thấy dâytr ần làm dây thuê bao hay dùng cho các hệ thống truyền tải tín hiệu tươngtự với ít kênh thoại.




30

Trong cáp đồng tr ục (coaxial cable) lớp dẫn điện bên ngoài bao bọc lõidẫn điện bên trong cách nhau một lớp cách điện. Ngoài cùng là lớp nhựabảo vệ. Cấu trúc của cáp đồng tr ục tạo ra một sự kết hợp tốt và cho dải tầntruyền dẫn cao với nhiễu r ất tốt. Cáp đồng tr ục dùng trong các mạng LAN(lúc đầu 10Mbit/s), trong các hệ thống antenna cho vô tuyến và TV và trongcác hệ thống truyền dẫn số, tương tự trong mạng viễn thông và trong cả hệ thống cáp thả biển tr ước đây.

3.3.2 Cáp quang

Cáp quang (optical fiber) là phương tiện truyền dẫn hiện đại nhất. Nócho dải thông r ộng, suy hao nhỏ và khả năng chống nhiễu điện từ r ất cao.Các tuyến cáp quang được dùng chủ lực cho truyền dẫn đường dài ở cácnước phát triển và các hệ thống cáp đồng tr ục dung lượng cao đang đượcthay thế lần bởi các hệ thống cáp quang.

Một sợi cáp quang có cấu trúc lõi bên trong (với đường kính từ 8 hay60μm) là thuỷ tinh tinh khiết bao bọc bởi một lớp thuỷ tinh khác với chiếtsuất kém hơn. Chùm tia sáng bị phản xạ toàn phần tại bề mặt tiếp xúc củahai lớp thuỷ tinh này quay tr ở lại lõi và lan truyền trong lõi cho tới đầu kiacủa sợi quang. Có thể so sánh sợi quang với tóc người đều có đường kínhxấp xỉ 100μm.




31

Nguyên lý truyền dẫn quang được biết từ vài thập kỷ tr ở lại đây. Sự độtphá của công nghệ cáp quang được mong đợi xảy ra từ nửa đầu thập kỷ 1970. Tuy nhiên, sự phát triển của công nghệ sản xuất cáp quang và cácthiết bị quang đã chậm hơn mong đợi và sự khởi đầu thương mại phải đếngiữa thập kỷ 1980 mới xảy ra. Kể từ đó, tất cả các hệ thống cáp đường dàidung lượng lớn bao gồm cả cáp thả biển đều dùng phương tiện truyền dẫn

sợi quang. Ưu điểm của sợi quang là:• Dung lượng truyền dẫn lớn: Sợi quang có băng thông r ất lớn và có

khả năng truyền dữ liệu tốc độ lên tới 50Gbit/s.• Giá thành r ẻ: Giá thành sợi quang giảm tới bằng giá thành cáp

xoắn đôi, tuy nhiên, phần bên ngoài và bảo vệ cáp làm tăng giáthành lên khoảng gấp đôi hay hơn nữa.

• Không bị nhiễu điện từ: Nhiễu điện từ hoàn toàn không có tácdụng lên ánh sáng truyền trong cáp quang.

• Kích thước nhỏ và nhẹ: Sợi quang có khối lượng nhỏ và đườngkính chỉ vài tr ăm micormet trong khi cáp đồng có đường kính lêntới hàng milimet.

• Nguồn nguyên liệu vô tận: Thạch anh dùng trong sợi thuỷ tinh làmột trong những vật liệu có nhiều nhất trên quả đất.

• Suy hao thấp: Suy hao trong sợi quang hiện đại nhỏ hơn một nửadecibel cho mỗi kilomet và nó lại không phụ thuộc vào tốc độ dữ liệu.

Một nhược điểm của sợi quang là nó lắp đặt khó hơn cáp đồng nhiều.Lắp đặt và bảo dưỡng, chẳng hạn nối sợi quang bị gãy yêu cầu phải có cácthiết bị chuyên dụng và kỹ thuật viên lành nghề. Một nhược điểm khác của

sợi quang là sự phát xạ ánh sáng lazer từ sợi quang gãy có thể làm hư mắt.Các tiêu chuẩn an toàn của IEC giới hạn công suất quang tối đa có thể dùng được và họ cũng quy định thiết bị phải có thể tắt máy phát đi trongtr ường hợp có sự cố trên sợi quang. Lưu ý r ằng ánh sáng khả kiến có bướcsóng (700-400nm) ngắn hơn ánh sáng dùng trong các hệ thống quang.

Sợi quang được chia thành hai loại chính, loại multimode và loại single-mode. Sợi multimode có đường kính 125/60μm đối với lớp ngoài và lõi,dùng cho các ứng dụng tầm ngắn như mạng LAN quang chẳng hạn. Họ sử dụng các máy phát diode phát quang light-emitting diode (LED) r ẻ tiền phátở bước sóng 850nm và có suy hao của sợi multimode khoảng 2dB/km. Đó

là tầm bước sóng đầu tiên, còn gọi là “cửa số thứ nhất” để truyền dẫnquang. Trong sợi quang multimode có nhiều chế độ phản xạ ánh sáng, lantruyền dọc sợi quang. Tr ễ lan truyền khác nhau với từng tia như vậy vànăng lượng ánh sáng của các tia khác nhau được nhận ở máy thu với độ tr ễ khác nhau gây ra hiện tượng tán xạ ngh ĩ a là tr ải các xung ánh sáng rakhi nó đi qua một sợi quang.




32

Cụm sóng ánh sáng càng ngắn thì sự tán xạ càng lớn và điều này làmcho sợi quang multimode chỉ dùng được cho các tốc độ dữ liệu thấp. Suyhao cao làm cho chúng chỉ dùng được cho thông tin ở các tuyến ngắn.

Sợi quang single-mode có đường kính xấp xỉ 125/5μm được dùng vớimạng viễn thông với các ứng dụng tốc độ dữ liệu cao, tầm liên lạc lớn. Loạisợi quang này chỉ cho phép một chế độ lan truyền ánh sáng trong sợi quangvà giảm r ất nhiều hiện tượng tán xạ ánh sáng. Sợi quang single-mode dùngsóng ánh sáng 1,3 hay 1,55μm trong cửa sổ thứ hai hay thứ ba và có suyhao vào khoảng 0,5dB/Km hay thậm chí còn ít hơn. Các bộ phát lazer bán




33

dẫn được dùng làm các phần tử phát và hệ thống cócác đoạn cáp lên đến hàng chục kilomet mà không cầncác bộ lặp ở trung gian. Trong khi đó các hệ thống cápđồng tr ục cần phải có các bộ lặp ở mỗi đoạn cáp 1,5Km. Điều này đã làm giảm giá thành cho viễn thông đườngdài trong vài chục năm tr ở lại đây.

Lưu ý r ằng các sợi quang single-mode cần các linhkiện và thiết bị quang và các đầu nối mắc tiền hơn vìbán kính của chúng nhỏ hơn và điều này đã làm cho giáthành của chúng tăng cao so với các linh kiện và thiết bị dành cho sợi quang multimode. Có một vài loại sợiquang single-mode nhưng loại sợi quang không tán xạ nondispersion-shifted fiber (NZ-DSF) được tối ưu ở cửasổ quang 1,55μm và DWDM, là loại được sử dụng nhiềunhất cho các công trình quang mới.

3.3.3 WDM

Nhiều sợi cáp single-mode được lắp đặt và các giải pháp kỹ thuật để tăng dung lượng sợi quang mà không cần lắp đặt cáp mới tr ở nên nhu cầur ất bức thiết khi dùng lượng truyền dẫn ngày càng tăng. Thực tế thì trongcác hệ thống truyền dẫn đường dài, WDM đã tr ở thành phổ biến và nó cóthể tăng dung lượng lên từ 10 tới 100 lần.

Các lazer hồi tiếp phân bố distributed feedback (DFB) được sử dụng để chọn chính xác các bước sóng. ITU đã quy định một mạng lazer cho các hệ thống DWDM điểm nối điểm dựa trên cách khoảng bước sóng 100GHz. Có




34

45 bước sóng được quy định trong tầm từ 196,1THz (1.528,77μs) tới191,7THz (1.563,85μm) trong cửa sổ thứ ba tương thích với tầm của EDFA.Các nhà sản xuất có thể thực hiện khác đi bằng cách mở r ộng giới hạn trênvà giới hạn dưới hay giảm các khoảng cách giữa các bước sóng thường thìở 50GHz hay thậm chí 25GHz để tăng số kênh lên gấp đôi hay gấp ba. Mỗikênh quang có thể được sử dụng cho truyền dẫn các xung ánh sáng ở tốc

độ 10Gbit/s hay thậm chí với tốc độ dữ liệu cao hơn ở khoảng cách 100GHzvà với sự tr ợ giúp của kỹ thuật DWDM một cặp sợi quang có thể cung cấpdung lượng dữ liệu đến và tr ăm Gbit/s.

Hầu hết các hệ thống DWDM đều hỗ tr ợ các giao diện quang chuẩnSONET/SDH. Đường truyền STM-16 (2,4Gbit/s) ở bước sóng 1.310nmđược dùng để làm tín hiệu đầu vào cho các hệ thống DWDM nhưng cácgiao tiếp khác như OC-192 cho Ethernet 10Gbit/s cũng được hỗ tr ợ. Cấutrúc căn bản của một hệ thống DWDM được minh hoạ ở hình vẽ.

Trong hình vẽ này chỉ minh hoạ một chiều. Các bộ transponder biến đổicác tín hiệu quang ở đầu vào thành các bước sóng theo tiêu chuẩn của ITU-T. Mỗi bộ transponder được thiết kế để hỗ tr ợ một giao diện nào đó, chẳnghạn, STM-16 và nó thực hiện biến đổi quang điện, phát lại tín hiệu và biếnđổi điện quang r ồi truyền tín hiệu vào bộ ghép kênh ở một bước sóng đượcITU quy định.

Công nghệ DWDM đã được cải thiện và sẽ tiếp tục được cải thiện trongtương lai để sử dụng dải thông của sợi quang và việc tận dụng được dunglượng to lớn của sợi quang sẽ đạt được trong tương lai với công nghệ

tương quan quang vô tuyến.




35

4 THÔNG TIN DI ĐỘNG

4.1 Nguyên lý thông tin di động

Ứng dụng chính của thông tin di

động là thoại. Điện thoại vô tuyếnchỉ mới phát triển được vài chụcnăm nhưng dung lượng của các hệ thống cũng còn r ất hạn chế. Cácmạng điện thoại vô tuyến bao gồmmột vài tr ạm phát sóng BS (BaseStation) và mỗi BS phủ sóng mộtvùng địa lý lớn. Số cuộc gọi đồngthời trong vùng phủ của một BS bị giới hạn bởi số kênh dùng đượctrong BS đó. Vì vậy, dung lượngcủa các hệ thống này r ất thấp và

dịch vụ điện thoại vô tuyến chỉ dành cho những mục đích chuyên dụng.

Vào những năm bảy mươi của thế kỷ tr ước, sự phát triển của kỹ thuậtchuyển mạch số và công nghệ thông tin đã làm cho các hệ thống điện thoạidi động tr ở nên thực tế. Nguyên lý tế bào đã tr ở thành giải pháp cho vấn đề dung lượng. Khoảng thời gian này đã phát triển các tiêu chuẩn điện thoại diđộng kiểu tế bào dùng kỹ thuật tương tự khác nhau ở các quốc gia Bắc Âu,Hoa Kỳ và Nhật Bản.




36

Vấn đề chính đối với các mạng điện thoại vô tuyến là dung lượng thấpdo dải tần dùng được cho dịch vụ bị giới hạn. Mạng di động tế bào khắcphục bằng cách dùng cùng những tần số giống nhau cho những vùng khácnhau trong mạng. Nguyên lý sử dụng lại tần số với cấu trúc mạng tế bàođược phòng thí nghiệm Bell phát minh ra từ những năm sáu mươi của thế kỷ tr ước. Sự tiến bộ của kỹ thuật điều khiển vô tuyến, vi xử lý và công nghệ

phần mềm đã làm các mạng di động tế bào đi vào thực tế vào cuối nhữngnăm bảy mươi của thế kỷ tr ước. Những đặc tính chung quan tr ọng của cácmạng thông tin di động kiểu tế bào là:

• Việc sử dụng lại tần số cung cấp số kênh thoại nhiều hơn r ất nhiềuso với số kênh của hệ thống.

• Kỹ thuật chuyển giao tự động giúp bảo đảm thông tin liên tục khi dichuyển từ tr ạm phát sóng này tới tr ạm phát sóng khác.

• Giám sát liên tục phẩm chất sóng của các máy điện thoại di độngvà dò điều kiện chuyển giao cho tr ạm phát sóng khác.

• Định vị máy điện thoại tự động để bảo đảm nó có thể nhận cuộcgọi.

• Các máy điện thoại di động luôn luôn giám sát chung một kênh để nhận cuộc gọi kịp thời.

MS (Mobile Station) là các tr ạm di động,thông thường là các máy điện thoại di động.Các BS thu phát tín hiệu với các MS. Các BSđược nối với các trung tâm chuyển mạch diđộng MSC (Mobile Switching Center) bằng cáckết nối số tốc độ sơ cấp 2,048Mbit/s hay

1,544Mbit/s. MSC có vai trò tương tự như tổngđài nội hạt trong mạng điện thoại cố định. Ngoàichức năng chuyển mạch và một vài chức năngkhác của một tổng đài MSC còn có chức nănggiữ định vị tr ạm di động với sự tr ợ giúp của cácthanh ghi định vị.

Lưu ý r ằng tất cả các mạng tế bào đềuđược thiết kế là mạng tiếp cận. Mục tiêu chínhlà làm cho các thuê bao di động có khả năngtiếp cận mạng điện thoại (cố định) toàn cầu.

Mạng điện thoại di động luôn luôn hoạt động bên cạnh mạng điện thoại cố định. Mạng điện thoại di động không có phân cấp tổng đài như ở các mạngđiện thoại cố định và tất cả các cuộc gọi quốc tế đều phải qua mạng điệnthoại cố định.

4.2 Cấu trúc mạng thông tin di động tế bào

Thay vì phải phủ sóng một vùng r ộng lớn với các tr ạm phát vô tuyếnmạnh như các hệ thống cũ vùng phủ của mạng di động tế bào được chiathành những vùng r ất nhỏ khoảng vài km vuông. Vùng có mật độ thuê bao




37

cao sẽ được phủ bởi những tế bào nhỏ hơn vùng có mật độ thuê bao thấp.Năng lượng của tr ạm phát sóng BS và tr ạm di động MS tự động giảm nhỏ ở các tế bào nhỏ. Năng lượng của chúng được điều khiển ở mức nhỏ nhất cóthể được. Năng lượng nhỏ để không xuyên nhiễu vào các thuê bao khác cócùng tần số ở các tế bào khác và như vậy về nguyên lý thì nhà điều hành cóthể tăng dung lượng không giới hạn bằng các giảm kích thước tế bào. D ĩ

nhiên là phải tăng thêm đầu tư cho các BS mới. Hệ số sử dụng lại tần số phụ thuộc vào từng hệ thống. Tuy nhiên, với hệ thống tế bào CDMA thì cáctế bào lân cận có thể dùng cùng một tần số và việc phân kênh là dựa vàotr ải phổ chứ không phải là dựa vào việc phân chia tần số và khe thời gian.

Hệ quả của việc giảm nhỏ kích thước tế bào là có thể giảm thiểu đượckích thước và giá thành tr ạm di động và kéo dài thời gian sử dụng pin. Nănglượng phát sóng nhỏ cũng bớt đi quan ngại về việc ảnh hưởng tới sức khoẻ người sử dụng của các máy điện thoại di động.

Trong mạng thông tin di động tế bào, thuê bao chỉ có mặt ở một tế bàotại một thời điểm. Do vậy mạng phải có một thông tin thông minh để kết nốicuộc gọi tới tế bào đang quản lý thuê bao vào thời điểm đó. Để làm đượcđiều này, mạng di động tế bào có 2 cơ sở dữ liệu gọi là các thanh ghi. Mộtthanh ghi là Home Location Register (HLR) và một thanh ghi là VisitorsLocation Register (VLR) để quản lý tính di động của thuê bao.

4.2.1 HLR và VLRKhi thuê bao mua một máy điện thoại di động, họ được đăng ký ở thanh

ghi HLR của nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động. HLR ghi dữ liệu hiệntại của khách hàng như vị trí hiện tại của khách hàng, dịch vụ khách hàngđược phép sử dụng. HLR là cơ sở dữ liệu tập trung toàn cầu. Khi có cuộcgọi đến thuê bao di động thì chính số quay sẽ cho biết HLR của nó đang ở đâu. Trong khi đó VLR lưu tr ữ thông tin của tất cả các thuê bao đang ở trong vùng của nó. VLR báo cho HLR của thuê bao đang đi vào vùng của




38

nó. VLR thường được tích hợp trong tổng đài di động trong khi HLR thườnglà một hệ thống cơ sở dữ liệu riêng biệt.

4.2.2 Kênh vô tuyến

Mỗi BS cung cấp 2 loại kênh cơ bản là kênh điều khiển chung CommonControl Channel (CCCH) và kênh sử dụng. Theo chiều downlink từ tr ạmphát sóng tới tr ạm di động các thông tin như nhận diện mạng, định vị, mứcnăng lượng được thiết kế và thông tin về các cuộc gọi đến được gởi trên

kênh điều khiển chung của tất cả các tế bào (cell). Khi các tr ạm di độngđang ở chế độ r ỗi (đang không gọi), nó theo dõi liên tục kênh điều khiển củamột cell. Đường uplink theo chiều ngược lại của kênh điều khiển để tr ạm diđộng gởi yêu cầu thiết lập cuộc gọi hay thông tin về vị trí của máy di độngkhi nó chuyển sang một vùng mới.

Một kênh người dùng hay kênh lưu lượng bố trí phân cho mỗi cuộc gọi.Trong một cuộc gọi, máy di động đi kèm với một kênh lưu lượng. Ngoàithông tin thoại, mỗi kênh lưu lượng còn truyền thông tin điều khiển. Thôngtin này cần thiết để điều khiển mức năng lượng của máy di động và thôngbáo phẩm chất thực hiện của máy di động cho mạng. Khi giải toả cuộc gọi

thì kênh lưu lượng cũng được giải toả và có thể dùng cho cuộc gọi khác.

4.3 Nguyên lý hoạt động của một mạng tế bào

4.3.1 MS ở chế độ r ỗi

Các tr ạm di động MS được lập trình tr ước các tần số của kênh điềukhiển. Khi mở máy, MS sẽ quét các tần số này và chọn ra BS có sóng kênhđiều khiển mạnh nhất. Sau đó MS gởi đi tên nhận dạng của nó có thể là số điện thoại hay mã số tuỳ hệ thống di động lên kênh điều khiển để thông báo




39

tới VLR. VLR dựa trên thông tin đó để tìm nơi đăng ký của MS. Sau đó tổngđài MCS hay VLR sẽ gởi thông tin về MS tới HLR của MS. Bây giờ HLR đãbiết MS ở đâu nên có thể chuyển các cuộc gọi đến của MS cho nó.

MS vẫn liên tục theo dõi kênh điều khiển và nếu cần thiết sẽ chuyểnsang kênh điều khiển của một cell khác (khi thuê bao di động ra khỏi cellcũ). Mỗi mạng di động tế bào đều được chia thành nhiều vùng định vị, mỗivùng định vị bao gồm một nhóm tế bào. Tất cả các tr ạm phát sóng BS trongmột vùng định vị đều gởi cùng một mã vùng định vị trên kênh điều khiển.Khi tr ạm di động di chuyển, thay đổi kênh và thông tin định vị của mạng về nó cũng thay đổi, tr ạm di động sẽ thông báo cho mạng để cập nhật vào nộidung các cơ sở dữ liệu VLR và HLR.

4.3.2 Cuộc gọi đi

Số máy gọi đi thuê bao quay được lưu vào bộ nhớ của máy điện thoại diđộng. Khi thuê bao ấn phím gọi thì máy điện thoại di động gởi một số bảntin báo hiệu đến tr ạm phát sóng BS qua kênh điều khiển. Những bản tin nàychứa số máy gọi đi và được BS chuyển cho MSC để định tuyến.

MSC phân tích số nhận được, chuyển những chữ số quay cần thiết chomạng điện thoại cố định để thiết lập cuộc gọi qua mạng PSTN và yêu cầutr ạm phát sóng BS cung cấp cho thuê bao này một kênh lưu lượng. Khi thuêbao bị gọi nhấc máy cả tr ạm phát sóng BS và máy di động MS đều chuyểntới kênh lưu lượng này và cuộc gọi có thể bắt đầu.




40

4.3.3 Cuộc gọi đến

Khi MS có một cuộc gọi đến, HLR xác định xem MS đang ở vùng phủ của VLR nào. Địa chỉ của VLR là địa chỉ toàn cầu mang theo cả mã quốcgia và mã mạng theo phương pháp đánh số điện thoại quốc tế. Cuộc gọisau đó được định tuyến tới MSC/VLR hiện thời đang phủ sóng máy bị gọimà nó biết thông tin chi tiết hơn về máy này. MSC/VLR gởi một tin nhắn trên

kên điều khiển cho tất cả các tr ạm phát sóng trong vùng thuê bao đangđược định vị. Tr ạm di động vẫn đang liên tục theo dõi kênh điều khiển và khinhận được tin nhắn đúng tên máy của nó thì nó yêu cầu được cấp một kênhlưu lượng và BS cấp cho nó một kênh lưu lượng theo yêu cầu. Sau đó, tr ạmphát sóng và tr ạm di động cùng chuyển sang kênh lưu lượng được cấp,máy điện thoại di động rung chuông, thuê bao ấn phím gọi thì cuộc gọiđược kết nối.

4.3.4 Chuyển giao

Trong suốt thời gian gọi, phẩm chất kết nối được giám sát liên tục và

năng lượng phát của tr ạm phát sóng và tr ạm di động được điều chỉ nh để phẩm chất kết nối này ở mức độ vừa phải cũng như giữ việc tiêu thụ điệnnăng phát sóng ở mức thấp nhất có thể được. Khi tr ạm di động chuyểnđộng tới gần biên giới của tế bào thì năng lượng phát được điều chỉ nh ở mức cao nhất. Khi máy di động di chuyển xa nữa thì tỷ số S/N giảm nhanh,tỷ số sai bit tăng nhanh. Nếu phẩm chất xuống thấp hơn mức ngưỡng đãđịnh thì cell bên cạnh sẽ cấp phát một kênh lưu lượng mới và cả BS và MSđều được yêu cầu chuyển sang kênh lưu lượng đó cùng một lúc. D ĩ nhiêntr ước khi chuyển giao mạng tế bào đã phân tích, đo đạc và so sánh phẩmchất kết nối giữa MS và các cell lân cận để chọn ra cell tốt nhất làm cell mới

cho MS.

4.3.5 Năng lượng phát của MS

Khi thiết kế mạng tế bào người ta đã xác định tr ước năng lượng phát tốiđa của mỗi cell. Năng lượng này phụ thuộc vào kích thước cell và điều kiệnđịa lý. Năng lượng phát kênh điều khiển của BS được điều chỉ nh ở mức chỉ vừa đủ bao phủ toàn bộ tế bào của nó. Trong thời gian cuộc gọi, để cố gắngtối thiểu hoá can nhiễu giữa các cell dùng cùng một tần số, mạng điều khiểnliên tục năng lượng phát sóng của MS và BS. Việc điều khiển này cũng tiếtkiệm nguồn pin trong máy điện thoại di động.

4.4 Các hệ thống thông tin di động

4.4.1 Điện thoại không dây

Máy điện thoại không dây (cordless phone) ban đầu dùng cho môitr ường dân dụng và nó được thiết kế để phủ sóng một vùng duy nhất là nhàở hay sân vườn. Tất nhiên, điện thoại không dây không thể nào cạnh tranhnổi với các hệ thống điện thoại di động tế bào. Ta sẽ xét một vài ứng dụngquan tr ọng nhất của điện thoại không dây.




41

Trong môi tr ường dân dụng, ưu điểm của cordless phone là có handsetcơ động. Máy mẹ BS (Base Station) nối với dây điện thoại cố định và chỉ cómột máy con (handset). BS có một bộ sạc điện cho handset. Nhiều hệ thốngcòn sử dụng kỹ thuật tương tự: công nghệ điện thoại không dây thế hệ thứ nhất first generation cordless phones (CT1).

Công nghệ điện thoại không dây thế hệ thứ hai (CT2) gọi là telepoint.

Thường telepoint được lắp đặt ở các nơi công cộng như phi tr ường, nhà ga,bến cảng,... Người sử dụng phải đem theo điện thoại không dây của mình(hay thuê một cái) và thực hiện cuộc gọi bên ngoài nhà mình qua telepoint.Thường thuê bao không thể nhận được cuộc gọi. Dịch vụ nhận cuộc gọikhông thành công và hầu hết các nhà điều hành mạng điện thoại đều bỏ qua dịch vụ đó. Lý do chính là sự phát triển của điện thoại di động tế bàođem lại dịch vụ tốt hơn và cơ động hơn.

Thế hệ điện thoại không dây cuối cùng là Digital EuropeanTelecommunications (DECT) được sử dụng ở một số nơi để cung cấpđường dây thuê bao vô tuyến WLL. Những nhà cung cấp dịch vụ điện thoạinội hạt mới có thể dùng công nghệ DECT để tránh việc lắp mới cáp điệnthoại. WLL r ất quan tr ọng cho việc thúc đẩy cạnh tranh dịch vụ điện thoại cố định nội hạt. Tuy nhiên, vai trò của WLL ngày càng giảm do giá dịch vụ điệnthoại di động tế bào giảm nhanh chóng.

Trong hầu hết các công ty liên lạc điện thoại vô tuyến trong hay ngoàicông ty đều dựa vào mạng điện thoại di động tế bào công cộng. Tuy nhiênmạng điện thoại không dây cộng tác được xây dựng dựa trên tổng đài điệnthoại nội bộ PABX/PBX của một công ty. Người ta nâng cấp PBX lên để cóthể hỗ tr ợ kỹ thuật WLL như DECT chẳng hạn. Công nghệ này cũng hỗ tr ợ

chuyển giao giữa các BS nó quản lý. Các chức năng quản lý liên mạng sẽ cho phép mở r ộng tầm di động bằng cách cộng tác với các công ty, vănphòng khác cũng hỗ tr ợ DECT. Ở Hoa Kỳ người ta phát triển kỹ thuật đó gọilà Personal Access Communication System (PACS).

4.4.2 GSM

GSM (Global System for Mobile communications) hoạt động ở dải tần900MHz và đã tr ở thành công nghệ thông tin di động tế bào thế hệ thứ haiphổ biến nhất. Trong công nghệ GSM, thông tin thuê bao được lưu trongmột thẻ thông minh và thuê bao có thể thay đổi máy điện thoại bất cứ lúc

nào họ muốn. Khi họ gắn card vào máy điện thoại mới, họ có thể tiếp cậnchính xác dịch vụ của họ. Phương pháp truy xuất dùng trong GSM làTDMA, cấp nhiều khe thời gian khác nhau cho nhiều khách hàng dùngchung một kênh tần số.

Hệ thống thông tin di động tế bào hoạt động ở 1.800MHz (DCS-1800)còn gọi là GSM-1800 cũng cùng kỹ thuật với GSM nhưng hoạt động ở dảitần số 1.800MHz và cung cấp dung lượng (số khách hàng) nhiều hơn GSMthông thường. DCS-1800 là tiêu chuẩn kỹ thuật châu Âu dùng cho mạngthông tin cá nhân Personal Communications Network (PCN) nhưng cũng




42

được dùng ở nhiều nơi khác trên thế giới. Mục tiêu của PCN là cung cấpthông tin di động cho các vùng đông dân cư.

4.4.3 CDMA

CDMA được chọn làm tiêu chuẩn cho điện thoại di động tế bào ở HoaKỳ từ những năm đầu của thập kỷ chín mươi thế kỷ tr ước. Điểm khác cơ bản giữa CDMA và các hệ thống tr ước đây là đường vô tuyến của kỹ thuậtnày không sử dụng FDMA hay TDMA mà phân kênh theo mã số của ngườisử dụng. Mã số này dùng để tr ải r ộng phổ tần và để đầu thu giải mã kênhtruyền. Hệ thống này của Mỹ còn gọi là CDMA dải hẹp hay narrowbandCDMA (N-CDMA).

Nguyên lý hoạt động của việc truyền sóng CDMA không dễ hiểu như FDMA hay TDMA. Trong hình vẽ tốc độ dữ liệu tr ải phổ cao gấp 10 lần tốcđộ dữ liệu của người sử dụng. Trong các hệ thống CDMA IS-95 thực tế ở Hoa Kỳ, tốc độ mã hoá cao hơn gấp hơn 100 lần tốc độ dữ liệu của người

sử dụng. Hoạt động bộ thuật toán loại tr ừ được thực hiện ở máy phát vớidữ liệu người sử dụng và mã tr ải phổ. Ngõ ra của bộ loại tr ừ ở mức cao khi2 tín hiệu vào khác mức và ở mức thấp khi 2 tín hiệu vào cùng mức (theo ýngh ĩ a của từ loại tr ừ). Trong ví dụ đơn giản hoá của ta, tốc độ bit của mã vàdữ liệu + mã nhanh hơn tốc độ của dữ liệu ban đầu 10 lần. Vì vậy phổ củatín hiệu ban đầu được tr ải trên dải tần r ộng gấp 10 lần. Sau khi điều chế vớisóng mang RF tín hiệu CDMA sẽ chiếm một dải tần r ộng.

Ở máy thu, tín hiệu nhận được tr ước hết được giải điều chế và sau đógiải mã tr ải phổ bằng mã đã thực hiện mã hoá ở máy phát để lấy lại tín hiệu




43

ban đầu. Người ta cũng dùng bộ thuật toán loại tr ừ để có được tín hiệu banđầu ở tần số thấp. Để tách tín hiệu tần số thấp này người ta dùng một bộ lọc thông thấp chỉ cho tín hiệu tần số thấp đi qua. Có thể hình dung là máythu tách năng lượng tín hiệu từ tín hiệu dải tần r ộng và chuyển về dạng dảinền ban đầu.

Những tín hiệu của các người sử dụng khác trên kênh truyền có các

khoá mã khác và khi nhận được nó có dạng tín hiệu tốc độ cao ngẫu nhiênvới phổ r ộng. Tất cả các tín hiệu đó đều không qua được bộ lọc thông thấp.Trong khi đó tín hiệu với khoá mã đúng lại qua được mạch lọc thông thấp.

Để hoạt động chính xác thì máy thu phải đồng bộ chính xác với máyphát. CDMA cũng cần phải điều chỉ nh thường xuyên mức năng lượng phátsóng vì năng lượng của người sử dụng này sẽ ảnh hưởng tới tỷ số S/N vàtỷ số sai bit của những thuê bao sử dụng đồng thời khác.

Nguyên lý CDMA có nhiều ưu điểm so với các hệ thống FDMA hayTDMA. Nó sử dụng tài nguyên vô tuyến hiệu quả hơn và lại không nhạy với

nhiễu pha đinh và các loại nhiễu vô tuyến khác. Nó phát sóng liên tục vớicông suất phát nhỏ nên an toàn hơn với người sử dụng máy điện thoại cầmtay.

4.4.4 Hệ thống di động tế bào thế hệ thứ ba

Hệ thống thông tin di động tế bào thế hệ thứ hai có nhiều nhược điểmnhư:

• Tốc độ của các dịch vụ số liệu thấp• Khả năng tương thích giữa các vùng trên thế giới kém• Dung lượng không cao

Vào những năm chín mươi, ITU-T nghiên cứu phát triển một hệ thốngtoàn cầu tương lai thế hệ thứ ba (3G) gọi là International MobileCommunications (IMT)-2000. Hệ thống này khắc phục một số tr ở ngại củacác hệ thống cũ. Đó là các vấn đề về quản lý tần số ở các quốc gia khácnhau và các hệ thống chính tr ị khác nhau. IMT-2000 có vai trò như một cơ chế để tương hợp các dịch vụ của các công nghệ khác nhau. Tuy nhiên, sự phát triển của kỹ thuật máy di động đã giải quyết tốt phần tương hợp hệ thống đối với người sử dụng. Với cùng một thiết bị di động ta có thể dùngnhiều mạng và dịch vụ khác nhau mà các mạng đó cung cấp. Công nghệ

3G quan tr ọng nhất là UMTS.UMTS là kỹ thuật của châu Âu cho các dịch vụ di động tích hợp trên nền

tảng GSM và GPRS. Mục tiêu của nó là cung cấp nhiều dịch vụ di động chotất cả các người sử dụng được định vị. Nó cung cấp các dịch vụ đa phươngtiện với tốc độ dữ liệu lên tới 2 Mbit/s cho tr ạm di động đứng yên và384Kbit/s cho tr ạm di động đang di chuyển.

Phương pháp tiếp cận vô tuyến tế bào của UMTS được ETSI phê chuẩnlà CDMA dải r ộng wideband CDMA (WCDMA). Nguyên lý hoạt động cănbản của WCDMA cũng giống như CDMA như đã nói ở trên. UMTS được




44

phân bổ ở dải tần số mới 2-GHz. Độ r ộng kênh là 5MHz và tất cả các cellđều dùng tất cả các kênh. Mạng lõi của UMTS dựa trên cơ sở mạng lõi củaGSM và GPRS. Các tr ạm phát sóng UMTS có thể được ghép với mạngGSM/GPRS để hoạt động song song với các tr ạm phát sóng của GSM.Ngay cả chuyển giao giữa UMTS và GSM/GPRS cũng được hỗ tr ợ.

Công nghệ 3G chính của Hoa Kỳ dựa trên CDMA. CDMA2000 dùng một

phương pháp điều chế phức tạp để tăng tốc độ dữ liệu qua kênh CDMA1,25MHz thông thường. Vấn đề của các hệ thống 3G ở Hoa Kỳ là dải tầndành cho dịch vụ 3G nhỏ hơn ở châu Âu.

4.4.5 Các hệ thống thông tin di động vệ tinh

Một trong các ứng dụng của thông tin vệ tinh là truyền dẫn điểm nốiđiểm. Vệ tinh cũng cung cấp các dịch vụ thông tin di động cho tàu thuỷ vàphi cơ và cũng hữu dụng ở các vùng hoang mạc, nơi các dịch vụ viễn thôngkhác không vươn tới được. Trong các hệ thống sử dụng vệ tinh địa t ĩ nh(geostationary satellite) giá thành máy di động r ất cao và giá dịch vụ cũng

mắc khủng khiếp.Các hệ thống thông tin vệ tinh truyền thông tr ực tiếp (DBS: Direct

Broadcast Satellite) đã có sẵn để cung cấp dịch vụ truyền hình chất lượngcao cho nhiều gia đình. Hầu hết dịch vụ này (cho cả các máy thu hìnhtương tự) sử dụng phương pháp nén hình ảnh MPEG II (Motion PicturesExperts Group II). Phần âm thanh được xử lý theo kỹ thuật Dolby SurroundSound tạo ra chất lượng âm thanh sánh bằng với chất lượng audio CD.

Các nhà cung cấp thiết bị và điều hành hệ thống thông tin vệ tinh phảiđối mặt với vấn đề tr ễ trong các dịch vụ thoại và số liệu hai chiều. Các hệ

thống vệ tinh truyền thông tr ực tiếp có sẵn trên thị tr ường vốn dùng cho cácdịch vụ truyền hình kỹ thuật số một chiều. Hầu hết các dịch vụ này đều sử dụng nén MPEG và truyền tải đa kênh để cung cấp dịch vụ gần giống vớidịch vụ xem phim theo yêu cầu (ngh ĩ a là các bộ phim bắt đầu cách nhau 15phút). Các hệ thống Vệ tinh truyền thông tr ực tiếp bị cản tr ở bởi các vấn đề về truyền tải các kênh truyền thông nội hạt, tr ễ liên quan đến xử lý nén (cácsự kiện thể thao bị tr ễ khoảng 1 giây), mất hoạt động hai chiều (mặc dùthực tế đã có nhiều hệ thống truyền tải thuê bao đến vệ tinh). Hầu hết cáchệ thống vệ tinh truyền thông tr ực tiếp sử dụng một kết nối modem quađường dây điện thoại cho chiều upstream.

Một kênh vệ tinh truyền thông tr ực tiếp có thể dễ dàng hoạt động ở tốcđộ dữ liệu 23Mbps. Tuy nhiên, tốc độ phổ biến nhất là khoảng 400 kbps(dịch vụ Direct PC). Các hệ thống hiện nay sử dụng các quỹ đạo địa t ĩ nh(GEO: Geosynchronous Earth Orbit) ở độ cao 22 500 dặm (khoảng mộtphần mười khoảng cách từ quả đất đến mặt tr ăng). Khoảng cách lớn nàylàm tăng lên thời gian tr ễ của các dịch vụ hai chiều, các dịch vụ tương tác.

Những kế hoạch sử dụng các dịch vụ vệ tinh giá r ẻ với các máy di độngcầm tay đã được thực hiện. Các máy di động dùng cho vệ tinh thậm chí có




45

thể dùng với các mạng GSM hay CDMA. Iridium và Globalstar là các hệ thống theo hướng đó.

Tên gọi Iridium xuất phát từ nguyên tử của nguyên tố Iridium có 77 điệntử xung quanh hạt nhân giống như 77 vệ tinh xung quanh quả đất. Tuynhiên số vệ tinh cần thiết đã giảm từ 77 xuống còn 66 nhưng tên gọi của hệ thống vẫn không thay đổi có lẽ là do nguyên tố có nguyên tử gồm 66 điện tử

xung quanh hạt nhân là Dysprosium làm nhẫn không đẹp bằng Iridium.Các hệ thống này có quỹ đạo cao từ 700 tới 10.000Km thấp hơn nhiều

so với quỹ đạo của các vệ tinh địa t ĩ nh là 36.000Km. Các vệ tinh này quayxung quanh trái đất sao cho ở bất cứ vị trí nào trên trái đất lúc nào cũngđược vài vệ tinh phủ sóng. Mỗi vệ tinh đóng vai trò là một tr ạm phát sóng vàphủ sóng một cell r ộng lớn dưới nó. Mục đích chính của hệ thống vệ tinhnhân tạo Iridium là dùng cho hệ thống điện thoại di động.

Một dịch vụ khác, Teledesic còn gọi là "Internet trên tr ời" ("Internet-in-the-sky") lại chủ đích nhắm vào dịch vụ truy xuất Internet. 288 vệ tinh nhân

tạo của Teledesic có giá thành xấp xỉ 9 tỷ dollar. Globalstar, một công ty concủa hãng Loral and Qualcomm có hệ thống 48 vệ tinh với giá thành 2,6 tỷ dollar với mục đích chính là dùng cho các ứng dụng dữ liệu truyền thống,điện thoại và fax. Skybridge dự kiến sẽ phóng 64 vệ tinh với giá thành tổngcộng là 3,5 tỷ dollar.

Những hệ thống này sử dụng các chức năng tương tự với mạng điệnthoại di động tế bào. Chẳng hạn như các chức năng quản lý di động vàchuyển giao dùng để quản lý chuyển động của các vệ tính (tr ạm phát sóng)thay vì quản lý chuyển động của các thuê bao. Các tr ạm mặt đất của hệ




46

thống vệ tinh điều khiển hoạt động của các vệ tinh và đóng vai trò là điểmkết nối với các mạng thông tin trên mặt đất.

Hầu hết các dự án thông tin vệ tinh đều là những thảm hoạ tài chính.Những kế hoạch kinh doanh của chúng được thực hiện vào thời điểm màngay cả các dịch vụ thông tin di động quốc tế còn chưa ra đời và các hệ thống thông tin di động tế bào cũng chỉ mới bắt đầu. Tới khi các dịch vụ thông tin vệ tinh bắt đầu được đưa tới khách hàng thì hầu hết những doanhnhân đều đã có điện thoại di động kỹ thuật số nên thị tr ường của họ đãgiảm sút quá nhiều.

4.4.6 WLAN

Nhiều môi tr ường làm việc sẽ được cải thiện nếu sử dụng truyền dẫn vôtuyến tầm ngắn, tốc độ cao như các bệnh viện, những tầng của hãng sảnxuất, cửa hàng, phòng hội nghị hay các trung tâm triển lãm. Người ta cónhu cầu dùng phương tiện vô tuyến để đạt được thông tin như là mạngLAN. Bước phát triển quan tr ọng của công nghệ WLAN là tiêu chuẩn IEEE802.11b được phê chuẩn vào năm 1999. những tiêu chuẩn tr ước đó có quánhiều tuỳ chọn và sự tương hợp giữa các sản phẩm khác nhau không đủ để chúng có thể ứng dụng r ộng rãi.

Tiêu chuẩn IEEE 802.11b dùng dải tần vô tuyến không cần giấy phép2,4-GHz và đạt tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 11Mbit/s. Để tương thích vớicác tiêu chuẩn IEEE 802. 11 1Mbit/s và 2Mbit/s tr ước kia, tiêu chuẩn IEEE802.11b gởi tất cả các thông tin đầu khung 1Mbit/s, giảm tốc độ dữ liệu. Xácnhận và cơ chế giữ kênh xử lý việc chia sẻ dung lượng giao tiếp vô tuyếnvà tốc độ dữ liệu cao hơn, ở 6Mbit/s được chia sẻ giữa những người sử dụng và hai chiều liên lạc.




47

Tiêu chuẩn IEEE 802.11b sử dụng 4 kiểu điều chế tín hiệu khác nhaucho từng tốc độ liên lạc 1Mbit/s, 2Mbit/s, 5,5Mbit/s và 11Mbit/s. Khi phẩmchất của kênh vô tuyến kém quá thiết bị sẽ tự động đổi phương pháp điềuchế chấp nhận nhiễu nhiều hơn và d ĩ nhiên là giảm tốc độ dữ liệu.

Tr ạm phát sóng của các hệ thống WLAN gọi là access point (AP) và nóđược nối với mạng Ethernet. WLAN được thiết kế để hoạt động như những

tr ạm vô tuyến của mạng Ethernet. Độ r ộng dải tần của tín hiệu vô tuyến IEEE 802.11b là 11MHz và nó chỉ

đủ chỗ cho 3 kênh không chồng lấn ở 2,4GHz. Điều này giới hạn r ất lớn khisố người sử dụng tăng. Các công nghệ WLAN dung lượng lớn như IEEE802.11a hoạt động ở dải tần 5-GHz được phát triển để khắc phục vấn đề này.

Mạng WLAN r ất có ích ở các môi tr ường như khách sạn, trung tâm hộinghị để cung cấp kết nối Internet cho khách hàng. Công nghệ WLAN cũngtr ở nên phổ biến trong môi tr ường giáo dục và văn phòng. Công nghệ

WLAN có thể là một giải pháp cho các dịch vụ số liệu tốc độ cao tầm ngắnkhi tích hợp với các hệ thống thế hệ thứ ba.

4.4.7 Bluetooth

Công nghệ bluetooth cho phép thay thế cáp nối thiết bị số với nhau quamột liên kết vô tuyến đa dụng tầm ngắn. Máy tính xách tay, máy điện thoạidi động tế bào, máy in, bàn phím và nhiều thiết bị khác có thể sử dụng liênkết vô tuyến bluetooth. Bluetooth được phát triển bởi Bluetooth Special




48

Interest Group (SIG, http://www.bluetooth.com), với sự hỗ tr ợ của Ericsson,IBM, Intel, Nokia, và Toshiba. Một kết nối vô tuyến bluetooth nhỏ như mộtmáy tính với thiết bị ngoại vi của nó gọi là Personal Area Network (PAN).PAN bao gồm một hay nhiều piconet. Một piconet bluetooth bao gồm 1 tr ạmchủ và lên tới 7 tr ạm tớ. Tr ạm chủ yêu cầu các tr ạm tớ phát lần lượt. Vớiứng dụng thoại bluetooth định hẳn một kênh đồng bộ truyền 2 chiều với tốc

độ cố định 64Kbit/s giữa tr ạm chủ và tr ạm tớ. Kênh này có thể dùng chođiện thoại không dây hay hands-free set cho điện thoại di động tế bào.

Các hệ thống bluetooth dùng cùng một tần số không quản lý 2,4GHzgiống như WLAN và chúng có thể cùng tồn tại trong cùng một vùng. Tínhiệu dải r ộng WLAN và tín hiệu dải hẹp Bluetooth không can nhiễu nhaunhiều.

Bluetooth sử dụng công nghệ Frequency Hopping Spread-Spectrum(FHSS) truyền dữ liệu theo từng cụm và tần số sóng mang thay đổi theotừng cụm. Có 79 tần số sóng mang với khoảng cách với nhau 1MHz. Mỗipiconet dùng một chuỗi ngẫu nhiên trên 79 sóng mang. Vài piconet có thể hoạt động đồng thời trong cùng một vùng chúng chỉ có thể ảnh hưởng nhauchỉ trong cùng một khoảng thời gian chúng hiện diện trên cùng một kênh tầnsố giống nhau.

Tốc độ điều chế của bluetooth là 1Mbit/s là tốc độ mà tất cả các thiết bị và cả hai hướng liên lạc trong một piconet chia nhau. Nếu so sánh WLANvà công nghệ bluetooth thì sẽ thấy WLAN là hệ thống dùng cho nhóm làmviệc (LAN) còn bluetooth chỉ dùng cho cá nhân (PAN). Số thiết bị trongmạng bluetooth r ất hạn chế và tốc độ dữ liệu cho mỗi thiết bị cũng r ất thấp.

4.5 GSMGSM là hệ thống thông tin di động tế bào số châu Âu được CEPT phát

triển từ những năm 80 của thế kỷ tr ước. GSM có ngh ĩ a là Global System for Mobile Communications. Có 2 phiên bản khác của GSM là phiên bản châuÂu DCS-1800 hoạt động ở dải tần 1,8GHz và GSM-1900 của Mỹ hoạt độngở dải tần 1,9GHz. Không giống như các hệ thống thông tin di động tươngtự, trong GSM thuê bao và máy di động được tách r ời nhau. Thông tin về thuê bao được lưu tr ữ và được xử lý bởi một bộ nhận dạng thuê bao SIM(Subscriber Identity Module) là một thẻ thông minh của thuê bao. Với thẻ này thuê bao có thể dùng với bất cứ máy di động nào của họ. Như vậy,

tr ạm di động MS là sự kết hợp giữa thiết bị di động Mobile Equipment (ME)và SIM: MS = SIM + ME.

4.5.1 Cấu trúc của mạng GSM

Các tr ạm di động MS được kết nối với trung tâm chuyển mạch di độngMobile Switching Center (MSC) qua phân hệ tr ạm phát Base StationSubsystem (BSS). BSS bao gồm một bộ điều khiển các tr ạm phát BaseStation Controller (BSC) và nhiều tr ạm thu phát Base Transceiver Station(BTS) được điều khiển bởi một BSC.




49

Cũng như các tổng đài nội hạt MSC thiết lập các cuộc gọi bằng cáchchuyển mạch các kênh vào đến các kênh ra. Nó cũng điều khiển các thôngtin, giải toả kết nối và nhận thông tin cước phí. Là một hệ thống chuyểnmạch di động, nó kết hợp với VLR để thực hiện các chức năng khác như đăng ký định vị, nhắn tìm. Nó cũng chuyển các thông tin mật mã hoá, thựchiện các thủ tục chuyển giao khi cần và hỗ tr ợ dịch vụ nhắn tin ngắn Short

Message Service (SMS). SMS là dịch vụ tích hợp vào GSM cho phép ngườisử dụng có thể gởi đi các tin nhắn ngắn bằng chữ.

Trong mỗi mạng tế bào đều có ít nhất một cổng gateway MSC (GMSC)để thực hiện các kết nối với các mạng khác. MSC trong hình vẽ thực hiệnthêm cả chức năng GMSC. GMSC làm việc như một giao tiếp giữa mạng tế bào và mạng cố định và nó phải xử lý các nghi thức báo hiệu giữa mạng cố định và các phần tử mạng của hệ thống di động mặt đất công cộng PublicLand Mobile Systems (PLMN). GMSC cũng điều khiển các bộ triệt tiếng dộiEcho Canceller để triệt tiếng dội dễ phát hiện vì tr ễ lớn khi đi qua các bộ mãhoá thoại giữa mạng cố định và mạng di động.

Tất cả các tham số của một thuê bao di động đều được lưu tr ữ v ĩ nh viễntrong một HLR. HLR cho một chỗ cố định để định tuyến thông tin. Các chứcnăng chính của HLR là:

• Lưu tr ữ dữ liệu thuê bao như các dịch vụ được cung cấp cho thuêbao đó.

• Đăng ký định vị, xử lý cuộc gọi và lưu tr ữ tập trung các dữ liệu địnhvị của thuê bao.

• Hỗ tr ợ mật mã hoá và nhận thực.• Xử lý các dịch vụ cộng thêm như chặn cuộc gọi, chuyển thoại

chẳng hạn.




50

• Hỗ tr ợ dịch vụ SMS.

HLR ở trong một hệ thống cơ sở dữ liệu thời gian thực hiệu quả chophép lưu tr ữ dữ liệu của 1 triệu thuê bao.

VLR cung cấp lưu tr ữ tại chỗ cho tất cả các tham số và chức năng cầnthiết để xử lý cuộc gọi đến và đi từ một thuê bao di động trong vùng phủ liên

quan tới nó. Thông tin được lưu ở VLR khi tr ạm di động vẫn còn ở trongvùng phủ sóng của nó. VLR liên lạc với HLR để thông báo cho HLR về địnhvị của thuê bao và nhận được dữ liệu của thuê bao chẳng hạn như là thuêbao này được cung cấp dịch vụ gì. Chức năng chính của VLR là:

• Lưu tr ữ dữ liệu của thuê bao đang có mặt trong vùng phủ.• Quản lý và cung cấp mã nhận dạng cục bộ để tránh việc dùng

nhiều một mã toàn cục trên sóng vô tuyến để bảo đảm bảo mật.• Đăng ký vị trí và xử lý cuộc gọi.• Nhận thực.• Hỗ tr ợ mật mã hoá.• Hỗ tr ợ chuyển giao.• Xử lý các dịch vụ cộng thêm.• Hỗ tr ợ dịch vụ SMS.

VLR là hệ thống cơ sở dữ liệu thường được tích hợp trong mỗi tổng đàidi động MSC.

Dữ liệu bảo mật của thuê bao được lưu tr ữ trong trung tâm nhận thựcAuthentication Center (AuC) bao gồm một khoá bảo mật cho thuê bao, giảithuật mật mã hoá và một bộ tạo ngẫu nhiên. AuC tạo ra dữ liệu bảo mậtthuê bao với giải thuật đã định sẵn và chuyển cho HLR để phân bố cho các

VLR. Một PLMN có thể có một hay nhiều AuC và chúng có thể là các phầntử mạng riêng biệt hay được tích hợp vào HLR. Ở SIM cũng có một khoábảo mật và giải thuật mật mã hoá giống như vậy. Do đó không cần phảitruyền những thông tin đó trên sóng vô tuyến.

Equipment Identity Register (EIR) là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về thiết bị đầu cuối di động. Có một danh sách tr ắng các thiết bị đầu cuối đượccho phép sử dụng dịch vụ, một danh sách xám các thiết bị đầu cuối cầnphải quan tâm đặc biệt và một danh sách đen các thiết bị đầu cuối bị mấtcắp. Những thiết bị đầu cuối có số series trong danh sách đen sẽ bị cấm sử dụng mạng.

Chức năng giao thức mạng Interworking Function (IWF) là một thực thể chức năng liên quan tới cổng MSC. Nó cho phép giao thức mạng giữaPLMN và một mạng cố định như ISDN, PSTN và mạng dữ liệu chuyểnmạch công cộng Public Switched Data Network (PSDN). Ví dụ, trong tr ườnghợp truyền dữ liệu từ GSM sang PSTN. Nó phải chuyển đổi truyền dẫn số dùng trong mạng GSM thành tín hiệu modem dùng trong PSTN. Nó khôngđược chức năng hoá cho các dịch vụ tương hợp tr ực tiếp với mạng cố định.




51

Bộ đổi mã transcoder (TC) dùng để đổi mã từ mã hoá thoại GSM 13 hay7Kbit/s thành mã PCM 64Kbit/s dùng trong các mạng cố định. Khi truyền dữ liệu thì chức năng TRAU được tắt đi. Với dữ liệu thì bộ đổi tốc độ (RAU) cầnđể biến đổi dịch vụ dữ liệu SM thành dịch vụ được mạng bên ngoài cungcấp. Ví dụ như nếu người sử dụng GSM có một đường tiếp cận ISDN14,4Kbit/s RAU sẽ chèn dữ liệu của nó vào dòng số 64Kbit/s của kênh BISDN một cách đặc biệt sao cho đầu bên kia có thể biết được cách lấy lạithông tin 14,4Kbit/s. Chức năng TC và RAU thường được kết hợp với nhau

thành một thiết bị gọi là bộ đổi mã và tốc độ Transcoder and Rate Adapter Unit (TRAU).

Bộ triệt tiếng dội Echo Canceller (EC) cần thiết để giao tiếp giữa GSM vàPSTN. Phương pháp mã hoá thoại hiệu quả của GSM tạo ra tr ễ lớn kết hợpvới dội ở các mạch giao tiếp 2 dây 4 dây trên mạng điện thoại cố định tạo radội có thể phát hiện được bằng tai người. Bộ triệt tiếng dội sẽ loại bỏ đượcphần lớn tiếng dội này.

GSM cung cấp một dịch vụ nhắn tin gọi là dịch vụ nhắn tin ngắn. Dịch vụ nhắn tin ngắn giữa các khách hàng với nhau cung cấp phương tiện gởi cáctin nhắn với kích thước nhỏ từ cũng như đến các tr ạm di động. Một trung

tâm dịch vụ nhắn tin ngắn SMS center (SMSC) làm việc như một trung tâmchuyển tin. Bản tin ngắn của thuê bao tr ước hết được chuyển qua mạng tớitrung tâm SMSC của mạng GSM quản lý họ. Sau đó SMSC sẽ lưu tr ữ nó,lấy ra số điện thoại cần nhắn và chuyển tiếp tin nhắn tới số điện thoại táchra được. Tuy trung tâm dịch vụ này là không được tiêu chuẩn hoá như mộtphần của PLMN nhưng mạng GSM phải hỗ tr ợ chuyển tin nhắn giữa cácSMSC và MS.

Trung tâm điều hành bảo dưỡng mạng Operation and MaintenanceCenter (OMC) là một hệ thống quản lý mạng để điều hành và bảo dưỡng từ




52

xa một mạng GSM. Các cảnh báo của các phần tử mạng GSM và các báocáo đo lưu lượng được chọn ra, lưu ở đây. Hệ thốg O&M xử lý các đặc tínhliên quan tới an ninh hệ thống, sự cố và cập nhật cấu hình mạng.

4.5.2 Kênh vật lý GSM

Sơ đồ đa tiếp cận trong GSM dùng hai phương pháp tiếp cận FDMA và

TDMA. Mỗi kênh tần số 200KHz có thể chia sẻ tối đa cho 8 người sử dụngqua 8 khe thời gian.

Một khái niệm cơ bản của truyền dẫn GSM trên đường vô tuyến là đơnvị truyền dẫn là chuỗi khoảng 100 bit được điều chế. Đơn vị này gọi là cụm(burst) và được gởi đi trong các cửa sổ đều đặn gọi là khe (slot) như minhhoạ ở hình vẽ. Các tần số trung tâm của các khe được định vị ở mỗi200KHz (FDMA) trong dải tần hệ thống và xảy ra đều đặn 0,577ms (TDMA).Tất cả các khe thời gian của các tần số khác nhau trong một cell nào đó đềuđược điều khiển bởi tín hiệu đồng bộ từ BTS phát trong kênh điều khiển củacác cell đó.

Đối với các kênh lưu lượng song công, hai hướng liên hệ với nhau bằngmột cách tách cố định về tần số và khoảng thời gian. Chỗ tr ống tần số cố định giữa 2 hướng truyền dẫn gọi là khoảng cách song công r ộng 45MHz(trong dải tần 900MHz) và r ộng 75MHz (trong dải tần 1.800MHz). Kiểu songcông này gọi là song công phân tần số Frequency-Division Duplex (FDD).Việc tách song công theo thời gian dùng 3 khe thời gian. Nguyên lý này làmcho việc sử dụng thiết bị di động hiệu quả vì không cần phải thu phát tínhiệu đồng thời. Sau khi nhận được tín hiệu trên đường downlink hay tần số tới 2 burst thiết bị di động mới gởi trên đường uplink hay tần số lui.

Mỗi khe thời gian trong khung 8 khe TDMA là một kênh vật lý. Mỗi cuộcgọi điển hình chiếm giữ một trong 8 kênh vật lý ở một sóng mang tần số.




53

4.5.3 Kênh logic

Các kênh vật lý của giao tiếp vô tuyến GSM được chia thành các kênhlogic. Chúng được chia thành 2 loại chính là kênh lưu lượng dedicatedchannel và kênh điều khiển common control channel. Có nhiều kên logickhác nhau và việc phân biệt chúng dựa trên mục đích và thông tin truyềntrên kênh đó. Những kênh logic này được xếp vào một kênh vật lý xác định

thường là TS0 trong mỗi khung TDMA và gởi đi như một burst vô tuyến đềuđặn.

Loại kênh logic thứ nhất là kênh lưu lượng và kênh điều khiển tốc độ thấp Traffic Channel and Associated Slow-Rate Control Channel. Khi cuộcgọi được kết nối, hai kênh trên đường vô tuyến được cấp phát cho nó làkênh lưu lượng Traffic Channel (TCH) và kênh điều khiển chậm slowassociated control channel (SACCH). SACCH được dùng để truyền thôngtin điều khiển công suất phát tín hiệu đến MS và gởi kết quả đo đạc từ tr ạmdi động tới mạng. Hai kênh này là các kênh phân phối do chúng được cấpphát cho người sử dụng.

Loại kênh logic thứ hai là kênh điều khiển chung Common ControlChannel. Có vài kênh logic điều khiển chung trong mỗi tế bào. Tất cả chúngđều nằm ở một khe thời gian cố định thường là TS0 và ở một tần số cố định. Kênh điều khiển chung theo hướng downlink gởi đi chẳng hạn cácthông tin sau từ mạng cho các tr ạm di động:

• Thông tin đồng bộ về tần số và khe thời gian.• Thông tin về các kênh điều khiển chung được các cell lân cận sử

dụng.• Vùng định vị và nhận dạng mạng.• Bản tin nhắn của các cuộc gọi đến và việc gán kênh cho một cuộc

gọi mới.

Trong chiều uplink từ máy di động tới mạng kênh điều khiển chung đượcdùng chẳng hạn, để cho các bản tin yêu cầu thực hiện cuộc gọi từ các máydi động MS.

4.6 GPRS

GPRS sẽ vượt tr ội hơn HSCSD vì nó cung cấp dịch vụ tối ưu cho cácthuê bao dữ liệu. Nó là một hệ thống chuyển mạch gói v ĩ đại mà kênh vô

tuyến được dành riêng trong khoảng thời gian truyền số liệu. Nó hỗ tr ợ truyền dẫn bất đối xứng và tài nguyên vô tuyến ở các chiều uplink vàdownlink được gán độc lập với nhau. Kênh vô tuyến được dành riêng chỉ trong thời gian truyền dữ liệu mặc dù kết nối ảo vẫn luôn luôn tồn tại chomỗi thuê bao GPRS. Những người sử dụng GPRS chia nhau các kênh vậtlý được cấp phát cho dịch vụ chuyển mạch gói. Nó đưa ra một phươngpháp truy xuất gói thực sự và hỗ tr ợ việc tính cước dựa vào lượng dữ liệugởi nhận.




54

4.6.1 Cấu trúc mạng GPRS

Vì lúc đầu GSM được thiết kế dành cho dịch vụ chuyển mạch kênh nênviệc đưa ra truyền dẫn chuyển mạch gói yêu cầu phải thay đổi một vài chứcnăng và hoạt động cơ bản. GPRS đưa ra hai nút mạng mới gọi là GPRSSupport Node (GSN) để hỗ tr ợ gởi gói từ thuê bao tới thuê bao. Đó làServing GPRS Support Node (SGSN) và Gateway GPRS Support Node

(GGSN).Với GPRS hoạt động của bộ HLR được mở r ộng với thông tin định tuyến

và dữ liệu khách hàng GPRS. HLR được cập nhật để chứa thanh ghi GPRS(GR) để chứa các dữ liệu khách hàng như địa chỉ IP của SGSN hiện tại. GRchứa thông tin định tuyến (địa chỉ SGSN) và tương ứng IMSI với một haynhiều địa chỉ Packet Data Protocol (PDP) nếu các địa chỉ được gán v ĩ nhviễn cho thuê bao. Thường thì địa chỉ IP được gán theo yêu cầu của kháchhàng, ngh ĩ a là khi họ kết nối GPRS. Các địa chỉ IP động được GPRS lấy lạikhi giải toả là lúc mà tr ạm di động MS ngắt kết nối khỏi mạng GPRS. Nhữngnâng cấp chính của phân hệ tr ạm phát sóng BS là các bộ mã hoá kênh mới

trong các BTS và các bộ phận điều khiển gói Packet Control Units (PCU)trong các BSC. PCU chăm sóc truyền dẫn gói giữa các MS và SGSN.

4.6.2 Các phần tử mạng GPRS

GPRS được thiết kế để cho các phân hệ tr ạm phát sóng không phải thayđổi gì. Một PCU được thêm vào BSS và nó định tuyến dữ liệu chuyển mạchgói đến mạng lõi GPRS riêng biệt.

Nút mạng hỗ tr ợ SGSN chịu trách nhiệm phân phối các gói dữ liệu tới tấtcả các máy di động MS trong vùng phục vụ của nó. SGSN đóng cùng vai trò




55

trong GPRS giống với MSC/VLR trong mạng GSM chuyển mạch kênh. Nódò các MS mới trong vùng của mình, thực hiện nhận thực, mật mã hoá vàkiểm tra số IMEI và gởi nhận các gói dữ liệu từ MS. Nó cũng thu thập cácbản ghi dữ liệu cước phí Charging Data Records (CDR), thực hiện phiên vàquản lý di động, hỗ tr ợ dịch vụ SMS. Quản lý di động bao gồm kết nối, giảitoả GPRS, cập nhật vùng định tuyến, cập nhật vùng định vị, thay đổi cell và

nhắn tin cuộc gọi đến. Thay đổi cell tương ứng như chuyển giao theo đóSGSN lo cho các gói không được xác nhận được định tuyến sang một cellkhác và có thể là một SGSN mới nếu cell mới thuộc một SGSN khác. Quảnlý phiên bao gồm kích hoạt PDP, giải toả và điều chỉ nh. Kích hoạt PDP làthiết lập một mạch ảo giữa MS và GGSN để chuyển các gói IP. SGSN xử lýchuyển đổi nghi thức giữa nghi thức IP và nghi thức LLC được sử dụnggiữa SGSN và MS. SGSN thực hiện nén TCP/IP theo RFC 1144 để tiếtkiệm tài nguyên vô tuyến.

Nút hỗ tr ợ GGSN hoạt động như một giao diện logic với các mạng dữ liệu gói bên ngoài. GGSN hoạt động như một router (bộ định tuyến) và che

giấu hạ tầng mạng GPRS với các mạng bên ngoài. GGSN vẫn là một điểmneo đậu khi SGSN thay đổi do đổi cell. Khi GGSN nhận một gói định vị tớimột người sử dụng nào đó, nó kiểm tra lại cơ sở dữ liệu của nó để xác địnhxem địa chỉ đó có được kích hoạt hay không. Nếu được kích hoạt thì GGSNdùng PDP (chứa địa chỉ SGSN để xuyên hầm) để chuyển gói đó cho SGSNcó liên quan. Nếu địa chỉ đó không được kích hoạt thì dữ liệu bị bỏ đi.GGSN thu thập các thông tin cước phí dựa trên việc sử dụng tài nguyênmạng.

GGSN tương ứng với GMSC trong hoạt động chuyển mạch kênh. Chứcnăng chính của GGSN là xử lý tương tác với mạng dữ liệu bên ngoài. Nóhoạt động như một router (bộ định tuyến) giấu mạng GPRS với các mạngsố liệu bên ngoài, điển hình là mạng Internet. GGSN cập nhật vị trí của MStheo thông tin từ các SGSN và định tuyến các gói tới và đi khỏi SGSN, để phục vụ cho MS đích.

Trong mạng GPRS, PDU hay các gói số liệu được đóng gói ở GSN gốc(là SGSN hay GGSN) và được mở gói ở GSN đích. Giữa các GSN, ngườita dùng xuyên hầm IP để gởi các gói dữ liệu. Điều này có ngh ĩ a là một góidữ liệu khách hàng được chèn vào gói IP, có chứa địa chỉ IP của GSN đích.GGSN duy trì thông tin định tuyến dùng để xuyên hầm các gói tới SGSN

đang phục vụ MS đích. Tất cả các dữ liệu liênquan khách hàng của GPRSđều cần thiết đối với SGSN để thực hiện việc định tuyến và thực hiện chứcnăng chuyển số liệu được lưu tr ữ trong GR/HLR.

BSC được nâng cấp với một PCU, để hỗ tr ợ tất cả các nghi thức GPRSvà điều khiển, quản lý hầu hết các chức năng liên quan tới vô tuyến củaGPRS. Nó chia các khung LLC dài thành các khung RLC ngắn hơn. Chứcnăng của PCU là thiết lập, theo dõi và giải toả các cuộc gọi chuyển mạchgói. Nó cũng hỗ tr ợ thay đổi cell, cấu hình tài nguyên vô tuyến và gán kênh.BTS chỉ đơn thuần là thiết bị chuyển tiếp mà không có chức năng nghi thức




57

dữ liệu đến SGSN chính xác. Sau đó SGSN định tuyến các gói dữ liệu về cell mà MS đích đang ở đó.

Kênh vô tuyến vật lý là một khe thời gian trong mỗi khung TDMA truyềncác khối dữ liệu chiếm giữ một khe thời gian trong 4 khung TDMA liên tiếp.Nhiều người sử dụng chia nhau một kênh vật lý và mỗi gói đi xuống baogồm nhận diện MS đích. Trong hướng đi lên, một vài khối dữ liệu được

dành cho các yêu cầu kênh uplink của các MS. Khi một MS muốn truyền dữ liệu gói nó yêu cầu một kênh gói uplink. Theo những yêu cầu đó, SGSN gánmột dung lượng uplink cho các MS. Mỗi khối dữ liệu downlink chứa nhậndạng của MS được cho phép gởi khối kế tiếp trên chiều uplink. Có thể thấymột tr ạm di động có thể kết nối dịch vụ GPRS liên tục nhưng nó chỉ đặtdung lượng khi cần gởi hay nhận. Cước phí được tính dựa trên một cướcthuê bao nhỏ hàng tháng và cước dựa trên lưu lượng gởi nhận. Điều nàylàm cho GPRS hấp dẫn hơn các kỹ thuật chuyển mạch kênh tr ước đó như HSCSD chẳng hạn.




58

5 MẠNG TRUY XUẤT SỐ LIỆU

5.1 Modem tần số thoại

5.1.1 Modem đối xứng

Từ modem có được từ sự kết hợp của hai thiết bị, bộ điều chế modulator và bộ giải điều chế demodulator. Quá trình điều chế biến đổi tínhiệu số (r ời r ạc về giá tr ị và thời gian) thành tín hiệu tương tự (liên tục về giátr ị và thời gian) để trên kênh truyền và quá trình giải điều chế thực hiệnngược lại để có tín hiệu dải nền mang dữ liệu số ban đầu. Các modem tầnsố thoại dùng cho kênh thoại tương tự của mạng điện thoại để truyền dữ liệu. Dải tần kênh thoại là từ 300 tới 3.400Hz và thông tin số dải nền đượcchuyển qua dải tần này bằng điều chế CW. Các phương pháp điều chế sóng mang CW (Carrier Wave) dùng trong modem dải tần thoại hoàn toàntương tự với truyền dẫn vô tuyến.

Như ta biết, điều chế CW biến đổi 3 đặc tính của sóng mang là biên độ,tần số và phase. Các phương pháp điều chế tương ứng là AM, FM và PM.Tất cả các phương pháp điều chế này đều được sử dụng trong modem tầnsố thoại.

Như ta thấy trên hình vẽ, đoạn tín hiệu tương tự duy nhất trong kết nốiqua một mạng viễn thông hiện đại là đường dây thuê bao của mạng tiếpcận nội hạt. Những modem tần số thoại được tiêu chuẩn hoá nhanh nhất cótốc độ dữ liệu lên tới 33,6Kbit/s. Tốc độ dữ liệu chỉ đạt trong khoảng30Kbit/s dù cho tốc độ truyền dẫn của PSTN là 64Kbit/s hay 56Kbit/s (tốc độ của kênh thoại mã hoá PCM). Gần một nửa dung lượng đã bị bỏ phí vì các




59

đường dây thuê bao tương tự thực hiện các biến đổi A/D và D/A ở cả haiđầu.

Những modem loại mới với dung lượng cao hơn sẽ không bao giờ đượctiêu chuẩn hoá vì modem dải tần thoại đã đạt đến r ất gần tốc độ truyền dữ liệu tối đa theo lý thuyết của kênh thoại và đã có những công nghệ truy xuấtdữ liệu tốc độ cao hơn ra đời.

Trong những năm đầu của lịch sử máy tính cách nay chừng hơn 30 nămtr ước, kết nối mạng hoạt động ở tốc độ khoảng 300 đến 600bit/s đã là kháđủ. Khoảng 10 năm gần đây thì modem 9,6Kbit/s được xem là công cụ liênlạc tốc độ cao. Modem 9,6Kbit/s thực tế đã đáp ứng nhiều ứng dụng tuynhiên nó thực sự chậm chạp trong các ứng dụng liên quan đến đồ hoạ vàvideo. Ví dụ, một người sử dụng vào mạng để tải về một bản đồ thời tiết thìvới tốc độ truyền dữ liệu 9.600bit/s phải mất 40 giây cho bản đồ tr ắng đenchất lượng kém. Với bản đồ màu độ phân giải cao thì phải chờ đến vài phút.Ngay cả modem 28,8Kbit/s hay 33,6Kbit/s cũng không đáp ứng được về tốcđộ của nhiều ứng dụng. Thời gian download một hình ảnh nén JPEG (Joint

Photographic Experts Group) là 120 giây. Nền kỹ thuật máy tính thay đổi r ấtnhanh, các kênh thông tin, máy tính đang biến đổi để đáp ứng theo nhu cầukhả dung lượng cao ngày càng tăng. Khi các dịch vụ hình ảnh màu, thoại vàvideo càng hấp dẫn khách hàng thì hạ tầng thông tin hàng megabit càng tr ở nên thiết yếu. Liệu người ta có thể trông chờ ở modem tương tự nhữngbước tiến ở các tốc độ cao hơn cỡ tốc độ đường truyền T1 (1544Kbit/s) hayE1 (2048Kbit/s) không? Thật không may, câu tr ả lời là không. Tốc độ 33,6Kbit/s của modem tương tự đã chạm tr ần tốc độ dữ liệu của modemtruyền trên kênh thoại. Tất cả các modem tương tự đều phải truyền dữ liệutrong kênh 300Hz – 4.000Hz dành cho âm thoại trong mạng điện thoại. Tốc




60

độ cỡ 33,6Kbit/s cần dải thông lớn hơn nhiều. Tuy nhiên, các modem hiệnđại thay vì gởi đi dòng bit chưa qua xử lý lại gởi đi các tín hiệu (symbol), mỗitín hiệu đại diện cho một số bit liên tiếp của dòng bit. Chẳng hạn, modemV.32 mỗi lần lấy 4 bit dữ liệu chưa xử lý thêm vào bit thứ 5 để thực hiện sửasai tạo thành nhóm 5 bit được đại diện bằng một trong 32 dạng tín hiệu. Mỗitín hiệu là một sự kết hợp của biên độ và phase của sóng mang. Quá trình

điều chế này gọi là Quadrature Amplitude Modulation (QAM). Vì phươngpháp điều chế QAM vừa nêu tạo ra 1 tín hiệu cho mỗi chuỗi 4 bit liên tiếpnên nó giảm dải thông cần thiết xuống còn một phần tư và như vậy dòng bitdữ liệu 9.600bit/s có tốc độ tín hiệu giảm còn 2400baud và dễ dàng truyềnđược trên kênh thoại 4kHz. Vấn đề là bit thứ 5 được thêm vào không làmthay đổi tốc độ dữ liệu cũng như tốc độ tín hiệu mà chỉ làm tín hiệu đượcđiều chế phức tạp thêm từ 16 tr ạng thái lên 32 tr ạng thái.

Mọi khách hàng sử dụng modem đều r ất quan tâm đến tốc độ và độ tincậy của modem. Các nhà cung cấp đều cố gắng tiến gần tới giới hạnShannon. 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 dải thông từ 2.400Hz lênđến 2.800Hz và tỷ số S/N từ 24 dB đến 30 dB thì dung lượng kênh khoảng2.4000bit/s. Ðể lấp đầy khoảng cách còn lại cần phải ứng dụng kỹ thuật sửasai.

Vào những năm 1950 các modem FSK (Frequency Shift Keying) có tốcđộ từ 300bit/s tới 600bit/s. Tiêu chuẩn quốc tế của modem bắt đầu từ thậpkỷ 60 thế kỷ tr ước. Năm 1964 tiêu chuẩn modem đầu tiên của CCITT làV.21 xác định đặc tính của modem FSK tốc độ 200bit/s và bây giờ là300bit/s. Kỹ thuật điều chế đã thay đổi sang QAM 4 tr ạng thái vào năm 1968và 16 tr ạng thái vào năm 1984 bởi V.22bis. Vào lúc đó, một tiêu chuẩnmodem ứng dụng tiến bộ công nghệ mới là V.32 thêm phần đặc tính triệttiếng 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 thựchiện 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 đến14.400bit/s. Sau đó tốc độ dữ liệu của các modem đã có những tiến bộ nhanh chóng từ 19.200bit/s lên đến 24.000bit/s r ồi 28.800bit/s. Modem mớihơn là V.34 ra đời năm 1996 đã đạt tới tốc độ dữ liệu 33.600bit/s và thựchiện 10 bit trên mỗi tín hiệu.

Khi các cuộc đàm thoại điện thoại được số hoá, các tổng đài lắp một bộ mã hoá chuyển tín hiệu tương tự thành tín hiệu số lấy mẫu tín hiệu thoại8000 lần mỗi giây và dùng 8 bit để mã hoá giá tr ị của mẫu. Ở đầu kia củakết nối diễn ra quá trình ngược lại và một tín hiệu xấp xỉ gần với tín hiê banđầu được tái tạo. Tuy nhiên, quá trình mã hoá lại sản sinh ra một kiểu nhiễukhác đó là nhiễu lượng tử. Khi thực hiện lượng tử hoá, các biên độ tươngtự có thể nằm giữa hai mức lượng tử kế tiếp trong 256 mức lượng tử khácnhau có được từ lượng tử hoá 8 bit và bộ mã hoá chọn mức lượng tử gầnhơn. Ở đầu thu, mức tín hiệu tương tự được tái tạo sẽ không phải là mứctín hiệu ban đầu mà khác hơn một chút nên tạo ra nhiễu. Với mục đích




61

truyền thoại thì sự khác biệt này là không đáng kể nhưng với modem tốc độ cao thì là một vấn đề lớn.

5.1.2 Modem 56K

Modem 56K sử dụng quá trình lượng tử hoá này. Nhiễu lượng tử là doquá trình mã hoá PCM. Nếu bỏ qua được giai đoạn mã hoá PCM thì có thể

thoát khỏi giới hạn Shannon. Nếu ta bố trí dữ liệu số chỉ đi qua bộ giải mãtrên mạng điện thoại thì dữ liệu sẽ được chuyển thành tín hiệu 256 mứcphát ra từ bộ biến đổi số sang tương tự của bộ giải mã PCM. Modem sẽ chuyển sang tìm kiếm các mức lượng tử hoá này vốn đã được tiêu chuẩnhoá. Trên thực tế một vài nơi ở Hoa Kỳ chỉ sử dụng 128 mức lượng tử hoávì hệ thống ghép kênh điện thoại số T1 ở Bắc Mỹ sử dụng bit có tr ọng số nhỏ nhất trong 8 bit để giám sát kênh và báo hiệu. Ðể có thể sử dụngmodem tại mọi nơi thì thay vì 64Kbit/s tốc độ modem là 56Kbit/s dù hầu hếtcác nơi trên thế giới đều dùng cả 8 bit cho mã hoá dữ liệu PCM. Hơn nữado tín hiệu chỉ truyền từ bộ giảm mã PCM ở mạch giao tiếp thuê bao của

tổng đài đến thuê bao nên có r ất ít nhiễu tác động và kết quả là tỷ số tínhiệu trên nhiễu r ất cao trên các đường truyền 56Kbit/s.Trò ảo thuật ở đây làloại bỏ quá trình mã hoá PCM và đưa thẳng dữ liệu số đến bộ giải mã. Ðiềunày đòi hỏi kết nối từ nguồn dữ liệu (các ISP chẳng hạn) đến bộ giải mãphải toàn bộ là số. Modem 56Kbit/s có thể vượt qua giới hạn Shannon bằngcách phân biệt 2 chiều thu phát của người sử dụng. Ở chiều phát tốc độ vẫnlà 33,6Kbit/s. Còn ở chiều thu tốc độ chỉ đạt tới 56Kbit/s khi ISP (InternetService Provider: nhà cung cấp dịch vụ Internet) của họ và các tổng đài củaPSTN phối hợp để tránh bộ lọc PCM ở mạch giao tiếp thuê bao của tổng đàibằng các đường truyền số T1 (1544Kbit/s) hay E1 (2048Kbit/s). Như vậy khi

2 người sử dụng dùng 2 modem 56Kbit/s truyền số liệu điểm nối điểm thìtốc độ không thể nào đạt được 56Kbit/s mà chỉ đạt được tốc độ dữ liệusong công đối xứng là 33,6Kbit/s.

Vào những năm cuối của thế kỷ tr ước đã xảy ra tình hình không thốngnhất của các tiêu chuẩn modem 56Kbit/s do 2 hãng sản xuất danh tiếng làU. S. Robotics (bây giờ là một bộ phận của hãng 3COM) sử dụng chipsetX2 của hãng Texas Instruments và Rockwell có tiêu chuẩn K56flex. D ĩ nhiênlà hai tiêu chuẩn này không tương thích nhau và ngành công nghiệp sảnxuất modem nhanh chóng bị phân cực theo một trong 2 tiêu chuẩn trên. Lúcnày người sử dụng tại Hoa Kỳ chờ đợi tiêu chuẩn nào sẽ được ISP của

mình chấp nhận r ồi 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 thờigian này một số ISP mở ra 2 số điện thoại, mỗi số điện thoại cho một tiêuchuẩn và điều này đã làm cho người sử dụng thấy yên tâm mà mua sắmmodem 56Kbit/s.

Tháng 9 năm 1998 ITU-T (International Telecommunication Union –Telecommunication - Standardization Sector) một tổ chức thừa kế củaCCITT) đã ra tiêu chuẩn V.90 để thống nhất trên toàn thế giới về modem56Kbit/s. Phần cứng của các loại modem trên không khác nhau mấy nên




62

người sử dụng 2 loại modem cũ có thể chỉ cần mua con chip nâng cấp choV.90 để tiết kiệm chi phí còn các modem sản xuất sau đó đều được chúthích là "Ready for V.90".

5.2 ISDN

ISDN (Integrated Services (Digital) Network) là mạng (số) đa dịch vụ

(sau này do thói quen người ta bỏ đi dấu ngoặc). ISDN lần đầu tiên đượcCCITT đề cập đến trong một khuyến nghị của mình vào năm 1977. Năm1985 AT&T thử nghiệm ISDN lần đầu tiên tại Hoa Kỳ. Tuy nhiên, ISDN pháttriển chậm ở Hoa Kỳ do sự không thống nhất trong cách triển khai theoCCITT của AT&Tvà Nortel. ISDN phá sản ngốn của hơn 20 quốc giakhoảng 50 tỷ Mỹ kim. Nguyên lý của ISDN là cung cấp các dịch vụ thoại vàsố liệu chung trên một đường dây thuê bao kỹ thuật số. Dùng ISDN ở giaotiếp tốc độ cơ sở (BRI: Basic Rate Interface) cho phép truyền dữ liệu vàthoại trên 2 kênh B (Binary channel) 64kbit/s và 1 kênh D (Digital channel)16kbit/s. 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. DùngISDN cho phép khách hàng sử dụng các dịch vụ mới như dịch vụ khẩn cấp(báo tr ộm, báo cháy,.), dịch vụ ghi số điện - nước - gas, dịch vụ quay số tr ực tiếp vào tổng đài nội bộ, dịch vụ địa chỉ phụ,. Các thiết bị cũ của mạngđiện thoại PSTN vẫn dùng được với ISDN qua một bộ thích ứng đầu cuốiTA (Terminal Adaptor). Giao tiếp tốc độ sơ cấp (PRI: Primary RateInterface) tương đương với các đường truyền T1 và E1 với kênh một kênhD là 64Kbit/s còn cá kênh B còn lại cũng có tốc độ 64Kbit/s. Ngoài ra ngườita còn định ngh ĩ a các kênh H trên PRI với H0 là 6B, H10 là 23B, H11 là 24Bvà H12 là 30B.

Vấn đề lớn nhất của ISDN là sau hơn 20 năm phát triển là nó đáp ứngđược hay không kịp nhu cầu của khách hàng. Tại châu Âu ISDN đã pháttriển r ộng 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 ISDNvẫn không phải là dịch vụ tự động 128Kbit/s mà nó chỉ là 2 kênh 64Kbit/s.Nếu muốn sử dụng đầy đủ dung lượng 128Kbit/s của đường dây ISDN thìphải mua thêm một bộ thích ứng đầu cuối đặc biệt để nhập 2 kênh 64Kbit/slại.

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 tổngđài phải sử dụng kỹ thuật chuyển mạch số. Nếu tổng đài sử dụng kỹ thuậttương tự sẽ không có ISDN. Như đã nói ba phần tư số tổng đài ở Hoa Kỳ làtổng đài số và d ĩ nhiên là sẵn sàng cho ISDN. Các tổng đài tương tự cũ hơnđang được chuyển đổi sang kỹ thuật số khi nó giảm giá nhưng với giá thànhmột vài triệu dollar cho một tổng đài kỹ thuật số như hiện nay thì việcchuyển đổi bị ràng buộc bởi nguồn tài chính đầu tư của các công ty khaithác điện thoại. Ngay cả khi đã có tổng đài kỹ thuật số thì các phần cứng vàphần mềm thêm vào để nâng cấp lên ISDN r ất mắc tiền. Ðiều này thực sự là một đánh cược của các công ty điện thoại trên sự chấp nhận của các




63

thuê bao để điều chỉ nh đầu tư. Thực tế sự chấp nhận ISDN của khách hàngở Hoa Kỳ r ất khiêm tốn làm cho các công ty điện thoại khá thờ ơ trong việcxúc tiến chuyển đổi mạnh sang cái gọi là "kỷ nguyên ISDN" ("ISDN era" -theo ITU-T).

ISDN cũng phải tr ải qua bài toán con gà và quả tr ứng. Ðể khắc phục giáthành chuyển đổi ISDN để đối mặt với sự chấp nhận không mấy ấn tượngcủa khách hàng ISDN đã tr ở nên mắc tiền. Và d ĩ nhiên một dịch vụ mắc tiền

không thể dễ dàng phổ biến trên diện r ộng. Cho tới năm 1997, chỉ cókhoảng hơn một triệu đường dây thuê bao là ISDN trong tổng số 150 triệuđường 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 tr ở nên r ất mắctiền. Kết quả là ISDN cần một sự đầu tư tài chính lớn làm cho hầu hết cácngười sử dụng đều thờ ơ. Trong tr ường hợp ISDN dành cho các người làmviệc xa công ty hay từ các chi nhánh thì chi phí có thể chấp nhận đượcnhưng với các văn phòng gia đình hay các văn phòng nhỏ (SOHO: SmallOffice Home Office) thì ISDN quá mắc tiền.

Càng ngày ISDN càng tr ở nên không có lối thoát. Trong thời đại màmodem tương tự chỉ đạt tốc độ dữ liệu 1200bit/s thì tốc độ dữ liệu 64 kbit/scho mỗi kênh của ISDN quả thật r ất ấn tượng. Ngày nay, khi mà tốc độ dữ liệu của modem tương tự lên đến 56 kbit/s với giá thành không quá 10 Mỹ kim thì giá thành thiết bị ISDN lên đến hàng ngàn Mỹ kim tr ở nên khôngđáng để đầu tư. Một sự kiện nữa đang ngày càng cho ISDN ra rìa làInternet. ISDN là dịch vụ có chuyê宠mạch cho phép thực hiện các kết nối 64kbit/s qua quay số như gọi điện thoại. Trong những năm đầu của thập kỷ 80thế kỷ tr ước, 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




64

quay số gọi nhau. Trong 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 gởie-mail. Ðiều này được thực hiện mà không cần mạng chuyển mạch. Internetthực 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 nộihạt và tốn cước phí thuê bao hàng tháng còn việc chuyển vận qua Internet

là miễn phí.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 xuấthiện thì chưa có công nghệ Web và các nhà thiết kế ngh ĩ là người sử dụngchỉ đơn thuần gọi một máy tính, chuyển dữ liệu r ồi gác máy, chẳng có gìkhác so với một cuộc gọi điện thoại thông thường. Tuy nhiên, Web vàInternet đã thay đổi cơ bản việc truyền số liệu. Sử dụng Web không chỉ đơnthuần là chuyển file mà còn khám phá, tận hưởng theo thời gian thực chuỗithông tin bất tận về dữ liệu, giải trí. Những cuộc gọi Internet không còn làcác cuộc gọi với thời lượng vài phút mà đã tr ở thành các cuộc gọi kéo dài

nhiều tiếng đồng hồ. Thời lượng sử dụng Intenet trung bình hàng tuần đãhơn 6 giờ mỗi tuần trong khi hầu hết các gia đình đều không nói chuyệnđiện thoại quá 6 giờ mỗi tháng.

PSTN được thiết kế để đáp ứng vài cuộc gọi tương đối ngắn của cácthuê bao. Một lưu lượng người sử dụng không bình thường và những cuộcgọi 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 mạngquá tải, một hiện tượng ở Hoa Kỳ r ất 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 chỉ kéodài vài phút lại kéo dài nhiều tiếng đồng hồ thì mọi ngày đều tr ở thành ngàycủa các bà mẹ.

Về viễn cảnh mạng thì một cuộc gọi ISDN không khác gì mấy cuộc gọimodem qua điện thoại thông thường. Cả hai đều chiếm dụng khả năngchuyển mạch số, truyền dẫn số 64 kbit/s 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 thời gian kết nối khi ngườisử dụng chỉ cần thông tin nào đó r ồi log off. Còn đối với người sử dụngdùng tất cả thời gian kết nối chỉ cho mục đích giải trí thì ISDN không có tác

dụng gì ngoài việc truy xuất nhiều thông tin hơn một chút.Các công ty khai thác điện thoại đang dần nhận ra r ằng giải pháp lâu dài

duy nhất cho tình tr ạng quá tải mạng là chuyển lưu lượng Internet ra khỏimạng PSTN càng nhiều càng tốt. Cố gắng 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 thành công hơncác kỹ sư công lộ để giải quyết tắc nghẽn không? Thực tế có một khả năng




65

thành công lớn khi tách r ời truy xuất Internet khỏi PSTN nhà cung cấp dịchvụ sẽ gở bỏ được cổ chai kềm giữ tốc độ truy xuất ở 64 kbit/s. Với cấu hìnhmạng mới nhà cung câ dịch vụ có thể thiết kế thích nghi với tốc độ thôngtin dữ liệu hiện đại và người sử dụng có nhu cầu cao sẽ không ngần ngại từ bỏ modem cũng như các thiết bị thích ứng đầu cuối để chạy theo mạng truyxuất mới.

5.3 DSL

5.3.1 Lịch sử hình thành và phát triển DSL

Lịch sử hình thành của DSL và các phiên bản của nó được minh hoạ vắn tắt trên hình vẽ. Năm 1985 Bell Labs phát minh ra phương pháp truyềndịch vụ số trên dải tần số cao của dây điện thoại xoắn đôi truyền thống.

Năm 1990 các công ty điện thoại bắt đầu sử dụng HDSL trên 2 đôi dâyđể thay thế các đường truyền T1 trên dây xoắn đôi với ưu điểm không cầnsử dụng các tr ạm tiếp vận (repeater). HDSL không cần phải có các tr ạm tiếpvận hay các điều kiện đặc biệt cho đường dây. Ngay cả một số nhánh r ẽ




66

cũng có thể tồn tại trong các liên kết HDSL với số lượng không quá 2 và độ dài cũng phải bị giới hạn. Ðiều hấp dẫn của HDSL là giá thành hạ và HDSLlàm cáp đồng có vẻ như cáp quang trong chừng mực độ tin cậy và tỷ số saibit khá hơn cáp đồng trong T1/E1 nhiều.

Năm 1995 các công ty điện thoại triển khai ADSL để thâm nhập thị tr ường video. ANSI tiêu chuẩn hoá thành công ADSL với tiêu chuẩn T1.413.

Sau đó ADSL không cạnh tranh nổi với truyền hình cáp đồng tr ục, truyềnhình vệ tinh nên bị xếp xó và cuối cùng được sử dụng lại r ất hiệu quả vớitruy xuất Internet tốc độ cao nhờ bản chất bất đối xứng của nó.

Đến năm 1998 thì tiêu chuẩn ADSL T1.413 đã được nâng cấp thànhrelease 2 với khả năng thích ứng tốc độ và lượng overhead giảm xuống.Cũng năm này việc tiêu chuẩn hoá SDSL thành công. Tháng tư năm 1998ETSI ban hành tiêu chuẩn đầu tiên về các chức năng của VDSL: TS 101207-1.

Vào năm 1998, nhóm công tác ADSL toàn cầu (UAWG: Universal ADSL

Working Group) được thành lập bao gồm các tổ chức hàng đầu trong côngnghiệp viễn thông mạng và máy tính cá nhân để phát triển một dạng ADSLtốc độ thấp, giá thành hạ để có thể nhanh chóng giành lấy thị tr ường.

Kết quả công việc của nhóm công tác này là một chủng loại ADSL dựatrên tiêu chuẩn mới là G.lite ra đời. G.lite được ITU-T chấp nhận ở khuyếnnghị G.922.2 vào tháng 6 năm 1999 và có thể cung cấp tốc độ lên đến 1,5Mbit/s theo chiều downstream và 512 kbit/s theo chiều upstream. G.liteđược thiết kế để cung cấp dịch vụ này qua đường dây điện thoại mà khôngcần bộ tách dịch vụ thoại đơn thuần POTS mà các giải pháp ADSL tốc độ đầy đủ vẫn cần đến.? Một phần của tiêu chuẩn G.lite là kỹ thuật gọi là "fast

retrain" giới hạn năng lực dòng dữ liệu upstream của tín hiệu G.lite khi tổ hợp điện thoại đang sử dụng để tối thiểu hoá xuyên kênh và sau đó phụchồi lại năng lực của dòng tín hiệu upstream khi tổ hợp được gác tr ở lại.

Tháng 6 năm 1999 ITU-T ban hành cùng lúc hai khuyến nghị đầu tiên về ADSL là G.992.1 còn gọi là G.dmt và G.992.2 còn gọi là G.lite. Cũng nămđó ANSI ban hành tiêu chuẩn T1.418 cho HDSL2 là loại HDSL sử dụng mộtđôi dây.

Tháng 2 năm 2001 ETSI ra tiếp tiêu chuẩn TS 101 207-2 về đặc tínhmáy thu phát VDSL. Tháng 11 năm 2001 ITU-T ban hành khuyến nghị đầu

tiên về VDSL: G.993.1.Tháng 7 năm 2002 ITU-T ban hành tiêu chuẩn đầu tiên về ADSL2

(prepublication) trong khuyến nghị G.992.3 và G.992.4. ADSL2 ra đời nhằmcải tiến tất cả các ứng dụng trên ADSL về cả thoại và số liệu. Ngoài hai chế độ truyền dẫn trên ADSL là chế độ truyền dẫn đồng bộ STM và chế độ truyền dẫn bất đồng bộ ATM như ADSL thế hệ đầu tiên ADSL2 còn hỗ tr ợ thêm chế độ truyền dẫn thứ ba là chế độ truyền dẫn paket và hỗ tr ợ thoạikhông gói hoá gọi là thoại kênh hoá (CV: Channelized Voice). Thoại kênhhoá được đưa vào dòng dữ liệu của ADSL2 mà không cần qua bộ IAD.




67

Ngoài ra ADSL2 còn thay đổi về dải tần truyền dẫn theo hai chiềuupstream và downstream. Nhờ các cải thiện này mà tốc độ truyền dẫn củacác đường dây dài 3 dặm đã tăng từ 560Kbit/s/276Kbit/s lên đến1560Kbit/s/596Kbit/s theo thứ tự tương ứng cho chiềudownstream/upstream. Ðộ dài đường dây cho một tốc độ cố định đã tăngđược 300m. Với những cải tiến như vậy, ADSL2 đã đem đến dịch vụ cho

đến 99% các đường dây ở vùng thành thị. Hơn nữa ADSL2 lại tương hợptốt với ADSL được tiêu chuẩn hoá trong ITU-T G.992.1.

Mục tiêu của quản lý nguồn ADSL2 là thực hiện tiết kiệm năng lượngcho tính năng "Always on" của ADSL. Với hàng triệu modem ADSL quản lýnguồn ở các chế độ standby, sleep như PC sẽ tiết kiệm lượng điện đáng kể.ADSL2 có 3 chế độ hoạt động nguồn là L0, L2 và L3.

• L0: cấp nguồn cho modem đạt tốc độ dữ liệu cao nhất.• L2: hạn chế nguồn tối đa tại ATU-C khi lưu lượng Internet qua

modem giảm.

• L3: Hạn chế nguồn tối đa tại ATU-C và ATU-R khi khách hàngkhông sử dụng ADSL2: chế độ sleep/standby, khởi động lại phảimất 3 giây

• L2 là tiến bộ lớn nhất của ADSL2

Sự chuyển đổi tr ạng thái qua lại giữa các chế độ nguồn L0 và L2 là hoàntoàn tự động, người sử dụng không biết được và không gây ra sai bit cũngnhư không ngắt quãng hoạt động của các modem ADSL.

Tháng 5 năm 2003 ITU-T đưa ra khuyến nghị G.992.5 dành choADSL2+ hoạt động ở dải tần tới 2,208MHz và với tốc độ dữ liệudownstream lên tới 24Mbit/s và tốc độ chiều dữ liệu upstream lên tới1Mbit/s.

ReachDSL là công nghệ DSL đối xứng đáp ứng nhu cầu của thuê baovề đường dây DSL tốc độ cao ở các khoảng cách xa. Ðể bổ sung cho côngnghệ ADSL tiêu chuẩn (DMT hay G.lite), các sản phẩm ReachDSL cung cấptốc độ dữ liệu từ 128 kbit/s đến 1 Mbit/s và được thiết kế để làm việc vớiđiều kiện đường dây và đi dây trong nhà dễ dãi hơn. Một trong các lợi íchcủa ReachDSL là không cần phải lắp đặt các bộ tách dịch vụ thoại đơnthuần POTS. Ðiều này cho phép khách hàng hoàn toàn có thể tự lắp đặtcác bộ microfilter.

Khác với các hệ thống ADSL có độ dài vòng thuê bao giới hạn trongkhoảng 6 Km kể từ tổng đài, các hệ thống ReachDSL mở r ộng dịch vụ đếnhơn 6 500 m và hiện nay đã có các đường dây vượt quá 10 Km.

ReachDSL có khả năng tương hợp phổ tần số. Giải pháp ReachDSL cósự tương hợp tần số ở mức cao. Một trong các thành viên của gia đìnhReachDSL là MVL (Multiple Virtual Lines) là hệ thống DSL đầu tiên đượcFCC công nhận với phê chuẩn ở Part 68 ngh ĩ a là nó thân hữu với các dịchvụ khác trên mạng điện thoại và bản thân không phải là một tác nhân gâynhiễu. Các giải pháp ReachDSL khác cũng phù hợp với tiêu chuẩn quản lý




68

phổ tần số nhóm 1 (Spectral Management Class One). ReachDSL có giáthành sản phẩm thấp và có tốc độ động, cho phép dịch vụ được định hướngkhách hàng cho các ứng dụng khác nhau. Những thuận lợi kể trên r ất quantr ọng để điều chỉ nh giá thành và định hướng thị tr ường dịch vụ nhắm đếncác khu vực doanh nghiệp và người tiêu dùng. Một phiên bản mới nhất củaDSL là VDSL (Very High Speed DSL). Các hệ thống VDSL vẫn đang không

ngừng được phát triển nên không thể nói được chính xác khả năng tối đacủa chúng. Tuy nhiên, các tiêu chuẩn dự định cho dòng dữ liệu upstream là52 Mbit/s và đối xứng là 26 Mbit/s. Bù lại tốc độ cao này là độ dài vòng thuêbao r ất hạn chế, khoảng 330 m với tốc độ cao nhất và có sự thích ứng tốcđộ giảm xuống khi độ dài vòng thuê bao tăng lên. Những hạn chế này làmcho việc đưa vào sử dụng VDSL dẫn tới sử dụng một mô hình hơi khác vớicác hệ thống DSL truyền thống. Trong mô hình VDSL các bộ DSLAM đượcdời ra khỏi tổng đài nội hạt và đưa về gần thuê bao hơn. Các bộ DSLAMđược nuôi bằng các đường cáp quang. Tốc độ cao của VDSL mở ra một cơ hội cho các nhà cung cấp dịch vụ đưa ra thế hệ dịch vụ mới của DSL, với

video tr ở thành dịch vụ cơ sở. Ở tốc độ 52 Mbit/s một đường dây VDSL cóthể cung cấp nhiều kênh video MPEG-2 chất lượng cao và ngay cả một haymột vài kênh truyền hình độ nét cao (HDTV: High Definition Television).Nhiều nhà cung cấp dịch vụ đã bắt đầu thử nghiệm các hệ thống VDSLcung cấp những dịch vụ này với đầu bên phía thuê bao của VDSL dạng như một máy truyền hình cáp cùng đồng thời với các dịch vụ dữ liệu từ máy tínhcá nhân.

Đạt tốc độ dữ liệu cao nhất trong các phiên bản DSL là VDSL2 đượcITU-T tiêu chuẩn hoá trong G.993.2 vào tháng 2 năm 2006. VDSL2 đạt tốcđộ tối đa tại nguồn 250Mbit/s và 100Mbit/s ở khoảng cách nhỏ hơn 500m và

50Mbit/s ở khoảng cách không quá 1Km. Từ khoảng cách 1,6Km tr ở đi,VDSL2 thực hiện hoàn toàn như ADSL2+.

Giả thiết cơ bản của DSL là tr ở thành một công nghệ vòng thuê bao màcác thiết bị tương thích được bố trí ở 2 đầu vòng thuê bao cáp đồng đã bảođảm cho nhiều công nghệ DSL mới sẽ được đưa ra theo thời gian. Mục tiêuchiến lược của các nhà cung cấp dịch vụ là bảo đảm sự chọn lựa một môhình hay một công nghệ DSL nào đó cho dịch vụ ngày nay sẽ không giớihạn khả năng theo kịp các công nghệ mới trong tương lai. Như vậy là cónhiều dạng DSL để có thể chọn lựa. Sự lựa chọn một công nghệ và bỏ quacác công nghệ khác là phụ thuộc vào một loạt các yếu tố từ loại dịch vụ,

dạng chủ yếu của mạng hiện tại, dự định của khách hàng về các dịch vụ trong tương lai.

5.3.2 Kỹ thuật DSL

Mạng mạng thuê bao nội hạt của PSTN được thiết kế theo tiêu chuẩngiới hạn truyền dẫn kênh thoại tương tự 3.400Hz. Ví dụ: điện thoại, modemquay số, modem fax, đều được giới hạn truyền dẫn trên đường dây điệnthoại với phổ tần số từ 0Hz đến 3.400Hz. Tốc độ thông tin cao nhất có thể




69

đạt được trong phổ tần số 3.400Hz là 35Kbit/s và thực tế đã đạt được33,6Kbit/s.

Vậy làm cách nào công nghệ DSL có thể đạt được tốc độ thông tin hàngtriệu bit mỗi giây trên cùng một môi tr ường truyền dẫn cáp đồng như vậy.Câu tr ả lời thật đơn giản: loại bỏ giới hạn 3.400Hz! DSL cũng như T1 và E1tr ước đó sử dụng tầm tần số r ộng hơn kênh thoại. Ứng dụng như vậy đòi

hỏi truyền dẫn thông tin trên một tầm tần số r ộng từ một đầu dây tới thiết bị thu ở đầu bên kia. Có 3 vấn đề nảy sinh khi ta loại bỏ giới hạn 3.400Hz vàđột ngột tăng cao tốc độ thông tin trên cáp đồng:

• Suy hao (attenuation): là tiêu tán năng lượng của tín hiệu truyềndẫn trên đường dây. Việc đi dây trong nhà cũng góp phần làm suyhao tín hiệu.

• Bridged tap: Các đoạn dây kéo dài không có kết thúc của vòngthuê bao gây ra thêm mất mát một số tần số xung quanh giá tr ị tầnsố có một phần tư bước sóng bằng độ dài đoạn kéo thêm.

• Xuyên kênh (crosstalk): xuyên kênh giữa hai đôi dây trong một bócáp gây ra bởi năng lượng điện mang theo trong mỗi đôi dây.

Người ta thường so sánh truyền dẫn tín hiệu điện với lái xe hơi. Tốc độ xe hơi càng nhanh càng tốn nhiều nhiên liệu và càng mau phải đổ xăng. Vớitín hiệu điện truyền trên cáp đồng thì sử dụng tần số càng cao sẽ càng làmgiảm cự ly thông tin. Ðiều này là do tín hiệu tần số cao truyền qua cáp kimloại suy hao nhanh hơn tín hiệu tần số thấp. Một phương pháp để tối thiểuhoá suy hao là sử dụng dây điện tr ở thấp. Dây cỡ lớn có điện tr ở nhỏ hơndây cỡ nhỏ nên làm suy hao tín hiệu ít hơn và tín hiệu có thể truyền đượcđến khoảng cách lớn hơn. D ĩ nhiên sử dụng dây cỡ lớn sẽ làm tăng nhanh

chi phí cho mạng cáp tính trung bình trên từng met dây. Vì vậy các công tykhai thác điện thoại thiết kế mạng cáp sử dụng cỡ dây nhỏ nhất có thể được cho dịch vụ truyền tải.

Ở Bắc Mỹ (Hoa Kỳ và Gia Nã Ðại), mạng cáp nội hạt thường là 24AWGvà 26AWG. Quy tắc thiết kế được hầu hết các công ty điện thoại sử dụng làdùng cỡ dây nhỏ hơn một chút cho các vòng thuê bao gần tổng đài nội hạtđể tiết kiệm tối đa khoảng không gian chiếm chỗ và dùng cỡ dây lớn hơnmột chút cho các vòng thuê bao xa để mở r ộng tối đa chiều dài vòng thuêbao.

Ở hầu hết các thị tr ường ngoài Bắc Mỹ cỡ dây được xác định bằngđường kính với đơn vị đo là milimet. Chẳng hạn 0,4mm tương đương với26AWG và 0,5mm tương đương với 24 AWG là các cỡ dây được sử dụngnhiều nhất trong khi ở các quốc gia đang phát triển đôi khi cỡ dây được sử dụng ở các vùng dân cư mới đã tăng lên đến 0,6mm hay 0,9mm. Sự khôngđồng nhất cỡ dây đã tăng thêm thách thức trong việc xác định thực hiệntừng loại hệ thống DSL cho từng loại vòng thuê bao riêng biệt.

Vào những năm đầu của thập kỷ 1980, các nhà cung cấp thiết bị đã đầutư phát triển hướng đến ISDN tốc độ cơ sở cung cấp 2 kênh B (Binary




70

channel) 64Kbit/s và một kênh D (Digital channel) dùng cho báo hiệu vàtruyền dữ liệu X.25. Các bit dữ liệu nghiệp vụ thêm vào làm cho tốc độ đường truyền phải lên đến 160Kbit/s. Ðiều chủ yếu để đường dây ISDN cóthể kéo dài đến 6.000m là sử dụng các vòng thuê bao cáp đồng không cócuộn tải (load coil). Tuy nhiên kỹ thuật mã AMI đòi hỏi phải truyền tải ở tốcđộ nhỏ hơn 160.000Hz. Vào năm 1988 người ta tăng hiệu quả của mã AMI

lên gấp đôi bằng cách sử dụng truyền tải 2 bit thông tin trên mỗi chu kỳ tínhiệu hình sine hay baud. Mã đường dây này được gọi là mã 2 bit nhị phânmột tín hiệu tứ phân (2B1Q: 2 Binary 1 Quaternary). Mã 2B1Q trên đườngtruyền BRI của ISDN sử dụng tầm tần số từ 0 đến xấp xỉ 80.000Hz và đạtđến tầm liên lạc 6.000m.

Năng lượng điện được truyền trên cáp đồng là sóng đã được điều chế và nó phát xạ năng lượng qua các vòng dây đồng lân cận trong cùng mộtbó cáp. Sự ghép năng lượng điện từ này gọi là xuyên kênh (crosstalk).Trong mạng điện thoại các dây dẫn đồng cách điện được bó với nhau thànhmột chão cáp. Các hệ thống kế cận trong một chão cáp phát hoặc thu thông

tin trong cùng một tầm tần số có thể tạo ra nhiễu xuyên kênh đáng kể. Ðó làdo tín hiệu xuyên kênh cảm kháng kết hợp với tín hiệu truyền trên đườngdây. Kết quả là dạng sóng có hình dáng khác xa với dạng sóng được truyềnđi.

Xuyên kênh có thể phân thành 2 loại:

• Xuyên kênh đầu gần (NEXT: Near End Crosstalk) là đáng kể nhấtdo tín hiệu năng lượng lớn từ các mạch kế cận có thể cảm ứng tạora xuyên kênh tương đối mạnh lên tín hiệu nguyên thủy.

• Xuyên kênh đầu xa (FEXT: Far End Crosstalk) thường nhỏ hơn

nhiều so với xuyên kênh đầu gần vì tín hiệu đầu xa bị suy hao khinó chạy trên vòng thuê bao.

Xuyên kênh là yếu tố r ất quan tr ọng trong việc thực hiện nhiều hệ thống.Vì vậy, việc thực hiện hệ thống DSL thường được nói đến kèm theo sự hiệndiện của các hệ thống khác có khả năng tạo ra xuyên kênh. Chẳng hạn, độ dài tối đa của vòng thuê bao của một hệ thống DSL có thể được nói đếnkèm theo sự hiện diện của 49 tác nhân gây nhiễu ISDN hay 24 tác nhân gâynhiễu HDSL ngh ĩ a là DSL đang sử dụng nằm trong một bó cáp 50 đôi có 49đôi dây ISDN hoặc 24 mạch 4 dây HDSL. Vì vậy, các tham số thực hiện sẽ còn có tác dụng trong một thời gian dài.

Phát và thu thông tin trên cùng một phổ tần số sẽ tự tạo ra nhiễu trongchính một vòng thuê bao. Nhiễu này khác với xuyên kênh vì dạng sóng ở phát đã được máy thu cùng đầu dây biết tr ước và có thể được loại tr ừ mộtcách hiệu quả từ tín hiệu thu đã bị suy hao. Phương pháp loại tr ừ thànhphần sóng phát gọi là triệt tiếng dội (echo cancellation).

Khi tác động của suy hao và nhiễu không lớn lắm thì các hệ thống DSLcó thể phục hồi lại chính xác tín hiệu dưới dạng số. Tuy nhiên, khi tác độngcủa các hiện tượng này khá lớn thì tín hiệu sẽ không phục hồi được chính




71

xác ở đầu thu và sẽ xảy ra sai nhầm trong chuỗi bit phục hồi. Một vài hệ thống DSL dùng các phổ tần khác nhau để phát và thu tín hiệu. Phươngpháp tách biệt tần số này gọi là ghép kênh phân tần (FDM: FrequencyDivision Multiplexing). Ưu điểm của của các hệ thống FDM so với các hệ thống triệt tiếng dội là loại tr ừ được xuyên kênh đầu gần NEXT vì hệ thốngkhông thu tín hiệu cùng tần số với tín hiệu phát của các hệ thống lân cận.

Xuyên kênh còn lại là FEXT nhưng FEXT xuyên kênh r ất yếu do nguồn tạora FEXT ở tận đầu bên kia của vòng thuê bao làm suy hao FEXT r ất nhiều.Vì vậy, các hệ thống FDM thường chống nhiễu từ các hệ thống lân cận tốthơn so với các hệ thống triệt tiếng dội.

Một hiện tượng khá lý thú cần lưu ý là các hệ thống triệt tiếng dội tạo ratự xuyên kênh (self NEXT). Tự xuyên kênh tạo ra nhiễu đáng kể cho các hệ thống triệt tiếng dội khác trong cùng một chão cáp. Vì vậy việc sử dụngnhiều hệ thống triệt tiếng dội giống nhau sẽ làm giảm khả năng kéo dài vòngthuê bao của cả nhóm trong cùng một chão cáp. Ví dụ, một hệ thống HSDLT1 dựa trên CAP hay 2B1Q riêng lẻ có thể đạt được độ dài 4 Km. Tuy nhiên

khi thêm vài hệ thống dựa trên CAP hay 2B1Q thì độ dài vòng thuê bao tốiđa chỉ còn 3Km hay ngắn hơn nữa. Hiện tượng này hầu như xảy ra ở hầuhết các đường dây thuê bao số sử dụng phương pháp triệt tiếng dội. Do vậykhi chọn công nghệ DSL các nhà cung cấp dịch vụ phải kiểm tra việc thựchiện hệ thống với sự hiện diện của NEXT chắc chắn sẽ tồn tại khi có nhiềudịch vụ được sử dụng.

Cách xử lý kỹ thuật của các hệ thống FDM là các tín hiệu của 2 chiềuupstream và downstream chiếm giữ tầm tần số lớn hơn nhiều so với các hệ thống triệt tiếng dội chồng chập tín hiệu thu và phát làm giảm chiều dài tốiđa của vòng thuê bao.

Trong nhiều tr ường hợp suy hao là yếu tố chính khi thực hiện còn trongcác tr ường hợp khác xuyên kênh lại là nhân tố ảnh hưởng chính. Vì vậyviệc vận dụng tối ưu thay đổi tuỳ theo môi tr ường làm việc. Trong môitr ường có các hệ thống giới hạn xuyên kênh đầu gần thì hệ thống triệt tiếngdội tỏ ra tốt hơn còn trong môi tr ường mà xuyên kênh đầu gần lấn át thì hệ thống FDM thực hiện tốt hơn.

Một cách để quản lý chắc chắn xuyên kênh là đầu tiên phải khảo sát cácdịch vụ được sử dụng trong cùng một bó cáp và tránh việc những dịch vụ này tạo ra xuyên kênh. Ví dụ: phổ của đường truyền T1 AMI hay đường

truyền E1 HDB3 ảnh hưởng xuyên kênh đến hầu hết các đường dây DSL.Do vậy, hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ theo một quy tắc là không chophép sử dụng các dịch vụ T1 hay E1 trong cùng một bó cáp với các đườngdây DSL. Trong một cố gắng để kích thích sự cạnh tranh trên thị tr ườngFCC đã tổ chức một hội nghị bàn tròn về quản lý phổ (Spectrummanagement) vào tháng 10 năm 1998 để đạt được tiêu chuẩn công nghiệpcho phép các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau cùng chia nhau mạng cápvới các sản phẩm cạnh tranh. Kết quả của hội nghị bàn tròn là uỷ ban ANSIT1E1.4 (ANSI: American National Standardization Institute) được yêu cầu




72

phát triển một tiêu chuẩn quản lý phổ vì những kinh nghiệm của họ trongl ĩ nh vực tiêu chuẩn hoá công nghệ thuê bao nội hạt. Tiến trình vẫn r ất chậmchạp do phải đạt được quan hệ cân bằng giữa các tổ chức quản lý mạng vàcác nhà cung cấp dịch vụ. Tuy nhiên người ta mong đợi thỏa thuận sẽ đạtđược một thời gian ngắn sắp tới với sự thông qua của FCC về những vấnđề cơ bản của tiêu chuẩn trong tương lai. Nền công nghiệp sẽ sử dụng tiêu

chuẩn này làm cơ sở cho phát triển công nghệ và các quy tắc sử dụng vòngthuê bao.

Mục tiêu của tiêu chuẩn là cho phép đổi mới và cạnh tranh giữa các nhàcung cấp dịch vụ cũng như giữa các nhà cung cấp thiết bị trong khi vẫn bảovệ các dịch vụ hiện có. Ðiều này có được từ các hạn chế về công suất phát,tần số tín hiệu và độ dài vòng thuê bao. Chín nhóm quản lý tần số được xâydựng bao gồm phổ tần số của các độ r ộng khác nhau và giới hạn độ dàivòng thuê bao của chúng. Phổ tần số r ộng hơn sẽ cho phép tốc độ số liệucao hơn nhưng lại hạn chế độ dài vòng thuê bao nhiều hơn.

5.3.3 Kiến trúc DSLTrong một mạng DSL điển hình cần phải thiết lập một vài loại thiết bị

mạng số liệu để thực hiện các dịch vụ số liệu tốc độ cao. Phần chính củamạng DSL là một DSLAM đa dịch vụ được bố trí ở tổng đài nội hạt và mộtđiểm kết thúc DSL được lắp đặt ở văn phòng hoặc nhà riêng của thuê bao.Thường các điểm kết thúc DSL là các bộ MODEM, các bộ định tuyến(router) hay các thiết bị truy xuất tích hợp (IAD: Integrated Access Device)có khả năng chấp nhận cả thoại và số liệu. Tốc độ truyền dẫn có thể lên đến8 Mbit/s hoặc hơn nữa tùy thuộc vào một số yếu tố bao gồm cả thiết bị, độ dài vòng thuê bao và tình tr ạng chất lượng vòng thuê bao.

Giao tiếp truyền dẫn chính cho hệ thống DSLAM thông thường là T1/E1,T3/E3, OC-1, OC-3, OC-12, STS-1 và STS-3.

Mạng thuê bao nội hạt tận dụng mạng thuê bao điện thoại liên đài làmcơ sở. Ðể cung cấp khả năng kết nối giữa các nhà cung cấp dịch vụ vàngười sử dụng dịch vụ cần phải lắp đặt thêm nhiều thiết bị như các hệ thống chuyển mạch frame relay, ATM và các bộ định tuyến. Các thiết bị chuyển mạch ATM đang ngày càng được sử dụng nhiều và các thế hệ DSLAM sắp tới sẽ bao gồm cả chuyển mạch ATM.

Một khái niệm cần đề cập đến là nút truy nhập (AN: Access Node) là nơi

đặt các thiết bị chuyển mạch và định tuyến. Tùy thuộc vào quy mô củamạng thuê bao và giá thành liên quan đến việc chuyển vận mà có thể bố trímột hay nhiều AN trên mạng thuê bao nội hạt. Với các thế hệ DSLAM mớiđược tích hợp cả AN kết hợp với các hệ thống chuyển mạch ATM.




73

DSLAM được bố trí cạnh tổng đài nội hạt và là nền tảng của giải phápDSL. Về mặt chức năng DSLAM tập hợp lưu lượng dữ liệu từ các vòng thuêbao DSL vào xương sống của mạng để kết nối với phần còn lại của mạng.DSLAM cung cấp dịch vụ vận chuyển gói số liệu, tế bào số liệu hay các ứngdụng chế độ mạch qua việc tập trung các đường dây DSL vào các ngõ ra10Base-T, 100Base-T, T1/E1 T3/E3 hay ATM. Để tăng cường hơn nữachức năng tập hợp lưu lượng dữ liệu từ các thuê bao người ta phát triểncấu hình DSLAM hai cấp. Khi đó để tập trung lưu lượng dữ liệu từ các

DSLAM còn gọi là DSLAM subs người ta bố trí các DSLAM DSLAM Hub.Ngày nay một vài DSLAM đã được nhiệt đới hoá để có thể lắp đặt ở những vùng không có điều hoà nhiệt độ. Ðiều này cho phép lắp đặt cácDSLAM tại các remote terminal hay các tủ đặt bên lề đường thay vì phải lắpđặt tại tổng đài nội hạt. Khả năng di chuyển DSLAM tới những vị trí xa tổngđài (cùng với công nghệ vòng thuê bao mở r ộng) làm tăng nhanh ảnhhưởng của các nhà cung cấp dịch vụ, cho phép cung cấp dịch vụ đếnnhững khách hàng mà bình thường DSL không thể vươn tới được. Ngoàichức năng tập trung thì tùy thuộc vào từng dịch vụ được cung cấp mộtDSLAM có thể có thêm các chức năng khác. Trong một vài tr ường hợp một

DSLAM có thể có khả năng được yêu cầu mở các gói số liệu để thực hiệnmột tác vụ nào đó. Ví dụ, để hỗ tr ợ việc gán địa chỉ IP động bằng DHCP(Dynamic Host Control Protocol) mỗi gói phải được xem xét để chuyển đếnđích đúng của nó.




74

Thiết bị kết thúc (endpoint) DSL MODEM/router là thiết bị đầu cuối phíangười sử dụng dùng để kết nối người sử dụng dịch vụ với vòng thuê baoDSL. Kết nối kết thúc DSL thường là 10Base-T, V.35, ATM hay T1/E1. Cácsản phẩm đời mới của người sử dụng cũng hỗ tr ợ các phương pháp giao

tiếp internal khác như USB, IEEE 1394 hay PCI. Thêm vào đó thiết bị kếtthúc DSL tại CPE (Customer Premises Equipment: thiết bị tài sản kháchhàng) đang được phát triển với các cổng được thiết kế hỗ tr ợ cho từng ứngdụng riêng biệt như cổng RJ11 dành cho dịch vụ thoại, cổng video dành chodịch vụ video dựa trên DSL và các giao tiếp mạng mới như Home PNA(Home Phoneline Networking Alliance) hay các giao tiếp mạng như Ethernetvô tuyến 802.11. Các thiết bị kết thúc DSL của tài sản khách hàng có một số cấu hình khác nhau tùy thuộc vào dịch vụ cụ thể được cung cấp. Ngoài việccung cấp chức năng cơ bản của một MODEM DSL nhiều thiết bị kết thúccòn có thêm một số chức năng như định tuyến, ghép kênh TDM hay ghépkênh ATM.

Các bộ tách dịch vụ (splitter) POTS được lắp thêm ở cả tổng đài nội hạtvà phía người sử dụng dịch vụ cho phép sử dụng vòng thuê bao cáp đồngtruyền dẫn đồng thời dữ liệu tốc độ cao và một kênh điện thoại khi dịch vụ dựa trên DSL đang sử dụng có hỗ tr ợ các dịch vụ này. Các bộ tách dịch vụ POTS thường có 2 cấu hình: cấu hình đơn được thiết kế để lắp ở nhà riêngthuê bao và cấu hình nhiều dây được thiết kế để lắp đặt ở tổng đài nội hạt.Lưu ý r ằng trong khi nhiều sơ đồ mã đường dây DSL hỗ tr ợ một kênh dịchvụ điện thoại đơn thuần POTS thì một số sơ đồ mã đường dây DSL khác lạikhông hỗ tr ợ loại dịch vụ này.

Bộ tách dịch vụ điện thoại đơn thuần POTS có thể là dạng tích cực hoặcdạng thụ động:

Bộ tách dịch vụ điện thoại đơn thuần POTS thụ động không cần phảiđược cấp thêm nguồn điện bên ngoài. Bộ tách dịch vụ điện thoại đơn thuầnPOTS thụ động hỗ tr ợ các dịch vụ thường tr ực như số điện thoại khẩn cấp911 (ở Hợp chủng quốc Hoa Kỳ) ngay cả khi nguồn điện nhà đèn bị mất ở DSLAM hay MODEM DSL.




75

Bộ tách dịch vụ điện thoại đơn thuần POTS tích cực phải được cấpnguồn từ bên ngoài cho điện thoại và tín hiệu DSL để hoạt động trên đôidây cáp đồng. Khi mất điện thì muốn duy trì các dịch vụ thường tr ực như số điện thoại khẩn cấp 911 (ở Hợp chủng quốc Hoa Kỳ) ngay cả khi nguồnđiện nhà đèn bị mất ở DSLAM hay MODEM DSL phải có thêm nguồn điệndự phòng.

Ngày nay, các loại DSL như G.dmt ADSL, G.lite, ReachDSL và RADSLcó thể được lắp đặt mà không cần bộ tách dịch vụ điện thoại POTS riêng ở thiết bị tài sản khách hàng (CPE: Customer Premises Equipment). Thay vàođó là các thiết bị thụ động gọi là các bộ microfilter được người sử dụng gắngiữa mỗi thiết bị điện thoại đơn thuần (như máy điện thoại, máy điện thoại

không dây, máy tr ả lời điện thoại, máy fax nhóm 3 hay MODEM tương tự)với đường dây. Mạch microfilter thực chất chỉ là một bộ lọc thông thấp chophép tín hiệu dải tần âm thoại đi qua và loại bỏ tín hiệu trong dải tần DSL để loại tr ừ xuyên kênh. Ưu điểm của phương pháp này là trong khi các bộ táchdịch vụ POTS truyền thống được người lắp đặt của các công ty cung cấpdịch vụ lắp ở thiết bị giao tiếp mạng (NID: Network Interface Device) thì cácbộ microfilter được người sử dụng tự gắn dễ dàng khỏi phải gọi cho công tycung cấp đến lắp đặt. Với các loại dịch vụ dựa trên DSL thực hiện qua cáckết nối điện thoại đơn thuần POTS thì đây là chọn lựa quan tr ọng nhất khilắp đặt.

5.4 CATV

Một phương tiện truyền dẫn khác được sử dụng r ộng rãi trong truy xuấtInternet dân dụng là mạng truyền hình cáp. Mạng truyền hình cáp vốn làphương tiện truyền thông một chiều. Cấu trúc của mạng truyền hình cáptruyền thống được minh hoạ ở hình vẽ. Các chương trình truyền hình quốcgia và quốc tế được thu từ vệ tinh địa t ĩ nh đến một điểm trung tâm gọi làHead End (HE). Các chương trình địa phương được thêm vào và tất cả cáckênh được phân phối tới từng vùng bằng cáp quang, kết cuối ở nhiều điểm




76

cáp quang khác nhau. Hàng tr ăm hộ dân gần các điểm kết cuối cáp quangthu chương trình truyền hình tương tự qua cáp đồng tr ục. Hạ tầng mạnghỗn hợp cáp quang cáp đồng tr ục Hybrid Fiber Coaxial Cable (HFCC)đượcminh hoạ ở hình vẽ lúc đầu chỉ được thiết kế cho truyền hình một chiều.

Thông tin tương tác tốc độ cao qua mạng truyền hình có thể thực hiệnđược bằng cách kết hợp nâng cấp mạng HFCC thành hai chiều, lắp modemcáp đồng tr ục ở nhà thuê bao và một hệ thống kết cuối modem cáp đồng

tr ục Cable Modem Termination System (CMTS) lắp ở các HE.Dải tần 54 tới 550MHz dùng cho các kênh truyền hình 6MHz. Một hay

nhiều kênh 6MHz như vậy dành cho chiều xuống của dữ liệu và thoại.Chiều dữ liệu lên tải dữ liệu hay thoại dùng các kênh 6MHz trong tầm từ 5tới 42MHz. Cần có những thay đổi lớn cho mạng để truyền tải lưu lượngupstream. Thứ nhất, các tuyến quang phải cung cấp chiều tín hiệu lên. HEphải được lắp một bộ điều chế ở chiều xuống và bộ giải điều chế cho chiềulên. Thứ hai, các nút mạng quang và các bộ khuếch đại cáp đồng tr ục phảichuyển đổi thành các thiết hai chiều. Ở nhà thuê bao phải lắp bộ giao tiếpmạng Network Interface Unit (NIU) để tách thoại, số liệu và tín hiệu của các

kênh truyền hình. Dữ liệu giữa switch LAN ở head end và modem cáp đồngtr ục ở nhà khách hàng được truyền trong các khung Ethernet 10BaseT tiêuchuẩn.




77

Dải tần Tầm tần số (MHz)

Low Very HighFrequency (VHF)

54 - 88

Midband 88 - 174High Very HighFrequency (VHF)

174 - 216

Superband 216 - 300Hyperband 300 - 468Ultraband 468 - 648

Ultra High Frequency 470 - 806Ở chiều xuống, sử dụng QAM 64 (6bit)hay QAM 256 (8bit) đạt được tốc

độ dữ liệu khoảng 30 tới 40Mbit/s cho mỗi kênh xuống 6MHz. Lưu ý r ằng tấtcả các người sử dụng chia nhau dung lượng này. Dải tần chiều lên có nhiềunhiễu hơn do cấu trúc nhánh của mạng cáp ghép thêm nhiễu cho nó. Chiềulên áp dụng phương pháp điều chế QPSK trong kênh dữ liệu 6MHz chokhoảng vài Mbit/s. Một vấn đề khác của chiều lên là tắc nghẽn khi có quánhiều người sử dụng cùng chia nhau một kênh truyền. Modem cáp đồngtr ục có thể chuyển sang một kênh khác khi có tắc nghẽn tr ầm tr ọng xảy ra.Tắc nghẽn chiều lên có thể được giải quyết bằng cách gán các khe thờigian ở HE. Trong tr ường hợp này, thiết bị modem ở head end chia các kênhuplink thành nhiều khe thời gian TDM và gán những khe đó cho các điểmcần gởi dữ liệu.

Như đã thấy, mạng truyền hình cáp cung cấp phương tiện sẵn có chocác dịch vụ như dữ liệu và thoại. Nó là một phương pháp truy xuất số liệutốc độ cao hấp dẫn và nhiều nhà điều hành mạng truyền hình cáp đem lạidịch vụ này tốt hơn dịch vụ DSL của các nhà điều hành mạng điện thoại. Điều khác nhau căn bản giữa modem cáp đồng tr ục và DSL là người sử dụng mạng truyền hình cáp chia sẻ dung lượng dữ liệu và phẩm chất dịch




78

vụ phụ thuộc vào số người đang sử dụng. Một điều đáng quan tâm nữa làbảo mật vì mọi người sử dụng hệ thống modem cáp đồng tr ục đều có thể nhận dữ liệu từ các người sử dụng khác trong cùng một tuyến cáp quang.

Các tham số kênh chiều upstream Modulation QPSK và QAM 16

tr ạng thái

Carrier Biến đổi từ 200KHz tới3,2 MHz

Tốc độ dữ liệu 320 Kbit/s tới 10 Mbit/sForward Error Control Reed-SolomonEncryption DES

Các tham số kênh chiều Downstream Modulation 64/256 QAMCarrier 6 MHzTốc độ dữ liệu 27 tới 36 Mbit/sFraming MPEG-2

Forward Error Control Reed-SolomonEncryption DES

Ðiều khiển truy xuấtTranh chấp dựa trên gói và dùng các khe riêng

Quản lýSNMP với các định ngh ĩ a MIB

Giao tiếp thuê bao10 BASE-T, USB, IEEE 1394

Giao tiếp mạng10 BASE-T, 100 BASE-T, ATM, FDDI

5.5 Các công nghệ truy xuất vô tuyến

5.5.1 MMDS

Công nghệ Dịch vụ phân phối đa điểm đa kênh MMDS (MultichannelMultipoint Distribution Service) là một hỗn hợp mới các dịch vụ video vàtruyền số liệu tốc độ cao. Một thành phần của MMDS là Dịch vụ cố địnhtruyền hình theo lệnh (ITFS:Intructional Television Fixed Service). Hai mươikênh ITFS được sử dụng để phân phối các tài liệu giáo dục. Các tr ườnghọc như các tr ường cao đẳng và các tr ường đại học phải sử dụng tối thiểu20 giờ mỗi tuần để được phép sử dụng ITFS. Muốn dùng các kênh ITFS để xây dựng một hệ thống hoàn chỉ nh các nhà cung cấp dịch vụ MMDS phảidùng một kỹ thuật gọi là sắp xếp kênh (channel mapping). Bằng cách nàykhi một kênh ITFS đang được MMDS sử dụng nhận một yêu cầu từ mộtnhà cung cấp dịch vụ giáo dục thì tín hiệu đang truyền tải được chuyểnmạch sang một kênh ITFS còn tr ống. D ĩ nhiên, bộ chuyển mạch phải trongsuốt đối với thuê bao sao cho các tín hiệu phức tạp giữa head end và set-top box được thông suốt. Mười một kênh khác được gán cho các dịch vụ MMDS và hai kênh nữa được lấy từ các dịch vụ phân phối đa điểm (MDS:




79

Multipoint Distribution Services). Như vậy một hệ thống MMDS có tất cả 33kênh cho dịch vụ video, truy xuất Internet tốc độ cao theo các đường dâycable modem. Máy phát trung tâm được MMDS sử dụng có giá thành r ấtcao, khoảng 1,5 triệu USD và giá thành trên mỗi thuê bao bao gồm antenna,đi dây, set top là khoảng 400 USD. Với số liệu này, hãng Wireless CableAssociation đánh giá điểm hoà vốn (BEP: Break Even Point) là khoảng 10

000 thuê bao cho mỗi máy phát MMDS.

Mặc dù MMDS có trên một triệu thuê bao qua 73 hệ thống tại Hoa Kỳ vàđang được nghiên cứu, sử dụng bởi các nhà cung cấp dịch vụ lớn sự pháttriển thật sự của hệ thống vẫn là ở bên ngoài nước Mỹ do có các hệ thốnghữu tuyến nhỏ hơn nhiều so với ở Mỹ. Thật vậy, hãng Scientific Atlanta loanbáo r ằng họ đã bán được các bộ chuyển đổi MMDS ra nước ngoài nhiềuhơn trong nước r ất nhiều. Trên thế giới (ngoài Hoa Kỳ) có khoảng 90 nhàcung cấp dịch vụ MMDS cung cấp cho khoảng 5 triệu thuê bao. Ưu điểm rõr ệt nhất của MMDS là tương lai của MMDS gắn liền với tương lai của thôngtin vô tuyến. Sự chấp nhận của thị tr ường với điện thoại không dây(cordless phone) và điện thoại di động (cellular phone) đã tạo ra một tiền lệ đầy thuận tiện cho MMDS. Những người bị hạn chế chỗ ở từ lâu được xemnhư là những tù nhân thì nay có thể có một tương lai thông tin hứa hẹn quaMMDS. Mặt khác, dải thông vô tuyến và tốc độ truyền đã phát triển nhảy vọtvà lan r ộng. Trên hầu hết các kênh MMDS đều đạt được tốc độ chiềudownstream lên đến 54 Mbit/s (tuy nhiên thiết bị này lại khá mắc tiền).




80

Một ưu điểm nữa của MMDS là FCC đã đưa ra các giấy phép thu pháthai chiều là một điều kiện r ất cần thiết vì việc thu phát hai chiều cần phải cómáy phát sóng ở gia đình và điều này phải nằm trong tầm quản lý của FCC.Tuy nhiên, nhược điểm quan tr ọng của MMDS là nếu MMDS không đem lạimột dịch vụ hoàn toàn mới hay một giá cả thật mềm thì MMDS cũng chỉ làmột chiêu dụ khách hàng. Chính vì lý do này mà các thử nghiệm ban đầu

của MMDS trên đất Mỹ đã gây thất vọng. Cường độ tín hiệu r ất thất thườngngay cả với các hệ thống được chăm sóc kỹ thuật chu đáo. Một nhược điểmnữa của MMDS là với bước sóng của tín hiệu MMDS thì ngay cả vật cảnnhư cây cối cũng có tác dụng như một bức tường đá nên phải thực hiện liênlạc tầm nhìn thẳng (line-of-sight). Ðiều này trên thực tế đã giới hạn nhiềuvùng phủ sóng, đặc biệt là với các vùng có nhiều cây cối như miền đôngbắc Hoa Kỳ chẳng hạn.

Cuối cùng, MMDS sử dụng các hệ thống và công nghệ hoàn toàn mớinên chắc chắn phải cần có một khoảng thời gian để mạng ổn định và cũngcần phải đầu tư thêm nhiều tiền của. Một ví dụ để so sánh là sau 15 năm

dịch vụ điện thoại di động ở Hoa Kỳ vẫn chưa phải là phổ biến.

5.5.2 LMDS

Dịch vụ phân phối đa điểm nội hạt (Local Multipoint Distribution Service)là một hệ thống phân phối vô tuyến điểm đa điểm, đa tế bào hoạt động ở dải tần từ 27,5GHz đến 29,5GHz. LMDS đôi lúc còn được gọi là "truyềnhình cáp tế bào" ("cellular cable TV") được Bernard Bossard phát minh dướigiấy phép thực nghiệm của FCC. Công ty Cellular Vision do ông sáng lậplúc đầu được sự hỗ tr ợ tài chính của cơ quan phát triển địa ốc New Jersey.Sau đó hãng Bell Atlantic đã mua lại một phần và điều hành và tiếp thị các

dịch vụ của Cellular Vision.Về mặt lý thuyết, Cellular Vision phủ sóng một vùng với nhiều tế bào và

như vậy sẽ tránh được vấn đề tầm nhìn thẳng của MMDS. Các vùng tối(shadow area) được phủ sóng bằng các tr ạm tiếp vận hay các bộ phản xạ sóng thụ động. Các tế bào lân cận sử dụng cùng tần số nhưng với phâncực khác nhau. Tất cả lan truyền phát xạ điện từ (bao gồm ánh sáng và tínhiệu truyền hình) từ một nguồn đến máy thu dưới dạng sóng. Hướng củacác tr ường điện và từ trong tín hiệu thay đổi so với đường lan truyền. Giả sử một thiết bị nào đó được xây dựng để ngăn chặn tr ường điện từ theomột hướng xác định. Sóng điện từ sẽ tiếp tục lan truyền qua thiết bị nàynhưng sẽ bị mất một phần năng lượng và như vậy sóng đã bị phân cực.Hiện tượng phân cực sóng thường thấy nhất là hiện tượng phản xạ sóngánh sáng bởi mặt nước. Ánh sáng phản xạ từ mặt nước bị phân cực ngang(ngh ĩ a là nước phản xạ bất cứ tr ường điện nào không nằm trên mặt phẳngnằm ngang). Các thấu kính hội tụ phân cực ánh sáng mặt tr ời chỉ cho quaánh sáng được phân cực vuông góc sẽ lấy đi tất cả ánh sáng phản xạ từ mặt nước. Chúng chỉ đơn thuần là ngăn chặn tất cả mọi ánh sáng có hướngphân cực không vuông góc.




81

Cellular Vision cũng hoạt động tương tự. Hai tế bào lân cận sử dụng tínhiệu phân cực khác nhau và antenna như một thấu kính phân cực (nó loạibỏ các tín hiệu của các tế bào lân cận và nhận tín hiệu của tế bào gầnnhất). Ghép phân cực với một sự khác biệt tần số nhỏ giữa cùng một kênhtrong các tế bào lân cận ở máy thu. Sự suy giảm này đủ để tránh hiệntượng gọi là multipath fade (hiệu ứng mờ tín hiệu do nhiều đường lan truyền

sóng gây ra).

Khái niệm phân cực sóng cũng cung cấp khả năng kênh đảo ngược.Người ta đánh dấu tín hiệu chiều upstream bằng cách phân cực đối nghịchtín hiệu. Như vậy không máy thu nào có thể nhận được tín hiệu chiềuupstream ngoại tr ừ máy thu ở head end. Hình 1.9 minh hoạ kiến trúc cơ bản

của một hệ thống LMDS hoàn toàn tương tự như kiến trúc cơ bản của mộthệ thống MMDS.

FCC đã đưa ra một quy hoạch tần số riêng biệt dùng cho thương mại.Hai giấy phép sẽ được cấp qua đấu giá cho mỗi vùng địa lý:

• Nhóm A (1,15GHz) bao gồm các phân đoạn tần số 27,5GHz đến28,35GHz, 29,1GHz đến 29,25GHz và 31,075GHz đến31,225GHz.

• Nhóm B (150MHz) bao gồm các phân đoạn tần số 31GHz đến31,075GHz và 31,225GHz đến 31,3GHz.

Mặc dù FCC không giới hạn các dịch vụ có tiềm năng nhưng trên thực tế vẫn ngăn cản các nhà điều hành điện thoại và cáp lớn mua giấy phép. Hầuhết các ưu, nhược điểm của hệ thống LMDS đều giống với MMDS. Một dấuhiệu đáng mừng cho LMDS là có nhiều thuê bao hơn MMDS nhưng r ất tiếcr ằng đa số lại phân bố ở Canada. LMDS sử dụng các máy phát nhỏ hơn vàvùng phủ sóng (tế bào) có thể giữ được giá thành đầu tư ở mức thấp, đặcbiệt là ở các khu đông dân. Tuy nhiên, kích thước tế bào nhỏ như vậy sẽ gây khó khăn cho các vùng ngoại ô và thôn quê vì không thể đặt ở mỗinông tr ại một tháp LMDS được.




82

6 MỤC LỤC1 GIỚI THIỆU VỀ VIỄN THÔNG .........................................................1

1.1 Khái niệm về viễn thông.............................................................. 1 1.2 Lịch sử viễn thông....................................................................... 2 1.3 Tiêu chuẩn hoá viễn thông.......................................................... 2 1.4 Các cơ quan tiêu chuẩn hoá....................................................... 3

1.4.1 Các đối tượng liên quan tới tiêu chuẩn hoá.......................... 3 1.4.2 Các viện tiêu chuẩn hoá quốc gia......................................... 3 1.4.3 Các tổ chức tiêu chuẩn hoá châu Âu....................................3 1.4.4 Các cơ quan tiêu chuẩn hoá của Hoa Kỳ ............................. 4 1.4.5 Các cơ quan tiêu chuẩn hoá quốc tế .................................... 4 1.4.6 Các tổ chức tiêu chuẩn hoá khác ......................................... 4

2 TỔNG QUAN VỀ MẠNG VIỄN THÔNG............................................ 5 2.1 Căn bản mạng viễn thông........................................................... 5

2.1.1 Kỹ thuật truyền dẫn............................................................... 5 2.1.2 Kỹ thuật chuyển mạch .......................................................... 6 2.1.3 Báo hiệu................................................................................ 6

2.2 Hoạt động của một máy điện thoại thông thường....................... 7 2.2.1

Ống nói ................................................................................. 7

2.2.2 Ống nghe .............................................................................. 7

2.3 Báo hiệu từ thuê bao tới tổng đài................................................ 8 2.3.1 Thiết lập và giải toả cuộc gọi ................................................ 8 2.3.2 Quay số bằng xung............................................................... 8 2.3.3 Quay số bằng tone ............................................................... 9 2.3.4 Đường dây thuê bao và mạch 2 dây/4 dây.........................10

2.4 Đánh số điện thoại .................................................................... 11 2.4.1 Mã gọi ra quốc tế ................................................................ 11 2.4.2 Mã quốc gia ........................................................................ 11 2.4.3 Mã vùng .............................................................................. 11 2.4.4 Số thuê bao ........................................................................ 12

2.5 Chuyển mạch và báo hiệu ........................................................12 2.5.1 Tổng đài điện thoại ............................................................. 12 2.5.2 Báo hiệu.............................................................................. 12




83

2.5.3 Phân cấp chuyển mạch ......................................................14 2.6 Mạng nội hạt ............................................................................. 14

2.6.1 Tổng đài nội hạt ..................................................................15 2.6.2 Giá phối cáp........................................................................15

3 PCM VÀ KỸ THUẬT TRUYỀN DẪN ...............................................17 3.1 PCM (Pulse Code Modulation)..................................................17

3.1.1 Lấy mẫu .............................................................................. 17 3.1.2 Lượng tử hoá......................................................................17 3.1.3 Mã hoá nhị phân .................................................................18

3.2 Ghép kênh.................................................................................19 3.2.1 Ghép kênh phân tần số và ghép kênh phân thời gian ........ 19 3.2.2 Cấu trúc khung dữ liệu E1 ..................................................21 3.2.3 Cấu trúc khung dữ liệu T1 ..................................................22 3.2.4 Phân cấp truyền dẫn cận đồng bộ tiêu chuẩn châu Âu ......23 3.2.5 Phân cấp truyền dẫn cận đồng bộ tiêu chuẩn Bắc Mỹ........24 3.2.6 Ghép kênh đồng bộ ............................................................24

3.3 Phương tiện truyền dẫn ............................................................27 3.3.1 Cáp đồng ............................................................................27 3.3.2 Cáp quang .......................................................................... 30 3.3.3

WDM...................................................................................33

4 THÔNG TIN DI ĐỘNG .................................................................... 35

4.1 Nguyên lý thông tin di động.......................................................35 4.2 Cấu trúc mạng thông tin di động tế bào ....................................36

4.2.1 HLR và VLR........................................................................37 4.2.2 Kênh vô tuyến.....................................................................38

4.3 Nguyên lý hoạt động của một mạng tế bào ..............................38 4.3.1 MS ở chế độ r ỗi ..................................................................38 4.3.2 Cuộc gọi đi..........................................................................39 4.3.3 Cuộc gọi đến.......................................................................40 4.3.4 Chuyển giao........................................................................40 4.3.5 Năng lượng phát của MS....................................................40

4.4 Các hệ thống thông tin di động .................................................40 4.4.1 Điện thoại không dây .......................................................... 40 4.4.2 GSM....................................................................................41




4.4.3 CDMA ................................................................................. 42 4.4.4 Hệ thống di động tế bào thế hệ thứ ba ...............................43 4.4.5 Các hệ thống thông tin di động vệ tinh ...............................44 4.4.6 WLAN .................................................................................46 4.4.7 Bluetooth............................................................................. 47

4.5 GSM.......................................................................................... 48 4.5.1 Cấu trúc của mạng GSM .................................................... 48 4.5.2 Kênh vật lý GSM................................................................. 52 4.5.3 Kênh logic ........................................................................... 53

4.6 GPRS........................................................................................ 53 4.6.1 Cấu trúc mạng GPRS.........................................................54 4.6.2 Các phần tử mạng GPRS................................................... 54 4.6.3 Hoạt động của GPRS .........................................................56

5 MẠNG TRUY XUẤT SỐ LIỆU......................................................... 58 5.1 Modem tần số thoại .................................................................. 58

5.1.1 Modem đối xứng................................................................. 58 5.1.2 Modem 56K ........................................................................ 61

5.2 ISDN ......................................................................................... 62 5.3 DSL........................................................................................... 65

5.3.1

Lịch sử hình thành và phát triển DSL ................................. 65

5.3.2 Kỹ thuật DSL....................................................................... 68 5.3.3 Kiến trúc DSL...................................................................... 72

5.4 CATV ........................................................................................ 75 5.5 Các công nghệ truy xuất vô tuyến ............................................78

5.5.1 MMDS................................................................................. 78 5.5.2 LMDS.................................................................................. 80

Co So Ky Thuat Vien Thong SITC New A4

Documents

Transcript of Co So Ky Thuat Vien Thong SITC New A4