Chương 6. ADSL và mô hình hoá dựa trên wavelet
6.1 Giới thiệu 30
6.2 Biến điệu đa sóng mang 31
6.3 Những kết quả chung 35
6.4 Các kế hoặch biến điệu đặc biệt cho ADSL 37
6.5 Mô phỏng số 40
Chương 7 Kết luận
7.1 Những ý kiến cuối cùng 48
7.1.1 Tổng kết 48
7.1.2 Nghiên cứu mô phỏng 48
7.2 Kết luận 49
Tài liệu tham khảo 50
v
Kỹ thuật wavelet trong ADSL
Các thuật ngữ viết tắt
Thuật ngữ Tiếng Anh
ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line
ANSI American National Standards Institute
ATU-C ADSL Transmission Unit at the CO
ATU-R ADSL Transmission Unit at the
Remote side of the subscriber line
BER Bit Error Rate
CAP Carrierless Amplitude and Phase modulation
CP Cyclic Prefix
DFT Discrete Fourier Transform
DMT Discrete Multi-Tone
DSL Digital Subscriber Line
DWMT Discrete Wavelet Multi-Tone
FFT Fast Fourier Transform
FWT Fast Wavelet Transform
ICI Inter-Channel Interference
IFFT Inverse Fast Fourier Transform
IFWT Inverse Fast Wavelet Transform
ISI Inter-Symbol Interference
ITU International Telecommunication Union
MCM Multi-Carrier Modulation
1
Kỹ thuật wavelet trong ADSL
Chương 1
Giới thiệu
1.1 Nền tảng của công nghệ ADSL
Đường dây thuê bao số bất đối xứng ADSL là một công nghệ truyền dẫn tốc
độ cao dùng hệ thống cáp đồng hiện hữu. Trong phần truy cập của mạng, ADSL cung
cấp một nền tảng mới cho việc cung cấp dịch vụ băng rộng cho những công sở nhỏ
hay gia đình. Hơn nữa, ADSL có thể hỗ trợ nhiều ứng dụng cần băng thông cao khác,
như tìm kiếm internet, viễn thông, mạng
ảo tư nhân và truyền dữ liệu đa phương tiện
(multimedia streaming).
ADSL là một công nghệ cho phép ta tận dụng Internet qua đường điện thoại
hiện hữu. Mạng điện thoại hiện hữu cung cấp cho mỗi gia đình môt cặp cáp xoắn
đồng cỡ dây thường là 24 hay 26 AWG. Hiện nay những cáp này sử dụng chính là
cho truyền tiếng nói. Mục đích sử dụng công nghệ ADSL là tận dụng băng thông rộng
trên những đường hiện tại này để truyền dữ liệu.
Có hai kĩ thuật biến điệu thông dụng sử dụng cho ADSL. Thứ nhất là biến
điệu biên độ và pha không sóng mang (CAP), thứ hai là đa tần rời rạc (DMT).
Có loại thứ ba gọi là đa tần wavelet rời rạc (DWMT), trong đó biến đổi
wavelet được dùng để biến điệu đa kênh thay vì dùng biến đổi Fourier nhanh (FFT).
1.2 Mục đích của khoá luận
Mục đích chính của khoá luận là đánh giá kĩ thuật wavelet, đặc biệt là biến
điệu đa tần wavelet rời rạc trong ADSL so với biến điệu đa tần rời rạc. Khoá luận dựa
trên khảo sát mô phỏng dùng Matlab để quan sát bằng mắt và so sánh ma trận kênh
của vài hệ thống cơ bản khác nhau mà đã được đề nghị để áp dụng cho ADSL. Những
hệ thống cơ bản này là Weyl-Heisenberg, Wilson, và nhữ
ng hệ thống Wavelet. Mô
hình mô phỏng được phát triển ở đây có thể sử dụng trong tương lai cho những nghiên
cứu tiếp theo.
2
Kỹ thuật wavelet trong ADSL
1.3 Tổ chức của khoá luận
Những phần còn lại của khoá luận được tổ chức như sau:
Chương 2: Cơ bản về ADSL, trong đó chúng ta sẽ giới thiệu nhóm xDSL,
ADSL dựa trên kiến trúc những hệ thống băng rộng và lớp vật lý.
Chương 3: Những lý thuyết căn bản, trong đó ta trình bày vài lý thuyết chính
hay những nguyên lý của kiến thức mà chúng ta dùng và khảo sát trong khoá luận này.
Chương 4: Kĩ thuật đa tần số, ở đây chúng ta sẽ trình bày DMT của ADSL và
vài phần khác của ADSL một cách chi tiết.
Chương 5: Biến đổi wavelet,
ở đây chúng ta sẽ trình bày vài kĩ thuật wavelet
chính mà cần thiết cho khoá luận, như kích cỡ và hàm wavelet, FWT, và vân vân …
Chương 6: ADSL dựa trên wavelet và mô phỏng, ở đây chúng ta sẽ trình bày
những lý thuyết, những kết quả số và kết quả mô phỏng một cách chi tiết.
Chương 7: Kết luận.
3
Kỹ thuật wavelet trong ADSL
Chương 2
Cơ bản về ADSL
2.1 Tập hợp xDSL
ADSL là một trong những hệ thống đường dây thuê bao số (DSL) được xây
dựng trên những đường điện thoại bằng đồng hiện hữu. Những công nghệ DSL khác
nhau này đã được biết trên thế giới này dưới tập hợp xDSL. Chúng đã được chứng
nghiệm dưới những dạng khác nhau dựa trên chuẩn và công nghệ của chúng. Tất cả
hệ thống DSL đều cung cấp truyền dữ liệu với t
ốc độ bit cao trên cặp dây xoắn đồng.
Tốc độ bít tùy thuộc vào kỹ thuật dùng và độ dài của dây. Tập hợp xDSL được trình
bày như dưới đây:
Hình 2.1 Tập hợp xDSLs
HDSL (High Speed Digital Line), lọai đầu tiên của hệ thống DSL. Nó cung
cấp song công DS1 trên hai cặp xoắn đôi với chiều dài tới 12000 feet với tốc độ 800
kb/s.
SDSL (Single-line DSL), có cùng tốc độ truyền trên đường lên và đường
xuống giống như HDSL. Tuy nhiên, nó hoạt động trên chỉ một cặp dây xoắn và cho
phép truyền dịch vụ điện thoại tương tự trên cùng dây.
4
Kỹ thuật wavelet trong ADSL
IDSL có nghĩa là ISDN (Integrated Services Digital Network) DSL. Nó cung
cấp tốc độ bít 128 kb/s trên chỉ một cặp dây xoắn và bao gồm một khoảng cách vào
khoảng 18000 feet.
ADSL (Asymmetric DSL) truyền những dòng dữ liệu bất đối xứng, nghĩa là
tốc độ của hướng xuống gấp khoảng 10 lần so với tốc độ hướng lên.
RADSL (Rate Adaptive DSL), DSL tốc độ thích nghi, có thể coi như là một
dạng thông minh của ADSL. Nó có thể tự động ước định tình trạng củ
a cặp dây xoắn
và tối đa hóa tốc độ dây cho đường dây đó.
G.LITE tương tự như RADSL vì nó cũng là tốc độ thích nghi. Tuy nhiên nó
không có bộ tách để hạn chế sự giao thoa giữa các thiết bị điện thoại trong nhà và
modem G.Lite. Nó có thể cung cấp tốc độ hướng xuống 1,5 Mb/s và tốc độ hướng lên
512 kb/s trên chiều dài 18000 feet của vòng địa phương.
VDSL (Very high rate DSL), hiện đang được tiêu chuẩn hóa. VDSL hy vọng
cung cấp tố
c độ hướng xuống là 52 Mb/s trên những đoạn dây đồng ngắn và tốc độ
hướng lên 1,5 Mb/s tới 2,3 Mb/s trên cặp dây 1000 feet.
2.2 Kiến trúc của những hệ thống băng rộng dựa trên ADSL
Hình 2.2 Cấu hình mạng băng rộng
5
Kỹ thuật wavelet trong ADSL
Như được thấy trên Hình 2.2, những nhu cầu băng rộng trong các khu nhà ở
có thể được phân thành bốn loại. Chúng bao gồm internet (thông qua ISP), mạng công
ty (cho viễn thông), hãng cung cấp dữ liệu, và thông tin giữa người và người.
Mạng địa điểm khách hàng (Customer Premises Network)
Mạng địa điểm khách hàng gồm những tư gia và công sở nhỏ. Modem ADSL,
tại phía mạng khách hàng được gọi là đơn vị đầu cuối ADSL (ATU-R), kết thúc lớp
vật lý của tín hiệu DSL. Thông thường thì một mạng địa điểm khách hàng có thể chỉ
gồm một PC nối với ATU-R.
Mạng truy cập (Access Network)
Mạng truy cập ADSL bao gồm những modem ADSL và hệ thống ghép kênh
truy cập tại địa điểm trung tâm. Modem ADSL tại phía trung tâm được gọi là ATU-
C, nó kết thúc lớp vật lý của tín hiệu DSL phía trung tâm của mạng truy cập. Hệ thống
ghép kênh truy cập và ATU-C thường được xem như một đơn vị gọi là bộ ghép kênh
truy cập DSL (DSLAM).
Mạng cung cấp dịch vụ (Service Provider Network)
Một mạng cung cấp dịch vụ thường bao gồm những cơ quan cung cấp dịch vụ
internet (ISP), những mạng công ty, cơ quan cung cấp dữ liệu và trung tâm hoạt động
đia phương (ROC).
2.3 Lớp vật lý
Có nhiều lý do cho việc sử dụng công nghệ DSL để truyền băng rộng trên cặp
dây xoắn đồng hiện hữu. Và lý do chính là công nghệ DSL tận dụng nguồn phổ ngoài
dải kênh điện thoại 3.3 kHz.
Hình 2.3 Phổ tần số của dải modem tương tự và ADSL [15]
6
Kỹ thuật wavelet trong ADSL
Như Hình 2.3 cho thấy, dải phổ thoại (0-4kHz) được sử dụng cho modem
tương tự để cung cấp kết nối điện thoại, bởi vì tín hiệu này cần phải hợp vào trong
băng tần của mạng điện thoại công cộng (PSTN), nó chia thành những mạch với 4kHz.
Mặt khác, những modem DSL có thể sử dụng một dải tần rộng 1 MHz. Tuy
nhiên, chúng chỉ hoạt động trên mạch vòng nội hạt (kho
ảng cách 12000 tới 18000
feet), đặc biệt dành cho tư gia và công sở.
Có hai kĩ thuật biến điệu thông dụng dùng cho ADSL. Thứ nhất là biến điệu
biên độ và pha không sóng mang (CAP), thứ hai là đa tần rời rạc (DMT). CAP là một
chuẩn tư nhân và DMT là một chuẩn ANSI (T1.413). CAP tương tự như QAM, trong
đó hai sóng mang trực giao được biến điệu và sau đó được tổng hợp lại. Bản thân
sóng mang bị chế ngự (suppressed) trước khi truyền
đi.
DMT khác với CAP. Nó dùng nhiều sóng mang băng hẹp, tất cả đều truyền
song song. DMT dựa trên kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số (FDM) để truyền
đồng thời nhiều sóng con. Trong DMT, tất cả các sóng con đều trực giao bằng cách sử
dụng biến đổi Fourier nhanh (FFT). Chuẩn ANSI T1.413 ấn định cho DMT là 256
sóng con, mỗi sóng con rộng 4 kHz. Mỗi tần có thể cung cấp tới 60 kb/s.
Cũng có một dạng thứ ba gọi là DWMT (Discrete Wavelet MultiTone), trong
đó phép biến đổi wavelet được dùng để bi
ến điệu đa kênh thay vì sử dụng FFT. Vài
tác giả tin rằng nó sẽ cải thiện hệ thống thực hiện bằng cách kiềm chế tần phổ của
kênh.
7
Kỹ thuật wavelet trong ADSL
Chương 3
Những lý thuyết căn bản
Trong chương này, chúng ta sẽ xem xét một vài lý thuyết cơ sở được sử dụng
trong suốt quá trình thực hiện khoá luận này. Chương này tham khảo từ bài giảng của
Giáo sư Đình Thông Nguyễn, trường Đại học Tasmania.
3.1 Toán học
Biến đổi Fourier
Cho
, ta có
1
Lf ∈
dxxfeFff
n
R
ix
)()()(
ˆ
.
∫
−
==
ξ
ξξ
,
)()()()(
ˆ
.1
xFgdgexgFxg
n
R
ix
−===
∫
−
ξξ
ξ
.
Hình 3.1 Tính đối ngẫu của xung chữ nhật và hàm sinc
Nguyên lý bất định Heisenberg
Nguyên lý bất định Heisenberg phát biểu rằng không thể xác định được chính
xác cả vị trí lẫn vận tốc của một đối tượng tại cùng một thời điểm. Tuy nhiên, ảnh
hưởng là rất nhỏ và do đó chỉ dễ nhận ra trên đối tượng có kích thước nguyên tử.
8
Kỹ thuật wavelet trong ADSL
T
s
t
s(t
Lý thuyết lấy mẫu
s[k] = s(kT
s
),
với k
∈
, T
{
, 2,1,0,1,2 , −−
}
s
là chu kì lấy mẫu.
S
sampled
(t) =
∑
.
∞
∞−
− )()(
ss
kTtkTs
δ
Biến đổi wavelet
a) Biến điệu hình sin, hay wavelet Morlet
22
2/
),(
σ
ω
ωψ
x
xj
i
eex
i
−
−
=
(còn gọi là biến điệu Gabor).
Wavelet này thực chất là một hàm mũ phức của tần số
πω
2/
ii
f =
, và biên độ
được biến điệu bởi một hàm tỉ lệ với một hàm Gaussian chuẩn.
b) Laplacian của Gaussian hay thường gọi là wavelet mũ Mexican, nó liên hệ với đạo
hàm bậc hai của hàm Gaussian
22
2/
2
2
4
2
2
1
),(
i
x
ii
i
e
x
x
σ
σπσ
σ
ψ
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−=
.
c) Daubechie’s D4 wavelet.
d) Haar wavelet.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Hình 3.3 Hàm định cỡ và hàm wavelet của 4 moment triệt tiêu Daubechies
9
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét