Сборник шпор

Все xDSL-технологии можно разделить на дваосновных класса:
• симметричные - SDSL, SHDSL, HDSL, HDSL2,
IDSL;
• асимметричные - ADSL.dmt, ADSL G.lite,
RADSL, VDSL.

2.2.1. Технология 2B1Q

Первой была разработана технология 2B1Q, которая остается широко распространенной в странах Западной Европы и США. Технология 2B1Q изначально использовалась в сетях ISDN для передачи потока 144 кбит/с (2B+D, BR ISDN). Затем она была модернизирована для передачи более высокоскоростных потоков. Код 2B1Q представляет собой модулированный сигнал, имеющий 4 уровня, то есть в каждый момент времени передается 2 бита информации (4 кодовых состояния). Спектр линейного сигнала симметричный и достаточно высокочастотный (см. рис. 2.1), присутствуют также низкочастотные и постоянная составляющие.

Рассмотрим, как влияют на передачу кода 2B1Q различные факторы.
В городских условиях создается большое количество низкочастотных наводок, например при пуске мощных электрических машин (метро, трамваи и т.д.), электросварке, кроме того, в кабелях связи создается большое количество импульсных помех (набор номера, передача сигналов сигнализации и т.д.). Комплекты БИС (больших интегральных схем), реализующих технологию 2B1Q, используют достаточно сложные методы коррекции искажений в низкочастотной области спектра и обеспечивают удовлетворительное качество передачи. Вместе с тем кодирование 2B1Q все же остается чувствительным к искажениям, так как сигнал имеет постоянную составляющую, и более того, максимум энергетического спектра приходится на низкие частоты.
Большой разброс частот в спектре сигнала 2B1Q ведет к возникновению трудностей, связанных с групповым временем задержки. Микропроцессорная обработка, впрочем, помогает решить и эти проблемы, хотя алгоритм обработки сигнала существенно усложняется.
Серьезное влияние на передачу оказывает радиочастотная интерференция. Радиопередачи в диапазонах длинных и средних волн, работа мощных радиорелейных линий вызывают наводки на кабельную линию и мешают передаче кода 2B1Q, если имеют совпадающие участки спектров. Этот фактор особенно негативно сказывается при использовании аппаратуры HDSL для соединения студий и радиопередающих центров, а также при монтаже оборудования в помещениях или в непосредственной близости телерадиоцентров.
Спектр кода 2B1Q содержит высокочастотные составляющие, максимум энергии передается в первом "лепестке", ширина его пропорциональна скорости на линии. Как уже отмечалось, затухание сигнала в кабеле растет с увеличением его частоты, поэтому в зависимости от требуемой дальности применяется одна из трех скоростей линейного сигнала (784, 1168 или 2320 кбит/с). Технология 2В 1Q для передачи потока 2 Мбит/с использует одну, две или три пары медного кабеля. По каждой из пар передается часть потока (см. рис. 2) с вышеупомянутыми скоростями. Наибольшая дальность работы достигается при использовании трех пар (около 4 км по жиле 0,4 мм), наименьшая — при работе по одной паре (менее 2 км).

Ввиду того, что дистанция работы систем HDSL (кодирование 2B1Q), использующих одну пару, не удовлетворяет базовым требованиям по дальности, такие системы не нашли широкого распространения. Системы, работающие по трем парам, до сих пор достаточно широко используются, однако постепенно вытесняются системами, применяющими технологию САР (см. ниже) и обеспечивающими ту же дальность по двум парам. Из систем с кодированием 2B1Q наибольшее распространение имеют системы, работающие по двум парам. Их дальность работы (около 3 км по жиле 0,4 мм) обеспечивает подавляющее большинство задач доступа в странах Западной Европы и США, где длина АЛ в 80% случаев (данные Schmid Telecom AG) не превышает 3 км.
По мнению большинства экспертов, с технической точки зрения технология 2B1Q несколько уступает более поздней технологии линейного кодирования — САР (см. ниже). Однако в мире до сих пор производится большое количество оборудования, использующего 2B1Q. Почему? Ответ достаточно очевиден. Во-первых, длина абонентских линий в США и Западной Европе, как правило, достаточно небольшая, так что дальности 2B1Q вполне достаточно. Качество кабеля в вышеупомянутых регионах также достаточно высокое, что снижает влияние различных мешающих факторов. Во-вторых, важным достоинством технологии 2B1Q является ее дешевизна. Около десяти крупных производителей БИС поставляют комплексные решения для создания оборудования HDSL по технологии 2B1Q. Наличие конкуренции, естественно, положительно сказывается на цене микросхем и готовых модулей приемопередатчиков. По мнению зарубежных экспертов, технология 2B1Q становится все более и более "доступной": многие компании, даже не специализирующиеся на производстве оборудования xDSL, получат возможность быстро и дешево разработать собственное устройство или блок HDSL с использованием готовых решений (иногда целых HDSL модулей) от поставщиков БИС, таких, как Metalink, Brooktree (Rockwell), PairGain Technologies и др

2.2.2. Технология CAP

Что же касается стран Восточной Европы, Южной Америки, Азии, то ввиду большей длины абонентских и соединительных линий, более низкого, как правило, качества уложенных кабелей, большим спросом пользуются системы HDSL, базирующиеся на технологии CAP (Carrierless Amplitude and Phase Modulation) — амплитудно-фазовой модуляции без передачи несущей. Разработчик технологии — компания GlobeSpan (бывшая AT&T) — поставила себе целью создать узкополосную технологию линейного кодирования, нечувствительную к большинству внешних помех, что, как показывает опыт внедрения систем HDSL САР в мире и в России, вполне удалось.

Рис. 2.2. Технология CAP.

Модуляция САР сочетает в себе последние достижения модуляционной технологии и микроэлектроники. Модуляционная диаграмма сигнала САР напоминает диаграмму сигнала модемов для телефонных каналов, работающих по протоколам V.32 или V.34. Несущая частота модулируется по амплитуде и фазе, создавая кодовое пространство с 64 или 128 состояниями, при этом перед передачей в линию сама несущая, не передающая информацию, но содержащая наибольшую энергию, "вырезается" из сигнала, а затем восстанавливается микропроцессором приемника. Соответственно 64-позицион-ной модуляционной диаграмме сигнал CAP-64 передает 6 бит информации в каждый момент времени, то есть в 16 раз больше по сравнению с 2B1Q. Модуляция CAP-128, применяемая в системах SDSL (2 Мбит/с по одной паре), имеет 128-позиционную модуляционную диаграмму и, соответственно, передает 7 бит за один такт. Итогом повышения информативности линейного сигнала является существенное снижение частоты сигнала и ширины спектра, что, в свою очередь, позволило избежать диапазонов спектра, наиболее подверженных различного рода помехам и искажениям. На рис. 2.2 показаны спектр и модуляционная диаграмма сигнала САР.
Для иллюстрации достоинств модуляции САР на рис. 2.3 наложены спектры сигналов с кодом HDB3 (технология, применяемая ранее для строительства линий Е1, в частности, используемая в линейных тактах систем типа ИКМ-30), 2B1Q и САР.
Из сравнительного анализа спектров видны положительные особенности систем HDSL, основанных на САР модуляции.

1. Максимальная дальность работы аппаратуры.
Как уже отмечалось, затухание в кабеле пропорционально частоте сигнала, поэтому сигнал САР, спектр которого не имеет составляющих выше 260 кГц, распространяется на большую дистанцию, чем сигнал с кодом 2B1Q или HDB3. В условиях, когда выходная мощность в системах HDSL ограничена стандартами (+13,5 дБ), а чувствительность приемника из-за шумов не может превышать -43 дБ, снижение частоты линейного сигнала увеличивает дальность работы систем HDSL САР по сравнению с 2B1Q. Для систем, работающих по двум парам (см. таблицу), выигрыш составляет 15—20% (для жилы 0,4—0,5 мм), для систем SDSL (работающих по одной паре) — 30...40%. Дальность передачи (без регенераторов), достигаемая в HDSL CAP, выше дальности работы линейного тракта ИКМ-30 (HDB-3) на 350—400%.
2. Высокая помехоустойчивость и нечувствительность к групповому времени задержки.
Ввиду отсутствия в спектре высокочастотных (свыше 260 кГц) и низкочастотных (ниже 40 кГц) составляющих, технология САР нечувствительна к высокочастотным наводкам (перекрестные помехи, радиоинтерференция) и импульсным шумам, так же как и к низкочастотным наводкам и искажениям, например, при пуске мощных электрических машин (ж/д, метро) или электросварке. Поскольку ширина спектра составляет лишь 200 кГц, не проявляются эффекты, вызываемые групповым временем задержки.
3. Минимальный уровень создаваемых помех и наводок на соседние пары.
Сигнал САР не вызывает интерференции (взаимовлияния) и помех в спектре обычного (аналогового) телефонного сигнала, так как в спектре нет составляющих ниже 4 кГц. Это снимает ограничения на использование соседних пар для обычных (аналоговых) абонентских или межстанционных соединений.

4. Совместимость с аппаратурой уплотнения, работающей по соседним парам.
Большинство аналоговых систем уплотнения абонентских и соединительных линий используют спектр до 1 МГц. Системы с модуляцией САР могут вызывать наводки на частотные каналы в диапазоне 40—260 кГц, однако остальные каналы не подвергаются какому-либо влиянию, следовательно, есть возможность использования аппаратуры HDSL САР в одном кабеле с аналоговой аппаратурой уплотнения. Системы же HDSL с модуляцией 2B1Q вызывают наводки фактически на все частотные каналы аналоговых систем уплотнения, нагружающих соседние пары, поэтому, как правило, не могут быть использованы в одном кабеле с аналоговой аппаратурой уплотнения.

2.2.3. Технология DMT

В последнее время все чаще применяется модуляция DMT (Discrete Multi Tone). Она описана в стандартах американского национального института по стандартизации ANSI Т'1.413 и ITU-T G.922.2. Если при модуляции САР используется одна несущая частота, пусть даже и подавленная, то в DMT формируется сразу 256 несущих с шагом в 4 кГц (Табл 2.1).

Примечание: БПФ – быстрое преобразование Фурье

Технология модуляции DMT разделяет полосу частот на подканалы, или несущие, причем каждая несущая рассматривается независимо от других.
Полная полоса частот ADSL составляет от 0 до 1104 кГц и разделяется на 256 несущих (4.3125 кГц каждая). Несущие от 0 до 5 резервируются для стандартной телефонной связи, а от 0 до 31 – для услуг ISDN (в том случае, когда услуги ADSL предоставляются вместе с ISDN).

2.2.3. Технология TС-PAM

Напомним, что история симметричных DSL-систем, работающих по одной паре, началась не в 1999 г., а много раньше. Уже в 1995 г. имелось множество продуктов, представлявших из себя «половину HDSL», обеспечивавших скорость до 1168 кбит/с по одной паре с технологией линейного кодирования 2В1Q. Однако широкого распространения они не нашли, так как "полпотока" мало кого интересовали. В 1998 —1999 гг. появились системы MSDSL, обеспечивающие скорость уже до 2 Мбит/с с технологией линейного кодирования САР. Они нашли широкое применение и в настоящий момент являются лидерами по объему продажи России (данные НТЦ НАТЕКС). Наконец, в 1999г. появились новые системы MDSL, обеспечивающие скорость до 2,3 Мбит/с с усовершенствованной технологией 2В1Q. Благодаря низкой цене поставщики DSL-технологий (данные «корпорации ЮНИ» и НТЦ НАТЕКС) прочат им самоё блестящее будущее.
Тем не менее, ни 2В1Q, ни САР не стали всемирным стандартом для одной пары. У обеих технологий есть серьезные недостатки. Во-первых, дальность их работы на скорости 2 Мбит/с недостаточна и не позволяет предоставлять услуги по 100% существующих абонентских пар. Во-вторых, ограниченная «спектральная совместимость» с другими технологиями, работающими в том же кабеле, (особенно для САР) не позволяет проводить широкое внедрение в «густо населенных» DSL-оборудованием районах.
Для массового применения требуются системы, «полностью совместимые» с другими (ISDN, HDSL и ADSL) при работе в одном кабеле и обеспечивающие дальность, достаточную для обслуживания подавляющего большинства абонентов. Модуляция ТС-РАМ, позволяющая решить обе задачи, стала тем рубежом, где «качество переходит в количество». То есть качественные показатели решения (дальность и хорошая электромагнитная совместимость) таковы, что ему практически гарантировано массовое внедрение. Именно поэтому ТС-РАМ и была выбрана МСЭ в качестве единого DSL-стандарта для всего мира (G.shdsl).
Основные характеристики модуляций САР и 2В1Q были достаточно подробно описаны выше. Необходимо лишь добавить, что совершенствование комплектов БИС для модуляции 2В1Q (для передачи по одной паре) практически свело на нет преимущества САР по дальности в условиях реальной шумовой обстановки и при работе на «тонких» кабелях с диаметром жилы 0,4 - 0,6 мм .
Остановимся на SDSL (G.shdsl). Как уже отмечалось, в данной технологии применен новый тип линейного кодирования, называемый ТС-РАМ. ТС-РАМ расшифровывается как Trellis Coded Pulse Amplitude Modulation (импульсная амплитудно-фазовая модуляция с кодированием треллис). Суть данного метода кодировки состоит в увеличении числа уровней (кодовых состояний) с 4 (как в 2В1Q) до 16 и применении специального механизма коррекции ошибок.
На рис 2.4. показаны спектры модуляции ТС-РАМ (G.shdsl) в сравнении с модуляцией 2В1Q. Для сравнения выбрана одинаковая линейная скорость - 768 кбит/с.
Сравнение энергетических спектров (PSD — Power Spectral-Density) показывает, что при размещении оборудования G.shdsl в одном кабеле, например с системой ADSL, наводки, вызванные ТС-РАМ кодом, будут меньше, чем для случая 2В1Q. Конкретнее, на нисходящий поток (от сети к абоненту) наводок не будет вовсе, а на восходящий (от абонента к сети) наводки будут незначительны. Что касается САР, то наводки от нее (ввиду значительно более высокого уровня передачи в диапазоне частот от 10 — 40 кГц до 150 — 260 кГц) делают практически невозможным применение на соседних парах другой (не САР) DSL-технологий.