Файл: Учебное пособие СанктПетербург 2014.pdf

144 ния касаются помех на дальнем конце линии, позволяет достигнуть скорости передачи для нисходящего потока данных в 2 Мбит/с по большинству або- нентских телефонных линий. Полоса частот, используемая для восходящего потока данных, по технологии значительно уже, поэтому обычно скорость передачи восходящего потока данных достигает нескольких сотен
Кбит/с [36].
Трансивер ADSL может выступать не только средством битовой переда- чи, но и средством передачи ячеек АТМ, т. е. иметь мультисервисные воз- можности [36].
7.2.3 Цифровая абонентская линия с адаптацией скорости
соединения R-ADSL
Технология цифровой абонентской линии с адаптацией скорости соеди- нения R-ADSL (Rate-Adaptive Digital Subscriber Line)обеспечивает такую же скорость передачи данных, что и технология ADSL, но при этом позволяет адаптировать скорость передачи к протяженности и состоянию используемой витой пары проводов. При использовании технологии R-ADSL соединение на разных телефонных линиях будет иметь разную скорость передачи дан- ных. Скорость передачи данных может выбираться при синхронизации ли- нии, во время соединения или по сигналу, поступающему от станции [37].
Технология ADSL2+
Требования к технологии ADSL2+ определены в Рекомендациях G.992.5
ITU-T, принятой в феврале 2003 г. Увеличенная полоса используемых частот
(до 22 МГц) позволит передавать данные со скоростью до 25 Мбит/с на рас- стояние около 1 км.
Цифровая абонентская линия G.Lite (ADSL.Lite)
G.Lite (ADSL.Lite) представляет собой более дешёвый и простой в установке вариант технологии ADSL, обеспечивающий скорость «нисхо- дящего» потока данных до 1,5 Мбит/с и скорость «восходящего» потока дан- ных до 512 Кбит/с или по 256 Кбит/с в обоих направлениях на расстояние до 3,5 км [37].
7.2.4 Сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия VDSL
Технология сверхвысокоскоростной цифровой абонентской линии
VDSL (Very High Bit-Rate Digital Subscriber Line) является наиболее «быст- рой» ассиметричной технологией xDSL. Она обеспечивает скорость передачи данных «нисходящего» потока в пределах от 13 до 52 Мбит/с, а скорость пе- редачи данных «восходящего» потока в пределах от 1,5 до 2,3 Мбит/с, при-

145 чем по одной витой паре телефонных проводов. В симметричном режиме поддерживаются скорости до 26 Мбит/с.
Технология VDSL может рассматриваться как экономически эффектив- ная альтернатива прокладыванию волоконно-оптического кабеля до конечно- го пользователя. Однако, максимальное расстояние передачи данных для этой технологии составляет от 300 до 1300 м. То есть, либо длина абонент- ской линии не должна превышать данного значения, либо оптико- волоконный кабель должен быть подведен поближе к пользователю (напри- мер, заведен в здание, в котором находится много потенциальных пользова- телей). Технология VDSL может использоваться с теми же целями, что и ADSL, кроме того, она может использоваться для передачи сигналов теле- видения высокой четкости (HDTV), видео по запросу и т. п. [37].
Технология VDSL является результатом естественной эволюции техно- логии
ADSL в сторону увеличения скорости передачи данных и использования еще более широкой полосы частот. Данная технология мо- жет быть успешно внедрена путем сокращения эффективной длины абонент- ской линии за счет расширения сети волоконно-оптических линий и их вне- дрения в существующую сеть доступа.
Рис. 7.9. Концепция технологии VDSL
Концепция VDSL показана на рис. 7.9 [35].

146 очень быстро развивалась технология DSP (технология цифровой обработки сигнала).
Исследовательская работа привела к удивительному открытию. Оказы- вается, даже простая 4-уровневая модуляция PAM (амплитудно-импульсная модуляция) позволяет работать на скоростях до 800 Кбит/с при вполне при- емлемой длине линии (в США данная зона называется Carrier Serving Area — зона обслуживания оператора). Была снова использована технология компен- сации эхо-сигналов, которая позволила организовать двустороннюю переда- чу данных со скоростью 784 Кбит/с по одной паре проводов, отвечая при этом всем требованиям по расстоянию передачи и запасу по помехоустойчи- вости, которые должны быть выполнены для предоставления необходимого качества обслуживания [35].
Технология HDSL предусматривает организацию симметричной линии передачи данных, то есть скорости передачи данных от пользователя в сеть и из сети к пользователю равны. Благодаря скорости передачи (1,544 Мбит/с по двум парам проводов и 2,048 Мбит/с по трем парам проводов) телекомму- никационные компании используют технологию HDSL в качестве альтерна- тивы линиям T1/E1 (линии Т1 используются в Северной Америке и обеспе- чивают скорость передачи данных 1,544 Мбит/с, а линии Е1 используются в Европе и обеспечивают скорость передачи данных 2,048 Мбит/с). Хотя рас- стояние, на которое система HDSL передает данные (порядка 3,5-4,5 км), меньше, чем при использовании технологии ADSL, для недорогого, но эф- фективного, увеличения длины линии HDSL телефонные компании устанав- ливают специальные повторители. Использование для организации линии
HDSL двух или трех витых пар телефонных проводов делает эту систему идеальным решением для соединения АТС, серверов Интернет, локальных сетей и т. п.
Технология HDSL представляет собой систему двухсторонней симмет- ричной передачи данных (рис. 7.10), которая позволяет передавать данные со скоростью 1,544 Мбит/с или 2,048 Мбит/с по нескольким парам проводов се- ти доступа. Рекомендованы два линейных кода: амплитудно-импульсная мо- дуляция 2B1Q и амплитудно-фазовая модуляция без несущей (CAP). Моду- ляция CAP используется для передачи со скоростью 2,048 Мбит/с, в то время как для модуляции 2B1Q определены два различных цикла [35].
Рис. 7.10. Концепция высокоскоростной цифровой абонентской линии HDSL

147
Стандарт 2B1Q для скорости 2,048 Мбит/с обеспечивает как двусторон- нюю передачу по одной паре проводов, так и параллельную передачу по двум или трем парам проводов. Это позволяет распределить данные по не- скольким парам и снизить скорость передачи символов для увеличения пре- дельной длины линии, по которой может осуществляться передача.
Стандарт CAP позволяет передавать данные только по одной или двум парам проводов, а стандарт 2B1Q для скорости 1,544 Мбит/с предназначен только для двух линий [35].
Всем опытом эксплуатации HDSL доказал свои высокие эксплуатацион- ные характеристики. В подавляющем большинстве случаев монтаж HDSL оборудования проводится без дополнительного подбора пар или кондицио- нирования линии  рис. 7.11.
Рис. 7.11. Эволюция систем передачи HDSL
Благодаря этому сегодня большая часть линий Е1 подключена с приме- нением HDSL оборудования. Более того, сам факт появления технологии, ко- торая обеспечила возможность экономичных решений по организации циф- ровых подключений абонентов, привел к тому, что число таких подключений стало стремительно расти. Иными словами, именно появление HDSL стало своеобразным катализатором развития цифровых сетей [39].
7.2.6 Однолинейная цифровая абонентская линия SDSL
Технология однолинейной цифровой абонентской линии SDSL (Single
Line Digital Subscriber Line) также как и технология HDSL, обеспечивает симметричную передачу данных со скоростями, соответствующими скоро- стям линии Т1/Е1, но при этом технология SDSL имеет два важных отличия:
 используется только одна витая пара проводов;
 максимальное расстояние передачи ограничено 3 км.
В пределах этого расстояния технология SDSL обеспечивает, например, работу системы организации видеоконференций, когда требуется поддержи-

148 вать одинаковые потоки передачи данных в оба направления. В определен- ном смысле технология SDSL является предшественником технологии
HDSL2 [37].
Симметричная или двухпроводная линия DSL (SDSL) является симмет- ричной и базируется на более ранней технологии HDSL, но имеет целый ряд усовершенствований, которые позволяют более гибко организовать передачу данных по одной паре проводов. Технология SDSL может найти применение, как в сфере бизнеса, так и в частном секторе, что создает ей очень высокую потенциальную ценность [35].
Стоит заметить, что некоторые современные производители узкополос- ного коммутационного оборудования рассматривают данную технологию как один из способов продления существования оборудования данного типа.
Технология SDSL может использоваться в виде встроенных линейных карт, способных передавать 2 канала типа В коммутируемого трафика через ком- мутационную сеть. Любые другие возможности высокоскоростного доступа выводятся из коммутируемой сети в некоммутируемую сеть высокоскорост- ной передачи данных IP или ATM. Кроме того, технология SDSL совместима с архитектурой мультиплексора доступа цифровой абонентской линии
(DSLAM) и может использоваться в качестве дополнения к таким технологи- ям доступа как HDSL, ADSL и VDSL [35].
7.2.7 Высокоскоростная цифровая абонентская линия HDSL 2
Новая технология, появившаяся в результате огромной трехлетней рабо- ты, получила название HDSL2 (нужно отметить, что работа над ее стандарти- зацией ввиду некоторых разногласий между основными производителями пока не окончена и стандарт существует в виде рабочей версии Т1.418-2000).
Изначально в качестве основы для реализации HDSL2 рассматривались сим- метричная передача с эхоподавлением (SEC) и частотное мультиплексирова- ние (FDM), но обе были отклонены из-за присущих им недостатков. Первая имеет серьезные ограничения в условиях помех на ближнем конце, что дела- ет ее неприменимой для массового развертывания. Вторая, хотя и свободна от недостатков первой, но требует использования более широкого спектра и не обеспечивает требований по взаимному влиянию с системами передачи других технологий [39].
В результате, в качестве основы была принята система передачи с пере- крывающимся, но несимметричным распределением спектральной плотности сигнала, передаваемого в различных направлениях, использующая 16- уровневую модуляцию PAM (Pulse Amplitude Modulation). Выбранный спо- соб модуляции PAM-16 обеспечивает передачу трех бит полезной информа- ции и дополнительного бита (кодирование для защиты от ошибок) в одном символе. Сама по себе модуляция PAM не несет в себе ничего нового. Хоро- шо известная 2B1Q – это тоже модуляция PAM, но четырехуровневая. Ис- пользование решетчатых (Trellis) кодов, которые за счет введения избыточ-

149 ности передаваемых данных позволили снизить вероятность ошибок, дало выигрыш в 5 Дб.
Результирующая система получила название TC-PAM (Trellis coded
PAM). При декодировании в приемнике используется весьма эффективный алгоритм Витерби. Дополнительный выигрыш получен за счет применения прекодирования Томлинсона — искажении сигнала в передатчике на основе знания импульсной характеристики канала. Суммарный выигрыш за счет ис- пользования такой достаточно сложной технологии кодирования сигнала со- ставляет до 30% по сравнению с ранее используемыми HDSL/SDSL система- ми [39].
Рис. 7.12. Спектральная плотность сигнала G.shdsl
Но все-таки, ключевым элементом успеха новой технологии является идея несимметричного распределение спектра, получившее наименование
OPTIS (Overlapped PAM Transmission with Interlocking Spectra) и послужив- шее основой HDSL2 и, впоследствии, G.shdsl. При выборе распределения спектральной плотности для OPTIS решалось одновременно несколько задач
(см. рис. 7.12).
В первой области диапазона частот (0-200 кГц), где переходное влияние минимально, спектральные плотности сигналов, передаваемых в обе стороны одинаковы. Во втором диапазоне частот (200-250 кГц), спектральная плот- ность сигнала от LTU (оборудования на узле связи) к NTU (абонентскому оборудованию) уменьшена, чтобы снизить его влияние на сигнал в обратном направлении в этой области частот. Благодаря этому переходные влияния на ближнем конце в обоих диапазонах частот оказываются одинаковыми.
В свою очередь мощность сигнала от NTU к LTU во втором диапазоне частот уменьшена, что даёт дальнейшее улучшение отношения сигнал/шум в этой области частот. Следует отметить, что это уменьшение не ухудшает от- ношения сигнал/шум на входе NTU по двум причинам:
 во-первых, полоса частот сигнала от LTU к NTU увеличена по срав- нению с полосой частот сигнала в обратном направлении;
 во-вторых, абонентские модемы NTU пространственно разнесены, что также уменьшает уровень переходной помехи.
В третьем диапазоне частот спектральная плотность сигнала от LTU к

150
NTU максимальна, поскольку сигнал в обратном направлении в этой области почти отсутствует, и отношение сигнал/шум для сигнала на входе NTU ока- зывается высоким. Выбранная форма спектра является оптимальной не толь- ко в случае, когда в кабеле работают только системы HDSL2. Она будет оп- тимальна и при работе с ADSL, поскольку сигнал HDSL2 от NTU к LTU вы- ше частоты 250 кГц, где сосредоточена основная мощность составляющих нисходящего потока ADSL, практически подавлен.
Предварительные расчёты показали, что помехи от системы HDSL2 в нисходящем тракте системы ADSL (от LTU к NTU) меньше помех от сис- темы HDSL, работающей по двум парам, и существенно меньше помех от системы HDSL, использующей код 2B1Q и работающей по одной паре на полной скорости [39].
7.2.8 Сверхбыстродействующие цифровые абонентские линии
SHDSL и G.shdsl
Технологии сверхбыстродействующих цифровых абонентских линий
SHDSL (англ. Single-pair High-speed DSL) и G.shdsl утвержденные
ITU G.991.2 – одна из технологий цифровой абонентской линии, обеспечива- ет симметричную дуплексную передачу данных по паре медных проводни- ков. Основные идеи взяты из технологии HDSL2.
По стандарту технология SHDSL обеспечивает симметричную дуплекс- ную передачу данных со скоростями от 192 кбит/с до 2.3 Mбит/c (с шагом в 8 Кбит/с) по одной паре проводов, соответственно от 384 кбит/c до 4,6 Mбит/c по двум парам.
При использовании методов кодирования TC-PAM 128, стало возмож- ным повысить скорость передачи до 15,2 Мбит/с по одной паре и до
30,4 Мбит/с по двум парам соответственно.
В 1998 году в ITU-T началась работа над всемирным стандартом G.shdsl
(стандарт G.991.2 утвержден в феврале 2001 г.), европейской версией этого стандарта занимается и ETSI (сейчас он оформлен в виде спецификации
TS 101524) [39]. Сравнительный анализ характеристик технологий симмет- ричного доступа НDSL и G.shdsl приведен в таблице7.5.
Таблица 7.5. Сравнительный анализ характеристик технологий
симметричного доступа НDSL и G.shdsl по данным работы [23]
Система передачи
Тип модуляции
Скорость передачи, Кбит/с
Количество пар
(d = 0,4 мм)
Длина линии, км
HDSL
2B1Q
784 3
3
HDSL
2B1Q/CAP
1168 2
2,5
HDSL
2B1Q/CAP
2320 1
2
G.SHDSL
TC-PAM
2320 1
2
G.SHDSL
TC-PAM
192 1
6
G.SHDSL
TC-PAM
4624 2
2
G.SHDSL
TC-PAM
384 2
6

151
В основу технологии G.shdsl были положены основные идеи HDSL2, получившие дальнейшее развитие. Была поставлена задача, используя спосо- бы линейного кодирования и технологию модуляции HDSL2, снизить взаим- ное влияние на соседние линии ADSL при скоростях передачи выше
784 Кбит/с [39].
Поскольку новая система использует более эффективный линейный код по сравнению с 2B1Q, то при любой скорости сигнал G.shdsl занимает более узкую полосу частот, чем соответствующий той же скорости сигнал 2B1Q.
Поэтому помехи от систем G.shdsl на другие системы xDSL имеют меньшую мощность по сравнению с помехами, создаваемыми HDSL типа 2B1Q. Более того, спектральная плотность сигнала G.shdsl имеет такую форму, которая обеспечивает его почти идеальную спектральную совместимость с сигналами
ADSL [39].
Есть и другие достоинства G.shdsl. По сравнению с двух парными вари- антами, однопарные варианты обеспечивают существенный выигрыш по ап- паратным затратам и, соответственно, надежности изделия. Ресурс снижения стоимости составляет до 30% для модемов и до 40% для регенераторов – ведь каждая из пар требует приемопередатчика HDSL, линейных цепей, элементов защиты и т. п. [39].
В целях поддержки клиентов различного уровня, в G.shdsl предусмотре- на возможность выбора скорости в диапазоне 192–2320 Кбит/с с шагом
8 Кбит/с. Уменьшая скорость, можно добиться увеличения дальности в тех случаях, когда установка регенераторов невозможна. Так, если при макси- мальной скорости рабочая дальность составляет около 2 км (для провода
0,4 мм), то при минимальной – свыше 6 км (рис. 7.13).
Рис. 7.13. Возможности систем передачи G.shdsl
В технологии G.shdsl также предусмотрена возможность использования для передачи данных одновременно двух пар, что позволяет увеличить пре- дельную скорость передачи до 4624 Кбит/с. Но, главное, можно удвоить мак- симальную скорость, которую удается получить на реальном кабеле, по ко- торому подключен абонент [39].

152
Для обеспечения взаимной совместимости оборудования различных производителей в стандарт G.shdsl был инкорпорирован стандарт G.hsbis
(G.844.1), описывающий процедуру инициализации соединения. Предусмот- рено два варианта процедуры:
1) оборудование LTU (установленное на АТС) диктует параметры со- единения NTU (оборудованию клиента);
2) оба устройства «договариваются» о скорости передачи с учетом со- стояния линии.
Учитывая неизвестные начальные условия, при обмене данными во вре- мя инициализации для гарантированного установления соединения применя- ется низкая скорость передачи и один из классических методов модуляции
DPSK. Кроме установки скорости, стандарт G.shdsl описывает и порядок вы- бора протокола в процессе установки соединения. Чтобы обеспечить совмес- тимость со всеми используемыми на сегодня сервисами G.shdsl модем дол- жен реализовать возможность работы с такими протоколами, как E1, ATM,
IP, PCM, ISDN.
Для обеспечения гарантированной работоспособности приложений ре- ального времени, стандартом G.shdsl ограничена максимальная задержка данных в канале передачи (не более 500 мс). Наиболее используемыми при- ложениями этого вида для G.shdsl являются передача голоса VoDSL во всех ее разновидностях (PCM – обычный цифровой канал телефонии, VoIP – го- лос через IP и VoATM-голос через ATM) и видеоконференцсвязь [39].
За счет оптимального выбора протокола во время инициализации в
G.shdsl удается дополнительно снизить задержки в канале передачи. Напри- мер, для IP трафика устанавливается соответствующий протокол, что позво- ляет отказаться от передачи избыточной информации, по сравнению с IP па- кетами, инкапсулированными в ATM ячейки. А для передачи цифровых те- лефонных каналов в формате ИКМ непосредственно выделяется часть поло- сы DSL канала [39].
Стоит отметить, что упомянутые выше передача голоса и видеоконфе- ренцсвязь требуют передачи симметричных потоков данных в обе стороны.
Симметричная передача необходима и для подключения локальных сетей корпоративных пользователей, которые используют удаленный доступ к сер- верам с информацией. Поэтому, в отличие от других высокоскоростных тех- нологий (ADSL и VDSL), G.shdsl как нельзя лучше подходит для организа- ции последней мили. Так, при максимальной скорости она обеспечивает пе- редачу 36 стандартных голосовых каналов. Тогда как ADSL, где ограничи- вающим фактором является низкая скорость передачи от абонента к сети
(640 Кбит/с), позволяет организовать лишь 9 голосовых каналов, не оставляя места для передачи данных [39].
Еще одна задача, которая успешно решена в G.shdsl – снижение энерго- потребления. Поскольку для дистанционного питания используется одна па- ра, важность этой задачи трудно переоценить. Еще одна положительная сто- рона – снижение рассеиваемой мощности – открывает путь к созданию высо- ко интегрированного станционного оборудования [39].