Пди часть 2 тема 6 Построение оконечных устройств

Вид материала

Документы

Содержание DSL Причины создания DSL Кабельные модемы Спутниковые системы Подключение абонентов с помощью оптоволокна Технология DSL Общие сведения о технологиях DSL Цифровые и xDSL-модемы Устройство цифрового модема Isdn-ba (dsl)

Подобный материал:

• Рабочая программа по дисциплине «автоматическая коммутация» (АК) Для специальности, 133.09kb.
• Ектрические параметры усилителей оконечных звуковой частоты станций проводного вещания, 55.36kb.
• Методические указания и контрольные задания к внеаудиторной самостоятельной работе, 418.16kb.
• Вид работ №20. 12. «Установка распределительных устройств, коммутационной аппаратуры,, 21.78kb.
• Задачи на построение Основные положения конструктивной геометрии, 31.73kb.
• Основная часть Примеры и построение, 31.26kb.
• Лекция Тема «Построение эффективной системы взаимоотношений оптовой и розничной торговли», 111.43kb.
• Программа для подготовки к зачету I. Теоретическая часть, 68.7kb.
• 2 Язык проектирования электронных устройств vhdl, 323.37kb.
• Тема: Построение, 96.98kb.

Модуляция

Из известных методов модуляции в модемах применяются следующие: частотная, относительная фазовая и амплитудно-фазовая. При частотной модуляции ЧМ (FSK, Frequency Shift Keying) значениям сигнала 0 и 1 соответствуют верхняя и нижняя характеристические частоты модулированного сигнала при неизменной их амплитуде. Частотная модуляция помехоустойчива, поскольку искажению при помехах подвергается в основном амплитуда, а не частота сигнала. При этом достоверность демодуляции, а значит, помехоустойчивость тем выше, чем больше периодов модулированного сигнала попадает в единичный интервал t₀ = 1/В. Но увеличение единичного интервала приводит к снижению скорости передачи информации. Отсюда следует область применения ЧМ: низко- и среднескоростные модемы (50, 100, 200, 300, 600, 1200 бит/с).

При относительной фазовой модуляции ОФМ (DPSK, Differential Phase Shift Keying), изменяемым в зависимости от значения сигнала О и 1, соответствует определенная фаза модулированного сигнала при неизменных амплитуде и частоте. При этом каждому значению сигнала ставится в соответствие не абсолютное значение фазы, а ее изменение относительно предыдущего значения. В модемах используются двукратная относительная фазовая модуляция (ДОФМ) с четырьмя позициями фазы модулированного сигнала 0, 90, 180, 270°, которым соответствуют дибиты символов 00, 01, 10 и 11 или трехкратная модуляция (ТОФМ) с восемью позициями фазы модулированного сигнала 45, 90, 135, 180, 225, 270, 315°, которым соответствуют триби-ты символов 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 и 111. Большее число позиций при ОФМ обычно не используется, так как при этом значительно снижается помехоустойчивость модулированных сигналов. Поэтому ОФМ применяется в среднескоростных модемах (2400, 4800 бит/с).

Амплитудно-фазовую модуляцию называют еще квадратурной модуляцией КАМ (QAM – Qudrature Amplitude Modulation). Здесь при модуляции происходит изменение как амплитуды, так и фазы сигнала, что позволяет значительно увеличить число позиций модулированного сигнала. В настоящее время используется КАМ, в котором число позиций сигнала составляет от 8 до 256, т.е. каждая позиция содержит от 2 до 8 бит/символ. Поэтому КАМ применяется в высокоскоростных модемах (от 2400 до 28800 бит/с и больше).

Однако применение многопозиционной КАМ не снимает проблемы помехоустойчивости модуляции. Поэтому в современных высокоскоростных модемах используется разновидность этого вида модуляции – так называемая сигнально-кодовая конструкция (СКК) с решетчатым кодированием или треллис-кодированием (ТСМ – Trellis Ceded Modulation), которая позволяет повысить помехоустойчивость передачи информации (снизить требования к отношению сигнал/помеха в канале на значение от 3 до 6 дБ) и значительно увеличить скорость передачи.


Эхо-компенсатор

Модемы могут быть использованы на двухпроводных коммутируемых сетях связи или четырехпроводных некоммутируемых (выделенных) каналах. Более высокими качественными показателями обладают четырехпроводные некоммутируемые каналы, так как передатчик и приемник модема непосредственно соединены с каналом передачи и приема информации (рис. 6.10, а). В отличие от некоммутируемых четырехпроводных характерной особенностью коммутируемых двухпроводных (телефонных) каналов (рис. 6.10, б) является наличие в их составе специального устройства - дифференциальной системы ДС – для перехода с двухпроводной части каналов в четырехпроводную часть канала и модема. Дифференциальная система теоретически обеспечивает малое затухание в направлениях передачи и приема и большое переходное затухание в направлениях с передающей на приемную части канала и модема. Однако в реальных условиях передачи переходное затухание может изменяться в широких пределах вследствие несогласованности и несовершенства работы дифференциальной системы. В результате этого возможно появление в приемной части модема многих отраженных и переходных сигналов (сигналы 1, 2, 3, 4) от передаваемых сигналов, т.е. эхо-сигналов, эквивалентных помехам по своему действию на принимаемые сигналы.



Рис. 6.10


Для борьбы с электрическим эхом, вызванным несогласованностью и несовершенством настройки дифференциальных систем, возможно использовать следующие методы: частотное разделение полосы частот каналов связи на два подканала, т.е. фактически перейти на четырехпроводное соединение канала и модема без дифференциальной системы; применение автоматических (самобалансирующихся) дифференциальных систем; компенсация эхо-сигналов.

Частотное разделение каналов тональной частоты на два подканала реализовано в модемах с частотной модуляцией V.21 и V.22, что обеспечивает дуплексную связь в полосе частот канала тональной частоты не более 1200 бит/с.

Автоматически настраиваемые дифференциальные системы (адаптивные) пока не получили широкого применения вследствие сложности их технической реализации.

Компенсационный метод борьбы с эхо-сигналом получил наибольшее распространение. Суть метод борьбы с эхо-сигналом получил наибольшее распространение. Суть метода заключается в том, что модем, обладая информацией о своем собственном передаваемом сигнале, может использовать его для обработки суммы принимаемого и отраженного сигналов.

Применение эхо-компенсации позволяет использовать всю ширину полосы пропускания канала связи, что позволяет увеличить скорость передачи информации, но требует больших вычислительных ресурсов для обработки сигналов.

DSL

Причины создания DSL


Традиционная телефонная сеть общего пользования (ТФОП) позволяет передавать голос в и данные в пределах узкой полосы частот (300 -3400) Гц. Быстрый рост сети Интернет и самый распространённый доступ к ней с помощью стандартных аналоговых модемов вызывают перегрузку ТФОП, т.к. она не рассчитана на нагрузку Интернет. Вторая проблема состоит в том, что для комфортного доступа пользователей к услугам существующей сети скорости передачи, которые могут обеспечить аналоговые модемы, уже недостаточны.

Сложность достижения необходимой скорости соединения с сетью Интернет заключается в основополагающих принципах построения телефонных сетей, которые по природе своей не предназначены для высокоскоростной передачи данных. Традиционная телефонная связь осуществляется не только в очень узкой полосе частот, она еще и допускает значительно большее затухание сигнала, чем это возможно при передаче данных.

Магистральные линии передачи данных позволяют передавать гигабиты информации, но очень маленькое количество конечных пользователей имеет возможность передавать данные хотя бы со скоростью нескольких сотен килобит. Тянуть к каждому пользователю оптико-волоконную линию очень дорого. Коаксиальные кабели (кабельное телевидение) позволяют осуществлять высокоскоростную передачу, но в основном в одном направлении. Телефонные линии в том виде, в котором они используются в настоящий момент для телефонной связи, имеют низкую скорость передачи данных. Доступ с необходимой высокой скоростью могут обеспечить только широкополосные технологии, которые являются будущим телекоммуникационной индустрии.

Кабельные модемы

В середине 90-х операторы КТВ провели исследования возможности использования инфраструктуры сети КТВ для широкополосного доступа к услугам сети пользователей домашнего сектора. В результате появилось устройства, которые не совсем удачно были названы кабельными модемами. Кабельные модемы представляют собой устройства, обеспечивающие высокоскоростной доступ к сетям передачи данных через гибридную оптико-коаксиальную сеть HFC .

В отличие от традиционных модемов коммутируемой ТФОП кабельные модемы являются частью системы с топологией "точка - много точек" ("point - to - multipoint), в которой множество кабельных модемов разных пользователей подключены через гибридную оптико-коаксиальную среду к контроллеру головного узла оператора КТВ. Подобно модемам xDSL, кабельные модемы работают в режиме "always on", т.е., постоянно подключены к головному узлу.

Недостатки:

1)линии передачи данных являются линиями коллективного использования. Полоса частот, доступная каждому отдельному пользователю, подключенному к определенному узлу, может снижаться по мере увеличения количества пользователей, которые подключены к тому же узлу;

2) данная система является "открытой" (т.е. каждому отдельному пользователю не предоставляется свое жестко закрепленное соединение).

Кабельные модемы обеспечивают высокоскоростной доступ по линиям кабельного телевидения в основном для частных пользователей, потому что офисные здания и предприятия в большинстве случаев не подключены к сети кабельного телевидения.


Спутниковые системы

Спутниковые системы позволяют обойти "заторы" в наземных системах передачи данных. Зона охвата спутника такова, что он может обслуживать очень большое количество абонентов. Причем стоимость организации обслуживания совершенно не зависит от географического положения пользователя в пределах зоны охвата спутника. Спутниковый канал может приниматься в любой точке зоны охвата, независимо от условий местности.

Недостатки:

1) Спутниковые системы доступа имеют не самую высокую скорость передачи данных (порядка 400 Кбит/с по направлению к пользователю) и при этом не очень быстро работают, т.к. запрос информации делается по обычным каналам через телефонную сеть, а после ответа сигнал передается через спутник, проходя в общей сложности несколько десятков тысяч километров. Даже обладая скоростью света, такое средство доступа в Интернет остается достаточно медленным. Особенно это заметно при осуществлении двусторонней связи в режиме реального времени;

2) Вложения в системы спутниковой связи составляют многие миллиарды долларов, причем успех и получение прибыли совершенно не гарантированы;

3) безопасности трафика;

4) необходимость приобретения и настройки достаточно дорогостоящего оборудования.


Подключение абонентов с помощью оптоволокна

Аппаратура для подключения абонентов с использованием оптического кабеля получила широкое распространение в странах Европы и США. Преимущества такого решения: высокие надежность, качество передачи, а также пропускная способность, следовательно, практически нелимитированная скорость по интерфейсу пользователя; стоимость как самого оптического кабеля, так и оборудования системы передачи постоянно снижается.

Недостатки.

1) время, необходимое для прокладки кабеля и получения всех необходимых разрешений может быть довольно значительным, что снижает темпы окупаемости капиталовложений;

2) применение оптоволокна может быть экономически оправданно лишь при подключении большого числа сконцентрированных в одном месте, например в районах массовой застройки или в офисных зданиях, абонентов. В районах, где плотность абонентов невысока, ресурсы оптического кабеля используются лишь на 5-10%, поэтому экономически выгоднее уплотнить существующую кабельную сеть или использовать радио доступ.

В настоящее время оптоволокно широко применяется вместо многожильных телефонных кабелей на участке между АТС и удаленным концентратором, к которому подключаются, например, телефоны, установленные в квартирах многоэтажного дома или нескольких домов. Аппаратура, реализующая мультиплексирование/демультиплексирование линий индивидуального подключения абонентов, получила название Digital Loop Carrier (DLC), что можно перевести как “цифровая система концентрации телефонных линий”.


Технология DSL

Кроме использования оптоволокна можно использовать уже имеющиеся медные кабеля. В последние годы разработано несколько новых методов для организации цифровых трактов на обычном медном кабеле, которые позволяют добиться высокой пропускной способности, низкой себестоимости включения и высокого качества связи. Общее название технологии – цифровая абонентская линия (Digital Subscriber Line, DSL). Технология DSL нашла широкое применение в обычной (аналоговой) телефонии, в сетях с интеграцией услуг и передачи данных.

Термин “цифровая абонентская линия” впервые появился в документации по ISDN. Идеология построения сети ISDN сходна с принципами создания обычной коммутируемой телефонной сети, однако к абоненту подводится не аналоговый канал, как в обычной сети, а цифровой со скоростью от 64 до 144 Кбит/с. Далее абонент может использовать его для телефонной связи и/или подключения к сети компьютера. В ходе разработки технологии ISDN были созданы комплекты микросхем и методы кодирования, позволяющие транслировать потоки 64, 128 и 2048 Кбит/с по обычным медным парам, которые ранее использовались для аналоговой передачи телефонного трафика.

хDSL представляет собой семейство технологий высокоскоростного доступа к сетевым услугам по существующей медной абонентской телефонной линии. В аббревиатуре хDSL символ "х" используется для обозначения конкретного типа технологии цифровой абонентской линии DSL (Digital Subscriber Line). Любой абонент, пользующийся в настоящий момент телефонной связью, имеет возможность с помощью технологий хDSL значительно увеличить скорость своего соединения, в первую очередь с сетью Интернет. Благодаря многообразию технологий DSL пользователь может выбрать подходящую именно ему скорость передачи данных - от 32 Кбит/с до более чем 50 Мбит/с. При этом скорость передачи данных зависит только от параметров и протяженности этой линии.

Обычно считается, что абонентская телефонная линия имеет полосу пропускания в 4 кГц. Это совершенно неправильно. Абонентская линия имеет ограниченную полосу пропускания, потому что это предусмотрено ее конструкцией, а не из-за того, что витая пара не способно пропускать высокочастотные сигналы. С помощью соответствующих схем кодирования технологии хDSL позволяют достигать мегабитовой скорости передачи данных.

Технологии DSL имеют явные преимущества. Любой абонент, подключенный к телефонной сети общего пользования, имеет медную телефонную линию, которая может быть использована для развертывания линии передачи данных. То есть не требуется создавать новую инфраструктуру. По сравнению с другими технологиями доступа DSL требует значительно меньших инвестиций при учете достигаемой скорости передачи данных.

Одним из важнейших применений DSL-оборудования стало уплотнение абонентских аналоговых линий.

Принцип действия цифровой аппаратуры уплотнения



Рис. 6.11


В восьмиканальной системе РСМ-8ВА (Bandwidth Adaptive), впервые для оборудования такого типа, применено динамическое распределение полосы пропускания. Скорость группового тракта в новой системе та же, что и в четырехканальной, – 160 Кбит/с (128 Кбит/с информационных плюс сигнализация и управление). Однако степень сжатия сигнала в каждом из каналов автоматически изменяется в зависимости от общего числа задействованных в данный момент каналов. Например, если заняты четыре канала (разговаривают четыре абонента), трафик в каждом канале сжимается в 2 раза (требуемая полоса пропускания – 32 Кбит/с), а если все восемь – в 4 раза (требуемая полоса –16 Кбит/с).

Технологии DSL позволяют создать постоянно установленное соединение, обеспечивают высокую скорость передачи данных и оставляют возможность одновременного с работой в сети Интернет использования обычной телефонной связи.


Общие сведения о технологиях DSL

Все технологии DSL (ISDN, HDSL, ADSL, VDSL и SDSL) разработаны для обеспечения высокоскоростной передачи данных по телефонным линиям, изначально предназначенным для осуществления голосовой связи в спектре частот 300 Гц - 3,4 кГц. Развитие технологий цифровой обработки сигнала (DSP) в сочетании с новейшими алгоритмами и технологиями кодирования позволили значительно поднять информационную емкость сетей доступа. Ширина используемой полосы частот увеличилась на два порядка за последнее десятилетие: от приблизительно 100 кГц для узкополосной ISDN до более чем 10 МГц для VDSL.

Большинство стандартов DSL-модемов трактуют модем DSL как "насос для перекачки битов", основная задача которого заключается в быстрой и надежной передаче данных между трансиверами, установленными на обоих концах линии, по специальной среде, которая включает в себя определенные параметры линии и модели шумов. Параметры линии и модели шумов разработаны специально для того, чтобы отражать определенные условия, с которыми модему придется "столкнуться" на реальной сети доступа. Возможные ухудшения работы, которые определены в стандартах DSL-модемов, приводят к указанию определенного отношения сигнал-шум, расстояния и вероятной скорости передачи данных.

Требования, обеспечивающие надежную передачу данных и взаимодействие между оборудованием различных производителей:

• Тестирование абонентских линий – определение состава и топологии (для обеспечения достаточной глубины внедрения технологии).
  
• Перекрестные помехи и запас по помехоустойчивости в установившемся режиме (допустимость взаимодействия с другими линиями DSL в одном многопарном кабеле).
  
• Скорости передачи данных (линейная и только полезная нагрузка).
  
• Запас по устойчивости к импульсным помехам и шумам из-за переходных процессов (допустимость шумовых выбросов, например, при подаче вызывного звонка).
  
• Ограничения спектральной плотности мощности передатчика (для обеспечения спектральной совместимости и минимизации нежелательных излучений в радиочастотной области спектра).
  
• Потери на отражение (для обеспечения хорошего согласования линии и передачи мощности сигнала).
  
• Симметрия линейного интерфейса (для предотвращения проблем, связанных с электромагнитной совместимостью).
  
• Цикловая синхронизация и скремблирование данных (для предотвращения цикло-стационарного эффекта, например, линейчатого спектра).
  
• Время ожидания (для минимизации задержки, например, при передаче голосового трафика).
  
• Дрожание и смещение (для минимизации потери данных).
  
• Протоколы запуска (подтверждение установления связи).
  
• Временные ограничения горячего/холодного запуска (время, необходимое для синхронизации и достижения состояния надежной передачи - для минимизации времени неготовности линии).
  
• Линейное кодирование (для достижения эффективного соотношение бит/с к Гц).
  
• Режим одновременной двусторонней передачи (т.е. синхронизация, частота, эхоподавление).
  
• Упреждающая коррекция ошибок (для автоматической коррекции ошибок передачи на физическом уровне, без повышения нагрузки, связанной с повторной передачей данных, на протоколы более высокого уровня).
  
• Вложенные операции и обслуживание (для передачи информации, связанной с обслуживанием, например, качества обслуживания).
  

Цифровые и xDSL-модемы


Под цифровыми модемами обычно понимаются DCE, имеющие цифровой канальный интерфейс. Сам термин «цифровые модемы» до сих пор остается спорным, потому что никакой модуляции они не производят. В свою очередь к цифровым модемам могут быть отнесены терминальные адаптеры ISDN (или ISDN-модемы), подавляющее большинство DSL-модемов и модемов для физических линий (или модемы на короткие расстояния – Short Range Modem). Часто их всех объединяют под общим названием – устройства CSU/DSU (Channel Service Unit/Data Service Unit).


Устройство цифрового модема


По выполняемым функциям цифровые модемы очень похожи на модемы для аналоговых каналов связи. За исключением самых простейших, цифровые модемы обладают интеллектуальными функциями и поддерживают набор АТ-команд. В первую очередь, это относится к цифровым модемам, работающим на коммутируемых линиях, например, в сетях ISDN. В качестве примера цифрового модема рассмотрим подробнее устройство CSU/DSU. Устройства CSU/DSU применяются для передачи данных по цифровым каналам типа El/Tl, Switched 56 и другим. CSU обеспечивает правильное согласование с используемым цифровым каналом и частотную коррекцию линии. CSU также поддерживает выполнение проверок по шлейфу. На CSU часто устанавливаются световые индикаторы, сигнализирующие об обрыве местных линий, о потере связи со станцией, а также о работе в режиме проверки по шлейфу. Питание CSU может осуществляться отдельным источником питания либо посредством самой цифровой линии.


Схема CSU/DSU




Рис. 6.12


Модули обслуживания данных, или цифровые служебные модули DSU, включаются в цепь между CSU и DTE (рис. 6.12), в качестве которой часто выступает не только компьютер, но и различное сетевое оборудование, например, маршрутизатор, мост, мультиплексор или сервер. На DSU обычно устанавливается интерфейс RS-232 или V.35. Основной задачей DSU является приведение потока цифровых данных, поступающих от DTE, в соответствие со стандартом, принятым для данной цифровой линии.

При этом получается единое устройство, именуемое CSU/DSU или DSU/CSU. В CSU/DSU могут встраиваться схемы сжатия передаваемых данных, а также резервные коммутируемые порты. Часто устройства CSU/DSU выполняют функции защиты от ошибок, реализуя один из протоколов HDLC. В области цифровых модемов нет такой жесткой стандартизации на протоколы сжатия данных, защиты от ошибок и вид линейного кодирования, какая существует для аналоговых модемов ТфОП. По этой причине следует с большой осторожностью осуществлять выбор цифровых модемов различных производителей.

Для передачи данных по цифровым линиям требуется выполнить определенное преобразование исходной последовательности. Такое преобразование часто носит название цифровой модуляции или цифровым кодированием.


ISDN-модемы


Согласно принятому Госкомсвязи РФ определению средства связи для подключения к сетям ISDN подразделяются на терминальное оборудование, терминальные адаптеры и средства доступа. Стандартная схема вариантов подключения по базовому доступу (BRI - Base Rate Interface) приведена на рис. 2. Интерфейс BRI предусматривает организацию двух информационных каналов (2В) по 64 кбит/с и одного служебного (D) канала со скоростью 16 кбит/с.

Классификация средств подключения к сети ISDN




Рис. 6.13

В соответствии со стандартами к терминальному оборудованию (Terminal Equipment - ТЕ) относятся цифровые речевые терминалы (телефоны) ISDN, реализующие услуги телефонии в полосах 3,1 и 7 кГц, видеотерминалы, системы видеоконференц-связи, многофункциональные терминалы ISDN, телефаксы 4-й группы и терминалы телетекста. Среди терминального ISDN-оборудования выделяются терминалы со встроенным интерфейсом V.24. Это комбинированные устройства, выполняющие функции и телефона ISDN, и «цифрового модема» для передачи данных через один В-канал со скоростью до 64 кбит/с. Подключение к DTE осуществляется через интерфейс V.24 (RS-232) при использовании стандартных средств работы с модемами (рис. 6.14).


Терминал со встроенным интерфейсом V.24




Рис. 6.14


Другим средством подключения являются терминальные адаптеры (Terminal Adapter - ТА). Как правило, это небольшие устройства (платы и т.д.), дополняющие стандартные средства связи, такие как персональные компьютеры, факсы 2-й и 3-й групп и др., и обеспечивающие их интерфейс с сетью ISDN. Таким образом, ТА служит для подключения к сети ISDN оборудования, которое не было специально разработано для этой сети. Часто функции терминального адаптера комбинируются в одном устройстве с функциями терминального оборудования. Пользуясь таким подходом, некоторые производители выпускают ISDN-модемы, а также ISDN-маршрутизаторы и другие устройства.


xDSL-модемы


Технология цифровой абонентской линии (DSL - Digital Subscriber Line) в последнее время стала одной из самых перспективных для решения проблемы доведения высокоскоростных информационных потоков до конечных пользователей. Под аббревиатурой xDSL скрывается целое семейство технологий абонентского доступа типа «точка-точка», позволяющее предоставлять услуги передачи данных, голоса и видео по обычным телефонным проводам между оборудованием поставщика услуг сетевого доступа NAP (Network Access Provider) и узлом потребителя. С точки зрения иерархической модели OSI семейство технологий xDSL представляет собой реализацию технологии физического уровня, предоставляющую, в свою очередь, удобную высокоскоростную среду для применения протоколов более высоких уровней и организации разнообразных сервисов, включая доступ к Internet и интрасетям с применением протокола IP, передачу видео и многое другое.

Возросшая популярность Internet очень быстро сделала линию, соединяющую пользовательское оборудование с узлом NAP, узким местом всей сети доступа. Внедрение графики, элементов мультимедиа и видео на Web-страницы стало массовым явлением. Все эти процессы привели к тому, что последние достижения в области технологии аналоговых модемов, как, впрочем, и возможности традиционных каналов ISDN BRI, все чаще стали восприниматься в качестве промежуточного решения. Повышение пропускной способности канала «последней мили», по крайней мере на прядок, превратилось в настоятельную необходимость. Причем, такое повышение должно было быть произведено максимально экономичным образом, т.е. прежде всего с сохранением существующей коммуникационной инфраструктуры.

Необходимость разработки принципиально новой технологии по обычным телефонным линиям диктовалась и еще одним соображением. Оборудование, производившееся и устанавливаемое в узлах телефонных компаний, проектировалось, исходя из определенных статистических параметров сеансов телефонной связи. Например, из учета того факта, что средняя продолжительность телефонного разговора составляет 3-5 мин. Активное использование телефонных линий для доступа в Internet и корпоративные сети внесло существенные коррективы в эту картину: средняя продолжительность сеанса модемной связи составляет 20 мин, а каждый пятый такой сеанс длится больше часа. В результате, использование «классических» телефонных линий для передачи данных повысило нагрузки на телефонные станции до такого уровня, на который они изначально не были рассчитаны.

Технология xDSL явилась решением указанных проблем, позволив в десятки раз поднять скорость передачи трафика по обычному телефонному проводу и одновременно предложив низкозатратный способ разгрузить коммутаторы телефонных станций от возросшего объема неголосового трафика. Использование существующей наиболее распространенной коммуникационной инфраструктуры, значительное повышение скорости передачи относительно классических модемных или ISDN-соединений, возможность организации множества сервисов на единой платформе и являются важнейшими преимуществами технологии xDSL.

Увеличение полосы пропускания и максимальной длины непрерывного соединения основывалось на двух технологических идеях - использовании более широкого частотного спектра несущих и повышении эффективности его использования (плотности транспортируемых данных в пересчете на один бод). В технологии xDSL полоса используемых частот была расширена вплоть до мегагерцового диапазона. Эффективное использование полосы частот достигается путем применение методов модуляции 2B1Q, САР и DMT.

Обобщенное название xDSL включает в себя большое число конкретных технологий, в частности, DSL, HDSL, SDSL, VDSL, G.Lite.

Технология DSL обеспечивает использование существующих линий связи для дуплексной цифровой передачи со скоростью до 160 кбит/с. Стандартным методом модуляции, применяемым аппаратурой DSL, является 2B1Q. Типичная максимальная длина, на которой может работать аппаратура этой технологии составляет 7,5 км при диаметре жилы кабеля 0,5 мм.

Дальнейшим развитием DSL стала технология HDSL (High-bit-rate Digital Subscriber Line). Соответствующее оборудование обеспечивает по л но дуплексный обмен на скорости 768/1024 кбит/с по одной паре и 1536/2048 кбит/с по двум-трем парам кабеля без подбора параметров и симметрирования.

Развитием технологии HDSL стала SDSL (Single Pair Digital Subscriber Line), которая обеспечивает дуплексную передачу потока 2048 кбит/с по одной паре проводов с диаметром жилы 0,4-0,5 мм на расстояние 3-4 км.

Технология MSDSL (Multirate Symmetrical Digital Subscriber Line) также похожа на HDSL, но предусматривает коррекцию скорости передачи и за счет этого поддерживает большую дальность при низких скоростях (6,4 км при 768 кбит/с). На следующем этапе развития появилась технология асимметричной цифровой абонентской линии (Asymmetric Digital Subscriber Line, ADSL). Она обеспечивает передачу по кабелю потоков до 8 Мбит/с в одном направлении и до 1 Мбит/с в другом. В настоящее время имеются две основные реализации систем ADSL: с частотным разделением (FDM - Frequency Division Multiplexing) и с эхо-подавлением. В системах с FDM прием и передача данных осуществляется в разных частотных диапазонах, в результате чего они не мешают друг другу. В системах с эхо-подавлением сигналы принимаются и передаются на одних и тех же частотах одновременно и успешно разделяются путем реализованных на цифровых сигнальных процессорах алгоритмов эхоподавления. Спектры сигналов для двух описанных подходов представлены на рис. 6.15.


Схемы разделения сигналов в полосе пропускания абонентской линии





Рис. 6.15


Усовершенствованием ADSL является технология RADSL (Rate Adaptive Digital Subscriber Line), которая изменяет скорость передачи в зависимости от качества линии.

Большинство технологий xDSL являются фирменными. Каждый производитель xDSL-модемов реализует свой собственный метод передачи данных, соответствующий второму выпуску стандарта ANSI T1.413, в котором указаны рекомендуемые шумовые и частотные характеристики оборудования, но не определен метод кодирования данных. При покупке услуги xDSL абонент получает маршрутизатор или модем xDSL, совместимый с оборудованием поставщика услуг. Разработанный стандарт ITU-T G.Lite предназначен для стандартизации параметров передачи, что позволяет пользователям свободно выбирать на рынке совместимые ме-щ собой средства xDSL. Технологию G.Lite иногда также называют Universal ADSL (UADSL) или ADSL Lite. При использовании этой технологии данные передаются на более низких скоростях, чем в ADSL. Так, при длине абонентской линии до 3,5 км обеспечивается скорость 1,5 Мбит/с в направлении к абоненту и 384 кбит/с - в обратном направлении. При длине линии до 595 км обеспечивается 640 кбит/с в направлении к абоненту и 196 кбит/с - в противоположном. Преимущества устройств G.Lite состоят в простоте их инсталляции.

В большинстве технологий xDSL пользователи получают возможность по одной абонентской (телефонной) линии передавать ноток данных я осуществлять речевую связь. Для этого на каждом конце абонентской линии нужно устанавливать частотный разделитель (сплиттер), отделяющей высокочастотные сигналы xDSL от низкочастотного аналогового речевого сигнала. Ири установке сплиттера наводки от одной системы к другой должны пройти фильтры высоких (ВЧ) и низких частот (НЧ). Фильтр НЧ обеспечивает затухание более 75 дБ в полосе частот выше 30 кГц, где импульсные сигналы, в частности, от вызывного генератора, напрямую попадают в приемник. Также фильтр НЧ изолирует телефон по сопротивлению. Без него падение сопротивления телефона на высоких частотах (в диапазоне xDSL) при снятии трубки может быть очень большим, например, со 120 до 20 Ом. Импульсный набор номера и вызывной сигнал телефона являются источниками серьезных ошибок в канале передачи данных. Один из способов их недопущения - изолировать телефонные аппараты с помощью микрофильтров, устанавливаемых непосредственно в телефонную розетку.

Типовая схема использования оборудования xDSL применительно к технологии ADSL приведена на рис. 6.16, где DSLAM (DSL Access Module) обычно представляет собой стойку DSL-модемов.

Схема включения оборудования ADSL




Рис. 6.16


Установка сплиттера усложняет процесс инсталляции оборудования и часто требует присутствия специалистов телефонной компании. Технология G.Lite является бессплиттер-ной: все необходимое для разделения речевого трафика и трафика данных оборудование встроено в модем G.Lite. В результате G.Lite -модем достаточно просто подключить к телефонной розетке, как обычный модем. Однако отказаться от сплиттеров можно не всегда. В большинстве стран не предъявляется каких-либо жестких требований к кабельной разводке внутри помещений абонента. Обычное явление здесь - несбалансированность кабеля, например, в результате использования плоских проводов («лапши»). Это приводит к электромагнитным утечкам и отрицательно влияет на электромагнитную совместимость.

Стандарт G.Lite описывает ряд сервисных функций или возможностей, к которым можно отнести быструю перенастройку, управление режимами питания, согласование параметров соединения, поддержку функций сетевого управления.

Функция быстрой перенастройки (fast retrain) позволяет устройствам DSL адаптироваться к резким изменениям, происходящим на линии связи. DSL-модем определяет такое изменение, например, при снятии телефонной трубки или отбое, и инициирует процедуру быстрой перенастройки. Приемопередатчики оценивают состояние канала, после чего модем выбирает подходящий профиль (набор) параметров. Если ни один из ранее определенных профилей не подходит, осуществляется полная перенастройка, длящаяся около 10 с, в течение которой определяется набор новых профилей. Быстрая перенастройка занимает от 1 до 3 с и позволяет снизить перерыв в передаче данных до 1 с.

Функция управления режимами питания G.Lite-модемов предусматривает три режима: L0 - полное питание, L1 - пониженный уровень и L3 - ждущий режим питания. Снижение энергопотребления инициирует ПК, после чего модем посылает необходимую команду по внутреннему каналу управления (ЕОС), что приводит к уменьшению уровня питания. Для выведения питания на рабочий уровень требуется выполнить процедуру быстрой или полной перенастройки параметров.

Установление соединения между модемами осуществляется согласно стандарту ITU-T G.994.1, обеспечивающему возможность выбора режима работы (ADSL или G.Lite). Эта процедура похожа на процедуры протокола V.8, и в ней предусмотрено в случае неудачного согласования возвращение к режиму загрузки на базе тональных сигналов, определенному стандартом ANSI T 1.413. В ходе согласования устройства могут обмениваться идентификаторами фирм-производителей и нестандартной информацией, используемой для реализации фирменных функций.

Системы G.Lite используют внутренний канал управления ЕОС для контроля за физической средой между узлом связи и модемом, установленным у абонента. Канал управления ЕОС обеспечивает доступ к нескольким низкоуровневым регистрам, содержимое которых может быть прочитано с обеих сторон канала. Определена также новая схема управления физическим уровнем для xDSL (Рекомендация G.997.1), которая предусматривает использование протокола управления SNMP поверх протокола HDLC и наличие баз управляющей информации (MIB) с каждой стороны канала.

Поскольку линия xDSL заканчивается на телефонной станции, она всегда активна. А значит, для того чтобы получить доступ в Интернет, пользователю не нужно устанавливать коммутируемое соединение.


ISDN-BA (DSL)

Сокращение DSL (Digital Subscriber Line - Цифровая абонентская линия) изначально использовалось по отношению к ISDN-BA (доступ базового уровня цифровой сети связи с интеграцией услуг).

В большинстве своем модемы ISDN-BA используют технологию компенсации эхо-сигналов, которая позволяет организовать полностью дуплексную передачу на скорости 160 Кбит/с по одной ненагруженной паре телефонных проводов. Трансиверы ISDN-BA, в которых используется технология эхоподавления, позволяют использовать полосу частот приблизительно от 10 кГц до 100 кГц, а пик спектральной плотности мощности систем DSL, базирующихся на 2B1Q, находится в районе 40 кГц с первым спектральным нулем на частоте 80 кГц.

Системы ISDN-BA выгодно отличаются тем, что могут использоваться на длинных телефонных линиях, и большая часть абонентских линий допускает использование данных систем. Данная технология уже используется в течение значительного времени.

Международные стандарты ISDN-BA в большей степени определяют аспекты передачи для физического уровня для интерфейса ISDN "U" или только проводного интерфейса.

Передача данных по линии DSL обычно осуществляется по двум каналам "В" (каналам передачи информации) со скоростью 64 Кбит/с по каждому, плюс по каналу "D" (служебному каналу), по которому со скоростью 16 Кбит/с передаются сигналы управления и служебная информация, иногда он может использоваться для пакетной передачи данных. Это обеспечивает пользователю возможность доступа со скоростью 128 Кбит/с (плюс передача служебной информации – итого 144 Кбит/с). Дополнительный служебный канал в 16 Кбит/с предоставляется для EOC (встроенного эксплуатационного канала), который предназначен для обмена информацией (например, статистики работы линии передачи данных) между LT (линейным окончанием) и NT (сетевым окончанием). Обычно встроенный эксплуатационный канал недоступен конечному пользователю.


Концепция ISDN-BA базового уровня (DSL)




Рис.6.12


По всему миру было установлено несколько миллионов линий ISDN-BA. Потребность в линиях ISDN значительно увеличилась, так как значительно выросла потребность в высокоскоростном доступе в сеть Интернет.


HDSL

Стандарт HDSL (высокоскоростная цифровая абонентская линия) берет свое начало от стандарта ISDN-BA. Оригинальная концепция HDSL была разработана в Северной Америке, разработчики DSL пытались повысить тактовую частоту ISDN, чтобы увидеть, насколько далеко и насколько быстро могут работать системы высокоскоростной передачи данных. Следует также учитывать, что одновременно также очень быстро развивалась технология DSP (технология цифровой обработки сигнала). Исследовательская работа привела к удивительному открытию. Оказывается, даже простая 4-уровневая модуляция PAM (амплитудно-импульсная модуляция) позволяет работать на скоростях до 800 Кбит/с при вполне приемлемой длине линии. Была снова использована технология компенсации эхо-сигналов, которая позволила организовать двустороннюю передачу данных со скоростью 784 Кбит/с по одной паре проводов, отвечая при этом всем требованиям по расстоянию передачи и запасу по помехоустойчивости.

HDSL представляет собой систему двухсторонней симметричной передачи данных (рис. 6.13), которая позволяет передавать данные со скоростью 1,544 Мбит/с или 2,048 Мбит/с по нескольким парам проводов сети доступа. Рекомендованы два линейных кода: амплитудно-импульсная модуляция 2B1Q и амплитудно-фазовая модуляция без несущей (CAP). Модуляция CAP используется для передачи со скоростью 2,048 Мбит/с, в то время как для модуляции 2B1Q определены два различных цикла.

Стандарт 2B1Q для 2,048 Мбит/с обеспечивает как двустороннюю передачу по одной паре проводов, так и параллельную передачу по двум или трем парам проводов. Это позволяет распределить данные по нескольким парам и снизить скорость передачи символов для увеличения предельной 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.

Концепция высокоскоростной цифровой абонентской линии (HDSL)




Рис.6.13


ADSL

Технология ADSL (асимметричная цифровая абонентская линия) была разработана в Северной Америке в середине 1990-х годов. Разработана для предоставления таких услуг, которые требуют асимметричной передачи данных, например, видео по запросу, когда требуется передавать большой поток данных в сторону пользователя, а в сторону сети от пользователя передается гораздо меньший объем данных.

Требовалось очень высокое качество передачи (коэффициент битовых ошибок BER не менее 1 х 109), потому что была нужна технология передачи потоков видеоданных с кодировкой MPEG, характеризующейся очень высокой кодировкой и низкой избыточностью, когда даже единичные ошибки оказывают значительное влияние на качество изображения. Это потребовало использования технологий чередования данных и FEC (упреждающая коррекция ошибок), которые никогда не рассматривались по отношению к ISDN-BA или HDSL. Ценой за это послужило увеличение времени ожидания. Именно поэтому ранние системы ADSL имели задержку в 20 мсек по сравнению с ISDN-BA или HDSL, которые не превышали предел в 1,25 мсек.


Концепция асимметричной цифровой абонентской линии (ADSL)




Рис.6.14


Кроме того, что технология ADSL обеспечивает крайне асимметричную передачу данных, она также отличается от ISDN-BA/HDSL тем, что позволяет использовать ту же самую пару проводов для традиционной телефонной связи. Для этого используются специальные устройства разделения сигналов (сплиттеры) (смотрите рис. 6.14).

ADSL использует технологию FDD (частотное разделение для обеспечения дуплексной связи), которая позволяет выделить одну полосу частот для восходящего потока данных (направление от пользователя в сторону станции), а другую полосу частот – для нисходящего потока данных (от станции в сторону пользователя). Это позволяет расширить используемую полосу частот приблизительно до 1 МГц. В некоторых вариантах ADSL используется технология подавления эхо-сигналов, что позволяет еще лучше использовать доступный спектр частот, перекрывая часть диапазона, занятого нисходящим потоком данных, передачей данных в восходящем направлении. На рисунке 6 показан пример использования технологии FDD для разделения восходящего и нисходящего потоков данных и сплиттера.


Пример ADSL с частотным уплотнением и сплиттером




Рис.6.15


Примечание: фильтр верхних частот может находиться на входе блока сетевого окончания ADSL.

Скорости нисходящего и восходящего потоков данных изменяются и зависят от длины абонентской телефонной линии и уровня шумов. В основном на ADSL оказывают влияние помехи на дальнем конце линии (FEXT), в то время как ISDN-BA и HDSL обычно имеют ограничения из-за помех на ближнем конце линии (NEXT). Именно то, что основные ограничения касаются помех на дальнем конце линии, позволяет достигнуть скорости передачи для нисходящего потока данных в 2 Мбит/с по большинству абонентских 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.


VDSL

Технология VDSL (сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия) является результатом естественной эволюции технологии ADSL в сторону увеличения скорости передачи данных и использования еще более широкой полосы частот. Данная технология может быть успешно внедрена путем сокращения эффективной длины абонентской линии за счет расширения сети волоконно-оптических линий и их внедрения в существующую сеть доступа. Концепция VDSL показана на рис. 6.16.


Концепция VDSL




Рис.6.16


SDSL

Симметричная или двухпроводная линия DSL (SDSL) является следующей ступенью развития данных технологий. Данная технология является симметричной и базируется на более ранней технологии HDSL, но имеет целый ряд усовершенствований, которые позволяют более гибко организовать передачу данных по одной паре проводов.

Некоторые современные производители узкополосного 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 В коммутируемого трафика через коммутационную сеть. Любые другие возможности высокоскоростного доступа выводятся из коммутируемой сети в некоммутируемую сеть высокоскоростной 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 технологиям доступа как HDSL, ADSL и VDSL.

Технологии DSL, позволяющие передавать голос, данные и видеосигнал по существующей кабельной сети, состоящей из витых пар телефонных проводов, наилучшим образом отражают потребность пользователей в высокоскоростных системах передачи. Во-первых, технологии DSL обеспечивают высокую скорость передачи данных. Различные варианты технологий DSL обеспечивают различную скорость передачи данных, но в любом случае эта скорость гораздо выше скорости самого быстрого аналогового модема. Во-вторых, технологии DSL оставляют возможность пользоваться обычной телефонной связьюво время своей работы с абонентскую телефонной линией. Соединение всегда установлено, нет необходимости набирать телефонный номер и ждать установки соединения каждый раз.