HDSL2/G.shdsl. 
Высокоскоростные информационные технологии DSL

Всем опытом эксплуатации HDSL доказал свои высокие эксплуатационные характеристики. В подавляющем большинстве случаев монтаж HDSL-оборудования проводится без дополнительного подбора пар или кондиционирования линии. Благодаря этому сегодня около 80% всех линий Е1 подключено с применением HDSL-оборудования. Более того, сам факт появления технологии, которая обеспечила возможность экономичных решений по организации цифровых подключений абонентов, привел к тому, что число таких подключений стало стремительно расти. Иными словами, именно появление HDSL стало своеобразным катализатором развития цифровых сетей.

В свою очередь, развитие цифровых сетей создало спрос на цифровые системы передачи xDSL с другими характеристиками. Так появилась сравнительно низкоскоростная технология IDSL, основными достоинствами которой были работа по одной паре и низкая стоимость, обусловленная применением стандартных компонентов, производимых для абонентского ISDN-оборудования. Так родились скоростные и асимметричные ADSL, VDSL со всеми своими разновидностями, созданные для подключения индивидуальных абонентов жилого сектора по их существующей телефонной линии и без отказа от использования этой линии для аналоговой или цифровой (ISDN BRI) телефонии. Наконец, так были разработаны обеспечившие увеличенную дальность работы разновидности HDSL с другими способами линейного кодирования (CAP) и адаптивные разновидности HDSL с возможностью изменять скорость передачи в линии, подстраивая ее под характеристики линии.

Производители, каждый на свой лад, стали задумываться о реализации вариантов HDSL-систем, которые бы работали по одной паре при полной скорости. Дело в том, что параллельно с развитием xDSL-технологий росло и число используемых ими линий. Из-за этого большинство операторов во всем мире уже сегодня отмечают острую нехватку меди на абонентском участке — почти вся она «съедена» xDSL-линиями. А ведь цифровизация еще не закончена. Где-то к 1996 году появились однопарные варианты HDSL. Но они не могли решить проблему из-за несовместимости с ADSL — спектр сигнала таких систем частично перекрывался со спектром сигнала ADSL от АТС к клиенту.

Первыми забили тревогу операторы США, и уже в начале 1996 года перед комитетом ANSI (T1E1.4) была поставлена задача подобрать для дальнейшего развития технологию, которая при симметричных потоках данных и использовании одной пары позволяла бы обеспечить:

• * рабочую дальность не меньшую, чем HDSL
• * устойчивость к тем же физическим характеристикам линии, что и HDSL (затухание, взаимное влияние, отражения от неоднородностей и отводов)
• * использование для оказания тех же видов услуг, что и HDSL
• * надежную и устойчивую передачу на реальных линиях со всеми присущими им дефектами
• * «сосуществование» с другими технологиями (HDSL, ISDN, ADSL)
• * снижение эксплуатационных затрат по сравнению с HDSL.

Новая технология, появившаяся в результате огромной трехлетней работы, получила название HDSL2. Изначально в качестве основы для реализации HDSL2 рассматривались симметричная передача с эхоподавлением (SEC) и частотное мультиплексирование (FDM), но обе были отклонены из-за присущих им недостатков. Первая имеет серьезные ограничения в условиях помех на ближнем конце, что делает 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.

В результате в качестве основы была принята система передачи с перекрывающимся, но несимметричным распределением спектральной плотности сигнала, передаваемого в различных направлениях, использующая 16-уровневую модуляцию PAM (Pulse Amplitude Modulation). Выбранный способ модуляции PAM-16 обеспечивает передачу трех бит полезной информации и дополнительного бита (кодирование для защиты от ошибок) в одном символе. Сама по себе модуляция PAM не несет в себе ничего нового. Хорошо известная 2B1Q — это тоже модуляция PAM, но четырехуровневая. Использование решетчатых (Trellis) кодов, которые за счет введения избыточности передаваемых данных позволили снизить вероятность ошибок, дало выигрыш в 5 dB. Результирующая система получила название TC-PAM (Trellis coded PAM). При декодировании в приемнике используется весьма эффективный алгоритм Витерби (Viterbi). Дополнительный выигрыш получен за счет применения прекодирования Томлинсона (Tomlinson) — искажении сигнала в передатчике на основе знания импульсной характеристики канала. Суммарный выигрыш за счет использования такой достаточно сложной технологии кодирования сигнала составляет до 30% по сравнению с ранее используемыми HDSL/SDSL-системами.

Но все-таки ключевым элементом успеха новой технологии является идея несимметричного распределения спектра, получившего название OPTIS (Overlapped PAM Transmission with Interlocking Spectra) и послужившего основой HDSL2 и, впоследствии, G.shdsl.

В 1998 году инициативу ANSI подхватила и остальная часть мира. 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 101 524). Он изначально был ориентирован на системы для мультисервисных сетей с поддержкой передачи разнородного трафика и различных протоколов.

Аналогично HDSL2, в G. shdsl применяется кодирование c 16 уровнями амплитудно-импульсной модуляции (Trellis-Coded Pulse Amplitude Modulation, TC-PAM), несимметричное распределение спектра (Overlapped PAM Transmission with Interlocking Spectra, OPTIS) и полнодуплексная передача с эхоподавлением. По мнению специалистов, кодирование ТС-РАМ, хотя и более сложное в реализации, вобрало в себя лучшие характеристики 2В1Q и CAP. Именно оно позволило решить в G. shdsl накопившиеся проблемы цифровых абонентских линий, получить преимущества по сравнению с HDSL и создать первый международный стандарт на «симметричную DSL»!

В основу G. shdsl были положены основные идеи HDSL2, получившие дальнейшее развитие. Была поставлена задача, используя способы линейного кодирования и технологию модуляции HDSL2, снизить взаимное влияние на соседние линии ADSL при скоростях передачи выше 784 Кбит/с.

С помощью ТС-РАМ дальность связи по сравнению с системами SDSL на базе линейного кода 2B1Q увеличилась на 15−30%, а по сравнению с системами, основанными на коде CAP, — на 10%. Снижение мощности сигнала, сужение его спектра и смещение в сторону низких частот, ставшие возможными благодаря кодированию ТC-PAM, позволяют избежать интерференции со смежными частотами. Как следствие, спектральная плотность сигнала G. shdsl имеет такую форму, которая обеспечивает его почти идеальную спектральную совместимость с сигналами ADSL.

Отмеченные свойства G. shdsl являются чрезвычайно важными для обеспечения устойчивой работы в условиях широкого внедрения xDSL-технологий в будущем. Есть и другие достоинства G.shdsl. По сравнению с двухпарными вариантами, однопарные варианты обеспечивают существенный выигрыш по аппаратным 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.

В целях поддержки клиентов различного уровня в G. shdsl решили предусмотреть возможность выбора скорости в диапазоне 192 Кбит/с — 2320 Кбит/с с инкрементом 8 Кбит/с. За счет расширения набора скоростей передачи оператор может выстроить маркетинговую политику, более точно приближенную к потребностям клиентов. Кроме того, уменьшая скорость, можно добиться увеличения дальности в тех случаях, когда установка регенераторов невозможна. Так, если при максимальной скорости рабочая дальность составляет около 2 км (для провода 0,4 мм), то при минимальной — свыше 6 км. Но это еще не все. В G. shdsl предусмотрена возможность использования для передачи данных одновременно двух пар, что позволяет увеличить предельную скорость передачи до 4624 Кбит/с. Но, главное, можно удвоить максимальную скорость, которую удается получить на реальном кабеле, по которому подключен абонент.

Предлагаемый в Европе и США сервис G. shdsl ориентирован на корпоративных заказчиков в большей степени, чем прочие виды DSL. Симметричные коммуникации необходимы для взаимодействия локальных сетей, удаленного подключения филиалов компаний к центральным серверам, хостинга Web, видеоконференц-связи, VoATM и VoIP, комбинирования в линии DSL нескольких каналов передачи голоса и данных. Обеспечивая симметричные коммуникации на большие расстояния, чем SDSL и HDSL, G. shdsl является хорошим решением для служб передачи голоса и данных. Технология поддерживает PCM (кодирование аналогового голосового сигнала для передачи в форме цифрового потока), IP, протоколы T1/E1, позволяя комбинировать разные виды трафика — голос, видео и данные. При ее максимальной скорости можно реализовать до 36 голосовых каналов (в ADSL — только 9).

Коммутаторы и маршрутизаторы Ethernet с поддержкой G. shdsl обеспечивают экономное подключение клиентов (учебных заведений, различных предприятий или организаций, офисных сетей) к магистральным сетям IP, реализацию высокоскоростного доступа к Internet по обычной медной паре и существующей инфраструктуре телефонной сети. По мнению специалистов, появление первой стандартной спецификации симметричной технологии DSL открыло для нее хорошие рыночные перспективы, ведь именно стандартизация ITU способствовала широкому внедрению и коммерческому успеху технологии ADSL.