Оценка дальности связи оборудования симметричной DSL технологии

Развитие современных телекоммуникационных систем, цифровых электронных станций и аппаратуры уплотнения затронуло также один из самых консервативных элементов сети электросвязи — абонентскую линию. В концепции структуры сети электросвязи появилось новое понятие — «сеть абонентского доступа», объединяющее как линию связи, так и оборудование, обеспечивающее передачу цифрового потока к абоненту. В частном случае, сеть доступа может состоять из чисто физических линий кабелей с медными жилами.

Важнейшей задачей развития сетей телекоммуникаций является решение проблем сети абонентского доступа, позволяющего осуществить предоставление полного спектра услуг, начиная от услуг ТфОП, ЦСИС (сети телефонная общего пользования и цифровая с интеграцией служб) до современных услуг мультимедиа, максимально используя существующие сетевые ресурсы, в том числе абонентские линии местных телефонных сетей.

Наиболее эффективным способом организации доступа клиента к услугам связи является использование уже существующей телекоммуникационной инфраструктуры, а именно абонентской распределительной телефонной сети, которая представляет собой совокупность кабелей и распределительных шкафов. Действительно, медные кабели — самая распространенная среда передачи информации. За весь, более чем вековой период развития телекоммуникационных сетей были проложены миллионы километров таких кабелей во всем мире, и они должны оправдывать вложенные в них средства, в частности, применяться для передачи не только аналоговых речевых сигналов, но и любой цифровой информации с высокой скоростью. При этом желательно, чтобы была реализована возможность интегрированной передачи по одной линии связи информации разных типов (речевого и Интернет-трафика, трафика корпоративных сетей, видеоинформации и т. д.). Прежде всего, клиентам нужны современные услуги телефонии и доступ в Интернет.

В настоящее время все чаще индивидуальные пользователи используют приложения и услуги (видеотелефония, сетевые игры и т. д.), требующие симметричной высокоскоростной полосы пропускания. Все это объясняет, почему сейчас как у операторов, так и у их клиентов значительно возрос интерес к технологиям xDSL Digital Subscriber Line (цифровая абонентская линия), служащим для передачи информации по двухпроводным линиям связи на участке абонентского доступа.

Во всем мире на протяжении многих лет интенсивно ведутся работы по совершенствованию способов передачи информации по медным кабелям. Однако все новшества в этой области, в том числе передача информации в цифровом виде, применялись, за редким исключением, лишь в первичных сетях операторов связи, а участок доступа оставался «нетронутым» и представлял собой, как и сто лет назад, все те же двухпроводные телефонные линии. Вплоть до конца 1980;х годов телефонные сети даже в развитых странах мира были внутри практически полностью цифровыми, однако доступ абонентов к услугам осуществлялся таким же примитивным способом, как и в начале ХХ столетия. Такая ситуация возникла не потому, что никакие другие услуги, кроме телефонии, не были востребованы, а потому что обеспечить эффективную работу системы передачи информации по кабелям абонентского участка гораздо сложнее, чем на межстанционных линиях связи. Объясняется это несколькими причинами.

Во-первых, абонентских кабелей гораздо больше, за ними труднее следить и поэтому техническое состояние абонентских сетей гораздо хуже, чем первичных. Во-вторых выпускавшиеся до появления новых технологий абонентские кабели планировалось использовать для организации доступа по принципу «один провод — одна телефонная линия». Параметры линий в таких кабелях, разумеется, невысоки. В-третьих, сгруппированные в большом количестве неэкранированные пары оказывают сильное взаимное влияние, особенно при передаче высокочастотных сигналов. В-четвертых, абонентские сети пронизывают всю городскую инфраструктуру и подвергаются значительному воздействию (силовые электрические поля и т. п.). В-пятых, в абонентской сети обычно нет возможности установить промежуточные регенераторы цифрового сигнала для обеспечения необходимой дальности связи. Кроме того, для успешного массового применения технология абонентского доступа должна быть жестко стандартизирована.

Технология xDSL стремительно распространяется на современном рынке оборудования цифровой передачи данных, привлекая потребителей возможностью получить высокоскоростной канал (до 2,3 Мбит/с) при использовании существующих медных кабельных пар. Оборудование DSL постоянно совершенствуется в результате применения в нем наиболее эффективных решений, полученных в результате теоретических исследований и практического применения цифровой передачи сигналов. [8]

Основной целью дипломного проекта будет оценка дальности связи оборудования симметричной DSL технологии в зависимости от: — типа линейного кодирования (на базе которого построено оборудование); - скорости передачи; - емкости, загруженности и типа кабеля.

1. Общие положения об xDSL технологии

Современный мир созрел для использования технологий xDSL. Увеличение потоков информации, передаваемых по сети Интернет компаниями и частными пользователями, а также потребность в организации удаленного доступа к корпоративным сетям, породили потребность в создании недорогих технологий цифровой высокоскоростной передачи данных по самому «узкому» месту цифровой сети — абонентской телефонной линии. Технологии xDSL позволяют значительно увеличить скорость передачи данных по медным парам телефонных проводов без необходимости модернизации абонентских телефонных линий. Именно возможность преобразования существующих телефонных линий в высокоскоростные каналы передачи данных и является главным преимуществом технологий xDSL.

Сокращение xDSL расшифровывается как Digital Subscriber Line (цифровая абонентская линия). xDSL является достаточно новой технологией, позволяющей значительно расширить полосу пропускания старых медных телефонных линий, соединяющих телефонные станции с индивидуальными абонентами. Особенность хDSL технологии заключается в использовании принципа эхокомпенсации. Любой абонент, пользующийся в настоящий момент обычной телефонной связью, имеет возможность с помощью технологии xDSL значительно увеличить скорость своего соединения, например, с сетью Интернет. Следует помнить, что для организации линии xDSL используются именно существующие телефонные линии; данная технология тем и хороша, что не требует прокладывания дополнительных телефонных кабелей. В результате вы получаете круглосуточный доступ в сеть Интернет с сохранением нормальной работы обычной телефонной связи. Никто из ваших друзей больше не пожалуется, что часами не может к вам прозвониться. Благодаря многообразию технологий xDSL пользователь может выбрать подходящую именно ему скорость передачи данных — от 32 Кбит/с до более чем 50 Мбит/с.

Данные технологии позволяют также использовать обычную телефонную линию для таких широкополосных систем, как видео по запросу или дистанционное обучение. Современные технологии xDSL приносят возможность организации высокоскоростного доступа в Интернет в каждый дом или на каждое предприятие среднего и малого бизнеса, превращая обычные телефонные кабели в высокоскоростные цифровые каналы. Причем скорость передачи данных зависит только от качества и протяженности линии, соединяющих пользователя и провайдера. При этом провайдеры обычно дают возможность пользователю самому выбрать скорость передачи, наиболее соответствующую его индивидуальным потребностям.

Телефонный аппарат, установленный у вас дома или в офисе, соединяется с оборудованием телефонной станции с помощью витой пары медных проводов. Традиционная телефонная связь предназначена для обычных телефонных разговоров с другими абонентами телефонной сети. При этом по сети передаются аналоговые сигналы. Телефонный аппарат воспринимает акустические колебания (являющиеся естественным аналоговым сигналом) и преобразует их в электрический сигнал, амплитуда и частота которого постоянно изменяется. Так как вся работа телефонной сети построена на передаче аналоговых сигналов, проще всего, конечно же, использовать для передачи информации между абонентами или абонентом и провайдером именно такой метод. Именно поэтому вам пришлось прикупить в дополнение к вашему компьютеру еще и модем, который позволяет демодулировать аналоговый сигнал и превратить его в последовательность нулей и единиц цифровой информации, воспринимаемой компьютером.

При передаче аналоговых сигналов используется только небольшая часть полосы пропускания витой пары медных телефонных проводов; при этом максимальная скорость передачи, которая может быть достигнута с помощью обычного модема, составляет около 56 Кбит/с. xDSL представляет собой технологию, которая исключает необходимость преобразования сигнала из аналоговой формы в цифровую форму и наоборот. Цифровые данные передаются на ваш компьютер именно как цифровые данные, что позволяет использовать гораздо более широкую полосу частот телефонной линии. При этом существует возможность одновременно использовать и аналоговую телефонную связь, и цифровую высокоскоростную передачу данных по одной и той же линии, разделяя спектры этих сигналов. [6,15]

1.1 Классификация технологий xDSL

xDSL представляет собой набор различных технологий, позволяющих организовать цифровую абонентскую линию. Для того чтобы понять данные технологии и определить области их практического применения, следует понять, чем эти технологии различаются. Прежде всего, всегда следует держать в уме соотношение между расстоянием, на которое передается сигнал, и скоростью передачи данных, а также разницу в скоростях передачи «нисходящего» (от сети к пользователю) и «восходящего» (от пользователя в сеть) потока данных xDSL объединяет под своей крышей следующие технологии. В зависимости от типа технологии соответственно разработан определенный тип устройств (оборудования). [6,15]

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line — асимметричная цифровая абонентская линия) Данная технология является асимметричной, то есть скорость передачи данных от сети к пользователю значительно выше, чем скорость передачи данных от пользователя в сеть. Такая асимметрия, в сочетании с состоянием «постоянно установленного соединения» (когда исключается необходимость каждый раз набирать телефонный номер и ждать установки

соединения), делает технологию ADSL идеальной для организации доступа в сеть Интернет, доступа к локальным сетям (ЛВС) и т. п. При организации таких соединений пользователи обычно получают гораздо больший объем информации, чем передают. Технология ADSL обеспечивает скорость «нисходящего» потока данных в пределах от 1,5 Мбит/с до 8 Мбит/с и скорость «восходящего» потока данных от 640 Кбит/с до 1,5 Мбит/с. ADSL позволяет передавать данные со скоростью 1,54 Мбит/с на расстояние до 5,5 км по одной витой паре проводов. Скорость передачи порядка 6 — 8 Мбит/с может быть достигнута при передаче данных на расстояние не более 3,5 км по проводам диаметром 0,5 мм. [6, 15]

R-ADSL (Rate-Adaptive Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия с адаптацией скорости соединения) Технология R-ADSL 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 данных. Скорость передачи данных может выбираться при синхронизации линии, во время соединения или по сигналу, поступающему от станции. [6, 15]

ADSL Lite

ADSL Lite представляет собой низкоскоростной (относительно, конечно же) вариант технологии ADSL, обеспечивающий скорость «нисходящего» потока данных до 1 Мбит/с и скорость «восходящего» потока данных до 512 Кбит/с. Технология ADSL Lite позволяет передавать данные по более длинным линиям, чем ADSL, более проста в установке и имеет меньшую стоимость, что обеспечивает ее привлекательность для массового пользователя. [6,15]

IDSL (ISDN Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия ISDN)

Технология IDSL обеспечивает полностью дуплексную передачу данных на скорости до 144 Кбит/с. В отличие от ADSL возможности IDSL ограничиваются только передачей данных. Несмотря на то, что IDSL также как и ISDN использует модуляцию 2B1Q, между ними имеется ряд отличий. В отличие от ISDN линия IDSL является некоммутируемой линией, не приводящей к увеличению нагрузки на коммутационное оборудование провайдера. Также линия IDSL является «постоянно включенной» (как и любая линия, организованная с использованием технологии xDSL), в то время как ISDN требует установки соединения. [6,15]

HDSL (High Bit-Rate Digital Subscriber Line — высокоскоростная цифровая абонентская линия) 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) телекоммуникационные компании используют технологию HDSL в качестве альтернативы линиям T1/E1. (Линии Т1 используются в Северной Америке и обеспечивают скорость передачи данных 1,544 Мбит/с, а линии Е1 используются в Европе и обеспечивают скорость передачи данных 2,048 Мбит/с.) Хотя расстояние, на которое система HDSL передает данные (а это порядка 3,5 — 4,5 км), меньше, чем при использовании технологии ADSL, для недорогого, но эффективного, увеличения длины линии HDSL телефонные компании могут установить специальные регенераторы. Использование для организации линии HDSL двух или трех витых пар телефонных проводов делает эту систему идеальным решением для соединения УАТС, серверов Интернет, локальных сетей и т. п. Технология HDSL II является логическим результатом развития технологии HDSL. Данная технология обеспечивает характеристики, аналогичные технологии HDSL, но при этом использует только одну пару проводов. [6, 15]

SDSL (Single Line Digital Subscriber Line — однолинейная цифровая абонентская линия) Также как и технология HDSL, технология SDSL обеспечивает симметричную передачу данных со скоростями, соответствующими скоростям линии Т1/Е1, но при этом технология SDSL имеет два важных отличия. Во-первых, используется только одна витая пара проводов, а во-вторых, максимальное расстояние передачи ограничено до 14 км. В пределах этого расстояния технология SDSL обеспечивает, например, работу системы организации видеоконференций, когда требуется поддерживать одинаковые потоки передачи данных в оба направления. В определенном смысле технология SDSL является предшественником технологии HDSL II. Данная технология и типовые устройства будут рассмотрены ниже. [6, 15]

VDSL (Very High Bit-Rate Digital Subscriber Line — сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия) Технология VDSL является наиболее «быстрой» технологией xDSL. Она обеспечивает скорость передачи данных «нисходящего» потока в пределах от 13 до 52 Мбит/с, а скорость передачи данных «восходящего» потока в пределах от 1,5 до 2,3 Мбит/с, причем по одной витой паре телефонных проводов. Технология VDSL может рассматриваться как экономически эффективная альтернатива прокладыванию волоконно-оптического кабеля до конечного пользователя. Однако, максимальное расстояние передачи данных для этой технологии составляет от 300 метров до 1300 метров. То есть, либо длина абонентской линии не должна превышать данного значения, либо оптико-волоконный кабель должен быть подведен поближе к пользователю (например, заведен в здание, в котором находится много потенциальных пользователей). Технология VDSL может использоваться с теми же целями, что и ADSL; кроме того, она может использоваться для передачи сигналов телевидения высокой четкости (HDTV), видео по запросу и т. п. [6, 15]

В таблице 1.1 показаны основные характеристики рассмотренных выше технологий xDSL. [15]

Таблица 1.1 — Основные характеристики оборудования технологий высокоскоростного цифрового абонентского доступа

Технологии xDSL, 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 xDSL обеспечивают высокую скорость передачи данных. Различные варианты технологий xDSL обеспечивают различную скорость передачи данных, но в любом случае эта скорость гораздо выше скорости самого быстрого аналогового модема.

Во-вторых, технологии xDSL оставляют вам возможность пользоваться обычной телефонной связью, несмотря на то, что используют для своей работы абонентскую телефонную линию. Используя технологии xDSL вам больше не надо беспокоиться о том, что вы не получите вовремя важное известие, или о том, что для обычного телефонного звонка вам прежде потребуется выйти из сети Интернет.

И, наконец, линия xDSL всегда работает. Соединение всегда установлено, и вам больше не надо набирать телефонный номер и ждать установки соединения, каждый раз, когда вы хотите подключиться. Не придется больше беспокоиться о том, что в сети произойдет случайное разъединение, и вы потеряете связь именно в тот момент, когда загружаете из сети данные, которые вам просто жизненно необходимы. Электронную почту, вы будет получать в момент поступления, а не тогда, когда решите ее проверить. В общем, линия будет работать всегда, а вы будете всегда на линии. [6, 15]

1.2 Области применения симметричных DSL устройств

Основное применение симметричных DSL устройств в сфере бизнеса, промышленности, телекоммуникаций. Предпочтительна (по сравнению с ADSL) там, где требуется симметричная скорость передачи данных (телефония, видеоконференции, корпоративные применения).

Из всех xDSL систем, используемых сегодня операторами связи, системы, построенные на основе симметричных DSL устройствах могут являться наиболее гибкими и многофункциональными. Симметричные DSL устройства могут применяться для организации доступа на «последней миле» в телефонных сетях, сетях передачи данных и мультисервисных сетях.

На их основе можно строить и протяженные транспортные сети аналогичного назначения. Они могут обеспечить передачу групповых цифровых сигналов телефонии и данных с возможностью их мультиплексирования в одном канале и конверсией пользовательских интерфейсов.

Системам построенным на базе симметричных DSL устройств с различными линейными кодами (2В1Q, САР, ТС-РАМ), позволяет решить весь комплекс задач организации доступа на «последней миле» по медным кабелям с одновременным планированием спектрального ресурса и выполнением требований по взаимной электромагнитной совместимости. В зависимости от используемого линейного кода и характеристик кабелей может быть получена линейная скорость передачи данных в пределах от 144 Кбит/с до 2,3 Мбит/с. [12]

К таким устройствам относятся и модемы Flex Gain производства НТЦ НАТЕКС.

Методы кодирования, применяемые в симметричных DSL устройствах Основная функция модема — преобразование несущего гармонического колебания (одного или нескольких его параметров) в соответствии с законом изменения передаваемой информационной последовательности. Такое преобразование аналогового сигнала называется модуляцией. Способ модуляции играет основную роль в достижении максимально возможной скорости передачи информации при заданной вероятности ошибки.

Для повышения своей привлекательности технология передачи данных по физической линии должна обеспечить как можно большую скорость передачи. Однако повышение скорости, как правило, влечет за собой ухудшения качества принимаемого сигнала и возрастание помех на соседние каналы. Разрешением этого противоречия возможно при помощи специальных методов линейного кодирования и модуляции.

Тип линейного кода является наиболее важной частью xDSL системы. Именно он определяет такие ключевые параметры работы как дальность, линейная скорость, помехозащищённость и т. д. В настоящее время в мире наиболее широко используются три типа линейного кода: 2B1Q (2 Binary, 1 Quaternary/Pulse Amplitude Modulation) 4 уровневая амплитудная модуляция с передачей 2 бит за один такт сигнала, CAP (Carrierless Amplitude and Phase modulation) амплитуднофазовая модуляция без передачи несущей и TC-PAM (Trellis Code Pulse Amplitude Modulation) импульсная амплитудная модуляция с кодированием Треллис. Эти типы линейного кодирования применяются при организации симметричных каналов связи, при которых скорости входящего и исходящего потоков равны.

Для кодов передачи в основном применяется передача двухуровневых (двоичных) сигналов. В данном случае полоса частот ограничена, но желательно повышение скорости передачи двоичных сигналов, можно увеличить число уровней, сохранив ту же скорость передачи. Скорость передачи двоичных сигналов, достигаемая в многоуровневой системе может быть определена из выражения: 8.2

R = (log2 L) / T,

Где L — число уровней, из которых можно производить выбор в каждом тактовом интервале;

Т — длительность тактового интервала. Скорость передачи сигналов, численно равна 1/Т, часто называют скоростью передачи символов и измеряют в бодах. Скорость передачи двоичных символов равна скорости передачи в бодах только в том случае, когда осуществляется передача двоичного сигнала (1 бит на один тактовый интервал). [1]

1.3 Метод кодирования 2B1Q

Метод кодирования 2B1Q (2 Binary, 1 Quaternary/Pulse Amplitude Modulation) 4 уровневая амплитудная модуляция с передачей 2 бит за один такт сигнала представляет собой модулированный сигнал, имеющий 4 уровня, то есть в каждый момент времени предается 2 бита информации (4 кодовых состояния). Спектр линейного сигнала симметричный и достаточно высокочастотный (рис. 1.1)

Присутствуют так же низкочастотные постоянные составляющие. Рассмотрим, как влияют на передачу кода 2B1Q различные факторы.

В городских условиях создается большое количество низкочастотных наводок, например при пуске электрических машин, электросварке, а также импульсных помех в кабелях связи (при наборе номера, передаче сигналов сигнализации и т. д.). Комплексы БИС, реализующие технологию 2B1Q, все же остаются к искажениям, так как сигнал имеет постоянную составляющую. Наличие большого разброса частот в спектре сигнала 2B1Q вызывает необходимость решения проблем, связанных с групповым временем задержки. Микропроцессорная обработка помогает решить эту проблему, хотя алгоритм обработки сигнала значительно усложняется. Спектр кода 2B1Q содержит высокочастотные составляющие, максимум энергии передается в первом «лепестке», ширина его пропорциональна скорости на линии. Затухание сигнала в кабеле растет с увеличением его частоты, поэтому в зависимости от требуемой дальности применяется определенная скорость линейного сигнала. Технология 2B1Q предусматривает использование для передачи потока 2 Мбит/с одной, двух или трех пар медного кабеля. По каждой из пар передается часть потока Е1. Наибольшая дальность достигается при использовании трех пар, наименьшая — при работе по одной паре.

Ввиду того, что дальность работы систем, где используется 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 используются, однако постепенно вытесняются системами, применяющими технологию САР и обеспечивающими ту же дальность по двум парам.

Большое 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 сказывается при использовании аппаратуры DSL для соединения студий и радиопередающих центров или при монтаже оборудования в помещениях или в непосредственной близости от радиои телецентров.

По мнению большинства экспертов, с технической точки зрения технология 2B1Q несколько уступает более поздней технологии линейного кодирования САР. Однако в мире до сих пор производится большое количество оборудования использующего 2B1Q, так как длина абонентских линий в США и Западной Европе небольшая и важным достоинством данной технологии является ее дешевизна.

Метод кодирования CAP

Метод кодирования CAP (Carrierless Amplitude and Phase modulation) амплитуднофазовая модуляция без передачи несущей.

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 по 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.

Согласно теории электросвязи для передачи в линию высокочастотных сигналов НЧ-сигнал переносится в высокочастотный за счет подачи на модулятор двух частот. На выходе модулятора возникают три составляющих. Далее фильтром вырезается часть спектра и в линию подается сигнал верхней боковой, содержащий информацию. Таким образом, в линии нет несущей. На приемном конце в демодуляторе происходит обратный процесс преобразования.

Соответственно в 64-позиционной модуляционной диаграмме сигнал САР-64 передает 6 бит информации в каждый момент времени. Модуляция САР-128, применяемая в системах SDSL, 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, позволяет избежать диапазонов спектра, наиболее подверженных различного рода помехам и искажениям (рис 1.1).

Метод кодирования TC-PAM

Метод кодирования TC-PAM (Trellis Code Pulse Amplitude Modulation) импульсная амплитудная модуляция с кодированием Треллис.

Суть данного метода кодировки в увеличении числа уровней (кодовых состояний) с 4 (как в2B1Q) до 16 и применение специального кодирования, обеспечивающего опережающую коррекцию ошибок. Этот способ коррекции ошибок был детально отработан в аналоговых модемах, но, конечно, для более низких скоростей. На рисунке 1.1 показан спектр модуляции ТС-РАМ в сравнении с двумя другими видами модуляции. Линейный код TC-PAM обладает лучшими параметрами по устойчивости к шуму и оказывает наименьшее влияние на другие xDSL системы, работающие по одному кабелю. [1, 9, 10, 11, 13, 14]

Рис. 1.1 — Спектры сигналов с модуляцией 2B1Q, CAP, TC-PAM. [1, 9, 10, 11, 13, 14]

1.4 Обзор модемов Flex Gain с симметричной DSL технологией

Новое поколение оборудования xDSL производства НТЦ НАТЕКС — Flex Gain разработано специалистами компании в тесном сотрудничестве с отечественными и зарубежными коллегами.

Не секрет, что цифровые системы передачи (ЦСП) Flex Gain

является на российских сетях безусловным лидером по числу работающих xDSL систем и накопленному опыту эксплуатации.

Основные отличительные черты Flex Gain ЦСП:

высочайшая надежность;

многофункциональность;

мультисервисные возможности;

встроенный конвертор интерфейсов;

работа на несколько направлений;

возможность каскадирования;

встроенная кросс-коммутация;

встроенный инверсный мультиплексор;

масштабируемость решений;

централизованное управление.

ЦСП с таким набором характеристик решают весь круг проблем, с которыми приходится сталкиваться оператору при построении цифровых сетей связи. А благодаря ряду уникальных возможностей оборудования, их использование для построения сети доступа позволяет операторам связи не только снизить общую стоимость подключения на 30−80% (в расчете на линию), но и обеспечивает существенное снижение эксплуатационных затрат.

Из всех xDSL систем, используемых сегодня операторами связи, платформа Flex Gain является наиболее гибкой и многофункциональной. Эти ЦСП могут применяться для организации доступа на «последней миле» в телефонных сетях, сетях передачи данных и мультисервисных сетях.

На их основе можно строить и протяженные транспортные сети аналогичного назначения. ЦСП обеспечивают передачу групповых цифровых сигналов телефонии (Е1 или FE1 G.703/G.704, ISDN PRI) и данных (Nx64 V.35/V.36/RS.530/RS449/X.21, Ethernet 10/100BaseT) с возможностью их мультиплексирования в одном канале и конверсией пользовательских интерфейсов.

При построении системы использованы несколько xDSL технологий с различными линейными кодами (2В1Q, САР8, САР16, САР32, САР64, САР128, ТС-РАМ16), комбинирование которых позволяет решить весь комплекс задач организации доступа на «последней миле» по медным кабелям с одновременным планированием спектрального ресурса и выполнением требований по взаимной электромагнитной совместимости. В зависимости от используемого линейного кода и характеристик кабелей может быть получена линейная скорость передачи данных в пределах от 144 Кбит/с до 2,3 Мбит/с (основные технические характеристики модемов Flex Gain. Приложение А).

Оборудование выпускается в конструктивном различном исполнении: модули (subrack) для вертикальной установки в 19″ корзину (до 12 модулей) или горизонтальной в блок (1 модуль), блоки (minirack) для непосредственной установки в 19″ стойку (1U), настольные блоки (desktop) уменьшенного размера (220×195×43 мм). Такое разнообразие, наряду с возможностью применения устройств с различным числом xDSL портов (1, 2 или 4), придает семейству еще большую гибкость применения.

Питание оборудования осуществляется от сети переменного (220 В, 50 Гц) или постоянного тока (40 — 72 В). Потребляемая мощность составляет от 3,2 до 4,8 Вт на модуль, что гарантирует оптимальные тепловые режимы оборудования. Модули питания для кассеты 19″ могут использоваться в конфигурации с горячим резервированием. [12]

2. Расчет длины регенерационного участка для модемов Flex Gain

Используя данные приложения, А и [1, 2, 3, 4, 7] рассчитаем длину регенерационного участка абонентской линии при использовании оборудования Flex Gain, для различных скоростей передачи (400,1040,2048 Кбит/с) и диаметра жилы кабеля марки ТПП), соответственно расчетные частоты и километрическое затухание будут такими:

Таблица 2.1 — Данные необходимые для расчета длины регенерационного участка (L ру).

Длина регенерационного участка может быть определена по формуле 4.1 [2]:

L ру = А / б, где

А — номинальное затухание регенерационного участка;

б — километрическое затухание кабеля;

Тогда по нашим исходным данным рассчитаем L ру для различных типов модемов в зависимости от диаметра жилы кабеля и скоростей передачи:

Для скорости передачи 2048 Кбит/с код 2B1Q

Для кабеля с жилой 0,5 зная L ру, найдем

3,5 = А / 12,73, отсюда, А = 3,5×12,73 = 44,55 дБ, значит

L ру 0,7 = 44,55/9,02 = 4,9 км код САР

4,5 = А / 11,16, отсюда, А = 4,5×7,93 = 35,68 дБ, значит

L ру 0,7 = 35,68/5,33 = 6,69 км код ТС-РАМ

3,5 = А / 10,54, отсюда, А = 5×10,54 = 52,7 дБ, значит

L ру 0,7 = 52,7/7,4 = 7,1 км Для скоростей передачи 1040, 400 Кбит/с рассчитаем таким же способом и занесем полученные данные в таблицу 2.2

Таблица 2.2 — Данные, полученные при расчете длины L ру.

Таким образом, по полученным данным можем построить диаграммы:

L ру, км Рис. 2.1 — Расчетная дальность работы оборудования SDSL разных типов кодирования (при d жилы кабеля = 0,5).

Рис. 2.2 — Расчетная дальность работы оборудования SDSL разных типов кодирования (при d жилы кабеля 0,7 мм) Для того чтобы подтвердились наши расчеты, необходимо оценить наше оборудование при работе в реальных условиях, то есть рассчитать допустимую (А з. доп) и ожидаемую защищенность (А з. ож) и убедится, выполниться ли условие, А з.доп. А з.ож. [2]

3. Расчет переходных помех

3.1 Общие положения по электромагнитной совместимости

абонентский доступ модем регенерационный Так как мы будем рассматривать типовые модемы симметричной технологии хDSL необходимо рассмотреть проблемы с которыми сталкиваются при установке оборудования на абонентской сети. Цифровые модемы, как правило, используются для передачи данных медные провода физических линий. В случае хDSL — модемов эти линии называются абонентскими и первоначально были предназначены для подключения абонентов к АТС. При передаче информации по таким линиям отсутствует основной фактор, который ограничивает скорость передачи данных в телефонных каналах — ограничение спектра информационного сигнала диапазоном 3,1 кГц. Все связи подобного типа выполняются по схеме «точка-точка «и в общем случае между передатчиком и приемником сигнала находится только медный соединительный провод. Следовательно, по крайней мере теоретически, по такой линии можно передавать информацию с какой угодно большой скоростью. Однако реальные линии, с которыми приходиться иметь дело, существенно отличаются от этой упрощенной модели и имеют ряд особенностей, без учета которых невозможно построение современной высокоскоростной системы передачи данных.

Затухание сигнала. Ослабление при передаче информационного сигнала вызвано наличием омического сопротивления линии. Чем меньше диаметр сечения и чем длиннее провод, который соединяет приемник сигнала передатчиком, тем меньший уровень сигнала получим на приемной стороне. Сложнее будет распознать принятый сигнал на фоне шума, и возрастает уровень ошибок при передаче данных. Сопротивление линии кроме активной, имеет также реактивные составляющие, следствием чего является частотная неравномерность сигнала.

Перекрестные помехи соседних каналов. Теоретически значение сигнал соотношения С/Ш можно увеличить, если поднять уровень передаваемого сигнала. Однако в этом случае возрастет и уровень помехи, которую данный сигнал будет оказывать на соседние каналы, организованные по другим проводам того же кабеля. Поэтому стандарты определяют максимальный уровень сигнала, который может передаваться в линию. Для хDSL технологий этот уровень соответствует значению — 13,5 дБм. Помимо электрических наводок от внешних источников электромагнитного излучения (атмосферные разряды, коммутация сильноточных цепей и т. д.), наибольшее влияние на принимаемый сигнал оказывают как раз те помехи, которые вызваны высокоскоростной передачей данных по остальным парам многожильного кабеля. Такие помехи называют переходными помехами.

Переходные помехи появляются вследствие взаимного переходного влияния между парами кабеля, причем при организации однокабельной линейного тракта по однокабельной системе наиболее существенны влияния на ближний конец, а при использовании двухкабельной системы — переходные влияния на дальний конец.

Параметры взаимного влияния характеризуют степень ослабления токов влияния, переходящих с одной цепи на другую вследствие электромагнитных связей между ними. В общем виде помехозащищенность цепей от взаимных влияний оценивается отношением мощности полезного сигнала Р1, передаваемого по влияющей цепи 1, к мощности мешающего сигнала помехи Р2`, перешедшего в цепь 2, подверженную влиянию (рис 3.1). чем это отношение выше, тем помехозащищенность выше.

Рис. 3.1 — Схема влияний между цепями Различают два понятия помехозащищенности — переходное затухание (А) и защищенность (Аз). А определяется отношением мощности сигнала в начале влияющей цепи к мощности помехи в любой точке цепи, подверженной влиянию (Р10 / Р` 2х). Аз определяется отношением мощности сигнала во влияющей цепи к мощности помехи в цепи, подверженной влиянию, в любой точке, общей для обеих цепей (Р1х / Р` 2х).

На практике с целью унификации нормируются три параметра переходного затухания: переходное затухание на ближнем и дальнем концах (кабеля) и защищенность на дальнем конце. При оценке переходного затухания в обоих случаях мощность передаваемого сигнала определяется в начале влияющей цепи (Р10), а мощность сигнала помехи либо вначале цепи, подверженной влиянию (Р`20), либо в ее конце (Р`21).

При оценки защищенности на дальнем конце мощности сигнала и помехи определяются на концах влияющей (Р1L) и подверженной влиянию (Р`2L) цепей соответственно.

Переходное затухание на ближнем конце, то есть затухание сигнала помехи, поступившего из начала влияющей цепи к началу цепи, подверженной влиянию, определяется по формуле 4.42 [4]

Переходное затухание на дальнем конце, то есть затухание сигнала помехи, поступившего из начала влияющей цепи к концу цепи, подверженной влиянию, определяется по формуле 4.43 [4]

Так, как передача данных в симметричных xDSL модемах происходит по одной паре и с одинаковыми скоростями (однокабельный режим работы, поэтому существенными являются влияния на ближний конец) схему влияний между цепями изобразим следующим образом на Рис. 3.2

Для того, чтобы проанализировать заданное оборудование при расчетах нам необходимо учитывать переходное затухание на ближний конец потому, что мы рассматриваем симметричные xDSL технологии при однокабельном режиме работы, где влияние с передатчика на приемник на одних скоростях передачи осуществляется по закону ближнего конца.

При однокабельном режиме работы многопарных кабелей возникает зависимость значения переходного затухания на ближний конец и значения стандартного его отклонения от числа одновременно работающих систем и расположения пар (элементарных пучков) в кабеле.

Поэтому для расчетов нам необходимо привести конструкции заданных для расчетов кабелей марки ТПП разной емкости (10×2×0,5(0,7), 50×2×0,5(0,7), 100×2×0,5(0,7)).

Рис. 3.3 — Конструкция кабелей: а) марки ТПП 10×2×0,5(0,7), б) ТПП 50×2×0,5(0,7), в) ТПП 100×2×0,5(0,7). [1,4,5]

3.2. Расчет допустимой защищенности на входе приемника

Для оценки работы оборудования SDSL в реальных условиях необходимо рассчитать допустимую защищенность от помех по формуле 4.9 [2]

А з. доп = 4,63 + 11,42 lg (lg Рдоп^-1) + 20 lg (L-1), дБ;

Рдоп = Р 1 км х L ру, где L ру — длина регенерационного участка;

При Р 1 км = 10^-7 вероятность ошибки для участка абонентской линии, где L — число уровней линейного сигнала.

Для оборудования, использующего 2B1Qмодуляцию:

А з. доп = 4,63 + 11,42 lg (lg (3,5×10^-7)^-1) + 20 lg (4−1) = 23,41 дБ;

Для оборудования, использующего САРмодуляцию: А з. доп = 32 дБ; [1]

Для оборудования, использующего ТС-РАМмодуляцию:

А з. доп = 4,63 + 11,42 lg (lg (5×10^-7)^-1) + 20 lg (16−1) = 37,27 дБ, но

так как применено Треллис кодирование которое дает эквивалентный выигрыш по помехозащищенности в 6 дБ [11], значит, А з. доп = 37,27 — 6 = 31,27 дБ;

Полученные данные занесем в таблицу 3.1

Таблица 3.1 — Допустимая защищенность в зависимости от типа кода

3.3 Расчет ожидаемой защищенности

При расчете ожидаемой защищенности при однокабельном режиме работы определяющими являются переходные влияния на ближнем конце. А з. ож рассчитывается по формуле 4.18 [2]

А з. ож = (Ао — о) — б (fт/2) х L ру — 10 lg N;

Где Ао — среднее значение переходного затухания на ближнем конце на полутактовой частоте, дБ.

б (fт/2) — километрическое затухание кабеля на полутактовой частоте, дБ/км;

о - стандартное отклонение значения переходного затухания на ближнем конце;

N — количество влияющих систем.

Для того чтобы приступить к расчету, А з. ож, необходимо найти Ао для наших исходных данных из таблицы 2.1 по формуле 6 [7]:

Ао (f рас.) = Ао (1 мГц) + 20 lg (1/ f рас.), где Ао (1 мГц) = 64,6 дБ из [3]

Для примера рассчитаем среднее значение переходного затухания для оборудования 2B1Q:

Ао (0,512 мГц) = Ао (1 мГц) + 20 lg (1/ 0,512мГц) = 64,6 + 20×1,954 = 70,21дБ;

Аналогично полученные расчеты среднего значения переходного затухания для другого типа оборудования внесены в таблицу 3.2

Таблица 3.2 — Данные расчетов среднего значения переходного затухания на ближний конец

Теперь прейдем к расчету, А з. ож:

Оборудование 2B1Q (При условии, что в одном кабеле работает не более двух систем).

Для скорости передачи 2048 кбит/с для максимальной длины (из таблицы 3.2).

А з. ож (d=0, 5 мм) = (Аоо) — б (fт/2) х L ру — 10 lg N = (70,21 — 8,1) — 12,73×3,5 = 17,5 дБ;

А з. ож (d=0, 7 мм) = (Аоо) — б (fт/2) х L ру — 10 lg N = (70,21 — 8,1) — 9,02×4,9 = 17,91 дБ;

Для скорости передачи 1040 кбит/с, А з. ож (d=0, 5 мм) = (Аоо) — б (fт/2) х L ру — 10 lg N = (76,1 — 8,1) — 9,35×4,7 = 24,05 дБ;

А з. ож (d=0, 7 мм) = (Аоо) — б (fт/2) х L ру — 10 lg N = (76,1 — 8,1) — 6,8×6,5 = 23,8 дБ;

Для скорости передачи 400 кбит/с, А з. ож (d=0, 5 мм) = (Аоо) — б (fт/2) х L ру — 10 lg N = (84,4 — 8,1) — 7,14×6,2 = 32,03 дБ;

А з. ож (d=0, 7 мм) = (Аоо) — б (fт/2) х L ру — 10 lg N = (84,4 — 8,1) — 4,4×10,1 = 31,86 дБ;

Аналогично рассчитываем, А з. ож дл оборудования САР и ТС-РАМ, полученные данные внесем в таблицу 3.3

Таблица 3.3 — Данные расчетов ожидаемой защищенности

По полученным данным видно, что условие, А з. доп, А з. ож выполняется не во всех случаях, значит придется уменьшить длину регенерационного участка. При этом уменьшаем длину до тех пор пока не выполнится условие, А з.доп. А з.ож.

После этого мы получаем следующие данные, которые внесем в таблицу 3.4.

Таблица 3.4 — Данные, полученные в результате уменьшения длины регенерационного участка (при работе по кабелю не более двух систем)

Для того, чтобы рассчитать работу нескольких (более двух) устройств необходимо сократить длину регенерационного участка оборудования, допустим для работы по кабелю ТПП 10×2×0,5(0,7), конструкция которого приведена на Рис. 3.3, десяти SDSL устройств. (N влияющих = 9)

В итоге получим следующие результаты, которые занесем в таблицу 3.5.

Таблица 3.5 — Данные, полученные при полной загрузке кабеля ТПП 10×2×0,5(0,7)

Проведем такие же расчеты для оборудования SDSL при работе по кабелю типа ТПП 50×2×0,5(0,7) и 100×2×0,5(0,7), конструкция которых приведена на Рис. 3.3

Для проведения расчетов дальности работы оборудования SDSL по кабелю ТПП 50×2×0,5(0,7) нам необходимо использовать следующие данные:

Среднее значение переходного затухания на ближний конец

Ао (f рас.) = Ао (1 мГц) + 20 lg (1/ f рас.), где Ао (1 мГц) = 64,6 дБ из (внутри элементарного пучка (ЭП));

Стандартное отклонение значения переходного затухания на ближнем конце.

о — 8,1 дБ;

Ао (f рас.) = Ао (1 мГц) + 20 lg (1/ f рас.), где Ао (1 мГц) = 68,7 дБ из (в смежных элементарных пучках (СМ));

о — 7,2 дБ;

Ао (f рас.) = Ао (1 мГц) + 20 lg (1/ f рас.), где Ао (1 мГц) = 84,3 дБ из (через один элементарный пучок (1));

о — 6,5 дБ;

Так как мы будем рассчитывать работу двух систем в каждом элементарном пучке, то используем уже рассчитанные данные из таблицы 3.4.

Рассчитаем Ао для наших скоростей передачи и внесем в таблицу 3.6

Таблица 3.6 — Среднее значение переходного затухания на ближний конец в зависимости от расположения элементарных пучков в кабеле

По конструкции кабеля 50×2×0,5(0,7) на Рис. 3.3 определим количество влияющих систем, если в каждом ЭП работают 2 системы:

— ЭП = N=1 влияющая система, тогда lg1=0;

— См ЭП =N=4; lg4=6,02;

— Через один ЭП =N= 4; lg4=6,02;

по полученным данным приступим к расчету, А з. ож,

А з. ож для всех систем в ЭП уже рассчитано и занесено в таблицу 3.4.

Приступаем к расчету, А з. ож в смежных ЭП. 2B1Q:

Для скорости передачи 2048 кбит/с, А з. ож (d=0, 5 мм) = (Аоо) — б (fт/2) х L ру — 10 lg N = 67,31 — 12,73×3 — 6,02 = 23,1 дБ;

А з. ож (d=0, 7 мм) = (Аоо) — б (fт/2) х L ру — 10 lg N = 67,31 — 9,02×4,9 — 6,02 = 23,4 дБ;

Для скорости передачи 1040 кбит/с, А з. ож (d=0, 5 мм) = (Аоо) — б (fт/2) х L ру — 10 lg N = 69,67 — 9,35×4,7- 6,02 = 22,39 дБ;

А з. ож (d=0, 7 мм) = (Аоо) — б (fт/2) х L ру — 10 lg N = 69,67 — 6,8×6,5 — 6,02 = 22,9 дБ;

Для скорости передачи 400 кбит/с, А з. ож (d=0, 5 мм) = (Аоо) — б (fт/2) х L ру — 10 lg N = 76,58 — 7,14×6,2 — 6,02 = 26,29 дБ;

А з. ож (d=0, 7 мм) = (Аоо) — б (fт/2) х L ру — 10 lg N = 76,58 — 4,4×10,1- 6,02 = 26,12 дБ;

Приступаем к расчету, А з. ож через один ЭП.

Для скорости передачи 2048 кбит/с, А з. ож (d=0, 5 мм) = (Аоо) — б (fт/2) х L ру — 10 lg N = 83,61 — 12,73×3 — 6,02 = 39,4 дБ;

А з. ож (d=0, 7 мм) = (Аоо) — б (fт/2) х L ру — 10 lg N = 83,61 — 9,02×4,9 — 6,02 = 39,7 дБ;

Для скорости передачи 1040 кбит/с, А з. ож (d=0, 5 мм) = (Аоо) — б (fт/2) х L ру — 10 lg N = 89,5 — 9,35×4,7- 6,02 = 39,5 дБ;

А з. ож (d=0, 7 мм) = (Аоо) — б (fт/2) х L ру — 10 lg N = 89,5 — 6,8×6,5 — 6,02 = 39,28 дБ;

Для скорости передачи 400 кбит/с, А з. ож (d=0, 5 мм) = (Аоо) — б (fт/2) х L ру -10 lg N = 92,88 — 7,14×6,2 — 6,02 = 42,59 дБ;

А з. ож (d=0, 7 мм) = (Аоо) — б (fт/2) х L ру — 10 lg N = 92,88 — 4,4×10,1- 6,02 = 42,42 дБ;

По полученным рассчитываем суммарную, А з. ож по формуле 4.21 [3]:

А з. ож = - 10 lg (10^- 0,1 (А з. ож 1) + 10^ - 0,1 (А з. ож 2) + 10^- 0,1 (А з. ож 3)),

Где, А з. ож 1 = А з. ож в ЭП;

А з. ож 2 = А з. ож в смежных ЭП;

А з. ож 3 = А з. ож через один ЭП;

Тогда подставим данные:

Для скорости передачи 2048 кбит/с, А з. ож 0,5= - 10 lg (10^ - 0,1 (23,92) + 10^ - 0,1 (23,1)+ 10^ - 0,1 (39,4)) = 20,42 дБ;

А з. ож 0,7= - 10 lg (10^ - 0,1 (23,41) + 10^ - 0,1 (23,4)+ 10^ - 0,1 (39,7)) = 20,34 дБ;

Для скорости передачи 1040 кбит/с, А з. ож 0,5= - 10 lg (10^ - 0,1 (24,05) + 10^ - 0,1 (22,39)+ 10^ - 0,1 (39,5)) =20,08 дБ;

А з. ож 0,7= - 10 lg (10^- 0,1 (23,8) + 10^ - 0,1 (22,9) + 10^ - 0,1(39,28)) = 20,26 дБ;

Для скорости передачи 400 кбит/с, А з. ож 0,5= -10 lg (10^ - 0,1 (32,03) + 10^ -0,1(26,29)+ 10^ - 0,1(42,59)) = 25,18 дБ;

А з. ож 0,7= -10 lg (10^ -0,1 (31,86) + 10^- 0,1 (26,12)+ 10^ - 0,1(42,42)) = 25,18 дБ;

Аналогично рассчитываем, А з. ож для оборудования САР и ТС-РАМ, полученные данные внесем в таблицу 3.7.

Таблица 3.7 — А з. ож для различных видов оборудования SDSL при работе 2 систем в каждом ЭП по кабелю ТПП 50×2×0,5(0,7)