Прежде чем продолжить рассмотрение DSL-технологий, необходимо вернуться назад во времени и посмотреть, с чего всё началось.
Начиная с 60-х годов прошлого века, для предоставления многоканальной телефонной связи в США стали использоваться линии T1 («среда передачи 1-го уровня»). Одна такая линия совмещает в себе 24 разделённых во времени телефонных канала в оцифрованной форме, по 64 кбит/с каждый. Вместе со служебными сигналами, канальная скорость T1 составляет 1544 кбит/с (разумеется, полезная пропускная способность несколько ниже). Европейские телефонисты позже внедрили аналогичные системы CEPT-1 (ITU-T G.703), которые по аналогии с T1 называют E1. В них вместо 24-х каналов используется 32, и сокращена служебная информация, поэтому скорость 2048 кбит/с расходуется более рационально. Как 24/32 базовых канала могут объединяться в T1/E1, так и несколько T-линий могут объединяться в линии более высокого уровня: канальная скорость американских T5 составляет 400 Мбит/с, европейских E5 и японских J5 — 565 Мбит/с.
Аренда выделенных линий обходится дорого: абонентская плата раза в полтора выше, чем за то же число обычных телефонных каналов, то есть ориентировочно в 40 раз дороже, чем та же самая пара проводов с одним каналом. Да и радиус охвата у них небольшой: до 1800 м без использования повторителей. Поэтому создание доступной технологии, которая позволяла бы предоставлять высокую скорость на длинных линиях, было лишь делом времени. Так как основным предназначением по-прежнему являлась передача телефонных разговоров и другие бизнес-приложения реального времени, к новой разработке предъявлялись требования минимальной задержки сигнала и гарантированной пропускной способности в обоих направлениях. Использование обычного телефона на одной линии с высококачественным многоканальным подключением не предусматривается.
Из-за вечной неразберихи с терминами в этой области, симметричные DSL-подключения иногда называют SDSL — в противовес ADSL, олицетворяющему асимметричные подключения. Но всё же основное значение аббревиатур SDSL и ADSL — конкретные разновидности DSL-подключений, а не их семейства. Некорректен также термин xDSL, потому что сваливать в одну кучу симметричные и асимметричные виды DSL технически неграмотно.
Абонентское оборудование HDSL называется NTU — Network Termination Unit («удалённый терминатор»), а операторское оборудование, соответственно, LTU, Local Termination Unit («ближний терминатор») — с точки зрения пользователя это шиворот-навыворот, но названия-то придумывали не пользователи, а сами связисты.
Цены на абонентское оборудование отдельно для каждого типа симметричных DSL мы перечислять не будем, потому что все модели начального уровня стоят примерно одинаково (150-250 долл.) и, за редким исключением, выполнены в виде шлюза или моста между HDSL и Ethernet. Как правило, гораздо дороже обходится само подключение — от 500 долл. и выше, но не обязательно.
HDSL
High bit-rate DSL (стандарт ITU-T G.991.1), созданный в начале 90-х как альтернатива дорогостоящим T1, был первым видом DSL. Собственно, отсюда и пошло название Digital Subscriber Line : HDSL — это эквивалент высокоскоростной цифровой линии T1 на базе обычной абонентской линии.
Первые версии HDSL использовали две пары проводов, по каждой из которых данные передавались на скорости 784 кбит/с (рис. 1а).
Рис. 1. Разновидности HDSL
Благодаря более эффективному, чем в T1, четырёхпозиционному кодированию 2B1Q (как в ISDN), диапазон частот сузился до 0-392 кГц, поэтому возможная длина линии увеличилась до 3,5 км при сечении проводов 0,4 мм. Таким же образом поток E1 передавался с помощью трёх пар (рис. 1б), затем скорость в каждой паре повысили до 1168 кбит/с, что позволило обойтись двумя парами, но сократило дистанцию до 2,5 км (рис. 1в).
SDSL
Естественно, следующим шагом стало создание варианта HDSL, работающего по одной паре проводов. В свойственной им манере, производители стали предлагать свои «единственно правильные» решения, несовместимые с продуктами конкурентов. Несмотря на то, что консенсуса разработчики так и не достигли, и единого стандарта не существует, оборудование этого семейства получило общее название SDSL (Single-pair DSL). Основной недостаток SDSL — спектральная несовместимость с ADSL , которая осложняет комбинирование этих двух видов подключения в одном телефонном кабеле.
MSDSL
Технология Multi-rate Symmetric DSL, как и SDSL, предназначена для передачи данных по одной паре, но с возможностью выбора скорости из восьми вариантов от 64 до 2048 кбит/с. MSDSL использует CAP-модуляцию, ранее упомянутую при рассмотрении ADSL. За один такт может передаваться до 9 бит вместо 2 бит у 2B1Q, что сужает требуемый частотный диапазон до 10-175 кГц. Радиус действия такой системы по проводам диаметра 0,5 мм варьируется от 4,5 км при работе на полной скорости до 8,9 км при минимальной скорости.
Как и SDSL, протокол MSDSL не является общепринятым стандартом.
HDSL2
Эту технологию можно рассматривать как расширение HDSL, позволяющее передавать поток T1 по одной паре на расстояние, не меньшее чем у HDSL, и чтобы при этом не возникало помех для других видов DSL.
Идя проторенной дорогой, разработчики не стали использовать CAP-модуляцию, а лишь модифицировали кодирование 2B1Q, увеличив символьную ёмкость до 4 бит, из которых 1 бит служит для защиты от ошибок. Для снижения эха и перекрёстных наводок, а также для получения узкого диапазона частот, была применена смешанная схема передачи, сочетающая лучшие стороны частотного совмещения и разделения (рис. 2).
Рис. 2. Частотный спектр сигналов HDSL2
При такой схеме на участке до 200 кГц нисходящий и восходящий потоки передаются примерно с одинаковой мощностью сигнала, между 200 и 250 кГц сигнал от провайдера значительно мощнее, а выше 250 кГц присутствует практически только сигнал от абонента.
Стандарт HDSL2 был принят национальным органом США (ANSI), но не ратифицирован международным союзом по электросвязи (ITU) — вскоре вместо него был одобрен более прогрессивный SHDSL.
SHDSL
Дальнейшим развитием идей SDSL и HDSL2 стала технология SHDSL (стандарт ITU-T G.991.2). Для её работы также достаточно одной пары проводов, а за счёт использования двух пар желающие могли удвоить пропускную способность (рис. 1г). Стало возможным устанавливать скорость соединения, отличную от максимальной, как по заказу, так и в зависимости от состояния линии. Это позволяет увеличить радиус действия с 2 км при скорости 2320 кбит/с (полезная нагрузка 2304 кбит/с) до 6 км при скорости 192 кбит/с. Сигнал кодируется так же, как в HDSL2, что снижает влияние на соседние линии.
Как уже отмечалось выше, симметричные DSL-подключения в первую очередь предназначены для передачи голоса. Каждая пара проводов, работающая на максимальной скорости, гарантирует передачу 36-ти стандартных телефонных каналов со временем задержки не более 0,5 мс — сравните с подключением ADSL, у которого восходящий поток хоть и позволяет вместить десяток каналов, но задержка минимум в 30 раз выше и никак не регламентируется. Конечно, минимизация задержки трафика желательна для любых данных, а не только голоса. Поэтому в SHDSL появилась возможность выбора низкоуровневого служебного протокола, исходя из потребностей клиента. Нечто похожее было позже сделано для VDSL , который оптимизировался для передачи Ethernet- и Интернет-трафика. Подробнее об этом мы поговорим при рассмотрении E-SHDSL.
Названия SHDSL и SDSL часто используют как синонимы, но это разные технологии. Ключевым моментом SHDSL является стандартизация и сопряжение с другими DSL-соединениями в том же кабеле, тогда как SDSL — всего лишь общее название несовместимых друг с другом продуктов. Впрочем, на практике и с SHDSL не всё гладко: некоторые производители предлагают сравнительно дешёвое оборудование, которое реализует стандартный протокол не полностью, а лишь частично.
E-SHDSL
Enhanced («усовершенствованный») SHDSL, описанный в стандарте G.991.2.bis, использует тот же метод кодирования сигналов, но вместо 15-ти возможных состояний использует 16 или 32. Плюс к этому увеличена символьная скорость (число отдельных сигналов в единицу времени). Фактически, пропускная способность может удвоиться или даже утроиться: до 3840 кбит/с при 16-позиционном кодировании и до 5696 кбит/с при 32-позиционном. На расстояниях до 3 км оба метода проявляют примерно одинаковую живучесть, а до 1 км эффективнее, конечно, высокоскоростной вариант.
Какой детектив обходится без погони? Какая статья о DSL, претендующая на глубину раскрытия темы, не начинается с упоминания ATM? Чтобы не перегружать техническими подробностями начало главы, мы оставили этот рассказ на десерт для самых любознательных читателей. Технология ATM («передача в асинхронном режиме») предназначалась на роль единого стандарта сетевого взаимодействия, который должен был прийти на смену всем существующим протоколам нижнего уровня модели OSI : физического, канального, сетевого. Для передачи нескольких потоков по одному каналу (мультиплексирования) и сокращения времени задержки каждые 48 байт данных упаковываются в т. н. ячейку , 5-байтный заголовок которой содержит все необходимые сведения для пересылки с учётом срочности данных. Идея, может, и неплохая, но ATM-решения обходились в копеечку и, главное, не могли самостоятельно обеспечить совместимость с огромным парком уже существующих систем — для этого им требовался всё тот же межсетевой протокол (), от которого они и должны были, по замыслу создателей, избавиться. Изобретённая телефонистами и не снискавшая особого одобрения инженерами компьютерных сетей, технология ATM так и не проникла на потребительский рынок в своём исконном обличии. Однако каждый из нескольких десятков миллионов произведённых DSL-модемов несёт в себе её частичку. Изначально предполагалось, что услуги DSL будут мультисервисными, то есть использоваться не столько для выхода в Интернет, который в то время всерьёз не воспринимался, сколько для цифровой телефонной связи и передачи высококачественного видео. Для мультиплексирования всех этих потоков в одном абонентском подключении был выбран принцип ATM. Сейчас уже всем ясно, что конечному пользователю гораздо интереснее иметь выход в Интернет с помощью Ethernet-подобной технологии, чем городить огород со сложными узкоспециализированными протоколами. Поэтому для VDSL и SHDSL стало возможным выбирать способ группировки данных, отличный от ATM. Среди таких способов, в частности, почти прозрачная пересылка кадров Ethernet.
В ранее упомянутом стандарте «Ethernet на первой миле» (EFM), интерфейс 10Pass-TS, основанный на VDSL, предлагается для высокоскоростного доступа при небольших расстояниях (до 1,5 км), в то время как 2Base-TL, основанный на SHDSL, выступает в роли симметричного канала большого радиуса действия. Даже на расстоянии 5-6 км SHDSL обеспечивает устойчивую связь с гарантированной симметричной полосой пропускания, а в непосредственной близости от АТС скорость E-SHDSL может достигать 5,7 Мбит/с в каждой паре. Допускается объединение до 32-х пар с сохранением минимального времени задержки 2-4 мс. При этом между парами может быть четырёхкратное различие по скорости (в зависимости от состояния каждой из них), а обрыв одной из пар всего лишь приведёт к снижению пропускной способности, но не к потере связи. Слово «Base» в названии 2Base-TL подчёркивает, что, в отличие от 10Pass-TS, технология SHDSL монопольно использует линию, не работая параллельно с обычным телефоном и другими сигналами.
IDSL
ISDN DSL, как нетрудно догадаться, является способом предоставления услуг DSL по линии ISDN. Эта технология отличается от прочих видов DSL-подключений низкими скоростями. Более подробно IDSL будет рассмотрена в главе про ISDN .
Самсонов А.
Статью "Виды подключения к Интернету. Симметричные DSL (2005-10-19)" Вы можете обсудить на
ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ УПЛОТНЕНИЯ (ЦСУ) АБОНЕНТСКИХ ЛИНИЙ
Выбор технологии DSL
Проведя аналитический обзор по технологиям хDSL, можно охарактеризовать, что выбор DSL технологии определяется:
а) необходимой полосой пропускания.
б) удаленностью от телефонной станции.
в)типом оборудования, установленного провайдером услуг на телефонной станции.
Таблица 4.1 Основные сравнительные характеристики технологий xDSL
Проведя сравнительный анализ основных характеристик технологий хDSL (таблица 4.1) считаем, что для решения поставленных перед нами задач, нам необходимо использовать оборудование изготовленное на основе технологии HDSL, которое обеспечит нам дальность передачи до 4,5 - 5 километров и скорость передачи до 1,5 мБит/с.
Системы HDSL с модуляцией САР - 64/ САР - 128, могут быть использованы для организации потоков до 2 мБит/с по двум парам, в качестве межстанционных соединительных линий (например, аппаратура WATSON 3 использует CAP-64 и работает по двум парам).
Системы с модуляцией САР могут вызывать наводки на частотные каналы в диапазоне 40--260 кГц, однако остальные каналы не подвергаются какому-либо влиянию, следовательно, есть возможность использования аппаратуры HDSL САР в одном кабеле с аналоговой аппаратурой уплотнения. Системы же HDSL с модуляцией 2B1Q вызывают наводки фактически на все частотные каналы аналоговых систем уплотнения, нагружающих соседние пары, поэтому, как правило, не могут быть использованы в одном кабеле с аналоговой аппаратурой уплотнения.
Системы HDSL с модуляцией 2B1Q широко применяются для уплотнения абонентских линий городских телефонных сетей, в основном состоящих из низкочастастотных кабелей типа ТПП с медными жилами, полиэтиленовой изоляцией и оболочкой.
Выбираем оборудование, изготовленное на основе технологии HDSL и обеспечивающее дальность передачи до 4,5 - 5 километров при скорости передачи до 1,5 мБит/с с линейным кодом 2B1Q.
В соответствии с вышесказанным возник вопрос выбора конкретных систем цифрового абонентского уплотнения РСМ с наличием 2-х, 4-х, 11-ти каналов.
Оборудование HDSL в сетях абонентского доступа
Аппаратура цифрового уплотнения абонентских линий РСМ
Цифровые системы уплотнения абонентских линий РСМ предназначены для использования в подстанционной сети, с целью экономии медных жил кабеля, и представляют собой действенный способ увеличения номерной емкости. Экономия достигается увеличением абонентской емкости за счет уплотнения уже существующих магистральных и распределительных кабелей.
Системы РСМ обеспечивают прямые и независимые телефонные соединения для двух, четырех, шести, восьми, десяти, одиннадцати, двенадцати, шестнадцати и восемнадцати абонентов по одной физической линии. Одновременно с цифровым уплотнением существенно улучшается качество связи, устраняется фоновый шум и перекрестные разговоры.
Применение РСМ позволяет рационально использовать существующие кабельные линии, сократить время на развитие телефонной сети (особенно к группам удаленных абонентов) и снизить материальные затраты на кабельную продукцию. В качестве оконечных абонентских терминалов возможно подключение телефонных аппаратов с импульсным и тональным набором, радиотелефонов, смарт - карточных таксофонов, традиционных аналоговых таксофонов с переполюсовкой линии, факсов группы «3» (9600 кБит/с).
Системы уплотнения абонентских линий позволяют организовать передачу данных по уплотненному каналу с использованием модемов. Применяемые в настоящее время модемы используют стандартные протоколы аналого-цифрового преобразования, что позволяет передавать данные со скоростью 26,4 кБит/с.
Необходимо отметить, что телефонные аппараты могут быть старого типа с угольным микрофоном и дисковым номеронабирателем.
Цифровое уплотнение абонентских линий РСМ выпускается более чем десятью фирмами изготовителями телекоммуникационного оборудования. На казахстанском рынке прошли опытную эксплуатацию системы РСМ компаний Alcatel, Tadiran, ECI, Intracom, Elcon Systemtechnik, Ericsson, Telspec Europe Limited, Apsun Technology. С целью определения систем РСМ наиболее отвечающим «нашим» техническим условиям в 1998 году компания ОАО «Казахтелеком» провела тендер. Право на поставку систем РСМ на сети ОАО «Казахтелеком» получили три фирмы, это: Alcatel, ECI, Elcon Systemtechnik.
Фирма Telspec Europe Limited, хотя и не получила права поставлять оборудование в Казахстан, но сделала серьезную заявку на будущее. Поэтому будем рассматривать эту фирму при выборе оборудования РСМ.
Выбор системы уплотнения осуществляется исходя из конкретных условий, оптимизируя расходы на подключение абонентских терминалов с учетом развития и модернизации.
На городских сетях наиболее распространенными являются 4-х канальные системы. При этом заметно высвобождаются не только распределительные линии, но и магистральные, что позволяет гибко строить сеть доступа к абонентам на большом участке. Максимально задействовать имеющиеся емкости станционных и линейных сооружений.
Применение систем РСМ 11 наиболее выгодно в районах частного сектора и в пригородных районах с мало развитой кабельной сетью. А также при введении в строй новых АТС с телефонизацией многоэтажных новостроек, расположенных в радиусе до 3-х километров от АТС.
Системы РСМ 2 используются в тех случаях, когда имеется дефицит линий, и требуются отдельные установки терминалов в местах с высокой степенью телефонизации. При желании абонента установить дополнительный терминал (телефон) с самостоятельным номером, при расширении таксофонной сети.
При замене механических АТС на электронные возникает вопрос о предоставлении 30% сблокированных абонентов самостоятельных номеров. В этом случае идеально подойдет система РСМ 2.
В населенных пунктах сельской местности с небольшим количеством абонентов и где часто на длительное время прекращается подача электроэнергии особенно выгодно особенно выгодно организовывать связь на сети с помощью 4,11 канальных систем РСМ.
Как временная мера, в таких населенных пунктах можно законсервировать оборудование оконечной станции, а действующих абонентов подключить с помощью оборудования РСМ к станциям районного уровня или станциям с обеспеченным электропитанием. В отдельных случаях, когда оборудование АТС изношено, целесообразно закрыть станцию, а абонентов переключить с помощью РСМ на действующую станцию высшего уровня.
В таких населенных пунктах для обеспечения возможности предоставления услуг телекоммуникаций широкому кругу населения, не имеющего телефонов, возможна установка таксофона (-нов), подключенного к районной АТС по одному из каналов РСМ.
Структурные схемы организации связи при помощи оборудования РСМ приведены в приложении В.
Описание систем РСМ фирмы Alcatel
Оборудование фирмы Alcatel имеет в своем составе системы РСМ2, 4, 11, 16. Остановимся подробней на системе РСМ 11.
РСМ 11 это цифровая многоканальная передающая система, которая позволяет организовать одиннадцать независимых каналов пропускной способностью по 64 кБит/с каждый, по одной витой медной паре. Используемая технология передачи HDSL, при скорости передачи 784 кБит/с. Система РСМ 11 состоит из станционного блока РСМ 11 СО, устанавливаемого на АТС, и абонентского блока РСМ 11 RU, устанавливаемого у абонента. В одной универсальной кассете может быть установлено до восьми приборов РСМ 11 СО. Дальность действия системы РСМ 11 может быть увеличина вдвое, путем применения промежуточного регенератора.
Радиус действия системы РСМ 11 в зависимости от диаметра кабеля показан в таблице 4.2
Таблица 4.2 Радиус действия системы РСМ11
При помощи интерфейсов а/в 1-11, станционная передающая система РСМ 11СО подключается к двухпроводным интерфейсам телефонного узла. Помимо аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования речевой информации осуществляется распознавание и обработка поступающих напряжений вызова и импульсов тарификации, а также преобразование исходящих сигналов в шлейфные коды. На лицевой стороне системы РСМ11СО имеется светодиодная панель, на которой отображаются сообщения о внутрисистемных сбоях абонентского и станционного блоков и информация о режимах работы.
Интерфейсы а/в абонентского блока РСМ11 RU, установленного у абонента воспроизводят информацию, передаваемую по аналоговым двухпроводным интерфейсам АТС. Абонентский блок осуществляет функции аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования речевой информации, а также преобразования поступающих сигналов шлейфных кодов, подачи питания на абонентские аппараты. Создает напряжения вызова и импульсов тарифной платы.
Если оператором сети предоставляется услуга CLIP (Определение Параметров Входящего Вызова), она может поддерживаться системой РСМ11 Alcatel . Таким образом услуги, обычно доступные только в ISDN сети, могут предоставляться и в аналоговой сети. Если вызываемый абонент занят, то он получит сигнал о поступившем дополнительном вызове.
1. Идея HDSL
2. Технологии кодирования, применяемые в HDSL
3. Кодирование 2B1Q
4. Кодирование CAP
5. Литература
"Медь закопана в землю, но далеко еще не мертва" Поговорка разработчиков HDSL
За последние 120 лет по всему миру были проложены миллионы километров линий телекоммуникаций из доброй старой меди. Приход цифровой эры, оптоволокна, казалось, положил конец медному кабелю. Однако жизнь распорядилась по-другому. Технологии DSL (Digital Subscriber Loop), разработанные для организации высокоскоростной цифровой связи по существующим медным линиям, доказали, что уложенный в землю кабель - ценнейший капитал, который еще не время списывать в утиль.
Идея HDSL
С разработкой концепции DSL значительно изменилась идеология развития сетей связи. Если раньше широко бытовало мнение, что довести "цифру в каждый дом" можно лишь с помощью массового внедрения оптических кабелей, то после практической апробации технологий DSL, особенно HDSL (см. ниже), у операторов связи появилась уверенность в том, что существующая сеть медных кабелей связи еще долго останется той основой, на которой строится вся телекоммуникационная инфраструктура.
На рис. 1 показана эволюция медно-кабельных линий как среды передачи цифровой информации от азбуки Морзе (10 бит/с) до технологий VDSL (51 Мбит/с). Технологии цифровых абонентских линий, обычно называемые HDSL, начавшие свое развитие в 70-х годах созданием устройств доступа Basic Rate ISDN (160 кбит/с) и обещающие в недалеком будущем массовое внедрение оборудования VDSL, позволяют достичь на медном кабеле скоростей передачи, ранее доступных лишь на волоконно-оптических линиях (ВОЛС).
Рис.1. Рост скорости цифровой передачи по медным линиям связи
Первой из HDSL является технология U-интерфейса ISDN, обеспечивающая дуплексную передачу со скоростью 160 кбит/с по одной витой паре. Эта технология широко распространена и, кроме сетей ISDN, применяется для создания оборудования уплотнения абонентских линий и модемов на ограниченную дистанцию (short-range).
Следующей технологией в ряду DSL (и наиболее распространенной в настоящее время) является высокоскоростная цифровая абонентская линия HDSL (High-bit-rate Digital Subscriber Loop). Технология HDSL обеспечивает полный дуплексный обмен на скорости 2048 кбит/с. Для передачи используются две или три кабельных пары. Дальнейшим развитием технологии HDSL стало появление устройств симметричной высокоскоростной цифровой абонентской линии, работающих по одной паре SDSL (Single Pair Symmetrical Digital Subscriber Loop).
В последние годы были разработаны еще более высокоскоростные технологии DSL, например, такие, как ADSL и VDSL. Технология асимметричной цифровой абонентской линии ADSL (Asymmetrical DSL) обеспечивает передачу до 8 Мбит/с в направлении "от сети к абоненту" и до 1 Мбит/с в направлении "от абонента к сети" и обещает быть весьма перспективной для доступа к сети Интернет. Вместе с тем ADSL вряд ли найдет широкое применение в телефонии, где, как правило, необходима симметричная дуплексная передача. Применение ADSL как средства доступа сдерживается в настоящее время также ограниченной пропускной способностью магистральных сетей. Например, Интернет-провайдер с пропускной способностью магистральной сети 155 Мбит/с (STM-1) сможет подключить на скорости 8 Мбит/с всего около 20 абонентов (155: 8). Что касается VDSL (Very High-bit-rate Digital Subscriber Loop), то эта технология пока не вышла из лабораторий, хотя ряд производителей анонсировал появление оборудования с использованием VDSL в 1998г.
Все технологии HDSL рассматривались изначально как технологии абонентского доступа (отсюда и название), предназначенные для использования на абонентских линиях, то есть на медных кабельных парах, проложенных от телефонной станции до месторасположения абонента. На практике сфера применения технологий HDSL оказалась существенно шире. Например, ведущий производитель оборудования HDSL в США, компания PairGain Technologies, добилась наибольшего объема поставок систем HDSL для проведения модернизации межстанционных цифровых соединительных линий Т1. По данным ведущего европейского производителя HDSL, фирмы Schmid Telecom AG (Швейцария), модернизация существующих и организация новых трактов Е1 для межстанционной связи (функциональный аналог Т1 по европейскому стандарту) остается одним из основных приложений систем HDSL в Европе. Об этом же говорит и опыт внедрения оборудования HDSL в России.
Тем не менее, для лучшего объяснения идеи разработки технологии HDSL и типовой дистанции или дальности работы оборудования, приведем типовые параметры абонентских линий. По имеющимся данным ("Электросвязь", Nl, 1997, с. 13), на городских телефонных сетях России средняя длина абонентских линий (АЛ) составляет 1280 м (коэффициент вариации - 0,59), при этом 100% абонентских линий не превышает по длине 5 км. По другим данным (Schmid Telecom AG), учитывающим сельские и пригородные сети, более 60% АЛ в странах Восточной Европы не превышают по длине 6 км, а 95% укладываются в 12 км. Технология HDSL, предназначенная первоначально для "цифровизации" именно абонентских линий, разрабатывалась таким образом, чтобы обеспечить работу на подавляющем большинстве существующих АЛ. В результате "базовая дальность" для систем HDSL оказывается равной 5-6 км (по паре с жилой диаметром 0,4-0,5 мм). Так как абонентские линии часто выполняются составным кабелем, участки которого имеют разное сечение жил (от 0,35 до 0,9 мм), технологии HDSL должны быть работоспособны на линиях самых "сложных" топологий. И наконец, поскольку в кабеле, как правило, несколько десятков (а то и сотен) жил, аппаратура HDSL должна "сосуществовать" с оборудованием, работающим по соседним парам, будь то другая система HDSL, ISDN или обычный аналоговый телефон. О том, как решаются столь сложные задачи, и пойдет речь ниже.
Технологии кодирования, применяемые в HDSL
Наиболее широко сейчас применяется (за исключением BR ISDN) технология HDSL, поэтому о ней будет рассказано наиболее подробно. Как уже отмечалось, главной идеей технологии HDSL является использование существующего металлического (чаще всего медного) кабеля для безрегенераторной передачи цифровых потоков 2 Мбит/с на большие расстояния. Оборудование HDSL применимо для работы по кабелю любого типа - симметричному городскому (ТПП и аналогичный), магистральному (КСПП, ЗКП) и даже коаксиальному (после некоторой переработки линейных согласующих блоков).
Главные факторы, влияющие на качество работы оборудования HDSL - параметры линии связи. Ниже перечислены ключевые для технологий HDSL характеристики.
1. Ослабление сигнала. Затухание сигнала в кабельной линии зависит от типа кабеля, его длины и частоты сигнала. Чем длиннее линия и выше частота сигнала, тем выше затухание.
Технология DSL
Технология DSL. Любая технология, прежде всего, предусматривает конкретную физическую модель транспортной среды. Одной из перспективных технологий, позволяющей передавать цифровую информацию по медным проводам (под “медными проводами” обычно понимается телефонная сеть общего пользования – ТФоП или POTS – Plain Old Telephone Service в англ. аббревиатуре) являются технологии DSL (Digital Subscriber Line – цифровая абонентская линия).
При использовании технологии DSL (часто используется аббревиатура хDSL , где под буквой “x” понимают одну из возможных подтехнологий, т.е. вариант основной технологии) не требуется строить новую транспортную сеть, т.к. используется уже существующая сеть POTS. Именно в этом и заключается основное экономическое преимущество технологии DSL.
Историю возникновения DSL следует отнести к началу 80-х годов, когда корпорация Bellcore разработала технологию DSL с высокой скоростью передачи данных (high - data - rate DSL - HDSL). Канал HDSL был разработан, чтобы расширить возможности технологии Т1 путем замены кодирования с чередованием полярности элементов на основе представления двух битов в одном четвертичном коде (2 binary 1 quaternary – 2B1Q).
Развитие служб сети Internet, для которых требуется высокая пропускная способность (например, видео), породило спрос на соединения с большей пропускной способностью. Наблюдения показывают, что в основном трафик, получаемый из сети Internet, предназначен для конечного пользователя (нисходящий поток данных), и только небольшой процент составляет трафик, который в действительности поставляется самим пользователем (восходящий поток данных). Вследствие этого был разработан канал АDSL (A – Asymmetric – ассиметричная цифровая пользовательская линия), используемый в традиционных телефонных сетях общего пользования (PSTN – Public Switched Telephone Network).
В технологии АDSL используется метод, позволяющий одновременно использовать ту же самую телефонную линию и для передачи голосовых сигналов, и для передачи данных, не повышая при этом требований к коммутационному оборудованию телефонной сети PSTN. Чтобы зарезервировать канал POTS с частотами до 4 кГц (в телефонии установлена полоса голоса в 4 кГц), дополнительно используется мультиплексирование с частотным уплотнением каналов (FDM – Frequency - Division Multiplexing). При этом цифровые потоки (data) передаются на частотах свыше 4 кГц (обычно, начиная с 25 кГц).
Из-за постоянного снижения ограничений на расстояние в технологии DSL и роста доступной пропускной способности, интерес к средствам DSL в последние годы возрос. Прежде чем говорить о DSL, приведем основные разновидности технологии DSL.
- АDSL – наиболее распространенная технология DSL, поскольку она ассиметрична. Это означает, что скорость загрузки данных в компьютер (модем) пользователя выше скорости загрузки данных в удаленный компьютер. Для кодирования данных в технологии АDSL используются методы САР (Carrier less Amplitude and Phase modulation – амплитудная и фазовая модуляция без несущей). Метод САР не является стандартизированным методом для канала DSL, а вот ДМТ был стандартизирован институтом ANSI (ANSI T1.413) и международным союзом ITU (ITU G.992.1).
- EtherLoop – запатентованная технология компании Elastic Network – сокращение от Ethernet local loop – абонентский канал сети Ethernet. В технологии EtherLoop применяется усовершенствованный метод модуляции сигнала, который сочетается с полудуплексным разбиением на пакеты, характерным для сети Ethernet. Модемы EtherLoop гарантируют ВЧ сигналы только на время посылки. Остальное время в них используются низкочастотные управляющие сигналы. Из-за полудуплексной природы технологии EtherLoop постоянную пропускную способность можно поддерживать либо только в нисходящем, либо только в восходящем потоке. Система Nortel изначально планировалась для скоростей в диапазоне 1,5 … 10 Мбит/с, в зависимости от качества линии связи и ограничений по расстоянию.
- G.L.te – версия ADSL с низкой скоростью передачи данных. Является дополнением к стандарту ANSI T 1.413. В комитете по стандартам ITU она известна как G .992.2. В ней, как и в ADSL используется модуляция DMT, но в здании абонента не устанавливается разветвитель сети POTS (обычно разветвление сигнала выполняется средствами местной станции АТС).
- G.SHDSL – этот канал был определен в стандарте G.991.2 международного союза ITU как высокоскоростная цифровая абонентская линия на одной витой паре проводов. Технология G.SHDSL является симметричной, что позволяет передавать с одинаковой скоростью данные в прямом и реверсном потоках, что очень важно, т.к. она призвана заменить старые телекоммуникационные технологии, такие как T1, E1, HDSL, HDSL2, канальную технологию DSL (SDSL), ISDN и DSL на основе ISDN (IDSL).
- HDSL – этот канал работает на скорости 1,54 Мбит/с и имеет радиус действия порядка 2750 м на проводе сечением 0,5 мм 2 . В технологии HDSL используется модуляция с линейным кодированием 2B1Q.
- GDSL 2 – эта технология разрабатывалась для того, чтобы обеспечить передачу сигнала Т1 по проводам одной пары. Технология создавалась для работы на скорости 1,544 Мбит/с. Она может обеспечить работу всех служб, которые предлагаются технологией HDSL.
- TDSL – в этой службе DSL, основанной на технологии ISDN, используется линейное кодирование 2B1Q и, как правило, поддерживается скорость передачи данных 128 кбит/с. Служба IDSL работает на одной паре проводов, а сам канал может иметь длину вплоть до 5800 м.
- RADSL - используются во всех RADSL модемах, но она особым способом связана с запатентованным стандартом модуляции, разработанным компанией Globespan Semiconductor. В ней используются DMT-модемы стандарта САР.Т1.413. Скорость по восходящей линии связи зависит от скорости передачи по нисходящей линии связи, которая, в свою очередь, зависит от состояния линии и значения S/N (отношения сигнал/шум).
- SDSL – технология предусматривает постоянную скорость передачи данных и не имеет существующих стандартов, в силу чего используется редко.
- VDSL – сверхскоростной канал DSL для передачи данных (Very - high - data - rate DSL) – относительно новая технология, разработанная для повышения доступной скорости передачи данных (вплоть до 52 Мбит/с). В технологии VDSL используются преимущества оптоволоконной связи и выгоды от размещения конечного оборудования ближе к абоненту. Размещая конечное оборудование в офисах и многоквартирных зданиях, можно сократить длину локальной линии связи (т.е. абонентского канала), что позволит увеличить скорость. В технологии VDSL предполагается работа как в ассиметричном, так и в симметричном режимах.
В табл.1 приведено сравнение некоторых разновидностей технологий DSL и показаны их наиболее важные характеристики, поддающиеся сравнению.
Методы кодирования в технологии DSL
В технологии DSL наибольшее распространение получили три основных метода кодирования, кратко рассмотренные ниже.
Таблица 1 Сравнение различных технологий DSL| Техно- логия | Макс. скорость восхо-дящего потока данных (Мбит/с) | Макс. скорость нисхо-дящего потока данных (Мбит/с) | Стандарт диаметра проводов | Максимальное расстояние (метры) | Кодиро-вание | Стандарты |
| ADSL | 0,8 | 8 | несколько | 5200 | САР или DMT | ANSI T1.413 и ITU G.992.1 |
| EtherLoop | 6 | 6 | несколько | 6400 | QPSK, 16QAM, 64QAM |
Запатентованная технология компании Elastic Networks |
| G.Lite | 0,512 | 1,5 | несколько | 6700 | DMT | ITU G.992.2 |
| G.SHDSL | 2,304 | 2,304 | несколько | 6100 | TC PAM | ITU G.992.1 |
| HDSL | 1,544 Т1 2 Е1 | 1,544 Т1 2,0 Е1 | 26 AWG*) 24 AWG*) | 2750 3650 | 2B1Q | ITU G.992.1 |
| HDSL2 | 1,544 Т1 2 Е1 | 1,544 Т1 2,0 Е1 | 26 AWG*) 24 AWG*) | 2750 3650 | ТС РАМ | ITU G.992.1 |
| IDSL | 0,144 | 0,144 | несколько | 5800 | 2B1Q | ANSI T1.601 и TR-393 |
| RADSL | 1,088 | 7,168 | несколько | 5500 | САР или DMT | ANSI T1.413 и ITU G.992.1 |
| SDSL | 0,768 | 0,768 | несколько | 3050 | 2B1Q | ITU G.992.1 |
| VDSL | 20 | 52 | несколько | 910 | CAP/DMT/ DWMT/SLC |
TBD |
1) Квадратурная амплитудная модуляция (Quadrature Amplitude Modulation - QAM) соответствует изменению (фиксированному смещению) амплитуды и фазы сигнала различным значениям битов. Название квадратурная амплитудная модуляция (т.е. QAM) возникло потому, что сигналы отличаются по фазе на 90 о, и 4 такие фазы (отсюда и квадратурная ) вместе составляют 360 o , или полный цикл. На рис.1 (созвездие QAM) показано кодирование QAM с тремя битами на бод (состояния сигнала описываются различными амплитудами и фазами). В каждом из направлений (0 о, 90 о, 180 о и 270 о) находятся две точки, соответствующие двум возможным значениям амплитуды, что дает в результате восемь различных состояний. Если есть восемь уникальных состояний, то в каждом из них можно передать по 3 бита (2 3 = 8).
Таблица 2
|
В табл.2 показаны возможные значения для кодирования 8 QAM (8 возможных битовых комбинаций). Чем больше различных фазовых смещений и уровней амплитуды используется, тем больше битов информации можно включить в каждую точку или символ. Проблемы возникают тогда, когда точки созвездия размещены настолько близко, что из-за шумов на линии или в приемном оборудовании невозможно отличить одну точку от другой.
2) Кодирование САР – это адаптивная форма кода QAM. Этот метод позволяет корректировать значения символов, учитывая состояние линии (например, шумов) в начале соединения. При кодировании с помощью данного метода из полученной на выходе волны удаляется несущая частота. В методе САР частотное уплотнение (FDM) обеспечивает поддержку трех подканалов – телефонного канала (POTS), канала передачи нисходящего потока данных (downstream) и канала передачи восходящего потока данных (upstream).
Голосовые сигналы занимают стандартную полосу частот 0…4 кГц (см. рис.2). В методе САР осуществляется адаптация скорости передачи, исходя из состояния канала, путем модификации номера битов или цикла (т.е. размер созвездия + скорость передачи битов несущих в бодах). На это указывают различные пары несущих частот (например, 17 кГц и 136 кГц).
На рис.2 показан частотный спектр САР-модуляции. Поддерживается доступ в двух частотных диапазонах: 25-160 кГц для upstream и 240-1100 кГц (вплоть до 1,5 МГц) – для downstream.
3) Кодирование DMT (Discreate Multi - Tone modulation 0 дискретная многочастот- ная (многотоновая) модуляция) – метод передачи сигналов, в котором полная полоса пропускания делится между 255 поднесущими или подканалами с шириной полосы пропускания в 4 кГц каждая. Первый канал поднесущей используется для передачи традиционного голосового сигнала и сети POTS. Данные upstream обычно передаются по каналам 7-32 (26-128 кГц), а данные downstream – по каналам 33-250 (138-1100 кГц). В действительности, метод DMT является разновидностью уплотнения FDM. Поток входящих данных делится на N каналов, имеющих одинаковую пропускную способность, но разную среднюю частоту несущей. Использование нескольких каналов с узкой полосой пропускания дает следующие преимущества:
- какими бы ни были характеристики линии, все каналы остаются независимыми, поэтому их можно декодировать по отдельности;
- при использовании DMT коэффициент передачи подбирается таким образом, чтобы каждый канал при наличии шума мог функционировать независимо; в этом методе изменяется количество битов на подканал или тон. В результате снижается общее воздействие шума при импульсной помехе на постоянной частоте.
Основными характеристиками метода DMT являются:
На рис.3 показан частотный спектр для модуляции DMT.
Типовое включение абонентского оборудования для одновременного просмотра TV программ и доступа к Internet показано на рис.4.
Разделительный фильтр (частота разделения обычно располагается в диапазоне 6…8 МГц) иногда необоснованно называют сплиттером. По-существу, это частотный диплексер, в составе которого параллельно включены ФНЧ (фильтр нижних частот) и ФВЧ (фильтр верхних частот). В частности, такую схему проводки осуществляет компания “Стрим-ТВ”.
На рис.5,6 проиллюстрированы общие возможные схемы физической прокладки проводки в помещении клиента. На рис.5 в абонентском оборудовании (СРЕ – Customer Premises Equipment) имеются интегрированные разветвители сети POTS, а на рис.6 показана линия, которая разветвляется на устройстве NID (Network Interface Device - устройство сетевого интерфейса, обычно являющееся точкой входа в здание абонента. В этой точке локальная линия связи переходит в проводку здания). В последнем случае сигнал (см. рис.6), подаваемый на обычный телефон, проходит через ФНЧ, 
а элементы данных, подаваемых на ответвления, проходят через ФВЧ. Такой подход гарантирует, что в обоих случаях будут получены необходимые сигналы. Обе топологии используются в зависимости от того, где должна ветвиться линия и где физически будут размещаться провода.
Помехоустойчивость DSL оценивается по критерию частоты появления ошибки (BER – Bit Error Rate) BER≤10 -7 . При понижении S/N (Signal - to - Noise) в потоке данных появляется чрезмерное количество ошибок. Под запасом помехоустойчивости понимается разница в S/N (в dB) для реальной линии и для BER =10 -7 . При понижении S/N (Signal - to - Noise) в потоке данных появляется чрезмерное количество ошибок. Под запасом помехоустойчивости понимается разница в S/N (в dB) для реальной линии и для BER =10 -7 .
В любой момент времени в линии может изменяться как уровень сигнала, так и уровень шума, вследствие чего будет изменяться и реализуемое значение S/N. Отметим, что чем выше скорость передачи в канале DSL, тем ниже значение S/N, и чем ниже скорость передачи в канале DSL, тем выше S/N. Следовательно, предел помехоустойчивости будет ниже в более длинных кабелях (снижение уровня сигнала и увеличение шумов) или при более высокой скорости передачи в канале DSL.
Технология DSL с адаптацией скорости передачи (rate adaptive DSL - RADSL) – это технология, в которой скорость передачи корректируется так, чтобы можно было сохранять необходимое значение помехоустойчивости, что позволяет поддерживать значение BER ниже 10 -7 . Испытания показывают, что оптимальные значения запаса помехоустойчивости для служб DMT составляют по 6 dB как для downstream, так и для upstream. Не стоит конфигурировать службу DSL с запасом помехоустойчивости, превышающим оптимальное значение в силу того, что система для обеспечения указанного предела будет готовиться к соединению с очень низкой скоростью передачи данных по каналу DSL. Не следует также задавать и слишком низкое значение предела помехоустойчивости (например, 1 dB), т.к. незначительное увеличение уровня шума приведет к чрезмерному количеству ошибок и процессу повторной подготовки к установлению соединения на более низкой скорости передачи по каналу DSL.
Помехоустойчивость канала DSL увеличивается при сокращении расстояния (понижается уровень шума) и увеличении диаметра провода (снижаются потери). Разумеется, что увеличение уровня мощности в линии связи также увеличит S/N, но может привести к интерференции с сигналами других служб в этом же кабеле.
Исправление ошибок в прямом направлении (FEC – Forward Error Correction) осуществляется математически на принимающем конце канала передачи без запроса на повторную передачу ошибочных данных, что позволяет эффективно использовать пропускную способность для данных пользователя. Тем не менее отметим, что даже в ситуации, когда при передаче ошибки не возникает, использование метода FEC приводит к некоторому снижению пропускной способности, т.к. при этом добавляются ненужные служебные сигналы. Отношение числа исправленных ошибок к числу неисправленных показывает эффективность алгоритма исправления ошибок или относительную интенсивность ошибок. С применением метода FEC связано использование двух основных технологий: добавление байтов FEC и перемежение.
Байты FEC также называются контрольными байтами или избыточными байтами . Байты FEC добавляются к потоку данных пользователя, предоставляя тем самым возможность установить наличие ошибочных данных. Во многих системах можно выбрать следующее число байтов FEC: 0 (отсутствуют), 2, 4, 8, 12 или 16. Очевидно, что чем больше байтов FEC, тем больше эффективность исправления ошибок. Тем не менее, следует учитывать, что чем больше количество байтов FEC, тем бо льшая часть полосы пропускания канала связи будет занята только служебными сигналами, что очень не эффективно для малозашумленных каналов. Можно добавить, что 16 байтов на фрейм (204 – 16 = 188 байт полезной информации) на скорости передачи 256 кбит/с занимают в процентном отношении бо льшую часть полосы пропускания, чем тоже количество байтов FEC на скорости передачи 8 Мбит/с.
В большинстве систем служебные сигналы FEC выделяются и вычитаются из общего потока перед тем, как сообщать о скорости передачи в канале DSL. Таким образом, наблюдаемая скорость передачи в канале DSL – это, в действительности, доступная пользователю пропускная способность.
Перемежение – это процесс перестановки пользовательских данных в определенной последовательности, используемый с целью минимизации появления последовательных ошибок в алгоритме FEC Рида-Соломона (Reed - Solomon - RS) на принимающем конце канала. Эффективность использования алгоритма RS при возникновении единичных или разнесенных во времени ошибок (не идущих последовательно) оказывается выше.
Если в линии передачи на медном проводе возникает шумовой выброс, он может воздействовать на несколько последовательно расположенных битов данных, что приведет к появлению последовательно расположенных ошибочных битов. Поскольку в передатчике данные перемежаются, то при устранении перемежения данных в приемнике не только восстанавливается исходная последовательность битов, но и происходит разнесение ошибочных битов во времени (ошибочные биты появляются в различных байтах). Следовательно, ошибочные биты уже не идут последовательно, и процесс FEC с алгоритмом RS работает более эффективно.
Уровни мощности сигнала в каналах DSL значительно выше тех, которые применяются при передаче голосовых данных. Это объясняется тем обстоятельством, что погонное затухание телефонной линии очень быстро увеличивается с ростом частоты. Так, например, чтобы нормально принять сигнал на конце линии длиной 5…6 км, потребуется мощность порядка 15…20 dBm (дБмВт) – количество децибел (dB или дБ), отсчитываемых от мощности, равной одному милливатту, рассчитываемой на сопротивлении в 600 Ом.
Уровни мощности широкополосных сигналов обычно измеряют в dBm/Гц (дБмВт/Гц). Эту величину называют спектральной плотностью мощности (PSD – Power Spectral Density):
| PSD = P - 60 | (1) |
Формула (1) справедлива для полосы канала в 1 МГц, т.е. применима только к каналу ADSL.
Не вдаваясь в технические особенности констатируем, что на работоспособность DSL каналов играют следующие факторы:
Потери кабеля увеличиваются с ростом частоты, прежде всего, из-за емкостной проводимости, распределенной вдоль линии передачи (Y С = jω С ).
Заметим также, что сопротивление медного провода значительно изменяется при колебаниях температуры окружающей среды, особенно при прокладке кабелей по телеграфным столбам, когда они находятся на солнце. Следовательно, при некоторых топологических условиях характеристики DSL канала связи могут сильно изменяться в зависимости от времени суток. С ростом температуры сопротивление провода растет. Растут и потери. А с ростом сопротивления (и связанных с ним потерь) значение S/N уменьшается в силу уменьшения уровня сигнала.
Заключение
Технологию DSL можно считать полноправной технологией, которую можно использовать на участках “последней мили” для широкополосных сетей. В различных сценариях могут использоваться отдельные разновидности технологии DSL, что зависит преимущественно от требований к расстоянию и пропускной способности. Существует множество факторов, влияющих на качество соединения, и для того, чтобы улучшить скорость передачи данных по каналу DSL и запас отношения S/N, необходимо настраивать множество параметров. Решение кроется в понимании технологии и того, какие факторы какую роль играют в соединении.
Топологии сетей DSL у различных провайдеров услуг могут сильно отличаться, поэтому не стоит думать, что если абонентское оборудование (СРЕ) для сети DSL работает на одной несущей, то оно будет работать и на другой. У разных топологий есть свои преимущества и свои недостатки, но все топологии все же широко используются.
HDSL (High bit-rate DSL ) устоявшаяся высокоскоростная технология двухсторонней передачи данных с большой пропускной способностью по витой паре без ретрансляторов, обеспечивающая фиксированную скорость 1,544 или 2,048 Мбит/с (в Европе) в обоих направлениях.
Адаптивные варианты HDSL позволяют настраивать скорость обмена.
HDSL (стандарт G.991.1) считается одной из наиболее зрелых технологий xDSL.
Как правило, ей необходима четырехпроводная абонентская линия, она реализует симметричную дуплексную передачу данных по одной медной паре на расстояние порядка 4,5–6,5 км по кабелю UTP категории 3, использует линейное кодирование 2B1Q или, в более современном оборудовании, CAP.
HDSL часто применяется для реализации каналов передачи данных со скоростью T1/E1 по телефонным линиям, для организации межстанционных соединений цифровых или (совместно с мультиплексорами) аналоговых АТС, подключения учрежденческих АТС, уплотнения абонентских линий и организации абонентского выноса (совместно с мультиплексорами TDM), а также обеспечения доступа к высокоскоростным волоконно-оптическим трактам SDH или PDH, соединения локальных сетей или высокоскоростного доступа к сетям передачи данных, соединения узлов коммутации и базовых радиостанций сотовых сетей связи.
HDSL обеспечивает высокую скорость доступа в Internet, способна поддерживать работу сетевых приложений в реальном времени (Internet-телефония и др.).
Драйвер AMD Radeon Software Adrenalin Edition 19.9.2 Optional
Новая версия драйвера AMD Radeon Software Adrenalin Edition 19.9.2 Optional повышает производительность в игре «Borderlands 3» и добавляет поддержку технологии коррекции изображения Radeon Image Sharpening.
Накопительное обновление Windows 10 1903 KB4515384 (добавлено)
10 сентября 2019 г. Microsoft выпустила накопительное обновление для Windows 10 версии 1903 - KB4515384 с рядом улучшений безопасности и исправлением ошибки, которая нарушила работу Windows Search и вызвала высокую загрузку ЦП.
Драйвер Game Ready GeForce 436.30 WHQL
Компания NVIDIA выпустила пакет драйверов Game Ready GeForce 436.30 WHQL, который предназначен для оптимизации в играх: «Gears 5», «Borderlands 3» и «Call of Duty: Modern Warfare», «FIFA 20», «The Surge 2» и «Code Vein», исправляет ряд ошибок, замеченных в предыдущих релизах, и расширяет перечень дисплеев категории G-Sync Compatible.