УЗБЕКСКОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ

Ташкентский Университет Информационных Технологий

КАФЕДРА

СИСТЕМЫ ТЕЛЕМАТИКИ

Системы документальной электросвязи

«xDSL модемы»

Методические указания к практическим занятиям

для бакалавров по направлению 5522200 – «телекоммуникации»

Ташкент 2003

xDSL модемы

1. Цель занятия

Изучение современных xDSL модемов.

Изучение принципов построения сети доступа на базе xDSL модемов.

2. Домашнее задание

Изучить теоретический материал, приведенный в настоящем пособии и литературе.

Изучить преимущества и недостатки, присущие технологии xDSL.

Литература

1. О.М. Денисьева, Д.Г. Мирошников. Средства связи для последней мили. Москва, ЭКО-ТРЕНДЗ, 1998г.

2. И.Г. Бакланов. «Концепция системного внедрения оборудования «последней мили». Вестник связи №10, 11 за 1998 г.

3. Д. Арази. ADSL – высокоскоростной доступ к Internet и multimedia услугам. Вестник связи №11 за 1998 г.

4. А.В. Ивакин. Широкополосные услуги по системам ADSL. Вестник связи №2 за 1999 г.

5. С.В. Севостьянов. Модемы для качественной связи. Вестник связи №2 за 1999 г.

6. Д.Г. Мирошников. Технологии последней мили – сравнительный анализ. Вестник связи №10 за 1998 г.

7. Йоханссон. ADSL-lite: широкополосные услуги в массы. Сети и системы связи №7 за 1999 г.

Оглавление

	Введение		4
Глава_1.	Современные сети доступа для высокоскоростной передачи данных		6
1.1.	Архитектура построения современных сетей		6
1.2.	Решение проблемы «последней мили»		7
	1.2.1.	Понятие о «последней миле»	7
	1.2.2.	Методы решения проблемы «последней мили»	9
Глава_2.	Общие принципы технологии xDSL		21
2.1.	Разновидности технологий DSL		21
2.2.	Виды модуляции и их классификации		27
	2.2.1.	Технология 2B1Q	27
	2.2.2.	Технология CAP	29
	2.2.3.	Технология DMT	32
	2.2.4.	Технология TC-PAM	33
2.3.	Стандарты технологии xDSL		34
2.4.	Частотный разделитель для ADSL		39
2.5.	Варианты доступа		46
Глава_3.	Тестирование кабеля для служб xDSL		49
3.1.	Требования к медным кабелям		49
3.2.	Измерительные приборы и параметры		50
3.3.	Процедура тестирования		53
3.4.	Предварительные работы		53

Введение

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 DSL 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 DSL.

Впервые аббревиатура DSL была обнародована фирмой Bellcore (ныне Telcordia Technologies). Характеризует фирму уже то, что помимо DSL, Bellcore разработала такие технологии, как ATM и SONET. Переименование произошло в 1997 году и было одним из условий приобретения фирмы корпорацией SAIC (Science Applications International Corporation).

Расшифровывается DSL как Digital Subscriber Line (цифровая выделенная линия) и представляет собой различные способы передачи данных со скоростью, существенно превосходящей ISDN по уже существующим медным телефонным проводам на расстояние до 18 000 футов (5,4 км). Буква «x» означает, что на этом месте могут стоять различные уточняющие обозначения, например A, H, S, V и т.д. Объединяет все технологии DSL применение способов модуляции, например CAP (Carrierless Amplitude and Phase - амплитудно-фазовая с подавлением несущей) или FDM (Frequency Division Multiplexing - частотное мультиплексирование).

Изначально DSL разрабатывалась как технология для реализации видео по заказу и интерактивного ТВ. Началась гонка за предоставление скоростных каналов передачи цифровой информации, и единственной более или менее готовой технологией оказалась xDSL. Именно в ней телекоммуникационные фирмы видели способ удовлетворения растущей потребности в передаче большего количества данных, обусловленной взрывным ростом Интернета и Интернет-телефонии.

DSL является достаточно новой технологией, позволяющей значительно расширить полосу пропускания старых медных телефонных линий, соединяющих телефонные станции с индивидуальными абонентами. Любой абонент, пользующийся в настоящий момент обычной телефонной связью, имеет возможность с помощью технологии DSL значительно увеличить скорость своего соединения, например, с сетью Интернет. Следует помнить, что для организации линии DSL 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 DSL 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 DSL 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 потребностя

Глава 1. Современные сети доступа для высокоскоростной передачи данных

1.1. Архитектура построения современных сетей

Международная практика развитых стран показывает, что формирование единого информационного пространства является важным фактором, определяющим становление информационного общества. Технической базой современной информационной инфраструктуры является развитая телекоммуникационная инфраструктура. Важнейшим составляющими телекоммуникационной инфраструктуры является мощные транспортные сети телекоммуникации и сети доступа.

Для передачи разнородной информации желательно иметь единую сеть, способную транспортировать все виды информации, распределяя свои сетевые ресурсы на динамической основе оптимальным образом. В связи с этим в настоящее время во всем мире все шире используется двухуровневый принцип построения телекоммуникационных сетей (рис 1.1):

§ транспортный уровень;

§ уровень доступа.

Транспортный уровень практически реализуется в виде цифровой транспортной сети, которая обеспечивает предоставление для уровня сетей доступа цифровых каналов и цифровых трактов.

Служба – это совокупность услуг, предоставляемых пользователям при передаче определенных видов информации.

Общие требования к сети:

Сеть должна обеспечивать передачи данных с круглосуточным режимом функционирования.

Обладать достаточной надежностью, средствами контроля над производительностью, необходимыми для управления.

Сетевые элементы должны управляться из единого центра, который должен обеспечивать устойчивую и надежную связь между всеми обслуживаемыми точками сети.

Сеть должна иметь современные средства защиты от несанкционированного доступа.

Должна обеспечиваться возможность увеличения количества портов и пропускной способности сети добавлением оборудования.

Рис.1.1. Архитектура построения телекоммуникационных сетей

1.2. Решение проблемы «последней мили»

1.2.1. Понятие о «последней миле»

Термин «последняя миля» появился в отечественной технической литературе сравнительно недавно. Им обозначают участок сети от телефонной (коммутационной) станции до абонентских оконечных устройств. Другое обозначение того же понятия – сеть абонентского доступа. Оба определения берут свое начало от английских выражений ("Last Mile" и "Access Network"). Интерес к участку «последней мили» резко возрос в развитых странах в конце 80-х в начале 90-х годов, когда, с одной стороны стало ясно что одни лишь услуги аналоговой телефонии перестали удовлетворять пользователей, а, с другой стороны, прошла модернизация и цифровизация магистральных сетей и коммутационных станции позволившая обеспечить потребность в новых услугах. «Последняя миля» стала в этот момент «горлышком бутылки», сдерживавшим стремительное развитие услуг связи.

Однако уже в начале 90-х годов появились технологии, позволившие снять напряженность на участке доступа. Прежде всего, это гамма решений xDSL, давших новую жизнь медным абонентским линиям. Одновременно с модернизацией медных линий полным ходом шло развитие сетей абонентского доступа, основанных на использовании оптических кабелей и радиоканалов. К концу 90-х годов, то есть в наше время, наблюдается следующий виток спирали развития – во многих странах сети абонентского доступа развиты настолько, что легко могут обеспечить абоненту подключение на скоростях 2Мбит/с и выше. Однако оказывается, что магистральные сети сегодня уже не справляются с такими объемами данных. Так что очередь снова за модернизацией магистралей, теперь уже на основе ATM (Asynchronous Transmission Mode) и других широкополосных технологий.

Стремительное развитие узбекского рынка средств связи является следствием реструктуризации отрасли появлением значительного числа инвесторов и собственников средств связи. Одновременное развитие рыночных отношений в других сферах экономики привело к бурному росту числа предприятий различных форм собственности, а значит и росту числа новых абонентов (пользователей), преимущественно делового сектора. Такие абоненты, как правило, нуждаются не только в телефонной связи, но и в подключении к электронной почте, получении видеоконференцсвязи, услуг интеллектуальной сети и ISDN, доступе к сети Internet и всевозможным базам данных.

По планам развития ТфОП в ближайшее время предполагается ввод в эксплуатацию значительной номерной емкости за счет установки новых электронных (цифровых) коммутационных станции и замены устаревших АТС декадно-шаговой и координатной системы. На телефонных сетях при этом сохраняется также аналоговое коммутационное и каналообразующее оборудование. Поэтому новые технические средства, применяемые на так называемой «последней миле», должны быть пригодны для работы как с аналоговым, так и с цифровым оборудованием.

Рис. 1.2. Схема организации абонентского доступа на ГТС.

МУ – магистральный кабельный участок абонентской распределительной сети (выполняемый на многопарном кабеле 200-1200 пар).

РУ – распределительный участок (выполняется на 10-50 парном кабеле).

АП – абонентская проводка.

АБ – абонентский полукомплект.

ВП – внутренняя проводка в помещении абонента.

РШ – распределительный шкаф.

РК – распределительная коробка.

Значительную часть общих затрат на сооружение ГТС составляют затраты на абонентскую распределительную сеть (до 30%). Наиболее распространены следующие способы, позволяющие повысить эффективность использования АЛ, а также получить абонентам дополнительный доступ к телефонной и другим сетям (через ресурсы ТфОП):

1. спаренное включение телефонных аппаратов.

2. применение всевозможного каналообразующего оборудования.

3. организация выноса станционного оборудования в места концентрации абонентов.

4. безшнуровое подключение (радио доступ).

Построение абонентской распределительной сети в настоящее время, в основном, предусматривает включение в АТС двух проводных аналоговых и цифровых АЛ. На рис. 1.2. приведена схема организации абонентского доступа на ГТС, которая используется в настоящее время. Для организации доступа к АТС применяются многопарные кабели связи, которые, как правило, закапываются в специальной кабельной канализации.

1.2.2. Методы решения проблемы "последней мили"

Для решения проблемы абонентский доступ можно разделить на три категории, в зависимости от того, какой носитель (т.е. канал или среда передачи) используется для передачи данных.

К ним относятся:

· Витая пара телефонных проводов.

· Оптико-волоконные кабели (к этой категории также следует отнести системы, в которых вместе с оптико-волоконными кабелями используются также и коаксиальные кабели).

· Беспроводные системы (например, системы сотовой, радиорелейной или спутниковой связи).

Беспроводные системы доступа в сеть Интернет

Развитие беспроводных систем доступа идет в двух основных направлениях. Это спутниковые системы, наземные СВЧ-системы и системы персональной сотовой связи, которые позволяют обеспечить доступ мобильных пользователей.

Разумеется, каждое из этих средств имеет свои достоинства и недостатки.

Например, доступ в сеть Интернет может быть организован посредством существующей системы сотовой связи с использованием аналоговых модемов (модемов для передачи по телефонным каналам) (рис. 1.3). Так как каналы сотовой связи имеют достаточно узкую полосу частот, скорость передачи данных будет невелика (в процессе постепенного развития систем сотовой связи и усовершенствования технологий скорость передачи данных также постепенно росла от 9,6 Кбит/с до 19,2 Кбит/с). Определенного увеличения скорости передачи данных можно достичь за счет использования временно свободных каналов (по которым не ведутся телефонные разговоры).

Рис. 1.3. Доступ в сеть Интернет посредством систем сотовой связи.

Плюсы и минусы использования сотовой связи для доступа в сеть Интернет очевидны. Главное достоинство заключается в мобильности и возможности выхода в сеть Интернет из любого места, а не только из квартиры или офиса, которые с помощью кабеля привязаны к провайдеру. К недостаткам можно отнести достаточно высокую стоимость услуг сотовой связи, а также не стопроцентный охват территории компаниями сотовой связи и наличие зон неуверенной связи.

По мере того, как увеличивалась потребность в расширении количества линий междугородней связи, разрабатывались системы, способные удовлетворить такие потребности. Одной из таких систем были радиорелейные линии, в которых в качестве носителя сигнала использовался не кабель, а радиоканал. Работая на очень высоких частотах (диапазон СВЧ), одна радиорелейная линия способна поддерживать работу тысяч телефонных каналов и нескольких телевизионных каналов одновременно. Использование данного диапазона частот приводит к необходимости размещать ретрансляторы на небольшом расстоянии друг от  друга (до 30 километров) в  пределах прямой видимости (сверхвысокочастотный сигнал не может завернуть за угол или перепрыгнуть даже через небольшую горку). Необходимость строить через определенное расстояние ретрансляционные вышки с антеннами делает данную технологию достаточно дорогой при организации связи на большое расстояние. Эта технология может найти свое применение, например, для организации фиксированного радиодоступа  - высокоскоростной передачи данных между двумя зданиями (со скоростью от 2 Мбит/с и выше). Во многих случаях такое решение будет иметь меньшую стоимость по сравнению с прокладыванием между зданиями оптико-волоконного кабеля (например, в городах, где проложить кабель не всегда просто, или в том случае, когда эти здания разделяет река).

В условиях недостатка частотного ресурса были созданы, успешно применяются и развиваются беспроводные системы фиксированного доступа, работающие в инфракрасной области (на основе ИК светодиодов и полупроводниковых лазеров). Они обеспечивают рабочую дальность от 300 м до 1 – 3 км при скорости передачи до 155 Мбит/с. Все основные недостатки этих систем (сравнительно высокая стоимость и некоторая зависимость от погодных условий и загрязнения оптики) с лихвой окупаются отсутствием необходимости получения разрешения на использование радиочастоты, а также быстротой и простотой монтажа.

Однако, как ясно из  сказанного, все упомянутые выше системы фиксированного беспроводного доступа годятся только для организации связи между двумя объектами (соединение «точка-точка»). Поэтому следующим этапом развития систем фиксированного радиодоступа явилось создание таких протоколов обмена информацией между приемо-передатчиками, которые позволили организовать подключение многих объектов к одному (соединение «точка-многоточка»), что наиболее соответствует задачам организации доступа в Интернет (рис. 1.4). Кроме того, были созданы различные механизмы (например, пакетная передача, работа на изменяющейся частоте), которые позволили увеличить пропускную способность, скорость передачи и эффективность использования частотного ресурса.

Рис. 1.4. Фиксированный радиодоступ по принципу «точка – много точек».

Обеспечивая среднюю скорость передачи данных, системы данного типа позволяют организовать канал передачи на достаточно большое расстояние. В то же время подверженность внешним помехам и зависимость от географических условий (обязательная необходимость прямой видимости) делают применение таких систем не всегда целесообразным.

Для организации передачи данных используются и спутниковые системы. Причем варианты могут быть различными  - от низкоскоростных индивидуальных каналов для отдельных пользователей до высокоскоростных каналов, одновременный доступ к которым может иметь большое количество пользователей (коллективный доступ). В первом случае может применяться двунаправленный канал (но это по карману только очень богатым организациям). Во втором случае спутник служит только для передачи нисходящего потока данных, поступающих из сети Интернет к пользователю (рис. 1.5). Пользователю необходимо обязательно установить спутниковую антенну, СВЧ-ресивер и карту декодера прямо в персональный компьютер. Для организации восходящего потока данных (от пользователя в сеть Интернет) используется линия телефонной связи и модем.

Рис.1.5. Использование спутниковых систем для организации доступа к Интернет.

Спутник охватывает большую зону на поверхности Земли и является наиболее «широко охватывающей» технологией доступа в Интернет с географической точки зрения. Спутниковые системы доступа имеют не очень высокую скорость передачи данных (порядка 400 Кбит/с по направлению к пользователю) и работают не очень быстро. Представьте себе, что вы хотите загрузить какой-либо материал на экран вашего компьютера. Щелкнув на него мышью своего компьютера, вы подали сигнал запроса, который должен пройти по вашей телефонной линии, через провайдера и по обычному тракту в сети Интернет, а после ответа сигнал передается на спутник вверх и вниз, что в общей сложности составляет около 70 тысяч километров. Даже обладая скоростью света, данное средство доступа в Интернет остается достаточно медленным. Это особенно заметно при осуществлении двусторонней связи в режиме реального времени.

Несмотря на широкую зону охвата, спутниковые системы имеют ряд недостатков, связанных, в частности, с необходимостью приобретения и настройки достаточно дорогостоящего оборудования. Впрочем, существует целый ряд экстремальных ситуаций, когда невозможно организовать доступ в сеть Интернет никаким другим образом, кроме как через спутник (простой пример - корабль, находящийся посреди океана, тут простой морзянки уже недостаточно).

Оптико-волоконные и волоконно-коаксиальные системы

Оптико-волоконные и волоконно-коаксиальные системы изначально создавались для кабельного телевидения и передачи видеосигнала. Благодаря тому, что эти системы по определению являются широкополосными, разрабатывалась именно такая технология, которая позволила бы использовать данное преимущество для высокоскоростной передачи данных, в основном для организации доступа в Интернет частных пользователей.

Оптико-волоконные кабели, безусловно, можно считать наилучшим носителем для высокоскоростной передачи данных. В то время как обычные медные кабели позволяют использовать полосу частот в несколько мегагерц, системы передачи по оптико-волоконному кабелю могут использовать частоты в миллион раз выше. Это является еще одним подтверждением того, что основная разница между электромагнитными и световыми волнами заключается в частоте. Совершенно обычной для нашего времени уже является скорость передачи в 10 Гбит/с. При такой скорости передачи Большая Советская Энциклопедия может быть передана за считанные секунды. Конечно же, проложить оптико-волоконный кабель, относительно одного километра, значительно дороже, чем проложить медный кабель. Однако если пересчитать эту стоимость относительно возможностей кабеля (полоса частот, скорость передачи данных, количество передаваемых каналов - телефонных, телевизионных и других), то оптическое волокно находится вне конкуренции.

В то же время, если абонентская линия прокладывается прямо до квартиры или дома пользователя, т.е. когда по ней будет организовано максимум 2 или 3 канала передачи данных, такое удовольствие становится слишком дорогим. Трезво поразмыслив и просчитав все с экономической точки зрения, можно прийти к выводу: оптико-волоконная сеть должна прокладываться до тех пор, пока остается выгодной благодаря использованию всего частотного спектра (например, до многоквартирного или офисного здания с большим количеством потенциальных пользователей), а дальнейшая разводка должна выполняться с использованием медных носителей (коаксиальных кабелей или кабелей, состоящих из витых пар проводов) с использованием соответствующих технологий (например, xDSL, о чем будет еще рассказано ниже).

Коаксиальный кабель имеет значительно более широкую полосу пропускания, чем обычная витая пара, но меньшую, чем оптико-волоконный кабель. Он состоит из одного медного проводника, находящегося в центральной оси кабеля, который отделен от внешнего проводника, выполняющего роль экрана, изолятором из вспененного материала или другого диэлектрика. Благодаря такой конструкции коаксиальный кабель имеет широкую полосу пропускания, достаточную для передачи сигналов десятков телевизионных каналов (а каждый канал при этом занимает полосу частот 6 МГц). К  большому сожалению, использование коаксиальных кабелей имеет определенные ограничения, прежде всего базирующиеся на свойствах самого кабеля (например, каждый конец кабеля должен быть подключен на согласованную нагрузку, с кабелем при монтаже необходимо обращаться осторожно, чтобы при изгибе не повредить изоляцию между проводниками кабеля и не изменить его электрические характеристики), что оказывает свое влияние на использование таких кабелей.

За рубежом, особенно в Соединенных Штатах, где сети кабельного телевидения имеют высокий уровень развития и широкий охват, для организации доступа в Интернет используется несколько комбинированных кабельных систем, состоящих из оптико-волоконных и коаксиальных кабелей (две из  них для примера показаны на рисунках ниже).

Рис. 1.6. Работа кабельных модемов на сетях HFC кабельного телевидения.

(Передача только нисходящего потока данных).

На рис. 1.6 показана гибридная система кабельного телевидения, построенная на комбинации оптико-волоконных и коаксиальных кабелей. Данная система из-за определенных внутренних ограничений обеспечивает передачу только нисходящего потока данных (из сети Интернет к пользователю). По тем же зарубежным источникам, такие системы имеют полосу пропускания от 50 МГц до 550/750 МГц, которая поделена на каналы 6 МГц. Для передачи данных в нисходящем направлении используются кабельные модемы. При этом один видеоканал с номинальной полосой частот 6 МГц может использоваться для передачи данных из сети Интернет со скоростью до 30 Мбит/с. Восходящий сигнал (от пользователя в сеть Интернет) организуется по существующей телефонной линии с помощью аналогового модема или ISDN.

Рис. 1.7. Работа кабельных модемов на сетях HFC кабельного телевидения.

(Двунаправленная система КТВ - передача нисходящего и восходящего потока данных).

На рис. 1.7  показана система, позволяющая организовать высокоскоростную передачу данных в обоих направлениях. Такая двунаправленная система кабельного телевидения позволяет передавать нисходящий поток передачи данных в полосе частот от 50 МГц до 750 МГц, которая поделена на каналы 6 МГц. Полоса частот, выделенная для восходящего потока данных, делится между всеми пользователями, к которым проложен коаксиальный кабель. Обычно это частотный диапазон от 5 МГц до 40 МГц.

Один видеоканал, имеющий номинальную полосу частот 6 МГц, может использоваться для передачи данных из сети Интернет со скоростью до 30 Мбит/с. Общая скорость восходящего потока данных до 10 Мбит/с, но практикуемый метод коллективного использования в реальности для каждого отдельного пользователя дает гораздо меньшее значение.

Казалось бы, все хорошо. И почему  бы не развивать оптико-волоконную технологию доступа пользователей в сеть Интернет? Все очень просто - развитие оптико-волоконной техники и развертывание сетей оптико-волоконных кабелей является очень дорогим удовольствием. Особенно если сравнивать внедрение этой технологии с другими технологиями. Имеет ли смысл прокладывать новые дорогие линии связи до каждого пользователя, если подавляющая часть этих пользователей уже подключена как минимум к одной телекоммуникационной компании - телефонной. Гораздо целесообразней обратить свое основное внимание (не отставая при этом, разумеется, от технического прогресса) на то богатство, которое имеется у нас под ногами - кабельную телефонную сеть, состоящую из витых пар проводов.

Использование витой пары абонентских телефонных проводов для организации доступа в сеть Интернет

Витая пара телефонных проводов является главным (в нашем случае единственным) носителем, который в настоящее время используется для подключения всех абонентов (независимо от их юридического статуса) к оборудованию телефонной сети. Одно только это должно вызывать здоровый энтузиазм у разработчиков систем высокоскоростной передачи данных по данному носителю.

Каждый абонент телефонной сети имеет отдельную физическую пару проводов в кабеле, идущем от телефонной станции, которая соединяет его телефонный аппарат с коммутационным оборудованием, установленным на телефонной станции. Каждая пара в кабеле является витой (т.е. провода пары свиты друг с другом), что позволяет снизить нежелательные помехи. При осуществлении обычной телефонной связи каждая пара кабеля на абонентском участке кабельной сети поддерживает один голосовой канал. Также витые пары проводов используются для соединения персональных компьютеров в ЛВС (локальных сетях).

Существует три основных решения при организации доступа в сеть Интернет по витой паре абонентских телефонных проводов. Речь идет об аналоговых модемах, предназначенных специально для передачи данных по телефонным каналам, об ISDN и о технологиях, объединенных под общим названием xDSL.

Аналоговые модемы хорошо известны и понятны большинству пользователей современных домашних компьютеров (Рис.1.8). Принцип их работы основан на использовании диапазона голосовых частот витой пары абонентских телефонных проводов для передачи данных. Для этого используются технологии передачи, известные как «частотная манипуляция» и «квадратурная амплитудная модуляция». Аналоговый модем позволяет достигать скорости передачи данных до 56 Кбит/с.

Рис. 1.8. Доступ посредством аналоговых модемов.

Невысокая цена и совместимость практически с любой телефонной линией сделали аналоговые модемы основным выбором индивидуальных пользователей. К сожалению, скорость передачи аналогового модема в значительной мере зависит от качества телефонной линии и установленного соединения. Именно поэтому получить максимальную скорость передачи данных практически невозможно (обычно модем с заявленной скоростью в 33,6 Кбит/с позволяет работать со  скоростью 28,8 Кбит/с, в лучшем случае 31,2 Кбит/с). Непрофессиональные пользователи сети Интернет могут использовать и аналоговые модемы, но рано или поздно любой из них сталкивается с проблемами, связанными с низким качеством соединения и перегрузками телефонной сети общего пользования. Эта сеть, в своем существующем на данный момент виде, совершенно не предназначена для того, чтобы передавать трафик сети Интернет.

Более высокоскоростной альтернативой аналоговым модемам служит ISDN (Рис.1.9). ISDN (называемая цифровой сетью связи с интеграцией служб) представляет собой цифровую технологию, позволяющую передавать данные со скоростью 144 Кбит/с. Для этого используется схема кодирования 2В1Q. Скорость передачи данных 144 Кбит/с складывается из двух каналов В по 64 Кбит/с каждый, используемых для передачи голоса и данных, и одного служебного канала D 16 Кбит/с для передачи управляющих сигналов. Каналы В могут использоваться как два отдельных голосовых канала, два канала передачи данных со скоростью 64 Кбит/с, как два отдельных канала передачи голоса и данных, а также совместно для передачи данных со скоростью 128 Кбит/с.

Рис. 1.9. Доступ в сеть с помощью ISDN.

Технологии xDSL позволяют значительно увеличить скорость передачи данных по медным парам телефонных проводов, при этом не требуя глобальной модернизации абонентской кабельной сети. Именно возможность преобразования существующих телефонных линий, при условии проведения определенного объема подготовительных технических мероприятий, в высокоскоростные каналы передачи данных и является основным преимуществом технологий xDSL.

Данные технологии позволяют значительно расширить полосу пропускания медных абонентских телефонных линий. Любой абонент, пользующийся обычной телефонной связью, является потенциальным кандидатом на то, чтобы с помощью одной из технологий xDSL значительно увеличить скорость своего соединения с сетью Интернет. При этом предусмотрено и сохранение нормальной работы обычной телефонной связи, вне зависимости от «общения» пользователей с сетью Интернет (Рис.1.10).

Рис. 1.10. Использование технологии xDSL для доступа к сети.

Многообразие технологий xDSL позволяет пользователю (с учетом определенных ограничений, связанных с длиной и качеством абонентской линии) выбрать подходящую именно ему скорость передачи данных - от 32 Кбит/с до более чем 50 Мбит/с. Современные технологии xDSL дают возможность организовать высокоскоростной доступ в сеть Интернет для каждого индивидуального пользователя или каждого небольшого предприятия, превращая обычные телефонные кабели в высокоскоростные цифровые каналы.

xDSL включает в себя целый набор различных технологий, позволяющих организовать цифровую абонентскую линию, которые различаются по расстоянию, на которое передается сигнал, скорости передачи данных, а также по разнице в скоростях передачи «нисходящего» (от сети к пользователю) и «восходящего» (от пользователя в сеть) потока данных.

В табл. 1.1 приведены сравнительные характеристики способов решения проблемы «последней мили».

Табл. 1.1. Сравнительные характеристики способов решения проблемы «последней мили».

Способ организации абонентских линий	Пропускная способность и функциональность	Время установки	Стоимость
Уплотнение уже проложенных линий	+/-	+	+
Прокладка ВОЛС	+	-	-
Беспроводное подключение	+/-	+	+/-

Примечание:

Знаком (+) показано определенное преимущество способа перед другим,

знаком (–) – данный способ проигрывает по сравнению с другим.

Рис. 1.11. Три способа решения проблемы «последней мили»

BSC – контроллер базовой станции системы радиодоступа;

BS – базовая станция;

RTU – абонентский оконечный блок;

HDSL – оборудование цифровой абонентской линии;

OLT, ONU, ONT – линейные комплекты оптической системы передачи;

MUX – мультиплексор.

Таблица 1.2. Технологии доступа и их применение

Технология	Скорость	Дистанция (24 AWG провод)	Приложения
Кабельные модемы	Поток downstream: от 10 до 30 Мбит/с. Поток upstream: от 128 Кбит/с до 10 Мбит/с (разделяемая полоса пропускания)	35 - 40 км по коаксиальному кабелю (при использовании дополнительного оборудования дистанция может быть увеличена до 250 км).	Доступ в Internet
Фиксированная беспроводная связь (LMDS,MMDS, MVDS)	42 Мбит/с (разделяемая полоса пропускания)	10 - 80 км	Удаленный доступ к LAN и Internet/Intranet
Аналоговые модемы	56 Kбит/c (downstream) 28.8 или 33.6 Кбит/с (upstream)	Не ограничивается	Электронная почта удаленный доступ к LAN и сетям Internet/ Intranet
ISDN	До 128 Кбит/с (без сжатия) Полный дуплекс	6 км	Удаленный доступ к сетям Internet/Intranet и LAN, видео конференции, резервные линии связи для сетей Frame Relay и выделенных линии
xDSL	Данные по классификациям DSL приведены в табл. 2.3. на стр. 44

Рис. 1.13. Скорость передачи данных в зависимости от расстояния АЛ.

Таким образом, существуют разнообразные технологии для построения сетей абонентского доступа. Требовательные к полосе пропускания пользователи могут, например, выбрать фиксированные беспроводные сети или организовать доступ по оптоволоконным каналам. Однако для большинства приложений наиболее оптимальной с точки зрения соотношения цена/производительность все же остается технология xDSL.

Глава 2. Общие принципы технологии xDSL

2.1. Разновидности технологий DSL

Современный мир созрел для использования технологий DSL. 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 DSL 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 DSL.

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. DSL 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.

DSL 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.

DSL объединяет под своей крышей следующие технологии.

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.

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.

G.Lite (ADSL.Lite) представляет собой более дешёвый и простой в установке вариант технологии ADSL, обеспечивающий скорость «нисходящего» потока данных до 1,5 Мбит/с и скорость «восходящего» потока данных до 512 Кбит/с или по 256 Кбит/с в обоих направлениях.

IDSL (ISDN Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия IDSN).
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 DSL), в то время как ISDN требует установки соединения.

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 повторители. 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 HDSL2 является логическим результатом развития технологии HDSL. Данная технология обеспечивает характеристики, аналогичные технологии HDSL, но при этом использует только одну пару проводов.

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 3 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 HDSL2.

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. В симметричном режиме поддерживаются скорости до 26 Мбит/с. 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.

Технологии DSL, позволяющие передавать голос, данные и видеосигнал по существующей кабельной сети, состоящей из витых пар телефонных проводов, наилучшим образом отражают потребность пользователей в высокоскоростных системах передачи.

Во-первых, технологии DSL обеспечивают высокую скорость передачи данных. Различные варианты технологий DSL обеспечивают различную скорость передачи данных, но в любом случае эта скорость гораздо выше скорости самого быстрого аналогового модема.

Во-вторых, технологии DSL оставляют вам возможность пользоваться обычной телефонной связью, несмотря на то, что используют для своей работы абонентскую телефонную линию. Используя технологии DSL 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 DSL 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.

Преимущества и ограничения

Основным преимуществом технологий хDSL является использование существующих абонентских линий местной телефонной сети общего пользования для высокоскоростного доступа к услугам сети. Это позволяет сэкономить затраты на модернизацию сети абонентского доступа, которая является самым дорогостоящим элементом сети электросвязи.

В отличие от других технологий технология DSL не требует предварительного вложения больших средств. Некоторые другие технологии требуют больших предварительных затрат на создание кабельной инфраструктуры и установку станционного оборудования. Часто эти затраты представляют собой очень высокую и, к сожалению, фиксированную сумму, независимо от того, сколько пользователей изначально подключается к системе. Следовательно, такие системы очень критичны к тому, какой процент потенциальных пользователей воспользуется данной услугой.

С технической точки зрения гибридные коаксиально-оптические кабельные сети (HFC) имеют высокую информационную емкость, но данная емкость разделяется между всеми подключенными пользователями, что означает значительно меньшую скорость передачи данных для каждого отдельного пользователя. Кроме того, большинство кабельных сетей HFC предназначены для кабельного вещания и поэтому имеют возможность только односторонней передачи данных. Поэтому потребуется их модернизация (например, замена усилителей симплексной связи на усилители для дуплексной связи).

Использование технологий DSL на абонентской телефонной линии позволило превратить абонентскую кабельную сеть в часть сети высокоскоростной передачи данных. Телефонные компании получили возможность увеличить свои прибыли, используя существующую кабельную телефонную сеть для предоставления своим абонентам возможности высокоскоростной передачи данных по доступной цене.

Кроме обеспечения высокоскоростной передачи данных, технологии DSL являются эффективным средством организации многоканальных служб телефонной связи. С помощью технологии VoDSL (Voice-over-DSL/Голос по DSL) можно объединить большое количество каналов телефонной (голосовой) связи и передать их по одной абонентской линии, на которой установлено оборудование DSL.

Более того, широкополосные сети, построенные на базе технологии DSL, не ограничены только организацией многоканальной голосовой связи или высокоскоростной передачи данных. Они представляют собой базовую сеть для внедрения других служб, непременно требующих для своей работы широкой полосы частот. Приведем лишь несколько примеров.

Обеспечение доступа в сеть Интернет является одной из основных функций современных цифровых сетей. Ширина используемой полосы частот зависит от применяемой технологии высокоскоростной передачи данных.

Организация видеоконференций требует симметричной передачи данных. Так как при организации видеоконференций необходимо передавать и голос и видеосигнал, то такая служба требует наиболее широкой частотной полосы по сравнению с другими службами. При этом минимальная задержка в передаче или потеря части информации могут быть замечены немедленно.

Организация службы видео по запросу требует установки асимметричного соединения. Восходящий поток передачи данных (от пользователя в сеть) используется для передачи пользователем сигналов управления (таких, как воспроизведение, остановка, пауза, перемотка и т.п.). Нисходящий поток передачи данных используется для передачи пользователю запрошенного видеосигнала.

Сетевые игры обычно требуют использования не очень большой полосы частот (обычно это зависит от используемой игры), но при этом выдвигают достаточно жесткие требования к задержке. При этом очень часто все операции, необходимые для ведения игры, выполняются на компьютере одного из пользователей, а между сетью и другими участниками передается только та информация, которая касается именно этих участников.

Для обеспечения возможности организации новых служб сеть абонентских двухпроводных телефонных линий должен пройти определенный этап развития от аналоговой узкополосной сети, предназначенной для передачи только телефонных разговоров, до цифровой широкополосной сети, предназначенной не только для передачи голоса, но и для передачи данных и видеосигналов.

Вероятно, не существует таких технологий, внедрение которых не требовало бы решения определённых проблем. Это в полной мере относится и к технологиям xDSL. Традиционные абонентские линии местных телефонных сетей работают, как правило, уже многие десятки лет. Поэтому обязательной является предварительная оценка возможности работы этих линий на высоких частотах, соответствующих рабочим скоростям линий xDSL. В условиях массового внедрения технологий xDSL необходимы автоматизированные методы контроля пригодности существующих абонентских линий для высокоскоростного доступа к услугам сети. Существенной поддержкой в решении этой проблемы является наличие во многих модемах xDSL встроенных функций диагностики параметров используемых абонентских линий (таких, как затухание сигнала, коэффициент ошибок, запас по шумам и т.д.)

Сеть доступа представляет собой среду с внешними воздействиями, и большинство стандартов физического уровня для DSL-модемов включают все или некоторые из приведенных ниже основных требований, призванных обеспечить надежную передачу данных и  взаимодействие между оборудованием различных производителей.

· Тестирование абонентских линий — определение состава и топологии (для обеспечения достаточной глубины внедрения технологии).

· Перекрестные помехи и запас по помехоустойчивости в установившемся режиме (допустимость взаимодействия с другими линиями DSL в одном многопарном кабеле).

· Скорости передачи данных (линейная и только полезная нагрузка).

· Запас по устойчивости к импульсным помехам и шумам из-за переходных процессов (допустимость шумовых выбросов, например, при подаче вызывного звонка).

· Ограничения спектральной плотности мощности передатчика (для обеспечения спектральной совместимости и минимизации нежелательных излучений в радиочастотной области спектра).

· Потери на отражение (для обеспечения хорошего согласования линии и передачи мощности сигнала).

· Симметрия линейного интерфейса (для предотвращения проблем, связанных с электромагнитной совместимостью).

· Цикловая синхронизация и скремблирование данных (для предотвращения цикло-стационарного эффекта, например, линейчатого спектра).

· Время ожидания (для минимизации задержки, например, при передаче голосового трафика).

· Дрожание и смещение (для минимизации потери данных).

· Протоколы запуска (подтверждение установления связи).

· Временные ограничения горячего/холодного запуска (время, необходимое для синхронизации и достижения состояния надежной передачи — для минимизации времени неготовности линии).

· Линейное кодирование (для достижения эффективного соотношения бит/с к Гц).

· Режим одновременной двусторонней передачи (т.е. синхронизация, частота, эхоподавление).

· Упреждающая коррекция ошибок (для автоматической коррекции ошибок передачи на физическом уровне, без повышения нагрузки, связанной с повторной передачей данных, на протоколы более высокого уровня).

· Вложенные операции и обслуживание (для передачи информации, связанной с обслуживанием, например, качества обслуживания).

2.2. Виды модуляции и их классификации

Под модуляцией понимается процесс преобразования информационного сигнала в сигнал, предназначенный для передачи по линии. В простейшим случае для модуляции сигнала используется специальный высокочастотный сигнал определённой частоты, которая называется несущей. Процесс обратного преобразования модулированного сигнала называется демодуляцией. Основу оборудования xDSL составляет линейный тракт, то есть способ кодирования (или модуляции) цифрового потока для его передачи по медной линии. Технология xDSL предусматривает использование несколько технологий линейного кодирования - 2В1Q (2 binary, 1 quartenary), CAP (Carrierless Amplitude and Phase Modulation), DMT (Discrete Multi-tone) и TC-PAM. Все технологии основаны на цифровой обработке передаваемого и принимаемого сигналов так называемым сигнальным процессором и обладают рядом общих принципов. Так, для снижения частоты линейного сигнала, а следовательно повышения дальности работы, в технологии xDSL применена адаптивная эхокомпенсация. Суть ее состоит в том, что прием и передача ведутся в одном спектральном диапазоне, разделение сигналов осуществляет микропроцессор. Приемник модема xDSL как бы вычитает из линейного сигнала сигнал собственного передатчика и его эхо (сигнал, отраженный от дальнего конца кабеля или от места сочленения составного кабеля). Настройка системы xDSL под параметры каждой линии происходит автоматически, оборудование динамически адаптируется к параметрам каждого кабеля, поэтому при установке аппаратуры или ее переносе с одного участка на другой не требуется проведения каких-либо ручных настроек или регулировок.

Применение эхокомпенсации и снижение частоты линейного сигнала позволило вести передачу в обоих направлениях не только по одной паре, по и в одном кабеле, что также является ключевым преимуществом технологии xDSL перед применяемыми ранее методов линейного кодирования HDB3 или AMI. Напомним, что построенные до появления технологии DSL тракты Т1 или Е1, помимо установки множества линейных регенераторов (через каж. 1000-1500 м), требовали прокладки двух кабелей, в одном из которых все пары задействовались под передачу, а в другом - под прием.

2.2.1. Технология 2B1Q

Первой была разработана технология 2B1Q, которая остается широко распространенной в странах Западной Европы и США. Технология 2B1Q изначально использовалась в сетях ISDN для передачи потока 144 кбит/с (2B+D, BR ISDN). Затем она была модернизирована для передачи более высокоскоростных потоков. Код 2B1Q представляет собой модулированный сигнал, имеющий 4 уровня, то есть в каждый момент времени передается 2 бита информации (4 кодовых состояния). Спектр линейного сигнала симметричный и достаточно высокочастотный (см. рис. 2.1), присутствуют также низкочастотные и постоянная составляющие.

Рис.2.1. Технология 2B1Q.

Рассмотрим, как влияют на передачу кода 2B1Q различные факторы.

В городских условиях создается большое количество низкочастотных наводок, например при пуске мощных электрических машин (метро, трамваи и т.д.), электросварке, кроме того, в кабелях связи создается большое количество импульсных помех (набор номера, передача сигналов сигнализации и т.д.). Комплекты БИС (больших интегральных схем), реализующих технологию 2B1Q, используют достаточно сложные методы коррекции искажений в низкочастотной области спектра и обеспечивают удовлетворительное качество передачи. Вместе с тем кодирование 2B1Q все же остается чувствительным к искажениям, так как сигнал имеет постоянную составляющую, и более того, максимум энергетического спектра приходится на низкие частоты.

Большой разброс частот в спектре сигнала 2B1Q ведет к возникновению трудностей, связанных с групповым временем задержки. Микропроцессорная обработка, впрочем, помогает решить и эти проблемы, хотя алгоритм обработки сигнала существенно усложняется.

Серьезное 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 негативно сказывается при использовании аппаратуры HDSL для соединения студий и радиопередающих центров, а также при монтаже оборудования в помещениях или в непосредственной близости телерадиоцентров.

Спектр кода 2B1Q содержит высокочастотные составляющие, максимум энергии передается в первом "лепестке", ширина его пропорциональна скорости на линии. Как уже отмечалось, затухание сигнала в кабеле растет с увеличением его частоты, поэтому в зависимости от требуемой дальности применяется одна из трех скоростей линейного сигнала (784, 1168 или 2320 кбит/с). Технология 2В 1Q для передачи потока 2 Мбит/с использует одну, две или три пары медного кабеля. По каждой из пар передается часть потока (см. рис. 2) с вышеупомянутыми скоростями. Наибольшая дальность работы достигается при использовании трех пар (около 4 км по жиле 0,4 мм), наименьшая — при работе по одной паре (менее 2 км).

Ввиду того, что дистанция работы систем HDSL (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 широко используются, однако постепенно вытесняются системами, применяющими технологию САР (см. ниже) и обеспечивающими ту же дальность по двум парам. Из систем с кодированием 2B1Q наибольшее распространение имеют системы, работающие по двум парам. Их дальность работы (около 3 км по жиле 0,4 мм) обеспечивает подавляющее большинство задач доступа в странах Западной Европы и США, где длина АЛ в 80% случаев (данные Schmid Telecom AG) не превышает 3 км.

По мнению большинства экспертов, с технической точки зрения технология 2B1Q несколько уступает более поздней технологии линейного кодирования — САР (см. ниже). Однако в мире до сих пор производится большое количество оборудования, использующего 2B1Q. Почему? Ответ достаточно очевиден. Во-первых, длина абонентских линий в США и Западной Европе, как правило, достаточно небольшая, так что дальности 2B1Q вполне достаточно. Качество кабеля в вышеупомянутых регионах также достаточно высокое, что снижает влияние различных мешающих факторов. Во-вторых, важным достоинством технологии 2B1Q является ее дешевизна. Около десяти крупных производителей БИС поставляют комплексные решения для создания оборудования HDSL по технологии 2B1Q. Наличие конкуренции, естественно, положительно сказывается на цене микросхем и готовых модулей приемопередатчиков. По мнению зарубежных экспертов, технология 2B1Q становится все более и более "доступной": многие компании, даже не специализирующиеся на производстве оборудования xDSL, получат возможность быстро и дешево разработать собственное устройство или блок HDSL с использованием готовых решений (иногда целых HDSL модулей) от поставщиков БИС, таких, как Metalink, Brooktree (Rockwell), PairGain Technologies и др

2.2.2. Технология CAP

Что же касается стран Восточной Европы, Южной Америки, Азии, то ввиду большей длины абонентских и соединительных линий, более низкого, как правило, качества уложенных кабелей, большим спросом пользуются системы HDSL, базирующиеся на технологии CAP (Carrierless Amplitude and Phase Modulation) — амплитудно-фазовой модуляции без передачи несущей. Разработчик технологии — компания GlobeSpan (бывшая AT&T) — поставила себе целью создать узкополосную технологию линейного кодирования, нечувствительную к большинству внешних помех, что, как показывает опыт внедрения систем HDSL САР в мире и в России, вполне удалось.

Рис. 2.2. Технология CAP.

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 или 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. Соответственно 64-позицион-ной модуляционной диаграмме сигнал CAP-64 передает 6 бит информации в каждый момент времени, то есть в 16 раз больше по сравнению с 2B1Q. Модуляция CAP-128, применяемая в системах SDSL (2 Мбит/с по одной паре), 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, позволило избежать диапазонов спектра, наиболее подверженных различного рода помехам и искажениям. На рис. 2.2 показаны спектр и модуляционная диаграмма сигнала САР.

Для иллюстрации достоинств модуляции САР на рис. 2.3 наложены спектры сигналов с кодом HDB3 (технология, применяемая ранее для строительства линий Е1, в частности, используемая в линейных тактах систем типа ИКМ-30), 2B1Q и САР.

Из сравнительного анализа спектров видны положительные особенности систем HDSL, основанных на САР модуляции.

Рис. 2.3. Спектры сигналов HDB3, 2B1Q, CAP.

1. Максимальная дальность работы аппаратуры.

Как уже отмечалось, затухание в кабеле пропорционально частоте сигнала, поэтому сигнал САР, спектр которого не имеет составляющих выше 260 кГц, распространяется на большую дистанцию, чем сигнал с кодом 2B1Q или HDB3. В условиях, когда выходная мощность в системах HDSL ограничена стандартами (+13,5 дБ), а чувствительность приемника из-за шумов не может превышать -43 дБ, снижение частоты линейного сигнала увеличивает дальность работы систем HDSL САР по сравнению с 2B1Q. Для систем, работающих по двум парам (см. таблицу), выигрыш составляет 15—20% (для жилы 0,4—0,5 мм), для систем SDSL (работающих по одной паре) — 30...40%. Дальность передачи (без регенераторов), достигаемая в HDSL CAP, выше дальности работы линейного тракта ИКМ-30 (HDB-3) на 350—400%.

2. Высокая помехоустойчивость и нечувствительность к групповому времени задержки.

Ввиду отсутствия в спектре высокочастотных (свыше 260 кГц) и низкочастотных (ниже 40 кГц) составляющих, технология САР нечувствительна к высокочастотным наводкам (перекрестные помехи, радиоинтерференция) и импульсным шумам, так же как и к низкочастотным наводкам и искажениям, например, при пуске мощных электрических машин (ж/д, метро) или электросварке. Поскольку ширина спектра составляет лишь 200 кГц, не проявляются эффекты, вызываемые групповым временем задержки.

3. Минимальный уровень создаваемых помех и наводок на соседние пары.

Сигнал САР не вызывает интерференции (взаимовлияния) и помех в спектре обычного (аналогового) телефонного сигнала, так как в спектре нет составляющих ниже 4 кГц. Это снимает ограничения на использование соседних пар для обычных (аналоговых) абонентских или межстанционных соединений.

4. Совместимость с аппаратурой уплотнения, работающей по соседним парам.

Большинство аналоговых систем уплотнения абонентских и соединительных линий используют спектр до 1 МГц. 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.

2.2.3. Технология DMT

В последнее время все чаще применяется модуляция DMT (Discrete Multi Tone). Она описана в стандартах американского национального института по стандартизации ANSI Т'1.413 и ITU-T G.922.2. Если при модуляции САР используется одна несущая частота, пусть даже и подавленная, то в DMT формируется сразу 256 несущих с шагом в 4 кГц (Табл 2.1).

Табл. 2.1. Характеристики модуляции DMT.

Характеристика	Полноскоростная ADSL lite	ADSL lite
Полоса частот	1104 кГц	552 кГц
Разность несущих	4,3125 кГц	4,3125 кГц
Контрольный сигнал от узла связи	276 кГц (несущая 64)	276 кГц (несущая 64)
Размер блока БПФ	512 отсчета	256 отсчета
Префикс цикла	32 отсчета	16 отсчетов
Длина суперкадра	17 мс	17 мс
Номинальная длина блока	250 мс	250 мс
Максимальное число битов на несущую	15	Не менее 8

Примечание: БПФ – быстрое преобразование Фурье

Технология модуляции DMT разделяет полосу частот на подканалы, или несущие, причем каждая несущая рассматривается независимо от других.

Полная полоса частот ADSL составляет от 0 до 1104 кГц и разделяется на 256 несущих (4.3125 кГц каждая). Несущие от 0 до 5 резервируются для стандартной телефонной связи, а от 0 до 31 – для услуг ISDN (в том случае, когда услуги ADSL предоставляются вместе с ISDN).

2.2.3. Технология TС-PAM

Напомним, что история симметричных DSL-систем, работающих по одной паре, началась не в 1999 г., а много раньше. Уже в 1995 г. имелось множество продуктов, представлявших из себя «половину HDSL», обеспечивавших скорость до 1168 кбит/с по одной паре с технологией линейного кодирования 2В1Q. Однако широкого распространения они не нашли, так как "полпотока" мало кого интересовали. В 1998 —1999 гг. появились системы MSDSL, обеспечивающие скорость уже до 2 Мбит/с с технологией линейного кодирования САР. Они нашли широкое применение и в настоящий момент являются лидерами по объему продажи России (данные НТЦ НАТЕКС). Наконец, в 1999г. появились новые системы MDSL, обеспечивающие скорость до 2,3 Мбит/с с усовершенствованной технологией 2В1Q. Благодаря низкой цене поставщики DSL-технологий (данные «корпорации ЮНИ» и НТЦ НАТЕКС) прочат им самоё блестящее будущее.

Тем не менее, ни 2В1Q, ни САР не стали всемирным стандартом для одной пары. У обеих технологий есть серьезные недостатки. Во-первых, дальность их работы на скорости 2 Мбит/с недостаточна и не позволяет предоставлять услуги по 100% существующих абонентских пар. Во-вторых, ограниченная «спектральная совместимость» с другими технологиями, работающими в том же кабеле, (особенно для САР) не позволяет проводить широкое внедрение в «густо населенных» DSL-оборудованием районах.

Для массового применения требуются системы, «полностью совместимые» с другими (ISDN, HDSL и ADSL) при работе в одном кабеле и обеспечивающие дальность, достаточную для обслуживания подавляющего большинства абонентов. Модуляция ТС-РАМ, позволяющая решить обе задачи, стала тем рубежом, где «качество переходит в количество». То есть качественные показатели решения (дальность и хорошая электромагнитная совместимость) таковы, что ему практически гарантировано массовое внедрение. Именно поэтому ТС-РАМ и была выбрана МСЭ в качестве единого DSL-стандарта для всего мира (G.shdsl).

Основные характеристики модуляций САР и 2В1Q были достаточно подробно описаны выше. Необходимо лишь добавить, что совершенствование комплектов БИС для модуляции 2В1Q (для передачи по одной паре) практически свело на нет преимущества САР по дальности в условиях реальной шумовой обстановки и при работе на «тонких» кабелях с диаметром жилы 0,4 - 0,6 мм .

Остановимся на SDSL (G.shdsl). Как уже отмечалось, в данной технологии применен новый тип линейного кодирования, называемый ТС-РАМ. ТС-РАМ расшифровывается как Trellis Coded Pulse Amplitude Modulation (импульсная амплитудно-фазовая модуляция с кодированием треллис). Суть данного метода кодировки состоит в увеличении числа уровней (кодовых состояний) с 4 (как в 2В1Q) до 16 и применении специального механизма коррекции ошибок.

На рис 2.4. показаны спектры модуляции ТС-РАМ (G.shdsl) в сравнении с модуляцией 2В1Q. Для сравнения выбрана одинаковая линейная скорость - 768 кбит/с.

Сравнение энергетических спектров (PSD — Power Spectral-Density) показывает, что при размещении оборудования G.shdsl в одном кабеле, например с системой ADSL, наводки, вызванные ТС-РАМ кодом, будут меньше, чем для случая 2В1Q. Конкретнее, на нисходящий поток (от сети к абоненту) наводок не будет вовсе, а на восходящий (от абонента к сети) наводки будут незначительны. Что касается САР, то наводки от нее (ввиду значительно более высокого уровня передачи в диапазоне частот от 10 — 40 кГц до 150 — 260 кГц) делают практически невозможным применение на соседних парах другой (не САР) DSL-технологий.

Рис. 2.4. Энергетические спектры (PSD) для технологий 2B1Q и TC-PAM16

2.3. Стандарты технологии xDSL

Ведущими национальными организациями по разработке и внедрению телекоммуникационных стандартов в мире являются Американский Национальный Институт Стандартов ANSI и Eвропейский Институт Телекоммуникационных стандартов ETSI. Кроме того, как ANSI, так и ETSI принимают самое активное участие в разработке, апробации, согласовании и утверждении стандартов ITU-T. Кроме трёх указанных организаций активно работают в области стандартизации технологий xDSL Форум ADSL (ADSLF) и Рабочая Группа Универсальной ADSL (UAWG).

Рис. 2.5. Организации по стандартизации.

Ниже приводятся функции и результаты работы указанных организаций по стандартизации.

1.  ITU – T (МСЭ-Т).

Рекомендации ITU-T , касающиеся сетей абонентского доступа, изложены в рекомендациях ITU-T серий G, I, Q и Y. Рекомендации ITU-T, касающиеся технологий xDSL, как уже упоминалось, входят в раздел рекомендаций серии G. Основополагающей рекомендацией этого раздела, относящейся к абонентскому доступу, является рекомендация G.902 “Framework Recommendation on functional access networks (AN). Architecture and functions, access types, management and service node access”, посвящённая архитектуре сети доступа AN (Access Network), выполняемым ею функциям, видам доступа, техническому обслуживанию и назначению узла, предоставляющего услуги связи. Рекомендация G.902 была утверждена в ноябре 1995 г. Ведущей рабочей группой (Study Group - SG) по стандартизации абонентского доступа (в том числе и модемов xDSL) является SG 15.

В табл. 2.2. представлены рекомендации ITU-T, являющиеся практическими стандартами для семейства цифровых абонентских линий xDSL.

Обозначение рекомендации	Название рекомендации	Время утверждения	Примечание
G.960	Цифровая линия основного абонентского доступа (ISDN)	1993	Другое распростра-нённое название: интерфейс “ U ”
G.961	Цифровая система передачи по металлическому кабелю для основного абонентского доступа (ISDN)	1993
G.989.1	Приёмопередатчики по линиям телефонной сети. Основы.	01/2002	HPNA
G .982.2	Приёмопередатчики по линиям телефонной сети. Формат полезной нагрузки и требования к установке соединения.	11/2001 - предварит. редакция	HPNA
G.991.1	Приёмопередатчики высокоскоростной цифровой абонентской линии (HDSL)	10/1998	Наиболее распростра-нённое применение: эффективная замена первичных цифровых систем передачи типа Т1 или Е1 на соединительных лини-ях местных сетей, не требующая примене-ния промежуточных регенераторов
G.991.2 (G.shdsl)	Приёмопередатчики высокоскоростной цифровой абонентской линии, работающей по одной паре (SHDSL)	01/ 2002 (Amend.1 11/2001)
G .992.1 (G.dmt)	Приёмопередатчики асимметричной цифровой абонентской линии (ADSL)	07/19 99 (Corr.1 11/2001) (Corr .2 7/2002) (Annex H 10/2000)	“Интернационализированная” версия стандарта T 1.413. i 2
G .992.2 (G. lite)	Приёмопередатчики бессплиттерной цифровой абонентской линии (ADSL)	07/19 99 (Corr.1 07/2002)	Имеет меньшую пропускную способ-ность по сравнению с модемами G .992.1 и предназначена в первую очередь для массового рынка доступа к Интернет
G .992.3 (G.dmt.bis)	Приёмопередатчики асимметричной цифровой абонентской линии -2 (ADSL 2)	07/ 2002
G.992.4 (G. lite.bis)	Приёмопередатчики бессплиттерной цифровой абонентской линии -2 (ADSL 2)	07/ 2002
G.992.5	Приёмопередатчики асимметричной цифровой абонентской линии -2+ (ADSL2+)	01/2003
G.993.1	Высокоскоростная цифровая абонентская линия (VDSL). Основы.	11/2001	Начальная информация
G .994.1 (G.hs)	Процедуры подтверждения установления соединения приёмопередатчиков DSL	07/1999 – отменено 07/2002 – предв. ред.	Облегчает совместную работу модемов G .992.1 и G .992.2
G .995.1 (G.ref )	Обзор рекомендаций цифровой абонентской линии DSL	02/2001 (07/1999 – отменено)
G996.1 (G.test)	Процедуры тестирования оборудования цифровой абонентской линии DSL	02/2001 (07/1999 – отменено)
G997.1 (G.ploam)	Управление физическим уровнем приёмопередатчиков цифровой абонентской линии DSL	07/1999	Включает вопросы обеспечения бесперебойной работы, административные функции и эксплуатационное обслуживание модемов xDSL

2. ANSI.

В США Комитет ANSI T1 отвечает за национальные телекоммуникационные стандарты и участвует в работе МСЭ-Т по созданию международных стандартов.

Подкомитет Т1Е1 подкомитета Т1 ANSI занимается стандартами, относящимися к интерфейсам, пропускной способности и защите сетей.

Рабочая группа Т1Е1.4 подкомитета Т1Е1 отвечает за технологии DSL. Эта группа разработала первый стандарт ADSL, известный как Т1.413, основанный на использовании линейного кода DMT и одобренный в 1995 году. Этот стандарт выдержал ряд редакций, называемых версиями (issues). Последняя версия известна под названием “T1.413 Issue 2” или просто “Т1.413i2”. Она была одобрена в 1998 году. В 2001 году было выпущено дополнение к T 1.413-1998, озаглавленное T1.423a (определение идентификационного номера вендора ADSL).

Первая редакция Т1.413 стандарта ADSL содержала наиболее важные свойства и параметры модемов ADSL, включая эхокомпенсацию, модуляцию с использованием решётчатого кода, два канала задержки сигнала (dual latency), поддерживающих как чувствительный к задержке трафик (например, телефонный и интерактивное видео), так и нечувствительный к задержке трафик (например, трафик данных). Вторая редакция этого стандарта Т1.413i2 определяет дополнительные возможности ADSL (передачу эталонного синхросигнала, использование для транспортирования сигналов способов TDM и/или АТМ, а также режима сокращённого служебного заголовка)

Первая редакция T1.413 (Issue I) стандарта ADSL была ограничена одним интерфейсом в помещении пользователя (СРЕ). Вторая редакция этого стандарта T1.413i2 расширила возможности доступа пользователя путём введения в оборудование пользователя специального интерфейса мультиплексирования, протоколов конфигурации и управления сетью, а также целого ряда других улучшений.

В настоящее время рабочая группа Т1Е1.4 работает над 3-ей редакцией стандарта Т1.413, который учитывает требования международных стандартов (и в первую очередь рекомендаций МСЭ-Т G992.1 и G.992.2). Поэтому эта последняя редакция Т1Е1.4 13 имеет все основания претендовать на роль международного стандарта для технологий ADSL.

3. ETSI.

ETSI отвечает за разработку европейских телекоммуникационных стандартов и участвует в работе МСЭ-Т по созданию международных стандартов.

В ETSI имеется Технический комитет по технике передачи и мультиплексированию (ТМ), отвечающий за стандартизацию функций и характеристик транспортных сетей и их элементов. В его состав входит рабочая группа ТМ6, областью деятельности которой являются технологии хDSL. В частности, ETSI TM6 занимается адаптацией стандарта ANSI T1.413i2 к европейским условиям.

4. Форум ADSL (ADSLF).

Целью Форума ADSL является оказание помощи операторам связи и производителям оборудования доступа в эффективном развёртывании технологии ADSL как основного способа доступа массового пользователя к широкополосным сетевым услугам. Форум ADSL объединяет 340 членов, представляющих провайдеров услуг, производителей оборудования и провайдеров информации со всего мира.

Форум АТМ определил ADSL как физический уровень передачи по витой неэкранированной паре.

Форум ADSL был создан в 1994 году для продвижения на рынок телекоммуникаций концепции хDSL и облегчения развития архитектур протоколов и интерфейсов для основных приложений xDSL.

Работа Форума ADSL проводится в семи основных областях, каждая из которых имеет свою собственную рабочую группу:

1. ATM “поверх” (“over”) ADSL (включая транспортирование сигналов и аспекты архитектуры между оконечными терминалами (“end to end”).

2. Пакетная передача “поверх” ADSL (эта работа ещё не завершена).

3. Интерфейсы и конфигурации оборудования помещения пользователя (СРЕ) и оборудования ADSL местной АТС или узле доступа.

4. Нормальное функционирование и оперативное управление.

5. Управление сетью доступа.

6. Тестирование и обеспечение совместной работы оборудования различных производителей.

7. Поддержка рабочей группы, занимающейся изучением VDSL.

  Каждая рабочая группа первоначально создаёт так называемые “Рабочие тексты”, которые практически являются развёрнутыми планами работы группы. Результатом работы над этими развёрнутыми планами являются “Технические доклады” TR (Technical Report), которые далее должны быть рассмотрены и одобрены членами Форума ADSL. После этого TR становятся официальными документами, которые администрация Форума ADSL рассылает заинтересованным организациям. Форум ADSL поддерживает формальные связи с ключевыми организациями и рабочими группами, занимающимися разработкой стандартов, включая МСЭ-Т, Форум АТМ, ANSI T1.E1.4, ETSI TM6 и UAWG.

5. Рабочая группа универсальной ADSL (UAWG).

Рабочая группа универсальной ADSL была официально создана для решения следующих задач:

1. Разработки простого универсального международного стандарта при сильной поддержке производителями оборудования ADSL, известного в настоящее время как рекомендация ITU-T G.992.2.

2. Упрощения установки оборудования в помещении пользователя СРЕ путём отказа от использования дополнительных устройств и/или сохранения существующей кабельной проводки в СРЕ.

3. Обеспечения пропускной способности входящего направления передачи данных (“downstream”) по крайней мере в 25 раз большей, чем в случае стандартного телефонного модема.

4. Обеспечения работы модема ADSL в режиме постоянного включения (“always on”), что позволяет избежать требующих значительных затрат времени процедур установления соединения и разрешает использование новых классов приложений.

Ключевым решением участников UAWG было использование стандарта ANSI T1.413i2 и его модификации с целью разработки нового стандарта, оптимизирующего возможность массового высокоскоростного доступа к Интернет и реализации других приложений частных пользователей. Эта “более лёгкая” версия ADSL смогла обеспечить по приемлемой для массового пользователя цене достаточно высокую (в первую очередь для доступа в Интернет) пропускную способность до 1,5 Мбит/с в исходящем направлении (downstream) и до 512 кбит/с в восходящем направлении (upstream). Показателем высокой эффективности работы UAWG является её вклад в виде нескольких докладов рабочей группе SG-15 МСЭ-Т, позволивших провести ускоренную разработку упоминавшейся ранее рекомендации G.992.2 (G.Lite).

Важно отметить, что UAWG работает не на постоянной основе. По мере разрешения конкретной проблемы она прекращает своё существование. Проведённые UAWG разработки, особенно в направлении обеспечения совместной работы оборудования различных производителей, передаются Форуму ADSL.

2.4. Частотные разделители для ADSL

Большинство используемых в настоящее время медных телефонных линий прокладывались именно для обеспечения нормальной телефонной связи (и только для этого). То есть, если говорить проще, с целью передачи голоса. Те, кто хотел и хочет передавать данные по коммутируемым телефонным линиям, должны были приобрести (и приобретают до сих пор) модем, позволяющий конвертировать данные в аналоговый формат и передавать их по телефонной линии. Но, необходимость жить и вести свой бизнес в современном мире, значительно поднявшем планку требований к телекоммуникациям, неизбежно выливается в необходимость использования соответствующих технических возможностей. Все большее количество пользователей отдает предпочтение технологиям DSL (в частности, ADSL), позволяющим использовать существующую кабельную телефонную сеть для быстрой, экономичной и надежной передачи данных.

Впрочем, использование даже самых современных технологий ни в коей мере не сводит к нулю потребность в традиционном общении по телефону. К счастью, технология ADSL позволяет одновременно и передавать данные, и говорить по телефону, используя одну и ту же (во многих случаях единственную) телефонную линию. Доступная полоса пропускания медного телефонного кабеля разделяется на две, скажем мягко, неравные части — частоты до 4 кГц используются для традиционной телефонной связи, а вся остальная полоса используется для высокоскоростной передачи данных (рис. 2.6, 2.7). Использование новых возможностей медного телефонного кабеля равноценно обнаружению новой золотой (или медной, что более подходит к нашему случаю) жилы на давно заброшенном руднике. Голос и данные объединяются на абонентской стороне линии и разделяются на станционной стороне той же линии (и наоборот) с помощью специальных разделяющих устройств — сплиттеров (splitter) или частотных разделителей (которые мы в дальнейшем будем называть ЧР).

Рис. 2.6. Использование частотных разделителей на линиях ADSL.

Рис. 2.7. Пример ADSL с частотным уплотнением и сплиттером.

Внедрение новой надстройки на старом базисе неизбежно требует решения как технических, так и организационных вопросов. С технической стороны расширение использования телефонной линии меняет не слишком много. Объединяемые на абонентской стороне линии голос и данные передаются на станцию, где успешно разделяются. Голосовой сигнал направляется на коммутационное оборудование телефонной станции, а данные передаются на мультиплексор доступа DSL и затем в сеть передачи данных. С вопросами организационными все гораздо сложнее. Хорошо, если оператор местной связи, который обычно является владельцем кабельной телефонной сети, сам станет предоставлять услуги высокоскоростной передачи данных. Тогда и оборудование, и ответственность за его исправное функционирование целиком лягут на его плечи. Возможно, этот оператор не возьмет на себя бремя предоставления новых услуг, но будет достаточно расчетлив, чтобы за определенное вознаграждение допустить к своим залежам меди других операторов. Тогда коммутационное оборудование телефонной связи и оборудование передачи данных будут принадлежать разным владельцам (а кому будет принадлежать ЧР, еще предстоит выяснить). И кто будет в ответе перед абонентом — вот в чем вопрос.

Одновременное использование абонентской телефонной линии для традиционной телефонной связи и для высокоскоростной передачи данных всегда выдвигалось и выдвигается в число самых главных преимуществ технологии ADSL. Одним из ключевых устройств этой технологии и является ЧР, уже упоминавшийся выше несколько раз.

На самом деле ЧР представляет собой обычное электронное устройство — фильтр, имеющий три порта. Некоторые производители предлагают активные ЧР иногда даже встроенные в модем. Однако при использовании такого ЧР авария электропитания или отказ модема приведут к потере телефонной связи. Пассивный же ЧР поддерживает функционирование телефонной линии даже тогда, когда неисправен модем, потому что традиционный телефонный аппарат получает питание постоянного тока по абонентской телефонной линии. ЧР включает в себя фильтр нижних частот и фильтр верхних частот. Фильтр верхних частот представляет собой комбинацию устройств, находящихся на ЧР и модеме ADSL (обычно разделительные по постоянному току конденсаторы). Фильтр нижних частот, предназначенный для выделения голосового канала, как правило, находится на самом ЧР. Одной из основных функций ЧР  является фильтрация импульсных помех, создаваемых телефонным аппаратом и коммутационным оборудованием телефонной станции и способных помешать нормальной работе модема. С другой стороны осуществляется фильтрация высокочастотного сигнала модема ADSL, который может снизить качество работы традиционной телефонной связи. Большинство используемых на практике ЧР – пассивные. Это объясняется их более высокой надежностью, которая крайне необходима для обеспечения надежной телефонной связи.

Несмотря на кажущуюся простоту выполняемых ЧР функций, только хорошо продуманная его конструкция позволяет получить максимально высокие характеристики всей системы. Фильтр низкого качества может хорошо работать в одной полосе частот, в то же время значительно ухудшая все характеристики системы в другой частотной полосе. Простой пример. Если фильтр нижних частот, предназначенный для выделения голосового канала, имеет слишком низкую граничную частоту, он может отрицательно повлиять на характеристики факсимильного аппарата или модема V.90, снизив, например, скорость передачи данных. Если же неправильно подобраны разделительные конденсаторы фильтра верхних частот, это может в определенной мере уменьшить рабочее расстояние модема DSL.

Рабочие параметры системы определяются следующими характеристиками ЧР (рис. 2.8):

· минимальным вносимым затуханием в диапазоне частот 0  - 4 кГц и максимальными обратными потерями в том же частотном диапазоне;

· особенностями характеристики в переходной полосе частот (4 кГц - 16 кГц);

· максимальной симметрией линии;

· плоской амплитудно-частотной характеристикой в диапазоне голосовых частот и диапазоне ADSL;

· согласованием импеданса портов во всем диапазоне используемых частот;

· максимальной изоляцией между портами;

· минимальной задержкой сигнала в рабочем диапазоне частот;

· сопротивлением по постоянному току каждого тракта передачи сигнала;

· использованием подходящих конденсаторов, включая компенсацию перенапряжения из-за наличия индуктивности между контактами разъема;

· граничными частотами, необходимыми для поддержания факсимильной связи и работы модема V.90.

Рис. 2.8. Пример разделения спектра голосового сигнала и ADSL по ANSI T1.413

Не следует думать, что выбор подходящего ЧР  — это предельно простая задача. В обязательном порядке должны учитываться все технические стандарты, используемые в местной телефонной связи, а также технические характеристики кабельной сети.

Перед тем, как выбрать ЧР, необходимо точно знать, с кабелями какого типа и какими типами абонентских телефонных линий предстоит иметь дело. Использование ЧР неправильно выбранного типа на определенных абонентских линиях на кабелях с бумажной изоляцией, например, может привести к появлению серьезных задержек. Кроме того, перед тем, как заказать ЧР, необходимо четко понять и те ограничения, которые имеет оборудование DSL. Неправильный выбор может привести к появлению в цепи вашей системы откровенно слабого звена. При использовании пассивного ЧР должно быть выбрано оптимальное соотношение между вносимым затуханием и обратными потерями. Если затухание, вносимое фильтром нижних частот в частотном диапазоне xDSL, будет низким, это может привести к появлению таких проблем, как перекрестные помехи в тракте xDSL. Низкие обратные потери (особенно это относится к диапазону звуковых частот) могут привести к ухудшению рабочих характеристик факса или модема V.90. Обычно вносимое затухание считается более важным параметром по сравнению с обратными потерями. Возможность достижения высокой скорости передачи данных в диапазоне DSL, несомненно, перевешивает некоторое ухудшение характеристик в области звуковых частот. Небольшое уменьшение скорости передачи данных модема V.90 гораздо менее заметно, чем ухудшение характеристик xDSL.

Вернувшись к вопросам организационным, следует учитывать, что консервативные операторы местной телефонной связи, которые десятилетиями занимались только телефонной связью и ничем больше, очевидно захотят оставить контроль над разделительным оборудованием за собой. Ведь только это позволит им гарантировать качественное предоставление именно своих услуг и сохранить контроль над всей абонентской телефонной линией, от телефонного аппарата абонента до коммутационного оборудования телефонной станции. Что же касается операторов, предоставляющих услуги передачи данных по абонентской телефонной линии, то для них выгоды от наличия доступа к ЧР не так однозначны.

С одной стороны, не всегда удобно (как для оператора, так и для его пользователей) ждать реакции местных операторов в случае какой-либо неисправности или при необходимости внесения каких-либо изменений. Контроль над ЧР означает еще и легкий доступ к тестированию, которое необходимо для предварительной проверки абонентских линий (без этой проверки внедрение высокоскоростных технологий на кабельной телефонной сети потеряет большую долю эффективности), обслуживания и поиска неисправностей. Именно это может привлечь операторов передачи данных. Но оборотной стороной медали остается ответственность за все сигналы, которые проходят через ЧР. Кроме того, тестирование требует значительных капитальных вложений в оборудование, что приемлемо не для каждой компании.

С другой стороны, не на последнем месте стоит и вопрос ответственности за качественную работу телефонной связи. Наличие исправной телефонной связи очень часто является вопросом жизни или смерти. Операторы местной связи, взвалив на себя груз предоставления услуг телефонной связи, принимают на себя эту ответственность как часть своей деятельности. Когда же полный или частичный контроль переходит к другому оператору, последний должен разделить и эту ответственность.

Судя по мировому опыту, наиболее целесообразным для этих операторов является отказ от контроля над ЧР в пользу оператора телефонной связи взамен на договор о быстром реагировании на все возникающие заявки о неисправностях. К сожалению, в нашей стране возложить какие-либо дополнительные обязанности на местных операторов достаточно сложно и платить за все будет тот, кто предлагает новые услуги.

Из всего вышеизложенного можно сделать вывод, что ЧР, используемый при установке систем ADSL, не является предметом массового потребления, а требует тщательно продуманного подхода в каждом случае установки. Кроме того, он оказывает существенное влияние на технические и организационные аспекты использование телефонных кабельных линий. При выборе «правильного ЧР» обязательно следует учитывать несколько важных моментов.

По мере внедрения систем высокоскоростной передачи данных на абонентской кабельной сети на станции будет устанавливаться все большее количество оборудования, поэтому через какое-то время возникнет вопрос нехватки места для его установки. Чем больше портов имеет ЧР, тем меньше места в сумме будет занимать оборудование; поэтому при выборе ЧР следует учитывать количество портов каждого устройства.

Использованное оборудование должно соответствовать принятым стандартам. На практике часто приходится сталкиваться с кабельными линиями, проложенными десятки лет назад. Поэтому использование оборудования, соответствующего всем необходимым стандартам (а лучше превышающих эти стандарты), приносит гораздо меньше головной боли.

Технология ADSL позволяет системе адаптироваться к условиям работы. Она реагирует на разнообразные отрицательные внешние воздействия, например, на шумы, снижением скорости передачи данных. Чем меньше воздействие ЧР оказывает на сигнал, тем более высокими будут характеристики системы. Более высокие характеристики означают увеличение рабочего расстояния, а значит получение возможности обслуживания удаленных абонентов, что расширяет рынок предоставления услуги высокоскоростной передачи данных. Кто экономит на мелочах — тот проигрывает в целом.

Схема подключения ADSL модема с частотным разделителем и без частотного разделителя.

Сплиттер предназначен для обычных телефонных услуг и услуг ADSL. При его установке наводки от одной системы к другой должны пройти фильтры высоких (ВЧ) и низких (НЧ) частот (рис 2.8). Фильтры НЧ обеспечивают затухание более 75 дБ в полосе частот выше 30 кГц, где импульсные сигналы, в частности от вызывного генератора, напрямую попадают в приёмник ADSL. Также фильтры НЧ изолируют телефон по сопротивлению. Без него падение сопротивления телефона на высоких частотах (в диапазоне ADSL) при снятии трубки может быть очень большим - например, со 120 до 20 Ом, эквивалентно моментальному исчезновению одного км кабеля. Импульсный набор номера и вызывной сигнал телефона является источниками серьезных ошибок в канале передачи данных. Один из способов их недопущения изолировать телефонные аппараты с помощью микрофильтров, устанавливаемых непосредственно в телефонную розетку.

Устройства ADSL передают по линии сигналы мощностью примерно 100 мВт, в то время как телефонные аппараты рассчитаны на работу с сигналами 0,1 мВт. Входные цепи телефона могут иметь нелинейные характеристики, поэтому при прохождении по ним высокочастотных сигналов возможно появление низкочастотных составляющих. Следовательно, если отсутствуют фильтры НЧ, которые изолируют телефонный аппарат от высокочастотного сигнала, после прохождения через нелинейности в телефонном аппарате сигнал ADSL может появиться в речевой полосе.

Рис. 2.9. Использование фильтров при работе системы ADSL

Рис 2.10. Различные варианты установки модемов ADSL lite

2.5. Варианты доступа

На сегодняшний день на мировом рынке сформировались два подхода:

· индивидуальный доступ абонентов (оборудование доступа и точка концентрации трафика - на узле связи);

· коллективный доступ абонентов (оборудование доступа и точка концентрации трафика - в здании абонентов).

Индивидуальный доступ (рис.2.11) реализуется на основе xDSL технологий (ADSL, G.shdsl, VDSL для абонентских ГТС и IDSL, HDSL, MSDSL для выделенных линий), развертываемых на базе всех участков существующей абонентской проводки ГТС (табл 2.3).

Этой особенностью и объясняется ряд серьезных недостатков индивидуального доступа, существенно затрудняющих его внедрение:

o зависимость от качества линий,

o чувствительность к длине линии,

o проблемы с перекрестными помехами при росте числа абонентов,

o высокая стоимость оборудования,

o высокие затраты на монтаж (требуется кондиционирование абонентских линий и модернизация абонентской проводки),

o высокие затраты на маркетинг,

o и, как следствие, высокая абонентская плата.

Таблица 2.3. Технологии индивидуального доступа.

Технология	Скорость передачи	Дальность	Топология/Среда
IDSL	128 Kbps	~ 12 км	Точка-точка или звезда / UTP Cat.3
HDSL	2 Mbps	~ 6,5 км	Точка-точка / UTP Cat.3
SDSL (G.shdsl)	2 Mbps – 144 Kbps	~ 6 км	Точка-точка или звезда / UTP Cat.3
MSDSL	2 Mbps – 144 Kbps	~ 6,5 км	Точка-точка / UTP Cat.3
ADSL	1 Mbps u/s, 8 Mbps d/s	~ 5,5 км	Звезда / UTP Cat.3
VDSL	6,4 Mbps u/s, 52 Mbps d/s	~ 1,5 км	Звезда / UTP Cat.3

Примечание: UTP Cat.3 – неэкранированная витая пара категории 3.

В качестве реакции на перечисленные проблемы производители выдвинули концепцию коллективного доступа (англоязычное название: MTU/MDU - Multi Tenant/Dwelling Unit), в основе которой лежит идея приближения точки концентрации трафика к месту скопления действующих и вероятных абонентов (рис. 2.12) или, другими словами, установки концентратора непосредственно в жилых зданиях или офисных комплексах. Этот сектор рынка систем широкополосного абонентского доступа является сегодня самым быстрорастущим и самым инновационным. Оборудование, созданное в рамках концепций коллективного доступа создано и уже более трех лет широко используется, непрерывно совершенствуясь.

Рис. 2.11. Организация индивидуального доступа на примере ADSL

(используется существующая телефонная сеть здания - витая пара категории 3).

Рис. 2.12. Организация коллективного доступа на базе xDSL технологий

(используется существующая телефонная сеть здания - витая пара категории 3).

Успех систем коллективного доступа обусловлен широким спектром достоинств при почти полном отсутствии недостатков. К числу уникальных положительных черт систем коллективного доступа относятся: низкая стоимость оборудования (благодаря существенному упрощению схемотехники), высокая надежность сетевых решений (ввиду снижения количества оборудования), низкие требования к среде передачи, минимальные затраты на монтаж и эксплуатацию, простота маркетинга (работа ведется с группами пользователей), возможность использования существующей инфраструктуры ГТС, низкая абонентская плата. Среди недостатков же можно отметить лишь тот факт, что полоса пропускания не принадлежит пользователю целиком и, в связи с этим, возможны проблемы с QoS. Но сегодня эти недостатки в той или иной мере присущи любым системам доступа.

Зато, стремление использовать коллективный способ доступа хорошо мотивировано.

Для абонента это:

§ желание получить сравнительно скоростной (64 Kbps -1024 Mbps), но недорогой канал,

§ желание иметь постоянное соединение при свободной телефонной линии,

§ угроза введения повременной оплаты телефонной связи.

Для хозяина здания это:

§ надежный источник постоянных дополнительных доходов (в виде комиссии от операторов связи),

§ повышение привлекательности жилья,

§ хорошо защищенные и эффективные инвестиции в инфраструктуру здания.

Для оператора это:

§ существенное уменьшение субъектов бизнес-процесса (проще иметь дело с одним хозяином, чем с 100 абонентами),

§ эксклюзивность, поддержанная заинтересованностью хозяина жилья (выплатой ему комиссии),

§ простота подключения новых абонентов (5 мин при полной подготовке здания, 30 мин при частичной подготовке здания),

§ хорошо защищенные и эффективные инвестиции (плюс перспективы IP-телефонии для междугороднего и международного доступа).

Оборудование для коллективного доступа абонентов также использует xDSL технологии: SDSL, VDSL, HomePNA, V-thernet для абонентских линий ГТС и HomePNA, V-thernet для выделенных линий (табл. 2). Однако, существенное отличие оборудования заключается в том, что оно изначально ориентировано на установку в здании, а не на узле связи. Следует сразу отметить, что недоступность абонентских шлейфов не является непреодолимым препятствием - даже при использовании наложенной кабельной сети в здании экономика решения не пострадает при правильном выборе технологии и оборудования.

Таблица 2.4. Технологии коллективного доступа.

Технология	Скорость передачи	Дальность	Топология / Среда
10Base-T	10 Mbps	90 m	звезда / UTP Cat.5
SDSL	2Мbps - 144 Kbps	~1,5 км	звезда / UTP Cat.3
HomePNA 1.0	1 Mbps	300 m	звезда, шина, точка-точка / Любая
HomePNA 2.0	10 Mbps	500 m	звезда, шина, точка-точка / Любая
V-thernet	10/13 Mbps или 3 Mbps u/s, 52 Mbps d/s	~ 1,5 км	Точка-точка или звезда / UTP Cat.3
VDSL	6,4 Mbps u/s, 52 Mbps d/s	~ 1,5 км	звезда / UTP Cat.3

Таким образом, для того чтобы понять общие принципы технологии xDSL и  определить области их  практического применения, следует понять, чем эти технологии различаются. Для этого необходимо знать соотношение между расстоянием, на которое передается сигнал, и скоростью передачи данных, методы модуляции и их классификации, а также разницу в скоростях передачи «нисходящего» (от сети к пользователю) и  «восходящего» (от  пользователя в  сеть) потока данных.

Глава 3. Тестирование кабеля для служб xDSL

3.1. Требования к медным кабелям

В документе ETSI Technical Report (ETR) 152 констатируется, что для использования в качестве основы каналов HDSL медные линии связи должны соответствовать целому ряду исходных требований. В частности, не допускаются установка на линиях пупиновских катушек (coils), а сами линии должны состоять либо из витых пар, либо из витых четверок проводов, причем индивидуальные витые пары не следует заключать в защитный экран. В этом документе приводится также требования к пороговым значениям таких параметров, как затухание (потери) в линии, групповая задержка, перекрестные паводки на ближнем конце (NEXT), шумы и сбалансированность сигналов в кабелях (см. табл 3.1).

В рекомендациях ANSI на каналы ADSL (ANSI Recommendation for ADSL) к кабельным линиям предъявляются лишь два требования:

первое — отношение мощности основного и отраженного сигнала в линиях связи, работающих на нагрузку сопротивлением 100 Ом, в диапазоне частот 30 – 1100кГц, должно быть более 10 дБ;

второе — коэффициент сбалансированности сигналов в диапазоне частот 20 – 1100 кГц должен быть более 40 дБ.

Однако, как говорят сами производители модемов, разработавшие эти рекомендации указанные в них цифры служат лишь ориентировочными нормативными при тестировании модемов. Изучив обширные эмпирические данные, накопленные различными пользователями, специалисты компании Wavetek Wandel Goltermann (WWG) пришли к выводу, что для успешного внедрения технологий xDSL необходимо измерить целый ряд линейных параметров. О них-то и пойдет речь в, этой главе.

Табл. 3.1. Нормы на параметры кабельных линии, используемых для систем HDSL.

Параметр	Частота, кГц	Норма
Потери в линии	150	Меньше 27 Дб (две витые пары)
		Меньше 31 Дб (три витые пары)
Групповая задержка	150	Меньше 50 мкс
Ослабление NEXT (a NEXT)	150	Больше 53 Дб
Шумы (UN)	0.32-1 1-10	Меньше 100 мкВ/МГц Меньше (100 мкВ/МГц)/(f/кГц)
	10-1500	Меньше 10 мкВ/МГц
Сбалансированность сигналов (Usb)	150-1500	Лучше 38,39 дБ-5lg(f/МГц)

3.2. Измерительные приборы и параметры

Все эти параметры можно измерять с помощью «классических» измерителей уровня мощности, что, однако, совсем не просто. Необходимо заранее установить пороговые значения параметров, частоту пли частотный диапазон измерений, значения оконечной нагрузки линии и полосы пропускания фильтра. Если используются мостовые методы измерений, то набор тестовых параметров должен быть нормализован. Чтобы упростить столь трудоемкую процедуру тестирования, компания WWG разработала специальные тестеры для абонентских линий SLT-11 и SLT-22 позволяющие измерять все необходимые для внедрения систем xDSL параметры линии связи в диапазоне частот до 2МГц. В дополнение к тестированию линии HDSL, ADSL и SDSL эти приборы также можно использовать для измерений параметров интерфейсов базового (BRI) и первичного (PRI) доступа ISDN, каналов ИКМ с пропускной способностью до 2 Мбит/с и конечно же каналов обычной аналоговой телефонии.

В прошлом трудно было найти тестеры подобного класса, которые могли бы дистанционно управлять друг другом. Тестировать линии приходилось вдвоем: один техник работал c генератором тестовых импульсов, а другой - с приемником. Чтобы упростить процедуру тестирования и тем самым снизить продолжительность и стоимость измерений, фирма WWG реализовала в своих тестерах SLT возможность дистанционного управления. Один тестер SLT используется в качестве ведущего и контролирует удаленный прибор SLT, а тот, в свою очередь, возвращает результаты тестирования ведущему устройству.

Обычно телефонные кабели состоят из 20, 50 и большего числа витых пар. Поэтому после подключения тестера SLT к удаленному концу выбранной пары следует, прежде всего, найти второй конец этой пары. Индикацией контакта с правильно найденной парой является звуковой сигнал локального тестера SLT. Эта функция тестеров называется идентификацией пары.

Потери в линии (line loss) представляют собой разность двух уровней: максимального уровня выходной мощности источника сигналов (Р_{0 МАХ}) и уровня мощности на дальнем конце линии (P_R). Таким образом, потери в линий рассчитываются по формуле а [дБ] = Р_{0 МАХ} [дБм] -P_R [дБм]. Если измерить их для некоторого ряда фиксированных частот, мы получим частотную зависимость затухания, или частотную характеристику линии.

Разные технологии xDSL в различных режимах передачи информации могут использовать неодинаковое число витых пар. Если для передачи данных на базе технологи HDSL требуются, как правило, две или три пары (иногда — одна или четыре), то системы ADSL всегда задействуют всего одну пару. Когда для организации канала передачи данных используется более одной витой пары, в игру вступает такой важный параметр, как ослабление перекрестных наводок на ближнем конце (NEXT attenuation – a NEXT). Величина – a NEXT определяется как разность между уровнем выходного сигнала (Р_{0 МАХ}), вводимого в первую витую пару, и уровнем наводки (P_R) на конце второй пары, обусловленной электромагнитной связью между, парами. Сигнал перекрестной наводки может приводить к ложному считыванию информационных сигналов, передаваемых по витой паре. Методика измерения параметра a NEXT аналогична используемой для определения потерь в линии, с той лишь разницей, что для определения a NEXT измеряется уровень наведенной помехи P_R на ближнем конце второй линии. Дальние концы обеих линий должны быть нагружены на сопротивления, эквивалентные импедансу модемов. Этот параметр необходимо измерять для обоих концов линии. Некоторые производители модемов для оценки длины линии связи, а следовательно, и косвенного определения потерь в линии предложили использовать такой параметр, как ее сопротивление. Исходным допущением при этом является известное значение поперечного сечения, жил, которое должно оставаться неизменным на протяжении всей длины линии. К сожалению, это допущение не всегда выполняется для старых, проложенных много лет назад линий связи.

Импульсные шумы возникают в линиях связи, переключаемых в пролегающих рядом, силовых кабелях. Эти шумы принято оценивать числом импульсов с амплитудой выше заданного порогового напряжения, которые появляются, в течение определенного интервала времени. В рекомендациях на системы xDSL ничего не говорится о допустимых значениях этого параметра. Однако в документе ETR 152 предлагается методика оценки реакции модемов на импульсные помехи. Она основана на следующем допущении: при передаче данных по двухпарной линии связи тестовый импульс заданной формы, имеющий на входе модема размах 320 мВ (peak-to-peak value) и частоту повторения 10 Гц, не может привести к частоте битовых ошибок выше 4,5 ∙ 10^-4. Это положение является отправной точкой для определения допустимого числа и величины импульсов на линиях связи.

Старые линии связи очень часто состоят из сегментов, отличающихся один от другого диаметром жил витых пар, материалом их изоляционного покрытия и шагом скрутки. Сегодня, когда требуются все более высокие скорости передачи данных, точки сопряжения таких сегментов создают серьезные проблемы, обусловленные неоднородностями волнового сопротивления и вызываемыми ими отражениями. При использовании дуплексных методов передачи происходит следующее: передаваемый в прямом направлении полезный сигнал в точках стыка сегментов претерпевает частичное отражение; отраженный сигнал, распространяясь в обратном направлении, накладывается на передаваемый в этом же направлении полезный сигнал. Современные модемы имеют неплохие средства подавления эха, но тем не менее возможности их еще ограничены. Приемник не в состоянии справиться с мощными отраженными сигналами, а это приводит к возникновению ошибок при декодировании полезного информационного сигнала. Столкнувшись с неподдающимися объяснению ошибками на линии, опробуйте локализовать неоднородности в кабелях с помощью функции рефлектометра TDR (Time-Domain Reflectometer). Генератор прибора вводит в линию короткий, но достаточно мощный тестовый импульс, теоретически включающий полный частотный спектр. В точке неоднородности волнового сопротивления линии происходит частичное отражение этого импульса (рис.3.3.) Доля энергии отраженного сигнала зависит от степени рассогласования волновых сопротивлений кабелей в точке их соединения.

Интервал времени между моментом подачи тестового импульса и приема отраженного сигнала зависит от расстояния между точками входа и отражения сигнала. Тестер SLT-11 способен регистрировать три наиболее крупные точки неоднородности линии.

При слишком больших наводках тот же самый подход можно использовать для обнаружения участков линии, в которых они наиболее сильны. Согласно методу XTDR (где X означает «cross» — первая часть слова crosstalk), на вход первой витой пары подается тестовый импульс, а на ближнем конце второй регистрируется сигнал перекрестной наводки (рис. 3.4). Амплитуда этого сигнала, и время его задержки по отношению к тестовому позволяют установить место и силу «очага» перекрестных наводок.

Оба упомянутых выше тестера (SLT-11 и SLT-22) позволяют измерять все описанные выше параметры. Прибор SLT-22 к тому же способен измерять и перекрестные наводки на дальнем конце (FEХТ). При измерении (в отличие от NEXT) уровень наводимых на вторую пару помех определяется на дальне, конце линии. Параметр FEXT характеризует уровень помех, наводимый на приемную сторону второй пары сигналом, который посылает передатчик первой пары. Этот параметр особенно важно учитывать при работе двухпарпым линиям HDSL.

Различные внешние источники электромагнитного излучения могут создавать в линиях связи широкополосные шумы, спектр которых попадает в область рабочих частот модемов xDSL, а значит, эти шумы способны существенно влиять на качество передачи данных. Тестер SLT-22 измеряет среднеквадратичное значение этих шумов в полосе частот, характерной для технологий xDSL. Сравнение амплитуды широкополосного сигнала с измеренным среднеквадратичным значением шумов позволяет судить о том, могут ли последние привести к сбоям на линии.

Рис 3.3. Локализация точек неоднородностей.

Если методика TDR, описанная выше, относится к измерениям во временной области, то возвратные потери определяются путем измерений в частотной области. Коэффициентом отражения г называется отношение амплитуды возвращаемой волны напряжения U"2, отражаемой на выходе линии вследствие рассогласования волновых сопротивлений Z0 и Z, к амплитуде выходной волны напряжения U'2. Его можно также выразить через входной импеданс линии Zi и импеданс источника Z, величины которых связаны с отношением U0/Ui. Уровень возвратных потерь aR равен 20-кратному логарифму отношения U0/Ui. Описанная здесь методика позволяет определить величину рассогласования линии на ее границах.

Рис 3.4. Участок с наиболее сильными перекрестными наводками.

3.3. Процедура тестирования.

Чтобы упростить процедуру проведения перечисленных выше измерений, все установочные параметры необходимые для начальной настройки тестовой системы (например, диапазон частот, пороги измеряемых величин, значения оконечных нагрузок и ограничивающих фильтров, группируются и хранятся отдельно для каждого конкретного приложения (HDSL-2P, ADSL-DMT, ISDN-PRI и т. д.). Выбрав подходящую группу параметров (из 10 возможных), тестер SLT-22 можно настроить всего одним нажатием клавиши. Еще одно нажатие клавиши и процедура тестирования запущена. (Тестер SLT-11 способен хранить лишь одну группу установочных параметров). Память прибора SLT-22 позволяет сохранять результаты, полученные в ходе 200 процедур тестирования, причем эти результаты можно в любое время считать из памяти через интерфейс RS-232.

3.4. Предварительные работы.

При нормальной организации труда, владеющий абонентскими линиями оператор должен уже сейчас внести в свои рабочие планы мероприятия по их квалификации на предмет возможности их использования для сервиса на основе xDSL (годен - не годен) и санации тех из них, которые не отвечают граничным требованиям по устранимым причинам. Даже если такой оператор и не планирует развивать услуги цифрового доступа, то он имеет возможность получать дополнительный доход от сдачи абонентских линий в аренду другим операторам - не стоит забывать, что ADSL, например, «уживается» на одной линии с обычной аналоговой или даже цифровой (ISDN BRI) телефонной линией. А уж если он планирует оказывать такие услуги сам.

Так в чем же состоит работа по квалификации и какие приборы необходимы для ее проведения?

Предварительные работы. В процессе этой работы абонентские линии сортируются по ряду параметров (не годен - возможно годен), граничные условия для которых определяются из характеристик используемого оборудования. Наиболее удобны для этих целей погонная длина (при заданном сечении жил) и омическое сопротивление шлейфа. Хотя соответствие граничным условиям и не гарантирует функционирования оборудования на линии, эту работу необходимо сделать обязательно. Например, линии с длиной, превышающей максимальную, могут работать, но неустойчиво - связь может нарушаться при увеличении влажности или температуры за счет изменения волнового сопротивления шлейфа. Однако, выполнение предварительных работ возможно только при наличии порядка в линейной бухгалтерии (записях о имеющихся кабелях, их характеристиках и состоянии).

Абонентский шлейф. Чтобы детально оценить качество линии, нужно измерить омическое сопротивление шлейфа, продольную асимметрию сопротивления жил, емкостную асимметрию жил, длину шлейфа по результатам измерения емкости, вносимое затухание в диапазоне от 300 Гц до максимально возможного (для разных приборов это обычно 200 или 300 кГц) при номинально нагруженном шлейфе (600 Ом), взвешенные шумы, индуктивные наводки.

Особое внимание нужно обратить на устранение всех отводов от абонентского кабеля. Проще всего наличие и суммарная длина отводов оценивается сравнением длины шлейфа по результатам измерения емкости и длины шлейфа по записям. Еще одной, но достаточно редкой причиной сильных затуханий на высоких частотах могут явиться оставшиеся на линиях пупиновские катушки, ранее использовавшиеся для выравнивания частотных характеристик линии в области звуковых частот. Гораздо чаще встречается «распарка» (перепутанные между различными парами жилы), которая делает невозможной использование xDSL будучи почти незаметной для обычной аналоговой телефонии. И катушки, и нарушение повива проще всего обнаружить с помощью рефлектометра для кабелей с металлическими жилами (TDR). Кроме того, рефлектометр позволяет обнаружить места отклонений волнового сопротивления шлейфа, порожденных другими причинами (например, повышенным сопротивлением жил или пониженным сопротивлением их изоляции), а также измерить фактическую длину кабеля, найти место подключения отводов и многое другое.

Тут все проще - чтобы выполнить простейшие измерения и проследить трассу достаточно мультиметра, прозвонки, тонального генератора и индуктивного щупа.

Помещение абонента. Работы в этой части не менее трудоемки. Теоретически самый сложный вариант - применение «классического» ADSL. Установка такого модема выполняется квалифицированным персоналом. Дело в том, что пришедший с узла связи абонентский шлейф должен быть подключен только частотному разделителю (сплиттеру), а уже к нему, в свою очередь, подключается модем (к одному выходу) и все остальное аналоговое телефонное оборудование (к другому). И, если часть цепи от узла связи до модема была выполнена плоским проводом (ТРП, т.н. «лапша»), то ее придется заменить на витую пару. Лучшие результаты, конечно же достигаются в случае, когда проводка от ввода в здание до модема выполнена отдельным кабелем категории 5. Кроме того, может потребоваться изменение существующей трассы проводки для ее удаления от источников наводок (силовой проводки, ламп дневного света, диммеров и т.п). Именно этот вид работ и внесет наибольшую долю затрат в работы по установке ADSL оборудования. Но для их выполнения вполне достаточно перечисленных выше приборов.

Намного проще должна бы выполняться установка оборудования ADSL G.Lite (модем можно подключить в любую телефонную розетку), а также HDSL и SDSL (они используются только на выделенных линиях). Но и это верно лишь в тех случаях, когда проводка в помещении абонента выполнена витой парой.

Тестирование канала. Этот вид работ выполняется обычно после того, как оператор получил заказ на предоставление услуги. Цель - определение пропускной способности и устойчивости работы канала. В случае ADSL может использоваться тестер, имеющий встроенный эмулятор модема, в случае других технологий - без установки оборудования не обойтись. Если встроенные функции оборудования не позволяют осуществлять тестирование полученного канала, то потребуется любой подходящий прибор с функцией эмуляции соответствующего интерфейса и возможностью измерения коэффициента ошибок BER.

Объем работ, которые требуются для квалификации и санации абонентских линий огромен. Большая часть из них должна входить в повседневную деятельность линейных служб оператора. А вот входит ли? Тот, кто может ответить на этот вопрос положительно, скоро почувствует, что его заботы окупятся сторицей.

Методические указания к практическим занятиям по курсу СДЭС «xDSL модемы» направление образования «522200 – Телекоммуникация». Рассмотрены на заседании кафедры СТ и рекомендованы к печати протокол № от

Составители: Джураев Р.Х.

Джаббаров Ш.Ю.

Абдурахманов А.Р.

Атаметов Д.А.

Ответственный редактор:

Редакционно-корректурная комиссия:

Корректор: Абдуллаева С.Х.