ГлавнаяКаталог статейТехнологии связиxDSL

Технологии линейного кодирования, применяемые в оборудовании xDSL.

Технологии линейного кодирования,
применяемые в оборудовании xDSL.

Технологии кодирования, применяемые в оборудовании HDSL (CAP, 2B1Q).

Общие положения

Начнем с наиболее распространенной из DSL–технологий–HDSL. Напомним, что HDSL переводится как Высокоскоростная Цифровая Абонентская Линия (High-bit Digital Subscriber Loop). Главной идеей технологии HDSL является использование существующего электрического (чаще всего с медными жилами) кабеля связи для симметричной дуплексной без регенераторной передачи цифровых потоков со скоростью 2 Мбит/с на большие расстояния. Оборудование HDSL применимо для работы по кабелю любого типа – симметричному городскому (ТПП и аналогичный), магистральному (МКС, КСПП, ЗКП) и даже (после некоторой переработки линейных согласующих блоков) коаксиальному.
Главным факторами, влияющими на качество работы оборудования HDSL, являются параметры линии связи. Напомним ключевые из них для технологий xDSL.
1. Ослабление сигнала. Затухание сигнала в кабельной линии зависит от типа кабеля, его длинны и частоты сигнала. Чем длиннее линия и выше частота сигнала – тем выше затухание.
2. Нелинейность АЧХ. Как правило, кабельная линия связи представляет собой фильтр низких частот.
3. Перекрестные наводки на ближнем и дальнем окончаниях (NEXT, FEXT).
4. Радиочастотная интерференция
5. Групповое время задержки. Скорость распространения сигнала в кабеле зависит от его частоты, таким образом даже при равномерной АЧХ форма импульса при передаче искажается.
Основу оборудования HDSL составляет линейный тракт, то есть способ кодирования (или модуляции) цифрового потока для его передачи по медной линии. Технология HDSL предусматривает использования двух технологий линейного кодирования – 2BIQ (2 binary, 1 quaternary) и CAP (Carrier less Amplitude and Modulation). Обе они основаны на цифровой обработке передаваемого и принимаемого сигнала в так называемом сигнальным процессором и обладают рядом общих принципов. Так, для снижения частоты линейного сигнала, а следовательно повышение дальности работы, в технологии HDSL применена адаптивная эхокомпенсация. Суть ее в том, что прием и передача ведутся в одном спектральном диапазоне, разделение сигналов осуществляет микропроцессор. Приемник модема HDSL 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 HSDL под параметры каждой линии происходит автоматически, оборудование динамически адаптируется к параметрам каждого кабеля, поэтому при установке аппаратуры или её переносе с одного участка на другой не требуется какихз либо ручных настроек и регулировок.
Применение эхокомпенсации и снижение частоты линейного сигнала позволило вести передачу в обоих направлениях не только по одной паре, но и в одном кабеле, что также является преимуществом технологии HDSL перед применяемыми ранее методами линейного кодирования HDB3 или AMI. Напомним, что построенные до появления технологий DSL тракты T1 или E1, помимо установки множество линейных регенираторов (через каждые 1000…1500 метров), требовали прокладки двух кабелей, в одной из которых все пары задействовались под передачу, а в другом – под прием.

Технология 2В1Q
Рассмотрим более подробно каждый из методов кодирования HDSL. Разработанная первой технология 2B1Q остаётся широко распространенной в Западно-европейских странах и США. Она изначально использовалась в сетях ISDN для передачи потока 144кбит/с (BR ISDN),а затем была модернизирована для передачи более высокоскоростных потоков. Код 2B1Q представляет собой модулированный сигнал, имеющий 4 уровня, т.е. в каждый момент времени передается 2 бита информации (4 кодовых состояния). Спектр линейного сигнала симметричный и достаточно высокочастотный (рис 1). Присутствуют также низкочастотные и постоянная составляющие. Рассмотрим, как влияют на передачу кода 2BIQ различные факторы.
В городских условиях создается большое количество низкочастотных наводок, например, при пуске мощных электрических машин (метро, трамваи и т.д.), электросварке, а также импульсных помех кабельных связей (при наборе номера, передаче сигнала сигнализации и т.д.). комплексы БИС, реализующие технологии 2B1Q, всеже остаются чувствительными к искажениям, т.к. сигнал имеет постоянную составляющую.
Наличие большого разброса частот в спектре сигнала 2B1Q вызывает необходимость решения проблем, связанных с групповым временем задержки. Микропроцессорная обработка помогает решить эту проблему, хотя алгоритм обработки сигнала существенно осложняется.
Спектр кода 2B1Q содержит высокочастотные составляющие, максимум энергии передается в первом «лепестке», ширина его пропорциональна скорости на линии. Затухание сигнала в кабеле растет с увеличением его частоты, поэтому в зависимости от требуемой дальности применяется одна из трех скоростей линейного сигнала (784 кбит/с, 1168 кбит/с или 2320 кбит/с). Технология 2B1Q предусматривает использование для передачи потока 2 мегабит/с одной, 2-3 пар медного кабеля. По каждой из пар передается часть потока (рис. 1) с вышеупомянутыми скоростями. Наибольшая дальность работы достигается при использовании трех пар, наименьшая – при работе при одной паре. В виду того, что дистанция системы 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 широко используются, однако постепенно вытесняются системами, применяющими технологии САР и обеспечивающими ту же дальность по двум парам. Наибольшее распространение из систем с кодированием 2B1Q имеет система, работающая по двум парам. Дальность работы таких систем обеспечивает решение подавляющего большинства задач доступа в странах Западной Европы и США, а длинна АЛ в 80% случаев (данные Schmid Telekom AG) не превышает 3км.
Большое влияние на передачу оказывает радиочастотная интерференция. Радиопередача диапазона 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 или при монтаже оборудования в помещениях или в непосредственной близости от радио-и телецентров.
Что касается стран Восточной Европы, то в виду большей длинны абонентской и соединительных линий и, как правило более низкого качества уложенных кабелей, большим спросом пользуются системы HDSL, базирующиеся по технологии САР – амплитудно-фазовой модуляции без передачи несущей. Разработчик технологии – компания Clobe Spen (часть бывшей AT и Т) – поставила себе целью создать узкополосную технологию линейного кодирования, не чувствительную к большинству внешних помех, что, как показывает опыт внедрения систем HDSL на основе технологии САР в мире и в России, вполне удалось.

Технология САР.
Модуляция САР сочетает в себе последние достижения модуляционной технологии и микроэлектроники. Модуляционная диаграмма сигнала САР напоминает диаграмму сигналов модема для телефонных каналов, работающих по протоколу V.32 или V.34. Несущая частота модулируется по амплитуде и фазе, создавая кодовое пространство 64 по 128 состояниями. При этом перед передачей в линию сама несущая, не передающая информацию, но содержащая наибольшую энергию «вырезается» из сигнала, а затем восстанавливается микропроцессором приемника.
Согласно теории электросвязи для передачи в линию высокочастотных сигналов НЧ – сигнал переносится в высокочастотный за счет подачи на МОДУЛЯТОР двух частот: несущей Fn (высокочастотной) и информационного сигнала f нч. На выходе модулятора возникает при составляющих Fп + f; Fн – f и Fн. Далее фильтром вырезается часть спектра Fн – f и Fн и в линию подается сигнал верхней боковой Fн + f, содержащий информацию (рис. 2).,
Таким образом, в линии нет несущей. На приемном конце в ДЕМОДУЛЯТОРЕ происходит обратный процесс преобразования.
Соответственно 64 – позиционной модуляционной диаграмме сигнал САР – 64передает 6 бит информации в каждый момент времени, то есть в 16 раз больше по сравнению с 2B1Q. Модуляция САР – 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, позволяет избежать диапазонов спектра, наиболее подверженных различного рода помехам и искажениям (рис. 3).
Из сравнительного анализа спектров видны положительные особенности системы HDSL, основанных на САР модуляции
1. максимальная дальность работы аппаратуры. Затухание в кабеле пропорционально частоте сигнала, поэтому сигнал САР, спектр которого не имеет составляющих выше 260 кГерц, распространяется на большую дистанцию чем сигнал с кодом 2B1Q или HDB3. при условиях, что выходная мощность в системах HDSL ограничена стандартами (+13,5 дБ), а повышение чувствительности приемника выше – 43дБ не представляется возможным из-за шумов, снижения частоты линейного сигнала ведет к выигрышу по дальности работы систем HDSL на основе технологии САР по сравнению с 2B1Q. Для систем, работающих по двум парам (табл. 6.1), этот выигрыш составляет 15 – 20%. Если сравнивать дальность передачи, достигаемую в системах HDSL на основе технологии САР с дальностью работы линейного тракта ИКМ – 30, выигрыш составит 350-400%.
Таблица 1.
Характерная дистанция работы систем HDSL
Диаметр жилы, мм Допустимая длинна линии без регенераторов при работе по двум парам, ориентировочно:
2B1Q CAP64
0,4 До 4 км 4…5км
0,64 До 6 км 6…7км
0,9 До 9 км 10…12км
1,2 До 18 км 14…18км
2. высокая помехоустойчивость и нечувствительность к групповому времени задержки. В виду отсутствия ВЧ и НЧ составляющих технология САР не чувствительна к высокочастотным наводкам и импульсным шумам, также как и к низкочастотным наводкам и искажениям. Поскольку ширина спектра составляет лишь 200кГц, не проявляются эффекты, вызываемые групповым временем задержки.
3. минимальный уровень создаваемых помех и наводок на соседние пары в спектре канала ТЧ. Сигнал КП не вызывает интерференции и помех в спектре обычного телефонного сигнала благодаря отсутствию в спектре составляющих ниже 4 кГц. Это снимает ограничения по использованию соседних пар для обычных абонентских и межстанционных объединений.
4. совместимость с аппаратурой уплотнения, работающей по соседним парам. Большинство аналоговых систем уплотнения абонентских и соединительных линий использует спектр до 1МГц. Системы с модуляцией САР могут вызывать наводки на частотные каналы в диапазоне 40…260 кГц, однако остальные каналы не подвергаются какому-либо влиянию, соответственно есть возможность ограниченного использования аппаратуры HDSL CAP 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.

Типовые параметры оборудования HDSL.
Типовые значения дальности работы систем HDSL, использующих различные технологии линейного кодирования, представлены в таблице 1. приведенные в таблице данные являются лишь типовыми значениями, измеренными на определенных кабелях при заданных уровнях шумов. В случаях, когда приведенная в таблице дальность является недостаточной, то есть длинна линии, на которой необходимо организовать цифровой тракт, превышает типовые значения, применяется регенератор. Регенератор может быть организован из двух блоков HDSL, соединенных «спина к спине», или же быть выполнены в специальном корпусе в качестве особого устройства. Регенератор удваивает рабочую дистанцию, теоретически возможно использование до 7-8 регенераторов на одной линии.
При проектировании сети очень важно определение пригодности тех или иных кабельных пар к работе оборудования HDSL. Для грубой оценки возможности следует пользоваться таблицей 1.

Технологии кодирования, применяемые в оборудовании DSL, работающем по одной паре (2B1Q, CAP, PAM).
Обозначений для xDSL-оборудования, подпадающего под приведенный выше заголовок довольно много. Причем одно и то же буквосочетание может в действительности означать различные вещи. Поэтому для начала определимся с обозначениями, которые будем использовать.
Для технологий, предназначенных для симметричной передачи цифрового потока с переменой скорости вплоть до 2Мбит/с, использующих линейное кодирование 2B1Q, будем использовать аббревиатуру MDSL (Multi-rate DSL).
Для технологий, предназначенных для симметричной передачи цифрового потока с переменной скоростью вплоть до 2 Мбит/с, использующих линейное кодирование САР, будем использовать аббревиатуру MSDSL (Multi-speed Symmetrie DSL).
Для технологий, предназначенных для симметричной передачи цифрового потока с переменной скоростью вплоть до 2 Мбит/с, использующих линейное кодирование РАМ по спецификации ANSI (США), будем использовать аббревиатуру HDSL2.
Для технологий, предназначенных для симметричной передачи цифрового потока с переменной скоростью вплоть до 2 Мбит/с, использующих линейное кодирование РАМ по спецификации ETSI (Европа), будем использовать аббревиатуру SDSL (Symmetrie DSL).
Для технологий, предназначенных для симметричной передачи цифрового потока с переменной скоростью вплоть до 2 Мбит/с, использующих линейное кодирование РАМ по спецификации ITU (в настоящее время разрабатывается), будем использовать аббревиатуру G.SHDSL или SHDSL (Symmetrie High-bit-rate DSL). Очевидно, что эта технология мало чем будет отличаться от SDSL в трактовке ETSI.
Передача потока со скоростью до 2 Мбит/с по одной паре – огромный шаг вперед по сравнению с традиционными технологиями HDSL. Передача по одной паре позволяет «экономить» одну пару или же удвоить пропускную способность в сравнении с HDSL при работе по двум парам. Для сетей доступа – это возможность использования имеющейся у любого абонента единственной линии для передачи всего спектра требуемых ему услуг с помощью «полноценного» потока 2 Мбит/с.
На рис. 4 представлен график развития DSL-технологий по данным Infineon Technologies. SHDSL показана как шаг вперед по сравнению с ADSL в том же ряду, что и ADSL lite, IDSL. Это не случайно, так как SHDSL нацелена на сегмент рынка – абонентский доступ. В отличие от HDSL, основная сфера применения которой остается «внутрисетевой» - для межстанционных связей и других подобных приложений.
NTC NATEKS, предлагающий DSL – продукты всех популярных симметричных технологий, отметил следующее. Если в 1998 г. доля продаж систем MSDSL, работающих по одной паре, составляла лишь 10% от всего проданного оборудования (остальное - HDSL), то в 1999г. – 45%. К концу 2000г. по данным NTC NATEKS доля продаж оборудования MDSL и MSDSL составила более 80%! Корпорация «Юни», другой поставщик DSL-решений, называет SDSL-модем, обеспечивающий симметричную передачу потока до 2 Мбит/с по одной паре, «бестселлером года»! Аналогичные данные приводят ведущие европейские производители DSL. интересный прогноз приводят американские эксперты. По их данным (рис.6) уже начиная с 2002г.симметричная технология HDSL обгонит ADSL , а к 2005г. ее отрыв составит 200%!

Самая простая технология – MDSL, в основу которой положено кодирование 2B1Q. Поскольку технология MDSL допускает различные скорости передачи и максимальная скорость работы по паре у неё высокая, то и спектральные характеристики её будут отличаться. Все это зависит от линейной скорости.
Применение модуляции САР дает выигрыш по дальности на 10-20% (в зависимости от типа кабеля) для симметричной передаче по одной паре. Спектральная характеристика данного типа кодирования в зависимости от линейной скорости представлена на рис.8.
SDSL. В данной технологии применен новый тип линейного кодирования, называемый TC-РAM. TC-РAM – импульсная амплитудно-фазовая модуляция с кодированием Трелис. Суть данного метода кодировки в увеличении числа уровней (кодовых состояний) с 4 до 16 и применении специального кодирования, обеспечивающего опережающую коррекцию ошибок. Этот способ коррекции ошибок был детально отработан в аналоговых модемах, но, конечно, для более низких скоростей.
На рис. 9 показана одинаковая линейная скорость-768 кбит/с.
Сравнение энергетических спектров показывает, что при размещении оборудования SHDSL в одном кабеле, например, с системой ADSL, наводки, вызванные ТС-РАМ кодом, будут меньше, чем для случая 2B1Q.
Рассмотрим диаграмму зависимости от скорости. По данным это сравнение дает выигрыш по дальности до 15-20% в пользу РАМ при фиксированной скорости. При фиксации длинные линии выигрыш в достижимой скорости составляет 35-45%. Эти данные показывают преимущества ТС-РАМ даже в сравнении с САР (рис. 10).
Специалисты рассматривают несколько вариантов кодирования восходящего и нисходящего потока для модуляции ТС-РАМ. Это делается для оптимизации дальности работы, для снижения влияний на систему, работающим по соседним парам. В таблица 2 представлено 3 варианта линейных кодов РАМ, отличающихся уровнем передачи и типом кодирования.
Режим работы Линейный код Мощность передачи Качество работы 2056 кбит/с, 2400м
LC1 US:PAM16
DS:PAM16 Tx = 14,5dBm
LC2 US:PAM16
DS:PAM16 Txus/ds = 16/15,5dBm
LC3 US:PAM16
DS:PAM8 Txus/ds = 15,7/ /12,7dBm
US – восходящий поток;
DS – нисходящий поток.
Наилучшие характеристики получаются при различных уровнях приёма/передачи или даже при различных типах кодирования. Таким образом, модуляция ТС-РАМ может быть оптимизирована по конкретный случай применения (шумовой сценарий).
Необходимо отметить, что в настоящее время ТС-РАМ стандартизирована только в варианте ANSI как HDSL2. Европейский стандарт (ETS1) на ТС-РАМ, который будет называться SDSL.

Вывод.
1. совмещение цепей дискретной и аналоговой информации, в том числе оборудования xDSL, в кабельных линиях местной связи возможно при выполнении условий электромагнитной совместимости в ансамбле цепей, обеспечивающих отсутствие переходных помех в низкочастотных телефонных парах, звукового вещания, в каналах аппаратуры ВЧ уплотнения, и гарантирующее заданную верность передачи в цифровых трактах
оборудования xDSL
2. переходное затухание между цепями xDSL в кабельных линиях местной связи определяются в зависимости от типа применяемого в оборудовании кода, рабочего затухания тракта на частотах максимально спектральной плотности сигналов, количества цепей, уплотняемых данным видов аппаратуры.

Просмотров: 10133 | Дата: 2020-10-30 | Добавил: ckt | Автор: Dima
Всего комментариев: 0

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]