Технологии xDsl
В настоящее время кроме рассмотренных выше линейных кодов
существует множество методов передачи информации по физическим линиям. Все их принято объединять в семейство так называемых технологий xDSL (Digital Subscriber Line-цифровая абонентская линия). По сравнению со стандартными линейными кодами xDSL более эффективно использует возможности физической среды.
Устройства, реализующие технологии xDSL, принято называть xDSL-модемами. Однако этот термин не очень точен. Оборудование xDSL, в отличие от модемов, обеспечивающих передачу данных через телефонные сети, не производит цифро-аналогового и аналогово-цифрового преобразования, а передача ведется только в цифровой форме.
Первенцем семейства xDSL, разработанным в конце 80-х годов компанией Bellcore, стала высокоскоростная цифровая абонентская линия HDSL (High bit rate Digital Subscriber Line). Разработка нового метода цифровой передачи была вызвана стремлением телефонных компаний найти более дешевый способ организации цифровых трактов, служащих для выноса абонентской емкости АТС, подключения к транспортным сетям локальных сетей и учрежденческо-производственным телефонным станциям (УПТС).
Благодаря применению метода кодирования 2B1Q (рис. 40) и метода эхокомпенсации HDSL-системы позволили увеличить дальность связи без установки регенераторов (по кабелю с диаметром жилы 0,5 мм) до 6 км, т.е. в три раза по сравнению с ранее использовавшимся линейным кодом HDB-3, при сохранении неизменной скорости потока Т1/Е1. Из-за этого преимущества HDSL снизились не только объемы инвестиций в развитие системы связи, но и расходы на ее обслуживание. HDSL обладает и другими ценными особенностями:
• за счет адаптивной цифровой обработки сигналов повышается качество их передачи;
• потребление энергии на удаленном конце линии сокращается до такой степени, что становится возможным дистанционное питание оконечного устройства, а при длине линии более 6 км - и регенераторов;
• возможна передача по двум парам многожильного телефонного кабеля (типа ТП, ТПП и пр.) без подбора параметров и симметрирования (естественно, качество кабеля должно соответствовать общепринятым нормам);
• отсутствие потребности в регенераторах на сравнительно больших расстояниях повышает общую надежность системы и ее производительность;
• для HDSL-оборудования не требуется отдельная диагностическая аппаратура;
• передовая схемотехника обеспечивает высокую устойчивость HDSL-линий к различного рода помехам, в том числе переходным; коэффициент ошибок HDSL сопоставим с показателями оптоволоконных линий, что достигается применением сигнальных процессоров и адаптивной обработки сигналов.
Еще одно преимущество HDSL-устройств-слабое электромагнитное влияние на другие пары кабеля. Так, в многожильном кабеле возможно использование до 80 % пар. ITU-T стандартизировал технологию HDSL (рекомендация G.991.1).
Наряду с линейным кодированием 2B1Q в технологиях xDSL используется амплитудно-фазовая модуляция без несущей (Carrierless Amplitude Phase Modulation - модуляция CAP). Может применяться низкоскоростная модуляция множества (обычно 256) поднесущих, на которые разбивается вся доступная полоса частот. Этот метод носит название DMT (Discrete Multi-Tone). Энергетические спектры линейных сигналов, обеспечиваемые различными технологиями, показаны на рис. 41.
Главное внимание в дальнейшей работе по развитию технологии xDSL уделялось сокращению требуемых для передачи пар проводов при сохранении повышенной (по сравнению с ЦСП ИКМ) дальности связи без регенераторов. В середине 90-х годов появились системы SDSL, Single Line Digital Subscriber Line-оборудование цифровой абонентской линии для одной пары проводов. Спецификация SDSL включена в рекомендацию G.991.1 ITU-T.
Технология ADSL (Asymmetric DSL) разрабатывалась в начале 90-х годов. Первоначально планировалось обеспечить с ее помощью предоставление телефонными компаниями услуг видео по запросу VoD. С этой целью перед разработчиками была поставлена задача добиться быстродействия в 6 Мбит/с (на такой скорости возможна трансляция видеосигналов в реальном времени). Системы ADSL с самого начала предназначались для потребительского рынка, поэтому они должны были обеспечивать дальность связи на расстоянии до 6 км (85% абонентских линий имеют длину менее 6 км).
Рис. 41. Энергетические спектры линейных сигналов
К сожалению, современный уровень развития электроники не дает возможности удовлетворить вышеназванные требования при симметричной передаче (с одинаковой скоростью в двух направлениях). Однако для предоставления услуги видео по запросу не нужно передавать большие объемы данных в восходящем направлении (от пользователя к АТС). По расчетам инженеров для передачи запросов на показ того или иного фильма, а также команд управления трансляцией достаточно иметь скорость передачи 16 кбит/с. В результате первые ADSL-устройства работали в нисходящем направлении со скоростью 6 Мбит/с, а в восходящем – со скоростью 16...64 кбит/с; при этом связь обеспечивалась приблизительно на требуемые 6 км.
Попытки развернуть службы видео по запросу на базе ADSL потерпели коммерческий крах. Наряду с большим количеством выявленных технических проблем отрицательную роль сыграла и значительная цена ADSL-аппаратуры.
Однако, с началом бурного развития сети Internet производители ADSL-оборудования сразу разглядели связанные с этим перспективы и начали разрабатывать ADSL-устройства второго поколения, в первую очередь ориентированные на обслуживание доступа в Internet. Ориентация на удаленный доступ сказалась прежде всего в том, что было снижено быстродействие в нисходящем направлении до 1,5 Мбит/с, но зато поднята скорость в восходящем направлении до 640 кбит/с. Также уменьшилась стоимость продуктов.
В новом поколении ADSL-устройств стали применяться так называемые частотные разделители (POTS splitter). Это дополнительное устройство (фактически, вилка фильтров ФНЧ/ФВЧ) обеспечивает передачу в нижней части спектра сигналов аналоговой телефонии.
Устройства RADSL (Rate Adaptive Digital Subscriber Line), автоматически изменяют скорость обмена данными в зависимости от текущего состояния линии. Разработка таких устройств была обусловлена результатами первых массовых испытаний ADSL. При временных ухудшениях параметров физической среды оборудование с фиксированной скоростью прекращало работать. Были созданы устройства, которые при изменении состояния среды не отключаются, а понижают скорость передачи; при восстановлении прежних параметров они автоматически переходят на максимально возможную скорость. Кроме того, в устройствах RADSL появилась возможность изменять быстродействие модемов в каждом направлении в зависимости от потребностей пользователя. Например, сначала устанавливается симметричный канал 64 кбит/с. С ростом потребностей возможно постепенно повышать быстродействие канала, сохраняя ранее сделанные инвестиции.
В последнее время практически все ADSL/RADSL-устройства оснащаются портом Ethernet. Это позволяет использовать на АТС и других узлах доступа обычные концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы. Таким образом, перенаправление DSL-трафика в сети ATM, frame relay или на основе каналов Т1/Е1 не вызывает дополнительных сложностей. На объектах пользователей DSL-moдемы легко подключаются к локальной сети. Ряд производителей начал снабжать станционные модемы и DSL-мультиплексоры (DSLAM) интерфейсами ATM, что позволяет напрямую подключать их к ATM-коммутаторам территориально-распределенных сетей.
Консорциум Universal ADSL Working Group (UAWG) предложил стандарт Universal ADSL (UADSL). В соответствии со стандартом абонентское устройство должно стоить менее 300 долл., устанавливаться в качестве платы расширения в ПК пользователя, поддерживать спецификации plug-and-play и обеспечивать постоянное соединение с провайдером услуг. Частотный разделитель должен являться интегрированной частью оборудования, а не отдельным устройством, которое усложняет и удорожает процесс установки DSL-линии и ее эксплуатацию. Максимальная скорость может не превышать 1,5 Мбит/с. Данный стандарт проходит процедуру стандартизации в ITU-T.
Рассмотрим еще несколько технологий семейства xDSL.
IDSL(ISDN DSL). С точки зрения пропускной способности и используемых схем сигнализации IDSL практически не отличается от каналов основного доступа ISDN. На абонентской стороне может использоваться стандартное оборудование ISDN. Главное преимущество - освобождение АТС ISDN от несвойственных ей функций передачи данных.
VDSL (Very-high-rate DSL). Самая быстродействующая из технологий xDSL, поддерживающая скорости передачи в нисходящем направлении до 52 Мбит/с. VDSL считается экономически эффективной альтернативы ВОЛС, хотя неизбежной платой за высокую пропускную способность являются сильные территориальные ограничения: для скорости 51,84 Мбит/с максимальная длина передачи составляет всего 300 м. В качестве потенциальных приложений этой высокоскоростной технологии ее сторонники называют телевидение высокой четкости HDTV, видео по запросу VoD и т.п.
HDSL-2 является развитием исторически первого представителя семейства xDSL-технологии HDSL. В новой технологии предложен более совершенный алгоритм линейного кодирования, состоящий в значительном усложнении кодирующей матрицы. Основное преимущество новой технологии перед стандартным вариантом HDSL заключается в том, что для передачи данных с прежней скоростью (1,544 или 2,048 Мбит/с) и на то же расстояние (максимум 4 км) достаточно одной витой пары. А это означает, что реализация HDSL-2 на «двухпарных» линиях позволяет удвоить пропускную способность либо заметно увеличить протяженность непрерывных физических соединений. Новые возможности HDSL-2 позволяют надеяться на то, что спектр приложений этой технологии окажется шире, чем у ее предшественника. Помимо традиционных сфер использования каналов Т1/Е1, в. их числе можно назвать высокоскоростной доступ к Internet и видеоконференц-связь. Допустимые скорости передачи находятся в диапазоне от 160 Кбит/с до 2,3 Мбит/с; технология HDSL-2 поддерживает использование пассивных частотных разделителей, а также программирование режима передачи - с настраиваемой или с фиксированной скоростью. По имеющимся оценкам стоимость развертывания линий HDSL-2 практически не будет отличаться от аналогичного показателя для HDSL.
Основным требованием к линейным кодам волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) является использование только двух значащих уровней сигнала в связи с тем, что источник излучения (лазер или светодиод) работает в двух мощностных режимах: наличие или отсутствие излучения. Применение непосредственно кодов NRZ и RZ в ВОСП ограничено. Большее распространение получили коды с корреляционными связями, в частности код CMI или код с поочередной инверсией единиц. В коде CMI нули передаются последовательно сменой нуля и единицы на одном тактовом интервале, а единицы - попеременным последовательным сочетанием двух нулей или двух единиц. В высокоскоростных системах применяется скремблированный сигнал в формате NRZ.