3. Сети доступа

3.1. Модель, определения и архитектуры сетей доступа

Общая архитектура и модель сетей доступа рассмотрены в рекомендации ITU-T G.902 (11/95) [1]. Общая архитектура указывает место сети доступа во взаимодействии с другими сетями (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1. Общая архитектура или прототип сети доступа во взаимосвязи.

Рисунок 3.1. Общая архитектура или прототип сети доступа во взаимосвязи.

TMN, Telecommunications Management Network – сеть управления электросвязью;
AN, Access Network – сеть доступа;
SN, Service Node – узел услуг;
UNI, User – Network Interface – интерфейс пользователь – сеть;
SNI, Service Node Interface – интерфейс узла услуг;
TN, Transport Network – транспортная сеть.

Протокольная модель сети доступа (СД) представлена на рисунке 3.2. В модель входят уровни и системы. Уровни: физический, трактов, каналов, поддержки доступа и управления. Системы: управления, поддержки возможностей доступа.

Рисунок 3.2. Протокольная модель сети доступа

Рисунок 3.2. Протокольная модель сети доступа

Протокольная модель указывает возможности реализации различных протокольных (алгоритмических, технологических) решений терминалу пользователей в сети связи. При этом физический уровень поддерживает транспортировку и защиту трафика по физической среде (медному или оптическому кабелю, радио или оптическому каналу) в виде сигналов цифровых систем PDH, SDH, ATM, модемной передачи. Физический уровень может быть представлен секциями-участками мультиплексирования и регенерации сигналов.

Уровень трактов обеспечивает создание и обслуживание маршрутов передачи данных для пользователей с различными терминалами и запросами на услуги связи.

Уровень каналов определяет виды каналов сети доступа (физические каналы, виртуальные каналы, каналы определенных услуг и т.д.).

Уровень поддержки доступа чаще всего ассоциируется с сигнальными системами, например, для доступа в телефонную сеть, в сеть ISDN, в сеть B-ISDN и т. д.

На уровень управления возложены задачи поддержки в исправном состоянии всех протокольных уровней за счет реализации постоянного контроля функций через операционные системы управления. Функции управления полномасштабно могут быть реализованы через специализированные системы управления, которые, как показывает опыт, охватывают сети доступа оператора на больших территориях (в пределах городов, областей) [64].

Система поддержки возможностей доступа может включать такие функции как, прогнозирование услуг, расчет показателей качества и экономических показателей, справочно-информационные функции и т.д.

Протокольная модель сети доступа позволяет более точно определить функции сети доступа: пользовательских интерфейсов; транспортные функции; сервисных портов (интерфейсов) коммутации; встроенные функции; функции системы управления.

Рисунок 3.3. Базовый прототип сети доступа

Рисунок 3.3. Базовый прототип сети доступа

Примеры функций UNT:

  • подключение терминалов пользователей;
  • аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование;
  • преобразование сигналов (интерфейсов);
  • активация/деактивация UNI;
  • тестирование;
  • контроль, управление, обслуживание.

Примеры функций SNI:

  • подключение сети доступа к сервисным узлам;
  • концентрация функций контроля, управления, обслуживания в сети доступа;
  • помещение протоколов для части SNI;
  • тестирование;
  • управление, контроль и обслуживание интерфейса.

Примеры встроенных функций сети доступа:

  • концентрация каналов пользователей CD;
  • мультиплексирование сигнальной и пакетной информации;
  • эмуляция каналов для ATM транспортных функций;
  • функции контроля и управления.

Примеры транспортных функций CD:

  • мультиплексирование;
  • функции кроссирования и конфигурации;
  • функции управления;
  • функции физической среды (кодирование, контроль ошибок, преобразование сигналов, регенерация и усиление, и т. д.).

Примеры функций системы управления CD:

  • конфигурирование и контроль;
  • координация ресурсов;
  • обнаружение и индикация аварий;
  • информирование пользователей и фиксация дат;
  • контроль безопасности;
  • координация управления критичного по времени;
  • управление ресурсами (каналами, трактами, секциями, интерфейсами).

Примеры типов сервисных узлов:

а) индивидуальные подключения пользователей:

  • телефонные узлы;
  • узлы N-ISDN;
  • узлы B-ISDN;
  • узлы пакетной коммутации;
  • узлы видео услуг.

б) индивидуальные подключения по выделенным линиям и каналам

  • узлы каналов и выделенных линий с определенными услугами;
  • сервис по выделенным линиям на основе ATM;
  • сервис пакетной передачи по выделенным линиям;

в) сервисные узлы видео и радиопрограмм вещания и по запросу;

г) сервисные узлы видео и радиопрограмм в специальных конфигурациях для цифровой и аналоговой информации;

д) узлы INTERNET.

На рисунке 3.3 представлена базовая структура сети доступа, в которой обозначены все ее участки и составляющие элементы, блоки и системы:

AN, Access Network-сеть доступа (СД) - совокупность абонентских линий и оборудования (станций) местной сети, обслуживающих доступ абонентских терминалов к транспортной сети и местную связь без выхода на транспортную сеть;
CDN, Center Distribution Node – центральный распределительный узел (головная станция) обеспечивает доступ абонентских устройств к узлам услуг;
NU, Network Unit - сетевой блок обеспечивает первичный доступ через мультиплексирование и концентрацию трафика и каналов;
NT, Network Termination – сетевое окончание позволяет подключать один или несколько пользовательских терминалов TE – Termination Element.
TMN, Telecommunication Management Network – система управления и контроля сетью доступа, связанная с другими компонентами (устройствами) CД через интерфейсы управления, стандартизированными ITV-T.

Линия передачи абонентов STL (Subscriber Transmission Line) соединяет узел предоставления услуг с терминалом сети и проходит сеть доступа. Она может быть образована физической цепью, каналом (аналоговым или цифровым), составным каналом, виртуальным каналом, или группой каналов для одинаковых или различных услуг. Линия передачи проходит через абонентскую линию SL (Subscriber Line), интерфейс UNI, сетевой блок NU, распределительную сеть DN (Distribution Network), узел распределения CDN, соединительную магистраль BN (Backbone Network). Наиболее проблемными участками линии передачи абонента являются SL, называемая в литературе “последней милей” и распределительная сеть DN.

Базовая структура сети доступа существенно отличается от структуры абонентской линии телефонной сети, в частности на городской телефонной сети (рисунок 3.4).

Рисунок 3.4. Схема построения абонентской линии ГТС.

Рисунок 3.4. Схема построения абонентской линии ГТС.

В сравнительной оценке с сетью ГТС, CD – это универсальная сеть, в которой могут быть гарантированны любые телекоммуникационные услуги с полосой частот передаваемых сигналов от тональных (0.3-3.4кГц) до десятков и сотен мегаГерц (для телевизионных сигналов аналогового и цифрового форматов). Для реализации универсальных возможностей CД могут быть использованы оптические системы передачи, системы передачи по медным линиям и радиосистемы. Сети телефонных линий мало пригодны для широкополосных услуг, однако они могут войти частично в сети доступа на различных участках, например, на участке распределения (рисунок 3.4), соответствующем участку SL сети доступа (рисунок 3.3), но для реализации услуг отличных от телефонных, например, N-ISDN потребуется замена абонентской проводки (рисунок 3.4), выполненной чаще всего кабелем ТРП или ПРППМ, на кабель с высокочастотным витым парами (категории 5) [8].

Для решения задач создания универсального доступа в телекоммуникационные сети ITU-T предложил в ряде своих рекомендаций типовые структуры сетей доступа с применением электрических и оптических линий, радиолиний, открытых оптических линий, примеры которых приведены на рисунке 3.5.

архитектура “каскад” (дерево)

а) архитектура “каскад” (дерево)

архитектура “звезда”

б) архитектура “звезда”

архитектура “кольцо”

в) архитектура “кольцо”

Рисунок 3.5. Типовые архитектуры сети доступа

Среди различных архитектурных решений для CD необходимо выделить пассивную оптическую сеть (ПОС) или PON (Passive Optical Network), которая отличается относительно низкими расходами на реализацию и обеспечивает интерактивный трафик с широкополосными сигналами на одной или нескольких оптических частотах в одном световоде. В качестве ключевых элементов разветвления в PON могут быть использованы оптические устройства разделения мощности сигнала, которые способны разделять и объединять системы различных направлений передачи оптических частот. Пример PON приведен на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6. Пример пассивной оптической сети PON

Рисунок 3.6. Пример пассивной оптической сети PON

Надежность такой сети обеспечивается дублированием кабельной линии.

Рассмотренные архитектурные решения могут реализованы в CД с различными физическими средами, в том числе и в PON. Условно все реализации можно разбить на проводные и беспроводные системы доступа. Дальнейшие разделы посвящены этим системам доступа.

3.2. Системы проводного доступа

Системы проводного доступа с точки зрения физической среды реализуются медными и оптическими кабелями отдельно и совместно (гибрид). Этот раздел содержит информацию по характеристикам и применению различных кабелей в CД.

3.2.1. Медные кабели в сети доступа

Подробные сведения по применению медных кабелей в сети доступа приведены в [8,9,15]. В этом разделе будет уделено внимание как общим вопросам использования медных кабелей в CД так и обращено внимание на ряд специфических особенностей, связанных со структурированными кабельными системами и кабельным телевидением. Разновидности медных кабелей для CД представлены графически на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7. Разновидности медных кабелей для сетей доступа

Рисунок 3.7. Разновидности медных кабелей для сетей доступа

Низкочастотные телефонные кабели выпускаются и применяются на сетях для передачи речевых сообщений и для работы аппаратуры цифровой передачи с низкими скоростями. Кабели имеют различные конструкции изоляции, оболочки, способы скрутки, емкость, диаметр жил. Так городские кабели с медными жилами в свинцовой оболочке, изготавливаемые по ГОСТ 20802-75, отличаются тремя признаками: диаметром токопроводящих жил, количеством пар, типом защитных покровов. Подробные конструкции этих кабелей рассмотрены в [8]. У этих кабелей токопроводящие жилы изготавливаются из медной проволоки диаметром 0.4, 0.5, 0.7, мм. Жилы изолируются сплошным слоем бумажной массы или телефонной бумаги, положенной по спирали с перекрытием. Это воздушно бумажная изоляция

По типу защитных покровов различают четыре типа кабелей:

ТГ - в свинцовой оболочке для прокладки в кабельной канализации, по стенам зданий, для подвески;
ТБ – в свинцовой оболочке, с плоской стальной броней и защитным наружным слоем для прокладки в грунт;
ТБГ – в свинцовой оболочке, с плоской стальной броней, с противокоррозионной защитой для прокладки в помещениях, в коллекторах и тоннелях;
ТК – в свинцовой оболочке, с броней из круглых стальных, оцинкованных проволок с защитным наружным покрытием для прокладки под водой, в грунтах, для вертикальной прокладки. Число пар в кабелях может колебаться от 10 до 1600. Изолированные жилы скручиваются в пары с шагом не более 250 мм. При группировании пар используются повивная и пучковая скрутка. Кабели нуждаются в содержании под избыточным воздушным давлением.

Телефонные кабели с полиэтиленовой изоляцией жил в пластиковой оболочке до 1.07.2000г. изготовлялись по ГОСТ 22498-77 и предназначались для распределительных и магистральных линий ГТС при эксплуатационных температурах от –50 о до +60о C. Это были кабели типа ТПП – в полиэтиленовой облочке для прокладки в телефонной канализации, по стенам зданий и для подвески и их разновидности (ТППБ – бронированные плоскими лентами, ТППБбШп – защитный наружный шланг, ТППт - со встроенным тросом для подвески и т.д.).

Токопроводящие жилы этих кабелей изготавливались из медной проволоки диаметром 0.32; 0.4; 0.5 и 0.7мм и изолировались сплошным полиэтиленом. Изолированные жилы скручивались шагом не более 100мм. в виде пар и четверок. Изолированные пары и четверки скручивались в сердечник с повивами или в пучки. Кабели предусматривали алюминиевый экран.

Для повышения надежности кабелей и эффективности борьбы с проникновением влаги под оболочку были разработаны герметизированные кабели с гидрофобным заполнителем типа:

ТПЭПЗ – телефонный, с полиэтиленовой изоляцией, экраном из алюминиевой фольги, гидрофобным заполнителем, в полиэтиленовой оболочке;
ТППЗПБ – аналогичный, но бронированный ленточным слоем и в полиэтиленовым шланге и т.д.

Указанные низкочастотные кабели находятся в эксплуатации в большинстве сетей. Для развития сетей доступа необходимо знать реальные возможности этой кабельной продукции прежде всего в характеристиках передачи на частотах до 2 или даже до 10 МГц. В указанных диапазонах должна оцениваться возможность передачи высокоскоростного трафика к абонентам и от их терминалов.

При этом определяющими характеристиками являются:

  • километрическое затухание ( [дБ/км]) при различных температурах;
  • переходное затухание на ближний и дальний конец (А0[дБ]; Аl[дБ]);
  • величина переходных и внешних помех;
  • волновое сопротивление (|Zв| Ом);
  • сопротивление шлейфа R0 [Ом/км].

В таблице 3.1 приведены характеристики кабелей типа Т и ТПП при температуре t=20оC.

Таблица 3.1 Характеристики кабелей Т, ТПП.

Частота,
кГц.
Тип Т с парной скруткой. Тип ТПП с пучковой скруткой.
Изоляция воздушно-бумажная;
0.5 мм, R0 = 168 Ом/км.
Изоляция полиэтиленовая; 0.5 мм, R0 = 180 Ом/км.
|Zв|, Ом. ,дБ/км. |Zв|, Ом. , дБ/км.
0.8
3.0
10.0
20.0
50.0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1200
1500
2000
972
480
263
191
143
130
124
122.5
122.5
122
121.5
121
121
121
121
120.5
120.5
120.2
1.2
2.14
3.61
4.61
5.66
6.79
8.61
10.44
12.18
13.66
15.01
16.36
17.4
18.44
19.56
21.58
24.01
28.1
892.5
461
255
185.5
135.3
121.8
116.0
114.3
113.0
112.4
111.8
111.1
110.5
110.5
109.9
109
108.5
107.2
1.22
2.37
3.95
5.08
6.36
7.14
8.36
9.97
11.3
12.6
13.72
14.69
15.64
16.7
17.38
19.2
21.08
23.85

Переходное затухание на ближний конец между парами имеет наименьшее значение в малопарных кабелях (10x2x0.4). В кабелях большой емкости эти влияния существенно меньше из-за взаимного экранирования.

В таблице 3.2 приведены примеры переходных затуханий на ближний конец для ТПП 10x2x0.4 длиной 285 м на частоте 2048 кГц.

Таблица 3.2 Характеристики затухания на ближний конец кабеля ТПП 10x2x0.4 (единицы измерения, дБ)

Влияющая пара Пара, подверженная влиянию
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-
48
43
43
47
47
54
50
45
47
47
-
53
49
47
51
57
53
46
47
44
54
-
50
42
52
47
45
55
44
42
49
49
-
42
42
42
46
55
48
47
48
41
41
-
57
57
49
44
45
49
51
49
43
58
-
58
46
53
55
55
54
47
41
56
59
-
56
44
44
48
56
47
47
53
45
47
-
54
48
44
46
56
54
43
51
47
56
-
38
45
47
46
50
45
54
42
48
39
-

Учет температурной зависимости затухания кабеля должен производится через соотношение:


,

где 0-километрическое затухание кабеля при температуре 20оC, -коэффициент (для медных проводов ~ 0.04), t- текущая температура.

Последние усовершенствования медных кабелей базируются на новых стандартах России ГОСТ Р 51311-99. Это кабели марки ТПП в различных модификациях (ТППэп, ТППэп3, ТППэп Б и т.д.) [8]. Диаметры жил кабеля 0,32; 0,4; 0,5; 0,64; 0,7. Шаг скрутки пар от 100 до 500-600 мм. В кабелях предусмотрена заливка гидрофобным заполнителем.

Для внутридомовой проводки в случае реализации цифровых услуг ISDN(2В+D, 30В+D) требуется замена кабеля ТРП на кабель с хорошим значением переходных помех. Такими кабелями являются ТПВ АД – телефонный, полиэтиленовой изоляции жил, поливинилхлоридная оболочка сетей абонентского доступа.

Примеры этих кабелей приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 Кабели типа ТПВАД

Марка Кабеля Области применения

ТПВ ФД

1x2x0.5

1x2x0.5

1x2x0.5

1x2x0.5

Кабели с цилиндрическим сердечником для передачи сигналов до 200 КГц внутризданий

ТПВЭ АД

2(1x2x0.5)

2(2x2x0.5)

2(4x2x0.5)

Кабели с двумя параллельно уложенными экранированными группами для передачи сигналов до частот 2048 КГц внутри зданий

Область применения кабелей – сеть абонентского доступа:

  • неэкранированные до 200 кГц
  • экранированные до 200 кГц;
  • экранированные до 2048 кГц.

Конструкции этих кабелей обеспечивают переходные затухания между цепями на ближнем конце в строительной длине на частотах 0,1; 100; 200; кГц – 90, 80, 70 дБ соответственно.

Проблемы низкочастотных медных кабелей для развития сетей доступа создают трудности по развертыванию широкополосных цифровых услуг. В чем заключаются эти проблемы?

Абонентские линии, как правило, неоднородны. Пары кабелей, подключаемые в распределительном шкафу и распределительных коробках к плинтам оконечных устройств, могут иметь различный диаметр жил, т.е. различные волновые сопротивления. Вдоль линии обычно располагается несколько соединительных и разветвительных муфт. Увлажненные и загрязненные плинты в распределительных шкафах, неупорядоченные кроссировки между ними приводят к увеличению проводимости между цепями на постоянном и переменном токах, что приводит к возрастанию взаимных влияний. Кроме того, контакты нестабильны на сростках жил в муфтах, окисляются, особенно при попадании влаги в кабель. Возникающая асимметрия зависит и от температуры.

Указанные факторы подробно рассмотрены в [8].

Интенсивное внедрение на абонентских медных линиях цифровой передачи, в частности по технологии xDSL, потребовало изменения взглядов на линии связи. Традиционные кабели ТПП (ГОСТ Р 51311-99) уже не удовлетворяют современным требованиям по скорости передачи, т.к. не обеспечивают полосу частот до 100, 250, и даже 600 МГц. Поэтому в соответствии с международными стандартами:

  • американским TIA/EIA 568;
  • международным ISO/IEC 11801;
  • европейским EN 50173

в России начат выпуск кабельной продукции структурированных кабельных систем (СКС). Кабели представляют собой специальные конструкции витых пар, обеспечивающих широкополосную передачу. Кабели определены по категориям и классам приложений (Таблица 3.4) [15,60].

Таблица 3.4 Категории кабелей СКС и приложения

Тип линии, максимальная частота сигнала. Класс линии и приложения  
ISO/IEC
11801
ISO/IEC
11801
EN
50173
TIA/EIA
568
Телефонные каналы и
низкочастотный обмен данными (до 100 кГц).
A - - -
Средняя скорость (до 1 МГц). B - - -
Высокая скорость (до 16 МГц). C 3.4 3 3.4
Очень высокая скорость (до 100 МГц). D 5.5е
(6и7)
5
(6и7)
5
(6и7)

Что представляет собой кабели СКС и продукция для соединения?

СКС (SCS-Structured Cabling System) – представляет собой универсальную кабельную проводку для локальных сетей, проектируемую и устанавливаемую без привязки к конкретным приложениям, т.е. к сетям компьютерным, телефонным, и другим.

Центральным элементом СКС выступает кабель с витыми медными и биметаллическими парами. При формировании кабеля медные пары дополнительно скручиваются между собой и получившейся свиток помещают в изоляционную оболочку с экраном или без экрана. Кроме кабеля в СКС входят розетки для подключения пользовательских устройств, кроссовое и распределительное оборудование. Пример общей архитектуры СКС на основе стандарта EN 50173 приведен на рисунке 3.8.

Как видно из рисунка зона медной кабельной проводки ограничена по протяженности. Чем обусловлено это ограничение? Прежде всего, затуханием пары кабеля и взаимными влияниями между парами одного кабеля.

Рисунок 3.8. Структура общей кабельной сети по стандарту EN 50173

Рисунок 3.8. Структура общей кабельной сети по стандарту EN 50173

Ниже рассмотрены примеры конструкций и характеристики кабелей СКС с экранированными витыми парами. Кабели обозначаются:

  • UTR, Unshielded Twisted Pair, неэкранированная витая пара.
  • STR, Shielded Twisted Pair, экранированная витая пара.

Рисунок 3.9. Конструкция экранированного кабеля S – STP 600/900/1000/1200 (категория 7)

Рисунок 3.9. Конструкция экранированного кабеля S – STP 600/900/1000/1200 (категория 7)

На рисунке 3.9 представлена типичная конструкция экранированного симметричного кабеля с экранированными витыми парами.

На рисунке 3.10 представлена типичная конструкция неэкранированного симметричного кабеля.

Рисунок 3.10. Конструкция неэкранированного кабеля UTP 300 (категории 5)

Рисунок 3.10. Конструкция неэкранированного кабеля UTP 300 (категории 5)

Характерные отличительные признаки рассматриваемых конструкций:

S-STP 600/900/1000/1200

рабочий диапазон до 1200 МГц; каждая пара экранируется фольгой; сопротивление шлейфа 130 Ом/км; асимметрия шлейфа 3%; сопротивление изоляции > 5000 МОм*км; волновое сопротивление при 1-100 МГц 100 Ом; погонная емкость 43 пФ/км и т.д. [67].

UTP 300

рабочий диапазон до 300 МГц; сопротивление шлейфа 185 Ом/км; асимметрия шлейфа 3%; сопротивление изоляции 5000 МОм?км; ; волновое сопротивление при 1-100 МГц 100 Ом; погонная емкость 45 пФ/км и т.д. [67].

Важнейшими характеристиками кабеля СКС являются величины затухания и переходных потерь на ближнем конце (обозначаются в литературе NEXT, Near End Cross Talk), примеры которых приведены на рисунках 3.11 и 3.12.

Рисунок 3.11. Примеры характеристик затухания и переходных влияний для кабеля S – STP 600/900/1000/1200

Рисунок 3.11. Примеры характеристик затухания и переходных влияний для кабеля S – STP 600/900/1000/1200

Кроме характеристики NEXT иногда применяют характеристику переходных помех на дальний конец линии, обозначаемую FEXT, Far End Cross Talk Loss.

Рисунок 3.12. Примеры характеристик затухания и переходных влияний для кабеля UTP 300

Рисунок 3.12. Примеры характеристик затухания и переходных влияний для кабеля UTP 300

В настоящее время (2003/2004 годы) налажен выпуск кабелей СКС емкостью до 100 витых пар. Такие кабели могут быть использованы на протяженных линиях для организации связи по технологиям xDSL в диапазоне частот до 2 МГц.

На рисунках 3.13 и 3.14 приведены примеры характеристик затухания a0 и взаимных влияний для кабелей категорий 3, 5, 5е производства ЭЛИКС – кабель (Москва) для сетей доступа [15].

Рисунок 3.13. Максимальные затухания для кабелей компании ЭЛИКС – кабель

Рисунок 3.13. Максимальные затухания для кабелей компании ЭЛИКС – кабель

Рисунок 3.14. Средние значения А0 для кабелей ТПП и СКС

Рисунок 3.14. Средние значения А0 для кабелей ТПП и СКС

Как видно из рисунков кабели СКС имеют существенно лучшие показатели защиты от помех чем телефонные. Они могут быть использованы на 100% для передачи по технологиям xDSL.

Известно, что для построения сетей доступа могут быть использованы существующие сети кабельного телевидения и перспективные интерактивные сети кабельного телевидения. Структуры и стандарты КТВ существуют и развиваются независимо от других сетей, т.к. имеется свой спектр услуг с телевизионным вещанием в основе. Физической средой для передачи сигналов в КТВ чаще всего является коаксиальные кабели различных марок. Для стандартизации в этой области телекоммуникаций в 1995-1996 годах Европейским комитетом по стандартизации в электротехнике (CENELEC) выпущен стандарт EN 50117-коаксиальные кабели, используемые в кабельных распределительных сетях. Он заложил основу нормативной документации на коаксиальные кабели для широкополосных мультимедийных сетей [12,13,14].

Прежде всего стандарт устанавливает ряд диаметров по изоляции для распределительных и магистральных кабелей: 6,9; 8,8; 13.5; 19.4; 23; 29 мм. В нем определена рабочая область частот 5-862МГц, считавшаяся базовой в Европе до 1996 г.

В настоящее время (2003/2004 гг) стандарты коаксиальных кабелей для перспективных сетей находятся в обсуждении. Предполагается, что международная электротехническая комиссия (МЭКIEC) примет единый стандарт коаксиальных кабелей под индексом IEC 61196. Однако уже производятся коаксиальные кабели, отвечающие стандарту EN 50117, но рассчитанные на диапазон частот 5-2500 МГц [14]. Эти кабели отличаются рекордно низкими потерями энергии благодаря применению вспененного полиэтилена для изоляции центрального проводника от трубки. В таблице 3.5 приведены некоторые характеристики новых коаксиальных кабелей для мультимедийных сетей. На рисунке 3.15 приведены характеристики a0.

Таблица 3.5. Характеристики коаксиальных кабелей CAVEL

Элементы конструкции. Назначение.
Для внутридомовой прокладки Между домами
1 2 3 без троса(т). с тросом(т).
Проводник внутренний, диаметр, мм. Медь
1,0
Медь
1,13
Медь
1,63
2,2 2,2
Внешний диаметр, мм. 5.25 5.29 7.85 10.05 -
Диаметр защитной оболочки, мм. 6,6 6,6 10,1 12.7 12,7x18,5
Максимальный радиус изгиба, мм (однократ./многократ). 35/70 35/70 100 150 150
Сопротивление
внутреннего проводника, Ом/км.

22.5
18 8,7 5 5
Сопротивление
внешнего проводника, Ом/км
29 25 9 8,5 8.5
Испытательное напряжение, кВ. 3.0 2,5 8 8 8

Рисунок 3.15. Характеристики затухания коаксиальных кабелей CAVEL

Рисунок 3.15. Характеристики затухания коаксиальных кабелей CAVEL

Если сравнить характеристики затухания кабелей СКС и коаксиальных, то нетрудно увидеть, что коаксиальные имеют существенно меньшее погонное затухание, но при этом они проигрывают в цене. Коаксиальные кабели хорошо защищены от взаимных и внешних помех. Их коэффициент экранирования превышает 75 дБ в полосе частот 30-1000 МГц. Для сравнения характеристик российских и зарубежных кабелей приведена таблица 3.6 [13].

Таблица 3.6. Сравнительные характеристики коаксиальных кабелей

Тип кабеля РК75-4-11 RG-6 Примечание
Затухание на 100 м
100 МГц 10дБ 6,9 дБ В ДМВ диапазоне
1000 МГц 40дБ 21дБ по потери у РК75 в 2 раза больше!!!
Материал центрального
проводника
Медь Медь или луженая медь  
Диаметр центрального
проводника
0,72 мм 1,00 мм или 1,02 мм Тоньше жила – больше потерь
Диэлектрик Полиэтилен
Вспененный
полиэтилен с
инжекцией газа
Сплошной полиэтилен не
позволяет сделать толще
центральную жилу
Диаметр диэлектрика 4.6 мм 4,57 мм  
Внешний проводник
Фольга нет Фольга –
полиэстер – фольга
Отсутствие
экрана из фольги
резко снижает
экранировку!!!
Оплетка Медь Луженая медь или алюминий  
Покрытие 40…60% 40-70%  
Коэффициент
экранирования
50…60 дБ 85…90 дБ Вот вам и фольга!
Оболочка Полиэтилен полиэтилен или
поливинилхлорид
 
Наружный диаметр 7.3 мм 6.9 мм  

3.2.2. Волоконно-оптические кабели в сети доступа

Современное представление о сети доступа уже неразрывно связано с использованием волоконно-оптических кабелей с подводом к абонентскому терминалу или с промежуточным окончанием (“гибридный вариант волокно-медь”).

В чем состоит физика волоконно-оптической передачи?

Когда световая волна падает на границу раздела двух сред, то могут наблюдаться следующие эффекты: свет преломляется; свет отражается; свет распространяется вдоль границы раздела сред.

Эти эффекты зависят от соотношения показателей преломления сред и угла падения света. Связь этих параметров устанавливает закон Снеллиуса:

, где
-угол падения, -угол преломления, V1-скорость света в среде 1, V2-скорость света в среде 2. На рисунке 3.16 приведен пример распространения света на границе раздела сред.

Рисунок 3.16. Световые лучи на границе раздела физических сред

Рисунок 3.16. Световые лучи на границе раздела физических сред

В оптических световодах используется эффект отражения света. Они выполняются прямоугольными и цилиндрическими (волоконными). Прямоугольные применяются в микросхемах, а цилиндрические в виде длинных волокон служат основой кабелей (примеры на рисунке 3.17).

Рисунок 3.17. Примеры конструкций волоконных световодов

Рисунок 3.17. Примеры конструкций волоконных световодов

В конструкциях выделяются две составляющие: сердцевина с диаметром от 8-10 мкм до 100 мкм и оболочка с диаметром от 125 до 140 мкм. Сердцевина и оболочка выполняются из материалов с разной оптической плотностью, которая характеризуется показателем преломления:



где c скорость света в свободном пространстве (~3•108 м/с), V скорость света в веществе. Обычно значение показателя преломления сердцевины обозначается n1, а оболочки n2. Условием распространения света в волноводе в этом случае записывается:

n1>n2.

В зависимости от геометрических размеров сердцевины и соотношения показателей n1 и n2 возможна реализация режимов работы световодов: многомодовый и одномодовый.

Многомодовый режим характеризуется распространением в световоде множества независимых лучей света или типов волн.

Одномодовый режим характеризуется распространением в световоде одного луча света или одного типа световой волны (рисунок 3.18).

Рисунок 3.18. Лучи света в волноводе

Рисунок 3.18. Лучи света в волноводе

Для изготовления световодов применяют многие материалы, которые условно подразделяют на неорганические и органические. К неорганическим относятся стекла (Si O2, Ge O2, NA O2, Ca O , Pb O и другие) и дополнительные присадки к ним (P2 O5, Ti O2, Al2 O3, Sb2 O3). К органическим относятся пластмассы на основе различных полимеров (метилметакрилат, тетрафтор- пропилметакрилат, метилакрилат и другие) [29,30].

Волоконные световоды на основе пластмасс имеют худшие характеристики чем на основе стекол, но они на порядок дешевле. Это очень важное обстоятельство для использования волоконных световодов в сетях доступа, где наиболее актуально снижение затрат на одно окончание для пользователя.

Одномодовые и многомодовые световоды характеризуются двумя важнейшими параметрами передачи оптических сигналов: затуханием и дисперсией.

Затухание обычно измеряется в дБ/км и определяется потерями на поглощение и рассеяния излучения в световоде. Затухание зависит от длины волны излучения, вводимого в волокно. Например, для кварцевых волокон (стекловолокон) передача наиболее эффективна на длинах волн: 0,85 мкм; 1,3 мкм и 1,55 мкм (рисунок 3.19).

Рисунок 3.19 Характеристики затухания кремниевого стекловолокна

Рисунок 3.19. Характеристики затухания кремниевого стекловолокна

Полимерные волокна имеют другие значения длин волн наивысшей эффективности передачи (рисунок 3.20).

Рисунок 3.20. Зависимость эффективности передачи мощности оптического излучения в пластиковом световоде от длины волны

Рисунок 3.20. Зависимость эффективности передачи мощности оптического излучения в пластиковом световоде от длины волны

Затухание пластикового световода может составлять десятки и сотни дБ/км, что естественно ограничивает возможности передачи до десятков и сотен метров. Лучшие пластиковые световоды обеспечивают передачу до 3 км при стандартных излучателях и приемниках.

Другой важнейший параметр оптического волокна – дисперсия.

Дисперсия – это рассеяние во времени спектральных, модовых и поляризационных составляющих оптического сигнала.

Известны три типа дисперсии:

  • межмодовая, которая присуща многомодовому волокну и обусловлена наличием большого числа мод, время распространения которых различно;
  • хроматическая, которую подразделяют на материальную и волноводную дисперсии, при этом материальная обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны (ширины спектра излучения), а волноводная зависит от процессов распространения составляющих моды в сердцевине и оболочке, т.е. тоже от ширины спектра моды;
  • поляризационная модовая дисперсия возникает вследствие различной скорости распространения двух различных двух взаимно перпендикулярных поляризационных составляющих одной моды.

Межмодовая и хроматическая дисперсия имеют размерности [с/км], а поляризационная дисперсия имеет размерность [c/ ].
Совокупная дисперсия световода определяется соотношеием:

,
где – межмодавая, – материальная, – волноводная, – поляризационная.
Кроме того, многомодовое волокно еще характеризуется полосой пропускания [71]:

Хроматическая дисперсия зависит от ширины спектра излучения и она может быть определена произведением: ,
где – ширина спектра источника измерения, (удельная нормированная) величина, измеряемая [пс/нм•км].
Наиболее важные типовые характеристики волоконных стеклянных (Si O2) световодов приведены в таблице 3.7.

Таблица 3.7. Примеры типовых характеристик стекловолокон

Таблица 3.7. Примеры типовых характеристик стекловолокон

Еще одной характерной особенностью волоконных световодов является структура профиля показателя преломления сердцевины и оболочки. Примеры структур и их влияние на параметры дисперсии показаны на рисунке 3.21

ступенчатый профиль показателя преломления оптического волокна

а) ступенчатый профиль показателя преломления оптического волокна

треугольный профиль показателя преломления оптического волокна

б) треугольный профиль показателя преломления оптического волокна

градиентный профиль многомодового оптического волокна

в) градиентный профиль многомодового оптического волокна

Рисунок 3.21 Примеры взаимосвязи профиля показателя преломления и величины дисперсии волоконных световодов

Известно множество конструкций оптических кабелей. Среди них необходимо выделить кабели для сетей доступа, которые должны отвечать определенным требованиям:

  • относительно низкая стоимость;
  • требуемая полоса пропускания;
  • допустимое затухание на участке доступа;
  • простое сопряжение с источниками и приемниками излучения ;
  • работа при различных температурах;
  • устойчивость к влаге, давлению, вибрациям и т.д.

Оптические кабели в сетях доступа подразделяются на объектовые, распределительные и магистральные.

Объектовые оптические кабели (абонентские) выполняются в формате 1-2 волокон (рисунок 3.22).

Рисунок 3.22. Примеры конструкций объектовых (абонентских) кабелей с волоконными световодами и плотной укладкой волокон

Рисунок 3.22. Примеры конструкций объектовых (абонентских) кабелей с волоконными световодами и плотной укладкой волокон

Для распределительной и магистральной линий могут использоваться кабели модульной, ленточной и профилированной конструкций. Они отличаются емкостью и способом размещения волокон. Свободная укладка волокон позволяет компенсировать механические и термические воздействия на волокно в известных пределах нагрузок. Конструкции этих типов кабелей приведены на рисунке 3.23.

Рисунок 3.23. Конструкция оптических кабелей для сети доступа

Рисунок 3.23. Конструкция оптических кабелей для сети доступа

При оконечивании оптических кабелей, которое осуществляется, как правило, в герметичных кроссовых шкафах и ящиках, каждое волокно завершается разъемным соединителем.

Известны ряд стандартов соединителей:

  • коннекторы типа ST (для многомодовых кабелей);
  • типа FC (для одномодовых кабелей);
  • типа SC (для одномодовых и многомодовых кабелей);
  • розетки соответственно ST, FC, SC;
  • адаптеры обнаженного волокна для временного оперативного соединения;
  • постоянные и переменные аттенюаторы;
  • ответвители и разветвители, различающиеся коэффициентом деления мощности сигнала.

Сращивание отдельных волокон различных строительных длин оптических кабелей производится сваркой. В отдельных случаях могут использоваться сплайсовые (трубочные) соединения. Прокладка оптических кабелей сети доступа может быть осуществлена в распределительных желобах, закрепляемых на стены зданий, вдуванием сжатым воздухом в пластиковые трубчатые каналы, проложенные в здания под штукатуркой, подвеской между зданиями или прокладкой в кабельной канализации [26,31,32,38,41,42,57,60].

3.2.3. Средства и методы передачи сигналов в проводных электрических и оптических линиях

Передача сигналов в СД в основном производится в цифровом формате, т.е. в виде двоичных “1” и “0”. При этом возможна передача непосредственно и через аналоговые модемы.

Непосредственная передача цифровых сигналов в электрических и оптических линиях как правило происходит с использованием преобразователей или конверторов линейных сигналов, в которых, прежде всего, на передаче формируется линейный сигнал в подходящем коде. Далее в электрической линии передатчик согласуется с помощью трансформатора с парой проводов, а в оптической линии происходит преобразование электрического сигнала в оптический путем модуляции источника света. Источник света (светодиод или полупроводниковый лазер) должен быть согласован по характеристикам с оптическим волокном. Наибольшую мощность и концентрацию энергии в пространстве обеспечивает лазер, но при этом преобразователь имеет и значительно большую стоимость чем светодиодный вариант передатчика.

Приемник сигналов электрической линии также согласуется с парой проводов через трансформатор. При этом приемник регенерирует (восстанавливает) форму и длительность электрических импульсов. Приемник сигналов оптической линии преобразовывает энергию оптического излучения, пришедшего от передатчика по световоду, в электрический сигнал, усиливает его и также регенерирует, т.е. восстанавливает форму и длительность каждого электрического импульса.

Линейное кодирование сигналов для электрической и оптической линий, как правило, различное. Например, в электрических линиях часто используются коды:

  • HDB-3, High Density Bipolar – биполярный код высокой плотности порядка 3;
  • AMI, Alternate Mark Inversion – линейный код с инвертированием;
  • NRZ, Non Return to Zero – без возвращения к нулю на тактовом интервале;
  • 2B1Q, код с преобразованием двух двоичных символов в один четверичный.

Временные диаграммы этих кодов приведены на рисунке 3.24, а спектральные на рисунке 3.25.

Рисунок 3.24. Примеры диаграмм кодов электрических линий

Рисунок 3.24. Примеры диаграмм кодов электрических линий

Рисунок 3.25. Спектры сигналов HDB3, 2B1Q, CAP

Рисунок 3.25. Спектры сигналов HDB3, 2B1Q, CAP

Использование рассмотренных кодов для передачи сигналов в оптических линиях проблематично, т.к. передавать отрицательную оптическую мощность невозможно, а использование многоуровневой модуляции яркости излучения потребует построения очень сложной схемы приемника. Поэтому в оптической передаче почти исключительно применяются двухуровневые линейные коды.

Примеры этих кодов:

CMI, Coded Mark Inversion – код с инверсией символов (рисунок 3.24);
mBnB – блочный код, где m двоичных символов замещаются группой из n двоичных символов, причем n > m;
Скремблированный NRZ – код в котором производится установление паритетного числа двоичных “0” и “1” через процедуру сложения по модулю два информационной и квазислучайной двоичных последовательностей. Примеры характеристик этих кодов можно найти в [72].

В сети доступа для передачи сигналов могут быть задействованы:

  • одна пара проводов;
  • две пары проводов;
  • одно оптическое волокно;
  • пара оптических волокон.

Использование одной пары проводов для встречной передачи возможно благодаря применению адаптивной компенсации помех передатчика своему приемнику. Использование одного оптического световода возможно для передачи и приема на разных длинах волн и на одной волне благодаря направленным оптическим разветвителям.

Использование двух пар проводов или пары световодов надежно обеспечивает раздельную передачу и прием сигналов. Кроме того, в четырехпроводной электрической линии может быть гарантирована передача электрического тока для питания промежуточных регенераторов. Схема передачи тока питания показана на рисунке 3.26.

Рисунок 3.26. Схема электропитания регенератора

Рисунок 3.26. Схема электропитания регенератора

На рисунке обозначено:

Пер – передатчик электрического сигнала;
Пр – приемник электрического сигнала;
ПДП – плата дистанционного питания.

Передача сигналов электрических в линиях с помощью модемов получила в последние годы широкую популярность. Это обусловлено возможностью доставки широкополосных сигналов (высокоскоростных сообщений) до пользователей по низкочастотным линиям (по телефонным линиям). При этом, как правило, обеспечивается высокая помехоустойчивость информационных сигналов и достаточно большие участки передачи (от сотен метров до нескольких километров). Общее название модемных методов широкополосной передачи – xDSL, x Digital Subscriber Line, x цифровая абонентская линия.

Индекс X обозначает одну из разновидностей технологии:

А – асимметричная; RA – асимметричная с автоматической настройкой скорости передачи; М – поддерживает многие скорости передачи; S – простая двухпроводная передача; I – низкоскоростная для ISDN; Н – высокоскоростная; SH – симметричная высокоскоростная; V – очень быстрая передача.

Технология xDSL имеет внутренние подразделения на низкоскоростные и высокоскоростные решения, которые зависят и от вида аналоговой или цифровой модуляции.

Известны следующие виды модуляции xDSL:

QAM, Quadrature Amplitude Modulation – квадратурная амплитудная модуляция;
PAM, Pulse Amplitude Modulation – амплитудно-импульсная модуляция;
CAP, Carrierless Amplitude/Phase – амплитудно-фазовая модуляция без несущей (пример спектра сигнала в этом коде на рисунке 3.24);
DMT, Discrete Multitone – дискретная многочастотная модуляция.

Подробные сведения о этих видах модуляции можно получить из [8,10,27,45,37].

Среди цифровых методов модуляции, получивших применение в xDSL, необходимо выделить 2B1Q как эффективное решение по понижению тактовой частоты и сужению спектра в низкочастотную область передачи в электрической линии.

3.2.4. Технологии xDSL

Технология ADSL позволяет организовать передачу по паре проводов существующих абонентских линий UTP категории 3 передачу данных на расстояние до 5,5 км от АТС со скоростью до 8 Мбит/с к абоненту и до 1-1,5 Мбит/с от него. В ADSL применяются два типа линейного кодирования САР и DМТ. При этом телефонные и цифровые сигналы при передаче по линии не мешают друг другу, т.к. занимают разные полосы частот.

Технология ADSL – lite или G.lite поддерживает более низкие скорости (в 1,5 Мбит/с к абоненту и 384 кбит/с от него), но взамен не требует установки специального разветвителя (сплиттера) телефонии и цифровой передачи. Невысокая скорость компенсируется простой установкой и низкой стоимостью развертывания. Расстояние передачи соответствует ADSL.

Технология RADSL представляет собой вариант технологии ADSL с автоматической настройкой скорости передачи (в зависимости от состояния линии).

Технология MDSL обеспечивает передачу цифровых сигналов по одной паре проводов со скоростью 128 кбит/с – 2,3 Мбит/с при модуляции 2B1Q. Кодирование 2B1Q обеспечивает не самую большую дальность передачи, но на сильно зашумленных линиях оно позволяет установить более качественное соединение, чем при использовании САР.

Технология HDSL достаточно давно известная по применению на сетях связи. Обеспечивает работу по паре проводов с фиксированной скоростью 2,048 Мбит/с в двух направлениях. Как правило, применяется 4-хпроводный вариант с дуплексной передачей по каждой паре на расстояние около 4,5-6,5 км по кабелю UTP категории 3. В HDSL применяются следующие виды кодирования: 2B1Q, CAP64, CAP128.

Технология SHDSL представляет собой стандарт высоко скоростной симметричной передачи данных (по терминологии ITU-T G.shdsl). Скорость передачи по одной медной паре достигает 2,3 Мбит/с, по двум медным парам до 4,6 Мбит/с. Скорость может быть фиксированной или адаптивной в диапазоне 192 кбит/с – 2,320 Мбит/с. Дальность передачи на каждой паре проводов с жилами 0,4 мм кабеля UTP категории 3 может составить от 2 до 6 км.

Технология SDSL аналогична HDSL, однако, для организации соединения достаточно двухпроводной абонентской линии. При этом протяженность линии до 3 км и скорость обмена данными до 2,048 Мбит/с.

Технология MSDSL это высокоскоростная симметричная передача синхронного цифрового потока по одной медной паре с изменяемой линейной скоростью. Скорость передачи автоматически корректируется во время работы в соответствии с состоянием линии и качеством сигнала. В зависимости от скорости (144 кбит/с – 2,064 Мбит/с) используется кодирование с CAP 8 по CAP 128. Максимально перекрываемое расстояние по паре кабеля UTP категории 3 до 6,5 км.

Технология VDSL представляет ряд перспективных решений по передаче данных на скоростях от 10 до 50 Мбит/с к абоненту и до 8 Мбит/с от абонента. Для реализации VDSL необходима пара проводов, на которой гарантируется дальность передачи 300 – 1200 м.

Подробная информация о методах проектирования линий xDSL и применяемых при этом расчетах приведена в [8,27].

3.2.5. Технологии оптической передачи

Технологии оптической передачи в сети доступа подразделяются на активные и пассивные.

Активная оптическая технология базируется на различных мультиплексорах (PDH, SDH, ATM), кольцевых и линейных конфигурациях с гарантированной защитой трафика. Пример такой конфигурации приведен на рисунке 3.27.

Рисунок 3.27. Пример схемы сети доступа с применением активной оптической технологии
Рисунок 3.27. Пример схемы сети доступа с применением активной оптической технологии

Это решение имеет как недостатки: высокую стоимость интерфейсов пользователей, оптических интерфейсов и оборудования мультиплексоров выделения/ввода (ADM SDH) синхронной цифровой иерархии. При этом техническое решение гарантирует защиту всего трафика сети доступа в случае повреждения любого участка волоконно-оптической линии или линейного интерфейса.

Значительно большее применение получили технические решения с пассивными волоконно-оптическими сетями, предназначенными для широкополосной передачи B-PON (Broadband Passive Optical Network).

ITU-T среди своих рекомендаций определил всесторонне пассивную волоконно-оптическую технологию для сетей доступа. Это рекомендации:

G.983.1 (1998 год) – спецификация скоростей 155 Мбит/с и 622 Мбит/с;
G.983.2 (2000 год) – спецификация оборудования контроля и управления сетей доступа;
G.983.3 (2001 год) – распределение волн оптического диапазона для многоволнового мультиплексирования в PON;
G.983.4 (2001 год) – динамическое назначение полосы частот для сигналов;
G.983.5 (2001 год) – дублирование функций линейной передачи в сети доступа;
G.983.7 (2001 год) – спецификация управления и контроля оборудования с динамическим назначением полосы частот;
G.984 (1-4) (2001 год) – определили возможности управления PON.

Общая архитектура B-PON представлена на рисунке 3.28.

Рисунок 3.28. Пример конструкции системы B – PON

Рисунок 3.28. Пример конструкции системы B – PON

В этой схеме центральным элементом является точка оптического разветвления. В самом простом исполнении это пассивный оптический делитель, в котором мощность сигнала делится равномерно между выходящими волокнами, т.е. ,
где n число выходящих из ветвителя волокон.

При радиусе действия PON около 20 км максимальное число разветвлений не более 32 по определению ITU-T (рекомендация G.982).

Для эффективного использования участка доступа B-PON между OLT и ONU предложено несколько вариантов решений по передаче оптических сигналов:

  • передача синхронная цифровых циклов с определенными временными позициями для ONU (рисунок 3.29) на одной частоте;
  • передача и прием синхронная и асинхронная на различных оптических частотах, например, передача 1550 нм прием 1310 нм;
  • передача и прием сигналов каждому (от каждого) ONU на своих отдельных частотах при использовании вместо оптического разветвителя оптического фильтра с усилителем и двумя отдельными волокнами передачи и приема (рисунок 3.31);
  • передача и прием оптических пакетов, составленных из временных пакетов на разных длинах волн (рисунок 3.32) и в одном или различных волоках с использованием оптического пакетного распределителя.

В любом из вариантов передачи в B-PON требуется синхронизация цифровых окончаний ONU. Эта синхронизация должна быть обеспечена единым высокостабильным тактовым генератором. Кроме того, в направлении каждого ONU должны следовать временные или частотные позиции сигналов для контроля и управления. Более подробная схема доступа B-PON приведена на рисунке 3.24.

В масштабных проводных сетях доступа, покрывающих большие территории возможно комбинированное использование всех выше рассмотренных методов построения сети и передачи данных в ней (рисунок 3.34).

Синхронный метод передачи с разделением во времени TDM (Time Division Multiplexing)

 

а) Синхронный метод передачи с разделением во времени TDM (Time Division Multiplexing)

Метод синхронного доступа с разделением во времени передаваемых временных групп (слотов) TDMA (Time Division Multiplexing Access)

б) Метод синхронного доступа с разделением во времени передаваемых временных групп (слотов) TDMA (Time Division Multiplexing Access)

Рисунок 3.29. Синхронная передача циклических групповых сигналов в PON

Рисунок 3.30. Передача в PON потока ячеек АТМ, разделяемых адресами заголовков и услугами внутри каждого потока на ONU

Рисунок 3.30. Передача в PON потока ячеек АТМ, разделяемых адресами заголовков и услугами внутри каждого потока на ONU

Рисунок 3.31. Передача в PON с использованием частотного и пространственного разделения сигналов сети доступа

Рисунок 3.31. Передача в PON с использованием частотного и пространственного разделения сигналов сети доступа

Передача в PON частотно – временных пакетов

а) Передача в PON частотно – временных пакетов

Доступ в PON частотно-временными пакетами

б) Доступ в PON частотно-временными пакетами

Рисунок 3.32. Передача в PON с использованием частотно-временных пакетов сигналов сети доступа

Рисунок 3.33

Рисунок 3.34

3.3. Системы беспроводного доступа

Системы беспроводного доступа с точки зрения физической среды реализуются через передачу сигналов в атмосфере и ближнем космосе в радиочастотном и оптическом диапазонах электромагнитных волн.

Диапазоны радиочастот для беспроводного доступа определены следующим образом [17].

Диапазон 300 МГц. Для радио доступа определены частоты: 307,5 – 308 и 343,5 – 344 МГц.

Диапазон 800 МГц. Для радио доступа бесшнуровых телефонов выделены частоты: 864 – 868,2 МГц для стандарта доступа СТ-2 с мощностью передатчиков не более 10 мВт.

Диапазон 1427 - 1525 МГц. Этот диапазон в основном предназначен для связи “Земля - Космос”, однако в нем выделены участки спектра для радио доступа (Multi Gain Wireless, IRT 2000 – Франция, A 9800 Alcatel).

Диапазон 1880 - 1900 МГц определен для развертывания систем абонентского доступа технологии DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication).

Диапазон 2,1 – 2,7 ГГц отведен для радиолокации, спутниковых служб, космических исследований и имеет категорию правительственного назначения. Однако в настоящее время участок спектра частот 2,1 – 2,3 ГГц используется для радио доступа (Alcatel A 9800).Согласно решений ГКРЧ (государственный комитет по радиочастотам) диапазон 2,3065 – 2,4815 ГГц отведен для развертывания систем радио доступа.

Диапазон 3,4 – 3,8 ГГц может быть использован по индивидуальному согласованию с ГКРЧ РФ для радио доступа.

Диапазон 10 – 10,7 ГГц имеет участки, которые в перспективе определены для высокоскоростного радио доступа (10,15 – 10,3 и 10,5 – 10,65 ГГц).

Диапазон 24,5 – 25,25 ГГц имеет участки спектра (24,549 – 25,053 и 25,557 – 26,061 ГГц) рекомендованные к развертыванию сетей доступа с высокой скоростью передачи данных. Участок спектра радиочастот 27,5 – 29,5 ГГц выделен целевым образом для сотового телевидения.

Диапазон 40,5 – 42,5 ГГц свободен. Для его использования рекомендовано развернуть системы телевизионного вещания (сотовое телевидение высокой четкости).

Диапазоны оптических частот для беспроводного доступа определяются свойствами воздушной атмосферы в зависимости от времени года, выпадения осадков, пыли, загазованности и т.д. На рисунке 3.35 представлена характеристика пропускания атмосферы.

Рисунок 3.35. Характеристика пропускания атмосферы для оптических волн

Рисунок 3.35. Характеристика пропускания атмосферы для оптических волн

Основными источниками излучения для связи через атмосферу являются лазеры. Атмосферное рассеяние лазерного луча является функцией длины волны излучения, числа и размера частиц пыли и газа в воздухе, на которых и происходит рассеивание. Для оптической связи в атмосфере используется диапазон 0,8 -1,1 мкм. В этом диапазоне оптических волн работают простые и надежные источники излучения (в основном полупроводниковые лазеры на основе GaAs, а также светодиоды). Излучение этих приборов сильно подвержено рассеянию в тумане и при выпадении дождя и снега [20].

Туман является одним из основных препятствий, ограничивающих видимость при оптической передаче. Туман появляется, когда относительная влажность воздуха превышает точку насыщения. При значительном превышении этой точки может происходить объединение мельчайших частичек влаги в капли воды (размер несколько микрон).

Туман вызывает рассеяние луча во всех направлениях. В результате этого эффекта приемника достигает лишь небольшая доля этого излучения. Таким образом, уверенный прием окажется невозможным, если видимость или метео видео дальность (МДВ) (расстояние, на котором человеческий глаз может различать черный объект, имеющий площадь 1 м2, на белом фоне) на пути прохождения луча окажется хуже 80%. То есть, если дальность связи составит 1000 метров, а видимость 800 метров, то связь будет практически невозможной. Зависимость между МДВ и дальностью передачи почти линейна (рисунок 3.36).

Рисунок 3.36. Дальность оптической передачи в зависимости от МДВ

Рисунок 3.36. Дальность оптической передачи в зависимости от МДВ

Дождь также как и туман может сильно ослабить оптический сигнал. Для характеристики дождя используют понятие плотности. Для сильного ливня плотность составляет 1000 мг/м2, что в 10 раз больше, чем для густого тумана. Однако размер дождевых капель в 1000 раз больше размера капель воды тумана. Поэтому вызванное дождем затухание сигнала в 100 раз меньше, чем из-за тумана. Для лазерной связи перебои возникают только при скорости выпадения осадков 75 – 85 мм/ч.

Снег также приводит к рассеянию сигнала, однако, его влияние определяется содержанием воды в нем. Мокрый снег подобен дождю. Сухой снег подобен туману. Реальное затухание сигнала, вызванное снегом, находится внутри диапазона затухания для дождя и для тумана и может составлять величину от 6 до 40 дБ/км.

Примеры характеристик некоторых систем атмосферной оптической связи приведены в таблице 3.

Таблица 3.8 Характеристики систем оптической связи в атмосфере

Изделие OmniBeam 4000 LOO Freespace Freespace Turbo ЛАЛ 2+
Пропускная способность 34 – 155 Мбит/с 10 – 20 Мбит/с 10 Мбит/с до 155 Мбит/с до 10 Мбит/с
Расстояние (макс.) до1200 м до 1000 м до 450 м до 1200 м до 5000 м
Граница замирания 15 дБ 15 дБ 17 дБ мин., 20 дБ номинально 17 дБ мин., 20 дБ номинально 25 – 30 дБ
Мощность излучения 20 мВт 20 мВт 20 мВт 40 мВт до 100 мВт
Чувств. приёмника 1 мкВт 0,7мкВт 1 мкВт 2 мкВт -54 дБм
Достоверность передачи 99,9% 99,9% 99,9% 99,9% 99,9%
Частота появления ошибок по битам 1Е - 9 1Е - 9 1Е - 10 1Е - 10 1Е - 10
Исполнение корпуса Всепого дный Всепого дный Всепого дный Всепого дный Всепого дный
Температурный диапазон от –30о до +150оC от –30о до +150оC от –30о до +150оC от –30о до +150оC от –40о до +65оC
Поддерживаемые протоколы 34Мбит/с; SONET или АТМ 51 Мбит/с; Fast Ethernet 802.3u 100 Мбит/с; FDDI 125 Мбит/с; SONET или АТМ155 Мбит/с 2Мбит/с Е1; Etherne 10 Мбит/с; Token Ring 4/16 Мбит/с Token Ring 4/16 Мбит/с; Ethernet 10 Мбит/с, полудуплексный Ethernet 10 Мбит/с FDDI 100 Мбит\с; Fast Ethernet в полу-и полно дуплексном режиме 100 Мбит/с; ОС3/АТМ 155 Мбит/с Е1,4?Е1, Ethernet 10 Мбит/с

Необходимо отметить, МДВ зависит от конкретной местности. Поэтому приведенные в таблице 3.8 показатели являются усредненными. Для проведения точных расчетов необходимо воспользоваться методиками, которые приведены с примерами в следующей литературе [19, 21, 22, 23, 53].

Также необходимо заметить, что возможности радио доступа должны быть определены в конкретной местности для заданного диапазона частот и технологии радио доступа.

3.3.1. Технологии радио доступа

Существует несколько видов технологий радио доступа, которые различаются по ряду характеристик.

Все абонентские устройства доступа подразделяются на индивидуальные, предназначенные для подключения отдельных абонентов, и коллективные системы, способные обсуживать от десятков до тысяч пользователей. Кроме того, по максимальной дальности связи базовой станции с абонентским блоком (окончанием) в обеих группах различают устройства малого (до 1 км), среднего (1-10 км) и большого (10-100 км) радиуса действия. В отдельную группу нужно выделить средства спутникового радио доступа.

К группе индивидуальных средств радио доступа можно отнести радио удлинители телефонного канала, беспроводные телефоны со средним и малым радиусом действия.

Для радио удлинителя телефонного канала выделены полосы частот 307,5 - 308 МГц и 343,5 – 344 МГц при ширине канала 25 кГц. Мощность передатчика канала может достигать 10 Вт. При этом обеспечивается дальность до 100 км. Массовое применение радио удлинителей при большой телефонной плотности невозможно из-за больших взаимных помех.

Беспроводные телефоны со средним и малым радиусом действия используются в 40 каналах с шагом 25 кГц в полосах частот 814 – 905 МГц. Выбор свободного канала осуществляется автоматически. Мощность разрешенных устройств не превышает 10 мВт. Однако для массовой эти телефоны непригодны из-за больших взаимных помех в ограниченном числе каналов.

Системы беспроводного доступа это совокупность средств и возможностей по коммутации услуг. В состав системы радио доступа входят: центральный контроллер; коммутационная станция; стыки с сетью общего пользования; одна или несколько базовых станций радио доступа; абонентские блоки; система управления сетью.

Системы радио доступа используются на малых и средних расстояниях. В литературе они получили название Wireless Local loop (WLL).Типовая архитектура системы WLL приведена на рисунке 3.37.

Такие системы позволяют обслуживать районы с высокой плотностью терминалов (сотни и тысячи).

Рисунок 3.37. Типовая архитектура системы WLL

Рисунок 3.37. Типовая архитектура системы WLL

Контроллер базовых станций предназначен для концентрации и возможно коммутации трафика WLL, обработки вызовов и обеспечения связи с коммутаторами сети общего пользования, например, ТФОП (АТС). Связь с сетью общего пользования обеспечивается через интерфейсы (n?E1, V5.x) или многочисленные аналоговые двухпроводные линии. Кроме того, контроллер поддерживает функции через интерфейсы Q2, Q3 и терминал технического обслуживания.

Базовые станции WLL осуществляют радиосвязь со стационарными или ограничено мобильными абонентами в пределах своих зон обслуживания, величина которых зависит от используемой в системе радио технологии, и обеспечивает передачу вызовов контроллеру. Базовая станция состоит из антенно-фидерного тракта, одно- или многоканальной приемопередающей аппаратуры, локальной подсистемы управления, коммутационных интерфейсов и системы питания.

Абонентские терминалы представляют собой портативные беспроводные трубки, обеспечивающие ограниченную подвижность связи; специальные настольные аппараты с трансивером и антенной и стационарные блоки на одну или более телефонных линий, к которым подключаются телефоны, факсы, модемы. В широкополосных радиосистемах доступа предоставляются услуги ISDN и B – ISDN. Стационарный абонентский терминал может размещаться внутри или снаружи зданий и иметь внешнюю или встроенную антенну, а также резервное питание от батареи.

Терминал обслуживания – это персональный компьютер с программными установками по мониторингу и управлению.

Необходимо обратить внимание на антенные устройства систем радио доступа.

В рамках организации системы беспроводного многоточечного доступа важную роль играют такие факторы, как качество связи, устройство антенн, а также средства планирования и управления сетью. Для таких систем разработаны специальные конструкции антенн, которые не только обладают свойствами гибкости по отношению к системным требованиям, но удовлетворяют и эстетическим запросам. Основным решениям для базовой станции является конструкция антенны, разделенной на сектора обзора с малыми боковыми лепестками диаграммы направленности. Оконечная станция оборудуется антенной, обладающей таким же малым излучением на боковых лепестках и, вместе с тем, высоким усилением, что позволяет свести к минимуму влияние шумовых излучений. Этот принцип совмещается с использованием метода двойной поляризации.

Планарные антенны представляют собой простое и экономичное решение, совмещающее модульность структуры и эстетически приемлемый внешний вид. В антеннах, разработанных к настоящему времени, применяются ленточные микроволноводы, что позволяет легко удовлетворять разнообразные запросы потребителей, в частности, по высокому усилению и модульному выбору вариантов секторного обзора с различными углами раскрытия. Отдельные антенны сектора могут крепиться отдельно друг от друга (например, на стенах зданий). На рисунках 3.38, 3.39 показаны примеры типовых решений по секторизации ячеек обслуживания.

Рисунок 3.38. Пример разбиения на секторы с одинаковыми углами раскрытия

Рисунок 3.38. Пример разбиения на секторы с одинаковыми углами раскрытия

Рисунок 3.39. Пример разбиения на секторы с разными углами раскрытия

Рисунок 3.39. Пример разбиения на секторы с разными углами раскрытия

В каждом из секторов в зависимости от его величины, полосы частот, кодирования возможно подключения различного числа абонентов. По указанным характеристикам и стоимости одного окончания могут сравниваться различные WLL между собой.

Как правило, системы радио доступа делаются многоточечными и базовые станции размещаются в центре зон обслуживания. Например, система DMS (Digital Multipoint System) компании Bosch поддерживает топологию “точка – много точка” с возможностью охвата зоны действия на местности, где располагаются узлы связи. Для достижения максимальной пропускной способности зона действия (ячейка) делится на сектора обзора с углами 90о, 45о и 15о (рисунок 3.40).

Рисунок 3.40. Пример образования секторов радио доступа

Рисунок 3.40. Пример образования секторов радио доступа

Обозначено на рисунке 3.39: RNU – Radio Network Unit – сетевой радиоблок; CRS – Central Radio Station – базовая радиостанция.

Пропускная способность системы радио доступа зависит от выбора режима работы:

  • постоянного распределения полосы пропускания FBA (Fixed Bandwidth Allocation), режим, который применяется в случае выделенных линий LL (Lized Line) или аналогичных протоколов;
  • динамическое распределение полосы пропускания DBA (Dinamic Bandwidth Allocation), режим, приспособленный для предоставления коммутируемых услуг.

В случае DBA каждая связь индивидуально адаптируется к текущему трафику на локальном терминале. Поэтому удается создавать существенно большее число каналов (беспроводная концентрация трафика). Алгоритмы управления DBA исключают блокировку вызова от абонента, пока в полосе частотного канала существуют свободные номиналы рабочей частоты. Каждая DBA процедура непосредственно связана со сменой пары несущих частот и под новые каналы отводятся свободные полосы частот в пределах общей рабочей полосы конкретного сектора CRS.


Таким образом, назначение частот при радио доступе играет важнейшую роль. При этом для разделения радиочастотных сигналов могут быть использованы различные методы доступа:

  • FDMA, Frequency Division Multiple Access – многостанционный доступ с частотным разделением;
  • TDMA, Time Division Multiple Access – многостанционный доступ с временным разделением;
  • CDMA, Сode Division Multiple Access – многостанционный доступ с кодовым разделением;

Все эти методы применяются в системах радио доступа и имеют свои достоинства (преимущества) и недостатки.

Ниже приведены ряд соотношений, которые указывают на сравнительные возможности методов разделения радиоканалов.

Метод FDMA позволяет обеспечить высокие битовые скорости связи с абонентами. В принципе нет каких-либо ограничений на пропускную способность и битовую скорость связи.

Метод FDMA позволяет оптимизировать каждое соединение индивидуально, независимо от других каналов радиосвязи.

Метод FDMA обеспечивает наиболее гибкий способ оперативной оптимизации любой отдельной связи в отношении частотных характеристик, битовой скорости, модуляции, мощности сигнала и исправления ошибок.

Во взаимодействии с технологией динамического распределения частотного диапазона DBA (Dynamic Bandwidth Allocation) метод FDMA способен наиболее экономичным образом разрешить проблему связи с малой битовой скоростью (например, канал 1 x 64 кбит/с до каждого клиента).

Цифровой метод FDMA проверен на практике и доказал свою эффективность в отношении быстрого развития и внедрения на рынке.

TDMA базируется на технологии FDMA, но каждый частотный канал дополнительно делится на несколько временных интервалов (тайм - слотов).Каждому абоненту выделяется один тайм – слот. TDMA является основой GSM (Global System for Mobile).

В применениях с радиосвязью в зоне прямой видимости (LOS – Line of Sight), где необходимо учитывать интерференционные помехи по частотам, метод FDMA имеет преимущество по сравнению с методом TDMA,так как каждому пользователю выделяется лишь малая часть полосы пропускания.

Ошибки синхронизации менее критичны для метода FDMA по сравнению с технологией TDMA (множественный доступ с временным разделением каналов).

В методе CDMA всеми абонентами сети используется общая полос частот. Разделение сигналов производится с помощью специальной кодовой комбинации, которая добавляется к информационному сигналу.

Несмотря на то, что методу CDMA присущ эффект подавления входных сигналов малой амплитуды (despreading), что позволяет уменьшить мощность сигнала за счет снижения уровня помех, этот метод не выгоден в условиях, когда необходимы высокие битовые скорости передачи, так как для реализации данного эффекта нужно слишком широкие полосы пропускания.

Метод CDMA развивается и прошел на этом пути ряд этапов стандартизации:

  • IS – 95A – передача голоса и данных до 14,4 кбит/с;
  • IS – 95B – передача голоса и данных до 115 кбит/с;
  • CDMA 2000 1x – увеличение емкости сети для речевых связей в 2 раза, а скорости передачи данных до 307 кбит/с;
  • CDMA 2000 1 x ЕV – скорость передачи данных до 2,4 Мбит/с в полосе 1,25 МГц.

Метод FDMA/DBA/FBA может быть использован для передачи данных на скоростях от 2,048 Мбит/с до 155 Мбит/с в сетях B-ISDN на основе АТМ.

Эффективное использование спектра частот радио доступа связано не только с методом разделения каналов, но и обусловлено методом модуляции несущих радиочастот. В системах радио доступа нашли применение следующие виды модуляции [35,51]: GFSK, QPSK (Q – 4, 8, 16), DQPSK и т.д.

Для широкого использования систем радио доступа в мире разрабатываются и применяются стандарты. Ниже кратко приводятся в качестве примера характеристики двух стандартов.

Стандарт DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications) представляет собой технологию радио доступа с малой мощностью излучения. Был разработан в середине 90х годов в ETSI. Стандартом определены три основные сферы применения: цифровые телефоны для дома и офиса; микросотовые системы для учреждений; системы радио доступа WLL. Стандартом предусмотрено 10 частотных каналов в диапазоне 1880-1900 МГц. Общее число дуплексных каналов – 120, модуляция GMSK, кодирование AДИКМ 32 Кбит/с, измеряемая мощность (средняя) 10 мВт, метод доступа FDMA/TDMA и дуплекс с разделением во времени. Радиочастотные каналы располагаются через 1728 кГц. На каждом канале может вестись до 12 телефонных разговоров одновременно, но в разные временные интервалы. Подробные сведения о DECT приведены в [35, 50].

Стандарт CT2/CAI определяет работу в диапазоне 864,1 – 868,1 МГц при многостанционном доступе FDMA с дуплексом и разносом каналов 100 кГц. Суммарные скорости передачи на несущую 72 кбит/с. Число речевых каналов – 40.

Кроме того, ранее были уже приведены обозначения стандартов на базе СDМА.

3.3.2. Мультиплексирование и концентрация нагрузки в сети доступа

Мультиплексирование и концентрацию нагрузки в сети доступа могут выполнить различные системы с такими технологиями как PDH, SDH, ATM, Frame Relay, IP, HDLC, Ethernet. Целью их применения является снижение стоимости одного окончания для доступа. Указанные технологии базируются на различных стандартах, но могут быть совместимыми между собой.

Технологии PDH и SDH – это мультиплексирование с разделением во времени общего ресурса передачи. Например, в PDH общим ресурсом передачи может быть цифровой поток E1 со скоростью 2,048 Мбит/с, который может быть разделен на 30 канальных интервалов по 64 кбит/с, предоставляемых для отдельных независимых передач сообщений. При этом совершенно не учитывается статистика сообщений, а ресурс (64кбит/с) доступен только одному источнику информации. В итоге ресурс сети доступа может использоваться очень неэффективно. В тоже время технологии PDH и SDH обеспечивают высокое качество передачи и высокую защищенность от ошибок. Сочетание этих технологий с другими (ATM, Frame Relay, IP, Ethernet), учитывающими статистические характеристики сообщений, позволяют выстроить гибкую систему доступа. Однако рассмотреть все указанные технологические решения в объеме небольшого конспекта лекций не представляется возможным.

Поэтому рекомендуется самостоятельно изучить ряд учебных изданий:

ATM [61, 73]; Frame Relay [75]; IP [58, 62];Ethernet [62, 74].

Первым широко признанным методом гибкого доступа стал метод набора подходящих интерфейсов для пользовательских окончаний в плезиохронных гибких мультиплексорах, выполняемых в соответствии с рекомендациями ITU-T G.797. На рисунке 3.41 представлена структура такого доступа.

Рисунок 3.41. Функциональная схема системы гибкого доступа

Рисунок 3.41. Функциональная схема системы гибкого доступа

Выбираемыми при проектировании составляющими этой структуры доступа могут быть: плезиохронные физические стыки со 100% дублированием (радиочастотные, атмосферные лазерные, проводные электрические, проводные оптические); компонентные физические стыки (для 2-х или 4-хпроводной аналоговой телефонии, цифровой телефонии, ISDN, передачи данных, Ethernet и т.д.); мультиплексирование канальных интервалов; мультиплексирование цифровых потоков (E2 = 4 E1, E3 = 4 E2, E4 = 4 E3); дистанционное управление через канал управления всеми функциями гибкого мультиплексора; формирование выделенных линий.

Сочетание возможностей гибкого мультиплексора PDH (G.797) и синхронного мультиплексора SDH (G.707, G.783) могут обеспечить структуру доступа со скоростями передачи данных от 64 кбит/с до 155 Мбит/с для пользователей, что предусмотрено в рекомендации ITU-T G.785 и реализуется в последнем поколении оборудования SDH для сетей доступа [76].

В настоящее время (2003-2004 гг) сети доступа с точки зрения мультиплексирования и создания трактов передачи выполняются интегрированными. Например, мультиплексоры доступа DSLAM(Digital Subscriber Loop Access Multiplex) выполняют две основные функции: оконечные устройства для линий пользователей xDSL; статистическое мультиплексирование для потоков ячеек ATM. В них используются виртуальные соединения ATM (виртуальные каналы VC). DSLAM направляет потоки данных в сети данных, а речевые сообщения в телефонные узлы.

Другим примером комплексного использования технологий мультиплексирования в сети доступа выступают интегрированные устройства доступа VoDSL [4], в котором сочетается передача речевых сообщений телефонии, IP передачи для Internet и пакетной передачи речи VoIP, передача сжатого трафика видеосигналов (VoATM) (рисунок 3.42).

Рисунок 3.42. Пример структуры комплексного мультиплексирования в сети доступа

Рисунок 3.42. Пример структуры комплексного мультиплексирования в сети доступа

Уровень ATM в этом примере обеспечивает статистическое мультиплексирование информационных и служебных ячеек (53 байта) с приоритетным обслуживанием сегментов, образуемых на AAL2 (48 байт второго типа адаптационного уровня ATM). Физическая медная цепь, в которой идет передача методом xDSL (модемом xDSL), сохраняет возможность использования обычного телефонного соединения. С другими примерами мультиплексирования, многопротокольной маршрутизации, концентрации и гибкого управления трафиком можно познакомиться в следующей литературе [45, 46, 47, 48, 49, 50].

3.3.3. Интерфейсы сети доступа

Интерфейсы сети доступа подразделяются на следующие виды:

  • интерфейсы пользовательские (абонентские);
  • интерфейсы узла предоставления услуг;
  • интерфейсы управления;
  • интерфейсы синхронизации.

По определению, ИНТЕРФЕЙС – граница между двумя взаимодействующими системами (устройствами), определяемая общими функциональными и конструктивными характеристиками, требованиями к протоколам обмена и так далее.

На рисунке 3.42 обозначены все упомянутые виды интерфейсов (пользовательские, UNI; узлов услуг, SNI или NNI; управления, Qx, F; синхронизации G703/10). Кроме того, в распределительной сети могут использоваться интерфейсы электрической передачи G.703, оптической передачи G.707, G.709, G.957, G.958, G.955 и т.д. Основное внимание в этой части будет уделено интерфейсам UNI, NNI, SNI.

Интерфейсы UNI образуют очень широкий спектр возможностей для пользователей услуг телекоммуникаций. Эти интерфейсы подразделяются на аналоговые и цифровые. Аналоговые, прежде всего, обеспечивают услуги телефонии и также услуги аналоговой передачи данных (модемами). Цифровые интерфейсы имеют более широкий спектр возможностей и могут быть “прозрачными” для многих видов услуг, в том числе аналоговых. Примеры некоторых интерфейсов аналоговой передачи и низкоскоростной цифровой передачи приведены в таблицах 3.10, 3.11, 3.12 и 3.13.

Таблица 3.10. Интерфейс для передачи речевых сигналов по двухпроводной линии

Функции Характеристики
Диапазон частот речевых сигналов 700Гц – 3400Гц
Интерфейс 2-х проводный
Уровень передачи/приема От 0 до -19дБм
Регулировка уровня Автоматическая с шагом 0,1дБ
Полное сопротивление Комплексное (емкостное)
Сигнализация По шлейфу в кольце
Сопротивление шлейфа Менее 4 кОм
Сигнал вызова 16, 25 и 50 Гц
Сигнал тарификации 12 и 16 кГц

Таблица 3.11. Интерфейс для передачи речевых сигналов по 2-х/4-х проводной линии с AДИКМ

Диапазон частот речевых сигналов 300Гц – 3400Гц
Интерфейс 2х/4хпроводный
Уровень передачи От +9дБм до -15,5дБм
Уровень приема +7дБм до -17,4дБм (4проводный)
от +8дБм до -16,5дБм (2проводн.)
Полное сопротивление 600Ом или комплексное
(емкостное)
Режимы работы 64 кбит/с ИКМ
32 или 16 кбит/с AДИКМ
Сигнализация E&M

Таблица 3.12. Интерфейс для передачи речевых сигналов E&M с 4-х проводным подключением

Функции Характеристики
Диапазон частот речевых
сигналов
300Гц – 3400Гц
Тип интерфейса 4-хпроводный
Уровень передачи +4дБм, +9дБм
Специальный уровень От +9дБм до -20дБм
Уровень приема -14дБм, -17дБм
Специальный уровень От -17дБм до +9дБм
Регулировка уровня Ручная
Полное сопротивление 600 [Ом]
Сигнализация E&M

Таблица 3.13. Интерфейс для передачи речевых сигналов E&M с 2-х или 4-х проводным подключением

Функции Характеристики
Диапазон частот речевых сигналов
300Гц – 3400Гц
Интерфейс 2х/4х проводный
Уровень передачи От +9дБм до -15,4дБм
Уровень приема От +8дБм до -17,4дБм
Регулировка уровня Автоматическая с шагом 0,1дБ
Полное сопротивление 600 [Ом]
Сигнализация E&M

Сигнализация типа E&M предназначена для подключения учрежденческой АТС к сети общего пользования по медным низкочастотным проводам. В этом типе сигнализации УАТС имеет батарейное питание для проводов E и M. Известно пять типов построения сигнализации E&M [63]. E обозначает Ear, M обозначает Mouth, что для сигнальных сообщений будет свидетельствовать “трубка снята”, “трубка положена”. В этой сигнализации используются отдельные провода для передачи сообщения и для сигнализации.

Цифровые и универсальные интерфейсы для пользователей представлены в таблицах 3.14, 3.15.

Таблица 3.14. Интерфейсы ISDN

Функции Характеристики
ISDN So (базовый доступ)  
Скорость передачи 2B+D 192 кбит/с
Интерфейс 4-хпроводный вида шины с
подключением до 8 терминалов
Полное сопротивление 100 [Ом]
Дистанционное электропитание
терминалов пользователей
По выбору
ISDN Upo (доступ канала HO)  
Скорость передачи 6B 384 кбит/с
Интерфейс 2-хпроводный дуплексный с
разделением времени
Полное сопротивление 100 [Ом]
Дистанционное электропитание По выбору
ISDN Uko (базовый доступ)  
Линейное кодирование 2B1Q
Скорость передачи 80 кбит/с
Интерфейс 2-хпроводный с компенсацией
эхо-сигнала
Полное сопротивление 135 Ом
Дистанционное электропитание По выбору

Таблица 3.15. Интерфейсы для передачи сигналов данных

Функции Характеристики
G.703.1 64кбит/с  
Скорость передачи данных
64 кбит/с или 128 кбит/с
Тип интерфейса сонаправленный
Синхронизация тактовая
64 кГц
Синхронизация цикловая
8 кГц (октетная)
Тип линии витая пара симметричная передача/прием для каждого направления
Амплитуда импульса 1.0 В
Пауза 0 0,1 В
Линейное кодирование AMI
V.24/V.28 (RS232)  
Скорость
передачи данных
Асинхронно до 19,2 кбит/с
Синхронно до 19,2 кбит/с
и n по 64 кбит/с (n=1,2…8)
X.21/V.11  
Скорость
передачи данных
Асинхронно до 19,2 кбит/с
Синхронно 48; 56 кбит/с
и n по 64 кбит/с (n=1…8)
V.35  
Скорость
передачи данных
Асинхронно до 19,2 кбит/с
Синхронно 48; 56 кбит/с и n по 64 кбит/с
(n=1…8)

Приведенные в таблицах краткие характеристики интерфейсов не исчерпывают их список, который может быть продолжен: RS 449/V.36; RS 530; Ethernet 10 Base T; RS 422; оптоволоконные модемы FOM-485, FOM-8, FOM-40 и т.д.

Широкое применение в сетях связи и в частности в сетях доступа нашли интерфейсы G.703, общая характеристика которых представлена в таблице 3.16.

Таблица 3.16. Характеристики интерфейса G.703

Таблица 3.16. Характеристики интерфейса G.703

Позиции интерфейса G.703.2; G.703.3; G.703.4; G.703.5 определены для передачи данных по стандартам Северной Америки и Японии, а G.703.1 – это описание характеристик канала 64кбит/с, приводимое ниже.

Через интерфейс G.703.1 проходят следующие сигналы передачи:

  • 64 кбит/с информационный сигнал;
  • 64 кГц тактовый синхросигнал;
  • 8 кГц сигнал циклового синхронизма.

Интерфейс G.703.1 может быть реализован в одном из трех вариантов: сонаправленный, централизованный и противонаправленный (рисунок 3.43).

Рисунок 3.43. Варианты организации стыка (интерфейса) G.703.1

Рисунок 3.43. Варианты организации стыка (интерфейса) G.703.1

На рисунке 3.44 иллюстрируются основные этапы преобразования информационного сигнала на скорости 64 кбит/с в интерфейсный сигнал на скорости 256 кбит/с.

Основные этапы состоят в замене каждого двоичного знака “1” и “0” на четыре временных позиции соответственно 1100 и 1010, инвертирование очередных групп из четырех знаков по правилу AMI, формирование блоков двоичных символов по 8 групп для октетной синхронизации.

Рисунок 3.44. Преобразование сигнала 64 кбит/с в интерфейс G.703.1 в сигнал 256 кбит/с (сонаправленный стык)

Рисунок 3.44. Преобразование сигнала 64 кбит/с в интерфейс G.703.1 в сигнал 256 кбит/с (сонаправленный стык)

На рисунках 3.45 и 3.46 иллюстрируются временные диаграммы импульсных сигналов в противонаправленном и централизованном стыках G.703.1.

Рисунок 3.45. Преобразование сигнала в противонаправленном стыке G.703.1

Рисунок 3.45. Преобразование сигнала в противонаправленном стыке G.703.1

Рисунок 3.46. Преобразование сигнала в централизованном стыке G.703.1

Рисунок 3.46. Преобразование сигнала в централизованном стыке G.703.1

В противонаправленном и централизованном стыках формат передачи данных и октетная синхронизация выполняются одинаково, однако эти стыки отличаются трансляцией тактового синхронизма.

Еще одной важнейшей тестируемой в стыках характеристикой является маска импульса, которая задает возможные отклонения формы импульса от номинала. На рисунке 3.47 приведен пример маски импульса для стыка G.703.6. Аналогичные маски предусмотрены и для других стыков.

Рисунок 3.47. Пример маски импульса интерфейса G.703.6

Рисунок 3.47. Пример маски импульса интерфейса G.703.6

Характеристики стыка G.703.1 приведены в таблице 3.17.

Таблица 3.17. Характеристики стыка G.703.1

Таблица 3.17. Характеристики стыка G.703.1

Интерфейсы узлов предоставления услуг SNI/NNI имеют меньшую номенклатуру, но им предписаны важнейшие функции, о которых пойдет речь ниже.

ITU-T в своих рекомендациях поделил интерфейсы SNI/NNI на узкополосные и широкополосные, указав им обозначения:
Vx – узкополосные, VBx – широкополосные.

Общее описание и обозначение интерфейсов Vx приведено в рекомендации Q.512[5]. Это интерфейсы V1, V2, V3, V4, V5.

Общее описание и обозначение интерфейсов VBx приведено в рекомендации I.414[77]. Это интерфейсы VB1, VB2, VB3, VB4, VB5.

В таблице 3.18 приведен краткий обзор основных функций указанных интерфейсов. Необходимо подчеркнуть, что интерфейсы Vx предназначены для цифровых сетей на скоростных режимах до 2,048Мбит/с, а VBx для цифровых сетей АТМ со стандартами передачи 155 и 622 Мбит/с. Для эффективного использования скоростных режимов в интерфейсах может быть предусмотрена концентрация трафика в виде объединения физических или виртуальных каналов.

Интерфейсы управления, применяемые в составе сетей доступа, могут обеспечить локальное и сетевое управление.

Интерфейс локального управления обозначается F. Это стандартизированное обозначение. Обычно физический уровень F поддерживается через разъем RJ45 по правилам интерфейса RS-232 [60].

Однако локальное управление может поддерживаться и через фирменные интерфейсы, которые не стандартизированы для систем других производителей [64, 68, 70].

Для сетевого управления с помощью системы предусмотрены интерфейсы типа Qx (x=1,2,3). Эти интерфейсы предусматривают физическую организацию передачи данных с помощью модемов, Ethernet по протоколам TCP/IP (Telnet, SNMP). Использование управления напрямую выполненных по протоколам TMN признано в сети доступа нерациональным из-за высокой стоимости интерфейсов и программных продуктов управления. В следующем разделе приводится описание основ управления сетевого доступа. Эти сведения обобщены из руководящих документов, рекомендаций ITU-T, ETSI и технических описаний оборудования.

Интерфейс синхронизации, который может быть применен в аппаратуре сети доступа, это G.703.10, представленный ранее в разделе синхронизации.

Таблица 3.18

Тип доступа Обозначение Рекомендации
ITU-T
Управление Краткое функциональное
определение
Место применения
Базовый доступ (2B+D) ISDN V1 G.961 M.3606 Функционально определен для базового доступа (2B+D) ISDN. Поддерживает битовую скорость, цикловой синхронизм, активацию / деактивацию, управление, электропитание ISDN базовый доступ по 2-х проводной линии
Интерфейс общей цифровой секции V2 G.703
G.704
Нет определения Функциональные характеристики зависят от приложений. Характеристики не определены ITU-T. Оборудова-ние цифровых сетей для поддержки комбиниро-ван-
ного доступа
Доступ секции первичный ISDN V3 G.703
G.704
G.706
G.962
G.963
M.3604 Интерфейс определен как цифровой для подключения пользовательского оборудования на первичной скорости доступа в ISDN. Функциональные процедуры описаны в G.962, G.963. Первичный доступ ISDN (УАТС ->
сеть общего пользования)
Линия цифрового доступа со статистическим мультиплексир. V4 - - Интерфейс не применяется -
Конфигурируемая сеть доступа V5
(V5.1)
(V5.2)
G.703
G.704
G.706
G.964
G.965
M.3603
M.3604
Для мультиплексирования аналоговых абонентских линий, всех линий ISDN, с концентрацией или без концентрации нагрузки, автоматическим резервированием неисправных трактов 2,048 Мбит/с. Функциональные процедуры описаны в G.964, G.965. Физическое сопряжение определено в G.703, G.704, G.706. Аналоговые и цифровые линии к узлу коммутации. Применяется в сетях радио доступа
Индивидуальный доступ в B-ISDN 2,048; 155,52; 622,08 Мбит/с VB1 G.902
I.414
I.434
G.707, G.703
I.610 Предназначен для индивидуального подключения терминала пользователя B-ET к широкополосной сети B-NT <--->АТМ
коммутатор, мультиплексор, концентратор
- VB2,
VB3,
VB4
- - Нет определения функций ITU-T -
Подключение широкополосной сети доступа в B-ISDN VB5x
(VB5.1)
(VB5.2)
G.902
G.967
I.432
Q.2931
Также определено рекомендациями ETSI
I.610
I.751
Предназначены для подключения широкополосной сети доступа в B-ISDN. Предусматривается кроссирование виртуальных путей (VP) и виртуальных каналов (VC), контроль и управление трафиком. Поддерживается сигнальная система DSS2, UNI 4.0. Универсаль-ное применение, активные и пассивные оптические сети (AON, PON)

3.3.4. Управление сетью доступа

Общая функциональная архитектура управления сетью доступа приведена на рисунке 3.48.

AN, Access Network – сеть доступа;
MCF, Message Communication Function – функции передачи Сообщений;
OSF, Operations System Function – функции операционной системы (управление сетью доступа).

Рисунок 3.48. Функциональная архитектура управления сетью доступа

Рисунок 3.48. Функциональная архитектура управления сетью доступа

Функции управления концентрируются в пяти блоках:

  • Управление пользовательскими портами (интерфейсами), УПП (И);
  • Управление портами (интерфейсами) узлов предоставления услуг (служб), УПУПУ (С);
  • Управление транспортировкой, УТ;
  • Управление основными функциями сети доступа, УОФ, т.е. мультиплексированием, концентрацией, адаптацией;
  • Управление функциями сетевых элементов управления, УФСЭУ, входящих в состав сети доступа (в системах передачи, концентрации, электропитания и других).

Информационный поток управления, который порождается через реализацию функций управления указанных блоков, может быть разбит на две большие группы информации:

  • критичной ко времени прохождения;
  • некритичной к временному интервалу ее доставки.

Примером критичной ко времени информации управления может служить авария порта первичного доступа ISDN (30B+D), которым может пользоваться большое учреждение. Примером некритичной ко времени информации может служить обмен данными в сети управления, реализуемый через интерфейс X (рисунок 3.49).

Рисунок 3.49. Пример физической архитектуры взаимосвязи сетей управления (TMN) сетью доступа (AN) и узлами предоставления услуг (SN)

Рисунок 3.49. Пример физической архитектуры взаимосвязи сетей управления (TMN) сетью доступа (AN) и узлами предоставления услуг (SN)

Обозначение OSan и OSsn указывает на операционные системы управления доступа и узла услуг.

В таблице 3.19 приведены рекомендуемые ITU-T функции управления и участки их реализации в сети управления доступом.

Таблица 3.19. Функции управления и участки реализации

Информация управления
Потребители потока информации управления
УПП(И)
УОФ
УТ
УПУПУ(С)
УФСЭУ
Операцион.
система
Узел услуг
Управление функциями портов (интерфейсов) пользователей
Установка
Порта пользователя:
- - - - - - -
- активен / не активен
x - - - x x x
- блокирован /
- не блокирован
x - - - x x x
- конфигурация
x - - - x x -
- тестирование x - - - x x -
Мониторинг порта
пользователя:
- - - - - - -

- обнаружение / индикация повреждений

x - - - x x -
- исполнения
- мониторинга
x - - - x x x
Относительный статус
события порта пользователя:
- - - - - - -
- событие блокирования /
разблокирования
x - - - x x x
Управление основными функциями сети доступа
Контроль основных функций:

- - - - - - -
- конфигурация основных
функций, критичных ко
времени

- x - - x - -
- конфигурация основных
функций, некритичных ко времени
- x - - x x -
Мониторинг основных
функций:
- - - - - - -
- индикация повреждений,
критичных ко времени
- x - - x - -
- обнаружение
/ индикация повреждений
- x - - x x -
- исполнение мониторинга
- x - - x x -
Управление функциями портов предоставления услуг
Контроль портов для
предостав. услуг:
- - - - - - -
- блокирован / не блокирован
- - - x x x -
- конфигурация
- - - x x x -
Мониторинг порта
предоставлен. услуг:
- - - - - - -
- обнаружение
/ индикация
повреждений
- - - x x x -
- исполнение
мониторинга
- -   x x x -
относительн. статус события
порта предоставлен. услуг:
- - - - - - -
- событие блокировки / разблокиров.
- - - x x x -
Управление функциями транспортировки
Контроль функций
транспортировки:
- - - - - - -
- конфигурирование
- - - - x x -
- защитная коммутация
- - - - x x -
Мониторинг Функций
транспорт:
- - - - - - -
- обнаружение / индикация
повреждений
- - - - x x -
- исполнение мониторинга
- - - - x x -
- событие защитного
переключения
- - - - x x -
Управление функциями сетевых элементов
Контроль системы
управления сетью доступа:
- - - - - - -
- конфигурация
- - - - x x -
- проверки - - - - x x -
Мониторинг системы
управления:
- - - - - - -
- обнаружение / индикация
повреждений
- - - - x x -

3.3.5. Терминалы пользователей

Многочисленность и многообразие пользовательских терминалов, включаемых в телекоммуникационные сети, осложняет их совместное функционирование. Для решения этой проблемы в ITU-T была разработана группа рекомендаций, описывающих физическое и логическое взаимодействие терминалов с множеством услуг (мультисервисных или мультимедийных терминалов).

Определены шесть типов терминалов:

  • терминалы для телефонных сетей общего пользования (общая рекомендация H.324);
  • терминалы для узкополосных сетей N-ISDN (общая рекомендация H.320);
  • терминалы для широкополосных сетей B-ISDN (с повышенным качеством передачи изображения в рекомендации H.310, с качеством N- ISDN, адаптированным к B-ISDN, в рекомендации H.321);
  • терминалы для локальных вычислительных сетей LAN (с гарантированным качеством услуг в рекомендации H.322, без гарантированного качества услуг в рекомендации H.323).

Общими для всех терминалов объектами стандартизации должны быть по определению ITU-T:

  • аудиокодек;
  • видеокодек;
  • методы формирования цикловой или кадровой структуры информации, мультиплексирование / демультиплексирование;
  • сетевой интерфейс;
  • сигналы и протоколы передачи данных для обмена файлов и пользовательских приложений с многосторонней связью;
  • сигналы и протоколы управления и синхронизации.

В таблице 3.20 приведены документы ITU-T, которые определяют функции всех видов терминалов мультимедийной связи.

Таблица 3.20. Документы ITU-T по мультимедийным терминалам

Документ
ITU-T
Представляемые функции
H.221 Определена структура кадра в диапазоне от 64 кбит/с до 1920 кбит/с. Внутри этого диапазона строго определены значения промежуточных скоростей:
- от 64 кбит/с до 384 кбит/с, кратные 64 кбит/с;
- от 384 кбит/с до 1920 кбит/с, кратные 384 кбит/с.
H.223 Протокол мультиплексирования для связи мультимедиа при низкой битовой скорости
передачи. На уровне мультиплексирования информация логического канала разбивается на пакеты. Границы этих пакетов определяются флагами и их длина кратна целому числу байт. Каждый пакет содержит однобайтовый заголовок и переменное число информационных байт.
H.225 Пакетирование физического потока и синхронизация в видеотелефонных системах LAN с
негарантированным качеством услуг.
H.230 Функции внутриканальной кадровой синхронизации Определены четыре категории сигналов контроля и индикации:
- контроль и индикация видеофункций;
- контроль и индикация аудиофункций;
- контроль и индикация функций управления;
- контроль и индикация для организации
многоточечных соединений.
H.231 Определены функции блоков управления многосторонней связью в аудиовизуальных системах при использовании цифровых каналов со скоростью до 1920 кбит/с.
H.242 Определена система установления связи между аудиовизуальными терминалами при использовании цифровых каналов со скоростью до 2 Мбит/с.
H.243 Определяют процедуры взаимодействия между тремя и более терминалами и протоколы работы системы управления многоточечными соединениями для групповых конференций.
H.245 Определен протокол управления для связи мультимедиа. Описываются процедуры определения параметров и режима работы приемного и передающего терминалов при конфигурации соединения “точка-точка”.
H.261 Определены функции видеокодека для аудиовизуальных служб на скорости n 64 кбит/с, где
n=1,2,…30. Описывается механизм кодирования и схема организации видеоданных. Скорость формирования кадров 29,97 кадр/с. Возможно ограничение скорости кадров до 15,10 и 7,5 кадр/с. В кадре 288 строк, 352 пикселя в строке.
H.262 Определены алгоритмы сжатия видеопоследовательностей. Требуются процедуры
коррекции ошибок в кодере и декодере
H.263 Определены возможности видеокодирования для связи на низких скоростях.
T.120 Серия стандартов: протоколы взаимодействия от транспортного до прикладного (модемы OSI) для передачи данных.
T.121 – обобщенный шаблон приложений.
T.122/125 – служба многоточечных соединений.
T.123 – протоколы транспортного уровня.
T.124 – управление телеконференциями.
T.126 – передача неподвижных изображений.
T.127 – протокол многоточечной передачи двоичных файлов.
V.34 Модем, работающий для передачи данных на скорости до 33600 бит/с на коммутируемых
телефонных сетях и по выделенным двухпроводным линиям.
G.711 Импульсно-кодовая модуляция для спектра аудиосигнала 300-3400 Гц, частота дискретизации 8кГц, 8 разрядов кодирования, скорость передачи 64 кбит/с.
G.721 и G.726 Адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (АДИКМ) для спектра аудиосигнала 300-3400 Гц.Скорость передачи 32 кбит/с.
G.722 Цифровая передача аудиосигнала с повышенным качеством. Полоса аудиосигнала до 7 кГц при скорости передачи 64 кбит/с.
G.723
G.728
G.729
Кодирование с линейным предсказанием.
G.723 на скорости цифрового потока 4,8 кбит/с; 6,4 кбит/с; 7,2 кбит/с и 8,0 кбит/с.
G.723.1 на скорости цифрового потока 5,3 кбит/с и 6,3 кбит/с.
G.728 на скорость цифрового потока 16 кбит/с.
G.729 на скорость цифрового потока 8кбит/с.

Применение указанных рекомендаций ITU-T в мультимедийных терминалах приведено в таблице 3.21.

Таблица 3.21. Стандартные характеристики терминалов

Тип терминала H.320 H.321 H.322 H.323 H.324
Тип сети N- ISDN B- ISDN LAN с гарантиров. качеством LAN без гарантий кач- ва Аналоговая телефон ная сеть общего пользов.
Услуги видеосвязи H.261 H.263 H.261 H.263 H.261 H.263 H.261 H.263 H.261 H.263
Услуги аудиосвязи G.711 G.722 G.728 G.723.1 G.729 G.711 G.722 G.728 G.711 G.722 G.728 G.711 G.722 G.728 G.723 G.729 G.723.1
Мультиплек- сирование H.221 H.221 H.221 H.225 H.223
Сигнализац. и контроль H.230 H.242 H.242 H.230 H.242 H.245 H.245
Групповые конференц. H.231 H.243 H.231 H.243 H.231 H.243 H.231 -
Обмен данными T.120 T.120 T.120 T.120 T.120
Сетевой интерфейс I.400 I.363 I.361 I.400 I.400 TCP/IP TCP/IP V.34 модем

Примечание: рекомендации серии I.400 определяют возможности физического уровня N-ISDN (например, 2B+D) и B-ISDN (например, UNI 155 Мбит/с); I.361,363 определяют возможности адаптации АТМ.

3.3.6. Классификация оборудования доступа

Продукция для сетей доступа, представляемая на рынке телекоммуникаций, выпускается как отдельными образцами, так и комплексно (“сеть под ключ”). Ниже приведены классификационные примеры оборудования доступа.

Комплексные решения для доступа к телекоммуникационным сетям определяются следующими признаками:

  • комплексное решение для среды передачи (радио доступ соответствующего стандарта и технологии, например, DECT, CDMA; пассивная оптическая сеть B-PON; смешанное решение – проводное / беспроводное);
  • мультисервисные многофункциональные платформы доступа на сочетании различных физических сред передачи, к которым относятся: мультисервисные узлы доступа; мультиплексоры доступа; отдельные устройства доступа;
  • системы управления для сетей доступа.

К продукции отдельных видов доступа обычно относят:

  • различные модемы и модемные стойки (например, хDSL модемы);
  • оптоволоконные решения с оптическими конверторами (оптическими модемами);
  • радиомодемы и модемы атмосферных оптических линий;
  • устройства доступа к отдельным видам сетей (АТМ, IP, TDM, Ethernet, HDLC, Frame Relay);
  • устройства сжатия сигналов (сжатие речевых и видео сообщений);
  • преобразователи интерфейсов;
  • средства управления.

3.3.6.1. Комплексные решения для среды передачи

В этом разделе представлены примеры комплексных решений для доступа.

Универсальная проводная система доступа Fast Link (Siemens) обеспечивает услуги:

  • аналоговые (телефонная сеть общего пользования; выделенные 2/4-х проводные линии; выделенные линии 2-х проводные с местной батареей);
  • цифровые на скорости nx64 кбит/с (X.21/V.11; V.24/V.28 на скорости <=64 кбит/с; V.35; V.36; G.703 на скорости >=64 кбит/с);
  • услуги базового доступа ISDN-BA (S0, UKO2B1Q, UKO4B3T (в России не применяется));
  • услуги на скорости передачи 2,048 Мбит/с (ISDN – первичный доступ (PRA); 2,048 Мбит/с G.703.6; 2,048 Мбит/с G.703/G.704; V.35; V.36: nx64 кбит/с);
  • широкополосные услуги (10 Base T, ATM-25).

Сетевые окончания NT по запросу пользователя могут быть оснащены ADSL-модемами и другими хDSL продуктами. Оптические сетевые блоки ONU и сетевые сервисные блоки SNU могут быть предназначены для подключения к сетям общего пользования и к корпоративным сетям. При этом обслуживаются как жилой сектор, так и производственный. Для под-ключения сети доступа к узлам коммутации предусмотрены интерфейсы V.5.1, V.5.2. Оборудование может располагаться в помещении или на улице. Сетью поддерживаются топологии: кольцо; точка-точка; каскад; смешанная.

Оборудование SNU поддерживает функции мультиплексирования, кроссовой коммутации и линейного тракта.

Линейный тракт может быть построен на волоконном световоде, медном кабеле или радиоканалах (точка-точка, точка - много точек). Общая архитектура Fast Link представлена на рисунке 3.50.

Рисунок 3.50. Общая архитектура Fast Link

Рисунок 3.50. Общая архитектура Fast Link

Возможности ONU:

ONU-20 - это 20 ТФОП; 15 ISDN; V.5.1;
ONU-30 – это 30 ТФОП; 15 ISDN; V.5.1;
ONU-100 – это 128 ТФОП; 64 ISDN; V.5.1, V.5.2;
ONU-500 – это 512 ТФОП; 256 ISDN; V.5.1, V.5.2;
ONU-2000 – это > 2000 ТФОП; > 1000 ISDN; V.5.1, V.5.2.

Отображение Fast Link в системе управления предусматривает:

  • главное меню; меню;
  • иерархический вид сети;
  • карту сети; карту подсети;
  • вид ONU; вид отдельного блока ONU;
  • вид линейной карты;
  • конфигурацию линейной карты;
  • конфигурации других карт;
  • информацию о статусе и авариях и т.д.

Управление производится через интерфейсы QD2 (TCP/IP), QD2 (OSI, т.е. на основе TMN), SNMP, CORBA.

Цифровая многоточечная система широкополосного радио доступа DMS (Bosch) состоит из многоточечного радиоузла с открытыми интерфейсами и разнообразными абонентскими, сетевыми и коммутационными интерфейсами. Топология с одной или многими секциями. Скорость передачи данных от 64 кбит/с до 8 Мбит/с (в перспективе до 155 Мбит/с – STM-1). Общая архитектура системы DMS приведена на рисунке 3.45.

Характеристики системы DMS приведены в таблице 3.22.

Таблица 3.22. Характеристики системы DMS

Название Характеристики
Конфигурации системы
Точка - много точек с перекрытием смежных секций
Виды системы FBA – фиксированное распределение полосы частот
DBA – динамическое распределение полосы частот
Диапазоны частот по ITU-T
1,9 – 2,3 ГГц; 17,7 – 19,7 ГГц;
21,2 – 23,0 ГГц; 24,5 – 26,5 ГГц.
Размер секции 5-10 км по радиусу в зависимости от частоты,
антенны, мощности.
Возможности систем
FBA скорость на один терминал 64кбит/с – 8Мбит/с
DBA скорость на один терминал 64кбит/с – 2Мбит/с
Число абонентов на секцию
FBA : 2 Мбит/с (64 кбит/с)
Все направления QPSK 16 (480)
Модуляция 8 TCM 23 (690)
16 TCM 35 (1050)
DBA : 64 кбит/с
Сектор 45 750 – терминалов
Все направления 5000 – линий на секцию
Характеристики интерфейсов Терминал Электрические ТФОП (64 кбит/с, 32 кбит/с ADИКМ), ISDN (2B+D), передача данных 64 кбит/с, G.703.6 (2 Мбит/с), RS-485
Базовая станция электрические V5.x, STM 1, STM 4, 34 Мбит/с, 140 Мбит/с

Мультисервисная многофункциональная платформа RAD Data Communications включает в свой состав:

  • многофункциональные узлы доступа DXC-3000, DXC-STM-1;
  • интегрированные узлы доступа Megaplex 2100, 2200 В, 2200 F;
  • модульные устройства доступа FCD-E1 и другие.

Модульные платформы характеризуются возможностью выбора подходящих линейных интерфейсов (оптических одноволновых и многоволновых, электрических хDSL, E1, E3, STM-1).

Платформы DXC-3000 и аналогичные обеспечивают мультиплексирование и концентрацию трафика с TDM по скоростям передачи до STM 1. Также возможно установление кроссовых соединений. На рисунке 3.51 приведена схема включения многофункционального узла доступа.

Рисунок 3.51. Пример включения мультисервисной платформы доступа DXC 30

Рисунок 3.51. Пример включения мультисервисной платформы доступа DXC 30

Интегрированный узел доступа Megaplex 2100 обеспечивает передачу трафика ТФОП, ISDN, передачи данных в следующих возможностях:

  • 120 аналоговых линий ТФОП;
  • 132 канала V.24/RS232;
  • 120 каналов nx64 кбит/с (или ISDN (2B+D));
  • до 44 каналов G.703/V.110.

Рассмотренные устройства призваны обеспечить многофункциональный доступ к узкополосным цифровым сетям. Однако в серии продукции RAD Data Communications предусмотрены отдельные интегрирующие устройства для доступа в широкополосные сети на базе АТМ. Например, многофункциональный концентратор ACE 2002. Он является оконечным устройством АТМ - сети и служит для передачи через сеть АТМ трафика локальных сетей, Frame Relay, речевых сообщений, передачи данных и т.д. ACE 2002 поддерживает все известные скоростные режимы доставки информации (CBR, VBRrt, VBRnrt, VBR) и интерфейсы STM-1, STM-4, 4 E1, E3, АТМ UNI 25 Мбит/с, E1. Схема подключения ACE-2002 приведена на рисунке 3.52.

Рисунок 3.52. Пример схемы подключения концентратора доступа АТМ ACE 2002

Рисунок 3.52. Пример схемы подключения концентратора доступа АТМ ACE 2002

На рисунке 3.52 также обозначены некоторые виды отдельных устройств доступа:

  • AMC-101 – универсальный повторитель-преобразователь среды передачи;
  • FOM-E3 – оптоволоконный модем.

AMC-101 поддерживает следующие типы сред:

  • одномодовое стекловолокно (1310нм и 1550нм);
  • многомодовое стекловолокно (850нм и 1310нм);
  • витые экранированные (STP) и неэкранированные (UTP) пары и коаксиальный кабель.

Использование лазерного модуля может обеспечить дальность передачи до 110км. Поддерживается преобразование сигналов на скоростях передачи:

  • STM-0, 51 Мбит/с;
  • Ethernet, 100 Мбит/с;
  • STM-1, 155 Мбит/с;
  • FDDI (волоконно-оптический распределительный интерфейс), 100 Мбит/с.

Примеры схем включения AMC-101 приведены на рисунке 3.53.

Рисунок 3.53. Примеры включения AMC-101

Рисунок 3.53. Примеры включения AMC-101  

Контрольные вопросы

1. Что определяют архитектура и модель сети доступа?
2. Из каких частей состоит базовый прототип сети доступа?
3. Чем отличается базовый прототип сети доступа от схемы построения абонентской линии ГТС?
4. Какие виды медных кабелей могут применяться в сети доступа?
5. Какие из медных кабелей в большей степени отвечают требованиям широкополосного доступа?
6. Что следует понимать под категорией медного кабеля с витыми парами?
7. Что входит в структуру СКС?
8. Какие коаксиальные кабели предпочтительно использовать в сети доступа?
9. Какие волоконно-оптические кабели находят применение в сети доступа?
10. Что ограничивает возможность использования волоконно-оптических кабелей?
11. Какое назначение имеет кодирование линейных сигналов?
12. Какие возможности могут обеспечить модемы xDSL?
13. Какие технологии волоконно-оптической передачи могут быть применены в сети доступа?
14. Какие преимущества имеют технологии B-PON?
15. Какие радиочастотные диапазоны могут быть использованы для систем радио доступа?
16. Какие оптические частоты могут быть использованы для беспроводного доступа?
17. Что такое метео видео дальность?
18. Чем характеризуются системы оптической связи в атмосфере?
19. Чем различаются технологии радио доступа?
20. Какое назначение имеют базовые станции WLL?
21. Чем обеспечивается увеличение числа пользователей телекоммуникационных сетей при радио доступе?
22. Какие методы разделения радиосигналов используются в радио доступе?
23. Что предусматривает стандартизация системы радио доступа?
24. Какие методы мультиплексирования и концентрации могут быть использованы в сети доступа?
25. Какие виды интерфейсов поддерживают сеть доступа?
26. Какие интерфейсы могут быть предусмотрены для пользователей в сети доступа?
27. Какое назначение имеют интерфейсы G.703?
28. Что характерно для интерфейсов V.x, VB.x?
29. Какие функции управления могут быть реализованы в системе управления сетью доступа?
30. Какие виды терминалов пользователей могут быть включены в сеть доступа?
31. Какое назначение имеет стандартизация терминалов пользователей?
32. Какие функции являются предметом стандартизации в терминалах пользователей?
33. Могут ли взаимодействовать терминалы узкополосных и широкополосных сетей?
34. Какими признаками различается оборудование для доступа?

Список литературы

1. ITU-T Recommendation G.902. Framework recommendation on functional access network (AN).
2. Gillespie A., Orth B., Profumo A., Webster S. Evolving Access Networks: a European perspective // IEEE Communications Magazine, 1997, March.-C.47-54.
3. Kenji Nakanishi, Yoichi Maeda. Standardization Activities of FSAN: International Standardization Trends Concerning the Broadband PON (B-PON) // NTT Review, 2002, March.-C.108-110.
4. Masayasu Yamaguchi. Feasibility Study of an Access System for DоPN // NTT Review, 2002, March.-C.44-52.
5. ITU-T Recommendation Q.512.Digital Exchange Interfaces for Subscriber Access.
6. Aarthun L. Wireline broadband access network // Telectronikk, 1999, №2,3,-C.73-87.
7. Mondo E. Design of broadband access network // CSELT Technical Reports, 1998, April.-C.159-176.
8. Парфенов Ю.А., Мирошников Д.Г. Последняя миля на медных кабелях.- М.: ЭКО-Трендз, 2001.-222с.
9. Соколов Н.А. Сети абонентского доступа. Принципы построения.- М.: ЗАО “ИГ” Энтер-профи, 1999.
10. Гольдштейн Б.С. Протоколы сети доступа. Т.2.- М.: Радио и связь, 1999.-317с.
11. Шмалько А.В. Цифровые сети связи. Основы планирования и построения.- М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2001.-222с.
12. Колпаков И., Васькин О., Смирнов С. Универсальная мультисервисная транспортная среда на базе сетей кабельного телевидения (часть 1) // Теле-Спутник, 2002, январь.- С.54-56.
13. Б.Кий. Легенды и мифы о коаксиальных кабелях // Теле-Спутник, 2002, январь.- С.64-66.
14. Гальперович Д.Я. Итальянские коаксиальные кабели // Технологии и средства связи, 2002, №5.- С.42-44.
15. Рысин Л.Г. Новые возможности LAN-кабеля // Технологии и средства связи, 2002, №5.- с.40-41.
16. Зеленюк Ю.И. Беспроводная оптическая связь: решение сегодняшнего дня или перспективная технология? // Технологии и средства связи, 2002, №5.- с.36-37.
17. Лукьянов С.В. Как использовать оборудование радиодоступа в России? // Технологии и средства связи,2000, №4.- с.10-16.
18. Шельгов В.И. Системы WLL на российском рынке // Сети и системы связи, 1998, №3.- с.72-83.
19. Гребнев А.К., Гридин В.Н., Дмитриев В.П. Оптоэлектронные элементы и устройства.- М.: Радио и связь, 1998.- с.303-208.
20. У природы нет плохой погоды // LAN MAGAZINE, 1996, декабрь.- с.102.
21. Зеленюк Ю.И. Влияние погодных условий на надежность атмосферной оптической связи // Вестник связи, 2002, №4.- с.136-138.
22. Медвед Давид Б. Влияние погодных условий на беспроводную оптическую связь // Вестник связи, 2001, №4.- с.154-157.
23. Садовников М.А., Троицкий А.И. и др. Влияние метеоусловий на дальность лазерной связи // Электромагнитные волны и электронные системы, 2001, №2-3. с.85-89.
24. Дориан Э. Беспроводная оптика: волокно дешево, но воздух бесплатно // Журнал сетевых решений, LAN, 2002, ноябрь.- с.46-51.
25. Орлов С. Последнее поколение неэкранированной медной проводки // Журнал сетевых решений, LAN, 2002, март.- с.57-69.
26. Ригер В. Многомодовые оптические волокна и гигабитовые приложения // Сети и системы связи, 2002, №3.- с.24-28.
27. Кириллов В.И. Расчет длины регенерационного участка для ЦСП по технологиям HDSL и SDSL // Электросвязь, 2001, №10.- с.20-23.
28. Елисеев И. Доверие к беспроводной оптике // Сети, 2001, май.- с.20-25.
29. Зубков А.И., Хижняк С.Д. Полимерные световоды // Химические волокна, 2000, №1. с.46-50.
30. Ларин Ю.Т., Нестеренко В.А. Полимерные оптические волокна // ИНФОРМОСТ Радиоэлектроника и телекоммуникации.- 22. 2002.- с.28-33.
31. Кирсанов И.А. Прокладка оптических кабелей в зданиях // Вестник связи, 2000, №10.- с.66-68.
32. Никульский И.Е., и другие. Оптическая сеть переноса системы абонентского доступа АТСЦ-90 // Вестник связи, 2000, №11.- с.58-61.
33. Молта Д. Беспроводные технологии // Сети и системы связи, 2001, №2.- с.53-61.
34. Новое поколение отечественного оборудования систем радиодоступа стандарта DECT // Информ Курьер Связь, 2001, №6.- с.53-54.
35. Дингес С.И. Мобильная связь: технология DECT.- М.: СОЛОН-Пресс, 2003.-266с.
36. Мирошников Д.Г. G.shdsl – новый всемирный стандарт на симметричный DSL // Вестник связи, 2001, №1.- с.70-75.
37. Элбин Йохинссон. ADSL Lite: широкополосные услуги – в массы // Сети и системы связи, 1999, №7.- с.86-94.
38. Systems Aspects of Apon / VDSL Deployment // IEEE Communication. Magazine, 2000, №5.- с.66-72.
39. Иванов П. Инфракрасные системы связи фирмы PAY // Сети, 2000, август.- с.52-55.
40. Игуменов С., Немцев А. Технологии широкополосного доступа // Мир связи. Connect. 2000, №5.- с.82-87.
41. Структурированные кабельные системы-2000 // Вестник связи, 2000, №5.- с.36-39.
42. Смирнов И.Г. СКС - фундамент интеллектуального здания // Вестник связи, 2000, №5.- с.40-44.
43. Семенов А.Б. Принципы производства оборудования для построения волоконно-оптических подсистем СКС // Вестник связи, 2000, №5.- с.44-52.
44. Заркевич Е.А., Скляров О.К. Внедрение волоконно-оптических технологий на абонентском участке сети // Технологии и средства, 2000, №2.- с.14-19.
45. Нечипоренко А.Н. xDSL: Технологии высоких скоростей // Технологии и средства связи. Отраслевой каталог. 2000.
46. Сеть абонентского доступа на базе универсальной платформы // Вестник связи, 2000, №2.- с.77-79.
47. Технологические платформы для мультисервисных сетей ВСС РФ // Информ Курьер Связь, 2002, №2.- с.36-38.
48. Горнак А.М. Универсальная система мультисервисного доступа // Вестник связи, 2002, №4.- с.146-148.
49. Мусий А.В., Журавлев П.Ю. Цифровая система беспроводного абонентского доступа Multigain Wireless // Мобильные системы, 2000, №6.- с.14-17.
50. Нагорский М.В., Коваленко А.В. Опыт организации системы абонентского радиодоступа на базе оборудования миником – DECT // Мобильные системы, 2000, №6.- с.18-21.
51. Феер К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра: Перевод с англ. – М.: Радио и связь, 2000.- 520с.
52. Пекарев Д.С. Радиоудлинители и возможности их применения // Технологии и средства связи, 2001, №1.- с.20-24.
53. Ален Д. Второе пришествие беспроводной оптики // Журнал сетевых решений, LAN, 2001, №4.- с.38-45.
54. Адрианова Ю.С. Решения для широкополосных сетей проводного доступа // Вестник связи, 2001, №3.- с.72-75.
55. Подгурский Ю., Заборовский В. Технологии и компоненты передачи данных по линиям электропитания // Сети, 1999, октябрь.- с.38-47.
56. Шаронин С. Что необходимо для внедрения xDSL? // LAN, Журнал сетевых решений, 2000, №7-8.- с.26-29.
57. Пол Корзениовски. Даешь сети доступа на базе DWDM // Сети и системы связи, 1999, №5.- с.84-85.
58. Росляков А.А., Самсонов М.Ю., Шабиева Н.В. IP – телефония.- М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2001.- 250с.
59. Скляров О.К. Современные волоконно-оптические системы передачи, аппаратура и элементы.- М.: СОЛОН-Р, 2001.-237с.
60. Гук М. Аппаратные средства локальных сетей.- СПб.: Питер, 2002.- 576с.
61. Назаров А.Н., Разживин И.А., Симонов М.В. АТМ: технические решения создания сетей.- М.: Горячая линия – Телеком, 2001.- 379с.
62. Таненбаум Э. Компьютерные сети. Третье издание.- СПб.: Питер, 2002.- 848с.
63. Корпоративные территориальные сети связи. Выпуск З.- М.: Информсвязь, 1997.
64. Решения доступа следующего поколения для общественных и частных сетей. Каталог RAD data communications.2002.-188с.
65. Corning. Accessories for Fiber Optic Networks. Corning Cable Systems. CATALOG. 2002.-245с.
66. DSL Standardization Activities in DSL Forum // NTT REVIEW, 2002, May.-с.43-47.
67. Siemens. ICCS и Future Link. Структурированные кабельные системы для зданий. Кабели и компоненты. Каталог, 99.- 72с.
68. ZyXEL. Total Internet Access Solution. Каталог решений 2001.- 33с.
69. Huawei Technologies. HONET – платформа доступа с интеграцией услуг.- 20с.
70. Flex Gain. Универсальная платформа абонентского доступа. Каталог.- 8с.
71. Мальке Г., Гессинг П. Волоконно-оптические кабели. Издание 2-е. Перевод с нем.- Новосибирск, Lingua-9, 2001.- 351с.
72. Фокин В.Г. Оптические системы передачи. Учебное пособие. Новосибирск, СибГУТИ, 2002.
73. Фокин В.Г. Основы АТМ. Учебное пособие, Новосибирск, СибГУТИ, 2003.
74. Казаков С.И. Основы сетевых технологий.- М.: Микроинформ, 1995.
75. Бакланов И.Г. ISDN и FRAME RELAY: Технология и практика измерений.- М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 1998.
76. Нетес В.А. Оборудование SDH следующего поколения // Вестник связи, 2002, №10.- с.32-38.
77. ITU-T Recommendation I.414. Overview of Recommendations on Layer 1 for ISDN and B-ISDN Customer Access.

Интегральные и оптические сети


*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.