Лекции по Основам построения современных систем и сетей абонентского доступа   

3. Организация абонентского доступа на основе цифровых абонентских линий

3.2. Особенности построения типового оборудования цифровых абонентских линий

Несмотря на имеющееся разнообразие технологий xDSL принципиально различными с технической точки зрения, являются два основных типа ЦАЛ. Во-первых, ЦАЛ с передачей речевой информации в цифровом виде в общем потоке данных (SDSL, HDSL, HDSL II, SHDSL и IDSL). Во-вторых, ЦАЛ с типовым аналоговым телефонным трактом и передачей данных в надтональной области спектра (ADSL и ее различные модификации).

В абонентских установках систем первой группы должны использоваться либо ЦТА, либо АТА с адаптерами. В противном случае абонентские комплекты ЦАЛ должны включать АЦП/ЦАП [22].

АЦП реализует типовые ИКМ или АДИКМ. При использовании ИКМ речь преобразуется в поток 64/56 кбит/с. Кодер АДИКМ обеспечивает передачу речевых данных со скоростью 32 или 16 кбит/с. При необходимости аналоговый сигнал в ходе его преобразования в цифровой может быть сжат для ИКМ до 28,8 кбит/с, а для АДИКМ – до 14,4 и 4,8 кбит/с соответственно. Такое сжатие, естественно, приводит к некоторому снижению качества передачи речи.

Структурная схема системы передачи ОЦАЛ представлена на рисунке 3.6 [24]. Из схемы видно, что в модеме оцифрованные речевые сообщения объединяются методом ВРК в мультиплексоре (МР) с данными, а также с каналом сигнализации и синхронизации (типовым С-каналом). Кодер (К) осуществляет линейное кодирование потока данных (в данном случае кодом 2В1Q).

Электронное управляющее устройство (УУ) функционирует по записанной программе. Синхронизация узлов модема DSL реализуется выделителем тактовой частоты (ВТЧ) по принимаемому от DSLAM цифровому потоку. Импульсный вход/выход устройств ОЦАЛ используются для ввода/вывода пользовательских данных (с ПЭВМ, ООД и т. п.). Соответствующие интерфейсы обеспечиваются входным (Вх.У) и выходным (Вых.У) устройствами. В направлении приема осуществляются обратные преобразования сигнала, для чего в схеме предусмотрены декодер (ДК) и демультиплексор (ДМ). Если используется 2-проводная АЛ, в схеме организовано ДРНП с применением активных эхокомпенсаторов (ЭХК).

Рис. 3.6. Структурная схема системы передачи ОЦАЛ

Станционный полукомплект ОЦАЛ кроме перечисленных выше функций осуществляет разделение трафика на речевые и неречевые сообщения. При этом телефонные сообщения на АТС могут передаваться как в цифровом, так и в аналоговом виде. В последнем случае в станционном комплекте предусматриваются ЦАП. Кроме того, управляющее устройство DSLAM осуществляет обмен СУВ с соответствующими коммутационными системами (интерфейс "Упр. СК").

Здесь следует отметить, что в большинстве систем ЦАЛ обеспечивается адаптивное изменение степени сжатия речевых сигналов в зависимости от имеющегося ресурса пропускной способности. Так, если в восьмиканальной ОЦАЛ речевыми сигналами заняты четыре канала, в блоке АЦП применяется АДИКМ 32 кбит/с, а если все восемь – используется АДИКМ 16 кбит/с. Это позволяет пользователю конфигурировать передаваемую нагрузку по своему желанию. Например, в этой ЦАЛ можно организовать один тракт передачи данных 64 кбит/с и два телефонных тракта по 32 бит/с.

Остальные представители первой группы технологий ЦАЛ отличаются от рассмотренной системы применяемыми методами модуляции цифрового сигнала. Для примера рассмотрим особенности построения оборудования, реализующего технологию HDSL II.

Системы ВЦАЛ-2 используются, как правило, для обеспечения ПД со скоростью 2,048 (1,544) Мбит/с по 2-проводной АЛ. Главной особенностью рассматриваемой технологии является применение АИМ-16 (PAM-16) и нового способа разделения направлений передачи, получившего название OPTIS (Overlapped Pulse Amplitude Modulated Transmission with Interlocked Spectra) [6].

Метод OPTIS опирается на аддитивные свойства АИМ и объединяет достоинства ЧРНП и ДРНП. Полоса пропускания ЦАЛ разбивается на частотные подканалы (A, B и С), а принимаемое сообщение выделяется при помощи ДС и активных эхокомпенсаторов посредством вычитания из суммарного сигнала известного сигнала своей передачи. Диапазоны частот, занимаемые каждым из направлений передачи, несмотря на равные скорости импульсных потоков, имеют различную ширину. Эти диапазоны не совпадают, но перекрываются. При передаче спектрам мощности сигналов встречных потоков ЦАЛ задается различная форма, учитывающая в числе других факторов параметры конкретной АЛ (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Спектр мощности сигналов при разделении направлений передачи АЛ методом OPTIS

Такие системно-технические решения обеспечивают в стан-ционном полукомплекте ЦАЛ максимальное снижение мощности переходных помех на ближнем конце [6, 22, 24].

Здесь следует отметить, что переходные помехи на ближнем конце долгое время ограничивали скорость ПД для 2-проводных систем xDSL величиной 1,024 Мбит/с.

Станционные полукомплекты всех направлений связи располагаются в едином конструктиве DSLAM, т. е. пространственно сближены. Поэтому с приемной стороны DSLAM достижимое отношение сигнал/переходная помеха долгое время не отвечало требованиям высокоскоростной ПД. Для абонентских полукомплектов, расположенных у пользователей и поэтому пространственно разнесенных, данный фактор не имел решающего значения.

Метод OPTIS позволил преодолеть возникшие трудности, а полученная в результате многих исследований форма спектральной плотности мощности сигналов получила название "interlocking", что можно перевести как "сцепленный" или "сблокированный" спектр.

Функциональная схема модема абонентского полукомплекта ВЦАЛ-2, реализующего метод OPTIS, представлена на рисунке 3.8. Основными узлами такого устройства являются блоки цифрового окончания (ЦО), формирования битового потока (ФБП) и сопряжения с АЛ.

Рис. 3.8. Функциональная блок-схема типового модема ВЦАЛ-2

Блок цифрового окончания обеспечивает независимость цикла передачи модема ВЦАЛ-2 от структуры входного цифрового потока, что позволяет использовать полезную емкость тракта либо как единый цифровой канал 1,544 (2,048) кбит/с, либо как совокупность цифровых каналов меньшего объема (16, 32, 64, … кбит/с). Таким образом, модем становится "прозрачным" к виду абонентской нагрузки.

Согласующие устройства (СУ) блока обеспечивают физическое подключение абонентских устройств и ввод/вывод служебного канала (С-канала) для обмена СУВ со станционным полукомплектом. Этот канал емкостью 8 кбит/с формируется в регистре управления и состояния (РУС). Данный регистр также отвечает за установление режима работы модема: диагностика (шлейф в ЦО) или ПД.

Цифровой поток с суммарной скоростью 1552 (2,056) кбит/с поступает на формирователь битового потока (Bit Pump). Его основная функция на передаче – синтез сигнала в соответствии с требованиями метода OPTIS.

Формирователь кортежей (Форм. корт) преобразует каждые три бита принимаемого сигнала в одиночные символы – кортежи (tupples). В кодере TCM к трем битам каждого кортежа добавляется избыточный бит, формируемый в генераторе проверочных символов (Ген. ПС), и в результате операции свертки образуется "решетчатый" код – 16-уровневый АМИ сигнал. Избыточные биты используются в ходе функционирования устройства защиты от ошибок (УЗО), которое по командам с УУ реализует алгоритмы РОС (в зависимости от качества приема обеспечивает повтор предыдущего или передачу следующего цикла). Фильтр передатчика (Tx Filter) принимает символы с выхода УЗО и формирует сигнал в соответствии с "маской", представленной на рисунке 3.7.

На приеме блок ФБП осуществляет вычитание сигнала своей передачи, преобразованного ЭХК из суммарного сигнала на выходе ДС. При этом на выходе сумматора-формирователя (СФ), собранного на сигнальном процессоре, получается АИМ дискретный поток. Линейный усилитель (ЛУС) приема, охваченный АРУ, обеспечивает компенсацию медленных замираний принимаемого сигнала.

Декодер TCM выполнен в виде трех работающих совместно устройств: корректора (Кор) приема, квантователя (Кв) и декодера Витерби (ДВ). Корректор приема включает адаптивный фильтр, компенсирующий межсимвольные искажения, и корректор РОС, осуществляющий проверку правильности приема проверочных бит. Квантователь выполняет пробную идентификацию принятых символов, необходимую для дальнейшей реализации алгоритма Витерби.

Данный алгоритм позволяет декодеру принять решение на основе оценки параметров не отдельного импульса, а последовательности символов, что способствует снижению вероятности битовой ошибки (Bit Error Ratio, BER). Применение АИМ с решетчатым кодированием и рассмотренной системы декодирования способствует, при прочих равных условиях, увеличению отношения сигнал/шум на 5 дБ.

Модуль УУ включает микропроцессор и устройства памяти, необходимые для регулирования процессов установления режимов работы модема, формирования битового потока, эхокомпенсации и декодирования, а также защиты от ошибок.

Блок сопряжения с АЛ выполняет типовые для данной категории устройств функции обеспечения физического подключения АЛ. ДС позволяет перейти от 2-проводной схемы АЛ к 4-проводной схеме модема, а также участвует в реализации метода OPTIS, используя адаптивно перестраиваемый балансный контур (БК). ЛУС передачи способствует повышению мощности и фильтрации сигнала на передачу. Входной усилитель предназначен для предварительного усиления и фильтрации принимаемого сигнала.

Модулятор (демодулятор) служит для получения (восстановления) сигнала с характеристиками, согласованными с параметрами используемой АЛ. В дорогих системах ВЦАЛ-2, как правило, приме-няется ДММ. Линейный трансформатор с устройством защиты от перенапряжений и фильтром радиопомех формирует линейное окончание модема.

Станционный полукомплект ВЦАЛ-2 имеет аналогичную функциональную схему и строится на той же компонентной базе. Его УУ кроме рассмотренных ранее функций организует обмен СУВ с СК соответствующих телекоммуникационных сетей.

Особенностью оборудования ЦАЛ второй группы является сохранение аналогового речевого тракта 0,3–3,4 кГц, поэтому в абонентской линии обычно организуется три подканала: аналоговый телефонный, высокоскоростной поток к абоненту и низкоскоростной от абонента [24].

Исследования показали, что диапазон частот, пригодный для ПД по паре металлических проводов, может составлять полосу от 4 кГц до 1 МГц. Однако не все реальные АЛ (особенно большой протяженности), имеют требуемые характеристики, поэтому в существующих системах АЦАЛ приходится ограничивать полосу пропускания тракта ПД значением 500 кГц, что влечет за собой соответствующее уменьшение скорости потоков.

Скорости передачи встречных импульсных последовательностей зависят не только от характеристик собственно физической цепи. Исследования показали, что решающим фактором, ограничивающим качество функционирования АЦАЛ, является мощность переходной помехи на дальнем конце. Достижимое на сегодняшний день отношение сигнал/помеха не позволяет в отечественных АЛ превысить скорость передачи потока данных к пользователю в 2 Мбит/с. Полоса частот, выделяемая для встречного подканала, значительно уже, поэтому скорость передачи в нем обычно ограничена несколькими сотнями кбит/с. Рассмотренные подканалы ПД (высокоскоростной к пользователю и низкоскоростной к сети) могут разделяться на основе ЧРНП или ДРНП.

На рисунке 3.9 показаны полосы частот, занимаемые подканалами различных технологий ЦАЛ, в том числе симметричных. Из представленного видно, что на АЛ низкого качества целесообразно использовать систему IDSL как самую узкополосную (рис. 3.9, а). Тогда скорость ПД в подканалах не превысит 160 кбит/с.

Сигнал АЦАЛ с ЧРНП имеет самый широкий спектр, однако в данной системе имеется возможность организации двунаправленного служебного подканала (рис. 3.9, б). Очевидно, для реализации такой АЦАЛ качество АЛ должно быть самым высоким.

При недостаточно высоком качестве медной пары рациональными решениями проблемы абонентского доступа могут быть системы АЦАЛ с ДРНП (рис. 3.9, в) или ВС ЦАЛ-2 (рис. 3.9, г).

Модем АЦАЛ включает те же функциональные узлы и реализует те же технические решения, что и рассмотренные ранее модемы. Основное отличие абонентского полукомплекта АЦАЛ заключается в наличии частотного разделителя (встроенного или внешнего).

Здесь следует отметить, что в системах G.lite аналоговый телефонный канал отделяется от тракта ПД защитной частотной полосой, что позволило не применять POTS Splitter. При этом для снижения взаимного влияния трактов G.lite друг на друга пришлось существенно снизить скорость передачи пользовательской информации.

В подканалах ПД всех асинхронных систем DSL, как правило, реализуются алгоритмы защиты от ошибок на основе решающей обратной связи. В высокоскоростном тракте могут использоваться решетчатые, а в низкоскоростном (служебном) циклические помехоустойчивые коды [3].

Выходной сигнал асинхронных систем передачи ЦАЛ формируется, как правило, на основе CAP или DMT-256.

Рис. 3.9. Спектральные характеристики типовых систем ЦАЛ: а – симметричных (на примере IDSL и HDSL II); б – асимметричных (ADSL) с ЧРНП; в – асимметричных (ADSL) с ДРНП

В целом асинхронные системы ЦАЛ представляют собой альтернативу синхронным DSL и ЦСП, так как ориентированы на интер-активные услуги с преобладанием потока данных к пользователю. Особенно удобны такие средства связи для пользователей, ориентированных на удаленный доступ к базам (хранилищам) данных (знаний) или доступ в Internet.

В качестве вывода по разделу следует отметить, что, несмотря на имеющиеся различия, все технологии xDSL представляют собой оборудование цифрового абонентского доступа, предназначенное в основном для работы по медным парам. Такие направляющие системы в большом количестве имеются в системах абонентского доступа современных ССОП. Как средство ПД оборудование xDSL занимает промежуточное положение между телефонными модемами и ЦСП.

Однако все чаще средства xDSL используются для:

организации абонентских выносов;

оборудования соединительных линий между СК местных сетей;

формирования линий передачи распределительных сетей СД;

обеспечения привязки небольших СК местных сетей к оконечным узлам ТС.

Недостатками технологии ЦАЛ на сегодняшний день считаются:

возможность организации связи только в конфигурации "точка–точка";

ограниченность показателей качества связи от мощности переходной помехи на ближнем конце станционного полукомплекта ЦАЛ;

необходимость использования дорогостоящей кабельной инфраструктуры (структурированных кабельных систем пятой категрии) при необходимости передачи данных на скорости выше 2 048 кбит/с на расстояние, большее одного километра;

невозможность плавного изменения скорости ПД для более точного ее согласования с текущими параметрами АЛ как это делается в модемных протоколах V.34 [6];

отсутствие в современных СК абонентских комплектов, обеспечивающих интегрированное включение оборудования xDSL, в то время как абонентские комплекты СК для ЦСИС разработаны и получили широкое распространение [8].



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