Последняя миля
         

Технологии кодирования, применяемые в HDSL


Наиболее широко применяемой в настоящее время технологией ряда xDSL (за исклю­чением BR ISDN) является технология HDSL, поэтому о ней будет рассказано более подроб­но. Главной идеей технологии HDSL является использование существующего электрического (чаще всего с медными жилами) кабеля для симметричной дуплексной безрегенераторной передачи цифровых потоков 2 Мбит/с на большие расстояния. Оборудование HDSL примени­мо для работы по кабелю любого типа - симметричному городскому (ТПП и аналогичный), магистральному (КСПП, ЗКП) и даже (после некоторой переработки линейных согласующих блоков) коаксиальному.

Главными факторами, влияющими на качество работы оборудования HDSL, являются параметры линии связи. Напомним ключевые из них для технологий xDSL

1.   Ослабление сигнала. Затухание сигнала в кабельной линии зависит от типа кабеля, его длины и частоты сигнала. Чем длиннее линия и выше частота сигнала - тем выше затухание.

2.   Нелинейность АЧХ. Как правило, кабельная линия связи представляет собой фильтр нижних частот.

3.   Перекрестные наводки на ближнем и дальнем окончаниях (FEXT, NEXT).

4.   Радиочастотная интерференция.

5.   Групповое время задержки. Скорость распространения сигнала в кабеле зависит от его частоты, таким образом, даже при равномерной АЧХ форма импульса при передаче
искажается.

Основу оборудования HDSL составляет линейный тракт, то есть способ кодирования (или модуляции) цифрового потока для его передачи по медной линии. Технология HDSL пре­дусматривает использование двух технологий линейного кодирования - 2B1Q (2 binary, 1 quartenary) и CAP (Carrierless Amplitude and Phase Modulation). Обе технологии основаны на цифровой обработке передаваемого и принимаемого сигналов так называемым сигнальным процессором и обладают рядом общих принципов. Так, для снижения частоты линейного сиг­нала, а следовательно повышения дальности работы, в технологии HDSL применена адаптив­ная эхокомпенсация. Суть ее состоит в том, что прием и передача ведутся в одном спек­тральном диапазоне, разделение сигналов осуществляет микропроцессор.
Комплекты БИС, реализующие технологию 2B1Q, обеспечивают достаточно изощренные методы коррекции искажений в низкочастотной облас­ти спектра и удовлетворительное качество передачи. Вместе с тем, кодирование 2В1Q все же остается чувствительным к искажениям, так как сигнал имеет постоянную составляющую.

Наличие большого разброса частот в спектре сигнала 2В1Q вызывает необходимость решения проблем, связанных с групповым временем задержки. Микропроцессорная обработ­ка помогает решить и эту проблему, хотя алгоритм обработки сигнала существенно усложня­ется.



Рис. 4.2. Технология 2B1Q

Спектр кода 2В1Q содержит высокочастотные составляющие, максимум энергии передается в первом "лепестке", ширина его пропорциональна скорости на линии. Затухание сигнала в кабеле растет с увеличением его частоты, поэтому в зависимости от требуемой дальности применяется одна из трех скоростей линейного сигнала (784 кбит/с, 1168 кбит/с или 2320 кбит/с). Технология 2B1Q предусматривает использование для передачи потока 2 Мбит/с одной, двух или трех пар медного кабеля. По каждой из пар передается часть пото­ка (см. рис. 4.2) с вышеупомянутыми скоростями. Наибольшая дальность работы достигается при использовании трех пар (около 4 км по жиле 0,4 мм), наименьшая - при работе по одной паре (менее 2 км). Ввиду того, что дистанция работы систем HDSL (кодирование 2B1Q), ис­пользующих 1 пару, не удовлетворяют базовым требованиям по дальности, такие системы не нашли широкого распространения. Системы, работающие по трем парам, до сих пор доста­точно широко используются, однако постепенно вытесняются системами, применяющими технологию САР и обеспечивающими ту же дальность по двум парам. Наибольшее распро­странение из систем с кодированием 2B1Q имеют системы, работающие по двум парам. Дальность работы таких систем (около 3 км по жиле 0,4 мм) обеспечивает подавляющее большинство задач доступа в странах Западной Европы и США, где длина АЛ в 80% случаев (данные Schmid Telecom AG) не превышает 3 км.



Большое влияние на передачу оказывает радиочастотная интерференция. Радиопереда­чи в диапазонах длинных и средних волн, работа мощных радиорелейных линий вызывают наводки на кабельную линию и мешают передаче кода 2В10, если имеют совпадающие уча­стки спектров. Этот фактор особенно негативно сказывается при использовании аппаратуры HDSL для соединения студий и радиопередающих центров, или при монтаже оборудования в помещениях или в непосредственной близости от радио-телецентров.





По мнению большинства экспертов, с технической точки зрения, технология 2B1Q не­сколько уступает более поздней технологии линейного кодирования - САР. Однако в мире до сих пор производится большое количество оборудования, использующего 2B1Q. Почему? От­вет достаточно очевиден. Во-первых, длина абонентских линий в США и Западной Европе, как правило, достаточно небольшая, так что дальности 2B1Q вполне достаточно. Качество ка­беля в вышеупомянутых регионах также достаточно высокое, что снижает влияние различных мешающих факторов. Во-вторых, важным достоинством технологии 2B1Q является ее деше­визна. Около десяти крупных производителей БИС поставляют комплексные решения для создания оборудования HDSL по технологии 2B1Q. Наличие конкуренции, естественно, поло­жительно сказывается на цене микросхем и готовых модулей приемопередатчиков. По мне­нию зарубежных экспертов, технология 2В1Q становится все более и более "доступной", то есть большое количество компаний, даже не специализирующихся на производстве оборудо­вания xDSL, имеют возможность быстро и дешево разработать собственное устройство или блок HDSL с использованием готовых решений (иногда целых HDSL модулей) от поставщиков БИС, таких как METALINK, BROOKTREE (ROCKWELL), PAIRGAIN TECHNOLOGIES и др.

Что же касается стран Восточной Европы, Южной Америки, Азии, то ввиду большей длины абонентских и соединительных линий, как правило, более низкого качества уложенных кабелей, большим спросом пользуются системы HDSL, базирующиеся на технологии САР (Carrierless Amplitude and Phase Modulation) - амплитудно-фазовой модуляции без передачи несущей.


Разработчик технологии - компания GlobeSpan (часть бывшей AT&T) - поставила себе целью создать узкополосную технологию линейного кодирования, не чувствительную к большинству внешних помех, что, как показывает опыт внедрения систем HDSL на основе технологии САР в мире и в России, вполне удалось.

Технология САР

Модуляция САР сочетает в себе последние достижения модуляционной технологии и микроэлектроники. Модуляционная диаграмма сигнала САР напоминает диаграмму сигнала модемов для телефонных каналов, работающих по протоколам V.32 или V.34. Несущая часто­та модулируется по(амплитуде и фазе, создавая кодовое пространство с 64 или 128 состоя­ниями. При этом перед передачей в линию сама несущая, не передающая информацию, но содержащая наибольшую энергию, "вырезается" из сигнала, а затем восстанавливается мик­ропроцессором приемника. Соответственно 64-позиционной модуляционной диаграмме, сиг­нал САР-64 передает 6 бит информации в каждый момент времени, то есть в 16 раз больше по сравнению с 2E1Q. Модуляция САР-128, применяемая в системах SDSL (2 Мбит/с по одной паре), имеет 128-позиционную модуляционную диаграмму и соответственно передает 7 бит за один такт. Итогом повышения информативности линейного сигнала является сущест­венное снижение частоты сигнала и ширины спектра, что, в свою очередь, позволило избе­жать диапазонов спектра, наиболее подверженных различного рода помехам и искажениям, На рис. 4.3 показаны спектр и модуляционная диаграмма сигнала САР.



Рис. 4.3. Технология САР

Для объяснения достоинств модуляции САР на рис. 4.4 наложены спектры сигналов с кодом HDB3 (технология, применяемая ранее для создания линий Е1, в частности используе­мая в линейных трактах систем типа ИКМ-30), 2B1Q и САР.

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

1.       Максимальная дальность работы аппаратуры. Затухание в кабеле пропорционально частоте сигнала, поэтому сигнал САР, спектр которого не имеет составляющих выше 260 кГц, распространяется на большую дистанцию, чем сигнал с кодом 2В1Q или HDB3.


При условиях, что выходная мощность в системах HDSL ограничена стандартами (+13,5 дБ), а повышение чувствительности приемника выше -43 дБ не представляется возможным из-за шумов, сни­жение частоты линейного сигнала ведет к выигрышу по дальности работы систем HDSL на основе технологии САР по сравнению с 2B1Q. Для систем, работающих по двум парам (см. табл. 4.1 ниже), этот выигрыш составляет 15-20% (для жилы 0,4-0,5 мм), для систем SDSL (то есть работающих по одной паре) - 30-40%. Если сравнивать дальность передачи (без реге­нераторов), достигаемую в системах HDSL на основе технологии САР, с дальностью работы линейного тракта ИКМ-30 (HDB-3), выигрыш составит 350-400%.



Рис. 4.4. Спектры сигналов HDB3, 2B1Q, САР

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

3.       Минимальный уровень создаваемых помех и наводок на соседние пары. Сигнал САР не вызывает интерференции (взаимовлияния) и помех в спектре обычного (аналогового) те­лефонного сигнала благодаря отсутствию в спектре составляющих ниже 4 кГц. Это снимает ограничения по использованию соседних пар для обычных (аналоговых) абонентских или межстанционных соединений.

4.       Совместимость с аппаратурой уплотнения, работающей по соседним парам. Боль­шинство аналоговых систем уплотнения абонентских и соединительных линий используют спектр до 1 МГц. Системы с модуляцией САР могут вызывать наводки на частотные каналы в диапазоне 40-260 кГц, однако остальные каналы не подвергаются какому-либо влиянию, со­ответственно есть возможность использования аппаратуры HDSL CAP в одном кабеле с ана­логовой аппаратурой уплотнения.


Системы же HDSL с модуляцией 2B1Q вызывают наводки фактически на все частотные каналы аналоговых систем уплотнения, нагружающих соседние пары, поэтому, как правило, не могут быть использованы в одном кабеле с аналоговой аппа­ратурой уплотнения.

Типовые параметры оборудования HDSL

Типовые значения дальности работы систем HDSL, использующих различные технологии линейного кодирования, представлены в табл. 4.1 на примере оборудования HDSL WATSON (Schmid Telecom AG, Швейцария) различных серий. Оборудование WATSON2 использует ко­дирование 2B1Q и работает по двум парам, WATSONS - использует модуляцию САР-64 и ра­ботает по двум парам, WATSON4 - САР-128 и работает по одной паре. Приведенные в табли­це данные являются лишь типовыми значениями, измеренными на определенных кабелях при заданных уровнях шумов (в соответствии со стандартами ETSI). В случаях, когда приведенная в таблице дальность является недостаточной, то есть длина линии, на которой необходимо организовать цифровой тракт, превышает типовые значения, применяется регенератор. Реге­нератор может быть организован из двух блоков HDSL, соединенных "спина к спине", или же быть выполненным в специальном корпусе в качестве особого устройства. Регенератор уд­ваивает рабочую дистанцию, теоретически возможно использование до 7-8 регенераторов на одной линии.


 Таблица. 4.1. Характерная дистанция работы систем HDSL и SDSL WATSON

Диаметр жилы, мм

 Допустимая длина линии без регенераторов, ориентировочно:
WATSON2

 WATSONS

 WATSON4
0,4

 до 4 км

 4-5 км

 3-4 км
0,6

 до 6 км

 6-7 км

 4-5 км
0,8

 до 9 км

 10-1 2 км

 6-7 км
1,2

 до 18 км

 14-18 км

 10-13 км
При проектировании сети большую важность имеет вопрос практического определения пригодности тех или иных кабельных пар к работе оборудования HDSL. Для грубой оценки возможности применения системы HDSL следует пользоваться табл. 4.1. Чтобы получить бо­лее точные результаты, можно провести измерения, для чего необходимо использовать спе­циальный тестер, позволяющий генерировать характерные для HDSL значения перекрестных помех (NEXT, FEXT), а также проверить затухание в линии на характерных частотах.


Сущест­ вует специализированное измерительное оборудование, предназначенное для этих целей, однако из-за его высокой стоимости (в десятки раз выше стоимости пары модемов HDSL), рекомендуется не приобретать столь дорогостоящее оборудование только лишь для тестиро­вания линий под применение систем HDSL. Дело в том, что существенно проще и дешевле осуществить проверку пары пробным включением пары модемов HDSL, обеспечивающих полную диагностику в соответствии с рекомендацией ITU-T G.826. Такой подход позволит не только на 100% определить, пригодна ли линия для аппаратуры конкретного типа (2B1Q, САР-64 или САР-128), но и промерить большое количество качественных характеристик полу­ченного цифрового тракта (BER, SQ и др.).

Параметры HDSL линии, измеряемые в соответствии с G.826, приведены ниже.

1.      Проверка циклическим кодом, показывающая ошибочные блоки, полученные на локаль­ном конце HDSL тракта.

2.      Показывает ошибочные блоки, принятые на удаленном конце HDSL тракта.

3.      Блок, в котором один или более ошибочных бит.

4.      Период времени длительностью одна секунда, в которой зарегистрирована одна или более ошибок.

5.      Период длительностью одна секунда, в котором более 30% ошибочных блоков.

6.      Ошибочный блок, не учтенный в п.5.

7.      Отношение количества секунд с ошибками к количеству секунд без ошибок за некото­рое фиксированное время измерений.

8.      Отношение количества блоков с ошибками к общему количеству переданных блоков за определенное время за исключением блоков, определенных как в п.5 (SES), и времени неработоспособности системы.

9.      Чтобы дать читателю представление о работе оборудования HDSL на реальных кабель­ных линиях, в табл. 4.2 сведены экспериментальные данные, полученные при испытаниях ап­паратуры HDSL серии WATSON различными операторами связи России.


К сожалению, у авто­ ров недостаточно экспериментальных данных по аппаратуре, использующей модуляцию 2B1Q, так как подобная аппаратура не нашла широкого распространения в России.

Таблица 4.2. Некоторые результаты практических испытаний систем HDSL

Город

 Дата

 Модем

 Кабель

 Диаметр, мм

 Длина, км

 Сопрот., Ом

 Параметры

 Запас по шумам, дБ

 Коэф. ошибок
Москва

 29.05.97

 Watson3

 ТПП 100*2

 0,5

 4

 740

 4. .6

 (8 err bit 40min)
Москва

 Watson 1

 МКСБ 4*4

 1,2

 17,8

 36,7(150кГц)

 23. .25

 (1е'5..1е-6)
МКБ 4*4

 1,2

 17,8

 37,7(150)

 21. .23

 (1е'5..1е'6)
МКСБ 4*4

 1,2

 38,6(150)

 20. .22

 (1е~3..1е~4)
Мытищи

 30.05.97

 W-atson1

 ТЗГБ

 1,2

 7,5

 275

 35,5
0,6

 7,5

 776

 нет связи
0,7

 7,5

 701   -

 нет связи

 *
0,5

 555, 603

 ОК
0,5

 570

 30 дБ
0,4-0,5

 870

 нет связи
Ростов

 04.07.97

 Watson1

 ТЗБ 7*4

 1,2

 5,75

 35. .36
ТЗАШп 7*4

 0,9

 6,8

 34. .37
ТЗПАП 4*4

 1,2

 8,4

 34. .36
ТЗПАП 4*4

 1,2

 12

 30. .31
Watson4

 ТЗБ 7*4

 1,2

 ,   5,75

 10. .14
ТЗАШп 7*4

 0,9

 6,8

 9. .13
ТЗПАП 4*4

 1,2

 8,4

 9. .11
ТЗПАП 4*4

 1,2

 12

 нет связи
Москва

 23.07.97

 Watson4

 ТПП 100*2

 0,5

 2,6

 480

 10
0,5

 3,5

 620

 6

 (541err bit 35 min)
0,5

 4,2

 760

 нет связи
Москва

 09.07.97

 Watson3

 0,5

 3

 610

 6. .13/13. .18
Москва

 28.07.97

 Watson4

 0,5

 3

 610

 6. .8/12. .14

 BBER 2,5%


Москва

 07.08.97

 Watson1

 ТЗГ61*4*0,9

 0,9

 9

 ОК
ТЗГ37*4*1,2

 1,2

 14

 ОК
Москва

 07.08.97

 Watson3

 ТЗЭГ

 1,2

 12,1

 370

 29

 нет связи
Москва

 14.08.97

 W4&Ether

 1,5

 .ОК
Москва

 20.08.97

 W3&703

 0,5

 130

 24. .26
Мытищи

 09.09.97

 Watson1

 ТЗГБ

 1,2

 7,5

 260

 0,4мкФ

 35. .36
ТБ + ТГ

 0,5

 2+0,9

 330+270

 0,19мкФ

 35. .38
Подольск

 15.09.97

 Watson3

 4*4

 1,2

 перех 61 ..6З дБ

 нет связи
Watson3

 4*4

 1,2  '

 перех 67дБ

 ОК
Тула

 02.10.97

 Watson3

 МКСБ

 1,2

 20

 700

 нет связи
Электросталь

 30.10.97

 Watson3

 ТПП 100*2

 0,5

 1,6

 493, 513

 13, 21
Watson3

 ТПП100-2

 0,5

 2,6

 385, 415

 15. .16

 BBER 0,01%
Watson4

 ТПП100*2

 0,5

 1,6

 506

 3 , 10

 BBER 3,48%
Watson4

 ТПП100*2

 0,5

 1,6

 493

 14. .15

 ESR 0,28%
Watson4

 ТПП100*2

 0,5

 3,2

 1006

 4.. 5

 ESR 75%, BBER 1%
Киев

 25.11.97

 Watson3

 ТЗБ 4*4

 0,8 + 1,2

 10

 545

 36/46дБ(63,66)

 Только по 1паре и со сбоями
Watson3

 ТЗБ 4*4

 1,2

 291

 20 (только по 1паре)
Watson3

 КМ Б 8/6

 Центр. 1 ,2

 18

 356

 Коаксиал

 6, 5. .8
Рязань

 16.12.97

 Watson3

 ТДСП27*2

 1,2/1,4

 11

 206

 10/15 (1пара)
Watson4

 6. .7

 BBER 20%
Москва

 29.12.97

 3

 ТЗП 7*4

 0,9/1,2

 12

 680

 8/12 (только 1пара)
Содержание раздела