HDSL (High data rate Digital Subscribe Line)

Высокоскоростная цифровая абонентская линия. Технология высокоскоростной передачи данных по скрученным медным парам телефонных кабелей. HDSL является симметричной системой передачи данных со скоростью до 1,5 Мбит/с в обоих направлениях. Из-за необходимости обеспечения симметричной передачи данных максимальная скорость передачи поддерживается только на расстоянии не более 4,5 километров при использовании одной или двух скрученных пар кабеля.

Стандарт HDSL (высокоскоростная цифровая абонентская линия) берет свое начало от стандарта ISDN-BA. Оригинальная концепция HDSL была разработана в Северной Америке, разработчики DSL пытались повысить тактовую частоту ISDN, чтобы увидеть, насколько далеко и насколько быстро могут работать системы высокоскоростной передачи данных. Следует также учитывать, что одновременно также очень быстро развивалась технология DSP (технология цифровой обработки сигнала). Исследовательская работа привела к удивительному открытию. Оказывается, даже простая 4-уровневая модуляция PAM (амплитудно-импульсная модуляция) позволяет работать на скоростях до 800 Кбит/с при вполне приемлемой длине линии (в США данная зона называется Carrier Serving Area - зона обслуживания оператора). Была снова использована технология компенсации эхо-сигналов, которая позволила организовать двустороннюю передачу данных со скоростью 784 Кбит/с по одной паре проводов, отвечая при этом всем требованиям по расстоянию передачи и запасу по помехоустойчивости, которые должны быть выполнены для предоставления необходимого качества обслуживания.

HDSL представляет собой систему двухсторонней симметричной передачи данных (Рис. 5), которая позволяет передавать данные со скоростью 1,544 Мбит/с или 2,048 Мбит/с по нескольким парам проводов сети доступа. Рекомендованы два линейных кода: амплитудно-импульсная модуляция 2B1Q и амплитудно-фазовая модуляция без несущей (CAP).

CAP (Carrierless amplitude/phase modulation)

Модуляция амплитуды/фазы без несущей. Модуляция амплитуды/фазы без несущей базируется на модуляции QAM (квадратурная амплитудная модуляция) и используется для некоторых типов DSL. Технология заключается в цифровой обработке передаваемого и принимаемого сигналов сигнальным процессором. Несущая частота модулируется по амплитуде и фазе, при этом перед передачей в линию сама несущая, не содержащая в себе полезной информации, вырезается из сигнала, а затем восстанавливается в приемнике.

Модуляция CAP используется для передачи со скоростью 2,048 Мбит/с, в то время как для модуляции 2B1Q определены два различных цикла.

Рис. 5 Концепция высокоскоростной цифровой абонентской линии (HDSL).

Стандарт 2B1Q для 2,048 Мбит/с обеспечивает как двустороннюю передачу по одной паре проводов, так и параллельную передачу по двум или трем парам проводов. Это позволяет распределить данные по нескольким парам и снизить скорость передачи символов для увеличения предельной длины линии, по которой может осуществляться передача. Стандарт CAP позволяет передавать данные только по одной или двум парам проводов , а стандарт 2B1Q для скорости 1,544 Мбит/с предназначен только для двух линий.

ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ УПЛОТНЕНИЯ (ЦСУ) АБОНЕНТСКИХ ЛИНИЙ

Выбор технологии DSL

Проведя аналитический обзор по технологиям хDSL, можно охарактеризовать, что выбор DSL технологии определяется:

а) необходимой полосой пропускания.

б) удаленностью от телефонной станции.

в)типом оборудования, установленного провайдером услуг на телефонной станции.

Таблица 4.1 Основные сравнительные характеристики технологий xDSL

Проведя сравнительный анализ основных характеристик технологий хDSL (таблица 4.1) считаем, что для решения поставленных перед нами задач, нам необходимо использовать оборудование изготовленное на основе технологии HDSL, которое обеспечит нам дальность передачи до 4,5 - 5 километров и скорость передачи до 1,5 мБит/с.

Системы HDSL с модуляцией САР - 64/ САР - 128, могут быть использованы для организации потоков до 2 мБит/с по двум парам, в качестве межстанционных соединительных линий (например, аппаратура WATSON 3 использует CAP-64 и работает по двум парам).

Системы с модуляцией САР могут вызывать наводки на частотные каналы в диапазоне 40--260 кГц, однако остальные каналы не подвергаются какому-либо влиянию, следовательно, есть возможность использования аппаратуры HDSL САР 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.

Системы HDSL с модуляцией 2B1Q широко применяются для уплотнения абонентских линий городских телефонных сетей, в основном состоящих из низкочастастотных кабелей типа ТПП с медными жилами, полиэтиленовой изоляцией и оболочкой.

Выбираем оборудование, изготовленное на основе технологии HDSL и обеспечивающее дальность передачи до 4,5 - 5 километров при скорости передачи до 1,5 мБит/с с линейным кодом 2B1Q.

В соответствии с вышесказанным возник вопрос выбора конкретных систем цифрового абонентского уплотнения РСМ с наличием 2-х, 4-х, 11-ти каналов.

Оборудование HDSL в сетях абонентского доступа

Аппаратура цифрового уплотнения абонентских линий РСМ

Цифровые системы уплотнения абонентских линий РСМ предназначены для использования в подстанционной сети, с целью экономии медных жил кабеля, и представляют собой действенный способ увеличения номерной емкости. Экономия достигается увеличением абонентской емкости за счет уплотнения уже существующих магистральных и распределительных кабелей.

Системы РСМ обеспечивают прямые и независимые телефонные соединения для двух, четырех, шести, восьми, десяти, одиннадцати, двенадцати, шестнадцати и восемнадцати абонентов по одной физической линии. Одновременно с цифровым уплотнением существенно улучшается качество связи, устраняется фоновый шум и перекрестные разговоры.

Применение РСМ позволяет рационально использовать существующие кабельные линии, сократить время на развитие телефонной сети (особенно к группам удаленных абонентов) и снизить материальные затраты на кабельную продукцию. В качестве оконечных абонентских терминалов возможно подключение телефонных аппаратов с импульсным и тональным набором, радиотелефонов, смарт - карточных таксофонов, традиционных аналоговых таксофонов с переполюсовкой линии, факсов группы «3» (9600 кБит/с).

Системы уплотнения абонентских линий позволяют организовать передачу данных по уплотненному каналу с использованием модемов. Применяемые в настоящее время модемы используют стандартные протоколы аналого-цифрового преобразования, что позволяет передавать данные со скоростью 26,4 кБит/с.

Необходимо отметить, что телефонные аппараты могут быть старого типа с угольным микрофоном и дисковым номеронабирателем.

Цифровое уплотнение абонентских линий РСМ выпускается более чем десятью фирмами изготовителями телекоммуникационного оборудования. На казахстанском рынке прошли опытную эксплуатацию системы РСМ компаний Alcatel, Tadiran, ECI, Intracom, Elcon Systemtechnik, Ericsson, Telspec Europe Limited, Apsun Technology. С целью определения систем РСМ наиболее отвечающим «нашим» техническим условиям в 1998 году компания ОАО «Казахтелеком» провела тендер. Право на поставку систем РСМ на сети ОАО «Казахтелеком» получили три фирмы, это: Alcatel, ECI, Elcon Systemtechnik.

Фирма Telspec Europe Limited, хотя и не получила права поставлять оборудование в Казахстан, но сделала серьезную заявку на будущее. Поэтому будем рассматривать эту фирму при выборе оборудования РСМ.

Выбор системы уплотнения осуществляется исходя из конкретных условий, оптимизируя расходы на подключение абонентских терминалов с учетом развития и модернизации.

На городских сетях наиболее распространенными являются 4-х канальные системы. При этом заметно высвобождаются не только распределительные линии, но и магистральные, что позволяет гибко строить сеть доступа к абонентам на большом участке. Максимально задействовать имеющиеся емкости станционных и линейных сооружений.

Применение систем РСМ 11 наиболее выгодно в районах частного сектора и в пригородных районах с мало развитой кабельной сетью. А также при введении в строй новых АТС с телефонизацией многоэтажных новостроек, расположенных в радиусе до 3-х километров от АТС.

Системы РСМ 2 используются в тех случаях, когда имеется дефицит линий, и требуются отдельные установки терминалов в местах с высокой степенью телефонизации. При желании абонента установить дополнительный терминал (телефон) с самостоятельным номером, при расширении таксофонной сети.

При замене механических АТС на электронные возникает вопрос о предоставлении 30% сблокированных абонентов самостоятельных номеров. В этом случае идеально подойдет система РСМ 2.

В населенных пунктах сельской местности с небольшим количеством абонентов и где часто на длительное время прекращается подача электроэнергии особенно выгодно особенно выгодно организовывать связь на сети с помощью 4,11 канальных систем РСМ.

Как временная мера, в таких населенных пунктах можно законсервировать оборудование оконечной станции, а действующих абонентов подключить с помощью оборудования РСМ к станциям районного уровня или станциям с обеспеченным электропитанием. В отдельных случаях, когда оборудование АТС изношено, целесообразно закрыть станцию, а абонентов переключить с помощью РСМ на действующую станцию высшего уровня.

В таких населенных пунктах для обеспечения возможности предоставления услуг телекоммуникаций широкому кругу населения, не имеющего телефонов, возможна установка таксофона (-нов), подключенного к районной АТС по одному из каналов РСМ.

Структурные схемы организации связи при помощи оборудования РСМ приведены в приложении В.

Описание систем РСМ фирмы Alcatel

Оборудование фирмы Alcatel имеет в своем составе системы РСМ2, 4, 11, 16. Остановимся подробней на системе РСМ 11.

РСМ 11 это цифровая многоканальная передающая система, которая позволяет организовать одиннадцать независимых каналов пропускной способностью по 64 кБит/с каждый, по одной витой медной паре. Используемая технология передачи HDSL, при скорости передачи 784 кБит/с. Система РСМ 11 состоит из станционного блока РСМ 11 СО, устанавливаемого на АТС, и абонентского блока РСМ 11 RU, устанавливаемого у абонента. В одной универсальной кассете может быть установлено до восьми приборов РСМ 11 СО. Дальность действия системы РСМ 11 может быть увеличина вдвое, путем применения промежуточного регенератора.

Радиус действия системы РСМ 11 в зависимости от диаметра кабеля показан в таблице 4.2

Таблица 4.2 Радиус действия системы РСМ11

При помощи интерфейсов а/в 1-11, станционная передающая система РСМ 11СО подключается к двухпроводным интерфейсам телефонного узла. Помимо аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования речевой информации осуществляется распознавание и обработка поступающих напряжений вызова и импульсов тарификации, а также преобразование исходящих сигналов в шлейфные коды. На лицевой стороне системы РСМ11СО имеется светодиодная панель, на которой отображаются сообщения о внутрисистемных сбоях абонентского и станционного блоков и информация о режимах работы.

Интерфейсы а/в абонентского блока РСМ11 RU, установленного у абонента воспроизводят информацию, передаваемую по аналоговым двухпроводным интерфейсам АТС. Абонентский блок осуществляет функции аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования речевой информации, а также преобразования поступающих сигналов шлейфных кодов, подачи питания на абонентские аппараты. Создает напряжения вызова и импульсов тарифной платы.

Если оператором сети предоставляется услуга CLIP (Определение Параметров Входящего Вызова), она может поддерживаться системой РСМ11 Alcatel . Таким образом услуги, обычно доступные только в ISDN сети, могут предоставляться и в аналоговой сети. Если вызываемый абонент занят, то он получит сигнал о поступившем дополнительном вызове.

1. Идея HDSL

2. Технологии кодирования, применяемые в HDSL

3. Кодирование 2B1Q

4. Кодирование CAP

5. Литература

"Медь закопана в землю, но далеко еще не мертва" Поговорка разработчиков HDSL

За последние 120 лет по всему миру были проложены миллионы километров линий телекоммуникаций из доброй старой меди. Приход цифровой эры, оптоволокна, казалось, положил конец медному кабелю. Однако жизнь распорядилась по-другому. Технологии DSL (Digital Subscriber Loop), разработанные для организации высокоскоростной цифровой связи по существующим медным линиям, доказали, что уложенный в землю кабель - ценнейший капитал, который еще не время списывать в утиль.

Идея HDSL

С разработкой концепции DSL значительно изменилась идеология развития сетей связи. Если раньше широко бытовало мнение, что довести "цифру в каждый дом" можно лишь с помощью массового внедрения оптических кабелей, то после практической апробации технологий DSL, особенно HDSL (см. ниже), у операторов связи появилась уверенность в том, что существующая сеть медных кабелей связи еще долго останется той основой, на которой строится вся телекоммуникационная инфраструктура.

На рис. 1 показана эволюция медно-кабельных линий как среды передачи цифровой информации от азбуки Морзе (10 бит/с) до технологий VDSL (51 Мбит/с). Технологии цифровых абонентских линий, обычно называемые HDSL, начавшие свое развитие в 70-х годах созданием устройств доступа Basic Rate ISDN (160 кбит/с) и обещающие в недалеком будущем массовое внедрение оборудования VDSL, позволяют достичь на медном кабеле скоростей передачи, ранее доступных лишь на волоконно-оптических линиях (ВОЛС).

Рис.1. Рост скорости цифровой передачи по медным линиям связи

Первой из HDSL является технология U-интерфейса ISDN, обеспечивающая дуплексную передачу со скоростью 160 кбит/с по одной витой паре. Эта технология широко распространена и, кроме сетей ISDN, применяется для создания оборудования уплотнения абонентских линий и модемов на ограниченную дистанцию (short-range).

Следующей технологией в ряду DSL (и наиболее распространенной в настоящее время) является высокоскоростная цифровая абонентская линия HDSL (High-bit-rate Digital Subscriber Loop). Технология HDSL обеспечивает полный дуплексный обмен на скорости 2048 кбит/с. Для передачи используются две или три кабельных пары. Дальнейшим развитием технологии HDSL стало появление устройств симметричной высокоскоростной цифровой абонентской линии, работающих по одной паре SDSL (Single Pair Symmetrical Digital Subscriber Loop).

В последние годы были разработаны еще более высокоскоростные технологии DSL, например, такие, как ADSL и VDSL. Технология асимметричной цифровой абонентской линии ADSL (Asymmetrical DSL) обеспечивает передачу до 8 Мбит/с в направлении "от сети к абоненту" и до 1 Мбит/с в направлении "от абонента к сети" и обещает быть весьма перспективной для доступа к сети Интернет. Вместе с тем ADSL вряд ли найдет широкое применение в телефонии, где, как правило, необходима симметричная дуплексная передача. Применение ADSL как средства доступа сдерживается в настоящее время также ограниченной пропускной способностью магистральных сетей. Например, Интернет-провайдер с пропускной способностью магистральной сети 155 Мбит/с (STM-1) сможет подключить на скорости 8 Мбит/с всего около 20 абонентов (155: 8). Что касается VDSL (Very High-bit-rate Digital Subscriber Loop), то эта технология пока не вышла из лабораторий, хотя ряд производителей анонсировал появление оборудования с использованием VDSL в 1998г.

Все технологии HDSL рассматривались изначально как технологии абонентского доступа (отсюда и название), предназначенные для использования на абонентских линиях, то есть на медных кабельных парах, проложенных от телефонной станции до месторасположения абонента. На практике сфера применения технологий HDSL оказалась существенно шире. Например, ведущий производитель оборудования HDSL в США, компания PairGain Technologies, добилась наибольшего объема поставок систем HDSL для проведения модернизации межстанционных цифровых соединительных линий Т1. По данным ведущего европейского производителя HDSL, фирмы Schmid Telecom AG (Швейцария), модернизация существующих и организация новых трактов Е1 для межстанционной связи (функциональный аналог Т1 по европейскому стандарту) остается одним из основных приложений систем HDSL в Европе. Об этом же говорит и опыт внедрения оборудования HDSL в России.

Тем не менее, для лучшего объяснения идеи разработки технологии HDSL и типовой дистанции или дальности работы оборудования, приведем типовые параметры абонентских линий. По имеющимся данным ("Электросвязь", Nl, 1997, с. 13), на городских телефонных сетях России средняя длина абонентских линий (АЛ) составляет 1280 м (коэффициент вариации - 0,59), при этом 100% абонентских линий не превышает по длине 5 км. По другим данным (Schmid Telecom AG), учитывающим сельские и пригородные сети, более 60% АЛ в странах Восточной Европы не превышают по длине 6 км, а 95% укладываются в 12 км. Технология HDSL, предназначенная первоначально для "цифровизации" именно абонентских линий, разрабатывалась таким образом, чтобы обеспечить работу на подавляющем большинстве существующих АЛ. В результате "базовая дальность" для систем HDSL оказывается равной 5-6 км (по паре с жилой диаметром 0,4-0,5 мм). Так как абонентские линии часто выполняются составным кабелем, участки которого имеют разное сечение жил (от 0,35 до 0,9 мм), технологии HDSL должны быть работоспособны на линиях самых "сложных" топологий. И наконец, поскольку в кабеле, как правило, несколько десятков (а то и сотен) жил, аппаратура HDSL должна "сосуществовать" с оборудованием, работающим по соседним парам, будь то другая система HDSL, ISDN или обычный аналоговый телефон. О том, как решаются столь сложные задачи, и пойдет речь ниже.

Технологии кодирования, применяемые в HDSL

Наиболее широко сейчас применяется (за исключением BR ISDN) технология HDSL, поэтому о ней будет рассказано наиболее подробно. Как уже отмечалось, главной идеей технологии HDSL является использование существующего металлического (чаще всего медного) кабеля для 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 коаксиальному (после некоторой переработки линейных согласующих блоков).

Главные факторы, влияющие на качество работы оборудования HDSL - параметры линии связи. Ниже перечислены ключевые для технологий HDSL характеристики.

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.

Технология HDSL

HDSL - симметричная высокоскоростная абонентская линия - первоначально появилась, как альтернатива существующим первичным ЦСП типа T1 и E1 при организации выделенных линий передачи данных, а в дальнейшем получила широкое распространение на соединительных линиях местных сетей благодаря возможности отказа от промежуточных регенераторов при одновременном обеспечении величины коэффициента ошибок достигающем, при соблюдении ряда условий, величины 10-10, что соответствует качеству передачи по волоконно-оптическим линиям (поэтому технологию HDSL часто называют “медной оптикой”).

Технология HDSL заключается в преобразовании исходного бинарного сигнала в многоуровневый и его передачу по 4-х или 2-проводной абонентской или соединительной линии. Технологию HDSL можно использовать для передачи цифровой информации при соблюдении следующих условий:

при разделении входящего и исходящего информационных сигналов уровень подавления сигнала противоположного направления (в технической литературе часто используется термин «эхосигнал») должен превышать 60 дБ даже в условиях составной линии;

организуется адаптивная предкоррекция сигнала, которая выражается в ограничении частотного диапазона и нормализации формы импульсов и способствует обеспечению нормированного уровня качества передачи;

используются специальные методы кодирования сигнала.

Подавление эхосигнала осуществляется вычитанием передаваемого сигнала из суммарного сигнала на входе приёмника после его фильтрации в режиме реального времени. Этот метод доказал свою эффективность.

Дефекты канала определяются путём ввода в передаваемый сигнал испытательной импульсной последовательности и последующего контроля её прохождения.

В технологии HDSL чаще всего используется алгоритм преобразования сигнала 2B1Q. При этом две позиции исходного бинарного сигнала передаются при помощи четырёх уровней (позиций) линейного сигнала. В ряде случаев цифровой поток 2 Мбит/с разделяется на два потока по 1 Мбит/с путём его демультиплексирования и передачи по двум парам в каждом направлении. Результирующая скорость передачи линейного сигнала в этом случае составит 512 кБит, а длину регенерационного участка можно увеличить более, чем в 3 раза. Кроме того, введение в структуру группового сигнала специальных коротких заголовков позволяют обеспечить поиск и обнаружение ошибок при формировании потоков 1 Мбит/с.

Другим, также широко распространённым линейным кодом технологии HDSL, является код CAP. CAP расшифровывается, как Carrierless Amplitude/Phase modulation, то есть амплитудно-фазовая модуляция с подавлением несущей. В основу CAP положен метод квадратурной амплитудно-фазовой модуляции (QAM), основанный на одновременной модуляции несущей частоты по амплитуде и фазе. При передаче сигнала в линию из него удаляется несущая частота (carrier), отсюда и название. Цифровой поток разделяется на два потока, каждый из которых модулируется отдельно, после чего сигналы складываются. Наибольшее распространение получили модификации этого кода САР-64, при которой в одном тактовом интервале сигнала САР передаются 6 бит информации исходного бинарного сигнала, и САР-128, в котором в одном тактовом интервале сигнала САР передаются 7 бит исходной информации. В этом случае в группе, состоящей из 6-ти или 7-ми бит, все биты, кроме одного, являются информационными, а один бит - служебным. САР позволяет существенно уменьшить скорость передачи сигнала. Стандартный поток Е1 при использовании САР-128 занимает полосу, не превышающую 293 кГц. При такой ширине полосы значительно увеличивается допустимая длина абонентской линии за счёт уменьшения её рабочего затухания и увеличения переходного затухания. Кроме того, уменьшается чувствительность системы передачи как к высокочастотным, так и к низкочастотным наводкам, которые оказываются лежащими вне полосы частот информационного сигнала.

Пропускная способность системы, обеспечиваемая технологией HDSL, по сравнению с ИКМ-30 возрастает настолько, что позволяет организовать передачу сигналов синхронной цифровой иерархии (см. гл.1), в частности, виртуальных контейнеров VC-12 и компонентных (трибутарных) блоков TU-12 при сохранении структуры линейного тракта (в частности, длины регенерационных участков) существующей первичной системы передачи. (Известно, что скорость передачи TU-12 равна 2304 кбит/с).

К недостаткам метода HDSL можно отнести то, что его использование ограничивается абонентами, которые располагают приходящими к ним двумя скрученными парами медного кабеля. Опыт внедрения технологии HDSL показал, что на линиях, построенных телефонными кабелями с неэкранированными парами, резко возрастают помехи, наводимые на пары кабеля, уплотнённые другими системами передачи особенно при увеличении длины линий или если последние имеют какие-либо дефекты, связанные с нарушением симметрии пар.

Следующим шагом в развитии технологии HDSL стала технология HDSL2, предназначенная для передачи группового цифрового потока по одной паре проводов. Существенное отличие HDSL2 от HDSL состоит в использовании различных спектральных плотностей мощности при передаче в прямом и в обратном направлении. В HDSL2 используется 16-уровневая амплитудно-импульсная модуляция и так называемое решётчатое кодирование. Такое кодирование позволяет уменьшить задержку сигнала при его обработке и улучшить соотношение сигнал/шум на 3 дБ, а в ряде случаев даже на 6 дБ. Первоначально технология HDSL2 предназначалась для передачи потока Т1 (1552 кбит/с), не входящего в европейскую иерархию. Дальнейшим этапом совершенствования HDSL2 стала разработка технологии SDSL, рассчитанной на передачу сигналов 64·n кбит/с. Более подробно об указанной технологии рассказывается ниже.

Устройства HDSL до сих пор совершенствуются фирмами-разработчиками. Так, для их разработки стали составлять математическую модель медной линии, применяя так называемые адаптивные алгоритмы.

Перспективным направлением развития технологии HDSL стал переход от четырехпроводных модемов к двухпроводным. Модификация HDSL, предусматривающая использование только двух проводов, получила названиеSDSL (Single Line DSL). Понятно, что для многих пользователей такое решение является единственно доступным, несмотря на некоторую сложность его технических решений.

Основные области применения устройств HDSL/SDSL - мосты между сегментами корпоративных сетей, соединение базовых станций мобильной связи. В качестве массового решения проблемы "последней мили" устройства HDSL/SDSL распространения не получили.

Чепусов Евгений, сотрудник компании СвязьКомплект

Совсем недавно системы высокоскоростной цифровой передачи по медным абонентским линиям были диковинкой. Прошло всего десятилетие — и уже далеко не всякий специалист по телекоммуникациям уверенно ориентируется в разнообразии их характеристик. Недавно появилась еще одна технология — G.shdsl. Рождалась она долго, но появилась сразу же в виде всемирного стандарта ITU-T (G.991.2) — все давно устали от хаоса несовместимого друг с другом оборудования различных производителей.

Немного предыстории

В начале 90-х годов развитие цифровых способов обработки сигнала привело к созданию HDSL. Эта технология сочетала в себе линейное кодирование 2B1Q и сложные алгоритмы эхоподавления. Первые варианты, работающие по двум парам, были созданы в США и быстро вытеснили старые цифровые системы передачи T1 ANSI (1544 Мбит/с), которые имели рабочую дальность чуть более километра. Все это произошло благодаря тому, что HDSL, обеспечивая большую дальность (3,5 км на проводе 0,4 мм), позволил отказаться от регенераторов и существенно снизить затраты на монтаж и эксплуатацию вновь вводимых линий.

Аналогичная картина складывалась в это время и в Европе — получили распространение варианты HDSL, которые обеспечивают передачу потока Е1 ETSI (2048 Кбит/с). Сначала появился вариант, который для получения большей скорости при той же дальности использовал три пары. Скорость передачи по каждой из пар при этом была та же, что и у американского варианта (748 Кбит/с). Затем, был стандартизован двухпарный вариант, у которого скорость по каждой из пар была выше (1168 Кбит/с) при меньшей рабочей дальности (около 3 км на проводе 0,4 мм). Но даже в этом случае дальность она оказывалась выше, чем у оборудования с линейным кодом HDB3 (рис. 1).

Рис. 1. Эволюция систем передачи.

Всем опытом эксплуатации HDSL доказал свои высокие эксплуатационные характеристики. В подавляющем большинстве случаев монтаж HDSL оборудования проводится без дополнительного подбора пар или кондиционирования линии. Благодаря этому сегодня большая часть линий Е1 подключена с применением HDSL оборудования. Более того, сам факт появления технологии, которая обеспечила возможность экономичных решений по организации цифровых подключений абонентов, привел к тому, что число таких подключений стало стремительно расти. Иными словами, именно появление HDSL стало своеобразным катализатором развития цифровых сетей.

В свою очередь, развитие цифровых сетей создало спрос на цифровые системы передачи xDSL с другими характеристиками. Так появилась сравнительно низкоскоростная технология IDSL, основными достоинствами которой были работа по одной паре и низкая стоимость, обусловленная применением стандартных компонентов, производимых для абонентского ISDN оборудования. Так родились скоростные и асимметричные ADSL, VDSL со всеми своими разновидностями, созданные для подключения индивидуальных абонентов жилого сектора по их существующей телефонной линии и без отказа от использования этой линии для аналоговой или цифровой (ISDN BRI) телефонии. Наконец, так были разработаны обеспечившие увеличенную дальность работы разновидности HDSL с другими способами линейного кодирования (CAP) и адаптивные разновидности HDSL с возможностью изменять скорость передачи в линии, подстраивая ее под характеристики линии.

Производители, каждый на свой лад, стали задумываться о реализации вариантов HDSL систем, которые бы работали по одной паре при полной скорости. Дело в том, что параллельно с развитием xDSL технологий росло и число используемых ими линий. Из-за этого большинство операторов во всем мире уже сегодня отмечают острую нехватку меди на абонентском участке — почти вся она «съедена» xDSL линиями. А ведь цифровизация еще не закончена. Где-то к 1996 году появились однопарные варианты HDSL. Но они не могли решить проблему из-за несовместимости с ADSL — спектр сигнала таких систем частично перекрывался со спектром сигнала ADSL от АТС к клиенту.

Первыми забили тревогу операторы США, и уже в начале 1996 года перед комитетом ANSI (T1E1.4) была поставлена задача подобрать для дальнейшего развития технологию, которая при симметричных потоках данных и использовании одной пары позволяла бы обеспечить:

. рабочую дальность не меньшую, чем HDSL;

. устойчивость к тем же физическим характеристикам линии, что и HDSL (затухание, взаимное влияние, отражения от неоднородностей и отводов);

. использование для оказания тех же видов услуг, что и HDSL;

. надежную и устойчивую передачу на реальных линиях со всеми присущими им дефектами;

. «сосуществование» с другими технологиями (HDSL, ISDN, ADSL);

. снижение эксплуатационных затрат по сравнению с HDSL.

Новая технология, появившаяся в результате огромной трехлетней работы, получила название HDSL2 (нужно отметить, что работа над ее стандартизацией ввиду некоторых разногласий между основными производителями пока не окончена и стандарт существует в виде рабочей версии Т1 .418—2000). Изначально в качестве основы для реализации HDSL2 рассматривались симметричная передача с эхоподавлением (SEC) и частотное мультиплексирование (FDM), но обе были отклонены из-за присущих им недостатков. Первая имеет серьезные ограничения в условиях помех на ближнем конце, что делает ее неприменимой для массового развертывания. Вторая, хотя и свободна от недостатков первой, но требует использования более широкого спектра и не обеспечивает требований по взаимному влиянию с системами передачи других технологий.

В результате, в качестве основы была принята система передачи с перекрывающимся, но несимметричным распределением спектральной плотности сигнала, передаваемого в различных направлениях, использующая 16-уровневую модуляцию PAM (Pulse Amplitude Modulation). Выбранный способ модуляции PAM-16 обеспечивает передачу трех бит полезной информации и дополнительного бита (кодирование для защиты от ошибок) в одном символе. Сама по себе модуляция PAM не несет в себе ничего нового. Хорошо известная 2B1Q — это тоже модуляция PAM, но четырехуровневая. Использование решетчатых (Trellis) кодов, которые за счет введения избыточности передаваемых данных позволили снизить вероятность ошибок, дало выигрыш в 5 dB. Результирующая система получила название TC-PAM (Trellis coded PAM). При декодировании в приемнике используется весьма эффективный алгоритм Витерби (Viterbi). Дополнительный выигрыш получен за счет применения прекодирования Томлинсона (Tomlinson) — искажении сигнала в передатчике на основе знания импульсной характеристики канала. Суммарный выигрыш за счет использования такой достаточно сложной технологии кодирования сигнала составляет до 30% по сравнению с ранее используемыми HDSL/SDSL системами.

Рис. 2. Спектральная плотность сигнала G.shdsl.

Но все-таки, ключевым элементом успеха новой технологии является идея несимметричного распределение спектра, получившее название OPTIS (Overlapped PAM Transmission with Interlocking Spectra) и послужившее основой HDSL2 и, впоследствии, G.shdsl. При выборе распределения спектральной плотности для OPTIS решалось одновременно несколько задач (рис. 2). В первой области диапазона частот (0—200 кГц), где переходное влияние минимально, спектральные плотности сигналов, передаваемых в обе стороны одинаковы. Во втором диапазоне частот (200—250 кГц), спектральная плотность сигнала от LTU (оборудования на узле связи) к NTU (абонентскому оборудованию) уменьшена, чтобы снизить его влияние на сигнал в обратном направлении в этой области частот. Благодаря этому переходные влияния на ближнем конце в обоих диапазонах частот оказываются одинаковыми. В свою очередь мощность сигнала от NTU к LTU во втором диапазоне частот уменьшена, что даёт дальнейшее улучшение отношения сигнал/шум в этой области частот. Следует отметить, что это уменьшение не ухудшает отношения сигнал/шум на входе NTU по двум причинам: во-первых, полоса частот сигнала от LTU к NTU увеличена по сравнению с полосой частот сигнала в обратном направлении, и, во-вторых, абонентские модемы NTU пространственно разнесены, что также уменьшает уровень переходной помехи. В третьем диапазоне частот спектральная плотность сигнала от LTU к NTU максимальна, поскольку сигнал в обратном направлении в этой области почти отсутствует, и отношение сигнал/шум для сигнала на входе NTU оказывается высоким. Выбранная форма спектра является оптимальной не только в случае, когда в кабеле работают только системы HDSL2. Она будет оптимальна и при работе с ADSL, поскольку сигнал HDSL2 от NTU к LTU выше частоты 250 кГц, где сосредоточена основная мощность составляющих нисходящего потока ADSL, практически подавлен. Предварительные расчёты показали, что помехи от системы HDSL2 в нисходящем тракте системы ADSL (от LTU к NTU) меньше помех от системы HDSL, работающей по двум парам, и существенно меньше помех от системы HDSL, использующей код 2B1Q и работающей по одной паре на полной скорости.

На арену выходит G.shdsl

В 1998 году инициативу ANSI подхватила и остальная часть мира. В ITU-T началась работа над всемирным стандартом G.shdsl (стандарт G.991.2 утвержден в феврале 2001 г.), европейской версией этого стандарта занимается и ETSI (сейчас он оформлен в виде спецификации TS 101524).

В основу G.shdsl были положены основные идеи HDSL2, получившие дальнейшее развитие. Была поставлена задача, используя способы линейного кодирования и технологию модуляции HDSL2, снизить взаимное влияние на соседние линии ADSL при скоростях передачи выше 784 Кбит/с.

Поскольку новая система использует более эффективный линейный код по сравнению с 2B1Q, то при любой скорости сигнал G.shdsl занимает более узкую полосу частот, чем соответствующий той же скорости сигнал 2B1Q. Поэтому помехи от систем G.shdsl на другие системы xDSL имеют меньшую мощность по сравнению с помехами, создаваемыми HDSL типа 2B1Q. Более того, спектральная плотность сигнала G.shdsl имеет такую форму, которая обеспечивает его почти идеальную спектральную совместимость с сигналами ADSL.

Отмеченные свойства G.shdsl являются чрезвычайно важными для обеспечения устойчивой работы в условиях широкого внедрения xDSL технологий в будущем. Результаты анализа устойчивости работы, которые выполнялись на основе используемых ранее шумовых моделей (в том числе и описанных в стандартах) могут оказаться недостоверными. Таким образом, оператор связи, развертывая системы передачи сегодня, не будет иметь гарантии, что они сохранят устойчивую работоспособность в будущем, когда на соседних парах заработают другие системы.

Шумовые модели, более точно отражающие современное состояние внедрения цифровых технологий передачи на абонентской сети предложены международной инициативной организацией FSAN (Full Service Access Networks), которая с 1995 г. занимается разработкой требований и поиском консенсуса между интересами операторов и различных производителей телекоммуникационного оборудования, работающих в области построения мультисервисных сетей узкополосного и широкополосного абонентского доступа. Организацией FSAN были разработаны четыре оценочные модели шумов, отличающиеся количеством и составом эксплуатируемых в одном кабеле систем передачи (табл. 1). Расчеты по новым моделям достаточно сложны, но именно они могут дать представление о реальной работоспособности технологий xDSL на этапе массового развертывания цифрового абонентского доступа. С учетом сказанного, стоит весьма критически относиться к результатам оценки устойчивости работы, если для них использованы хоть и предусмотренные стандартами, но морально устаревшие шумовые модели.

Таблица 1. Модели для оценки влияния шумов, предложенные FSAN.

Для того, чтобы оценить расхождения в полученных по старым и новым моделям результатах и убедиться в описанных выше достоинствах технологии G.shdsl, можно воспользоваться результатами, опубликованными компанией Schmid Telecom в своей презентации, посвященной началу выпуска семейства Watson 5, реализованного на основе технологии G.shdsl (табл. 2). Поскольку среди оборудования, производимого этой компанией ранее, использованы почти все основные разновидности xDSL технологий, то результат весьма нагляден. Везде, где значения запаса по шумам имеют отрицательную величину, рассматриваемое оборудование не будет работать в заданной шумовой моделью ситуации. Выигрыш, который имеет G.shdsl по сравнению с другими технологиями, очень хорошо заметен. Следует обратить внимание и на существенные расхождения результатов, полученных по новой модели FSAN и старой, общепринятой, методике оценки по ETSI. Конечно, результаты оценки оборудования других производителей могут отличаться от представленных Schmid Telecom, но, учитывая широко известное качество модемов Watson, отличия будут скорее всего несущественными.

Таблица 2. Сравнение запаса по шумам оборудования Schmid Telecom на основе расчета по шумовым моделям FSAN.

Примечания:
Сравнение производилось для скорости 2,032 Мбит/с при линии длинной 2400 м, провод D=0,4 мм в ПЭ изоляции.
* Для увеличенного уровня передачи NT.
** Нисходящий поток с использованием PAM8.
*** Для сравнения использовано оборудование другого производителя.

Есть и другие достоинства G.shdsl. По сравнению с двухпарными вариантами, однопарные варианты обеспечивают существенный выигрыш по аппаратным затратам и, соответственно, надежности изделия. Ресурс снижения стоимости составляет до 30% для модемов и до 40% для регенераторов — ведь каждая из пар требует приемопередатчика HDSL, линейных цепей, элементов защиты и т.п.

В целях поддержки клиентов различного уровня, в G.shdsl решили предусмотреть возможность выбора скорости в диапазоне 192 Кбит/с — 2320 Кбит/с с инкрементом 8 Кбит/с. За счет расширения набора скоростей передачи оператор может выстроить маркетинговую политику, более точно приближенную к потребностям клиентов. Кроме того, уменьшая скорость, можно добиться увеличения дальности в тех случаях, когда установка регенераторов невозможна. Так, если при максимальной скорости рабочая дальность составляет около 2 км (для провода 0,4 мм), то при минимальной — свыше 6 км (рис. 3). Но это еще не все. В G.shdsl предусмотрена возможность использования для передачи данных одновременно двух пар, что позволяет увеличить предельную скорость передачи до 4624 Кбит/с. Но, главное, можно удвоить максимальную скорость, которую удается получить на реальном кабеле, по которому подключен абонент.

Рис. 3. Возможности систем передачи G.shdsl.

Для обеспечения взаимной совместимости оборудования различных производителей в стандарт G.shdsl был инкорпорирован стандарт G.hs.bis (G.844.1), описывающий процедуру инициализации соединения. Предусмотрено два варианта процедуры. В первом оборудование LTU (установленное на АТС) диктует параметры соединения NTU (оборудованию клиента), во втором — оба устройства «договариваются» о скорости передачи с учетом состояния линии. Учитывая неизвестные начальные условия, при обмене данными во время инициализации для гарантированного установления соединения применяется низкая скорость передачи и один из классических методов модуляции (DPSK).

Кроме установки скорости, G.hs описывает и порядок выбора протокола в процессе установки соединения. Чтобы обеспечить совместимость со всеми используемыми на сегодня сервисами, фреймер G.shdsl модема должен реализовать возможность работы с такими протоколами, как E1, ATM, IP, PCM, ISDN. Для обеспечения гарантированной работоспособности приложений реального времени, стандартом G.shdsl ограничена максимальная задержка данных в канале передачи (не более 500 мс). Наиболее используемыми приложениями этого вида для G.shdsl являются передача голоса VoDSL во всех ее разновидностях (PCM — обычный цифровой канал телефонии, VoIP — голос через IP и VoATM- голос через ATM) и видеоконференцсвязь.

За счет оптимального выбора протокола во время инициализации в G.shdsl удается дополнительно снизить задержки в канале передачи. Например, для IP трафика устанавливается соответствующий протокол, что позволяет отказаться от передачи избыточной информации, по сравнению с IP пакетами, инкапсулированными в ATM ячейки. А для передачи цифровых телефонных каналов в формате ИКМ непосредственно выделяется часть полосы DSL канала.

Стоит отметить, что упомянутые выше передача голоса и видеоконференцсвязь требуют передачи симметричных потоков данных в обе стороны. Симметричная передача необходима и для подключения локальных сетей корпоративных пользователей, которые используют удаленный доступ к серверам с информацией. Поэтому, в отличие от других высокоскоростных технологий (ADSL и VDSL), G.shdsl как нельзя лучше подходит для организации последней мили. Так, при максимальной скорости она обеспечивает передачу 36 стандартных голосовых каналов. Тогда как ADSL, где ограничивающим фактором является низкая скорость передачи от абонента к сети (640 Кбит/с), позволяет организовать лишь 9 голосовых каналов, не оставляя места для передачи данных.

Еще одна задача, которая успешно решена в G.shdsl — снижение энергопотребления. Поскольку для дистанционного питания используется одна пара, важность этой задачи трудно переоценить. Еще одна положительная сторона — снижение рассеиваемой мощности — открывает путь к созданию высоко интегрированного станционного оборудования.

Новые возможности оборудования — свобода выбора операторов

Как следует из вышеизложенного, G.shdsl имеет целый ряд достоинств по сравнению с другими xDSL технологиями. Оперируя основными показателями, можно сказать, что G.shdsl, по сравнению с однопарным вариантом 2B1Q HDSL, позволяет увеличить на 35—45 % скорость передачи при той же дальности или увеличить дальность на 15—20 % при той же скорости. Кроме того, в G.shdsl изначально заложены базовые возможности для ее использования на последней миле в сетях PCM (ИКМ), ATM, IP, FR. Благодаря этому G.shdsl имеет самую широкую область применения (рис. 4).

Рис. 4. Примеры использования оборудования G.shdsl.

Казалось бы, новая технология станет панацеей, и спрос на все прочие симметричные xDSL технологии исчезнет, а на асимметричные — существенно снизится. Однако, как большинство специалистов по эксплуатации оборудования, так и большинство производителей оборудования G.shdsl, отмечают, что новую технологию нельзя рассматривать как полную замену семейств HDSL/SDSL/MSDSL. Все они сходятся во мнении, что она не может служить их заменой, а является дополнением. Поэтому в ближайшее время станут выигрывать аппаратные платформы, которые реализуют возможность использования всех основных технологий в рамках единой системы (рис. 5). Именно они позволят оператору выбирать для подключения абонента ту xDSL технологию, которая оптимально подходит для существующих условий и решаемых задач.

Рис. 5. Пример использования универсальной xDSL платформы.

Подтверждение этой концепции находит подтверждение в серьезном успехе оборудования WATSON компании SchmidTelecom, хорошо известном на российском рынке. Эта универсальная платформа всегда включала в себя компоненты, использующие все основные технологии линейного кодирования (2B1Q и CAP) на пределе их возможностей. Теперь в нее включено семейство WATSON5, полностью реализующее все требования стандарта G.shdsl, включая G.hs.bis. Такие малые сроки разработки объясняются просто — Schmid Telecom работает в теснейшей связи с производителями комплектующих и участвовал в разработке прототипных вариантов оборудования на всех заключительных этапах создания стандарта G.shdsl. Нужно отметить, что такую степень информированности и участия в процессе разработки могут позволить себе лишь несколько производителей xDSL оборудования, являющихся лидерами в этой области. Только такие компании и смогут предложить оборудование G.shdsl на рынок в ближайшем обозримом будущем.

Однако, уже сегодня оборудование G.shdsl предлагают даже небольшие компании. Объяснение этого факта простое — речь идет об оборудовании, частично выполняющем требования стандарта G.shdsl. Благодаря тому, что оно реализует не все описанные в стандарте функции или реализует их с использованием упрощенных нестандартных алгоритмов, оно стоит весьма недорого. Обычно, в таких устройствах совместимость со стандартом ограничена применением линейного кодирования TC-PAM. Область применения этих устройств за рубежом ограничена приложением «точка-точка», использующимся для объединения учрежденческих АТС и сегментов локальных сетей учреждений. Отличить такие устройства просто — они не имеют вариантов с высокой плотностью оборудования (несколько модемов на одном модуле), ориентированных на установку на узлах связи.

В заключение хочется обратить внимание на тот факт, что одним из основополагающих моментов в стандарте G.shdsl, который будет обуславливать успех этой технологии на рынке телекоммуникационного оборудования, является совместимость оборудования различных производителей. Эта возможность позволит операторам в будущем легко менять поставщика или приобретать абонентское и станционное оборудование у различных поставщиков, что уже сегодня повсеместно практикуется для ADSL. Проверкой совместимости занимается специально созданная ведущими производителями лаборатория IOL (IterOperability Lab, University of New Hampshire), работающая во взаимодействии с DSL Форумом — основоположником «моды» xDSL. Проверка является весьма дорогостоящим процессом, поэтому только серьезные поставщики смогут обоснованно гарантировать, что их оборудование полностью совместимо со стандартами G.shdsl и G.hs.bis. Именно на их оборудовании мы и рекомендуем остановить свой выбор.