Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Цифровые сети доступа технологии xDSL
.pdf
0 4 8 12 16 20 24 L, км
0
17,4
34,7
52,1
69,5
Аз, Аl, А0, АL, дБ
Аз
86,9
104,3
Аl
αL
у
А0
Рис. 2.3. Зависимости переходного затухания и защищенности от
длины линии
Переходное затухание на дальнем конце Аl изменяется по
сложному закону. Вначале Аl имеет падающий характер, а затем резко возрастает. Это связано с тем, что Аl = Аз + αL. До
некоторой длины линии наибольшее значение имеет Аз, которое затем с увеличением длины линии уменьшается. После
некоторого определенного значения длины линии возрастает
собственное затухание цепи αL, и величина Аl резко увеличивается.
2.2. Анализ путей взаимных влияний между
цепями в линиях xDSL
Как правило, в цифровых системах передачи применяется
4-проводная схема как в однокабельном, так и в двухкабельном варианте, например ИКМ-30, ИКМ-120.
61
Развитие технологий цифрового уплотнения абонентских
линий xDSL открыло направление организации связи по иной
схеме с сохранением традиционной структуры сети:
а) симметричный способ передачи (HDSL): дуплекс по одной паре с применением эхокомпенсации; симплекс по двум
парам с разнесением приема и передачи по разным цепям; разбиение передачи цифровых сигналов по двум, трем парам;
б) асимметричный способ передачи (АDSL): дуплекс с разнесением передачи и приема разными скоростями.
Как среда передачи, цифровой кабель представляет собой
группу цепей, заключенных в единую оболочку. Поэтому процессы взаимного влияния между цепями необходимо рассматривать с учетом присутствия соседних цепей и экрана. При
этом следует учитывать как симметричные соседние цепи, так
и несимметричные (экран, цепи питания).
Пути влияния между цепями в кабельных линиях приведены на рис. 2.4, где а – непосредственное влияние; б – влияние
через третьи двухпроводные цепи; в – влияние через третьи
несимметричные искусственные цепи и экран; г – влияние
вследствие несогласованности входных цепей и линейных неоднородностей.
При учете взаимных влияний между цепями различают регулярные влияния, имеющие место при «идеальной»
конструкции кабеля, и нерегулярные, проявляющиеся из-за
конструктивных неоднородностей, возникающих в процессе
изготовления и эксплуатации кабеля. Для оценки реальных
характеристик цепей нерегулярные влияния учитываются дополнительно.
При оценке взаимных влияний между симметричными
парами в группе цепей кабеля связи необходимо учитывать:
– непосредственное влияние: на ближнем А
А
конце;
д.12
и дальнем
б.12
62
Цепь II
Приемник
А
0
А
l
Г
Цепь I
Двухпроводная рабочая цепь
а)
Г
А
0
Цепь I
Цепь III
Цепь II
А
0
Приемник
А
0
Цепь II
Цепь II
Цепь III
несимметричная
А
0
Г
Приемник
А
0
Г
Цепь I
неоднородная
Цепь II
Приемник
U
отр
U
с
U
отр
А
б)
в)
Рис. 2.4. Пути влияния между цепями в кабельных линиях
г)
63
– влияние через третьи симметричные цепи на дальнем
0
-A
e
DSL
-eA
1
-eA
2
-eA
n
-
e
A
конце А
ца А
(двойной переход на цепь 2 по закону ближнего кон-
тр
б.13
и А
б.32
);
– влияние из-за отражения от неоднородностей в линии
и несогласованности входных сопротивлений аппаратуры и
волнового сопротивления цепи – А
отр
;
– влияние через несимметричные цепи – пучок проводов
(экран, искусственные цепи), цепи электропитания – А
пуч
;
– влияние из-за наличия конструктивных неоднородностей и неоднородностей, возникающих в процессе эксплуатации – А
неод
.
Итоговая величина переходной помехи может быть определена из выражения:
U
Σ.п
= (U
п
+ U
2
2е-Апуч
п
+ U
2е-Атр
п
+ U
2е-Анеод)0,5
п
+U
2е-Аотр
п
+
, (2.10)
где Uп – напряжение синусоидального сигнала во влияющей цепи; Аi – переходное затухание между цепями, определяющее путь влияния.
В двухпроводной симметричной цепи напряжение переходной помехи, вызванной влиянием цепи DSL,
U
где U
– действующее напряжение синусоидального сиг-
DSL
пом
= U
DSL
, (2.11)
нала оборудования цифрового уплотнения линии на частоте
максимального сосредоточения энергии (расчетная частота);
А
– результирующее переходное затухание на указанной
DSL
частоте.
При оценке влияния группы цепей, уплотненных системами DSL, на одну цепь переходная помеха оценивается в виде
суммы воздействий всех одновременно работающих цепей:
U
+ m(U
= [a(U
Σ.п
1.DSL
) 2 +b(U
n.DSL
2.DSL
) 2 +…+
0,5
) 2]
, (2.12)
64
где а, b, …, m – количество однотипных систем DSL; Аi –
переходное затухание между цепями на рабочей частоте системы; Ui – действующее напряжение влияющего i-го сигнала
системы.
Суммарная п о меха представляет собой «квазибелый шум»,
что позволяет распространить исследования [17, 90], определяющие достоверность передачи на подверженную влиянию
цепь, при воздействии системы DSL с различными кодами.
Та ким образом, проанализировано взаимное влияние цепей в цифровых кабельных линиях. Показано, что при оценке
влияния группы цепей, уплотненных системами DSL, на одну
цепь переходная помеха оценивается в виде суммы воздействий всех одновременно работающих цепей.
2.3. Расчет достоверности передачи
в кодах хDSL
Рассмотрим описанную в работах [8, 11, 17, 18] модель
воздействия «белого шума» на достоверность передачи (вероятность ошибки), позволяющую сформулировать требования
к условиям электромагнитной совместимости цепей в кабельных линиях связи.
Как известно, белый гауссовский шум характеризуется
тем, что он имеет равномерный спектр в произвольно большой полосе и распределение амплитуд, которое соответствует нормальному (гауссовскому) распределению вероятностей.
Параметр N0 обычно характеризует спектральную плотность
мощности белого шума, т. е. представляет собой мощность,
измеренную в полосе 1 Гц. Отсюда среднеквадратическое значение мощности белого шума на выходе фильтра с полосой Пф
равно N0Пф.
Чтобы установить значение мощности шума на выходе решающего устройства, необходимо определить N0 и эффективную полосу входной цепи приемника. Эффективной полосой
65
называют обычно шумовую полосу приемника, обозначаемую
22
/2
е
1
е,
2
t
U
Рdt
σ
πσ
∞
−
=
∫
Пэ. Следовательно, мощность шума в точке решения составля-
ет N0Пэ.
Ошибка в решении происходит тогда, когда при изменении сигнала шум приводит к переходу за порог между двумя
номинальными уровнями решающего устройства. Для белого
гауссовского шума вероятность ошибки:
(2.13)
где U – номинальное расстояние (напряжение) до порога
решения, а σ2 – мощность шума в точке решения, σ2 = N0Пэ.
Вероятность ошибки полностью определяется отношением U к σ. Так как U – напряжение отсчета без шума, а σ2 – мощность шума, то U2/σ2 есть отношение мощности сигнала к мощности шума в точке решения.
2.3.1. Многоуровневый код
В системах хDSL наибольшее применение нашел многоуровневый код. В соответствии с [11] коротко остановимся на
его теоретической оценке.
Та м, где полоса ограничена, но желательны повышенные
скорости передачи двоичных сигналов, можно увеличить число уровней, сохранив ту же скорость передачи сигналов. Скорость передачи двоичных сигналов, достигаемая в многоуровневой системе,
V = (Log2М)/T, (2.14)
где М – число уровней, из которых можно производить
выбор в каждом тактовом интервале; Т – длительность тактового интервала.
Скорость передачи сигналов, численно равную 1/Т, часто
называют скоростью передачи символов и измеряют в бодах.
Скорость передачи двоичных символов равна скорости пере-
66
дачи в бодах только в том случае, если осуществляется переда-
Сигнал
Σ
Шум со спектральной
плотностью N
0
Еb/N0
Обработка сигнала
(фильтрация)
U2/σ
2
Цифровой
сигнал
Решающее
устройство
Эквивалентная
шумовая полоса П
э
Мощность шума
Р
ш
= ПэN
0
с2
ш0э 0э
(1 / )( )(1 / )
,
sb
РdETdELog MT
ОСШ
РNП NП
== =
ча двоичного сигнала (1 бит на тактовый интервал).
Системы с передачей многоуровневых сигналов обеспечивают более высокую скорость передачи двоичных символов
в пределах заданной полосы, но требуют существенного увеличения отношения сигнал/шум (ОСШ).
На рис. 2.5 изображена модель канала и приемника, а также связь между ОСШ на входе приемника и в точке решения
[16].
Рис. 2.5. Модель оценки отношения ОСШ в цифровом тракте
Наиболее подходящим выражением для ОСШ на входе
приемника при сопоставлении кодов передачи и способов модуляции цифровыми сигналами является отношение энергии
на бит к плотности шума Еb/N0.
Соотношение между Еb/N0 и отношение мощности сигнала Рс к мощности шума Рш имеет вид:
где d – плотность импульсов, ES – энергия на символ, Eb
– энергия на бит, Log2M – число битов на символ (т.е. М – число
уровней), 1/Т – численно равно скорости передачи сигналов в
линии, Пэ – эффективная шумовая полоса приемника.
Заметим, что при определении мощности сигнала в выражении (2.15) необходимо обратить внимание на зависимость
(2.15)
67
ее от плотности импульсов d. Так, например, для кода без возвращения к нулю (БВН) плотность импульсов равна 1, но для
многих других кодов передачи плотность импульсов зависит
от вида цифрового сигнала и алгоритмов замены. В этих кодах увеличение плотности импульсов увеличивает ОСШ, но не
уменьшает вероятности ошибки.
Вероятность ошибки определяется отношением энергии
на бит к плотности шума. Фактически увеличение плотности
импульсов может увеличивать вероятность ошибки, если помехи между парами в кабеле оказывают существенное влияние.
Вероятность ошибки в многоуровневой системе передачи
импульсами постоянного тока можно легко определить, зная
расстояния ошибок. Если максимальная амплитуда равна U,
то расстояние ошибок между ними в системе с равномерно
расставленными уровнями на входе решающего устройства
будет определяться как
D = U(M – 1)-1, (2.16)
где М – число уровней.
Определив расстояние ошибок d для двоичной системы с
помощью (2.16), получим вероятность ошибки в многоуровневой системе [16]:
Ре = (Log2М)-1(М – 1)L-1 erfc{U[(М – 1(2σ)
0,5)]-1
}. (2.17)
Здесь коэффициент (М – 1)L-1 показывает, что внутренние
уровни в сигнале подвержены воздействию шума как с положительной, так и отрицательной амплитудами. Коэффициент
(Log2М)-1 – результат предположения того, что в многоуровневой системе сигнал кодируется так, что ошибки в символах
приводят к одиночным ошибкам в двоичном сигнале (Log2М
равен числу битов на символ).
Из выражения (2.17) следует, что с учетом отношения пикового значения сигнала к шуму на входе решающего устройства при М-уровневой передаче вносится ухудшение характе-
68
ристики ошибок, равное 20Log(М – 1) дБ. Если U увеличить
в (М – 1) раз, то вероятность ошибки в М-уровневой системе
будет равна вероятности ошибки в двоичной системе.
2.3.2. Вероятность ошибки при многоуровневой
передаче
Системы с передачей многоуровневых сигналов не требуют расширения полосы по сравнению с полосой двоичных
систем при использовании той же тактовой частоты. Вместе с
тем в таких системах полученное трехкратное увеличение скорости передачи в многоуровневой системе достигается ценой
существенного увеличения мощности сигнала, требуемой для
достижения заданной вероятности ошибки.
Например, средняя мощность в восьмиуровневой системе
на 8,7 дБ выше средней мощности в симметричной двухуровневой системе при том же самом расстоянии ошибок. Более
того, в некоторых системах ограничивающим фактором является пиковая мощность, и в этом случае проигрыш по мощности восьмиуровневой системы по сравнению с двухуровневой
составляет 12,4 дБ.
Вероятность ошибок многоуровневых систем показана на
рис. 2.6.
2.3.3. Фазовая модуляция
Широкое распространение в технологии xDSL получили
коды, использующие амплитудно-фазовую модуляцию САР,
РАМ , DMT, в основу которых положена широко известная фазовая манипуляция [11].
Напомним, что способ угловой модуляции сигналов с постоянной огибающей называют фазовой манипуляцией. Двухуровневая фазовая манипуляция (2-ФМ) – при образовании
двоичного цифрового сигнала на каждом тактовом интервале
69
используется одна из двух фаз, отличающихся на 180°. Воз-
10
-1
10
-2
10
-3
10
-4
10
-5
10
-6
10
-7
10
-8
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Отношение средней энергии на бит к спектральной плотности шума (Eb/N0), дБ
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
Отношение мощности сигнала к мощности шума (Рс/Рш), дБ
Вероятность ошибки
16 уровней
8 уровней
4 уровня
2 уровня
можна также и многоуровневая фазовая манипуляция.
Рис. 2.6. Вероятность ошибок для многоуровневых систем ЦСП в
зависимости от спектральной плотности шума
Наиболее известными примерами многоуровневой фазовой манипуляции являются 4-ФМ и 8-ФМ. Как 2-ФМ, так и
4-ФМ дают оптимальные характеристики ошибок с точки зрения отношения сигнал/шум (Еb/N0).
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]