Шумахер У. Полупроводниковая электроника

дящиеся в том же жгуте проводов. Эти вза-

имные электромагнитные наводки называ-

сокой частоты более надёжно передаётся от

ются перекрёстными помехами. В телефон-

АТС к удалённому абоненту, нежели в об-

ной сети используются изолированные ви-

ратном направлении. Устройства, которые

тые пары медных проводов, объединённые

реализуют данную концепцию

(передача

в общий кабель (bonded cable). Если по двум

данных на высокой частоте от АТС к полу-

соседним линиям этого кабеля передаётся

чателю услуг и на низкой частоте — в обрат-

информация в одном и том же частотном

ном направлении), относятся к так называ-

диапазоне, то в результате интерференции

емому ADSL-оборудованию (Asymmetric

сигналов могут возникнуть значительные

Digital Subscriber Line — асимметричная

перекрёстные помехи. Сигнал, наведённый

цифровая абонентская линия). Диапазон

с соседней линии, накладывается на исход-

рабочих частот ADSL-служб показан на

ный сигнал, передаваемый по медному або-

Рис. 11.37.

нентскому шлейфу, в результате чего форма

исходного сигнала изменяется.

11.10.2. Использование оборудования

Обычные услуги

телефонии

Восходящий канал

ADSL

(от абонента к сети)

Увеличить дальность действия телефон-

Нисходящий канал

ной сети с различными линейными кодами

(от сети к абоненту)

можно лишь в результате тщательного ис-

следования работы линии как таковой. Та-

кие исследования показывают, что переда-

ча сигнала от АТС к удалённому абоненту

может осуществляться на гораздо большее

расстояние, чем передача сигнала в обрат-

4

30

f1

f2

f3

f [кГц]

ном направлении, поскольку воздействие

перекрёстных помех в медных шлейфах

(верхняя) (нижняя)

(верхняя)

значительно сильнее проявляется на сторо-

не АТС, чем на стороне удалённого абонен-

служб.

та. Это связано с тем, что по мере прибли-

жения к АТС увеличивается количество

Повышение

экономической

эффектив-

медных проводов, плотно «упакованных» в

ности ADSL-оборудования связано с выпол-

большие жгуты и потому подверженных

нением следующих основных требований:

влиянию перекрёстных помех. И наоборот,

по пути от АТС к конечным пользователям

абонентские шлейфы обычно разветвляют-

печивающих,

например, повышенную

ся в различных направлениях, поэтому про-

водов в жгуте становится всё меньше и

меньше. Таким образом, передатчики, рас-

услугами;

положенные на дальнем конце медной ли-

нии связи, вносят меньшие перекрёстные

расширения зоны действия сети;

помехи. Ещё один полезный результат ис-

снижение расходов на системное проек-

следования физических характеристик те-

тирование,

внедрение

и обслуживание

лефонной линии состоит в том, что низко-

частотные сигналы ослабляются меньше,

изводительных эксплуатационных

рас-

чем высокочастотные, поэтому для переда-

ходов.

чи сигналов в направлении к АТС использу-

В

середине

2002 года

Международный

ется низкочастотный сигнал. Это гаранти-

союз

электросвязи одобрил

стандарт

рует, что сигнал от удалённого абонента,

ADSL2, выпустив рекомендации ITU-T

поступающий на телефонную станцию, где

G.992.3 (G.dmt.bis) и G.992.4 (G.lite.bis),

уровень перекрёстных помех максимален,

Данные рекомендации направлены на ре-

будет достаточно сильным и подвергнется

шение перечисленных выше вопросов, без

меньшему влиянию помех.

привлечения (и это главное требование) до-

обеспечение

совместимости

стандарта

объединение каналов, IMA (Inversed

передача голоса по DSL (Voice Over

доставления

новых, более

эффективных

вателей.

основанных

на

инфраструктуре

ATM

ности реализации данных функций и пре-

имущества их использования для конечных

пользователей и производителей оборудо-

вания. Следует отметить, что в большинстве

случаев для этого требуется совместимость

сутствует необходимость

использования

со стандартом ADSL2 как со стороны обо-

рудования АТС, так и со стороны абонент-

ляции данных по ATM-протоколу).

ского оконечного оборудования (CPE). Ес-

ли в ходе процедуры квитирования выясня-

ется, что с одной из сторон отсутствует под-

держка ADSL2, то в качестве запасного ва-

рианта может использоваться «облегчён-

ный» протокол G.dmt/lite.

направленные

на

поддержку

стандарта

личение скорости передачи данных и даль-

ности действия для длинных абонентских

линий и при наличии узкополосных помех,

т.е. при низком отношении сигнал/шум.

Это достигается, главным образом, за счёт

однобитовой QAM-констелляции и обяза-

тельного решётчатого кодирования (в стан-

дарте ADSL данный метод планировался

как дополнительная опция). Кроме того,

приёмник может переупорядочивать то-

нальные сигналы, благодаря чему обеспе-

чивается повышенная устойчивость к высо-

кочастотным помехам, поскольку приём-

ник может рассредотачивать энергию

нестационарного шума, вызванного высо-

по более привлекательным ценам.

кочастотными помехами, чтобы повысить

Достоинства ADSL2 с точки зрения

эффективность работы декодера Витерби.

пользователей, провайдеров

лом ADSL, передача определённого числа

и операторов местной связи

служебных (дополнительных) битов в каж-

С целью

удовлетворения упомянутых

дом кадре «съедает» 32 Кбит/с от заявлен-

ной скорости передачи данных (в случае же

длинных линий с малой скоростью переда-

рым относятся:

чи нисходящих данных это составляет

«львиную долю» полезного трафика). Про-

повышение

производительности,

осо-

токол ADSL2 позволяет программно зада-

вать количество служебных битов в кадре

режимы энергосбережения;

(их поток регулируется от 4 до 32 Кбит/с).

INFSEMI_2-Text.fm, стр. 454 из 589 (September 4, 2010, 18:20)

454 11. Коммуникационные модули

Благодаря этому, удаётся снизить указан-

стандарта стало расширение зоны обслужи-

ные выше потери в скорости передачи. До-

вания сети примерно на 6%, что является

полнительное увеличение пропускной спо-

хорошим результатом, поскольку позволя-

собности длинных линий связано с усовер-

ет увеличить количество абонентов. Необ-

шенствованием структуры кадра, что поз-

ходимо отметить, что приведённые на ри-

воляет повысить эффективность использо-

сунке данные по улучшению характерис-

тик длинных шлейфов получены в условиях

Ещё

одним

достоинством

стандарта

«реальных» сетей, а не в лаборатории. Тео-

ADSL2 являются многочисленные усовер-

ретический максимум для скорости переда-

алгоритма

инициализации,

чи нисходящих данных ADSL2 составляет

такие как снижение передаваемой мощнос-

15.3 Мбит/с, однако в условиях реальной

ти на обоих концах линии с целью умень-

абонентской линии такая скорость никогда

шить уровень эхо-сигнала на ближнем кон-

не будет достигнута. Если не учитывать воз-

це и перекрёстные помехи; повышенная ус-

можность появления кардинально новых

тойчивость к влиянию дополнительных па-

инженерных решений, то

существенного

раллельных подключений благодаря спо-

повышения скорости передачи восходящих

собности приёмника определять положе-

и нисходящих потоков данных можно ожи-

ние пилот-тона; режим отключения подне-

дать лишь за счёт расширения полосы про-

сущей во время инициализации системы (с

пускания ADSL-систем (как это и заплани-

целью измерения уровня ВЧ помех для схе-

ровано в стандарте ADSL+).

мы

помехоподавления);

оптимизирован-

Режимы энергосбережения

ное обучение и режим ускоренной инициа-

лизации, необходимый для быстрого вос-

Помимо предусмотренного стандартом

становления системы после ошибок.

ADSL

режима

снижения

мощности

на

12 дБ, а также ряда различных «спящих» и

[Кбит/с]

350

ADSL

ADSL2

экономичных режимов питания, которые

обычно широко используются в устройс-

300

возрастает на 50 Кбит/с

твах, предлагаемых на рынке телекоммуни-

Скорость передачи данных

данных

250

каций, методы уменьшения потребляемой

мощности ADSL-систем до сих пор не стан-

200

Длина линии

дартизированы. Например, это относится к

передачи

увеличивается

случаю, когда модем, входящий в абонент-

150

на 180 м

не передаёт данные (что, как правило, и

ское оконечное оборудование, включён, но

Скорость

100

происходит, когда модем круглосуточно ра-

ти и связанный с этим перегрев оборудова-

50

ботает в режиме он-лайн). Потери мощнос-

0

ния представляет собой огромную пробле-

5.49

5.64

5.8

5.95

6.1

6.25

6.41 6.56

му, особенно если речь идёт о системах

Длина абонентского шлейфа [км]

DLC или блоках с дистанционным управле-

Рис. 11.38. Зависимость скорости передачи

нием, характеризующихся жёсткими требо-

данных от дальности действия сети (длины

ваниями к уровню выделения тепловой

линии) для стандартов ADSL и ADSL2.

энергии. Данная проблема в стандарте

ADSL2 решается за счёт наличия двух ре-

Первоочередная цель всех перечислен-

жимов

ных усовершенствований состоит в повы-

Режим L2 активируется в том случае, когда

шении производительности и надёжности

модем на АТС обнаруживает, что трафик на

работы длинных абонентских линий и, сле-

активной ADSL-линии передачи данных

довательно, в увеличении числа пользова-

недостаточно интенсивный. В режиме L2

телей ADSL-услугами. На Рис. 11.38 приве-

центральная АТС ограничивает передавае-

дены зависимости скорости передачи дан-

мую мощность, однако ADSL-соединение

ных от дальности действия сети для стан-

остаётся активным и система, в случае не-

дартов ADSL и ADSL2. Как видно из дан-

обходимости, может очень быстро пере-

ного

рисунка,

следствием

улучшений

ключиться в полнофункциональный режим

питания L0. Данный механизм не является

INFSEMI_2-Text.fm, стр. 455 из 589 (September 4, 2010, 18:20)

11.10. Архитектуры DSL 455

прозрачным для пользователя. Использова-

тов, который, в зависимости от требований

ние режима L2 может дать очень большой

производителя системы и поддерживаемых

энергосберегающий

эффект

для

систем

функций, может быть реализован либо в

АТС. Например, чипсет GEMINAX произ-

информационном ядре модема (блок при-

водства Infineon в режиме L2 рассеивает в

ёма-передачи модулированных данных)

2 раза меньшую мощность, чем в режиме L0

ADSL, либо на уровне NMS.

при максимальной передаваемой мощнос-

Плавная подстройка скорости передачи

ти. Режим L3 стандартизирован в качестве

«спящего» режима, который используется,

Другой аспект реализации систем ADSL

когда абонент отключён от линии. Переход

массового доступа, связанный с проклад-

в режим L0 (режим диагностики шлейфа)

кой кабелей и выявлением неисправностей,

возможен после короткой 3-секундной пе-

состоит в возрастании уровня перекрёстных

резагрузки системы.

помех. Чем большее количество витых пар,

Поскольку технология ADSL получила

которые используются для передачи широ-

широкое

распространение

в различных

кополосных сигналов, объединены в ка-

странах, особое значение для повышения её

бельный жгут, тем выше оказывается уро-

экономической эффективности приобрета-

вень перекрёстных помех между ними. Эти

ют оценка качества работы абонентской ли-

помехи не только ухудшают качество пре-

нии, контроль предоставляемых ADSL-ус-

доставляемых ADSLуслуг, но и могут при-

луг и организация жгутовых соединений,

вести к потере активного ADSL-соедине-

так как этим обеспечивается снижение за-

ния. Помимо перекрёстных помех в кабеле,

трат на подготовку к работе и техническое

существуют внешние факторы, вызываю-

обслуживание сети. Стандарт ADSL2 опре-

щие искажения сигналов (например, поме-

деляет новые процедуры диагностики ли-

хи от AM-радиостанций).

нии, к которым относятся измерения уров-

Стараясь обойти указанные

проблемы,

ня шума в линии, затухания сигнала в

провайдеры часто ограничивают макси-

шлейфе и отношения сигнал/шум. Эти из-

мальное количество витых пар в одном

мерения параметров линии могут произво-

ADSL-кабеле, за счёт чего уменьшаются на-

диться как со стороны АТС, так и со сторо-

кладные расходы, которые не могут быть

ны абонентского оконечного оборудования

точно определены и отслежены. Такой под-

(CPE). В последнем случае, результаты из-

ход, однако, приводит к неполному исполь-

мерений в заданном формате пересылаются

зованию пропускной способности сети, что

в АТС. Эти данные затем используются при

может создать эффект «бутылочного гор-

количественной оценке качества

работы

лышка» и вызвать проблемы с организацией

линии, её шумовых характеристик и иска-

сети в районах с высокой плотностью насе-

жений сигнала в ходе испытаний. Испыта-

ления. Кроме того, не всегда можно иденти-

ния могут проводиться при установке, пос-

фицировать и принять в расчёт временные

ле установки либо в режиме активного

нарушения (помехи).

ADSL-соединения параллельно с передачей

Для решения этой проблемы в стандарте

данных.

ADSL2 в качестве опции предусмотрена

Интерпретация полученных при испыта-

плавная

подстройка скорости

передачи

ниях данных может осуществляться на

(Seamless Rate Adaptation — SRA), позволя-

уровне ADSL-трансивера, на уровне циф-

ющая ADSL-системе динамически изме-

ровой линейной карты или на уровне систе-

нять скорость передачи данных во время ра-

мы управления сетью (Network Management

боты. С этой целью в стандарте ADSL2

System — NMS). Однако сам по себе интер-

уровни модуляции сигналов и синхрониза-

претатор в ADSL не входит. В ADSL2 пре-

ции кадров не связаны друг с другом, т.е. па-

дусмотрен

режим

диагностики

шлейфа

раметры, определяющие скорость передачи

(Loop Diagnostic Mode), который поддер-

данных, могут быть модифицированы без

живает разработанную совместно компани-

изменения параметров кадровой синхрони-

ями Aware и Infineon процедуру двухсторон-

зации (в противном случае, в модеме мог бы

него измерения параметров соединения и

произойти сбой кадровой синхронизации).

квитирования DrDSL. Данный програм-

Режим SRA используется для оптимизации

мный пакет включает в себя совместимый с

распределения кабелей (управления соеди-

ADSL2 алгоритм интерпретации результа-

нениями,

организации кабельной сети);

благодаря чему можно избежать проблем,

ленный PCM-интерфейс доставляет голо-

возникающих в

процессе

реализации

совые PCM-данные на объединительную

ADSL-услуг и связанных с воздействием

плату.

постоянных или временных помех, а также с

Требования, предъявляемые к передаче

увеличением количества абонентов сети.

голоса и данных, различаются с точки зре-

Объединение каналов

ния

качества

обслуживания

(Quality of

Service — QoS), например по времени за-

ADSL2 поддерживает стандарт инверс-

держки и частоте появления ошибок. В свя-

ного

мультиплексирования

для

ATM

зи с этим, ADSL2 предлагает гибкий режим

(Inverse Multiplexing for ATM — IMA), т.е.

кадровой синхронизации, включая под-

две или более медные витые пары могут

держку до 4 каналов однонаправленной пе-

быть с помощью чипсета объединены в

редачи кадров (frame bearer) и 4 каналов

один ADSL-канал с целью увеличения ско-

latency parth. Таким образом, можно разде-

рости передачи данных. Благодаря этой

лить полосу пропускания ADSL на несколь-

возможности провайдеры могут предлагать

ко каналов с различными характеристика-

своим пользователям более развитые высо-

ми и использовать их для организации тра-

кокачественные услуги, при этом не требу-

ется вносить изменения в другие стандарты

Услуги пакетной передачи данных

или модифицировать оборудование.

Передача голоса по DSL

Существующие стандарты G.dtm/lite оп-

ределяют ATM как базовую технологию

В настоящее время интерес к проблеме

транспортного (Layer 2) уровня передачи

передачи голоса и видео по DSL несколько

данных, даже для «чисто» IP/Ethernet-ори-

снизился, поскольку реализация

такой

ентированных инфраструктур, активно раз-

функции связана с большими капитальны-

вивающихся в настоящее время. По этой

ми затратами для провайдеров и альтерна-

причине все современные ADSL-модемы,

тивных

сетевых

операторов

(Competative

предназначенные для АТС и абонентского

Local Exchange Carrier — CLEC). Несмотря

оконечного оборудования (CPE), использу-

на это, будущие системы должны поддер-

ют протокол ATM (однако этот протокол не

живать услуги одновременной передачи го-

поддерживается DSLAM и не используется

лоса и данных.

при организации восходящего канала от

Метод передачи голоса по DSL в отдель-

CPE к АТС).

ных каналах (CVoDSL) состоит в следую-

В связи с этим в ADSL2, в дополнение к

щем: полоса пропускания, выделенная для

стандартным для ADSL функциям STM

ADSL, «разбивается» на физическом уровне

(Synchronous Transfer Mode — режим синх-

на ряд речевых 64-Кбит/с каналов, разде-

ронной передачи) и ATM TSP-TC, допол-

лённых по времени (Time Division

нительно предусматривается трансконвер-

Multiplexing — TDM). За счёт этого удаётся

гентный уровень пакетной передачи дан-

избежать дополнительных издержек, свя-

ных (Packet Mode Transmission Trans-

занных с пакетированием речевых сигналов

Convergence layer — PTM-TC). Соответс-

в ATM или IP (как это происходит при

твенно, поддерживаются обязательная, ми-

VoDSL). При этом могут быть использова-

нимальная, максимальная и резервная ско-

ны существующие TDM-коммутаторы и

рости передачи данных, а также усовер-

межсетевые интерфейсы, осуществляющие

шенствованные

возможности

конфигура-

адаптацию передаваемых данных для ATM

ции для времени задержки и коэффициента

на 2 уровне (ATM Adaptation Layer 2 —

ошибок (BER). Таким образом, внедрение

AAL2). Таким образом, поддержка техноло-

ADSL2 открывает прямой путь к исключе-

гии CVoDSL представляет собой интерес-

нию ATM-протоколов не только из восхо-

ную опцию стандарта ADSL2, которая поз-

дящих (uplink), но и из нисходящих

воляет одновременно передавать голос и

(downlink) каналов связи, тем более, что

данные, обеспечивая при этом высокую

уже появились модемы для АТС и CPE с

экономическую эффективность.

поддержкой ADSL2. Это особенно важно

Аппаратную поддержку CVoDSL осу-

для

реализации

перспективных

ществляет информационное ядро ADSL-

IP/Ethernet-ориентированных сетевых ин-

модема

(data-pump), которое

через

выде-

фраструктур, которые не предусматривают

совместимости с устаревшими ATM-прото-

ских

линий

использование

стандартов

колами. Тем не менее, вследствие широкой

ADSL2 и ADSL+ открывает хорошие биз-

распространённости устаревших ATM-мо-

нес-перспективы, связанные с поддержкой

демов для CPE, данный протокол ещё при-

новых первоклассных «пакетов» широкове-

меняется в абонентских линиях ADSL, од-

щательных услуг. Такие пакеты сетевых ус-

нако с развитием стандарта ADSL2 техно-

луг могут включать в себя высокоскорост-

логия IP/Ethernet будет применяться при

ной доступ в Интернет, а также передачу го-

передаче данных в обоих направлениях.

лоса и видео.

Другие усовершенствования стандарта

Производители чипсетов, разрабатывая

решения по аппаратной реализации усовер-

ADSL

шенствованных

протоколов

ADSL2

и

Помимо

описанных выше основных

ADSL+, берут за основу полупроводнико-

улучшений, отличающих новый протокол

вые ADSL-ориентированные компоненты

ADSL2 от его предшественника, существует

нового поколения. При их проектировании

ряд менее заметных дополнений, которые,

особое внимание уделяется второму, после

тем не менее, также могут иметь существен-

производительности и дальности действия,

ное значение:

важному требованию к системам ADSL —

усовершенствована процедура инициа-

малой потребляемой мощности и малым га-

лизации системы, которая обеспечивает

баритам. Благодаря этому, производство

возможность программного и аппарат-

ADSL-чипсетов и систем набирает ход, тем

ного взаимодействия между чипсетами

самым открывая перед телефонными ком-

различных производителей;

паниями и производителями систем воз-

режим быстрого запуска позволяет сни-

можность проводить более взвешенную це-

зить время инициализации до 3 с;

новую политику и предлагать более широ-

в «полностью цифровом» режиме полоса

кий спектр широкополосных услуг на рын-

частот речевых сигналов может быть ис-

ке телекоммуникаций.

пользована для передачи

данных, что

увеличивает

скорость

восходящего

пропускной способностью

ADSL-трафика до 256 Кбит/с.

и возможностью передачи

ADSL+ и полупроводниковые

видеоинформации

интегральные модули нового поколения

VDSL (Very high speed DSL — сверхвысо-

Стандарт ADSL2 не следует рассматри-

коскоростная DSL) — это наиболее совре-

вать как окончательный итог развития стан-

менная версия цифровой абонентской ли-

дарта ADSL с точки зрения производитель-

нии. VDSL-системы продолжают разви-

ности и «дружественности» предоставляе-

ваться, поэтому трудно сказать, каковы бу-

мых услуг по отношению к пользователю.

дут их окончательные возможности, однако

В начале 2003 года на телекоммуникаци-

предполагаемая скорость передачи нисхо-

онном рынке была представлена усовер-

дящего потока данных может достигать

шенствованная версия стандарта ADSL2 —

52 Мбит/с, а в симметричном режиме —

ADSL+, которая обеспечивает значительно

26 Мбит/с.

более высокие скорости передачи данных.

Высокая

скорость

передачи

данных,

Ожидается,

что

при длине

линии менее

обеспечиваемая

VDSL, позволит

сетевым

1 км скорость нисходящего трафика может

операторам предлагать пользователям DSL-

составлять до 25 Мбит/с. Это достигается за

услуги нового поколения, при этом особое

счёт расширения частотного спектра ADSL

внимание будет уделено видеоприложени-

с 1.1 МГц до 2.2 МГц. Другим существен-

ям.

При

скорости

передачи

данных

ным усовершенствованием явилось вклю-

52 Мбит/с VDSL-линия может обеспечить

чение в стандарт режима двойного восходя-

пользователю

доступ

к многоканальному

щего потока, который в настоящее время

потоковому видео высокого разрешения в

опционально входит в протокол ADSL

формате MPEG-2 и даже к одному или не-

(Annex B) и поддерживается целым рядом

скольким

каналам полноэкранного

(full

чипсетов. Для сетевых инфраструктур с

quality) телевидения

высокой

чёткости

большим количеством коротких абонент-

(High Definition TeleVision — HDTV). Ряд