XDSL

Материал из OSZone.net wiki.

Телефония

Телефония за более чем сто лет своего существования превратилась в наиболее востребованную услугу связи, породившую разветвленную инфраструктуру проводных соединений. Телефон стал непременной принадлежностью каждого офиса и почти каждой квартиры, а пара телефонных проводов - очень привлекательной в силу своей распространенности средой для передачи данных. Устройства, позволившие реализовать идею на практике, получили название модемов и использовали сложившуюся коммуникационную инфраструктуру и соответственно тот же частотный диапазон, что и аналоговая телефония, - 0 до 4 кГц. А значит, задачи адаптации линий и регенерации сигнала по долгу службы решают телефонные компании. С другой стороны, по пути к точке назначения сигнал может пройти через множество цифровых и аналоговых телефонных станций, побывать в промокших коллекторах и отсыревшем кабеле и приобрести свои, подчас «уникальные» особенности. И если вносимые телефонной сетью искажения сигнала слабо влияли на разборчивость речи, то для модемов это подчас становилось серьезной проблемой. (Из модемов устойчиво работающих в таких условиях можно отметить ZyXEL серия E, USR Robotics Courier, Motorolla, - правда последняя для частного использования недоступна из-за сумасшедшей цены) Предельная скорость, обеспечиваемая в рамках принятого подхода, - 33.6 кбит/с - была достигнута с появлением стандарта V.34bis. Массовый спрос на услуги подключения к Интернету потребовал существенного изменения подходов к передаче данных. Чтобы избежать излишних аналого-цифровых преобразований, а вместе с ними и дополнительных помех и искажений сигнала, модемные концентраторы сделали цифровыми: аналоговым оставался лишь участок от абонента до АТС (обычно аналоговым является отрезок от абонента (телефонного аппарата, до цифрового выноса – мультиплексора E1), оставшийся отрезок от АТС до модемного пула интернет-провайдера сигнал проходит уже по цифровым каналам. Тем не менее цифра 56 кбит/с стала пределом эволюционного развития аналоговых телефонных модемов (Данное ограничение связано именно с цифровой телефонией, в которой для передачи единичного разговора применяется полоса в 64 кБит, однако внутьрь данного потока подмешиваются упраляющие биты, что и создает теоретический предел в 56 кБит/сек). В то же время диапазон частот, свободно распространя­ющихся по медной паре от АТС к абоненту и обратно, отнюдь не ограничен 4 кГц. А чем шире полоса, тем выше при прочих равных условиях скорость передачи данных. Прародительницей современных цифровых технологий передачи данных стала ISDN (Integrated Services Digital Network), возникшая в конце 80-х годов и обеспечившая скорость передачи данных до 128 кбит/с (ISDN включает в себя два канала по 64 кбит + управляющий канал 16 кбит, итого общая полоса составляет 144 кБит). В начале 90-х для передачи цифровых телефонных потоков Т1 была предложена технология HDSL (High bit rate Digital Subscriber Loop), использующая тот же метод модуляции, что ISDN, и две пары проводов, по которым в полнодуплексном режиме передавались потоки по 768 кбит/с на расстояния до 3,6 км. Вслед за HDSL появился целый букет решений класса SDSL (Symmetrical DSL), использовавших различные методы эхоподавления, кодирования и форматы кадров. SDSL-оборудование разных производителей было несовместимо друг с другом, зато могло передавать данные в полнодуплексном режиме по одной паре проводов-пусть и с меньшей скоростью, но на большие расстояния.

ADSL2+

С развитием Интернета формировался спрос на услуги асимметричного доступа. Просмотр веб-страниц и видеофильмов, игры, электронная и голосовая почта, клиент-серверные приложения - во всех этих случаях требования по объемам и скорости передачи трафика по направлению к пользователю и обратноотличаются многократно. Как и в SDSL, поначалу здесь царили нестандартизованные способы модуляции и форматы передачи данных, что объяснялось и технологической сложностью решаемой задачи, и необходимостью создания простого и дешевого решения, ориентированного на массовый рынок (и обыкновенными маркетинговыми войнами .т.е. попытками захватить рынок). Стандарт был принят лишь в 1999 году, реализуемые им технологии передачи получили общее название ADSL, или Asymmetric Digital Subscriber Line (однако и по сей день наилучшие результаты получаются при использовании на стороне провайдера и клиента, оборудования одной фирмы, а в идеале – одной серии). К концу 2006 года во всем мире было установлено более 170 млн ADSL-линий. Основой успеха стали востребованность технологии, стандартизация и удачный метод кодирования, устойчивый к узкополосным помехам и шумам, - DMT (Discrete Multi-Tone): данные передаются одновременно во множестве параллельных каналов. Часть каналов, расположенных в нижней области рабочих частот, используется для передачи данных от абонента, оставшиеся - для приема. В зависимости от уровня шума в каждом из каналов могут использоваться и ди­намически выбираются разные уровни QAM-модуляции, что позволяет кодировать разное число бит на символ, извлекая из линии максимально возможную при данных условиях про пускную способность. Ширина каждого из каналов чуть больше 4,3 кГц. Максимальное число используемых каналов - 256. Первые шесть каналов не используются, дабы обеспечить совместимость с традиционной телефонией. Используемый частотный диапазон простирается от 26 кГц до 1,1 МГц. Для обеспечения совместимости с ISDN-линиями ADSL-стандарт пришлось дополнить. Так появились ADSL Annex А и В. Первый предназначен для обычных телефонных линий. Технология для ISDN-линий получила название Annex В. Она использует для передачи обратного канала более узкий диапазон частот, от 173 до 276 кГц, что позволило освободить для ISDN частоты от 0 до 120 КГц. Для стран СНГ, где ISDN мало распространена, ADSL Annex В позволил подать ADSL в квартиры и офисы, подключенные к системам охранной сигнализации (см. рис.1).

Рис. 1. ADSL Annex B позволяет использовать телефонную линию для телефонии, вневедомственной охраны и передачи данных

Сегодня эта услуга предоставляется многими российскими операторами связи. В 2002-2003 годах появились новые стандарты: ADSL2, ADSL2+ и READSL В ADSL2 (G.992.3 и G.992.4) максимально учтен опыт использования ADSL, улучшены спектральная и канальная эффективность, алгоритмы модуляции, инициализации канала и адаптивного выбора скорости передачи данных. Это позволило, с одной стороны, довести максимальную скорость приема данных до 12 Мбит/с, а с другой - увеличить дальность связи. Для повышения надежности и быстрого устранения неисправностей улучшены средства диагностики и мониторинга канала на обоих концах линии, причем информация доступна даже в отсутствие ADSL-соединения. Кроме того, введены дополнительные энергосберегающие режимы для периодов неактивности линии. В ADSL2+ (G.992.5) вдвое, до 2,2 МГц, увеличен используемый диапазон частот и на столько же выросла скорость передачи данных. Скорость передачи данных абоненту может достигать 24 Мбит/с. Обратная совместимость со стандартами ADSL и ADSL2 позволяет использовать уже имеющееся и у пользователей, и у операторов оборудование. Дополнительно предприняты некоторые меры для уменьшения наводок между парами в одном кабеле. RE ADSL2 путем более гибкого выбора границы между час­тотами прямого и обратного канала позволяет увеличить дальность передачи данных до 6,5 - 7 километров. На практике при наличии совместимого абонентского ADSL-модема выбор необходимой технологии (RE ADSL2, ADSL2, ADSL2+) может осуществляться программными методами, выбором соответствующего режима в DSL-коммутаторе (Надо иметь в виду * что эта возможност ьприсутствует в модемном пуле на стороне провайдера; * и, обычно, провайдер ради Вас ничем подобным «страдать» не будет)

SHDSL

SHDSL, пришедшая на сме­ну SDSL, использует усовершенствованный в сравнении с 2B1Q способ модуляции дан­ных ТС-РАМ (Trellis Coded Pulse Amplitude Modulation), что позволило значительно сузить диапазон используемых частот (см. рис. 2) и уменьшить перекрестные наводки между разными парами в одном кабеле. Кодирование с исправлением ошибок обеспечивает существенный выигрыш по мощности, использование для финишной обработки выходного сигнала цифровых фильтров позволило сузить полосу рабочих частот и уменьшить уровень помех вне диапазона рабочих частот.

Рис. 2. Спектральная плотность мощности: SHDSL & SDSL

Как результат в сравнении с 2B1Q и TC-PAM (SDSL) при той же даль­ности связи скорость передачи данных, предоставляемая стандартом SHDSL, выше на 35-45 %, а для той же скорости передачи данных дальность может быть увеличена на 12-20 %. SHDSL.bis - расширенная версия стандарта SHDSL, использующая более глубокую модуляцию си гнала-ТС-РАМ32, позволяющую передавать в одном слове вдвое больше бит в сравнении с SHDSL и ТС-РАМ16 и обеспечить существенный вы­игрыш в скорости -до 5,7 Мбит/ с (Российские производители, например Zelax – предпочитают упоминать данную технологию как просто SHDSL). Увеличение скорости достигается ценой некоторого расширения частотного диапазона - от 720 кГц для SHDSL на скорости 2304 Кб/сек до 1350 кГц для SHDSLbis на 5696 кб/сек. На дальностях больше трех километров преимущество в скорости стирается (см. рис. 3).

Рис. 3. DSL: скорости передачи данных, растояния и критические дальности для пары сечением 0,4 мм

Рис. 4. Спектральная жизнь медной пары: xDSLи частоты

Еще одно отличие от SHDSL - возможность объединения на физическом уровне вдвое большего числа медных пар - до четырех пар или восьми проводов и, соответственно, 22,8 Мбит/с в полном дуплексе. Последние изменения в стандарты SHDSL. bis утверждены в феврале 2005 года, тем не менее SHDSL, скорее всего, останется нишевым, для дальних линий, продуктом. На расстояниях в пределах полутора - трех километров (а это в среднем более 90% российских телефонных линий) (Исследования явно игнорировали уездные города) ее задачи перекрываются использованием ADSL Annex M (до 3 Мбит/с в обратном канале) и VDSL2, реализующей полнодуплексные скорости Fast Ethernet на линиях длиной до 300 метров. При этом VDSL2 обеспечивает шестикратный выигрыш в сравнении с Fast Ethernet: вдвое по числу пар и втрое - по дальности. Не говоря уже о возможности пе­редавать по той же паре традиционную телефонию.

VDSL & VDSL2

Технология VDSL способна обеспечить высокие скорости абонентов. Тем не менее массовые VDSL-проекты на первом этапе внедрения технологии были ограничены в первую очередь странами Азии, где удовлетворение текущего спроса на высокоскоростной доступ оказалось даже важнее отсутствия единых стандартов. Внедрение VDSL в других регионах сдерживалось стандартизацией, вернее, ее отсутствием - даже после принятия в 2004 году спецификаций G.993.1 VDSL право на жизнь имели две конкурирующие технологии: с использованием DMT- и QAM-модуляции. Первая была узаконена стандартом, вторая - приложением к нему. Окончательный выбор был сделан лишь с принятием в мае 2005 года стандарта VDSL2, окончательно закрепившего DMT как единственный метод модуляции. Первые испытания совместимости VDSL2 чипсетов разных производителей были проведены DSL Forum лишь в январе 2006 года. Тем не менее крупнейшие операторы связи уже заявили о планах перехода на VDSL2. В Азии в октябре 2005 года ZyXEL сообщила о победе в тендере на поставку 234 тысяч VDSL2-линий крупнейшему национальному оператору связи Тайваня, Chunghwa Telecom, a в Японии в массовом порядке происходит предоставление услуг VDSL-доступа на скоростях 100/50 Мбит/с - здесь при продвижении услуги ее называют "fiber-like-подключением (или даже FTTH): до жилого зда­ния доходит оптоволокно, а до квартир -VDSL2 и Ethernet. С интервалом 10 лет с VDSL повторилась история,уже пройден ная с ADSL, - битва двух стандартов модуляции, DMT и QAM. Небольшая длина линии позво­ляла использовать более простой способ модуляции - QAM (Quadrature Amplitude Modulation) и, таким образом, оптимизировать соотношение цена/ скорость передачи данных. VDSL QAM оптимальна для рас стояний в пределах 1,2-1,4 километра, обеспечивая на этих дальностях скорость до 16 - 18 Мбит/с. При этом общая полнодуплексная пропускная способность канала может достигать 35 Мбит/с. Стандарт VDSL2, принятый в декабре прошлого года, закрепил в качестве единственно возможного метода модуляции VDSL DMT - технологию, уже знакомую по ADSL На стороне этого стандарта лучшая спектральная эффективность и соответственно большая скорость передачи, повышенная устойчивость к узкополосным и импульсным помехам, автоматическая адаптация к изменившимся условиям передачи и параметрам линии и цифровая реализация тракта обработки сигнала. Для совместимости с другими радиочастотными средствами диапазон частот, используемый VDSL, разбивается на два, три, четыре или даже пять частотных каналов. Для разделения передаваемых и принимаемых потоков информации и обеспечения полного дуплекса в VDSL используется метод частотного разделения каналов: один или несколько диапазонов используются для передачи, а оставшиеся - для приема информации. Меняя используемые частотные планы и перестраивая таким образом АЧХ, можно избежать нежелательного излучения на критичных частотах. Обеспечиваемые этой технологией дальность и скорость передачи данных позволяют подключать не только отдельных абонентов, но и группы отдельно стоящих зданий. (Хочется заметить следующее: * ИМХО, наилучшим соотношением цена/Качество на российском рынке обладает оборудование ZyXEL, которое предлагагает решения, реализующие и технологию VDSL-QAM (серия Р-841), и стандарт VDSL2 (IES-5000/5005 и Р-872Н), и является одним из крупнейших в мире производителей VDSL-оборудования); * На типичной российской линии класса «дранный-провод-залитый-водой» реально достижимые дальности не превышают 300 м и является достаточно неплохим способом работы по крупному зданию или по территории предприятия, однако не подходит для соединения отдельных абонентов)

ADSL2+, SHDSL.bis или VDSL2?

ADSL2+ ориентирована в первую очередь на широкополосный доступ в Интернет из дома и небольшого офиса. Во время работы осуществляется постоянный мониторинг характеристик линии, и в зависимости от соотношения сигнал/шум и ряда других факторов ско­рость передачи данных может меняться. SHDSL.bis нацелена на обеспечение гарантированного ка­чества обслуживания - то есть при заданной скорости и дальности передачи данных обеспечить уровень ошибок не выше 10-7 (10 в минус 7 степени) даже в самых неблагоприятных шумовых условиях, гарантируя скорость передачи данных и качество обслуживания для ответственных приложений. Когда нужно обеспечить передачу данных на скоростях Fast Ethernet в одном отдельно стоящем здании, группе зданий или коттеджном поселке, а размещение активного оборудова­ния на пути к абоненту затруднено или не хватает емкости закладных, в бой вступает технология последних «сотен метров»-VDSL2. Дополнительное и, пожалуй, наиболее серьезное преимущество VDSL2 и ADSL2+ - возможность передачи данных и предоставления энергонезависимых (для абонента) услуг телефонии всего по одной медной паре. Если обратиться к графикам дальности/скорости передачи данных, можно заметить, что при использовании пары диаметром 0,4 мм расстояние около 1,2 км становится критическим для VDSL, 1,5 км - для VDSL2, дистанция в 3 км - для ADSL и SHDSL.bis, но в случае SHDSL/SHDSLbis снижение пропускной способности носит более плавный характер (и делает эти технологии единственно-возможными для организации удаленного подключения в российской глубинке).

Литература

• Каталог решений Zyxell 2007

Это незавершённая статья. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её.