Тема_41_Удаленный доступ.Технология ADSL. Структура, типовая схема соединения ADSL. Модуляция, алгоритм линейного кодирования в системах ADSL. Сигнальный. - презентация

1 Тема_41_Удаленный доступ.Технология ADSL. Структура, типовая схема соединения ADSL. Модуляция, алгоритм линейного кодирования в системах ADSL. Сигнальный обмен в ADSL. Стандарты ADSL. Раздел 6 Технологии глобальных сетей

2 Различные типы технологий DSL и краткое описание их работы Ключевые слова: асимметричное цифровое абонентское окончание, симметричное цифровое абонентское окончание, цифровое абонентское окончание с адаптируемой скоростью передачи, сверхбыстрое цифровое абонентское окончание, мультиплексор доступа к цифровому абонентскому окончанию. В середине 90-х годов появилась альтернатива цифровому абонентскому окончанию ISDN. Эта альтернатива представляет собой семейство технологий под общим названием xDSL (Digital Subscriber Line- цифровое абонентское окончание), которое включает технологии: ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line - асимметричная цифровая абонентская линия) Данная технология является асимметричной, то есть скорость передачи данных от сети к пользователю значительно выше, чем скорость передачи данных от пользователя в сеть. Такая асимметрия, в сочетании с состоянием "постоянно установленного соединения" (когда исключается необходимость каждый раз набирать телефонный номер и ждать установки соединения), делает технологию ADSL идеальной для организации доступа в сеть Интернет, доступа к локальным сетям (ЛВС) и т.п., для технологий «клиент-сервер». Технология ADSL обеспечивает скорость передачи порядка 640 Кбит/с -1,5 Мбит/с по «восходящему» потоку и Мбит/с по «нисходящему» при передаче данных на расстояниях не более 5,5 км. и 3,5 км соответственно – по проводам диаметром 0,5 мм. по витой одной паре телефонного кабеля.

3 Различные типы технологий DSL и краткое описание их работы R-ADSL (Rate-Adaptive Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия с адаптацией скорости соединения) Технология R-ADSL обеспечивает такую же скорость передачи данных, что и технология ADSL, но при этом позволяет адаптировать скорость передачи к протяженности и состоянию используемой витой пары проводов. При использовании технологии R-ADSL соединение на разных телефонных линиях будет иметь разную скорость передачи данных. Скорость передачи данных может выбираться при синхронизации линии, во время соединения или по сигналу, поступающему от станции. ADSL Lite представляет собой низкоскоростной (относительно, конечно же) вариант технологии ADSL, обеспечивающий скорость "нисходящего" потока данных до 1 Мбит/с и скорость "восходящего" потока данных до 512 Кбит/с. Технология ADSL Lite позволяет передавать данные по более длинным линиям, чем ADSL, более проста в установке и имеет меньшую стоимость, что обеспечивает ее привлекательность для массового пользователя.

4 Различные типы технологий DSL и краткое описание их работы IDSL (ISDN Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия IDSN) Технология IDSL обеспечивает полностью дуплексную передачу данных на скорости до 144 Кбит/с. В отличие от ADSL возможности IDSL ограничиваются только передачей данных. Несмотря на то, что IDSL также как и ISDN использует модуляцию 2B1Q, между ними имеется ряд отличий. В отличие от ISDN линия IDSL является некоммутируемой линией, не приводящей к увеличению нагрузки на коммутационное оборудование провайдера. Также линия IDSL является "постоянно включенной" (как и любая линия, организованная с использованием технологии DSL), в то время как ISDN требует установки соединения. HDSL (High Bit-Rate Digital Subscriber Line - высокоскоростная цифровая абонентская линия) Технология HDSL предусматривает организацию симметричной линии передачи данных, то есть скорости передачи данных от пользователя в сеть и из сети к пользователю равны. Благодаря скорости передачи (1,544 Мбит/с по двум парам проводов и 2,048 Мбит/с по трем парам проводов) телекоммуникационные компании используют технологию HDSL в качестве альтернативы линиям T1/E1. Расстояние, на которое система HDSL передает данные, порядка 3,5 - 4,5 км. Это меньше, чем при использовании технологии ADSL, для увеличения длины линии HDSL можно установить специальные повторители.

5 Различные типы технологий DSL и краткое описание их работы Использование для организации линии HDSL двух или трех витых пар телефонных проводов делает эту систему идеальным решением для соединения УАТС, серверов Интернет, локальных сетей и т.п. Технология HDSL II является логическим результатом развития технологии HDSL. Данная технология обеспечивает характеристики, аналогичные технологии HDSL, но при этом использует только одну пару проводов. SDSL (Single/Symmetric Line Digital Subscriber Line - однолинейная цифровая абонентская линия) Также как и технология HDSL, технология SDSL обеспечивает симметричную передачу данных со скоростями, соответствующими скоростям линии Т1/Е1, но при этом технология SDSL имеет два важных отличия. Во-первых, используется только одна витая пара проводов, а во-вторых, максимальное расстояние передачи ограничено 3 км. В пределах этого расстояния технология SDSL обеспечивает, например, работу системы организации видеоконференций, когда требуется поддерживать одинаковые потоки передачи данных в оба направления. В определенном смысле технология SDSL является предшественником технологии HDSL II.

6 Различные типы технологий DSL и краткое описание их работы VDSL (Very High Bit-Rate Digital Subscriber Line - сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия) Технология VDSL является наиболее "быстрой" технологией xDSL. Она обеспечивает скорость передачи данных "нисходящего" потока в пределах от 13 до 52 Мбит/с, а скорость передачи данных "восходящего" потока в пределах от 1,5 до 2,3 Мбит/с, причем по одной витой паре телефонных проводов. Технология VDSL может рассматриваться как экономически эффективная альтернатива прокладыванию волоконно-оптического кабеля до конечного пользователя. Однако, максимальное расстояние передачи данных для этой технологии составляет от 300 метров до 1300 метров. То есть, либо длина абонентской линии не должна превышать данного значения, либо оптико-волоконный кабель должен быть подведен поближе к пользователю (например, заведен в здание, в котором находится много потенциальных пользователей). Технология VDSL может использоваться с теми же целями, что и ADSL; кроме того, она может использоваться для передачи сигналов телевидения высокой четкости (HDTV), видео по запросу и т.п.

7 Преимущества и причины применения технологии xDSL Технологии DSL, позволяющие передавать голос, данные и видеосигнал по существующей кабельной сети, состоящей из витых пар телефонных проводов, зачастую наилучшим образом подходят для организации удаленного доступа различным категориям пользователей в соотношении цена-качество (а именно: пропускная способность канала). Во-первых, технологии DSL обеспечивают высокую скорость передачи данных. Различные варианты технологий DSL обеспечивают различную скорость передачи данных, но в любом случае эта скорость гораздо выше скорости самого быстрого аналогового модема. Во-вторых, технологии DSL оставляют вам возможность пользоваться обычной телефонной связью, несмотря на то, что используют для своей работы абонентскую телефонную линию. Используя, технологии DSL вы можете пользоваться телефоном и обмениваться цифровыми данными одновременно. И, наконец, в-третьих - линия DSL всегда работает. Соединение всегда установлено, и вам больше не надо набирать телефонный номер и ждать установки соединения, каждый раз, когда вы хотите подключиться. Не придется больше беспокоиться о том, что в сети произойдет случайное разъединение.

8 Роль асимметричного обмена в абонентском доступе Согласно названию технология ADSL представляет собой асимметричную технологию доступа (рис ). Асимметричность обмена данными происходит в современных сетях от философии "клиент-сервер». Эта концепция родилась из очень простой идеи. Если компьютер подключается к сети не просто для обмена данными с другим таким же компьютером, а для того, чтобы использовать информационные ресурсы сети, тогда трафиковый обмен становится асимметричным. Применение асимметричного трафика особенно проявилось в связи с бурным развитием услуг Интернет и широкополосных услуг операторов. В результате асимметричная концепция абонентского доступа оказалась более перспективной, и это стало одной из причин победы ADSL на мировом рынке технологий доступа. Рассмотрим основные принципы технологий xDSL на примере ADSL как наиболее распространенной технологии, так как именно она была разработана для самой массовой категории пользователей.

9 Роль асимметричного обмена в абонентском доступе Рис Асимметричная технология доступа и концепция «клиент-сервер»

10 Типовая схема соединения ADSL Технология ADSL базируется на идее использовать существующую абонентскую телефонную линию для обеспечения абонентов услугами широкополосного доступа. При этом в технологию были заложены некоторые основополагающие принципы. 1. В технологии ADSL предусмотрена организация асимметричного обмена данными. 2. При внедрении ADSL объем работ должен быть минимальным, поскольку технология ADSL изначально ориентирована на массовое внедрение. 3. При любых нарушениях в оборудовании или сети ADSL, традиционная телефонная связь должна работать. 4. Технология ADSL должна использовать «любые» реально существующие абонентские линии телефонной сети, даже до определенной степени зашумленные.

11 Типовая схема соединения ADSL Рис Преобразование телефонного соединения в соединение ADSL.

12 Типовая схема соединения ADSL На этих основаниях выросла вся структура технологии ADSL На рис представлен процесс миграции обычной телефонной линии в систему абонентского широкополосного доступа ADSL. В основе типовой схемы абонентского подключения лежит использование принципа частотного разделения. Весь сигнал, передаваемый по абонентской линии, делится в частотном диапазоне на три части (рис ): диапазон передачи сигналов традиционной телефонии (POTS); диапазон для ADSL линия вверх (ADSL up) (восходящий поток); диапазон для ADSL линия вниз (ADSL down) (нисходящий поток). Для асимметрии нисходящей и восходящей скоростей полоса пропускания абонентского окончания делится между каналами также асимметрично. На рис показано оценочное распределение полосы между каналами. Распределение полосы между каналами зависит не только от возможностей технологии и модема. Как правило, ADSL-модемы допускают некоторую настройку, позволяющую изменять распределение полосы и скорость передачи данных в каждом направлении.

13 Типовая схема соединения ADSL Рис Частотный диапазон для передачи телефонии и ADSL

14 Типовая схема соединения ADSL В помещении клиента устанавливается распределитель, который выполняет разделение частот между ADSL-модемом и обычным аналоговым телефоном, обеспечивая их совместное сосуществование. В таком случае телефонный сигнал занимает диапазон от 0,3 до 20 кГц, ADSL по линии вверх - диапазон от 30 кГц до 140 кГц, а сигнал ADSL по линии вниз - от 140 до 1100 кГц. Для обеспечения частотного разделения сигналов по обеим сторонам бывшей телефонной линии устанавливаются разветвители сигнала (сплиттеры), которые выполняют функции разделения между цепями телефонии и широкополосного доступа ADSL. Телефонная связь (/или связь ISDN) передается, как и раньше, в своем частотном диапазоне. В зависимости от того, являлась ли абонентская линия линией обычной телефонной сети или линией ISDN, различаются два стандарта ADSL. В случае использования обычной телефонной линии телефонная связь передается в диапазоне от 300 до 3400 Гц, ADSL-A (Annex А)занимает частоты, начиная с 30 кГц. В случае использования линии ISDN данные ISDN передаются в диапазоне до 80 кГц, a ADSL-B (Annex B)занимает частоты, начиная со 138 кГц. Сплиттеры представляют собой пассивные элементы (не требуют для своей работы питания), сделанные на основе двух фильтров: фильтра высоких частот (ФВЧ) и фильтра низких частот (ФНЧ) (рис ). Их основное назначение - обеспечить разделение трафика ADSL и трафика традиционной телефонии/ISDN. Поэтому даже в условиях отключения питания на стороне пользователя телефонная связь продолжает работать без сбоев.

15 Типовая схема соединения ADSL Рис Пример ADSL с частотным уплотнением и сплиттером

16 Типовая схема соединения ADSL Для обеспечения традиционной телефонии в цепи ADSL сохраняются связи АТС-телефон или АТС-терминал ISDN в зависимости от выбора схемы работы ADSL. Сама технология ADSL была стандартизирована в Рекомендациях ITU-T G.992.1, для обычной телефонной линии, стандарт дан в Приложении A (Annex А), а для линии поверх ISDN описан в Приложении В (Annex В). Учитывая малое распространение технологии ISDN, на сетях отечественных операторов технология Annex В в Белоруссии начала использоваться позже, и то нестандартно. Дело в том, что внедрение технологии Annex А не позволяет передавать по абонентской паре сигналы от систем охраны, которые обычно передаются вне полосы разговорного сигнала. Поэтому в том случае, когда квартира/офис сдается на охрану, внедрение ADSL на данной паре становится невозможным. Это очень неприятное для операторов явление, поскольку платежеспособное население довольно часто использует системы охраны. Решение проблемы лежит в применении ADSL Annex В, когда полоса до 80кГц используется для передачи телефонного сигнала и сигнала системы охраны, а остальная полоса отводится для ADSL. Во всех остальных случаях на сети отечественных операторов используется технология Annex А, которую можно считать абсолютно доминирующей.

17 Типовая схема соединения ADSL Рассмотрим элементы, добавляемые к абонентскому подключению для обеспечения широкополосного доступа. Со станционной стороны POP - (Point Of Presence,) добавляется оборудование DSLAM (DSL Access Multiplexer - мультиплексор доступа DSL), выполняющее функции преобразования сигналов ADSL в ячейки ATM, которые затем передаются в сеть. Иногда это устройство обозначают еще как ATU-C. Такое название происходит от понятия трансивера * ADSL (ADSL Transceiver Unit, ATU). (*Трансивер представляет собой объединение передатчика и приемника Можно перевести понятие трансивер как приемо-передатчик.*) Если ATU находится на станционной стороне (в английской аббревиатуре - СО), то оно называется ATU-C. На стороне клиента находится модем ADSL, который преобразует данные от пользователя в формат кадров ADSL. Это устройство еще называют ATU-R (от Remote - удаленный модуль). Схема абонентского подключения ADSL в соответствии со стандартам G представлена на рисунке Стандарт G достаточно в полном объеме описывает интерфейсы и технологию ADSL имеет размер около 255 стр. В нашем рассмотрении мы будем опираться на более простую схему соединения ADSL, представленную на рисунке и более обобщенную рисунке (без тлф-го тракта).

18 Типовая схема соединения ADSL Рис Схема абонентского подключения в соответствии со стандартами ADSL

19 Типовая схема соединения ADSL Рис Упрощенная схема подключения ADSL

20 Функционирование ADSL с точки зрения протоколов Рассмотрим более подробно всю цепочку преобразование данных в различных протоколах от компьютера (СРЕ1) до сервера Интернет-провайдера (ISP2) (наиболее часто встречаемый вариант) Данные пользователя передаются в виде запросов протокола верхнего уровня HTTP, который применяется в Интернете. Для передачи данных кадры HTTP упаковываются в транспортные кадры TCP/IP и передаются на модем ADSL. Для этого могут использоваться различные интерфейсы обмена, наиболее часто - Ethernet или USB. Модем ADSL преобразовывает данные пользователя в формат, удобный для передачи через ADSL. Модем работает только с кадрами TCP/IP. Для передачи кадров по цепи абонентского доступа модем формирует 4-уровневую структуру ADSL, включающую физический уровень протокола ADSL, канальный уровень на основе ATM, уровень РРР для контроля связности канала в режиме «точка-точка» и собственно TCP/IP.

21 Функционирование ADSL с точки зрения протоколов Рис Полная схема подключений в ADSL

22 Функционирование ADSL с точки зрения протоколов Главная цель преобразования данных в модеме в том, чтобы сформировать довольно сложную структуру ADSL. Сформированные в модеме кадры ADSL в виде модулированного сигнала поступают в используемую для передачи телефонную линию и передаются на DSLAM. Обычно на один DSLAM приходится несколько (иногда несколько сотен) подключенных модемов. Как уже говорилось DSLAM – это мультиплексор доступа к цифровому абонентскому окончанию. C одной стороны у него модемы ATU-C (десятки-сотни) для включения абонентских линий через сплиттеры, а с другой стороны оптика/DWDM или скоростной Ethernet ( 1-10Gb/s ). DSLAM работает с данными только на уровне ADSL и ATM. Основная задача DSLAM (рис )- восстановление данных из кадров ADSL и формирование потока ячеек ATM, который будет передаваться дальше по сети. Почему ATM – технология. ADSL родилась в середине 1990-х, когда стратегической концепцией построения мультисервисных сетей являлась технология ATM. 1 CPE - Customer Premise Equipment - оборудование оконечного пользователя. 2 ISP - Internet Service Provider - оператор услуг Интернет, или Интернет- провайдер.

23 Функционирование ADSL с точки зрения протоколов По этой причине оказалось необходимым преобразовать ячейки ATM в более привычную для современных сетей форму на базе TCP/IP. В состав цепи абонентского доступа было включено еще одно устройство, получившее название сервера широкополосного удаленного доступа (Broadband (широкополосный) Remote Access Server - BRAS). Такое устройство представляет собой краевой маршрутизатор IP для интеллектуального управления широкополосным доступом. BRAS позволяет управлять параметрами трафика от пользователей ADSL на уровне канала передачи данных пакетного трафика. Например, гибкое регулирование пропускной способности передачи данных между сетью и пользователем. BRAS позволяет также более гибко масштабировать сеть. А это важно при растущем спросе на услуги Интернет. Альтернативные методы с использованием виртуальных путей ATM (Virtual Path, VP) не предлагают столь необходимой дискретности. Вообще, как следует из рис , управление потоком пакетного трафика IP в DSLAM не может быть реализовано, DSLAM поддерживает только уровень ATM, не выше. Помимо функций управления потоком BRAS выполняет важную функцию по преобразованию форматов данных, так что этот элемент действительно выполняет краевую задачу: после него данные передаются по сети в формате TCP/IP с использованием стандартных средств сети.

24 Описание технологии на уровне ADSL Проанализируем принципы работы протокола ADSL на участке модем пользователя – DSLAM. Цель любой технологии xDSL (кроме ADSL) - формирование цифрового потока передачи/приема данных на существующем абонентском кабеле, с использованием различных методов кодирования и модуляции битовых сигналов у разных производителей по разному. При организации канала xDSL, как правило приобреталась пара (комплект) однотипных моделей, одного производителя оборудования xDSL.Отсутствие стандартов xDSL для протоколов на физическом уровне привело к многообразию решений. Например, в технологии HDSL могут применяться варианты модуляции 2В1Q, САР, ТС-РАМ и пр. Совсем не такие принципы были заложены в технологию ADSL. Изначально предполагалась взаимная совместимость DSLAM и модемов разных производителей. Поэтому протоколы и принципы функционирования уровня ADSL изначально попали под жесткий процесс стандартизации.

25 Описание технологии на уровне ADSL Требования к протоколу ADSL можно сформулировать кратко в виде нескольких требований к самой технологии ADSL. Согласование импедансом (волновых сопротивлений). Минимизация потерь. Разделение спектров телефонной связи и ADSL. Сохранение качества телефонной связи. Обеспечение стабильного канала передачи данных для ADSL. Зависимость скорости передачи по линии вверх/вниз от параметров линии, что позволяет «выжать все» из абонентской пары. Стандартом описываются достаточно подробно параметры ADSL на различных уровнях стека протоколов и предоставляются функциональные схемы устройств и блоков ADSL. Рассмотрим, каким образом все перечисленное было решено в рамках протокола ADSL На рисунке изображена схема передатчика ATU-C в соответствии со стандартом

26 Описание технологии на уровне ADSL Рис Устройство передатчика ATU-C

27 Описание технологии на уровне ADSL Даже первый взгляд на схему рис показывает, что процесс формирования сигнала ADSL представляет собой довольно сложный алгоритм, который можно представить в виде схемы последовательного формирования сигнала ADSL (рис ). Рис Последовательное преобразование сигналов в системе ADSL Сначала данные преобразуются в поток ячеек ATM. В системе ADSL используются до 7 независимых потоков ячеек: симплексные потоки AS0- AS1 обеспечивают режим передачи данных только от DSLAM к модему, дуплексные потоки LS0-LS2 позволяют устанавливать обмен данными по линии вверх и вниз. Полученные потоки ячеек ATM попадают на мультиплексор, где формируется цикловая и сверхцикловая структура ADSL Затем к полученным данным в виде кадров ADSL добавляются поля CRC для контроля ошибок в канале DSLAM-модем. Полученный поток кадров проходит процедуру скремблирования, за счет чего происходит линеаризация его параметров.

28 Описание технологии на уровне ADSL Наконец, поток данных, упакованный в цикловую структуру ADSL, снабженный сигнализацией управления соединением, служебными полями контроля ошибок и пр., попадает на модуль, получивший название Tone ordering. Здесь проявляется специфическая особенность ADSL, а именно - использование модуляции 256 DMT. Метод передачи информации, разработанный для ADSL, состоит в том, что для передачи сигналов используются 256 несущих. Это означает, что в канале передачи работают 256 мини-модемов, каждый из которых передает информацию на своей несущей. Применение такой методики позволяет повысить эффективность использования ресурса за счет компенсации любых селективных шумовых влияний на параметры передачи. Между несущими устанавливается защитный интервал 4312,5 Гц. Часть несущих отдается под передачу данных по линии вверх, часть - для передачи по линии вниз (рис ). Передача данных на несущей осуществляется посредством амплитудно-фазовой модуляции (Quadrature Amplitude Modulation, QAM).

29 Описание технологии на уровне ADSL Рис Распределение тонов в алгоритме передачи 256 DMT

30 Описание технологии на уровне ADSL Объем передаваемой информации на отдельной несущей зависит от соотношения сигнал/шум на данной частоте. В процессе установления связи модем и DSLAM выполняют диагностику соотношений сигнал/шум на каждой несущей частоте, так что в процессе установления соединения определяется распределение ресурса канала абонентского доступа по разным несущим. Если на несущей соотношение сигнал/шум оказывается небольшим, то количество бит/с на ней устанавливается меньшим. В результате распределение скорости передачи по частоте в абонентской паре повторяет зависимость отношения сигнал/шум (SNR) от частоты. Помимо шумов на работе ADSL сказываются параметры кабеля. В соответствии со стандартом наиболее существенное влияние на ADSL оказывают различные неоднородности в кабеле, такие как «параллельные отпайки»,т.е параллельные линии. Нельзя сказать, что «параллельные отпайки» совсем устраняют возможность связи по ADSL. Влияние их на параметры передачи всегда деструктивно и очень зависит от места размещения. Наиболее существенное влияние оказывают «параллельные отпайки» в непосредственной близости к DSLAM или к модему. Из этого факта следует то, что в процессе проведения любых эксплуатационных измерений исключается подключение приборов к линии ADSL, даже при условии реализации высоко омного подключения.

31 Модуляция QAM Как было показано выше, в технологии ADSL передача сигнала осуществляется по довольно сложному алгоритму, соединяющему принципы модуляции QAM и использование несущих 256DMT. Методы модуляции QAM были рассмотрены ранее в лекции Эти методы основаны на сочетании фазовой и амплитудной модуляций. Принцип модуляции QAM обычно рассматривается с помощью амплитудно-фазовая диаграмм. Типичная схема обозначения: QAM-, где - количество узлов на фазовой плоскости, а также максимальное количество различных значений модулированного сигнала. Схему расположения узлов принято называть созвездием.

32 Рис ( ) Амплитудно-фазовая диаграмма QPSK (a); QAM-16 (б); QAM-64 (в) Модуляция QAM

33 На рис а) видно, что возможны четыре положения фазового сдвига, значит, можно передавать 2 бита на символ. Это метод называется квадратурной амплитудной модуляцией QPSK (Quadrature Amplitude Modulation) 4- битовые комбинации в таком случае рассматриваются как кодовые символы QAM-16. Для каждой комбинации из 4 -битов существует кодирующий ее сигнал QAM-16 в соответствии с рис b Наиболее простой модуляцией семейства QAM является QPSK, или QAM-4, в которой изменение фазы несущего колебания выполняется с шагом ¶/2. Для такой модуляции существует только 4 состояния, а один кодовый символ соответствует 2 битам. В результате скорость передачи информации (измеряемая в бодах) будет в 2 раза меньше битовой скорости данных. Более сложные варианты QAM- 16/32/64/128/256 позволяют еще больше увеличить битовую скорость передачи информации. Но одновременно уменьшается помехозащищенность кодирования. Чем большее количество состояний входит в созвездие QAM, тем больше вероятность того, что в результате помехи произойдет кодовая ошибка. Следовательно, QPSK оказывается более устойчивой к ошибкам модуляцией, чем QAM-64. Здесь имеет место паритет между допустимой скоростью передачи и уровнем помехозащищенности. Чем выше уровень QAM, тем больше скорость передачи, но тем выше уровень ошибок и тем большие требования предъявляются к отношению сигнал/шум. Модуляция QAM

34 Алгоритм линейного кодирования в системах ADSL DMT (Discrete multitone modulation)-Дискретная многотональная модуляция. DMT Схема модуляции ADSL, при которой полоса частот дискретно разделяется на 256 подканалов, что позволяет избежать потери высокочастотного сигнала из-за шумов в медных кабелях. Технология ADSL является адаптивной и подстраивается в зависимости от отношения сигнал/шум (SNR) на каждой несущей из 256. Алгоритм 256 DMT использует алгоритм QАМ в следующем порядке: В процессе настройки параметров передачи/приема на отдельной несущей устанавливается уровень передачи сигнала в 256 DMT. После определения уровня передачи сигнала на каждой несущей определяется допустимый для данного уровня SNR алгоритм модуляции QАМ-N. За счет этого регулируется уровень помехозащищенности передачи и допустимая скорость передачи на несущей. Во время настройки также учитывается АЧХ физической линии. Модуляция 256 DMT и ее связь с QAM

35 На рис представлен вариант абонентской линии, в которой присутствует неравномерность амплитудно- частотной характеристики (АЧХ) и селективная помеха. Неравномерность АЧХ приводит к тому, что уровни передачи сигнала в ADSL подстраиваются в соответствии с допустимыми уровнями передачи в кабеле. В результате профиль уровней передачи сигнала ADSL повторяет профиль АЧХ. Наличие селективной помехи в определенном диапазоне частот делает передачу на нескольких несущих весьма затруднительной. В процессе адаптации алгоритма 256DMT для данных несущих устанавливается небольшой уровень сигнала. Одновременно для этих несущих выбирается более помехазащищенная модуляция QPSK. В результате скорость передачи информации на «поврежденных» несущих будет минимальной, но все равно успешной. Таким образом, в ADSL нельзя говорить о двух технологиях модуляции сигнала. Существует единый двух шаговый алгоритм 256 DMT/QAM, адаптирующий передачу цифрового потока к любым параметрам абонентской пары. Модуляция 256 DMT и ее связь с QAM

36 Рис Влияние шумов на распределение уровней передачи по отдельным тонам Модуляция 256 DMT и ее связь с QAM

37 Установление связи и настройка параметров соединения в канале DSLAM-модем происходит с применением стандартизированной системы сигнализации. В стандартах ADSL этот процесс называется инициацией услуги. При подключении модема к DSLAM происходит процесс активизации системы широкополосного доступа через следующие четыре стадии. Этап предварительною обмена данными (-рукопожатие-). Этап диагностики соединения (training). Этап диагностики канала обмена данными. Штатная работа системы абонентского широкополосного доступа. Рис Процесс установления связи между DSLAM и модемом. Сигнальный обмен в ADSL. Инициация услуги Рукопожатие (Handshaking) Диагностика соединения (Training ) Диагностика канала обмена данными Обмен данными (штатная работа)

38 Предварительный обмен данными, который условно называют «рукопожатием» (Handshaking), представляет собой начальную стадию подготовки к сигнальному обмену. На этой стадии используется: наиболее простая дифференциальная фазовая модуляция DPSK; тестовый сигнал специальной цикловой структуры; За счет этих методов обмен данными на физическом уровне оказывается максимально устойчивым, диагностируются ошибки, определяется принципиальная возможность установления соединения ADSL и режим работы обоих устройств Схема сигнального обмена представлена схематично на рис , где указаны также основные сигналы обмена. В ходе сигнального обмена проверяется совместимость между DSLAM и модемом, поскольку в общем случае они могут быть произведены разными компаниями и опираться на разные принципы работы. После диагностики совместимости оба устройства определяют режим, в котором они будут работать в процессе обмена данными. В процессе диагностики соединения выполняется настройка эквалайзеров и эхокомпенсаторов трансиверов 1 ADSL модема и DSLAM. За счет этого пара устройств адаптируется к параметрам конкретной линии, предсказать которые в общем случае оператор не может. Сигнальный обмен в ADSL. Инициация услуги

39 Рис Обмен данными в процессе «рукопожатия» Сигнальный обмен в ADSL. Инициация услуги

40 CLR: ATU-R посылает данные о тех режимах связи, которые поддерживает модем; CL: ATU-C посылает данные о тех режимах связи, которые поддерживает DSLAM; ASK: Подтверждение со стороны модема, что он корректно принял перечень допустимых режимов работы; MS: ATU-R выбирает режим работы; АСК: ATU-C принимает выбранный режим; MS: ATU-R запрашивает режим штатной работы; REQ-MR: ATU-C должен выбрать режим штатной работы и для этого запрашивает сообщение MR; MR: ATU-R посылает сообщение MR, запрашивая дополнительно сообщение MS; MS: ATU-C устанавливает режим штатной работы; АСК: ATU-R подтверждает выбор Всего в процессе диагностики соединения решаются следующие задачи. Измеряется мощность сигнала по линии вверх и в результате настраивается уровень мощности передатчика по линии вниз. Настраиваются режимы цепи управления генерации сигнала AGC (Automatic gain control). Настраиваются режимы эхокомпенсации. Настраиваются параметры эквалайзеров. Сигнальный обмен в ADSL. Инициация услуги

41 1 Напомним, что ADSL предполагает двусторонний обмен данными по одной паре. Поэтой причине в модеме и DSLAM не может существовать разделение передатчика и приемника, а используется интегральное устройство - трансивер (TRANSCEIVER = TRANSmitter (передатчик) + reCElVER (приемник) - передаче-приемник). Для устранения взаимного влияния между цепями передачи и приема в таком устройстве должны применяться зхокомпенсаторы и эквалайзеры, позволяющие согласовать параметры волнового сопротивления устройства и настроить уровень передачи сигнала. Поскольку в ADSL используются существующие пары со всем многообразием их параметров, в процессе диагностики соединения пара устройств адаптируется к конкретной линии. Сигнальный обмен в ADSL. Инициация услуги

42 Наиболее интересным для практического понимания технологии ADSL является этап диагностики параметров канала. Именно на этом этапе пара модем -DSLAM тестирует параметры среды передачи, определяет уровень отношения сигнал/шум (SNR) на каждой частоте, устанавливает уровни передачи на каждой несущей, анализирует возможности передачи информации на каждой несущей и устанавливает параметры кодирования (кодирование Треллиса) для каждой несущей. Для выполнения всех перечисленных функций используются цикловая структура и специальные сигналы, позволяющие последовательно диагностировать параметры линии на частоте каждой из 256 несущих. Детальное описание данной процедуры можно найти в стандартах ADSL. По завершении этапа диагностики канала в модеме (и в DSLAM) содержится информация об уровне шумов на каждой несущей, SNR на этой несущей и о допустимой скорости передачи цифровых данных на несущей. По совокупности всех несущих DSLAM и модем «договариваются» о максимальной скорости цифрового обмена данными по линии вверх и вниз. После этапа диагностики параметров канала процесс инициации услуги завершается. Теперь для обеспечения обмена данными необходимо выполнить установки на уровнях выше уровня ADSL - на уровнях ATM, РРР, IP, HTTP и пр. Сигнальный обмен в ADSL. Инициация услуги

43 В табл приведены соответствующие стандарты (Рекомендации ITU-T) для технологии ADSL, ее развитии ADSL2+, READSL и пр. и связанными с нею VDSL и VDSL2. Таблица Стандарты для технологии ADSL/VDSL, применяемые на 2005г Стандарты ADSL ТехнологияITU-TНазваниеГод выпуска Максимальная скорость передачи ADSLG.992.1G.dmt19997 Мбит/с вниз, 800 кбит/с вверх ADSL2G.992.3G.dmt.bis20028 Мбит/с вниз, 1 Мбит/с вверх ADSL2 plusG ADSL2 plus Мбит/с вниз, 1 Мбит/с вверх ADSL2-REG.992.3Reach Extended20038 Мбит/с вниз, 1 Мбит/с вверх SHDSLG G.SHDSL20015,6 Мбит/с вверх/вниз VDSLG.993.1Very-high-data-rate DSL Мбит/с вниз, 15 Мбит/с вверх VDSL2G 993 2Very-high-data-rate DSL Мбит/с вверх/вниз

44 Рассмотрим вопрос о влиянии параметров абонентской пары на качество канала обмена ADSL. Адаптация происходит на трех уровнях. Уровень согласования режима работы в процессе «рукопожатия». Уровень подстройки параметров пары DSLAM -модем к параметрам волнового сопротивления пары. Анализ параметров SNR на каждой несущей и подстройка уровней передачи и кодирования по 256DMT. Причина столь масштабной работы в процессе инициации услуги ADSL лежит в изначальной философии ADSL. Как было показано в начале этого раздела, технология ADSL изначально ориентировалась на принцип использования существующих абонентских кабельных систем операторов для предоставления услуг широкополосного доступа. Как следствие, основным преимуществом ADSL является то, что для данной технологии максимально облегчен процесс миграции телефонных пользователей в пользователи ADSL (см. рис ). Но преимущество в части развития технологии оборачивается объективными трудностями технической реализации. Абонентские кабельные системы операторов создавались более 100 лет в разных технологических и исторических условиях. По этой причине параметры абонентской кабельной сети каждого оператора являются индивидуальными, а разброс в параметрах абонентских пар слишком велик для того, чтобы можно было гарантировать качество передачи информации без функций динамической подстройки. Влияние параметров кабельной сети и проблема покрытия услугами ADSL

45 Таким образом, параметры качества кабельной системы представляются наиболее критичными для функционирования ADSL и выступают слабым звеном этой технологии. Функции адаптивной подстройки ADSL к параметрам кабельной сети приводят к интересному эффекту, который отличает технологию ADSL от других, например от HDSL. В случае ухудшения параметров абонентской пары в сформированном канале обмена данными не увеличивается параметр ошибок, как в системах TDM или HDSL. Вместо этого сама скорость обмена уменьшается, тогда как параметры качества передачи данных остаются прежними. Чем хуже параметры абонентской пары, тем меньшую скорость оператор может предоставить пользователю. Существует даже подход, когда максимальную скорость в канале ADSL при заданной длине пары считают ресурсом, а потом оценивают потери ресурса из-за различных влияний на параметры кабеля. Влияние параметров кабельной сети и проблема покрытия услугами ADSL

46 Рис «Зоны качества» на сети оператора ADSL Влияние параметров кабельной сети и проблема покрытия услугами ADSL

47 Существует также и объективное уменьшение скорости передачи данных в ADSL по мере удаления пользователя от DSLAM. Действительно, чем короче абонентская пара, тем большую скорость обмена данными можно реализовать в ней. По мере удаления от DSLAM уменьшается скорость обмена. В результате оператор может говорить о зонах покрытия услугами ADSL разного качества абонентской сети оператора. Соответствующие границы качества будут образовывать на карте сети оператора линии, напоминающие изотермы и изобары в географии, что и представлено на рис В приведенном примере в центральной области сети могут предоставляться услуги ADSL со скоростью обмена по линии вниз более 6 Мбит/с, далее идет область, где предельным значением будет 5 Мбит/с, затем 4 Мбит/с и пр. Для того, чтобы в технологии ADSL изменить зону покрытия услугами следует приблизить DSLAM к потенциальным пользователям, что также представлено на рис , где показаны несколько удаленных DSLAM, соединенных с узлами связи по оптоволоконным каналам связи. Следует отметить, что зона покрытия сети услугами ADSL представляет собой оценку по средним расчетным параметрам качества. На каждом конкретном кабеле достижимая скорость передачи может быть существенно меньше расчетной. Кроме того, расчет максимальной скорости передачи не учитывает индивидуальных влияний на пару со стороны системы связи или внешних факторов. Влияние параметров кабельной сети и проблема покрытия услугами ADSL

48 В.Г. Олифер, Н.А. Олифер Компьютерные сети, 3-е издание, 2009г.