5.4.4. Технологии организации высокоскоростных каналов xDsl. Общие положения и классификация

Использование существующей абонентской кабельной сети вместе с внедрением новых методов модуляции и кодирования, которые реализованы в технологиях xDSL, на сегодня считается основным и эффективным средством решения проблемы организации высокоскоростного канала связи, в том числе от абонента к узлу сети передачи данных, то есть решения вопроса абонентского доступа.

Обозначение xDSL подразумевает ряд технологий (х), предназначенных для организации цифровых абонентских линий DSL. В качестве среды передачи информации используются медные витые пары существующих местных кабельных сетей. То есть применение технологий xDSL обеспечивает передачу цифровой информации (данных) от компьютера абонента или от сервера локальной сети к узлу глобальной сети передачи данных, или между двумя локальными сетями, используя при этом уже существующие медные жилы абонентских линий. Поэтому иногда говорят, что технологии xDSL — это новое дыхание медных кабельных сетей.

Главная идея технологий xDSL состоит в сжатии спектра цифровых сигналов на передающей стороне и перенос его в область более низких частот. Это обеспечивается специальными методами модуляции и кодирования, которые предназначены для повышения качества передачи данных и увеличения используемой пропускной способности. Отличительная особенность xDSL — возможность вести телефонные переговоры при одновременной передаче данных, что не удается делать при использовании обычных модемов для телефонных линий.

Существует два подхода для достижения такой возможности. Первый подход реализуется в модемах с полностью цифровым методом передачи линейного сигнала. Этот подход еще называется «голос+данные». Он реализован в модемах, которые построены по технологии DSL. Весь цифровой поток (160 Кбит/с) разделяется на три составляющие. Первая часть потока (64 Кбит/с) предназначается для организации канала передачи данных, то есть выводится на интерфейс пользователя V.24 или V.35. Вторая часть (64 Кбит/с) используется для передачи речи с применением стандартного для телефонии кодирования ИКМ. Третья часть (32 Кбит/с) используется для передачи сигналов управления удаленным модемом (для функции централизованного управления сетью) и сигналов телефонной сигнализации.

Второй подход называется Data over Voice (данные над голосом) и базируется на достаточно простой идее переноса спектра, который используется для передачи данных, в высокочастотный участок. То есть спектр данных в частотной плоскости оказывается выше, чем спектр голоса. Эта концепция стала возможной благодаря применению модуляции САР (Carrierless Amplitude and Phase Modulation — амплитудно-фазовая модуляция с подавленной несущей). Поскольку модуляция САР не использует частотный диапазон аналогового телефонного канала, то существует возможность с помощью фильтров разделить полосу пропускания телефонной медной линии на две составляющие: высокочастотную использовать для передачи данных, а низкочастотную составляющую — для обычного аналогового телефонного канала. Устройства, которые необходимы для такого разделения, называются разделителями, или потс-сплитерами (от английского POTS splitter — разделитель телефонного канала).

Изначально понятие DSL использовалось только в связи с передачей данных по симметричным медным линиям и приравнивалось к BRI-ISDN (Basic Rate Interface Integ­rated Services Digital Network). Со временем варианты радиолиний Wireless Local Loop стали также называть DSL, например, Wireless DSL, AirDSL, skyDSL. Были введены сокращения FDSL (Fiber DSL-DSL на ВОЛС) и PDSL (Powerline DSL-DSL на линиях электропитания). На рисунке 5.19 приведена часть классификации технологий xDSL. Далее будем рассматривать только те технологии, в которых в качестве среды передачи используются симметричные медные кабели. Здесь технологии можно разделить по количеству используемых пар и по методу разделения передачи в разных направлениях.

Самое простое решение — передача в прямом и обратном направлениях (прямой: от АТС к абоненту, обратный: от абонента к АТС) по разным парам (пространственное уплотнение), то есть каждая пара осуществляет передачу только в одну сторону, отсюда и название — симплекс. Симплексной является технология UDSL (Unidirectional DSL).

Большая же часть технологий является дуплексной, то есть передача осуществляется по одной паре в прямом и обратном направлениях. Разделение осуществляется с помощью эхо-компенсации или частотного разделения. При полудуплексе передача ведется по одной паре, но не одновременно. В зависимости от времени, необходимого для передачи в обоих направлениях, возможно разделение по постоянной и переменной сетке. Основными представителями полудуплексных технологий являются VDSL (Very high bitrate DSL) с использованием TDD (Time Division Duplex), японский вариант ISDN с TCM (Time Compression Multiplexing) и EtherLoop (рис.5.19).

Дуплексные технологии xDSL можно разделить также по соотношению скоростей передачи в прямом и обратном направлениях. Если скорости в прямом и обратном направлениях одинаковые, то говорят о симметричных xDSL. В асимметричных технологиях (ADSL — Asymmetric DSL) скорость передачи в прямом направлении значительно выше, чем в обратном. Есть также Reverse ADSL — обратная ADSL, в которой скорость в обратном направлении больше, чем в прямом.

К симметричным технологиям относятся DSL, IDSL, HDSL, SDSL, MDSL, HDSL2. HDSL (High bitrate DSL) — один из важнейших представителей симметричных технологий. Эта технология была стандартизирована в ANSI (American National Standards Institute) и ETSI (European Technical Standards Institute). Она может использоваться для работы по одной, двум и трем парам. В ней применяется кодирование 2B1Q или CAP. Все разновидности технологий HDSL нашли всемирное применение.

Наиболее ранними являются технологии DSL и IDSL, которые реализуют интерфейс BRI-ISDN. Различие между ними состоит в возможности подключения к аналоговой линии.

Поиск возможности передачи Т1 (1554 Кбит/с) по одной паре на максимальное расстояние 3,65 км привел к разработке HDSL2, где были применены различные спектры сигналов в прямом и обратном направлениях. В технологии HDSL2 используется модуляция TC-PAM (Trellis Coded Pulse Amplitude Modulation — импульсная амплитудно-фазовая модуляция с кодированием треллис), которая считается наиболее перспективной.

Технология SDSL (Single Pair DSL) по своей сути является технологией HDSL, но для одной пары. В зависимости от вида применяемой модуляции она обеспечивает скорости от 384 до 2304Кбит/с (с возможным растром 64 Кбит/с).

Чаще всего полная скорость (2304 Кбит/с) не нужна или на этой скорости необходимая дальность не достигается. Поэтому появились новые системы, которые заполнили «зазоры в скоростях», такие как MDSL (скорости от 144 Кбит/с до 784 Кбит/с) и MSDSL (144...2320 Кбит/с). MDSL расшифровывают по-разному: Medium speed DSL, Medium bitrate DSL, Mid range DSL, Multiline DSL. MSDSL означает Multi Speed DSL. Для того, чтобы подчеркнуть возможность ступенчатого регулирования скорости, применяют обозначение RADSL (Rate Adaptive DSL). В зависимости от технического выполнения возможно ручное или автоматическое установление оптимального значения скорости, которая зависит от качества линии.

Если симметричные технологии ориентированы на деловой сектор, то асимметричные — на квартирный. Это обусловлено разными требованиями в этих секторах. Для делового сектора важнейшим является обеспечение высоких скоростей обмена данными; для квартирного сектора более важной является возможность одновременного ведения телефонного разговора и передачи данных, но нет необходимости в высоких скоростях, особенно в обратном направлении.

Асимметричная технология ADSL — самая известная из всех xDSL обеспечивает скорости 1554–8448 Кбит/с в прямом направлении и 16–640 Кбит/с в обратном. Для поддержки аналоговой телефонии технология требует установления сплиттера, который разделяет спектры цифровых сигналов (данных) и аналоговых сигналов речи. Первые линии ADSL могли работать только на постоянных скоростях, теперь существуют решения, которые могут автоматически регулировать скорость передачи в зависимости от качества линии. Применение ADSL на практике показало, что установления сплиттеров требует больших затрат и связано с некоторыми неудобствами. Это привело к поиску технологии ADSL, которая могла бы обходиться без сплиттера. Технологии, которые не требуют установления сплиттера на абонентской стороне (как правило, за счет меньших скоростей), были нормированы ITU-T и получили название G.Lite (или ADSL.Lite или DSL.Lite).

Характеристики наиболее распространенных технологии xDSL приведены в табл. 5.3.

Таблицa 5.3. Характеристики технологий xDSL

Технология	Метод передачи	Режим роботи	Кодирование	Скорость обмена, Кбит/с		Число пар кабеля	Макси­мальная дальность, км/диаметр жилы	Принятый стандарт	Область применения	Особенности технологии
				Обратный поток	Прямой поток
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
DSL (Digital Sub­scriber Line)	4-х уровневая АИМ	Симметрич­ный дуплекс	2B1Q	160		2	1,5/0,5	ITU-T G.961	ISDN, передача речи и дан­ных, с поддержкой анало­говой телефонной линии	Связывает терминал ISDN с коммутационной системой
IDSL (ISDN DSL) ISDN	4-х уровневая АИМ	Симметрич­ный дуплекс	2B1Q	128		2	7,5-8/0,5	ITU-T G.961	ISDN без поддержки ана­логовой телефонной линии	Трафик от терминальных адаптеров и маршрути­заторов ISDN передается непосредственно в сеть коммутации пакетов без применения коммутаторов
HDSL (High bitrate DSL)	Квадратурная АФМ (4-х уровневая АИМ)	Симметрич-ный дуплекс	САР8, CAP16, CAP32, CAP64, (2B1Q)	768, 1024 с использова­нием одной пары 2048 двух пар		2; 3	4-6/0,4-0,5 18-20/1,2	ITU-T G.961, G.991.1 ETSI TS101 135 (V.1.5.1) ANSI TR 28	Доступ к ISDN серверам, связь фрагментов локальных сетей по Е1 (2048 Кбит/с) или Т1 (1554 Кбит/с), речь в цифровом виде (через интерфейс Е1)	Использование кабеля без подбора параметров и симметрирования
SDSL (Single Pair DSL)	Квадратур-ная АФМ без передачи несущей	Симметрич-ний дуплекс	САР8.САР16, CAP32, CAP64, ТС-РАМ	384-2304		1 (2)	3-4(4-6)/ 0,4-0,5 10-12/1,2	ITU-T G.991.2 "G.shdsl" ETSI TS 101 524-1 TS101 524-2	Доступ к сетям IP/FR/ ISDN/ATM, связь между базовыми станциями мобильных сетей, соединение АТС потоками Е1	Использование кабеля без подбора параметров и симметрирования
VDSL (Very High bitrate DSL)	ОГС (передача при помощи ортого­нального гармо­ничного сигнала)	Асимметрич­ный дуплекс	DMT (Discrete Multi-tone) (CAP32, CAP64, CAP 128)	1500-12000	2300-51000	1 (ВОЛС)	1-1,5/0,5	ITU-T "G.vdsl" ETSI TS 101 270-1 (V.1.2.1) TS 101 270-2 (V.1.2.1) ANSI T1E1.4-004	Электронная почта, локальная сеть, высокоскоростной доступ к серверам видео по запросу, TV высокого качества	Высокое качество видео
ADSL (Asymmetric DSL)	Квадратурная АФМ (ОГС)	Асимметрич­ный дуплекс	САР8.САР16, DMT	16-640	1554-8448	1	2,7/0,5	ITU-T "G.dmt" ETSI TS 101 388 (V.1.2.1) ETR 328 ANSI T1.413	Доступ к Internet, локаль­ная сеть, обычное видео, электронная почта, поддержка аналоговой телефонной линии при наличии сплиттера	Борьба с узкополосными и сосредоточенными по спектру помехами,

Продолжение таблицы 5.3. Характеристики технологийxDSL

Технология	Метод передачи	Режим роботы	Кодирование	Скорость обмена, Кбит/с		Число пар кабеля	Макси­мальная дальность, км/диаметр жилы	Принятый стандарт	Область применения	Особенности технологии
				Обратный поток	Прямой поток
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
ADSL lite	Квадратурная АФМ (ОГС)	Асимметрич­ный дуплекс	CAP8, DMT	384	1554	1	3/0,4	ITU-T G.992.1 "G.lite" ETSI TS 101 3881 (V.1.2.1) ETR 328 ANSI T1.413	Доступ к Internet, электронная почта, мультимедиа	Упрощенный вариант, ориентована на квартирный сектор
UADSL (Universal ADSL)	Квадратурная АФМ (ОГС)	Асимметрич­ный дуплекс	CAP8, DMT	542	1554	1	3/0,4	ITU-T G.992.1 ETSI TS 101 3881 (V.1.2.1) ETR 328	Доступ к Internet, поддержка plug-and-play, сети ATM/FR	Высокая адаптация к используемому кабелю
RADSL (Rate Adaptive DSL)	Квадратурная АФМ (ОГС)	Асимметрич­ный дуплекс	CAP8, DMT	128-600	1000-7000	1	3/0,5	ITU-T G.992.1 ETSITS 101 3881 (V.1.2.1) ETR 328	Доступ к Internet, сети ATM/FR	Следит за состоянием кабеля (электрические характеристики кабеля, уровень шумов)
MSDSL (Multi Speed DSL)	Квадратурная АФМ (ОГС)	Асимметрич­ный дуплекс	Усовершен­ствованная 2B1Q, CAP32, CAP64, САР 128	144-2300		1	3,4-4,7/0,5 11-13/1,2	ITU-T G.962	Высокоскоростной доступ к сетям IP/FR/ISDN/ ATM, видео конференции, связь между базовыми станциями мобильных сетей, объединение АТС потоками Е1	Согласование с выделенной линией и адаптация по мощности, скорости передачи, методу кодирования, уровню приема
HDSL-2	Импульсная АФМ с ко­дированием треллис	Симметрич­ный дуплекс	ТС-РАМ	2300		1	3-4/0,4	ANSI T1E1.4-006	Высокоскоростной доступ к сетям IP/FR/ISDN/ ATM, видео конференции, объединение локальных сетей в корпоративные	Наилучшая электомаг-нитная совместимость для абонентских линий в многопарном кабеле