Проектирование систем абонентского доступа на основе технологии ADSL для Мичуринского регионального центра связи

1.3.4 Факторы, влияющие на параметры качества ADSL

Можно выделить две группы факторов влияющих на параметры качества ADSL:

- влияние параметров абонентской кабельной пары,

- влияние со стороны пары модем-DSLAM.

Наиболее интересным для эксплуатации фактором, непосредственно влияющим на параметры качества ADSL, являются параметры абонентской кабельной пары. Поскольку абонентский кабель и его параметры не привносится технологией ADSL извне, а уже имеется у оператора.

Базовые параметры абонентской пары полностью описаны в нормативных документах и хорошо известны. К основным базовым параметрам можно отнести:

- наличие постоянного/переменного напряжения на линии;

- сопротивление абонентского шлейфа;

- сопротивление изоляции абонентского шлейфа;

- емкость и индуктивность абонентского шлейфа;

- комплексное сопротивление линии на определенной частоте (импеданс линии);

- симметрию пары в смысле омического сопротивления.

Значения перечисленных параметров определяют качество абонентской пары, и уже на этом основании можно говорить, что они важны для паспортизации кабелей под ADSL.

Кроме базовых параметров существуют специализированные параметры кабеля. Процедурно специализированные параметры отличаются от базовых тем, что любые измерения этих параметров всегда опираются на методики частотного тестирования линии. Согласно данным методикам для диагностики абонентского кабеля следует подать тестовый специализированный сигнал (воздействие) и анализировать качество прохождения такого сигнала по линии (отклик).

К специализированным параметрам относятся:

- затухание в кабеле;

- шум в широкой полосе частот и отношение сигнал/шум;

- амплитудно-частотная характеристика (АЧХ);

- переходное затухание на ближнем конце;

- переходное затухание на дальнем конце;

- импульсные помехи;

- возвратные потери;

- симметрия пары в смысле неравномерности характеристик передачи.

Еще один фактор, непосредственно влияющий на параметры качества ADSL на уровне абонентского кабеля, - наличие в кабеле неоднородностей. Любые неоднородности в абонентском кабеле негативно сказываются на параметрах передачи. В случае передачи широкополосного сигнала через параллельную отпайку передаваемый сигнал сначала разветвляется, а затем отражается от несогласованного конца отпайки. В результате на стороне приемника два сигнала - прямой и отраженный - накладываются друг на друга, причем отраженный сигнал может рассматриваться как шумовой.

Уровень деструктивного влияния отраженного сигнала будет напрямую зависеть от уровня отражения на отпайке. Из теории сигналов уровень отражения будет тем выше, чем больше частота передаваемого сигнала. В результате любые системы широкополосной передачи оказываются очень чувствительными к любым неоднородностям в кабеле. В случае ADSL чувствительность к неоднородностям немного компенсируется адаптивной подстройкой пары модем-DSLAM, так что наличие отпаек не отменяет возможность передачи. Но в случае отпайки скорость передачи ADSL резко падает, что позволяет производителям оборудования и системщикам выдвигать требования о недопустимости никаких неоднородностей в кабеле для ADSL.

Увлекшись темой диагностики абонентских пар, многие специалисты готовы приравнять эксплуатацию ADSL к задаче диагностики кабелей. Но это неправильно. На общие параметры качества доступа ADSL влияет эффективность работы пары модем-DSLAM. Здесь сказывается несколько факторов.

1. Технология ADSL предусматривает технологическую независимость

параметров DSLAM и модема, эти устройства могут быть разного производства. Любые варианты нестыковки в паре модем-DSLAM должны

сказываться на качестве доступа ADSL.

2. Фактор нестыковки на уровне «рукопожатия» может проявиться в том,

что модем и DSLAM могут установить не самый эффективный режим работы и обмена данными.

3. На уровне диагностики соединения фактор нестыковки может привести

к неправильной настройке эквалайзеров и эхокомпенсаторов, что скажется на параметрах скорости передачи. Здесь же может присутствовать фактор нарушения в работе только одного устройства. Например, сама процедура настройки эхокомпенсатора в модеме может оказаться некорректной и могут возникнуть нарушения. Аналогичные нарушения могут быть вызваны некор-ректной работой процедур выравнивания уровня сигнала в DSLAM и т.д.

4. Аналогичные проблемы могут быть обусловлены нестыковкой на уровне диагностики канала. Здесь нарушения в процессе согласования схем кодирования и любые сбои в работе алгоритмов диагностики SNR могут привести к ухудшению качества подключения ADSL.

1.4 Развитие ADSL. Технологии ADSL2, ADSL2+, READSL2

1.4.1 Технология ADSL2

Технология ADSL2 оформилась в виде стандарта в 2002 г. В основе ADSL2 была использована традиционная технология ADSL, но в рамкахADSL2 были сделаны доработки для повышения эффективности.

Итак, в технологию ADSL2 были внесены следующие дополнения ADSL:

- модернизация алгоритма модуляции и схемы кодирования и повышение эффективности работы физического уровня;

- внедрение алгоритма управления мощностью передачи;

- оптимизация процедуры инициализации модема;

- функции диагностики абонентского кабеля в процессе работы пары модем-DSLAM;

- разработаны три новых механизма адаптации процесса передачи данных к нарушениям в параметрах абонентской линии;

- разработана схема работы ADSL2 только в режиме цифровой передачи, без аналогового телефонного сигнала;

- режим быстрого запуска модема позволил существенно сократить время восстановления обмена данными в ADSL2.

Важным для практики нюансом технологии ADSL2 является реализация в рамках этой технологии режима управления мощностью передачи. Напомним, что для ADSL не предполагался «спящий» режим модема. Модем ADSL всегда активен, за счет чего увеличиваются в целом энергопотребление на стороне пользователя и уровень переходных помех в кабеле. В технологии ADSL2 были установлены три режима работы устройства:

- L0 - режим максимальной мощности передачи (используется в случае передачи высокоскоростного трафика);

- L2 - режим низкого энергопотребления (соответствует передаче фонового трафика, например трафика Интернет);

- L3 - «спящий режим» (включается, когда абонент не использует ADSL).

В технологии появляется диагностика параметров абонентской пары. Измеряются наиболее критичные параметры пары: уровень шума, уровень затухания сигнала, отношения сигнал/шум и пр. Согласно стандарту измерения проводятся с двух сторон линии, со стороны модема и со стороны DSLAM. Причем допускается ситуация, когда качество линии таково, что установить по ней связь по ADSL нельзя, но можно включить диагностический режим. Вообще, для диагностики имеют место три режима:

- диагностика в процессе передачи данных;

- диагностика в процессе инициации модема, во время настройки параметров пары модем-DSLAM;

- диагностика в специальном режиме, позволяющем выполнить полный

спектр измерений.

Согласно стандарту ADSL2 в процессе работы пары модем-DSLAM диагностируются следующие параметры абонентской пары:

- характеристика канала на каждой несущей - эквивалент АЧХ;

- уровень шумов на каждой несущей;

- отношение сигнал/шум на каждой несущей;

- затухание в линии;

- затухание сигнала;

- запас по соотношению сигнал/шум;

- максимальная скорость передачи данных;

- уровень наведенной мощности на ближнем конце;

- уровень наведенной мощности на дальнем конце.

Еще одним важным следствием развития технологии ADSL2 явилось появление трех новых алгоритмов адаптации процесса передачи ADSL к условиям передачи сигналов ADSL. Рассмотрим еще три алгоритма, позволяющие еще лучше адаптировать ADSL к любым условиям передачи сигналов.

Алгоритмы работают по одному принципу, позволяют без нарушения связи подстроить режим передачи пары модем-DSLAM таким образом, чтобы компенсировать влияние вновь появившейся помехи. Этим данные алгоритмы отличаются от уже известного нам 256DMT/QAM, обеспечивающего подстройку параметров пары модем-DSLAM перед началом обмена. Таким образом, имеется возможность компенсировать нерегулярные помехи, связанные с переходными помехами, явлениями интерференции, импульсными шумами и пр., т.е. наиболее «капризные» помехи.

Всего в технологии ADSL были разработаны три алгоритма адаптации.

1. Алгоритм Bit Swapping1 (BS), суть которого состоит в том, что при возникновении селективной помехи трансиверы используют резерв в канале передачи, «перетаскивая» данные с поврежденных несущих на

более благополучные.

2. Алгоритм объединения данных (Dynamic Rate Repartitioning, DRR), который позволяет компенсировать разницу в задержках данных от разных каналов передачи за счет изменения параметров настройки мультиплексоров.

3. Алгоритм адаптации скорости передачи (Seamless Rate Adaptation, SRA) позволяет выровнять скорости различного трафика за счет изменений настроек того же управляющего мультиплексора.

Алгоритм BS присущ самой технологии ADSL2 и является обязательным в реализации на всем оборудовании ADSL2. Два других алгоритма считаются дополнительными, поскольку связаны с управляющими командами от различных приложений.

Лучше всего иллюстрировать работу алгоритма BS примером. На верхнем (рис.1.8) представлена ситуация возникновения помехи, которая воздействует на некоторые несущие. Согласно традиционному алгоритму

адаптации 256DMT/QAM для уменьшения влияния данной помехи мы должны уменьшить уровень QAM на пораженных несущих. Опыт показывает, что соответствующее уменьшение скорости передачи не всегда адекватно уровню помехи. Это определяется тем, что QAM регулируется в высшей степени дискретно. Например, если на всех несущих используется модуляция QAM-4096, что соответствует 12 битам на один передаваемый символ, то согласно 256DMT/QAM мы должны перейти на уровень, например, QAM-1024, для которого скорость передачи будет уже 10 бит на символ. Это эквивалентно уменьшению SNR на данной несущей на 6 дБ. Но уменьшение скорости может не соответствовать реальному уровню SNR на пораженных несущих. Алгоритм BS предлагает альтернативное решение рассматриваемой проблемы. На всех непораженных несущих существует определенный резерв пропускной способности, связанный с разницей между реальной скоростью передачи данных на несущей и максимально допустимой. В алгоритме BS предполагается «перетащить» пораженные помехой символы на резервные места в структуре сигнала (см. рис.1.8). В результате такого «перетаскивания» скорость обмена не уменьшается, но адаптация к существующей помехе выполняется в полной мере.

Технология ADSL2 немного улучшила ситуацию с переходными помехами за счет внедрения «спящего» режима в работе модемов.Тем не менее, фактор взаимного влияния пар друг на друга есть и остается ограничением на потенциальное число абонентов в пучке.

Специфика переходной помехи заключается в том, что в случае установления слабой связи между парами, работа абонента ADSL в одной паре приводит к появлению широкополосного шумового фона в другой паре, так как шум от переходной помехи логично проявляется во всем рабочем диапазоне частот ADSL. И чем будет больше связей между парами, тем меньше окажется абонентов в пучке. Помочь может алгоритм BS, следствием которого является «перетекание» сигналов между связанными парами в пучке в разные диапазоны (рис.1.9)

Алгоритм объединения данных (Dynamic Rate Repartitioning, DRR) позволяет компенсировать разницу в задержках данных от разных каналов передачи за счет изменения параметров настройки мультиплексоров. Смысл этого алгоритма заключается в том, что он позволяет внутри одного потока данных ADSL установить несколько каналов передачи данных с целью регулирования задержки передачи для каждого канала (рис.1.10). Это особенно востребовано в концепции Triple Play, где разные категории трафика имеют разные требования к задержке в процессе передачи.

Передача данных в целом некритична к задержке, тогда как передача речевой информации очень критична к этому параметру. Алгоритм DRR предусматривает в начале работы ADSL предоставление всей полосы передачи потоку LP1, поскольку вначале нет необходимости передачи голосовой информации. Но с появлением первого вызова CVoDSL (передача голоса в системе DSL по выделенному каналу) часть полосы передачи с высоким приоритетом отводится передаче голоса, а полоса передачи, отводимая данным, уменьшается. Появление второго вызова еще больше уменьшает полосу для передачи данных, поскольку передача голоса в алгоритме DRR является более приоритетной. Как только вызовы CVoDSL заканчиваются, вся полоса снова отводится передаче данных.

Таким образом, в технологии ADSL2 был реализован механизм распределения ресурсов канала передачи ADSL между разными категориями трафика, что само по себе делает серьезный шаг вперед по пути адаптации ADSL к концепции Triple Play.

Рисунок 1.10 - Алгоритм объединения данных

Еще одним дополнительным адаптивным алгоритмом, реализованным в технологии ADSL2, является алгоритм адаптации скорости (Seamless Rate

Adaptation, SRA).

Рассмотрим случай, когда на канал передачи воздействует нерегулярная помеха (рис.1.11), например радипомеха от внешнего источника. Эта помеха присутствует только в течение ограниченного времени. В традиционной технологии ADSL реакция в системе доступа будет следующей. Радиопомеха вызывает повышение уровня шумов во всем диапазоне или в его части. Как следствие, с существующими параметрами настройки передать информацию оказывается невозможным. Модем начинает перезагрузку и повторную инициацию. Инициация занимает в среднем 10 с. В процессе инициации пара модем-DSLAM устанавливает новые параметры обмена и новую совокупную скорость передачи в канале. Даже если после этого радиопомеха исчезнет, скорость обмена останется меньше той, которая была установлена изначально.

Алгоритм SRA (см. рис.1.11) выполняет подстройку скорости в режиме реального времени без необходимости перезагрузки модема. Для этого устанавливается режим изменения схемы модуляции без влияния на параметры циклового синхронизма, что в традиционной технологии ADSL не предполагалось. В результате применения алгоритма SRA при появлении радиопомехи скорость обмена данными уменьшается, но как только помеха устраняется, скорость принимает начальное значение.

Широкая популярность технологии VoDSL привела к необходимости предусматривать варианты использования ADSL только в «цифровом режиме», без выделения ресурса под передачу сигнала традиционной телефонной связи (рис.1.12). Основным преимуществом при переводе ADSL в чисто цифровой режим работы является увеличение скорости передачи данных по линии вверх, что оказывается крайне востребованным для любых приложений VoDSL.

1.4.2 Технология ADSL2+, READSL2

Технология ADSL2 означала реформирование традиционной технологии ADSL. Ее последователи - ADSL2+ и READSL2 - преследовали более прикладные цели: расширение полосы передачи и зоны покрытия услугами. Тот факт, что технология ADSL2+ была стандартизирована в 2003 г., т.е. через год после ADSL2, показывает, что никаких новых технологических прорывов здесь не было сделано.

Единственное, что отличает технологию ADSL2+ от ADSL2 - это диапазон работы. Традиционная технология ADSL и ADSL2 работали в диапазоне до 1,1 МГц, а для расширения полосы передачи в технологии ADSL2+ было предложено просто увеличить диапазон работы вдвое, т.е. до 2,2 МГц. В результате увеличилось количество несущих DMT и, как следствие, увеличилась совокупная скорость передачи.

Напомним, что для традиционной технологии ADSL обязательной скоростью по линии вниз являлась скорость 6,144 Мбит/с, а максимально допустимой - 8 Мбит/с. Для ADSL2 соответствующие параметры составляли 8 и 15 Мбит/с. Для ADSL2+ параметры увеличились соответственно до 16 и 24,5 Мбит/с.

Следует отметить, что все преимущества ADSL2+ в части более высокой скорости обмена, актуальны только для пользователей, расположенных вблизи узла связи. При удалении абонента на 2,5 км разницы между технологиями ADSL2и ADSL2+ не существует, более того, небольшие оптимизации в цикловой структуре и схемах кодирования, принятые в ADSL2+, привели к тому, что эта технология даже несколько хуже, чем ADSL2 работает на протяженных абонентских линиях. Никаких других принципиальных отличий в технологиях ADSL2 и ADSL2+ не существует. Но необходимо учесть, что все перечисленные в предыдущем разделе технологические новшества ADSL2 применяются и в технологии ADSL2+ .

Так же мало, как о технологии ADSL2+ можно сказать о READSL2. Эта технология ставила своей задачей обеспечить большую зону покрытия услугами ADSL пользователей, удаленных от узла связи. За счет чего достигается дальность технологии READSL2. Принцип довольно простой: использовать ту же мощность, что имеет ADSL, но в меньшем диапазоне. За счет этого технология READSL2 способна покрывать большие расстояния При этом в самой технологии нет ничего особенного, поскольку она не позволяет предоставлять удаленным абонентам большую скорость. Существует зависимость скорости передачи (рис.1.13) для абонентов ADSL

и READSL2 от длины абонентской линии. Видно, что «битва» идет за абонентов, удаленных от узла связи более 5 км. На таком расстоянии скорость ADSL стремительно падает, a READSL2 продолжает работать, в чем и есть ее главное преимущество.

Среди рассмотренных технологий семейства ADSL следует выбрать оборудование, поддерживающее ADSL2+. Эта технология наиболее эффективно использует существующую абонентскую пару в кабеле. READSL2 обеспечивает максимальную дальность, но подключение оборудования с поддержкой READSL2 возможно после большого количества предварительных заявок от абонентов, удаленных от узла связи.

2 ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Анализ оснащенности участка проектирования

В Мичуринском региональном центре связи в качестве магистральных линий связи применяются как симметричные кабели (МКПАШп, МКСАШп и т. д.) различной емкости, так и волоконно-оптический кабель, который существует еще не на всех участках (рис. 2.1). Если сеть магистральной связи организована с использованием волоконно-оптической линии связи (ВОЛС), то на участке обязательно действует симметричный кабель. Наличие медного кабеля обусловлено резервированием, а также необходимостью организации различных видов связи (линейно-путевая связь, перегонная связь, аварийно восстановительная связь и т.д. ) непосредственно на перегоне.

Тип волоконно-оплического кабеля, применяемого на участках связи ОКМС-А-4/2(2,4) Сп-12(2)/4(5):

- ОКМС- оптический кабель магистральный самонесущий;

- защитные покровы А- обмотки из арамидных нитей;

- внешняя оболочка - полиэтиленовая (в обозначении не указывается);

- число ОМ в кабеле - 6, в том числе 4 - с оптическими волокнами и 2 - заполняющих (без волокон);

- номинальный наружный диаметр ОМ - 2,4 мм;

- центральный силовой элемент кабель Сп - стеклопластиковый пруток;

- число оптических волокон - 16, в том числе 12 типа G.652, и 4 - G.655;

- тип оптического волокна (2) - G.652, (5) - G.655.

Сеть магистральной связи организована с использованием ВОЛС и систем передачи, построенных на основе мультиплексоров SDH типа STM-4, STM-16, размещаемых на расстоянии 60-80 км. Передача данных в сети магистральной связи осуществляется с использованием концентраторов и маршрутизаторов.

Страницы: 1, 2, 3