Модемы для физических линий

В табл. 3.1 проиллюстрированы требования к скорости передачи при организации дос­тупа к сетям связи. На сегодняшний день наиболее распространенными скоростями включе­ния в сеть являются потоки от 64 кбит/с до 2 Мбит/с.

Таблица 3.1. Рекомендации по скорости передачи при включении в сеть

Для организации высокоскоростного доступа по существующим медным линиям приме­няются модемы для физических линий. Необходимо отметить, что длина линий, по которым работают модемы, часто превышает обычную длину абонентских телефонных линий. Это свя­зано с тем, что количество узлов сетей передачи данных обычно меньше, чем число телефон­ных станций. Поэтому абонент сети передачи данных подключается по прямому проводу, включающему собственно абонентскую линию, а также участок соединительной линии между АТС и узлом сети. Исходя из опыта, можно говорить о типовой длине медной линии от або­нента до узла сети в 5-15 км.

Рис.3.2. Подключение к сети передачи данных посредством модема для физических линий 52

Наиболее современные технологические решения, применяемые в модемах для физи­ческих линий, берут свое начало от технологий DSL (Digital Subscriber Loop). Термин DSL поя­вился впервые в технологии ISDN (ЦСИО). Идеология построения сети ISDN сходна с обычной коммутируемой телефонной сетью, однако к абоненту подводится не аналоговый канал, как в обычной сети. а цифровой со скоростью от 64 до 144 кбит/с. Далее абонент может преобра­зовать этот поток в обычный телефонный (голосовой) канал или подключить к сети компьютер непосредственно "цифра к цифре". При разработке технологии ISDN созданы комплекты микросхем и методы кодирования, позволяющие транслировать потоки 64 кбит/с, 128 кбит/с, 2 Мбит/с по обычным медным парам, которые ранее использовались для аналоговой переда­чи телефонного разговора.

Первая технология, которая может помочь использовать существующие линии связи для цифровой передачи со скоростью до 128 кбит/с, получила название DSL - цифровая або­нентская линия (ЦАЛ)- В ходе разработки аппаратуры DSL создана технология линейного ко­дирования, называемая 2B1Q. Ее использование позволяет организовать дуплексную переда­чу информации со скоростью до 160 кбит/с на одной медной паре. Типичная дистанция (то есть максимальная длина линии, на которой может работать аппаратура) для этой техноло­гии: 7,5 км при диаметре жилы кабеля 0,5 мм.

Очень важным аспектом для практического внедрения технологии DSL в сетях передачи данных стал тот факт, что крупнейшие производители интегральных микросхем наладили массовый выпуск комплектов БИС. реализующих технологию 2B1Q для скорости 160 кбит/с (так называемый U-chip). Следствием этого стала возможность разработки и производства модема для физической линии, основанного на тех же комплектах БИС, что и системы DSL для сети ISDN. Таким образом, новое поколение модемов получилось не только оптимальным по дистанции работы, но и существенно более экономичным с точки зрения себестоимости.

В табл. 3.2 приведены некоторые данные о различных модемах для физических линий. Как видно из таблицы, большинство изделий основано на технологии DSL и имеют схожие технические характеристики.

Таблица 3.2. Характеристики модемов для физических линий

· с применением трех регенераторов

Типичным примером модема, основанного на технологии DSL, можно назвать аппарату­ру NTU-128, производимую для российской компании НТЦ НАТЕКС заводами TAICOM DATA SYSTEMS. Дистанция работы этого модема в зависимости от диаметра жилы, пары, исполь­зуемой для передачи приведена в табл. 3.3.

Модем NTU-128 поддерживает синхронный дуплексный обмен на скоростях от 48 до 128 кбит/с с пользовательскими интерфейсами V.24 (RS232), V.35 или G.703.

Конструктивное исполнение модемов - автономное, либо "стоечное", то есть модемные модули (до 16 шт.) устанавливаются в кассету стандартного размера 19". Оба исполнения модемов имеют ЖК дисплей для удобства конфигурирования и диагностики. Поскольку кассе­ты 19-дюймового стандарта часто монтируются в помещениях АТС, для них предусмотрено два варианта электропитания: 220 В и 60 В. Источник питания в кассете - резервированный, для повышения надежности.

Таблица 3.3. Дистанции работы модема NTU-128

Модемы NTU-128 зарекомендовали себя как надежные и простые в эксплуатации, спо­собные работать на кабелях низкого качества, в том числе составных, с большим количест­вом отражений.

Рис. 3.3. Внешний вид модема NTU-128

Однако, усовершенствование модемов, использующих технологию 2В 1Q, продолжается. До сих пор главным ограничением использования модемов для физических линий была огра­ниченная дистанция - около 7-10 км. В 1997 году. благодаря разработке интеллектуального регенератора, НТЦ НАТЕКС сумел существенно расширить диапазон использования модемов типа NTU-128. Устанавливая регенератор через каждые 7,5 км кабеля (для кабелей с диамет­ром жилы 0,5 мм), можно создать цифровые тракты протяженностью до 30 км!

Модемы для физических линий часто применяют для объединения локальных сетей уда­ленных офисов (см. рис. 3.4). Если длина прямого провода, используемого для этой цели, превышает допустимые значения (см. табл. 3.3), по трассе прямого провода устанавливаются регенераторы. При этом в городах, где прямой провод проходит через кроссы нескольких АТС, регенераторы устанавливают в помещениях кроссов, электропитание (48 В или 60 В) подается от станционных батарей. Регенераторы могут быть смонтированы также в распре­делительных шкафах.

Рис.3.4. Применение модемов для физических линий для соединения ЛВС по прямым проводам

На пригородных направлениях актуальной задачей является организация цифровых трактов на магистральных кабелях типов МКСБ, КСПП и других, используемых как линейная среда для аналоговых систем передачи типов К-12, К-24, К-60. Магистральный кабель имеет достаточно толстую жилу (1,2 мм) и разбит на усилительные участки (для аналоговой аппара­туры) с установкой НУПов (необслуживаемый усилительный пункт) и/или ОУПов (обслуживае­мый усилительный пункт). Пункты усиления располагаются каждые 15-25 км (в зависимости от типа аппаратуры). Модемы NTU-128 имеют регенерационные участки большей длины (см. табл. 3.3). Поэтому одна или несколько пар магистрального кабеля может быть использована для создания цифрового тракта с применением NTU-128 и установкой регенераторов в суще­ствующих НУПах. (см. рис. 3.5).

Рис. 3.5. Создание цифрового тракта на магистральном кабеле

Так как магистральная аналоговая аппаратура уплотнения обеспечивает дистанционное питание промежуточных усилителей, в НУПах, как правило, не предусмотрено электропита­ние. Для дистанционного питания регенераторов NTU-128 применяются блоки питания обо­рудования абонентского уплотнения TOPGAIN-4-NATEKS. Дистанционное питание подается с обеих сторон линии, обеспечивается электропитание до 4-х регенераторов с каждой стороны. На практике опробована установка 7-ми регенераторов с дистанционным питанием, при этом достигнута дальность работы 240 км (кабель МКСБ).

Существует ряд приложений, когда требуемая скорость передачи данных превышает 128 кбит/с, однако технология HDSL не применима из соображений необходимой дальности работы (HDSL, даже с технологией CAP, обеспечивает меньшую дальность, чем NTU-128, из-за много большей линейной скорости). В таких случаях применяют модемы для физических линий на скорость 384 кбит/с или 768 кбит/с. Такие модемы производятся фирмами Schmid Telecom, RAD, ASCOM, SAT, NATEKS. Дистанция передачи в них больше, чем в модемах HDSL, но ниже (на скоростях выше 128 кбит/с), чем в модемах DSL

В табл. 3.4 приведена зависимость дистанции передачи от диаметра жилы и скорости передачи для модема NTU-384.

Таблица 3.4. Дистанция передачи у модема NTU-384

Для более высоких скоростей доступа используются модемы с технологиями HDSL, SDSL. ADSL. VDSL. Эти технологии рассмотрены в [29]. В Приложении 1 перечислены основ­ные технологии высокоскоростной передачи на "последней миле".

3.4. Модемы "голос+данные"

Довольно часто встречается ситуация, когда ввиду дефицита кабельных линий выделе­ние отдельной пары под включение в сеть передачи данных требует от абонента отказа от одной из телефонных линий. В условиях растущего спроса на услуги такая ситуация повторя­ется чаще и чаще. Кроме того. если оператор сети передачи данных не является одновре­менно собственником абонентской распределительной сети, использование дополнительной пары для включения в сеть означает необходимость арендных платежей.

Для решения перечисленных выше проблем разработаны специальные модемы, полу­чившие название "голос+данные" (Data over Voice).

В модемах "голос+данные" применяются несколько различных технологий. Первая из них реализовала достаточно простую идею переноса спектра, используемого для передачи данных, в высокочастотную область. То есть данные как бы передавались "над голосом" -отсюда и название (дословный перевод Data over Voice означает "Данные над голосом"). Эта технология достаточно проста, недорога в реализации и распространена. Ее главным недос­татком является низкая скорость передачи данных (как правило, до 19200 бит/с в асинхрон­ном режиме) и довольно небольшая дистанция, ограниченная как "голосовой" составляющей соответственно допустимому затуханию в АЛ. так и цифровой частью из-за довольно прими­тивной схемы модуляции. Другой проблемой для модемов такого типа являются импульсные помехи при передаче данных, вызываемые набором номера и другими сигналами абонент­ской сигнализации, передаваемыми по абонентской линии для нужд телефонной связи. Тем не менее, ввиду дешевизны, многие производители до сих пор производят модемы по опи­санной выше технологии. Довольно известны изделия фирм DVM, RAD, ASCOM, а также не­скольких отечественных производителей.

Следующим шагом в развитии технологии "голос+данные" стала разработка модемов с полностью цифровым методом передачи линейного сигнала (рис. 3.6). В таких модемах, соз­данных по технологии DSL, цифровой групповой поток (160 кбит/с) разделяется на три со­ставляющих. Первая часть потока (64 кбит/с) отводится под канал передачи данных, то есть попросту выводится на пользовательский интерфейс 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 сетевого управления) и сигналов телефонной сиг­нализации. Естественно, такой подход к построению модема требует значительных аппарат­ных затрат, не только на реализацию ИКМ-кодека, но и на цепи, обеспечивающие восстанов­ление сигналов абонентской сигнализации (набор номера, вызывной сигнал, различные зум-меры). Из-за этого стоимость готового изделия получается несколько более высокой по сравнению с подходом "Данные над голосом". Тенденции снижения цен на комплектующие (ИКМ-кодеки и U-интерфейсы). правда, могут изменить ситуацию в ближайшем будущем. Преимуществами описанного подхода являются более высокая скорость передачи данных, синхронный режим передачи, цифррвизация, а следовательно, улучшение качества телефон­ной линии, отсутствие сбоев и помех от сигналов сигнализации. Кроме того, при использова­нии регенераторов практически снимаются ограничения на дальность работы аппаратуры.

Модемы "голос+данные" по технологии DSL производятся или планируются к производству большинством фирм, работающих в этой области - ASCOM, RAD, NATEKS, PATTON и др.

Следующим шагом является применение технологий HDSL. Несколько фирм, произво­дящих аппаратуру HDSL с линейным кодированием 2B1Q, анонсировали модемы с встроен­ной функцией передачи голоса, реализованной по описанной выше (для DSL модемов) схеме. Один из временных интервалов (64 кбит/с) отводится под передачу голоса с кодированием ИКМ. Для передачи данных остается 1984 кбит/с. Другой подход реализуют производители модемов HDSL по технологии CAP. Так как модуляция CAP не использует частотный диапазон аналогового телефонного канала, имеется возможность с помощью фильтров разделить по­лосу пропускания телефонной медной линии на две составляющих - высокочастотную ис­пользовать для HDSL передачи, а низкочастотную составляющую - для обычного аналогового телефонного канала. Устройства, необходимые для такого разделения, называются раздели­телями, или потс-сплиттерами (от английского POTS splitter - разделитель телефонного канала), и производятся несколькими фирмами.

Рис. 3.6, Применение модемов "голос+данные"

По мнению многих экспертов, модемы "голос+данные" найдут широкое применение с развитием сети Internet. Уже сегодня ведущие провайдеры услуг Internet используют эти тех­нологии в своих сетях.

4. ТЕХНОЛОГИЯ HDSL И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ В СЕТЯХ ДОСТУПА

"Медь закопана в землю, но далеко еще не мертва"

Поговорка разработчиков HDSL

4.1. Концепция технологий xDSL

За последние 120 лет по всему миру были проложены миллионы километров линий телеком­муникаций из доброй старой меди. Приход цифровой эры, оптоволокна, казалось, положил конец медному кабелю. Однако жизнь распорядилась по другому. Технологии DSL, разрабо­танные для организации высокоскоростной цифровой связи по существующим медным лини­ям, доказали, что уложенный в землю кабель - ценнейший капитал, который еще далеко не время списывать в утиль.

На рис. 4.1. показана эволюция скорости передачи по медно-кабельным линиям от аз­буки Морзе (10 бит/с) до технологий VDSL (51 Мбит/с). Технологии xDSL (DSL - Digital Subscriber Loop) начали свое развитие в 70-х годах созданием устройств доступа BR (Basic Rate) ISDN (160 кбит/с). Эти технологии, обещающие в недалеком будущем массовое вне­дрение оборудования VDSL, позволяют достичь на медном кабеле скоростей передачи, ранее доступных лишь ВОЛС. С разработкой концепции xDSL значительно изменилась идеология развития сетей связи. Раньше широко бытовало мнение, что довести "цифру в каждый дом" можно лишь с помощью массового внедрения оптических кабелей. В настоящее время после практической апробации технологий xDSL, особенно HDSL (см. ниже), у операторов связи появилась уверенность в том, что существующая сеть медных кабелей связи еще долго оста­нется той основой, на которой строится вся телекоммуникационная инфраструктура [29].