Область применения и особенности технологии HDSL-2
• Та же длина РУ, что и в двухпарной HDSL;
• Физическая линия того же качества (величина затухания, число и длина параллельных перемычек, величина переходных влияний, продольная асимметрия линии и др.) , что и в двухпарной HDSL;
• Поддержка услуг, обеспечиваемых двухпарной HDSL;
• Обеспечение столь же высокой отказоустойчивости, что и в случае двухпарной HDSL;
• Снижение стоимости услуг по сравнению с двухпарной HDSL.
Поставленная задача оказалась весьма сложной в первую очередь из-за резко выраженной неоднородности физических линий местной сети (наличия в пределах одной абонентской линии пар с жилами разного диаметра, а также сильных отражений в местах соединения кабелей с жилами разного диаметра. Кроме того, условия работы линий местной сети также часто резко ухудшаются во времени из-за наличия множества переходных влияний, величины которых изменяются во времени и поэтому реально их трудно учесть. В итоге трёх лет работы комитетом T1E1.4 ANSI был разработан временный стандарт T1.E1.4/99-006, определивший первую версию технологии HDSL-2, обеспечившей транспортирование потока Т1 1,544 Мбит/с по одной абонентской паре.
Поставленные перед разработчиками задачи были решены, и благодаря применению специальных корректирующих линейных кодов и методов коррекции были получена система передачи, близкая к теоретическому пределу пропускной способности.
Совсем недавно на рынке технологий xDSL появилась новая разработка, получившая название HDSL2. Следует отметить, что HDSL2 - это не второе поколение HDSL и не замена HDSL с кодом 2B1Q, а скорее дополнение существующей HDSL. которое позволяет передать первичный цифровой поток T1 по одной паре, а также используется в тех случаях, когда, например, требуется перекрыть большую длину линии без применения промежуточных регенераторов.
В оборудовании HDSL- 2 применены новейшие концепции формирования спектра и коды с коррекцией ошибок, что позволяет приблизиться к теоретическому порогу пропускной способности по Шэннону.
Технология HDSL2 имеет следующие преимущества по сравнению с HDSL типа 2B1Q:
1. Лучшие характеристики ( большую длину линии и больший запас по шумам за счёт применения более эффективного кода, механизма предкодирования, более совершенных методов коррекции и улучшенных параметров аналогового интерфейса).
2. Спектрально совместима с другими технологиями xDSL. Поскольку система HDSL2 использует более эффективный линейный код по сравнению с 2B1Q, то при любой скорости сигнал HDSL2 занимает более узкую полосу частот, чем соответствующий той же скорости сигнал 2B1Q. Поэтому помехи от систем HDSL2 на другие системы xDSL имеют меньшую мощность по сравнению с помехами, создаваемыми HDSL типа 2B1Q. Более того, спектральная плотность сигнала HDSL2 имеет такую форму, которая обеспечивает его спектральную совместимость с сигналами ADSL.
Рассмотрим более детально особенности оборудования HDSL2.
Для обеспечения работы по одной паре в режиме Т1/Е1 необходимо расширение полосы частот относительно HDSL. Однако только расширение полосы с некоторым повышением мощности сигнала не может обеспечить требуемых характеристик из-за влияния других систем HDSL2, работающих в том же кабеле, или других систем типа xDSL (например, ADSL) . Как известно, такое взаимное влияние однотипных систем на ближнем конце в соответствии с принятой терминологией называют self NEXT. Повышение мощности сигнала не передаче естественно увеличит мощность сигнала на приёме. Однако пропорционально возрастёт не только величина self NEXT, но и величина .переходного влияния на ближнем конце на системы другого типа ( например, HDSL или ADSL).Напомним, что это последнее влияние на ближнем конце между системами разного типа, работающими в одном кабеле, обычно называют NEXT.
Как известно, в системах xDSL используются два способа передачи - способ передачи с эхо компенсацией и способ передачи с частотным разделением сигналов противоположных направлений передачи (FDM). При первом способе величина перекрываемого затухания ограничена self NEXT. В противоположность методу эхо компенсации метод FDM снимает ограничения, связанные с переходным влиянием self NEXT. Однако такой сигнал подвержен влиянию сигналов других систем ( например, HDSL или ADSL) и в свою очередь может влиять на эти системы из-за более широкой занимаемой полосы частот. Поэтому способ передачи FDM в некоторых случаях даже менее желателен, чем способ эхо компенсации.
В связи с этим для системы HDSL2 был принят новый способ передачи OPTIS (Overlapped Pulse Amplitude Modulated (PAM) Transmission with Interlocked Spectra). В основе этого способа лежит 16-и уровневая амплитудно-импульсная модуляция, причём спектры мощности сигналов каждого из направлений передачи при одинаковой скорости передачи, имеют различную ширину и форму частотного спектра. Можно сказать, что в HDSL2 по существу используется комбинированный метод передачи, представляющий собой сочетание метода эхо компенсации и метода частотного разделения сигналов. Первоначально предполагалось использовать линии HDSL-2 в основном для передачи речи, в связи с чем максимально допустимое время передачи линии было ограничено величиной 500 мксек.. Именно поэтому в качестве метода модуляции был выбран метод амплитудно-импульсной модуляции PAM (Pulse Amplitude Modulation).
Рис.1 Структурная схема линии HDSL2
Система HDSL2 транспортирует сигналы T1(E1) между узлом доступа, который обычно совпадает с местной АТС, и помещением пользователя. Модем узла доступа (по аналогии с прототипом HDSL) обозначается H2TU-C, а модем пользователя - H2TU-R. При необходимости между узлом доступа и помещением пользователя может быть установлен промежуточный регенератор R. На узле доступа модемы H2TU-C множества систем HDSL-2 располагаются в конструктиве мультиплексора доступа DSLAM, т.е., пространственно сближены, в отличие от пространственно разнесённых модемов пользователей H2TU-R. Поэтому переходное влияние на ближнем конце NEXT, которое является определяющим типом помех в системах типа HDSL, использующим метод эхо компенсации, будет практически проявляться только в узле доступа. При этом сигнал нисходящего направления передачи (от сети к пользователю) D/S (downstream) будет основной помехой для сигнала восходящего направления передачи U/S (upstream) на приёме H2TU-C от пользователя. Таким образом, при прочих равных условиях мощность переходных помех, действующих на HTU-C, больше мощности помех, которые влияют на работу HTU-R. Именно поэтому сигналы D/S и U/S системы HDSL2, представленные на рис.2, имеют различную ширину и форму частотного спектра. Тем самым учитывается наухудший случай применения модемов HDSL-2, который может иметь место в реальных условиях.
Рис.2 Спектр мощности сигналов HDSL-2
В диапазоне частот А примерно до 200 кгц, в котором переходное влияние минимально, спектральные плотности PSD (Power Signal Density) сигналов D/S и U/S одинаковы. В диапазоне частот В, занимающем полосу частот (200 -250) кгц, спектральная плотность сигнала D/S выбрана меньше спектральной плотности этого сигнала в диапазоне А, чтобы уменьшить величину переходного влияния NEXT на сигнал U/S в этой области частот. Благодаря этому переходные влияния NEXT в диапазонах частот А и В оказываются одинаковыми. В свою очередь PSD сигнала U/S в диапазоне частот В уменьшена по сравнению с PSD этого сигнала в диапазоне А. Это даёт дальнейшее улучшение отношения сигнал/помеха в области частот В. Следует отметить, что уменьшение PSD сигнала U/S в диапазоне В практически не ухудшает отношения сигнал/помеха сигнала D/S на входе модема H2TU-R по двум причинам: во-первых, полоса частот сигнала D/S увеличена по сравнению с полосой частот сигнала U/S, что уменьшает чувствительность сигнала D/S к переходному влиянию со стороны сигнала U/S, и во-вторых, модемы H2TU-R пространственно разнесены, что также уменьшает уровень переходной помехи. В диапазоне частот С спектральная плотность сигнала D/S максимальна, поскольку сигнал U/S в этой области практически равен нулю. Поэтому отношение сигнал/помеха для сигнала D/S на входе модема H2TU-R пользователя оказывается высоким. Показанная на рис.2 форма спектра сигнала HDSL2 является оптимальной в том случае, когда все системы xDSL, работающие в данном кабеле, также являются системами типа HDSL2, т.е., когда определяющей помехой является переходная помеха типа selfNEXT. Она будет оптимальна и в том случае, когда в этом пучке кабеля вместе с системами HDSL-2 работают системы ADSL, поскольку спектр сигнала U/S HDSL-2 выше частоты 250 кгц, где сосредоточена основная мощность составляющих нисходящего (D/S) потока ADSL, практически подавлен. Предварительные расчёты также показывают, что помехи от системы HDSL2 в нисходящем тракте системы ADSL (от сети к пользователю) меньше помех от системы HDSL, работающей по двум парам, и существенно меньше помех от системы HDSL, использующей код 2B1Q и работающей по одной паре на полной скорости Т1. Спектральная совместимость систем ADSL и HDSL2 позволяет оператору связи максимально использовать инфраструктуру его местной телефонной сети, а также размещать станционные платы модемов обоих типов на одном мультиплексоре доступа DSLAM.
Заметим, что именно такая своеобразная форма спектров сигналов в области частот 200 - 250 кгц, когда спектральная плотность сигнала U/S поднята, а спектральная плотность сигнала D/S опущена по сравнению с соседними частотами, и послужила причиной появления в названии этой достаточно экзотической системы слова "interlocking", что можно перевести как "сцепленный" или "сблокированный" спектр.
Структурная схема модема HDSL2
Рис.3 Структурная схема модема HDSL2, которая является общей для модемов H2TU-C и H2TU-R
Модем H2TU состоит из трёх основных частей: - формирователя цикла (Framer), формирователя битового потока (Bit Pump) и внешнего аналогового интерфейса (Analog front End - AFE).
Формирователь цикла (Framer)
Формирователь цикла принимает стандартный цифровой поток T1 1544 кбит/с и передаёт формирователю битового потока (Bit Pump) сигнал 1544 кбит/с плюс служебный цифровой поток HDSL2 8 кбит/с с суммарной скоростью 1552 кбит/с. Сигнал Т1 может быть структурированным или неструктурированным и содержать данные или речь в цифровой форме. Формирователь цикла может работать также в в прозрачном режиме и использовать всю нагрузку 1544 кбит/с как один канал передачи данных. Служебные биты HDSL-2 позволяют формирователю цикла формировать цикл сигнала, выполнять контроль ошибок, управление системой и её измерения, цикловую синхронизацию и цифровое выравнивание (стаффинг) скорости цифрового сигнала.
Формирователь битового потока (Bit Pump)
Функции передачи
Формирователь битового потока (BP) принимает последовательно циклы HDSL-2 от формирователя цикла и преобразует каждые три бита принимаемого сигнала в одиночные символы, называемые кортежами (tupples). В "решётчатом" (trellis) кодере (TCM Encoder) к трём битам каждого кортежа добавляется избыточный бит и в результате операции свёртки образуется "решётчатый" код, представляющий собой 16-и уровневый сигнал. Этот избыточный бит используется далее приёмником сигнала для уменьшения ошибок при декодировании. Таким образом, каждый 16-и уровневый сигнал с амплитудно-импульсной модуляцией передаёт три информационных бита.
Далее логика предкодера комбинирует информацию в передатчике в соответствии с состоянием корректора с решающей обратной связью (Decision Feedback Equalizer - DFE) приёмника удалённого конца системы HDSL2. Благодаря этому приёмник удалённого конца становится менее чувствительным к любому эффекту размножения ошибок, который может ухудшить параметры DFE. Информация, загружаемая в предкодер, выбирается в процессе запуска системы HDSL2. Логика предкодера местного передатчика запускает его собственный DFE и оптимизирует его параметры. В конце процесса запуска модемы H2TU-R и H2TU-C обмениваются информацией о параметрах каждого из них. Таким образом местный предкодер может работать с информацией о DFE удалённого конца.
Фильтр передатчика Tx Filter (TxF) gпринимает символы с выхода предкодера и формирует сигнал в соответствии со стандартной маской спектральной плотности HDSL2, представленной на рис. 2
Наконец, внешний аналоговый интерфейс AFE формирует аналоговый сигнал, передаваемый по линии HDSL-2. Он содержит цифроаналоговый блок и усилитель мощности линейного сигнала на передаче, а также аналого-цифровой блок на приёме.
Функции приёма
Из-за перекрытия спектров сигналов противоположных направлений передачи и использования метода полного дуплекса по двухпроводной линии модем HDSL-2 должен подавлять компоненты сигнала передачи в принимаемом сигнале. Часть этой задачи выполняет интегральная дифференциальная система внешнего аналогового интерфейса AFE. Большую же часть отражённого сигнала передачи компенсирует на приёме эхо компенсатор (ЕС). Сигнал приёмника после эхо компенсации поступает на устройство цифровой автоматической регулировки усиления DAGC, которое компенсирует медленные колебания уровня принимаемого сигнала. Причиной этих колебаний обычно являются температурные изменения затухания абонентской линии.
Далее межсимвольные искажения (МСИ) принятого сигнала компенсируются логикой корректора. В результате прохождения широкополосного сигнала через медную линию он оказывается размытым во временной области, причём типичный принимаемый сигнал содержит энергию до и после точки его правильного временного положения. Поэтому МСИ могут служить причиной нарушения надёжной связи, если они не корректируются на приёме. Корректор принимаемого сигнала обычно выполняется как адаптивный фильтр, поскольку помехи и состояние абонентской линии изменяются во времени, а также от линии к линии. Корректор состоит из предварительного корректора (Feed Forward Equalizer - FFE) и корректора с решающей обратной связью (Decision Feedback Equalizer - DCE), работающих совместно. Корректор также помогает минимизировать мощность переходных помех NEXT на его выходе.
После того как сигнал откорректирован, квантователь выполняет пробную идентификацию принятых символов 16-и уровневой амплитудно-импульсной модуляции.
Декодер ТСМ обеспечивает существенные преимущества HDSL2 по сравнению со стандартом HDSL. Выигрыш кодирования, зависит от кодеров передачи дальнего конца и декодеров приёма, использующих одинаковый свёрточный код (т.е., трёхбитовые кортежи с одним дополнительным кодированным избыточным битом). Рекомендованный ANSI код обеспечивает выигрыш в 5 дБ, что позволяет иметь большую длину линии HDSL-2 или обеспечить работу линии HDSL-2 при худших шумовых условиях.
Декодирование TCM выполняется с помощью алгоритма Витерби. TCM сравнивает разрешённые символы с принятыми и выявляет точку сигнального созвездия, минимизирующую коэффициент ошибок. Без использования алгоритма Витерби модем принимает решение при приёме одного символа. Алгоритм Витерби позволяет модему принять решение на основе последовательности символов, называемой "путём слежения" и минимизирующей вероятность ошибочного решения.
Заключение
Казалось бы, на этом можно уже поставить точку. Но разработчики технологий xDSL продолжают рваться в бой. Уже появилась информация о разработке ещё более эффективных систем по сравнению с HDSL-2., транспортирующих не только потоки Т1, но и потоки Е1, обладающих свойством адаптации скорости передачи, выполненных в виде универсальной карты, выполняющей функции практически всех известных технологий xDSL. В 2000 году этот временный стандарт уже обсуждался 15 SG МСЭ-Т и включён в план её работы под индексом Gshdsl.
Оригинальная версия статьи находится на сайте xDSL.ru
