Пути совершенствования технологии VDSL2

VDSL2 принадлежит ко второму поколению технологий DSL и вместе с технологиями ADSL2 и ADSL2plus образует единое семейство, ориентированное на предоставление мультимедийных услуг. При этом пропускная способность соединения должна составлять, по меньшей мере, несколько мегабит, а в будущем и несколько десятков мегабит, в секунду ввиду необходимости передачи как стандартного телевизионного сигнала STDV, так и телевизионного сигнала высокой четкости.

Даже в рамках мультимедийных услуг, и в первую очередь IPTV, когда уровень потерь и вариация задержки пакетов приобретают критический характер, пропускная способность соединения DSL остается его главным параметром, поэтому ее увеличение является основной задачей дальнейшего совершенствования технологий DSL и, в первую очередь VDSL2.

Пропускную способность линий DSL можно увеличить при помощи следующих способов:

• улучшение технологии DSL (например, создание ADSL2 на базе ADSL);
• расширение полосы передачи (например, создание ADSL2plus на базе ADSL2);
• увеличение передаваемой мощности и/или спектральной плотности мощности Power Spectral Density (PSD) (например, создание RE-ADSL2 на базе ADSL2 или RE- VDSL2 на базе VDSL2);
• сокращение затухания абонентской линии (АЛ) за счет ее укорочения c использованием технологий FTTx;
• уменьшение шумов модемов DSL (например, путем замены модемов HDSL на более узкополосные модемы SHDSL, что позволяет уменьшить переходное влияние симметричных DSL на системы ADSL того же кабельного пучка);
• повышение пропускной способности соединения DSL за счет использования нескольких параллельных витых пар, что, по сути, является пространственным уплотнением (bonding в англоязычной терминологии).

Указанные решения эффективны, но не всегда могут быть реализованы, так как речь идет о статических способах, не учитывающих электромагнитной обстановки внутри кабельного пучка.

Поэтому попытки поиска новых, более эффективных путей увеличения пропускной способности соединений DSL представляются оправданными. Очевидно, что такие методы должны быть адаптивными и использовать
в качестве критерия оценки самый чувствительный параметр, ограничивающий пропускную способность соединения DSL. В нашем случае подобным параметром являются переходные помехи (см. Рисунок 1).

Существующий метод расчета пропускной способности соединений DSL опирается на так называемый статический метод спектрального управления (Static Spectrum Management, SSM), который гарантирует спектральную совместимость линий DSL одного кабельного пучка для худшего случая переходных помех. Как показала практика внедрения технологий DSL, этот подход нерационален. Дело в том, что реальные переходные помехи в значительной степени зависят от конкретных условий, в том числе от взаимного положения влияющей и подверженной влиянию линий, а также их состояния. Более того, они существенно изменяются от одного кабельного пучка к другому и с течением времени, поскольку сами модемы могут быть активными или выключенными. Поэтому использование постоянных спектральных масок сигналов передачи модемов DSL означает потерю пропускной способности.

Если не исключить, то, по крайней мере, существенно уменьшить потери позволяют динамические методы спектрального управления (Dynamic Spectrum Management, DSM), предусматривающие адаптацию пропускной способности линий DSL к изменяющимся переходным помехам. Термин DSM в его современном значении распространяется и на методы, позволяющие ослабить переходные помехи между линиями кабельного пучка путем совместной обработки сигналов этих линий.

Методы DSM опираются на заложенную в модемах ADSL и VDSL способность осуществлять мониторинг множества параметров соединения DSL (включая текущую конфигурацию модемов, шумы, ошибки передачи и другие ухудшения на линии DSL) и возможность доступа к ним из систем операционной поддержки OSS оператора сети. Стандартные модемы DSL могут также реконфигурироваться оператором сети с целью улучшения параметров соединения DSL.

Методы DSM позволяют оптимизировать параметр «пропускная способность/перекрываемое расстояние» за счет выбора лучшего из возможных профилей параметров линии DSL. Метод DSM1 предусматривает оптимизацию профиля, с учетом параметров шумов и переходных помех только данной линии DSL. Более же совершенный метод DSM2 помогает улучшить параметры линии DSL на основе анализа и последующей минимизации переходных влияний между линиями DSL всего кабельного пучка.

Ключевым элементом DSM является Spectrum Management Сenter (SMC) - это разновидность системы операционной поддержки OSS с функциями DSM. SMC собирает информацию о состоянии линий DSL и включает механизмы DSM. Те, в свою очередь, рассчитывают наилучший профиль параметров или фиксируют возникшее ухудшение, а затем автоматически реконфигурируют исследуемую линию DSL или уведомляют другие системы эксплуатационной поддержки о возникших проблемах.

Следующий пример иллюстрирует возможности метода DSM для типового случая переходных помех между линиями одного кабельного пучка. В схеме включения линий DSL, показанной на Рисунке 2, часть пользователей получает услуги DSL от узла доступа, расположенного на местной АТС (СO), а другие - от узла доступа, расположенного на удаленном терминале (RT). Кроме того, АЛ первой группы длиннее АЛ второй группы. При передаче сигналов одинаковой мощности в направлении DS от узлов доступа к пользователям сигнал модема ATU-C1 придет в точку, где располагается узел доступа RT, сильно ослабленным. В этой точке и на всем протяжении параллельного пробега обеих АЛ от RT до модема ATU-R1 ослабленный сигнал ATU-C1 при отсутствии механизма DSM будет испытывать сильное переходное влияние со стороны передатчика модема ATU-C2 удаленного терминала (RT).

Как же исправит ситуацию механизм DSM? Очевидно, мощность передачи модема ATU-C2 необходимо снизить на величину ослабления сигнала между узлами доступа СО и RT. Действительно, это, с одной стороны, позволит обеспечить необходимый запас по шумам для модема ATU-R2, поскольку Линия 2 короче Линии 1, а с другой, ослабит переходное влияние со стороны Линии 2 на Линию 1. Теперь обе линии будут одинаково защищены от переходных помех. Именно эту задачу решает первая ступень DSM1 двухступенчатого механизма DSM.

Дальнейшее улучшение параметров обеих линий может быть достигнуто путем учета особенностей кода DMT, применяемого в системах ADSL и VDSL. Для этого имеется более тонкий механизм - DSM2, представляющий собой вторую ступень алгоритма DSM. Он намного эффективнее за счет изменения мощности, передаваемой в субканалах не только модема Линии 2, как в случае DSM1, но и модема Линии 1. Такое обоюдное перераспределение мощности сигнала DMT в субканалах обеих линий позволит минимизировать переходное влияние между ними с помощью метода последовательных приближений.

В нашем примере механизм DSM2 предписывает модему Линии 2 снизить мощность, передаваемую в нижних субканалах, вследствие чего уменьшаются переходные помехи в нижних субканалах Линии 1. Более протяженная АЛ1 переносит большую часть сигнала DMT в нижних субканалах, поскольку ее затухание на низких частотах существенно меньше, чем на высоких. В то же время менее длинная АЛ2 вносит меньшее затухание на высоких частотах, поэтому верхние субканалы АЛ2 можно использовать для переноса части сигнала DMT.

В итоге уменьшается переходное влияние между обеими линиями и увеличивается их пропускная способность, а следовательно, возрастает и устойчивость работы обеих линий. Надо отметить, что сказанное справедливо не только для двух линий, но и для их произвольного числа со структурой указанных типов.

Хотя технология DSM еще находится в начале своего пути, некоторые производители оборудования уже встраивают программное обеспечение Spectrum Management Center (SMC) в свои системы управления. В качестве примера укажем ASSIA Inc., чья DSL Expresse SMC уже обеспечивает DSM уровня 1 и DSM уровня 2 для оптимизации параметров нескольких миллионов линий DSL.