Архитектура оборудования DLC-E

Современная концепция построения абонентских распределительных сетей предусмат­ривает установку оконечных устройств сети в непосредственной близости от абонента, тем самым снимается необходимость в укладке большого количества медных кабельных линий и создается возможность легкого внедрения новых услуг, таких как ISDN и передача данных (Internet). При этом предусматриваются гибкие топологии создания абонентских выносов, та­кие как "линия", "звезда", "дерево" и т.д. Наилучшим образом такой концепции соответству­ет применение мультиплексоров-концентраторов типа DLC-1100E (Digital Loop Carrier), осно­ванных на технологии компании AFC (США). На первом этапе строительства сети, когда большое количество коммутационного оборудования и систем передачи являются аналоговы­ми, целесообразно использовать оборудование DLC для подключения к сети через аналого­вые интерфейсы. В дальнейшем, по мере цифровизации сети, а также по мере распростра­нения международного стандарта сигнализации V.5 для цифровых абонентских мультиплексо­ров-концентраторов, подключение мультиплексоров DLC к сети будет осуществлено по циф­ровому интерфейсу Е1 (G.703) путем замены части канальных плат. Высвобождающиеся при этом канальные платы, благодаря их универсальности, можно будет использовать на других участках сети, где сохранится аналоговое оборудование.

Важной особенностью такого решения является возможность отказа от оконечных стан­ций на тех участках сети, где достаточно количество соединительных линий или возможно их уплотнение с применением оборудования HDSL, позволяющего уплотнять 2-проводные со­единительные линии в 30-60 раз.

По своей архитектуре оборудование DLC представляет собой мультиплексор временно­го разделения с широким набором пользовательских и линейных интерфейсов. В станцион­ном терминале мультиплексора обеспечивается объединение множества абонентских или со­единительных линий в один высокоскоростной цифровой групповой поток, в абонентских терминалах производится обратное разуплотнение индивидуальных каналов.
Абонентские терминалы устанавливаются в местах концентрации абонентов (рис. 7.5). Мультиплексор-концентратор DLC- 1100E позволяет организовать выносы до 2000 номеров, при этом обору­дование для обслуживания 120 абонентов размещается в одной кассете стандартного разме­ра (19 дюймов).

Рис. 7.5. Схема установки оборудования DLC-1100E

Важной функциональной возможностью мультиплексора DLC-1100E является функция автоматической динамической концентрации, принцип действия которой пояснен на рис. 7.6.

Обычный мультиплексор временного разделения (рис. 7.6 а) обеспечивает разделение временных интервалов группового потока и их преобразование в требуемый пользователь­ский интерфейс, например, аналоговый телефонный канал. При этом число пользовательских каналов (телефонных линий) в точности равно числу первичных временных интервалов (ос­новных цифровых каналов - ОЦК). Например, если два мультиплексора временного разделе­ния связаны трактом Е1, содержащим 32 временных интервала (из которых 30 являются ин­формационными, а 2 служебными), то они могут обеспечить доступ 30 абонентам. Именно по такой схеме были построены все системы передачи типа ИКМ-30. Мультиплексоры для СД нового поколения, каким является DLC-1100E, реализуют функцию автоматической динамиче­ской концентрации (рис. 7.6 б). В этом случае временные интервалы в соединительной линии Е1 закрепляются за определенной абонентской линией только на время разговора. Это озна­чает, что 30 ОЦК соединительной линии с учетом статистического распределения нагрузки, может быть достаточно для обслуживания большего числа абонентов, вплоть до 960 (как по­казано на рисунке). Естественно, расчет коэффициента концентрации должен делаться по тем же принципам, по которым рассчитывается число соединительных линий оконечных телефон­ных станций в зависимости от числа абонентов, их категории и т.д. Режим динамической кон­центрации позволяет значительно сократить затраты на строительство линейных сооружений, а в большинстве практических применений вообще избежать такого строительства путем уп­лотнения существующих медных линий аппаратурой HDSL.



Конструктивно DLC- 1100E представляет собой модульное оборудование, состоящее из станционного терминала и одного или нескольких абонентских терминалов (рис. 7.7). Каждый терминал может содержать до восьми 19-дюймовых кассет (по количеству необходимых те­лефонных номеров), соединенных между собой высокоскоростной оптической линией связи. Два станционных терминала могут объединяться между собой.

Модульная кассета и источник питания (резервированный) являются универсальными. Кассета содержит два слота для источников питания, два служебных слота для процессорно­го блока, модули сопряжения с дополнительными кассетами и 22 слота общего назначения. Один процессорный модуль обслуживает все кассеты в терминале. Слоты общего назначения могут использоваться в произвольном порядке для установки плат канальных или линейных интерфейсов.

Система управляется с помощью персонального компьютера с любого из терминалов (станционного или абонентского). Программное обеспечение позволяет производить конфи­гурацию (в том числе программирование назначений временных интервалов - CROSS­CONNECT), обслуживание, аварийный надзор, самодиагностику, учет нагрузки, сбор стати­стики, администрирование.

Максимальная емкость одного станционного или абонентского терминала оборудования DLC-1100E составляет 8 кассет, то есть 960 линий. Однако существует возможность удвоения этой емкости, причем с использованием одной пары оптических волокон. На рис. 7.8 пред­ставлена схема включения оборудования DLC-1100E совместно с мультиплексором разделе­ния по длинам волн МРПВ (Wavelength Division Multiplexer - WDM).



Рис. 7.6. Автоматическая динамическая концентрация



Рис. 7.7. Схема компонентов системы DCL-1100E



Рис. 7.8. DLC-1100E в конфигурации на 1920 линий



Топологии построения выносов могут быть самыми разнообразными. На рис. 7.9-7.11 представлены некоторые примеры конфигураций.

Оборудование DLC обладает гибким набором линейных интерфейсов, через которые осуществляется соединение станционного и абонентских терминалов.



Оптический интерфейс необходим для непосредственного подключения к оптическим волокнам. Скорость составляет 49,152 Мбит/с, прием и передача ведется раздельно по двум волокнам, длина волны лазерного излучателя 1310 нм или 1550 нм.

Электрический интерфейс (Е1 со скоростью 2 Мбит/с или ЕЗ со скоростью 34 Мбит/с) необходим в случае использования цифровых транспортных сетей, обеспечивающих прозрач­ную передачу цифровых потоков (например, сеть SDH). Электрический интерфейс также по­зволяет подключать аппаратуру через тракты HDSL или радиорелейные линии, а на неболь­ших расстояниях (до 1 км по Е1) соединять элементы системы непосредственно.

Оборудование линейного тракта HDSL представляет особый интерес, так как оно позво­ляет использовать существующий медный кабель для организации высокоскоростной связи между станционным и абонентским терминалами. Оборудование WATSON2 и WATSONS, на­пример, обеспечивает организацию 30 ОЦК (основных цифровых каналов 64 кбит/с) на двух кабельных парах, а оборудование WATSON4 - на одной паре. Дальность работы оборудова­ния представлена в табл. 7.1.

Таблица 7.1. Дальность работы оборудования HDSL серии WATSON

	Допустимая длина линии, км
Диаметр жилы, мм	Без регенераторов, ориентировочно
	WATSON2	WATSONS	WATSON4
0,4	ДО 4	4-5	3-4
0,6	до 6	6-7	4-5
0,8	до 9	10-12	6-7
1,2	до 18	14-18	10-13
Скорость передачи, кбит/с	Для WATSON4 Multi-Speed в зависимости от скорости (диаметр жилы 0,5 мм)
128	8,8
384	7,9
1024	5,9
1536	5,1
2048	4,5

Рис 7.9. Конфигурация ЗВЕЗДА



Рис. 7.10. Конфигурация ДЕРЕВО



Рис. 7.11. Конфигурация ЛИНИЯ

Как видно из таблицы, при использовании для связи городского кабеля (типа ТПП 0,4/0,5 мм) обеспечивается расстояние 4-5 км. При применении же магистрального кабеля с диаметром жилы 1,2 мм длина регенерационного участка составляет до 22 км.

Оборудование DLC позволяет подключать любые типы абонентских устройств, как ана­логовых (телефон, факс, модем), так и цифровых (ЭВМ, маршрутизаторы и т.д.).



Набор пользовательских канальных интерфейсов ( то есть интерфейсов на стыке с або­нентом) включает в себя: аналоговый абонентский 2-проводный интерфейс с сигнализацией по шлейфу, аналоговый интерфейс с сигнализацией Е&М, цифровой интерфейс (V.24 или V.35), интерфейс U ISDN.

Станционные интерфейсы предусматривают подключение к аналоговым АТС (по або­нентскому 2-проводному стыку или 2-/4-проводному интерфейсу Е&М), цифровым АТС (по стыку Е1 с сигнализацией V.5.1 или V.5.2). Предусматривается цифровой интерфейс (V.24/V.35) для возможного включения в узел сети передачи данных и интерфейс ISDN.

Концентратор DLC-1100E является высоконадежным и простым в установке и эксплуа­тации устройством. Как станционные, так и абонентские терминалы не требуют регламентно­го обслуживания. Абонентские терминалы могут поставляться в комплекте с монтажными шкафами (для наружной или внутренней установки), оснащенными батареями гарантирован­ного питания.

Оборудование DLC-1100E позволяет решить подавляющее большинство задач построе­ния сети абонентского доступа. При этом все "общие" модули оборудования (кассеты, источ­ники питания, блоки аварийной сигнализации) являются универсальными. Монтаж оборудова­ния может быть осуществлен в шкафах для размещения на улицах (рис. 7.12). Шкаф оснаща­ется системами поддержания температуры, кроссом, батареей питания.



Рис. 7.12. Размещение оборудования в уличном монтажном шкафу

Архитектура сети может гибко изменяться путем простой замены канальных или линей­ных плат. В сочетании с автоматическими средствами защиты и резервирования, применяемыми в DLC-1100E, вышеприведенные функциональные возможности делают систему DLC-1100Е одним из наиболее экономичных и простых в эксплуатации решений ОСД.

Концепция построения сетей доступа

Основная идея построения сети доступа далеко не нова. Более того, практически все оборудование, применяемое ныне на участке "последней мили", берет свое начало от разра­боток, предназначенных для организации межстанционных связей. Фактически, сеть доступа является неким фрагментом цифровой транспортной сети, соединяющей телефонную стан­цию с абонентскими терминалами. Образно говоря, цель создания сети абонентского доступа является в максимально возможном приближении сетевых элементов к абоненту и, тем са­мым, сокращения "последней мили" (как и раньше выполненной кабелем) до "последнего метра". Оконечный сетевой элемент, как правило, мультиплексор, выносится как можно бли­же к месту расположения абонентов. Таким образом, традиционная медная проводка исполь­зуется на весьма коротких расстояниях (в пределах здания, жилого дома, офиса).

На рис. 7.1. представлен пример простейшей сети абонентского доступа, состоящей из двух сетевых элементов, представляющих собой оборудование сети доступа (ОСД) и линии связи между ними.

Рис. 7.1. Пример простейшей сети абонентского доступа

Основой создания оборудования для сети доступа (в дальнейшем ОСД) служит принцип временного разделения цифровых каналов, давно известный и опробованный в магистраль­ных сетях (см. гл. 2). Методы аналого-цифрового преобразования давно известны и стандар­тизованы (в основном ИКМ и АДИКМ). Оборудование, таким образом, состоит из двух частей, одна из которых называется "станционной" и подключается к коммутационной станции, а дру­гая - "абонентской", к которой подключаются абонентские терминалы (в простейшем случае телефонные аппараты).

Для передачи линейного сигнала в СД все более широко используются оптические ка­бели и радиоканалы. Как правило, современное оборудование для построения сети доступа является универсальным с точки зрения использования различных сред передачи. Оптический кабель обладает наилучшими показателями с точки зрения цены и пропускной способности при телефонизации новых районов застройки.
При развертывании сети в регионах со сло­ жившейся кабельной инфраструктурой большое значение имеет организация цифровых трактов на медных парах по технологии HDSL. Наконец, в сельских и труднодоступных районах ключевое значение имеют радиорелейные линии и спутниковые каналы связи.

Концепция применения оптического кабеля на участке "последней мили" подраз­деляется на несколько направлений:

•      FTTB (Fiber To The Building) - оптика до здания;

•      ПТО (Fiber To The Office) - оптика до офиса;

•      FTTZ (Fiber To The Zone) - оптика до некоторой зоны, где группируются абоненты.

Все три направления едины в главном - довести широкополосную оптическую линию связи до некоторой точки, где целесообразно поместить оборудование, распределяющее бо­лее низкоскоростные цифровые потоки (или аналоговые каналы) непосредственно до "розет­ки", то есть до места включения пользовательского терминала.

Представленный на рис. 7.1 пример иллюстрирует вариант создания СД в "традицион­ном" приложении, то есть в случае, когда коммутационная станция имеет аналоговые або­нентские окончания. Для приведенного примера СД является как бы продолжением аналого­вых линий, идущих от АТС к станционному терминалу ОСД, и оканчивающихся местом под­ключения абонентских телефонов к абонентскому терминалу. Такая схема включения чаще всего называется аналоговой схемой подключения ОСД и наиболее широко используется в развивающихся странах. Преимуществами данной схемы включения являются простота со­гласования интерфейсов (абонентский интерфейс с сигнализацией по шлейфу в высшей сте­пени прост и стандартизован) и универсальность к типу коммутационной станции. ОСД может быть подключено по аналоговым интерфейсам к АТС любых систем - электронной, квази­электронной, электромеханической. Главным и существенным недостатком является наличие "лишнего" аналого-цифрового преобразования в станционном терминале.


Действительно, если коммутационное оборудование является цифровым, то цифровые потоки сначала пре­образуются в аналоговые сигналы абонентскими комплектами АТС, а затем опять преобразу­ются в цифровую форму станционным терминалом ОСД.

Другим способом подключения ОСД является соединение станционного терминала с коммутационным полем цифровым трактом (рис.7.2). Такое решение все шире применяется в развитых странах и является очевидно более прогрессивным по сравнению с аналоговым включением. С точки зрения качества услуг связи, цифровое включение обеспечивает макси­мальное приближение цифровой сети к абоненту и, соответственно, минимум помех, возни­кающих в аналоговом тракте. С точки зрения экономической эффективности и снижения за­трат на ОСД, цифровое включение также имеет ключевые преимущества, так как для по­строения сети не требуются абонентские модули АТС, реализующие аналоговый 2-проводны1 интерфейс, равно как и не требуются аналоговые модули станционного терминала ОСД.

Рис. 7.2. Соединение станционного терминала с коммутатором цифровым трактом

При всей очевидности перспективности и экономической эффективности цифрового включения, процесс его внедрения идет крайне медленно даже в развитых странах, а в сетях развивающихся государств примеры таких приложений единичны. Причин, тормозящих вне­дрение "цифровой стыковки", несколько, и все они весьма далеки от технических.

Первая сложность состоит в стандартизации систем сигнализации. В отличие от де­тально определенного 2-проводного аналогового абонентского интерфейса, интерфейс циф­ровой (далее будут рассмотрены Европейские стандарты) определен достаточно жестко толь­ко с точки зрения электрических параметров (рекомендация ITU-T G.703) и общих характери­стик цикла (G.704). Систем же сигнализации разработано удивительно много [28]. Описание только лишь российских систем сигнализации выливается в "пухлую" книгу, а если рассмот­реть все системы, используемые в мире, понадобится вместительная библиотека.


Достаточно очевидно, что реализация столь большого набора различных типов сигнализаций представля­ет большую сложность для разработчиков мультиплексоров доступа. Практически, мультип­лексор требует "подстройки" под каждый конкретный тип коммутационной станции, а иногда и версии программного обеспечения. В последние годы предприняты попытки жесткой стан­дартизации интерфейсов и систем сигнализации, применяемых на стыках АТС и СД. Разрабо­танные для этого стандарты получили название V.5.1 и V.5.2. Многие производители ОСД уже внедрили эти протоколы в свои изделия. На рис. 7.3. представлена типовая схема включения ОСД по интерфейсам V.5.1 и V.5.2.



Рис. 7.3. Типовая схема включения ОСД по интерфейсам V.5.1 и V.5.2

Как отчетливо видно из рисунка, при широком внедрении концепции построения СД с цифровым включением, коммутационная станция "вырождается" до транзитного узла, обра­батывающего двухмегабитные потоки. Такая перспектива реально стоит во многих развитых странах, поскольку как с технической, так и с экономической точек зрения, явно выигрывает перед традиционным подходом. Однако, необходимо отметить, что показанная на рис. 7.3 идиллия вызывает большое беспокойство у монополистов, производящих коммутационное оборудование. Индустриальные гиганты серьезно обеспокоены растущей конкуренцией в производстве ОСД. Мультиплексор доступа, будучи более простым в разработке продуктом по сравнению с коммутационной станцией, может быть запущен в производство большим ко­личеством малых и средних фирм. Естественно, эти фирмы имеют меньшие накладные рас­ходы и могут предложить мультиплексоры доступа по ценам, недоступным для "гигантов". При условии наличия и реализации стандартов серии V.5 велика вероятность перераспреде­ления рынка телекоммуникационного оборудования в пользу малых и средних фирм-производителей ОСД. Зачем оператору приобретать дорогостоящие абонентские комплекты или концентраторы у производителей коммутаторов, если можно купить альтернативное ре­шение - ОСД - на существенно более конкурентном, а значит дешевом, рынке.Все вышеска­занное составляет вторую причину, тормозящую внедрение стандартов сигнализации V.5. По мнению многих экспертов, без вмешательства государственных органов по стандартизации и сертификации средств связи внедрение V.5 невозможно. Монополисты реализуют данный стандарт в своих коммутаторах только "под страхом" отзыва или невыдачи сертификата на оборудование.

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].

Рис. 4.1. Рост скорости цифровой передачи по медным линиям связи

Первой из xDSL является технология U-интерфейса ISDN, обеспечивающая дуплекс­ную (в обе стороны) передачу со скоростью 160 кбит/с по одной витой паре. Эта технология широко распространена и, кроме сетей ISDN, применяется для создания оборудования уп­лотнения абонентских линий и модемов на ограниченную дистанцию (short-range).

Следующей технологией в ряду xDSL (и наиболее распространенной в настоящее вре­мя) является высокоскоростная цифровая абонентская линия HDSL (High-bit-rate Digital Subscriber Loop).
Технология HDSL обеспечивает полный дуплексный обмен на скорости 2048 кбит/с. Для передачи используются две или три кабельных пары. Дальнейшим развити­ем технологии HDSL стало появление устройств симметричной высокоскоростной цифро­вой абонентской линии, работающих по одной паре - SDSL (Single Pair Symmetrical Digital Subscriber Loop).

В последние годы разработаны также более высокоскоростные технологии xDSL, на­пример, такие как ADSL и VDSL. Технология асимметричной цифровой абонентской линии ADSL (Asymmetric DSL) обеспечивает передачу до 8 Мбит/с в направлении "от сети к абоненту" и до 1 Мбит/с в направлении "от абонента к сети" и обещает быть весьма пер­спективной для доступа к сети Internet. Вместе с тем, ADSL вряд ли найдет широкое приме­нение в телефонии, где, как правило, необходима симметричная дуплексная передача. При­менение ADSL, как средства доступа, сдерживается в настоящее время также ограниченно­стью пропускной способности магистральных сетей. Например, Internet-провайдер с пропуск­ной способностью магистральной сети 155 Мбит/с (STM-1) сможет подключить на скорости 8 Мбит/с всего около 20 абонентов (155/8).

Что касается технологии VDSL (Very High-bit-rate Digital Subscriber Loop); то она пока не вышла из лабораторий, хотя ряд производителей анонсировал появление оборудования с ис­пользованием VDSL в 1998 году.

Все технологии xDSL рассматривались изначально как технологии абонентского доступа (отсюда и название), предназначенные для использования на абонентских линиях, то есть медных кабельных парах, проложенных от телефонной станции до месторасположения або­нента. В реальности (см. ниже) сфера применения технологий xDSL существенно шире. На­пример, ведущий производитель оборудования xDSL в США, компания PairGain Technologies, добилась наибольшего объема поставок систем HDSL под задачу модернизации межстанци­онных цифровых соединительных линий со скоростью передачи 1,5 Мбит/с - Т1.


По данным ведущего европейского производителя систем xDSL, фирмы Schmid Telecom AG (Швейцария), модернизация существующих и организация новых трактов Е1 для межстанционной связи (функциональный аналог Т1 по европейскому стандарту) остается одним из основных прило­жений систем HDSL в Европе. Об этом же говорит и опыт внедрения оборудования HDSL в России.

Тем не менее, для лучшего объяснения идеи разработки технологии HDSL и типовой дистанции, или дальности работы оборудования, приведем типовые параметры абонентских линий. По данным специалистов [50], на городских телефонных сетях России средняя длина абонентских линий (АЛ) составляет 1280 м (при коэффициенте вариации 0,59), при этом 100% абонентских линий не превышает по длине 5 км. По другим данным (Schmid Telecom AG), учитывающим сельские и пригородные сети, более 60% АЛ в странах Восточной Европы не превышают по длине 6 км, а 95% укладываются в 12 км. Технология HDSL, предназначенная первоначально для "цифровизации" именно абонентских линий, разрабаты­валась таким образом, чтобы обеспечить работу на подавляющем большинстве существую­щих АЛ. Поэтому, "базовая дальность" для систем HDSL составляет 5-6 км (по паре с жилой диаметром 0,4-0,5 мм). Так как абонентские линии часто выполняются составным кабелем, участки которого имеют разное сечение жил (от 0,35 мм до 0,9 мм), технологии xDSL должны быть работоспособны на линиях самых "сложных" топологий. И, наконец, поскольку в кабеле, как правило, несколько десятков (а то и сотен) жил, оборудование xDSL должно сосущество­вать с оборудованием, работающим по соседним парам, будь то другая система xDSL, ISDN или обычный аналоговый телефон. О том, как решаются столь сложные задачи, и пойдет речь ниже.

ЛИТЕРАТУРА

1.       Федеральный закон "О связи". Введён в действие Указом Президента Российской Федерации 15.02.95

2.       Автоматическая коммутация / Под ред. О.Р.Ивановой. – М.: Радио и связь, 1988

3.       Соколов Н.Ф. Эволюция местных телефонных сетей. - Изд-во ТОО "Типография "Кни­га"", г. Пермь, 1994

4.       Модемы: разработки и использование в России / Технологии электронных коммуникаций. 1996. Т.62

5.       Телекоммуникационные технологии / Под ред. В.М. Немчинова. - М.: МИФИ, 1997

6.       Концепция развития документальной электросвязи. Одобрена Постановлением коллегии Министерства связи РФ №13-1 от 06.07.95

7.       Шварцман В.О. Телематика. - М.: Радио и связь, 1993

8.       Denis'eva O.M. Investigation of the Throughput of Information Network. – International Informatization Forum III. International Conference of Informational Networks and Systems (ICI-NAS-94), St. Peterburg, 1994

9.       ГОСТ 22348-77 "Единая автоматизированная сеть связи. Термины и определения" - М.:1977

10.   Цифровые и аналоговые системы передачи/В.И.Иванов и др. - М.: Радио и связь, 1995

11.   Мирошников Д.Г. Оборудование высокоскоростного доступа в сеть //Планета "Интернет". - 1997., №3

12.   Общие технические требования на комбинированные (междугородные (городские)) АТС.- М.: ГПЦНТИ "Информсвязь", 1995

13.   Слепов Н.Н. Синхронные цифровые сети SDH. - М.: Эко-Трендз, 1997

14.   Электронно-цифровые системы коммутации/ Болгов И.Ф. и др. - М,: Радио и связь,1985

15.   Многоканальные системы передачи/Н.Н.Баева и др. - М.: Радио и связь, 1996

16.   Стил Р. Принципы дельта-модуляции. - М.: Связь, 1979

17.   Пилипчук Н.И., Яковлев В.П. Адаптивная импульсно-кодовая модуляция. - М.: Радио и связь, 1986

18.   Погрибной В.А. Дельта-модуляция в цифровой обработке сигналов. - М.: Радио и связь, 1990

19.   Проектирование и техническая эксплуатация систем передачи/ В.В. Крухмалев и др. - М.: Радио и связь, 1996

20.   ССГГТ. General Aspects of Digital Transmission Systems, Terminal Equipments. 40, 32, 24, 16kbit/s Adaptive Differential Pulse Code Modulation (ADPCM). Recommendation G.726. Ge­neva, 1990

21.   Правила по технике безопасности при работе на кабельных линиях связи и проводного вещания. - М.: Недра, 1991

22.   Инструкция по охране труда при эксплуатации линейных трактов аппаратуры уплотнения абонентских линий с дистанционным питанием абонентского полукомплекта. - М.:МГТС, 1995

23.   Денисьева О.М. Цифровые системы уплотнения абонентских линий: российская специфика / Технологии и средства связи, 1997, №3

24.   Денисьева О.М., Мирошников Д.Г. Цифровые системы передачи для абонентских линий //Вестник связи, 1995, №4

25.   Денисьева О.М. Цифровые системы передачи для абонентских линий // Вестник связи,1995, №9

26.   Денисьева О.М., Немчинов В.М. Цифровые системы передачи для абонентских линий //Электросвязь, 1996, №5

27.   Пинчук А.В, Цифровые системы передачи для двухпроводных абонентских линий(ЦСПАЛ)/Технологии и средства связи, 1997, №3

28.   Гольдштейн B.C. Сигнализация в сетях связи. - М.: Радио и связь, 1997

29.   Мирошников Д.Г., Далленбах Д. Аппаратура уплотнения электрического кабеля: новые решения // Вестник связи, 1997, №4

30.   Модемы и их применение для передачи данных //Под общ. ред. В.М.Немчинова. - М.: МИФИ, 1994

31.   Вильховченко С.Д. Модем 96. Выбор, настройка и использование. Сопутствующий спра­вочник по телекоммуникациям. - М.: ABF, 1995

32.   Мирошников Д. Модемы для физических линий// PC WEEK, 1998, №8



33.   Мирошников Д.Г., Далленбах Д., Денисьева О.М. WATSON - новая цифровая система передачи для абонентских и соединительных линий//Электросвязь, 1996, №10

34.   Мирошников Д.Г., Далленбах Д. Цифровые системы передачи для абонентских и соединительных линий: новые решения // Электросвязь, 1997, №3

35.   Денисьева О.М. Технология HDSL/ Технологии и средства связи, 1998, №1

36.   Захаров Г.П., Яновский Г.Г. Интегральные цифровые сети связи. - Итоги науки и техни­ки, серия "Электросвязь ", том 16. - М.: ВИНИТИ, 1986

37.   Шварц М. Сети связи: протоколы, моделирование и анализ. Ч.II. - М.: Наука

38.   CCITT. Integrated Services Digital Network. Recommendations 1.310-1.470. Fascicle III.8, BlueBook, Geneva, 1989

39.   Розенбаум Д. Что мешает внедрению ISDN // Сети и системы связи, 1996, №7

40.   Макаров Н.В., Постников А.К. DECT и СТ-2 на сети связи общего пользования// Вестник связи, 1997, №6

41.   Авдеева Л.В. Радиотехнологии на местных телефонных сетях // Вестник связи. 1997, №2

42.   Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной электросвязи. - М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 1997

43.   О расширении возможностей операторов по использованию диапазона 800 МГц при создании сетей сухопутной подвижной службы. Приказ Минсвязи РФ №18 от 24.02.96

44.   Об использовании полос радиочастот в диапазоне 800 МГц радиосредствами граждан­ского назначения. Решение ГКРЧ России, протокол №35/4 от 15.12.95

45.   О порядке внедрения оборудования DECT на российских сетях электросвязи. Приказ№128 Минсвязи РФ от 13.11.96

46.   The Radio Distribution Solution for Fast Growing Subscriber Networks in Urban and Rural Ar­eas/ TANGARA RD. DTC №7082A - 04/95 SAT (Groupe SAGEM)

47.   TANGARA Wireless. Advanced Radio Access Network Solution. DTC №7125A - 09/ 97 SAT(Groupe SAGEM)

48.   Мирошников Д.Г., Воеводский С.В. FOT 155 - новая экономичная система передачи синхронной цифровой иерархии//Электросвязь, 1997, №9

49.   ADSL, SDSL, HDS - Copper Phone Line Technologies for Multimedia. Pocket Guide. Providedby: AT&T Paradyne. - The Applied Technologies Group. 1995

50.   Соколов Н.Ф. Сети абонентского доступа: структурные характеристики // Электросвязь, 1997, №3

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

Приложения	Требуемая скорость
	Россия	Европа
Включение в сеть (индивидуальный пользователь)	33600 бит/с	до 2 Мбит/с
Включение в сеть (корпоративный пользователь)	1 28 кбит/с	до 8 Мбит/с
Соединение LAN- LAN	128 кбит/с - 2 Мбит/с	от 2 Мбит/с
Организация сервера Internet	от 128 кбит/с	от 2 Мбит/с
Уплотнение телефонных линий	1 28 кбит/с - 2 Мбит/с	-

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

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.

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 (ЦДЛ)- 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

Модель, проводность линии	Скорость (кбит/с), полный дуплекс	Расстояние, км
		Жила 0,4 мм	Жила 0,5 мм
Асинхронные
ЗелаксПлюс М-115А 4-проводная	115,2	3,5	4,8
Синхронные
Taicom/Nateks NTU- 1 28 2-проводная	128	5,0 (20,0*)	7,5 (30,0*)
Ascom AM128000A 2-проводная	128	4,7
RAD ASM-31 2-проводная	128	5,4	8,2
Racal COM LIN К VI 4-проводная	128	3

* 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

Диаметр жилы кабеля, мм	Допустимая длина линии, км
	без регенераторов	с регенераторами
0,4	5	40
0,5	7	56
0,6	13	104
0,9	22	176
1,2	30	240

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 2B1.Q, 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 САР, 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

Диаметр жилы кабеля, мм	Допустимая длина линии, км
	NTU-384
	64 кбит/с	384 кбит/с
0,4	5,8	4
0,5	9	4,9
0,6	16	7
0,9	20,5	10
1,2	44	22

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".

Модемы для телефонных каналов

Ниже приведены некоторые, носящие универсальный характер, рекомендации по выбо­ру типа модемов для телефонных каналов. Приведенный обзор не претендует на полноту, ав­торы надеются однако, что он будет иметь практическую пользу для операторов сетей и дру­гих специалистов. Вместе с тем более подробные сведения о модемах для телефонных кана­лов можно найти в специализированной литературе [30-32].

Максимальная скорость, требуемая от модемов, во многом определяется решаемой за­дачей и качеством каналов связи. Конечно, чем модем быстрее, тем он лучше, но важны так­же фактор цены, удобства в обслуживании, совместимости и т.д. Вместе с тем рекомендуем придерживаться нескольких основных подходов, которые, на наш взгляд, носят достаточно универсальный характер.

1. Лучше использовать модемы, поддерживающие более современный протокол, так как они всегда работают надежнее. В новые протоколы вносятся самые последние дости­жения в методах передачи информации, в том числе по помехоустойчивости и коррек­ции искажений. Последний утвержденный ITU-T протокол - V.34 (28800 бит/с и 33600 бит/с) - бесспорно наиболее совершенный на настоящий момент.

2.   Желательно не использовать на магистральных линиях и узлах модемы на скорость ни­
же 28800 бит/с, в том числе и потому, что они сняты с производства большинством
производителей и будут неудобны в обслуживании и ремонте.

3.   Не целесообразно использовать модемы, реализующие нестандартные (не регламенти­рованные ITU-T ) протоколы, например ZyXEL 16,8 кбит/с, ZyXEL 19,2 кбит/с, протокол V.FC (Rockwell), HST (US Robotics) и некоторые другие .

Выделим три основные функциональные назначения модемов:

-     Магистральные модемы, обеспечивающие обмен данными по 2- и 4-проводным вы­деленным каналам ТЧ.

-     Узловые  модемы,   находящиеся  в  режиме  автоответа,   соединенные  с  хост-компьютером или терминальным сервером сетевого узла.

-     Абонентские модемы, обеспечивающие обмен при работе с коммутируемой теле­фонной сетью.

Ниже предложены рекомендации по выбору недорогого и надежного оборудования для каждой из поставленных задач.

Магистральные модемы

Магистральный модем должен обеспечивать синхронный режим обмена, иметь возмож­ность аппаратного конфигурирования в режиме выделенной линии с автоматическим поддер­жанием соединения. Необходимы регулировка выходной мощности и высокая чувствитель­ность приемника, что делает возможной работу модемов на каналах с большим затуханием. Полезны также функции централизованного управления (предпочтительно с использованием стандарта SNMP), универсальность к типу канала (2-/4-проводные) и наличие функции Dial Backup (автоматический переход на коммутируемый канал при повреждении выделенного), поддержка вторичного канала для конфигурирования удаленного модема.

Магистральные модемы выпускаются обычно в автономном или стоечном (19" кассета) исполнениях. Электропитание может осуществляться как от сети 220 В, так и от сети посто­янного тока 48 В или 60 В. Для стоечного исполнения предусматривается резервирование источников питания.

Всем вышеупомянутым требованиям удовлетворяют модемы, обычно именуемые произ­водителями "профессиональными" или "сетевыми", например Motorola Codex, Telindus, Taicom, ZyXEL, Racal, Nateks, Tainet и другие. Эти модемы имеют относительно высокую стоимость по сравнению с модемами более низких классов.

Модемы узлов сетей

В числе требований к модемам, устанавливаемым на коммутируемых входах в узлах се­тей, необходимо отметить следующие:

-       возможность регулировки уровня выходного сигнала;

-       корректная отработка команд и сигналов RS232 хост-компьютера;

-       исключение "зависания" модемов;

-       отработка алгоритмов работы при серийном включении в АТС;

-       наличие достаточной внешней индикации и конфигурирования с панели;



-       наличие дополнительных функций диагностики и статистики;

-       наличие стоечной версии (при большом числе каналов).

В последнее время получили большое распространение цифровые модемы, подключае­мые к АТС по стыку Е1. Такой вариант включения, помимо снижения затрат на аппаратуру, дает и другие преимущества, прежде всего возможность работы на скоростях 56 кбит/с.

Почти все модемы, в том числе дешевые абонентские, могут быть использованы в каче­стве узловых модемов. Однако большинство из них не оптимальны в этом режиме или же во­обще непригодны к использованию. Многие недорогие модемы, основанные на массовых микросхемах, склонны к "зависанию" при бросках питания и в случае некорректной (а это часто случается в СНГ) работы телефонной станции. Многие абонентские модемы не выдер­живают круглосуточной работы, особенно при повышенной температуре окружающей среды.

Рекомендации для этого класса задач во многом аналогичны рекомендациям для класса магистральных модемов. Отличие лишь в том, что для коммутируемых входов нет необходи­мости использовать модемы, имеющие 4-проводный режим и синхронный протокол работы. Многие фирмы выпускают специальные "модемные пулы", предназначенные для работы в узлах доступа телекоммуникационных сетей. Обычно модемный пул выпускается в стоечном исполнении, при этом на одной плате размещаются 2 или 4 модема, платы монтируются в кассету 19-дюймового стандарта. Модемный пул имеет функцию централизованного сетевого управления. Это позволяет обеспечить большое число входов, энергонезависимое питание с резервированием (два источника питания), гарантирует работоспособность в круглосуточном и необслуживаемом режимах работы, в условиях повышенной температуры. Кроме того, сто­ечное исполнение предусматривает создание всего комплекса в едином конструктиве с использованием высоконадежных хост-компьютеров, сетевых устройств, внешней памяти.

Выбор модемов для создания узлов доступа через коммутируемую сеть достаточно ши­рок.


Большую популярность получили изделия US Robotics, TAINET, MOTOROLA. Среди циф­ровых модемов наибольшей популярностью пользуются продукты US Robotics и ASCEND. На рис. 3.1 представлен пример реализации узла доступа к сети Internet с применением различ­ных типов модемного оборудования.



Рис. 3.1. Пример оборудования узла доступа к сети Internet:

подключение к магистральному каналу Internet на скорости до 2 Мбит/с;

16 низкоскоростных (до 33,6 кбит/с) коммутируемых каналов на выходе;

8 скоростных каналов (до 128 кбит/с) на выходе; гибкая наращиваемая конфигурация

Абонентские модемы

Среди специфических требований, предъявляемых к абонентским модемам, необходи­мо отметить высокую чувствительность, надежное распознавание станционных зуммеров (для автодозвона) и низкую стоимость.

Большинство модемов (около 70%) этого класса основаны на массовых модемных про­цессорах Rockwell, UMC, CL и др. Почти все продукты поддерживают скорость до 33600 бит/с, многие модели поддерживают два стандарта на скорость 56 кбит/с. Стоимость або­нентских модемов неуклонно снижается и не превышает 100-150 долл. США.

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, соз­ данных 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 зум­меры). 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, цифровизация, 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 САР.Так как модуляция САР 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.

Оборудование HDSL

Производством оборудования HDSL занимается несколько десятков зарубежных компа­ний. Основным параметром оборудования HDSL считается дальность его работы. Этот пара­метр практически на 100% определяется типом используемого линейного кодирования (см. выше). По этому параметру все оборудование, использующее кодирование 2В10, как правило, равноценно - то есть обеспечивает одинаковую дальность и помехоустойчивость. Системы с модуляцией САР несколько превосходят оборудование 2В1Q по ключевым параметрам (даль­ность и помехоустойчивость), однако практически идентичны по этим параметрам между собой.

Оборудование HDSL отличается наличием/отсутствием различных дополнительных функ­ций, различным энергопотреблением, наличием режимов резервирования и т.д. Это обуслав­ливается применением различных наборов микросхем, отличиями в программном обеспечении, конструкторской разработке и т.д. Помимо линейных параметров, с точки зрения большинства пользователей, можно выделить следующие характеристики аппаратуры HDSL, на которые по­лезно обратить внимание при выборе ее типа.

Варианты конструктивного исполнения. Как правило, оборудование HDSL выпускается в двух основных конструктивах: "настольном" и "стоечном". Под "настольным" понимается ав­тономный блок на одну линию HDSL, не требующий для своей работы какого-либо общего для нескольких трактов HDSL оборудования. "Настольный" конструктив чаще всего используется на "абонентском" конце линии или же, в сетевых приложениях, в тех точках, где количество линий HDSL не превышает одной-двух. "Стоечный" конструктив, напротив, представляет собой общую для нескольких блоков HDSL конструкцию, как правило, выполненную в виде модульной кассе­ты стандартного размера (19") с общим блоком питания и иногда блоком управления. "Стоеч­ный" конструктив удобен для применения в узлах сетей, откуда исходит множество линий HDSL. Некоторые фирмы предлагают также варианты конструктива minirack - когда один-два блока HDSL устанавливаются непосредственно в 19" стойку.
Такой конструктив, как и настоль­ный, применяется при небольшом числе трактов HDSL в узле, но часто оказывается удобнее настольного в сетевых приложениях, где большинство другого оборудования (например, мар­шрутизатор или УАТС) уже смонтировано в 19" стойку. Таким образом, один-два блока HDSL устанавливаются в тот же конструктив, причем нет необходимости в установке избыточной в этом случае 19" модульной кассеты. Наконец, некоторые из систем HDSL имеют специальный конструктив для регенератора, применение которого необходимо тогда, когда длина линии превышает допустимые значения (см. выше). Конструктив регенераторов делается таким обра­зом, чтобы обеспечить установку в колодцах и, как правило, предусматривает установку не­скольких регенераторов (то есть регенераторов для нескольких трактов HDSL) в одном корпусе.

Варианты электропитания. "Стоечный" вариант оборудования HDSL всегда должен иметь возможность электропитания от станционных батарей напряжением 48-60 В постоянного тока. "Настольный" и minirack блоки, как правило, имеют электропитание от бытовой сети на­пряжением 220 В переменного тока. Полезной является функция электропитания настольного или minirack модуля от сети 48-60 В постоянного тока, так как в сетевых приложениях эти блоки часто ставятся в помещениях телефонных станций (узлов), где предпочтительнее использова­ние гарантированного электропитания. Другой необходимой функцией электропитания "на­стольных" и minirack блоков является дистанционное фантомное электропитание (по сигналь­ным линиям). В этом случае при установке оконечных (или абонентских) блоков HDSL для со­хранения энергонезависимости работы сети не требуется применение источников бесперебой­ного питания, так как вся сеть HDSL запитывается от станционных батарей гарантированного питания. Блок HDSL, установленный на центральном узле, преобразует входное напряжение 48-60 В в напряжение дистанционного питания (как правило, около 100-150 В), которое ис­пользуется оконечным блоком HDSL.


Функция дистанционного электропитания позволяет также легко организовать регенератор HDSL путем соединения двух блоков "спина к спине" с двух­сторонней подачей дистанционного питания на них.

Выбор пользовательских интерфейсов. На стороне линии модем HDSL имеет линей­ный интерфейс с кодом 2B1Q или САР, определяемый фирмой-производителем оборудования (за исключением стандартизованных собственно линейного кодирования и энергетических па­раметров сигнала). На стороне пользователя, то есть на стороне модема HDSL, подключаемого к устройствам пользователя, интерфейс, напротив, является стандартным, полностью отвечаю­щим международным спецификациям для достижения совместимости с пользовательским обо­рудованием. Наиболее широко применяемым в телефонии является интерфейс Е1 со скоростью передачи 2 Мбит/с, регламентируемый рекомендацией ITU-T G.703. Такой интерфейс обеспечивается всеми производителями оборудования HDSL. Интерфейс Е1 может предусматривать различные варианты деления на кадры (фреймы), в частности, в соответствии с рекомендацией G.704 или ISDN PRA (NT1). Многие модемы HDSL не производят деления на кадры, работая лишь в "прозрачном" режиме. Такой режим, однако, не позволяет обеспечить ряд важных функций резервирования (см. ниже), поэтому наиболее универсальное оборудование HDSL поддерживает разбиение на кадры. Для применения оборудования в сетях передачи данных (часто и при применении в сетях мобильной связи) важным является наличие интерфейсов, по­зволяющих программировать скорость по интерфейсу пользователя от 64 кбит/с до 2 Мбит/с с шагом 64 кбит/с (напомним, что в технологии HDSL линейная скорость при этом остается не­изменной). Таких интерфейсов несколько, например, V.35, V.36, Х.21. Наиболее часто исполь­зуется V.35, наличие других интерфейсов важно при разнообразии типов пользовательского оборудования. Некоторые системы позволяют установить два цифровых интерфейса, каждый из которых работает со скоростью N*64 кбит/с, при этом суммарная скорость по двум интер­фейсам не превышает 2048 кбит/с.


Наличие такой функции позволяет организовать два неза­висимых цифровых канала по единственному тракту HDSL. Для связи локальных сетей или выхода в Интернет применяется Ethernet интерфейс, как правило, 10BaseT.

Режимы резервирования и защиты. Как и любое другое оборудование передачи, сис­темы HDSL предусматривают резервирование. В случае необходимости обеспечить полное ре­зервирование тракта Е1 применяется защита типа 1+1. Две пары модемов HDSL включаются в этом случае параллельно, желательно с использованием пар из разных кабелей. В случае вы­хода из строя одного из трактов (по причине выхода из строя кабельной пары или самой сис­темы HDSL), передача осуществляется по второму тракту, другими словами, обеспечивается 100% горячее резервирование. Второй способ защиты, называемый partial mode, позволяет со­хранить частичную работу тракта Е1 при обрыве одной из пар. В системах HDSL, обеспечиваю­щих такой способ защиты, по обоим парам дублируется передача временных интервалов TSO и TS16, временные интервалы TS1-TST5 и TS17-TS31 назначаются на ту или иную кабельную па­ру. При обрыве одной пары временные интервалы, запрограммированные как "приоритетные", передаются по оставшейся в работе паре, вторая половина временных интервалов теряется. Благодаря тому, что TSO и TS16 дублируются по обоим парам, сохраняется работоспособность оконечного оборудования, например мультиплексоров или телефонных станций, естественно с потерей половины каналов.

Система управления. Оборудование HDSL нуждается в управлении. Наиболее часто для программирования локального блока HDSL применяется обычный последовательный интер­фейс, управление реализуется с компьютера, эмулирующего работу алфавитно-цифрового терминала, например типа VT100. В некоторых случаях обеспечивается также дистанционное конфигурирование, когда с локального терминала обеспечивается управление удаленным устройством HDSL, управляющая информация передается по тракту HDSL с использованием "избыточной" пропускной способности (суммарная линейная скорость по линейному тракту HDSL выше, чем скорость по пользовательскому интерфейсу - 2048 кбит/с).


Наиболее сложной в реализации является централизованная система управления, позволяющая централизованно осуществлять контроль работы и управление многими сотнями систем HDSL, установленных на обширной территории. Связь между блоками HDSL, помимо использования HDSL трактов, осу­ществляется через глобальные сети, например, типа Internet, X.25 или Frame Relay. Централи­зованное сетевое управление осуществляется по определенным протоколам, которые могут быть частными, то есть применяемыми только одной фирмой-производителем, или стандарт­ными, то есть описанными в международных рекомендациях. Для систем HDSL особую важ­ность имеет наличие стандартных протоколов управления, например, SNMP или SMIP, так как в этом случае покупатель оборудования HDSL может использовать уже установленные у него единые средства сетевого управления (например, управляющие коммутационным оборудова­нием) для управления линиями HDSL. Некоторые производители оборудования HDSL реализуют в своих системах также частные протоколы некоторых фирм, широко поставляющих технику связи. Это облегчает для оператора задачу интеграции управления HDSL с существующей сис­темой централизованного сетевого управления.

Диагностика линии. Пара модемов HDSL представляют собой достаточно точный изме­рительный прибор, показаний которого достаточно для оценки качества линии и определения параметров цифрового тракта. Большинство систем позволяют пользователю оценить соотно­шение сигнал/шум на проверяемой линии. Некоторые системы позволяют проводить полный мониторинг линии в соответствии с рекомендацией G.826.

Параметры некоторых наиболее известных систем HDSL сведены в табл. 4.3. В табл. 4.4 представлены параметры некоторых HDSL систем, реализующих модуляцию САР.

Таблица 4.3. Сравнительные характеристики оборудования HDSL

* Стандартные (общие для всех изделий) параметры: 2 пары; интерфейсы G 703/G.704, nx64k V35, nx64k X.21; оконечный блок с локальным или дистанционным питанием; конструктив стоечный и настольный; управление через последовательные интерфейсы с терминала типа VT100



** Во всех системах, где не отмечено наличие линейного кодирования САР64 или САР128, применяется кодирование 2B1Q

Таблица 4.4. Сравнение систем, реализующих САР модуляцию

	LGHD-2000D Standalone (LG)	CAPSPAN-2000 Standalone (C-Com)	WATSON3 Table Top (Schmid)
Питание	220 В 50 Гц	220 В 50 Гц	40-60 В, Адаптер 220 В
Потребляемая мощность, Вт	9	12(8)	6
Дистанционное питание	нет	есть, 180 В пост.	120 В пост.
Управление	с локальной клавиатуры и ЖКИ, RS-232 (VT100) только на корзине, ПО для Windows)	RS-232(VT100)	RS-232 (VT100), централизованное сетевое управление через Х.25 или Ethernet, протоколы SNMP, CMIP, частные протоколы IMS Nokia, XMP Bosch
Интерфейсы	E1(T1),V.35	E1(T1),V.35	Е1 , V.35, V.36, Х.2 (2 порта N*64 до 1 Мбит/с каждый порт, ISDN PRI, Ethernet (Bridge)
Резервирование по поль­зовательскому интерфейсу	нет	нет	Е1 (1+1)
Защита по HDSL тракту	нет	нет	при обрыве одной пары сохраняется половина временных интервалов
Режим работы	2 пары	2 пары	2 пары или 1 пара (половина потока)
Внешняя синхронизация, кГц	нет	2048	2048
Измерение качества линии	S/N	нет	S/N, G.826
Сбор статистики (ошибки)	нет	Errored Seconds (ES), SES	ES, SES, ESR%, BBER%

Общие характеристики

Одной из главных задач при подключении к сети передачи данных является организация вы­сокоскоростного канала связи от абонента до узла сети. Эта же задача стоит при построении корпоративных или региональных сетей связи. Наиболее широко для решения этой задачи используются модемы для телефонных каналов. Такой модем преобразует цифровой сигнал, получаемый от оконечного оборудования данных (персональный компьютер, маршрутизатор или другое устройство), в аналоговый сигнал, пригодный для передачи в частотном диапазо­не телефонного канала. Передача осуществляется по тому или иному протоколу, стандарти­зованному ITU-T. Этим достигается совместимость модемов различных производителей на уровне сопряжения с каналом связи. Модемы для телефонных каналов стандартизованы и с точки зрения системы команд управления. Стандарт на систему команд принят всеми произ­водителями "де-факто", хотя и не утвержден "де-юре". Чаще всего система команд называ­ется "АТ-команды" или Hayes-команды (по имени создателя первого интеллектуального мо­дема). Ниже приведены некоторые основные функции и возможности модемов, на которые целесообразно обращать внимание при организации сети передачи данных. Модемы "поль­зовательского уровня", хотя и имеют основное значение как средство доступа, почти не рас­смотрены ввиду огромного количества доступной литературы, специально посвященной дан­ной теме [4].

Современные сети передачи данных обеспечивают скорости подключения, существенно превышающие предельно-допустимые для телефонных модемов. Например, для многих Internet-приложений клиенту необходим доступ на скорости 64-2048 кбит/с. В случаях, когда точки подключения (к узлу сети и пользовательскому оконечному устройству) расположены в пределах одного города и пригородов, одним из наиболее эффективных путей решения зада­чи является использование модемов для физических линий (также называемых модемами на ограниченную дистанцию - short-range), позволяющих организовать высокоскоростные кана­лы связи на медных линиях городской телефонной сети. Модемы для физических линий, в отличие от телефонных модемов, стандартизованы в меньшей степени. Как правило, модемы каждой фирмы-производителя имеют свой уникальный линейный протокол, и поэтому должны использоваться в паре на обоих концах линии. Это не вызывает серьезных неудобств, так как модемы для физических линий не работают через коммутируемую сеть, следовательно, каж­дое соединение, организуется на длительное время и может быть оборудовано одинаковыми модемами. С точки зрения стыковки с оконечным оборудованием, модемы для физических линий стандартизованы по типам пользовательских интерфейсов. Как правило, это синхрон­ные интерфейсы V.24, V.35 или G.703. Большинство модемов для физических линий основаны на технологиях xDSL.

Поэтому описанные ниже средства доступа к теле­фонной сети в равной степени применимы и для обеспечения низкоскоростной передачи данных. По ходу изложения указываются лишь ограничения (если и имеются) на скорость пе­редачи данных посредством модемов, вносимые теми или иными блоками сети доступа. Кратко рассмотрены также возможности предоставления высокоскоростных каналов передачи данных (64 кбит/с и выше) с цифровыми окончаниями, как дополнительный вид услуг, пре­доставляемых одновременно с услугами аналоговой телефонии.

В данном разделе не рассматривается также концепция построения сети ISDN. Структу­ра сети интегрального обслуживания, хотя и близка к рассматриваемой в настоящей главе, и, более того, подавляющее большинство технологий и оборудования, рассмотренных ниже, в равной степени пригодны и для подключений абонентов ISDN, тем не менее многообразие протоколов и топологий сети ISDN требуют выделения для данной темы отдельной книги. Ко­нечно, при описании аппаратурных и структурных решений возможности реализации каналов доступа ISDN будут упоминаться в числе ключевых параметров сети доступа.

Традиционный способ подключения, заключающийся в прокладке медной абонентской линии от оконечной станции до терминала абонента, становится все более дорогим и не ре­шает всего спектра задач, стоящих перед современной телекоммуникационной сетью. Стои­мость самого медного кабеля, а также его укладки неуклонно растет. Загруженность кабель­ной канализации в городах, высокие эксплуатационные расходы на поддержание состояния кабелей в сочетании с ограниченностью пропускной способности заставляют операторов ис­кать альтернативные пути решения проблемы доступа. В сетях доступа все чаще используют­ся технологии, раньше применявшиеся лишь на магистральных направлениях, а именно воло­конно-оптические и радиорелейные линии.

Конечно, нельзя сбрасывать со счетов огромное количество электрического кабеля, уложенного за годы безраздельного господства аналоговой телефонии.


Новая экономическая ситуация, развитие конкуренции среди операторов связи предъявляют требования по интен­сификации использования этого "зарытого в землю" богатства. Здесь на помощь приходят технологии xDSL, подробно описанные ранее.

Концепция развития сетей доступа в основном разделяется на две составляющие:

- интенсификация использования существующих абонентских линий (АЛ);

-        строительство сетей доступа с применением новых технологий (ВОЛС, РРЛ, HDSL).

Концепция модернизации АЛ заключается, прежде всего, в различных способах по­вышения их пропускной способности (или уплотнения) без изменения топологии сети. При уплотнении АЛ производится простое наращивание числа линий, уплотненные АЛ с функцио­нальной точки зрения не отличаются от традиционных медных.

Данная концепция подробно описана выше в главах, посвященных оборудованию циф­ровых систем передачи для АЛ и аппаратуре HDSL.

Концепция построения современных сетей доступа имеет существенные отличия от простого уплотнения АЛ. Во-первых, сеть доступа рассматривается как единая структура, имеющая свою идеологию построения, топологию, систему управления. Во-вторых, совокуп­ность различных типов каналообразующего оборудования и линейных передающих систем, используемых в сети доступа, практически не ограничивает возможностей оператора по пре­доставлению как аналоговых, так и цифровых услуг. Наконец, при условии цифровизации и стандартизации транзитной сети, современная сеть доступа в корне меняет подход к по­строению коммутационного оборудования, поскольку все абонентские подключения к комму­татору осуществляются по цифровым стыкам.

Общие принципы построения цифровых систем передачи

Оборудование цифровых систем передачи (ЦСП) состоит из оборудования формирования и приема цифровых сигналов и оборудования линейного тракта. Цифровые сигналы обычно формируются в оборудовании аналого-цифрового преобразования первичных ЦСП, на входы которых поступают аналоговые сигналы, и затем преобразуются в цифровую форму. Наи­большее распространение в мире получили ЦСП с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ). Цифровые сигналы также могут формироваться в оборудовании временного группообразования ЦСП более высокого уровня (вторичном, третичном и т.д.). В России принята европейская система иерархии ЦСП:

1. первичная ЦСП со скоростью цифрового потока 2048 кбит/с,

2.      вторичная ЦСП со скоростью цифрового потока 8448 кбит/с,

3.      третичная ЦСП со скоростью цифрового потока 34368 кбит/с,

4.      четверичная ЦСП со скоростью цифрового потока 139264 кбит/с и т.д.

Указанные иерархии известны под общим названием плезиохронная цифровая иерархия (Plesiochronous Digital Hierarchy - PDH). Развитие технологий скоростных телекоммуникаций на основе PDH привело к появлению систем синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy - SDH) [13].

Система передачи на первом уровне, например ИКМ-30, формирует первичный цифро­вой поток 2048 кбит/с и позволяет передавать 30 телефонных каналов тональной частоты (ТЧ).

Стандартный канал ТЧ, транслируемый с помощью метода ИКМ, при котором из исход­ного сигнала как бы "вырезаются" мгновенные значения каждые 125 мкс и кодируются 8-разрядной двоичной комбинацией, эквивалентен цифровому каналу со скоростью 64 кбит/с.

Для образования группового цифрового сигнала ИКМ требуется последовательное вы­полнение четырех процедур:

1.      дискретизация исходного сигнала по времени и формирование импульсного сигнала, модулированного по амплитуде,

2.      объединение этих индивидуальных сигналов в групповой сигнал с амплитудно-импульс­ной модуляцией (АИМ),

3.      квантование этого группового АИМ сигнала по уровню,

4.      кодирование отсчетов группового АИМ сигнала, в результате чего формируется группо­вой цифровой сигнал (рис. 2.1).

 

Рис. 2.1. Формирование группового цифрового сигнала

Процесс дискретизации заключается в получении дискретных отсчетов (мгновенных значений) исходного сигнала C(t) с периодом Т в соответствии с теоремой В.А.Котельникова (гл. 1). Обычно используется амплитудно-импульсная модуляция АИМ (рис. 2.2), при этом информация о мгновенных значениях исходного сигнала имеет вид амплитудно-модулированных импульсов S(t) (рис. 2.2 а). Такие импульсы можно получить, если на электронный ключ (ЭК) одновременно подавать исходный сигнал C(t) и прямоугольные импульсы P(t) с пе­риодом следования Т (рис. 2.2 б). Последовательность p(t) периодически включает ЭК, кото­рый соединен с общей шиной ОШ, при этом на выходе ЭК и в общей шине ОШ формируется амплитудно-модулированный сигнал S(t) (рис. 2.2 а).

Период следования импульсов АИМ Т=125 мкс. Ширина импульсов определяет энергию транслируемого сигнала: чем больше ширина, тем больше энергии исходного сигнала пере­носит последовательность сигналов АИМ S(t).



Рис. 2.2. Амплитудно-импульсная модуляция

Обычно ширину импульсов выбирают равной 0,5-10 мкс, что меньше периода следова­ния импульсов Т. Это позволяет по одной цепи одновременно и независимо передавать им­пульсы S(t), образованные при помощи модуляции от нескольких исходных сигналов. Для это­го должны вырабатываться различные последовательности прямоугольных импульсов P(t), сдвинутые во времени относительно друг друга (рис. 2.3 а). Тогда групповой АИМ сигнал бу­дет иметь вид, приведенный на рис. 2.3 б, где показано, к исходному сигналу какого канала (1...N) относится данный импульс.



Рис. 2.3. Формирование группового АИМ сигнала

Упрощенная схема АИМ модулятора может быть показана в виде, приведенном на рис. 2.4. В общей шине (ОШ) будет формироваться объединенный сигнал от N источников информации (например, телефонных аппаратов).


Для разделения сигналов от разных источ­ников предусмотрен защитный временной интервал, обычно его делают равным 0,3-3 мкс. При этом для передачи информации от одного источника отведен промежуток времени, рав­ный сумме длительности отсчета (длительности импульса последовательности P(t)) и дли­тельности защитного временного интервала. Этот промежуток времени называется каналь­ным интервалом.

 

Рис. 2.4. Упрощенная схема АИМ модулятора

Следует отметить, что на выходе модулятора (рис. 2.4) образуются АИМ сигналы перво­го рода (АИМ-1): амплитуда импульсов на выходе модулятора изменяется в соответствии с изменением амплитуды исходного сигнала C(t). Однако, такой сигнал неудобен для передачи, поэтому используют сигналы АИМ второго рода (АИМ-2).

Отличие АИМ-2 от АИМ-1 заключается в том, что амплитуда каждого импульса из группового АИМ сигнала АИМ-2 определяется мгновенным значением исходного сигнала в момент нача­ла отсчета и не изменяется за длительность времени отсчета, т.е. амплитуда будет неизмен­на. Разница между АИМ-1 и АИМ-2 несущественна, если ширина (длительность) импульсов последовательности P(t) много меньше периода следования Т.

На приемном конце процесс выделения из группового сигнала АИМ индивидуальных сигналов выполняется временными селекторами, представляющими собой такие же электронные ключи, как в модуляторе. Эти электронные ключи управляются такими же импульс­ными последовательностями, как в АИМ модуляторе на передающем конце.

Квантование группового АИМ сигнала по уровню применяется для упрощения процесса кодирования. Закодировать бесконечное число значений амплитуды АИМ сигнала технически затруднительно, поэтому используют разрешенное ограниченное число значений амплитуды АИМ сигнала. Квантование заключается в определении амплитуды дискретного сигнала каж­дого временного канала и сравнении с некоторыми разрешенными уровнями. При этом зна­чение амплитуды сигнала заменяется ближайшим разрешенным. Число разрешенных значе­ний зависит от вида передаваемого сигнала и определяет качество передачи.



Для этого составляется шкала квантования, определяемая минимальным и максималь­ным значением амплитуды исходного (модулирующего) сигнала. Расстояние между двумя со­седними разрешенными уровнями называется шагом квантования, величина которого опре­деляет искажения исходного сигнала при передаче: чем меньше шаг, тем меньше искажается сигнал. Однако уменьшение шага квантования приводит к увеличению числа уровней кванто­вания при неизменной длине шкалы квантования, что, безусловно, усложняет оборудование.

Если шаг квантования по всей шкале квантования остается постоянной величиной, то такое квантование называется равномерным. В современных системах передачи применяется неравномерное квантование с изменяющимся шагом квантования, что позволяет уменьшить шумы квантования и при этом не увеличить число уровней квантования. При неравномерном квантовании для сигналов с малой амплитудой шаг выбирается небольшим и увеличивается с возрастанием амплитуды сигналов.

Неравномерное квантование получают с помощью динамического сжатия сигнала. Для этого на передаче применяется специальное устройство с нелинейной амплитудной характе­ристикой - компрессор. На приемном конце сжатый сигнал как бы расширяется с помощью специального устройства - экспандера, имеющего амплитудную характеристику, обратную компрессору. Результирующая характеристика компрессора-экспандера, называемого ком­пандером, в этом случае не будет вносить нелинейных искажений, так как будет линейной.

В современных системах ИКМ амплитудные характеристики компрессора и экспандера имеют вид кусочно-ломаных кривых, содержащих 256 уровней квантования, для их кодирова­ния требуется 8 разрядов. Кодирование осуществляется за 8 тактов,

В системах передачи европейской иерархии используется логарифмическая характери­стика компандирования, так называемый А-закон:

y=sgn(x)[z/(1+lnA)],

где у и х - отношение амплитуд выходного и входного сигналов соответственно к вели­чине порога ограничения квантующего устройства (квантователя), z = А[х] для х, находящихся в интервале от 0 до 1/А, z=1 + lnA[x] для х, находящихся в интервале от 1/А до 1, А - пара­метр компрессии, А = 87,6.



Для транслирования номеров уровней на приемный конец применяется последователь­ное кодирование. Для кодирования часто используется равномерный двоичный код, при этом число уровней квантования будет равно 2n, где n - число элементов кода.

Рассмотрим процесс преобразования некоторого исходного аналогового сигнала C(t) в сигнал ИКМ (рис. 2.5). Сигнал C(t) модулирует некоторую последовательность импульсов P(t) с периодом следования импульсов Т. После дискретизации амплитуды дискретных сигналов округляются до ближайших разрешенных уровней (АИМ-2), при этом шкала квантования име­ет вид, показанный на рис. 2.5 а.

В процессе квантования по амплитуде передается не значение амплитуды отсчета (им­пульса, вырезанного из исходного сигнала), а закодированное значение ближайшего разре­шенного уровня k. В результате квантования значение амплитуды импульса изменяется (ок­ругляется в большую или меньшую сторону). При этом допускается ошибка, которая будет тем меньше, чем меньше выбран шаг квантования. При ИКМ передаются не значения ампли­туды, а номера ближайших разрешенных уровней: k=0, k=2, k=5, k=7, k=5, k=1, k=0 (рис. 2.5 б). Пусть для кодирования выбран трехэлементный двоичный код, тогда закодиро­ванные значения уровней будут: 000, 010, 101, 111, 101, 001, 000.

По линии связи передается цифровой сигнал в виде кодовых групп, представляющих сочетание импульсов одинаковой амплитуды и пауз (рис. 2.5 в). Каждая кодовая группа пере­дается по линии за время канального интервала.



Рис. 2.5. Преобразование аналогового сигнала в АИМ сигнал

На приемном конце по принятой информации восстанавливается исходный сигнал с не­которой погрешностью - кривая, показанная штриховой линией (рис. 2.5 г). Эта погрешность зависит от шага квантования и проявляется как искажение формы исходного сигнала (так на­зываемый шум квантования). В [14] приведена оценка качества речи, переданной с помощью ИКМ, в зависимости от числа разрешенных уровней квантования (табл. 2.1).




Таблица 2.1. Оценка качества речи при ИКМ передаче

Оценка качества речи	Число уровней квантования	Число элементов кода в кодовой группе
Очень плохое	8	3
Плохое	16	4
Удовлетворительное	32	5
Хорошее	64	6
Очень хорошее	128	7
Отличное	256	8

Из табл. 2.1 видно, что число уровней квантования, равное 256, является приемлемым, Такое число уровней имеют системы передачи ИКМ, применяемые на взаимоувязанной сети связи России.

Упрощенная структурная схема системы ИКМ-30 (оконечной станции) приведена на рис. 2.6. Условно можно выделить индивидуальное (ИО) и групповое (ГО) оборудование. В ИО осуществляется согласование оборудования с линейными окончаниями двухпроводных трак­тов, по которым поступают канальные исходные сигналы, а также дискретизация этих сигна­лов. В групповом оборудовании осуществляется квантование и кодирование канальных сигна­лов путем поочередного подключения к ИО каждого канала, а также объединение этих сигна­лов в групповой и формирование линейного сигнала.



Рис. 2.6. Упрощенная структурная схема оконечной станции ИКМ-30

В состав ИО входит дифференциальная система (ДС), согласующая двухпроводный и четырехпроводный тракты, усилители низких частот и фильтры нижних частот. Модулятор (М) осуществляет дискретизацию аналоговых сигналов в тракте передачи, а в тракте приема се­лектор (С) осуществляет выборку сигнала своего канала из группового сигнала. Модулятор и селектор представляют собой быстродействующие электронные ключи, которые управляются соответственно импульсными последовательностями Р1...РЗО.

В состав ГО входят: модулятор АИМ для группового сигнала, который осуществляет преобразование АИМ-1 в АИМ-2, кодер и декодер (ДЕК), устройства объединения (УО) и раз­деления (УР) информационных и служебных сигналов, регенераторы (Per), устройство фор­мирования линейного сигнала и линейные трансформаторы (ЛТр), с помощью которых пода­ется ток дистанционного питания (ДП) необслуживаемых регенерационных пунктов (НРП).


В НРП осуществляется восстановление линейных сигналов, изменившихся после прохождения определенных кабельных участков. На рис. 2.6 не показано генераторное оборудование, со­стоящее из задающего генератора, блока деления частоты и распределителя импульсов. Не показаны блоки синхронизации и блоки передачи и приема сигналов управления (СУ) и ли­нейных сигналов, блоки служебной связи (СС) и блоки подачи сигналов телеконтроля линей­ного тракта. Телеконтроль линейного тракта и служебная связь осуществляются по отдельным парам кабеля.

В системе ИКМ-30 формируется 32 временных канала, из которых 30 - информацион­ные, а 2 предназначены для передачи: сигналов управления и линейных сигналов (16-й вре­менной канал), сигналов синхронизации (0-й временной канал). Подробно организация сверхциклов, циклов, канальных и тактовых интервалов рассмотрена в [15].

Для повышения эффективности систем связи в настоящее время применяются адаптив­ные варианты ИКМ, в которых регулируются основные параметры системы дискретизации - диапазон, шаг, начало отсчета шкалы квантования, временной интервал между отсчетами. При этом на приемной стороне сигнал восстанавливается по дискретным данным с использо­ванием определенного алгоритма [16, 17, 18]. Такие виды ИКМ широко используются в мало­канальных системах передачи (см. раздел 2.2).Такой же вид ИКМ используется в системе UPG-60 (см. гл. 4).

К линейным сигналам ЦСП при проектировании предъявляются следующие требования [19]:

1.      энергетический спектр передаваемых цифровых сигналов должен быть сосредоточен в относительной узкой полосе частот при отсутствии постоянной составляющей, что уменьшит межсимвольные искажения, повысит взаимозащищенность, обеспечит возможность совместной параллельной работы с аналоговыми системами передачи. Это позволяет увеличить дли­ну участка регенерации и повысить верность передачи;

2.      возможность контроля за коэффициентом ошибок без перерыва связи.



В системах ИКМ-30 применяется код с чередованием полярности импульсов - ЧПИ (AMI - Alternate Mark Inversion), представляющий собой двухполярный трехуровневый код с инвер­сией полярности сигнала на каждой второй передаваемой единице. Формирование передачи двоичного символа 1 происходит с помощью чередования сигналов, показанных на рис. 2.7 а и рис. 2.7 б, а 0 - с помощью сигнала "пассивная пауза" (рис. 2.7 в). Такой порядок позволя­ет устранить постоянную составляющую из спектра сигнала, так как средний уровень такого сигнала равен нулю.

При использовании кода ЧПИ упрощается процесс выделения хронирующего сигнала в ре­генераторах. Кроме этого, принимаемые сигналы позволяют осуществить проверку на четность: об­наружение двух последовательных импульсов од­ной полярности означает ошибку. Основным не­достатком кода ЧПИ является возможность появ­ления в передаваемой последовательности длин­ных серий 0, что отрицательно отражается на син­хронизации в регенераторах. Поэтому находят применение усовершенствованные коды.

Различают неалфавитные коды, в которых изменение статистических свойств исходной ин­формации происходит при определенных услови­ях, например, в модифицированном коде ЧПИ (HDB3 - High Density Bipolar code of order 3) при четырех подряд следующих нулях происходит их замена определенными сочетаниями: 000V или B00V так, чтобы число импульсов В между после­довательными V импульсами было нечетным. Если после замены  было передано нечетное число единиц, то для замены выбирается комбинация 000V, если число промежуточных единиц было четным, выбирается B00V. При последовательных заменах создаются нарушения с чередующимися полярностями (табл. 2.2).

Таблица 2.2. Виды комбинаций импульсов в неалфавитных кодах

Полярность предыдущего импульса V	Вид комбинации для числа импульсов В после последней замены
	нечетного импульса	четного импульса
-	000-	+00+
+	000+	-00-

При таком кодировании не может быть последовательности, содержащей более трех нулей подряд, поэтому такой код также называют кодом с высокой плотностью единиц поряд­ка три - КВП-3 (HDB3).

В алфавитных кодах статистические свойства исходной информации меняются путем деления этой информации на группы, а затем преобразования по определенному правилу (алфавиту) этих групп, в результате чего получаются группы символов кода с другим основа­нием счисления и с новым числом тактовых интервалов. При этом передаются признаки гра­ниц групп символов кода для правильного восстановления на приеме.

В цифровых системах передачи для АЛ часто используются алфавитные коды 3В2Т, 4ВЗТ, 2B1Q. Первое число в названии обозначает число символов в кодируемой двоичной группе. Буква В (Binary) показывает, что для представления исходной информации использу­ется двоичное счисление. Следующее число - это число символов в группе кода. Последняя буква в обозначении кода показывает кодовое основание счисления: Т (Ternary) - троичное, Q (Quaternary) - четверичное. На рис. 2.8 показан пример двухуровневого кодирования двоич­ного сигнала в различных кодах.



Рис. 2.8. Примеры двухуровневого кодирования двоичного сигнала в различных кодах

Многоуровневые коды по сравнению с двухуровневыми позволяют получить более вы­сокие скорости передачи двоичных сигналов в линии. При многоуровневой передаче скорость двоичных сигналов будет равняться отношению логарифма по основанию 2 числа уровней к длительности тактового интервала Т [15]. На рис.2.9 показан пример 4-уровневого сигнала, при таком сигнале достигается передача битов на тактовый интервал, т.е. двух битов на один бод (бод - единица измерения скорости передачи символов, при этом скорость определяется как 1/Т). Следует подчеркнуть, что скорость передачи двоичных сигналов, измеряемая в би­тах, только тогда равна скорости передачи символов, когда передается 1 бит на один такто­вый интервал. Для примера, показанного на рис. 2.9, эти скорости не равны.



При многоуровневом линейном кодировании 2B1Q (например, в системах передачи TOPGAIN-4-NATEKS, РСМ-8ВА и др.), происходит преобразование двух двоичных символов в символ с четверичным кодовым основанием счисления.

Основные требования к оборудованию

Рассмотрим, какие требования предъявляет оператор к оборудованию для построения сети доступа. Для этого определим сначала основные задачи, стоящие перед современным оператором телекоммуникационной сети.

Задачи оператора телекоммуникационной сети:

1. Быстрое подключение новых абонентов (при модернизации и строительстве новой СД).

2.      Возможность предоставления новых услуг (цифровые каналы + ISDN).

3.      Минимизация стоимости СД и эксплуатационных затрат.

4.      Возможность экономичного перераспределения ресурсов СД и предоставления широ­кополосных услуг по требованию.

5.      Обеспечение "запаса ресурса" СД для предоставления новых услуг в будущем.

Рассмотрим каждую задачу и путь ее решения.

1.      Для быстрого подключения абонентов подходят все решения, не связанные с про­кладкой кабеля. Уплотнение существующих медных линий, использование радиодоступа, применение радиолиний для связи терминалов ОСД - все эти решения обеспечивают бы­строе включение новых абонентов. Именно эти решения чаще всего используются при мо­дернизации СД, связанной с увеличением потребностей в услугах в регионах, уже имеющих кабельную инфраструктуру. При ограниченности пропускной способности линий связи терми­налов ОСД применяется динамическая концентрация. При строительстве новой СД в разви­вающихся деловых, индустриальных или жилых районах целесообразно использование ра­диодоступа (имеющего, однако, ряд ограничений по стоимости и пропускной способности)или ОСД, использующего в качестве среды распространения сигналов оптический кабель. Действительно, стоимость прокладки медного и оптического кабелей примерно одинакова, стоимость самого оптического кабеля постоянно снижается, а пропускная способность, на­дежность, запас ресурса у ВОЛС несопоставимо выше.

2.      Предоставление новых услуг, под которыми сейчас, в основном, понимаются не­коммутируемые каналы с цифровым окончанием и ISDN, возможно с применением всех сис­тем современного ОСД.
Однако в случаях уплотнения медных линий и радиодоступа, цифро­вые услуги существенно снижают емкость систем, отбирая львиную долю общей пропускной способности. Некоторые виды широкополосных услуг, требующих для своей работы потоков более, чем 2 Мбит/с, как правило, не могут быть предоставлены через СД, использующую существующий медный кабель, так же как и через систему беспроводного радиодоступа. Для таких задач оптимальнее применять универсальное ОСД с применением в качестве линейных средств волоконной оптики или высокоскоростных радиолиний. Естественно, на некоторых участках, с целью снижения затрат и увеличения оперативности предоставления услуг, воз­можно и целесообразно использование медных линий.

3.      Затраты на строительство и эксплуатацию - необходимо проведение технико-экономического расчета по каждой проектируемой СД. Каждый из способов оптимален в оп­ределенных условиях. Для обеспечения оптимальных технико-экономических параметров(ТЭП) СД чаще всего используется комбинация всех трех (СД): уплотнение медных линий, ра­диодоступ, ВОЛС. На рис. 7.4 способы и средства доступа охарактеризованы с точки зрения затрат на строительство и эксплуатацию.

Рис. 7.4. Характеристики различных способов и средств доступа с точки зрения ТЭП

Как видим, оптимизация себестоимости СД достигается путем комбинирования различ­ных способов организации доступа. Естественно, собственно оборудование сети доступа также должно быть оптимизировано по себестоимости как при закупке, так и при эксплуата­ции.

4.      Гибкость и мобильность СД позволяет оператору быстро предоставить услуги поместу требования, при этом не требует избыточных предварительных затрат. Например, для5% абонентов делового района требуется выделенный канал в INTERNET пропускной способ­ностью 128 кбит/с. Местоположение офисов меняется, соответственно данную услугу нельзя"привязать" по месту при проектировании сети. При построении гибкой и мобильной СД опе­ратор обеспечивает в каждой точке подключения абонентов (в абонентских терминалах ОСД)возможность предоставления такой услуги путем установки соответствующей интерфейсной платы.


При проектировании СД однако важно, чтобы пропускная способность соединительных линий обеспечила требуемый ресурс.

5.      Запас по ресурсу безусловно желателен для оператора, так как проектируемая сеть доступа рассчитана на десятки лет эксплуатации, а каждая новая услуга обычно требует уве­личения полосы пропускания канала связи. С другой стороны, запас ресурса связан с повы­шением начальных затрат, что не всегда "по карману" малым и средним операторам. Поэтому часто используется комбинированный способ. Применяемое в сети ОСД выбирается таким, чтобы его конструкцией было предусмотрено обеспечение широкополосных услуг. Линии же связи, строительство которых требует больших затрат, вводятся в эксплуатацию по мере не­обходимости. Например, на начальном этапе для связи станционного и абонентского терми­налов ОСД используются существующие медные линии, уплотненные аппаратурой HDSL. Это обеспечивает достаточную пропускную способность для предоставления услуг аналоговой телефонии. По мере роста потребностей абонентов в высокоскоростных цифровых каналах вводятся дополнительные линии связи на основе оптических кабелей или радиорелейных ли­ний.

Исходя из анализа задач, стоящих перед оператором, определим теперь его основные требования к ОСД. Рассмотрим каждую из задач и вытекающие из нее требования.

1.      Быстрое подключение новых абонентов (при модернизации и строительстве новой СД).

      Требования: возможность использования медных линий, радиоканалов, возможность концентрации при использовании кабельных линий, где полоса пропускания ограничена, бы­страя и легкая установка оборудования.

2.      Возможность предоставления новых услуг (цифровые каналы + ISDN).

      Требования: наличие большого выбора пользовательских и станционных цифровых и аналоговых интерфейсов, возможность использования для передачи группового потока широ­кополосных сетей, волоконно-оптических кабелей, высокоскоростных радиолиний, медных линий на отдельных участках.



3.      Минимизация стоимости СД и эксплуатационных затрат).

      Требования: возможность использования существующей инфраструктуры (кабели), лю­бых сред передачи (медь, оптическое волокно, радиоканал), низкая стоимость оборудования, простота оборудования в эксплуатации, наличие системы централизованного управления для упрощения обслуживания, возможность подключения к ТфОП по цифровым интерфейсам.

4.      Возможность экономичного перераспределения ресурсов СД и предоставления ши­рокополосных услуг (по требованию).

      Требования: модульный принцип построения, универсальность общих модулей (кассет и т.д.), единая система управления.

5.      Обеспечение "запаса ресурса" СД для предоставления новых услуг в будущем.Требования: современная технология построения ОСД, высокоскоростные шины данных и линии связи, возможность использования широкополосных линейных систем, "открытая" архитектура, допускающая постоянное расширение набора линейных и пользовательских ин­терфейсов.

Требования, вытекающих из самой концепции построения СД.

1.      Малые габариты и энергопотребление ОСД. Данное требование особенно актуально при размещении оборудования в уличных шкафах (в районах малоэтажной застройки).

2.      Наличие продуманной системы обеспечения гарантированного электропитания.

3.      Наличие встроенных средств защиты (резервирование, защитное переключение и т.д.).

Особенности использования радиосредств для "последней мили"

Рассмотрим вопросы организации стационарного (фиксированного) абонентского доступа к телефонным сетям с использованием радиоканала.

Развитие абонентской распределительной сети с использованием радиосредств в на­стоящее время является весьма перспективным: при определенных условиях радиодоступ может быть более экономичным, чем кабельная сеть. Разработанная первоначально для обеспечения связью мобильных абонентов радиотехнология стала сегодня реальной альтер­нативой существующей кабельной сети. Стоимость линейно-кабельных сооружений неуклонно возрастает, в то время как стоимость оборудования падает. В сети радиодоступа большая часть затрат приходится именно на радиооборудование. В случае необходимости конфигура­ция радиосистем может быть легко изменена, что дает возможность гибко отслеживать изме­нения спроса на услуги. Кроме этого, следует отметить, что внедрение абонентского радио­доступа обеспечивает хорошие условия для создания системы персональной связи.

На рис. 6.1 показан прогноз использования радиосредств при организации абонентско­го доступа (взят из [3]).

Рис. 6.1. Прогноз использования радиосредств на "последней миле"

Кабельная сеть у многих российских операторов телефонной связи довольно изношена, ее модернизация требует значительных капиталовложений, причем одним из самых дорого­стоящих элементов является абонентская распределительная сеть. У вновь возникающих опе­раторов кабельная инфраструктура, как правило, вовсе отсутствует. Использование радио­доступа позволяет не только уменьшить капитальные затраты на создание распределитель­ной сети, но и сократить сроки строительства и ввод объектов в эксплуатацию, а, следова­тельно, срок окупаемости вновь вводимой емкости. Проекты с быстрой окупаемостью обычно заинтересовывают инвесторов, которых мало привлекает перспектива долгосрочных вложений. На рис. 6.2 показана зависимость измене­ния затрат и доходов от времени (кривые построены с использованием данных, взятых из [40], кривые 1 и 2 - затраты на сооружение кабельной и радиосетей, 3 - доходы от ввода в действие абонентской сети доступа).

Рис. 6.2. Зависимость изменения затрат и доходов от времени

Технология абонентского радиодоступа позволяет минимизировать начальные инвести­ции и увеличивать емкость сети постепенно за счет доходов, полученных от эксплуатации первоначально введенной емкости.

Построение абонентской распределительной сети

В настоящее время, в основном, предусматривается включение в АТС двухпроводных аналоговых и цифровых АЛ.

На рис. 1.17 приведена схема организации абонентского доступа на городской теле­фонной сети (ГТС), которая используется в настоящее время. Для организации доступа к АТС применяются многопарные кабели связи, которые, как правило, прокладываются в специаль­ной кабельной канализации.

Рис. 1.17. Схема организации абонентского доступа на ГТС (МУ - магистральный кабельный участок абонентской распределительной сети, выполняемый на многопарном кабеле (200-1200 пар), РУ - распределительный участок (выполняется на 10-50 парном кабеле), АП - абонентская проводка, ВП -внутренняя проводка в помещении абонента, РШ - распределительный шкаф, РК - распределительная коробка, ОУ - оконечное устройство первичной сети или блок абонентского оборудования системы передачи АБ (абонентский полукомплект).

Очевидно, что уже в ближайшем будущем структура абонентской сети будет меняться - оптимальным будет доведение ВОЛС все ближе и ближе до оконечного абонентского устрой­ства, а также построение абонентской сети по принципу "кольца" (рис. 1.18). На рисунке по­казано образование "кольца" с помощью ВОЛС и оборудования системы передачи синхрон­ной иерархии со скоростью потока 155 Мбит/с РОТ 155 (фирмы SAT, Франция), а также обо­рудование мультиплексоров RMX и ВМХ (той же фирмы) и высокоскоростной цифровой або­нентской линии HDSL

Рис. 1.18. Пример абонентской распределительной кольцевой сети

Однако, по оценкам некоторых специалистов [11], кабели связи с медными жилами бу­дут эксплуатироваться, как минимум, лет 40, поэтому вопросы организации абонентского доступа с помощью уплотнения абонентских кабельных линий рассмотрены ниже в следую­щих главах книги.

в отечественной технической литературе сравнительно

Термин "последняя миля" появился в отечественной технической литературе сравнительно недавно. Им обозначают участок сети связи от телефонной (коммутационной) станции до абонентских оконечных устройств. Другое обозначение того же понятия - сеть абонентского доступа. Оба определения берут свое начало от английских выражений ("Last Mile" и "Access Network"). Интерес к участку "последней мили" резко возрос в развитых странах в конце 80-х - начале 90-х годов, когда, с одной стороны, стало ясно, что одни лишь услуги аналоговой телефонии перестали удовлетворять пользователей, а, с другой стороны, прошла модерниза­ция и цифровизация магистральных сетей и коммутационных станций, позволившая обеспе­чить потребность в новых услугах. "Последняя миля" стала в тот момент "горлышком бутыл­ки", сдерживавшим стремительное развитие услуг связи.
Однако уже в начале 90-х годов появились технологии, позволившие снять напряжен­ность на участке доступа. Прежде всего, это гамма решений xDSL, давших новую жизнь мед­ным абонентским линиям. Одновременно с модернизацией медных линий полным ходом шло развитие сетей абонентского доступа, основанных на использовании оптических кабелей и радиоканалов. К концу 90-х годов, то есть в наше время, наблюдается следующий виток спи­рали развития - во многих странах сети абонентского доступа развиты настолько, что легко могут обеспечить абоненту подключение на скоростях 2 Мбит/с и выше. Однако оказывается, что магистральные сети сегодня уже не справляются с такими объемами данных. Так что оче­редь снова стоит за модернизацией магистралей, теперь уже на основе ATM (Asynchronous Transmission Mode) и других широкополосных технологий.
В книге авторы постарались дать читателю общее представление о технологиях або­нентского доступа с практических позиций. Теоретические данные приведены в небольшом объеме и носят справочный характер для специалистов в области разработки оборудования сетей доступа.
Большая же часть материала рассчитана на практиков - операторов связи - и подготовлена на основе практической информации. В каждой главе дано общее описание ис­пользуемых технологий, сфера применения, рекомендации по выбору и анализу оборудова­ния, реализующего данные технологии, и приведены примеры конкретных реализаций аппа­ратуры.
Рынок средств связи для "последней мили" в настоящее время стремительно развива­ется. В России, например, прирост монтированной емкости местных телефонных станций в 1996 году превысил 2 млн. номеров, что значительно превышает аналогичные приросты про­шлых лет. Это обусловливает необходимость резкого расширения абонентской распредели­тельной сети, что может явиться непростой задачей для традиционного кабельного решения, особенно если новая АТС устанавливается в районе, где кабельная канализация перегружена или отсутствует.
Стремительное развитие российского рынка средств связи является следствием рест­руктуризации отрасли, появлением значительного числа инвесторов и собственников средств связи. Одновременное развитие рыночных отношений в других сферах экономики привело к бурному росту числа предприятий различных форм собственности, а значит и росту числа новых абонентов (пользователей), преимущественно делового сектора. Такие абоненты, как правило, нуждаются не только в телефонной связи, но и в подключении к электронной почте, получении видеоконференцсвязи, услуг интеллектуальной сети и ISDN, доступе к сети Internet и всевозможным базам данных.
Все это требует развития сетей абонентского доступа. Простое увеличение числа мед­ных кабелей далеко не всегда целесообразно по экономическим показателям. Современная индустрия средств связи для "последней мили" предлагает несколько альтернативных реше­ний, которые рассматриваются в книге. Каждому из решений посвящена отдельная глава. Ав­торы не утверждают, что в каждом разделе дано исчерпывающее описание методов реализа­ции той или иной технологии сети доступа.


Однако приведенный материал, без сомнения, будет полезен при практическом выборе решения.
В книге не рассматриваются вопросы строительства кабельных линий и смежные во­просы. Упоминание того или иного типа кабеля призвано прежде всего дать представление о среде передачи, используемой оборудованием доступа.
В книге даны некоторые основополагающие сведения по терминологии и методам по­строения цифровых систем передачи, упомянуты средства, применявшиеся на участке "по­следней мили" в прошлом. Достаточно подробно описаны основные алгоритмы аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования, общепринятые для оборудования доступа.
Наиболее простым и экономичным способом увеличения емкости распределительной сети, предназначенной для предоставления услуг аналоговой телефонии, является примене­ние цифровых систем передачи для абонентских линий (ЦСПАЛ). Это оборудование часто на­зывают также аппаратурой уплотнения абонентских линий. Аппаратура ЦСПАЛ нашла широкое применение на сетях связи России и, поэтому, описана достаточно подробно.
Ключевое значение в революции на абонентских линиях имело появление технологий xDSL и особенно HDSL, различным аспектам и приложениям которых уделено достаточное внимание.
Коротко рассмотрены специализированные средства доступа к сетям интегрального об­служивания (ISDN). Вместе с тем, возможности предоставления услуг ISDN приводятся по хо­ду изложения во всех главах книги.
В тех случаях, когда прокладка кабельных линий нецелесообразна, а также для мобиль­ного развертывания сети доступа, эффективным может оказаться беспроводное подключение абонентов (Wireless Local Loop). Рассмотрены радиосистемы для такого решения проблемы "последней мили". Необходимо отметить, что за рамками изложения остались всевозможные радиотелефонные системы домашнего и офисного типов, системы связи с подвижными объ­ектами, системы пейджинговой связи (радиовызова), а также оборудование радиорелейных линий, в том числе используемое на абонентском участке.


Авторы не стремились охватить все виды радиооборудования, применяемые в сетях доступа, акцент был сделан на специали­зированные решения, предназначенные для обеспечения подключения абонентов к местным телефонным сетям.
Достаточно подробно описана концепция построения гибких сетей абонентского досту­па и специализированное оборудование (мультиплексоры и концентраторы) для их построе­ния. Оборудование доступа типа DLC (Digital Loop Carrier) позволяет довести до пользовате­лей высокоскоростные потоки как по электрическому, так и по волоконно-оптическому кабе­лям, радиорелейным линиям и линиям спутниковой связи. В книге описаны принципы по­строения оборудования DLC и приведены примеры построения сетей с использованием этого оборудования.
В книге авторы стремились показать, в каких условиях на "последней миле" целесооб­разно использовать те или иные технические средства.
Книга предназначена для широкого круга читателей. Авторы надеются, что приведенные материалы будут интересны операторам связи, специалистам, занимающимся разработкой и производством цифровых систем передачи, а также облегчат потенциальному потребителю решение задачи выбора вида оборудования.
Авторы

Основные технологии высокоскоростной передачи на

Основные технологии высокоскоростной передачи на "последней миле"

Обозна­чение	Название	Требуемое число пар	Число каналов	Скорость передачи по линии, Мбит/с	Вид передачи
SDSL	Single pair DSL	1	1	2	Симметричный
HDSL	High bit rate DSL	2	1	2	Симметричный
MSDSL	Multi rate SDSL	1	1	0,128-2	Симметричный
UDSL	Universal DSL	1/2	1 2	1,128-2 0,128-4	Симметричный
U2DSL	Universal 2-channel DSL	1 или 2	2	0,128-2 (для 1 пары) 0,128-4 (для 2 пар)	Симметричный
VDSL	Very high speed DSL	1	2	1,6-52 (исходящий поток) 1,6-26 (входящий поток)	Асимметричный/ Симметричный
ADSL	Asymmetrical	2	1	0,016-0,64 (исходящий поток) 6 (входящий поток)	Асимметричный
RADSL	Rate adaptive ADSL	1	5	1-8 (исходящий по­ток) 0,375-1 (входящий поток)	Асимметричный

Применение технологии HDSL для уплотнения абонентских линий В главе 2 подробно рассмотрены малоканальные системы уплотнения абонентских ли­ний (АЛ), основанные на технологии DSL со скоростью потока 160 кбит/с. Принимая во вни­мание потребность операторов связи в достижения коэффициента уплотнения АЛ в 30/60 раз без применения концентрации, были разработаны системы уплотнения АЛ, основанные на технологиях HDSL, то есть с более высокой линейной скоростью. Одним из примеров таких систем является система уплотнения УПГ-60 (UPG 60). Система УПГ-60 Система УПГ-60 обеспечивает независимую работу 30 телефонных каналов по одной паре или 60 телефонных каналов по двум парам. В сочетании с оборудованием линейного тракта WATSON4 (производства Schmid Telecom) обеспечивается независимое подключение 60 абонентов по одной паре. Система УПГ-60 основана на применении технологий HDSL, используемых в линейном тракте аппаратуры уплотнения и обеспечивающих дуплексную передачу со скоростью 2048 кбит/с (Е1) по двум парам медного кабеля. Благодаря использованию модуляции САР (см. выше), имеется возможность нагружать системами УПГ-60 до 50-80% пар в одном кабеле. Согласно международным стандартам, для HDSL систем используются две технологии линейного кодирования - 2B1Q или САР. Система УПГ основана на наиболее прогрессивной из них - САР. В качестве линейного тракта УПГ-60 может быть применена также система SDSL (Single-Pair Symmetrical Subscriber Line) WATSON4, построенная на технологии CAP-128. Дальность работы оборудования без регенераторов приведена в табл. 4.5. Таблица 4.5. Допустимая длина уплотняемой АЛ для систем УПГ-60 и ИКМ-30 Диаметр жилы, мм Максимальная длина уплотняемой линии, км Число пар, используемых для передачи И КМ 30 (HDB3 или AMI) УПГ-60 (САР-64) УПГ-60 совместно с WATSON4 (САР- 128) 2 пары 2 пары 1 пара 0,4 1,2 4-5 3,1 0,5 1,5 5-6 3,9 0,6 2,0 6-8 4,8 1,2 4 16-22 8,0 Принцип построения оборудования УПГ-60 (рис. 4.17) схож с упомянутыми выше мало­канальными системами уплотнения. Подключение к телефонной станции к абонентским ком­плектам осуществляется по 2-проводному аналоговому интерфейсу с сигнализацией по шлейфу. Далее производится аналого-цифровое преобразование и формирование группового потока со скоростью 2 Мбит/с. На стороне абонентского полукомплекта производится обрат­ное аналого-цифровое преобразование и восстановление сигналов сигнализации. Допускает­ся подключение любых типов телефонов, а также модемов и факсимильных аппаратов. Под­держиваются сигналы изменения полярности и тарификации для таксофонов. Аналого-цифровое преобразование в системе УПГ-60 производится в соответствии с алгоритмом ИКМ с последующим сжатием алгоритмом АДИКМ до скорости 32 кбит/с. Как правило, для соединения станционного и абонентского полукомплектов использу­ются две пары (АЛ). По каждой из них транслируются цифровые потоки со скоростью 1168 кбит/с, что соответствует 30 телефонным каналам. Таким образом, достигается резервирова­ние работы оборудования. Предусмотрены два типа резервирования: приоритетное и горя­чее. При первом, в случае повреждения одной из пар, поддерживается работа 30 каналов, запрограммированных как приоритетные, оставшиеся 30 каналов отключаются. При горячем резервировании система обеспечивает не 60, а 30 телефонных каналов, которые параллельно транслируются по каждой из пар, таким образом при повреждении любой из них связь не те­ряется. Рис. 4.17. Структура оборудования УПГ-60 Для достижения максимального коэффициента уплотнения АЛ возможно применение в качестве линейного тракта системы УПГ-60 оборудования SDSL WATSON4. Оборудование WATSON4 позволяет организовать дуплексную передачу цифрового потока 2 Мбит/с по одной паре медного кабеля. В этом случае система УПГ обеспечивает работу 60 каналов по одной АЛ, дальность ее работы, правда, несколько снижается. Станционный и абонентский полукомплекты оборудования УПГ-60 представляют собой модульную кассету стандартного размера (19"), куда устанавливаются общие на каждую кас­сету модули мультиплексора, линейного тракта и источника питания, а также платы каналов по числу задействованных телефонных каналов (до 60 телефонных каналов на одну кассету, по 6 интерфейсов FXO (станционных) или FXS (абонентских) на одну плату.Модули линейного тракта в базовом комплекте - приемопередатчики HDSL для работы по двум парам. Для ра­боты по одной паре система комплектуется линейными платами Е1 и автономным оборудова­нием линейного тракта WATSON4, также выполненным в конструктиве 19". Электропитание осуществляется от станционных батарей напряжением 36-72 В или от сети 220 В через внешний выпрямитель-преобразователь. Температурный диапазон работы станционного полукомплекта оборудования - 0°.,.+40°С, абонентских полукомплектов и реге­нераторов -10°...+60°С. Применение технологий HDSL для Эксплуатируемые в настоящий момент на магистральных линиях (прежде всего в приго­родной зоне) системы высокочастотного уплотнения типа КАМА и К-60 дороги в эксплуатации и требуют дорогостоящего регламентного обслуживания. Кроме того, необходимость предос­тавления новых услуг и повышения качества связи требуют цифровизации линий связи. Од­ним из решений в этой области может быть замена оборудования типа КАМА и аналогичного на цифровые системы передачи. При такой замене на существующем магистральном кабеле с диаметром жил 1,2 мм может быть достигнута скорость передачи 2 Мбит/с по двум парам в режиме полного дуплек­са. В качестве оборудования линейного тракта может быть использовано оборудование WATSON2 или WATSONS с линейными регенераторами. В качестве оконечных мультиплексоров может быть использован мультиплексор MXLP или FMX фирмы SAT (Франция) или любой аналогичный ИКМ-мультиплексор. Мультиплексор обеспечивает непосредственную стыковку с существующим коммутационным оборудованием, а также с любыми системами цифровых АТС или узлами сетей передачи данных. Линейный тракт Система HDSL WATSON2 основана на использовании линейного кодирования 2В1Q, а система WATSONS - кодирования САР-64. Обе системы позволяют организовать дуплексную передачу потока 2 Мбит/с по двум кабельным парам. Длина регенерационного участка в сис­теме WATSONS несколько больше. Вместе с тем, регенератор для WATSONS является более сложным и дорогим, чем для WATSON2, поэтому целесообразность применения конкретного типа оборудования может быть определена после изучения схемы трассы. Ниже (в табл. 4.6) представлены основные данные по линейным параметрам оборудо­вания WATSON для кабеля с диаметром жилы 1,2 мм. Таблица 4.6. Линейные параметры оборудования WATSON Оборудование Длина регенерационного участка, км Максимальное число регенераторов Максимальная длина, км WATSON2 14 2(7) 42(112) WATSONS 18 -(7) -(144) В скобках указаны данные для специального линейного регенератора на основе моду­лей LTD WATSON и блоков дистанционного питания производства НТЦ НАТЕКС. В случаях, когда длина участка между пунктами усиления оборудования КАМА/К-60 пре­вышает указанную выше, необходимо предпринять следующие действия: 1.      Проверить путем соединения двух модулей WATSONS, не будет ли установлена связь на требуемой длине (часто это бывает возможным - данные, приведенные в таблице, яв­ляются ориентировочными). 2.      Установить новый регенераторный пункт в разрыв кабеля, желательно на равном рас­стоянии от ближайших пунктов регенерации. Поскольку предложенное в данном пункте решение требует организации цифровой пе­редачи по кабельным парам, невозможно гарантировать отсутствие влияния на соседние па­ры кабеля, нагруженные аппаратурой высокочастотного уплотнения. В свою очередь, наилуч­шие результаты по дальности передачи оборудования WATSON также достигаются при отсут­ствии на соседних парах аналоговых систем. Поэтому, в случае использования кабелей с чис­лом жил более 4-х, рекомендуется одновременная замена всех систем передачи, нагружаю­щих данный кабель. Если это невозможно, то предпочтительно использовать оборудование WATSONS с линейным кодированием САР, так как оно наименьшим образом влияет на сосед­ние пары и наименее чувствительно к высокочастотным шумам. Оконечное оборудование В качестве оконечного оборудования необходимо использовать мультиплексор времен­ного разделения с возможностью работы как с соединительными линиями (СЛ), так и с або­нентскими линиями (АЛ) и цифровыми интерфейсами. Такая необходимость связана с тем, что по организованным с помощью HDSL цифровым трактам в будущем может потребоваться и организация передачи данных и прямых абонентских подключений. Одним из наиболее эф­фективных решений для этой цели является мультиплексор RESICOM-MXLP или FMX произ­водства SAT (Франция). Конструктивно мультиплексор RESICOM-MXLP выполнен в виде 19" кассеты BMXI, при­способленной для крепления в стойках различных конструкций. Платы имеют формат, соот­ ветствующий Рекомендации 917 МЭК. Доступ к соединениям всех плат обеспечивается спе­реди. Мультиплексор MXLP включает в себя блоки группового оборудования, к которым под­ключаются платы различных портов, предназначенных для конкретных случаев применения (рис. 4.18). Плата СТМ (плата группового тракта) реализует главные функции системы передачи вместе с функциями управления и контроля. Она поддерживает два стыка со скоростью 2048 кбит/с и импедансом 120 Ом и два стыка с импедансом 75 Ом в соответствии с рекоменда­цией ITU-T G.703. Плата CIE добавляет мультиплексору MXLP дополнительные функции управления, кон­троля и технического обслуживания, включая централизованное управление и сбор статисти­ки. Рис. 4.18. Структура мультиплексора RESICOM-MXLP Основными платами низкоскоростных окончаний являются платы абонентских интер­фейсов FXS, станционных интерфейсов FXO, интерфейсов данных CID и соединительных ли­ний CRT. Функции плат портов наглядно представлены на рис. 4.18. Платы FXS и FXO обеспе­чивают стандартные интерфейсы с абонентским оборудованием (телефонный аппарат, теле­факс, модем, таксофон) и телефонными станциями (любой системы). Платы CRT обеспечи­вают межстанционные соединения с сигнализацией Е&М, а платы СЮ - непосредственное подключение цифровых устройств, например, компьютеров или маршрутизаторов локальных сетей. построения системы фиксированного радиодоступа Рассмотрим построение системы WLL на примере системы TANGARA Wireless, пред­ставляющей собой цифровую радиосистему для абонентского доступа, построенную по мето­ду FDIWVTDD и работающую в диапазоне частот 864-868 МГц [46, 47]. Система TANGARA Wireless разработана компанией SAT, одним из лидеров телеком­муникационной промышленности во Франции и во всем мире. По мере расширения внедре­ния система доукомплектовывается дополнительными электронными блоками, модернизиру­ется программное обеспечение. В одной из последних модификаций специально для условий России предусмотрен конвертер сигнализаций. TANGARA Wireless имеет первый в России сертификат на систему радиодоступа с подключением к сети ТфОП не только по аналоговым абонентским линиям, но и по цифровым трактам со скоростью 2048 кбит/с. Структура системы TANGARA Wireless представлена на рис. 6.3. Рис. 6.3. Структура системы TANGARA Wireless Контроллер базовых станций {BSC), управляющий базовыми станциями и абонент­скими терминалами, устанавливается обычно в помещениях АТС и подключается к ТфОП через различные типы интерфейсов - по 2-проводным   аналоговым   линиям с сигнализацией по шлейфу или по трак­там 2 Мбит/с G.703 с сигнализациями R2/R1.5  или  V.5.1.   Контроллер BSC обеспечивает возможности централи­зованного сетевого управления через систему IONOS. Один контроллер обслуживает до 512 абонентов при под­ключении к АТС по 2-проводному ана­логовому интерфейсу или до 960 або­нентов при подключении по цифровым трактам Е1. Для увеличения общей ем­кости системы радиодоступа несколько контроллеров могут объединяться об­щей системой управления. К ВВС могут быть подключены до 30 шестиканальных базовых радиостанций, до 96 двухканальных, 48 четырехканальных или любые их комбинации. Базовая станция (BS) обладает модульной структурой и поддерживает от 2 до 6 радиоканалов. В зависимости от нагрузки в сети и допуски вероятности отказов каждая  базовая станция обслужива­ет от 6 (выделенные кана­лы постоянного соедине­ния) до 80 абонентов. Ре­комендуемое число - 40 абонентов на одну BS. С целью увеличения числа обслуживаемых абонентов и увеличения зоны радиопокрытия несколько BS могут объединяться и соз­давать BS. Соединение между BSC и BS осуществляется по медным парам (по трем парам с диаметром жилы 0,9 мм на расстояние до 11 км) без применения дополнительного каналообразующего или линей­ного оборудования. Обес­печивается дистанционное питание базовых станций. При необходимости со­единение может быть осуществлено через ра­диорелейные линии, спут­никовые системы или цифровые транспортные сети. Абонентский терминал (RNT) представляет собой блок малых размеров спроектированный специально для легкого настенного монтажа в помещениях абонента или в общественных телефонах-автоматах. К нему может присоединяться компактная направленная или штыревая антенна. В зависимости от типов антенн и усилителей допустимое удаление RNT от базовой станции составляет 5-12 км в условиях прямой видимости Интерфейс RNT с телефонным аппаратом аналогичен интерфейсу телефонной станции. К RNT могут подключать­ся телефонные аппараты любых конструкций, автоответчи­ки, факсимильные аппараты, модемы и т.д. Интерфейс предусматривает сигналы переполюсовки и 12/16 кГц сиг­налы тарификации для телефонов-автоматов. Потребление мощности RNT составляет 450 мВт без нагрузки. Это допускает длительный режим автономной работы, а также использование рентабельных солнечных батарей. По заказу блок RNT комплектуется встроенной батареей резервного питания, обеспечивающей работу блока в течение пяти часов непрерывного разговора. С системой TANGARA Wireless также могут приме­няться мобильные трубки, поддерживающие стандарт СТ-2. Мобильные абоненты могут работать в пределах одной ба­зовой станции, а также после перерегистрации в зоне дей­ствия других базовых станций того же контроллера BSC. Управление. Система централизованного сетевого управления обеспечивает контроль всего вышеперечисленного оборудования. Она допускает дистанционное конфигурирование всей сети с центрального пункта, мониторинг ошибок в каналах связи, загрузку программного обеспечения. Основные характеристики системы TANGARA Wireless представлены в табл. 6.4. Приложения. В зависимости от плотности распределения абонентов предусмотрены различные конфигурации системы TANGARA Wireless: для районов с высокой (в пригородах и городах) и низкой -(в сельской местности) плотностью абонентов. На рис. 6.7 и 6.8 показаны конфигурации системы TANGARA для типичной сети беспро­водного доступа в жилых городских и пригородных районах и сельской местности соответст­венно. Рис. 6.7. Конфигурация системы TANGARA Wireless для типичной сети беспроводного доступа в жилых городских и пригородных районах   Таблица 6.4. Основные характеристики системы TANGARA Wireless (TANGARA RD) Общесистемные параметры Значения параметра Максимальное число абонентов на один контроллер 512 Тип системы Цифровая Поддерживаемый стандарт радиосвязи СТ-2 Способ разделения каналов FDMA Диапазон рабочих частот 864-868,2 МГц Необходимость частотного планирования сот Нет Ширина полосы канала 100 кГц Организация дуплексной передачи TDD Тип кодирования и скорость передачи речи ADPCM, 32 кбит/с Максимальная скорость передачи данных Факс - 9,6 кбит/с, модем - 14,4 кбит/с (V.34) Максимальное число базовых станций, подключаемых к одному контроллеру 96 - 2-канальных или 48 - 4-канальных или 30 - 6-канальных станций или любые комбинации Число радиоканалов, поддерживаемых одной базовой станцией От 2 до 6 Число абонентов (ориентировочно), поддерживаемых одной базовой станцией От 30 до 80 Максимальная дальность радиосвязи между базовой станцией и абонентским терминалом (радиус соты) 12 км при многосекторной антенне на базовой станции и направленной антенне на абонент­ской стороне (имеется 8 типов антенн для ра­диуса "сот" от 0,3 до 12 км) Выходная мощность передатчика базовой станции 0,01 Вт на канал (для компенсации затухания в кабеле может поставляться усилитель мощ­ностью до 0,5 Вт) Максимальное удаление базовой станции от контроллера базовых станций 11 км по трем парам (при диаметре жилы 0,9 мм) или по тракту Е1 на неограниченное расстояние (по оптоволокну или РРЛ) Рабочий диапазон температур, °С Антенные системы -40 ... +80 Базовые станции -20 ... +55 Абонентские терминалы -10 ... +55 Интерфейс контроллера базовых станций с АТС Вариант 1: Двухпроводный абонентский Вариант 2: G.703 (с сигнализацией R.2 MFC / R1.5 MFS) Максимальное удаление контроллера базовых станций от АТС При включении по абонентским линиям сопро­тивление шлейфа не должно превышать 240 Ом (около 1,8 км по кабелю ТПП 0,5). При включении по цифровому стыку затухание в линии не хуже 6 дБ (около 800 м) Тип телефонного аппарата С импульсным или тональным набором Параметры абонентского терминала Значения параметра Тип Переносная радиотрубка, стационарный блок Излучаемая мощность 0,01 Вт на канал (для компенсации затухания в кабеле может поставляться усилитель мощ­ностью до 0,5 Вт) Тип и расположение антенны стационарного терминала Направленная или всенаправленная антенна, расположенная внутри или снаружи здания Рис. 6.8. Конфигурация системы TANGARA Wireless для типичной сети беспроводного доступа в сельской местности Экономические аспекты. Система TANGARA Wireless позволяет рентабельно прораба­тывать несколько сценариев. Особенно хорошо система подходит для жилых районов со средней плотностью проживания в пригородных или сельских ра00нах. При определенных условиях технология позволяет обеспечить рентабельность телефонизации и малонаселенных областей сельской местности. На рис. 6.9 показано распределение затрат при создании се­тей WLL на оборудовании TANGARA Wireless. Как видим, основная часть себестоимости ло­жится на абонентские терминалы RNT, которые могут закупаться) не сразу, а по мере необхо­димости. Затраты на установку и организацию связи между BS и BSC (передача) невелики по сравнению с другими системами WLL. Себестоимость "базового" оборудования сети радио-доступа, составляющая так называемые начальные затраты, оценивается в 15-35% в зависи­мости от числа абонентов. Это один из лучших показателей для аппаратуры WLL. Опыт внедрения. На сегодняшний день система TANGARA Wireless эксплуатируется в ряде развивающихся стран. Новые проекты разворачиваются в Колумбии, Марокко, Тунисе и в Зимбабве. В России рассматривается несколько десятков проектов по внедрению системы TANGARA. Опытная зона развертывается в Московской области. Полный сервис по разработке спецификации, поставке, монтажу и вводу в эксплуата­цию системы TANGARA Wireless обеспечивает технический центр фирмы SAT в России, соз­данный на базе ЗАО "НТЦ НАТЕКС".   Рис. 6.9. Распределение затрат при создании сети доступа на  оборудовании TANGARA Wireless