Таблица 1. 3 Требования к SNR
Количество бит на символ (r)
Разрядность QAM (2r – QAM)
Требуемое SNR (дБ) для BERЈ 10-7
4
16 – QAM
21, 8
6
64 – QAM
27, 8
8
256 – QAM
33, 8
9
512 – QAM
36, 8
10
1024 – QAM
39, 9
12
4096 – QAM
45, 9
14
16384 – QAM
51, 9
Амплитудно-фазовая модуляция с подавлением несущей
САР также как и КAM использует модуляцию двух параметров. Форма спектра у данного метода модуляции также сходна с КAM.
Дискретная многотональная модуляция (DMT)
DMT использует модуляцию со многими несущими. Время разбивается на стандартные “периоды символа” (symbol period), в каждый из которых передается один DMT –символ, переносящий фиксированное количество бит. Биты объединяются в группы и присваиваются сигнальным несущим различной частоты. Следовательно, с частотной точки зрения, DMT разбивает канал на большое число подканалов. Пропускная способность зависит от полосы частот, то есть подканалы с большей пропускной способностью переносят больше бит. Биты для каждого подканала преобразуются в сложное число, от значения которого зависит амплитуда и фаза соответствующего сигнальной несущей частоты. Таким образом, DMT можно представить как набор КAM систем, которые функционируют параллельно, каждая на частоте несущей соответствующей частоте подканала DMT (смотри рисунок 15). Итак, DMT передатчик по существу осуществляет модуляцию путем формирования пакетов сигнальных несущих для соответствующего количества частотных подканалов, объединения их вместе и затем посылки их в линию как“символа DMT”.
Рисунок 15. Распределение частот для передачи сигналов ADSL.
Модуляция/демодуляция с использованием многих несущих реализуется в полностью цифровой схеме с помощью развития методов быстрого преобразования Фурье БПФ(Fast Fourier Transform–FFT) (смотри рисунок 16). Ранние реализации DMT функционировали плохо в следствии сложности обеспечения равных промежутков между подканалами. Современные реализации функционируют успешно благодаря наличию интегральных микросхем, реализующих БПФ- преобразование аппаратно, что позволяет эффективно синтезировать сумму КAM-модулированных несущих.
Для достижения оптимальной эффективности главной задачей является выбор количества подканалов (N). Для абонентских телефонных линий оптимальным является значение N=256, которое позволяет не только достигнуть оптимальной производительности, но и сохранить достаточную простоту реализации системы.
При поступлении данных они сохраняются в буфере. Пусть данные поступают со скоростью R бит/с. Они должные быть разделены на группы бит, которые будут затем присвоены DMT символу. Скорость передачи DMT символа обратно пропорциональна его длительности Т, таким образом число бит присваиваемых символу будет b=R. T. (т. е. символьная скорость будет 1/Т). Из этих b бит, bi бит (i=1, …, N=256) предназначены для использования в I подканале, таким образом:
Для каждого из N подканалов, соответствующие ему bi биты, транслируются кодером DMT в сложный символ Xi, с соответствующей амплитудой и фазой. Каждый символ Xi, может быть рассмотрен как векторное представление процесса модуляции КAM на частоте несущей fi. Для данного вектора существует 2bi возможных значений. Фактически каждые biбит представляют точку на сигнальной решетке КAM (смотри рисунок 19), присвоенную определенному каналу i в DMT символе. В результате получается N КAM векторов. Данные N векторов подаются на вход блок инверсного быстрого преобразования Фурье (Inverse Fast Fourier Transform– IFFT). Каждый символ Xiпредставлен на определенной частоте, с амплитудой и фазой соответствующими КAM модуляции. В результате N КAM векторов представляют из себя набор из N=256 равноудаленных друг от друга частот с заданными частотой и фазой. Данный набор преобразуется IFFT во временную последовательность. N выходов IFFT затем подаются на конвертер, преобразующий сигнал из параллельного в последовательный. Далее осуществляется цифроаналоговое преобразование, с помощью ЦАП (DAC). Перед отправкой непосредственно в линию DMT- символ пропускается через аналоговый полосовой фильтр, который необходим для разделения по частоте направлений передачи от пользователя и к пользователю (как видно, с точки зрения направления передачи система является системой с частотным разделением каналов (ЧРК). Для приемника осуществляются обратные действия.
Рисунок 16. Приемопередатчик DMT.
Существенной проблемой является ISI. Межсимвольная интерференция проявляется в том, что заключительная часть предыдущего DMT-символа искажает начало следующего символа, чья заключительная часть, в свою очередь искажает начало следующего за ним символа и т. д. Другим словами подканалы не являются полностью независимыми друг от друга с точки зрения частоты. Наличие эффекта ISI приводит к появлению интерференции между несущими (Inter-Carrier Interference– ICI). Для того, чтобы решить данную проблему существует три способа:
Ввести дополнительный интервал перед каждым символом. В данном случае передача по линии будет иметь всплески, причем длина такого всплеска будет равна длине DMT символа. Однако в этом случае всплески, займут лишь около 30% всего времени, что критически снизит эффективность ADSL системы.
Ввести корректор времени (Time Domain Equalizer –TEQ) для компенсации функции передачи по каналу. Однако это решение окажет существенное влияние на сложность аппаратной реализации, а также реализацию алгоритмов, необходимых для вычисления оптимального набора коэффициентов. Ввести “циклический префикс”(cyclic prefix), который прибавляется к каждому модулированному сигналу. Конечно число символов в таком префиксе должно быть значительно меньше N. Корректор осуществляет поиск на наличие данного префикса и, при наличии ISI предполагается, что интерференция распространится не далее данного префикса. Поскольку циклический префикс удаляется в приемнике, возможная ISI также удаляется до начала процесса демодуляции с помощью БПФ (смотри также рисунок 24). Данный метод снижает сложность аппаратной реализации, и вместе с тем позволяет достигнуть высокой эффективности. Например 5% избыточность привносимая префиксом, является небольшой.
Использование узких подканалов имеет преимущество, которое заключается в том, что характеристики кабеля линейны для данного подканала. Поэтому дисперсия импульса в пределах каждого подканала, а следовательно и необходимость в коррекции в приемнике будет минимальна. В следствии наличия импульсного шума принятый символ будет искажен, однако БПФ“раскидает”данный эффект по большому числу подканалов, в результате чего вероятность ошибки будет невелика.
При использовании DMT количество бит данных, передаваемых по каждому подканалу может варьироваться в зависимости от уровня сигнала и шума в данном подканале. Это не только позволяет максимизировать производительность для каждой конкретной абонентской линии, но также позволяет уменьшить влияние таких эффектов как переходные помехи или RFI (смотри рисунок 18). Количество бит данных, передаваемых по каждому подканалу определяется на фазе инициализации. В общем случае использование более высоких частот вызывает более сильное затухание, что приводит к необходимости использования КAM более низкой разрядности. С другой стороны, затухание на низких частотах будет ниже, что позволяет использовать КAM более высокой разрядности. В дополнении к этому, распределение количества бит по подканалам может адаптироваться на фазе передачи данных, в зависимости от качества канала.
Рисунок 17. Распределение бит по частотным подканалам при использовании DMT. Коды, исправляющие ошибки
Введение
В связи с наличием импульсного шума, должны быть описаны средства, позволяющие приемопередатчику ADSL противостоять данному эффекту, а также поддерживать требуемое значение коэффициента ошибок (BER) для обеспечения хорошего качества передачи. Для этих целей используются коды исправляющие ошибки. Из всего многообразия кодов данной разновидности, после длительных исследований, ANSI выбрал код Рида-Соломона (Reed-Solomon–RS) в качестве обязательного для всех приемопередатчиков ADSL. Исправление ошибок с помощью кода RS достигается путем внесения избыточности. Кроме того, существует возможность повысить кратность исправляемой ошибки, путем увеличения кодового слова RS, что конечно приведет к появлению дополнительной задержки.
Примечание Необходимо отметить, что некоторые службы могут иметь собственные средства для защиты от ошибок. Например, служба“Видео по запросу” (Video on Demand –VoD), использует схему компрессии видеоизображения MPEG2, которая поддерживает собственные средства защиты от ошибок.
Исправление ошибок с помощью кода Рида-Соломона
Линейные блоковые коды
Линейные блоковые коды представляют из себя коды проверки четности, которые могут быть записаны в виде (n, k). Кодер трансформирует блок из k значащих символов (вектор сообщения) в более длинный блок из n кодовых символов (кодовый вектор).
В случае, когда алфавит состоит из двух элементов (0 и 1), код является двоичным и состоит из двоичных символов или битов.
В общем случае n кодовых битов не обязательно состоят только из k значащих бит и n-k проверочных бит. Однако для упрощения аппаратной реализации рассматриваются только систематические линейные блоковые коды. В этом случае кодовый вектор образуется путем прибавления проверочных бит к вектору сообщения.
Для получения кодового вектора, вектор сообщения умножается на порождающую матрицу. На приемной стороне кодовый вектор умножается на проверочную матрицу для осуществления проверки, попадает ли он в разрешенный набор кодовых слов. Принятый вектор является верным тогда, и только тогда, когда результат его умножения на проверочную матрицу равен 0.
Код Рида-Соломона
Не двоичные коды Рида-Соломона являются специальным классом линейных блоковых кодов.
RS коды функционируют точно так же как и двоичные коды. Единственным различием являются не двоичные символы. Алфавит RS кодов состоит из 256 элементов. Именно поэтому данный класс кодов является не двоичным.
(n, k) RS код представляет из себя циклический код, который преобразует блок из k байтов в блок из n байтов (nЈ255).
С точки зрения кодового расстояния RS коды функционируют наилучшим образом для заданных n и k, т. е. dmin=n-k+1 (dmin – минимальное расстояние).
Аппаратная реализация RS кодера выполняется в виде одного чипа, и позволяет добавить к вектору сообщения до 32 байт, причем максимальный размер кодового вектора может достигать 255 байт.
Наиболее часто используется RS код (255, 239). С помощью 16 проверочных байт осуществляется коррекция до 8 ошибочных байт в кодовом векторе (поскольку dmin=255-239+1=17=2t+1).
Принцип чередования бит (Interleaving)
Чередование бит в закодированных сообщениях перед их передачей и обратный процесс при приеме приводит к распределению пакетов ошибок по времени и таким образом обрабатываются декодером как независимые ошибки. Для осуществления данного процесса кодовые символы перемещаются на расстояние в несколько длин блоков (для блоковых кодов) или нескольких ограниченных длин для сверточных кодов. Необходимое расстояние определяется длительностью пакета ошибок. Принцип чередования бит должен быть известен приемнику для осуществления обратного чередования бит принимаемого потока для последующего декодирования.
Существует два метода осуществления чередования бит –блочное и сверточное. С точки зрения производительности оба метода имеют сходные показатели. Наиболее важным преимуществом сверточного чередования является снижение задержки при передачи из конца в конец, а также требований к памяти на 50%.
Для данных, прошедших процедуру чередования, кратность исправляемой ошибки умножается на глубину чередования. Необходимо отметить, что существующие в настоящее время службы являются либо чувствительными к задержке, но нечувствительными к BER, либо наоборот, чувствительными к BER и не чувствительными к задержке.
Чередование бит и Коды Рида-Соломона в приемопередатчике ADSL
На рисунке 18 приведена структурная схема приемопередатчика ADSL, включающая кодер и декодер Рида-Соломона, а также устройства прямого и обратного чередования бит. Принимаемые данные разделяются на две группы, в зависимости от их требований к задержке. Первая группа содержит данные, которые могут подвергаться значительным задержкам, например однонаправленная видеоинформация. Такие данные будем называть медленными данными. Вторая группа, не подвергается чередованию бит (но кодируется кодом Рида-Соломона) и содержит данные чувствительные к задержкам, например двунаправленный голос. Данную группу назовем быстрыми данными. Требования по быстрой или замедленной передаче данных могут быть получены из заголовка передаваемой АТМ-ячейки (на основе идентификаторов VP/VC). Это означает, что несколько служб, с различными типами данных могут передаваться по линии вместе, в одно и то же время. Например, возможно перекачивать файл, определенный как медленные данные для максимальной защиты от ошибок, и одновременно передавать видео или аудио информацию, определенную как быстрые данные.
В передатчике медленные данные записываются в буфер для обратного чередования бит, тогда как быстрые данные записываются в буфер быстрых данных. Для каждого DMT символа BF байт извлекаются из буфера быстрых данных и BI из буфера медленных данных. Таким образом, в каждом DMT символе передается B=BF+BI байт.
В приемнике, первые BF байт из принятого DMT символа помещаются в буфер быстрых данных и затем, декодируются декодером Рида-Соломона (F). Следующие BIбайт помещаются в буфер медленных данных, затем производится обратное чередование бит и только после этого декодирование в декодере Рида-Соломона (I).
Рисунок 22. Кодер и декодер Рида-Соломона в приемопередатчике DMT.
Сравнение DMT с CAP
Данный раздел посвящен сравнению методов модуляции DMT и CAP.
Аргументы в пользу DMT:
Битовая скорость может изменяться с малым шагом (несколько кбит/с). Аппаратное обеспечение DMT проще программируется для поддержки различных скоростей данных от пользователя и к пользователю. Поддерживается оперативное изменение скорости
Лучшая защита от радиочастотной интерференции
Благодаря возможности адаптивно изменять количество присваиваемой DMT символу информации, а также мощности передачи, использование линии близко к оптимальному.
Очень гибкая настройка мощности, мощность в каждом канале может увеличена или уменьшена.
DMT более устойчива к импульсному шуму, чем CAP. Однако, когда в случае появления импульсного шума достаточно большой длительности происходит нарушение работы системы, то это приводит к существенным всплескам ошибок. Поэтому, при выборе длины DMT символа и кода исправляющего ошибки должны учитываться длительность импульсного шума и время между поступлением последовательных символов. Системы компании Алкатель спроектированы таким образом, чтобы исправлять два DMT символа, что позволяет им противостоять импульсному шуму длительностью до 700 мксек без возникновения ошибки.
CAP имеют ту же сложность реализации, исчисляемую для сигнального процессора в миллионах операций в секунду (Million Operations Per Seconds– MIPS). требуется меньшая корректировка при медленной работе сигнального терминала, чем при использовании CAP.
Аргументы против DMT:
DMT использует блоковое преобразование (БПФ), что приводит к появлению больших задержек. Однако при правильной конфигурации системы, данная задержка будет незначительной даже для служб, чувствительных к задержкам, например телефонии или узкополосной ЦСИС.
Полная процедура инициализации, необходимая для DMT требует значительного времени (порядка 20 сек)
Большой пикфактор (отношение мгновенной мощности к ее среднему значению) в передаваемом DMT сигнале может привести к появлению дополнительного шума и дорогого аналого-цифрового преобразования. Этого можно избежать правильным проектированием системы, а также использованием кода Рида-Соломона. CAP позволяет использовать более простые коды, исправляющие ошибки, чем DMT.
На сегодняшний день существует много крупных компаний, которые занимают ведущие позиции на мировом рынке связи.
Некоторые из них занимаются продажей ADSL оборудования.
Например, такие как Alcatel, Cisco Systems, Ericsson – компании являющиеся мировыми лидерами на рынке связи.
Выбирая из этих компаний, лучшую в отрасли предоставления DSL услуг, можно глядя на ряд параметров.
Например, компания Ericsson больше сосредоточена на предоставление услуг мобильной связи, и разработкой DSL технологий начала заниматься сравнительно недавно.
Компания Cisco Systems ориентирована на рынок маршрутизаторов и коммутаторов, использующихся для построения глобальных IP сетей. По сравнению с Ericsson, компания Cisco Systems больше уделяет внимания DSL технологиям, но они в свою очередь не ориентированы на конечного пользователя.
Компания Alcatel является лидирующей компанией по продаже оборудования доступа в глобальную сеть Интернет. И намного больше уделяет внимания продвижению ADSL технологии.
На основе анализа стоимостных, эксплуатационных и технических характеристик ADSL систем компаний Alcatel и Cisco Systems, который был рассмотрен ниже в технико–экономическом обосновании, было принято решение, что для построения сети доступа на базе оборудования ADSL более выгодно использовать продукцию компании Alcatel
ГЛАВА II. Технологические характеристики оборудования ADSL компании “Алкатель”
2. 1 Общее описание оборудования ADSL
Введение в технологию
Продукт ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) предназначен для того, чтобы иметь возможность предлагать пользователям частного сектора и сектора малого бизнеса, находящимся на ограниченном расстоянии от CO (Central Office - здание (АТС)), услуги по передаче данных на повышенных скоростях. Для предоставления таких услуг используются существующие медные витые пары (по одной на каждого пользователя), при этом никакие дополнительные активные повторители не требуются. Применение технологии FDM (Frequency Division Multiplexing частотное уплотнение каналов) позволяет по тем же витым парам одновременно предоставлять услуги POTS (Plain Old Telephone Service - услуги обычной телефонии), поэтому можно говорить о следующих преимуществах:
* оператор сети использует существующую кабельную инфраструктуру;
* у абонента сохраняются существующие услуги телефонии вместе с существующей аппаратурой.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
