CC BY
19
R1 r2 R3 R4 r5 R6 R7 R8 MSE
МНК a .21 0 .41 .70 -.76 0 0.04 0.09 .081
МНК b .97 .99 -.90 .71 .63 0.99 0.99 -.99
ФК a 0 0.48 -.16 -.96 3.58 0.04 .11 1.11 .068
ФК b -1.08 -13.89 7.74 -.05 0 -.28 -6.78 1.21
Выводы
В настоящей работе на основе проведенного анализа современных исследований в области разработки нечетких систем был предложен и протестирован метод идентификации нелинейных систем с использованием алгоритма Гат-Гева и калмановской фильтрации. Результаты моделирования свидетельствуют о возможности адекватного описания нелинейных объектов нечеткими моделями, полученными по этому методу. Показано, что эффективным является применение фильтров Калмана совместно с нечеткой кластеризацией для повышения качества идентификации. Отметим, что предложенный гибридный метод, объединяющий нечеткую кластеризацию и фильтрацию Калмана, может быть легко реализован на универсальных микропроцессорах и микроконтроллерах. Это позволяет сделать вывод о возможности его применения в системах цифрового управления нелинейными объектами.
Перспективным представляется развитие теоретического обоснования предложенного подхода и тестирование полученных результатов для различных типов нелинейных систем.
Список литературы: 1. Круглое В.В. Интеллектуальные информационные системы: компьютерная поддержка систем нечеткой логики и нечеткого вывода. М.: Физматлит, 2002. 315c. 2. Kosko B. Fuzzy systems as universal approximators // IEEE Transactions on Computers, vol. 43, No. 11, November 1994. P. 1329-1333. 3. Леоненков А. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и FuzzyTECH. БХВ: Санкт-Петербург, 2003. 716 с. 4. Рыжов А.П. Элементы теории нечетких множеств и измерения нечеткости. М.: Диалог-МГУ, 2000. 116 с.
Поступила в редколлегию 05.09.2010 Удовенко Сергей Григорьевич, д-р техн. наук, профессор кафедры электронных вычислительных машин ХНУРЭ. Научные интересы: управление стохастическими процессами, методы вычислительного интеллекта. Адрес: Украина, 61166, Харьков, пр. Ленина, 14.
Альхайек Ранем, аспирант кафедры электронных вычислительных машин ХНУРЭ. Научные интересы: нечеткая идентификация нелинейных систем, нейро-нечеткое управление. Адрес: Украина, 61166, Харьков, пр. Ленина, 14.
УДК 621.391:621.395
в.в. лАнтелеев, m.i. Тарасов, o.i. вакарюк
ШЖЕНЕРНО-ЕКСПЛУАТАЦШШ МЕТОДИ РОЗРАХУНКУ xDSL-ЛШШ
Для забезпечення ефективного абонентського доступу користувачiв до широкосмуго-вих шфокомушкацшних послуг створюються вщповщш телекомушкацшш засоби, серед яких важливе мюце займають цифровi абонентсью лши xDSL. Рiзноманiтнiсть xDSL-технологи, та насамперед симетричних по швидкостях передавання повщомлень у протилежних напрямах передачi SDSL, забезпечують високошвидшсний цифровий абонентський доступ (швидюсть обм^ шформащйними даними №64 кбгг/с до 2,048 Мбгг/с i бшьше) по юную-чих мщних кабелях мюцево1 дмнки телефонно1 мережi (МТМ) загального користування/ телефонно1 мережi загального користування (ТфМЗК/ТфОП). Пропонуеться методика iнже-нерно1 оцiнки гранично досяжних довжин абонентських SDSL-лiнiй з детальним виводом узагальненого рiвняння довжини. Обговорюеться характерна для ТФМЗК £дино1 нацю-нально1 системи зв'язку Украши (СНСЗ-У) та Взаемозв'язано1 мережi зв'язку Росiйськоï Федераци (ВМЗ РФ) проблематика оцiнки критерш якосп QoS цифрового зв'язку по xDSL-лiнiях на основi 5-бально1 шкали MOS щодо забезпечення необхвдного запасу щодо завадо-стшкосл NM.
1. Вступ
Надання сучасного шфокомушкацшного мультисервюу з використанням штегрованого доступу за рiзнорiдними направляючими середовищами, що мають нестацiонарнi парамет-ри та специфiчнi завадовi ситуацп, висувае в основу "цифровiзацii" телекомунiкацiйних мереж метод "технолопчно! утилiзацii" - широкого використання вже юнуючих лшшно-кабельних споруд, смугообмежених стандартних каналiв, групових i лшшних трактiв [1-6].
Вiдомо [2, 4], що оргашзащя цифрових потокiв провадиться вторинним ущшьненням за допомогою високошвидюсних пристро!в перетворення сигналiв (ППС) - професшних висо-козавадостiйких модемiв, призначених для перетворення цифрового сигналу у форму, "зручну" для транспортування по даному середовищу розповсюдження. Такi ППС можуть працюва-ти як в основнш смузi цифрового лiнiйно кодованого сигналу (Baseband Modem) [1, 8] без жорстких вимог по частотному обмеженню вихщного енергетичного спектра ("цифровГ' модеми), так i як широкосмуговi пристро! (Broadband Modem) [2, 17] по смугообмежених каналах електрозв'язку з використанням несучого коливання ("аналогов^' модеми). У першому випадку ППС як "цифровГ' DSU/CSU-модеми (DSU/CSU - Data Service Unit/ Channel Service Unit) знайшли свое безпосередне призначення на фiзичних ланцюгах абонентських та з'еднувальних лшях МТМ ТФМЗК СНСЗ-У/ВСС РФ, де використовують xDSL-технологп (xDSL - x- 'any' Digital Subscriber Line), що добре себе зарекомендували на юнуючш телефоннш мережi [5, 7]. В другому випадку - ППС як "аналогов^' DTE/DCE-модеми (DTE/DCE - Data Terminal Equipment/Data Circuit-termination Equipment) пра-цюють з використанням технологш оргашзацп цифрових тракпв у смузi частот типового широкосмугового каналу DIV (Data-In-Voice), нижче DUV (Data-Under-Voice) i вище DAV (Data-Above-Voice) плану частот групового лшшного сигналу багатоканально1 аналогово1 системи передачi (БСП-ЧастРК) з частотним розподшом каналiв (FDM - Frequency Division Multiplexing) [15].
Настшьки жорсткi вимоги до щонайвищо1 перешкодозахищеностi модемiв досягаються комплексом заходiв: оптимiзацil методiв оргашзацп двопровiдного дуплексного зв'язку (FDD
- Frequency Division Duplex, TDD - Time Division Duplex, ECH - Echo Cancellation Hybrid, TCM
- Time Compression Multiplexing); використанню завадостшкого кодування джерела повщом-лень (коди BCH - Bose-Chaudhuri-Hocquenghem, RS - Rid-Solomon, ...); застосуванню бага-тс^вневих протоколiв обмiну при транспортуваннi рiзнотипноi мультимедiйноi iнформацii (Frame Relay, ATM - Asynchronous Transfer Mode, TCP/IP - Transmission Control Protocol/ Internet Program, ...); вибору методiв завадозахищеноi передачi й оптимального прийому (Interleaving, TC - Trellis Coding, VD - Viterbi Decoding, ...); адаптивному усуненню ефекту "електрично!" луни (EC - Echo Canceller, ES - Echo Suppressor, ...), а також, бшьшою мiрою, органiзацiею цифро-аналогового тракту високоефективними методами модуляцй (QAM -Quadrature Amplitude Modulation, CAP - Carrierless Amplitude & Phase, DMT - Digital MultiTone, ...) iз комбiнацiею усього перерахованого вище.
Дшсно, вибiр ефективного методу модуляцii е пею вiдправною точкою, первинним рiвнем щодо побудови комбiнованого цифро-аналогового лшшного тракту, починаючи з яко! узагалi мае сенс займатися пiдвищенням вiрогiдностi передачi цифрових повiдомлень усiма рашше вiдомими, дiйсними на сьогоднi i бурно виникаючими в найближчому майбутньому методами завадостшкого кодування, ефективного транспортування, оптимальное' передачi та прийому складних сигналiв.
2. Рiвняння довжини xDSL-лшн
Гранично досяжнi швидкостi передачi переносниюв корисно! iнформацii B (B - Bearer) у бгг/с (bit/s - b/s, bps) визначаються якiсними оцшками за завадостiйкiстю прийнятого сигналу щодо забезпечення необхiдних кiлькiсних спiввiдношень за вiрогiдностю цифрових повiдомлень, що тдлягають транспортуванню [13].
Лесною оцiнкою завадостшкосп прийнятого сигналу е захищенiсть - рiзнiсть рiвнiв корисного сигналу pс i перешкоди pH , що наведеш у вiдносних логарифмiчних величинах за потужнютю з розмiрнiстю дБп (dBm - Decibel referred to 1 milliwatt) або, i це цiлком еквiвалентно, логарифмiчнiй мiрi вщносин потужностей сигнал/перешкода Р^Рп (SNR -Signal-to-Noise Ratio) [18]
Aз = pc [аБш(дБп)] - Рп[Жш(дБп)] = Р
= SNR = 10lg[аБ(дБ)].
Рп
Тут i в подальшому [dBm(^n)] у квадратних дужках наведено p03MipH0cri в мiжнарод-них [dBm], а у круглих (дБп) - в альтернативних, насамперед, в украшських позначках.
З шшого боку, прийнято, що ктьюсною оцiнкою вiрогiдноcтi шформаци, яка мicтитьcя в прийнятому цифровому сигнал^ е ймовiрнicть помилок Рпом (BER - Bit Error Rate), яка при нормальному (гаушв^кому) cумарному шумi пов'язана з захищенicтю A3 iнтегралом iмовiрноcтi за зворотною функщею помилок erfc(x). Так, при прийнятп рiшення про шфор-мацшш cимволи за амплiтудними cкладовими отгналу (однопараметрична оцiнка), що широко викориcтовуетьcя в традицiйних cиcтемах передачi (ЦСП) - "цифрових" DSU/ CSU-модемах, iмовiрнicть помилок cлiд оцiнювати через рiвнi передачi cигналу за напру-гою
Рпом = BER = eifc[dec(0,05 • A з )/V2], (1)
де введено наcтупне позначення dec(x) = 10х .
При оптимальному прийнятп ршення за енергетичними cкладовими отгналу (двопара-метрична оцiнка), що викориcтовуетьcя в профеciйних ППС - "аналогових" DTE/DCE-модемах, iмовiрнicть помилок стад оцiнювати через рiвнi передачi за потужнютю кориcного cигналу, а cаме: за його cинфазним (I - Inphase) та квадратурним (Q - Quadraphase) компонентами
Рпом = BER = erfc
2 dec(0,01 A з)
(2)
Дiйсно [16], з рiвняння (1) випливае, що для досягнення "оптично!" якостi зв'язку
Рпом = 10 10 при бшолярному сигналi типу дворiвневий бiнарний код свавшьного виду (RZ - Return-to-Zero/NRZ - Non Return-to-Zero) необхiдно забезпечити захищенють
цифрового сигналу в DTE/DCE-модемах не менш нiж A^(Рпом = 10-10) и 16,2 dB (дБ). В свою чергу, для "аналогових" DTE/DCE-модемiв, що працюють звичайним видом чотирипозицшною фазовою модуляцiею типу двократно! вщносно! фазово! маншуляци (4-PSK - 4 alphabets manipulate Phase-Sift Keying/QPSK - Quadrature Phase-Sift Keying/4-QAM - 4-positional Quadrature Amplitude Modulation/ 4-CAP - 4-positional Carrierless Amplitude & Phase) на пiдставi (2) "оптична" яюсть
зв'язку Рпом = 10-10 досягаеться при захищеносп дискретно-аналогового сигналу
A34-<2АМ(Рпом = 10-10) и 16,1dB(^) .
Розрiзнюють очшувану Рпомоч (практично реалiзовану) та допустиму Рпом.доп (теоретично нормовану) ймовiрностi помилок, при чому
Р < Р
А пом.оч — ^ пом.доп 5
яким вiдповiдають однойменш захищеностi сигналу [8, 9]
А > А
з.оч — ^з.доп •
При цьому очiкувана захищенiсть сигналу для забезпечення нормовано! якостi цифрового зв'язку в реальних умовах мае бути завжди вище допустимо! на величину технологiч-ного запасу за необхщною завадостшюстю (NM - Noise Margin). Стосовно конкретного виду оргашзацп xDSL-лшп це складае значення для "цифрового" DSU/CSU-модему [11] порядку
ДАDiSU/CSU - NM = Аз.оч - Аз.д0п = (3...6), [dB (дБ)] (3)
i для "аналогового" DTE/DCE, як бшьш чутливого устаткування ППС до рiзного роду дестабiлiзуючих факторiв [12], модему:
AADT™ - NM = Лз.оч - Лз.д0П = (6...15),[аБ(дБ)]. (4)
Вказаш експлуатацiйнi вимоги (3) i (4) забезпечували б високу "оптичну" яюсть зв'язку рпом = 10-10 на допустимому за вiрогiднiстю (BERT - Bit Error Rate Testing) piBHi роботи
пристрою в цшому Лз доп(Рпом доп = 10-4...10-7) - SNR(BERT = 10-4...10-7).
Вiдзначимо, що очiкувана захищенiсть Лзоч пiд час роботи одного единого в багатопар-ному кабелi МТМ найпроспшого типу двопровiдного модему обмежена тшьки рiвнем перешкоди луно-сигналу вщ власного передавача [7]
A з.оч = Рпр — Рп,
де Р пр = Рпер — A л - рiвень корисного сигналу на входi виршального пристрою приймача модему; A л = af) • lDsL - загасання абонентсько! лшп довжиною 1Dsl ; a(fр) - кшомет-ричне загасання кабелю МТМ на розрахунковш частотi fр , яке обумовлено видом маншу-ляцп i/чи типом лiнiйного кодування; Р п = Рпер — A адс - рiвень перешкоди луно-сигналу, що обумовлений перехщним загасанням адаптивно! диференщально! системи (АДС) у напряму не проходження, яке перевершуе значення Aадс ^ 50 дБ й у деяких випадках вноситься в паспортш данi конкретно! реалiзацi! дуплексного модему за луно-компенсацiйним ECH. Або за часовим TCM розподшом протилежних напрямiв передавання вверхсхiдного (US - Up Stream) абонент®станщя та внизсхщного (DS - Down Stream) станщя®абонент високо-швидюсних цифрових потоюв.
Отже, очiкувана захищенiсть A зоч не залежить вiд рiвня власного передавача, що е в даному випадку основним джерелом перешкоди
Aз.оч = AАДС — a(fр) • 1DSL . (5)
З iншого боку, A зоч для забезпечення нормовано! якосп цифрового зв'язку (3) або (4), дорiвнюе
Aз.оч = Aз.доп (Рпом ) + зап • (6)
На основi отриманих виразiв (5) i (6) визначимо рiвняння довжини найпроспшо! цифро-во! абонентсько! DSL-лiнi! за наявносп одного единого в багатопарному кабелю зв'язку модему
A АДС — [aз.доп (Рпом ) + AAзап J
Idsl
(7)
a(fp)
У рiвняннi довжини (7) проспшо! абонентсько! DSL-лiнii розрахункова частота fp, на якш спостер^аеться максимум енергетичного спектра цифрового сигналу (PSD - Power Spectral Density), визначена методом маншуляцп i/чи типом лшшного кодування, за допомогою якого "звужуеться" основна займана смуга спектра лшшного сигналу (основна пелюстка PSD).
Дана DSL-технолопя - це одна з найперших, що з'явилися наприкшщ 80-х pокiв минулого столiття, симетричних технологш оpганiзацii цифрових абонентських лшш [5], що сьогоднi успiшно забезпечуе базовий доступ до цифрово! меpежi з iнтегpацiею служб ISDN-BRA (Integrated Services Digital Network-Base Rate Access). 1нформацшна швидюсть базового iнтеpфейсу ISDN-BRI (Integrated Services Digital Network-Base Rate Interface) визначена двома B-каналами переносниками корисно! iнфоpмацii' зi швидкiстю 64 kbps (кбгг / с) кожний i додатковим D-каналом (D - Data) для пеpедачi даних про сигналiзацiю зi швидкiстю до 16 kbps (кбгг / с) за LAP-D протоколами (Link Access Procedure-D). Таким чином, сумар-на шформацшна швидюсть розглянутого и0-штерфейсу з базовим доступом до меpежi ISDN, що доpiвнюе ISDN-BRI
Bisdn-BRI = 2B + Di6 = 144 [kbps(кбгт/с)], ще додатково збiльшуеться на величину каналу пеpедачi технiчноi експлуатацп, дистанцiй-ного контролю i керування (OAM - Operations, Administration and Maintenance) так, що в
лшда транспортуеться агрегатний цифровий потш, за груповою швидкiстю передавання вiдповiдно рiвний [6]
Впрд = Bisdn-bri + OAM16 = 160кЪр8[(кб1т/с)]. Для транспортування по юнуючих абонентських лшях МТМ бiльш високошвидюсних цифрових, аж до первинного E1 (i навiть ще вище nrE1 понад STM-0/0C-1 чи Ethernet за специфкащею 100/1000 BASE T4) потоюв плезiохронних/синхронних iерархiчних рiвнiв PDH/ SDH/SONET (Plesiochronous/Synchronous Digital Hierarchy/ Synchronous Optocal NETwork) або для оргашзацп первинного доступу до цифрово! мережi з штегращею служб ISDN-PRA (Integrated Services Digital Network-Primary Rate Access) по цифровому каналу европейськох/швшчноамерикансько! iерархil H12/H11 швидкостей передач використову-ються симетричнi технологи SDSL (Symmetrical Digital Subscriber Line), зокрема HDSL-технолопя (High-bit-rate Digital Subscriber Line). Суть даних щонайвисокошвидкiсних технологiй [10] полягае в "обмш провiдностi лши на И довжину". Тут за кожною з K -симетричних пар багатопарного кабелю МТМ чи "витих пар" (TP - Twisted Pair) LAN-кабелю локальних мереж (LAN - Local Area Network) ведеться повнодуплексний зв'язок
"розщепленого" за швидюстю передачi цифрового потоку Впрд/ K практично "звуженого" у K -раз за кшьюстю пар, займаних вiдповiдною системою абонентського доступу. Крiм того, провадиться ефективна компенсащя луно-сигналу вiд власних K -передавачiв за допомогою так званого перемежованого луно-компенсатора з репрограмувальною розпод-iленою RAM-пам'яттю (RAM- Random Access Memory) на "переглядових" таблицях [5, 6], що самонавчаються. Реалiзована таким способом АДС, мае iстотно завищене перехiдне загасання в напрямку не пропускання, нижня межа якого може перевищувати навггь значення в Aддс = 7(^В(дБ). При цьому вщзначимо, що збiльшення K -парностi викорис-товувано! лши зв'язку зменшуе у вщповщну кiлькiсть раз iнформацiйну швидюсть передачi даних за кожною парою В1нф i, як внаслiдок цього, розрахункову частоту ^ , оргашзовано! таким засобом 2 х К -провщно! абонентсько! xDSL-лши
в1нф = Впрд • K (8)
У виразi (8) швидюсть агрегатного цифрового потоку, що транспортуеться в HDSL^irnK) Впрд = Bisdn-pri + 0AM8xn > 2,048Mbps[(Мбiт/с)], визначаеться як провщнють зв'язку, мiжнародними телекомунiкацiйними рекомендацiями ITU-T i/чи стандартами ETSI, ANSI, IEEE [20-23] так i безпосередньо фiрмами-розробни-
ками апаратури абонентського доступу (n = 4,32,34,36,38,...) [14].
Однак, значне тдвищення провщносп HDSL-лши до 5х2 (задiяна вся десятка кабелю МТМ) збшьшуе в порiвняннi з чотирипровiдною 2х2 системою "пробшну" дальнiсть усього на сотш метрiв, що може виявитися економiчно не завжди виправданим. Тому бшьш нiж трипарнi 3х2 цифровi HDSL-лiнil (причому третi пари досить часто, за вщсутносп дистанц-шного живлення, утворенi по фантомних ланцюгах) не знайшли широкого поширення на мюьких мережах для органiзацil "останньо! милi" i адмiнiстративно не рекомендоваш мiжнародними стандартами. Щодо LAN-кабелiв стандарта ISO/IEC 11801 [24] i EIA/TIA-568 [25] з рiзними категорiями Cat. 3, . _ Cat. 7 фiзичне обмеження провiдностi обумовлено конструктивнютю самого кабелю локальних LAN-мереж, кшьюсть "витих пар" в якому складае усього чотири 4TP, K = 4 . Крiм того, у рiвняннi довжини (7) не враховувалася електромагштна сумюнють EMC (ElectroMagnetic Compatibility) паралельно працюючих аналопчних систем, що обумовлена перехщними впливами мiж парами кабелю - лшшними переходами на ближнш кiнець NEXT (Near-End CrossTalk) A0, якi у даному випадку е визначальними перешкодами, обмежуючими максимальну дальшсть зв'язку (A0 - NEXT << Aадс ).
Таким чином, урахування електромагштно! сумюносп EMC як мiж паралельно працюю-чими аналогiчними за схемами оргашзацп повнодуплексного зв'язку xDSL-системами, так
i за провщнютю само! дослгджувано! системи дозволяе остаточно уточнити ргвняння довжи-ни у такому виглядГ
Ao (fp) - [Аз.доп (Рпом) + ААзап ] - 10lg(N + K -1)
lxDSL = f . (9)
В узагальненому рiвняннi довжини (9) довшьною за технолопею xDSL-лiнii N -кГлькГсть пар у багатопарному кабел^ ущiльнених паралельно працюючими однотипними цифровими системами абонентського доступу на основГ як "цифрового" DSU/CSU, так i "аналогового" DTE/DCE повнодуплексних модемiв щодо оpганiзацii високошвидюсного цифрового зв'язку.
СлГд вважати, що ймовГрно реальна практична цшнють вщ отриманого узагальненого рГвняння довжини (9) може бути досягнута на знову споруджуваних кабельних лшях зв'язку або на дшянках мапстральних i/чи зонових мереж, з'еднувальних лшях МТМ, де гарантоваш основш параметри багатопаpних/багаточетвipкових кабелiв зв'язку. На або-нентськiй же дшьнищ МТМ, де пpокладенi рГзнотипш види досить давно юнуючих телефон-них кабелiв, що устшно експлуатуються, але з уже не гарантованими навiть первинними параметрами, мае сенс оцшювати не довжину, а загальну величину запасу ААзап за очшуваною захищенiстю NM зв'язку.
3. Оцшка завадостiйкостi xDSL-лшн
Забезпечення допустимо нормованого за припустимою ГмовГрнютю помилок Рп0м.доп якост цифрового зв'язку при оргашзацп високошвидюсних цифрових абонентських xDSL-лшш провадиться за оцшкою технoлoгiчнoгo запасу ААзап за oчiкуванoю завадoстiйкiстю NM [11, 12] конкретного типу "цифрового" DSU/CSU - чи "аналогового" DTE/DCE-модему вщповщно до узагальненого виразу (10)
ААзап = А0 (fp ) - Ал (fp ) - [Аз.доп (Рпом.доп ) + 10lg(N + K - 1)] =
= NM = NEXT - a(f) • lxDSL - [SNR(BERT) + 10lg(N + K -1)]. (10)
Тут пеpехiдне загасання мюьких кабелiв зв'язку на ближнш кшець Ao(fp) = NEXT на
розрахунковш частoтi fp може бути знайдене як нижня межа з наступнoi апpoксимацiйнoi залежнoстi [8, 22]
fр
А0 (fp) = 69,5 - 10lg f 1020 H (Г ), [dB (дБ)];
f0 = 1020 Hz (Гц) '
{примтка 1: дане положення випливае з технoлoгiчнoгo процесу самого виробництва, монтажу за принципом "холодно!" скрутки та старшня юнуючих багатопарних мюьких кабелiв зв'язку, а саме: 90 % усГх кoмбiнацiй пар кабелю повинш мати пеpехiдне загасання на ближнш кiнець next не прше 69,5 dB (дБ) у тональному дiапазoнi частот за рашше юнуючими f0 = 800 Hz (Гц) i дшсними f0 = 1020 Hz (Гц) сучасними нормами}, Ал (fp) -загасання абонентсько! xDSL-лiнii зв'язку на розрахунковш частой fp довжиною 1xdsl
А л = a(fр) • lxDSL,[dB(^B)], в якому кiлoметpичне загасання кабелю a(fp), верхня межа якого в практичних умовах за наявнoстi паспортних даних тшьки на тoнальнiй частой a0,8 = = 800Hz), може бути знайдена з емшрично!' формули
fp
a(fp) = a0 8,---, [dB/km(дБ/км)] •
р 0,8 f = 800 Hz (Гц) '
А з. доп (Рпом.доп ) д0пустима захищенiсть сигналу для забезпечення не0бхiдн0г0 за Шр0гЩ-
нюю нормованого рГвня ймовГрносп помилок Рп0м д0п , що Гз прийнятною для експлуатацп 6% точнютю визначена апроксимацшним виразом виду
А (Р ) = A здоп (Рпом—10—I { + /„[_ /„(р )]}
^-з.доп V-1 пом.доп/ 2 " sv пом.доп/JJ'
Аз.доп(Рпом = ю-10) - допустима захищенють для досягнення "оптично!" якостi зв'язку
Рпом = 10-10 для "цифрового" (11) DSU/CSU [16, 19]
ДАзСДи0ПС8и(РП0М = 10-10) = A 3К2(Рпом = 10-10) + Да з =
= ArRZ (Рпом = 10-10) + 20lg(L -1) = 16,2 + 20lg(L -1) або для "аналогового" (12) DTE/DCE [16, 19]
ДА ^(Рпом = 10-10) = А 3- ЧАМ(Рпом = 10-10) + Да з =
(т 2 И
(11)
= A3-QAM (Рпом = 10-10) + 10lg[ I = 16,1 + 10g
L -1
(12)
модемiв розбудови xDSL-лшш; L - число дозволених piBmB цифрового QAM-сигналу;
M = L2 - число дозволених точок сигнального сузiр'я складного виду М-позщшного ампль тудно-фазо-манiпульованого QAM-сигналу.
Розрахункова частота fp , на якiй провадиться ощнка перешкодозахищеностi цифрово! абонентсько! xDSL-лшп при викоpистаннi "цифрового" DSU/CSU-модему - це fpSU/CSU напiвтактова лiнiйна частота fj або повнютю !й е^валентна за значенням модуляцiйна швидкiсть пеpедачi Бм, [Baud(Бод)], яка чисельно доpiвнюe
BM = fT = Б1Нф •—, [Бaud(Бод)], (13)
^ m
де n i m - параметри блочного коду загального виду mBnL, в якому на m бiнаpних символiв б выводиться n символiв l -позицшних.
До таких типових в шфокомушкащях лiнiйних/стикувальних/iнтеpфейсних кодiв слiд вщне-сти: двш^ [1-5, 22] Manchester, RZ/NRZ, 4Б5Б/8Б10Б, CMI, 2-TC PAM; тpiйковi [1-5, 20] A M I ( ЧП1 )/HDB2/HDB3( КВЩО 3)/B3ZS/B6ZS/B8ZS,3B2T (SU 32)/4B3T (MMS 43)/8B6T; четвipковi [1-5, 21] 2B1Q, 4-TC PAM; п'ятipковi [1-5, 23] 9B4QI, 4D-PAM5/8B1QI4 й iншi [1-5, 22] 8/16/32-TC PAM {ппимтка 2: якщо l доpiвнюe: 2 позначають символи блочного коду як "Б - Binary"; 3 "T - Ternary"; 4 "Q - Quaternary"; 5 "QI - Quinary"; 6 "S - Sextenary"; 7 "H - Heptanary", ...}.
Ш « • <-DSU/CSU х- /-1 т-> /-1
розрахунковш пiвтактовiй частотi 1 р = 1t/2 = Бм/ 2 спостерн-аеться максимум
енергетичного спектра PSD, то при використанш 2 х K-пpовiдноi системи (8), поряд з визначеним видом лшшного кодування (13), за допомогою яких додатково та багатократно "звужуеться" основний пелюсток PSD, остаточно отримаемо
f DSU / csu = |t = = В1нф . = ВПРД . 1. (14)
р 2 " 2 2 'm 2 ' K'm' ()
Для "аналогового" БТЕ/БСЕ-модему розрахункова частота fр - це fр)TE/DCE максимальна частота лшшного сигналу, на якш спостерiгаeться максимальне за значенням кшомер-
тичне загасання а^рТЕШСЕ) мiсцевого кабелю МТМ
f DTE / DCE _ f + д-рМ^ЛМ (15)
1 р _ хмш + дг , (15)
де ДРМ ^ЛМ - ефективно передана смуга частот М-позицшного QЛM-сигналу
5М -(1 +аN
ДРМ-QAM =ВМ .(1 +а N) =
. (1 + а n) = ^ПРД. 1. (1 + а n); (16)
log2M N log2M K N
3
а n - коефщент згладжування iмпульсу найквютовско! форми (0 < а n < 1) [4], що у прак-тичних умовах знаходиться в межах а n = 0,1...0,25; fM;H - мiнiмaльнa робоча смуга енергетичного спектра PSD, що займана "аналоговим" DTE/DCE-модемом ^M-QAM i придшяеться з урахуванням передачi тональних мовних сигналiв, починаючи вiд граничних частот, як можуть дорiвнювати значенню в зазначених рекомендащями та стандартами [20-23] межах {3,98...4,0}кШ(кГц).
Зазначимо, що при використанш завадостiйкого Гратчастого кодування TC, забезпе-чуеться виграш за позицшнютю сигнального сузiр'я QAM-сигналу, е^валентний збшьшен-ню на 1 кшькосп iнформацiйних бiт, тобто рiвняння (16) займано! смуги передачi набувае такого вигляду
AFM-QAM/TC ^ ВпРД • 1 • (1 + аN) (17)
log2M -1 К N • (1/)
Слiд особисто зазначити, що оцшка технологiчного запасу ДАзап = NM за виразом (10) отримано з узагальненого рiвняння довжини (9) для знову споруджуваних кабельних лшш зв'язку за наявносп точних зведень про вторинш параметри A0f) i а(fр) на розрахун-ковiй частотi fр . У вщсутносп ж точних даних про вторинш параметри кабелiв МТМ (досить частий випадок, що спостертаеться на практищ), а також про реальну довжину абонентсько! лшп i li тип (можливо навiть складено! i/чи комбшовано! дiлянки фiзичного ланцюга) необхщно провадити вимiр переходного загасання на ближнiй кiнець А0 f) = NEXT i загасання лшп зв'язку Алf) = а(fр) • 1xdsl на розрахунковiй частотi fр конкретного модему, що використовуеться для оргашзацп xDSL-лшп. В свою чергу, розрахунковi часто-
ти fр як для "цифрових" DSU/CSU, так i для "аналогових" DTE/DCE-модемiв вiдповiдно до виразiв (13)-(17), систематизованi для мiжнародних рекомендацiй ITU-T i стандартiв ETSI/ ANSI/IEEE [20-25], а також за корпоративними внутршшми стандартами деяких компанш, i зведенi в табл. 1 i 2.
Таблиця1
Рекомендацiя/ Серiя/ Швидюсть агрегатного Метод оргашзацп Тип Швидюсть Розрахункова
Стандарт Номер потоку Впрд, кб^/с 2-х провщного дуплексу лшшного коду модуляцп, кБод частота, £р , кГц
ITU-T I.412 160 Луно-компенсацшний 4B3T 120 60
I.430 ECH (MMS 43)
G.961 160 Луно-компенсацшний ECH 2B1Q 80 40
ETSI ETR 080 162 Луно-компенсацшний 3B2T 108 54
TS 102 080 ECH (SU 32)
ETS 303 297 320 Часовий TCM AMI (ЧП1) 320 160
Таблиця 2
Рекомендащя/ Стандарт Серiя/ Номер Кшьюсть робочих пар К системи Швидюсть агрегатного потоку ВпРД, кбгг/с Швидюсть передачi В1нф за кожною парою, кбгг/с Тип лшшного сигналу/коду Швидюсть модуляцп за кожною парою, кБод ^еф^ент звуження/ згладжування лш. спектра Розрахункова частота, fр , кГц
ITU-T G.991.1 G.991.2 1 2320 2320 2B1Q 1160 2 485,00
128-CAP/TC 386,667 0,15 448,67
192 ... 2304 з кроком 8 192 ... 2304 з кроком 8 16-CAP/TC 768 макс 2 384,00 макс
ETSI TS 101 135 ETR 152 TR 101 830-1 2 2336 1168 2B1Q 584 2 292,00
64-CAP/TC 233,600 0,15 272,62
384 ... 4624 з кроком 16 192 ... 2304 з кроком 8 16-CAP/TC 770,667 макс 2 385,33 макс
3 2352 784 2B1Q 392 2 196,00
4. Висновки
Таким чином, тд узагальнюючим KyumeyieM якостi QoS цифрового зв'язку в xDSL-лшях розумггимемо запас NM (Noise Margin) за очшуваною у реальних на експлуатацii умовах перешкодозахищенютю сигналу ААзап для конкретного багаторiвневого L лшшно-го кодування i/чи багатопозицiйного M виду маншуляцп, якi використовуються в "цифро-вих" DSU/CSU або в "аналогових" DTE/DCE модемах, вщповщно.
Даний рiвень якост стосовно нестацiонарного направляючого середовища розповсюд-жування, до якого вiдносяться фiзичнi ланцюги кабелiв зв'язку МТМ ТФМЗК, рекомен-дуеться оцiнювати суб'ективними способами [12, 15]. До таких суб'ективних критерпв можна вiднести, зокрема, експертш оцiнки за 5-бальною таблицею усереднених мiркувань MOS (Mean Opinion Score), за як приймемо рiвень запасу очiкуваноi завадостiйкостi
ДАDiSU/CSU = NM (3) "цифрових" DSU/CSU-модемiв [12] вiдповiдно до наведено].' нижче табл. 3.
Таблиця 3
Критерш MOS якост1 зв'язку QoS Запас за оч1куваною завадостшкютю NM xDSL-лшп, яка оргашзована "цифровим" DSU/CSU-модемом, дБ Р1вень якост цифрового зв'язку по xDSL-лшп
0 нижче 0 зв'язок несталий
1 0 поганий
2 0 < NM < 1,5 (пор^ у V2 раз1в за напр.) незадовшьний
3 1,5 < NM < 3 (порЬ у 2 рази за напр.) задовшьний
4 3 < NM < 6 (порЬ у 2 рази за потужн.) добрий
5 вище 6 високий
Таблиця 4
Критерш MOS якост1 зв'язку QoS Запас за оч1куваною завадостшюстю NM xDSL-лшп, яка оргашзована "цифровим" DSU/CSU-модемом, дБ Рiвень якост цифрового зв'язку по xDSL-лшп
0 0 i нижче зв'язок несталий
1 0 < NM < 1,5 (пор^ у V2 разiв за напр.) поганий
2 1,5 < NM < 3 (пор^ у 2 рази за напр.) незадовшьний
3 3 < NM < 6 (пор^ в 2 рази за потужн.) задовшьний
4 6 < NM < 15 (щодо найпрших умов) добрий
5 вище 15 високий
Стосовно "аналогових" DTE/DCE-модемiв, як бiльш чутливого пристрою ППС до pi3HO-манiтних дестабiлiзуючих факторiв ДА DTE/DCE = NM (4), piBHi якостi QoS можна визначити таблицею MOS [15] на тдсташ зведено! табл. 4.
Список лггератури: 1. БоккерП. ISDN. Цифровая сеть с интеграцией служб: Понятия, методы, системы / Пер. с нем. Э.Б. Ершовой и Э.В. Кордонского. М.: Радио и связь, 1991. 304 с. 2. Боккер П. Передача данных: Техника связи в системах телеобработки данных. Том 1. Основы / Пер. с нем. под ред. Д. Д. Кловского. М.: Связь, 1980. 204 с. 3. BockerP., ArndtG. ISDN. The Integrated Services Digital Network: Concepts, Methods, Systems. Berlin-Heidelberg-New York-Tokyo: Springer-Verlag, 1992. 258 p. 4. Bocker P. Datenübertragung: Nachrichtentechnik in Datenfernverarbeitungssystemen. Berlin-Heidelberg-New York: Springer-Verlag, 1976. 5. DenizD.Z. ISDN and it's Applications to LAN Interconnection. London: McGRAW-HILL Book Company Europe, 1994. 254 p. 6. DurdN. The ISDN Subscriber Loop. London: Chapman and Hall, 1997. 475 p. 7. Гамидов Г.С., Пантелеев В.В., Яценко С.Г. Двухпроводное дуплексное устройство преобразования сигналов УПС-64 с эхокомпенсатором // Электросвязь. 1989. № 1. С. 36-39. 8. Брескин В.А., Пантелеев В.В. Адаптивная регенерация цифровых сигналов в проводных ЦСП для абонентских
линий // Электросвязь. 1994. № 11. С. 12-14. 9. Кирилов В.И., Белко А.И. Расчет длины регенерационного участка для ЦСП по технологиям HDSL и SDSL // Электросвязь. 2001. № 10. С. 20-23. 10. Мирошников Д.Г. Новое поколение систем xDSL // Вестник связи. 2001. № 2. С. 30-35. 11. Кочеров А.В., Тарасов А.И. Эксплуатационная надежность цифровых абонентских линий // Вестник связи. 2005. № 6. С. 70-74. 12. Карпишин В.И., Мышляков С.И., Пантелеев В.В. Инженерно-эксплуатационные методы расчета предельных длин симметричных цифровых абонентских линий по xDSL-технологиям для существующих кабелей связи ГТС // В1сник УНД1З. 2006. № 1. С. 12-21. 13. Пантелеев В.В. Предельная пропускная способность двухпроводных дуплексных систем связи // Зб. наук. праць шституту проблем моделю-вання в енергетищ 1м. Г.£. Пухова НАН Украши. 2006. Вип. 36. С. 157-160. 14. Серых С.А, Соловьев В.Р. Технология xDSL в Украине - решение проблемы медных жил // Зв'язок. 2001. № 3. С. 18-21. 15 Курицын Е.М., Пантелеев В. В. Сценарии организации цифровых трактов для ВЧ-связи по высоковольтным линиям электропередачи // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. Одесса: Изд. «Нептун-Технологии», 2007. № 1(67). С. 3-12. 16. Thomas C.M., WeidnerM.Y., Durrani S.H. Digital amplitude-phase keying with M-ary alphabets // IEEE Trans. Commun. 1974. Vol. COM-22, No. 2. P. 168-180. 17. Ghamberlin J.W., Hester C.E., Meyers J.J., et al. Design and field test of a 256-QAM DIV modem // IEEE Journal on Selected Areas in Commun., 1987. Vol. SAC-5, No. 3. P. 349-356. 18. Panteleev V.V. Estimation's method at most attainable of lengths a symmetrical digital subscriber line on xDSL-technologies: engineering-maintenance of the calculation // Inter. Conf. "Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science". Lviv: Publishing House of Lviv Polytechnic. 2006. Vol. TCSET'2004. P. 365-369. 19. Panteleev V. V., Tarasov N.I. At most attainable of lengths a symmetrical digital subscriber line on xDSL-technologies: engineering-maintenance methods of the calculation // Proc. of IEEE "East-West Design & Test Workshop". 2009. Vol. EWDTW'09. Moscow: Publishing IEEE, Inc., P. 234-240. 20. ITU-T Recommendationshttp://www.itu.int/rec/T-REC/en G.233, G.Sup.28, G.703, G.707, G.961-G.963, G.991-G.993, I.412, I.430, I.431. 21. ETSIStandardshttp://pda.etsi.org/pda/queryform.asp: TS 101 012, TS 101 135, TS 101 524, TS 101 270, TS 102 080, TR 101 830, ETR 080, ETR152, ETS 303 297. 22. ANSI/ATIS (T1) Standards http://www.atis.org: T1.413-1998, T1.417-T1.424; T1.TR.28-1994, T1.TR.59-1999; T1.TRQ.06-2001. 23. IEEE 802 ™ Standardshttp://standards.ieee.org/getieee802/8023.html: IEEE 802.3-2008, IEEE 802.3at-2009, IEEE 802.3av-2009, IEEE 802.3bc-2009. 24. StandardsISO/IEChttp://webstore.ansi.org: ISO/IEC 11801:2002, ISO/IEC 14763-3:2006. 25. Standards TIA http://www.tiaonline.org: EIA/TIA-568-A/B/C.
Надшшла до редколегИ 17.07.2010 Пантелеев BiKTop Володимирович, канд. техн. наук, доцент, директор ТОВ «ТЕЛНЕТ» з шфокомушкацш http://www.uptel.net. ШуковГ штереси: оптимальний прийом складних сигшлГв, що транспортуються по нестацюнарним середовищам. Адрес: Укра!на, 65020, Одеса, вул. РозкидайлТвська, 18, офк 55, тел. (+38048) 730-99-99, 730-91-81, факс: (+38048) 73091-11, 730-91-20,е-mail: [email protected]; http://www.wi-max.net.ua.
Тарасов Микола 1ванович, канд. техн. наук, вед. наук. ствроб. вщщлу ЦСП ДП "ОНД1З". Науков1 штереси: високошвидшсш цифровГ абонентсьш лши xDSL. Адрес: Укра!на, 65026, Одеса, вул. Бунша, 23, тел. (+380 48) 722-63-97, 722-19-71, факс: (+380 48) 722-20-74, 730-63-78, е-mail: [email protected]; http://www.oniis.org.ua/oniis.
Вакарюк Олександр 1ванович, нач. комерцшного вадд^ ТОВ «ТЕЛНЕТ» http:// www.uptel.net. ШуковГ штереси: яшсть обслуговування QoS та яшсть сприймання абонентом QoE. Адрес: Укра!на, 65020, Одеса, вул. РозкидайлТвська, 18, офк 54, тел. (+380 48) 73099-99, 730-91-04, факс: (+380 48) 730-91-11, 730-91-20, е-mail: [email protected]; http://www.wi-max.net.ua.
