CC BY
45
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ АБОНЕНТСКИХ ЛИНИЙ НА БАЗЕ ADSL-ТЕХНОЛОГИИ
© Аляшкевич А.В.*
Браславский РУЭС Витебского филиала РУП «Белтелеком», Республика Беларусь, г. Браслав
В статье даны модель цифровых абонентских линий, построенных с применением технологии передачи ADSL, и результаты моделирования зависимости скорости передачи по различным абонентским линиям от длины и величины шумов.
В последние годы технологии доступа в сеть значительно расширились от больших городов к районным центрам и селам. Поэтому в связи со стремительным развитием технологий ADSL и появлением на отечественном рынке большого количества оборудования связи, использующего эти технологии, проблема оценки характеристик цифрового абонентского доступа ADSL с учетом характеристик реальных линий местных сетей приобретает особую остроту.
Специалистами в области xDSL-доступа в были разработаны рекомендации ITU-T G99x [1-5], которые регламентируют характеристики оборудования ADSL, приведены скорости передачи информации по цифровым абонентским линиям при работе по зарубежным эталонным абонентским линиям (AЛ) с типовыми шумами. В Республике Беларусь также проводятся исследования характеристик ADSL-доступа.
Проблема состоит в том, что характеристики отечественных AЛ отличаются от зарубежных, поэтому применять результаты зарубежных исследований для оценки характеристик ADSL-оборудования при использовании отечественных телефонных кабелей нецелесообразно. Исследования характеристик ADSL-оборудования на отечественных телефонных кабелях носят несистематический и неметодический характер, в различных публикациях о результатах тестирования ADSL-оборудования отсутствуют сведения об условиях тестирования этого оборудования (например, об уровне помех в абонентской линии), что не позволяет сделать выводы о реальных возможностях оборудования.
Целью настоящей статьи является моделирование цифровых абонентских линий, построенных на базе технологии ADSL, позволяющее получить зависимость скорости передачи по ADSL-линии от типа телефонного кабеля, длины абонентской линии и уровня помех на входе приемника.
Методика моделирования. В результате анализа характеристик и алгоритмов функционирования ADSL с помощью программного комплекса
* Электромеханик станционной связи.
LABVIEW была разработана математическая модель, включающая параметры, определяющие ее помехозащищенность (рис. 1). Модель ADSL включает: блок формирования спектра группового сигнала; DMT-модулятор и соответственно демодулятор; передающий и приемный фильтры с передаточными функциями (ПФ) Р(т) и ¥(т) соответственно; канал связи с ПФ Н(т) и источник белого шума со спектральной плотностью мощности шума Ы0. В модель не включены алгоритмы кодирования кодом Рида-Соломона и треллисное кодирование, которые присутствуют в системе передачи ADSL. Это связано с тем, что учет этих алгоритмов повлек бы за собой значительное усложнение модели, что нежелательно, а кроме этого, выигрыш от 3 до 5 дБ, обеспечиваемый этими алгоритмами, практически не связан с частотными характеристиками линии передачи и может быть дополнительно учтен в результатах моделирования. Данная модель является универсальной и подходит для моделирования различных ситуаций, связанных с помехами и линиях связи.
Рис. 1. Модель ADSL
Дальность связи по ADSL и достижимая при этом скорость передачи информации определяются прежде всего защищенностью принимаемого сигнала от аддитивных помех, а также требуемой вероятностью ошибки, которая регламентируется рекомендациями ITU, равной 10~7.
Воспользуемся приведенной математической моделью и осуществим моделирование характеристик ADSL для различных АЛ, задаваемых соответствующими передаточными функциями. В качестве помех будем учитывать только белый аддитивный гауссовский шум, действующий в линии передачи.
Напомним, что в соответствии с рекомендацией G.992.1 в ADSL в нисходящем направлении передачи используются ортогональные несущие {sinka0t, cos ka0t}, k = 6,7, 8, ..., 255, ю0= 2п 4,3125 103 рад/с, занимающие полосу частот 25,875-1104 кГц. Число несущих и количество передаваемых на каждой несущей бит информации задается адаптивно в зависимости от характеристик канала связи, что определяет как скорость передачи, так и занимаемую полосу частот канала. Максимальное количество b(i) передаваемых в течение посылки на i-й несущей бит информации связано с отно-
шением сигнал / шум 8ЫК(1) на частоте 1-й несущей и вероятностью ошибки р на выходе приемника соотношением [6, 7]):
(1)
где/1овг{х} - операция отбрасывания дробной части числа х;
и - отношение «полурасстояния» между ближайшими точками сигнального созвездия к среднеквадратическому отклонению гауссовского шума в 7-м канале модема.
Величину h будем вычислять по формуле: где Q-1 (x) - функция, обратная Q(x):
QOO = £
(2)
« 1 J—dy
= £2 'JC У2іг
р - вероятность ошибки;
К - коэффициент размножения ошибок;
в - коэффициент, получающийся в результате усреднения по Ь(і) выражения:
(3)
Согласно рекомендациям ITU G.992.1 и G.992.2, b(i) в системе ADSL может принимать значения от 2 до 15 бит. При b(i)=2 выражение (3) оказывается равным 1, а при b(i) = 15, оно приблизительно равно 0,27, так что в ~ (1 + 0,27) / 2 = 0,635. Коэффициент размножения ошибок К с учетом того, что в системе используется 3-отводный скремблер, равен приблизительно 2,75. Таким образом:
h
(4)
Для расчета суммарной скорости передачи данных сложим полученные значения Ь(і) для всех используемых в системе несущих и умножим полученную сумму на 4000 Гц - частоту информационных кадров ADSL [1]:
R = 4000-2”=6Ь(І)
где n - число используемых несущих.
Однако надо учесть, что в ADSL-системе скорость передачи информации должна быть кратна 32 кбит/с, поэтому правую часть формулы (5) требуется округлить в нижнюю сторону до ближайшего кратного 32 кбит/с:
В рассмотренной методике моделирования из мешающих факторов принимается во внимание лишь собственный тепловой шум кабеля, представляющий собой аддитивный гауссовский шум со спектральной плотностью мощности минус 140 дБм/Гц [1]. Номинальная спектральная плотность мощности передаваемого в нисходящем направлении группового сигнала PSDdown равна минус 40 дБм/Гц [1]. Тогда отношение мощности сигнала к мощности шума:
где A(i) - затухание на частоте i-й несущей, которое определяется частотной характеристикой абонентского кабеля (коэффициентом затухания и длиной кабеля).
Зная отношение сигнал I шум на входе демодулятора и задавшись требуемой вероятностью ошибки p = 1Q-7, по формуле (б) можно определить максимальное количество передаваемых в течение посылки на i-й несущей бит информации b(i) [б, 7], а затем и суммарную скорость передачи по конкретной абонентской линии.
Однако в случае изменения во времени передаточной функции канала связи или помеховой обстановки вероятность ошибки может превысить требуемую. Для предотвращения этого в ADSL предусмотрен запас по отношению сигнал I шум (SNR margin), равный б дБ. Иначе говоря, расчет b(i) проводится при мощности помех на б дБ большей, чем в действительности, или, что то же самое при уменьшенной на б дБ мощности передаваемого сигнала. Поэтому для вычислений требуется установить:
Рассмотренная методика относится к тому идеализированному случаю, когда на линию передачи не действуют внешние помехи, такие как взаимные переходы между парами, импульсные или сосредоточенные по спектру помехи.
Однако используя приведенную выше модель можно рассчитать скорости передачи информации с учетом помех, которые встречаются в отечественных линиях связи. Для практических целей полезными могут оказаться расчеты скорости передачи информации, проведенные при различных уровнях спектральной плотности мощности помехи на входе приемника ADSL [В, 9].
Результаты расчетов при различных уровнях спектральной плотности мощности помехи на входе приемника даны в виде графиков на рис. 2 и 3.
Спектральная плотность ЛЭ8Ь2, регламентированная в [2], характеризуется такой же, как и в ЛЭ8Ь, маской мощности передаваемого сигнала. Поэтому результаты, представленные на рис. 2 и 3, справедливы и для ЛБ8Ь2.
Потенциальные характеристики Л08Ь2+.
Основным отличием спектральной плотности ЛЭ8Ь2+ от ЛЭ8Ь является увеличение максимальной частоты в 2 раза и, соответственно, почти двукратное увеличение полосы частот передаваемого в нисходящем направлении сигнала, что позволяет достигать значительно большей скорости передачи информации в нисходящем направлении.
Методика моделирования полностью совпадает с рассмотренной выше методикой для спектральной плотности ЛЭ8Ь. Необходимая для расчетов маска мощности взята из [2].
Полученные графики зависимости скорости передачи информации в нисходящем направлении от длины абонентской линии при различных мощностях помех на входе приемника ЛЭ8Ь2+ изображены на рис. 4 и 5.
Р, Мбит/с
15
-110 дБм/Гц -120 дБы/Гц ^^-130дБм/Гц ^--140 дБм/Гц
10
5
о
а
6
Рис. 2. Зависимость от длины АЛ скоростей передачи информации, достижимых на АЛ кабеля ТПП 0,32 мм при различной спектральной плотности мощности шумов на входе приемника ЛЭ8Ь
13, Мбит/с 15
10
-110 дБм/Гц -120 дБм/Гц -130 дБм/Гц ■'■"’""^^.-140 дБм/Г ц
I., км
Рис. 3. Зависимость от длины АЛ скоростей передачи информации, достижимых на АЛ кабеля ТПП 0,5 мм при различной спектральной плотности мощности шумов на входе приемника АЭ8Ь
р, Мбит/с 30
20
10
-110 дБыЛ~ц -120 дБм/Гц ^-130дБы/Гц -140 дБм/Г 1 ,
1_, км
Рис. 4. Зависимость от длины АЛ скоростей передачи информации, достижимых на АЛ кабеля ТПП 0,32 мм при различной спектральной плотности мощности шумов на входе приемника ЛЭ8Ь2+
R, Мбит/с 30
20
10
^110 дБм/Гц ^^,-120 дБы/Гц ^ -130 дБм/Гц --140 дБм/Гц
L, км
Рис. 5. Зависимость от длины ЛЛ скоростей передачи информации,
достижимых на АЛ кабеля ТПП 0,5 мм при различной спектральной плотности мощности шумов на входе приемника ADSL2+
Описана универсальная модель АЛ, которая позволяет получать данные о скорости передачи информации с учетом воздействия различных шумов и качеством отечественных линий связи. Результаты расчетов демонстрируют значительные преимущества аппаратуры связи ADSL 2+ по скорости передачи по отношению к ADSL при длинах абонентских линий менее 2 км. Этот факт имеет вполне строгое физическое объяснение: при длинах абонентских линий более 2 км преимущества расширения полосы частот передаваемого сигнала полностью нивелируются высоким затуханием линий. Полученные графики позволяют оценивать возможности различных типов ADSL-оборудования и предельно достижимые характеристики цифровых абонентских линий, построенных на отечественных телефонных кабелях типа ТПП с применением этого оборудования.
Список литературы:
1. Рекомендация ITU-T G992.1 Asymmetrical digital subscriber line (ADSL) transceivers (Приёмопередатчики асимметричной цифровой абонентской линии (ADSL)).
2. Рекомендация ITU-T G992.3 Asymmetric digital subscriber line transceivers 2 (ADSL2) (Приемопередатчики асимметричной цифровой абонентской линии 2).
3. Рекомендация ITU-T G994.1 Handshake procedures for Digital Subscriber Line (DSL) transceivers (Процедуры «рукопожатия» для приемопередатчиков цифровых абонентских линий).
4. Рекомендация ITU-T G995.1 Overview of Digital Subscriber Line (DSL) Recommendations (Обзор рекомендаций по цифровым абонентским линиям).
5. Рекомендация ITU-T G.996.1 Test procedures for Digital Subscriber Line (DSL) transceivers (Процедуры тестирования для приемопередатчиков цифровых абонентских линий (DSL)).
6. John AC. Bingman. Multicarrier modulation for data transmission: an idea whose time has come // IEEE Communication Magazine. - 199Q. - May. - Р. 7-14.
7. Балашов B.A., Ляховецкий Л.М. Алгоритмы оптимизации спектра группового сигнала в многоканальных модемах // Иаучные труды УГАС А.С. Попова. - 1999. - № 1. - С. 37-43.
S. Балашов В.А., Ляховецкий Л.М. Моделирование характеристик цифровых абонентских линий // Зв'язок. - 2QQ3. - № 2. - С. 19-23.
9. Ляховецкий Л.М. ADSL: проверка готовности // Телекоммуникации и сети. - 2QQ2. - № 9. - С. 38-42.
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС МОДЕЛИРОВАНИЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ В ОБЛАЧНОЙ СИСТЕМЕ © Воробьев С.П.*, Горобец В.В.Ф
Иовочеркасский политехнический институт
Южно-Российского государственного технического университета,
г. Иовочеркасск
Рассматривается модель архитектуры образовательной системы, построенной по принципу облачной структуры. Предлагается программный комплекс для моделирования размещения информационных ресурсов на узлах облака и поиска оптимального варианта распределения с использованием генетических алгоритмов.
В настоящее время большое внимание уделяется внедрению систем дистанционного образования на базе учебных заведений. Это подразумевает создание электронных ресурсов, содержащих большой объем информации, доступ к которой имеют тысячи пользователей. Поэтому при развертывании таких систем возникают потребности в приобретении дорогостоящего обо-
* Доцент кафедры «Информационные и измерительные системы и технологии», кандидат технических наук.
* Аспирант кафедры «Информационные и измерительные системы и технологии».
