CC BY
42
2004
Доклады БГУИР
январь- март
№ 2
УДК 621.391+621.395
ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ НА СЕТЯХ АБОНЕНТСКОГО ДОСТУПА
В.И. КИРИЛЛОВ, А.И. БЕЛКО
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники П. Бровки, 6, Минск, 220013, Беларусь
Поступила в редакцию 19 ноября 2003
Исследованы цифровые системы передачи для кабельной сети абонентского доступа. Разработаны методики анализа их эффективности и произведен расчет предельной длины участка регенерации для произвольных условий и различных вариантов их совместной работы.
Ключевые слова: система передачи, абонентская сеть, участок регенерации, предельная длина, защищенность, совместная работа.
Введение
Последние достижения научно-технического прогресса в области высоких технологий заставляют пересмотреть сложившийся взгляд на стратегию дальнейшего развития телефонной сети общего пользования (ТфОП) [1]. Генеральными ее направлениями становятся цифровизация и интегрализация, заключающиеся в повсеместном использовании цифровых методов обработки сигналов, а также в обеспечении универсальности сетей, их доступности для передачи любых видов информации [2]. Это напрямую связано с расширением номенклатуры и повышением качества предоставляемых услуг электросвязи. Среди основных задач, решаемых при этом, можно отметить:
1) создание современных мультисервисных узлов коммутации, обслуживающих как традиционный речевой телефонный трафик с коммутацией каналов, так и пакетированный трафик, обеспечивающий как передачу данных (например, при подключении к сети Internet), так и различные варианты передачи речи (в том числе и так называемая Internet-телефония, основанная на технологии VoIP — Voice over Internet Protocol — речь по IP протоколу) [2];
2) создание высокоэффективных сетей абонентского доступа, обеспечивающих качественное предоставление всей номенклатуры услуг для потребителей.
Данная работа посвящена проблемам, связанным с построением эффективной цифровой сети абонентского доступа. Существующие абонентские сети на многопарных симметричных кабелях, рассчитанные на предоставление услуг традиционной телефонии, за последние несколько десятков лет практически не претерпели координальных изменений и в настоящее время становятся тормозом для дальнейшего развития всей отрасли. Поэтому во всем мире велись разработки возможных сценариев цифровизации абонентского участка ТфОП. Здесь можно отметить создание альтернативных сетей передачи данных (наложенных сетей, построенных в обход существующим и использующих высокоскоростные симметричные или коаксиальные кабели, ВОЛС и сети беспроводного доступа), а также и использование имеющейся кабельной инфраструктуры "традиционной" абонентской сети [3].
Перечисленные варианты построения сети наряду с определенными преимуществами имеют существенные недостатки (рассмотрение которых выходит за рамки данной работы).
Поэтому ни один из сценариев не является предпочтительным для использования: каждый проектируемый вариант построения сети доступа требует самостоятельного анализа, на основании которого и должен осуществляться выбор конкретной технической реализации сети.
С другой стороны, для ряда практических случаев несомненный интерес представляет возможность использования уже существующей аналоговой абонентской сети, которая не имеет себе равных по количеству обслуживаемых абонентов и суммарной протяженности соединительных линий. Основная задача, решаемая при ее цифровизации - это увеличение пропускной способности кабеля за счет использования цифровых систем передачи (ЦСП). Как показывает практика, наибольших успехов здесь добились фирмы, применяющие более эффективные цифровые технологии передачи, объединенные общим понятием xDSL, где х — переменная величина, определяющая конкретный вид технологии, а DSL — аббревиатура от Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия [3, 4].
Одним из первых видов данного семейства можно считать так называемый ^-интерфейс основной скорости ISDN (BRI — Basic Rate Interface), обеспечивающий дуплексную передачу со скоростью 160 кбит/с по одной паре за счет использования дифференциальных систем (далее по тексту дифсистем) и адаптивной эхокомпенсации. В качестве линейного сигнала здесь (как и в большинстве других случаев) используется сигнал, сформированный методами амплитудно-импульсной модуляции (АИМ) с помощью кода 2B1Q. Последний представляет собой симметричный четырехуровневый линейный код, позволяющий снизить символьную частоту линейного сигнала до 80 кГц. В дальнейшем технология ¿/-интерфейса нашла широкое использование в аппаратуре цифрового уплотнения абонентских линий для обеспечения одновременной работы до 8 независимых абонентов (с использованием различных методов компрессирования речевого сигнала) по одной линии связи.
Самым массовым видом семейства хDSL на сегодняшний день является технология HDSL (High Bit Rate DSL) — высокоскоростная DSL. Первоначально она разрабатывалась как линейное оборудование для передачи первичных цифровых потоков со скоростью 2048 кбит/с по двум или трем парам кабеля (со скоростями передачи по каждой паре 1168 и 784 кбит/с, соответственно). При этом передача по каждой паре осуществлялся в обоих направлениях с одинаковой скоростью с использованием дифсистем и адаптивной эхокомпенсации, а в качестве линейного сигнала предполагалось использование либо кода 2B1Q, либо амплитудно-фазовой модуляции без несущей CAP-64 (Carrierless Amplitude and Phase Modulation) [5, 6].
В последнее время появилась еще одна из разновидностей АИМ линейных сигналов, использующая так называемый код ТС-РАМ (Trellis Coded Pulse Amplitude Modulation) — амплитудно-импульсную модуляцию с "решетчатым" кодированием. Линейный сигнал здесь аналогичен 2B1Q, но имеет не четыре, а с шестнадцать разрешенных уровней (с учетом полярности импульсов), а символьная частота его не в 2, а в 4 раза меньше, чем тактовая частота исходного двоичного сигнала [6].
Дальнейшим развитием технологий HDSL стали варианты, использующие только одну кабельную пару, такие, как HDSL с перестраиваемой скоростью (RA-HDSL — Rate Adaptive HDSL); симметричная DSL (SDSL — Symmetrical DSL), многоскоростная SDSL (MRSDSL — Multy Rate SDSL) и др.
Следующий этап развития семейства хDSL — появление так называемых асимметричных технологий DSL — ADSL (Asymmetrical DSL), обусловленных развитием сети Internet и необходимостью обеспечения несимметричного высокоскоростного трафика между пользователем и сетью со скоростями до 1,5 Мбит/с по исходящему направлению (от абонента к узлу сети — Upstream) и до 8 Мбит/с по входящему направлению (от сети к абоненту) (Downstream) [7, 8].
Одним из новшеств, примененных в ADSL (по сравнению с HDSL) является частотное разделение полос, занимаемых исходящим и входящим направлениями передачи, при этом частотный диапазон от 0 до 4 кГц не используется, что позволяет обеспечить одновременную работу обычного телефонного аппарата и высокоскоростного ADSL-модема по одной кабельной паре.
Другой технологией высокоскоростного доступа является "сверхвысокоскоростная DSL" (VDSL — Very High Speed DSL), которая обеспечивает еще большую пропускную спо-
собность по сравнению с ADSL, но на более коротких расстояниях передачи. Кроме того, отличительной особенностью VDSL является возможность обеспечения как симметричного трафика (скорости исходящего и входящего направлений равны и составляют от 6,48 до 25,92 Мбит/с), так и асимметричного со скоростью входящего направления от 12,96 до 51,84 Мбит/с и исходящего — от 1,62 до 6,48 Мбит/с.
В системах передачи по технологиям ADSL и VDSL линейный сигнал формируется с помощью различных видов модуляции несущей (несущих): квадратурно-амплитудной (QAM
— Quadrature Amplitude Modulation) или CAP высокого уровня, например QAM(CAP)-128, QAM(CAP)-256 и т.д., а также дискретной многотональной модуляции — DMT (Discrete Multitone Modulation) [7, 8].
Анализ технической литературы, посвященной вопросам исследования перечисленных технологий [4-8], указывает на отсутствие обоснованных методов сравнительной оценки их эффективности. Поэтому у оператора связи может возникнуть ряд проблем при выборе аппаратуры ЦСП и ее практическом использовании. Кроме того, технические характеристики ЦСП, приводимые фирмами-изготовителями, как правило, являются неполными, а иногда и неоправданно оптимистическими. Они не позволяют судить о том, как влияет на длину регенерационного участка характеристики кабельной линии связи (параметры передачи и электромагнитной совместимости) количество параллельно работающих ЦСП, построение цифровой абонентской сети, технология формирования линейного сигнала и др., хотя, как будет показано далее, эти факторы являются весьма существенными.
Целью данной работы является разработка методики анализа эффективности современных ЦСП, работающих на кабельных сетях абонентского доступа, сравнение разных технологий xDSL и выработка рекомендаций по применению.
Теоретический анализ
Анализ будем производить для случая, при котором по соседним парам кабеля работают две двухпроводные ЦСП с линейными сигналами, сформированными методами многоуровневой АИМ модуляции, при этом по каждой паре применяется однополосная дуплексная передача за счет дифсистем и адаптивной эхокомпенсации. Каждая из ЦСП может отличаться по скорости передачи и/или числу разрешенных уровней амплитуды импульсов АИМ-линейного сигнала.
Обозначим условно влияющую систему передачи как ЦСП-1, а подверженную влиянию
— как ЦСП-2. Для последней и будем определять эффективность работы при работающей ЦСП-1.
Под эффективностью ЦСП в общем случае подразумевается интегральный показатель, составляющие которого дают комплексную оценку ее работоспособности, учитывающую технические, экономические, организационные и другие характеристики и особенности той или иной системы передачи.
В данной статье качество работы цифровых систем будем рассматривать с точки зрения оценки их технических характеристик, а выводы об эффективности той или иной технологии передачи будут основываться на их сравнительном анализе. Одним из наиболее распространенных технических показателей является вероятность ошибочного приема символов сигнала, которая определяется отношением [9, 10]
Р ош = N ош/N Е , (1)
где Nom — число неверно принятых символов линейного сигнала, N — общее число принятых символов.
Причиной ошибочного приема символов являются помехи, попадающие на вход решающего устройства (РУ) регенератора вместе с полезным сигналом. Основными источниками помех, которые оказывают воздействие на РУ регенератора кабельной ЦСП, являются:
1) флуктуационные (тепловые) и дробовые шумы;
2) помехи от межсимвольых искажений (МСИ);
3) помехи от переходных влияний (ПВ), обусловленные наличием электромагнитных связей между соседними парами кабеля;
4) флуктуации параметров принимаемого линейного сигнала (амплитуда, форма, временное положение);
5) флуктуации временного положения стробирующих импульсов, формируемых аппаратурой линейного регенератора (РЛ);
6) флуктуации уровней опорных напряжений решающего устройства (РУ) регенератора;
7) изменения параметров регенератора, обусловленные старением комплектующих элементов, температурной нестабильностью, флуктуациями питающего напряжения и др.
Вероятность ошибки при приеме символов линейного сигнала, полностью определяется ожидаемой защищенностью регенератора ЦСП, равной отношению амплитуды импульсов полезного сигнала на входе РУ к действующему напряжению помехи идп = <оп, и зависит от статистического распределения помехи. Однако для подавляющего большинства источников помех, действующих на входе РУ, не существует адекватных математических моделей. Это делает невозможным расчет влияния каждого отдельного источника на вероятность ошибочного приема. В связи с этим для анализа помехозащищенности положим, что все помехи не коррелированны между собой. Тогда суммарная помеха в соответствии с предельной теоремой Чебышева имеет плотность распределения мгновенных значений, соответствующую нормальному (гауссовому) закону, а ее мощность равна сумме мощностей помех отдельных источников. Учитывая статистическую независимость составляющих суммарной помехи, ожидаемая защищенность регенератора ЦСП-2 от ее воздействия определяется как
(2)
Л(12 = -20 ^ X ^ ,/Ад} = -10 ^ X "=1и1, /А]} = = -10XI Р, Кб/А]} = -10ЫXI,&с(-0\А^)},
где йвс(х)=10; N — количество источников помех; Ар, ипр1 и Рп1 — амплитуда импульса сигнала, действующее напряжение и мощность 7-й помехи соответственно на входе РУ ЦСП-2; Кр — входное сопротивление РУ ЦСП-2; Аз1=ипр1/Ар — защищенность от 7-го источника шума, действующего на входе РУ ЦСП-2.
Предельное значение ожидаемой защищенности, при котором вероятность ошибок еще не превысит допустимого значения рош доп, определяется из условия равенства:
Аз£2 = Аз доп2 , (3)
где Аз доп2 — допустимая защищенность регенератора ЦСП-2. Для АИМ линейных сигналов допустимая защищенность равна [9, 10]
Аздоп2 = 10,65 +11,421в(- 1в р0ш ДОп )+ 20 7 -1) / 2], (4)
где рош доп — допустимая вероятность ошибки; 2=2 — количество разрешенных уровней амплитуды импульсов АИМ сигнала; п — количество двоичных разрядов исходного цифрового потока, передаваемых одним символом АИМ сигнала.
Величина допустимой вероятности ошибки рош доп зависит от типа оконечного устройства на выходе тракта. На местных (городских и сельских) первичных цифровых сетях передачи ТфОП величина допустимого коэффициента ошибок для тракта длиной 1 км составляет Кош1доп = 2,5^10-1° [9, 10], а соответствующая допустимая вероятность ошибок для тракта длиной 1р тогда определяется по формуле
рош доп К ош 1 доп 1 р. (5)
Связь (5) между допустимой вероятностью ошибок и длиной регенерационного участка позволяет использовать в качестве альтернативного критерия оценки эффективности ЦСП предельную длину регенерационного участка 1р тах, которая определяется с учетом условия (3) и соответствует максимально возможному расстоянию между двумя регенерационными пунктами, при котором еще обеспечивается требуемое значение рош доп.
Среди упомянутых выше источников помех основными составляющими суммарной помехи кабельной ЦСП, которые практически полностью определяют предельную длину участка регенерации, являются помехи от собственных шумов и помехи от ПВ между соседними парами в кабеле.
Собственные шумы обусловлены тепловыми шумами прилегающего кабельного участка линии связи (ЛС) и шумами входных каскадов усилителя-корректора (УК) регенератора. Их мощность на входе РУ равна [11-13]:
Р(ш} = \0с2 опш\/)df, (6)
где (0; /с2) — полоса пропускания УК ЦСП-2; /с2 — символьная частота линейного сигнала ЦСП-2; Оп™)(f) — спектральная плотность мощности собственных шумов на входе РУ
ЦСП-2:
опш\f) = кт0 Бшу2(f)Кум2(f),
(7)
где кТ0 — спектральная плотность тепловых шумов линии на входе регенератора; к=1,38-10-23 Дж/Гц-град — постоянная Больцмана; Т0 — температура линии связи по Кельвину; Кум2(/) — коэффициент передачи УК ЦСП-2 по мощности; ^шу2(/) — коэффициент шума УК ЦСП-2, пересчитанный на вход регенератора.
Вид частотной зависимости коэффициента шума ^шу2(/) определяется структурным построением УК. Так, например, если на входе УК (сразу за линейным трансформатором) расположен широкополосный предварительный усилитель, за которым следует адаптивный корректор, корректирующий неравномерность всего прилегающего кабельного участка, можно считать ^шу2(/) = ^шу2=еоп81 [11-13].
Форма частотной характеристики коэффициента передачи УК находится из условия оптимальной коррекции импульсов сигнала на входе РУ (так называемый критерий Найквиста — критерий отсутствия МСИ между соседними импульсами на входе РУ [9, 10]). Можно показать, что для АИМ линейного сигнала выражение для коэффициента передачи УК имеет вид [11-13]:
Е
612
саз4(п//2/с2)
(8)
где Ял - волновое сопротивление линии связи; алс2=а(/с2)!р — затухание линии связи длиной 1р на символьной частоте /с2 линейного сигнала в коде пВ^ для ЦСП-2: /с2=/г2/п, где /т2 — тактовая частота исходного цифрового потока ЦСП-2; а^) — затухание ЛС длиной 1 км на частоте/с2 ; Ас2 — амплитуда импульсов сигналов на выходе ЦСП-2; Ар2, Лр2 — амплитуда импульсов сигнала и импеданс на входе РУ ЦСП-2 соответственно.
Теперь с учетом (2), (6)-(8) можно получить:
=-10\фкТ(Р0^^А2Аес( 0,1аёс2)( 0,23аёс2Г
-2
(9)
где — поправочный коэффициент, зависящий от алс2 и определяемый методами численного интегрирования [11-13]. Расчетные значения поправочного коэффициента в диапазоне затуханий алс2 приведены в табл. 1.
Таблица 1. Зависимость поправочных коэффициентов 3 от затухания участка регенерации алс
алс, дБ 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0,755 1,175 1,185 1,056 0,901 0,758 0,637 0,536 0,454 0,387
Природа ПВ обусловлена наличием электромагнитных связей между соседними парами одного кабеля при работе ЦСП. Различают ПВ, возникающие между парами с противоположными направлениями передачи, и ПВ между парами с совпадающими направлениями передачи. В обобщенном виде механизм возникновения каждого из видов помех от ПВ представлен на 72
рис. 1,а и 1,6 соответственно. Здесь предполагается, что каждая ЦСП работает по одной паре кабеля в одном направлении передачи. Эквивалентные схемы канала прохождения переходных помех на вход РУ для каждого из случаев представлены на рис. 2,а и рис. 2,6 соответственно. В последнем случае учтено также явление отражения помехи на ближнем конце [9 10].
ЦСП 1
а
ЦСП 1
> г ПВ на ДК >
ЦС11 2
Рис. 1. Механизм возникновения помех от ПВ
ЦСП 2
ПВ на БК 6
Ос](/) КАП РУ
ом
а 6
Рис. 2. Эквивалентные схемы каналов прохождения помех от ПВ
Как видно из рис. 1,а и 2,а, в случае параллельной работы на противоположных направлениях передачи помеха от взаимных влияний обусловлена так называемым переходным затуханием (ПЗ) на ближний конец (БК) Аб(/). При работе на совпадающих направлениях (рис. 1,6 и 2,6) необходимо учитывать ПЗ на дальний конец (ДК) Ад(/), а также коэффициент передачи по мощности участка линии связи Кл(/).
Общие выражения для спектральной плотности мощности помех от ПВ на БК и ДК на входе РУ ЦСП-2 можно представить соответственно как [9, 10]:
о(а") (/ )=Оа (/ )Е ж (/)(///) аео [- 0,1(4 а)],
(10)
О
(ае)(
I ( I
(/) = Ос1(/)Ёби (ЛИ! -^аео[- 0Д(Ц.(1Л )+а(/)!д )]+| ёес[- 0,1«(/) + а(/)1л )], (11)
/1
I
где Ос1/ — спектральная плотность мощности сигнала на выходе ЦСП-1; Кум2(/ — коэффициент передачи по мощности УК ЦСП-2; Аб/0 — переходное затухание (ПЗ) между парами кабеля на БК на частоте /1; Азлд(/1; 11) — защищенность от ПВ на ДК для кабельной линии (не системы!) длиной 11 на частоте/1; т — коэффициент межчетверочных (МВ, т=2) или внутричетверочных влияний (ВВ, т=4) между парами одного кабеля.
Спектральная плотность мощности Ос1 (/) для АИМ линейного сигнала имеет вид [14]:
О01 (/> СП1 -///1СС82(л//2/с1), 0 < / < /^
Кл / с1
(12)
где /С1 — символьная частота линейного сигнала ЦСП-1; Ас1 — амплитуда импульсов сигналов на выходе ЦСП-1; Сп1 — постоянный коэффициент, зависящий от 2, численные значения которого, как было показано в [11-13], составляют 0,733, 0,568, 0,5, 0,468 и 0,453 для линейных сигналов с 2, равным 4, 8, 16, 32 и 64 соответственно.
Обобщенное выражение для защищенности ЦСП-2 от ПВ со стороны ЦСП-1 можно представить в виде [11-13]:
42 = -10^ У/Л/у^} (13)
где С(пв)п2(/) — спектральная плотность мощности помехи от ПВ на входе РУ ЦСП-2; /р — граничная частота, величина которой выбирается из следующих соображений: если ширина полосы пропускания Кум2(/) равна или меньше, чем ширина спектра плотности мощности сигнала ЦСП-1 Сс1(/), то /р^^.В противном случае /р=/сь
Далее определим мощности сигналов на выходах регенераторов ЦСП-1 и ЦСП-2 как
2 2 * =Г//// - (14)
ё^ с1 ё
откуда
2 Р Я
Л,2 - с л ; I = 1; 2. (15)
" 0,25СШ.
Используя (10)-(13) и (15), а также эквивалентные схемы на рис. 2, можно получить следующие выражения для защищенности регенератора от ПВ на БК:
А(: > = 101в{П }- 101в}- 10!еI^МрЫ^ [- 0Д(А//1 )]ес [0ДЧ]32
42
г 1,5 ,-1,5 . / п1 У1
(0,23 аЯ2)
= -18,8 - 101в{У„2 }-301в{/2//1}+ А//) - ат + 2018^}- 101в(3 2}
22
(16)
где — поправочный коэффициент, который зависит от алс2 и определяется методами численного интегрирования из выражения:
42 5
( ) (,23аёЯ2) г 2 2
32 (аёд) = —г—1х соэ ¿ес[0-1аёй2 ]]
П х/п2
V 2/п1 )
соб4 (п х/2)ёес 01а^]
ьП (п х/2) (п х/2)4
шх.
где ¿=1, если/с1>/с2, и 8=/л/ /2, если/с1</с2.
Аналогичным образом определяется защищенность от ПВ на ДК:
№ ) = 101в{У„1}-101в{У„2}-101&
'4й / 1,5+т I
пы с2 Р
У' 1,5 г т 7
п1 Л 1
3Ас[- 0((/1,г1 )]+
+ 3 4 ^п1/П2
3 р 1,5 /.1,5 /п1 /1
ёес [- 0,1 (Ай(/1 )]] =
= -6-Ш^Ь3018/ ] -101д(
+ 33 ёес [- 0,1 (А. (/1)]},
/ \т-1,5 ,
/с2 ГР
V /п1 ) 11
(17)
(18)
где 33 и 34 — поправочные коэффициенты, которые зависят от /с2//с1 и определяются методами численного интегрирования из выражений:
3
-10^{/ 3} = -101^1 У х 2С08:
П х/с2 2/с1
V
п х ( п х
т-
2
2
/30 + Ц 101ё5 | ;
(19)
- 101в{/4}=-101в| |хт+05сов
п х/С:
V 2/с1 J
V
4
п х ( п х
Чг„
/40 + к2 ['1018 5
(20)
Здесь /30«20,9 дБ и /40~13,6 дБ — значения -101я{/3} и -Ш^/} при ¿=1; к1 и к2 —
постоянные коэффициенты, равные соответственно 1 и 1/6. Численные значения поправочного коэффициента /2 представлены на рис. 3, где графики 1-8 приведены для отношений /^/л соответственно 0,11; 0,5; 0,667; 0,833 (при этом ¿=1) и 1,5; 2,0; 3,063; 4,563 (при этом д=/с2//с;<1). Зависимости (19), (20) и д приведены на рис. 4 (графики 1, 2 и 3 соответственно).
Защищенность от суммарной помехи, действующей на входе РУ регенератора ЦСП-2, в рассматриваемом случае будет определяться как
Аз22 = -Ш^аесНДАз^) + ёес(-0,1А.(бк ]) + аесНДА^})}.
(21)
Рис. 3. Графики зависимости поправочного коэффициента /2(алс2)
Рис. 4. Графики зависимости поправочных коэффициентов /3, /4 и коэффициента д
Процедура определения предельной длины участка регенерации подверженной влиянию ЦСП-2 представляет собой итерационный процесс, заключающийся в последовательном
2
5
2
задании ряда значений длины участка А, /2, ... к, где Д< /2< ... /■, для каждого из которых вычисляются значения ожидаемой (из (21)) и допустимой (из (4)) суммарной защищенности от помех на входе РУ регенератора ЦСП-2. То значение при котором выполняется (3), определяет предельную длину участка регенерации.
Приведенные выражения и методика расчета являются достаточно общими и позволяют определить длину участка регенерации при параллельной работе как разнотипных, так и однотипных ЦСП, а также при работе одиночной ЦСП. В первом случае в приведенных выражениях надо положить Х1=Х2, /с1 =/с2 и ¿=1. Во втором случае при использовании (21)
достаточно положить А^*^ = Аз(дк^ = да .
Результаты и их обсуждение
Численные расчеты предельной длины участка регенерации произведем для ЦСП, которые обеспечивают скорости передачи У=2320 кбит/с, 1168 кбит/с, 784 кбит/с, 512 кбит/с и 256 кбит/с и используют АИМ-линейные сигналы с Z=4, 8, 16, 32, 64 для двух вариантов построения сети: 1) соседние ЦСП имеют одинаковые линейные сигналы но разные
информационные скорости передачи (У^У2); 2) ЦСП имеют одинаковые информационные скорости передачи (У1=У2), но разные линейные сигналы ^^2). Расчеты будем производить для случая работы ЦСП по кабелю типа КСПП-1 х4х0,9, характеристики которого приведены в табл. 2 [15]. Численные результаты расчетов представлены в табл. 3 и 4. Для сравнения в табл. 5 приведены предельные длины участков регенерации при совместной работе на аналогичном кабеле двух однотипных двухпроводных ЦСП с указанными выше скоростями передачи и АИМ-линейными сигналами [11-13, 16]. В скобках указана предельная длина участка при работе одиночной ЦСП.
Таблица 2. Технические характеристики симметричного кабеля КСПП-1х4 х 0,9 [15]
Тип кабеля Затухание на частоте /1, дБ/км ПЗ на БК на частоте /1, дБ Защищенность от ПВ на ДК на частоте / для кабеля длиной /ь дБ
КСПП-1х4х0,9 (ТУ16.К71-061-89) а=7,5дБ/км, ./1=1024 кГц Аб=64 дБ, ./1=512 кГц Азлд=45 дБ, /1=1024 кГц, /1=0,75 км
Таблица 3. Предельная длина участка регенерации ЦСП-2 при параллельной работе двух разнотипных ЦСП, имеющих одинаковые коды линейных сигналов, но разную скорость
передачи
У2, кбит/с Уъ кбит/с Z=4 Z=8 Z=16 Z=32 Z=64
256 512 30,5 35,5 38,0 40,0 40,0
512 256 27,0 31,0 33,0 34,0 33,5
256 784 31,5 36,7 40,0 41,0 41,0
784 256 26,0 30,0 32,0 33,0 32,5
256 1168 32,5 38,0 40,5 42,5 43,0
1168 256 23,0 26,8 29,0 30,5 30,8
256 2320 34,0 40,0 44,0 46,0 46,5
2320 256 16,0 18,7 20,5 21,7 22,3
512 784 20,0 21,0 25,0 25,0 25,0
784 512 18,0 21,0 22,0 22,5 22,0
512 1168 20,0 24,0 25,0 25,5 25,5
1168 512 17,5 20,0 21,0 21,3 20,7
512 2320 21,5 25,0 27,0 27,5 27,5
2320 512 15,9 18,2 20,0 20,0 20,0
784 1168 15,4 17,5 19,0 19,5 18,8
1168 784 14,0 16,0 17,0 17,0 16,5
784 2320 16,0 19,0 20,0 20,5 20,0
2320 784 13,2 15,0 16,0 16,0 15,0
1168 2320 12,1 14,0 15,0 15,0 15,0
2320 1168 10,5 12,0 12,3 12,5 11,8
512 1544 20,8 24,0 26,0 26,6 26,5
1544 512 17,2 20,0 20,8 21,0 20,3
784 1544 15,6 18,0 19,1 19,5 19,1
1544 784 13,5 15,5 16,3 16,4 15,8
Анализ представленных результатов позволяет сделать следующие выводы.
1. Для обеспечения требуемой длины многопроводной линии связи между двумя оконечными пунктами проектировщик должен заранее знать объем информации, передаваемой по линии на перспективу, и ориентироваться на максимально возможный объем Vmax за единицу
времени. В свою очередь Vmax = ^ V , где К - число одновременно работающих на
параллельных парах кабеля ЦСП, каждая из которых имеет свою информационную скорость У,. В предположении, что все ЦСП имеют участок регенерации одной и той же длины (она определяется расстоянием между оконечными пунктами l0), должны быть просмотрены различные сочетания вариантов К и V и выбраны те из них, которые обеспечивают Vmax и допустимую по расчету длину участка регенерации l?i >l0 для всех i =1.. .К.
2. Разработанная методика позволяет произвести расчет предельной длины регенерационного участка при параллельной работе на кабеле двух разнотипных ЦСП, каждая из которых работает по отдельной паре в однополосном дуплексном режиме со своим АИМ линейным сигналом. Полученная методика пригодна так же и для вариантов построения сети с произвольным числом параллельно работающих ЦСП с АИМ линейными сигналами, которые имеют произвольные скорости передачи и используют однополосную дуплексную передачу по одной или более кабельным парам. При этом выражение (13) для ожидаемой защищенности от суммарной помехи трансформируется к виду
Аз, 2 = - 10lg{dec(-0,1 А3Ш ) + ^decHM^+ ^dec^L^ >)}, (22)
где М — число влияющих пар кабеля; Аш ^ и Ад ) — защищенности от ПВ на БК и ДК
соответственно от каждой i-й влияющей пары кабеля, для которых коэффициенты J2, J3 и J4 определяются по приведенным выше выражениям с учетом соответствующего отношения f^//^ и значения алс2.
3. При совместной работе двух ЦСП, имеющих одинаковые линейные коды (Zi=Z2), но разные информационные скорости передачи (V1^V2), предельная длина участка регенерации 1р max определяется той ЦСП, у которой больше скорость. Например, если предполагается совместная работа ЦСП с V1=1168 кбит/с и V2=256 кбит/с, то, как следует из табл. 3, 1р max <23,0 км при коде 2B1Q (Z = 4) и 1р max<29,0 км при коде ТС-РАМ (Z=16).
4. Совместная работа двух разнотипных ЦСП с информационными скоростями передачи V1 и V2 (V^V2, Vi+V2=Vmax), как правило, позволяет обеспечить длину участка регенерации, которая больше, чем при работе двух однотипных ЦСП со скоростями V1=V2=0,5 Vmax. Действительно, как следует из табл. 3, совместная работа двух ЦСП с V1=1168 кбит/с и V2=512 кбит/с (Fmax=1680 кбит/с) обеспечивается при 1р max<17,5 км при коде 2B1Q и 1р max<21,0 км при коде ТС-РАМ, тогда как совместная работа двух однотипных ЦСП с V1=V2=784 кбит/с (V max=1568 кбит/с) с этими же кодами возможна при 1р max соответственно меньше 15,8 км и 19,3 км (см. табл. 5), хотя V max<Fmax. Аналогичная ситуация возникает при работе двух ЦСП с V1=1544 кбит/с и V2=784 кбит/с (Vmax=V1+V2=2338 кбит/с) при сравнении их с двумя однотипными ЦСП, которые имеют V1=V2=1168 кбит/с (Vmax=2V1=2336 кбит/с). В первом случае имеем 1р max соответственно 13,5 км и 16,3 км при коде 2B1Q и ТС-РАМ, а во втором — соответственно 12,3 км и 15,0 км.
5. Полученные выше результаты являются основанием для рекомендации к построению четырехпроводных ЦСП по технологии HDSL: для увеличения длины участка регенерации исходный цифровой поток следует разделять между двумя парами не в соотношении 1:1, а примерно в соотношении 1:2.
6. Совместная работа двух разнотипных ЦСП, имеющих одинаковые информационные скорости (У1=У2), но разные линейные коды ^1^2), обеспечивается при длине участка регенерации, которая может быть как меньше, так и больше, чем длина участка регенерации при одинаковых кодах передачи (11=12). Так, если 1\<12 и 12<16, то длина участка регенерации /р тах находится в пределах /1</р тах</2, где /1 и /2 — предельные длины при работе двух однотипных ЦСП соответственно с кодами 1\ и 12. В частности, из табл. 4 и 5 при У1=У2=784 кбит/с, 71=4, 12=16 имеем /1=15,8 км, /2=19,3 км, /р тах<19,2 км.
Если 12>32, а 11=4, то совместная работа разнотипных ЦСП обеспечивается при /р тах, которая больше, чем при работе однотипных ЦСП с 11=12. Действительно, при У1=У2=784 кбит/с, 1\=4, 12=64 имеем /1=15,8 км, /2=19,0 км, а /р тах<20,0 км.
Наконец, если ^1>16, а 12>32, то допустимая длина участка регенерации /р тах находится в пределах /1</р тах</2.
Такой сложный и не вполне очевидный характер зависимости /р тах объясняется существенным различием характеристик спектральных плотностей мощности линейных сигналов, имеющих разные коды и скорости передачи.
Таблица 4. Предельная длина участка регенерации ЦСП-2 при параллельной работе двух разнотипных ЦСП, имеющих одинаковую скорость передачи, но разные коды линейных
сигналов
Z2 ^ 256 кбит/с 512 кбит/с 784 кбит/с 1168 кбит/с 2320 кбит/с
4 8 35,4 23,3 18,0 14,0 9,0
8 4 35,2 23,0 17,7 14,0 9,0
4 16 41,0 26,8 20,8 16,2 10,5
16 4 38,2 25,0 19,2 14,9 9,5
4 32 46,0 30,1 23,3 18,2 12,0
32 4 40,0 26,2 20,0 15,4 9,9
4 64 50,0 33,2 25,8 20,0 13,2
64 4 41,0 26,4 20,0 15,5 9,7
8 16 39,2 25,6 19,7 15,4 10,0
16 8 38,0 24,8 18,8 14,5 9,2
8 32 43,2 28,2 21,7 17,0 11,0
32 8 39,2 25,4 19,25 15,0 9,4
8 64 47,5 31,0 24,0 18,5 12,0
64 8 39,7 26,4 19,2 14,8 9,1
16 32 41,2 26,8 20,3 16,0 10,0
32 16 39,2 25,3 19,2 14,9 9,2
16 64 44,4 28,8 22,0 17.0 10,9
64 16 39,0 24,9 18,7 14,3 8,9
32 64 41,9 27,0 20,3 15,9 10,0
64 32 39,0 24.9 18,8 14,3 8,9
Таблица 5. Предельная длина участка регенерации для параллельной работы
двух однотипных ЦСП
Скорость, кбит/с Длина регенерационного участка, км, для линейного сигнала с 1
1=4 1 =8 1=16 1=32 1=64
256 31,2 (52,5) 36,1 (61,5) 39,0 (67,7) 40,0 (72,1) 40,0 (75,0)
512 20,5 (36,3) 23,6 (42,3) 25,4 (46,5) 25,8 (49,5) 25,3 (51,3)
784 15,8 (28,9) 18,1 (33,6) 19,3 (37,0) 19,6 (39,2) 19,0 (40,7)
1168 12,3 (23,2) 14,1 (27,1) 15,0 (29,7) 15,0 (31,7) 14,5 (32,8)
1544 10,3 (20,9) 11,9 (24,2) 12,5 (26,2) 12,5 (26,8) 12,0 (26,6)
2320 8,0 (16,0) 9,1 (18,8) 9,5 (20,5) 9,4 (21,7) 9,0 (22,3)
Заключение
Вопросы оценки электромагнитной совместимости различных систем передачи (цифровых, аналоговых, модемов), работающих по многопарным кабелям сети абонентского доступа, являются, как отмечено в [5], предметом исследования многих фирм и международных организаций. Приведенные в настоящей работе исследования являются определенным вкладом в решение этой проблемы, но не "закрывают" ее до конца. Так, требует самостоятельного рассмотрения вопрос о совместной работе разнотипных ЦСП, когда на один участок регенерации низкоскоростной ЦСП приходится несколько участков высокоскоростной, а также совместной работы ЦСП, использующих другие типы линейных сигналов - с САР^ЛМ)-модуляцией, DMT и др.
THE DIGITAL TRANSMISSION SYSTEMS FOR A CABLE NETWORK OF
SUBSCRIBER ACCESS
V.I. KIRILLOV, A.I. BELKO Summary
The digital transmission systems for a cable network of subscriber access were researched. A technique of the analysis of their efficiency designed and a calculation of a regenerator section limit length for arbitrary conditions and different variants of their team working is produced.
Литература
1. Руководящий документ по общегосударственной системе автоматизированной телефонной связи (ОГСТфС). Кн.1. - М.: Прейскурантиздат, 1988. 448 с.
2. Шварцман В. О. Интеграция в электросвязи. М.: Агентство ИРИАС, 2001. 167 с.
3. Кириллов В.И., Белко А.И., Жаденов О.А. Сравнительный анализ методов построения цифровых абонентских сетей // Весшк сувяз1. 2001 г. № 2.
4. Блушке А., Маттевс М., Панченко Н. "Родословная" xDSL или Попытка классификации технологий для "последней мили" // Технологии и средства связи. 2000. № 1.
5. Денисьева О.М., Мирошников Д.Г. Средства связи для "последней мили". М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 1998. 146 с.
6. Парфенов Ю.А., Мирошников Д.Г. "Последняя миля" на медных кабелях. М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2001 г. 218 с.
7. Горальски В. Технологии ADSL и DSL: Пер. с англ. М.: Изд. "Лори". 2000. 296 с.
8. Starr T., SorbaraM, Gioffi J.M., Silverman P.J. DSL advances — N.Y.: Prentice Hall, 2003. 551 p.
9. Кириллов В.И. Проектирование цифровых многоканальных систем передачи: Учеб. пособие. Мн., 1998.
10. Кириллов В.И. Многоканальные системы передачи: Учебник. М.: "Новое знание", 2002. 751 с.
11. Кириллов В.И., Белко А.И. Расчет длины регенерационного участка для ЦСП по технологиям HDSL и SDSL // Электросвязь, 2001. № 10. С. 20-23.
12. Кириллов В.И., Белко А.И. Эффективность технологий линейного кодирования для цифровых систем передачи абонентских линий // Электросвязь, 2002. № 11. С. 15-18.
13. Кириллов В.И., Белко А.И. Сравнительная оценка эффективности многоуровневых линейных кодов для кабельных систем передачи //Весшк сувяз1. 2002. № 9 С. 19-24.
14. Кириллов В.И., Синица В.Н., Белко А.И., Жаденов О.А. Математическое моделирование линейных сигналов в цифровых системах передачи по технологии xDSL//Веснiк сувяз1. 2002. № 7. С. 25-31.
15. Рекламные материалы ОАО "Электрокабель "Кольчугинский завод".
16. Кириллов В.И., Белко А.И., Сухвал Ю.А. Структурная оптимизация двухпроводных ЦСП по технологии xDSL//Веснiк сувяз1. 2003. № 4. С. 26-30.
