Технические принципы построения оборудования xDSL

Модуль 3
Технические принципы построения
оборудования xDSL
75
Технические принципы SHDSL
Функциональная модель STU-x (G.991.2):
TPS-TC - Transmission Protocol-Specific TC Layer
PMS-TC - Physical Medium-Specific TC Layer
PMD - Physical Medium Dependent
TC - Transmission Convergence layer
76
Технические принципы SHDSL
Структурная схема передатчика SHDSL (PMD - по G.991.2):
Sинф – информационные символы от пользовательских интерфейсов
Sслуж – служебные данные (команды управления согласованием скоростей
(стаффингом), встроенный канал управления линией…)
Sсинхр – кодовая последовательность цикловой синхронизации
77
Технические принципы SHDSL
Структура цикла SHDSL (уровень PMS-TC по G.991.2):
Цикл SHDSL состоит из:
• кода цикловой синхронизации (Frame sync – 14
бит) 11111001101011 и 11010110011111,
передаваемые поочередно
• 4-х блоков служебной информации в виде
заголовков (ОН): ОН1 – 2 бита; ОН2…ОН4 – 10 бит.
В этих блоках передаются биты встроенного
служебного канала (EOC) – 20 бит в цикле, CRC6 –
6 бит в цикле, биты индикации состояния, 2 бита
индикации плезиохронного режима передачи
данных
• 4-х блоков полезной нагрузки, состоящих, в свою
очередь, из 12 субблоков. Каждый субблок состоит
из n (n=3…89) канальных интервалов (TS) по 8 бит
каждый, повторяемые с частотой 8 кГц, т.е. каждый
TS имеет емкость 8х8=64 кбит/с
• битов управления стаффингом (Stb) из 4-х бит
• длительность цикла – 6мс в синхронном режиме
• частота повторения цикла – 167 Гц.
78
Технические принципы SHDSL
Структура цикла SHDSL в период Start-Up процедуры:
79
Технические принципы SHDSL
Скремблер:
Скремблер представляет собой рекуррентный 23-разрядный регистр,
выходная последовательность s (n) которого определяется как внутренним
логическими связями через сумматоры по модулю 2, так и входной
последовательностью f(n). Синхрокод цикловой синхронизации и биты управления
стаффингом не подвергаются скремблированию. В этом случае s (n) =
f(n).
80
Технические принципы SHDSL
Кодер ТСМ:
• Для ТСРАМ16 на выходе преобразователя из последовательного в
параллельный код выделяется 3 очередных бита через каждые 3 такта входного
сигнала
• Скорость передачи выходных символов для ТСРАМ16 в 3 раза меньше
скорости передачи входных символов. Для входной скорости 2304 кбит/с
скорость выходных символов – 768 кбод (ширина основного лепестка спектра –
768 кГц)
81
Технические принципы SHDSL
Кодер ТСМ (таблица состояний):
82
Технические принципы SHDSL
Сверточный кодер:
Задержка на 1 бит
(образуют регистр сдвига)
Исключающее «ИЛИ»
а0…a20 и b0…b20 – бинарные
Логические «И», определяющие текущую коэффициенты, присылаемые
конфигурацию кодера после Start-Up
противоположной стороной в
процедуры
процессе Start-Up процедуры
83
Технические принципы SHDSL
Прекодер (корректор АЧХ):
u(m) = x(m) –v (m)
Ск – коэффициенты
корректора,
присылаемые с
противоположной
стороны линии. Целая
часть коэффициентов
находится в пределах от
-16 до +15
84
Технические принципы SHDSL
Формирование спектра ТСРАМ16:
85
Технические принципы SHDSL
Формирование спектра ТСРАМ32:
86
Технические принципы SHDSL
Синхронизация системы (ITU-T G.991.2):
STU-C – SHDSL Transceiver Unit – Central
STU-R – SHDSL Transceiver Unit – Remote
Стабильность частоты – не хуже 32 ppm (32x10^-6)
87
Технические принципы SHDSL
Режимы синхронизация системы (ITU-T G.991.2):
88
Технические принципы SHDSL
Дистанционное питание (ДП) STU-R:
Напряжение на выходе источника ДП:
• не более 200 В для городских кабелей ТПП
• не более 1000В для магистральных кабелей МКС
Ток в линии стабилизируется. Поэтому текущее
напряжение источника ДП зависит от потерь в линии.
89
Технические принципы SHDSL
Структурная схема модема SHDSL:
Кодер ТСМ
Скремблер
Преобразов.
последоват. кода
в паралл.
РАМ
модулятор
Кодер сверт.
кода
Формиров.
спектра
Томлинсон
прекодер
Адаптивный
эхокомпенсатор
Декодер ТСМ
Дескремблер
Преобр.
паралл. в
послеоват. код
Польз.
интерфейсы
Декодер
Витерби
Формир.
цикла
xDSL
-
РАМ
демод.
Решающ.
устр. с
эквалайз.
Процессор
цифровых
сигналов
Устройство
искл. пост.
сост.
Рег.
усилитель
Лин. устр.
Диф.
сист.
90
Технические принципы ADSL
Типовая структура линии ADSL:
Downlink
Uplink
ADSL-системы в основном
применяются для
передачи трафика TCP/IP
сетей, а именно для
доступа к ресурсам
Интернет, где
оптимальным является
асимметричность
91
направления линии связи
Технические принципы ADSL
Структура передатчика:
Логические каналы – каналы для передачи полезных данных
EOC – Embedded Operation Channel – встроенный служебный канал для управления
АОС – ADSL Overhead Control channel – внутренний канал межаппаратурного взаимодействия
92
Технические принципы ADSL
Варианты логические каналов ADSL (шаг изменения скорости – 32 кбит/с):
В таблице указаны
информационные
скорости передачи.
Электрическая
скорость передачи в
DSL-линии будет
выше (до 8 Мбит/с)
Логические каналы обеспечивают передачу как синхронных цифровых
потоков, так и ячеек в режиме АТМ. Преимущественно в современных
устройствах ADSL используется режим АТМ, позволяющий совместно
передавать разнородный трафик, обеспечивая требуемое QoS
93
Технические принципы ADSL
VC32
t
VC33
t
VC34
t
VP1
t
DMT-модулятор
и линейное
устройство
...
Распределитель
бит по несущим
и сверточный
кодер
Перемежение
Скремблер и
ПКК РидаСоломона
Интерфейсы
Формирователь
цикла ADSL
Структура тракта передачи ADSL-системы с АТМ:
< 1Мбит/с NRT VBR
Компьютер
Компьютер
< 6Мбит/с RT VBR
Цифровое видео
Телефонная
станция
2 Мбит/с CBR
АТМ
АТМ
Соединение АТМ
Цифровое видео
Телефонная
станция
94
Технические принципы ADSL
Уровни АТМ
Канальный
уровень OSI
AAL - (ATM Adaptation Level)Уровень адаптации АТМ
Для работы по медным
линиям используется
DSL технология
• CS (Convergence Sublayer) – подготовка данных, получаемых с
вышележащего уровня в соответствии с требованиями и
особенности их передачи для дальнейшего сегментирования (SAR)
и укладки в ячейки АТМ
95
95
Технические принципы ADSL
Уровень АТМ. Структура ячейки АТМ
2
3
- общее управление потоком;
6
GFC
VPI
VPI
VCI
7
8
– идентификатор пути (0…255);
VCI
VCI
PT
CLP
HEC
1-й байт поля для передачи полезной нагрузки
...
Поле полезной
нагрузки
(48 байт)
VPI (Virtual Pass Identificator)
48-й байт поля для передачи полезной нагрузки
Фиксированная и небольшая длина ячеек для
всех видов трафика обеспечивает малые
величины и джиттер задержек
Ячейка (53 байта)
Заголовок (5 байт)
1
биты
4
5
GFC (Generic Flow Control)
VCI (Virtual Circuit Identificator) –
идентификатор единичного канала
(32…65535);
РТ (Payload Type) – тип полезной
нагрузки (данные пользователя или
управление);
CLP (Cell Loss Priority) – приоритет
ячейки для принятия решения при
перегрузке канала;
HEC (Header Error Check) – контроль
ошибок в заголовке
96
96
Технические принципы ADSL
Уровень адаптации АТМ (AAL)
AAL (ATM Adaptation Level) - набор алгоритмов работы АТМ устройств для
обеспечения адаптации данных различных протоколов (PDU – Protocol Data
Unit) с учетом специфики трафика для дальнейшей инкапсуляции
передаваемых данных в ячейки ATM и обратного их извлечения с
восстановлением целостности данных:
• определяется скоростью передачи данных (постоянная или переменная)
• режимом соединения (необходимо или нет)
• режимом синхронизации между источником и получателем сообщения
(необходима или нет)
AAL1
AAL2
AAL3/4 или 5
AAL3/4 или 5
Синхронизация работы
отправителя и получателя
необходима
необходима
не нужна
не нужна
Частота следования битов
Постоянная
Переменная
Переменная
Переменная
c соединением
c соединением
c соединением
97
без соединения
97
Режим соединения
Технические принципы ADSL
Категории услуг АТМ:
Категория
Описание
Применение
CBR
(Constant Bits Rate)
Постоянная скорость передачи
Эмуляция каналов систем с
ВРК
(например, Е1)
RT-VBR
Real Time
Variable Bits Rate
Передача потоков с переменной скоростью
в реальном масштабе времени
•Видеоконференции;
•Телефония с подавлением
пауз
• сжатое видео
NRT-VBR
Non Real time VBR
Передача потоков с переменной скоростью
для приложений некритичных к задержке
Мультимедиа через
электронную почту,
банковские транзакции
UBR
Unspecified Bits
Rate
Неопределенная скорость передачи. Не
гарантирует доставку, при перегрузке
пакеты UBR отбрасываются в первую
очередь
Передача пакетов по
протоколу TCP/IP
ABR
Available Bits Rate
Доступная скорость передачи.
Обеспечивается управление скоростью
передачи источника данных
• Электронная почта;
• FTP
• клиент/серверные 98
98
приложения
Технические принципы ADSL
Соответствие AAL категориям услуг АТМ:
Уровень
адаптаци
и
CBR
RT VBR
NRTVBR
UBR
ABR
AAL1
AAL2
AAL3/4
AAL5
• Информация о применяемых уровнях адаптации занимает
определенную часть поля полезной нагрузки ячеек
• AAL3/4 является избыточным, поэтому наиболее часто применяется
99
99
AAL5
Технические принципы ADSL
Структура цикла ADSL:
Частота следования
кадров ADSL:
Частота
информационных
кадров:
В формирователе
цикла ADSL
используется
параллельный способ
передачи данных,
которые в таком виде
и обрабатываются
далее
100
Технические принципы ADSL
Скремблирование:
Скремблирование производится по всему сверхкадру ADSL c учетом
синхронизирующих байт
101
Технические принципы ADSL
Блочное кодирование кодом Рида-Соломона:
Проверочные байты вычисляются из информационных байт следующим
образом:
Размер всего кодового слова (k+r) и проверочной части (r) является
переменным и зависит от реального состояния линии. Максимальный
размер кодового слова – 255 байт.
Код позволяет исправить блоки ошибок длиной до r/2
102
Технические принципы ADSL
Перемежение символов:
Каждый байт кодового слова Рида-Соломона B0, B1…BN-1
задерживается на величину, которая пропорциональна индексу байта (0…N-1).
Задержка для i-того составляет величину:
перемежения.
(d-1)*i, где d – глубина
Пример для N=5 и d=2:
Здесь j – номер кодового слова. В таблице показано перемежение байт
двух кодовых слов.
103
Технические принципы ADSL
Распределение бит по несущим:
Количество бит на несущую определяется в процессе инициализации связи
104
путем измерения сигнал/шум в полосе каждой несущей и может быть от 2 до 15
W QAM
V QAM
Координата
Координата
Биты, предназначенные для
передачи на конкретной несущей
Технические принципы ADSL
Сверточное (решетчатое) кодирование и кодер «созвездия»:
105
Технические принципы ADSL
Линейный сигнал ADSL:
• Интервал между несущими – 4,3125 кГц
• Метод модуляции несущих – QAM
• Несущая №64 (276 кГц) – пилот-сигнал для работы АРУ
106
Технические принципы ADSL
Особенности ADSL2:
ADSL2 описана в рекомендации МСЭ-Т G.992.3 и является
усовершенствованной версией ADSL (G.992.1), обеспечивающая скорость передачи на
Downlink до 8 Мбит/с ( модемы ведущих производителей могут работать до 12 Мбит/с)
Отличия от ADSL заключаются в следующем:
• Объем служебных данных может адаптивно меняться от 4 кбит/с до 32 кбит/с в
зависимости от состояния линии связи, а, значит, и общей скорости передачи (чем
ниже скорость – тем меньше объем служебных данных)
• Оптимизирована структура кадра, позволяющая достичь большего выигрыша при
кодировании кодом Рида-Соломона на низких скоростях (при больших дальностях)
• Улучшена процедура диагностики и мониторинга линии – измерения уровня шума
в частотных каналах осуществляется непрерывно с динамичным перераспределением
как передаваемых бит по несущим, так и мощности между несущими (функция BS – Bit
Swapping)
• Динамично, без перерыва связи проводится адаптация пропускной
способности ADSL линии к параметрам среды передачи (функция SRA - Seamless
Rate Adaptation)
• Добавлена поддержка однобитовых созвездий (ФМ2), что позволяет получить
большую дальность при малых скоростях ( до 0,5 Мбит/с)
• Введена адаптация мощности передатчика для коротких линий, что уменьшает
перекрестные помехи
•Добавлена функция регулирования потребляемой мощности в зависимости107от
информационной нагрузки
Технические принципы ADSL
Регулирование потребляемой мощности ADSL2:
ADSL: всегда в режиме L0 (т.e. в режиме макс. энергопотребления.) .
ADSL2: L0: в режиме L0 в случае большого трафика данных, например, при загрузке файлов) ;
L2: в режиме L2 (т.е. в режиме низкого энергопотребления) в случае малого трафика данных,
например в режиме чтения on-line;
L3: в режиме L3 (т.e. в «замедленном режиме») в случае отсутствия трафика данных, например,
когда пользователь off-line.
108
Технические принципы ADSL
Особенности ADSL2+:
ADSL2+ (Extended ADSL2) описана в рекомендации МСЭ-Т G.992.5 и
обеспечивает скорость передачи на Downlink до 16 Мбит/с. Оборудование
большинства производителей обеспечивает на Downlink – до 24…29 Мбит/с
Дополнительно к ADSL2:
• Увеличено количество несущих с 256 до 512 ( расширена полоса до 2, 208 МГц)
– это позволило удвоить скорость на Downlink
• усовершенствованы процедуры управления спектром при установлении
соединения и во время передачи сообщения
• Обеспечена возможность перераспределения емкости между Uplink и Downlink
(Annex M G.992.5) – до 3,5Мбит/с на Uplink
• Предусмотрена возможность реализации функции «port bonding», которая
позволяет подключить к модему вторую DSL-линию, объединив их потоки на один порт
(в настоящее время практически не реализована)
• Предусмотрено односторонне тестирование линии (SELT)
109
Технические принципы ADSL
ADSL/ADSL2/ADSL2+ - сравнительные характеристики
Диаметр жилы – 0,5 мм
28000
26000
ADSL
24000
ADSL+
22000
ADSL2
20000
ADSL2+
18000
16000
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
0
2
4
6
8
10
Расстояние (км)
110
Технические принципы VDSL
Особенности VDSL:
Сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия (Very high speed DSL)
описана в рекомендации МСЭ-Т G.993.1 и обеспечивает в ассиметричном варианте
скорость передачи на Downlink до 57 Мбит/с и на Uplink – до 33 Мбит/с. В
симметричном варианте скорость передачи в обоих направлениях составляет до 33
Мбит/с. Данная технология используется в качестве «последней мили» в сетях FTTC,
FTTB для доступа к мультимедийным услугам, включая IPTV.
Так же как и в ADSL используется линейный сигнал DMT.
По сравнению с ADSL/ADSL2/ADSL2+
• Расширена полоса частот до 12 МГц и, соответственно увеличено количество
несущих, которые распределяются блоками в соответствии с частотным планом
• Возможен как асимметричный, так и симметричный режим работы
Дальность связи:
111
Технические принципы VDSL
Частотный план VDSL (Annex A, B G.993.1):
DS1/2 – Downstream1/2; US1/2 – Upstream ½
Максимальное количество несущих равно 2^(n+8), где n=0,1,2,3,4
и определяется в процессе инициализации для каждой полосы
частот
112
Технические принципы VDSL
Типовое применение VDSL:
113
Технические принципы VDSL
Особенности VDSL2:
VDSL2 описана в рекомендации МСЭ-Т G.993.2 и представляет собой
усовершенствованную технологию VDSL. Она обеспечивает суммарную скорость
передачи на Downlink и Uplink до 200 Мбит/с
Основные отличия VDSL2 от VDSL:
• Частотный план расширен до 30МГц
• Увеличена мощность передатчика на Downlink до 20,5дБм
• Улучшены процедуры инициализации
• Расширен спектр настроек кодера Рида-Соломона
• Поддержка различных вариантов тестирования по аналогии с ADSL2
114
Применение xDSL-оборудования в транспортных сетях и
сетях доступа
Транспортные сети:
115
Применение xDSL-оборудования в транспортных сетях и
сетях доступа
Сети доступа (симметричные технологии –SHDSL):
Вариант реализации
проекта «Интернет – в
каждое село»
116
Применение xDSL-оборудования в транспортных сетях и
сетях доступа
Сети доступа (симметричные технологии –SHDSL):
Организация доступа в Интернет для SME (Small and Middle Enterprises)
117
Применение xDSL-оборудования в транспортных сетях и
сетях доступа
Сети доступа (симметричные технологии –SHDSL):
Подключение базовых станций мобильных сетей 3G (mobile backhaul)
118
Применение xDSL-оборудования в транспортных сетях и
сетях доступа
Сети доступа (симметричные технологии –SHDSL):
Системы абонентского уплотнения
119
Применение xDSL-оборудования в транспортных сетях и
сетях доступа
Сети доступа (ассиметричные технологии –ADSL/ADSL2/ADSL2+)
Bridge
Giga Ethernet
Fast Ethernet
Интернет
IPTV
Предоставление мультисервисных услуг с помощью IP DSLAM
120
Применение xDSL-оборудования в транспортных сетях и
сетях доступа
Сети доступа (ассиметричные технологии –ADSL/ADSL2/ADSL2+)
Реализация услуги «ОГО!» от ОАО “Укртелеком”
121
Литература
1. Балашов В.А., Лашко А.Г., Ляховецкий Л.М. Технологии широкополосного
доступа xDSL. М.: Эко-Трендз, 2009
2. Парфенов Ю.А. Медным кабелям – жить. М.: НПП «Техника связи», 2008
3. Парфенов Ю.А. Цифровые сети доступа. М.: Эко-Трендз, 2005
4. Стандарты МСЭ-Т (http://www.itu.int/pub/T-REC): G.991.1; G.991.2; G.992.1;
G.993.1; G.993.2
5. Информационные ресурсы в Интернет
122
Вопросы для самоконтроля
1. Поясните структуру функциональной модели SHDSL
2. Поясните работу секции PMD функциональной модели SHDSL
3. Какова структура цикла SHDSL?
4. Как организуется синхронизация SHDSL линии?
5. Поясните принцип дистанционного питания элементов линии SHDSL
6. Поясните устройство SHDSL модема по его структурной схеме
7. Поясните структуру передатчика ADSL
8. Какие каналы организуются в ADSL?
9. Зачем нужна секция АТМ в системах ADSL?
10. Что такое SRA и BitSwap?
11. Привести варианты применения SHDL и ADSL
12. Пояснить особенности VDSL и VDSL2
123