Основы технологии aDSL

В последние годы развитие рынка телекоммуникационных услуг, привело к дефициту пропускной ёмкости каналов доступа к существующим сетям провайдеров. Если на корпоративном уровне эта проблема снимается, предоставлением в аренду высокоскоростных каналов передачи данных, то какую альтернативу можно предложить абонентам на существующих линиях, вместо коммутируемого соединения, в квартирном секторе и секторе малого бизнеса?

На сегодняшний день основным способом взаимодействия оконечных пользователей с частными сетями и сетями общего пользования является доступ с использованием телефонной линии и модемов, устройств, обеспечивающих передачу цифровой информации по абонентским аналоговым телефонным линиям - так называемое Dialup соединение. Скорость такой связи невелика, максимальная скорость может достигать 56 Кбит/с. Этого пока хватает для доступа в Интернет, однако насыщение страниц графикой и видео, большие объемы электронной почты и документов, возможность обмена пользователями мультимедийной информацией, поставило задачу об увеличении пропускной способности существующей абонентской линии. Решением данного вопроса, стало развитие ADSL технологии.

Технология ADSL ( Asymmetric Digital Subscriber Line - асимметричная цифровая абонентская линия ), является наиболее перспективной в настоящее время, на данном этапе развития абонентских линий. Она входит в общую группу технологий высокоскоростной передачи данных, объединённых общим термином DSL (Digital Subscriber Line- цифровая абонентская линия).

Основное преимущество данной технологии в том, что нет необходимости прокладывать кабель до абонента. Используются уже проложенные телефонные кабели, на которые устанавливаются сплиттеры для разделения сигнала на "телефонный" и "модемный". Для приёма и передачи данных используются разные каналы: приёмный обладает существенно большей пропускной способностью.

Общее название технологий DSL возникло в 1989году, когда впервые появилась идея использовать аналогово-цифровое преобразование на абонентском конце линии, что позволило бы усовершенствовать технологию передачи данных по витой паре медных телефонных проводов. Технология ADSL была разработана для обеспечения высокоскоростного (можно даже сказать мегабитного) доступа кинтерактивным видеослужбам (видео позапросу, видеоигры и т.п.) и не менее быстрой передачи данных (доступ в Интернет, удаленный доступ к ЛВС и другим сетям). На сегодняшний день технологии DSL, представлены:

• ADSL ( Asymmetric Digital Subscriber Line - асимметричная цифровая абонентская линия )

Данная технология является асимметричной, то есть скорость передачи данных от сети к пользователю значительно выше, чем скорость передачи данных от пользователя в сеть. Такая асимметрия, в сочетании с состоянием "постоянно установленного соединения" (когда исключается необходимость каждый раз набирать телефонный номер и ждать установки соединения), делает технологию ADSL идеальной для организации доступа в сеть Интернет, доступа клокальным сетям (ЛВС) и т.п. При организации таких соединений пользователи обычно получают гораздо больший объем информации, чем передают. Технология ADSL обеспечивает скорость "нисходящего" потока данных в пределах от 1,5Мбит/с до 8Мбит/с искорость "восходящего" потока данных от 640Кбит/с до 1,5Мбит/с. ADSL позволяет передавать данные со скоростью 1,54 Мбит/с на расстояние до 5,5км по одной витой паре проводов. Скорость передачи порядка 6-8Мбит/с может быть достигнута при передаче данных на расстояние не более 3,5км по проводам диаметром 0,5мм.

• R-ADSL ( Rate-Adaptive Digital Subscriber Line-цифровая абонентская линия с адаптацией скорости соединения )

Технология R-ADSL обеспечивает такую же скорость передачи данных, что и технология ADSL, но при этом позволяет адаптировать скорость передачи к протяженности и состоянию используемой витой пары проводов. При использовании технологии R-ADSL соединение на разных телефонных линиях будет иметь разную скорость передачи данных. Скорость передачи данных может выбираться при синхронизации линии, во время соединения или посигналу, поступающему от станции

• G. Lite ( ADSL.Lite )

Представляет собой более дешёвый и простой в установке вариант технологии ADSL, обеспечивающий скорость "нисходящего" потока данных до 1,5Мбит/с и скорость "восходящего" потока данных до 512Кбит/с или по 256Кбит/с в обоих направлениях.

• HDSL ( High Bit-Rate Digital Subscriber Line-высокоскоростная цифровая абонентская линия )

Технология HDSL предусматривает организацию симметричной линии передачи данных, то есть скорости передачи данных от пользователя в сеть и из сети к пользователю равны. Благодаря скорости передачи ( 1,544Мбит/с по двум парам проводов и 2,048 Мбит/с по трем парам проводов ) телекоммуникационные компании используют технологию HDSL в качестве альтернативы линиям T1/E1. ( Линии Т1 используются в Северной Америке и обеспечивают скорость передачи данных 1,544Мбит/с, а линии Е1 используются в Европе и обеспечивают скорость передачи данных 2,048Мбит/с. ) Хотя расстояние, на которое система HDSL передает данные ( а это порядка 3,5- 4,5км ), меньше, чем при использовании технологии ADSL, для недорогого, но эффективного, увеличения длины линии HDSL телефонные компании могут установить специальные повторители. Использование для организации линии HDSL двух или трех витых пар телефонных проводов делает эту систему идеальным решением для соединения удалённых узлов АТС, серверов Интернет, локальных сетей и т.п.

• SDSL ( Single Line Digital Subscriber Line-однолинейная цифровая абонентская линия )

Также как и технология HDSL, технология SDSL обеспечивает симметричную передачу данных со скоростями, соответствующими скоростям линии Т1/Е1, но при этом технология SDSL имеет два важных отличия. Во-первых, используется только одна витая пара проводов, а во-вторых, максимальное расстояние передачи ограничено 3км. В пределах этого расстояния технология SDSL обеспечивает, например, работу системы организации видеоконференций, когда требуется поддерживать одинаковые потоки передачи данных в оба направления.

• SHDSL ( Simmetric High Speed Digital Subscriber Line - симметричная высокоскоростная цифровая абонентская линия

Наиболее современный тип технологии DSL, нацелен прежде всего на обеспечение гарантированного качества обслуживания, то есть при заданной скорости и дальности передачи данных обеспечить уровень ошибок не хуже 10 -7 даже в самых неблагоприятных шумовых условиях.

Этот стандарт является развитием HDSL, поскольку он позволяет передавать цифровой поток по одной паре. Технология SHDSL имеет несколько важных преимуществ по сравнению с HDSL. Прежде всего, это лучшие характеристики (в отношении предельной длины линии и запаса по шумам) за счет применения более эффективного кода, механизма предварительного кодирования, более совершенных методов коррекции и улучшенных параметров интерфейса. Эта технология спектрально совместима и с другими технологиями DSL. Поскольку новая система использует более эффективный линейный код по сравнению с HDSL, то при любой скорости сигнал SHDSL занимает более узкую полосу частот, чем соответствующий той же скорости сигнал HDSL. Поэтому, создаваемые системой SHDSL, помехи для других систем DSL имеют меньшую мощность по сравнению с помехами от HDSL. Спектральная плотность сигнала SHDSL имеет такую форму, что он оказывается спектрально совместим с сигналами ADSL. В результате этого, по сравнению с однопарным вариантом HDSL, SHDSL позволяет повысить на 35-45% скорость передачи при той же дальности или увеличить дальность на 15-20% при той же скорости.

• IDSL ( ISDN Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия IDSN )

Технология IDSL обеспечивает полностью дуплексную передачу данных на скорости до 144 Кбит/с. В отличие от ADSL возможности IDSL ограничиваются только передачей данных. Несмотря на то, что IDSL также как и ISDN использует модуляцию 2B1Q, между ними имеется ряд отличий. В отличие от ISDN линия IDSL является некоммутируемой линией, не приводящей к увеличению нагрузки на коммутационное оборудование провайдера. Также линия IDSL является "постоянно включенной" (как и любая линия, организованная с использованием технологии DSL), в то время как ISDN требует установки соединения.

• VDSL ( Very High Bit-Rate Digital Subscriber Line - сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия )

Технология VDSL является наиболее "быстрой" технологией xDSL. Она обеспечивает скорость передачи данных "нисходящего" потока в пределах от13 до 52 Мбит/с, а скорость передачи данных "восходящего" потока в пределах от 1,5 до 2,3 Мбит/с, при чем по одной витой паре телефонных проводов. В симметричном режиме поддерживаются скорости до 26Мбит/с. Технология VDSL может рассматриваться как экономически эффективная альтернатива прокладыванию волоконно-оптического кабеля до конечного пользователя. Однако, максимальное расстояние передачи данных для этой технологии составляет от 300метров до 1300 метров. То есть, либо длина абонентской линии не должна превышать данного значения, либо оптико-волоконный кабель должен быть подведен поближе к пользователю (например, заведен в здание, в котором находится много потенциальных пользователей). Технология VDSL может использоваться с теми же целями, что и ADSL; кроме того, она может использоваться для передачи сигналов телевидения высокой четкости (HDTV), видео по запросу и т.п. Технология не стандартизована, у разных производителей оборудования разные значения скоростей.

Так что же такое ADSL? Прежде всего, ADSL является технологией, позволяющей превратить витую пару телефонных проводов в тракт высокоскоростной передачи данных. Линия ADSL соединяет оборудование доступа на стороне провайдера DSLAM (DSL Access Multiplexor) и модем клиента, которые подключены к каждому концу витой пары телефонного кабеля (смотрите рисунок 1). При этом организуются три информационных канала - "нисходящий поток передачи данных, "восходящий" поток передачи данных и канал обычной телефонной связи (POTS) (смотрите рисунок 2). Канал телефонной связи выделяется с помощью частотного разделителя фильтра - splitter, и направляет его к обычному телефонному аппарату. Такая схема позволяет разговаривать по телефону одновременно с передачей информации и пользоваться телефонной связью в случае неисправности оборудования ADSL. Конструктивно телефонный разделитель представляет собой частотный фильтр, который может быть, как интегрирован в модем ADSL, так и быть самостоятельным устройством.

ADSL является асимметричной технологией- скорость "нисходящего" потока данных ( т.е. тех данных, которые передаются в сторону конечного пользователя ) выше, чем скорость "восходящего" потока данных (в свою очередь передаваемого от пользователя в сторону сети). Сразу же следует сказать, что не следует искать здесь причину для беспокойства. Скорость передачи данных от пользователя (более "медленное" направление передачи данных) все равно значительно выше, чем при использовании аналогового модема. Такая ассиметрия вводится искусственно, современный спектр сетевых услуг предполагает весьма незначительную скорость передачи от абонента. Например, для получения видеофильмов в формате MPEG-1 необходима полоса пропускания 1,5 Мбит/с. Для служебной информации передаваемой от абонента (обмен командами, служебный трафик) вполне достаточно 64-128 Кбит/с. По статистике, входящий трафик в несколько раз, а иногда и на порядок, превышает исходящий. Такое соотношение скоростей обуславливает оптимальную производительность.

Для сжатия большого объема информации, передаваемой по витой паре телефонных проводов, в технологии ADSL используется цифровая обработка сигнала и специально созданные алгоритмы, усовершенствованные аналоговые фильтры и аналого-цифровые преобразователи. Телефонные линии большой протяженности могут ослабить передаваемый высокочастотный сигнал (например, на частоте 1МГц, что является обычной скоростью передачи для ADSL) на величину до 90дБ. Это заставляет аналоговые системы модема ADSL работать с достаточно большой нагрузкой, позволяющей иметь большой динамический диапазон и низкий уровень шумов. На первый взгляд система ADSL достаточно проста - создаются каналы высокоскоростной передачи данных по обычному телефонному кабелю. Но, если детально разобраться в работе ADSL, можно понять, что данная система относится к достижениям современной технологии.

Технология ADSL использует метод разделения полосы пропускания медной телефонной линии на несколько частотных полос (так же называемых несущими). Это позволяет одновременно передавать несколько сигналов по одной линии. Точно такой же принцип лежит в основе кабельного телевидения, когда каждый пользователь имеет специальный преобразователь, декодирующий сигнал и позволяющий видеть на экране телевизора футбольный матч или увлекательный фильм. При использовании ADSL разные несущие одновременно переносят различные части передаваемых данных. Этот процесс известен как частотное уплотнение линии связи (Frequency Division Multiplexing - FDM) (смотрите рисунок 3).

При FDM один диапазон выделяется для передачи "восходящего" потока данных, а другой диапазон для "нисходящего" потока данных. Информационный "нисходящий" поток разбивается на несколько информационных каналов - DMT (Discrete Multi-Tone), каждый из которых передается на своей несущей частоте с использованием QAM. QAM это метод модуляции - Quadrature Amplitude Modulation, называемый квадратурно-амплитудной модуляцией (КАМ). Он используется для передачи цифровых сигналов и предусматривает дискретное изменение состояния сегмента несущей одновременно по фазе и амплитуде. Обычно DMT разбивает полосу от 4 кГц до 1,1 Мгц на 256 каналов, каждый шириной по 4 кГц. Данный метод по определению решает проблему разделения полосы между голосом и данными (голосовую часть он просто не использует), но более сложен в реализации, чем CAP (Carrierless Amplitude and Phase Modulation) - амплитудно-фазовой модуляции без передачи несущей. DMT утвержден в стандарте ANSI T1.413, а также рекомендован как основа спецификации Universal ADSL. Кроме этого может применяться технология эхокомпенсации (Echo Cancellation), при использовании которой диапазоны "восходящего" и "нисходящего" потоков перекрываются (смотрите рисунок 3) и разделяются средствами местной эхокомпенсации.

Именно таким образом ADSL может обеспечить, например, одновременную высокоскоростную передачу данных, передачу видеосигнала и передачу факса. И все это без прерывания обычной телефонной связи, для которой используется таже телефонная линия. Технология предусматривает резервирование определенной полосы частот для обычной телефонной связи (или POTS- Plain Old Telephone Service). Удивительно, как быстро телефонная связь превратилась не только в "простую" (Plain), но и в "старую" (Old); получилось что-то вроде "старой доброй телефонной связи". Однако, следует отдать должное разработчикам новых технологий, которые все же оставили телефонным абонентам узенькую полоску частот для живого общения. При этом телефонный разговор можно вести одновременно с высокоскоростной передачей данных, а не выбирать одно из двух. Более того, даже если у вас отключат электричество, обычная "старая добрая" телефонная связь будет работать по-прежнему и с вызовом электрика у вас ни каких проблем не возникнет. Обеспечение такой возможности было одним из разделов оригинального плана разработки ADSL.

Одним из основных преимуществ ADSL над другими технологиями высокоскоростной передачи данных является использование самых обычных витых пар медных проводов телефонных кабелей. Совершенно очевидно, что таких пар проводов насчитывается гораздо больше (и это еще слабо сказано), чем, например, кабелей, проложенных специально для кабельных модемов. ADSL образует, если можно так сказать, "наложенную сеть".

ADSL является технологией высокоскоростной передачи данных, но насколько высокоскоростной? Учитывая, что буква "А" в названии ADSL означает "asymmetric" (асимметричная), можно сделать вывод, что передача данных в одну сторону осуществляется быстрее, чем в другую. Поэтому следует рассматривать две скорости передачи данных: "нисходящий" поток (передача данных от сети к вашему компьютеру) и "восходящий" поток (передача данных от вашего компьютера в сеть).

Максимальная скорость приёма - DS (down stream) и передачи - US (up stream), зависит от многих факторов, зависимость от которых, мы постараемся рассмотреть позднее. В классическом варианте, в идеале скорость приёма и передачи зависит и обусловлена DMT (Discrete Multi-Tone) разбиением полосы пропускания от 4 кГц до 1,1 Мгц на 256 каналов, каждый шириной по 4 кГц. Эти каналы в свою очередь представляют собой 8 цифровых потоков T1, E1. Для передачи down stream используется 4 T1,E1 потока, общая максимальная пропускная способность которых составляет 6,144Мбит/сек - в случае T1 или 8,192Мбит/сек в случае E1. Для передачи up stream один поток T1 - 1,536 Мбит/с. Указаны предельные максимальные скорости без учёта накладных расходов, в случае классического ADSL. Каждый поток снабжается кодом исправления ошибок (ECC) путём введения дополнительного бита.

Теперь рассмотрим, как происходит реальная передача данных на следующем примере. Информационные IP-пакеты, генерируемые как в локальных сетях клиентов, так и персональными компьютерами, непосредственно подключенными к Internet, будут поступать на вход ADSL модема в обрамлении стандарта Ethernet 802.3. Абонентский модем разбивает и "укладывает" содержимое кадров Ethernet 802.3 в ячейки АТМ, снабжает последние адресом назначения и передает их на выход ADSL-модема. Тот в соответствии со стандартом Т1.413 "инкапсулирует" АТМ-ячейки в цифровой поток E1,T1, а затем трафик по телефонной линии поступает на DSLAM. Станционный концентратор DSL multiplexor - DSLAM, осуществляет процедуру "восстановления" АТМ-ячеек из формата пакетов Т1.413 и направляет их по протоколу ATM Forum PVC (Permanent Virtual Circuit) в подсистему магистрального доступа (АТМ-сеть), которая и доставляет АТМ-ячейки по указанному в них адресу, т. е. на один из центров предоставления услуг. При реализации услуги доступа в Internet, ячейки поступают на маршрутизатор Internet-провайдера, выполняющий функцию терминального устройства в постоянном виртуальном канале (PVC) между абонентским терминалом и узлом Internet-провайдера. Маршрутизатор производит обратное (по отношению к абонентскому терминалу) преобразование: собирает поступающие ячейки АТМ и восстанавливает исходный кадр формата Ethernet 802.3. При передаче трафика из центра предоставления услуг к абоненту осуществляются совершенно аналогичные преобразования, только в обратном порядке. Другими словами, между портом Ethernet абонентского терминала и виртуальным портом маршрутизатора создается "прозрачная" локальная сеть протокола Ethernet 802.3, и все подключенные к абонентскому терминалу компьютеры воспринимают маршрутизатор Internet-провайдера как одно из устройств локальной сети.

Общим знаменателем при оказании услуг доступа в Internet является протокол сетевого уровня IP. Поэтому цепочку протокольных преобразований, осуществляемых в сети широкополосного доступа, можно представить следующим образом: клиентское приложение - пакет IP - кадр Ethernet (IEEE 802.3) - ячейки ATM (RFC 1483) - модулированный сигнал ADSL (T1.413) - ячейки ATM (RFC 1483) - кадр Ethernet (IEEE 802.3) - пакет IP - приложение на ресурсе в Internet.

Как уже было упомянуто выше, заявленные скорости, возможны только в идеальном варианте и без учёта накладных расходов. Так в потоке E1 при передаче данных один канал (зависит от используемого протокола) используется для синхронизации потока. И в итоге максимальная скорость с учётом накладных расходов составит Down stream - 7936Кбит/сек. Существуют и другие факторы, оказывающие значительное влияние на скорость и стабильность соединения. К таким факторам относятся: протяжённость линии (пропускная способность линии DSL обратно пропорциональна длине абонентской линии) и сечение провода. Характеристики линии ухудшаются с увеличением его длины и уменьшении сечения провода. Так же на скорость передачи данных влияет общее состояние абонентской линии, наличие скруток, кабельных отводов. Самыми "вредными", факторами, напрямую влияющими на возможность установки соединения ADSL, является наличие на абонентской линии Пупиновских катушек, а так же большого количества отводов. Ни одна из технологий DSL не может быть использована на линиях, имеющих Пупиновские катушки. Идеально при проверке линии не только определить наличие пупиновских катушек, но и найти точное место их установки (все равно ведь придется искать катушки и снимать их с линии). Пупиновская катушка, используемая в аналоговых системах телефонной связи, представляет собой катушку индуктивности 66 или 88 мГн. Исторически Пупиновские катушки использовались в качестве конструктивного элемента длинной (более 5,5 км) абонентской линии, позволяющего улучшить качество передаваемых звуковых сигналов. Под кабельным отводом обычно понимается участок кабеля, который подключен к абонентской линии, но не входит в прямое соединение абонента с телефонной станцией. Кабельный отвод обычно подключен к основному кабелю и образует разветвление в форме буквы "Y". Часто бывает так, что кабельный отвод идет к абоненту, а основной кабель идет дальше (при этом данная пара кабеля должна быть разомкнута на конце). Однако на пригодность конкретной абонентской линии для использования технологии DSL влияет не сколько сам факт наличия подключения, сколько длина самого кабельного отвода. До определенной длины (порядка 400 метров) кабельные отводы не оказывают значительного влияния на xDSL. Кроме того, кабельные отводы по-разному воздействуют на разные технологии xDSL. Например, технология HDSL допускает наличие кабельного отвода до 1800 метров. Что касается ADSL, то кабельные отводы не препятствуют самому факту организации высокоскоростной передачи данных по медной абонентской линии, но могут сузить полосу пропускания линии и, соответственно, снизить скорость передачи.

В плюсах высокочастотного сигнала, дающего возможность цифровой передачи данных, лежат его же минусы, а именно подверженность к воздействиям внешних факторов (различные наводки от сторонних электромагнитных приборов), а так же возникающие физические явления в лини при передаче. Увеличение ёмкостных характеристик канала, возникновение стоячих волн и отражений, изоляционные характеристики линии. Все эти факторы приводят к возникновению постороннего шума на линии, и более быстрому затуханию сигнала и как следствие к уменьшению скорости передачи данных и уменьшение протяжённости линии пригодной для передачи данных. Некоторые значения характеристик линии ADSL, по которым напрямую можно судить о качестве телефонной линии способен дать сам ADSL модем. Почти во всех моделях современных ADSL модемов, содержится информация о качестве соединения. Чаще всего вкладка Status->Modem Status. Примерное содержание ( может меняться в зависимости от модели и производителя модема ) следующее:

Modem Status

Connection Status Connected

Us Rate (Kbps) 511

Ds Rate (Kbps) 2042

US Margin 26

DS Margin 31

Connection Status Connected - статус соединения

Us Rate (Kbps) 511 - скорость исходящего потока Up Stream

Ds Rate (Kbps) 2042 - скорость нисходящего потока Down Stream

US Margin 26 - Уровень шума исходящего соединения в db

DS Margin 31 - Уровень шума нисходящего соединения в db

LOS Errors 0 -

DS Line Attenuation 30 - Затухание сигнала в нисходящем соединении в db

US Line Attenuation 19 - Затухание сигнала в исходящем соединении в db

CRC Rx Fast 0 - кол-во нескорректированных ошибок. Есть еще и FEC (скорректированные) и HEC - ошибки

CRC Tx Fast 0 - кол-во нескорректированных ошибок. Есть еще и FEC (скорректированные) и HEC - ошибки

CRC Rx Interleaved 0 - кол-во нескорректированных ошибок. Есть еще и FEC (скорректированные) и HEC - ошибки

CRC Tx Interleaved 0 - кол-во нескорректированных ошибок. Есть еще и FEC (скорректированные) и HEC - ошибки

Path Mode Interleaved - Режим коррекции ошибок включен ( Path mode Fast - выключен)

По этим значениям можно судить, а так же контролировать самостоятельно, о состоянии линии. Значения:

Margin - SN Margin (Signal to Noise Margin or Signal to Noise Ratio ). Уровень шума помех, зависит от множества различных факторов-намокания, количества и протяжённости отводов, синхронность линии, "распаренность-битость" кабеля, наличие скруток, качество физических соединений. При этом происходит снижение сигнала исходящего потока ADSL (Upstream) вплоть до его полного отсутствия и, как следствие, потерей ADSL модемом синхронизации

Line Attenuation - величина затухания (чем больше расстояние от DSLAMa, тем больше величина затухания. Чем больше частота сигнала, а следовательно скорость соединения тем больше величина затухания).

Общие аспекты технологий DSL

Все технологии DSL (ISDN, HDSL, ADSL, VDSL и SDSL) разработаны для обеспечения высокоскоростной передачи данных по телефонным линиям, изначально предназначенным для осуществления голосовой связи в спектре частот 300 Гц - 3,4 кГц. В качестве предварительной меры, призванной обеспечить нормальную работу технологий DSL, с используемых для высокоскоростной передачи данных телефонных линий должны быть удалены пупиновские катушки. Такие катушки устанавливались на некоторых сетях через определенное расстояние и позволяли повысить качество телефонной связи по длинным линиям. Развитие технологий цифровой обработки сигнала (DSP) в сочетании с новейшими алгоритмами и технологиями кодирования позволили поднять информационную емкость сетей доступа до невиданной ранее высоты. Ширина используемой полосы частот увеличилась на два порядка за последнее десятилетие: от приблизительно 100 кГц для узкополосной ISDN до более чем 10 МГц для VDSL.

Большинство стандартов DSL-модемов трактуют модем DSL как "насос для перекачки битов", основная задача которого заключается в быстрой и надежной передаче данных между трансиверами, установленными на обоих концах линии, по специальной среде, которая включает в себя определенные параметры линии и модели шумов. Параметры линии и модели шумов разработаны специально для того, чтобы отражать определенные условия, с которыми модему придется "столкнуться" на реальной сети доступа. Возможные ухудшения работы, которые определены в стандартах DSL-модемов, приводят к указанию определенного отношения сигнал-шум, расстояния и вероятной скорости передачи данных. Если говорить коротко, DSL-модемы разработаны таким образом, что обеспечивают достижение коэффициента битовых ошибок (BER) не более 107 при определенных в соответствующих стандартах условиях тестирования.

Сеть доступа представляет собой среду с внешними воздействиями, и большинство стандартов физического уровня для DSL-модемов включают все или некоторые из приведенных ниже основных требований, призванных обеспечить надежную передачу данных и взаимодействие между оборудованием различных производителей.

• Тестирование абонентских линий - определение состава и топологии (для обеспечения достаточной глубины внедрения технологии).
• Перекрестные помехи и запас по помехоустойчивости в установившемся режиме (допустимость взаимодействия с другими линиями DSL в одном многопарном кабеле).
• Скорости передачи данных (линейная и только полезная нагрузка).
• Запас по устойчивости к импульсным помехам и шумам из-за переходных процессов (допустимость шумовых выбросов, например, при подаче вызывного звонка).
• Ограничения спектральной плотности мощности передатчика (для обеспечения спектральной совместимости и минимизации нежелательных излучений в радиочастотной области спектра).
• Потери на отражение (для обеспечения хорошего согласования линии и передачи мощности сигнала).
• Симметрия линейного интерфейса (для предотвращения проблем, связанных с электромагнитной совместимостью).
• Цикловая синхронизация и скремблирование данных (для предотвращения цикло-стационарного эффекта, например, линейчатого спектра).
• Время ожидания (для минимизации задержки, например, при передаче голосового трафика).
• Дрожание и смещение (для минимизации потери данных).
• Протоколы запуска (подтверждение установления связи).
• Временные ограничения горячего/холодного запуска (время, необходимое для синхронизации и достижения состояния надежной передачи - для минимизации времени неготовности линии).
• Линейное кодирование (для достижения эффективного соотношение бит/с к Гц).
• Режим одновременной двусторонней передачи (т.е. синхронизация, частота, эхоподавление).
• Упреждающая коррекция ошибок (для автоматической коррекции ошибок передачи на физическом уровне, без повышения нагрузки, связанной с повторной передачей данных, на протоколы более высокого уровня).
• Вложенные операции и обслуживание (для передачи информации, связанной с обслуживанием, например, качества обслуживания).

Сокращение DSL (Digital Subscriber Line - Цифровая абонентская линия) изначально использовалось по отношению к ISDN-BA (доступ базового уровня цифровой сети связи с интеграцией услуг).

4-уровневый линейный код PAM (амплитудно-импульсная модуляция, прямая, немодулированная передача), известный как 2B1Q, был разработан компанией BT Laboratories. ETSI (Европейский институт телекоммуникационных стандартов) адоптировал этот код для Европы и также в качестве альтернативы разработал линейный код 4B3T (MMS43), в основном используемый в Германии.

В большинстве своем модемы ISDN-BA используют технологию компенсации эхо-сигналов, которая позволяет организовать полностью дуплексную передачу на скорости 160 Кбит/с по одной ненагруженной паре телефонных проводов. Трансиверы ISDN-BA, в которых используется технология эхоподавления, позволяют использовать полосу частот приблизительно от 10 кГц до 100 кГц, а пик спектральной плотности мощности систем DSL, базирующихся на 2B1Q, находится в районе 40 кГц с первым спектральным нулем на частоте 80 кГц.

Системы ISDN-BA выгодно отличаются тем, что могут использоваться на длинных телефонных линиях, и большая часть абонентских линий допускает использование данных систем. Данная технология уже используется в течение значительного времени, и за последние годы было достигнуто значительное улучшение рабочих характеристик трансиверов.

Международные стандарты ISDN-BA в большей степени определяют аспекты передачи для физического уровня для интерфейса ISDN "U" или только проводного интерфейса. В Европе это относится с сетевым окончаниям, владельцем которых является компания Telco, и обслуживанию, предоставляемому по шине S/T, которая является стандартом UNI (сетевого интерфейса пользователя).

Передача данных по линии DSL обычно осуществляется по двум каналам "В" (каналам передачи информации) со скоростью 64 Кбит/с по каждому, плюс по каналу "D" (служебному каналу), по которому со скоростью 16 Кбит/с передаются сигналы управления и служебная информация, иногда он может использоваться для пакетной передачи данных. Это обеспечивает пользователю возможность доступа со скоростью 128 Кбит/с (плюс передача служебной информации - итого 144 Кбит/с). Дополнительный служебный канал в 16 Кбит/с предоставляется для EOC (встроенного эксплуатационного канала), который предназначен для обмена информацией (например, статистики работы линии передачи данных) между LT (линейным окончанием) и NT (сетевым окончанием). Обычно встроенный эксплуатационный канал недоступен конечному пользователю.

Рис.3. Концепция ISDN-BA базового уровня (DSL)

По всему миру было установлено несколько миллионов линий ISDN-BA. Потребность в линиях ISDN значительно увеличилась, так как значительно выросла потребность в высокоскоростном доступе в сеть Интернет.

Стандарт HDSL (высокоскоростная цифровая абонентская линия) берет свое начало от стандарта ISDN-BA. Оригинальная концепция HDSL была разработана в Северной Америке, разработчики DSL пытались повысить тактовую частоту ISDN, чтобы увидеть, насколько далеко и насколько быстро могут работать системы высокоскоростной передачи данных. Следует также учитывать, что одновременно также очень быстро развивалась технология DSP (технология цифровой обработки сигнала). Исследовательская работа привела к удивительному открытию. Оказывается, даже простая 4-уровневая модуляция PAM (амплитудно-импульсная модуляция) позволяет работать на скоростях до 800 Кбит/с при вполне приемлемой длине линии (в США данная зона называется Carrier Serving Area - зона обслуживания оператора). Была снова использована технология компенсации эхо-сигналов, которая позволила организовать двустороннюю передачу данных со скоростью 784 Кбит/с по одной паре проводов, отвечая при этом всем требованиям по расстоянию передачи и запасу по помехоустойчивости, которые должны быть выполнены для предоставления необходимого качества обслуживания.

HDSL представляет собой систему двухсторонней симметричной передачи данных (смотрите рисунок 4), которая позволяет передавать данные со скоростью 1,544 Мбит/с или 2,048 Мбит/с по нескольким парам проводов сети доступа. Рекомендованы два линейных кода: амплитудно-импульсная модуляция 2B1Q и амплитудно-фазовая модуляция без несущей (CAP). Модуляция CAP используется для передачи со скоростью 2,048 Мбит/с, в то время как для модуляции 2B1Q определены два различных цикла.

Рис.4. Концепция высокоскоростной цифровой абонентской линии (HDSL)

Стандарт 2B1Q для 2,048 Мбит/с обеспечивает как двустороннюю передачу по одной паре проводов, так и параллельную передачу по двум или трем парам проводов. Это позволяет распределить данные по нескольким парам и снизить скорость передачи символов для увеличения предельной длины линии, по которой может осуществляться передача. Стандарт CAP позволяет передавать данные только по одной или двум парам проводов, а стандарт 2B1Q для скорости 1,544 Мбит/с предназначен только для двух линий.

Технология ADSL (асимметричная цифровая абонентская линия) также была разработана в Северной Америке в середине 1990-х годов. Она была разработана для предоставления таких услуг, которые требуют асимметричной передачи данных, например, видео по запросу, когда требуется передавать большой поток данных в сторону пользователя, а в сторону сети от пользователя передается гораздо меньший объем данных.

Требовалось очень высокое качество передачи (коэффициент битовых ошибок BER не менее 1 х 109), потому что была нужна технология передачи потоков видеоданных с кодировкой MPEG, характеризующейся очень высокой кодировкой и низкой избыточностью, когда даже единичные ошибки оказывают значительное влияние на качество изображения. Это потребовало использования технологий чередования данных и FEC (упреждающая коррекция ошибок), которые никогда не рассматривались по отношению к ISDN-BA или HDSL. Ценой за это послужило увеличение времени ожидания. Именно поэтому ранние системы ADSL имели задержку в 20 мсек по сравнению с ISDN-BA или HDSL, которые не превышали предел в 1,25 мсек.

Рис.5. Концепция асимметричной цифровой абонентской линии (ADSL)

Кроме того, что технология ADSL обеспечивает крайне асимметричную передачу данных, она также отличается от ISDN-BA/HDSL тем, что позволяет использовать ту же самую пару проводов для традиционной телефонной связи. Для этого используются специальные устройства разделения сигналов (сплиттеры) (смотрите рисунок 5).

ADSL использует технологию FDD (частотное разделение для обеспечения дуплексной связи), которая позволяет выделить одну полосу частот для восходящего потока данных (направление от пользователя в сторону станции), а другую полосу частот - для нисходящего потока данных (от станции в сторону пользователя). Это позволяет расширить используемую полосу частот приблизительно до 1 МГц. В некоторых вариантах ADSL используется технология подавления эхо-сигналов, что позволяет еще лучше использовать доступный спектр частот, перекрывая часть диапазона, занятого нисходящим потоком данных, передачей данных в восходящем направлении. На рисунке 6 показан пример использования технологии FDD для разделения восходящего и нисходящего потоков данных и сплиттера.

Рис.6. Пример ADSL с частотным уплотнением и сплиттером

Примечание: фильтр верхних частот может находиться на входе блока сетевого окончания ADSL.

Скорости нисходящего и восходящего потоков данных изменяются и зависят от длины абонентской телефонной линии и уровня шумов. В основном на ADSL оказывают влияние помехи на дальнем конце линии (FEXT), в то время как ISDN-BA и HDSL обычно имеют ограничения из-за помех на ближнем конце линии (NEXT). Именно то, что основные ограничения касаются помех на дальнем конце линии, позволяет достигнуть скорости передачи для нисходящего потока данных в 2 Мбит/с по большинству абонентских телефонных линий. Полоса частот, используемая для восходящего потока данных, по технологии значительно уже, поэтому обычно скорость передачи восходящего потока данных достигает нескольких сотен Кбит/с.

В настоящее время идет подготовка транспорта для передачи ячеек ATM и, следовательно, трансивер ADSL может стать не только средством битовой передачи, но и средством передачи ячеек АТМ, т.е. иметь мультисервисные возможности.

Технология VDSL (сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия) является результатом естественной эволюции технологии ADSL в сторону увеличения скорости передачи данных и использования еще более широкой полосы частот. Данная технология может быть успешно внедрена путем сокращения эффективной длины абонентской линии за счет расширения сети волоконно-оптических линий и их внедрения в существующую сеть доступа. Концепция VDSL показана на рисунке 7.

Рис.7. Концепция VDSL

Симметричная или двухпроводная линия DSL (SDSL) является следующей ступенью развития данных технологий. Данная технология является симметричной и базируется на более ранней технологии HDSL, но имеет целый ряд усовершенствований, которые позволяют более гибко организовать передачу данных по одной паре проводов. Технология SDSL может найти применение как в сфере бизнеса, так и в частном секторе, что создает ей очень высокую потенциальную ценность.

Стоит заметить, что некоторые современные производители узкополосного коммутационного оборудования рассматривают данную технологию как один из способов продления существования оборудования данного типа. Технология SDSL может использоваться в виде встроенных линейных карт, способных передавать 2 канала В коммутируемого трафика через коммутационную сеть. Любые другие возможности высокоскоростного доступа выводятся из коммутируемой сети в некоммутируемую сеть высокоскоростной передачи данных IP или ATM. Кроме того, технология SDSL совместима с архитектурой мультиплексора доступа цифровой абонентской линии (DSLAM) и может использоваться в качестве дополнения к таким технологиям доступа как HDSL, ADSL и VDSL.

Технологии DSL, позволяющие передавать голос, данные и видеосигнал по существующей кабельной сети, состоящей из витых пар телефонных проводов, наилучшим образом отражают потребность пользователей в высокоскоростных системах передачи. Во-первых, технологии DSL обеспечивают высокую скорость передачи данных. Различные варианты технологий DSL обеспечивают различную скорость передачи данных, но в любом случае эта скорость гораздо выше скорости самого быстрого аналогового модема. Во-вторых, технологии DSL оставляют вам возможность пользоваться обычной телефонной связью, несмотря на то, что используют для своей работы абонентскую телефонную линию. Используя технологии DSL вам больше не надо беспокоиться о том, что вы не получите вовремя важное известие, или о том, что для обычного телефонного звонка вам прежде потребуется выйти из сети Интернет. И, наконец, линия DSL всегда работает. Соединение всегда установлено, и вам больше не надо набирать телефонный номер и ждать установки соединения, каждый раз, когда вы хотите подключиться. Не придется больше беспокоиться о том, что в сети произойдет случайное разъединение, и вы потеряете связь именно в тот момент, когда загружаете из сети данные, которые вам просто жизненно необходимы. Электронную почту вы будет получать в момент поступления, а не тогда, когда решите ее проверить. В общем, линия будет работать всегда, а вы будете всегда на линии.