Модемы для физических линий - первопроходцы DSL

Одной из насущных задач при подключении к корпоративной сети или сети общего пользования является получение канала доступа. В тех случаях, когда точки подключения расположены в пределах одного города (включая и пригороды), одним из наиболее эффективных путей решения этой задачи является использование модемов для физических линий, произведенных по технологии цифровой абонентской линии (DSL).

Технология DSL позволяет организовать высокоскоростные каналы связи (до 2 Мбит/с) на медных линиях городской телефонной сети. Обеспечиваемые при этом скорость и качество передачи ранее были доступны лишь на волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС).

Термин "цифровая абонентская линия" впервые появился в спецификациях цифровой сети интегрированного обслуживания (ISDN). Сеть ISDN строится аналогично коммутируемой телефонной сети, однако к абоненту подводится не аналоговый канал, а цифровой с линейной скоростью 160 кбит/с (в котором 64 или 128 кбит/с используются для передачи информации, а остальные 32 кбит/с отводятся на сигнализацию). Абонент может применять этот канал базового доступа (BRI) для телефонной связи или подключения к сети компьютера.

В большинстве развитых государств технология ISDN решает также проблему довольно скоростного доступа в Internet. Для нас с вами (ввиду отсутствия единой сети ISDN) главным достижением стало то, что при разработке этой технологии были созданы комплекты микросхем и метод кодирования линии, позволяющие транслировать потоки 64, 128, 2048 кбит/с по обычным медным проводам.

Технология DSL (160 кбит/с)

Итак, технология, которая обеспечивает использование существующих линий связи для дуплексной цифровой передачи со скоростью до 160 кбит/с, получила название "цифровая абонентская линия". Стандартным методом кодирования линии, применяемым аппаратурой DSL, является 2B1Q. Типичная дистанция (т. е. максимальная длина двухпроводной линии, на которой может работать аппаратура) для этой технологии составляет 7,5 км при диаметре жилы кабеля 0,5 мм.

Очень важным условием для практического внедрения технологии DSL в сетях связи стала организация крупнейшими производителями интегральных схем массового выпуска необходимых для этого комплектов БИС (так называемых U-chip). В результате появилась возможность разработки и производства DSL-модемов на тех же комплектах БИС, что и оборудования ISDN. Таким образом, новое поколение модемов получилось не только оптимальным по дистанции работы, но и существенно более экономичным с точки зрения себестоимости.

Типичным примером DSL-модема является аппаратура NTU-128, производимая для российской компании НТЦ "НАТЕКС" заводами TAICOM DATA SYSTEMS (Тайвань). Модем NTU-128 поддерживает синхронный дуплексный обмен на скоростях от 48 до 128 кбит/с с пользовательскими интерфейсами V.24 (RS232), V.35 или G.703.

Конструктивное исполнение модемов - автономное либо "стоечное" (т. е. модемные модули (до 16) устанавливаются в стандартную 19-дюймовую кассету). Обе модификации имеют ЖК-дисплей, обеспечивающий удобство конфигурирования и диагностики. Поскольку кассеты 19-дюймового стандарта часто монтируются в помещениях АТС, для них предусмотрены два варианта электропитания: 220В и 60В. Для повышения надежности в кассете размещается резервный источник питания.

Модемы NTU-128 зарекомендовали себя как надежные и неприхотливые, способные работать на кабелях низкого качества, в том числе составных, с большим количеством отражений.

Модемы с линейным кодированием 2B1Q продолжают совершенствоваться. До сих пор главным ограничением использования таких модемов была их малая "дальнобойность" - около 7-10 км. В 1997 г. НТЦ "НАТЕКС", благодаря разработке интеллектуального регенератора, сумел существенно увеличить расстояние, на котором работают модемы типа NTU-128 . Устанавливая регенераторы через каждые 7,5 км (для кабелей с диаметром жилы 0,5 мм), можно создать цифровые тракты протяженностью до 30 км!

В табл. 1 приведены некоторые характеристики наиболее распространенных на сегодняшний день DSL-модемов. Как можно увидеть, они довольно похожи.

Таблица 1.
Синхронные DSL-модемы.

Технология HDSL (2 Мбит/с)

Дальнейшим развитием DSL стала технология высокоскоростной цифровой абонентской линии (High-bit-rate Digital Subscriber Line, HDSL). Соответствующее оборудование обеспечивает полный дуплексный обмен на скорости 768/1024 кбит/с по одной паре и 2048 кбит/с (Е1) по двум-трем парам обычного кабеля (например, КПП, КСПП) без подбора параметров и симметрирования. Система является однокабельной, т. е. в одном кабеле осуществляются и прием, и передача. Кроме того, при помощи модуляции CAP можно использовать для систем HDSL до 50-80% пар в одном кабеле.

Развитием технологии HDSL стала SDSL (Single Pair Digital Subscriber Line). Системы SDSL обеспечивают дуплексную передачу потока 2048 кбит/с по одной паре проводов на расстояние 3-4 км (диаметр жилы 0,4-0,5 мм).

Высокая скорость связи (2Мбит/с), обеспечиваемая системами HDSL и SDSL, позволяет использовать их не только как средство доступа в сеть, но и для решения корпоративных задач, например соединения двух локальных сетей.

На следующем этапе развития появилась технология асимметричной цифровой абонентской линии (Asymmetric Digital Subscriber Line, ADSL). Она обеспечивает передачу по электрическому кабелю потоков до 8 Мбит/с в одном направлении и до 1 Мбит/с в другую.

Очень высокоскоростная цифровая абонентская линия (Very High-bit-rate DSL, VDSL) - технология будущего. Ожидается, что благодаря VDSL будет достигнута скорость передачи до 51 Мбит/с.

Остановимся на HDSL, так как это оборудование уже находится в серийном производстве и широко используется, в том числе в нашей стране.

Длина линии, доступная для технологии HDSL, обеспечивает решение 90% задач, связанных с реализацией доступа в сеть. Например, для систем HDSL WATSON1,3 (CAP64) типовая дистанция составляет от 5 (диаметр провода 0,5 мм) до 16 км (диаметр провода 1,2 мм). Для систем SDSL WATSON4 (CAP128), ввиду более высокой линейной скорости, типовая дистанция несколько меньше - 3 км по жиле 0,4 мм. Однако для организации цифровых сетей или объединения ЛС часто требуются большие дистанции. В этом случае применяются регенераторы - обычно до двух на линию при дистанционном питании и до семи при локальном электропитании.

Для организации линейного тракта в аппаратуре HDSL применяются два метода кодирования линии - 2B1Q и CAP (табл. 2).

Таблица 2.
Сравнительная характеристика HDSL-модемов, использующих кодирование 2B1Q, CAP64 и CAP128.

2B1Q - это кодирование с симметричным спектром (рис. 1). Для сравнения на рисунке приведен также спектр кода HDB3, применяемого в линейном тракте аппаратуры ИКМ30. Очевидно, что благодаря смещению энергетического спектра в более низкочастотную область код 2B1Q обеспечивает существенно большую дистанцию передачи, чем HDB3.

Однако, по нашему мнению, самым передовым методом кодирования линии, применяемым в HDSL-оборудовании, является CAP - амплитудно-фазовая модуляция без несущей. Модуляция CAP64 обеспечивает передачу за такт 6 бит информации, CAP128 - 7 бит (против 2 бит при 2B1Q и 1 бита при HDB3). Это позволяет еще больше ограничить спектр излучаемого в линию сигнала.

Сравнительный анализ спектров приводит к выводу, что основными преимуществами систем, основанных на CAP-модуляции, являются следующие:

Важным новшеством является использование в аппаратуре HDSL микропроцессорного метода эхокомпенсации. Это позволяет вести по каждой из задействованных линий (медных пар) одновременную передачу в обоих направлениях. Система автоматически отфильтровывает (вычитает из принимаемого сигнала) сигнал собственного передатчика и его эхо.

Некоторые особенности xDSL-устройств

Важными характеристиками xDSL-модемов являются типы используемых интерфейсов, наличие функций самодиагностики и централизованного управления, а также конструктивное исполнение.

Наиболее широко применяется интерфейс персональных ЭВМ или ЛС на невысокой скорости (до 128 кбит/с) - V.24 (RS-232C), поэтому все модемы на скорость до 128 кбит/с имеют этот тип интерфейса.

Для более высоких скоростей чаще всего используется интерфейс V.35, который также присутствует в большинстве модемов. В некоторых высокоскоростных модемах, например WATSON, предусмотрена возможность установки двух интерфейсов V.35 для организации двух независимых трактов со скоростью N·64 кбит/с (N=1..16). Большинство высокоскоростных модемов поддерживают также режим N·64 кбит/с (N=1..32). Все модемы на скорость 2048 кбит/с и некоторые низкоскоростные (например, NTU-128) поддерживают также интерфейс G.703, широко используемый в телефонии.

Наличие функций самодиагностики и централизованного управления позволяет оператору контролировать состояние сети, быстро локализовать и устранять сбои и неисправности, контролировать работу абонента. Система управления обычно применяется для модемов, имеющих так называемое "стоечное" исполнение. Такие модемы устанавливаются в кассету размера 19 дюймов, которая удобна при монтаже на узле сети, поскольку имеет стандартные крепежные элементы, возможность электропитания от станционных батарей (60 В постоянного тока), интерфейсы аварийных сообщений и т.д. Для установки у пользователей применяются автономные модули, связанные с модемами в "стойке" через дополнительный канал управления, работающий одновременно с передачей информации. В некоторых системах, например в NTU-128, для управления используются ЖК-дисплей и кнопочная клавиатура, в других (WATSON) применяется компьютерное управление с помощью протокола SNMP.

Надеемся, теперь у читателя есть уверенность в том, что высокоскоростной доступ в сети связи по существующим телефонным линиям - не далекое будущее, а реальная сегодняшняя возможность. Рост популярности xDSL-модемов подтверждает это. Например, по данным фирмы Schmid Telecom (Швейцария), в 1995 г. доля поставок ее модемов WATSON в страны Восточной Европы, включая Россию, составила менее 5% от общего объема продаж. В 1996 г. спрос на эти системы в России и Восточной Европе существенно увеличился (прежде всего, на системы с модуляцией CAP). НТЦ "НАТЕКС", дистрибутор Schmid в СНГ, рассчитывает, что СНГ выйдет на 3-е место (после Франции и Германии) по объему поставок продукции этой фирмы.

В заключение отметим, что НТЦ "НАТЕКС" уже решил организационные вопросы внедрения новых технологий в России. Системы NTU-128 и WATSON сертифицированы Министерством связи России, поэтому никаких дополнительных разрешений на их эксплуатацию на телефонных линиях не требуется.