Цифровые абонентские линии.

В той точке, где заканчивается местная линия (оконечная телефонная станция), сигнал подвергается фильтрации, при которой вырезают­ся частоты ниже 300 Гц и выше 3400 Гц. Отсечка не является прямоугольной – оба края имеют уровень 3 дБ, поэтому полоса пропускания считается равной 4000 Гц, хотя на самом деле диапазон между двумя этими краями составляет только 3100 Гц. Таким образом, цифровым данным приходится пробираться по этому узкому каналу.

Хитрость, за счет которой работает xDSL, заключается в том, что ее абоненты подключаются к особому коммутатору, на котором отсутствует описанный ранее фильтр. Таким образом, на передачу данных отводится вся полоса пропускания местной линии. Лимитирующим фактором в этом случае становится сама физи­ческая природа линии, а не искусственно вырезанный кусок диапазона в 3100 Гц.

Емкость местных линий зависит от нескольких факторов, среди которых длина, толщина и собственно качество канала.

Службы xDSL разрабатывались с определенной целью. Во-первых, они долж­ны были работать на существующих местных линиях, представляющих собой ви­тые пары категории 3. Во-вторых, они не должны были влиять на работу аппара­туры абонента вроде телефона и факса. В-третьих, скорость работы должна была быть выше 56 Кбит/с. Наконец, в-четвертых, они должны были предоставлять по­стоянное подключение, и услуги при этом должны были оплачиваться только в виде фиксированной ежемесячной абонентской платы, но никак не поминутно.

Первое предложение ADSL работало за счет разделения спектра местной линии, который составляет примерно 1,1 МГц, на три частотных диапазона. Вот они: диапазон обычной телефонной сети, POTS (Plain Old Telephone Service); исходящий диапазон (от абонента); входящий диа­пазон (от АТС). Технология, в которой для разных целей используются разные частоты, называется частотным уплотнением или частотным мультиплексирова­нием. Однако, существует и альтернативный метод под названием дискретная мультитональная модуляция, DMT (Discrete MultiTone). Суть его состоит в разделении всего спектра местной линии шириной 1,1 МГц на 256 не­зависимых каналов по 4312,5 Гц в каждом. Канал 0 — это POTS. Каналы с 1 по 5 не используются, чтобы голосовой сигнал не имел возможности интерфериро­вать с информационным. Из оставшихся 250 каналов один занят контролем пе­редачи в сторону провайдера, один — в сторону пользователя, а все прочие дос­тупны для передачи пользовательских данных.

Провайдер может самостоятельно определять, сколько каналов использовать для входящего трафика, сколько для исходящего. Технически возможно осуществлять такое разделение в пропорции 50/50, но фактически большинство провайдеров предоставляет 80-90 % пропускной спо­собности для передачи в сторону абонентов, исходя из их реальных потребно­стей. Обычно под исходящий трафик пользователю отводится 32 канала, по всем остальным информационным каналам он может принимать данные. В целях уве­личения пропускной способности можно несколько последних каналов сделать дуплексными, однако это потребует введения в строй дополнительных схем, ис­ключающих образование эха.

Рассмотрим схему организация ADSL-линии. Телефонная компания устанавливает в помещении у абонента специальное уст­ройство сопряжения с сетью, NID (Network Interface Device). Недалеко от этого устройства (а иногда вообще в одном блоке с ним) расположен разветвитесь, который пред­ставляет собой аналоговый фильтр, отделяющий полосу POTS (0-4000 Гц) от каналов данных. Сигналы, проходящие по POTS, передаются на имеющийся телефон или факс, а все остальные отправляются на ADSL-модем. Последний является, на самом деле, цифровым сигнальным процессором, настроенным на работу в качестве двухсот пятидесяти QAM-модемов, работающих одновре­менно на разных частотах. Поскольку большинство модемов ADSL — внешние, то требуется организовать высокоскоростное соединение модема с системным бло­ком компьютера. Обычно это делается с помощью сетевой карты Ethernet со сто­роны компьютера.

На противоположном конце кабеля, на оконечной коммутационной станции, также установлен разветвитесь. Здесь голосовая составляющая сигнала отделяет­ся от информационной и пересылается на обычный телефонный коммутатор. Сигнал, передающийся на частотах, превышающих 26 кГц, отправляется на устрой­ство нового типа, которое называется мультиплексором доступа к DSL, DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer), в состав которого в качестве ADSL-модема входит сигнальный процессор того же типа, что и у абонента. По мере восстановления по цифровому сигналу битовой последовательности формиру­ются пакеты, отсылающиеся провайдеру.

Полное разделение голосовой связи и системы передачи данных позволило телефонным компаниям без особых проблем внедрить ADSL. Требуется всего лишь приобрести DSLAM и разветвитесь и подсоединить абонентов ADSL к это­му разветвителю. Прочие системы с высокой пропускной способностью (напри­мер, ISDN) требуют гораздо больших усилий для их внедрения и согласования с имеющимся коммутационным оборудованием.

Частотное уплотнение.

Схемы мульти­плексирования (уплотнения) могут быть разделены на две основные категории: FDM (Frequency Division Multiplexing — частотное уплотнение) и TDM (Time Division Multiplexing — мультиплексирование с временным уплотнением). При частотном уплотнении частотный спектр делится между логическими каналами, при этом каждый пользователь получает в исключительное владение свой под­диапазон. При мультиплексировании с временным уплотнением пользователи по очереди (циклически) пользуются одним и тем же каналом, и каждому на корот­кий промежуток времени предоставляется вся пропускная способность канала.

Фильтры ограничивают используемую полосу частот примерно 3100 Гц на каждый речевой канал. При мультиплексировании нескольких каналов каждому из них выделяется полоса частот шириной 4000 Гц, что позволяет как следует разделить их. Для начала сиг­налы повышаются по частоте, причем для разных каналов величины сдвигов раз­ные. После этого их можно суммировать, поскольку каждый канал теперь сдвинут в свою область спектра. Разрыв между каналами называется защит­ной полосой.

Используемые во всем мире схемы FDM в определенной степени стандарти­зированы. Широко распространенным стандартом является использование 12 ре­чевых каналов с полосой канала 4000 Гц, уплотняемых в диапазоне от 60 до 108 кГц. Эти 12 каналов образуют базовую группу.

Спектральное уплотнение.

В оптоволоконных каналах используется особый вариант частотного уплотне­ния. Он называется спектральным уплотнением (WDM, Wavelength-Division Multiplexing). Здесь четыре кабеля подходят к одному сумматору, и по каждому из них идет сигнал со своей энергией в своем частотном диапазоне. Четыре луча объединяются и дальше распространяются по одному волокну. На противоположном конце они расщепляются разветвителем. На каждом выход­ном кабеле имеется короткий специальный участок внутреннего слоя, который является фильтром, пропускающим сигнал только одной длины волны.

Следует отметить, что один оптический кабель обычно работает на частоте не более нескольких гигагерц из-за невозможности более быстрого преобразования электрических сигналов в оп­тические и обратно. Однако возможности самого кабеля гораздо выше, поэтому, объединяя сигналы разных длин волн на одном кабеле, можно получить суммар­ную пропускную способность, линейно зависящую от числа каналов. Полоса про­пускания одного волокна составляет 25 000 Гц (см. рис. 2.6), следовательно, даже при 1 бит/Гц можно разместить 2500 каналов по 10 Гбит/с (хотя соотношение бит/Гц можно увеличить).