Лекция 3 Факторы, определяющие параметры качества соединений в ADSL

Лекция 3
Факторы, определяющие параметры качества соединений в ADSL
Факторы, влияющие на параметры качества ADSL
Наше исследование технологии ADSL является сугубо практическим и ориентированным на изучение методов измерений.
По этой причине в книге нас будут интересовать не столько сами принципы работы
систем ADSL, сколько те факторы, которые определяют параметры качества сети
ADSL и в конечном счете - технологический и коммерческий успех технологии в
целом.
В этом небольшом разделе на основании приведенных выше сведений о технологии
ADSL постараемся выявить факторы, характеризующие параметры качества ADSL.
Для того, чтобы выделить группы интересующих нас факторов, вернемся к рис. 1.8.
Как следует из рисунка, в составе схемы подключения пользователя ADSL
присутствуют три объекта: модем, DSLAM и участок абонентской пары.
Отдельные параметры модема или DSLAM нас интересуют меньше, чем параметры
этих устройств как технологической пары.
Следовательно, можно выделить две группы факторов влияния на параметры
качества ADSL.


Влияние со стороны пары модем-DSLAM.
Влияние параметров абонентской кабельной пары.
Изучим эти факторы отдельно.
Влияние оконечных устройств и DSLAM
Рассмотренные выше принципы работы пары модем-DSLAM показывают, что
параметры таких устройств могут оказывать влияние на общие параметры качества
доступа ADSL. Здесь сказывается несколько факторов.
Технология ADSL предусматривает технологическую независимость параметров
DSLAM и модема, эти устройства могут быть разного производства. Любые варианты
нестыковки в паре модем-DSLAM должны сказываться на качестве доступа ADSL.
Фактор нестыковки на уровне «рукопожатия» может проявиться в том, что модем и
DSLAM могут установить не самый эффективный режим работы и обмена данными.
На уровне диагностики соединения фактор нестыковки может привести к
неправильной настройке эквалайзеров и эхокомпенсаторов, что скажется на параметрах
скорости передачи. Здесь же может присутствовать фактор нарушения в работе только
одного устройства.
Например, сама процедура настройки эхокомпенсатора в модеме может оказаться
некорректной и могут возникнуть нарушения.
Аналогичные нарушения могут быть вызваны некорректной работой процедур выравнивания уровня сигнала в DSLAM и т.д..
Аналогично проблемы могут быть обусловлены нестыковкой на уровне диагностики
канала. Здесь нарушения в процессе согласования схем кодирования и любые сбои в
работе алгоритмов диагностики SNR могут привести к ухудшению качества
подключения ADSL.
Забегая вперед, отметим, что диагностика всех перечисленных факторов может быть
реализована только в процессе сложных исследований устройств по методикам тестов
соответствия. Эти методики слишком сложны для эксплуатации и требуют слишком
больших затрат.
Влияние параметров абонентской линии
Наиболее интересным для эксплуатации фактором, непосредственно влияющим на
параметры качества ADSL, являются параметры абонентской кабельной пары.
Поскольку абонентский кабель и его параметры не привносится технологией ADSL
извне, а уже имеется у оператора в том виде и состоянии, в котором он дожил до эры
NGN, то здесь содержится самый слабый элемент технологической цепи ADSL. И хотя
между измерениями параметров кабеля и измерениями ADSL нельзя поставить знак
равенства, измерения параметров абонентских пар - это более 50% всех
эксплуатационных измерений на начальных этапах внедрения ADSL.
Рассмотрим коротко, какие параметры абонентских линий могут оказаться
критичными для качества ADSL. Более подробно каждый из перечисленных
параметров приведен в [1] глава 4.
Базовые параметры абонентских кабелей
Начнем с общих (или базовых) параметров абонентских кабелей. К ним относятся все
те параметры, которые исторически использовались для паспортизации кабельной
системы оператора.
Можно утверждать, что это группа параметров и методов их анализа, одинаковая для
любых абонентских кабелей, несмотря на их тип и способ использования.
Действительно, если есть металлический кабель, то он имеет сопротивление, емкость,
параметры изоляции, и все перечисленные параметры не зависят от того, с какой целью
кабель проложен. Он может использоваться для обычной телефонной связи, для ADSL,
для системы радиофикации и пр.
И для всех приложений необходим определенный набор параметров, позволяющих
судить о качестве абонентской пары.
Именно поэтому такие параметры называются базовыми.
Базовые параметры абонентской пары полностью описаны в нормативных
документах и хорошо известны.
К основным базовым параметрам можно отнести:






наличие постоянного/переменного напряжения на линии;
сопротивление абонентского шлейфа;
сопротивление изоляции абонентского шлейфа;
емкость и индуктивность абонентского шлейфа;
комплексное сопротивление линии на определенной частоте (импеданс линии);
симметрию пары в смысле омического сопротивления.
Значения перечисленных параметров определяют качество абонентской пары, и уже
на этом основании можно говорить, что они важны для паспортизации кабелей под
ADSL.
Специализированные параметры кабеля
Как было показано выше на параметры передачи ADSL влияют не столько базовые
параметры абонентской пары, сколько параметры абонентского кабеля как канала
передачи сигналов 256DMT/QAM.
В таком случае важной оказывается группа параметров, связанная непосредственно с
процедурой передачи, куда входят такие параметры, как искажение сигнала, затухание
сигнала, различного рода шумы и влияния на линию извне.
Поскольку эта группа параметров непосредственно связана с областью применения
кабеля в ADSL, они называются специализированными.
Процедурно специализированные параметры отличаются от базовых тем, что любые
измерения этих параметров всегда опираются на методики частотного тестирования
линии.
Согласно данным методикам для диагностики абонентского кабеля следует подать
тестовый специализированный сигнал (воздействие) и анализировать качество
прохождения такого сигнала по линии (отклик).
К специализированным параметрам относятся:
затухание в кабеле;







шум в широкой полосе частот и отношение сигнал/шум (SNR);
амплитудно-частотная характеристика (АЧХ);
переходное затухание на ближнем конце (NEXT);
переходное затухание на дальнем конце (FEXT);
импульсные помехи;
возвратные потери;
симметрия пары в смысле неравномерности характеристик передачи.
Неоднородности в кабеле
Третий фактор, непосредственно влияющий на параметры качества ADSL на уровне
абонентского кабеля, - наличие в кабеле неоднородностей.
Любые неоднородности в абонентском кабеле негативно сказываются на параметрах
передачи.
В качестве иллюстрации процессов, происходящих в системе передачи, на рис.3.1
показана параллельная отпайка, представляющая собой довольно частое явление на
отечественной сети.
В случае передачи широкополосного сигнала через параллельную отпайку
передаваемый сигнал сначала разветвляется, а затем отражается от несогласованного
конца отпайки.
В результате на стороне приемника два сигнала - прямой и отраженный накладываются друг на друга, причем отраженный сигнал может рассматриваться как
шумовой. Поскольку шумовой сигнал в случае, изображенном на рис.3.1, имеет ту же
структуру, что и обычный сигнал, его влияние оказывается максимальным на
параметры качества передачи.
Рис. 3.1. Параллельная отпайка и ее влияние на параметры передачи ADSL
Уровень деструктивного влияния отраженного сигнала будет напрямую зависеть от
уровня отражения на отпайке. Из теории сигналов уровень отражения будет тем выше,
чем больше частота передаваемого сигнала.
В результате любые системы широкополосной передачи оказываются очень
чувствительными к любым неоднородностям в кабеле. В случае ADSL
чувствительность к неоднородностям немного компенсируется адаптивной
подстройкой пары модем-DSLAM, так что наличие отпаек не отменяет возможность
передачи.
Но в случае отпайки скорость передачи ADSL резко падает, что позволяет производителям оборудования и системщикам выдвигать требования о недопустимости
никаких неоднородностей в кабеле для ADSL.
Переходные помехи
Понятие переходного затухания менее понятно с точки зрения природы появления
этого фактора, но лучше отражает метод измерения. Поэтому на практике
используются оба понятия.
Четвертым фактором, влияющим в кабеле на параметры передачи ADSL, выступает
фактор взаимного влияния абонентских кабелей друг на друга.
Методически параметры взаимного влияния получили название переходных помех,
или переходного затухания.
Рис.3.2. Переходные помехи NEXT и FEXT
Различают два параметра переходных помех (рис.3.2).


переходное затухание на ближнем конце (т.е. влияние ближнего передатчика на
приемник на ближнем конце);
переходное затухание на дальнем конце (т.е. влияние удаленного передатчика на
приемник на ближнем конце).
Номинально FEXT и NEXT относятся к специализированным параметрам кабельной
пары. Но роль этого параметра настолько уникальная, что требует отдельного
рассмотрения и исследования.
Достаточно сказать, что, несмотря на существование понятий NEXT и FEXT уже не
один десяток лет, общей методологии измерений этих параметров нет, и в условиях
абонентских сетей NGN ее едва ли можно построить.
Далее, само влияние на параметры качества со стороны переходных помех может
быть очень сложным. Для явления переходных помех характерен фактор случайности.
Например, взаимное влияние одной пары на другую может существовать
потенциально, но никак не проявляться до тех пор, пока по одной паре идет телефония,
а по другой ADSL.
Но стоит подключить нового абонента ADSL - и это влияние может «убить» качество
связи в обеих парах.
То же относится к помехам от внешних источников электромагнитного излучения - в
общем случае предсказать их проявление на отдельной паре невозможно.
Можно указать в качестве наиболее важных для параметров качества ADSL
следующие типы возможных переходных помех.




Влияния абонента ADSL на другого абонента ADSL.
Влияние радиочастот диапазона AM на ADSL.
Влияние внешних электромагнитных помех.
Влияние от цифровых систем передачи (Е1, HDSL и пр.).
Долгое время дискутировался вопрос о потенциальной возможности влияния ADSL
на качество традиционной телефонии. Поводом для обсуждения данной темы стали
жалобы абонентов традиционной телефонии на ухудшение качества связи в процессе
массового внедрения ADSL.
Хотя по теории применения сплиттеров влияние ADSL на телефонную сеть
исключается, статистика жалоб показывала устойчивую связь между уровнем
внедрения ADSL и количеством жалоб.
Специальные исследования показали, что переходных помех между телефонной
сетью и ADSL действительно нет, а жалобы обусловлены в большей степени
деятельностью самих операторов.
Для более качественного предоставления услуг ADSL операторы осуществляли
коммутацию пар, так что пользователь ADSL получал лучшую по качеству пару, тогда
как обычный телефонный абонент получал пару хуже, что и приводило к оценке
негативной роли ADSL.
Кстати, этот пример показывает, что в процессе массового внедрения ADSL факторы
чисто технического свойства сильно перемешиваются с социальными, историческими и
административными факторами. Как показано в [1] глава 7, данный пример не единственный случай, когда оказывается трудно разделить влияние техники и других
процессов в системе эксплуатации.
Некоторые применения ADSL
Теперь от общего анализа технологии ADSL перейдем к рассмотрению некоторых
вариантов использования этой технологии в сетях абонентского доступа NGN.
Как следует из самой парадигмы сетей NGN, основная цель построения сетей
широкополосного абонентского доступа - обеспечение пользователей максимально
возможной полосой передачи данных в транспортную сеть. От этого зависит
номенклатура предоставляемых пользователю услуг, а сам успех внедрения NGN - от
эффективности внедрения новых услуг, ведь именно ради них совершается новая
техническая революция.
Таким образом, тема услуг является основополагающей при изучении любых
вопросов, связанных с NGN. Не исключение и технология ADSL. В данном разделе мы
рассмотрим варианты применения ADSL на современной сети, что должно дополнить
наше представление о месте этой технологии в современной системе связи.
Индивидуальное подключение
Самое простое применение технологии ADSL - индивидуальное использование
широкополосного доступа для предоставления услуг отдельному пользователю.
Несомненным преимуществом ADSL является то, что она предлагает очень
эффективный метод миграции абонентов из телефонной сети в сеть NGN.
Напомним, что для этого требуется только установить на обоих концах абонентской
линии сплиттеры, тем самым, разделив трафик передачи данных и телефонный трафик,
а затем подключить ADSL-модем на стороне пользователя и DSLAM на станционной
стороне.
Рис.3.3. Схема индивидуального подключения абонента
В результате такого процесса миграции технология ADSL становится индивидуально
ориентированной. Она нацелена на отдельных абонентов телефонной сети и предлагает
с минимальными издержками подключить их к сети NGN. Соответственно, наиболее
часто ADSL используется именно в режиме индивидуального подключения (рис.3.3).
Как показано на рисунке, в случае индивидуального подключения абонента к ADSL
ставится задача обеспечения широкополосным доступом единичного пользователя.
Например, это может быть квартира абонента. В таком случае абоненту оставляется
обычный телефон, подключенный через сплитер, и добавляется широкополосный
доступ в сеть NGN. В зависимости от конфигурации и типа модема ADSL, это может
быть интерфейс USB для подключения одного компьютера или Ethernet, к которому
можно подключить даже домашнюю локальную сеть. В свою очередь, в домашней
локальной сети могут быть установлены компьютеры либо устройства IPTV для
обеспечения трансляции телевизионных сигналов .
Технология VoDSL
Новое по отношения к традиционным услугам ADSL приложение связано с
развитием технологии передачи голоса в пакетных сетях (Voice over IP, VoIP). В
настоящее время VoIP получила очень широкое распространение. В качестве примера
можно привести услугу skype, которой широко пользуется уже более 5 млн абонентов
во всем мире.
Если существует потенциальная возможность передачи голоса поверх данных, то еще
одним приложением ADSL может стать предоставление услуг VoIP. Такую услугу
можно назвать передачей голоса поверх ADSL, или VoDSL.
Схема услуги представлена на рис. 3.4. На стороне пользователя к модему ADSL
подключаются не только компьютер, но и VoIP-телефон. Со станционной стороны
после DSLAM ставится коммутатор доступа (BRAS), который выделяет график VoIP и
передает его на телефонный шлюз VoIP/PSTN, так что трафик VoIP преобразуется в
обычный телефонный трафик и уходит в сети общего пользования.
Рис. 3.4. Схема организации услуги VoDSL
Если мы рассматриваем индивидуальное подключение абонента, то предлагаемая
схема по сути означает добавление в квартире к обычному телефону еще одного
телефона VoIP.
Такая услуга может быть широко востребована. Более того, если оператор не
предоставляет услугу дополнительного VoIP-телефона, абонент может легко уйти в тот
же skype и использовать свой компьютер в качестве телефона VoIP.
Это становится возможным, поскольку Между коммутатором доступа (BRAS) и
DSLAM может быть несколько метров и несколько тысяч километров. Если клиент
сети ADSL является довольно современным пользователем услуг NGN, он может у
себя дома организовать даже несколько телефонов по разным технологиям:
1. традиционный телефон,
2. VoIP-телефон от оператора и
3. skype-телефон через оператора Интернета.
Затем абонент всегда может выбрать, через какой телефон ему выгоднее позвонить.
Это хорошая иллюстрация демократичности NGN в части услуг.
Устройства интегрального доступа и коллективное использование ADSL
Рассмотренные выше услуги VoDSL имеют еще одно интересное применение, а
именно возможность коллективного использования одного ADSL-подключения.
Как было показано выше, современные технологии VoIP позволяют установить на
стороне пользователя ADSL дополнительный телефон. Но никто не запрещает вместо
одного телефона подключить несколько телефонов VoIP, а вместо одного компьютера
составить локальную сеть (рис. 3.5). В таком случае мы получаем целую сеть для
небольшого офиса на одной ADSL.
Такой подход к использованию ADSL обещает большие перспективы этой
технологии. Например, небольшая компания снимает новый офис и традиционно
задается вопросом, каким образом обеспечить связь с внешним миром. Если офисное
помещение было до этого квартирой, то в ней есть только один телефон. И вот тогда на
помощь может прийти решение по ADSL. Достаточно подключиться к единственной
паре ADSL, как в офисе появятся необходимое количество телефонов и достаточно
широкая «труба» в Интернет.
Рис.3.5. Схема коллективного подключения к ADSL
Кроме того, в современной технологии ADSL есть возможность даже отказаться от
VoIP и предоставлять обычную телефонную связь. Устройство, которое обеспечивает
работу такой корпоративной сети (рис.3.5), называется устройством интегрального
доступа (Integrated Access Device, IAD).
Оно является «канально-пакетным» шлюзом и предоставляет пользователю аналоговые или ISDN-порты, а также услуги Интернета.
IAD пакетирует голосовой или ISDN-трафик в ATM-ячейки, используя второй
Рис.3.6. Интегральная сеть широкополосного доступа и место ADSL в ней
уровень адаптации ATM -AAL2, пакеты данных также преобразуются в поток ячеек
ATM (уровень адаптации AAL5). Иными словами, IAD выполняет задачу
мультиплексирования потоков речи и данных в виртуальные каналы (VC) для передачи
по линии DSL, а также функции моста или маршрутизатора трафика локальных сетей
Ethernet, одновременно поддерживая достаточное количество речевых соединений.
Уже сейчас применение IAD для создания корпоративных сетей очень популярно в рамках проектов массового внедрения ADSL в Москве и С-Петербурге. По
мере развития «интернетизации» малого и среднего бизнеса и сетей ADSL
предлагаемая схема использования будет и далее находить своих клиентов.
Библиография
1. Бакланов И.Г. Технологии ADSL/ADSL2+: теория и практика применения.-М.:
Метротек,2007.
Контрольные вопросы
1. Перечислите факторы влияющие на параметры качества ADSL.
2. Как влияют на параметры качества ADSL оконечные устройства и DSLAM.
3. Перечислите и охарактеризуйте базовые параметры абонентского кабеля.
4. Перечислите и охарактеризуйте специализированные параметры кабеля.
5. Как влияют неоднородности в кабеле на ADSL.
6. Как влияет параллельная отпайка в кабеле на параметры передачи ADSL.
7. Охарактеризуйте термины «переходные помехи и переходное затухание».
8. Изобразите схему возникновения переходных помех.
9. Назовите и охарактеризуйте параметры переходных помех.
10. Назовите наиболее важные типы переходных помех.
11. Изобразите схему индивидуального подключения абонента ADSL.
12. Изобразите схема организации услуги VoDSL.
13. Изобразите схему коллективного подключения к ADSL.
14. Что такое IAD и какие функции он выполняет.
15. Изобразите интегральную сеть широкополосного доступа и место ADSL в ней