XDSL

Różnorakie technologie cyfrowych przekazów xDSL (Digital Subscriber Line), w tym również asymetrycznych typu ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), wiążą się ze wzrastającym zapotrzebowaniem na szerokopasmowe usługi abonenckie, takie jak: multimedia, szybki dostęp do Internetu oraz przekaz obrazów wideo o wysokiej jakości, z wykorzystaniem istniejących dwuprzewodowych linii telefonicznych bezpośrednio w otoczeniu abonenta. Wspólną ich cechą jest asymetria przepływności w obydwu kierunkach przenoszenia, którą zapewniają końcowe urządzenia komunikacyjne - nazywane również modemami DSL.

Technologia asymetrycznego dostępu abonenckiego xDSL zapewnia szeroki zakres zmian szybkości informacji w kierunku abonenta: od 16 kb/s do 8 Mb/s. Ta najnowsza, szerokopasmowa technologia przekazu cyfrowego przez zwykłą linię telefoniczną jest konkurencyjna w odniesieniu zarówno do abonenckich przekazów cyfrowych ISDN, jak również hybrydowych - opartych na kablu współosiowym i światłowodowym.

Rodzaje technologii xDSL

Zasięgi przepływności technologii cyfrowych DSL (Digital Subscriber Line

Technologia asymetrycznych i symetrycznych przekazów xDSL obejmuje kilka odrębnych technologii o różnych szybkościach działania:

• zintegrowaną IDSL (ISDN DSL),
• o podwyższonej przepływności HDSL (High bitrate Digital Subscriber Line),
• asymetryczną ADSL (Asymmetric DSL),
• powszechną CDSL (Consumer DSL),
• symetryczną SDSL (Symmetric DSL),
• adaptacyjną RADSL (Rate Adaptive DSL),
• o bardzo wysokiej przepływności VDSL (Very High Speed DSL) dochodzącej do 52 Mb/s w kierunku dosyłowym.

Dwukierunkowe i zwykle asymetryczne końcowe urządzenia komunikacyjne - nazywane coraz częściej modemami DSL - umożliwiają transmisje w szerokim zakresie szybkości przez jedną parę przewodów miedzianych łączących użytkownika z najbliższym węzłem telekomutacyjnym o przepływnościach:

• od 16 kb/s do 2 Mb/s w kierunku od abonenta do sieci oraz
• od 640 kb/s do kilkudziesięciu Mb/s w kierunku z sieci do abonenta.

Coraz większą popularność uzyskuje łącze asymetryczne ADSL o przepływności od 640 kb/s w kierunku sieci i 6-8 Mb/s w kierunku dosyłowym do abonenta.

Standaryzacja

Standaryzacja cyfrowych pętli lokalnych rozpoczęła się (1981 r.) od zaleceń dla sieci ISDN (technologia IDSL), a podstawowe specyfikacje dla przekazów w technologii ADSL zostały sformułowane przez ANSI jako standard T1.413. Wielokrotne modernizacje i adaptacja tych zaleceń do warunków europejskich prowadzone przez ETSI, ATM Forum i DAVIC (Digital Audio Visual Council) doprowadziły (1994 r.) do ustalenia zasadniczych kierunków rozwoju architektury systemów ADSL, protokołów i interfejsów dla większości aplikacji ADSL. Ze względu na ciągły rozwój technologii standaryzacja nie jest zakończona ostatecznie.

Przekazy multimedialne

Sieć z ofertą usług multimedialnych obejmuje trzy elementy infrastruktury telekomunikacyjnej:

• węzły sieci odpowiedzialne za produkcję, magazynowanie i dostawę programów z wideotek, łącznie z transmisją programów stacji telewizyjnych działających w czasie rzeczywistym;
• szerokopasmową sieć transportową z komutacją przekazów cyfrowych, opartą na technice synchronicznej SDH (Synchronous Digital Hierarchy) lub asynchronicznej ATM (Asynchronous Transfer Mode);
• dostępową sieć abonencką realizowaną nie tylko przez duże korporacje telekomunikacyjne (telekomy), ale również przez lokalnych operatorów telewizji kablowej i bezprzewodowej.

Technologie dostępu abonenckiego

Architektura sieci multimedialnych

Obecnie dostępnych jest kilka technologii umożliwiających włączenie abonenta zdalnego do szerokopasmowej sieci transportowej ATM, SDH/SONET z zapewnieniem pracy interaktywnej. Wybór odpowiedniej technologii zależy od tego, czy istniejąca sieć abonencka jest oparta na skrętce miedzianej, światłowodzie lub kablu współosiowym, czy też jest potrzebna - budowana od podstaw - sieć bezprzewodowa.

Do najczęściej używanych technologii w abonenckich sieci dostępowych należą:

• ISDN (Integrated Services Digital Network) - wąskopasmowa technologia dostępu cyfrowego, dysponująca dwoma kanałami typu B (128 kb/s), umożliwia w ograniczony sposób korzystanie z usług wideotelefonicznych i organizowanie wideokonferencji. Przekaz obrazów z pełnym ruchem oraz aplikacje innych usług multimedialnych wymagają stosowania przepływności wyższych, co najmniej 384 kb/s (6 kanałów typu B) - zwykle w obydwu kierunkach transmisji;
• FITL (Fiber in the Loop) - wiele odmian technologii światłowodowej adresowanej do operatorów telekomunikacyjnych doprowadzających włókna światłowodowe bezpośrednio w pobliże abonenta (FTTC - Fiber in the Curb, FTTB - Fiber in the Building, FTTD (Fiber to the Desk), FTTH - Fiber in the Home, FTTO - Fiber in the Office, FTTZ - Fiber in the Zone). Technologia FITL obejmuje dystrybucję przez pasywne węzły optyczne PON (Passive Optical Network) i aktywne AON (Active Optical Network);
• HFC (Hybrid Fiber Coax) - technologia hybrydowa przeznaczona dla operatorów telewizji kablowej. Rozszerza dystrybucję usług w kablowej sieci współosiowej CATV (Cable TV) o kanał zwrotny i umożliwia interakcję abonenta;
• ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) - technologia sieci abonenckiej oparta na zwykłej miedzianej linii telefonicznej w celu uzyskania przepływności do 8 Mb/s. Najbardziej zaawansowaną odmianą tej technologii jest VDSL (Very high speed DSL), przenosząca na niewielkich odległościach strumienie cyfrowe do szybkości ponad 52 Mb/s;
• WLL (Wireless Local Loop) - najnowsza, szerokopasmowa technologia bezprzewodowa, stosowana na obszarach o małym zaludnieniu, z pasmem zwrotnym wykorzystującym już istniejące usługi wąskopasmowe.

Technologia ADSL

Różnorodność przekazów DSL

Technologia ADSL jest jedną z cyfrowych technologii DSL umożliwiających szerokopasmowy i asymetryczny dostęp abonentów do publicznych sieci telekomunikacyjnych i Internetu w sytuacjach, gdzie już istnieje tradycyjna abonencka sieć miedziana (skrętka linii telefonicznej), a budowa od podstaw nowoczesnych światłowodowych linii opartych na technologiach FITL nie jest uzasadniona ekonomicznie.

Istnieje kilka odmian systemu ADSL o różnej przepływności binarnej:

• najstarsza wersja ADSL-1 - pozwala na transmisję do abonenta z szybkością 1,536 Mb/s (T1) lub 2,048 Mb/s (E1) z kanałem zwrotnym 16 kb/s po łączach abonenckich nie dłuższych niż 5,5 km;
• wersja ADSL-2 (1992 r.) - osiąga szybkość dosyłową 3,072 Mb/s lub 3,096 Mb/s i kanałem zwrotnym 64 kb/s na maksymalną odległość 3,7 km;
• najszybszy z dotychczasowych systemów - ADSL-3 - pracuje z szybkością 6,144 Mb/s (wersja europejska 8,448 Mb/s) podczas przekazów w kierunku abonenta, z kanałem powrotnym o przepływności do 576 kb/s (640 kb/s). Umożliwia transmisję do abonentów położonych w odległości nie większej niż 2,5 km. W sieciach ADSL-3 są stosowane zarówno standardy MPEG-1 (1,5 Mb/s), jak też strumienie MPEG-2, umożliwiające uzyskiwanie obrazów o telewizyjnej jakości.

Typowa aplikacja łącza ADSL

W technologii ADSL, korzystając z istniejących łączy telefonicznych można w ograniczonym zasięgu (maks. 5,6 km) uzyskać w kierunku abonenta przepływność od 1,5 Mb/s do 6-8 Mb/s. Połączenia w kanale cyfrowym ADSL mogą być zestawiane wyłącznie ze stanowiskami (pracy, przekazów wideo i TV) uprzednio uzgodnionymi z operatorem usług lub bezpośrednio zestawiane przez Internet. Wybranie odpowiedniej sieci, rodzaju usługi i funkcji z przedstawionej oferty dokonuje abonent za pomocą kanału zwrotnego.

Firmowa aplikacja dostępu A1000 ADSL (Alcatel Telcom)

Zaletą systemu ADSL jest optymalne wykorzystanie istniejących zasobów telekomunikacyjnych opartych na sieci abonenckiej i rozdzielczej, zbudowanych w całości z miedzianych linii telefonicznych. Przy inicjalizacji połączenia system automatycznie sprawdza maksymalną szybkość transmisji dostępną w każdym podpasmie kanału i ustala na bieżąco sumaryczną wartość przepływności użytkowej kanału w bezpiecznych marginesach, z uwzględnieniem istniejących zakłóceń. Optymalizacja przepływności łącza jest powtarzana przed każdą kolejną transmisją.

Zasadniczą wadą systemu ADSL jest wielokrotnie mniejsza szybkość transmisji w porównaniu z systemami opartymi na szerokopasmowych światłowodowych łączach abonenckich, przy stosunkowo wysokim koszcie urządzeń wspomagających.

Technologia HDSL (SDSL)

Podstawowa forma komunikacji HDSL (High Digital Subscriber Line

Technologia cyfrowego łącza abonenckiego o dużej przepływności HDSL (High bitrate Digital Subscriber Loop) umożliwia przesyłanie danych zwykłą dedykowaną linią telefoniczną (bez komutacji) z szybkością 2 Mb/s (2048 kb/s) lub udostępnienie do 30 kanałów telefonicznych, każdy o przepływności 64 kb/s. Zwykły kabel telefoniczny do tej pory stosowany do przyłączenia jednego lub dwóch pojedynczych abonentów telefonicznych lub połączenia lokalnej centralki abonenckiej PABX z centralą miejską może być wykorzystywany w technologii HDSL na dystansie od kilku do kilkunastu kilometrów, bez konieczności stosowania wzmacniaczy pośrednich (regeneratorów sygnału). Zastosowanie regeneratorów sygnałów liniowych zwiększa standardowy zasięg działania systemu HDSL o około 70 proc.

Najstarsza i najprostsza wersja symetrycznego łącza nazwana SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line) i zapewniająca przepływność 384 kb/s w obydwu kierunkach za pomocą pojedynczej skrętki miedzianej jest stopniowo wypierana przez szybsze łącza HDSL (2 Mb/s).

Przepływność 2 Mb/s uzyskuje się najczęściej za pomocą efektywnych modulacji z kodowaniem 2B1Q (o skuteczności widmowej 2 b/s/Hz), CAP 64 lub CAP128 (Carrierless Amplitude Phase Modulation).

Konfigurowanie łącza

Łącze cyfrowe HDSL było początkowo zestawiane za pomocą trzech, następnie dwóch, a ostatnio (1997 r.) już tylko przez jedną parę skręconych przewodów miedzianych z dwukierunkową przepływnością 2048 kb/s. Minimalna konfiguracja systemu transmisji w technologii HDSL obejmuje dwa identyczne pod względem funkcji urządzenia po obydwu stronach łącza, z których jedno jest instalowane po stronie użytkownika (modem HDSL), a drugie u operatora sieci. Rozwiązania konstrukcyjne obydwu urządzeń są zwykle odmienne: centralowe obsługuje zwykle kilku użytkowników od strony systemu komutacji, zdalne jest przeznaczone dla niewielkiej grupy lub pojedynczego abonenta sieci.

Zasady transmisji

Zasada działania łącza HDSL (dwie pary)

W systemie HDSL opartym na dwóch symetrycznych skrętkach strumień informacji cyfrowej o przepływności 2,048 Mb/s jest dzielony dla każdego z kierunków na dwa jednakowe strumienie - zawierające po 1024 kb/s informacji użytkownika - przesyłane równolegle i równocześnie w obu kierunkach przy użyciu dwóch par przewodów. Zastosowana po obydwu stronach łącza technika kompensacji echa umożliwia prowadzenie w pełni dupleksową transmisję cyfrową dla każdej z par oddzielnie.

Technika kodowania

Charakterystyki widmowe różnych technik kodowania

Działanie urządzeń HDSL zostało oparte na dwu różnych sposobach kodowania sygnału cyfrowego w linii: typu 2B1Q stosowanego w pierwszych konstrukcjach tych urządzeń oraz typu CAP 64, CAP 128 (Carrierless Amplitude Phase Modulation) zapewniających bardziej wydajne charakterystyki widmowe transmitowanego sygnału w linii. Istotny parametr urządzeń w technologii HDSL - jakim jest zasięg poprawnego działania - wynika głównie z charakterystyk widmowych transmitowanych sygnałów uzyskiwanych przy różnych technikach kodowania.

Aplikacje HDSL

Najczęściej stosowane systemy HDSL działają za pomocą dwóch par przewodów symetrycznych i wykorzystują technikę kodowania 2B1Q lub bardziej nowoczesną technologię CAP 64, CAP128 - zgodne ze standardem ETSI (CAP Annex). Systemy w tym standardzie zapewniają dwukierunkową transmisję FDX (Full Duplex) z przepływnością 2048 kb/s na potrzeby telefonii lub sieci cyfrowej ISDN, a także przekaz sygnału o regulowanej przepływności nx64 kb/s (gdzie n=1,...30).

Łatwa i prosta instalacja tych urządzeń przyniosła największe korzyści przy wdrażaniu systemów transmisyjnych HDSL w następujących zastosowaniach:

• tworzenie łączy nx64 kb/s (do pełnych 2 Mb/s) w łączach bezpośrednich i dzierżawionych;
• dostęp do grupy pierwotnej PRA ISDN;
• zwiększenie (koncentracja) liczby abonentów przyłączonych za pomocą multiplekserów przez jedną linię telefoniczną;
• realizacja połączeń pomiędzy mobilnymi stacjami bazowymi (sieci komórkowych), także połączeń pomiędzy sieciami lokalnymi transmisji danych (LAN-LAN connection
• realizacja połączeń sieci i systemów lokalnych (telefonicznych, PABX, LAN) z sieciami rozległymi (WAN, Internet) i publicznymi PSTN;
• zastępowanie uciążliwych w utrzymaniu (i wymagających regeneratorów) międzycentralowych traktów cyfrowych PCM zrealizowanych w technologii HDB3;
• tworzenie rezerwowych dróg obejściowych dla narażonych na uszkodzenia łączy i odcinków kabli światłowodowych (backup).

Urządzenia HDSL w Polsce

Urządzenia w technologii HDSL stały się popularne głównie za sprawą mniejszych firm telekomunikacyjnych, specjalizujących się w urządzeniach transmisji, takich jak: Ascom, ECI Telecom, Orkit, Pairgain Technologies, SAT Groupe Sagem, Schmid Telecom, Tadiran Telecommunication i innych. Dla wszystkich urządzeń w technologii HDSL są wymagane atesty (homologacje) urządzeń HDSL, zapewniające poprawną pracę z różnymi typami central elektronicznych miejskich i abonenckich, działających zgodnie z zaleceniami standardów G.703, G.704 i V.35. Przy stosowaniu urządzeń HDSL w sieciach wewnętrznych (prywatnych) atesty urządzeń są zbędne.

Zorganizowana przez TP SA (1997 r.) oferta przetargowa na dostawę na potrzeby telekomunikacji kilku tysięcy urządzeń klasy HDSL (2 Mb/s) zgromadziła kilkanaście ofert, z których w drodze konkursu wyłoniono 6 firm startujących w trzech kategoriach tych urządzeń:

• w kategorii łączy dwuparowych z kodowaniem 2B1Q, firmy: Schmid Telecom (WATSON II), Tadiran Telecommunications (TadiGain 5000), ECI Telecom (ExLine2), Orkit;
• w kategorii łączy dwuparowych z kodowaniem CAP 64: Schmid Telecom (WATSON 3), Ascom (COLT-2);
• w kategorii łączy jednoparowych z kodowaniem CAP 128: Schmid Telecom (WATSON 4), Alcatel CAP128.

Produkty w tej technologii, stanowiące raczej uzupełnienie już funkcjonujących systemów światłowodowych i systemów komutacji (centrale), oferują również koncerny telekomunikacyjne działające w Polsce:

• Siemens, z uniwersalnym systemem ULAF-2 integrującym technologię HDSL (9,7 km) z transmisją światłowodową przez tory dwuwłóknowe (70 km) i jednowłóknowe (18 km);
• Lucent Technologies, z systemem HDSL Prime Link (kodowanie 2B1Q, zasięg 9,8 km, dwie pary);
• Alcatel, z urządzeniami HDSL dla linii miedzianych z kodowaniem CAP 128, wymagającym tylko jednej pary przewodów do transmisji z szybkością 2 Mb/s.

Technologia RADSL

Adaptacyjna wersja asymetrycznego dostępu, nazwana RADSL (Rate Adaptive DSL), pozwala na automatyczne dopasowanie się współpracujących modemów do przepływności aktualnie dostępnych w torze transmisyjnym. Jest to najbardziej efektywna forma przekazu przez istniejące kanały informacyjne z przepływnością zmieniającą się dynamicznie, nawet w trakcie korzystania z konkretnej usługi telekomunikacyjnej.

W modemach wykonanych w technologii CAP programowa zmiana liczby bitów informacyjnych przypadających na jeden zakodowany symbol (od 3 do 8 bitów), w połączeniu ze zmienną szybkością modulacji symboli (360, 656, 952 Bd), umożliwia dostrojenie szybkości transmisji - dyskretnymi krokami co 320 kb/s - do optymalnej przepływności kanału. Dla pasma dosyłowego "w dół" - w zakresie szybkości od 680 kb/s do maksymalnej 7,616 Mb/s, natomiast dla pasma interakcyjnego "w górę" - również krokami w granicach od 136 kb/s do 1,088 Mb/s.

Procedura adaptacyjna przepływności w modemach wykonanych w technologii DMT umożliwia dostosowanie szybkości użytkowej w każdym podkanale oddzielnie.

Technologia CDSL

Najnowsza forma powszechnego asymetrycznego dostępu CDSL (Consumer DSL), lansowana od niedawna przez Rockwella jako technologia Lite DSL, jest przewidywana dla klientów o umiarkowanych potrzebach komunikacyjnych. W technologii CDSL maksymalna szybkość transmisji "w dół" do abonenta wynosi 1 Mb/s, natomiast interakcja użytkownika nie przekracza 128 kb/s. W odróżnieniu od innych technologii DSL, integrujących głos z przekazem danych, modemy wykonane w technologii Lite DSL nie potrzebują wydzielonej przystawki abonenckiej (set-top-box) do jednoczesnej transmisji mowy i danych, co upodabnia je do stosowanych do tej pory klasycznych modemów analogowych.

Technologia VDSL

Technologia VDSL (Very High Digital Subscriber Line) umożliwia tworzenie asymetrycznych, abonenckich łączy cyfrowych klasy DSL o bardzo wysokiej przepływności, wykonanych przy użyciu kabli światłowodowych. Przepływność w kierunku abonenta osiąga 52 Mb/s (12,96 Mb/s, 25,92 Mb/s, 51,84 Mb/s), a zakres zmian przepływności w górę waha się od 2 Mb/s do 20 Mb/s (typowo wynosi 6,4 Mb/s na dystansie 350 m).