Výukový program: Moderní komunikační technologie. Modul 5: Přístupové sítě. Ing. Přemysl Mer

Transkript

1

2 Výukový program: Moderní komunikační technologie Modul 5: Přístupové sítě Ing. Přemysl Mer

3 Výukový program: Moderní komunikační technologie 1 5 Přístupové sítě Cíl modulu: zařazení přístupové sítě do architektury telekomunikační sítě základní typy přístupových sítí základní parametry jednotlivých typů přístupových sítí aplikace, služby a využití přístupových sítí Návod na práci s modulem: Jednotlivé kapitoly tohoto modulu jsou zpřístupněny prostřednictvím záložek. Bližší vysvětlení některých zkratek a odborných termínů je dostupné pomocí hypertextového odkazu. Každá podkapitola má osnovu a stručnou anotaci. Osnova: 5.1 Přístupové metody používané v přístupových sítích 5.2 Rozhraní mezi přístupovou sítí a místní ústřednou 5.3 Přenosová technologie typu xdsl 5.4 Optické přístupové sítě 5.5 Úzkopásmové optické sítě 5.6 Multifunkční širokopásmové sítě 5.7 Rádiové přístupové sítě 5.8 Systémy standardu a S nástupem moderních komunikačních technologií se mění požadavky na charakter a vlastnosti telekomunikačních sítí. Změny v architektuře sítí a jejich hlavní vlastnosti jsou vyvolané novými nároky ze strany uživatelů, ale také ze strany síťových operátorů. Mezi nejvýznamnější faktory ovlivňující architekturu patří: Nárůst počtu účastníků a jejich požadavky na zavádění nových služeb. Prudký nárůst požadavků na objem datových komunikací. Nárůst nároků na zabezpečení personální mobility. Podpora vzniku konkurenčního prostředí demonopolizací služeb telekomunikačních operátorů. Na zabezpečení nejen všech výše uvedených požadavků se struktura moderních telekomunikačních sítí člení na tyto části (obr. 5.1): Síť koncových zařízení koncové zařízení (terminály) a přenosová síť k rozhraní. Přístupová síť přístup terminálu ke spojovací síti. Spojovací síť propojovací funkce. Transportní síť propojení všech spojovacích uzlů Signalizační síť výměna řídících informací.

4 2 Modul 5: Přístupové sítě Inteligentní síť funkční rozšíření k poskytování služeb celosíťového charakteru. Telekomunikační řídící síť TMN (Telecommunication Management Network) integrace jednotlivých dohledových a řídících systémů všech síťových prvků. Inteligentní síť T N M Signalizační síť Transportní síť Spojovací síť Přístupová síť Obr. 5.1 Architektura telekomunikační sítě Přístupová síť (AN - Access Network) je hierarchicky nejnižší, ale významnou částí moderní telekomunikační sítě. Na přenos signálů mezi koncovými body přístupové sítě a spojovací sítě používá všechny druhy přenosových médií, metalické, optické i rádiové. Logická architektura přístupové sítě (obr. 5.2) s ohledem na to, že jedna z úloh je koncentrace provozu z účastnických terminálů do spojovací sítě, je stromová nebo hvězdicová. Je tedy možné ji rozdělit na dvě úrovně, primární a sekundární. Primární úroveň zabezpečuje transport informačního toku společným přenosovým prostředím mezi jednotku zakončení LT (Line Termination) a distribučním bodem DP (Distribution Piont). Sekundární síť zabezpečuje transport toků k zakončení přístupové sítě NT (Network Termination), ke které jsou přes účastnická rozhraní připojena koncová zařízení. Rozhraní DP NT NT LT DP Spojovací síť NT Primární síť Sekundární síť Síť koncových zařízení Obr. 5.2 Všeobecná architektura přístupové sítě Funkční architekturu přístupové sítě představuje soubor nepostradatelných funkcí, které vykonává přístupová síť. Patří mezi ně přenosové funkce, funkce systémových portů, funkce účastnických portů a společné funkce.

5 Výukový program: Moderní komunikační technologie Přístupové metody používané v přístupových sítích Anotace: V této kapitole budou vysvětleny nejpoužívanější metody přístupu na společné přenosové médium ve všech typech přístupových sítí. Některé metody jsou charakteristické jen pro určitý druh přenosového média, často se používají i kombinace dvou přístupových metod. Osnova: Přístupová metoda TDMA Frekvenčně dělený vícenásobný přístup FDMA Vlnově dělený vícenásobný přístup WDMA Přístupová metoda SCMA Přístupová metoda CDMA V telekomunikačních sítích, bez ohledu na přenosová média, je nutné zabezpečit efektivní využití přenosové kapacity. Každá metoda vícenásobného přístupu na společné médium rozděluje přenosovou kapacitu na části, které přidělují jednotlivým spojením. Přístupové metody můžeme rozdělit na metody stochastické, využívající náhodný proces jako metodu přístupu, což zvyšuje riziko vzniku kolize, metody s minimalizaci kolize, které používají částečné řízení přístupu na přenosové médium a metody deterministické, které zabezpečují bezkonfliktní přidělování přístupového práva Přístupová metoda TDMA Časově dělený vícenásobný přístup přiděluje přenosovou kapacitu v časově dělených kanálových intervalech. Principiálně vychází z časově děleného multiplexu TDM (Time Division Multiplex), který předpokládá vytvoření přenosové relace typu bod bod bez potřeby řídit přístup na přenosové médium. Při nárocích na vytvoření relace bod více bodůje třeba doplnit mechanismus multiplexování částečných toků o procedury, které zabezpečují časově dělený vícenásobný přístup na přenosové médium tedy TDMA (Time Division Mmultiplex Access). Multiplexování údajů z jednotlivých terminálů do společného toku směřujícího k centrálnímu uzlu mohou být: Bitově orientované datový tok se vytváří multiplexováním příspěvkových bitů jednotlivých terminálů. Blokově orientované uživatelské data jsou seskupené v blocích navzájem oddělených mezerou buď s pevným přidělením přenosové kapacity nebo s dynamickým přidělováním kapacity. Na obr 5.3 je jednoduchá síť se stromovou architekturou, která zabezpečuje obousměrný přenos mezi centrálním uzlem N a terminály A, B, C, kde předpokládáme rámcově orientovaný přístup s pevně přidělenou přenosovou kapacitou. Ve směru N A,B,C (bod více bodů) je použitý jednoduchý časový multiplex TDM. Při použití synchronního přenosového módu probíhá přenos v rámcích začínající kanálovým intervalem nesoucím slovo rámcové synchronizace (S), podle které se terminály synchronizují a každý má potom přidělený příslušný kanálový interval. V opačném směru je třeba sestavit podobný rámec na vstupu přijímače centrálního uzlu.

6 4 Modul 5: Přístupové sítě A A TDM S A B C A B B A B C N N S A B C S A B C B C C TDMA S A B C C Obr. 5.3 Princip TDMA Frekvenčně dělený vícenásobný přístup FDMA Frekvenčně dělený vícenásobný multiplex FDMA (Frekvency Division Multiplex Access) pracuje podobně jako frekvenčně dělený multiplex FDM (Frekvency Division Multiplex), pro dělení celkové kapacity přenosového média používá větší počet frekvenčně dělených segmentů. Každý segment je pevně přiřazený jednomu přenosovému kanálu. Vzhledem ke stabilitě frekvence je potřeba vynechat mezi jednotlivými segmenty ochranné frekvenční pásmo, což snižuje efektivitu využití kapacity kanálu. Metoda FDMA není taky vhodná pro současné vysílání dat ke všem účastníkům (tzv. Broadcast). Její hlavní použití je v oblasti rádiových přístupových systémů. Technika frekvenčního multiplexu se často používá v kombinaci s jinými metodami (TDMA, WDMA...) Vlnově dělený vícenásobný přístup WDMA Vlnově dělený vícenásobný přístup WDMA (Wavelength Division Multiplex Access) využívá na přenos jednotlivých kanálů různé optické vlnové délky. V nejjednodušším případě se používá optický vlnový multiplex na oddělení dopředné a zpětné přenosové cesty, přičemž každá probíhá v jiné vlnové délce. Pro vytvoření vícekanálového přenosového systému je třeba vytvořit větší počet optických nosných umístěných v optickém okně. Podobně jako při frekvenčně děleném přístupu FDMA je možné na společném médiu vytvořit spojení bod bod nebo bod více bodů Přístupová metoda SCMA Přístupová metoda SCMA (SubCarrier Multiple Access) využívá principy frekvenčně děleného vícenásobného přístupu v elektrické i optické oblasti. Jednotlivé přenášené kanály jsou, stejně jako u FDMA, modulované na elektrické subnosné frekvence, které následně modulují optické nosné. Metody SCMA se dělí na jedno nebo vícekanálové. Možnosti použití ovlivňuje požadovaná hodnota odstupu signál šum. Použití přístupové metody je vhodné nejlépe v případech, kdy optickou trasu nahradí rádiová část.

7 Výukový program: Moderní komunikační technologie Přístupová metoda CDMA Přístupová metoda CDMA (Code Division Multiplex Access) patří do metod pracujícím s rozprostřeným spektrem. Na rozdíl od TDMA a FDMA, které využívají časovou nebo frekvenční oblast, používají při metodě CDMA všechny terminály stejnou frekvenční i časovou oblast. Jednotlivé kanály se oddělují přiřazením specifického kódové slova každému spojení. Kódové slovo obsahuje n bitů, které se nazývají Chips. Hodnota n definuje tzv. faktor rozprostření nebo taky systémový zisk (Spread Factor). Přenos kódových signálů vyžaduje podstatně větší šířku pásma než přenos signálů s použitím jiných přístupových metod. Podstatnou výhodou je minimalizace rizika příjmu signálu neoprávněným přijímačem. Přístupové metody CDMA se nejčastěji používají v rádiových přístupových systémech. FDMA TDMA Časová okna N B N Frekvence... 3 B 3 B Frekvence N B 2 1 B 1 T s t t kód CDMA... kód N N čas kód kód 1 1 frekvence Obr. 5.4 Přístupové metody

8 6 Modul 5: Přístupové sítě Otázky k zamyšlení 1. Jaké znáte nejpoužívanější přístupové metody? 2. Které metody se používají na které přenosové média?

9 Výukový program: Moderní komunikační technologie Rozhraní mezi přístupovou sítí a místní ústřednou, skupina protokolů rozhraní V 5 Anotace: V této kapitole budou vysvětleny základní typy a parametry rozhraní V 5, které je standardizováno jako rozhraní pro přístupové sítě. Osnova: Linková vrstva protokolu V Síťová vrstva protokolu V 5 Jednou ze základních požadavek při koncepci přístupové sítě je systémová nezávislost na technologii účastnického spojovacího systému. To předpokládá použití standardního mezinárodně normalizovaného rozhraní mezi oběma systémy. Rozhraní je situováno do referenčního bodu V, který leží mezi modulem zakončení digitálního spojovacího systému ET (Exchange Termination) a modulem linkového rozhraní na přenosové prostředí LT (Link Termination) obr 5.5 Místní spojovací systém U LT V ET Obr. 5.5 Referenční bod V V úzkopásmové ISDN je několik typů digitálních rozhraní V: V 1 rozhraní digitální účastnické přípojky základního přístupu, V 2 rozhraní pro připojení vzdálené úč. jednotky RSU (Remote Subscriber Unit), V 3 rozhraní digitální privátní ústředny primárním multiplexem, V 4 rozhraní digitálního multiplexního přenosového systému s kapacitou 12xBRA (Basic Rate Access), V 5 připojení zařízení, které umožňuje připojit analogové i digitální účastnické přípojky přes multiplexní digitální trakt případ přístupové sítě. Všechny rozhraní V s výjimkou V 1 pracují na fyzické vrstvě s multiplexním tokem PCM (Pulse-Code Modulation) 1. řádu s přenosovou rychlostí 2,084 Mb/s (označuje se E1) Po funkční stránce musí rozhraní V5 zabezpečit přenos pro tyto informační toky: informační kanály, signalizační kanály D pro BRA nebo PRA (Primary Rate Access), signalizaci analogových účastnických přípojek,

10 8 Modul 5: Přístupové sítě řídící informace pro řízení účastnických portů, řídící informace pro řízení přístupové sítě. Navíc může rozhraní V 5 podporovat dynamické přidělování volného kanálového intervalu a zvyšování spolehlivosti přenosu řídících informací rozšířeným řízením komunikačních kanálů. Architektura rozhraní V 5 je na obr V současnosti jsou definované dva typy rozhraní V 5. Rozhraní V 5.1 je jednoduché vytvořené jedním multiplexním tokem E1 bez možnosti koncentrace, rozhraní V 5.2 logicky kombinuje do jediného logického celku větší počet digitálních okruhů se strukturou E1. BRA D B 1 B 2 S/T Informační kanály PRA D B 1... B 30 S 2M. BRA AP Místní ústředna Sig. B BKS Rozhraní V5 Řídící kanály Obr. 5.6 Architektura rozhraní V 5 Přenos informací probíhá na úrovni prvních třech vrstev referenčního modelu OSI. Na fyzické vrstvě je definovaný fyzický kanál 64 kb/s jako součást toku 2 Mb/s. Počet fyzických kanálů vyhrazených na přenos řídících informací a signalizace závisí na počtu připojených digitálních okruhů. Většinou stačí 3-4 kanály na celé rozhraní. Aktivní fyzický komunikační kanál má přiřazené logické komunikační kanály. Logické kanály vytváří jedna nebo více různých komunikačních cest, které představují logické spojení na úrovni druhé vrstvy mezi koncovými body jednotlivých služeb. Na úrovni linkové vrstvy (vrstvy L2) probíhá přenos údajů specializovaným protokolem LAPV5 (Link Access Procedure V5), který se částečně liší od podobných protokolů jako LAPD, LAPB. Informační pole protokolu druhé vrstvy nese protokolové zprávy síťové vrstvy L3. Architektura protokolů na rozhraní V 5 je podobná pro obě varianty, v případě V 5.1 chybí protokoly pro dynamické přidělování kanálů a přídavné řízení signalizačních kanálů Linková vrstva protokolu rozhraní V 5 Linková vrstva protokolu V 5, tedy LAPV5 (Link Access Procedure V5) se člení do třech podvrstev: Podvrstva funkcí obálky LAPV5 EF (Envelope Function Sublayer) Podvrstva všeobecné linkové vrstvy LAPV5 DL (Data Link Sublayer)

11 Výukový program: Moderní komunikační technologie 9 Podvrstva pro transparentní přenos rámců LAPV5 FR (Frame Relay Sublayer) Podvrstva obálky vytváří z přenášených údajů rámce (složen z oktetů) se standardním úvodním a koncovým návěštím, kontrolním 16-bitovým součtem FCS (Frame Check Sequence) a přídavným řídícím polem. Do informačního pole s délkou oktetů se vkládají zprávy z ostatních dvou podvrstev. Tab. 5.1 Formát rámce LAPV5 - EF Návěští (7E H ) Adresa EF 0 EA=0 Adresa EF EA=1 INFO FCS FCS Návěští (7E H ) Podvrstva všeobecné linkové vrstvy LAPV5 DL doplňuje přenášenou zprávu o standardní záhlaví, které tvoří adresové pole s délkou dva oktety a řídící pole. Vzniknou tak dva typy rámců, a to řídící rámec, který neobsahuje informační pole a slouží jako dohledový a informační rámce, který informační pole obsahuje a do něj se potom vkládají protokoly síťové vrstvy Síťová vrstva protokolu rozhraní V 5 Do informačního pole rámce LAPV5 DL se vkládají protokolové zprávy nadřízené vrstvy. Formát záhlaví zprávy obsahuje tyto prvky: diskriminátor protokolu s délkou jeden oktet, adresa s délkou dva oktety, typ zprávy s délkou jeden oktet, přídavné informační prvky pokud jsou potřebné. Prvky se pak liší podle toho, k jakému částečnému protokolovému souboru patří. Obecně však tyto protokoly zajišťují sestavení, uvolnění a řízení spojení v přístupové síti, přenos řídících informací, vytváření komunikačních cest mezi účastnickými porty, a to jak analogovými, ale i digitálními, a ústřednou přes přístupovou síť. Otázky k zamyšlení 1. Charakterizujte jednotlivé typy rozhraní V? 2. Jaké funkce plní síťová a linková vrstva u rozhraní V 5?

12 10 Modul 5: Přístupové sítě 5.3 Přenosová technologie typu xdsl, digitální přípojky IDSL, ADSL, VDSL, BDSL Anotace: V této kapitole budou představeny základní vysokorychlostní technologie, které se používají na metalických vedeních, z rodiny digitálních účastnických přípojek. K nejpoužívanějším dnes patří HDSL, ADSL a VDSL. Osnova: Digitální účastnická přípojka typu IDSL Digitální účastnická přípojka typu HDSL Digitální účastnická přípojka typu ADSL Digitální účastnická přípojka typu VDSL Digitální účastnická přípojka typu BDSL Vývoj technologie digitální účastnické přípojky DSL (Digital Subscriber Loop) směřuje od obyčejného DSL na základní přístup ISDN až po vysokorychlostní typy přístupů na multimediální aplikace. Mimo poskytování šířky přenosového pásma je možné přístupové technologie rozčlenit na přípojky symetrické, které poskytují v obou směrech přenosu stejnou kapacitu, a nesymetrické s přenosovou kapacitou rozdělenou tak, že ve směru síť účastník poskytuje větší kapacitu, než ve směru opačném. Na metalických párech se používají i tyto přenosové technologie: Digitální účastnická přípojka základního přístupu IDSL (ISDN DSL). Přenosový systém HDSL (High-bitrate DSL), a jeho modifikace SDSL (Single-line DSL). Asymetrická účastnická přípojka ADSL (Asymetrical DSL). Vysokorychlostní účastnické přípojky VDSL (Very high-bitrate DSL). Digitální účastnická přípojka s funkcí distribuce TV/R signálů BDSL (Broadcast DSL) Digitální účastnická přípojka typu IDSL Digitální účastnická přípojka základního přístupu ISDN-BRA, kterou ukazuje zjednodušený referenční model na obr. 5.7, představuje přenosové prostředí mezi přípojným místem účastnického terminálu (rozhraní S) a spojovací sítí (linkové zakončení LT). Přístupová sekce digitální přípojky je definovaná mezi referenčními body V1 a T, přenosové prostředí probíhá LT a NT1. Přenosovým médiem je metalické dvojdrátové vedení, přes které probíhá přenos rychlostí 160kb/s v plném duplexu. Použitá technologie umožňuje provoz plně symetrického toku po běžném vedení do délky km. V1 U T S ET LT NT1 NT2 TE Obr. 5.7 Zjednodušený referenční model přípojky BRA

13 Výukový program: Moderní komunikační technologie Digitální účastnická přípojka typu HDSL Zařízení HDSL patří do kategorie datových měničů signálu v základním pásmu s potlačenou stejnosměrnou složkou. HDSL systémy se používají pro přenos dat s maximální přenosovou rychlostí E kbit/s (nebo T1 specifikováno podle ANSI) po nestíněných metalických párech v místních kabelech. Pro přenos bitového toku se u HDSL používá linkový kód 2B1Q. Při jejím použití již není možno na stejném symetrickém páru souběžně využívat ISDN nebo telefonní frekvenční pásmo. Doporučení připouští alternativně modulaci CAP, pomocí které se dociluje většího překlenutelného útlumu a u níž lze pro přenos využít pouze jednoho páru. Při použití CAP je možné souběžně využívat na stejném vedení telefonní pásmo nebo ISDN. Nicméně v České republice i v celé Evropě má převahu využívání HDSL s kódem 2B1Q. Přenos digitálního signálu probíhá v místní rozvodné síti telefonních kabelů (symetrických párech) označovaných jako vedení DLL (Digital Local Loop). HDSL umožňuje plně duplexní přenos dat, který je dosažen použitím metody potlačování ozvěn EC (Echo Cancellation). Duplexní symetrický přenos je možné realizovat pomocí dvou nebo tří párů vedení DLL. V tabulce 5.2 je uvedeno srovnání některých parametrů pro 2 a 3 páry HDSL. Tab. 5.2 Porovnání HDSL na 2 a 3 párech páry TU-12 v p Služební kanál [kbit/s] [kbit/s] [kbit/s] v p v m [kbit/s] [kbit/s] [150kHz] db db A HDSL je symetrický širokopásmový přenosový systém. To znamená, že datové rychlosti pro upstream a downstream jsou stejné. Požaduje dva metalické páry pro T1 bitové rychlosti a dva nebo tři páry pro E1 bitové rychlosti jak je vidět na obr Místní síť Internet/ Společná síť Server Směrovač s HDSL rozhraním 2 nebo 3 metalické páry (2 páry pro T1 3 páry pro E1) Místní ústředna (T1/E1, rozdělovací a slučovací multiplexor) Přepínač Směrovač Obr. 5.8 Architektura HDSL Typický dosah takových systémů je okolo 2,7 až do 3,6 km. HDSL byla zpočátku užívána telekomunikacemi na E1 služby ve většině případů pro propojení PBX.

14 12 Modul 5: Přístupové sítě HDSL neobsahuje podporu klasické telefonie, protože využívá pásmo frekvencí překrývající hlasové pásmo. Pro tento důvod je HDSL architektura z podstaty bez mikrofiltrů (splitter). Využití HDSL Při formování systémů HDSL se využilo zkušeností s přípojkami ISDN-BRA s tím, že cílem bylo nahradit existující linkové systémy s kódem HDB3 pro poskytování primárního přístupu ISDN-PRA výkonnějším a pokročilejším způsobem přenosu. Proto byly HDSL systémy dimenzované pro přenos signálů E1 přes PDH (Plesisynchronous Digital Hierarchy). HDSL je založeno na 2B1Q linkovém kódu, který dovolil dokonalejší využití frekvenčního spektra než u dřívějšího E1 linkového kódování založeném na AMI (Alternate Mark Inversion). Tento pokrok dovolil HDSL poskytnout stejné linkové rychlosti E1, ale bez jakýchkoli opakovačů. Nicméně HDSL využívá dvou párů jako tradiční E1 služby. Třípárové systémy HDSL umožňují překlenout větší vzdálenosti a jsou potřebné zejména v oblastech s řídkou zástavbou. Dvoupárové systémy naopak proti třípárovým efektivněji využívají přenosové prostředí všude tam, kde je nedostatek volných párů v kabelech. Provozní spolehlivost systémů HDSL však vzhledem k používaným adaptačním algoritmům silně závisí na šumových a přeslechových poměrech kabelů, na kterých jsou provozovány. To vede k tomu, že může docházet k zdánlivě neočekávaným poruchám přenosu. Tyto poruchy však mají vždy nějakou příčinu ve změně poměrů na kabelu způsobené např. nasazením jiného přenosového systému do provozu. Mezi hlavní výhody tedy patří malá šířka kmitočtového pásma a možnost přenosu na vzdálenost až šesti kilometrů bez opakovačů. V praxi se technologie HDSL používá především v těchto aplikacích: Připojení k pobočkové ústředně. Soukromé podnikové sítě. Vzdálený přístup k síti LAN. Spojení základnových stanic celulárních sítí Digitální účastnická přípojka typu ADSL ADSL se vyznačuje, jak už název napovídá, nesymetrií přenosových rychlostí. Ve směru k účastníkovi (downstream) se dosahuje přenosové rychlosti do 8 Mb/s. Pomalejší kanál směrem od účastníka (upstream) přenáší signály rychlostí až 1 Mb/s. ADSL podporuje násobky rychlostí 2,048Mb/s E1 pro Evropu respektive 1,544 Mb/s T1 pro USA. Aby byl umožněn současný provoz na stávající telefonní lince, je datový signál namodulován nad hovorové pásmo. ADSL modemy jsou tedy skutečně modemy (na rozdíl do HDSL měničů) pracující v zásadě na podobném principu jako analogové telefonní modemy. Díky kmitočtovému oddělení se tady dá souběžně s vysokofrekvenčním digitálním přenosem užívat, na tomtéž vedení, původní analogová telefonní služba POTS (Plain Old Telephone Service) nebo digitální základní přípojka ISDN-BRA. Koncové zařízení ADSL (ADSL modem) je nutné instalovat na obou stranách účastnického metalického vedení přes mikrofiltry (splitter) realizované jako dolní resp. horní pásmové propusti, které rozdělí v obou směrech přenosu přenášené pásmo na pásmo telefonního (nebo ISDN) kanálu a pásmo, určené pro přenos digitálního signálu s vyšší přenosovou rychlostí.

15 Výukový program: Moderní komunikační technologie 13 U ADSL přípojek se uvažovalo o používání jedné z těchto modulačních metod: QAM, CAP nebo DMT. Mezinárodně standardizována byla modulace DMT (Discrete Multi-Tone), což je typ modulace s více nosnými kmitočty (Multi-carrier Modulation). Celý přenosový kanál je ve frekvenční oblasti rozdělen do řady dílčích subkanálů. V každém dílčím kanálu probíhá kvadraturní amplitudová modulace QAM. V principu může být modulace DMT považována za skupinu dílčích systémů s kvadraturní amplitudovou modulací QAM pracujících současně a paralelně, z nichž každý pracuje se stejnou modulační metodou a téměř shodnou šířkou pásma, jako běžný telefonní modem. U ADSL je frekvenční pásmo 0 až 1,104 MHz rozděleno do 256 subkanálů číslovaných 0 až 255. Nosné kmitočty jednotlivých subkanálů jsou od sebe vzdáleny 4,3125 khz. Spodní část spektra je však využita pro telefonní kanál nebo ISDN-BRA. Subkanály obsazené těmito signály se proto nevyužívají. Pro vyřešení přenosu datových toků v obou směrech na jednom vedení se používá metoda frekvenčního dělení FDD s vyhrazenými pásmy s dělícím kmitočtem 138 khz nebo metoda potlačení ozvěny EC (Echo Cancelling), která umožňuje překrývání pásem ve směru k účastníkovi. Uvedené základní dělení pásma platí pro koexistenci s analogovou telefonní přípojkou (POTS), které vidíme na obr. 5.9 a 5.10 PSD [dbm/hz] POTS Download Upload 4 25, f [khz] 4,3125 khz Obr. 5.9 Obsazení frekvenčního spektra ADSL s POTS (FDM) PSD [dbm/hz] POTS Download Upload 4 25, f [khz] 4,3125 khz Obr Obsazení frekvenčního spektra ADSL s POTS (EC) Pro variantu s ISDN přípojkou se musí pásma posunout, aby se vytvořilo místo na pásmo pro přenos digitálního signálu v základním pásmu ISDN přípojky s modulační rychlostí 80 kbd. Začátek pásma ADSL upstream i downstream je až na 138kHz, konec pásma je na 1104 khz, jak vidíme na obr a Opět lze využít metodu frekvenčního dělení FDD nebo metodu potlačení ozvěny EC

16 14 Modul 5: Přístupové sítě PSD [dbm/hz] ISDN ADSL Download ADSL Upload f [khz] 4,3125 khz Obr Obsazení frekvenčního spektra ADSL s ISDN (FDM) PSD [dbm/hz] ISDN ADSL Download ADSL Upload f [khz] 4,3125 khz Obr Obsazení frekvenčního spektra ADSL s ISDN (EC) Přehled nejčastějších variant shrnuje tabulka 5.3 s uvedením kmitočtových pásem počtů využívaných subkanálů. Rychlosti jsou uvedeny až do teoretického maxima při respektování pilotních kmitočtů, které obsadí příslušný subkanál, který je pak nepoužitelný pro přenos dat. Pilotní kmitočty jsou pro jednotlivé varianty stanoveny takto: ADSL s POTS kmitočet 276 khz nosná č. 64 ADSL s ISDN kmitočet 414 khz nosná č. 9 Varianta Tab. 5.3 Porovnání variant ADSL upstream downstream ADSL Počet subkanálů od [khz] do [khz] rychlost [kbit/s] Počet subkanálů od [khz] do [khz] rychlost [kbit/s] POTS (FDM) POTS (EC) ISDN (FDM) Jen data Mezi všemi účastnickými oblastmi (typickou účastnickou oblastí je byt, ve skutečnosti může být účastnickou oblastí jakákoli budova, ve které žije mnoho rodin, komplex kanceláří atd.) a ústřednou (CO) je kroucená metalická dvojlinka. Obvykle se mluví o místním okruhu (smyčce). Pro plnou rychlost ADSL je na obou koncích místní smyčky instalován mikrofiltr (splitter), sloužící také k izolaci POTS od ADSL. Na obr je zobrazena základní architektura ADSL.

17 Výukový program: Moderní komunikační technologie 15 Poskytovatel Uživatel Do 8Mb/s Do 800kb/s PC ATM DSLAM PSTN mikrofiltr POTS mikrofiltr ADSL modem telefoní linka Telefon PSTN Obr Architektura ADSL CPE Přenosové rychlosti byly u ADSL dimenzovány s ohledem na původně plánovanou nosnou službu, kterou mělo být video na přání VoD (Video on Demand), čili na přenos digitalizovaných videosignálů s kompresí MPEG2 v odpovídající kvalitě. V dnešní době se setkáváme s využíváním ADSL zejména pro přístup na Internet a s nim spojenými službami. Původně se také předpokládalo, že přístup po ADSL přípojkách budou využívat vesměs domácnosti. Dnes se však ukazuje, že poskytovatelé se musí více orientovat na firemní sektor (podnikatelé, práce z domova apod.), protože právě ten může umožnit návratnost vložených investic Digitální účastnická přípojka typu VDSL VDSL může pracovat v symetrickém (stejné přenosové rychlosti v obou směrech přenosu) i nesymetrickém režimu (vyšší přenosová rychlost směrem k účastníkovi). V symetrickém režimu je maximální uvažovaná přenosová rychlost až 26 Mb/s v obou směrech, v nesymetrickém režimu potom až 52 Mb/s ve směru od poskytovatele k účastníkovi (downstream) a 6,4 Mb/s ve směru od účastníka k poskytovateli (upstream). Přenosová rychlost není pevně dána a stejně jako u ADSL závisí na řadě faktorů (např. na útlumu vedení). Vyšších přenosových rychlostí se dociluje podstatným rozšířením kmitočtového pásma až k 30 MHz, ovšem za cenu nižšího dosahu (maximálně se uvažuje 1,6 km). Uvažuje se o standardizaci dvou vzájemně nekompatibilních metod, a to modulaci QAM, resp. CAP nebo mnoho kanálové modulace DMT standardizované a ověřené u ADSL. Oproti původně plánované větší šířce subkanálu DMT se nyní jde cestou shodné šířky s ADSL, tedy 4,3125 khz, ovšem jejich počet je podstatně vyšší (až 4096). Další alternativní metoda je označovaná jako diskrétní vlnová vícetónová modulace (DWMT Discrete Wavelent MultiTone). Výhodou DWMT jsou užší spektra jednotlivých subkanálů a vyšší potlačení postranních laloků. Pro oddělení směrů přenosu nelze v daných vyšších kmitočtových pásmech připustit překrývání pásem a oddělení pomocí potlačení ozvěn EC, jelikož by přeslech znemožnil přenos výrazným snížením odstupu signálu od šumu. U VDSL se proto používá metoda frekvenčního dělení FDD (Frequency Division Duplex).

18 16 Modul 5: Přístupové sítě Do 6,4 Mb/s Uživatel Do 52 Mb/s Místní ústředna (CO) účastnický rozvaděč (SC) Na tomto místě je vhodné použít technologii ADSL FTTEx Vlákno Drát Na těchto místech je vhodné použít tehnologii VDSL FTTN Vlákno Drát Drát FTTC Vlákno Drát FTTB Vlákno Obr Architektura VDSL Architektura VDSL (obr 5.14) předpokládá optickou síťovou jednotku (ONU) ukončenou v blízkosti uživatelského prostoru. Metalické páry vycházející z ONU se používají pro přivedení signálu přes poslední malou vzdálenost do každého domu. Na obrázku 5.8 vidíme architekturu obsahující různé přístupové možnosti. Hlavní rozdíly jsou v poloze ONU. Metalická smyčka se užívá pro poskytnutí rychlého širokopásmového přenosu přes poslední krátké vzdálenosti. V této souvislosti a dle tohoto kritéria se hovoří o tzv. poslední míli, kde se přiblížení optického vlákna k zákazníkovi, hlavně jeho zakončení vyjadřuje obecnou zkratkou FTTx (Fibre To The x): FTTEx (Fiber To The Exchange) optika končí v ústředně (Central Office). Vzhledem k vzdálenostem k účastníkům připadá v úvahu spíše nasazení ADSL modemů. FTTN (Fibre To The Node) optika je přivedena od poskytovatele služeb k určitému místu sítě, například do venkovního rozvaděče na sídlišti, kde se pak signál rozvádí metalickým vedením k účastníkům. V tomto případě je velmi výhodné použít VDSL. Poměr nákladů a užitné hodnoty je velmi dobrý. Tento model bude nejvíce používán při realizaci širokopásmových sítí. FTTC (Fibre To The Curb) přivedení optického vlákna k chodníku do venkovního rozvaděče. Jedná se o obdobu FTTN s tím, že rozdíl mezi mimi je dán bezprostředním okolím účastníků. Node (Cabinet) umožňuje připojení 200 až 300 účastníků, čímž vykonává funkci kabelového rozvětvovače. Zatím co v případě FTTC se jedná o napojení 10 až 20 účastníků zapojených na kabelovou odbočku umístěnou na kraji cesty (curb). FTTB (Fibre To The Building) optické vlákno je přivedeno k budově. Optické zakončení je obvykle v suterénu budovy nebo blízko ní a odtud je pro přenos dat využito kroucených párů nebo koaxiálního kabelu. Toto řešení je vhodné pro velké budovy velkých společností. Pro vnitřní rozvod je možno použít VDSL po metalických párech. FTTH (Fibre To The Home) optické vlákno je přivedeno přímo k účastníkovi. Jedná se o nejlepší řešení, ale taky nejdražší. Navíc kapacita vlákna by nemohla být využitá, díky současné kapacitě páteřních sítí.

19 Výukový program: Moderní komunikační technologie 17 Na obrázku 5.15 vidíme strukturu VDSL systému jako jednu z možných technologií pro FTTN, FTTC, FTTB. Poskytovatel Zákazník VDSL ADM ONU Optické vlákno ONU VDSL VDSL telefoní linka VDSL PC VDSL Do 52Mb/s asym. Do 6,4Mb/s SDH STM-0 51,84Mb/s nebo PC Do 34Mb/s sym. Do 34Mb/s Obr Struktura VDSL Na straně přístupové sítě (blíže účastníkovi) se při realizaci VDSL přípojky běžně počítá s tím, že na jedno vedení bude připojeno více účastníků. Toto lze zrealizovat dvěma způsoby. Aktivní ukončení sítě na konci vedení je pouze jeden VDSL modem, na který je napojen přepínač nebo koncentrátor (hub) a návazně jednotliví účastníci (PC). Pasivní ukončení sítě každá koncová stanice je připojena na vedení přes samostatný modem. Přístup jednotlivých stanic k médiu je obvykle řešen deterministicky (lze použít i náhodný s detekcí kolize), kdy každé stanici je určen určitý časový interval, ve kterém může vyslat svůj požadavek na vysílání. Druhou variantou je rozdělení frekvenčního pásma upstreamu na subpásma a přidělit je koncovým stanicím staticky nebo dynamicky. Počítá se s provozem v synchronním transportním módu SDH (Synchronous Digital Hierarchy) i s asynchronním přenosem ATM (Asynchronous Tranfer Mode). VDSL má podobně jako ADSL v každém směru přenosu k dispozici dva kanály využívající chybovou korekci. Díky limitovanému dosahu naleznou systémy VDSL uplatnění zejména v lokálních sítích LAN a v hybridních sítích FTTB a FTTC, kde zajistí poslední úsek přenosu od zakončení optické sítě k uživateli. Tab. 5.4 Srovnání některých technologií xdsl Technologie Symetrie Výrazné znaky Podpora POTS ADSL Asymetrické Do 8Mb/s downstream / do 800kb/s upstream, na jednom páru HDSL Symetrická 1,5 nebo 2 Mb/s, dva až tři páry VDSL Asymetrická / Symetrická Do 52Mb/s downstream / do 1,5Mb/s upstream, na jednom páru Ano Ne Ano

20 18 Modul 5: Přístupové sítě Digitální účastnická přípojka typu BDSL Digitální účastnická přípojka BDSL je určená na distribuci většího počtu signálů, které se přenášejí běžným metalickým párem spolu s analogovou účastnickou přípojkou nebo ostatními technologiemi xdsl. Analogové videosignály jsou digitalizované a spolu s digitálními TV signály jsou podrobeny kompresi (např. MPEG). Koncepce přípojky BDSL je uvedena na obr Anal. TV Digitální TV A/D K O M P. M - F 1 M -F n BDSL DSS ADSL/HDSL ADSL/HDSL 1 m Účastnické přípojky Obr Koncepce přípojky BDSL Přípojka BDSL nemá v současnosti podporu na úrovni standardu, dá se chápat jako pokus o alternativní náhradu koaxiálních rozvodů CATV pomocí účastnických metalických přípojných vedení. Otázky k zamyšlení 1. Jaké znáte nejpoužívanější technologie typu xdsl? 2. Porovnejte nejdůležitější parametry a způsob využití.