Telekomunikacyjne systemy dostępowe (przewodowe)
Sieć dostępowa - połączenie pomiędzy centralą abonencką a urządzeniem abonenckim. para przewodów miedzianych, przewody energetyczne, światłowód, połączenie radiowe, połączenie optyczne. Sieci dostępowe najdroższy element systemu telekomunikacyjnego (ok. 70%), bo duża liczność i duże rozproszenie abonentów indywidualnych
Sieć dostępowa POTS np. 10000 abonentów, średnio 2 km 20000 km linii!
Potrzeba powszechnego dostępu do danych cyfrowych... Dane te są dostępne w centralach, węzłach sieciowych, w sieciach szerokopasmowych ale chcemy doprowadzić je do abonentów... i chcemy wykorzystać istniejącą sieć telefoniczną (koszt!).
Typowe pasmo łącza telefonicznego 0,3-3,4 khz w tym pasmie trzeba się zmieścić! przepustowość kanału telefonicznego - maksymalna szybkość transmisji informacji (w bitach na sekundę), (przy założonej jakości połączenia). Ct B log2 1 S N SNR = 1 (0 db) C t = 3,1 kb/s SNR = 10 (10 db) C t = 11,8 kb/s B = 3,1 khz SNR = 100 (20 db) C t = 20,7 kb/s SNR = 1000 (30 db) C t = 34,0 kb/s SNR = 10000 (40 db) C t = 41,4 kb/s
Jakość sygnału musi być bardzo dobra, aby uzyskać dużą przepustowość......i trzeba stosować wielowartościowe modulacje przebiegu nośnego, aby pasmo mogło pozostać 300 Hz - 3400 Hz...dlaczego? tłumienność linii rośnie powyżej 4 khz (m.in. cewki pupinizacyjne), rośnie przesłuch między przewodami modemy
sygnał analogowy < 3400 Hz sygnał cyfrowy sygnał cyfrowy
zalecenie V.01 parametr 0 1 ASK ton wyłączony włączony FSK częstotliwość wyższa niższa PSK faza odniesienia przeciwna DPSK zmiana fazy brak zmiany zmiana fazy przykład wykorzystania najprostszych modulacji cyfrowych
Modemy Zalecenie Szybkość Parametry V.21 = < 300 b/s FSK 980/1180 Hz i 1650/1850 Hz moc wyj. = < 1mW V.22 1200/600 b/s PSK 1200 Hz/2400 Hz V.22 bis 2400/1200 b/s 16-QAM V.23 1200/600 b/s V.32 9600 b/s 1800 Hz n-qam +TCM V.32 bis 14400 b/s 1800 Hz 32-QAM V.34 28800 b/s V.34 bis 33600 b/s V.90 56 kb/s n-qam +kompresja V.92 56 kb/s i to jest kres możliwości systemu telefonicznego...
Modem V.21 modulacja FSK 300 b/s łączność dupleksowa
modem V.22 bis modulacja 16-QAM 2400 b/s, ale szybkość modulacji 600 bodów bity grupowane w czwórki pierwsze dwa określają kwadrant konstelacji, 01 00 pozostałe dwa - punkt w kwadrancie 11 10
modem V.32bis maksymalnie 14400 b/s jedna częstotliwość 1800 Hz w obydwu kierunkach kompensacja echa szybkość modulacji 2400 bodów (typowa dla nawet szybkich modemów) modulacja 128 QAM ale w połączeniu z kodowaniem splotowym Trellis Code Modulation (TCM) w danym cyklu możliwy jest wybór tylko 64 wartości parametrów fali nośnej (1800 Hz) - równoważne to jest 6 bitom na symbol (TCM64) inne przepływności 9600 b/s TCM32 4800 b/s 4QAM 6 bitów danych + bit dodatkowy z kodowania splotowego = razem 7 bitów na symbol (128 punktów konstelacji)
modem V.42bis kompresja danych 4:1, typowo 2:1 korekcja błędów modem V.90 i V.92 przepływność maks. 56 kb/s down i 33 kb/s up koniec analogowych modemów
W 1980 roku J. W. Lechleider zaproponował użycie zwykłej linii telefonicznej jako kanału szerokopasmowego na krótkim odcinku między abonentem a centralą. Tę technikę ochrzcił jako cyfrową linię abonencką. Digital Subscriber Line = DSL Czy to jest możliwe w tradycyjnym kablu telefonicznym?
Tłumienie zależy od medium transmisyjnego media przewodowe media bezprzewodowe wykładniczo z odległością z potęgą (kwadratem) odległości można uzyskać dużo większe zasięgi
Przykład tłumienności podwójnego przewodu miedzianego
Wpływ szybkości transmisji (czyli ~ częstotliwości) na zasięg wyniki okazały się trochę obiecujące
podjęto starania nad udoskonaleniem dostępowych kabli telefonicznych (skrętki) pojawiły się standardy szybkiego przesyłania danych cyfrowych w linii telefonicznej Przewód Cu 0,5 mm 1 km - 177 20 khz 4,1 db/km 50 khz 5,3 db/km 90 khz 6,5 db/km 138 khz 7,8 db/km 276 khz 11 db/km 400 khz 13,2 db/km ~ 1,58 x dla napięcia...dopuszcza się tłumienność do 30 db
Technologie przesyłu danych po liniach kablowych (skrętce) xdsl ISDN DSL 160 kb/s HDSL 2048 kb/s 3,6 km ADSL 6 Mb/s 3,6 km VDSL 13 Mb/s 1,2 km 26 Mb/s 0,6 km 52 Mb/s 0,3 km.
HDSL - High Data rate digital Subscriber Line kiedyś połączenia 6-przewodowe, potem 4-przewodowe, obecnie 2-przewodowe transmisja dupleksowa (z kompensacją echa) przepływności początkowo 1,536 Mb/s (T1), potem 2,048 Mb/s (E1) kod liniowy w pasmie podstawowym 2B1Q (pasmo ok. 600 khz) zasięg: 3,6 km ze wzmacniaczem dla kabla o przekroju 0,4 mm; 10 km ze wzmacniaczem dla kabla o przekroju 0,8 mm
podwójna linia - aby uzyskać wymaganą przepustowość tak było wcześniej... później...
ADSL Asymetric DSL przepływność w kierunku sieć - abonent większa niż abonent - sieć 1 para przewodów tu konieczne jest kasowanie echa modulacja CAP; obecnie DMT kanały 0 20 255 DMT OFDM do 640 kb/s do 6 Mb/s korekcyjne kodowanie danych - splotowe i RS kasowanie echa
kasownik echa sygnał błędu
ADSL DMT OFDM 256 równoległych wąskopasmowych (4kHz) kanałów; odstęp kanałów 4,3125 khz modulacja QAM w kanałach; przepływność w każdym do 15-16 b/s/hz, dostosowywana do (S/N) maksymalna przepływność w jednym kanale 60-64 kb/s ale łączna przepływność 256 x 64 kb/s
ADSL splitter (rozdzielacz)
VDSL Very High DSL bardzo duże przepływności mały zasięg brak jednolitych ustaleń międzynarodowych 13 Mb/s 1,2 km 26 Mb/s 0,6 km 52 Mb/s 0,3 km modulacja DMT + transformacja falkowa konieczna współpraca z sieciami światłowodowymi FTTB FTTC
VDSL Szafki z urządzeniami do konwersji z linii światłowodowej na VDSL (USA)
Porównanie zakresów częstotliwości
Single DSL Rate Adaptive DSL
systemy przewodowe systemy bezprzewodowe pasmo ~ nieograniczone (prawnie) możliwość zwielokrotnienia przestrzennego złożona infrastruktura możliwe zakłócenia pasmo ograniczone (regulacje) prosta infrastruktura możliwość łączności w ruchu
Sieć telewizji kablowej jako sieć dostępowa jeden kanał zwrotny (~ 4 MHz) jeden kanał TV (6-8 MHz) w tym zakresie przeznaczony jako dostępowy w górę w dół zwiększony poziom zakłóceń, ale małe tłumienie kabli; współcześnie to pasmo jest wolne, łatwiejsza konstrukcja filtrów 5 MHz 42 MHz 54 MHz 900 MHz niski poziom zakłóceń, duże tłumienie kabli modulacja PSK lub QPSK modulacja 64QAM, 256QAM lub więcej w jednym kanale 6-8 MHz wymagane odpowiednie protokoły dostępu do sieci (TDMA)
Kanał zwrotny problem z przenikiem sygnału do odbiorników RTV ~ 10 mv ~ 1 V
Modem kablowy w sieci CATV
Transmisja danych po przewodach energetycznych PLC - Power Line Communications Należy liczyć się z dużym tłumieniem i bardzo dużym poziomem zakłóceń
Pasma do PLC (wg CENELEC) zakres pasmo cz. max. napięcie zastosowanie A 9-95 khz 10V służby B 95-125 khz 1,2V domowe C 125-140 khz 1,2V domowe od 150 khz zaczyna się pasmo chronione można wykorzystywać do wąskopasmowej transmisji, o małej przepływności (sterowanie na odległość, odczyt mierników) do szybkich transmisji - za mało Szybkie transmisje potrzeba częstotliwości aż do 30 MHz Wtedy system PLC może stać się bardzo rozległym nadajnikiem zakłóceń RF przepustowości do ~ 2 Mb/s na zewnątrz budynków ~~ 12 Mb/s wewnątrz (nawet ~ 40 Mb/s)
Ograniczenia Niemcy USA
moduł komunikacyjny bezpieczniki przewód zerowy stacja bazowa Sieć PLC w sieci zewnętrznej i wewnętrznej budynku S - sprzęgacze
Optyczne (światłowodowe) sieci dostępowe aktywne - sieć zawiera elementy wymagające zasilania (wzmacniacze, regeneratory, rutery, switch e ), przeprowadzające obróbkę rozprowadzanych sygnałów, kosztowne utrzymanie w eksploatacji; pasywne - tylko elementy pasywne typu sprzęgacz, rozdzielacz (splitter), filtr niskie koszty, duża niezawodność, mniejsze zasięgi.
Światłowody w sieciach dostępowych OLT = Optical Line Terminal DSLAM = DSL Access Multiplexer ONU = Optical Network Unit RN =Remote Node
Aktywne dostępowe sieci optyczne Pasywne dostępowe sieci optyczne (PON) downstream 1 laser 1490 nm upstream - lasery 1310 nm konieczne TDMA tańsze jakaś synchronizacja
uzupełnienie transmisji danych
W sieciach PON stosuje się tryb rozgłoszeniowy (dyfuzyjny) - mniejsze bezpieczeństwo korespondencji (ale jest szyfrowanie). bo w infrastrukturze nie ma aktywnych ruterów
ADSL DMT wiele fal nośnych CAP jedna nośna nawiązywanie połączenia z opóźnieniem duża odporność na zakłócenia impulsowe elastyczna, ale złożona szybkie nawiązywanie połączenia duża odporność na zakłócenia RFI łatwa do wprowadzenia opatentowana opatentowana przepływność dostosowywana co 32 kb/s przez zmianę konstelacji - co 320 kb/s
Kanał zwrotny typowe parametry