В. Грицьків, компанія «Еквант»
Як організувати доступ віддалених бізнес-абонентів до мереж передачі даних і телефонії? Для одного з найбільш економічних на сьогоднішній день рішень-підключення за існуючим мідних лініях і організації передачі цифрового потоку 2,048 Мбіт / с - потрібні два модеми і вільна мідна пара. Однак подолання обмежень, пов'язаних з пропускною здатністю кабелю, наявністю вільних пар, необхідністю встановлення додаткового обладнання, віддаленістю абонентів та їх кількістю, може перетворити просту на перший погляд завдання в рівняння з багатьма невідомими, кількість яких буде безпосередньо визначати величину витрат на його рішення. Як же з мінімальними витратами подолати відстань і збільшити пропускну здатність? Відповіді на це та інші питання, що найчастіше задаються операторами, інтеграторами і постачальниками телекомунікаційного обладнання, - предмет даної статті.
Дальність передачі
Використання виділених мідних пар для підключення віддалених абонентів та організації абонентських виносів на сьогоднішній день є найбільш економічним рішенням. Плата за економію - обмеження пропускної здатності і дальності передачі.
З появою сучасних технологій кодування і передачі можливості цифрових систем передачі (ЦСП) значно розширилися. Що ж стосується дальності, то розробники, схоже, «вичавили» з мідної пари все, що могли. У реальних умовах шляхом передачі 2-мегабітного потоку без переприйому на відстань 3,5-5 км (максимальна при використанні симетричного кабелю з діаметром жили 0,4-0,5 мм) може бути вирішено не більше 60% завдань з організації симетричного доступу на «останній милі». Використання MSDSL-модемів, що дозволяють за рахунок зменшення швидкості підвищити дальність, лише частково вирішує цю проблему: скорочення числа переданих каналів веде до зниження якості, а отже, і вартості послуг, що надаються, і часто приймається операторами тільки як крайній захід.
У цифрових системах передачі, що працюють по виділених мідних лініях, для збільшення дальності передачі та забезпечення максимальної пропускної здатності найбільш оптимальними є два способи - використання багатопарних систем передачі та використання регенераторів. Діаметр перетину жили кабелю теж грає важливу роль, однак з точки зору підготовки рішення вплинути на цей параметр ми не можемо. Прокладка кабелю більшого перерізу збільшує вартість рішення, а знизити опір середовища передачі «напряму», об'єднанням декількох пар, неможливо через перехідних перешкод, що виникають між парами в кабелі, не мають повив.
Багатопарні системи передачі xDSL
У випадку, якщо є можливість використовувати для передачі кілька пар, кращим рішенням будуть багатопарні ЦСП. Довгий час такими вважалися HDSL-модеми, що дозволяють використовувати для передачі дві пари. Ідея, закладена в основу таких пристроїв, проста. По кожній парі передається половина потоку. У результаті, за рахунок звуження смуги переданого сигналу можна отримати досить суттєвий виграш у відстані в порівнянні з аналогічними однопарні ЦСП (рис. 1).
HDSL-системи, що використовують лінійний код САР і 2B1Q, забезпечують максимальну швидкість передачі даних 2,048 Мбіт / с. Крім того, в режимі резервування при виході з ладу однієї з пар пріоритетні тайм-слоти можуть передаватися по залишилася парі зі швидкістю до 1 Мбіт / с. Такі модеми досить довго вважалися лідерами по дальності передачі і по функціональності, але, як це нерідко буває, переваги рішення поступово перетворилися в його недоліки. Розвиток клієнт-серверних додатків і зростання обсягів переданого трафіку все частіше стримував «вузький» канал доступу. У результаті необхідність збільшення пропускної здатності, навіть за наявності вільних пар в кабелі, тягла за собою подвоєння витрат на обладнання, необхідне для організації додаткового каналу передачі даних, що, у свою чергу, різко знижувало привабливість і конкурентоспроможність таких рішень.
Стандарт для передачі G. SHDSL, що став подальшим розвитком симетричної технології передачі, дозволив сучасним ЦСП значно поліпшити свої функціональні характеристики. По-перше, максимальна швидкість передачі цифрового потоку по одній мідній парі зросла до 2,310 Мбіт / с. По-друге, збільшилося число пар для передачі, що використовуються одним модемом. І, нарешті, з'явилася можливість високошвидкісної передачі за рахунок об'єднання мідних пар шляхом інверсного мультиплексування. Системи передачі, які реалізували ці функції, забезпечили передачу даних по двох парах на швидкостях до 4 Мбіт / с, а по трьох або чотирьох-до 6 Мбіт / с. Це дозволило реалізувати повноцінне резервування потоку Е1 всередині ЦСП (рис. 2).
За рахунок функції multi-speed, які забезпечують «обмін дальності на швидкість» і багатопарних передачу, помітно збільшилася дальність передачі даних із заданою швидкістю. Так, наприклад, при передачі потоку Е1 за трьома парами магістрального кабелю МКСБ 7x4x1, 2 мм дальність передачі без переприйому зросла до 35-40 км. При використанні вільних пар в кабелі таке рішення в залежності від дальності на 30-50% дешевше аналогічного рішення із застосуванням HDSL-регенераторів (рис. 3). Для аналогічного рішення щодо організації високошвидкісного доступу різниця в ціні на швидкості 6 Мбіт / с складає більше 50% (рис. 4).
Економічний ефект при використанні багатопарних ЦСП очевидний. Передача на швидкостях понад 2 Мбіт / с і подолання необхідного відстані за рахунок використання вільних пар в кабелі дозволили оператору підключати віддалених абонентів і надавати послуги високошвидкісного доступу в максимально короткі терміни, уникнувши витрат на встановлення та обслуговування додаткового обладнання. Перевага такого рішення-не тільки у відмові від регенераторів, а й у підвищенні загальної надійності системи і її продуктивності.
Регенератори
Збільшення дальності передачі за рахунок використання додаткових пар має істотний недолік-наявність вільних пар в кабелі. Якщо при заміні багатожильних телефонних кабелів на оптику вільної «міді» на міських мережах досить багато, то на магістральних і внутрішньозонових мережах зв'язку кількість пар, навіть при вивільненні кабелю, досить обмежена. Більше того, специфіка систем передачі, що працюють на магістральних лініях зв'язку, не дозволяла використовувати традиційні HDSL-пристрої в якості альтернативи аналоговим систем передачі з частотним поділом каналів.
Для вирішення завдання цифровізації, а також організації ліній зв'язку великої протяжності потрібні ЦСП, що реалізують додаткові можливості, серед яких:
організація великого числа переприемов при передачі потоку Е1 на великі відстані;
відстань між пунктами переприйому до 26 км;
дистанційне харчування регенераторів;
забезпечення якості сигналу, що згідно з вимогами, які висуваються до магістральних систем передачі;
висока надійність і захищеність ЦСП;
можливість контролю як всього тракту, так і кожної ділянки переприйому окремо;
розширений температурний діапазон використання регенераторів в НПП.
Поряд з цим у процесі поетапного переходу на ЦСП потрібно забезпечити сумісність з аналоговими системами при роботі в одному кабелі, а в деяких випадках можливість вставки / виділення канальних інтервалів у пунктах переприйому та наявність службового зв'язку. Такі системи вже більше п'яти років застосовуються операторами зв'язку на своїх мережах і отримали досить широке поширення. Однак гнучкість і функціональність таких систем дуже обмежені. При необхідності часткової реалізації наведених вище вимог або передачі потоку на відносно невеликі відстані (до 100-120 км) використовувати магістральні ЦСП дорого, а часто і малоефективно. Низька функціональність, недостатня масштабованість і гнучкість таких систем і, як наслідок, висока вартість рішень обумовлені такими факторами, як:
обмеження пропускної здатності 2 Мбіт / с; робота тільки в двухнарном режимі; відсутність резервування;
обмеження набору інтерфейсів (як правило, G.703, G.704);
використання зовнішніх джерел живлення за кількістю переданих потоків Е1;
робота на кабелі з діаметром жили не менше 0,9 мм;
несумісність регенераторів з іншими ЦСП виробника;
низька щільність монтажу устаткування, призначеного для розміщення на кінцевих пунктах і в регенераторах;
висока споживана потужність. Крім цього різні додаткові модулі, що забезпечують передачу дистанційного харчування за фантомним ланцюгах, а також реалізують коригування переданого сигналу, помітно «збільшують такі системи, при очевидній їх марності на лініях з невеликим числом переприемов.
З появою технології G. SHDSL, як і у випадку з багатопарних ЦСП, у виробників з'явилися додаткові інструменти для створення системи нового покоління, яка може не тільки стати адекватною заміною, але і значно перевершити по функціональності магістральні системи передачі. Ідеальним рішенням, легшим основою ЦСП нового покоління, стали модеми операторського класу, в яких, на відміну від офісних рішень, вже закладені підвищені вимоги по функціональності, продуктивності і надійності. Проте в процесі розробки було вирішено чимало завдань, націлених на реалізацію всіх необхідних вимог та мінімізацію вартості такого рішення. Так, завдяки спеціально розробленому алгоритму відновлення сигналу вдалося розширити можливості прийомопередавача, що дозволило забезпечити параметри стику G.703 в нормі при проходженні через велике число переприемов. За рахунок покращення якості виконання цифрової фільтрації вдалося знизити чутливість до шумів і збільшити дальність передачі до 26 км при використанні двох пар магістрального кабелю МКСБ 1,2 мм. Серйозні зміни зазнала і схема електроживлення. Джерела харчування в системах нового покоління значно перевершують своїх побратимів, що застосовуються в магістральних ЦСП. Вони мають більш високий запас по функціональному і температурному режиму комплектуючих і забезпечують низький рівень вихідних пульсацій і електромагнітного випромінювання. Не менш важливим є рішення задачі захисту системи електроживлення і вхідних ланцюгів ЦСП, яка приймає на себе всі перепади і перешкоди в електричних ланцюгах, особливо при передачі дистанційного живлення. Реалізована схема забезпечує не тільки захист від низькочастотних (високочастотних) перешкод і коротких імпульсів, що виникають у лінії, але і автоматичне відключення системи при різких перепадах напруги або струму та автоматичне включення після усунення такого впливу.
Таким чином, вдалося забезпечити автоматичне відновлення працездатності системи в цілому в максимально короткі терміни і без втручання людини.
Зниження споживаної потужності кінцевого обладнання та регенераторів дозволило розширити можливості вбудованих в станційні модулі джерел дистанційного харчування і збільшити число пристроїв, здатних харчуватися по лінії. Завдяки високому ступеню інтеграції станційних пристроїв, у кінцевих модулях можуть розміщуватися до чотирьох незалежних модемів, кожен зі своїм незалежним джерелом дистанційного живлення. Споживана потужність регенератора складає близько 3 Вт.
При подачі дистанційного живлення з кінцевих пунктів ми можемо встановити каскадно (один за одним) до чотирьох регенераторів в лінії з ділянкою переприйому до 26 км. Пропускна здатність ЦСП нового покоління також значно зросла. Працюючи в двухпарная режимі, один регенератор дозволяє передавати дані зі швидкістю до 4 Мбіт / с. При роботі в однопарні режимі цей же регенератор працює як два незалежних пристрої, що передають два 2-мегабітних потоку. При цьому один регенератор може передавати потоки з різними інтерфейсами, наприклад G.703 і N х 64 (V.35, V.36, Х.21) або Ethernet. Можливо також локальне харчування регенераторів, при якому кількість пристроїв на лінії може досягати восьми. Залежно від умов експлуатації можуть використовуватися корпуси для регенераторів з різним класом захисту від IP 55 до IP 68 і можливістю розміщення різного числа регенераторів в залежності від кількості організованих ліній. При оцінці якості переданого сигналу регенератори забезпечують вимірювання параметрів на кожній ділянці переприйому відповідно до рекомендацій G.826. Чималою перевагою стала і можливість автоматичного відновлення працездатності всього тракту після короткочасного зникнення живлення в апаратурі, розміщеної на кінцевих пунктах, а також після зникнення дистанційного живлення на регенераторних пунктах через обрив робочих пар кабелю.
Економічний ефект
Ще більше вражає економія, отримана в результаті реалізації систем передачі нового покоління для організації ліній зв'язку великої протяжності, що дозволило відмовитися від невиправданих витрат і одночасно підвищити надійність, функціональність і продуктивність системи. Вартість такого рішення виявилася нижче навіть самих «полегшених» версій магістральних ЦСП, використовуваних при невеликому числі переприемов.
Як приклад па мал. 5 показано вартість рішення для організації передачі потоку Е1 на ділянці лінії симетричного міжміського кабелю МКСБ 7x4x1, 2 внутрішньозонової зв'язку між двома обслуговуваними пунктами довжиною 80,4 км з трьома необслуговуваними підсилювальними пунктами. Як бачимо, різниця і у відсотковому, і в грошовому відношенні досить велика. Більш того, за необхідності збільшення кількості переданих потоків Е1 вартість знижується ще більше в порівнянні з вартістю аналогічного рішення з використанням магістральних ЦСП. Причина - відсутність необхідності в установці додаткових регенераторів, конструктивів та джерел дистанційного живлення. Масштабованість і гнучкість системи дозволяють не лише відчутно знизити витрати на етапі запуску, але й уникнути додаткових витрат при підключенні нових абонентів. Очевидно, що рентабельність такого рішення значно вище аналогічного, що використовує магістральні ЦСП. Зниження витрат, експлуатаційні переваги і продуктивність ЦСП нового покоління істотно підвищують економічну ефективність цифровізації магістральних мереж і мереж доступу.
Завдяки збільшенню дальності передачі та пропускної здатності в оператора з'явилася можливість запропонувати рішення по організації доступу для різних категорій клієнтів. У результаті підвищення конкурентоспроможності послуг, що надаються та задоволення більшого обсягу попиту зростають і доходи від надання послуг симетричного доступу до мереж передачі даних і телефонії.
Список літератури
Журнал «ІнформКУРЬЕРСвязь» № 8, 2005 рік.