Technologia HDSL

Podstawowe idee techniki HDSL.
Technologia cyfrowego łącza abonenckiego o dużej przepływności HDSL umożliwia przesyłanie danych linią dedykowaną (bez komutacji) z szybkością 2 Mb/s (2048 kb/s) lub udostępnienie 30 kanałów telefonicznych, każdy o przepływności 64 kb/s, początkowo za pomocą trzech, następnie dwóch, a ostatnio już tylko jednej symetrycznej pary przewodów miedzianych. Zwykły kabel telefoniczny do tej pory stosowany do przyłączenia jednego lub dwóch pojedynczych abonentów telefonicznych lub połączenia lokalnej centralki abonenckiej PABX (Private Automated Branch Exchange) z centralą miejską może być teraz wykorzystywany w technologii HDSL na dystansie od kilku do kilkunastu kilometrów, bez konieczności używania wzmacniaczy pośrednich czy też regeneratorów. Minimalna konfiguracja systemu transmisji w technologii HDSL obejmuje dwa identyczne pod względem funkcji urządzenia, z których jedno jest instalowane po stronie użytkownika (NT), a drugie (LT) u operatora sieci. Rozwiązania konstrukcyjne obydwu urządzeń są zwykle odmienne: centralowe - obsługujące na ogół wielu użytkowników od strony systemu komutacji i zdalne - dla niewielkiej grupy lub pojedynczego abonenta. 

Zakres zastosowań urządzeń HDSL
Urządzenia HDSL umożliwiają realizację niżej wymienionych rodzajów transmisji oraz usług:

• transmisję cyfrową PCM 2048 kbit/s w trybie nieramkowanym zgodnie ze standardem G.703 i impedancją w punkcie styku 120ohm i 75ohm
• transmisję cyfrową PCM 2048 kbit/s w trybie ramkowanym zgodnie ze standardem G.704 i impedancją w punkcie styku 120ohm i 75ohm.
• transmisję danych o szybkości n x 64 kbit/s gdzie n=1 do 32 z interfejsami V.35, V.36/V.11, X.21/V.11, V.24/V.28 oraz G.703.
• usługi ISDN z dostępem pierwotnogrupowym 2048 kbit/s (30B+D).
• dostęp na poziomie VC 12 dla systemów SDH.

Architektura systemów HDSL i ogólna zasada transmisji.

W modelu przedstawionym na rysunku powyżej sygnały napływające od strony interfejsu (I) są grupowane w ramki użytkowe, charakterystyczne dla danej aplikacji np. 32 szczeliny czasowe. Odwzorowanie (M) przekształca określoną ramkę użytkową w 144 bajtową ramkę podstawową, która następnie w zespole grupowym (C) jest uzupełniana bitami użytkowymi, nagłówka, synchronizacji i utrzymania. Tak uformowana ramka HDSL jest kierowana do układu (H) nadajnika, a później do odbiornika (indywidualnie dla każdej pary przewodów miedzianych), gdzie jest przetwarzana na sygnał liniowy z modulacją 2B1Q lub CAP, wysyłany do linii abonenckiej (DLL). W linii może zostać zastosowany regenerator (REG), zwiększający zasięg transmisji. Po stronie odbiorczej realizowany jest proces odwrotny w wyniku, którego w interfejsie (I), w drugim końcu łącza HDSL jest otrzymany ciąg danych, charakterystycznych dla danej aplikacji. Układ nadajnika /odbiornika pracuje w trybie transmisji dwukierunkowej na jednej parze kablowej i wykorzystuje rozgałęźnik oraz cyfrowy kompensator echa. 

Schemat blokowy układu (H) nadajnika /odbiornika urządzenia HDSL.

W układzie tym nadajnik (N) wytwarza sygnał liniowy 2B1Q lub CAP, który przez rozgałęźnik (R) jest kierowany do toru transmisyjnego. Cyfrowy kompensator echa (CKE) analizuje sygnał repliki echa pochodzącego od sygnału nadawanego. Sygnał repliki echa odejmowany jest od sygnału odbieranego z toru. W ten sposób, jeśli kompensator (CKE) wytwarza wierne odwzorowanie sygnału odbitego od niejednorodności toru transmisyjnego, to do odbiornika (O) jest kierowany sygnał nadawany przez nadajnik (N) z drugiego końca toru."

Rodzaje kodów liniowych stosowanych w technice HDSL.
Technika HDSL została oparta na dwóch różnych sposobach kodowania sygnału cyfrowego:

• 2B1Q - Wielowartościowy kod amplitudowy
• CAP - (CAP 64, CAP 128) - Kod dwuwymiarowy - konstelacyjny.

Modulacja liniowa z kodem 2B1Q
Zasada kodowania
Sposób kodowania polega na podziale cyfrowego strumienia informacji na pary bitów (tzw. duobity). Następnie każdej takiej parze bitów zostaje przypisany jeden z czterech symboli wyrażony konkretnym stanem napięciowym. 

 Zasada kodowania 2B1Q.

Zastosowanie kodu 2B1Q pozwala na dwukrotne zmniejszenie szybkości transmisji w łączu w stosunku do prędkości wejściowego sygnału binarnego. Oznacza to dwukrotne zawężenie pasma gęstości mocy tegoż sygnału.

Moc całkowita.
Średnia wartość mocy całkowitej na wyjściu nadajnika HDSL 2B1Q mierzona przy obciążeniu 135W zawiera się w granicach podanych w tabeli poniżej.

System	wartość	zakres częstotliwości
jednoparowy (1160 kbaud).	od 13.0 dBm do 14 dBm	0 Hz do 2320 kHz
dwuparowy (584 kbaud).	od 13.0 dBm do 14 dBm	0 Hz do 1168 kHz
trzyparowy (392 kbaud)	od 13.0 dBm do 14 dBm	0 Hz do784 kHz

Moc całkowita sygnału

Gęstość widmowa mocy.

Gęstość widmowa mocy systemów trzyparowych.

Wartości średnich gęstości widmowych mocy sygnałów wysyłanych przez nadajniki HDSL dla poszczególnych systemów zostały scharakteryzowane poniżej

• System jednoparowy: -41,5 dBm/Hz w zakresie częstotliwości od 0 do 485 kHz, następnie opada do poziomu -121,5 dBm/Hz dla 4,85 MHz.
• System dwuparowy: -39 dBm/Hz w zakresie częstotliwości od 0 do 292 kHz następnie opada do poziomu -119 dBm/Hz dla 2,92 MHz.
• System trzyparowy: -37 dBm/Hz w zakresie częstotliwości od 0 do 196 kHz następnie opada do poziomu -117 dBm/Hz dla 1,96 MHz.

Modulacja liniowa z kodem CAP
Zasada kodowania
CAP jest modulacją amplitudowo fazową bez fali nośnej. Zalicza się ją do grupy modulacji konstelacyjnych i w odróżnieniu od 2B1Q jest bardziej zaawansowana technologicznie. Poniżej została przedstawiona zasada działania kodera i dekodera na przykładzie CAP-16.

 Koder nadajnika (KN) dzieli przychodzący sygnał binarny na czterobitowe gruby, dla każdej z których wybierany jest punkt w konstelacji nadawczej o odpowiednich symbolach (an ; bn). Każda taka para symboli zostaje przetworzona w filtrach współfazowym (FW) i kwadraturowym (FQ) na dwa zsynchronizowane ciągi liczb wyrażające party ortogonalnych impulsów sygnału liniowego. Następnie próbki te są sumowane i zamieniane w układzie przetwornika cyfrowego-analogowo (D/A) na sygnał analogowy, który poprzez filtr (FD) kierowany jest w tor transmisyjny.
Po stronie odbiorczej sygnał z toru trafia na przetwornik analogowo-cyfrowy (A/D) gdzie następuje zamiana sygnału z postaci analogowej na cyfrową. Następnie sygnał jest k9ierowany do dwóch cyfrowych filtrów adaptacyjnych, z których jeden jest dostosowany do odbiory symboli współfazowych (FAW) a drugi kwadraturowych (FAQ). Sygnał z wyjścia filtrów jest kierowany na układ decyzyjny (UD), który dokonuje identyfikacji współrzędnych (an ; bn) odebranego punktu konstelacji. Współrzędne te w układzie dekodera (DE) zamieniane są na odpowiadający im ciąg binarny.

Ogólnie o modulacji CAP można powiedzieć, że jej wartościowość da się określić jako CAP-2^k. Oznacza to, że jeden symbol kodowy w konstelacji przenosi w kanale transmisyjnym "k" bitów informacji. Powoduje to "k" krotne zmniejszenie szybkości transmisji w łączu w stosunku do prędkości wejściowego sygnału binarnego. Sprawia to, iż "k" krotnie zostaje zawężone pasmo gęstości mocy tegoż sygnału.
Obecnie w technice HDSL stosowane są kody CAP-64 i 128. Z powyższej analizy wynika zatem, że jeden symbol kodowy w modulacji CAP-64 przenosi 6 a w CAP-128 przenosi 7 bitów informacji.

Moc całkowita.
Średnia wartość mocy całkowitej na wyjściu nadajnika HDSL CAP mierzona przy obciążeniu 135W zawiera się w granicach podanych w tabeli poniżej:

System	Wartość mocy	Wartość-tryb małej mocy*
Jednoparowy (386,667 kbaud).	od 15.0 dBm do 16 dBm	Od 8.0 dBm do 10 dBm
Dwuparowy (233,6 kbaud)	od 13.0 dBm do 14 dBm	od 6.0 dBm do 8 dBm

*) tryb mocy wybierany jest w czasie procedury nawiązywania synchronizacji.

Moc całkowita sygnału

Gęstość widmowa mocy.

 Gęstość widmowa mocy systemów HDSL z modulacją CAP.

Powyższy rysunek przedstawia kształty widm systemów jedno i dwuparowych z modulacją CAP. Dla systemu dwuparowego największa wartość mocy przypada na zakres częstotliwości od 39,02 kHz do 237,58 kHz i mieści się w zakresie -40,0 dBm/Hz ± 1,5 dBm. Dla systemów jednoparowych zakresach częstotliwości, w którym mieści się największa gęstość mocy przypada na 62,00 kHz do 390,67 kHz

Ogólna struktura linii cyfrowej.
Ogólnie można powiedzieć, że cyfrowa linia abonencka składa się z jednego lub kilku odcinków kablowych połączonych razem. Najczęściej spotykane jest rozwiązanie połączeń odcinków linii przedstawione na rysunku 18. Urządzenie centralowe LTU poprzez kabel stacyjny KS połączone jest z przełącznicą główną PG, do której dołączony jest kabel magistralny KM zakończony szafą kablową KB. Następnym odcinkiem linii jest kabel rozdzielczy KR łączący szafę kablową z głowicą GK umieszczoną w słupku lub puszcze kablowej. Ostatnim elementem linii jest kabel instalacyjny KI łączący głowicę z urządzeniem abonenckim NTU. Cała linia stanowi zatem łańcuchowe połączenie kilku odcinków kablowych o różnej średnicy oraz długości. 

 Cyfrowa linia abonencka 

Medium transmisyjne powinno umożliwiać stosowanie urządzeń HDSL na parach kablowych spełniających następujące wymagania:

• nie powinny one zawierać cewek pupinowskich, które ograniczają pasmo przepustowe toru..
• dla uniknięcia transmisji asymetrycznej z niedostatecznym tłumieniem przesłuchu powinny być używane jedynie skrętki kablowe i czwórki kablowe.
• dla transmisji HDSL nie mogą być wykorzystywane drutowe linie napowietrzne, ponieważ tłumienie ich silnie zależy od warunków klimatycznych.