Работа любой системы связи оценивается прежде всего точностью и скоростью передачи информации. Первое определяет качество передачи, второе - количество. В реальной системе связи качество передачи связано со степенью искажений принятого сообщения. Эти искажения зависят от свойств и технического состояния системы, а также от интенсивности и характера помех. Если система связи спроектирована правильно и технически исправна, то необратимые искажения сообщений обусловлены лишь воздействием помех. В этом случае качество передачи полностью определяется помехоустойчивостью системы.

Под помехоустойчивостью понимают способность системы связи противостоять вредному влиянию помех на передачу сообщений. Поскольку действие помех проявляется в том, что принятое сообщение отличается от переданного, то количественно помехоустойчивость при заданной помехе можно характеризовать степенью соответствия принятого сообщения переданному. Эта величина характеризуется термином верность. Количественную оценку верности выбирают по-разному, в зависимости от характера сообщения и требований получателя. Можно показать, что верность передачи зависит от отношения средних мощностей сигнала и помехи (чаще - отношения сигнал/шум; англ. - signal-to-noise ratio - SNR ; обозначают обычно это отношение как S/N).

В работах В. А. Котельникова и К. Шеннона показано, что при выбранном критерии и заданном множестве сигналов, принимаемых при определенной помехе (белом шуме ; white noise), существует предельная (потенциальная) помехоустойчивость, которая ни при каком способе приема не может быть превзойдена. Приемник, реализующий потенциальную помехоустойчивость, называют оптимальным. При некой интенсивности помехи вероятность ошибки приема тем меньше, чем сильнее различаются сигналы, передающие разные сообщения. Проблема состоит в том, чтобы выбрать для передачи информации сильно различающиеся сигналы. Верность передачи можно повысить за счет усложнения методов модуляции- демодуляции и введения помехоустойчивого кодирования сообщений. Наконец, верность передачи зависит и от способа приема сообщений. Необходимо выбрать такой способ приема, который наилучшим образом реализует различие между сигналами при данном отношении сигнал/шум.

Другой важный показатель системы связи - скорость передачи информации.

Как уже отмечалось, объем передаваемой информации принято измерять в битах и байтах. Широко используют и более крупные производные единицы объема информации (как, впрочем, и объема памяти компьютеров): килобайт, мегабайт, гигабайт, а также, в последнее время, терабайт и петабайт.

При определении количества информации исторически сложилась такая ситуация, что с наименованиями «бит» и «байт» некорректно применяли (и применяют) приставки системы СИ (в соответствии с международным стандартом МЭК 60027-2 эти единицы используют, например, так: вместо 1000 = 10 3 записывают 1024 = 2 10):

• 1 Кбайт = 2 10 байт = 1024 байт;
• 1 Мбайт = 2 20 байт = 1024 Кбайт;
• 1 Гбайт = 2 30 байт = 1024 Мбайт = 1 048 576 Кбайт и т.д.

При этом обозначение «Кбайт» принято начинать с прописной буквы в отличие от строчной буквы «к» для обозначения множителя 10 3 .

Напомним, что количество бит или байт, передаваемых в секунду, есть скорость передачи информации, которая определяется в бит/с, бод или байт/с. При повышенной скорости передачи она определяется в Кбит/с, Мбит/с, Гбит/с, Кбайт/с, Мбайт/с, Гбайт/с, Кбод, Мбод, Гбод и т.д.

В последние годы для оценки скорости передачи информации используют термин «битрейт» (bitrate ), отражающий объем передаваемой информации в единицу времени. Битрейт принято использовать при измерении эффективной скорости передачи полезной информации. Битрейт выражают битами в секунду |бит/с|, а также производными величинами с приставками кило-, мега- и т.д.

При использовании не двоичных, а m-ичных символов максимальное количество информации, которое можно передать по каналу связи, равно log 2 m [бит]. Поэтому дискретный источник сообщений может обеспечить максимальную производительность (скорость выдачи) информации [бит/с], не превышающую

где Т н - длительность одной посылки; m - основание цифрового кода.

При m = 2 R H = 1 /Т н и скорость передачи информации R H численно равна технической скорости v. При т > 2 возможна скорость передачи информации R u > v. Однако часто в цифровых системах связи скорость передачи информации R H Такой вариант бывает, когда не все посылки используются для передачи информации, например если часть из них служит для синхронизации или для обнаружения и исправления ошибок (при использовании корректирующего кода).

Как будет показано далее, максимальное количество информации, которое можно передать одним двоичным символом («1» или «0»), равно 1 биту. Теоретически каждый символ, поступивший на вход канала связи, вызывает появление одного символа на выходе, так что техническая скорость на входе и выходе канала одинакова.

Сжатие передаваемой информации. При передаче информации имеют место две взаимосвязанные проблемы: устранение избыточности информации и сжатие последней. Под избыточностью понимают бесполезную, лишнюю при приеме часть информации, которой все равно невозможно воспользоваться, и она фактически не нужна потребителю. Сообщения практически любого источника обладают избыточностью. Дело в том, что отдельные знаки сообщения находятся в определенной статистической связи. Так, в словах русского языка после двух подряд стоящих гласных букв более вероятна согласная, а после трех подряд согласных наверняка будет гласная. Избыточность позволяет представлять сообщения в более экономной форме. Мера возможного сокращения сообщения без потери информации за счет статистических взаимосвязей между его элементами определяется избыточностью. Понятие «избыточность» применимо не только к сообщениям или сигналам, но и к языку в целом, коду. Например, избыточность европейских языков достигает 60-80%.

Причина появления избыточности - невосприимчивость человеческих органов к некоторой части принятой информации. Так, например, телевизионное изображение может содержать до 16 тыс. цветовых оттенков одного цвета, тогда как зрение человека, чувствительное к яркости, невосприимчиво к такой громадной гамме цветов. В лучшем случае человек может различить до нескольких сотен цветовых оттенков одного цвета. Поэтому часть цветовых оттенков при передаче можно исключить без ощутимой со стороны человека потери качества цветного изображения на экране. То же можно сказать относительно передачи по каналу связи устной речи, верхнюю частоту спектра которой можно ограничить частотой 3400 Гц без потери смысла принятого сообщения. Еще очень простой пример - пусть по каналу связи следует передать сведения о значениях индуктивности I, емкости С и резонансной частоты /колебательного контура. В этом случае можно но каналу передать только значения двух величин, например индуктивности и емкости, а резонансную частоту на приемном конце вычислить по известной формуле.

Устранение избыточности в исходной информации позволяет передавать или хранить меньшее число бит. В теории информации К. Шеннон доказал теорему (см. далее), согласно которой для источника без избыточности при R u (здесь С - емкость системы связи) можно найти такой способ кодирования-декодирования, при котором возможна передача сообщений по каналу связи с помехами со сколь угодно малой ошибкой. Наличие избыточности в сообщении часто оказывается полезным и даже необходимым, так как позволяет обнаруживать и исправлять ошибки, т.е. повысить достоверность воспроизведения сообщения. Если избыточность в сообщении не используется для повышения достоверности передачи, то ее следует исключить. Для этого используют специальное статистическое кодирование, и избыточность сигнала уменьшается по отношению к избыточности сообщения.

Универсальным показателем системы связи является информационная эффективность ц, характеризующая использование пропускной способности канала r = RJC.

Своевременность передачи сообщений определяется допустимой задержкой , обусловленной преобразованием сообщений и сигнала, а также конечным временем распространения сигнала по каналу связи (особенно время распространения заметно в спутниковых системах связи). Она зависит от двух показателей: характера и протяженности канала и длительности обработки сигнала в передающем и приемном устройствах. Скорость передачи информации и ее задержка в линиях связи являются независимыми характеристиками.

Канал связи, так же как и передаваемый сигнал, характеризуют тремя параметрами: временем Г к, в течение которого по каналу возможна передача информации, динамическим диапазоном D K и полосой пропускания канала F K .

Иод динамическим диапазоном канала понимают отношение допустимой мощности сигнала к мощности присутствующей в канале помехи, выраженное в децибелах.

Обобщенной характеристикой канала связи служит его емкость (объем)

Необходимое условие неискаженной передачи по каналу сигналов

Часто преобразование первичного сигнала в высокочастотный радиосигнал и преследует цель согласования передаваемого сигнала с каналом. В простейшем случае сигнал согласуют с каналом по всем трем параметрам:

При соблюдении этих условий объем передаваемого сигнала практически полностью «вписывается» в объем канала.

В ряде случаев неравенство (1.2) может выполняться и тогда, когда одно или два из неравенств (1.3) невыполнены. Это означает, что можно производить «обмен» длительности на ширину спектра или ширину спектра на динамический диапазон и г.д. Рассмотрим пример.

Пример 1.1

Пусть записанный на магнитофон телефонный сигнал с шириной спектра 3,4 кГц необходимо передать через канал связи, полоса пропускания которого 340 Гц. Это можно осуществить, воспроизводя сигнал со скоростью, в пять раз меньшей той, с которой он был записан. При этом все значения частот исходного сигнала уменьшатся в пять раз, но и во столько же раз увеличится время передачи. Принятый сигнал также записывают на магнитофон, а затем, воспроизведя его со скоростью, в пять раз большей, можно с высокой точностью восстановить исходный сигнал. Аналогично можно передать сигнал быстрее, если полоса пропускания канала шире спектра сигнала.

Однако наибольший интерес вызывает возможность обмена динамического диапазона канала связи на полосу пропускания. Оказывается, что при внедрении импульсно-кодовых видов модуляции (см. гл. 2) можно передать сообщение с динамическим диапазоном, например, 60 дБ по каналу, в котором сигнал превышает помеху всего лишь на 30 дБ. При этом используется полоса пропускания канала в несколько раз более широкая, чем спектр сообщения.

Метод комплексного ста­тистического оценивания основан на вычислении статистики временных и спектральных параметров и их изменений на основе сравнения искаженного в канале и исходного сигналов. Эта методика объединяет возможность оценки по субъективным кри­териям и аппаратную объективность измерений. Она базируется на зако­номерностях восприятия человеком внешних возбуждений.

Высокая корреляция изменений свойств сигнала и субъективной оценки качества передачи слушателем позволяет сформировать оценку по следующим критериям:

- заметность изменений сигнала;

- балльная оценка качества передачи;

- предпочтительность передаваемого сигнала.

При осуществлении оценки по критерию «заметности изменений сигнала», предельно допустимым искажениям соот­ветствует 50%-ная заметность. Это предельная норма для каналов с полосой 6300 Гц. Для для каналов с полосой 10 кГц - Р мах = 30%, а для каналов с полосой 15 кГц - Р мах = 15%.

В качестве критерия «за­метности» изменений сигнала, используется величина интегрального отклонения ∆S (численное значение суммы абсо­лютных отклонений функций - ИО) от двух распределений ОСМ для исходного и искаженного сигналов. На рис. 7.5 приведены (НЧПЗ) ОСМ на интервалах анализа 200 мс для двух видов искажений: ком­пактного представления с использованием алгоритма MP-3 и ограни­чения полосы снизу.

ИО ∆S позволяет оценить степень расхождения двух рас­пределений . При внесении искажений в сигнал ИО повторяет изменение среднего значения НЧПЗ, определяясь изменением СКО и моментами высших порядков. Для подтверждения корреляционной связи величины ∆S с за­метностью искажений Р, вносимых трактом передачи ЗВС, на рис. 7.14 представлена интегральная кривая заметности искажений типа «ограничение полосы частот снизу» (пунктирная кривая) , полученная при восприятии реальных сигналов . Сплошными линиями на этом же рисунке построены оценки интегральных откло­нений НЧПЗ ОСМ вещательных сигналов, подвергшихся тем же ис­кажениям. Измерения проводились на часовых программах РВС «Маяк», «Орфей» и «Эхо Москвы». Очевидна высокая корреляция зависимостей. Аналогичный характер имеют графики и по всем дру­гим характерным искажениям, что делает обоснованным широкое использование этого критерия в разных приложениях.

Характер и тип искажений может определяться с использованием статистик ряда других параметров ЗВС. Наиболее информативными из них оказались, кроме энергетического параметра ОСМ, параметры формы , ото­бражающие изменения огибающей на участках нестационарности ЗВС, т. е. атаки и спады сигнала. На рис. 7.15 показано изменение ИО НЧПЗ крутизны атак для тех же, что и на рис. 7.14, сигналов при тех же искажениях.

Использование других участков нестационарности ЗВС - спадов сигнала - также перспективно, поскольку изменения участков спадов звукового сигнала воспринимаются как изменения времени ревербе­рации, т. е. акустической обстановки, что негативно сказывается на субъективной оценке звучания.

На рис. 7.16 и 7.17 показано изменение ИО НЧПЗ ОСМ и крутиз­ны атак соответственно для тех же, что и на рис. 7.14 и 7.15, сигна­лов, но при введении нелинейных искажений.

Весьма информативными для каналов с устранени­ем избыточности являются кепстрапьные параметры. На рис. 7.20 представлена зависимость пик-фактора кепстра от скоро­сти передачи с использованием алгоритма МР-3 для двух веща­тельных программ часовой длительности. Заметна хорошая корре­ляция пик-фактора кепстра как объективного параметра с субъек­тивной заметностью искажений (пунктирная кривая).

На рис. 7.21 представлены графики соответствия балльной оценки изменений в сигнале при уменьшении скорости кодирова­ния от 256 кбит/с до 64 кбит/с (кривая 1) и процентной замет­ности аналогичных изменений, полученных при ССИ (кривая 2).

Кривые идентичны, что свиде­тельствует об эквивалентности балльной и процентной шкал заметности.

- АЦП исходного и прошедшего канал передачи сигналов;

- нормализацию сигналов по уровню, превышаемому в течение 98% времени;

- синхронизацию сигналов;

Анализ сигналов в соответствии с МКСО, который предпола­гает вычисление статистики ряда параметров и их изменений на ос­нове сравнения прошедшего обработку и исходного сигналов;

Формирование комплексной оценки изменения сигнала в про­цессе передачи, а также АЧХ канала на реальном вещательном сигнале. Вывод данных на экран, на печать и сохранение в базе данных.

В соответствии с МКСО, анализируется группа статистических характеристик, а именно: энергетические характеристики (относи­тельная средняя мощность в двух разновидностях, отличающихся способом нормирования - ОСМс и ОСМк); характеристики формы (анализ на интервалах нарастания и спада фильтрованной гильбертовской огибающей сигнала); спектральные и кепстральные ха­рактеристики (по мгновенным амплитудным спектрам).

Результа­том анализа каждой группы параметров являются нормированные статистические частоты появления значений (НЧПЗ) параметра. На основании НЧПЗ находится интегральное отклонение (ИО) НЧПЗ как усредненное значение абсолютных отклонений частот по­явления значений параметров сигналов до и после прохождения ка­нала. Для случая спектральных характеристик дополнительно осу­ществляется графическое представление АЧХ канала, найденной по мгновенным амплитудным спектрам, а также формируются данные о среднеквадратичном отклонении (СКО) от идеальной АЧХ.

В соответствии с МКСО, по результатам анализа изменений статистических характеристик сигнала формиру­ется обобщенная оценка заметности изменений сигнала в процентах и «балльная оценка» качества передачи по 5-балльной шкале. В ка­честве измерительного инструмента МКСО может использоваться аппаратно-программный комплекс, осуществляющий вычисление, построение и анализ статистических характеристик ря­да параметров, а также изменений этих характеристик на основе сравнения искаженного в канале и исходного сигналов.

Трудоем­кость формирования оценки в соответствии с МКСО существенно ниже, а точность и повторяемость гораздо выше, чем при про­ведении ССИ. Причем такой способ оценки качества пере­дачи не противопоставляется традиционным изменениям в соответ­ствии с ГОСТ 11515-91.

Лекция 3

Факторы, определяющие параметры качества соединений в ADSL

Факторы, влияющие на параметры качества ADSL

Наше исследование технологии ADSL является сугубо практическим и ори­ентированным на изучение методов измерений.

По этой причине в книге нас бу­дут интересовать не столько сами принципы работы систем ADSL, сколько те факторы, которые определяют параметры качества сети ADSL и в конечном сче­те - технологический и коммерческий успех технологии в целом.

В этом небольшом разделе на основании приведенных выше сведений о технологии ADSL постараемся выявить факторы, характеризующие парамет­ры качества ADSL.

Для того, чтобы выделить группы интересующих нас факторов, вернемся к рис. 1.8.

Как следует из рисунка, в составе схемы подключения пользователя ADSL присутствуют три объекта: модем, DSLAM и участок абонентской пары.

Отдельные параметры модема или DSLAM нас интересуют меньше, чем пара­метры этих устройств как технологической пары.

Следовательно, можно выде­лить две группы факторов влияния на параметры качества ADSL.

Влияние со стороны пары модем-DSLAM. Влияние параметров абонентской кабельной пары.

Изучим эти факторы отдельно.

Влияние оконечных устройств и DSLAM

Рассмотренные выше принципы работы пары модем-DSLAM показывают, что параметры таких устройств могут оказывать влияние на общие парамет­ры качества доступа ADSL. Здесь сказывается несколько факторов.

Технология ADSL предусматривает технологическую независимость параметров DSLAM и модема, эти устройства могут быть разного про­изводства. Любые варианты нестыковки в паре модем-DSLAM должны сказываться на качестве доступа ADSL.

Фактор нестыковки на уровне «рукопожатия» может проявиться в том, что модем и DSLAM могут установить не самый эффективный режим работы и обмена данными.

На уровне диагностики соединения фактор нестыковки может привес­ти к неправильной настройке эквалайзеров и эхокомпенсаторов, что скажется на параметрах скорости передачи. Здесь же может присут­ствовать фактор нарушения в работе только одного устройства.

На­пример, сама процедура настройки эхокомпенсатора в модеме может оказаться некорректной и могут возникнуть нарушения.

Аналогичные нарушения могут быть вызваны некорректной работой процедур вы­равнивания уровня сигнала в DSLAM и т. д..

Аналогично проблемы могут быть обусловлены нестыковкой на уров­не диагностики канала. Здесь нарушения в процессе согласования схем кодирования и любые сбои в работе алгоритмов диагностики SNR мо­гут привести к ухудшению качества подключения ADSL.

Забегая вперед, отметим, что диагностика всех перечисленных факторов может быть реализована только в процессе сложных исследований устройств по методикам тестов соответствия. Эти методики слишком сложны для эксп­луатации и требуют слишком больших затрат.

Влияние параметров абонентской линии

Наиболее интересным для эксплуатации фактором, непосредственно вли­яющим на параметры качества ADSL, являются параметры абонентской ка­бельной пары.

Поскольку абонентский кабель и его параметры не привносит­ся технологией ADSL извне, а уже имеется у оператора в том виде и состоя­нии, в котором он дожил до эры NGN, то здесь содержится самый слабый элемент технологической цепи ADSL. И хотя между измерениями параметров кабеля и измерениями ADSL нельзя поставить знак равенства, измерения параметров абонентских пар - это более 50% всех эксплуатационных изме­рений на начальных этапах внедрения ADSL.

Рассмотрим коротко, какие параметры абонентских линий могут оказать­ся критичными для качества ADSL. Более подробно каждый из перечисленных параметров приведен в глава 4.

Базовые параметры абонентских кабелей

Начнем с общих (или базовых) параметров абонентских кабелей. К ним относятся все те параметры, которые исторически использовались для пас­портизации кабельной системы оператора.

Можно утверждать, что это груп­па параметров и методов их анализа, одинаковая для любых абонентских ка­белей, несмотря на их тип и способ использования.

Действительно, если есть металлический кабель, то он имеет сопротивление, емкость, параметры изо­ляции, и все перечисленные параметры не зависят от того, с какой целью ка­бель проложен. Он может использоваться для обычной телефонной связи, для ADSL, для системы радиофикации и пр.

И для всех приложений необходим определенный набор параметров, позволяющих судить о качестве абонентс­кой пары.

Именно поэтому такие параметры называются базовыми.

Базовые параметры абонентской пары полностью описаны в норматив­ных документах и хорошо известны.

К основным базовым параметрам мож­но отнести:

наличие постоянного/переменного напряжения на линии; сопротивление абонентского шлейфа; сопротивление изоляции абонентского шлейфа; емкость и индуктивность абонентского шлейфа; комплексное сопротивление линии на определенной частоте (импе­данс линии); симметрию пары в смысле омического сопротивления.

Значения перечисленных параметров определяют качество абонентской пары, и уже на этом основании можно говорить, что они важны для паспорти­зации кабелей под ADSL.

Специализированные параметры кабеля

Как было показано выше на параметры передачи ADSL влияют не столько базовые параметры абонентской пары, сколько параметры абонентского ка­беля как канала передачи сигналов 256DMT/QAM.

В таком случае важной ока­зывается группа параметров, связанная непосредственно с процедурой пе­редачи, куда входят такие параметры, как искажение сигнала, затухание сиг­нала, различного рода шумы и влияния на линию извне.

Поскольку эта группа параметров непосредственно связана с областью применения кабеля в ADSL, они называются специализированными.

Процедурно специализированные параметры отличаются от базовых тем, что любые измерения этих параметров всегда опираются на методики час­тотного тестирования линии.

Согласно данным методикам для диагностики абонентского кабеля следует подать тестовый специализированный сигнал (воздействие) и анализировать качество прохождения такого сигнала по ли­нии (отклик).

К специализированным параметрам относятся:

затухание в кабеле;

шум в широкой полосе частот и отношение сигнал/шум (SNR); амплитудно-частотная характеристика (АЧХ); переходное затухание на ближнем конце (NEXT); переходное затухание на дальнем конце (FEXT); импульсные помехи; возвратные потери; симметрия пары в смысле неравномерности характеристик передачи.

Неоднородности в кабеле

Третий фактор, непосредственно влияющий на параметры качества ADSL на уровне абонентского кабеля, - наличие в кабеле неоднородностей.

Любые неоднородности в абонентском кабеле негативно сказываются на парамет­рах передачи.

В качестве иллюстрации процессов, происходящих в системе передачи, на рис.3.1 показана параллельная отпайка, представляющая со­бой довольно частое явление на отечественной сети.

В случае передачи ши­рокополосного сигнала через параллельную отпайку передаваемый сигнал сначала разветвляется, а затем отражается от несогласованного конца от­пайки.

В результате на стороне приемника два сигнала - прямой и отражен­ный - накладываются друг на друга, причем отраженный сигнал может рас­сматриваться как шумовой. Поскольку шумовой сигнал в случае, изображен­ном на рис.3.1, имеет ту же структуру, что и обычный сигнал, его влияние оказывается максимальным на параметры качества передачи.

Рис. 3.1. Параллельная отпайка и ее влияние на параметры передачи ADSL

Уровень деструктивного влияния отраженного сигнала будет напрямую зависеть от уровня отражения на отпайке. Из теории сигналов уровень отраже­ния будет тем выше, чем больше частота передаваемого сигнала.

В результа­те любые системы широкополосной передачи оказываются очень чувствитель­ными к любым неоднородностям в кабеле. В случае ADSL чувствительность к неоднородностям немного компенсируется адаптивной подстройкой пары мо­дем-DSLAM, так что наличие отпаек не отменяет возможность передачи.

Но в случае отпайки скорость передачи ADSL резко падает, что позволяет произво­дителям оборудования и системщикам выдвигать требования о недопустимо­сти никаких неоднородностей в кабеле для ADSL.

Переходные помехи

Понятие переходного затухания менее понятно с точки зрения природы появления этого фактора, но лучше отражает метод измерения. Поэтому на практике используются оба понятия.

Четвертым фактором, влияющим в кабеле на параметры передачи ADSL, выступает фактор взаимного влияния абонентских кабелей друг на друга.

Ме­тодически параметры взаимного влияния получили название переходных по­мех, или переходного затухания.

Рис.3.2. Переходные помехи NEXT и FEXT

Различают два параметра переходных по­мех (рис.3.2).

переходное затухание на ближнем конце (т. е. влияние ближнего пере­датчика на приемник на ближнем конце); переходное затухание на дальнем конце (т. е. влияние удаленного пе­редатчика на приемник на ближнем конце).

Номинально FEXT и NEXT относятся к специализированным параметрам кабельной пары. Но роль этого параметра настолько уникальная, что требует отдельного рассмотрения и исследования.

Достаточно сказать, что, несмот­ря на существование понятий NEXT и FEXT уже не один десяток лет, общей методологии измерений этих параметров нет, и в условиях абонентских се­тей NGN ее едва ли можно построить.

Например, взаимное влияние одной пары на другую может существовать потенциально, но никак не проявляться до тех пор, пока по одной паре идет телефония, а по другой ADSL.

Но стоит подключить нового абонента ADSL - и это влияние может «убить» качество связи в обеих парах.

То же относится к помехам от внешних источников электромагнитного излучения - в общем случае предсказать их проявление на отдельной паре невозможно.

Можно указать в качестве наиболее важных для параметров качества ADSL следующие типы возможных переходных помех.

Влияния абонента ADSL на другого абонента ADSL. Влияние радиочастот диапазона AM на ADSL. Влияние внешних электромагнитных помех. Влияние от цифровых систем передачи (Е1, HDSL и пр.).

Долгое время дискутировался вопрос о потенциальной возможности вли­яния ADSL на качество традиционной телефонии. Поводом для обсуждения данной темы стали жалобы абонентов традиционной телефонии на ухудше­ние качества связи в процессе массового внедрения ADSL.

Хотя по теории применения сплиттеров влияние ADSL на телефонную сеть исключается, ста­тистика жалоб показывала устойчивую связь между уровнем внедрения ADSL и количеством жалоб.

Специальные исследования показали, что переход­ных помех между телефонной сетью и ADSL действительно нет, а жалобы обусловлены в большей степени деятельностью самих операторов.

Для бо­лее качественного предоставления услуг ADSL операторы осуществляли коммутацию пар, так что пользователь ADSL получал лучшую по качеству пару, тогда как обычный телефонный абонент получал пару хуже, что и при­водило к оценке негативной роли ADSL.

Кстати, этот пример показывает, что в процессе массового внедрения ADSL факторы чисто технического свой­ства сильно перемешиваются с социальными, историческими и админист­ративными факторами. Как показано в глава 7, данный пример не един­ственный случай, когда оказывается трудно разделить влияние техники и других процессов в системе эксплуатации.

Некоторые применения ADSL

Теперь от общего анализа технологии ADSL перейдем к рассмотрению не­которых вариантов использования этой технологии в сетях абонентского доступа NGN.

Как следует из самой парадигмы сетей NGN, основная цель построения сетей широкополосного абонентского доступа - обеспечение пользователей мак­симально возможной полосой передачи данных в транспортную сеть. От это­го зависит номенклатура предоставляемых пользователю услуг, а сам успех внедрения NGN - от эффективности внедрения новых услуг, ведь именно ради них совершается новая техническая революция.

Таким образом, тема услуг является основополагающей при изучении лю­бых вопросов, связанных с NGN. Не исключение и технология ADSL. В данном разделе мы рассмотрим варианты применения ADSL на современной сети, что должно дополнить наше представление о месте этой технологии в совре­менной системе связи.

Индивидуальное подключение

Самое простое применение технологии ADSL - индивидуальное использо­вание широкополосного доступа для предоставления услуг отдельному пользователю.

Несомненным преимуществом ADSL является то, что она пред­лагает очень эффективный метод миграции абонентов из телефонной сети в сеть NGN.

Напомним, что для этого требуется только установить на обоих концах абонентской линии сплиттеры, тем самым, разделив трафик передачи данных и телефонный трафик, а затем подключить ADSL-модем на стороне пользователя и DSLAM на станционной стороне.

Рис.3.3. Схема индивидуального подключения абонента

В результате такого процесса миграции технология ADSL становится ин­дивидуально ориентированной. Она нацелена на отдельных абонентов теле­фонной сети и предлагает с минимальными издержками подключить их к сети NGN. Соответственно, наиболее часто ADSL используется именно в режиме индивидуального подключения (рис.3.3).

Как показано на рисунке, в случае индивидуального подключения абонен­та к ADSL ставится задача обеспечения широкополосным доступом единич­ного пользователя.

Например, это может быть квартира абонента. В таком случае абоненту оставляется обычный телефон, подключенный через сплитер, и добавляется широкополосный доступ в сеть NGN. В зависимости от конфигурации и типа модема ADSL, это может быть интерфейс USB для под­ключения одного компьютера или Ethernet, к которому можно подключить даже домашнюю локальную сеть. В свою очередь, в домашней локальной сети мо­гут быть установлены компьютеры либо устройства IPTV для обеспечения трансляции телевизионных сигналов.

Технология VoDSL

Новое по отношения к традиционным услугам ADSL приложение связано с развитием технологии передачи голоса в пакетных сетях (Voice over IP, VoIP). В настоящее время VoIP получила очень широкое распространение. В каче­стве примера можно привести услугу skype, которой широко пользуется уже более 5 млн абонентов во всем мире.

Если существует потенциальная возможность передачи голоса поверх дан­ных, то еще одним приложением ADSL может стать предоставление услуг VoIP. Такую услугу можно назвать передачей голоса поверх ADSL, или VoDSL.

Схе­ма услуги представлена на рис. 3.4. На стороне пользователя к модему ADSL подключаются не только компьютер, но и VoIP-телефон. Со станционной стороны после DSLAM ставится коммутатор доступа (BRAS), который выделяет график VoIP и передает его на телефонный шлюз VoIP/PSTN, так что трафик VoIP преобразуется в обычный телефонный трафик и уходит в сети общего пользования.

Колл" href="/text/category/koll/" rel="bookmark">коллективное использование ADSL

Рассмотренные выше услуги VoDSL имеют еще одно интересное приме­нение, а именно возможность коллективного использования одного ADSL-под­ключения.

Как было показано выше, современные технологии VoIP позволя­ют установить на стороне пользователя ADSL дополнительный телефон. Но никто не запрещает вместо одного телефона подключить несколько теле­фонов VoIP, а вместо одного компьютера составить локальную сеть (рис. 3.5). В таком случае мы получаем целую сеть для небольшого офиса на одной ADSL.

Такой подход к использованию ADSL обещает большие перспективы этой технологии. Например, небольшая компания снимает новый офис и традици­онно задается вопросом, каким образом обеспечить связь с внешним миром. Если офисное помещение было до этого квартирой, то в ней есть только один телефон. И вот тогда на помощь может прийти решение по ADSL. Достаточно подключиться к единственной паре ADSL, как в офисе появятся необходимое количество телефонов и достаточно широкая «труба» в Интернет.

https://pandia.ru/text/78/444/images/image006_42.gif" width="534" height="418">

Рис.3.6. Интегральная сеть широкополосного доступа и место ADSL в ней

уровень адаптации ATM - AAL2, пакеты данных также преобразуются в поток ячеек ATM (уровень адаптации AAL5). Иными словами, IAD выполняет задачу мультиплексирования по­токов речи и данных в виртуальные каналы (VC) для передачи по линии DSL, а также функции моста или маршрутизатора трафика локальных сетей Ethernet, одновременно поддерживая достаточное количество речевых соединений.

Уже сейчас применение IAD для создания корпоративных сетей очень по-

пулярно в рамках проектов массового внедрения ADSL в Москве и С-Петербурге. По мере развития «интернетизации» малого и среднего бизнеса и се­тей ADSL предлагаемая схема использования будет и далее находить своих клиентов.

Библиография

1. Бакланов ADSL/ADSL2+: теория и практика применения.-М.: Метротек,2007.

Контрольные вопросы

Перечислите факторы влияющие на параметры качества ADSL. Как влияют на параметры качества ADSL оконечные устройства и DSLAM. Перечислите и охарактеризуйте базовые параметры абонентского кабеля. Перечислите и охарактеризуйте специализированные параметры кабеля. Как влияют неоднородности в кабеле на ADSL. Как влияет параллельная отпайка в кабеле на параметры передачи ADSL. Охарактеризуйте термины «переходные помехи и переходное затухание». Изобразите схему возникновения переходных помех. Назовите и охарактеризуйте параметры переходных помех. Назовите наиболее важные типы переходных помех. Изобразите схему индивидуального подключения абонента ADSL. Изобразите схема организации услуги VoDSL. Изобразите схему коллективного подключения к ADSL. Что такое IAD и какие функции он выполняет. Изобразите интегральную сеть широкополосного доступа и место ADSL в ней

Структурная схема одноканальной системы связи. Классификация систем связи

Совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающая передачу сообщений от источника к получателю, называется системой электросвязи .

При передаче сообщений системой электросвязи выполняются следующие операции:

Преобразование сообщения, поступающего от источника сообщения (ИС) в первичный сигнал электросвязи (в дальнейшем просто «первичный сигнал»);

Преобразование первичных сигналов в линейные сигналы с характеристиками, согласованными с характеристиками среды распространения (линией связи);

Выбор маршрута передачи и коммутация;

Передача сигналов по выбранному маршруту;

Преобразование сигналов в сообщение.

Обобщенная структурная схема системы

электросвязи

ИС – источник сообщения (информации);

ПР 1 (ПР -1) – преобразователь (обратный преобразователь) сообщения в первичный сигнал;

СК – станция коммутации, представляющая совокупность коммутационной и управляющей аппаратуры, обеспечивающей установление различного вида соединений (местные, междугородные, международные, входящие, исходящие и транзитные)

ОС 1 (ОС -1) – оборудование сопряжения, осуществляющее прямое (обратное) преобразование первичных сигналов в линейные сигналы (вторичные сигналы).

Каналом электросвязи называется комплекс технических средств, обеспечивающий передачу сообщений между его источником и получателем.

Каналом передачи называется комплекс технических средств и среды распространения, обеспечивающий передачу первичного сигнала электросвязи в определенной полосе частот.

Системой передачи называется комплекс технических средств и среды распространения, обеспечивающий передачу первич­ного сигнала в определенной полосе частот или с определен­ной скоростью передачи между коммутационными станциями.

Основные характеристики систем связи

При оценке работы системы связи необходимо, прежде всего, учесть, какую точность передачи сообщения обеспечивает система и с какой скоростью передаётся информация. Первое определяет качество передачи, второе – количест­во .

Помехоустойчивость приёма сообщений характеризует степень соответствия переданного и принятого сообщения, выраженную в некоторой количественной мере. Помехоустойчивостью , называется способность системы противостоять вредному действию помех. Помехоустойчивость оценивается по верности приёма сообщений при заданном отношении сигнал/помеха (ОСП) и зависит как от свойств передаваемых сигналов, так и от способа приёма. Верность приёма определяется степенью сходства принятого и переданного сообщений.

Если сообщение описывается непрерывной функцией a (t ), то отклонение ε (t ) принятого сообщения ậ(t) от переданного а (t ) имеет непрерывный характер:

(1.2.1)

и в качестве меры различия часто используется среднеквадратическое отклонение (СКО):

, (1.2.2)

где черта сверху обозначает усреднение по множеству реализаций.

Скоростью передачи информации R называется среднее количество информации I , передаваемое в данной системе в единицу времени:

R [дв. ед./сек.] = I /T , (1.2.4)

где Т – длительность передачи информации.

Своевременность передачи сообщений определяется допустимой задержкой, обусловлен­ной преобразованием сообщений и сигналов, а также конечным временем распространения сигнала по каналу связи.

4 Основные параметры сигналов и каналов связи. Необходимое условие неискажённой передачи сигналов

Канал связи характеризуется так же, как и сигнал, тремя ос­новными парамет­рами:

- временем T к , в течение которого по каналу возможна пере­дача;

- динами­ческим диапазоном D к (отношение допустимой мощности передаваемого сигнала к мощности помехи, выраженное в децибелах);

- полосой пропускания канала F к.

Обобщённой характеристикой ка­нала является его ёмкость (объём):

(1.5.1)

Необходимым условием неискажённой передачи по каналу сигналов с объёмом является:

В простейшем случае сигнал со­гласуют с каналом по всем трём параметрам, т.е. добиваются выполнения ус­ловий:

Неравенство (1.5.2) может выполняться и тогда, когда одно или два из неравенств (1.5.3) не выполнены. Это означает, что можно производить «обмен» длительности на ширину спектра или ширину спектра на динамический диапазон и т.д.

Наряду с приведёнными выше основными параметрами канала его частотные свойства характеризуются частотным коэффициен­том передачи , а временные – импульсной характеристи­кой h к (t,τ) . Из п. 1.2.5 следует, что эти характеристики позволяют описать преобразования входных сигналов во временной или час­тотной области, осуществляемые как каналом в целом, так и его от­дельными элементами.

Основные показатели системы связи:

1)достоверность передачи сообщений.

Степень соответствия между принятым и преданным сообщением – называют достоверностью передачи.

При передачи дискретных сообщений достоверность определяется коэффициентом ошибок.

Где - это число ошибочно принятых элементов сообщения, -общее число элементов сообщения.

Частность ошибок, величина случайная.

При передачи непрерывных сообщений, различие между переданным и принятым сообщением характеризуется случайной ошибкой.

принятое сообщение, x(t)-полученное сообщение;

Случайная помеха на выходе системы связи.

Часто пользуются критерием среднеквадратической ошибки ().

Среднеквадратическая ошибка определяется:

Средняя мощность помехи;

Средняя мощность полезного сигнала.

Р(- одномерная плотность вероятностной помехи.

Заданный порог помехи.

Физически это условие соответствует вероятностному отсутствию так называемой аномальной ошибки, т.е. ошибка которая может иметь несоответствие для получателя.

Например: кратко временное выход из строя системы, импульсная помеха и т.д.

2)помехоустойчивость.

Передача информации с требуемой достоверностью предполагает надёжную работу системы связи, это возможно если система связи обладает высокой надёжностью, т.е. способность приборов и устройств длительно выполнять возложенные на них функции и обеспечивать необходимую помехоустойчивость - способность противостоять действию помех.

Помехоустойчивость зависит от факторов:

1)способы практической реализации системы связи;

2)элементной базы;

3)изготовление, технология аппаратуры;

4)условия эксплуатации;

5)принципы построения системы связи и т.д.

Надёжность системы связи количественно оценивается вероятностью того, что аппаратура будет выполнять свои функции в течение заданного времени.

Отношение сигнал - шум – фактор оценивающий помехоустойчивость системы связи:

Чем меньше требуется отношение сигнал-шум, тем выше помехоустойчивость системы связи.

3)скорость передачи информации.

Если передача непрерывных сообщений осуществляется в реальном масштабе времени. Однако, часто бывает целесообразно сообщение записать, а потом передать со скоростью отличающуюся в большую или меньшую сторону от времени создания. Это позволяет эффективно использовать каналы связи.

Численно скорость передачи определяется количеством информации поступившей от отправителя к получателю за 1 секунду. Измеряется бит в секунду.

Скорость зависит:

1)от сообщения и статистических его свойств;

2)характеристик канала связи;

3)искажения и помех в канале.

Очень часто при передаче дискретных сообщений для характеристик аппаратной части системы связи пользуются понятием технической скорости передачи.

Предельная возможность скорости передачи оценивают величиной пропускной способности канала, численно определяется максимальным количеством информации передаваемой по нему за 1 секунду.

эффективная полоса частот канала связи;

средняя мощность помехи.

4)эффективность системы связи.

Для оценки качества работы используют показатели связанные с затратами.

1)энергетические;

2)полоса частот ;

3)стоимость аппаратуры;

4)массогабаритные и т.д.

Совокупность свойств характеризующих экономичность системы с точки зрения затрат называют эффективность системы связи.

Для выбора системы связи по эффективности используют критерии, при этом учитывают определённые заранее установленные ограничения на некоторые параметры и характеристики системы связи.

Критерий удельных затрат- это такие критерии, в соответствие с которыми системы связи оцениваются величиной затрат на передачу 1 бита информации при заданной достоверности.

Удельная энергетическая затрата, где

Энергия сигнала на входе приёмника затраченная на передачу 1 бита;

Спектральная плотность помехи.

Удельная затрата полосы, где

Эквивалентная полоса пропускания системы связи;

R-скорость передачи (бит*сек).

Значение иможно рассматривать как показатели работы системы связи.

1.3.Классификация систем и линий передачи информации .

Признаки классификации:

1)область применения (телефонные системы, передача данных, телевидение, телеметрия);

2)по форме сообщения (дискретные, непрерывные);

3)по виду линейного сигнала (непрерывная, импульсная);

4)по диапазону рабочих частот и ширине полосы (узкополосные, широкополосные);

5)по виду связи (стационарные, мобильные);

6)по принципу уплотнения и разделения (временное, частотное, по коду).

Все системы связи делятся на две группы:

1)системы со свободным распространением сигналов.

Уровень рассеяния сигнала пропорционален квадрату расстояния между передатчиком и приёмником (радиотехнические).

2)системы с направленным распространением сигналов.

Принудительное распространение сигнала. Для этого используется устройства. Энергия в них не рассеивается, а поглощается направляющим устройством. Системы стабильны, являются идеальными с точки зрения достоверности. Идеальное решение проблемы электромагнитной совместности- высокая пропускная способность. Однако, эти системы очень дороги, требуют создания усилительных ретрансляционных пунктов.

Проблемы:

1)проблемы электромагнитной совместимости, действие помех;

2)высокая экономичность, гибкость, мобильность.

Системы со свободным распространением сигналов делятся на:

1) системы с постоянными параметрами - системы, в которых параметры сигнала проходя через среду распространения не претерпевают существенных случайных изменений, за исключением фазы (системы радиорелейной связи, спутниковой связи – они работают в диапазоне сантиметровых волн).

2)системы со случайными параметрами – параметры сигнала изменяются про прохождение через среду. Эти изменения приёмника или в системах с отражённой или прямой волной (коротковолновые системы- сигналы претерпевают глубокие замирания).

При длине волны l=3-10 метров, радиосигналы хорошо отражаются от ионосферы, что позволяет распространяться им на 2000 км.

При l<3 метров радиоволны распространяются в пределах видимости.

Классификация волн: