Технологии ADSL оборудования ADSL компании ”Alcatel” расчету сети доступа в Интернет

Содержание
Введение…………………………………………………………………3

I. Технология асимметричной цифровой абонентской линии (ADSL).
1.1 Общее описание технологии ADSL……………………..8
1.2 Области применения ADSL …………………………….12
1.3 Проблемы, связанные с применением ADSL………..15
1.4 Решение ADSL проблем…………………………………23
II. Технологические характеристики оборудования ADSL компании “Алкатель”
2.1 Общее описание оборудования ADSL………………..39
2.2 Мультиплексор ASAM – функциональное описание.49
2.3 Описание транспортной системы……………………...57
2.4 Функциональное описание сетевого ADSL-окончания (ANT)………………………………………………………..59
III. Расчет оборудования ADSL
3.1 Разработка схемы проектируемой сети доступа……60
3.2 Расчет пропускной способности для проектируемой сети доступа……………………………………………….65
IV. Технико-экономическое обоснование
4.1 Обоснование целесообразности проектного решения71
4.2 Расчет капитальных затрат и эксплуатационных расходов…………………………………………………..82
V. Экология и безопасность жизнедеятельности
5.1 Влияние монитора на организм человека…………….89
5.2 Расчет естественной освещенности в производственном помещении ………………………105

Заключение……………………………………………………………108
Список литературы………………………………………………….110

Перечень демонстрационных плакатов………………………..111
Технология асинхронной цифровой
абонентской линии

1.1. Общее описание технологии ADSL
Вступление

Всем хорошо известны возможности медной витой пары по передаче высокочастотного аналогового сигнала. Аналоговые модемы позволяют достигать скоростей до 28 Кбит/с по стандартному телефонному каналу. Используя схожие методы модуляции технология ADSL позволяет достичь скорости нисходящего потока (от станции к пользователю) до нескольких Мбит/с. На низкоскоростном канале от пользователя к станции эта технология позволяет пользователю управлять нисходящим потоком (см. рис.1). Необходимо отметить, что современные алгоритмы модуляции и кодирования обеспечивают скорость ADSL, которая приближается к теоретическому пределу.



Рисунок 1. Абонентская линия ADSL.

Высокая скорость нисходящего потока выбрана потому, что большинство домашних пользовательских приложений являются асимметричными. Бизнес пользователи, которым необходимы симметричные высокоскоростные приложения, используют оптический или коаксиальный кабель для обеспечения высокоскоростного двустороннего обмена данными. Поэтому технология ADSL была разработана в первую очередь для рынка домашних пользователей.


В связи с этим, пользователь может продолжать пользоваться уже имеющейся телефонной связью. На практике это означает, что пользователь может осуществлять телефонные вызовы во время передачи данных с использованием ADSL оборудования.
Краткая история эволюции модемов использующих неэкранированную витую пару (UTP)
В 1881 Грэхем Белл изобрел аналоговый модем, т.е. телефон. После этого потребовалось 80 лет, чтобы изобрести цифровые модемы. В таблице 1.1 приведена краткая история модемов.
Модемы, использующие стандартный телефонный канал
Таблица 1.1 Модемы использующие канал ТЧ
Год Скорость Модуляция
1960 300-1.2 Кбит/с (V.21,V23) ЧМ
1968 2.4 (V.26) ДОФМ (QPSK)
1972 4.8 Кбит/с (V.27) ТОФМ (8-PSK)
1976 9.6 Кбит/с (V.29) КАМ-16 (16-QAM)
1986 14.4 Кбит/с (V.33) КАМ-64 со сверточным кодированием (64-QAM+TCM)
1989 19.2 Кбит/с (V.33bis) КАМ-64 со сверточным кодированием (64-QAM+TCM)
1993 28.8 Кбит/с (V.34) Цифровая многоканальная (DMT)
Модемы, использующие выделенную пару симметричного кабеля
Таблица 1.2 Модемы, использующие выделенные пары симметричного кабеля
Год Технология Описание Расстояние/Диаметр жилы
1985 U-IC Дуплексная передача на скорости 160 Кбит/с по одной неэкранированной паре 8-10 км максимально.
4 км/0.4 мм
1990 HDSL Дуплексная передача на скорости 2 Мбит/с по 2 или 3 неэкранированным парам 2 UTP: 2.4 км/0,4 мм
2 UTP: 2.6 км/0,6 мм
3 UTP: 3.9 км/0,4 мм
3 UTP: 4.9 км/0,6 мм
1995 ADSL 1.5-8 Мбит/с (и более) нисходящий поток
640 - 1000 Кбит/с восходящий поток 1-5.4 км максимально
1997 VHDSL 20-50 Мбит/с 200-500 м
Концепция ADSL

Концепция ADSL была предложена в начале этого десятилетия компанией AT&T Bell Laboratories и Стэндфордским университетом. С тех пор был пройден путь от компьютерных эмуляций и лабораторных прототипов до выпуска стандартных систем, которые вскоре перерастут в интегрированные системы.

Принцип заключается в одновременной передаче по медной паре высокоскоростного нисходящего потока к пользователю и низкоскоростного восходящего потока от пользователя в сеть без влияния на телефонию [1].


Рисунок 2. Спектр используемых частот.

В высокоскоростном нисходящем потоке и низкоскоростном восходящем потоке передается цифровая информация. В добавлении к этому, технология ADSL имеет важную возможность мультиплексирования цифровой информации на более высоких частотах, по сравнению с традиционным каналом ТЧ. Другими словами, пользователи, использующие аналоговую телефонию могут продолжать ей пользоваться одновременно с ADSL. Данная функция осуществляется с помощью специального устройства – сплиттера (ФНЧ).


Рисунок 3. Внешние характеристики ADSL.

На рисунке 3 изображены внешние характеристики ADSL. Пропускная способность восходящего и нисходящего потоков составляет несколько Кбит/с и несколько Мбит/с соответственно. Естественно, по мере увеличения расстояния, максимально достижимая пропускная способность падает. Например, ADSL устройство, работающее на скорости 2 Мбит/с позволяет подключить множество пользователей на достаточно большом расстоянии. Тогда как ADSL устройства, работающие на скоростях 6 Мбит/с и более, позволят подключить пользователей на значительно меньшем расстоянии.
Поскольку восходящий поток передается на более низкой частоте, по сравнению с нисходящим, переходные помехи будут значительно ниже, чем при использовании симметричных систем. Отсутствие таких помех позволяет использовать ADSL устройства на больших расстояниях.
Приемопередатчик ADSL функционирует на более высоких частотах, чем стандартные телефонные устройства, поэтому при наличии фильтрации, обеспечивающей защиту от нежелательного шума (возникающего при передаче номера декадным током и при посылке вызывного тока), ADSL устройства могут использовать одну телефонную пару вместе с телефонными устройствами.
Таким образом, технология ADSL предполагает наличие пары высокоскоростных модемов для обеспечения доступа к широкополосным службам. Один модем устанавливается в ADSL - мультиплексоре и соединяется через высокоскоростную сеть с провайдером служб, предоставляющим доступ в Интернет, видео по запросу и т.п. Другой модем устанавливается в помещении пользователя и соединяется с одним или более модулем служб (Service Module –SM). SM – это устройство конечного пользователя, например персональный компьютер (ПК).


Рисунок 4. Принцип организации ADSL


1.2. Области применения ADSL
Требования к скорости

На рисунке 5 показаны требования к скорости, при использовании различных служб, как для восходящего так и для нисходящего потока. Очевидно, что большинство абонентских служб являются асимметричными. Другими словами пользователь принимает большой объем информации, при этом скорость передачи информации значительно меньше. Особенно высокой скорости нисходящего потока требуют видео службы. Таким образом, ADSL устройство должно обеспечивать гибкость при выборе скорости, пользователь должен иметь возможность самостоятельно определять количество каналов и их скорость при приеме данных.

В последние годы, существенно возросло использование Интернет, также возрос объем информации, который пользователь принимает из сети. В связи с этим, современные ADSL модемы предоставляют пользователю два интерфейса. Первый интерфейс – Ethernet, с помощью него к модему может быть подсоединен любой персональный компьютер. Другой - АТМ интерфейс, позволяет, с помощью использования специального терминала принимать видео сигнал на телевизор, а также рассчитан на дальнейший рост АТМ технологии.


Рисунок 5. Характеристики некоторых интерактивных служб.
Службы и области применения ADSL
В данном параграфе приводится краткий обзор служб и областей применения ADSL.
Дистанционный доступ
Работа на дому - Конечный пользователь имеет возможность осуществлять доступ к рабочей станции, принтерам, факсам или удаленным ЛВС/ГВС
• Нисходящий поток
Видео качество CATV (4 Мбит/с) + голос + данные
• Восходящий поток Голос + данные ( 64 Кбит/с)

Видео конференции Конечный пользователь имеет возможность принимать видеоизображение из удаленной видеоконференции, в этом случае видео будет передаваться по нисходящему потоку, а аудио информация в восходящем:
• Нисходящий поток Низкокачественное видео (1.5 Мбит/с) + голос + графика
• Восходящий поток
Голос + графика + дата (все - 384 Кбит/с)
Другие области применения

Видео по запросу, Интерактивное телевидение
Конечный пользователь может получить доступ к видео реального времени, и/или заранее сохраненному видео или к графике, а также может осуществить поиск с помощью меню
• Нисходящий поток Качество VHS (1.5 Мбит/с), CATV (4 Мбит/с), высокое (6 Мбит/с)
• Восходящий поток Удаленное управление с помощью VCR (16 Кбит/с)

Музыка по запросу Конечный пользователь может осуществить доступ к музыке через сеть провайдера служб
• Нисходящий поток Высококачественное аудио (384 Кбит/с)
• Восходящий поток Дистанционное управление (стоп, пауза,… ) (100 бит/с)
Игры

Интерактивные игры Конечный пользователь имеет возможность участвовать в интерактивной игре через удаленный сервер с другим пользователем.
• Нисходящий поток Высококачественное видео (6 Мбит/с) + аудио
• Восходящий поток Джойстик или мышь ( 64 Кбит/с)
Заключение
Скорость приема и передачи данных, требуемая для реализации любого из рассмотренных приложений обеспечивается технологией ADSL.

1.3. Проблемы, связанные с применением ADSL
Параметры телекоммуникационной системы
На рисунке 6 показана различные параметры телекоммуникационной системы. Нам необходима максимальная скорость и, в то же время, минимальная вероятность возникновения ошибки. Этого можно достичь путем увеличения мощности передачи и/или увеличения полосы пропускания и/или усложнения системы. Конечно требуется минимально возможная мощность, полоса пропускания и сложность системы. Кроме того, телекоммуникационная система имеет ограничения по данным параметрам. Здесь оговариваются ограничения, налагаемые на мощность и ширину полосы пропускания.

С другой стороны, нам требуется обеспечить максимальное использование системы. Максимальное количество пользователей должны иметь возможность надежного доступа к службам с минимальной задержкой и максимальной защитой от интерференции. Вот то, что нужно пользователю.

Рисунок 6. Параметры.
Существуют определенные теоретические ограничения, влияющие на конечный продукт [9]:
• Теоретическая минимальная полоса пропускания по Найквисту
• Теорема мощности Шеннона-Хартли и связанный с ней предел Шеннона
• Ограничения, накладываемые правительством, например на выделяемый частотный диапазон
• Технологические ограничения, например сложные компоненты

Различные явления, которые влияют на производительность передачи по витой паре могут быть разделены на следующие категории:
• Затухание
• Дисперсия импульса
• Отражения
• Несогласованный приемопередатчик;
• Изменения диаметра кабеля
• Шум и интерференция
• Белый шум;
• Перекрестные помехи
• Интерференция на радио частоте
• Импульсный шум

Критерий Найквиста

Найквист изучал проблему определения формы принимаемого импульса, которая позволила бы избежать межсимвольной интерференции (Inter-Symbol Interference - ISI) в детекторе. Им было показано, что для детектирования без ISI Rs символов в секунду, минимальная необходимая полоса пропускания составляет ½ Rs Гц. Данное правило выполняется при условии, что частотная характеристика коэффициента передачи имеет прямоугольную форму.
Wmin = 1/2Rs

При использовании среды передачи, имеющей форму частотной характеристики, отличную от прямоугольной равенство примет следующий вид:
Wmin = ½(1+r)Rs
где r – число от 0 (прямоугольная форма) до 1.

Вывод Критерий Найквиста вводит ограничения на скорость передачи в символах в секунду для данной полосы пропускания. Например в телефонии используется полоса пропускания 3 КГц. В этом случае максимально достижимая скорость составит 6000 символов в секунду (или Бод).

Теорема Шеннона – Хартли
В данной теореме определено, что достичь максимальной скорости (бит/сек) можно путем увеличения полосы пропускания и мощности сигнала и, в то же время, уменьшения шума.
(1)
где С – скорость (бит/с), W – полоса пропускания (Гц), SNR (дБ) – отношение сигнал/шум

Из формулы (1) видно, что для того, чтобы послать дополнительные биты в канал необходимо удвоить отношение сигнал/шум (SNR). Этого можно достичь удвоив мощность полезного сигнала, или уменьшив шум.

На рисунке 7 представлено применение теоремы Шеннона для витой пары, диаметром 0,4 мм. Три отдельных точки соответствуют скоростям, которые могут быть достигнуты с помощью систем ADSL, использующих технологию DMT. Из данного графика видно, что для больших расстояний системы ADSL приближаются к теоретическому пределу. Для коротких расстояний запас по пропускной способности по пределу Шеннона возрастает.

Рисунок 7. Теорема Шеннона.

Вывод Теорема Шеннона-Хартли ограничивает информационную скорость (бит/с) для заданной полосы пропускания и отношения сигнал/шум. Для увеличения скорости необходимо увеличить уровень полезного сигнала, по отношению к уровню шума.

Проблемы с модемами Мы имеем канал с известной полосой пропускания и отношением сигнал/шум. С одной стороны критерий Найквиста ограничивает максимальное число символов, которые возможно передать без ошибки. С другой стороны теорема Шеннона – Хартли ограничивает максимальное число бит, которые возможно передать без ошибки. Исходя из данных двух ограничений мы можем вычислить количество бит на символ, которое необходимо обеспечить для достижения максимальной (не обязательно оптимальной) скорости. Однако остается неясно, как реализовать необходимое количество бит в символе, т.е. возможны различные технологии модуляции.

Затухание
На рис.8 показано, что импульс, передаваемый по витой паре принимается на другой стороне с меньшей амплитудой.
Рисунок 8. Затухание

Затухание в кабеле ограничивает расстояние, на котором можно использовать витую пару без регенераторов. На частотные характеристики витой пары существенное влияние оказывает поверхностный эффект, в результате которого токи высокой частоты текут в поверхностном слое проводника. В результате получается более сильное затухание на высоких частотах.



Рисунок 9. Зависимость затухания от частоты для симметричного кабеля.

Проблема может быть решена путем увеличения мощности передаваемого сигнала:
• Максимальная мощность сигнала ограничена в следствии возникновения эффекта переходных помех, таким образом принимаемый сигнал всегда имеет маленькую амплитуду.
• Необходимо отметить, что для обеспечения электромагнитной совместимости, необходимо, чтобы системы ADSL не мешали функционированию радио передающих систем. Данное условие также накладывает ограничения на мощность передаваемого сигнала.
• ADSL устройство должно работать как на короткой линии с затуханием 0 дБ, так и на длинной линии с затуханием в 55 дБ, поскольку неизвестно, на какой линии данное устройство будет установлено.....