Автор работы: Пользователь скрыл имя, 10 Июля 2013 в 10:15, курс лекций
Лекция 1. Архитектура и топология сетей связи. Методы коммутации
Телекоммуникации являются основой развития общества. Постоянно растущий спрос как на обычные телефонные услуги, так и на новые виды услуг связи, включая услуги Интернет, предъявляет новые требования к современным сетям связи и качеству предоставляемых услуг. С другой стороны, совершенствование телекоммуникационного оборудования и развитие на его основе современных сетей связи приводит к усложнению процесса построения и значительным затратам на создание таких сетей.
Приведенная справа таблица представляет зависимость относительного соотношения сигнал/шум SNR* от типа используемого алгоритма CAP. В соответствии с определением значение относительного соотношения SNR* соответствует уровню помехи, при которой BER у принимаемого сигнала не будет превышать значения 10-7. Обращает на себя внимание тот факт, что, как и в случае QAM, помехоустойчивость алгоритма модуляции уменьшается при повышении его спектральной эффективности.
Поскольку алгоритм амплитудно-фазовой модуляции с подавлением несущей является, по сути, алгоритмом типа QAM, ему свойственны все положительные качества, которые присущи этому классу алгоритмов: относительная простота реализации и высокая спектральная эффективность. Несомненным достоинством собственно алгоритма САР является высокая энергетическая эффективность формируемого сигнала. Именно этот алгоритм теоретически способен обеспечить максимальные значения соотношения SNR и, следовательно, передачу сигнала на наибольшие расстояния. Все эти полезные качества алгоритма модуляции CAP позволяют применять его для построения эффективных и экономичных приемо-передающих устройств широкого спектра технологий DSL: от SDSL до VDSL.
Основным недостатком этого метода является отсутствие стандартизирующего документа, который определяет процедуры, в соответствии с которыми выполняется преобразование сигнала. Отсутствие этого документа объясняется рядом политических и экономических причин. Одной из причин, которые приводят к сдерживанию внедрения этой технологии, является сильная поддержка альтернативной по отношению к САР технологии DMT, которую оказывает комитет T1E1 ANSI. Другой причиной является недостаточная гибкость лицензионной политики, которую проводит хозяин патента на CAP компания GlobeSpan. Эти причины, которые нельзя назвать техническими в то же время являются достаточно вескими, для того, чтобы сдерживать процессы внедрения алгоритма САР в перспективные системы DSL.
Вопреки существующему мнению, многочастотный алгоритм Discrete Multi Tone (DMT) не является принципиально новым. Основные положения этого алгоритма модуляции были сформулированы и запатентованы специалистами Amati Communications (на момент написания статьи эта компания являлась частью Texas Instruments Internet Access group) ещё в начале 1990 годов. В 1993 году технология была выбрана ANSI в качестве алгоритма линейного кодирования для перспективных систем передачи данных. Сложность технической реализации данного алгоритма на первоначальном этапе развития DSL–технологий ограничивала область его возможного применения. Однако на настоящий момент алгоритм DMT имеет многочисленные технические реализации и является одним из основных алгоритмов модуляции наиболее перспективных технологий ADSL и VDSL.
Алгоритм DMT построен по принципиально иной, чем у представленных выше алгоритмов, схеме. В отличие от алгоритмов QAM, данный алгоритм использует не одну, а группу частот несущих колебаний. При использовании этого алгоритма модуляции весь расчетный частотный диапазон линии делится на несколько участков шириной по 4,3125 кГц. Каждый из этих участков используется для организации независимого канала передачи данных.
На рис. 9 представлен вариант частотной организации входящего потока стандарта G.DMT для варианта “echo cancellation”. Для данного варианта в направлении абонента организуется 249 частотных каналов. Кроме того, для этого варианта характерно, что частотные диапазоны, которые используются для передачи данных входящего и исходящего информационных потоков перекрываются. На рис. 10 представлен вариант частотной организации входящего потока G.DMT.
На этапе проверки качества линии передатчик, исходя из уровня помех в частотном диапазоне участка, для каждого из этих каналов выбирает подходящую модуляционную схему. На чистых каналах с малым уровнем шумов могут быть использованы алгоритмы с большими значениями q, например, QAM 64, в то время, как на более зашумленных участках могут быть использованы более простые алгоритмы модуляции, например QPSK. Очевидно, что использование такого принципа регулирования скорости передачи данных, позволяет наиболее точно согласовывать параметры модулированного сигнала с параметрами линии, по которой он будет передаваться. При передаче данных информация распределяется между независимыми каналами пропорционально их пропускной способности, приемник выполняет операцию демультиплексирования и восстанавливает исходный информационный поток. Рисунки 11 и 12 иллюстрируют описанный выше процесс адаптации.
На рис. 11 зеленым цветом обозначена неадаптированная частотная характеристика DMT–передатчика. Красным цветом выделена кривая зависимости затухания в линии от частоты передаваемого сигнала.
Линией синего цвета обозначена частотная помеха, которая постоянно действует в сравнительно небольшом участке в пределах рабочего диапазона частот передатчика. После выполнения операций согласования пропускной способности элементарных каналов с приведенными частотными характеристиками линии, зависимость скоростей передачи данных от частотного номера элементарного канала будет соответствовать кривым, которые приведены на рис. 20.
Алгоритм модуляции DMT представляет собой дальнейшее развитие идеи, которая была положена в основу алгоритмов QAM. В силу этого, он, безусловно, способен обеспечить высокую скорость и надежность передачи данных. К дополнительным достоинствам этого алгоритма, безусловно, относятся возможность оперативной и точной адаптации приемо-передающих устройств к характеристикам линии и практически повсеместное признание этого алгоритма стандартизующими организациями (в первую очередь ANSI).
Недостатками алгоритма модуляции DMT можно считать его громоздкость и недостаточную технологичность. Алгоритм DMT является наиболее сложным для аппаратной реализации среди всех алгоритмов, которые в настоящее время используются для формирования линейного кода устройств DSL. В то же время, дискуссии о том, насколько оправдана эта сложность и насколько способность к адаптации этого алгоритма соответствует характеристикам реальных линий, после утверждения DMT в качестве основного алгоритма линейного кодирования стандартов ANSI для ADSL и VDSL вряд ли целесообразны.
Алгоритм Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) является упрощенным вариантом алгоритма DMT. В отличие от DMT, алгоритм OFDM использует единое значение спектральной эффективности q для всех частотных каналов.
Основные принципы и алгоритмы, в соответствии с которыми производится формирование линейного кода OFDM, соответствуют принципам DMT. Единственное, однако, существенное отличие этих двух алгоритмов заключается в способе управления пропускной способностью элементарных каналов. Значения пропускной способности элементарных частотных каналов, которые формируются алгоритмом DMT, могут отличаться в различных частотных диапазонах. Алгоритм OFDM использует одно значение пропускной способности и скорости передачи данных для элементарных каналов всего частотного диапазона.
К достоинствам многочастотных алгоритмов относится обеспечение высоких скоростей передачи данных и способность нивелировать воздействие на сигнал помех, которые возникают в линии. Несомненным достоинством этих методов также является наличие для них стандартов ITU и ANSI . По сложности реализации, алгоритм OFDM занимает промежуточную позицию между алгоритмами CAP и DMT, что делает возможным его применение в мало серийных приложениях.
Недостатком алгоритма
OFDM можно считать невозможность
избирательной адаптации
Разнообразие существующих в настоящее время алгоритмов модуляции, которые могут быть использованы для формирования линейного кода, предоставляет для разработчиков и специалистов по эксплуатации телекоммуникационного оборудования возможность выбора оптимального для конкретной реализации решения.
Положительные качества, которые свойственны решениям на базе 2B1Q, позволят в обозримом будущем достаточно эффективно использовать HDSL и SDSL-системы, которые построены на использовании этого алгоритма. В перспективных системах целесообразно применение решений, которые основаны на промышленных реализациях алгоритма QAM — CAP и DMT.
Информация о работе Лекции по "Основы построения телекоммуникационных систем"