(C) Danda 1999-2002. Kopiowanie rysunków tylko za zgodą autora.
Historia i wprowadzenie

• Telefon,

• Modemy pasma 3400 (od lat 50tych!),

• Cyfryzacja łączy międzycentralowych – od lat 60tych PCM,

• Cyfryzacja komutatorów,

• ISDN 1988 ANSI,

• DSL (+modemy kablowe, ale nie ma na to czasu).

DSL

• Digital Subscriber Line,

• Przede wszystkim różne (modulacje, szybkości transmisji, kable),

• Ograniczenia na odległość (CSA – carrier serving area, ~obszar zasięgu),

• Szybkość transmisji zależy od długości łącza,

• Z reguły w Europie dążenie do utrzymania tego samego łącza dla DSL i dla transmisji zwykłej PSTN / POTS lub ISDN.




Rodzaje DSL

• (IDSL),

• HDSLn,

• SDSL,

• ADSL,

• VDSLn,

• inne – wciąż rozwój.




HDSL

• High-bit-rate,

• Symetryczne,

• 2B1Q albo CAP (będzie dalej),

• Kabel 0,5mm, 4km bez wzmacniaczy (repeater),

• USA 1992 T1 duplex na 2 TP (parach) – źle,

• Europa E1, max. do 3 TP (3*TP/E1= 2*TP/T1), też źle, bo skąd dodatkowe pary?

• Repeatery możliwe dla większych odległości, ale raczej nie stosowane.




HDSL2

• Pewniki: T1/E1 na 1 parze, symetryczne,




SDSL

• Symmetric DSL lub Single-pair DSL,

• 1 para,

• Do 3km, ale różne warianty, tabelka na wykładzie,




ADSL

• Asymmetric DSL == asymetryczne,

• Pomysł 1989, rekomendacja ITU 1998,

• 1 linia (para),

• Modulacje CAP lub DMT,

• Łącze „w dół” 1 – 9Mbit/s (chociaż w praktyce minimum to T1/E1), łącze w górę 64kbit/s – 1Mbit/s,

• USA: ADSL z POTS, Europa: z ISDN ograniczenie 10% przepływności,

• W Europie średnia długość pętli abonenckiej jest mniejsza niż w USA: EU około 3-3,5km, Niemcy i GB 2,5km, USA 4,5km. Zależy od gęstości zaludnienia w Europie rzadko poniżej 100os/km2 (wyj. Skandynawia), w USA 29os/km2.

• Tabelki na wykładzie




VDSL

• Very high-speed DSL,

• Najszybsze,

• Bez standardu,

• Problem: mały zasięg dla dużych szybkości transm. na miedzi – dlatego struktury hybrydowe: światłowód do budki rozdzielczej (FTTC) + miedź do abonenta,

• Długość łącza D wzor na wykładzie.

• Tabelki na wykładzie.

Modulacje w DSL

    Podstawowe różnice między modulacjami

• Wykorzystywane pasmo transmisyjne,

• Komplikacja implementacji,

• Możliwość / brak możliwości regulacji przepływności w zależności od szumu,

• Możliwość/ brak możliwości transmisji POTS lub ISDN na tym samym kablu,

• Dawniej stosowane prawie wyłącznie modulacje pasma podstawowego.

Modulacje / kody pasma podstawowego

• Możliwe: PAM (modulacja amplitudy impulsu), PPM (pozycji impulsu), PDM (czasu trwania impulsu),

• W praktyce w DSL wykorzystywane tylko PAM,

• PAM najczęściej stosowane w DSL to 2B1Q, mniej popularne to 4B3T, można stosować też AMI.

2B1Q

• 2 Binary 1 Quaternary,

• Kod liniowy, czyli tylko zamiana ciągu binarnego na postać bardziej wygodną do transmisji,

• Stosowany w ISDN, m. in. od 1988 ANSI,

• 2 bity / baud,

• Tabelka - wykład.

4B3T

• 4 Binary 3 Ternary,

• Kodowanie czwórek bitów na 3 symbolach o 3 poziomach napięcia: -1, 0, 1,

• 3 możliwości na 3 symbolach, czyli możliwe do przedstawienia 27 kombinacji,

• 2^4 = 16, czyli pozostaje 11 możliwości, nadmiar może być wykorzystany na korekcję,

• Wykorzystywany w ISDN np. w Niemczech.

AMI

• Alternate Mark Inversion,

• 0 binarne przechodzi w 0,

• 1 binarna przechodzi na zmianę w 1 lub -1,

• Takie kody można ciągnąć w nieskończoność, istnieją HDB3 i inne, ale współczesne/nowoczesne systemy DSL ich nie wykorzystują.

Modulacje jednej nośnej

• CAP / QAM i nic więcej,

• Przeniesienie częstotliwości inne pasmo przez wymnożenie impulsów przez nośną,

• W przypadku CAP realizowane przez filtry cyfrowe, nadawany tylko impuls/ próbka, wygląda tak jak zwykły sygnał cyfrowy np. 2B1Q,

• Stosowane także filtry kształtujące pasmo, po to żeby zmniejszyć transmisję w silniej zaszumionej  części pasma, ale stosunkowo mało efektywne.

QAM

• O QAM już było trochę przy okazji V.22, ta wersja QAM to QAM 16 lub 16-QAM,

• W DSL czyste QAM w zasadzie nie jest stosowane, ale warto wiedzieć, że w dla szybkich łączy stosuje się QAM 64, 128, 256, górna granica to 1024, istnieją także odmiany QAM 2, 4, 32,

• Każdy dodatkowy bit podwaja rozmiar konstelacji i wymaga SNR lepszego o 6dB /teoria/ dla utrzymania tej samej BER.

CAP

Koder konstelacji CAP/DMT

• Modulacja CAP jest realizowana wyłącznie cyfrowo, za wyjątkiem filtra pasmowo- przepustowego, QAM – częściowo analogowo,

• „Nośna” jest zawarta we współczynnikach filtru cyfrowego, ale sygnał po modulacji wygląda jak np. 2B1Q a nie QAM – nie ma sinusoid!,

• Bardzo prosta implementacja, w całości w procesorze,

• Możliwość zmiany przepływności w zależności od SNR.

• Dostępne pasmo 1MHz,

• W ADSL 2-6Mbit/s pasmo podzielone:

• 0 - 4kHz dla POTS (US),

• 0 - 80kHz for ISDN (EUR),

• 94 - 106kHz sygnał w górę, CAP == QAM 16,

• 120 - 600kHz sygnał w dół, CAP == QAM 64.

Modulacje wielotonowe w DSL

• Pomysł znany od dawna, ale wcześniej brak technicznych możliwości do realizacji,

• Podział pasma 1MHz na 256 podkanałów po 4kHz, 20kHz do 1024kHz DSL, niżej POTS,

• Do podziału łącza na podkanały stosowane są transformaty ortogonalne,

• W każdym z nich transmisja niezależnie,

• W każdym z tych podkanałów szybkość transmisji zmienna w zależności od SNR w tym kanale.

• Modulacje wielotonowe mają wiele nazw: najczęściej wspólna DMT (Discrete Multitone), czasem QFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), DWMT (D Wavelet MT), MCM (Multicarrier Modulation) itd.,

• Zalety modulacji wielotonowych :

• lepsze dopasowane do warunków szumowych,

• lepsze wykorzystanie możliwości kanału,

• stąd albo większa przepływność na tą samą odległość albo większa odległość, ta sama przepływność,

• DMT jest zgodne ze standardem ANSI, CAP – podobno jest rozwiązaniem firmowym.

DMT

• Discrete Multitone, najpopularniejsze, zgodne z ANSI T1.413,

• Procedury modulacji:

• podział strumienia danych na N pakietów o różnej długości, każdy skojarzony z pewnym fragmentem pasma 1MHz,

• kodowanie na liczby podobnie, jak dla QAM, ale zapisywane jako liczby zespolone w wektorze o długości N,

• normalizacja,

• podwajanie długości wektora N i uzupełnianie go wartościami sprzężonymi,

• Odwrotna transformata Fouriera.

Przykład

1. Załóżmy, że w DMT są 4 wejściowe wektory danych,

2. Pierwszy wektor ma zawsze długość 0, odpowiada pasmu 0-4kHz,

3. Pozostałe 3 pakiety zostały zakodowane przez koder konstelacji jako: (3,3) , (3,-1), (1,-3), w wektorze [0;3+3i;3-i;1-3i],

4. Pomijamy normalizację,

5. Podwajamy wektor do postaci: [0;3+3i;3-i;1-3i;0;1+3i;3+i;3-3i],

6. Odwrotna Fouriera da wynik: [1.75;0.6036;-2.25;-0.6036;-0.25;-0.1036;0.75;0.1036] – nie ma części zespolonych, można transmitować jako zwykły sygnał napięciowy ''impulsy'',

7. Widać, że jeden pakiet odpowiada dwóm fragmentom widma.

Schemat DMT

Detekcja w DMT/CAP

• Proces demodulacji - wszystkie procedury odwrotne do tych w modulacji,

• Detekcja/ korekcja trochę inaczej:

Inne modulacje wielotonowe

• Istnieje możliwość zmiany transformaty (np. falkowa),

• Istnieje możliwość przejścia z koderów dwuwymiarowych (zespolonych) na jednowymiarowe, jeśli transformata jest jednowymiarowa.