Способы Цифрового абонентского доступа
Значительную часть общих затрат на сооружение ГТС составляют затраты на абонентскую распределительную сеть. В настоящее время наиболее распространены следующие способы повышения эффективности использования АЛ с помощью цифрового оборудования:
· Применение каналообразующего оборудования (мультиплексоров);
· Организация выноса станционного оборудования в места высокой концентрации абонентов, т.е. использование цифровых концентраторов.
В обоих случаях группа пользователей разделяет между собой общую среду передачи (например волоконно-оптическая или коаксиальная линия связи, а также воздушная среда).
В телефонных сетях связи широкое применение находит временное мультиплексирование каналов. Принцип временного мультиплексирования представлен на рис. 4.
При временном мультиплексировании информация от N источников предается поочередно. Для этого организуются циклы передачи, в каждом из которых размещается N временных интервалов. Информация каждого источника передается в определенном временном интервале. Т.е. в первом интервале передается информация первого источника, во втором интервале – второго и т.д. Все i-е временные интервалы последующих циклов поставлены в соответствии i-му источнику. В общем случае мультиплексоры выполняют следующие основные функции: аналого-цифровое преобразование сигналов, их мультиплексирование в общий цифровой поток, обеспечение питания ТА и генерацию сигнальной информации.
Для коммутации характерно соединение между оконечными пользователями или оборудованием. Система мультиплексирования(состоящая из мультиплексора, среды передачи и демультиплексора) не осуществляет коммутацию. Она разделяет среду передачи на логические каналы, каждый из которых используется для взаимосвязи передатчика и приемника. Каждый из N мультиплексированных каналов предназначен исключительно для одной пары источник-получатель, которая остается постоянной во времени. В таких системах вход мультиплексора всегда соединен с выходом демультиплесора, что свидетельствует об отсутствии коммутации. Иначе дело обстоит в абонентском концентраторе.
Поскольку маловероятно, что все абоненты будут одновременно пытаться осуществлять вызовы, то применение абонентских концентраторов (децентрализация абонентского оборудования АТС) позволяет повысить эффективность использования АЛ по сравнению с мультиплексорами. На рис. 5 представлен концентратор емкостью N×M, который концентрирует нагрузку от N источников(входов) на M выходов (N>M).
Концентраторы обычно размещаются в абонентской сети местной АТС для уменьшения числа входных портов станции. Выход концентратора, а следовательно, входной порт коммутационной станции занимает после поднятия абонентом телефонной трубки. На телефонных сетях число выходов M концентратора, как правило, значительно меньше числа входов N, при этом все выходы являются общими и могут использоваться для передачи информации от любого абонента, подключенного к концентратору.
Предположим, что M абонентов находятся на обслуживании. В этом случае (M+1)-й абонент при попытке установления соединения получит отказ(вызов блокируется). Соотношение числа входов и выходов концентратора выбирается таким образом, чтобы сократить затраты на линейные сооружения при незначительной вероятности блокировки вызова.
Как в мультиплексоре, так и в концентраторе уменьшение затрат на линейные сооружения достигается путем разделения ресурсов пучка соединительных линий. Однако используемые при этом способы разделения различны. Для мультиплексора число каналов M на выходе равно число каналов N на выходе, в то время как для концентратора справедливо соотношение M< N. В отличие от мультиплексора выходная емкость или полоса пропускания концентратора является общей для любого из входов. По требованию источника соответствующему входу предоставляется один из свободных выходов, номер которого сложно предсказать заранее. Мультиплексор также разделяет среду передачи между источниками, но достигается это равноправным распределением общей выходной емкости среды передачи и выделением индивидуального канала для каждой пары источник-получатель.
3. Построение абонентских сетей.
Принципы организации абонентского доступа в течение многих лет не претерпевали существенных изменений с момента создания местных телефонных сетей. В городах абонентские линии (преимущественно многопарные кабели связи) прокладывались, как правило, в специально строящейся кабельной канализации. В сельской местности для подключения абонентов к АТС широко использовались воздушные линии связи. Применение малоканальных систем передачи на абонентской сети не изменило е структуру.
Типичная структура аналоговой абонентской сети, используется как на ГТС, так и на СТС, представлена на рис.6.
Такая структура соответствует комбинированной схеме построения абонентской сети, так как на реальных сетях используется сочетание двух принципов организации абонентского доступа: «шкафная система» и «прямое питание».
В аналоговой сети абонентского доступа наиболее широкое применение нашли четыре способа подключения абонентских терминалов к АТС:
1) Индивидуальная двухпроводная физическая цепь, которая может содержать участки кабеля с разным диаметром жил;
2) Спаренное включение, где двухпроводная физическая цепь используется двумя абонентскими терминалами, каждому из которых присвоены различные номера;
3) Индивидуальный канал ТЧ, организованный малоканальной системой передачи(система АВУ);
4) Доступ абонентов через аналоговую подстанцию(часть аналогового коммутационного оборудования, вынесенного на удаленный от основной станции участок).
Вышеперечисленные варианты не могут рассматриваться как перспективные направления развития абонентских сетей из-за низкой надежности и невысокого качества передачи информации на участке терминал-коммутационная станция. Использование шкафной системы часто приводит к сочленению кабелей, имеющих различный диаметр жил, что соответственно затрудняет передачу дискретной информации по АЛ, особенно при организации доступа к ЦСИС.
Перспективная абонентская сеть создается на этапе цифровизации местной телефонной сети, где подразумевается существенная модернизация местной первичной сети. Построение перспективной сети связано с вводом новой коммутационной станции. Если она монтируется как новая РАТС, то может быть выбрана наиболее оптимальная структура абонентской сети. Если новая коммутационная станция заменяет существующую РАТС, то структура абонентской сети будет в значительной степени определяться топологией кабельной канализации и проложенными ранее кабелями связи.
При проектировании новой цифровой коммутационной станции абонентскую сеть целесообразно строить с учетом перспектив дальнейшего развития электросвязи. Возможные варианты построения абонентской сети приведены на рис7.
Наиболее часто абоненты включаются в цифровую коммутационную станцию одним из следующих способов:
а) Посредством индивидуальных двухпроводных физических АЛ, включаемых в кросс цифровой коммутационную станцию;
б) Через мультиплексоры М, которые с помощью ИКМ-трактов включаются непосредственно в коммутационную станцию;
в) Через концентраторы К, которые с помощью ИКМ-трактов включаются непосредственно в коммутационную станцию;
В настоящее время в нашей стране активно внедряются современные виды цифрового оборудования абонентского доступа. К ним относятся:
г) Беспроводные системы передачи(BSC – контроллер базовой станции системы радиодоступа; BS- базовая станция);
д) Цифровые системы передачи для абонентских линий по технологии xDSL(Digital Subscriber Loop);
е) Волоконно-оптические системы передачи(OLT,ONU-линейные комплекты оптической системы передачи);
Беспроводное подключение абонентов к сети обеспечивает максимальную мобильность и оперативность связи. Такой способ организации связи становится особенно необходимым, если прокладка кабеля невозможна или связана со значительными затратами. Полоса пропускания для систем радиодоступа ограничена предоставленным частотным ресурсом.
Установка цифровых систем передачи по технологиям xDSL на существующей абонентской распределительной сети позволяет быстро и с небольшими затратами увеличить пропускную способность АЛ, а также дает возможность обеспечить абонентам новые информационные возможности(например высокоскоростной доступ к сети Интернет).
Прокладка волоконно-оптических линий связи обеспечивает абонентам более широкие возможности по полосе пропускания, но прокладка нового кабеля, как правило, является длительным и дорогостоящим процессом. Ожидается, что ближайшем будущем структура абонентской сети будет меняться и оптимальным доведение ВОЛС все ближе к оконечным абонентским устройствам, а также построение абонентской сети по принципу «кольца» с использованием оборудования системы передачи синхронной цифровой иерархии SDH со скоростью потока 155Мбит/с.
4. Многоканальная аппаратура уплотнения по технологии DSL.
Технология DSL основана на технологии U-интерфейса ISDN и получила широкое распространение в аппаратуре абонентского уплотнения. Она относится к разряду малоканальных систем и обеспечивает дуплексную передачу со скоростью 160 кбит/с по одной витой паре. Число каналов, организуемых на одной линии, фиксировано либо программируется и может составлять от 2 до 8. Рассмотрим пример организации четырех каналов по одной абонентской линии.
В традиционном случае телефонные аппараты подключаются к аналоговым портам телефонной станции (АТС) медной парой по Z-интерфейсу (интерфейс ab), как показано на рис.8
Четырехканальная цифровая система передачи по абонентской линии (ЦСПАЛ) представлена на рис.9. Она основана на технологи DSL и построена по принципу временного мультиплексирования цифровых потоков.
В модуле станционного полукомплекта (СОТ) аналоговые сигналы с помощью модуляции ИКМ и АДИКМ ( адаптивная дифференциальная ИКМ) преобразуются в цифровые потоки. Далее четыре цифровых потока объединяются в один групповой поток и передаются в цифровом виде по абонентской линии. В абонентском полукомплекте(RT) происходит обратное преобразование, и по своей структуре он во многом повторяет станционный. Его особенностью является необходимость реализации в нем абонентской сигнализации, в том числе вызывного сигнала (звонка) и питания абонентских телефонных аппаратов. Поэтом в абонентском полукомплекте содержится собственный вторичный источник питания, получающий энергию либо по цифровой абонентской линии от станционного полукомплекта СОТ, либо от бытовой электросети. Работа полукомплектов осуществляется под управлением микропроцессора.
Кроме того цифровая система позволяет передавать от АТС к абоненту сигналы абонентской сигнализации («ответ станции», «занято» и т.д.), а в обратном направлении – сигналы набора номера и состояние абонентского шлейфа(замкнут/разомкнут).
Аналоговые сигналы от абонентских комплектов АТС через схему согласования поступают на кодек ИКМ, на выходе которого образуется цифровой поток 64 кбит/с на каждый. Затем эти потоки сжимаются с применением алгоритма АДИКМ специальной микросхемой транскодера до скорости 32 или 16 кбит/с в зависимости от заданного числа каналов в системе. Далее потоки мультиплексируются и передаются на линию по U-интерфейсу. На линии сигнал кодируется кодом 2B1Q. Обеспечивается также эхокомпенсация, что позволяет одновременно вести прием и передачу по одной паре.
U-интерфейс является широко используемым интерфейсом в сети ISDN. Он обеспечивает передачу данных по медной паре двух каналов B по 64 кбит/с и одного канала D со скоростью 16 кбит/с. Для служебных целей в системе организуется еще один дополнительный канал со скоростью 16 кбит/с(2B+D+16 кбит/с).
В случае четырехканальной аппаратуры каждый B канал содержит два речевых канала ( по 32кбит/с каждый), в случае восьмиканальной – четыре ( по 16 кбит/с каждый). В обоих случаях оставшиеся 32кбит/с используются для передачи сигнализации и дистанционного управления.
Некоторые системы позволяют программировать процесс кодирования на каждом зи каналов. Например, система может быть сконфигурирована в трехканальный режим ( 2 канала АДИКМ 32кбит/с + 1 канал ИКМ 64кбит/с) или двухканальный режим (2 канала ИКМ 64 кбит/с). Такое изменение конфигурации рекомендуется в случае использования на одном из каналов системы высокоскоростного модема (33600 бит/с), так как АДИКМ-сжатие ограничивает возможную скорость передачи данных до 14400 бит/с.