Модем для передачи данных по медному кабелю

Модем для передачи данных по медному кабелю

Организация каналов Ethetnet требуется, главным образом, в трех случаях.

1. При подключении удаленных рабочих мест сотрудников. В этом случае персональный компьютер сотрудника подключается к SHDSL модему при помощи патч-корда через Ethernet, второй модем устанавливается в центральном офисе и подключается к коммутатору Ethernet. Модемы Zelax обеспечивают скорость передачи данных по одной паре до 15 Мбит/с. Если такой скорости недостаточно, возможно применение модемов, работающих по двум, трем или четырем парам одновременно. Максимально возможная скорость передачи SHDSL.bis модемов Zelax на сегодняшний день составляет 60 Мбит/с по четырем парам.
2. При объединении сегментов локальных сетей. Все SHDSL.bis модемы Zelax обеспечивают поддержку VLAN, т.е. прозрачно передают кадры Ethernet с тэгом VLAN. Это позволяет соединять между собой коммутаторы. Высокая скорость передачи обеспечивает работу все необходимых сетевых сервисов. Такая задача возникает и в рамках одной организации, и в случаях, когда осуществляется подключение корпоративных клиентов к оператору связи.
3. При организации технологических сетей предприятия. Обеспечивается передача данных от различных датчиков, средств телеметрии и т.д., а также управление различным технологическим оборудованием. В таких случаях используются каналы Ethernet и RS-232. Некоторые модемы Zelax могут работать в топологии «цепочка» и «кольцо», что обеспечивает построение территориально распределенных сетей по общему кабелю.

Многие модемы Zelax являются мультисервисными устройствами, т.е. они предоставляют пользователю одновременно несколько различных каналов связи. Благодаря этой возможности удаленное рабочее место сотрудника может быть обеспечено не только компьютером с доступом в Интернет и в корпоративную сеть предприятия, но и доступом к телефонной сети предприятия. При этом в зависимости от задачи может быть организован абонентский вынос (пользователи получают порты FXS, к которым подключаются до 16-ти телефонных аппаратов, а коммутация обеспечивается АТС, установленной в центральном офисе), вынос номерной емкости — модемы обеспечивают организацию одного или нескольких каналов Е1, при помощи которых можно соединять между собой АТС. Возможно также реализовать оба варианта выносов одновременно.

Источник

Модем для передачи данных по медному кабелю

В данной статье рассматриваются условия, влияющие на выбор xDSL модемов для решения проблемы «последней мили».

Это непросто — учитывая большой ассортимент xDSL-модемов и интегрированных устройств доступа (IAD), быстрое развитие xDSL-технологий и обширную область решаемых задач, каждая из которых предъявляет специфические требования к оборудованию.

Среди основных областей использования выделенной линии можно отметить следующие наиболее часто встречающиеся задачи:

• Организация цифрового тракта для межстанционных связей (MCC).
• Организация канала связи между удаленной базовой станцией и контроллером сотовой сети.
• Организация канала связи между сетью клиента и точкой присутствия интернет-провайдера.
• Организация канала связи между удаленной подсетью организации и основной корпоративной сетью.
• Организация канала связи между точкой присутствия и центральным узлом оператора.

Основные параметры, влияющие на выбор xDSL-технологии, приведены в таблице 1. Ниже представлен известный график зависимости скоростей передачи данных от расстояния для различных xDSL-технологий.

Предварительная оценка параметров линии

При организации линейного тракта на хDSL-оборудовании пользователя интересуют два основных параметра: максимальная дальность участка связи при заданных скорости передачи и качестве связи и максимальная скорость передачи при заданной длине участка связи и качестве. Они напрямую зависят от выбранной xDSL-технологии и параметров линии связи.

Для предварительной оценки этих значений можно использовать данные о длине, сечении жилы и типе кабеле. Оценка этих параметров лежит в основе идеализированных расчетов, результаты которых, приводятся производителями xDSL оборудования в виде таблиц (таблицы 2 (ADSL), 3 (SHDSL), 4 (VDSL)). Для случая, когда кабель в хорошем состоянии и используется только для низкочастотной телефонии — то есть отсутствует влияние работающих на соседних парах высокочастотных систем — следует максимальные значения дальности (колонка MAX). Для учета влияния на параметры линейного тракта помех от других систем, работающих в том же кабеле, используются значения для худшего случая (колонка MIN).

Однако полученные с помощью таблиц 2-4 данные длины участка связи или скорости, являются предварительными и не отражают реального состояния линии. Реальные результаты могут отличаться в худшую (реже в лучшую) сторону на 10-30%. Основные факторы, которые оказывают влияние на эти отклонения:

• Наличие переходных помех от цифровых и аналоговых систем передачи в соседних парах кабеля.
• Наличие промышленных помех.
• Повышенное рабочее и переходное затухание вследствие:
  • высокого сопротивления жил из-за нарушения и окисления контактов;
  • пониженного сопротивления изоляции и наличия емкостной связи между проводами и землей из-за увлажнения или затопления кабеля водой;
  • наличия неоднородности волнового сопротивления из-за неупорядоченности кроссировки и использования участков кабелей с различным диаметром жил;
  • наличия отводов и элементов пупинизации.

Уточнение оценки

Для получения более точных результатов необходимо провести измерение электрических характеристик кабеля (таблица 5) и рассчитать параметры дальности при заданной скорости или скорости при заданной дальности. В основе расчетов лежат вторичные характеристики — такие, как рабочее затухание и переходное затухание на ближнем конце, измеряемые на частоте максимального значения энергии сигнала.

В данной статье не рассматриваются методики измерения электрических характеристик кабеля и расчетов ЭМС. Они достаточно подробно излагаются в учебниках и монографиях, посвященных медным линиям связи.

Нормы на характеристики кабеля приведены в таблице 6. Отклонения измеренных параметров в худшую сторону являются основанием для проведения ремонтных работ кабеля и служат критерием отбора медных пар при развертывании xDSL-услуг.

Операторы, предлагающие услуги выделенной физической линии, должны регулярно проводить измерения линии и предоставлять результаты измерений заказчику. Этих данных может быть вполне достаточно для предварительной оценки качества линии по таблице 6 и определения максимально достижимой скорости или дальности по таблицам 2-4.

В случае, когда есть сомнения в том, что выбранное оборудование позволит обеспечить нужную длину участка связи, скорость или качество связи, можно использовать способ, обычно снимающий все вопросы — опытную эксплуатацию. Мы предоставляем эту услугу в рамках технической поддержки, оказываемой всем нашим клиентам.

Источник

Модемы для физических линий

В табл. 3.1 проиллюстрированы требования к скорости передачи при организации дос­тупа к сетям связи. На сегодняшний день наиболее распространенными скоростями включе­ния в сеть являются потоки от 64 кбит/с до 2 Мбит/с.

Таблица 3.1. Рекомендации по скорости передачи при включении в сеть

Приложения	Требуемая скорость
Россия	Европа
Включение в сеть (индивидуальный пользователь)	33600 бит/с	До 2 Мбит/с
Включение в сеть (корпоративный пользователь)	128 кбит/с	До 8 Мбит/с
Соединение LAN-LAN	128 кбит/с — 2 Мбит/с	От 2 Мбит/с
Организация сервера Internet	от 128 кбит/с	От 2 Мбит/с
Уплотнение телефонных линий	128 кбит/с — 2 Мбит/с	—

Для организации высокоскоростного доступа по существующим медным линиям приме­няются модемы для физических линий. Необходимо отметить, что длина линий, по которым работают модемы, часто превышает обычную длину абонентских телефонных линий. Это свя­зано с тем, что количество узлов сетей передачи данных обычно меньше, чем число телефон­ных станций. Поэтому абонент сети передачи данных подключается по прямому проводу, включающему собственно абонентскую линию, а также участок соединительной линии между АТС и узлом сети. Исходя из опыта, можно говорить о типовой длине медной линии от або­нента до узла сети в 5-15 км.

Рис.3.2. Подключение к сети передачи данных посредством модема для физических линий 52

Наиболее современные технологические решения, применяемые в модемах для физи­ческих линий, берут свое начало от технологий DSL (Digital Subscriber Loop). Термин DSL поя­вился впервые в технологии ISDN (ЦСИО). Идеология построения сети ISDN сходна с обычной коммутируемой телефонной сетью, однако к абоненту подводится не аналоговый канал, как в обычной сети. а цифровой со скоростью от 64 до 144 кбит/с. Далее абонент может преобра­зовать этот поток в обычный телефонный (голосовой) канал или подключить к сети компьютер непосредственно «цифра к цифре». При разработке технологии ISDN созданы комплекты микросхем и методы кодирования, позволяющие транслировать потоки 64 кбит/с, 128 кбит/с, 2 Мбит/с по обычным медным парам, которые ранее использовались для аналоговой переда­чи телефонного разговора.

Первая технология, которая может помочь использовать существующие линии связи для цифровой передачи со скоростью до 128 кбит/с, получила название DSL — цифровая або­нентская линия (ЦАЛ)- В ходе разработки аппаратуры DSL создана технология линейного ко­дирования, называемая 2B1Q. Ее использование позволяет организовать дуплексную переда­чу информации со скоростью до 160 кбит/с на одной медной паре. Типичная дистанция (то есть максимальная длина линии, на которой может работать аппаратура) для этой техноло­гии: 7,5 км при диаметре жилы кабеля 0,5 мм.

Очень важным аспектом для практического внедрения технологии DSL в сетях передачи данных стал тот факт, что крупнейшие производители интегральных микросхем наладили массовый выпуск комплектов БИС. реализующих технологию 2B1Q для скорости 160 кбит/с (так называемый U-chip). Следствием этого стала возможность разработки и производства модема для физической линии, основанного на тех же комплектах БИС, что и системы DSL для сети ISDN. Таким образом, новое поколение модемов получилось не только оптимальным по дистанции работы, но и существенно более экономичным с точки зрения себестоимости.

В табл. 3.2 приведены некоторые данные о различных модемах для физических линий. Как видно из таблицы, большинство изделий основано на технологии DSL и имеют схожие технические характеристики.

Таблица 3.2. Характеристики модемов для физических линий

Модель, проводность линии	Скорость (кбит/с), полный дуплекс	Расстояние, км
Жила 0,4 мм	Жила 0,5 мм
Асинхронные
Зелакс Плюс М-115А 4-проводная	115,2	3.5	4,8
Синхронные
Taicom/Nateks NTU-128 2-проводная	5,0 ( 20,0*)	7,5 (30,0*)
AscomAM128000A 2-проводная	4,7
RAD ASM-31 2-проводная	5.4	8,2
Racal COMLINK VI 4-проводная

· с применением трех регенераторов

Типичным примером модема, основанного на технологии DSL, можно назвать аппарату­ру NTU-128, производимую для российской компании НТЦ НАТЕКС заводами TAICOM DATA SYSTEMS. Дистанция работы этого модема в зависимости от диаметра жилы, пары, исполь­зуемой для передачи приведена в табл. 3.3.

Модем NTU-128 поддерживает синхронный дуплексный обмен на скоростях от 48 до 128 кбит/с с пользовательскими интерфейсами V.24 (RS232), V.35 или G.703.

Конструктивное исполнение модемов — автономное, либо «стоечное», то есть модемные модули (до 16 шт.) устанавливаются в кассету стандартного размера 19″. Оба исполнения модемов имеют ЖК дисплей для удобства конфигурирования и диагностики. Поскольку кассе­ты 19-дюймового стандарта часто монтируются в помещениях АТС, для них предусмотрено два варианта электропитания: 220 В и 60 В. Источник питания в кассете — резервированный, для повышения надежности.

Таблица 3.3.Дистанции работы модема NTU-128

Диаметр жилы кабеля, мм	Допустимая длина линии, км
без регенераторов	с регенераторами
0,4
0.5
0,6
0,9
1,2

Модемы NTU-128 зарекомендовали себя как надежные и простые в эксплуатации, спо­собные работать на кабелях низкого качества, в том числе составных, с большим количест­вом отражений.

Рис. 3.3. Внешний вид модема NTU-128

Однако, усовершенствование модемов, использующих технологию 2В 1Q, продолжается. До сих пор главным ограничением использования модемов для физических линий была огра­ниченная дистанция — около 7-10 км. В 1997 году. благодаря разработке интеллектуального регенератора, НТЦ НАТЕКС сумел существенно расширить диапазон использования модемов типа NTU-128. Устанавливая регенератор через каждые 7,5 км кабеля (для кабелей с диамет­ром жилы 0,5 мм), можно создать цифровые тракты протяженностью до 30 км!

Модемы для физических линий часто применяют для объединения локальных сетей уда­ленных офисов (см. рис. 3.4). Если длина прямого провода, используемого для этой цели, превышает допустимые значения (см. табл. 3.3), по трассе прямого провода устанавливаются регенераторы. При этом в городах, где прямой провод проходит через кроссы нескольких АТС, регенераторы устанавливают в помещениях кроссов, электропитание (48 В или 60 В) подается от станционных батарей. Регенераторы могут быть смонтированы также в распре­делительных шкафах.

Рис.3.4. Применение модемов для физических линий для соединения ЛВС по прямым проводам

На пригородных направлениях актуальной задачей является организация цифровых трактов на магистральных кабелях типов МКСБ, КСПП и других, используемых как линейная среда для аналоговых систем передачи типов К-12, К-24, К-60. Магистральный кабель имеет достаточно толстую жилу (1,2 мм) и разбит на усилительные участки (для аналоговой аппара­туры) с установкой НУПов (необслуживаемый усилительный пункт) и/или ОУПов (обслуживае­мый усилительный пункт). Пункты усиления располагаются каждые 15-25 км (в зависимости от типа аппаратуры). Модемы NTU-128 имеют регенерационные участки большей длины (см. табл. 3.3). Поэтому одна или несколько пар магистрального кабеля может быть использована для создания цифрового тракта с применением NTU-128 и установкой регенераторов в суще­ствующих НУПах. (см. рис. 3.5).

Рис. 3.5. Создание цифрового тракта на магистральном кабеле

Так как магистральная аналоговая аппаратура уплотнения обеспечивает дистанционное питание промежуточных усилителей, в НУПах, как правило, не предусмотрено электропита­ние. Для дистанционного питания регенераторов NTU-128 применяются блоки питания обо­рудования абонентского уплотнения TOPGAIN-4-NATEKS. Дистанционное питание подается с обеих сторон линии, обеспечивается электропитание до 4-х регенераторов с каждой стороны. На практике опробована установка 7-ми регенераторов с дистанционным питанием, при этом достигнута дальность работы 240 км (кабель МКСБ).

Существует ряд приложений, когда требуемая скорость передачи данных превышает 128 кбит/с, однако технология HDSL не применима из соображений необходимой дальности работы (HDSL, даже с технологией CAP, обеспечивает меньшую дальность, чем NTU-128, из-за много большей линейной скорости). В таких случаях применяют модемы для физических линий на скорость 384 кбит/с или 768 кбит/с. Такие модемы производятся фирмами Schmid Telecom, RAD, ASCOM, SAT, NATEKS. Дистанция передачи в них больше, чем в модемах HDSL, но ниже (на скоростях выше 128 кбит/с), чем в модемах DSL

В табл. 3.4 приведена зависимость дистанции передачи от диаметра жилы и скорости передачи для модема NTU-384.

Таблица 3.4. Дистанция передачи у модема NTU-384

Диаметр жилы кабеля, мм	Допустимая длина линии, км
NTU-384
64 кбит/с	384 кбит/с
0.4	5.8
0.5	4.9
0,6
0,9	20,5
1,2

Для более высоких скоростей доступа используются модемы с технологиями HDSL, SDSL. ADSL. VDSL. Эти технологии рассмотрены в [29]. В Приложении 1 перечислены основ­ные технологии высокоскоростной передачи на «последней миле».

3.4. Модемы «голос+данные»

Довольно часто встречается ситуация, когда ввиду дефицита кабельных линий выделе­ние отдельной пары под включение в сеть передачи данных требует от абонента отказа от одной из телефонных линий. В условиях растущего спроса на услуги такая ситуация повторя­ется чаще и чаще. Кроме того. если оператор сети передачи данных не является одновре­менно собственником абонентской распределительной сети, использование дополнительной пары для включения в сеть означает необходимость арендных платежей.

Для решения перечисленных выше проблем разработаны специальные модемы, полу­чившие название«голос+данные» (Data over Voice).

В модемах «голос+данные» применяются несколько различных технологий. Первая из них реализовала достаточно простую идею переноса спектра, используемого для передачи данных, в высокочастотную область. То есть данные как бы передавались «над голосом» -отсюда и название (дословный перевод Data over Voice означает «Данные над голосом»). Эта технология достаточно проста, недорога в реализации и распространена. Ее главным недос­татком является низкая скорость передачи данных (как правило, до 19200 бит/с в асинхрон­ном режиме) и довольно небольшая дистанция, ограниченная как «голосовой» составляющей соответственно допустимому затуханию в АЛ. так и цифровой частью из-за довольно прими­тивной схемы модуляции. Другой проблемой для модемов такого типа являются импульсные помехи при передаче данных, вызываемые набором номера и другими сигналами абонент­ской сигнализации, передаваемыми по абонентской линии для нужд телефонной связи. Тем не менее, ввиду дешевизны, многие производители до сих пор производят модемы по опи­санной выше технологии. Довольно известны изделия фирм DVM, RAD, ASCOM, а также не­скольких отечественных производителей.

Следующим шагом в развитии технологии «голос+данные» стала разработка модемов с полностью цифровым методом передачи линейного сигнала (рис. 3.6). В таких модемах, соз­данных по технологии DSL, цифровой групповой поток (160 кбит/с) разделяется на три со­ставляющих. Первая часть потока (64 кбит/с) отводится под канал передачи данных, то есть попросту выводится на пользовательский интерфейс V.24 или V.35. Вторая часть (64 кбит/с) используется для передачи речи с применением стандартного для телефонии кодирования ИКМ. Третья часть (32 кбит/с) используется для передачи сигналов управления удаленным модемом (для функции централизованного сетевого управления) и сигналов телефонной сиг­нализации. Естественно, такой подход к построению модема требует значительных аппарат­ных затрат, не только на реализацию ИКМ-кодека, но и на цепи, обеспечивающие восстанов­ление сигналов абонентской сигнализации (набор номера, вызывной сигнал, различные зум-меры). Из-за этого стоимость готового изделия получается несколько более высокой по сравнению с подходом «Данные над голосом». Тенденции снижения цен на комплектующие (ИКМ-кодеки и U-интерфейсы). правда, могут изменить ситуацию в ближайшем будущем. Преимуществами описанного подхода являются более высокая скорость передачи данных, синхронный режим передачи, цифррвизация, а следовательно, улучшение качества телефон­ной линии, отсутствие сбоев и помех от сигналов сигнализации. Кроме того, при использова­нии регенераторов практически снимаются ограничения на дальность работы аппаратуры.

Модемы «голос+данные» по технологии DSL производятся или планируются к производству большинством фирм, работающих в этой области — ASCOM, RAD, NATEKS, PATTON и др.

Следующим шагом является применение технологий HDSL. Несколько фирм, произво­дящих аппаратуру HDSL с линейным кодированием 2B1Q, анонсировали модемы с встроен­ной функцией передачи голоса, реализованной по описанной выше (для DSL модемов) схеме. Один из временных интервалов (64 кбит/с) отводится под передачу голоса с кодированием ИКМ. Для передачи данных остается 1984 кбит/с. Другой подход реализуют производители модемов HDSL по технологии CAP. Так как модуляция CAP не использует частотный диапазон аналогового телефонного канала, имеется возможность с помощью фильтров разделить по­лосу пропускания телефонной медной линии на две составляющих — высокочастотную ис­пользовать для HDSL передачи, а низкочастотную составляющую — для обычного аналогового телефонного канала. Устройства, необходимые для такого разделения, называются раздели­телями, или потс-сплиттерами (от английского POTS splitter — разделитель телефонного канала), и производятся несколькими фирмами.

Рис. 3.6, Применение модемов «голос+данные»

По мнению многих экспертов, модемы «голос+данные» найдут широкое применение с развитием сети Internet. Уже сегодня ведущие провайдеры услуг Internet используют эти тех­нологии в своих сетях.

4. ТЕХНОЛОГИЯ HDSL И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ В СЕТЯХ ДОСТУПА

«Медь закопана в землю, но далеко еще не мертва»

Поговорка разработчиков HDSL

4.1. Концепция технологий xDSL

За последние 120 лет по всему миру были проложены миллионы километров линий телеком­муникаций из доброй старой меди. Приход цифровой эры, оптоволокна, казалось, положил конец медному кабелю. Однако жизнь распорядилась по другому. Технологии DSL, разрабо­танные для организации высокоскоростной цифровой связи по существующим медным лини­ям, доказали, что уложенный в землю кабель — ценнейший капитал, который еще далеко не время списывать в утиль.

На рис. 4.1. показана эволюция скорости передачи по медно-кабельным линиям от аз­буки Морзе (10 бит/с) до технологий VDSL (51 Мбит/с). Технологии xDSL (DSL — Digital Subscriber Loop) начали свое развитие в 70-х годах созданием устройств доступа BR (Basic Rate) ISDN (160 кбит/с). Эти технологии, обещающие в недалеком будущем массовое вне­дрение оборудования VDSL, позволяют достичь на медном кабеле скоростей передачи, ранее доступных лишь ВОЛС. С разработкой концепции xDSL значительно изменилась идеология развития сетей связи. Раньше широко бытовало мнение, что довести «цифру в каждый дом» можно лишь с помощью массового внедрения оптических кабелей. В настоящее время после практической апробации технологий xDSL, особенно HDSL (см. ниже), у операторов связи появилась уверенность в том, что существующая сеть медных кабелей связи еще долго оста­нется той основой, на которой строится вся телекоммуникационная инфраструктура [29].

Источник