Výsledky výzkumu a další informace nejen
z oblasti přístupových telekomunikačních sítí.
Access server ISSN 1214-9675
Server vznikl za podpory Grantové agentury ČR.
15. ročník
Dnešní datum: 24. 09. 2017  Hlavní stránka | Seznam rubrik | Ke stažení | Odkazy  

Doporučujeme
Knihu o FTTx

Matlab server - on-line výpočty a simulace

E-learning - on-line kurzy

Trainingpoint - školení z oblasti TELCO a ICT

Kontakt
KTT FEL ČVUT
Napište nám

Redakční rada - pokyny pro autory a recenzenty

Copyright

SHDSL

* Základní popis přípojky SHDSL

Vydáno dne 01. 12. 2004 (16036 přečtení)

Příspěvek popisuje základní funkce koncových zařízení symetrické digitální účastnické přípojky standardizované v doporučení ITU-T G.991.2.

    SHDSL (Single pair High speed Digital Subscriber Line) je následníkem systému HDSL (High bit rate Digital Subscriber Line) a slouží pro duplexní provoz po jednopárovém symetrickém vedení. Přenosové rychlosti na účastnickém rozhraní jsou od 192 kbit/s do 2312 kbit/s. Pro přenos se používá šestnáctistavová pulsně amplitudová modulace s Trellis kódováním (16-TCPAM). Samotný návrh SHDSL transceiveru (podle doporučení ITU-T G.991.2) je proveden s ohledem na spektrální kompatibilitu s dalšími technologiemi, které jsou využívány v přístupových sítích (zejména ADSL, ISDN). SHDSL není možné na rozdíl od ADSL provozovat na společném páru s analogovou telefonní přípojkou POTS (Plain Old Telephone Service) ani s přípojkou ISDN (Integrated Service Digital Network).

SHDSL_1

obr. 1 - Funkční model SHDSL spoje

    Na obr. 1 je uvedeno základní uspořádání SHDSL spoje. Tvoří jej dvě jednotky STU (SHDSL Transceiver Unit), účastnické vedení (Digital Local Loop) a případně i opakovače SRU (SHDSL Regenerator Unit). Opakovače (regenerátory signálu) se umísťují do trasy mezi dvě STU pro zvětšení překlenutelné vzdálenosti.
      STU se podle fyzického umístění rozlišují na jednotku STU-R (Remote) a STU-C (Central). STU-R je jednotka je umístěná na straně účastníka a STU-C je jednotka umístěná na straně poskytovatele připojení.STU-C působí jako nadřazená jednotka (master) pro jednotku účastníka (slave) a pro kterýkoliv opakovač na trase.
      Obrázek neznázorňuje funkce potřebné pro dohled a údržbu, dále pak obvody lokálního, dálkového napájení (zajišťuje jednotka STU-C).
      Kromě základního uspořádání uvádí obr. 1 i podrobněji hlavní funkční bloky a jednotlivé body rozhraní STU. Každá jednotka SHDSL se dělí na dva podbloky. První podblok je aplikačně nezávislý a skládá se z části PMD (Physical Media Dependent) a z části PMS-TC (Physical Media-Specific TC Layer). Druhý podblok je aplikačně specifický a je složený z části TPS-TC (Transmission Protocol-Specific TC Layer) a z rozhraní pro jednotlivá periferní zařízení.

  Základní funkce bloku PMD jsou :

  • generování a obnova taktu (symbol timing generation and recovery)
  • kódování a dekódování (coding and decoding)
  • modulace a demodulace (modulation and demodulation)
  • funkce potlačení ozvěn (echo cancellation)
  • kompenzace parametrů vedení (line equalization)
  • inicializace spojení (link startup)

    Blok PMS-TC plní funkce spojené s rámcovou synchronizací, vytvářením rámců, skramblováním a deskramblováním. V jednotkách STU je blok PMS-TC připojen rozhraním a(resp.b) k bloku TPS-TC.
      Blok TPS-TC je aplikačně specifický a má za úkol dělit uživatelská data do SHDSL rámců. To zahrnuje multiplexování, demultiplexování a sychronizaci dat jednotlivých účastnických kanálů. Vzávislosti na požadované službě přiděluje blok TPS-TC počet kanálů pro přenos uživatelských dat. Pomocí rozhraní gC a gR komunikuje TPS-TC sjednotlivými účastnickými perifériemi.
      Přestože je SHDSL podle doporučení ITU-T G.991.2 navrženo hlavně pro přenosy po jednom páru vedení, je možné při požadavku na překlenutí vyšší vzdálenosti (resp. při požadavku na vyšší přenosové rychlosti) použít i dvoupárová metalická vedení. Stejně jako pro jednopárový provoz je možné i při dvoupárovém provozu využít regenerátory signálu.

SHDSL_2

obr. 2 - Vrstvový referenční model SHDSL spoje

    Vrstvový model na obr. 2 jen jinak vyjadřuje dříve uvedené blokové schéma z obr. 1. Tento vrstvový pohled na jednotku SHDSL vychází ze všeobecného modelu xDSL, který je uveden v doporučení ITU-T G.995.1. Obr. 2 zobrazuje nejen vnitřní body rozhraní gC, a (resp. gR, b), ale také referenční body celého přenosového řetězce. Podle druhu požadované služby a způsobu využití se jednotka STU-R připojuje přes referenční body S/T, k odpovídajícímu terminálu (datovému, telekomunikačnímu, atd.). Referenční bod U je rozhraní mezi dvěmi jednotkami STU-x. Je-li do trasy zařazen regenerátor je bod U směrem k uživateli označován jako U-C a směrem k poskytovateli sítě je označován jako U-R. Jednotka poskytovatele STU-C je připojena k síti přes referenční bod V.

SHDSL transceivery jsou určeny pro přenosové rychlosti na uživatelském rozhraní od 192 kbit/s do 2,312 Mbit/s po krocích o velikosti 8  kbit/s. Povolené přenosové rychlosti jsou dány vztahem :

SHDSL_11
(1)

kde proměnné nabývají hodnoty :

SHDSL_12
(2)

Pro hodnotu n = 36 je proměnná i pouze 0 nebo 1.
    Velikost přenosové rychlosti na rozhraní U je o 8 kbit/s vyšší. Zvýšení hodnoty je způsobeno přidáním záhlaví rámce SHDSL.
    Doporučení ITU-T 991.2 uvádí i variantu s přenosem po dvou párech. Pak mohou být přenosové rychlosti uživatelských dat dvojnásobné. Od 384 kbit/s do 4,624 Mbit/s po krocích o velikosti 16 kbit/s.

Popis funkce SHDSL modemu

Blokové schéma postupu při zpracování dat na vrstvách PMS-TC a PMD vysílací části jednotky STU-C (resp. STU-R) je uvedeno na obr. 3.

SHDSL_3

obr. 3 - Zpracování dat na vrstvách PMS-TC a PMD ve vysílací části STU

    Proměnná n reprezentuje bitový čas (diskrétní změny signálu s periodou jednoho bitu), proměnná m reprezentuje symbolový čas (diskrétní změny signálu s periodou jednoho symbolu). Proměnná t představuje čas spojitého signálu po digitálně-analogovém převodu na linkovém rozhraní. Bloky vytváření rámců, CRC, skrambler a TCM kodér jsou součástí bloku PMS-TC. Kanálový prekodér (precoder) a tvarovač spektra (spectral shaper) jsou součástí bloku PMD.

Rámec SHDSL

    Postup rozdělení uživatelských dat do rámce SHDSL je následující. Rámec SHDSL (uveden na obr. 4) obsahuje 4 bloky uživatelských dat a každý blok uživatelských dat je tvořen 12 sub-bloky. Velikost sub-bloku je dána vztahem ks = i + n × 8 bitů. Celkový počet uživatelských bitů jednom v rámci SHDSL je kSHDSL = 4 × 12 ×  (i + n × 8). Rozsahy hodnot proměnných i a n, stejně jako povolené přenosové rychlosti uživatelských dat, jsou uvedeny ve vzorci (1) a (2). Zjednodušená struktura rámce SHSDL je shrnuta tab. 1.

Význam Počet bitů Poznámka
FAS 14 synchronizace
EOC 20 kanály managementu a údržby
CRC 6 zabezpečení
ostatní bity záhlaví 8 stuffing, identifikátory
celkem bity 48  
uživ. data 13872  
celkem rámec SHDSL 13920  

tab. 1 - Shrnutí záhlaví rámce SHDSL

SHDSL_4

obr. 4 - Struktura rámce SHDSL

    Při dvoupárovém provozu je nezbytné rozdělit uživatelský datový tok mezi oba páry. Dělení se realizuje prokládáním sub-bloků mezi párem 1 a párem 2. Princip je ukázán na obr. 5, kdy je ks bitů z každého sub-bloku přenášeno prvým párem a zbylých ks je přenášeno druhým párem. Velikost každého sub-bloku je definována jako 2ks, kde ks = i + n × 8 bitů.

SHDSL_5

obr. 5 - Rozdělení dat mezi dva páry

    Na obou párech vedení se musí používat stejné přenosové rychlosti a vysílače obou párů musí dodržovat limity pro rámcovou synchronizaci. V STU-C se taktovací signál pro oba páry odebírá ze stejného zdroje. V jednotce STU-R se takt odvozuje od linkového signálu z každého páru.

Zabezpečení cyklickým kódem CRC

    Zabezpečení se přenáší v záhlaví rámce SHDSL 3x po dvou bitech (dělené záhlaví mezi bloky dat). Kód CRC (Cyclic Redundancy Check) se generuje pro každý rámec a je vysílán v rámci následujícím. Postup vytvoření šestice CRC bitů je následující: polynom uživatelských dat je vynásoben 2 6. Takto vytvořený součin je následně vydělen generujícím (primitivním) polynomem. Zbytek po dělení je ona šestice CRC bitů. Zabezpečují se uživatelská data a záhlaví rámce mimo synchronizačního slova, CRC bitů, stuffingových bitů.

Generující polynom je :

SHDSL_13
(3)

Skrambler

    Blokové schéma skrambleru jednotky STU-C je uvedeno na obr. 6. Na obrázku označuje Tb zpoždění v délce trvání jednoho bitu a značka "Å" operaci XOR. Skrambler je tvořen posuvným registrem se zavedenou zpětnou vazbou. Pro jednotku STU-C je to za 5 a 23 zpožďovacím členem. Pro jednotku STU-R je vazba za 18 a 23 zpožďovacím členem. V datovém módu se v rámci SHDSL neskramblují bity synchronizace a stuffingu. Pokud přicházejí ve vstupní posloupnosti bity stuffingu a synchronizace, skrambler přestane být taktován a vstupní posloupnost f(n) přechází přímo na výstup s(n).

SHDSL_6

obr. 6 - Blokové schéma skrambleru STU-C

Kodér TCM

    Blokové schéma kodéru TCM (Trellis Coded Modulation)je na obr. 7.

SHDSL_7

obr. 7 - Blokové schéma TCM kodéru

    Sériový bitový tok ze skrambleru s(n) je konvertován do paralelního K-bitového slova {X1(m)=s(mK+0), X2(m =s(mK+1),....., XK(m)=s(mK+K-1)} v m-tém symbolovém čase, kde X1(m) je první vstupní bit.
    Po sérioparalelním převodu následuje konvoluční kodér. Na obr. 8 je dopředný nesystematický konvoluční kodér, kde doba Ts představuje zpoždění o jednu jednotku symbolového času, "Å" je operace XOR, "Ä" je operace AND. X1(m) je vstupní hodnota do konvolučního kodéru, Y1(m) a Y0(m) jsou spočtené výstupní hodnoty.

SHDSL_8

obr. 8 - Blokové schéma konvolučního kodéru

    Binární koeficienty ai a bi jsou zadány do kodéru během fáze aktivace spojení. Koeficienty jsou voleny podle požadavků na přenos a podle konkrétní situace.

    Výsledné K+1-bitové slovo (Y0(m),Y1(m),....,YK(m)) je po TCM kodéru mapováno do jedné ze 16 úrovní PAM (obecně do 2 K+1 úrovní) a vytváří tak posloupnost x(m). Je-li přenášeno K informačních bitů pomocí jednoho stavu jednodimenzionální PAM, pak doba trvání stavu je K+1 krát doba trvání jednoho bitu n.

    Předpis pro mapování do 16-PAM je obsažen v tab. 2. Generované symboly procházejí výstupním filtrem, který omezuje frekvenční spektrum vysílaného signálu tak, aby vyhověl maskám PSD.

Y3(m) Y2(m) Y1(m) Y0(m) x(m) pro 16-PAM
0 0 0 0 -15/16
0 0 0 1 -13/16
0 0 1 0 -11/16
0 0 1 1 -9/16
0 1 0 0 -7/16
0 1 0 1 -5/16
0 1 1 0 -3/16
0 1 1 1 -1/16
1 1 0 0 1/16
1 1 0 1 3/16
1 1 1 0 5/16
1 1 1 1 7/16
1 0 0 0 9/16
1 0 0 1 11/16
1 0 1 0 13/16
1 0 1 1 15/16

tab. 2 - Mapování bitů do PAM úrovní

Redukce vysílacího výkonu

    Z distribuční topologie účastnické přístupové sítě vyplývá, že pro zajištění vzájemné koexistence xDSL zařízení je nutné korigovat vysílací výkon jednotlivých přenosových zařízení. Cílem je, aby daný systém vysílal jen s minimálním vysílacím výkonem, který však postačuje pro zajištění dostatečné kvality přenosu (resp. dostatečného odstupu signál-šum).
    SHDSL systémy mají implementované obvody pro redukci vysílacího výkonu (PBO - Power Back-Off). Hodnota omezení vysílací úrovně je vybrána během fáze navazování spojení. Stanovuje se podle požadavků uvedených v doporučení ITU-T G.991.2. Maximální úroveň vysílacího výkonu je u systémů SHDSL 14,5 dBm a může být omezena až o 31 dB.

Maska PSD

    Jak už bylo výše zmíněno, mají systémy SHDSL definováno frekvenční spektrum vysílaného signálu. Cílem korekcí je, spolu s obvody PBO, zajistit lepší vzájemnou kompatibilitu s ostatními xDSL zařízeními nasazenými v přístupové síti.
    Prvním z těchto parametrů je maska výkonové spektrální hustoty (PSD). Jednotka STU by neměla během vysílání na všech přenosových rychlostech tuto masku překračovat. Systémy SHDSL by měli povinně podporovat symetrickou masku PSD, která je stejná pro oba směry přenosu, tj. platí pro vysílač v STU-R i STU-C. Podpora asymetrické PSD je nepovinná.
    Dalším parametrem je celkový vysílací výkon při zakončení zátěží 135 W. Systém SHDSL by se měl držet uvnitř definovaného intervalu ± 0,5 dB.

    Pro modulaci 16-TCPAM a pro oba směry přenosu dat, jsou v tab. 3 rozepsány detaily přenosové rychlosti, přiřazené symbolové (modulační) rychlosti a počty mapovaných bitů na symbol.

přenosová rychlost uživ. dat vp [kbit/s] modulace modulační rychlost [kBd] K [bitů na symbol]
vp = n x 64 + i x 8 16-TCPAM (vp + 8 )/3 3

tab. 3 - Parametry přenosu pro 16-TCPAM

    Při vysílání jednotky STU by měla, na výstupu vysílače, být dodržena PSD maska popsaná následující funkcí ve W/Hz :

SHDSL_14
(4)

    kde proměnná MaskOffsetdB(f) je definována jako :

SHDSL_15
(5)

  • f int, je frekvence, na které se na protnou dvě funkce určující výsledný průběh PSDMASKSHDSL
  • PBO je hodnota útlumu vysílacího výkonu v dB
  • KSHDSL, konst, N, f sym, f3dB, jsou definovány v tab. 4
  • LmSHDSL je absolutní úroveň celkového výkonu s PBO = 0 dB
  • vp je přenosová rychlost uživatelského datového toku
rychlost uživ. datového toku vp [kbit/s] KSHDSL konst N modulační rychlost
vm
[kBd] = fsym [kHz]
f3 dB [kHz] LmSHDSL [dBm]
vp < 2048 7,68 6 1 (vp + 8 )/3 vm / 2 £ 13,5
vp ³ 2048 9,90 6 1 (vp + 8 )/3 vm / 2 14,5

tab. 4 - Parametry symetrické PSD

   Na obr. 9 je symetrická maska PSD pro přenosové rychlosti 256, 512, 768, 1536, 2048, 2304 kbit/s při PBO = 0 dB.

SHDSL_9

obr. 9 - PSD maska SHDSL bez omezení výkonu (PBO = 0 dB)

Taktování

    Konfigurace jednotek SHDSL umožňuje flexibilitu ve výběru taktu, která je založena na využití různých zdrojů. Seznam standardních synchronizačních konfigurací a možných příkladů jejich použití je uveden v tab. 5

číslo konfigurace STU-C referenční takt STU-R referenční takt příklad použítí mód synchronizace
1 lokální oscilátor přijímaný symbolový takt "klasické" SHDSL plesiochronní
2 referenční takt sítě "klasické" SHDSL s referencním generátorem plesiochronní s referenčním generátorem
3a vysílací datový takt (transmit clock) nebo referenční takt sítě hlavní využití je synchronní transport dat v obou směrech synchronní
3b vysílací datový takt
(transmit clock)
synchronní downstream, a možný bitově vyrovnávaný upstream hybridní :
synchronní downstream, plesiochronní upstream

tab. 5 - Synchronizační konfigurace

    V datovém módu musí být při všech přenosových rychlostech dodržen takt s přesností do ± 32 ppm nominální frekvence. Během aktivace musí jednotka STU-C udržovat přesnost vysílaného taktu ± 32 ppm, ale jednotka STU-R smí vysílat takt s přesností do ± 100 ppm.

    Seznam využitelných zdrojů taktu uvádí následující přehled:

  • Vysílací referenční symbolový takt (Transmit symbol clock reference) - referenční takt, ze kterého je odvozován takt pro aktuálně přenášený symbol (to jest jednotka STU vysílá s tímto taktem).
  • Lokální oscilátor (Local oscillator) - takt odvozený od nezávislého lokálního oscilátoru.
  • Referenční takt (Network reference clock) - primární referenční takt odvozený od taktu sítě.
  • Vysílací datový takt (Transmit data clock) - takt, který je synchronizován s daty přijímanými na aplikačním rozhraní STU-C.
  • Přijímaný symbolový takt (Receive symbol clock) - takt synchronizovaný s přijímanými symboly ve směru downstream na linkovém rozhraní SHDSL. Tento takt je používán jako vysílací referenční symbolový takt v jednotce STU-R.
  • Takt přijímaných dat (Receive clock) - takt, který je synchronní s daty vysílanými na aplikačním rozhraní.

    V synchronním módu může být jednotka STU-C synchronizována taktem odvozeným z toku dat určených k vysílání od STU-C k STU-R (Transmit data clock) nebo referenčním taktem sítě (Network reference clock). Referenční takt sítě může být buď takt s frekvencí 8 kHz, nebo může být násobkem frekvence 8 kHz. Typické frekvence jsou 1544 MHz nebo 2048 MHz, ačkoliv v některých aplikacích můžou být k dispozici jiné frekvence, například 64 kHz.


Příspěvek vznikl za podpory grantu FRVS G1 2048/2004 a GAČR 102/03/0434.

Literatura:

  1. ITU-T Recommendation G.991.2. Single - pair high - speed digital subscriber line (SHDSL) transceivers - For approval - Updated. INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION (02/2001)
  2. Jareš P.Diagnostika a konfigurace SHDSL přípojek. Praha, 2003. Diplomová práce na Fakultě elektrotechnické Českého vysokého učení technického na katedře telekomunikační techniky.
  3. Jareš Petr.Basic description of SHDSL. RESEARCH IN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGY 2003


Autor:        P. Jareš
Pracoviště: České vysoké učení technické v Praze, FEL

Informační e-mail Vytisknout článek
Projekty a aktuality
01.03.2012: PROJEKT
Výzkum a vývoj nového komunikačního systému s vícekanálovým přístupem a mezivrstvovou spoluprací pro průmyslové aplikace TA02011015

01.01.2012: PROJEKT
Vývoj adaptabilních datových a procesních systémů pro vysokorychlostní, bezpečnou a spolehlivou komunikaci v extrémních podmínkách VG20122014095

09.10.2010: PROJEKT
Výzkum a vývoj datového modulu 10 Gbit/s pro optické a mikrovlnné bezdrátové spoje, FR-TI2/621

09.01.2010: PROJEKT
Sítě s femtobuňkami rozšířené o řízení interference a koordinaci informací pro bezproblémovou konektivitu, FP7-ICT-2009-4 248891

09.11.2008: PROJEKT
Ochrana člověka a techniky před vysokofrekvenčním zářením, FI-IM5/202

20.06.2008: Schválení
Radou pro výzkum a vývoj jako recenzovaný časopis

01.04.2007: PROJEKT
Pokročilá optimalizace návrhu komunikačních systémů pomocí neuronových sítí, GA102/07/1503

01.07.2006: Doplnění sekce pro registrované

12.04.2005: Zavedeno recenzování článků

30.03.2005: Výzkumný záměr
Výzkum perspektivních informačních a komunikačních technologií MSM6840770014

29.11.2004: Přiděleno ISSN

04.11.2004: Spuštění nové podoby Access serveru

18.10.2004: PROJEKT
Optimalizace přenosu dat rychlostí 10 Gbit/s, GA102/04/0773

04.09.2004: PROJEKT
Specifikace kvalitativních kritérií a optimalizace prostředků pro vysokorychlostní přístupové sítě, NPV 1ET300750402

04.06.2004: PROJEKT
Omezující faktory při širokopásmovém přenosu signálu po metalických párech a vzájemná koexistence s dalšími systémy, GA102/03/0434

Web site powered by phpRS PHP Scripting Language MySQL Apache Web Server

NAVRCHOLU.cz

Tento web site byl vytvořen prostřednictvím phpRS - redakčního systému napsaného v PHP jazyce.
Na této stránce použité názvy programových produktů, firem apod. mohou být ochrannými známkami
nebo registrovanými ochrannými známkami příslušných vlastníků.