Vliv radiového rušení na přípojky xDSL

Vedle přeslechového rušení je dalším významným negativním vlivem rušení od radiových vysílačů, které se v důsledku nesymetrie vedení projevuje na vstupu modemů digitálních účastnických přípojek.

---

Influence of radio interference on xDSL lines

Abstract

Another negative influence on transmission, next to the crosstalk interference, is interference from radio transmitter, which appears, due to nonsymmetrical parameters of the twisted pair, at digital user lines modems input.

---

Radiové rušení (RFI Radio-frequency Interference) má vzhledem k šířce pásma využívané přípojkami xDSL úzkopásmový charakter. Projevuje se buď poklesem celkového odstupu signálu od šumu u přípojek SHDSL a VDSL s modulací QAM, nebo dílčím poklesem rychlosti či úplným vynecháním několika sousedících subkanálů u přípojek ADSL a VDSL s modulací DMT.

Vliv radiového rušení a testování odolnosti

Radiové systémy působící na xDSL přípojky můžeme rozdělit do dvou kategorií. V prvé řadě se jedná o rozhlasové vysílače, které vysílají amplitudově modulovaný signál na krátkých (SW), středních (MW) a dlouhých vlnách (LW). Druhou skupinou radiových vysílačů jsou radioamatérské stanice, které smějí vysílat pouze v mezinárodně normalizovaných pásmech.

Amplitudově modulované vysílání v pásmu dlouhých vln (LW) využívá frekvenční pásmo od 150 do 300 kHz. Pásmo středních vln (MW) je definováno cca od 0,5 do 2 MHz a pásmo krátkých vln (SW) od 6 do 20 MHz. Velmi krátké vlny v pásmu 20 až 300 MHz se používají zejména k přenosu televizního signálu, pásmo rozhlasového vysílání FM zaujímá rozsah 87,5 až 108 MHz, takže leží mimo pásmo systémů xDSL.

Obr. 1 zobrazuje globální pohled na frekvenční pásmo s vyznačenými vybranými variantami přípojek ADSL a VDSL (blíže viz samostatné články o jednotlivých systémech). Současně zobrazuje kmitočtová pásma určená pro rozhlasové stanice a pro stanice amatérského vysílání (pásma Δf1 až 9). Z toho lze usoudit, které radiové frekvence zasahují do sestupných a vzestupných pásem xDSL systémů.

Obr. 1 Radiová pásma versus pásma přípojek ADSL a VDSL

Vysílače v pásmu LW mohou rušit zejména přípojky SHDSL a vzestupný směr (upstream) přípojek ADSL over ISDN. Sestupná pásma (downstream) ADSL se také překrývají s vysílači vysílajících na dlouhých a částečně i na středních vlnách. Nejvíce je rušena přípojka VDSL, která je prakticky ovlivněna vysílači ve všech uvedených pásmech, včetně amatérských.

Pro modemy přípojek xDSL jsou popsány testovací procedury pro testování odolnosti proti radiovému rušení (viz generátor G5 a G6 v článku Testování přípojek SHDSL). Doporučení ITU-T G996.1 definuje dva modely radiového rušení (RFI) pro testování přípojek ADSL.

První model zobrazený na obr. 2 je vzhledem k silnému zdroji rušení na frekvenci 540 kHz vhodný, kromě jiného, k testování výkonnosti přípojky ADSL lite (splitterless) definované doporučením ITU-T G.992.2. Druhý model RFI (obr. 3) obsahuje všechny zdroje radiového rušení nad frekvencí 620 kHz a je tedy vhodný k testování systémů využívajících pásmo nad touto frekvencí. Aby nedocházelo k ovlivnění dvou významných zdrojů rušení mezi sebou, byl stanoven minimální frekvenční odstup 30 kHz mezi zdroji rušení.

Obr. 2 Model č. 1 pro testování odolnosti ADSL přípojky proti RFI

Obr. 3 Model č. 2 pro testování odolnosti ADSL přípojky proti RFI

Rozhlasový AM signál zaujímá šířku pásma 10 kHz (maximální kmitočet modulačního signálu 5 kHz), nicméně maximum výkonu obsahuje modulační signál obvykle okolo 500 Hz. Většina výkonu rušení bude tak spadat do pásma o šířce 1 kHz kolem nosné frekvence. Lze tedy předpokládat, že rušením bude ovlivněn jediný subkanál při použití modulace DMT, případně dva sousedící subkanály, pokud se rušení vyskytne v blízkosti hraničního kmitočtu dvou subkanálů.

Podstatně složitější je modelování rušení od amatérských vysílačů. Jedná se o signály, které radikálně mění své časové charakteristiky v důsledku potlačení postranního pásma, což je režim používaný u amatérského radiového přenosu. Interference mohou mít vysokou amplitudu (až do 0 dBm) a mohou se vyskytovat kdekoliv a kdykoliv v mezinárodních amatérských pásmech. Podle dokumentu [3] pro testování odolnosti VDSL je amatérské vysílání simulováno nosnými frekvencemi, které jsou amplitudově modulovány signálem s vlastnostmi podobnými řeči nebo Morseově abecedě. Modulovaný signál je přerušován tak, že během každých 15 sekund je 5 sekund simulován aktivní řečový signál a 10 sekund tichý kanál. Výsledný signál je pak dále přerušován tak, že během periody 200 ms je v aktivním stavu po dobu 50 ms a vypnutý po dobu 150 ms. Výsledný modulační signál je pak omezen filtrem s mezním kmitočtem 4 kHz a se sklonem 6 dB/oktávu. Nosná frekvence by se přitom měla měnit nejméně o 50 kHz každých 120 s. Výkonová úroveň rušení je navržena ve výši 0 dBm pro testování sestupného směru a -10 dBm pro testování vzestupného směru, příp. je o 20 dB nižší, pokud se předpokládá lepší symetrie vedení.

Radiové rušení a modulace DMT

Zaměříme se nyní na přípojku ADSL a vliv radiového rušení na modulaci DMT. Byla provedena simulace a ověřující měření, které by potvrdilo použitelnost simulací tak, aby bylo možno odhadnout chování přípojek xDSL v takřka libovolné situaci. Pro simulace a měření byly využity přeslechové modely B a D, které modelují nejčastější situace metalické sítě. Bylo počítáno s místním úložným kabelem z produkce společnosti PRAKAB s průměrem jádra 0,4 mm a délkou 2,4 km.

Do vzestupného pásma přípojky FDD ADSL over ISDN téměř nezasahuje žádné radiové frekvenční pásmo, takže by nemělo dojít k jeho rušení. Ve výjimečných  případech může být pásmo ovlivněno vysíláním na dlouhých vlnách. Do sestupného pásma zasahují vysílače vysílající na dlouhých i středních vlnách.

Obr. 4 Detail simulované alokace bitů ADSL přípojky při rušení jediným vysílačem AM

Ukážeme si vliv AM signálu o nosná frekvenci cca 500 kHz, který zasahuje zejména do 116. subkanálu DMT přípojky ADSL. Pro přeslechový modely B je výsledek simulace uveden na obr. 4 pro zvyšující se úroveň radiového rušení od -75 do -40 dBm (zde subkanály číslovány od 1, takže DMT kanálu 116 odpovídá o jedničku vyšší).

Stejné situaci odpovídá výsledek měření na obr. 5. Vliv rušení se v porovnání se simulací méně koncentruje do oblasti v blízkosti nosně frekvence a více zasahuje i do sousedních subkanálů. Celkové narušení přenosu (snížení celkové bitové alokace) je srovnatelné.

Obr. 5 Detail změřené alokace bitů ADSL přípojky při rušení jediným vysílačem AM

Pokles celkové přenosové rychlosti v závislosti na úrovni RFI rušení je demonstrována v tab. 1 pro simulaci i měření.

Tab. 1 Porovnání simulované a měřené přenosové rychlosti ADSL přípojky při rušení jediným vysílačem AM

Závěr

Popsaná analýza vlivu radiového rušení a porovnání výsledků nám dává prostor k provedení simulací přípojek za různých podmínek. Doporučená skladba testovacích frekvencí dle [2] je jen jedním z možných řešení. V dané lokalitě, kde je xDSL přípojka provozována, je vhodné vyjít z místních podmínek a rušení od okolních vysílačů. Na základě toho lze odhadnout, které subkanály budou rušeny a jak bude snížena přenosová rychlost oproti situaci bez radiového rušení.

Příspěvek vznikl za podpory projektu NPV 1ET300750402.

Literatura

[1] Duch, M. – Vodrážka, J.: Vliv radiového rušení na přípojky xDSL. Diplomová práce. ČVUT v Praze, FEL. Praha 2006.
[2] Doporučení ITU-T G 996.1. 12/2003 Test procedures for digital subscriber line (DSL) transceivers. 02/2001.
[3] Dokument ETSI TS 101 270-1 V1.3.1 Very high speed Digital Subscriber Line (VDSL). 07/2003.
[4] Jareš, P.: Testování přípojek SHDSL. Access server. Článek 2004111602.