Porovnání modelů přeslechů a vliv na nasazování ADSL

ADSL (ITU-T G.992.1 a G.992.2 – varianta Lite) umožňuje na jednom účastnickém vedení koexistenci analogové telefonní přípojky (nebo přípojky ISDN-BRA) s vysokorychlostními datovými kanály. Při využití frekvenčního spektra účastnického vedení do 1,1 MHz lze směrem od účastníka dosáhnout přenosové rychlosti až 1 Mbit/s, opačným směrem až 8 Mbit/s. Tato asymetrie přenosových rychlostí vychází ze samotného charakteru širokopásmových služeb, jako je rychlý přístup do sítě Internet nebo video na přání (Video-on-demand), kdy je zapotřebí přenášet větší objemy dat směrem k účastníkovi. Podstatou přenosu je vícekanálová a vícestavová QAM modulace (DMT – Discrete Multi-Tone) s maximálně až 256 sub-kanály s šířkou přibližně 4,3 kHz.

V praxi se ukazuje, že podstatným parametrem je dosažitelná přenosová rychlost, od které se odvíjí schopnost provozovatele poskytnout účastníkovi příslušný okruh služeb. Ke stanovení přenosové rychlosti je možno použít přesné vztahy a provést simulace účastnických přípojek. To však není vzhledem k situaci v přístupové síti snadné, zejména s ohledem na komplikovanost struktury kabelové sítě.

Při přenosu informačních signálů systémy xDSL působí vedle vlastností symetrického páru další vlivy, zejména vzájemné vazby mezi páry v profilu kabelu (obsahuje až tisíce párů) a dále rušivé vlivy z okolí. Existuje celá řada různých zdrojů rušení, které pak celkově snižují přenosovou kapacitu symetrického páru. U vhodně navržených pře­nosových systémů pro přístupové účastnic­ké sítě bude vliv vnitřních systémových ru­šení (většinou bílý šum u pasivních i aktiv­ních elektrických součástí) relativně malý, vyjadřovaný spektrální hustotou výkonu –140 dBm/Hz AWGN (Aditive White Gaussian Noise). V takovém případě je pak skutečná infor­mační kapacita určena především externími zdroji rušení, zvláště přeslechem na blízkém konci (NEXT), přeslechem na vzdáleném konci (FEXT), vysokofrekvenčním rušením (RFI), impulsním rušením.

Kombinace zdrojů rušení ovlivňuje celkovou in­formační propustnost kanálu. Dosažitelné přenosové rychlosti u xDSL přípojek jsou tak podstatně závislé na vlastnostech přenosového prostředí, původně určeného pouze pro přenos telefonního signálu analogových přípojek. Útlum páru je jednoznačně určen konstrukcí kabelu a je u všech párů v kabelu dané konstrukce prakticky stejný. Vyšších přenosových rychlostí se dá dosáhnout na párech s větším průměrem žíly a s izolací na bázi polyetylénu.

Podle vzájemné polohy se dosahuje rozdílné míry přeslechů. Charakter závislosti na frekvenci je však vždy stejný, založený na teoretických základech a potvrzený praktickými měřeními. Přeslech na blízkém konci je prakticky nezávislý na délce vedení, ale roste s frekvencí se sklonem přibližně 15 dB na dekádu. Pomocí se vyjádří velikost přenosové funkce výkonu NEXT.

kde		je výkonová přenosová funkce
KN je konstanta závislá na typu použitého kabelu

Problémem při modelování přeslechů je stanovení konstant K. Skutečné závislosti přeslechových vazeb na kmitočtu vykazují značné zvlnění v důsledku nerovnoměrnosti kapacitních a induktivních vazeb podél vedení. Závisí na procesu výroby kabelu, dodržení tolerancí a dále i na způsobu pokládky, ohybech apod.

Obvykle také nepotřebujeme znát přeslechové vazby mezi konkrétní dvojicí párů, ale zajímají nás přeslechové vazby všech ostatních párů v profilu kabelu k páru zkoumanému, resp. jen vazby z těch párů, na kterých jsou nasazeny systémy způsobující rušení. Experimentálně lze pak stanovit střední míru vazeb a tu pak aplikovat na všechny páry kabelu.

Pro analýzu přeslechových poměrů v kabelu existují v zásadě dva modely. První vychází z nejhoršího případu přeslechů mezi sousedními páry. Při analýze přeslechů se pak postupuje tak, že s postupným přidáváním systémů do kabelu se obsazují nejprve kombinace s nejsilnějším rušením. Tomu odpovídá model přeslechu pro rušení od systémů téhož typu z více párů s přepočtem konstanty pro vztah

K_n je konstanta pro n zdrojů rušení (přeslechu)
K₁ je konstanta pro 1 zdroj rušení pro nejhorší případ rušení od sousedního páru
n je počet zdrojů rušení od 1 do 49

Druhý model vychází z průměrné úrovně rušení a z lineárního nárůstu rušení s přibývajícími systémy v kabelu. Odpovídá to postupnému přidávání přípojek rovnoměrně rozprostřených v profilu kabelu.

K´_n je konstanta pro n zdrojů rušení (přeslechu)
K´₁ je konstanta pro 1. zdroj rušení – odpovídá průměrné míře přeslechů v kabelu

První model byl použit v doporučení ITU-T G.996, kde se rozebírají metody testování xDSL koncových zařízení. Jedná se o pesimističtější pohled, jehož použití může mít podstatný vliv na strategii nasazování xDSL u provozovatelů. Oba modely porovnává obr. 1, kde je patrná značná strmost nárůstu rušení při nižších počtech systémů v kabelu. Deset systémů v kabelu s padesáti páry přitom odpovídá 20% obsazenosti kabelu daným digitálním systémem. Pro plně obsazený kabel vycházejí oba modely stejně.

První model je však výhodný pro snadné stanovení konstanty přeslechů, protože stačí provést měření nejhoršího případu rušení (od sousedního páru) a na základě toho stanovit příslušný model. Oproti tomu pro zjištění průměrného rušení je nutné proměřit všechny kombinace rušících párů. Na základě znalosti typického charakteru rozložení rušení v kabelu je však možno průměrné rušení stanovit i zjednodušeně z konstanty pro nejhorší případ rušení vztahem

Při nasazování systémů xDSL se dá předpokládat, že obsazenost digitálními systémy se bude průměrně pohybovat právě na nižších hodnotách do 20%, kde vychází značný rozdíl při aplikaci obou uvedených modelů. Pro 10 rušících systémů v padesáti-párovém kabelu bude pro lineární model přibližně 1,9 krát menší rušení, tj. rušení menší o 2,8 dB oproti modelu s mocninou 0,6.

Důsledky této skutečnosti ukazují obr.3 a 4 pro ADSL nasazené na místním kabelu typu TCEPKPFLE s průměrem žíly 0,4 mm a izolací na bázi polyetylénu. Je znázorněna závislost přenosové rychlosti ve směru od poskytovatele k účastníkovi (Downstream) i od účastníka k poskytovateli (Upstream) na délce přípojky pro plnou variantu ADSL s frekvenčním oddělením pásem (FDM). Parametrem u jednotlivých křivek je počet systémů v kabelu od jednoho do plného počtu padesáti párů.

Obr. 3 vychází z prvně uvedeného mocninného modelu, obr. 4 pak z druhého, tedy lineárního modelu. Jsou zřejmé podle očekávání značně vyšší přenosové rychlosti pro nižší obsazenost kabelu pro lineární model. Podobná je i situace pro jiné rušící systémy v kabelu. Pro provozovatele to znamená, že pokud bude plánovat a nabízet ADSL přípojky podle pesimistického mocninného modelu, může předem degradovat parametry účastnické přípojky a řadu přípojek prohlásit za nepoužitelné pro daný typ služby. V opačném případě, pokud bude použit lineární model, bude okruh potenciálních uživatelů daných služeb a náročnějších účastnických profilů vyšší, ale naopak se ve více případech může ukázat při praktickém nasazení nepřiměřenost odhadu s nižší přenosovou rychlostí, než se předpokládalo.

Literatura

[1] Vodrážka, J. Přenos vysokými rychlostmi na symetrických párech. Disertační práce, ČVUT FEL, Praha 2000.
[2] Doporučení ITU-T G.992.1 Asymmetrical Digital Subscriber Line (ADSL) transmissions. 06/1999.
[3] Doporučení ITU-T G.996 Test procedures for Digital Subscriber Line (DSL). 06/1999.