Koexistence ADSL s ostatními přenosovými systémy

ADSL je adaptivní systém pracují s pružným využíváním spektra, kdy lze dílčí subkanály, na něž je pásmo rozděleno, využít na základě dosahovaného odstupu signálu od šumu, v extrémním případě je i zcela vynechat. Systémy na tomto principu využívají metodu DMT (Discrete Multi-Tone). Zde lze modifikovat Shannonův vztah do tvaru sumarizujícího dílčí informační kapacity dosažené v subkanálech

kde B je celková šířka pásma (u ADSL až 1105 kHz)
N je počet subkanálů (u ADSL až 256)
SNR_i(f) je odstup signálu od šumu v i-tém subkanálu

Při inicializaci ADSL modemů se provádí alokace bitů v jednotlivých subkanálech na základě zjištěného odstupu signálu od šumu pro garantovanou hodnotu chybovosti podle vztahu

kde k_b je konstanta (někdy označovaná v literatuře jako Shannon Gap) závislá na přípustné hodnotě bitové chybovosti. Pro bitovou chybovost 10^-7 vychází hodnota k_b = 9,55. Obvykle se volí šumová rezerva (Noise Margin) 6 dB, čemuž odpovídá k_b = 38,02. Využitelná hranice je 15 bitů na symbol v každém subkanálu, používá se však maximálně 12 bitů na symbol. Dosažitelná přenosová rychlost v dílčím subkanále bude pak dána násobkem modulační rychlosti a počtu stavových míst b_i (bitů)

Hlavním krokem při analýze možností koexistence různých systémů na společném kabelu je modelování celkového přijímaného šumu, jehož hlavní část tvoří rušení způsobené přeslechy od ostatních přenosových systémů. V praxi mohou být systémy ADSL nasazeny na společném kabelu s již existujícími přenosovými systémy různých typů. Potom se ovšem může stát, že nově osazený systém ADSL nebude moci dosáhnout požadované přenosové rychlosti, protože na něj bude působit příliš velké rušení od ostatních systémů, které jsou již na daném kabelu instalovány. Aby bylo možné předem stanovit, zda lze v daných podmínkách dosáhnout určité požadované přenosové rychlosti, je třeba danou situaci nasimulovat. Obr. 1 nejprve ukazuje dosažitelnou přenosovou rychlost ve směru od poskytovatele k účastníkovi (downstream) a od účastníka k poskytovateli (upstream) jediného ADSL modemu na kabelu v závislosti na vzdálenosti od ústředny.

Vliv jednotlivých systémů

Obr. 2 znázorňuje případ, kdy na společném kabelu pracuje 1 systém ADSL a 10 základních přípojek ISDN-BA s kódem 2B1Q, přičemž všechny jsou umístěny ve stejné vzdálenosti. Došlo k nepatrnému poklesu přenosové rychlosti, přičemž pokles je v tomto případě pro oba směry přenosu přibližně stejný.

Nyní budeme uvažovat případ znázorněný na obrázku 3, kdy je na kabelu nasazeno celkem 11 systémů ADSL, přičemž jsou všechny umístěny ve stejné vzdálenosti. To znamená, že každý systém ADSL je rušen 10 dalšími systémy stejného typu. Oproti případu bez rušení zde došlo ke snížení přenosové rychlosti v obou směrech přenosu. Oba směry přenosu jsou frekvenčně odděleny (FDD) a tudíž dochází k vzájemnému rušení typu přeslechu na vzdáleném konci FEXT (výjimkou jsou pouze subkanály v blízkosti dělícího kmitočtu 138 kHz).

Dalším systémem, který může být nasazen na společném kabelu společně s ADSL, je systém HDSL, jehož přenos může probíhat po dvou nebo po třech metalických párech (pozdější varianta systému, která se nazývá HDSL2, používá pro přenos pouze jeden pár). Nyní tedy budeme uvažovat případ, kdy je na společném kabelu nasazen 1 systém ADSL a 10 systémů HDSL pro 2 páry, který se v sítích vyskytuje nejčastěji. Dosažitelné přenosové rychlosti jsou znázorněny na obr. 4. Pro větší vzdálenosti ADSL od ústředny zůstává systém HDSL umístěn ve vzdálenosti 3 km, což je průměrná hodnota jeho maximálního dosahu.

Protože systém HDSL používá pro přenos stejný linkový kód (2B1Q) jako ISDN-BA (ISDN-2B1Q), bude mít jeho rušivý vliv na ADSL obdobný charakter. Spektrum signálu HDSL však zabírá větší šířku pásma než spektrum signálu ISDN-2B1Q, přičemž zasahuje i do frekvenčního pásma používaného pro přenos ADSL od poskytovatele k účastníkovi (downstream). Z toho důvodu dojde ke znatelnému poklesu přenosové rychlosti i v tomto směru přenosu.

Posledním uvažovaným rušícím systémem je ISDN-PRA používající linkový kód HDB3 (obr. 5). Spektrum signálu ISDN-PRA pokrývá celé frekvenční pásmo používané pro ADSL, přičemž vyšší úroveň rušení je v části frekvenčního pásma používané pro přenos ADSL ve směru k účastníkovi (downstream). Dochází zde k velkému snížení přenosové rychlosti v důsledku silného rušení v celé části frekvenčního pásma používané pro downstream.

Jak je vidět z dosažitelných hodnot přenosových rychlostí, dosah systému ADSL je v koexistenci s ISDN-PRA značně omezen. Z toho důvodu je výhodnější k realizaci přípojky ISDN-PRA používat místo linkového kódu HDB3 kód 2B1Q – tedy nasadit systém HDSL s přenosem po dvou párech, který umožňuje přenášet data stejnou rychlostí, přičemž využívá i stejný počet párů jako ISDN-PRA. Navíc má oproti ISDN-PRA větší dosah.

Vzájemnému rušení systémů ADSL a VDSL je možné zabránit tím, že se posune dolní mezní kmitočet pásma používaného pro VDSL nad 1,1 MHz, což je horní mezní kmitočet pásma ADSL. Pokud by však z nějakého důvodu (např. kvůli dosažení vyšší přenosové rychlosti VDSL) bylo nutné využívat celé pásmo VDSL od nižších kmitočtů (od 300, příp. již od 138 kHz), docházelo by k rušení systému ADSL přeslechem typu FEXT. Vzhledem k tomu, že nedochází k překrývání části pásma ADSL používané pro přenosnbsp;poskytovateli (upstream) s pásmem VDSL, nebude tento směr přenosu systémem VDSL nijak rušen a nebude jím tudíž ovlivněna ani odpovídající přenosová rychlost. V části pásma ADSL používané pro přenos k účastníkovi (downstream) bude míra rušení nižší v porovnání s rušením od jiného systému ADSL, protože maximální úroveň výkonové hustoty PSD systému VDSL je -60 dBm/Hz, což je o více jak 20 dB méně než u ADSL.

Kombinace více druhů systémů na společném kabelu

Dosud jsme uvažovali případy, kdy byl systém ADSL rušen pouze jedním typem přenosového systému. V praxi však může na jednom kabelu pracovat více typů přenosových systémů zároveň. Výsledné rušení působící na konkrétní systém ADSL je v takovém případě dáno kombinací dílčích rušení od jednotlivých typů přenosových systémů.

Na obr. 6 je znázorněn případ, kdy je na jednom kabelu nasazeno 11 systémů ADSL, 10 systémů ISDN-2B1Q a 10 systémů HDSL s přenosem po 2 párech.

Všechny případy diskutované výše odpovídaly kabelu s průměrem žil 0,4 mm. Nyní uvedeme pro srovnání na obr. 7 stejnou kombinaci systémů jako v předchozím obrázku, avšak na kabelu s průměrem žil 0,6 mm. Z grafu je patrné, že došlo ke zvýšení přenosové rychlosti u obou směrů přenosu zejména ve větších vzdálenostech od ústředny. To je způsobeno tím, že kabel s průměrem žil 0,8 mm má oproti kabelu s průměrem žil 0,4 mm podstatně menší měrný útlum.

10 ADSL, 10 ISDN-2B1Q a 10 HDSL pro 2 páry - kabel s průměrem žil 0,8 mm

V praxi nejsou však systémy umístěny ve stejné vzdálenosti od ústředny, ale jsou rozloženy v podobě odboček z hlavní kabelové trasy. Nyní nebudeme tedy zkoumat závislost přenosové rychlosti na vzdálenosti, ale budou nás zajímat dosažitelné přenosové rychlosti modemů ADSL, jejichž poloha je předem určena.

Na obr. 8 je znázorněn příklad možného uspořádání přístupové sítě. Jednotlivé úseky mohou mít i různý průměr žíly. Zde je kombinace párů 0,8 mm (CT08) a 0,4 mm (CT04). Dosažitelné přenosové rychlosti v tomto případě udává graf na obr. 9.

Výše uvedené výsledky byly získány pomocí simulačního programu, který vznikl na katedře telekomunikační techniky ČVUT FEL. V prostředí MatLab lze tak snadno simulovat nejrůznější případy přicházející v úvahu v přístupové síti.