Использование цифровой связи (стр. 1 из 3)

Цифровая связь, и предпосылки ее использования.

Современное поколение уже не удивить словами модем, выделенная линия или “коннект”. Особенно это относиться к “фидошникам” или к людям так или иначе связанным с сетью Интернет. Но часто возникают недопонимания между операторами связи и абонентами, именно из-за проблем модемной связи по коммутируемой или выделенной линии. Кроме того, постоянно в конференциях и “фидошных эхах” идут обсуждения “какие номера с какими лучше вяжутся, какие модемы лучше держат коннект, а какие хуже”. Как это не прискорбно, но такие споры и обсуждения редко рождают истину. В такой ситуации всем сильно не хватает технической поддержки местного оператора связи.

Чаще всего все претензии абонента насчет плохих скоростей соединения модемов не принимаются, и ответ прост: изоляция в норме, постороннего нет. А причины плохой связи могут крыться в таких тонкостях, которые в голосовой связи ни когда не проявляются. Для разных типов Автоматических Телефонных Станций (АТС), такие причины могут быть разные.

Механические АТС (Координатные и Декадно-шаговые).

Это уже устаревшие типы АТС, но, тем не менее, еще используются на территории России ввиду дороговизны новых и тяжелым экономическим положением в стране. И конечно нельзя не упомянуть что кабельное хозяйство российских операторов связи на 40% 60-х годов. Именно на этих станциях обычно не используется никакого оборудования уплотнения, и качество связи зависит только от оборудования механической коммутации. Общая структура взаимодействия АТС и абонентов показана на рисунке:

В Томске на механических АТС работают номера, начинающиеся на цифры: 21, 22, 23, 25, 77, 78.

С одной стороны преимуществом является то, что, соединившиеся абоненты соединены физической двухпроводной линией. То есть рабочий диапазон такой линии от 300 Гц до 20 кГц, что теоретически позволяет при использовании широкополосных модемов получить скорости обмена до 2 Мбит, а в редких случаях и больше. Но такие оптимистические цифры в реальных соединениях невозможны из-за нескольких факторов:

Качество коммутационных контактов на АТС очень низкое.

Очень высокий “шум станции”.

Сильные перекрестные помехи в кабельных магистралях (50-100 парный кабель с малым количеством витков на метр).

Подверженность кабельных магистралей многим природным факторам и электромагнитным помехам (многие встречались с тем, что кабель, подходящий к вашему дому или офису, либо “замокает” при дожде, либо прослушивается сторонний разговор).

Несколько лет назад в Томске эта проблема [3] была частично решена ЦСП (Цех Систем Передачи), введением развитой сети ИКМ – трактов (Импульсно-кодовая модуляция). На схеме №2 схематично показаны отличия многопарных кабельных магистралей и ИКМ – трактов:

Как видно из рисунка многопарный медный кабель из-за дороговизны обслуживания и низкого качества соединения теперь используется эффективнее. Но на смену пришла ВОЛС (Волоконно-оптический линия связи), которая передает цифровой поток со скоростью до 300Мбит/с и более(скорость передачи цифрового потока по 4-парному медному проводу 2Мбит/с). То есть теперь абонентское соединение после коммутации на механической АТС аналоговый сигнал выходит со станции и входит в оборудование ЦСП. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) превращает этот сигнал в цифровой поток 64кбит/с на передачу и 64кбит/с поток в аналоговый сигнал на прием. Потом 30+2 цифровых потока (2 управляющих) по 64кбит/с объединяются в один 2Мбит-ный поток E1 (ИКМ-тракт). В ВОЛС входит до 64 потоков E1. С другой стороны магистрали ситуация повторяется с точностью до наоборот. С ВОЛС снимаются 64 цифровых потока E1, далее каждый разбирается на 64кбит-ные потоки, и подаются на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Получившийся аналоговый сигнал поступает на станцию, и после коммутации к абоненту.

Проанализируем, какие преимущества и недостатки дает переход на цифровое уплотнение оператору связи, а какие абоненту:

Преимущества.

Оператор связи:

ВОЛС не подвержены проникновению влаге и электромагнитным помехам, следовательно, дешевле обходиться прокладка шахт и обслуживание.

Гибкость такого решения позволяет модернизировать объемы межстанционных соединений без дополнительных работ.

Экономия на стоимости кабеля 1м 100-парного медного кабеля стоит на сегодняшний день дороже, чем 1м двухжильного оптического волокна.

Абонент:

Качество связи повышается за счет уменьшения перекрестных помех межстанционных соединений.

Расстояние между абонентами перестает влиять на качество связи (ВОЛС может передавать сигнал на десятки километров без потерь, кроме того, за счет передачи сигнала в цифровом виде можно использовать алгоритмы коррекции).

Недостатки.

Оператор связи:

Сложность и дороговизна решений с цифровой передачей.

Необходимость формирования и обучения служб монтажа и обслуживания ВОЛС.

Абонент:

Проблемы, обусловленные прохождением через АЦП/ЦАП и оборудование уплотнения: диапазон рабочих частот 300-3300Гц, “джиттер” (дрожание фазы) и временные задержки (в голосовой связи незаметные).

Перекрестные помехи на магистралях распределительных шкафов, попадание влаги в шахты магистралей (проблема последней мили).

Так как механическая коммутация происходит с аналоговым сигналом, шумы станции попадают в линию, как и прежде без применения ИКМ-трактов.

Преимущества оператора связи очевидны, так же как и абонента. А вот недостатки вызывают сомнение, повышает ли введение ИКМ-трактов качество обслуживание. Уменьшение рабочего диапазона частот делает невозможным использование широкополосых модемов, а “джиттер” должен отрицательно повлиять на скорость соединения.(алгоритм АЦП!!) В то же время перекрестные помехи не исчезнут совсем, так как от станции до распределительного шкафа магистраль проведена медным кабелем. И в завершении “шум станции”, который не уменьшился и не увеличился, наводит на мысли что переход на цифровые ИКМ-тракты в межстанционных магистралях на механических станциях, не дают преимуществ для модемной связи абонента.

Выделенные линии (прямые линии).

Часто для объединения локальных сетей двух удаленных офисов применяют постоянное модемное соединение. Но для максимальной эффективности такого решения применяют не обычную коммутируемую линию, имеющую ряд вышеперечисленных недостатков, а прямую (выделенную) линию. По определению прямая линия – это выделенная только для нужд абонента некоммутируемая физическая линия (см. рис.).

Как видно из рисунка, предоставление абонентам прямой линии требует выделение свободной пары во всех магистралях по пути ее установки. На станцию пара не заходит, а соединяется с парой из следующей магистрали в кроссе. И важным свойством прямой линии является то, что она не заходит ни в ИКМ-тракт или другое оборудование уплотнения, а, следовательно, рабочий диапазон частот не ограничен 3,3кГц и нет потерь из-за временных задержек и дрожания фазы. И последним важным фактором является полная длина прямой (чем больше длина, тем хуже параметры линии), и уже имея этот параметр, можно взяться за выбор модели модемов. В таких случаях рекомендуют либо модемы short-range модемы (модемы “последней мили”), либо широкополосные xDSL модемы с пропускной способностью 2Мбит/с и более.

Short-range модемы или модемы "последней мили" - это устройства, используемые для связи между компьютерами, терминалами, контроллерами и другой аппаратурой передачи данных, на сравнительно коротких расстояниях. Например: внутри зданий, в пределах территории кампуса или в границах города. Эти устройства проектируются с целью преодоления ограничений в дальности действия интерфейсов канала передачи данных.

Но в последнее время в связи с вытеснением межстанционных медных магистралей ИКМ-трактами, возможность провести прямую линию абоненту в разных районах города (разные АТС) становиться проблемой. Иногда это решается проведением магистралей между распределительными шкафами, а иногда ни каких вариантов кроме ввода в ИКМ-тракт нет. Это наталкивает операторов связи на внедрение современных технологий цифровых сетей.

Электронные АТС.

В представлении абонента электронные или цифровые АТС - это что-то такое ультрасовременное и недоступное. Хотя в Томске уже более 100000 абонентов обслуживаются именно электронными АТС. Ключевое отличие электронных станций от механических в методе и среде коммутации абонентов.

Механические АТС коммутируют аналоговые линии контактными площадками, управляемыми электромагнитным приводом, в то время как электронные коммутируют пространственно-временными манипуляциями цифровых потоков.

Как видно из рисунка аналоговый сигнал от абонента приходит в абонентский комплект, где объединяется с входным потоком и после эхокомпенсации преобразуется с помощью АЦП в цифровой поток 64 кбит/с. Входной поток аналогично преобразовывается и поступает абоненту (см. рис.).

Важно заметить, что при коммутации теперь происходит не механическое соединение-разъединение, а манипуляция цифровым потоком во внутриканальном пространстве и распределение этого потока в выделенные интервалы передачи. За счет этого электронные АТС имеют идеальное качество “контакта” и благодаря использованию цифровых технологий “шум станции” на линию не проходит. Однако есть и обратная сторона медали: “шум квантования”.

Шум вызван квантованием аналоговых сигналов, необходимый для преобразования аналогового сигнала в цифру перед отправкой по телефонной сети. Входящий аналоговый сигнал изменяется 8000 раз в секунду, и каждый раз его амплитуда записывается как Пульсовый Код Модуляции (Pulse Code Modulation - PCM). Cэмплирующая система использует 256 дискретных 8-битных PCM кодов. Так как аналоговый сигнал непрерывен, а цифровой код - дискретен, цифровой поток, передаваемый по телефонной сети, воссоздаются на другом конце в приблизительно соответствующий им аналоговый исходный сигнал. Разница между оригинальным сигналом и воссозданным - есть шум квантования, который ограничивает скорость модемов. Шум квантования ограничивает скорость приблизительно до 35кбит/c (по теореме Шенона). Но шум проявляется только при аналого-цифровом преобразовании, а не при цифро-аналоговом.