Файл: 2.doc

50 Глава 2

Рис. 2.5. Метод «пинг-понг» (полудуплекс) для U-интерфейса

Метод «пинг-понг» требует для своей реализации меньших затрат, чем метод компенсации отраженных эхосигналов, однако имеет недостаток — меньшую зону действия (максимально 2 км). Он используется, в основном, для малых учрежденческих АТС, т.к. для телефонных сетей общего пользования такое расстояние слиш­ком мало.

Существует общее заблуждение относительно режима рабо­ты с поочередным переключением направлений связи. Часто счи­тают, что область его возможного применения, ограниченная за­туханием линии, ограничена также задержкой распространения сигнала в прямом и обратном направлениях. Посылку пакета дан­ных, передаваемых по линии, можно представить в виде шарика для пинг-понга, которому нужно время (около 5 мкс на километр), чтобы переместиться от одного конца линии к другому. Обычно говорят, что «шарик» должен вернуться, прежде чем можно будет передать следующую посылку данных; т.е. частота посылок огра­ничена двусторонней задержкой (временем двойного пробега) при передаче. До некоторой степени это можно преодолеть, увеличи­вая размер «шарика» (помещая больше информации в каждой по­сылке), но такой подход тоже ограничен, т.к. при этом увеличива­ется время передачи, поскольку перед передачей посылка должна быть заполнена. Из того, что размер «шарика» и частота его по­сылки ограничены, можно сделать ошибочное заключение, что и реальная производительность метода тоже ограничена.

Цифровые абонентские линии 51

Это заблуждение вызвано предположением, что игра ведется только одним шариком. Игра двумя или несколькими шариками более трудна, но дополнительное усложнение системы передачи на основе такого подхода меньше, чем в системе с эхокомпенсацией, основанной на стандарте Института национальных стандар­тов США (ANSI). Следовательно, ограничение скорости работы с поочередным переключением направлений обусловлено только возрастанием затухания и помех с увеличением полосы пропуска­ния, необходимой для передачи. Это делает систему пригодной для работы лишь на коротких линиях, где простота ее реализации дает значительные преимущества. Возможно, поэтому такая система была очень популярна в Японии, где ограничения на длину линий менее важны в силу местных географических особенностей.

Разделение направлений передачи по частоте требует такой же ширины полосы пропускания, как и разделение по времени. В обо­их случаях основную ширину полосы нужно удвоить. Дополнитель­ное расширение полосы, необходимое для реализации частотных фильтров при разделении по частоте, уравновешивается дополни­тельным расширением полосы, необходимым для замирания эхо-сигнала при поочередном переключении направлений. Техника поочередного переключения направлений, однако, проще в реа­лизации, поскольку она является чисто цифровой и не требует при­менения аналоговых узкополосных фильтров.

При методе эхокомпенсации передатчик и приемник могут работать одновременно (рис. 2.6). Передаваемая и принимаемая информация находится в одном и том же канале, а сам метод эхокомпенсации позволяет рассчитать принимаемый сигнал, если известны характеристики линии и передаваемый сигнал. Именно на применении этой третьей технологии построен североамерикан­ский стандарт ANSI. Возможно, географический фактор здесь тоже сыграл свою роль: при эхокомпенсации требуется меньшая шири­на полосы пропускания, чем при разделении по времени или по частоте, благодаря чему достигается больший радиус действия (6-8 км).

Если выходное сопротивление передатчика согласовано с комплексным сопротивлением линии, амплитуда сигнала в линии будет в точности равна половине амплитуды передаваемого сиг­нала (рис. 2.7). Сигнал, принимаемый с другого конца линии, мо­жет поэтому быть получен путем вычитания половины выходного сигнала передатчика из суммарного сигнала в линии. К сожале-

52 Глава 2________________________________________

нию, сопротивление линии — величина комплексная и меняется от линии к линии, так что принимаемый сигнал, извлекаемый та­ким простым способом, содержит эхосигналы от передаваемого сигнала.

Рис. 2.6. Метод компенсации эхосигналов

для U-интерфейса

Эти эхосигналы вызваны рассогласованием между согласую­щим сопротивлением и характеристическим сопротивлением ли­нии, а также между характеристическими сопротивлениями раз­ных участков линии. Эхосигнал из-за рассогласования между ха­рактеристическим сопротивлением последнего участка и оконеч­ным сопротивлением на другом конце незначителен, он гораздо меньше сигнала, передаваемого с другого конца. Эхокомпенсация действует по принципу вычитания сигнала, полученного путем адаптивной оценки эхосигналов, вызванных этими рассогласова­ниями (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Вычисление принимаемого сигнала путем вычитания передаваемого сигнала

Цифровые абонентские линии 53

Для успешной эхокомпенсации нужно, чтобы отсутствовала корреляция между передаваемым и принимаемым сигналами. Если это условие не выполняется, принятый сигнал может иметь сход­ство с эхом передаваемого сигнала и эхокомпенсатор может по­пытаться скомпенсировать принимаемый сигнал, поскольку спу­тает его с эхосигналом. Чтобы гарантировать отсутствие корреля­ции, на разных концах линии обычно применяют различные алго­ритмы кодирования, уменьшая таким путем вероятность случай­но возникающей корреляции.

Техническое преимущество выбранного в качестве стандар­та ANSI двоичного кода 2В 1Q является следствием меньших тре­бований к полосе пропускания и, в результате, меньшего влияния затухания и шума. Код 2В 1 Q представляет пары битов (2В) как еди­ную четырехуровневую величину (1Q). В качестве его альтернати­вы обычно используют трехуровневые (троичные) коды. Код ЗВ2Т представляет набор из 3 битов (3В) с восемью возможными ком­бинациями как пару троичных величин (2Т), позволяющую соста­вить девять комбинаций, число которых можно уменьшить до вось­ми, если, например, не использовать троичную пару О—О. Подоб­ным же образом код 4ВЗТ представляет группу из 4 битов (4В) с шестнадцатью возможными комбинациями как группу из трех тро­ичных величин (ЗТ), допускающую 27 комбинаций. Отображение 4ВЗТ можно сократить до двух отображений ЗВ2Т, если первый из четырех отображаемых битов будет определять значение первой троичной величины (+1 или — 1), а оставшиеся три бита будут ото­бражаться согласно коду ЗВ2Т. Несмотря на это, 4ВЗТ получил большее распространение, отчасти из-за коммерческой поддерж­ки. Резервные комбинации в кодах ЗВ2Т и 4ВЗТ можно использо­вать для специальных функций, для улучшения спектрального со­става кодов или характеристик в присутствии шума.

Различные коды иллюстрирует рис. 2.8.

Простейший троичный код — это код с чередованием поляр­ности импульсов (биполярный код AMI), который поочередно представляет двоичные единицы как +1 и — 1. Он обладает тем не­достатком, что если передается длинная строка нулей, выделение тактовой частоты может быть ухудшено. Чтобы помочь восстанов­лению тактовой частоты, данные обычно скремблируются, но для этого не нужны дополнительные средства, поскольку скремблирование требуется в любом случае для эхокомпенсации.

54 Глава 2 __________________________

Рис. 2.8. Линейные коды для передачи по парам медных проводов

Одним из простейших кодов является двухуровневый двух­фазный код. Попросту говоря, он может представить «I» положи­тельным переходом фазы в центре битового интервала, а «О» — от­рицательным переходом фазы. Чтобы избежать необходимости помечать отдельные жилы медной пары, что создает рабочие про­блемы при эксплуатации, разумнее использовать дифференциаль­ное двухфазное кодирование. При этом «I» представляется как единичная прямоугольная волна, а «О» — как половина периода прямоугольной волны с вдвое большим периодом. Здесь также имеет место пересечение нулевого уровня (переход через ноль) на каждой границе битовых интервалов.

Недостаток двухфазного кодирования состоит в необходимо­сти иметь полосу пропускания, вдвое более широкую, чем для боль-

Цифровые абонентские линии 55

шинства других кодов, но это компенсируется преимуществами более простой реализации. Поскольку полоса пропускания широ­ка и спектральная энергия на нижних частотах мала, эхосигнал быстро замирает, что позволяет реализовать эхокомпенсатор на основе запоминающего устройства. Кроме того, реализацию мож­но выполнить с помощью фиксированного выравнивателя, т.к. код является частично самовыравнивающимся (самовыравнивание происходит, поскольку дисперсия нулей и единиц может нейтра­лизоваться по длине линий, т.к. кодирование нулей как полуцикла с большой величиной третьей гармоники вырабатывает сигнал с характеристиками, подобными характеристикам единиц, кодирую­щихся как полный цикл).

Двухфазное кодирование тесно связано с миллеровскими кодами, которые имеют гораздо меньший спектр. Например, один из типов миллеровского кода представляет единицу как передачу в середине битового интервала, а нуль — как передачу не в середи­не битового интервала и вводит передачу конечного бита после двух последовательных нулей, если за ними следует третий нуль. При­менение миллеровского кода вместо двухфазного создает возмож­ность снижения спектра кода, что также упрощает реализацию, т.к. отсутствие энергии на нижних частотах опять-таки способствует быстрому замиранию эхосигналов.

По сравнению с этим, выбранный ANSI код 2B1Q имеет одну из наиболее сложных реализации. Он требует как адаптивного вы­равнивания, так и эхокомпенсации, причем эхокомпенсация мо­жет требовать сочетания нескольких технических приемов, что вызвано нелинейностями и длительным временем спадания эхо-сигналов.