44 Глава 2

ты для IBM-совместимых персональных компьютеров сегодня сво­бодно продаются по весьма умеренным ценам.

Имеются две категории сетевых окончаний: NT1 и NT2. Функциональный блок NT1 включает в себя основные функции сетевого окончания и обычно представляет собой настенную ко­робку, устанавливаемую оператором сети общего пользования. В функции NT1 входят подача питания к абонентской установке, обеспечение технического обслуживания линии и контроля рабо­чих характеристик, синхронизация, мультиплексирование на пер­вом (физическом) уровне модели взаимодействия открытых сис­тем и разрешение конфликтов доступа.

Функциональный блок NT2 выполняет функции обработки протоколов уровней 2 и 3, мультиплексирования, коммутации и концентрации, а также функции технического обслуживания и некоторые функции уровня 1. В качестве функционального блока NT2 могут выступать УАТС, локальная сеть или терминальный адаптер. Функции NT1 и NT2 могут объединяться в едином физи­ческом оборудовании, обозначаемом просто NT

На встречной стороне цифровой абонентской линии в АТС устанавливаются линейное окончание LT и станционное оконча­ние ЕТ, которые не рассматриваются в данной главе, но являются весьма важными элементами цифровой АТС.

В следующем параграфе будет продолжено рассмотрение ти­повой конфигурации (рис. 2.2). На базе приведенного только что краткого описания функциональных блоков будут рассмотрены интерфейсы в опорных точках R, S, Т, U.

2.2. ИНТЕРФЕЙСЫ В ОПОРНЫХ ТОЧКАХ

Представленная на рис. 2.2 функциональная модель цифро­вой абонентской линии ISDN содержит 4 опорные точки, обозна­чаемые латинскими буквами R, S, Т, U.

Интерфейс в точке R связывает несовместимое с ISDN обо­рудование ТЕ2 с терминальным адаптером ТА. В этой точке могут функционировать синхронные и асинхронные интерфейсы, опре­деленные, в частности, рекомендациями ITU-T серий V и X.

Интерфейс в точке S, известный как интерфейс «пользова­тель—сеть», соединяет ISDN-совместимое терминальное оборудо­вание с сетевым окончанием. Этот интерфейс стандартизован по трем уровням:

Цифровые абонентские линии 45

уровень 1 (рекомендация 1.430),

уровень 2 (рекомендация Q.921),

уровень 3 (рекомендация Q.931).

Стандартизация S-интерфейса имеет первостепенное значе­ние, так как именно здесь требуется совместимость терминалов и определенная независимость от изготовителя. Для уровня 1 стан­дартизируются следующие атрибуты интерфейса: электрические, функциональные, механические и процедурные. Электрические атрибуты описывают уровни, напряжения, емкость, временные параметры электрических сигналов и др. Функциональные атри­буты описывают функции, выполнение которых должен обеспе­чивать физический интерфейс, такие как управление, синхрони­зация, передача данных. Механические атрибуты описывают раз­меры разъемов, количество и типы проводов для интерфейса. Про­цедурные атрибуты описывают, что должен выполнять интерфейс, и последовательность событий, связанную с передачей сигналов через интерфейс.

В рамках уровня 1, в частности, специфицирован разъем на базе стандарта ISO 8877. В основном этот разъем совпадает с теле­фонным разъемом, принятым в Северной Америке (рис. 2.3), где более популярным является обозначение RJ45. В Европе эти разъ­емы были распространены несколько меньше; например, в Герма­нии использовался собственный, нестандартный разъем.

Рис. 2.3. Разъем для S-интерфейса по ISO 8877

46 Глава 2

Таблица 2.1. Назначение контактов S-интерфейса

Шинная конфигурация базового S-интерфейса согласно стандарту 1.430 имеет одно сетевое окончание, два нагрузочных сопротивления (одно в сетевом окончании, другое — на конце шины) и предусматривает возможность подключения к шине не­которого числа оконечных устройств. Как уже отмечалось в пара­графе 2.1, к короткой шине можно подключить до 8 терминалов и/ или терминальных адаптеров.

Через интерфейс в точке S, когда он полностью активизиро­ван, происходит непрерывная передача битов в обоих направле­ниях между NT и ТЕ со скоростью 192 Кбит/с. Эти 192 Кбит/с со­ставляют два В-канала по 64 Кбит/с, один D-канал 16 Кбит/с и ресурс 48 Кбит/с для синхронизации циклов и техобслуживания в пределах уровня 1. Структура цикла в точках S и Т приведена на рис. 2.4.

Структура меняется в зависимости от направления передачи между NT и ТЕ, но идентична для конфигурации «точка—точка» и для многоточечной конфигурации. Циклы имеют длину 48 битов и передаются из ТЕ и NT каждые 250 мкс. Первый бит цикла, пе­редаваемого к NT, задерживается на два битовых периода по отно­шению к первому биту цикла, принимаемого от NT.

Цикл длительностью 250 мкс обеспечивает скорость 4000 цик­лов в секунду (1 секунда/О.00025 = 4000) и скорость передачи 192 Кбит/с (4000*48 = 192000). Однако в каждом цикле имеются 12 служебных битов, поэтому скорость передачи данных пользо­вателя составляет 144 Кбит/с (4000*[48 - 12] = 144000).

48 Глава 2_______________________________________

Первые два бита цикла — синхронизирующий бит (F) и сим­метрирующий бит (L). Эти биты используются для цикловой син­хронизации. Кроме того, бит L используется в цикле ТЕ для элек­трического симметрирования цикла, а в цикле NT - для электри­ческого симметрирования каждого байта В-канала и каждого бита D-канала. Дополнительный бит цикловой синхронизации (F_a) и бит N (только в цикле NT) также используются в процедурах цик­ловой синхронизации. Бит А (только в цикле NT) используется для активизации и деактивизации ТЕ. Биты эха гарантируют, что тракт свободен перед попыткой передачи со стороны ТЕ.

Интерфейс в точке T. Связывает оборудование пользовате­ля с находящимся в помещении пользователя сетевым оконча­нием NT1.

Интерфейсы в точках Т и S являются источником некоторой путаницы. Строго говоря, S и Т обозначают не интерфейсы, а опор­ные точки. Точка S является точкой подключения терминалов и адаптеров к NT2, а точка Т — точкой подключения NT2 к NT1. Если функции NT2 отсутствуют, эти точки совпадают. Если функ­ции NT2 присутствуют, интерфейсы в обеих точках могут быть идентичны на уровнях 1 и 2. Тем не менее, на уровне 3 они могут различаться в связи с тем, что протоколы сигнализации для ин­терфейса S являются, как правило, протоколами частной (ведом­ственной) сети, в то время как в интерфейсе Т действуют протоко­лы сети общего пользования.

Интерфейс в точке U является интерфейсом между оборудо­ванием NT1 и оборудованием АТС. К сожалению, точка U не оп­ределена в рекомендациях ITU-T, поскольку форма сигналов в интерфейсе U должна быть согласована с физическими характе­ристиками линий, которые в разных странах отличаются друг от друга. Более веской причиной того, что ITU-T уклонялся от вы­пуска стандарта на U-интерфейс, являлось, по мнению автора, совпадение корпоративных интересов компаний, выпускающих оборудование связи, и операторов сетей связи. Телекоммуникаци­онные корпорации лоббировали принятие уже разработанных ими различных стандартов для U-интерфейса, и некоторые телефон­ные операторы тоже не хотели введения такого стандарта — его отсутствие позволяло зарабатывать на арендной плате за абонент­ское оборудование на дальнем конце линии.

Так или иначе, сегодня U-интерфейс в ITU-T не определен. Рекомендация G.961 содержит лишь общие требования к цифро-

Цифровые абонентские линии 49

вой системе передачи при базовом доступе ISDN по металличе­ским линиям связи и содержит шесть приложений, в которых да­ются подробные определения альтернативных систем передачи:

• MMS 43, модифицированный код мониторинга с эхокомпенсацией, где 4 бита отображаются в три троичных символа с линейной скоростью передачи символов 120 Кбод;

• 2В 1 Q, четырехуровневый код с эхокомпенсацией, где два дво­ичных бита отображаются в один четверичный символ с ли­нейной скоростью передачи символов 80 Кбод;

• AMI, биполярный код с эхокомпенсацией и линейной ско­ростью передачи символов 160 Кбод;

• AMI, с попеременным чередованием направления передачи (пинг-понг) и линейной скоростью передачи символов 320 Кбод;

• двоичный двухфазный код, с использованием эхокомпенсации с линейной скоростью передачи символов 160 Кбод;

• SU 32, подстановочный безусловный код ЗВ2Т с компенса­цией эха и линейной скоростью передачи символов 108 Кбод.

В границах Европы имеется возможность выпуска европей­ского стандарта, базирующегося либо на системе 2В 1Q, исполь­зуемой в Великобритании, либо на MMS43, используемой в Гер­мании и Франции.

В документах и рабочих материалах, утвержденных Госкомсвязи РФ, в частности, в Общих технических требованиях на сред­ства связи для подключения к ISDN, на участке U-интерфейса нормируется применение кода 2В 1Q.

В конце параграфа будут даны краткие пояснения, но внача­ле представляется целесообразным сказать несколько слов о прин­ципах технической реализации U-интерфейса. В общем виде тех­ническая проблема заключалась в достижении двухсторонней пе­редачи почти по любым существующим физическим парам. Эта проблема в настоящее время успешно решена; более того — суще­ствуют три подхода к ее решению. Два из них основаны на хорошо известном методе разделения направлений передачи и приема либо по времени, либо по частоте, а третий — на использовании дифсистем в сочетании со средствами компенсации эха.

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-

56 Глава 2______________________________________

кого профессионализма. Но и другого объяснения автор тоже пред­ложить не может.

Одним из факторов, ограничивающих возможности переда­чи по цифровым линиям, является шум. Имеются две составляю­щие шума при цифровой передаче: переходное влияние на ближ­нем конце (NEXT) и импульсный шум. Переходное влияние вы­звано несимметричными связями между разными кабельными парами. Когда связи несимметричны, сигналы от соседних пар вызывают появление разностного сигнала на двух плечах пары, поскольку на эти плечи оказывается разное влияние. Составляю­щая наведенного сигнала, которая продолжает распространяться по кабелю в том же направлении, что и вызвавший ее сигнал в со­седней паре, называется переходным влиянием на дальнем конце (FEXT). Составляющая, распространяющаяся в обратном направ­лении, — это переходное влияние на ближнем конце NEXT.

При симметричной двухсторонней передаче помеха NEXT оказывает большее влияние на полезный сигнал, чем FEXT, по­скольку FEXT затухает как из-за переходных связей, так и в про­цессе передачи по всей длине кабеля, в то время как NEXT прохо­дит только небольшое расстояние и вновь возвращается. Помехи NEXT от разных соседних пар обычно действуют так, как если бы их фазы были случайными; следовательно, общая мощность пере­ходного сигнала складывается как сумма мощностей всех наведен­ных сигналов. Это очень упрощенное представление, т.к. переход­ное влияние из-за несимметричности вблизи источника сигнала имеет тенденцию к большей величине вследствие меньшего зату­хания при передаче, а общий результат имеет тенденцию к синфазности или противофазности, в зависимости оттого, какое пле­чо пары принимает больший сигнал. Следовательно, общий сиг­нал NEXT, возникающий в паре, несколько больше полученного при оценке путем сложения отдельных мощностей. Однако, даже с учетом сказанного, для большинства условий внешнего окруже­ния шум вследствие переходного влияния не превышает импульс­ного шума.

Импульсный шум вызывается электромагнитными наводка­ми, поступающими от множества различных источников. Один из этих источников — телефонные станции. Старые станции электро­механических систем могут являться самым сильным источником шумов из-за импульсов, генерируемых обмотками электромагнит­ных устройств, но и современные цифровые станции тоже генери-

Цифровые абонентские линии 57

руют шумы, которые влияют сильнее, чем можно было бы ожидать, по причине их синхронности с тактовыми сигналами. Им­пульсный шум также генерируется при включении или выключе­нии вызывного напряжения, при переполюсовке напряжения пи­тания линий, при замыкании шлейфа соседней линии или при передаче по ней импульсов набора номера.

Еще одним ограничивающим фактором при передаче циф­ровых сигналов может являться наличие на линиях пупиновских катушек, установленных ранее для улучшения характеристик пе­редачи в речевом диапазоне. Пупиновские катушки — это неболь­шие индуктивности, подключенные к линии на некотором расстоя­нии друг от друга для того, чтобы улучшить частотную характери­стику линии в речевом диапазоне за счет компенсации емкости этой линии, но препятствующие передаче цифрового сигнала из-за сильного увеличения сопротивления линии на более высоких частотах.

Резюмируя вышеизложенное, можно отметить, что цифро­вая передача, обеспечивающая базовый доступ ISDN, возможна почти на всех существующих парах медных проводов сети абонент­ского доступа. Наборы микросхем U-интерфейса не всегда могут обеспечить использование линий теоретически максимальной дли­ны из-за шумов и понижения качества передачи. В частности, в наихудшем случае импульсного шума в реальных системах и при наличии пупиновских катушек работа в цифровом режиме может оказаться невозможной.

Основным параметром является расстояние от телефонной станции до терминала абонента. Если терминал расположен отно­сительно близко к коммутационному оборудованию ISDN, вме­сто U-интерфейса можно применить S-интерфейс. Он является 4-проводным и не требует сетевого окончания. Максимальная дли­на абонентской проводки, когда в точке S или Т подключается толь­ко один терминал ТЕ1 или терминальный адаптер ТА, составляет приблизительно 1 км. К короткой пассивной шине длиной до 100-200 м могут подключаться до 8 терминалов. В случае, если рас­стояние между самими терминалами ограничено величиной по­рядка 25-50 м, терминалы могут группироваться на конце длин­ной пассивной шины (до 1 км). Пассивная шина может использо­ваться для соединения «точка—точка» или «точка—группа точек» (соединение NT и нескольких ТЕ в вещательном режиме), но не