PL182887B1

RZECZPOSPOLITA
POLSKA
(12)OPIS PATENTOWY (19)PL (11)182887
(13)B1
(21) Numer zgłoszenia:
330924
(22) Data zgłoszenia:
09.05.1997
(51) IntCl7
H04L 5/06
H04L 27/26
H04K 1/10
(86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:
Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej Polskiej
09.05.1997, PCT/FI97/00279
(87) Data i numer publikacji zgłoszenia
międzynarodowego:
18.12.1997, W097/48206,
PCT Gazette nr 54/97
Sposób i urządzenie do realizacji przewodowego łącza przesyłowego
(30) Pierwszeństwo:
07.06.1996,FI,962362
(43) Zgłoszenie ogłoszono:
07.06.1999 BUP 12/99
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
29.03.2002 WUP 03/02
PL
182887
B1
(5 7 )
1. Sposób realizacji dwukierunkowego
przewodowego łącza przesyłowego, gdzie łącze
przesyłowe jest realizowane w postaci elektrycznej, tak że różne częstotliwości rezerwuje
się z pasma częstotliwości linii przesyłowej dla
różnych kierunków transmisji, znamienny tym, że
pasmo częstotliwości linii przesyłowej (13) jest
podzielone na subpasma ograniczone przez
międzynarodowe amatorskie pasma radiowe
(AB1-AB6), a łącze przesyłowe jest realizowane co najmniej na niektórych z tych subpasm
(a) przez generowanie nośnej za pomocą swego
własnego modulatora dla każdego używanego
subpasma oraz (b) przez dzielenie bitów strumienia bitów (DATA_IN), przeznaczonych do
przesyłania, pomiędzy modulatory danego kierunku transmisji, tak że każda nośna jest modulowana przez niektóre z tych bitów, przy
czym każda nośna rezerwuje w odpowiednim
subpasmie zakres częstotliwości, który może
być wybrany niezależnie od innych nośnych.
(73) Uprawniony z patentu:
NOKIA TELECOMMUNICATIONS OY,
Espoo, FI
(72) Twórcy wynalazku:
Jari Lindholm, Helsinki, FI
Antii Tommiska, Helsinki, FI
(74) Pełnomocnik:
Rokicki Bogdan,
Kancelaria Prawnicza i Patentowa
FIG. 1
Sposób i urządzenie do realizacji przewodowego łącza przesyłowego
Zastrzeżenia patentowe
1. Sposób realizacji dwukierunkowego przewodowego łącza przesyłowego, gdzie łącze
przesyłowe jest realizowane w postaci elektrycznej, tak że różne częstotliwości rezerwuje się
z pasma częstotliwości linii przesyłowej dla różnych kierunków transmisji, znamienny tym,
że pasmo częstotliwości linii przesyłowej (13) jest podzielone na subpasma ograniczone przez
międzynarodowe amatorskie pasma radiowe (AB1-AB6), a łącze przesyłowe jest realizowane
co najmniej na niektórych z tych subpasm (a) przez generowanie nośnej za pomocą swego
własnego modulatora dla każdego używanego subpasma oraz (b) przez dzielenie bitów strumienia bitów (DATA _IN), przeznaczonych do przesyłania, pomiędzy modulatory danego kierunku transmisji, tak że każda nośna jest modulowana przez niektóre z tych bitów, przy czym
każda nośna rezerwuje w odpowiednim subpasmie zakres częstotliwości, który może być wybrany niezależnie od innych nośnych.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że używa się 1-2 nośne w kierunku od
abonenta do sieci i 1-5 nośnych w kierunku od sieci do abonenta.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że z dostępnych subpasm sześć najniższych używa się tak, że dane od abonenta do sieci są przesyłane w subpasmach, górne częstotliwości graniczne wynoszą 3,5 MHz i 10,1 MHz, a od sieci do abonenta w subpasmach, których górne częstotliwości graniczne wynoszą 1,81 MHz, 7,0 MHz, 14,0 MHz i 18,068 MHz.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy dwoma amatorskimi pasmami radiowymi stosowana jest tylko jedna nośna, a w modulacji nośnej stosuje się więcej
niż jedną prędkość symboli.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dla różnych nośnych stosuje się adaptacyjne przypisywanie bitów.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dla różnych nośnych tego samego kierunku transmisji stosuje się różne poziomy mocy przesyłania.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w nadajniku stosuje się modulację kodowaną kratowo.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że łącze przesyłowe jest łączem VDSL.
9. Urządzenie do realizacji dwukierunkowego przewodowego łącza przesyłowego
w postaci elektrycznej, które to urządzenie zawiera dla każdego kierunku przesyłania (a) blok
formujący symbole do tworzenia symboli z przychodzących bitów (DATA_IN) oraz (b) zespół modulacyjny do modulowania fali nośnej za pomocą utworzonych symboli, przy czym
urządzenie to wykorzystuje różne częstotliwości dla różnych kierunków przesyłania, znamienne tym, że zespół modulacyjny (42) zawiera n równoległych modulatorów (A l-An).
10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że każdy modulator (A l-An) jest
wyposażony w regulowany wzmacniacz (AMPl-AMPn) do indywidualnego ustawiania poziomu mocy każdej nośnej.
* * *
Wynalazek dotyczy ogólnie realizacji łącza elektrycznej transmisji przewodowej, a zwłaszcza realizacji łącza przesyłowego za pomocą techniki YDSL (cyfrowa linia abonencka o bardzo
dużej prędkości transmisji).
Światłowód jest oczywistym wyborem nośnika transmisji dla sieci międzymiastowej,
ponieważ łącza międzymiastowe zwykle wymagają dużej przepustowości, stosowane odległości przesyłania są długie i zwykle są już istniejące trasy kablowe. Nawet dla łączy abonenckich (linia pomiędzy lokalną centralą a abonentem) sytuacja szybko zmienia się, ponieważ
182 887
3
różne usługi realizowane multimedialnie i wymagające dużej prędkości transmisji będą powszechnymi usługami również z punktu widzenia prywatnego użytkownika.
Nie można jednak oczekiwać żadnych istotnych oszczędności kosztów budowy przyszłych sieci oferujących usługi szerokopasmowe, ponieważ koszty wynikają głównie z kosztów instalacji kabli. Byłoby jednak pożądane zainstalowanie możliwie jak największej liczby
światłowodów również w sieciach abonenckich, ponieważ wyraźnie widać, że będzie taka
potrzeba w przyszłości. Koszty renowacji sieci abonenckich są bardzo duże, jednakże w tym
kontekście zostaną one faktycznie poniesione w układzie dziesięcioleci. Wysokie koszty są
faktycznie najgorszą przeszkodą dla rozszerzenia zastosowania światłowodów w sieciach
abonenckich.
Z wymienionych powyżej powodów podjęte zostały środki skuteczniejsze niż poprzednio w celu znalezienia sposobu, jak wykorzystywać konwencjonalną linię abonencką (parę
metalowych przewodów) do transmisji danych z dużą prędkością, to znaczy przy prędkościach transmisji powyżej prędkości (144 kbit/s) podstawowego dostępu ISDN. Obecne techniki ADSL (asymetryczna cyfrowa linia abonencka) i HDSL (cyfrowa linia abonencka o dużej
prędkości transmisji) faktycznie oferują nowe możliwości szybkiej transmisji danych i wizji
za pośrednictwem pary przewodów sieci telefonicznej do zacisków abonenta.
Łącze transmisji ADSL jest asymetryczne, przy czym prędkość transmisji z sieci do
abonenta jest znacznie większa niż od abonenta do sieci. Jest to spowodowane tym, że technika ADSL jest przeznaczona głównie dla różnych tak zwanych usług na życzenie. W praktyce
w łączu przesyłowym ADSL prędkość transmisji z sieci do abonenta jest rzędu 2-6 Mbit/s,
a od abonenta do sieci jest rzędu 16-640 kbit/s (sam kanał sterowania).
Technika transmisji HDSL dotyczy przesyłania za pomocą pary metalowych przewodów
sygnału cyfrowego na poziomie 2 Mbit/s. Technika HDSL jest techniką symetryczną, to znaczy prędkość transmisji jest taka sama w obu kierunkach. Indywidualny system nadbiorczy
HDSL zawiera nadbiomiki wykorzystujące technikę likwidacji echa, które są połączone za
pomocą dwukierunkowego toru przesyłowego utworzonego przez parę przewodów. W systemie przesyłowym HDSL liczba takich indywidualnych systemów nadbiorczych może wynosić
jeden lub dwa, albo trzy połączone równolegle, przy czym w przypadku dwóch lub trzech par
połączonych równolegle prędkością stosowaną w każdym równoległym łączu przesyłowym
jest subprędkość 2 Mbit/s, to znaczy 784 kbit/s, jeżeli połączone są równolegle trzy paiy
i 1168 kbit/s, jeżeli połączone są równolegle dwie pary. W zaleceniach międzynarodowych
podano, jak sygnały poziomu 2 Mbit/s są przesyłane w systemie HDSL, np. sygnały VC-12
sieci SDH lub sygnały 2048 kbit/s według zaleceń G 703/G 704 CCITT.
Ponieważ przy stosowaniu wspomnianych powyżej rozwiązań uzyskiwane są tylko takie
prędkości transmisji, które są zwykle w zakresie 1-2 Mbit/s, poszukiwano dla kabla linii abonenckiej techniki umożliwiającej prędkości transmisji na poziomie ATM. Specyfikacja
sprzętu VDSL jest faktycznie sporządzana przez międzynarodowy instytut normalizacji ETSI
(Europejski Instytut Norm Telekomunikacyjnych). Celem jest umożliwienie, by łącze przesyłowe VDSL realizowane na parze metalowych przewodów sieci telefonicznej nadawało się do
przesyłania komórek ATM pomiędzy siecią telefoniczną a terminalem abonenckim.
Przy technice VDSL linie abonenckie w sieci telefonicznej są wykorzystywane przy tak
dużych częstotliwościach, że zakłócenia o częstotliwości radiowej indukowane na linii abonenckiej, co jest typowe dla nieekranowanej pary przewodów, stają się problemem.
Zaproponowano, że zakłócenia o częstotliwości radiowej będą eliminowane np. za pomocą adaptacyjnego korektora kanałowego w odbiorniku. Jednakże potrzebny jest wtedy dokładny i drogi przetwornik analogowo-cyfrowy, ponieważ zakłócenia, które również muszą
być przetwarzane do postaci cyfrowej, mogą być bardzo silne. Ponadto regulacja korektora
byłaby trudna, ponieważ zakłócenia rozpoczynają się szybko, a ich częstotliwość szybko
zmienia się.
Innym znanym sposobem eliminowania silnych zakłóceń o częstotliwości radiowej jest
stosowanie pewnego rodzaju modulacji na wielu nośnych, gdzie niektóre nośne są wprowadzane do pojedynczego procesu modulacji (np. DMT, Discrete Multitone, albo DWMT, Discrete Wavelet Multitone) oraz przez działanie w taki sposób, że przesyłane bity w ogóle nie
4
182 887
są przypisywane tym nośnym, które mają zakłócenia. Metoda DMT jest metodą realizacji łącza ADSL zdefiniowanego przez ANSI (American National Standards Institute), gdzie wiele
takich subkanałów (nośnych) jest wykorzystywane w tym samym procesie modulacji, przy
czym są one równo odległe w domenie częstotliwości i mają taką samą szerokość. Kiedy trzeba eliminować zakłócenia spowodowane przez stałe źródła, np. amatorskie transmisje radiowe, wówczas te subkanały, które są zlokalizowane na zakłócanych pasmach (np. amatorskich
pasmach radiowych) są całkowicie eliminowane z użytku. Rozwiązanie takie przedstawiono
w międzynarodowym zgłoszeniu PCT WO-A-95/28773.
Główna wada tego rozwiązania polega na tym, że prowadzi ono albo do skomplikowanej i kosztownej realizacji, albo do niewydajnego wykorzystywania zakresu częstotliwości.
Jest to spowodowane tym, że wydajne wykorzystywanie nieciągłego zakresu częstotliwości
wymaga wąskich subkanałów, których liczba jest duża. Dodana liczba subkanałów będzie
powodować ze swej strony większy stopień skomplikowania systemu. Wydajność wykorzystania pasma jest również zmniejszona przez tę okoliczność, że subkanały DMT będą nakładać się częściowo w domenie częstotliwościowej, przy czym w celu wyeliminowania zakłóceń muszą być wykorzystywane również takie nośne, które są poza pasmami narażonymi na
zakłócenie. Realizacja sposobów modulacji na wielu nośnych jest również skomplikowana
(tworzenie i detekcja sygnałów są procesami skomplikowanymi).
Inną wadą rozwiązania opartego na metodzie DMT jest to, że do przesyłanych danych
trzeba dodać bity wypełniające (tak zwany cykliczny prefiks), aby umożliwić eliminowanie
zniekształceń powodowanych przez kanał. Metoda DMT marnuje zatem przepustowość również w dziedzinie czasowej.
Celem przedmiotowego wynalazku jest opracowanie rozwiązania umożliwiającego bardzo prostą realizację łącza przesyłowego, zwłaszcza łącza przesyłowego VDSL, mającego
dobre osiągi.
Istotą wynalazku jest sposób realizacji dwukierunkowego przewodowego łącza przesyłowego, gdzie łącze przesyłowe jest realizowane w postaci elektrycznej, tak że różne częstotliwości rezerwuje się z pasma częstotliwości linii przesyłowej dla różnych kierunków transmisji, charakteryzujący się tym, że pasmo częstotliwości linii przesyłowej jest podzielone na
subpasma ograniczone przez międzynarodowe amatorskie pasma radiowe (AB1-AB6), a łącze
przesyłowe jest realizowane co najmniej na niektórych z tych subpasm (a) przez generowanie
nośnej za pomocą swego własnego modulatora dla każdego używanego subpasma oraz (b)
przez dzielenie bitów strumienia bitów (DATA IN), przeznaczonych do przesyłania, pomiędzy modulatory danego kierunku transmisji, tak że każda nośna jest modulowana przez niektóre z tych bitów, przy czym każda nośna rezerwuje w odpowiednim subpasmie zakres częstotliwości, który może być wybrany niezależnie od innych nośnych.
Korzystnie sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że używa się 1-2 nośne
w kierunku od abonenta do sieci i 1-5 nośnych w kierunku od sieci do abonenta.
Ponadto z dostępnych subpasm sześć najniższych używa się tak, że dane od abonenta do
sieci są przesyłane w subpasmach, których górne częstotliwości graniczne wynoszą 3,5 MHz
i 10,1 MHz, a od sieci do abonenta w subpasmach, których górne częstotliwości graniczne
wynoszą 1,81 MHz, 7,0 MHz, 14,0 MHz i 18,068 MHz.
Korzystnie pomiędzy dwoma amatorskimi pasmami radiowymi stosowana jest tylko
jedna nośna, a w modulacji nośnej stosuje się więcej niż jedną prędkość symboli.
Dla różnych nośnych stosuje się adaptacyjne przypisywanie bitów.
Korzystnie dla różnych nośnych tego samego kierunku transmisji stosuje się różne poziomy mocy przesyłania.
W nadajniku stosuje się modulację kodowaną kratowo.
Korzystnie łącze przesyłowe jest łączem VDSL.
Istotą wynalazku jest urządzenie do realizacji dwukierunkowego przewodowego łącza
przesyłowego w postaci elektrycznej, które to urządzenie zawiera dla każdego kierunku przesyłania (a) blok formujący symbole do tworzenia symboli z przychodzących bitów (DATA_IN) oraz (b)
zespół modulacyjny do modulowania fali nośnej za pomocą utworzonych symboli, przy czym
182 887
5
urządzenie to wykorzystuje różne częstotliwości dla różnych kierunków przesyłania, charakteryzujące się tym, że zespół modulacyjny zawiera n równoległych modulatorów A l-An.
Korzystnie każdy modulator (M-An) jest wyposażony w regulowany wzmacniacz
(AMPl-AMPn) do indywidualnego ustawiania poziomu mocy każdej nośnej.
Wynalazek oparty jest po pierwsze na spostrzeżeniu, że chociaż zastosowanie modulatora na wielu nośnych (DMT) jest określone jako sposób przesyłania, przykładowo w standardzie ADSL i byłoby zatem oczywistą alternatywą również dla realizacji podobnego łącza, ale
o większej prędkości (łącze VDSL), nie jest to najbardziej wydajny ani najprostszy sposób
realizacji łącza przesyłowego, kiedy dostępne pasmo częstotliwości nie jest ciągłe, ale pewne
wąskie pasma częstotliwości nie są wykorzystywane. Po drugie wynalazek ten oparty jest
również na spostrzeżeniu, że zakłócenia o częstotliwości radiowej powodowane zwłaszcza
przez amatorskie stacje radiowe są szczególnie silne, ponieważ zwykle amatorskie stacje radiowe są usytuowane blisko linii abonenckich sieci telefonicznej.
Z tych powodów wynalazek nie zaczyna się od sposobu myślenia polegającego na tym,
że najpierw trzeba wykorzystać wiele nośnych w całym paśmie częstotliwości, a następnie
maskować niektóre z nich przed wykorzystywaniem, ale za pomocą pasm z najgorszymi
oczekiwanymi zakłóceniami (to znaczy międzynarodowych amatorskich pasm radiowych)
dostępne pasmo przesyłowe jest rozdzielane na wyraźnie odseparowane subpasma, z których
każdemu przydzielony jest własny proces modulacji na jednej nośnej lub modulator, na który
podawany jest strumień bitów (o dużej prędkości), które są przeznaczone do przesyłania.
W tym kontekście subpasmo oznacza zatem pasmo przesyłowe, które graniczy z międzynarodowym amatorskim pasmem radiowym co najmniej przy jednym ze swych krańców.
Pomysł polega więc na tym, aby za pomocą amatorskich pasm radiowych podzielić pasma częstotliwości zarezerwowane dla łącza na subpasma, w których modulowane są dane.
Każda nośna jest generowana przez swój własny modulator. W domenie częstotliwościowej
kanały te są zatem oddzielone od siebie i mogą być traktowane niezależnie od siebie. Pasmo
zarezerwowane przez każdy kanał może być zatem regulowane niezależnie za pomocą częstotliwości nośnej i prędkości transmisji symboli.
Zaletą sposobu według wynalazku jest możliwość wykorzystywania pewnego prostego
sposobu modulacji, korzystnie przykładowo modulacji QAM (kwadraturowa modulacja amplitudy) lub modulacji CAP (amplituda i faza bez nośnej).
Przedmiot wynalazku, w przykładzie wykonania, jest odtworzony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia system przesyłowy wykorzystujący łącze VDSL; fig. 2 - podział częstotliwości do stosowania w łączu VDSL; fig. 3 - zasadę transmisji według wynalazku; fig. 4 podział subpasm pomiędzy kierunki transmisji zgodnie z korzystnym przykładem realizacji
wynalazku; fig. 5 - podstawową postać urządzenia do realizacji łącza VDSL według wynalazku; a fig. 6 - korzystny przykład wykonania urządzenia pokazanego na fig. 5.
Jak wspomniano wcześniej, ETSI, międzynarodowy instytut normalizacji, prowadzi
specyfikację sprzętu VDSL. Figura 1 przedstawia strukturę systemu wykorzystującego łącze
VDSL. Architektura tego systemu jest zgodna z tak zwaną strukturą FTTC (światłowód do
ulicznej szafki przyłączowej). Szafka przyłączowa 11 odbiera dane poprzez szybkie łącze
światłowodowe oznaczone przez 12. Istniejące linie metalowe (pary miedziane) również przechodzą przez tę samą szafkę od centrali do abonenta. Te pary miedziane są oznaczone przez 13.
W optycznym zespole sieciowym (ONU) usytuowanym w szafce te szybkie dane są podawane
na linię abonencką tak, że abonent może nadal wykorzystywać stare wąskopasmowe usługi
POTS/ISDN, ale poza tym dostępna jest mu szybka, całkowicie dupleksowa transmisja danych. Te usługi wąskopasmowe i szerokopasmowe są oddzielone od siebie przez (bierny) filtr,
który realizuje częstotliwościowe rozdzielenie sygnałów VDSL i sygnałów wąskopasmowych.
Właściwe łącze VDSL jest utworzone pomiędzy ONU a terminalem sieciowym NT. Terminal
sieciowy jest zwykle usytuowany na budynku końcowego użytkownika (abonenta) i jest dołączony do końcowego wyposażenia abonenckiego, np. do zwykłego analogowego aparatu telefonicznego łub do telefonu ISDN (oznaczonego przez 15), albo do sprzętu końcowego (TE)
wykorzystującego usługi szerokopasmowe, takiego jak np. mikrokomputer (oznaczony przez 16).
Terminal sieciowy zapewnia użytkownikowi końcowemu interfejsy UNI (interfejs użytków-
6
182 887
nik-sieć) zgodnie z normą. Interfejs ten jest oznaczony przez INT1. Szerokopasmowy interfejs
VDSL zapewniany przez optyczny zespół sieciowy jest oznaczony przez INT2.
Ponieważ przedmiotowy wynalazek dotyczy tylko łącza VDSL realizowanego pomiędzy
ONU a terminalem sieciowym NT, system przedstawiony na fig. 1 nie będzie w tym kontekście dokładniej opisywany. System VDSL jest opisany bardziej szczegółowo np. w raporcie
ETSI DTR/TM-03068, gdzie czytelnik może znaleźć bardziej szczegółowy opis, gdyby było
to potrzebne. W ETSI uzgodniono wstępnie następujące prędkości transmisji VDSL:
- kierunek przychodzący (z sieci do abonenta): 52, 26, 13 i 6,5 Mbit/s
- kierunek wychodzący (od abonenta do sieci): 26, 13, 6,5 i 2,3 Mbit/s.
Podział częstotliwościowy przeprowadzany jest zgodnie z fig. 2 tak, że na niskich częstotliwościach pozostawiono miejsce dla istniejących usług POTS lub ISDN (pasmo częstotliwościowe A). Kanały VDSL są przenoszone w paśmie częstotliwości B, którego dolna częstotliwość graniczna wynosi zwykle 300-600 kHz, a górna częstotliwość graniczna korzystnie
wynosi około 18 MHz, jak to omówiono dalej. Podział subpasm pomiędzy różne kierunki
transmisji łącza VDSL zostanie opisany bardziej szczegółowo dalej.
Według wynalazku strumień bitów nadawanych do łącza VDSL jest podzielony na kilka
nośnych, które są usytuowane w paśmie częstotliwości tak, że są umieszczone w subpasmach
ograniczonych przez międzynarodowe amatorskie pasma radiowe. Nadajnik ma zatem kilka
równoległych modulatorów, w których używana jest odpowiednia znana metoda modulacji,
np. modulacja QAM. W każdym modulatorze stosowana jest indywidualna częstotliwość, tak
że odpowiednia nośna jest usytuowana w żądanym subpaśmie.
Międzynarodowe radiowe pasma amatorskie przedstawiono w poniższej tabeli, gdzie
w lewej kolumnie podano dolną częstotliwość graniczną pasma, natomiast w prawej kolumnie
podano górną częstotliwość graniczną pasma.
Dolna częstotliwość
Górna częstotliwość
graniczna pasma (MHz)
graniczna pasma (MHz)
1,810
2,000
3,500
3,800
7,000
7,100
10,100
10,150
14,000
14,350
18,068
18,168
21,000
21,450
24,890
24,990
28,000
29,700
Z podanych powyżej wartości częstotliwości wynika, że przy stosowaniu sposobu według wynalazku nośne są usytuowane w następujących subpasmach, których dolne i górne
częstotliwości graniczne są określone zgodnie z amatorskimi pasmami radiowymi:
Numer
Dolna częstotliwość
Górna częstotliwość
subpasma
graniczna (MHz)
graniczna (MHz)
1
2
3
1
0,3
1,810
2
2,000
3,500
182 887
7
c.d. tabeli
1
2
3
3
3,800
7,000
4
7,100
10,100
5
10,150
14,000
6
14,350
18,068
7
18,168
21,000
8
21.450
24,890
9
24,990
28,000
Figura 3 przedstawia zasadę przesyłania według przedmiotowego wynalazku przez pokazanie widmowej gęstości mocy (PSD) sygnału odbieranego z łącza VDSL, kiedy używane
jest sześć różnych nośnych C1...C6 z modulacją QAM (wymienione powyżej subpasma 1...6),
tak że dwie najniższe są zarezerwowane dla transmisji wychodzącej, a pozostała nośna dla
transmisji przychodzącej. Amatorskie pasma radiowe są reprezentowane przez prostokąty
oznaczone przez AB1...AB6. Wartości podane na rysunku są zgodne z obliczeniami komputerowymi przeprowadzonymi dla długości łącza 400 metrów. Gęstość mocy łącza VDSL wynosiła -60 dBm/Hz, a jego addytywny biały szum gaussowski (AWGN) był na poziomie
-115 dBm/Hz. Wysokości prostokątów AB1...AB6 odpowiadają obliczeniowej wartości zakłóceń
przy założeniu, że moc nadawania wynosi 0 dBm, a szerokość pasma przyjęto jako 4 kHz.
Wspomniane powyżej prędkości transmisji łącza VDSL mogą być realizowane przy
wykorzystaniu sześciu najniższych subpasm (subpasma 1-6). Korzystne jest stosowanie najniższego subpasma (nr 1) w kierunku przychodzącym, ponieważ te niskie częstotliwości są
wykorzystywane w tym kierunku również w systemie ADSL. W ten sposób unika się przeniku
zbliżnego (NEXT), nawet jeśli zarówno łącze ADSL jak i łącza VDSL według wynalazku są
w tym samym kablu. Sprawdzenie linii abonenckiej według prawa Shannona wykazuje, że
wymienione powyżej prędkości transmisji i docelowe długości łącza, wymienione we wspomnianym powyżej raporcie ETSI, najlepiej można osiągnąć wtedy, gdy wybierze się kierunki
transmisji dla subpasm zgodnie z następującą tabelą. (Prawo Shannona C - B x Iog2 (1 + S/N)
mówi, jaka jest teoretycznie maksymalna przepustowość C transmisji informacji w kanale,
którego szerokość pasma jest B, a stosunek sygnału do szumu wynosi S/N).
Numer subpasma
Kierunek transmisji
1
Przychodzący
2
Wychodzący
3
Przychodzący
4
Wychodzący
5
Przychodzący
6
Przychodzący
Taki podział kierunków transmisji pojawił się przy wykorzystaniu prawa Shannona do
obliczania po pierwsze przepustowości różnych subpasm na różnych odległościach łącza (300 m,
500 m i 1500 m) oraz potem przy wybieraniu subpasm dla kierunków transmisji w zależności
od ich sumarycznej przepustowości i od prędkości transmisji żądanej w danym kierunku
transmisji. Należy zauważyć, że ponieważ tłumienność w kablu rośnie szybko wraz ze wzrostem częstotliwości, pasmo na niższych częstotliwościach ma odpowiednio lepszy stosunek
sygnału do szumu zgodnie z prawem Shannona oraz większą przepustowość transmisji infor-
8
182 887
macji niż pasmo o takiej samej szerokości na wyższych częstotliwościach. Jeśli chodzi
o przepustowość transmisji, nie można zatem zamienić przykładowo miejscami kierunków
pomiędzy subpasmami 3 i 4, chociaż pasma te mają prawie jednakową szerokość.
Opisany powyżej podział jest korzystny również dlatego, że może być wykorzystywany
zarówno do łączy symetrycznych jak i do łączy asymetrycznych, przy czym w tym samym
kablu mogą być łącza każdego typu bez przeniku z jednego łącza do drugiego. Ten korzystny
podział częstotliwości jest również przedstawiony na fig. 4, gdzie subpasma kierunku wychodzącego są zakreskowane.
Podobne badanie wykazuje, że samo działanie symetryczne lub alternatywnie samo
działanie niesymetryczne jest wystarczające, a ponadto łącze VDSL może być również realizowane tak, że kierunek wychodzący jest przyporządkowany subpasmom dolnego końca pasma częstotliwości (pasmo B, fig. 2), natomiast kierunek przychodzący jest przyporządkowany subpasmom górnego końca. Jeżeli mogą być używane tylko łącza symetryczne, amatorskie
pasmo radiowe 3,5-3,8 MHz jest dobrą częstotliwością rozdzielenia kanału wychodzącego
1 kanału przychodzącego. Jeżeli z drugiej strony działanie asymetryczne jest uważane za ważne, można w podobny sposób zauważyć, że amatorskie pasmo radiowe 1,810-2,000 MHz stanowi odpowiednią częstotliwość podziału. Umieszczenie częstotliwości rozgraniczającej
w paśmie częstotliwości 3,5-3,8 MHz umożliwia realizację prędkości transmisji symetrycznej
26 Mbit/s i prędkości transmisji 52 Mbit/s w kierunku przychodzącym.
Figura 5 przedstawia podstawową postać urządzenia według wynalazku. Rysunek ten
pokazuje oba końce łącza VDSL widziane w jednym kierunku transmisji. Szybki strumień
bitów DATA_IN (których prędkość wynosi przykładowo 52 lub 26 Mbit/s zgodnie z powyższą prezentacją) do przesyłania do łącza transmisji VDSL podawany jest na formujący symbole blok 41, który formuje symbole z bitów i rozdziela te symbole na różne nośne przez podawanie ich na blok 42 modulatora, który zawiera pewną liczbę n równoległych modulatorów
QAM Al-An, działających na różnych częstotliwościach nośnych zgodnie z fig. 3. Blok 41
podaje utworzony symbol bezpośrednio na wejście swego odpowiedniego modulatora. Ponieważ stosunek sygnału do szumu zmienia się dla różnych nośnych, z różnymi modulatorami
można stosować różną liczbę bitów na jeden symbol. Im lepszy jest stosunek sygnału do szumu danej nośnej, tym więcej bitów można wykorzystać (gęściejszy schemat konstelacji).
Zespół modulacyjny zawiera n równoległych modulatorów Al-An, których częstotliwości są wybrane tak, że tworzą one kilka fal nośnych (C1-C6), z których każda jest w paśmie
częstotliwości linii przesyłowej usytuowana w swym własnym subpasmie, z których każde
jest takie, że graniczy z międzynarodowym amatorskim pasmem radiowym przynajmniej przy
swym jednym krańcu.
Przy stosowaniu najkorzystniejszego sposobu realizacji według fig. 4 dla realizacji
urządzenia korzystne jest (prosta realizacja urządzenia) wybranie prędkości symboli np. tak,
że w kierunku wychodzącym nośna C4 ma podwójną prędkość symboli w porównaniu z nośną C2, natomiast w kierunku przychodzącym nośne C3, C5 i C6 mają podwójną prędkość
symboli w porównaniu z nośną C l. Nośne C3 i C4 nie muszą mieć jednakowej prędkości
symboli, ponieważ transmisja odbywa się w różnych kierunkach. Jeżeli z drugiej strony podział kanałów wychodzący/przychodzący jest na amatorskim paśmie radiowym 3,5-3,8 MHz,
można wybrać taką samą prędkość symboli dla każdej nośnej zarówno w kierunku wychodzącym jak i w kierunku przychodzącym. Jeżeli częstotliwością graniczną jest amatorskie pasmo
radiowe 1,81-2,0 MHz, wówczas tylko jedno subpasmo jest wykorzystywane w kierunku wychodzącym. W takim przypadku prędkość symboli dla kierunku przychodzącego powinna być
wybrana tak, że na pasmach o częstotliwościach większych niż 3,8 MHz stosowana jest prędkość symboli, która jest dwukrotnie większa od prędkości w najniższym paśmie 2,0-3,5 MHz.
Jeżeli wymienione powyżej adaptacyjne przypisanie bitów różnym częstotliwościom
jest stosowane w nadajniku, wówczas warto dodać taki krótki okres szkoleniowy do początkowej fazy łączenia, który bada, ile bitów należy korzystnie zastosować na jeden symbol na
każdej nośnej.
Modulatory QAM modulują sygnały na różnych częstotliwościach nośnych, które są
usytuowane w niektórych z wymienionych wyżej subpasm 1-9, w każdym przypadku korzyst-
182 887
9
nie zasadniczo pośrodku danego pasma częstotliwości. Ponieważ modulacja QAM jest aktualnie najbardziej pospolicie stosowaną metodą modulacji, np. w modemach kablowych, nie
będzie ona bliżej opisywana w tym kontekście. Gdyby czytelnik życzył sobie tego, może znaleźć opis modulacji QAM w bardziej szczegółowym ujęciu np. w publikacji William Webb,
Lajos Hanzo: Modem Quadrature Amplitude Modulation, Pentech Press, Londyn, IEEE Press,
Nowy Jork, ISBN 0-7803-1098-5 (odsyłacz 1).
Sygnały wyjściowe z modulatorów są podawane na sumator 43, w którym te sygnały są
sumowane cyfrowo. Sygnał sumy cyfrowej jest podawany dalej na zespół 44 adaptera linii
zawierający zwykle w kolejności przetwornik cyfrowo-analogowy, filtr usuwający harmoniczne występujące w sygnale cyfrowym, obwód drajwera linii do podwyższania poziomu
wyjściowego sygnału do prawidłowej wartości, obwód hybrydowy do oddzielenia od siebie
toru nadawania i toru odbioru, transformator liniowy oraz (bierny) filtr (rozdzielacz
POTS/ISDN) do oddzielania od siebie sygnałów POTS/ISDN i sygnałów VDSL. Wyjście
filtru jest dołączone do kanału (para przewodów).
Na końcu odbiorczym sygnał jest podawany najpierw na zespół 45 adaptera linii zwykle
zawierający wspomniany wyżej (bierny) filtr (rozdzielacz POTS/ISDN), obwód hybrydowy do
oddzielania od siebie toru nadawania i toru odbioru, stopień regulowanego wzmacniacza, stopień filtru i przetwornik analogowo-cyfrowy. Stopień filtru jest korzystnie wyposażony w tak
zwane filtry z karbem działające w amatorskich pasmach radiowych. Ponieważ zespoły sumatora i adaptera liniowego mogą być realizowane według konwencjonalnych technik, ich
struktura nie będzie w tym kontekście opisywana.
Słowa cyfrowe odebrane z zespołu 45 adaptera linii są podawane dalej: na zespół 46 demodulatora zawierający n równoległych demodulatorów QAM BL.Bn, przy czym powstaje n
par modulator/demodulator (np. nośne C 1, C3, C5 i C6, przy czym n = 4). Słowa symboli
odebrane z wyjść demodulatorów są podawane na obwód 47 identyfikacji symboli, który tworzy pierwotny strumień bitów DATA OUT słów symboli pasma podstawowego.
Gdyby różne opóźnienia nośnych powodowały problemy w odtworzeniu oryginalnego
sygnału, opóźnienia te można indywidualnie mierzyć dla każdej nośnej w początkowym etapie łączenia, a informacje takie mogą być wykorzystywane w odbiorze do zapewnienia prawidłowej kolejności odbioru symboli.
Przedstawione powyżej urządzenie może być dalej modyfikowane np. według przedstawionych poniżej korzystnych przykładów realizacji.
W łączu zgodnym z tym sposobem korzystne jest stosowanie modulacji kodowanej
kratowo (TCM), ponieważ w ten sposób otrzymywane jest wzmocnienie kodowania i można
skorygować różnice działania pomiędzy nośnymi. Kodowanie kratowe jest korzystnym wyborem również z tego powodu, że jak wiadomo jest to bardzo użyteczny sposób kodowania,
zwłaszcza w przesyłaniu po liniach telefonicznych.
Figura 6 przedstawia taki przykład realizacji, w którym zespół 51 tworzący symbole realizuje również kodowanie kratowe. Ponieważ kodowanie kratowe jako takie jest znane, nie
będzie bliżej opisywane w tym kontekście. Jeżeli trzeba, bardziej szczegółowy opis można
znaleźć np. we wspomnianych powyżej materiałach według odsyłacza 1. Ponieważ kodowanie kratowe przeprowadzane jest na końcu nadawczym, zatem na końcu odbiorczym używane
jest dekodowanie takie jak np. dekodowanie Viterbiego, ponieważ jest to zwykle stosowany
sposób dekodowania w łączu z kodowaniem kratowym. Zatem zespół 52 identyfikacji symboli jest wyposażony w tym przykładzie realizacji w dekoder Viterbiego. Algorytm Viterbiego
jest opisany zarówno w materiałach według odsyłacza 1 jak i np. w publikacji Benedetto, Biglieri, Castellani: Digital Transmission Theory, Prentice-Hall Inc., ISBN 0-13-214313-5 025.
Możliwe jest również wyrównywanie różnic działania pomiędzy nośnymi przez stosowanie sposobu skalowania wzmocnienia, to znaczy przez stosowanie różnych poziomów
przesyłania dla różnych nośnych. W praktyce całkowita moc nadajnika może być ograniczona
do pewnej wartości (np. 10 dBm), przy czym korzystne jest skalowanie mocy przesyłania na
różnych częstotliwościach tak, że dla wszystkich tych nośnych prawdopodobieństwo błędu bitu
będzie takie samo. W tym celu wyjście każdego modulatora jest wyposażone według fig. 6 w regulowany wzmacniacz AMP1 - AMPn, umożliwiające indywidualne ustawianie wzmocnienia
182 887
10
każdej nośnej przez część 48 sterowania nadajnika. W sytuacji początkowej odbiornik informuje nadajnik o stosunkach sygnału do szumu, które zostały zmierzone, a na podstawie tych
wartości część sterowania nadajnika ustawia wzmocnienie wzmacniaczy AMPl-AMPn tak,
że liczba błędnych bitów jest dla wszystkich nośnych jednakowa.
Chociaż wynalazek ten został opisany powyżej w odniesieniu do przykładów przedstawionych na załączonych rysunkach, jest oczywiste, że wynalazek nie jest do nich ograniczony, ale może być modyfikowany w obrębie idei wynalazczej przedstawionej powyżej i w następujących zastrzeżeniach patentowych. Przykładowo powyżej opisano wykonanie, w którym
każde subpasmo ma jedną nośną. Chociaż jest to najkorzystniejszy sposób realizacji, możliwe
jest w zasadzie również stosowanie większej liczby nośnych w subpasmie. Chociaż amatorskie pasma radiowe są międzynarodowe, granice niektórych pasm mogą nieco różnić się
w różnych krajach, co oznacza, że podane granice pasm (które są ogólnie stosowane przynajmniej w Europie) nie mogą być rozumiane jako całkowicie dokładne granice.
FIG. 4
FIG. 6
FIG. 5
182 887
Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.
Cena 4,00 zł.
FIG. 2
FIG. 1
182 887