Кодирование CAP

Что же касается стран Восточной Европы, Южной Америки, Азии, то ввиду большей длины абонентских и соединительных линий, более низкого, как правило, качества уложенных кабелей, большим спросом пользуются системы HDSL, базирующиеся на технологии CAP (Carrierless Amplitude and Phase Modulation) — амплитудно-фазовой модуляции без передачи несущей. Разработчик технологии — компания GlobeSpan (бывшая AT&T) — поставила себе целью создать узкополосную технологию линейного кодирования, нечувствительную к большинству внешних помех, что, как показывает опыт внедрения систем HDSL САР в мире и в России, вполне удалось.

Рис.3. Технология CAP

Модуляция САР сочетает в себе последние достижения модуляционной технологии и микроэлектроники. Модуляционная диаграмма сигнала САР напоминает диаграмму сигнала модемов для телефонных каналов, работающих по протоколам V.32 или V.34. Несущая частота модулируется по амплитуде и фазе, создавая кодовое пространство с 64 или 128 состояниями, при этом перед передачей в линию сама не" сущая, не передающая информацию, но содержащая наибольшую энергию, "вырезается" из сигнала, а затем восстанавливается микропроцессором приемника. Соответственно 64-позицион-ной модуляционной диаграмме сигнал CAP-64 передает 6 бит информации в каждый момент времени, то есть в 16 раз больше по сравнению с 2B1Q. Модуляция CAP-128, применяемая в системах SDSL (2 Мбит/с по одной паре), имеет 128-позиционную модуляционную диаграмму и, соответственно, передает 7 бит за один такт. Итогом повышения информативности линейного сигнала является существенное снижение частоты сигнала и ширины спектра, что, в свою очередь, позволило избежать диапазонов спектра, наиболее подверженных различного рода помехам и искажениям. На рис. 3 показаны спектр и модуляционная диаграмма сигнала САР.

Для иллюстрации достоинств модуляции САР на рис. 4 наложены спектры сигналов с кодом HDB3 (технология, применяемая ранее для строительства линий Е1, в частности, используемая в линейных тактах систем типа ИКМ-30), 2B1Q и САР.

Из сравнительного анализа спектров видны положительные особенности систем HDSL, основанных на САР модуляции.

Рис.4. Спектры сигналов HDB3, 2B1Q, CAP

1. Максимальная дальность работы аппаратуры.

Как уже отмечалось, затухание в кабеле пропорционально частоте сигнала, поэтому сигнал САР, спектр которого не имеет составляющих выше 260 кГц, распространяется на большую дистанцию, чем сигнал с кодом 2B1Q или HDB3. В условиях, когда выходная мощность в системах HDSL ограничена стандартами (+13,5 дБ), а чувствительность приемника из-за шумов не может превышать -43 дБ, снижение частоты линейного сигнала увеличивает дальность работы систем HDSL САР по сравнению с 2B1Q. Для систем, работающих по двум парам (см. таблицу), выигрыш составляет 15—20% (для жилы 0,4—0,5 мм), для систем SDSL (работающих по одной паре) — 30 .40%. Дальность передачи (без регенераторов), достигаемая в HDSL CAP, выше дальности работы линейного тракта ИКМ-30 (HDB-3) на 350—400%.

2. Высокая помехоустойчивость и нечувствительность к групповому времени задержки.

Ввиду отсутствия в спектре высокочастотных (свыше 260 кГц) и низкочастотных (ниже 40 кГц) составляющих, технология САР нечувствительна к высокочастотным наводкам (перекрестные помехи, радиоинтерференция) и импульсным шумам, так же как и к низкочастотным наводкам и искажениям, например, при пуске мощных электрических машин (ж/д, метро) или электросварке. Поскольку ширина спектра составляет лишь 200 кГц, не проявляются эффекты, вызываемые групповым временем задержки.

3. Минимальный уровень создаваемых помех и наводок на соседние пары.

Сигнал САР не вызывает интерференции (взаимовлияния) и помех в спектре обычного (аналогового) телефонного сигнала, так как в спектре нет составляющих ниже 4 кГц. Это снимает ограничения на использование соседних пар для обычных (аналоговых) абонентских или межстанционных соединений.

4. Совместимость с аппаратурой уплотнения, работающей по соседним парам.

Большинство аналоговых систем уплотнения абонентских и соединительных линий используют спектр до 1 МГц. Системы с модуляцией САР могут вызывать наводки на частотные каналы в диапазоне 40—260 кГц, однако остальные каналы не подвергаются какому-либо влиянию, следовательно, есть возможность использования аппаратуры HDSL САР в одном кабеле с аналоговой аппаратурой уплотнения. Системы же HDSL с модуляцией 2B1Q вызывают наводки фактически на все частотные каналы аналоговых систем уплотнения , нагружающих соседние пары, поэтому, как правило, не могут быть использованы в одном кабеле с аналоговой аппаратурой уплотнения.

Чтобы проиллюстрировать типовые значения дальности работы систем HDSL, использующих различные технологии линейного кодирования, в таблице 1 представлены типовые дистанции работы оборудования HDSL WATSON (производство Schmid Telecom AG, Швейцария) различных серий. Оборудование WATSON 2 использует кодирование 2B1Q и работает по двум парам, WATSON 3 использует CAP-64 и работает также по двум парам, а работающая по одной паре аппаратура WATSON 4 применяет модуляцию CAP-128. Необходимо отметить, что приведенные в таблице данные являются лишь типовыми значениями, измеренными на определенных кабелях при заданных уровнях шумов (в соответствии со стандартами ETSI). В случае, когда приведенная в таблице дальность оказывается недостаточной (длина линии, на которой необходимо организовать цифровой тракт, превышает типовые значения), применяется регенератор. Его организуют из двух блоков HDSL, соединенных "спина к спине", или выполняют в специальном корпусе в качестве особого устройства. Регенератор удваивает рабочую дистанцию, на одной линии теоретически возможно использование до 7—8 регенераторов.

Таблица 1. Характерная дистанция работы систем HDSL и SDSL WATSON

При проектировании сети очень важно на практике определить пригодность тех или иных кабельных пар к работе оборудования HDSL. Приблизительно оценить возможность применения системы HDSL поможет приведенная в статье таблица. Чтобы получить более точные результаты, следует провести ряд измерений, для чего необходимо использовать специальный тестер, позволяющий генерировать характерные для HDSL значения перекрестных помех (NEXT, FEXT), а также проверить затухание в линии на характерных частотах. Существует специализированное измерительное оборудование, предназначенное для этих целей, однако не стоит приобретать столь дорогостоящее оборудование (в десятки раз выше стоимости пары модемов HDSL) только с целью протестировать линии под применение систем HDSL. Дело в том, что значительно проще и дешевле проверить кабельные пары пробным включением пары модемов HDSL, обеспечивающих полную диагностику в соответствии с рекомендацией ITU-T G.826. Такой подход позволит не только на 100% определить, пригодна ли линия для аппаратуры конкретного типа (2B1Q, CAP-64 или CAP-128), но и промерить большое количество качественных характеристик полученного цифрового тракта (BER, SQ и др.). Параметры HDSL-линии, измеряемые в соответствии с G.826, приведены ниже.