Moderní xDSL přenosové techniky a zařízení od VDSL ke G.fast

FAQ: Moderní xDSL přenosové techniky a zařízení od VDSL ke G.fast

Překlenutelná vzdálenost Ethernetu s metalickými páry (UTP) je typicky 100 m. V řadě aplikací (např. větší průmyslové areály) je to vzdálenost nedostatečná. K prodloužení dosahu lze použít fyzickou vrstvu xDSL v souladu s IEEE 802.3ah (EFM), ovšem za cenu nižší přenosové rychlosti. S příchodem nové G.fast technologie to již ale není citelný provozní pokles rychlosti.

K využití existujících symetrických párů původně určených jen pro přenos analogových telefonních signálů se často užívají technologie xDSL uvedené dále. HDSL (High-bit-rate DSL), SHDSL (Single-pair HDSL) a ADSL/2/2+ (Asymmetrical DSL) jsou vhodné pro čistě metalické řešení přístupové sítě FTTEx (Fibre to the Exchange). Pro vyšší přenosové rychlosti a hybridní řešení FTTCab, FTTC, příp. FTTB jsou určeny spoje VDSL/2 (Very high speed DSL), nově pak G.fast (Gigabit Fast access to subscriber terminals). Historickým vývojem a díky postupnému návrhu výkonnějších DSP čipsetů bylo možné technologie dále zlepšovat:

SHDSL (doporučení ITU-T G.991.2) je vývojovým pokračováním dnes již překonané technologie HDSL. Umožňují přenosové rychlosti v násobcích 64 (příp. 8) kbit/s od 192 kbit/s až do 2,3 Mbit/s po jednom účastnickém vedení v obou směrech přenosu s využitím vidlice s potlačením ozvěn (EC). Efektivnějšímu využití vedení přispěla šestnáctistavová pulsně amplitudové modulace (16-PAM) s mřížkovým kódováním (TC). Pro snížení přeslechového rušení do sousedních párů SHDSL modemy vysílací úroveň nastavují podle parametrů vedení na nejnižší možnou hodnotu pro dosažení dostatečného odstupu signálu od šumu. Nejnovější rozšířená varianta označovaná SHDSL.bis (do rychlosti 5,7 Mbit/s) používá linkový signál 32-TCPAM – viz článek Druhá generace přípojky SHDSL.

ADSL (doporučení řady ITU-T G.992) umožňuje na jednom účastnickém vedení koexistenci analogové telefonní přípojky (nebo přípojky ISDN) s vysokorychlostními datovými kanály. Při využití frekvenčního spektra účastnického vedení do 1,1 MHz lze směrem od účastníka dosáhnout přenosové rychlosti až 1 Mbit/s, opačným směrem až 8 Mbit/s pomocí modulace s více nosnými DMT (Discrete MultiTone). Tato asymetrie přenosových rychlostí vychází ze samotného charakteru širokopásmových služeb, jako je rychlý přístup do sítě Internet nebo video na přání (Video-on-demand), kdy je zapotřebí přenášet větší objemy dat směrem k účastníkovi. Druhá generace přinesla rozšíření přenosové rychlosti a další vylepšení. ADSL2+ poskytuje oproti první generaci dvojnásobnou šířku pásma. Vzhledem k značné asymetrii přenosových rychlostí není ADSL vhodná jako fyzická vrstva k Ethernetu.

VDSL rozhraní (doporučení řady ITU-T G.993) je učené pro připojení posledního úseku účastnického vedení v délce cca 0,3 až 1,5 km v koncepci FTTC. Základní uspořádání a modulační metoda jsou převzaty z ADSL. Díky rozšíření spektra až do 12 MHz se dosahuje přenosové rychlosti v desítkách Mbit/s v obou směrech přenosu. Druhá generace VDSL2 posouvající horní kmitočet pásma na 17 MHz, nebo až na maximální hranici 30 MHz, podporuje symetrickou rychlost až 100 Mbit/s, takže je více než vhodná jako fyzická vrstva pro Ethernet.

Následující tabulka uvádí vývoj VDSL:

Aktuálně nejrychlejším VDSL přenosovým profilem je označený „35b“(V-plus), který je někdy marketingově označovaný jako VDSL3, ale se skutečným VDSL3 nemá mnoho společného. Profil 35b byl standardizovaný v ITU G.993.2 (dodatek 1) na konci roku 2015. Následující tabulka je přehledem vývoje komunikačních profilů VDSL:

V oblasti xDSL se tedy využívá k přenosu jeden nekroucený pár bez definice kategorie kabelu, k tomu mnozí z vás si takové vedení spojují s telefonním okruhem. Přístupové ale i lokální/privátní přístupové sítě jsou stále tvořeny symetrickými metalickými páry vodičů. Původní koncepce návrhu těchto sítí počítala především s poskytováním telefonních služeb prostřednictvím analogové telefonní přípojky POTS (Plain Old Telephone Service) v kmitočtovém pásmu do 3,5KHz nebo základní přípojky ISDN-BRA (Integrated Services Digital Network - Basic Rate Access) v pásmu do 80KHz.

Nyní se síťoví architekti a projektanti ve snaze efektivnější instalace nových služeb snaží využít stávající metalickou POTS infrastrukturu objektů, na které jsou DSL technologie rovněž zaměřeny. V neposlední řadě jde o areály či historické objekty, kde jiná než telefonní infrastruktura neexistuje!

S postupným a zvyšujícím se tlakem na přenosové kapacity účastnických přípojek tak i privátních spojů se neustále hledají metody přenosu vyšších rychlostí a zároveň odolnost vůči externímu či vzájemnému rušení. Otázky překonání a omezení rychlostních milníků 10 a 100Mbitů/s na metalických vedení již byly technologicky vyřešeny a směřují k dnešnímu 1Gb/s.

Pro eliminaci rušení a chyb vzniklých při přenosu vedením či pro eliminaci vlivu přeslechů mezi souběžnými trasami v jednom kabelu a ve společném DSLAM koncentrátoru byly do DSL prvků zahrnuty prvky pro jejich potlačení. Nejzásadnější jsou tyto již aplikované v současných aktivních prvcích:

G.INP (Impulse noise protection)

dle ITU G.998.4 jako novější alternativa FEC (forward error correction)
FEC nároky na přenos jsou asi +12% (experimentálně měřeno) proti G.INP, které se aplikuje pouze při detekci chyby
operuje na fyzické vrstvě
princip spočívá v kopii dat v bufferu, kdy se čeká na CRC ověření od protistrany
cyklus ověření a nápravy do 4ms, pokud nelze splnit časovou podmínku, použije se jiný protokol = snížení rychlosti

G.Vectoring

dle ITU G.993.5 jde o metodu zvýšení přenosové rychlosti
aplikuje se adaptivní potlačení šumu a vzájemného rušení od sousedních VDSL linek nebo vybavení
dynamicky mění parametry kanálové modulační matice na základě měření linky
ve srovnání s G.INP jde o odlišnou (doplňkovou) metodu zvýšení spolehlivosti přenosu na fyzické vrstvě
vhodné pro souběh a sdružování DSL linek
a jako doplněk pro FTTdp (fiber to the distribution point) – aktuálně v ČR ve spojení s VDSL2 účastnickými přípojkami vyšších rychlostí

Široce rozšířená a technicky jednoduchá telefonní infrastruktura (zkratka POTS či JTS) může být mimo přenosů pro HDTV (multimediální nebo TV obsah s vysokým rozlišením) nebo CCTV (kamerové systémy) aplikací i dobrým a pevným základem pro spojení zařízení v rámci internetu věcí IoT v celkově pojatém jednotném monitorovacím a ovládacím systému fenoménu „Průmysl 4.0“. Technicky může jít minimálně o transformaci senzorových sítí do ethernetu (TCP/IP) s možností dalšího přenosu a rozšíření.

V nabídce naleznete několik modelů- převážně modemů, které lze snadno transparentně začlenit do využívané DSL infrastruktury. Příkladem může být rodina VDSL2 bridge-modemůPlanet VC-23xG (aktivní odkaz) s podporou G.INP a G.Vectoringu. Všimněte si koaxiální verze s BNC rozhraním, modelu se SFP optickým rozhraním nebo se 4-portovým 1000Base-T přepínačem. Kompaktní verze jsou instalovatelné do 19“ šasí MC-700/1500.

Modemy umožňují připojení mezi sebou v režimu P2P (master+slave) nebo je možný provoz na VDSL CETIN lince. Přenosové rychlosti pro vedení <300m jsou až 190/190Mbit, pro nejdelší vedení <1,4km v P2P kombinaci pak rychlosti ~ 20/10Mbit.

Modemy doplňují verze v průmyslovém provedení Planet IVC-234GT, které splňují všechny nároky na průmyslový provoz- odolnost vůči vibracím, otřesům, výkyvům teplot a vlhkosti, EFT+ESD ochrany, atd.

Nabídku modemů doplňuje kvalitní ADSL/VDSL účastnický WiFi router Planet VDR-301N rovněž z podporou G.Vectoringu a VDSL profilu 30a.

Pro síťové implementátory bude vhodný VDSL SFP modul XL-MGB-VDSL2-R2, který lze přímo instalovat do podporovaných aktivních prvků od přepínačů po routery například Mikrotik.

G.fast

S požadavkem vyšších přenosových rychlostí na účastnických vedeních nebo ve spojení P2P v rámci privátních uzavřených datových okruhů došel vývoj ke kontroverzi aplikace FTTx (Fiber to the home/building/office apod) v překladu optické a ve vyjádření synonymem rychlé spojení ke koncovému uživateli. Fakticky se jedná se o hybridní sítě, kdy je v dnešní době nutné poskytovat uživatelům i nové služby od přístupu do internetu, přenosu HD multimediálního obsahu až po CCTV kamerové systémy.

Řešení této situace spočívá v nahrazení metalických vedení za optická vlákna. Při ekonomickém porovnání aplikace optického řešení přípojek a spojení byla vyvinuta alternativní technologie, která stále umožňuje využití metalických telefonních okruhů a přípojek vysokou přenosovou rychlostí na uživatelsky přípustných délkách vedení (řádově stovky metrů). Optická hybridní infrastruktura se tak může výhodně přemístit do předsunutého síťového uzlu bez rozdílu, zda lokálního (privátního) nebo metropolitního s připojením do internetu.

Jestli ADSL, HDSL a SHDSL byly první generací xDSL, následně ADSL2(+) druhou a VDSL2 třetí, tak G.fast (Gigabit Fast access to subscriber terminals) lze označit za čtvrtou generaci xDSL technologie. Dle ITU G.9701 technologicky vychází z VDSL2 ale není s ním přímo slučitelné.

Další klíčové vlastnosti G.fast:

využívá modulace DMT (OFDM) modulace podobně jako VDSL2
využívá časového duplexu TDD (vs. VDSL2, frekvenční duplex FDD), časová synchronizace mezi páry
délka spojení na vedení i přes 500m, rychlost až 1Gb/s pro krátká vedení do 100m
na jednom vedení koexistuje s ADSL / VDSL, lze nastavit počátek přenosového pásma v krocích 2.2, 8.5, 17.664, 30MHz
kmitočty do 106MHz nebo 212MHz, 4dBm (srovnej VDSL2 30MHz/14,5dBm)
běžně využívá G.Vectoring, G.INP a časovou synchronizaci pro eliminaci přeslechů, současně i FEC
podporuje napájení DPU jednotek (DSLAM) ze strany CPE účastníka
rovněž jako doplněk pro FTTdp (fiber to the distribution point)

Využití spektrálního pásma:

Srovnávací graf teoretických signálových rychlostí v závislosti na délce vedení:

Přehledová tabulka našimi testy naměřených přenosových rychlostí na jednoduchém vedení kabelu UTP/FTP Cat5e:

Zařízení digitálních účastnických přípojek xDSL jsou speciálně zkonstruována tak, aby umožnila lépe využít potenciál metalické infrastruktury v přístupových a místních sítích. Společným znakem těchto systémů je relativně vysoká přenosová rychlost v řádech desítek až stovek Mbit/s. Na trh uvádíme integrované řešení v podobě DPU (master) / CPE (slave) zařízení XL-GFC142M/SR (aktivní odkaz).

V režimu master jde o G.fast DPU jednotku pro připojení P2P CPE slave modemu.
V režimu slave jde o univerzální G.fast a VDSL2 modem router s podporou VDSL profilů 17a a 35b.