Аналіз систем абонентського доступу з ортогональним сегментуванням
У статті аналізується ефективність використання технології сегментування у цифрових абонентських лініях (ЦАЛ). Запропоновано аналітичні моделі, які дозволяють оцінювати доцільність використання ортогональних сигналів в ЦАЛ в залежності від параметрів і умов роботи системи....
Збережено в:
| Дата: | 2006 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут проблем математичних машин і систем НАН України
2006
|
| Назва видання: | Математичні машини і системи |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/58525 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Аналіз систем абонентського доступу з ортогональним сегментуванням / В.В. Антонов, С.М. Паук // Мат. машини і системи. — 2006. — № 1. — С. 93-98. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-58525 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-585252014-04-05T11:07:02Z Аналіз систем абонентського доступу з ортогональним сегментуванням Антонов, В.В. Паук, С.М. Моделювання і управління великими системами У статті аналізується ефективність використання технології сегментування у цифрових абонентських лініях (ЦАЛ). Запропоновано аналітичні моделі, які дозволяють оцінювати доцільність використання ортогональних сигналів в ЦАЛ в залежності від параметрів і умов роботи системи. В статье анализируется эффективность использования технологии сегментирования в цифровых абонентских линиях. Предложены аналитические модели, которые позволяют оценивать целесообразность использования ортогональных сигналов в цифровых абонентских линиях в зависимости от параметров и условий работы системы. Effectiveness of technology of segmentation using analysis for digital subscriber line (DSL) is analyzed. Analytical models which permits to estimate orthogonal signals using in the dependence on parameters and condition of DSL work are offered. 2006 Article Аналіз систем абонентського доступу з ортогональним сегментуванням / В.В. Антонов, С.М. Паук // Мат. машини і системи. — 2006. — № 1. — С. 93-98. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. 1028-9763 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/58525 621.396.4 uk Математичні машини і системи Інститут проблем математичних машин і систем НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Моделювання і управління великими системами Моделювання і управління великими системами |
| spellingShingle |
Моделювання і управління великими системами Моделювання і управління великими системами Антонов, В.В. Паук, С.М. Аналіз систем абонентського доступу з ортогональним сегментуванням Математичні машини і системи |
| description |
У статті аналізується ефективність використання технології сегментування у цифрових
абонентських лініях (ЦАЛ). Запропоновано аналітичні моделі, які дозволяють оцінювати доцільність
використання ортогональних сигналів в ЦАЛ в залежності від параметрів і умов роботи системи. |
| format |
Article |
| author |
Антонов, В.В. Паук, С.М. |
| author_facet |
Антонов, В.В. Паук, С.М. |
| author_sort |
Антонов, В.В. |
| title |
Аналіз систем абонентського доступу з ортогональним сегментуванням |
| title_short |
Аналіз систем абонентського доступу з ортогональним сегментуванням |
| title_full |
Аналіз систем абонентського доступу з ортогональним сегментуванням |
| title_fullStr |
Аналіз систем абонентського доступу з ортогональним сегментуванням |
| title_full_unstemmed |
Аналіз систем абонентського доступу з ортогональним сегментуванням |
| title_sort |
аналіз систем абонентського доступу з ортогональним сегментуванням |
| publisher |
Інститут проблем математичних машин і систем НАН України |
| publishDate |
2006 |
| topic_facet |
Моделювання і управління великими системами |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/58525 |
| citation_txt |
Аналіз систем абонентського доступу з ортогональним сегментуванням / В.В. Антонов, С.М. Паук // Мат. машини і системи. — 2006. — № 1. — С. 93-98. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. |
| series |
Математичні машини і системи |
| work_keys_str_mv |
AT antonovvv analízsistemabonentsʹkogodostupuzortogonalʹnimsegmentuvannâm AT pauksm analízsistemabonentsʹkogodostupuzortogonalʹnimsegmentuvannâm |
| first_indexed |
2025-07-05T09:44:33Z |
| last_indexed |
2025-07-05T09:44:33Z |
| _version_ |
1836799674744307712 |
| fulltext |
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2006, № 1 93
УДК 621.396.4
В.В. АНТОНОВ, С.М. ПАУК
АНАЛІЗ СИСТЕМ АБОНЕНТСЬКОГО ДОСТУПУ З ОРТОГОНАЛЬНИМ
СЕГМЕНТУВАННЯМ
Abstract: Effectiveness of technology of segmentation using analysis for digital subscriber line (DSL) is analyzed.
Analytical models which permits to estimate orthogonal signals using in the dependence on parameters and condition
of DSL work are offered.
Key words: a user's line, segmentation, condensation of channels.
Анотація: У статті аналізується ефективність використання технології сегментування у цифрових
абонентських лініях (ЦАЛ). Запропоновано аналітичні моделі, які дозволяють оцінювати доцільність
використання ортогональних сигналів в ЦАЛ в залежності від параметрів і умов роботи системи.
Ключові слова: абонентська лінія, сегментування, ущільнення каналів.
Аннотация: В статье анализируется эффективность использования технологии сегментирования в
цифровых абонентских линиях. Предложены аналитические модели, которые позволяют оценивать
целесообразность использования ортогональных сигналов в цифровых абонентских линиях в зависимости
от параметров и условий работы системы.
Ключевые слова: абонентская линия, сегментация, уплотнение каналов.
1. Вступ
Надання високошвидкісних послуг доступу до телекомунікаційних мереж за допомогою цифрових
абонентських ліній (ЦАЛ) наштовхується на певні проблеми. Ці проблеми характерно виявляються
при використанні ЦАЛ існуючих кабелів з мідними
жилами, які мають відомі недоліки [1 – 4]. З метою
подолання цих недоліків використовують технології xDSL
(Digital Subscriber Line).
Серед великої кількості класифікованих
технологій xDSL великий клас становлять технології, які
використовують методи багатопозиційної модуляції,
зокрема, метод дискретної модуляції з множиною несучих
DMT (Discrete Multi Tone). При цьому можна виділити
декілька способів використання загальної смуги частот
ЦАЛ. Одним з них є спосіб сегментування загальної смуги
частот і наданої частини сегментів для утворення
абонентського каналу. Стаття присвячена порівняльному
аналізу планів розподілу сегментів.
2. Особливості технологій xDSL
Технології xDSL дозволяють підвищити пропускну
здатність існуючих ланцюгів на мідних проводах завдяки
застосуванню спеціальних методів модуляції, кодування, статистичного і кодового ущільнення
(СDМА) [1–7]. Узагальнена класифікація технології xDSL за різними ознаками наведена на рис. 1, а
технічні можливості різних типів технологій DSL в табл. 1 [1, 4].
У більшості технологій DSL для паралельного передавання цифрового потоку
використовується метод дискретної модуляції з множиною несучих DMT. Як несучі
xDSL
SyDSL
SDSL
SymDSL
По кількості АЛ
Однопарні
АЛ
VBR
CBR HDSL1
(ETSI)
2320
Кбіт/с
IDSL
160
Кбіт/с
1552
Кбіт/с
wDSL
MDSL
GDSL,
FDSL,
EDSL,
Turbo
ISDN
MSDSL,
MR-SDSL,
RA-HDSL
2 Mбіт/с
144-848
Кбіт/с
160-2320
Кбіт/с
2320
Кбіт/сHDSL2
(ANSI)
SDSL (2)
(ETSI)
SHDSL
(ITU-T)
Multi-Mode
DSL
Двохпарні
АЛ
ANSIETSI ITU-T
Без стандарту
HDSL
SDSL-2
SHDSL
2Base-TL
ESHDSL
HDSL2
HDSL
wDSL MLDSL
ADSL
Без розподілювача З розподілювачем
З фільтрами VDSL
>12
Мбіт/сBR
RADSL
ADSL
< 8,2
Мбіт/с
CiDSL
EZ-DSL
G.lite
< 1,5
Мбіт/с
UDSLMVL
VADSL
BDSL
VHDSL
UADSL
RDSL
CDSL
DSL.lite
ADSL.lite
1168
Кбіт/с
Inter DSL
World DSL
M2DSL
10MDSL
784
Кбіт/с
Трьохпарні
АЛ
ITU-T
ANSI
ETSI
MLDSL
ESHDSL
M2DSL
HDSL
784
Кбіт/с
iADSL
VoDSL
VoADSL
X2/DSL
< 8,2
Мбіт/с
Inter DSL
M/HDSL
Turbo
SDSL
S-SDSL
Wai DSL
EA-SDSL
TR DSL
Без стандарту
Рис. 1. Узагальнена класифікація
технології xDSL
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2006, № 1 94
використовуються ортогональні гармонічні сигнали. Окрім DMT використовуються також
квадратурна амплітудна модуляція QAM (Quadrature Amplitude Modulation), АФМ без несучої CAP
(Carrierless Amplitude And Phase Modulation – САР), АІМ з решітковим кодуванням TC-PAM (Treliss
Codet-Pulse Amplitude Modulation).
Метод DМТ передбачає розподіл смуги частот СПД між 256 парціальними підканалами, у
кожному з яких є своя субнесуча частота. Кожний з паралельних підканалів має ширину смуги
пропускання 4,3125 кГц. Перший підканал використовується для передавання традиційних мовних
повідомлень і для побудови телефонної мережі загального користування (ТМЗК).
Для потоку даних від мережі до абонента («униз») виділено канали з номерами 33 – 280, які
займають смугу частот у 962 кГц (від 138 кГц до 1,1 МГц). Таким чином, загальний потік вхідних
даних поділяється на N незалежних каналів з різними несучими частотами.
До основних особливостей методу DМТ можна віднести такі:
– метод використовує мультиплексерування з частотним поділом типу FDМ (Frequency
Division Multiplexing), яке тісно пов’язане с ортогональним FDМ (ОFDМ);
– кожний з підканалів незалежно модулюється за допомогою квадратурної амплітудної
модуляції QAM;
– при теоретичному значенні пропускної здатності основного цифрового каналу (ОЦК) 64
кбіт/с на 1 Гц смуги кожного з підканалів припадає 16 біт/с/Гц;
– інформація переноситься за допомогою імпульсної послідовності (несучої) у смузі
пропускання 1,104МГц;
– теоретична пропускна здатність для даних зі смугою 1,104МГц складає 16,384 Мбіт/с;
– реалізація різних варіантів каналів АDSL, побудованих з використанням методу DМТ,
передбачається стандартами ITU і ANSI (American National Standard Institute).
Розподіл частотного спектру для методу DМТ каналу АDSL наведений на рис. 2.
Таблиця 1. Основні характеристики технології DSL
Швидкість
передавання, кбіт/с
Тип технології DSL Метод модуляції
/кодування Потік
угору
Потік униз
Максимальна
дальність, км
(жила 0,5мм)
Стандарти
ITU-T
ЦАЛ(DSL) 2В1Q 160 1.5 G.961
ЦАЛ ISDN(IDSL) 2В1Q 128 8 G.961
Високошвидкісна ЦАЛ (High bit
rate DSL-HDSL)
CAP8, CAP16, CAP32,
CAP64 (2В1Q)
1024 (Одна пара)
2048 (Дві пари)
6
G.991.1
Симетрична ЦАЛ (Symmetrical
DSL-SDSL)
CAP8, CAP16, CAP32,
CAP64, TC-PAM 2048 6 G.991.2
Надвисокошвидкісна ЦАЛ (very
HDSL-VDSL)
CAP32, CAP64, CAP128,
DMT
12000 51000 0,3 “G.vDSL”
Асиметрична ЦАЛ
(Asymmetric DSL-ADSL)
CAP8, CAP16, DMT 64 8448 2,7 G.992.1
“G.dmt”
Асиметрична полегшена
ЦАЛ (ADSL lite) CAP8, DMT 384 1554 3 G.992.2
“G.lite”
Універсальна ADSL (Universal
ADSL–UADSL) CAP8, DMT 542 1554 3 G.992.1
ЦАЛ з адаптацією швидкості
(Rate adaptive DSL-RADSL) CAP8, DMT 600 7000 3 G.992.1
Багатошвидкісна ЦАЛ (Multi
Speed DSL-MSDSL)
CAP32, CAP64, CAP128,
DMT, (2B1Q) 4,7 G.962
HDSL-2 TC-PAM
2300
3
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2006, № 1 95
Рис. 2. Розподіл смуг частот DMT для каналу DSL
Одним з основних показників СПД, які визначають якість передавання даних по каналу DSL,
є значення частоти появи помилкових бітів (Bit Error Rate – BER). Для каналів DSL з модуляцією
DМТ значення BER не повинне бути гірше, ніж 10 -7. З метою забезпечення такого значення BER
запас завадостійкості (різниця між рівнями сигналу і шуму) у підканалах від абонента до мережі і в
зворотному напрямку має складати 6 дБ.
Існує багато методів розподілу загальної смуги частот між каналами користувачів. До числа
перспективних можна віднести цілу групу методів, які передбачають сегментацію за певними
правилами виділеної смуги частот і у наданні частини з цих сегментів для утворення каналу
абонентського доступу.
3. Порівняння планів розподілу сегментів
Оцінка доцільних умов використання технології сегментування смуги частот багатоканальної
системи передачі даних (СПД) проаналізована в роботах [5–7].
Суть методу сегментування полягає в тому, що виділена для багатоканальної СПД загальна
смуга частот F розбивається на s сегментів і для кожного з каналів ЦАЛ за певним законом
виділяється k сегментів. Деяка частина з цих k сегментів може одночасно входити до складу r
каналів із загальної кількості n у межах смуги частот F . Якщо перекриття каналів по окремих
сегментах немає, то пропускна здатність одного каналу складає
δ
⋅+=
F
nP
n
F
C c
2
0
21 1log , (1)
де 2
0δ - спектральна щільність завади; cP – середня потужність сигналу.
При перекритті каналів по деякій частині сегментів пропускна здатність
2C окремого каналу
складатиме
0
1
0
2 kRbpkC
r
i
ii∑
−
=
== ; (2)
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2006, № 1 96
∑
−
=
=
1
0
0
r
i
iibpR ,
де
s
nk
r = – кількість каналів, які використовують загальний сегмент; ip – імовірність
використання сегмента іншими i користувачами; ib – пропускна здатність сегмента у i – й
ситуації.
За критерій доцільності використання методу сегментації була обрана величина
1
0
1
2
C
kR
C
C
BC == ; (3)
( ) 11 −γ+= Ck BB , (4)
де коефіцієнт ( )1Cαβγ = є відношенням приведених річних витрат на один канал апаратури
ущільнення до орендної плати за канал зв’язку з пропускною здатністю 1C ; α - річна орендна
плата за одиницю пропускної здатності.
У реальних умовах величина cB характеризується певною дисперсією [ ]cBD , яка
залежить від обраного закону розподілу k сегментів із s між каналами. Для визначеня [ ]cBD
необхідне знання дискретного закону розподілу cB . Цей закон розраховується для кожного
конкретного розподілу сегментів.
Позначимо через ε кількість сегментів ,які однаково використовуються в інших
інтерферуючих каналах. Тоді імовірність Q того, що величина cB зменшується на kε ,
визначається за формулою
( ) vAv
c pp
k
BBQ −−−=−= ∑ 1
}{
)1()1(
ε
ε
ε
, (5)
де v – кількість кореспондентів, які займають ε із k сегментів каналу, що розглядаються; A –
кількість інтерферуючих каналів.
З точки зору зменшення взаємних завад між каналами, найбільш привабливими планами
розподілу сегментів є плани, які описуються яким-небудь сімейством нормованих ортогональних
функцій, наприклад, функцій Уолша, Адамара, Радемахера, Ріда – Соломона та інших [3, 5].
Одними з найбільш ефективних для формування систем ортогональних функцій
вважаються функції Уолша. Їх можна отримати шляхом відображення рядків квадратних матриць
Адамара, які визначаються таким символічним рівнянням
NN
NN
N
HH
HH
H �=2 , (6)
де NH – це матриця Адамара порядку N , а NH 2 – це матриця Адамара порядку 2 N .
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2006, № 1 97
Один рядок матриць Адамара складається тільки з нулів. Інші рядки мають рівні кількості
нулів та одиниць. Систему ортогональних функцій Уолша довжиною 2 N можна отримати з
відповідної матриці Адамара, яка складається за рекурсивним алгоритмом
01 =H
; 01
00
2 =H ;
0110
0011
0101
0000
4 =H ;
01101001
00111100
01011010
00001111
01100110
00110011
01010101
00000000
8 =H
. (7)
Як функції Уолша можна обирати рядки (або стовбці) матриці Адамара. Один з можливих
планів розподілу сегментів для N = s = 8, k =4, n =6 наведено у табл. 2. У табл. 3 подано варіант
плану розподілу сегментів, який базується на системі ортогональних функцій Радемахера.
Таблиця 2. План розподілу сегментів за Уолшем
Номер сегмента Номер
каналу 1 2 3 4 5 6 7 8
1 0 1 0 1 0 1 0 1
2 0 0 1 1 0 0 1 1
3 0 1 1 0 0 1 1 0
4 0 0 0 0 1 1 1 1
5 0 1 0 1 1 0 1 0
6 0 0 1 1 1 1 0 0
Таблиця 3. План розподілу сегментів за Радемахером
Номер сегмента Номер
каналу 1 2 3 4 5 6 7 8
1 1 0 1 0 1 0 1 0
2 0 1 0 1 0 1 0 1
3 1 1 0 0 1 1 0 0
4 0 0 1 1 0 0 1 1
5 1 1 1 1 0 0 0 0
6 0 0 0 0 1 1 1 1
Порівняння обох планів розподілу сегментів показує їх схожість. Розрахунки за формулами (5)
– (7) розподілу імовірностей [ ]εBQ , середніх значень пропускної здатності [ ]2CM та дисперсії
[ ]2CD дали результати, які наведені у табл. 4.
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2006, № 1 98
Таблиця 4. Порівняльні дані планів розподілу сегментів
Величина
[ ]εBQ
План 1 (Уолш) План 2 (Радемахер)
[ ] 02 4 == εbCQ ( )41 p− ( ) ( )34 11 ppp −+−
[ ] 22 2 == εbCQ ( )315 pp − ( ) ( )223 1414 pppp −+−
[ ] 32 == εbCQ ( ) ( ) ( )( )ppppppp 34121218 2322 −−=−+− ( ) ( )pppp −+− 1414 322
[ ] 42 0 == εCQ ( ) ( ) 4322 51812 ppppp +−+− ( ) ( ) 4322 51612 ppppp +−+−
[ ]2CM ( )( ) ( )pbppb 5,1142114 −≈−− ( )pb −14
[ ]2CD ( ) ( ) ( ) ( )pppbpppb 41120525,1116 2222 −−=−−≈ ( ) ( )pppb 31116 22 −−≈
[ ]kBM ( )( ) 115,114 −+− γp ( )( ) 1114 −+− γp
[ ]kBD ( ) ( )( ) 22 141120 −+−− γppp ( ) ( )( ) 22 131116 −+−− γppp
4. Висновки
Аналіз наведених у табл. 4 результатів дозволяє зробити наступні висновки:
1. План розподілу сегментів за Радемахером (план 2) забезпечує кращу середню пропускну
здатність каналу зв’язку [ ]2CM і меншу дисперсію [ ]2CD , ніж план розподілу за Уолшем.
2. Зростання величини 1p може суттєво зменшувати середню пропускну здатність [ ]2CM .
3. Значення [ ]kB і [ ]kBD визначаються тільки значенням p і планом розподілу сегментів за умови
γ <<1.
4. Величина [ ]kBD залежить не тільки від плану розподілу частотних сегментів, але і від
інтенсивності навантаження каналу і його номера.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1.Соколов Н.А. Сети абонентского доступа. Принципы построения. – М.: ИГ ЭНТЕР – профи, 1999. – 254 с.
2.Парфенов Ю.А., Мирошников Д.Г. Цифровые сети доступа. – М.: Эко – Трендз, 2005. – 288 с.
3.Харченко В.П., Паук С.М., Нестерова Л.М., Бабак Є.А. Супутникові системи авіаційного зв’язку. – К.: НАУ,
2003. – 188 с.
4.Современные телекоммуникации / Под ред. С.А. Довгого. – М.: Эко – Трендз, 2003. – 320 с.
5. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. – М.: Радио и связь, 1985. – 384 с.
6. Антонов В.В., Климчук В.П., Паук С.М., Потапов В.Г. Аналіз доцільності використання технології
сегментування у каналах абонентського доступу // Защита информации: Сборник научных трудов НАУ. –
2005.– № 12. – С.200– 205.
7. HABER F. On the Capacity of Randomly Used Shared Channels. – IEEE T-EMC. – 1990. – Vol.12, N4. – P.146–
151.
|