Splitterless ADSL

     Хотим мы этого или нет, но Internet неумолимо вторгается в нашу жизнь, становясь столь же привычной и даже необходимой ее частью, как и телефон. Это не так заметно в странах с нестабильной экономикой, но на Западе прогнозы буквально ошеломляющие. Ожидается, что сегодняшнее количество пользователей, а их более 110 млн., возрастет к 2005 г. до 475 млн. Их все больше привлекают такие требовательные к полосе пропускания Web-приложения, как покупки в режиме on-line, дистанционное обучение, push-технологии, видео по запросу и телекоммютинг. Для всех этих приложений необходим высокоскоростной доступ к Internet, который создает беспрецедентную нагрузку на существующие телефонные сети, первоначально рассчитанные только на голосовой трафик.

     Проложенный почти 50 лет тому назад медный кабель уже не в состоянии справиться с "бурным потоком" данных, который несет эпоха Internet. Перед телефонными компаниями реально встала угроза необходимости замены существующей проводки с целью удовлетворения требований новых систем доставки информации.

     Мечта о том, чтобы проложить оптоволокно к каждому дому, разбилась о рифы проблем, связанных с масштабом и стоимостью задачи. Вместо этого телефонные компании занялись проводкой оптоволоконных кабелей между центральными телефонными станциями, оставляя медный кабель в качестве "последней мили". Однако еще раньше они начали повсеместный переход на цифровые коммутируемые сети. А разработанная ими аналоговая технология ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), или полноскоростная (Full-Rate) ADSL, преследовала цель доставить высокоскоростной цифровой сервис по существующей "медной" инфраструктуре.

     Распространение Internet в середине 90-х заставило телекоммуникационные компании несколько изменить взгляд на роль ADSL и рассматривать ее как механизм доставки голоса и высокоскоростных данных потребителю. Но несмотря на то что функционально эта технология почти идеально удовлетворяла возложенным на нее задачам, ее успешному распространению препятствовали довольно высокая стоимость и некоторая сложность. Дело в том, что Full-Rate ADSL предполагает использование фильтра-расщепителя (splitter) для разделения голосового сигнала и потока данных на обоих концах линии (рис. 1). Установка его у потребителя требует соответствующего обслуживания, что довольно сильно взвинчивает цену. Альтернативная технология скоростного доступа к Internet на базе кабельных модемов также имеет ряд недостатков, снижающих ее популярность. Прежде всего большинство современных устройств не может обеспечить надежную связь в обоих направлениях. Далее, поскольку кабель является разделяемой средой доступа, реальная полоса пропускания для каждого абонента уменьшается с ростом числа подключений. К тому же такая среда делает проблематичными вопросы безопасности. Таким образом, назрела необходимость разработки технологии, которая, с одной стороны, предоставляла бы потребителю быстрый доступ к Internet, а с другой, — удовлетворяла бы ряду специфических условий, в частности:

  • не требовала дополнительной проводки и установки специального оборудования;
  • была бы совместимой с существующими ПК и телефонными сетями;
  • имела низкую стоимость.

     Напомним, что полноскоростная ADSL обеспечивает полосу пропускания до 8,2 Mbps для входного (по отношению к пользователю) потока и до 768 Kbps для выходного. В то же время некая усредненная пропускная способность ядра Internet зависит от таких факторов, как условия для прохождения трафика, возможности маршрутизаторов, серверов и т. п. И хотя магистрали Internet обычно строятся на высокоскоростном оптоволокне, присущие этой технологии ограничения не позволят поддерживать скорость передачи данных выше 400—500 Kbps. Таким образом, всего лишь 10% полной пропускной способности ADSL сегодня вполне достаточно для Internet-серфинга.

     Наконец в середине 1997 г. и производители ADSL-оборудования, и телекоммуникационные компании осознали тот факт, что лучше пожертвовать скоростью во имя упрощения и удешевления технологии доступа к Internet. В январе 1998 г. была сформирована рабочая группа Universal ADSL Working Group (UAWG), которой и поручили разработку нового стандарта, а в июле 1999 г. ITU (International Telecommunication Union) дал согласие на спецификацию ITU-T G.992.2, которая стала известна как G.Lite или Splitterless ADSL. Ключевой особенностью этого стандарта является то, что он не требует установки фильтра у пользователей.
     

     Некоторые особенности технологии

     Прежде всего напомним, что все семейство технологий хDSL является аналоговым и использует высокочастотную часть полосы пропускания медного кабеля и специальные методы модуляции. В свое время проходили бурные дебаты, какой из трех конкурирующих методов модуляции выбрать для Full-Rate ADSL — дискретную многотональную (Discrete MultiTone — DMT), амплитудно-фазовую с подавлением несущей (Carrierless Amplitude and Phase — CAP) или квадратурно-амплитудную (Quadrature Amplitude Modulation — QAM). Дело дошло до того, что независимая лаборатория Bell Communications Research (Bellcore) и Bell Atlantic и NYNEX объединились в группу под названием ADSL Olympics для оценки и сравнения претендентов. Испытания показали, что наилучшим методом оказалась дискретная многотональная модуляция. На основании полученных результатов два наибольших авторитета в области стандартизации — American National Standards Institute (ANSI) и European Telecommunications Standards Institute (ETSI) — приняли DMT в качестве стандарта для ADSL. В дальнейшем, в 1998 г. ITU положила этот метод модуляции в основу G.Lite.

     О технологиях xDSL и упомянутых выше методах модуляции более подробно можно прочесть в "Компьютерном Обозрении", # 5, 1998. Поэтому здесь мы напомним лишь основные особенности дискретной многотональной модуляции. Схема DTM делит высокочастотную часть полосы пропускания медного кабеля (от 30 kHz) на 256 подканалов, каждый шириной 4 kHz. Все 256 опорных частот могут модулироваться независимо от 0 до 15 bps на 1 Hz. В итоге это позволяет достичь скорости до 60 Kbps на один тон. Требуемая ортогональность опорных частот достигается за счет применения быстрого преобразования Фурье. В технологии G.Lite используется около половины тонов, которые доступны для Full-Rate ADSL. Это позволяет вдвое уменьшить количество циклов обработки, а значит, и рассеивать вдвое меньше энергии. Вдобавок стандарт G.Lite предусматривает схему модуляции, дающую только 8 bps на 1 Hz. Эта величина была выбрана на основании экспертных оценок.

     Отсутствие фильтров и использование общей проводки для передачи голоса и данных создает более сложные условия для функционирования G.Lite, чем в случае Full-Rate ADSL. Тестовые испытания показали, что уровень помех часто зависит от модели телефонного аппарата, и шумы, генерируемые телефоном, лежат в том же диапазоне частот, что и сигнал G.Lite. Может случиться также, что сигнал модема G.Lite будет прослушиваться в телефонной трубке. Простейшим решением в этом случае является установка низкочастотных фильтров между телефонным аппаратом и настенной розеткой (они недороги, и это может сделать сам пользователь). Типичная схема, реализующая технологию G.Lite, представлена на рис. 2.

     Особенности технологии G.Lite делают ее привлекательной как для телекоммуникационных компаний и производителей компьютеров, так и для малого бизнеса, SOHO и домашних пользователей. Для операторов связи, обеспечивающих DSL-сервис, это в первую очередь простота установки. Поставщики компьютеров, учитывая низкую стоимость технологии, могут предлагать ПК с предустановленными интерфейсными картами. Ну а потребители, которые не в состоянии приобрести дорогостоящие технологии для высокоскоростного доступа к Internet, получат, наконец, реальную возможность полноценно использовать Сеть как для нужд бизнеса, так и для развлечений и образования.