Curs 1 Transmisii xdsl. Aspecte de bază. Tehnologii noi

Curs 1 Transmisii xdsl. Aspecte de bază. Tehnologii noi Zsolt Polgar Communications Department Faculty of Electronics and Telecommunications, Technical University of Cluj-Napoca

Structura cursului Tehnici de acces xdsl; Tehnici de acces ADSL/VDSL; Caracteristici de buclă de abonat; Bucle de test; Conectarea la linie; Modulaţia DMT; Constelaţii de modulare; Corecţia erorilor; Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 2

Tehnici de acces xdsl Se referă la tehnologii şi echipamente utilizate în reţeaua de acces telefonică pentru a asigura conectarea la o reţea digitală de viteză mare pe fire de cupru torsadate. Reprezintă cea mai ieftină soluţie de acces la servicii; Reţeaua de acces cuprinde liniile de transmisiune şi echipamentele situate între echipamentul terminal al abonatului (sediul de abonat) şi nodul de acces în reţea. În funcţie de serviciile oferite, nodul de acces în reţea poate fi o centrală telefonică, un terminal CATV ( headend ), un server de date, etc. În reţelele de telecomunicaţii cu integrarea serviciilor terminalele pot fi telefoane, videofoane, calculatoare personale, televizoare sau diverse sisteme de control al unor echipamente situate la sediul abonatului; Serviciile de bandă largă la nivel de abonat: videotelefonie, tranzacţionare, videoconferinţă, învăţare la distanţă sau telesupraveghere, video la cerere, lucru la domiciliu, teleshopping sau telemedicină; Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 3

Tehnici de acces xdsl Există două categorii de bază şi anume: SDSL Symmetric DSL şi ADSL - Asymmetric DSL; SDSL asigură aceeaşi rată de transfer în ambele direcţii: upstream abonat centrală; downstream centrală abonat; datorită atenuării şi diafoniei aceste sisteme pot lucra numai la frecvenţe medii; SDSL este ideal pentru LAN, video-bidirecţional, servere web. ADSL asigură în downstream un canal de bandă largă, situat la frecvenţe înalte şi un canal de bandă mai îngustă în upstream situat la frecvenţe joase; împărţirea benzilor de frecvenţă are două motive: cantitatea de informaţie transmisă în downstream este mai mare şi se reduce paradiafonia care este mai mare la frecvenţe înalte; Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 4

Tehnici de acces xdsl Variantă Simetric / Rată de bit maximă Serviciu Număr de Distanţa DSL Asimetric Downstrean Upstream telefonic perechi fire maximă ADSL Asimetric 1.5 Mbps până 64 kbps până Da 1 5.5km la 8.4Mbps la 640kbps G.lite Asimetric Până la Până la Da 1 5.5km ADSL 1.5Mbps 500kbps HDSL Simetric 1.5Mbps 1.5Mbps Nu 2/3 5km HDSL2 Simetric 1.5 Mbps 1.5 Mbps Nu 1 6km IDSL Simetric 144 kbps 144 kbps Nu 1 6km MSDSL Simetric 1.5 Mbps 1.5 Mbps Nu 1 RADSL Ambele 1 Mbps până la 128 kbps Da 1 5.5km 7 Mbps până la 1 Mbps SDSL Simetric 2.3 Mbps 2.3 Mbps Nu 1 3.3km G.SHDSL Simetric 2.312 Mbps 2.312 Mbps Nu 1/2 6.6km VDSL Asimetric 52 Mbps 6.4 Mbps Da 1 1.5km Simetric 34 Mbps 34Mbps Tehnici de acces SDSL şi ADSL şi parametrii principali ai acestora Da 1 1.5km Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 5

Tehnici de acces SDSL Element reţea Terminalul SDSL distant poate fi telealimentat din CO; Modulaţia utilizată: TCPAM; G.SHDSL utilizează TCPAM 16. G.SHDSL.bis - Single-Pair high-speed digital subscriber line Una din ultimele variante de SDSL; 5.69 Mbps pe o pereche, 11.392 Mbps pe una sau două perechi modulație TCPAM 32; Se pot asigura debite de 15Mbps pe o pereche cu modulație TCPAM 128; Prin tehnica EFM Bonding 4 pairs se pot asigura debite pâna la 60Mbps; EFM: Ethernet-in-the-First-Mile standardul IEEE 802.3ah. Oficiu central SDSL Comutator digital Schema de bază a unei legături SDSL Terminal SDSL principal Fluxul de date se transmite pe una sau două perechi torsadate una/două perechi torsadate de fire lungime maximă 3.66km Terminal SDSL distant parte abonat Interfaţă reţea utilizator Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 6

Tehnici de acces ADSL/VDSL ADSL poate asigura rate între 6 şi 9 Mbps în downstream şi până la 1Mbps în upstream. A fost dezvoltat iniţial (la sfârşitul anilor 1980) pentru transmisii video pe fire torsadate video on demand; Teoretic se puteau asigura trei canale VHS sau un canal MPEG2 cu sunet digital stereo. ADSL2+ poate asigura debite în downstream pâna la 32Mbps; Tehnica ADSL utilizează o singură pereche de fire torsadate şi permite coexistenţa serviciului telefonic standard; VDSL (Very high bit rate Digital Subscriber Line) permite rate de transfer între 25Mbps şi 50Mbps; Aria de acoperire este de zeci de metri până la sute de metri; Sistemul poate fi configurat şi pentru transmisii simetrice; VDSL2 poate asigura debite maxime de până la 200Mbps (downstr.); Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 7

Tehnici de acces ADSL/VDSL xdsl Debit maxim downstream Debit maxim upstream Rază de acoperire Maximă Număr perechi/ Conectare la linie ADSL 8,448 Mbps 640 kbps 2.8 km 1 pereche; cu splitter 6,312 Mbps 256 kbps 3.66 km 2,048 Mbps 64kbps 4.88 km 1,544 Mbps 64kbps 5.5 km ADSL 1,5 Mbps 512 kbps 5,5 km 1 perehe; fără spliter G.Lite (maxim) (maxim) (maxim) RADSL 8 Mbps 1,544 Mbps 5,5 km 1 perehe; cu splitter (maxim) (maxim) (maxim) VDSL 6,5 Mbps 1,6 (0,8) Mbps 2 km 13 Mbps 1,6 Mbps 1,5 km 1 perehe; cu splitter 19 Mbps 2.3 Mbps 1 km 26Mbps 3,2 Mbps 900 m 34 (38,2) Mbps 4,3 Mbps 300 m 52 Mbps 6,4 Mbps 300 m 34 Mbps 34 Mbps 300 m 26 Mbps 26Mbps 300 m 19 Mbps 19 Mbps 300 m 13 Mbps 13 Mbps 1000 m 6,5 Mbps 6,5 Mbps 1500 m 4,3 Mbps 4,3Mbps 1500 m Debitele maxime în upstream şi în downsream, raza de acoperire maximă şi modul de conectare la linie caracteristic diferitelor tehnici ADSL şi VDSL Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 8

Tehnici de acces ADSL/VDSL Clase de operare VDSL În cadrul sistemului VDSL există două clase de operare. Un emiţător VDSL poate să respecte specificaţiile referitoare la una sau la ambele clase; Clasa I: rate de transmisie asimetrice; Clasa II: rate de transmisie simetrice; Clasa de operare Rata de transmisie downstream(kbps) Rata de transmisie upstream (kbps) Clasa I (A4) 23168 4096 Clasa I (A3) 14464 3072 Clasa I (A2) 8576 2048 Clasa I (A1) 6400 2048 Clasa II (S5) 28288 28288 Clasa II (S4) 23168 23168 Clasa II (S3) 14464 14464 Clasa II (S2) 8576 8576 Clasa II (S1) 6400 6400 Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 9

Tehnici de acces ADSL/VDSL Tehnici de modulaţii folosite: ADSL: CAP, DMT (Discrete Multitone); VDSL: CAP, DMT, DWMT (Discrete Wavelet Multitone), SLC (Simple Line Code 4 nivele); Punct distribuţie Abonat Centrală Concentrator locală ADSL FTTNode Fibră optică Cupru Abonaţi FTTCurb FTTHome FTTBuilding Variante posibile de acces ADSL/VDSL Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 10

Tehnici de acces ADSL/VDSL Tehnici de duplexare: separare în frecvenţă şi compensare de ecou; Alocare clasică tonuri pentru cazul duplexării cu separare în frecv. Număr puncte IFFT/FFT: 256 banda mai largă şi 32 banda mai îngustă; PSD POTS Upstream Downstream f Alocarea frecvenţelor şi a tonurilor pentru transmisii ADSL ce utilizează modulaţia DMT şi multiplexarea în frecvenţă pentru separarea sensurilor de transmisie ton tonuri Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 11

Tehnici de acces ADSL/VDSL Caracterizare distribuţiilor spectrale de putere necesită specificarea măştilor spectrale: Necesară pentru compatibilitatea cu alte transmisii; Obs: dbrn decibels above reference noise = 1pW; 0 dbrn=-90dbm; Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 12

Tehnici de acces ADSL/VDSL Dacă separarea sensurilor de transmisie se realizează prin metoda multiplexării în frecvenţă, frecvenţa f*, devine egală cu aprox.165khz, valoare situată între limita superioară a benzii upstream şi limita inferioară a benzii downstream; Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 13

Tehnici de acces ADSL/VDSL ADSL2+ Este o extensie a standardului ADSL şi ADSL2; Specifică o bandă downstream de 2.2MHz; creştere substanţială a debitului în downstream pentru linii mai scurte de aproximativ 1,6km; debitul în upstream este în jur de 1Mbps; Asigură facilităţi de management putere, adaptare continuă rată, mod complet digital, definire subcanale, reducere diafonie; Alocarea benzilor de frecvenţă în cazul tehnicilor ADSL2 şi ADSL2+ Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 14

Tehnici de acces ADSL/VDSL Alocări de bandă ADSL2+: Standardul definește mai multe anexe pentru diferite situații; Alocarea benzilor de frecvenţă ADSL2+ specificate de diferite anexe ale standardului Anexa A serviciu POTS; Anexa B serviciu ISDN; Anexa I full digital ; Anexa J full digital cu extensie upstream; Anexa L extended reach Anexa M serviciu POTS cu extensie upstream; Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 15

Tehnici de acces ADSL/VDSL Caracteristici principale VDSL/VDSL2 Profiluri de transmisie VDSL/VDSL2 VDSL2 permite un debit maxim de 250Mbps la sursă, 100Mbps la 0.5km şi 50Mbps la 1km; La distanţe de 1.6km performanţele sunt identice cu cele ADSL2; Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 16

Tehnici de acces ADSL/VDSL Alocările de bandă VDSL şi VDSL2 Planuri de alocare a benzilor de frecvenţă pentru transmisiile VDSL şi VDSL2 Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 17

Caracteristici de buclă de abonat Caracteristicile principale: caracteristica de atenuare, diafonia şi reflexiile (dezadaptările de impedanţă); Exemplu de caracteristică de atenuare cablu Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 18

Noi tehnologii ADSL/VDSL Vectoring : tehnică de suprimare a telediafoniei (FEXT) dintre perechile unui cablu (G.993.5); Tehnică similară cu compensarea zgomotului ( Noise cancelation ); Diafonia NEXT și FEXT în transmisiile xdsl Principiul mecanismului de vectoring : VTU-R localizat în CPE recepționează pe fiecare ton DMT o secvență specială de simboluri de sincronizare și simboluri quiet ; VTU-R calculează o valoare de eroare pentru fiecare ton; Reprezintă un vector de date care specifică distorsionarea constelațiilor QAM de către canal (caracteristica de atenuare și diafonie); Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 19

Noi tehnologii ADSL/VDSL Principiul mecanismului de vectoring : VTU-R utilizează un canal invers special pentru a transmite în upstream datele de eroare la o entitate VCE ( Vector Control Entity ) localizată în modulul DSLAM; VCE recepționează datele de eroare (vectorul de eroare) de pe toate liniile și calculează o matrice a canalului și coeficienții FEXT asociați; Aceste date sunt utilizate de un modul de precodare a semnalul modulat generat la ieșirea VTU-C; Prin acest proces semnalul de ieșire este modificat astfel încât să anticipeze efectul FEXT asupra receptorului. Alte aspecte legate de mecanismului de vectoring : Vectoring la nivel de interfață DSL (Line Card Vectoring) și la nivel de nod de reațea (Node Scale Vectoring); Vectoring la nivel de interfață nu poate compensa toate semnalele FEXT; Mecanismul este eficient dacă se aplică la (aprox.) 90% din perechi. Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 20

Noi tehnologii ADSL/VDSL Principiul mecanismului de vectoring Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 21

Noi tehnologii ADSL/VDSL Bonding : tehnică ce utilizează două perechi torsadate de la DSLAM la utilizator și le unește într-un singur canal la stratul data layer ; Debitul se poate dubla; Tehnica se poate aplica atât la ADSL cât și la VDSL; Tehnica poate lucra cu perechi cu parametrii diferiți: Diferențe de debit până la rapoarte de 4:1 (nu este situația tipică); Standarde: G.998.1 - ATM-based multipair bonding G.998.2 - Ethernet-based multipair Bonding (ADSL2+, VDSL2) G.998.3 - Multipair bonding using time-division inverse multiplexing; Diafonia NEXT și FEXT în transmisiile x Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 22

Caracteristici de buclă de abonat Relaţie empirică atenuare cablu: A f db k k k 10kHz ; 20kHz 100kHz 100kHz constantele k x depind de geometria şi lungimea cablului şi de temperatură; Relaţie empirică atenuare cablu mai exactă: L db 1 2 3 f f f 1 2 1 4 1 2 ; ; f f f a f b f d distanţa d este dată în km, parametrul a depinde de diametrul conductoarelor, iar parametrul b depinde de izolaţia cablului; f Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 23

Caracteristici de buclă de abonat Exemple concrete: Cablu BKMA pentru instalaţii aeriene: L db f 21 f 0. 3 f d Distanţa d se exprimă în km, iar frecvenţa în MHz; Cablu UTP CAT 3, caracteristică worst case, d=100m: L db f 2.32 f 0. 238 f Cablu UTP CAT 5, caracteristică worst case, d=100m: 0. 05 L db f 1.967 f 0.023 f f Datorită diversităţii tipurilor de perechi de fire din buclele de abonat şi compunerii unei bucle de abonat din mai multe tipuri de perechi torsadate, caracterizarea atenuării se realizează cu ajutorul atenuării de inserţie; Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 24

Caracteristici de buclă de abonat Variaţia atenuării cu frecvenţa a cablurilor BKMA, CAT 3 şi CAT 5, pentru o lungime de 180m şi o temperatură de 20C Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 25

Caracteristici de buclă de abonat Semnalele reflectate apar de regulă datorită: dezadaptării dintre diferite tronsoane de cablu (perechi cu diametre diferite - ( gauge transitions ); derivaţiilor neterminate ( unterminated bridge taps ); Obs: impedanţa caracteristică a cablurilor este relativ uniformă cu frecvenţa, dacă valoarea acesteia este mai mare decât un anumit prag; Reflexiile generate de dezadaptări transformă perechea de fire torsadate într-un canal caracterizat de propagare multicale Modelul cel mai simplu: Două căi de propagare; Atenuări identice; Tx Calea 2 mai lungă Întârziere între căi: Calea 1 - directă 2kf s Acos(2kf st) Acos[2kf s (t )] Acos cos[2kf s (t )] 2 2 =1s ton 226 are amplitudine nulă; 0.4sefecte neglijabile; Rx Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 26

Caracteristici de buclă de abonat Diafonia (NEXT şi FEXT) se pot caracteriza prin atenuările de diafonie, A nx (f) şi A fx (f), dependente de frecvenţă: A f V V 2 f f f ; A nx 2 fx 2 nx V fx V 2 f f Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 27

Caracteristici de buclă de abonat Dacă interferă mai multe perechi, se adună puterea semnalelor interferente NEXT şi FEXT pe perechea j este: V 2 nx i j V 2 nx, j ; Dacă se consideră un cablu cu m perechi din care n perechi interferă, la frecvenţe mari (>500kHz), atenuările de diafonie exprimate în db au expresiile următoare: nx, db fx, db V K nx şi K fx sunt constante de cuplaj de diafonie şi depind de parametrii cablului UTP, iar m este numărul posibilelor surse interferente; 2 fx i j V 2 fx, j nx 15ln 6ln 20ln 10ln 6ln A f K f m n A f K f f m n m n1 fx Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 28

Caracteristici de buclă de abonat Câteva cazuri particulare: cablu BKMA pentru instalaţii aeriene: A A nx, db fx, db f 40.3 15 ln f 6 lnm / n f 35.6 20 ln f 10 lnd 6 lnm n distanţa d este exprimată în km, iar frecvenţa în MHz; cablu UTP CAT 3, caracteristică worst case, d=100m: A A nx, db fx, db f 41.3 15 ln f f 51 20 lg f 0.772 cablu UTP CAT 5, caracteristică worst case, d=100m: A f 62.3 15 lg f A nx, db fx, db f 63 20 lg f 0.772 Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 29

Caracteristici de buclă de abonat Câteva exemple grafice: Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 30

Caracteristici de buclă de abonat Atenuare EL-FEXT = Atenuare FEXT - Atenuare Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 31

Caracteristici de buclă de abonat Alte relaţii pentru diafonia pereche pereche densităţile spectrale ale semnalelor de interferenţă: Next Fext f este frecvenţa in Hz; l este lungimea în picioare; 1m = 3.28 picioare; 1 picior = 0.3048m; K N constantă egală cu 8.53610-15 ; K F constantă egală cu 7.7410-21 ; S(f) este densitatea spectrală a semnalului interferent; H(f) funcţia de transfer în frecvenţă a canalului; Dacă există n surse perturbatoare identice, însumarea efectelor se poate face astfel: 1.5 Exponentul poate fi şi 0.7 0.8 Se determină empiric; f S f K N 1.5 f f S f K 2 f l H f 2 F Next Fext 0.6 f, n S f K N f n 2 2 0. 6 f, n S f K f l H f n F Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 32

Caracteristici de buclă de abonat Efectul zgomotului alb şi a lungimii cablului asupra performanţelor diferitelor transmisii Comparaţie între debitele downstream asigurate de tehnicile ADSL, ADSL2 şi ADSL2+ în condiţii de zgomot alb pentru diferite lungimi ale buclei de abonat Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 33

Caracteristici de buclă de abonat Efectul diafoniei şi a lungimii cablului asupra performanţelor diferitelor transmisii Comparaţie între debitele downstream asigurate de tehnicile ADSL, ADSL2 şi ADSL2+ în condiţii de diafonie pentru diferite lungimi ale buclei de abonat Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 34

Bucle de test Se utilizează pentru măsurarea unitară a performanţelor sistemelor ADSL (transceiverelor ADSL); Trebuie asigurate condiţii cât mai apropiate de cele reale; Buclele în discuţie cuprind o serie de configuraţii de cabluri standardizate se specifică 8 configuraţii; Standardele specifică şi distorsiunile care trebuie adăugate; Buclele de test sunt definite de lungimea electrică, adică atenuarea de inserţie la frecvenţa de test; Informativ se dă şi lungimea fizică a cablului. Aceasta se foloseşte pentru a realiza o buclă de test preliminară, a cărei lungime se ajustează, în funcţie de cablul folosit, pentru a asigura lungimea electrică ; Frecvenţele de test sunt definite astfel: f T = 300 khz pe DS şi f T = 150 khz pe US; Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 35

Bucle de test Atenuările de inserţie au valori cuprinse între 37-40 db, pentru debite binare reduse, şi între 18-28 db pentru debite binare ridicate, pe DS; Pe US atenuările de inserţie au valori între 29-31 db, pentru debite binare scăzute şi în jur de 15 db pentru debite binare ridicate; Buclele de test mai sunt definite prin impedanţa caracteristică. Semnalele interferente ce trebuie adăugate sunt următoarele: Diafonia NEXT şi FEXT; Zgomotul de fond densitate spetrală de putere -140dBm/Hz; Zgomot de impulsuri; Zgomotul alb (gaussian); Semnale de RF din benzile de difuziune şi cele de radioamatori; Generatorul de zgomote de semnale de la sisteme ISDN (nu se consideră pentru sisteme ADSL folosite cu TF); Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 36

Bucle de test Buclele folosite au lungimi de până la 4.4 km şi sunt formate din tronsoane de cablu diferite, cu Zc între 108 şi 128 Ω; Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 37

Conectarea la linie Suprapunerea fluxurilor digitale (DS şi US) şi semnalului telefonic pe o pereche de fire torsadate neecranate cu ajutorul unui splitter/combiner; Integrarea transmisiilor ADSL într-o reţea de date: Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 38

Conectarea la linie Modul efectiv de conectare al echipamentelor ADSL şi a echipamentelor de telefonie clasică la perechea de fire torsadate: Splitter ADSL. Detaliu FTJ bidirecţional separă banda vocală în care lucrează telefonia clasică; are rol şi în adaptarea de impedanţă; Un FTS este de regulă inclus în modemul ADSL; Sunt incluse şi condensatoare separatoare a componentei DC; au rol şi în adaptare de impedanţă şi au valori de 20-34 nf ; fac parte din FTS; Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 39

Conectarea la linie Standardele definesc o serie de măsurători care implică elementele de conectare la linie; Câteva exemple:măsurare atenuare de inserţie, atenuarea de adaptare; Atenuare de inserţie Atenuare de adaptare ( Return loss ) Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 40

Modulaţia DMT Discrete MultiTone Modulaţia DMT asigură modularea QAM, în paralel, a unor tonurilor cu valoarea f p = kf s ; Semnale modulatoare sunt nivele I km şi Q km, corespunzătoare combinaţiilor de p biţi ce trebuie transmişi pe fiecare ton kf s în perioada de simbol m; Asigură adaptarea parametrilor transmisiei la calitatea canalului; biţi/subpurtătoare pentru canal indeal caracteristică transfer biţi/subpurtătoare linie+distorsiuni pentru canal real a) b) c) interferenţe f f f Adaptarea modulaţiei DMT la caracteristica de transfer a canalului şi la zgomotele şi interferenţele caracteristice acestui canal Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 41

Modulaţia DMT Modularea QAM a N (N putere a lui 2) tonuri în paralel, se realizează aplicând transformata IDFT în 2N puncte; Are loc modularea pe 2N tonuri în următoarele condiţii: Modulatorul are 2N intrări pe care vor fi introduse în paralel nivele modulatoare I k şi Q k Nivelele modulatoare pe tonurile N+1,, 2N-1 sunt complex conjugatele nivelelor introduse pe tonurile N-1,,1 c k = I k +jq k - semnalele modulatoare de pe tonurile k, k=1,2,,n-1 c 2N- k = (c k )* = I k - jq k ; semnalele modulatoare de pe tonurile N+1,,2N-1 Tonurile 0 respectiv N au un regim special; nu se modulează; Între perioada de simbol OFDM (tact IDFT) şi perioada de simbol modulatoare (tact nivele modulatoare) avem relaţia: T s =N*T m ; Expresia semnalul modulat DMT în funcţie de k (indicele canalului) şi n (indicele de timp discret) este: 2kn 2N1 j se poate rescrie ca: N1 s n c 2N k e 2 kn 2 kn sn 2 Ik cos Qk sin k0 k1 2N 2N Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 42

Modulaţia DMT Alte aspecte: Amplitudinea semnalului DMT prezintă gamă dinamică ridicată; Frecvenţa de eşantionare f e = 2Nf m ; Demodularea semnalului DMT se face utilizând transformata Fourier discretă DFT tot în 2N puncte; La cele N ieşiri ale demodulatorului vor livra în paralel nivele modulatoare I k şi Q k ale fiecărui ton. Considerând numărul de tonuri utilizate pentru cele două sensuri de transmisie: ATU-C realizează IFFT în 2x256 puncte în DS, dar va modula numai 216 tonuri şi realizează FFT în 2x32 puncte în US, dar va demodula numai 24; ATU-R realizează FFT în 2x256 puncte în DS, dar va demodula numai 216 tonuri şi realizează IFFT în 2x32 puncte în US, dar va modula numai 24; Prefixul ciclic ajută la eliminarea interferenţei intersimbol şi la sincronizarea de simbol Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 43

Constelaţii de modulare Pe fiecare subpurtătoare se utilizează o constelaţie de tip QAM, cu un număr de biţi pe simbol p = 2,...,14; Număr de puncte în constelaţie N = 4,...,16.384; Separaţie dintre două subpurtătoare 4.3125kHz; Probabilitatea de eroare a constelaţiilor QAM Este necesară pentru estimarea numărului de biţi care trebuie mapaţi pe fiecare subpurtătoare în parte. P e 4( N 1) Q( N 6 P (N 1) P m este puterea medie a semnalului recepţionat; A 0 este distanţa minimă între doi fazori în constelaţie; σ este dispersia zgomotului; m 2 ) 4( N 1) Q( N A 0 ); Q(t) 1 2 e t 2 u 2 du; Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 44

Constelaţii de modulare Variaţia probabilităţii de eroare de bit pentru diferite constelaţii: La valorile SNR indicate în figură se va adăuga 0.5 db pentru p e = 10-7 10.5 13.5 17.0 20.5 24.0 27.0 30.0 33.0 2-PSK(0), QPSK(1), 8-QAM(2), 16-QAM (3), 32-QAM(4), 64-QAM(5), 128-QAM(6) şi 256-QAM(7); Creşterea de SNR la trecerea de la o constelaţie cu N fazori (p biţi /simbol) la una cu 2N fazori (p+1 biţi/simbol) la un p e impus (p e > 10-2 ) P m 2 2 P m 2 1 P m 2 1 2N1 1 P N 1 1 P [db] 10 lg 2 m 2 1 m 2 1 P 2 m 2 2 [db] 3[dB]; P [db] m 2 1 2N1 1 [db] 10 lg N1 1 Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 45

Constelaţii de modulare Pentru constelaţiile folosite în ADSL, creşterea SNR necesară asigurării aceleiaşi p e în cazul dublării numărului de puncte a constelaţiei QAM, ΔSNR(2N): N 4 8 16 32 64 128 256 ΔSNR(2N)[dB] - 3.68 3.30 3.15 3.1 3.05 3 SNR- 7 (N) [db] 14.5 18.2 21.5 24.65 27.75 30.8 33.8 N 512 1024 2048 4096 8192 16384 32768* ΔSNR(2N)[dB] 3 3 3 3 3 3 3 SNR- 7 (N) [db] 36.8 39.8 42.8 45.8 48.8 51.8 54.8 * Nu se foloseşte totdeauna Estimarea constelaţiei optime La valorile minime de SNR date în tabel se preved adăugarea unei margini de 6 db, care compensează alte efecte perturbatoare; Considerând separaţia subpurtătoarelor, N 0 = -140 dbm/hz, P s puterea medie a semnalului emis pe acel ton, a(f) atenuarea măsurată a acelui ton pe cablul dat, calculul SNR se face astfel: Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 46

Constelaţii de modulare SNR [db] = P s [dbm] a(f)[db] (N 0 + 10lg4312.5) [dbm] 6 db = P s [dbm] a(f)[db] +104 [dbm] 6 db; Puterea medie emisă/ton este 0.43125 mw (-3.7 dbm) pe DS şi 0.6835 mw (-1.7 dbm) pe US; Constelaţia utilizată (N) va fi cea mai mare pentru care este îndeplinită condiţia: SNR > SNR -7 (N); Estimarea debitului binar util (payload) La fiecare 69 de simboluri de DMT se transmite un simbol DMT pentru sincronizare. Astfel, ţinând cont de prefixul ciclic frecvenţa utilă de simbol în DMT este: 68 16 f s ' 4.3125 khz 4kHz 69 17 În funcţie de SNR se stabileşte pe fiecare ton constelaţia QAM care trebuie folosită pentru a asigura p e < 10-7 - bit loading ; Tonurile sunt împărţite în G grupuri de câte g i tonuri (minim 5) pe care se va transmite acelaşi număr n i de biţi. Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 47

Corecţia Erorilor Deci debitul util nominal D n va fi: g [ton/ grup] n Datorită caracteristicii a(f), numărul maxim de biţi/simbol DMT este estimat la 2000, pe DS, şi la 200 250 pe US, conducând la debite utile maxime de 8Mbps (DS) şi 0.8 1Mbps (US). Reducerea SNR pentru valoare impusă a p e < 10-7, se utilizează coduri corectoare de erori. D Standardele ADSL prevăd 4 configuraţii din punctul de vedere al corecţiei de erori: Fără corecţie de erori (nu se foloseşte cod corector de erori); n [bit / simb] 4ksimb / sec Modulaţie codată trellis (TCM) în stratul PMD ( Phy. Media Dependent ); Codare cu cod Reed-Solomon (RS) în stratul TC ( Transm. Convergence ); Codare concatenată RS-TCM cu întreţesere (interleaving) între ele; G i1 i i Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 48

Corecţia Erorilor Câştigul codării, C G, se defineşte astfel: C G = SNR n (10-7 ) SNR c (10-7 ); Modulaţia TCM 2-dimensională aduce un câştig al codării de până la 3 db; Standardele ADSL ANSI şi ITU-T folosesc o TCM 4-dimensională (Wei) care adaugă un bit suplimentar la fiecare 2 tonuri, nu pe fiecare ton. Aceasta aduce un câştig al codării de până la 4.5 db; Pentru codul utilizat în aceste standarde, TCM aduce un câştig de 3.5 db pentru a asigura p e = 10-7 ; Pentru a calcula SNR -7 (N) c, necesar unei constelaţii N-QAM codate, din valoare SNR -7 (N)-tabel se scade 3.5 db; Codurile RS utilizate sunt definite în cânpul Galois 2 8 şi sunt destinat corectării pachetelor de erori. Un cod RS (n o, m o, 2t o ) are lungimea n o octeţi şi este compus m o octeţi de date şi 2t o octeţi de control; el va corecta orice pachet de maximum t o octeţi eronaţi din n o ; Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 49

Corecţia Erorilor Un cuvânt de cod RS conţine maximum 255 octeţi. Cuvintele de cod sunt transmise pe binuri de de S perioade de simbol de DMT x N c tonuri. Numărul de biţi de control/ton este dat de (2t o 8)/(S N c ); S este maxim 12 până la 16 în avizul G.dmt şi 8 în G.lite. Pentru a reduce lungimea pachetelor de erori, codul RS este folosit împreună cu un interleaver-deinterleaver ; Câştigul codării asigurat de codurile RS este cuprins între 0.5 şi 3.5 db. Acest câştig depinde de numărul de biţi adiţionali adăugaţi, de lungimea cuvântului de cod (C G scade mult dacă lungimea scade semnificativ faţă de 255 octeţi) şi de numărul de perioade de simbol S pe care se întinde cuvântul de cod. Utilizarea codului RS împreună cu interleaverul asigură protecţia faţă de zgomotul de impulsuri care provoacă pachete de erori. Utilizarea interleaverului asigură protecţie şi la pachetele de erori generate de decodorul TCM (trellis) Pachete de erori generate de decodorul TCM care se pot întind pe până la 9 tonuri; fiecare ton duce pe o perioadă de simbol 4-12 biţi (în medie) nr. octeţi afectaţi 4-12. Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 50

Corecţia Erorilor Câştigul global al codării (codul RS şi convoluţional şi cu întreţesere) este teoretic între 4 7 db; Câştigul real este cuprins între 2.5 şi 5 db; Configuraţiile de codare definite sunt utilizate adaptiv în funcţie de condiţiile de pe firele de transmisie) prin negociere între cele două modemuri, pentru fiecare sens de transmisie; Operaţia de întreţesere introduce o întârziere în livrarea blocurilor de date ( latency ); Standardele ADSL prevăd posibilitatea unor transmisii cu două variante de întârziere (dual latency): Calea Fast fără interleaver, întârziere maximă 2ms; Calea Interleaved ) întârziere tipică 16 ms; Tipul de întârziere al canalului selectat pentru transmisie depinde de aplicaţia utilizată; Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 51

Noi tehnologii ADSL/VDSL VDSL2 bonding Utilizarea unor bucle pe cupru mai scurte; Se poate atinge 300Mbps la 1200feet (366m); Performanțe superioare comparativ cu GPON 2.5Gbps și 16/32 de utilizatori debite de 156/78 Mbps per utilizator. Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 52

Noi tehnologii ADSL/VDSL Compartație între diferite tehnologii VDSL2 și GPON Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 53

Noi tehnologii ADSL/VDSL Utilizarea buclelor fantomă implementate pe două perechi; Astfel se generează o a treia pereche (fantomă) utilizată pentru date; Utilizarea perechilor fantomă Echipamentul de cuplaj fantomă nu trebuie să fie localizat la DSLAM; Este necesar un nou echipament CPE; Este necesară utilizarea mecanismului de Vectoring pentru reducerea zgomotului. DSL în modul fantomă Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 54

Noi tehnologii ADSL/VDSL Combinarea diferitelor tehnologii DSL Evoluția tehnologiilor DSL DSL G. fast: - xdsl de debit mare, interconectat cu unități optice - Lung. buclă 650feet (200m); - Bandă aprox. 200MHz. DSL în modul fantomă Sisteme de transmisie de largă acoperire eficiente spectral și în putere 55