Системи xDSL в більшості випадків призначені для організації абонентського доступу в Інтернет, або, за поширеною термінології, для реалізації «останньої милі». За статистикою, приблизно в 80 відсотках випадків довжина кабелю від абонента до АТС не перевищує 3 кілометрів в місті і 6 кілометрів в сільській місцевості; зазвичай xDSL-системи проектуються саме під такі відстані. Існують дві причини обмеження дальності високошвидкісної передачі даних: це значне затухання високочастотних сигналів, викликане активним (омічним) опором лінії, і інтерференція переданих сигналів. Справді, реальний сигнал в лінії поширюється зі швидкістю, трохи меншою, ніж швидкість світла; це пов'язано з наявністю у лінії індуктивності і ємності. Причому різні частотні складові сигналу мають різну фазову швидкість # 151; через це фронти імпульсів змащуються, і сигнал спотворюється, # 151; зміщення частотних складових сигналу відносно один одного і призводить до інтерференції сигналу.
Що ж являє собою фізичний сигнал в xDSL-системах?
Найбільш простий спосіб передачі інформації по мідній парі # 151; це лінійне кодування. При лінійному кодуванні не використовуються гармонійні коливання, # 151; електричний сигнал являє собою послідовність прямокутних імпульсів. Такий тип сигналів застосовується, наприклад, в ISDN-системах. Найбільш часто використовується алгоритм лінійного кодування 2B1Q (2 Binary # 151; 1 Quandary); він являє собою один з варіантів реалізації алгоритму амплітудно-імпульсної модуляції з чотирма рівнями вихідної напруги без повернення до нульового рівня (NRZ # 151; no return to zero). Одному значущому моменту 2B1Q-сигналу відповідає кодова група з двох біт; 00 кодується напругою -2,5 В, 01 # 151; -0,83 В, 10 # 151; +2,5 В, 11 # 151; +0,83 В. Такий сигнал містить в собі постійний струм, і його спектр впритул примикає до нуля, що робить неможливим його використання на одній лінії з КТЧ. Однак, алгоритм 2B1Q знайшов досить широке застосування в пристроях xDSL з симетричними швидкостями передачі даних: HDSL і SDSL.
Набагато частіше в комп'ютерних мережах використовують алгоритм QAM і його похідні # 151; CAP і DMT. Абревіатура QAM значить «quadrature amplitude manipulation» # 151; «Квадратурная амплітудна маніпуляція»; на основі цієї технології реалізовані протоколи V.34 і V.90 для модемів КТЧ (слово «маніпуляція» в цьому контексті тотожне терміну «модуляція», застосовуваним для цифрових сигналів; модуляція # 151; це зміна будь-яких параметрів несучого коливання # 151; амплітуди, частоти або фази # 151; для наповнення його інформацією). КАМ-сигнал є сумою двох гармонійних коливань з дискретно змінюється амплітудою; відносно один одного коливання зрушені на 180 градусів, # 151; одну складову називають синфазной, другу # 151; квадратурной. Квадратурна амплітудна модуляція зазвичай є багатопозиційною: за рахунок безлічі дозволених рівнів амплітуди за один такт роботи модулятора може бути передано кілька бітів інформації. Кількість комбінацій (їх також називають сигнальними точками) позначають числом після слова «QAM» і дефіса, наприклад # 151; QAM-4, QAM-16, QAM-256. За один цикл роботи модулятора QAM-16 передається 4 біти інформації, QAM-256 # 151; 8. Сигнальне сузір'я (загальноприйнята назва безлічі сигнальних точок) КАМ зручно зображувати на комплексній площині: по дійсній осі зазвичай відкладається амплітуда синфазної складової, по уявної # 151; квадратурной.
В даний час переважна більшість виділених ліній ADSL використовує алгоритм модуляції DMT (Discrete Multi-Tone); за допомогою цієї технології реалізовані найбільш популярні стандарти G.992.1 (G.Dmt) і G.992.2 (G.Lite). В цьому випадку частотне простір розбивається на 256 каналів шириною по 4312,5 Гц; в кожному з яких використовується квадратурная амплітудна модуляція з різним числом сигнальних точок. Їх кількість різна для кожного конкретного з'єднання, # 151; передавальний і приймальний пристрій самі вибирають число сигнальних позицій в залежності від наявності в кабелі перешкод на тій чи іншій частоті. У специфікації стандарту G. Dmt нижні 7 каналів взагалі ніколи не використовуються, ще 2 зарезервовані для службових цілей; на висхідний потік відводяться 25, а на спадний # 151; 224 каналу, включаючи службові.
Перед модуляцією відбувається кодування сигналу. У цьому контексті під кодуванням розуміють чисто логічну операцію, # 151; додавання до корисної інформації деяких службових бітів для виявлення і / або корекції помилок. Існує дуже велика кількість завадостійких і виявляють кодів; тому як все їх розглянути в цій статті неможливо, ми обмежимося технологій, що застосовуються в сучасних пристроях ADSL, створених відповідно до стандарту ITU G.992.1 (G.DMT): кодуванням кодом Ріда-Соломона і CRC-кодуванням.
Код Ріда-Соломона відноситься до лінійних блокових [n, k] -код, тобто кодове слово з k символів замінюється кодовим словом з n символів; надмірність коду становить при цьому 1-k / n. РС-коди відносяться до недвійковий кодами, тобто оперують бітами, а байтами. Вони також відноситься до циклічних кодами, тому як одне кодове слово може бути отримано шляхом циклічного бітового зсуву іншого кодового слова. Циклічні коди практичні тим, що легко реалізуються апаратно на регістрах зсуву. Коригувальна здатність циклічних кодів t визначається за формулою t = (n-k) / 2. Користувач пристрою кодування РС-кодами безпосередньо передує модуляції.
Метод циклічного надлишкового контролю (cyclic redundancy check, CRC) відноситься до так званих «виявляє» кодами. Завдання таких кодів # 151; не коректувати помилки, а лише виявляти сам факт наявності помилки в пакеті, тому надмірність CRC-кодів зазвичай не перевищує 1%. Досить часто кодування CRC-кодами плутають з перешкодостійким канальним кодуванням через схожість формулювання, проте важливо розуміти принципову різницю між способом контролю достовірності переданого повідомлення (пакета) за допомогою контрольної суми з кодуванням, службовцям для виправлення бітових помилок.
При CRC-кодуванні передане повідомлення представляється у вигляді одного двійкового многоразрядного числа, наприклад, пакет з 1024 байт буде представлений у вигляді 8192-розрядної двійкового числа. Це число ділиться на заздалегідь відоме контрольне двійковечисло R # 151; основний і, в принципі, єдиний параметр кодера. Це число зазвичай має 9, 17 або 33 розряду, щоб залишок від ділення на це число не перевищував одну ступенів двійки. Цей залишок від ділення і виступає в якості контрольної інформації.
Крім кодування, для звуження спектра сигналу і більш стійкої роботи системи синхронізації до пакету може застосовуватися операція скремблювання (рандомізації), при якій біти в пакеті перемішуються по заздалегідь заданим алгоритмом без додавання символів надмірності. За допомогою скремблювання видаляються великі послідовності нулів або одиниць, через які спектр первинного сигналу «сповзає» до більш низьких частотах. Зазвичай операція скремблювання проводиться безпосередньо перед канальним кодуванням.
власне, # 151; розуміння цих технологій, на мій погляд, досить для представлення спільних принципів роботи xDSL-систем.