Způsob simulace přípojek xDSL

Komentář k programu, který umožňuje zadat řadu parametrů a vypočítat výsledné přenosové rychlosti i dílčí hodnoty. Způsob simulace je blíže popsán v sekci Modelování rušení a v článcích na Access serveru.

Copyright © 2007 České vysoké učení technické v Praze, Fakulta elektrotechnická, Katedra telekomunikační techniky.
All rights reserved. Všechna práva vyhrazena.

Výsledky výpočtů a simulací mohou být citovány s uvedením odkazu na zdroj obsahující autora, název programu a úplný hypertextový odkaz na program. Použití programu je možné pouze pro informativní, výukové, nekomerční nebo osobní účely. Použití za jiným účelem je trestné podle autorského, občanského nebo trestního práva. Autoři nenesou zodpovědnost za přímé či nepřímé finanční ani majetkové újmy, sníženou použitelnost majetku, poškození smluvních vztahů, protiprávní jednání, poškození zdraví ani za jakékoliv jiné újmy v souvislosti s používáním zveřejněných výsledků.

Program vznikl v rámci projektu NPV 1ET300750402 - Specifikace kvalitativních kritérií a optimalizace prostředků pro vysokorychlostní přístupové sítě.

O programu

Pro technické výpočty a simulace dějů v různých technických oborech se často využívá prostředí MATLAB® společnosti The MathWorks Inc. Komponenta pro webovou podporu MATLAB® Web server umožňuje přístup k vytvořeným simulačním programům ze sítě Internet a na ní je založen provoz Matlab serveru.

Nejkomplexnějším programem, který je umístěn na Matlab serveru a který je postupně rozšiřován, je program Simulace přípojek xDSL. Jeho hlavním úkolem je simulovat přenosové prostředí metalické přístupové sítě a pro konkrétní prostředí provádět výpočty přenosových parametrů různých typů přípojek xDSL. Vstupními parametry jsou topologie účastnického vedení, charakter přenosového prostředí a typ xDSL přípojky. Program, dle zadaných vstupních parametrů a pro zadanou přípojku xDSL, spočte hodnoty teoretické výkonnosti přenosu a další požadované hodnoty. V průběhu roku 2006 byly do programu doplněny přenosové technologie ADSL2+ a VDSL2 s různými frekvenčními plány. V roce 2007 přibyla přípojka SHDSL.bis s kódem 32-TCPAM.

Program pro simulaci přípojek xDSL byl také doplněn o funkcionalitu pro nahrávání souboru s vlastním průběhem rušení na Matlab server. Soubor musí mít definovanou strukturu a musí obsahovat vzorky rušení v časové nebo frekvenční oblasti. Rušení nahrané na server lze dále pro potřeby simulace doplnit o další přeslechové rušení, které je spočteno na základě zadané kombinace okolních přenosových technologií ve vstupním formuláři.

Následující přehled uvádí význam jednotlivých polí zadávaných parametrů ve vstupním formuláři programu.

Zadání vstupních parametrů pro výpočet

Volba analyzované přípojky, pro kterou se počítá maximální dosažitelná přenosová rychlost:

• SHDSL (doporučení ITU-T G.991.2) včetně SHDSL.bis
• ADSL over ISDN (doporučení ITU-T G.992.1 Annex B)
• ADSL over POTS (doporučení ITU-T G.992.1 Annex A)
• ADSL2+ over ISDN (doporučení ITU-T G.992.5 Annex B)
• ADSL2+ over POTS (doporučení ITU-T G.992.5 Annex A)
• VDSL over ISDN (doporučení ITU-T G.993.1)
• VDSL2 (doporučení ITU-T G.993.2) - vybrané profily pro Evropu (Annex B)

Pozn.: Přípojky ADSL2 dle ITU-T G.992.3 použitou metodou přenosu a šířkou pásma neliší od ADSL první generace, takže nejsou simulovány jako zvláštní kategorie. Dosahuje se pouze vyššího kódového zisku, což lze kompenzovat simulací při adekvátně nižší šumové rezervě.
Pozn.: Přípojky VDSL jsou simulovány jen ve variantě souběhu s ISDN, rozdíly oproti VDSL over POTS jsou minimalní. Uvažována je jen varianta poskytovaná z místa ústředny (FTTEx) do kmitočtu 12 MHz.
Pozn.: Přípojky VDSL2 jsou simulovány ve variantách do 12; 17 a 30 MHz pro plán 997 i 998. Profily VDSL2 jsou blíže popsány v sekci VDSL na Access serveru.

Pro jednotlivé přípojky se nabídne další možnost:

• V případě SHDSL se volí počet úrovní linkového signálu: 16-PAM nebo 32-PAM.
• V případě ADSL/2+ se volí metoda duplexního přenosu: frekvenční dělení - FDD nebo potlačení ozvěn – EC.
• V případě VDSL je vždy FDD, ale volí se frekvenční plán: A - vhodnější pro asymetrický přenos – B - vhodnější pro symetrický přenos.

Profil rušení – volí se standardizovaný profil přeslechového rušení pro testování modemů:

• A (vysoce zaplněný kabel digitálními systémy- silné rušení)
• B (středně zaplněný kabel)
• C (středně zaplněný kabel jako B + systémy PCM a ISDN-PRA s kódem HDB3)
• D (jen rušení přípojkami stejného typu)
• kombinace technologií – jen v tomto případě se použijí údaje z tabulky Parametry pro výpočet rušení.

Vedle toho lze zadat rušení ze souboru, buď v podobě spektrální výkonové hustoty, nebo vzorky časového rušení - viz Způsob vkládání souboru s rušením pro simulaci xDSL.

Je též možné zvolit šumovou rezervu (Noise Margin). Obvyklá je hodnota 6 dB. Hodnota 0 dB je hraniční a měla by ještě zajistit chybovost při přenosu menší než 10^-7.

Parametry pro výpočet rušení

Použije se jen v případě profilu rušení kombinace technologií zvoleného výše.

Počet systémů – počet souběžně provozovaných přípojek v tomtéž kabelu:

• SHDSL (možno zadat tři skupiny přípojek různých přenosových rychlostí)
• HDSL (počítá se s dvoupárovou variantou)
• ADSL/2+ over POTS, ADSL/2+ over ISDN (zároveň se volí metoda duplexního přenosu FDD nebo EC)
• ISDN BA - základní přípojka s kódem 2B1Q
• ISDN PRA - primární přípojka 2048 kbit/s s kódem HDB3 (příp. jiný linkový systém E1, PCM30/32
• VDSL – volitelný plán A či B

Pro samostatný výpočet rušení a parametrů vedení je nutné zadat Parametry pro výpočet rušení a vedení:

• Krok frekvence [kHz]
• Horní mezní frekvence [kHz]
• Směr rušení - downstream (vypočítá rušení na straně účastnického modemu), upstream (vypočítá rušení na straně ústředny)

Pro výpočet přenosové rychlosti se uvedené parametry volí automaticky.

Parametry pro výpočet vedení

Je možno zadat až 10 úseků různého typu vedení s definovanou Délkou úseku [km], který může být definován jako vedení, či jako nezakončená odbočka (Bridged Tap).

Pozn.: Pokud nevyhovuje žádný z uvedených modelů vedení, lze použít nejbližší tvarem frekvenční závislosti s délkou korigovanou takto:

l_X = l. ( A / A_X )

kde
l je skutečná délka úseku
A je skutečný útlum úseku na referenčním kmitočtu
A_X je útlum použitého modelu vedení délky l na referenčním kmitočtu (hodnota odečtená z grafu po volbě Vypočti parametry vedení)

Typ kabelu je zejména charakterizován průměrem jádra [mm]. Je možno volit mezi těmito typy:

• Typické evropské kabely specifikované dle ETSI v doporučení ITU-T G.996.1 s průměrem jádra - 0,32 (ETSI) - 0,4 (ETSI) - 0,5 (ETSI) - 0,63 (ETSI) - 0,9 (ETSI)
• Typický místní čtyřkový kabel TCEPKPFLE z produkce Pražské kabelovny s průměrem jádra - 0,4 (Prakab) - 0,6 (Prakab) - 0,8 (Prakab)
• Typický místní čtyřkový kabel TCEPKPFLE dle údajů Českého Telecomu - 0,4 (CT) - 0,6 (CT) - 0,8 (CT)
• Vnitřní kabely SXKFY - 0,5 (izolace PE), SYKFY - 0,5 (izolace PVC), UCEKFY - 0,4 (izolace PE), UTP cat 5 - 0,5 (kabel pro LAN do 100 MHz).

Pro výpočet parametrů vedení je nutno zadat Zakončovací impedanci [Ω], pro výpočet přenosové rychlosti se nastavuje automaticky.

Uživatelské zadání míry přeslechů

Za normálních podmínek se odvíjejí parametry přeslechů od výše zvoleného typu vedení. Tyto hodnoty lze změnit, pokud se zatrhne ANO v bloku Zadání útlumu přeslechu úseku vedení. Je nutno zadat hodnoty (získané např. měřením) pro nejhorší případ v kabelu (nejčastěji vedení v rámci jedné čtyřky):

• Útlum přeslechu na blízkém konci při referenčním kmitočtu A_NEXT(f_ref) v [dB]
• Útlum přeslechu na vzdáleném konci při referenční frekvenci A_FEXT(f_ref) a délce l v [dB]
• Útlum vedení při referenční frekvenci A(f_ref) v [dB] a při délce l
• Referenční frekvence f_ref v [kHz]
• Délka vedení l v [km]

Pozn.: Doporučuje se změření útlumu přeslechu NEXT v širším kmitočtovém rozsahu a podložení závislosti přímkou se směrnicí 15 dB/dek. v logaritmických souřadnicích frekvence.

Pozn.: Snadno je možné změřit útlum přeslechu na blízkém konci (přijímač i vysílač na stejném konci vedení). Útlum přeslechu na vzdáleném konci lze odhadnout pomocí vztahu:

A_FEXT(f_ref)=18+A_NEXT(f_ref)+A(f_ref)-10 log A(f_ref)-5 log f_ref

kde význam veličin a použité jednotky jsou uvedeny výše.

Výstupy simulací

Dále jsou uvedeny výstupy, které jsou vypočítané jednotlivými bloky programu po stlačení příslušných tlačítek vždy v novém okně prohlížeče.

Vypočti vp
Zobrazí se odhadnutá přenosová rychlost pro směr upstream (od účastníka) a downstream (k účastníkovi). Počítá se kompletní bitová rychlost na přenosovém médiu včetně záhlaví. Užitečná rychlost může být nižší o záhlaví vyšších vrstev komunikace. Jedná se o teoretické hodnoty, v praxi jsou limitovány použitým zařízením a způsobem přenosu (např. u ADSL v celistvých násobcích 32 kbit/s, limit pro upstream 800 nebo 1024 kbit/s) kódovým ziskem započítávaným konkrétním modemem, symetrická přípojka SHDSL nastavuje vždy nižší z hodnot v obou směrech přenosu.

Dále se graficky zobrazuje průběh výkonové spektrální hustoty PSD rušení ve směru upstream i downstream.

Vypočti rušení
Zobrazí se graficky průběh výkonové spektrální hustoty PSD rušení pro zvolený směr a možná realizace časového průběhu rušení. K ní se vypíše hodnota napětí špička a délka sekvence. Časový průběh rušení (normovaný na interval -1 až 1 V) je možné si stáhnout jako řadu čísel (vzorků), např. pro nahrání do generátoru rušení. Počet a hustotu vzorků lze ovlivnit volbou horní mezní frekvence a frekvenčním krokem.

Vypočti parametry vedení
Nejprve se zobrazí zadané vstupní hodnoty a pak výsledné průběhy útlumu vedení, absolutní hodnota přenosové funkce a impulsní odezva.