Druhá generace VDSL2

Second generation VDSL2

Abstract

Přípojka VDSL [3], [5] vychází ze stejné filozofie jako ADSL, a sice z koexistence s přípojkami POTS či ISDN-BRA na jediném vedení (oddělení pomocí splitterů) a přenosem datových signálů v přeloženém pásmu. Vyšších přenosových rychlostí se dociluje podstatným rozšířením kmitočtového pásma až k 12 MHz, ovšem za cenu nižšího dosahu (maximálně se uvažuje 1,6 km). U VDSL se používá výhradně metoda frekvenčního dělení směrů přenosu FDD (Frequency Division Duplex).

Druhá generace VDSL2 [4] připouští oproti původní specifikaci [3], [5] již jen jedinou modulaci DMT (modulace s mnoha nosnými MCM, obdobně jako modulace OFDM) s roztečí subkanálů 4,3125 kHz shodnou s ADSL. Zásadní pokrok je v rozšíření kmitočtového pásma a lze tak využít kmitočty až do 30 MHz, ovšem v tomto případě za cenu zdvojnásobení rozteče subkanálů na 8,625 kHz. Maximální počet subkanálů byl totiž stanoven na 4096, což je mimochodem 16x více než u ADSL, a při rozteči subkanálů 4,3125 kHz to představuje horní kmitočet pásma 17,664 MHz. Představu o počtech subkanálů a šířce pásma dává následující tabulka:

Podle zpráv od výrobců čipů pro xDSL modemy (např. Infineon technologies) se zdá, že by si přípojky ADSL2 a VDSL2 neměly konkurovat a provozovatelé nebudou muset striktně řešit otázku, zda zavádět technologii ADSL2 či VDSL. Díky stejné modulační metodě DMT lze obě přípojky realizovat stejnými obvody, pouze se podle aplikace zvolí počet subkanálů, tím i šířka pásma, a další specifické parametry. VDSL2 využije v dolní části kmitočtů stejná pásma jako ADSL2 a bude tak dosahovat uspokojivých výsledků i pro delší přípojky (varianta LR-VDSL2 – Long Reach). Pásmo lze využít od 25 kHz pro vzestupný směr - pásmo US0, které může končit na 138 nebo 276 kHz pro kompatibilitu s ADSL/POTS nebo ADSL/ISDN. Omezení přeslechů typu NEXT má napomoci implementace potlačování ozvěn EC (Echo Cancellation).

Na druhé straně pro krátké přípojky lze očekávat přenosové rychlosti až 100 Mbit/s (teoreticky až 200 Mbit/s) díky zvýšení horního mezního kmitočtu až na 30 MHz, což bylo již zhodnoceno v článku Rozšiřování pásma u přípojky VDSL.

Uvedené vlastnosti se projeví na přenosové rychlosti tak, jak uvádějí následující grafy vypočtených přenosových rychlostí pro směr sestupný (DS – downstream) a vzestupný (US – upstream) pro kmitočtový plán A. V prvém případě byla uvažována pouze jediná přípojka v místním kabelu čtyřkové konstrukce s průměrem měděného jádra 0,4 mm s rušením bílým šumem AWGN s hustotou -140 dBm/Hz.

Obr. 1 Porovnání rychlostí v sestupném směru pro ADSL2 (tenká čára), ADSL2+ (tečkovaně), VDSL (0,9 až 12 MHz - čárkovaně) a VDSL2 (do 30 MHz - tlustá čára) pro jedinou přípojku v kabelu

Obr. 2 Porovnání rychlostí ve vzestupném směru pro ADSL, VDSL (0,9 až 12 MHz) a VDSL2 (do 30 MHz) pro jedinou přípojku v kabelu

Další dva grafy porovnávají přenosové rychlosti pro 20% obsazení kabelu a vzájemné rušení přípojek přeslechy na vzdáleném konci (FEXT). Je zřejmý značný úbytek propustnosti, což lze ovšem v budoucnu kompenzovat potlačováním přeslechů a přenosem pomocí vektorizace signálu (vectored DMT). V takovém případě se lze pro všechny souběžně provozované přípojky přiblížit rychlostem z obr. 1 a 2, pokud ovšem v kabelu nejsou provozovány ještě další přípojky bez kompenzace přeslechů.

Obr. 3 Porovnání rychlostí v sestupném směru pro ADSL2, ADSL2+, VDSL (0,9 až 12 MHz) a VDSL2 (do 30 MHz) pro 20 % obsazení kabelu

Obr. 4 Porovnání rychlostí ve vzestupném směru pro ADSL2, VDSL (0,9 až 12 MHz) a VDSL2 (do 30 MHz) pro 20 % obsazení  kabelu

Další významné změny oproti původní specifikaci VDSL přebírá VDSL2 rovněž z ADSL2. Jde zejména o mřížkové kódování (TC - Trellis Code) a schopnost v přijímači opravovat jednotlivé chyby. Oprava chyb pomocí RS kódu a prokládání je samozřejmá pro všechny uváděné typy přípojek. Podobně jako u ADSL2 lze měnit přenosovou rychlost za provozu (SRA Seamless Rate Adaptation) a řídit vysílací výkon pro redukci přeslechů do okolních párů (sleep mode).

Závěr a další perspektivy

Výhodou VDSL2 díky použité modulaci DMT se stejnou roztečí subkanálů (jen u varianty do plného kmitočtu 30 MHz se rozteč zdvojnásobuje) je kompatibilita s ADSL2 a potenciální možnost požít stejné čipové sady a modemy pro oba typy přípojek. To by umožnilo snadný upgrade na VDSL2. Je zřejmé, že teoreticky lze dosáhnout u VDSL2 přenosové rychlosti až 200 Mbit/s na velmi krátké vzdálenosti. V praxi však bývá na jednom kabelu instalováno větší množství digitálních systémů mezi nimiž působí vzájemné přeslechy nárůst šumu a tím pokles propustnosti. Přiblížení hranici 100 Mbit/s na vzdálenost 0,5 km bude možné pomocí modulace DMT s vektorizací signálu pro kompenzaci přeslechu na vzdáleném konci (viz též připravovaný článek). Vedle toho lze na základě nových doporučení ITU-T [6 až 8] zvyšovat propustnost použitím více souběžných vedení (tzv. inverzní multiplex), na které se celkový datový tok rozloží buď na vrstvě ATM buněk nebo Ethernet rámců.

Tento příspěvek vznikl za podpory GAČR v rámci projektu 102/03/0434 „Omezující faktory při širokopásmovém přenosu signálu po metalických párech a vzájemná koexistence s dalšími systémy“.

Literatura

[1] VODRÁŽKA, J.: Přenosové systémy v přístupové síti. Vydavatelství ČVUT. Praha 2003.
[2] BINGHAM, J. A.: ADSL, VDSL and multicarrier modulation. John Wiley and Sons. New York 2000.
[3] Doporučení ITU-T G.993.1 Very-high-speed Digital Subscriber Line (VDSL) transcievers.
[4] Doporučení ITU-T G.993.2 Very-high-speed Digital Subscriber Line (VDSL2) transcievers.
[5] Technical Specification ETSI TS 101 270-2 V1.1.1: Very high speed Digital Subscriber Line (VDSL); Part 2: Transceiver specification. 2003.
[6] Doporučení G.998.1 - ATM-based multi-pair bonding.
[7] Doporučení G.998.2 - Ethernet-based multi-pair bonding.
[8] Doporučení G.998.3 - Multi-pair bonding using time-division inverse multiplexing.