Kodowanie sygnału w skrętce miedzianej

Prędkość przesyłanego sygnału w metodzie ADSL jest uzależniona w dużej mierze od stosowanej metody kodowania. Zarówno CAP, jak i DMT pozwalają uzyskać dużą przepustowość. Wykorzystują one jednak inne metody przetwarzania sygnału. Czym różnią się od siebie  te metody i która z nich zapewnia najlepsze wyniki?

Dlaczego kodowanie sygnału w skrętce miedzianej jest tak ważne?

Wybór odpowiedniej metody kodowania sygnału cyfrowego jest istotny dla uzyskania wysokiej przepustowości łącza. Przykładowo kodowane 2B1Q, które było stosowane w sieci HDSL, zapewnia przepustowość na poziomie 2 Mb/s, zakładając skuteczność widmową 2b/s*Hz. Do efektywnych metod kodowania cyfrowego zalicza się QAM, a także CAP i DMT, po które sięga się w przypadku asymetrycznej sieci ADSL. Pozwalają one na osiągnięcie wyższej przepustowości bez konieczności zwiększenia szerokości pasma częstotliwości powyżej 1 MHz, co mogłoby wywołać wiele problemów technicznych.

Asymetryczna transmisja z kodowaniem CAP

CAP, czyli Carrierless Amplitude and Phase, jest metodą kodowania cyfrowego, którego zadaniem jest nie tylko modulacja, ale również konwersja sygnału poprzez zmniejszenie wymagań pasma do poziomu, jaki jest potrzebny do transmisji danych o odpowiedniej prędkości. Wspomaga to asymetryczny przekaz sygnału sieci ADSL. Kodowanie CAP charakteryzuje się  dwoma pasami częstotliwości. Wynoszą one około 1,1 MHz dla usług cyfrowych oraz 3,1 kHz dla transmisji analogowej.

Rozdzielenie sygnału na dwa osobne pasma umożliwiło korzystanie z szerokopasmowych usług cyfrowych niezależnie od telefonii. Sieć ADSL przewyższyła pod tym względem ISDN, gdzie przekaz był realizowany na jednej linii telefonicznej bez rozgraniczenia na dwie niezależne usługi.

Widmo kanału transmisyjnego CAP

Kodowanie CAP charakteryzuje się dwoma pasmami, które nie nachodzą na siebie. Jedno z nich jest skierowane do użytkownika, a drugie w przeciwną stronę, uwzględniając asymetryczną transmisję sygnału. Widmo kanału transmisyjnego CAP wyróżnia się jednak pod względem kodowania oraz odwzorowywania danych.

Wykorzystując metodę CAP, kodowanie następuje za pomocą dwóch ortogonalnych ciągów nośnych. Następnie otrzymuje się zespoły bitów danych o różnych pojemnościach, które są wyznaczone przez potęgę liczby 2 przy dwuwymiarowej macierzy.

Kodowanie CAP 64.

Do kodowania sygnału w asymetrycznej cyfrowej linii abonenckiej wykorzystuje się najczęściej metodę CAP 64., która powstała w laboratorium AT&T. Kod zawiera osiem symboli, co odpowiada macierzom o pojemności 64 różnych znaków. Każdy z nich jest unikalną parą ortogonalną i odpowiada sześciu bitów sygnału, który jest następnie skramblowany, czyli ulega równomiernemu rozmieszczeniu, aby układać się na każdym z punktów macierzy. Tym sposobem układ jest w stanie działać poprawnie.

W kodowaniu CAP 64. ważne jest również użycie adaptacyjnego filtru korekcyjnego, który będzie podążał za zmianami położenia punktów w konstelacji po stronie odbiorczej. Jest to zabezpieczenie na wypadek nieprawidłowości i niejednorodności. Mogą one nastąpić na skutek warunków zewnętrznych, takich jak zmiana temperatura czy też nieciągłość impedancji i różne odległości pomiędzy złączami.

Kodowanie RADSL

Warto wymienić jeszcze jedną metodę kodowania, jaką używa się w przypadku asymetrycznej cyfrowej linii abonenckie – Rate Adaptive DSL, czyli RADSL. Jest ona używana zwłaszcza w metodach szerokopasmowych. Dzięki programowym metodom pozwala ona na osiągnięcie jeszcze lepszych wyników pod względem prędkości transmisji i wykorzystania przepustowości kanałów.

Metoda kodowania RADSL pozwala osiągnąć szybkość połączenia do użytkownika na poziomie od 680 kb/s do 7,615 Mb/s. Z kolei prędkość transmisji w drugą stronę może ona wynosić od 136 kb.s do 1,088 Mb/s. To wszystko jest możliwe dzięki liczbie bitów, która przypadają na zakodowany sygnał i zmiennej prędkości modulacji symboli. Dostrojenie szybkości następuje co 320 kb/s aż do osiągnięcia optymalnej wartości.

Kodowanie wieloczęstotliwościowe DMT

Metoda kodowania DMT, czyli Discrete Multitone Technology, jest nowszym sposobem, wykorzystywanym w sieci ADSL. DMT jest techniką kodowania wieloczęstotliwościowego. Dzieli ona spektrum emisyjne aż na 256 kanałów, które mają szerokość 4,31 kHz, co nie jest stosowane w przypadku kodowania metodą CAP.

Dzielenie spektrum emisyjnego powoduje, że modem ADSL zachowuje się jak kilkanaście urządzeń jednocześnie. W każdym z tych kanałów częstotliwość nośna jest inna. Występuje jednak jeden stały kanał – 64 na pasmie 276 kHz. Jest to częstotliwość pilotująca o stałych bitach o wartości 0, generowanych bezpośrednio przez operatora. Dzięki częstotliwości pilotującej modem ADSL u użytkownika może dobrać odpowiednie pasmo próbkowania. W metodzie DMT bity są kodowane tak jak w CAP.  Jednakże w przeciwieństwie do CAP, bity pozostają oddzielne od podnośnych dzięki inwersji FFT. Jest ona odpowiedzialna za synergię modulacji w przedziale czasu oraz modulację w przedziale częstotliwości.

Transmisja danych przebiega z przyporządkowanie maksymalnie do 16 bitów na każdy podkanał. Ich liczba może być jednak zmienna w zależności od warunków zewnętrznych. Na kodowanie ma bowiem wpływ długość sieci, zakłócenia inferencyjne, tłumienie, szum tła, nieciągłość impedancji oraz inne zakłócenia. Wykorzystując technikę kodowania DMT, należy mieć na uwadze także, że istnieje konieczność użycia układów usuwania echa po każdej ze stron sieci oraz implementacji kodów korekcyjnych klasy FEC i Reeda Solomona z kodowaniem splotowym. Powoduje to zwiększenie wiarygodności przesyłanych danych.

Różnica między kodowaniem DMT a CAP

Zarówno kodowanie DMT, jak i CAP są wykorzystywane w przypadku asymetrycznej sieci ADSL. Jednakże to CAP jest najstarszą metodą, która pojawiała się już w wąskopasmowych modemach o przepustowości około 56 kb/s. Jej procedury, zwłaszcza w przypadku typu RADSL, pozwalają na osiągnięcie wysokiej prędkości danych. Charakteryzują się one również wyższą skutecznością, co wynika z wielu lat doświadczenia i wprowadzania przez ten czas ulepszeń i podnoszenia wydajności kodowej modemów. Nie bez znaczenia jest także instalacja procesorów DSP, odpowiadających za zwiększenie tempa przetwarzania.

Technika DMT powstała kilka lat później i od razu trafiła do komercyjnych rozwiązań na rynku amerykańskim. Wymaga ona większej mocy obliczeniowej oraz mocy pobieranej i traconej, co jest efektem korekcji FEC, adaptacji przepustowości, jak i funkcji usuwania echa. Z drugiej strony kodowanie DMT nie wymaga korekcji charakterystyki widmowej, co ma miejsce przy metodzie CAP. Zaletą tej techniki jest z całą pewnością szybkość połączenia, która zwiększa się przy lepszych warunkach zewnętrznych. Kodowanie DMT pozwala również uniknąć interferencji EMI, jakie następują przy zakłóconych podkanałach. Jest to korzystne zwłaszcza dla dynamicznej rekonfiguracji transmitowanych bitów.

W Europie, w tym także w Polsce, ADSL przez wiele lat pozostawało w cieniu analogowej sieci ISDN. Dopiero z czasem zainteresowanie szerokopasmowym internetem wzrosło. Wybór metody kodowania nie należał jednak do wyboru przez użytkownika, który zwracał uwagę przede wszystkim na cenę oraz dostępność. Niewątpliwie jednak zastosowanie odpowiedniej techniki pozwalało osiągnąć szybsze i stabilniejsze łącze.