3.8. ábra Az ADSL alapötlete, a telefonvonalon kétirányú adatátvitel is zajlik
A központ és az előfizető közötti távolság maximálisan 5 km lehet. Ennek oka, hogy az átviteli útnak csillapítása van és nincs mód a jelregenerálásra. A jel amplitúdójának növelésével viszont áthallást okoznánk. Az ADSL rendszer felépítését az ANSI T1E1.4/94-007 szabványa tartalmazza. Ez a szabvány a távközlési hálózat és a felhasználó közti interfész villamos paramétereit és az együttműködéshez szükséges protokollokat tartalmazza. Az ADSL hivatkozási modelljéből látszik, hogy egy érpáron lehet egy időben egy hagyományos alapsávi szolgálatot (telefon, fax, ISDN alaphozzáférés) ill. egy interaktív, On-line videó szolgálatot igénybe venni. Mindez annak köszönhető, hogy az ADSL rendszerek frekvenciatranszponált spektrumképpel (3.9. ábra) rendelkező kódolási eljárásokat használnak, ezzel (frekvenciában történő szeparálás) érik el a meglévő szolgálatokkal való zavarmentes egyidejű együttműködést.
Az ADSL rendszer felépítése
Az előfizetői vonalon az (3.9. ábra) szerint frekvenciában külön választva viszik át a hagyományos PSTN/ISDN jeleket és a számítógép adatait. Ehhez a vonal mindkét végén egy frekvenciasáv szétválasztó, ún. splitter eszközre van szükség. A szétválasztás frekvenciája (a splitter típusa) attól függ, hogy hagyományos telefon vagy ISDN szolgáltatást nyújtanak az előfizetőnek. Ennek alkalmazásával a két különböző típusú szolgálat (ISDN vagy POTS/ADSL kapcsolat) egyidejű rendelkezésre állása és igény esetén a folyamatos, nagysebességű adatkapcsolat megléte biztosítható (3.10. ábra).
3.9. ábra Az ADSL rendszer spektrumképe
3.10. ábra ADSL vonal elvi felépítése
3.11. ábra Az ADSL rendszertechnikai felépítése
Az ADSL rendszertechnikai felépítése a 3.11. ábrán látható. A rendszer minden esetben egy modem párból tevődik össze, ahol az egyik modem az előfizetőnél, míg a másik a helyi központban található.
A modemhez egyrészt az előfizető a számítógépét csatlakoztathatja hozzá egy hagyományos soros, Ethernet, vagy ATM porton keresztül, míg másrészről a modem egy analóg vagy ISDN csatlakozást is biztosít a felhasználó számára.
Az alapsávi szolgálatok egyidejű biztosításához az xDSL rendszerek mindkét végén jelen kell lenni az alapsávi jelet leválasztó szűrőnek. Ezek a szűrők lehetnek passzív és aktív szűrők a bennük található villamos elemek milyenségének függvényében. Az aktív szűrőt aktív villamos elemek valósítják meg. Ennek előnye, hogy a szűrő karakterisztikája egyszerű programozással változtatható. A passzív villamos elemekből felépített passzív szűrő előállítási költsége azonban lényegesen alacsonyabb, mint az aktív szűrőé, ráadásul külső áramforrás nélkül is üzemel. Ezek a speciális szűrők lehetnek az ADSL modem beépített részei, de különálló egységeket is alkothatnak. Korábban beépített leválasztó szűrőket alkalmaztak elterjedten, de ez jelentősen megnövelte egy későbbi átállás költségét, ezért inkább a különálló „splitter”-ek használat a terjedt el.
A splitterhez csatlakoznak:
- az ADSL modemek (ezek felelnek a kétirányú gyors adatátvitelért),
- a távbeszélő/ISDN szolgáltatás nyújtásához szükséges telefonközpont / távbeszélő készülék.
Az előfizetőknél lévő ADSL modemek (ADSL NT) jeleit egy ún. DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer / digitális előfizetői hozzáférés koncentrátor) berendezés koncentrálja. A DSLAM-ek elhelyezése ott lehetséges, ahol SDH szintű vagy tiszta fényvezetős kapcsolat (ATM gerinchálózat) található. Ez jelenleg a szekunder és primer központokban, valamint minden budapesti főközpontban biztosítható. Primer központnál alacsonyabb szintű csomópontokban ma még csak elvétve van SDH elérés, és gyors fejlődés ezen a téren nem várható. Az előfizető oldali ADSL modemhez számítógépet (vagy speciális kiegészítővel ellátott televíziót) lehet csatlakoztatni hagyományos 10 Mbit/s-os Ethernet, vagy 25,6 Mbit/s-os ATM porton keresztül. Az előfizető felől jövő, illetve felé menő adatok a szélessávú hálózaton keresztül továbbítódnak. Ezek az adatok hordozzák a speciális szolgáltatások jeleit (gyors Internet elérés, vállalati hálózat kihosszabbítás, otthoni interaktív videózás, stb.).
A lakossági előfizetői alkalmazásoknál a POTS kapcsolat fenntartása feltétlenül szükséges, ezért jelenleg a splitterek alkalmazása elkerülhetetlen. Azonban várhatóan a jövőbeli nagy előfizetőknél, ahová több rézérpár van már bekötve, valószínűleg az esetek többségében külön érpár biztosítható ADSL-re, ezért a splitterek használata már nem lesz szükséges. Mivel az ADSL rendszer a felhasználó és a hálózat között haladó információt ATM cellákban viszi át, a szélessávú hálózat egy ATM kapcsolókból felépülő ATM hálózatot jelent.
3.12. ábra Részletes ADSL rendszertechnika
Az előfizető telephelyén az ADSL rendszerhez tartozó eszközök és az előfizető saját készülékei vannak:
- Splitter - az előfizetői érpárra kapcsolódik, feladata a kis frekvenciájú telefon (vagy ISDN) jelek, és a nagyobb frekvenciasávban működő ADSL jelek szétválasztása (a központ oldalon is található ilyen funkciójú eszköz).
- ADSL NT - az előfizetői nagysebességű interfészek (10 Mbit Ethernet, 25,6 Mbit ATM) biztosítására szolgáló eszköz, mely felelős a vonali ADSL átvitel biztosításáért.
- PC - az előfizető saját számítógépe, vagy számítógép hálózata (router, HUB közbeiktatása is szükséges lehet). Az eszközön megfelelő kommunikációs program szükséges, a hívás és bejelentkezés speciális módon az un. SSG-hez történik.
- TV - speciális kiegészítővel (Set Top Box) együtt Video-On-Demand szolgáltatás igénybe vételére használható televízió készülék.
Az előfizetőt kiszolgáló helyi ADSL csomópontban található eszközök:
- Telefonközpont - ez biztosítja a hagyományos PSTN/ISDN alapszolgáltatást. A jelek a splitteren keresztül jutnak ki az előfizetői vonalra.
- DSLAM - ADSL előfizetői vonal kiszolgáló egység, mely az ATM hálózat felé koncentrálja az ADSL vonalak felől érkező forgalmat. A rack rendszerű berendezésnek kisebb moduljai vagy kihelyezett fokozatai is lehetnek (Mini-DSLAM).
- ADSL LTU - az ADSL vonal központ oldali modemje, mely általában rack-be helyezhető kártyát jelent (egy kártyával több előfizetőt is ki lehet szolgálni).
- ATM MUX - Az előfizetőktől érkező fogalmat multiplexálja az ATM hálózatba menő SDH vonalra. Ehhez a VPI/VCI paramétereket használja fel.
- Menedzsment - az egyes hálózati elemek felügyelete két módon is megoldható: helyi terminál segítségével, illetve az ATM hálózat felől az un. SNMP protokollal. A helyi terminál aszinkron soros porton lehetővé teszi az üzembe helyezési beállítások elvégzését. Az ATM felől történő konfigurálás magasabb szintű beállításokat tesz lehetővé.
Az ATM hálózat részei és a kapcsolódó szélessávú szolgáltatók:
- ATM gerinc hálózat – a DSLAM-ek által koncentrált forgalmat irányítják az SSG-be. Ehhez az adott útvonalon a VP kapcsolást használják.
- SSG = Service Selection Gateway – szolgáltatás választó átjáró, mely az előfizetőktől érkező ATM jeleket fogadja és továbbítja a kiválasztott szolgáltató irányába. Az SSG-be kell „behívni” (névvel, jelszóval) és itt kell megadni a kívánt szolgáltatást, illetve megcélozni a kívánt távoli hálózatot.
- Internet szolgáltató – nagysebességű Internet elérést biztosít, oly módon, hogy az ATM hálózaton keresztül fogadja a felhasználók kéréseit, illetve továbbítja számukra a kért adatokat. A szolgáltatók eléréséhez az SSG-ben ellenőrzik a jogosultságot.
- Vállalati hálózat – belső vállalati magánhálózat (Intranet), melyet szintén jogosultság ellenőrzés után érhetnek el a vállalat munkatársai. Otthoni munkavégzésre, nagysebességű kommunikációra, videó jel átvitelre is felhasználható.
- Video On Demand – igény szerinti videózást lehetővé tevő szerver számítógép. Nagy méretű, gyors háttértárolóval rendelkezik. Feladata, hogy a felhasználók által kért videó filmet továbbítsák az ATM-ADSL vonalon keresztül.
Az ADSL vonal átviteli módszere
Az ADSL rendszerekben jelenleg háromféle modulációs eljárást használnak. A modemes világból jól ismert QAM modulációt, az AT&T Paradey’s és BellCore által közösen kifejlesztett CAP (Carrierless AM/PM- vivőnélküli AM/PM moduláció) és az Amati Corporation ún. DMT (Discret Multitone - diszkrét többvivős moduláció) modulációját Az ADSL technológiának lelke a sávszélesség csökkentő modulációs eljárások. Mind a CAP, mind pedig a DMT közös jellemzője, hogy frekvencia- transzponált spektrumképpel rendelkeznek, mely számos előnnyel jár.
- Egy rézérpárt használ az átvitelhez.
- Nagy távolság hidalható át a segítségükkel.
- Az ADSL a meglévő szolgálatoktól frekvenciában különül el, ezáltal biztosítja a zavarmentes egyidejű működésüket.
- A spektrum-elhelyezkedésük miatt a kisfrekvenciás zavarokkal szemben fokozottabban védettek, mint az alapsávi rendszerek. Így ellenállóbbak a kábel kisfrekvenciás torzításával, valamint a környezetből származó impulzuszajjal szemben.
- A modulációs eljárások flexibilisek, azaz spektrumképük az adott előfizetői vonalhoz optimalizálhatók.
CAP kódolási eljárás:
A CAP és a QAM modulációs eljárások elviekben nem, csak megvalósításukban különböznek egymástól. CAP kódolás során az átviendő információt két, egymástól független adatfolyammá választják szét, majd két azonos frekvenciájú, de eltérő fázisú vivőt modulálnak meg velük és ezek összegét viszik át a sodrott rézérpáron. A CAP kódolási eljárás az AT&T Paradyne által kifejlesztett olyan QAM rendszer, ahol a vivő nincs jelen, és a csatornák szétválasztását digitális szűrőkkel valósítják meg. Lefelé irányban a 136, 340, 680, 952, 1088 kbaud sebességet használja, míg felfelé a 85 és 136 kbaud sebességet. Ezekkel a vonali sebességekkel 7,168 Mbit/s szimplex csatornasebességet lehet elérni lefelé, míg felfelé a 272…1088 kbit/s duplex csatornasebességet.
A CAP kódolás alkalmazásánál a modulátorba beérkező bináris jelfolyamból két alapcsatornát képeznek, majd ezeket külön-külön bitblokkokra tördelik és minden egyes bitblokkhoz egy-egy számot rendelnek hozzá. A számokból szám párokat képeznek, melyek a komplex számsík egy-egy pontját jelentik. Mivel mindkét sorozat n különböző értéket vehet fel, összesen m=2n (n=4 esetén 16) különböző pont kombináció fordulhat elő. Az m különböző pontot megjelenítő CAP rendszert m-CAP-nak hívják. A lehetséges diszkrét értékeknek a komplex számsíkon való megjelenítését jelkonstellációnak nevezik. Kódolatlan leképzés esetén a leképzésre kerülő n bit közül két bitet a komplex számsík térnegyedének az azonosítására használják, míg a maradék bitek a negyeden belüli lehetséges szimbólum egyikének a kijelölésére szolgálnak. Az ily módon előállt jel konstellációit Gray-kódolásnak hívják, mivel egy konstellációs pont közvetlen szomszédjaitól pontosan 1 bitben térnek el. Elméletileg azonos környezeti körülményeket feltételezve a CAP egyvivős rendszer és a DMT többvivős rendszer teljesítőképessége azonos, azonban a valóságban az egyedi vivőt használó rendszer nem éri el az optimális teljesítményt, szemben a DMT-vel. A DMT kódolás megvalósítása meglehetősen bonyolult, ezért is nem veszített a népszerűségéből a „kisebb képességű”, de lényegesen egyszerűbb kialakítású CAP kódolási rendszer. Ezért folyamatban van a DMT kód mellett a CAP kód szabványba vétele is.
A DMT vonali kódolás:
A DMT egy olyan rendszer, amely több különálló vivőt alkalmaz. A DMT rendszer 256 vivőt, és vivőnként 4 kHz sávszélességű egyedi csatornát alkalmaz.
(Az átvitelre használt frekvenciasávot több, egymás utáni kis sávszélességű csatornára osztjuk (4 kHz), és azokban külön-külön, egymástól függetlenül viszünk át hasznos információt.) A rendszer az átvitel során figyelembe veszi a vonalon rendelkezésre álló sávszélességet, meghatározza a vonal átviteli karakterisztikáját, csillapításmenetét, majd ennek függvényében meghatározza és kiosztja az egyes alcsatornák között a csatornánként átvihető adatbitek számát (0-15 bit). Ennek a műveletnek bitkiosztás a neve. Így érhető el, hogy mindig a legnagyobb kapacitás álljon a felhasználó rendelkezésére.
3.13. ábra DMT moduláció, adaptív csatorna kihasználással
A modemek tehát egyenként állítják be a csatornánként elérhető átviteli sebességet. Ehhez igazodva QAM-modulációval különböző számú bitet visznek át. A megoldás nagy előnye, hogy nagymértékben képes alkalmazkodni az átviteli közeg paramétereihez és ezáltal képes a teljesítménysűrűség-spektrumot, a zavaró forrásoktól elkülöníteni. Az egyes csatornákban tehát külön-külön QAM-modulációval viszik át az egyes biteket. Ez a moduláció a jelek amplitúdójának és fázisának változtatását végzi. Ennek módja egy kétdimenziós ábrázolással adható meg szemléletesen: egy adott bitsorozat (pl. 4 egymás utáni bit) hatására előálló jel lehetséges amplitúdó és fázis helyzete látható a 3.14. ábrán. Az elnevezés, a jelek előállítására utal, a különböző állapotokat két, egymással 90 fok fázistolásban (kvadratúrában) lévő és megfelelően megválasztott amplitúdójú vivőfrekvenciás jel összeadásával állítják elő. (4 bitenként egy-egy fázis és amplitúdó értéket rendelnek hozzá.)
3.14. ábra 16-QAM moduláció 4 bit, 16 lehetséges jel
A 3.15. ábrán látható, hogy az egyes adatátvitelre használt csatornák és a bennük átvitt adatok milyen módon töltik ki a rendelkezésre álló frekvenciasávot. Az is látható, hogy PSTN távbeszélő szolgáltatás esetén 26 kHz fölött kezdődik az ADSL spektrum (ISDN-nél ez az érték 130 kHz), és 1,1 MHz-ig tart.
ADSL alkalmazási területek
Gyors Internet hozzáférés:
Az Internet sokáig azt jelentette Magyarországon, hogy szakmai felhasználók angol nyelvű dokumentumokat érhettek el, főleg amerikai helyekről, valamint nemzetközi levelezést folytathattak, a mai mércével mérve rendkívül lassú vonalakon. Ez a használati mód – bár még mindig jelentős – visszaszorulóban van. Rendkívüli módon megnőtt a magyar nyelvű tartalom, az Internet lassan médiává kezd válni, ami azt eredményezi, hogy tömegesen jelennek meg az új, nem kimondottan szakmai felhasználók. A magyarországi Internet forgalom kb. fele ma az országon belül marad, és az irány az, hogy a drága nemzetközi forgalom relatíve tovább csökken. A forgalom növekedését jól példázza, hogy a magyarországi Internet szolgáltatók forgalomkicserélő pontján nemrégiben engedélyezték a 100 Mbit/s-os full duplex Ethernet portok használatát, mert a korábbi 10 Mbit/s-os fél-duplex interfészek több szolgáltatónak szűk keresztmetszetet jelentettek.
Az ADSL szerepe ezek után nyilvánvaló. A nagysebességű Internet hozzáférés egyik megvalósítási lehetősége egyéni előfizetők, és kisebb cégek számára, mely versenyképes alternatívája a másik ma ismert és tömegesen alkalmazott lehetőség, a kábel TV felett nyújtott Internet szolgáltatásnak.
Távoli munkavégzés:
Távoli munkavégzés alatt értünk minden olyan tevékenységet, amikor egy távoli adatbázishoz a rendelkezésünkre álló távközlési infrastruktúrát és az arra épülő technikát felhasználva tudunk felcsatlakozni, onnét adatokat tudunk fogadni és adni. Ebbe a csoportba tartozik a tisztán vett állománytovábbítás, otthoni munkavégzés, virtuális magánhálózati alkalmazások stb. A meglévő távközlési hálózaton ez vagy rögzített módon, bérelt vonalas összeköttetéssel, vagy kapcsolat módon, analóg modem /ISDN behívással lehet megvalósítani. A bérelt vonalas kapcsolat fix sávszélességet biztosít 64 kbit/s…2 Mbit/s tartományban, míg az analóg modemmel maximum 33,6 szimmetrikus, és kb. 50/33,6 kbit/s aszimmetrikus átviteli sebesség érhető el. Ennél jóval megbízhatóbb és 64…128 kbit/s átviteli sebességet biztosít az ISDN.
Ez a sebesség már megfelelő arra, hogy távoli adatbázisokban keresgéljünk, és kivárható legyen, pl. 1 Mbyte információ letöltése. Ezeknek a berendezéseknek alternatívája lehet az ADSL, hiszen a nagyobb átviteli kapacitás miatt a letöltési idő jelentősen rövidül. A nagysebességű előfizetői hozzáférés a „teleházak” csatlakoztatásának is egy lehetséges alternatívája lehet. A teleházakban igénybevett távközlési szolgáltatások zöme IP alapon és az Interneten keresztül folyik, melyhez gyors hozzáférést biztosít az ADSL.
Video on Demand:
3.16. ábra ADSL alapú Video on Demand
A digitális videojel átvitel egy speciális fajtája az igény szerinti videó (VoD). Ebben az alkalmazásban a felhasználónak lehetősége van egy digitalizált videofilmeket tároló adatbázishoz csatlakozni, és megfelelő jogosultság esetén valós időben videofilmeket letölteni. Ahhoz, hogy a videó filmet valós időben meg tudjuk nézni, nagyon gyors, ugyanakkor alacsony adatvesztéssel rendelkező hálózatra van szükség. Mivel a szolgáltatás minden kliensének különböző adatfolyamot kell biztosítani és a megfelelő minőségű videofilm tömörített formában is legalább 1,5…4 Mbit/s sávszélesség-igényű, ezért a hálózattal szemben támasztott követelmény nagyon magas. Erre csak a nagysebességű Ethernet, FDDI, és ATM alkalmas az elosztási síkban, míg az előfizetői hozzáférésen a valósidejű letöltéshez szükséges átviteli kapacitást a kábelmodemes technika és az ADSL rendszer biztosítani tudja.
A VoD szolgáltatás másik sarokpontja a videó szerver / kliens megoldások. A szerver legfőbb eleme a videó adattár, mely egy nagykapacitású redundáns merevlemez-rendszer és a kiszolgálást megkönnyítő gyors adattár. Mivel a filmeket tömörítve továbbítják a hálózaton, ezért a vételi oldalon ki kell csomagolni és megjeleníteni a képernyőn. Ezt kétféleképpen lehet megoldani: hardveres és szoftveres segítséggel. Ezt a feladatot egy multimédia képességekkel felruházott PC, vagy célhardverként funkcionálva egy „Set-Top-Box” is elvégezheti.
Az RADSL átvitel
RADSL (Rate Adaptive Digital Subscriber Line - adaptív sebességű digitális előfizetői vonal): Az ADSL egyik hátránya, hogy a távolság növelésével az átvitel minősége romlik, s egy adott ponton túl - mely a távolságon kívül a csavart érpár minőségétől is függ - nem használható. Az átvitel sebességét csökkentve azonban a távolság tovább növelhető. Ezen a felismerésen alapszik a RADSL, mely a vonal minőségéhez és az áthidalandó távolsághoz automatikusan beállítja a legnagyobb, még megbízható átviteli sebességet. Mivel a csavart érpár átviteli tulajdonságai, pl. a hőmérséklettől, a páratartalomtól is függenek, de sokszor még elektromágneses zavarok is befolyásolják az átvitel minőségét, a dinamikus adaptivitásnak igen nagy szerepe van.
Az UDSL és ADSL lite megoldások
A telepítést gyorsítandó találták ki a PC és modemgyártók az UDSL (Universal ADSL, amit az ITU-ban „ADSL lite”-nak neveznek) csökkentett funkcionalitású megoldást, mely egyrészről alacsonyabb bitsebességen működik (de nagyobb távolságon), másrészről nem biztosítja az analóg telefon szolgálatot a vonalon, csak ADSL-t. Így a szűrőt meg lehet spórolni az átviteli út mindkét végén, ezért egyszerűsödik a telepítés is. Ez jó megoldásnak látszik a távközlésileg fejlett területeken, ahol egy háztartásban legalább két vonal van (pl. USA, Belgium), és az egyiket zökkenőmentesen át lehet alakítani fix ADSL kapcsolattá. A tradicionális európai szolgáltatók piaci pozíciójuk és a szabályozás miatt azonban nem tervezik rövidtávon az ADSL lite bevezetését. A telefonálási igény kielégítésére születtek olyan megoldások, hogy az ADSL modemmel párhuzamosan a vonalra rá lehet kötni egy vagy több telefont, de ilyenkor a telefonkészülék elé kell egy speciális szűrőt tenni. Ennek ellenére az ADSL lite-ot külön vonalra telepítik, és mellette nem szolgáltatnak telefont.
ADSL cégeknek, a BDSL
A BDSL (Broadband Digital Subscriber Line), nem más, mint ADSL technológiára épülő, üzleti célú internet hozzáférési szolgáltatás. A BDSL termékek komplex megoldások, a hozzáférés, illetve a helyi hálózatot kiszolgáló router mellett a webjelenlét legkorszerűbb eszközeit is magukban foglalják. A BDSL szolgáltatás megrendelése esetén telephelyére a hagyományos telefonvonali hozzáférésnél akár 26-szor gyorsabb ADSL kapcsolat kerül kiépítésre. A BDSL hozzáférés időben és adatforgalomban egyaránt korlátlan, így gyakorlatilag folyamatos Internet kapcsolatot biztosít, miközben a telefon- vagy faxvonal is szabadon használható. A BDSL az elektronikus levelezéséhez, webes megjelenéséhez a legkorszerűbb eszközöket biztosítja a saját domain név felhasználása mellett. A szolgáltatás állandó, online kapcsolatot jelent, időben és adatforgalomban egyaránt korlátlan internet hozzáférést biztosít. Helyi számítógépes hálózat is csatlakoztatható az internethez a BDSL hozzáférésen keresztül, router segítségével. Összefoglalva tehát, a BDSL olyan ADSL rendszer, szolgáltatás, amelyet kimondottan céges felhasználásra találtak ki. Mind asszimetriájában, mind pedig sebességeiben megegyezik az ADSL-el.
Példaként, az egyik legnagyobb hazai Internet szolgáltató BDSL hozzáférési sebességei:
Négy különböző sebességgel rendelhető meg:
- BDSL 384: 384/64 kbit/s
- BDSL 512: 512/128 kbit/s
- BDSL 768: 768/128 kbit/s
- BDSL 1500: 1500/384 kbit/s
