Autorem odborného článku je Jaroslav Hrstka, externí redaktor.

Koncept gigabitové digitální účastnické přípojky je poslední vývojovou variantou technologické rodiny xDSL.

Jedna se o koordinované vysílaní systémů VDSL2 po několika účastnických vedeních současně. Tímto způsobem je možně eliminovat přeslechové signály a omezit další typy rušeni a významně navýšit přenosové rychlosti. Článek pojednává o základech vektorování a analyzuje dostupné přenosové rychlosti na nejčastěji používaných kabelech v přístupové síti a poskytuje obecné cenové srovnání se zavaděním optické vlákna až k účastníkům.

Úvod

Technologie digitální účastnické přípojky (Digital Subscriber Line, DSL) se využívají ke zřízení vysokorychlostní přípojky po stejných kabelech přístupové sítě, jaké se dříve běžně používaly ke zřízení analogové telefonní přípojky. Systémy DSL využívají širší kmitočtové pásmo než je hovorové pásmo (tj. nad 4 kHz), takže může být dosahováno mnohem vyšších přenosových rychlostí, než u modemů v základním pásmu, kde je rychlost omezena maximálně na 56 kbit/s. Pro dosažení maximální výkonnosti jednotlivých systémů DSL hraje důležitou roli délka a kvalita účastnického vedení.

Při přenosu telekomunikačním kabelem působí mezi jednotlivými páry vzájemné vazby, takže energie širokopásmových signálů DSL přenášená po jednom páru je zčásti absorbována ostatními páry kabelu. Tato energie se pak projevuje jako rušení přeslechem, což je jeden z hlavních typů rušení, které ovlivňují dosah a výkonnost systémů DSL. Různé systémy DSL, které jsou nasazovány do přístupové sítě, využívají různá kmitočtová pásma. V závislosti na spektrální výkonové hustotě signálu a využívaném kmitočtovém pásmu, jsou nebo nejsou různé typy systémů DSL vzájemně kompatibilní. Vliv přeslechu, který má jeden systém DSL na druhý, definuje jejich spektrální kompatibilitu.

Technologie DSL se komerčně využívají již téměř 25 let, zpočátku se jednalo o základní přípojku ISDN, později o primární přípojku ISDN a digitální trakty 1,5 nebo 2 Mb/s v podobě HDSL a od konce 90. let minulého století konečně přístup k internetu realizovaný prostřednictvím ADSL, SHDSL a VDSL. Na obr. 1 znázorněn vývoj zavádění jednotlivých technologií DSL společně s maximálními přenosovými rychlostmi.

VDSL2 je klíčovou technologií pro zavádění služeb triple play do telekomunikačních přístupových sítí, kde se využívají kabely s kroucenými páry. Širší kmitočtové pásmo VDSL2 nabízí vysokorychlostní kanál s dostatečnou kapacitou pro aplikace obrazových služeb prostřednictvím IP (IPTV). Nicméně u kabelů s kroucenými páry roste vložný útlum i úrovně přeslechových signálů (NEXT i FEXT) společně s kmitočtem, což výrazně limituje dosah, při kterém lze systémy VDSL2 spolehlivě a efektivně provozovat. Hlavnímu problému, kterému čelí poskytovatele služeb využívající technologii VDSL2 pro poskytování kvalitních služeb triple play je, že dosah přípojky je limitován vložným útlumem, přeslechy a šumy. Obecně platí čím vyšší kmitočtové pásmo je využíváno, tím je nižší dosah přípojky VDSL2.

Gigabitová DSL (GDSL) představuje pravděpodobně poslední vývojový krok technologií DSL. Nejedná se o nic úplně nového, jen novou aplikaci toho starého, která maximalizuje přenosové možnosti VDSL2. Jde o sdružení několika účastnických vedení (bonding), po kterých jsou realizování přípojky VDSL2 do jednoho skupinového systému, podobně jako v případě SHDSL, kde lze sdružit až čtyři systémy SHDSL (G.991.2). U systémů VDSL2, kde se využívá vektorování, o sobě na rozdíl od prostého sdružení samostatných přípojek DSL jednotlivé systémy vzájemně „vědí“, takže na přijímací straně lze v podstatě úplně eliminovat rušení přeslechem generované jednotlivými vysílači skupinového transceiveru VDSL2.

Základy vektorování

Klíčem k odstranění omezení DSL vlivem přeslechů je vektorování, tj. koordinované vysílání toků směrem k účastníkům ve vektorech vysílaných signálů, přičemž současně se koordinuje příjem toků od účastníků ve vektorech účastníky vysílaných signálů. Existují různé formy vektorování, které lze využít jak ve sdílené i nesdílené přístupové sítí.

Termín vektor je použit proto, že na jednotlivá napětí fyzické vrstvy DSL lze pohlížet jako na koordinovaný soubor nebo vektor napětí. Tento vektor koordinovaných signálů pro několik přípojek nahrazuje při analýze a zpracování digitálního signálu jednotlivé uživatelské skalární napětí. Skupina neboli vektor je zpracováván společným zařízením pro zpracování signálu pro přenos směrem k účastníkům i pro přenos směrem od účastníků, což umožňuje velmi efektivní potlačení rušení přeslechem. Vektorování může rovněž napomoci snížit vliv dalších druhů rušení, které se netýkají přeslechů.

Obr. 2 ukazuje zjednodušené schéma vektorového přijímače pro dvě telefonní přípojky a tedy dvourozměrný vektor, jeden používaný DSL a druhý pro možný přenos, který nepatří k DSL. Každá jednotka transceiverů VDSL2 (VDSL2 Transceiver Unit, VTU) obsahuje vysílač a přijímač VDSL2, ale jednotky VTU-Os jsou realizovány v rámci jednoho zařízení a jejich zpracování může být tedy fyzicky koordinováno. Rádiový a impulzní šum ze společného zdroje zasahuje obě přípojky. Pokud není účastník 2 aktivní, může vektorový přijímač na straně ústředny tento šum jednoduše odvodit a efektivně ho odečíst z celkového signálu. I s aktivním účastníkem 2 mohou být signály DSL na přípojce 2 poškozené rádiovým šumem detekovány a rekonstruovány. Tento signál je potom rozdílem mezi zpožděným signálem na výstupu přípojky a rekonstruovaným signálem. Rádiový šum přípojky 1 pak může být potlačen filtrováním předpokládaného šumu přípojky 2 a odečtením tohoto filtrovaného šumu od výstupu přípojky 1, což se někdy nazývá prostorové potlačení šumu. Tento koncept je samozřejmě platný i pro více než dvě přípojky [1].

Obr. 2 ukazuje také signály přeslechu na blízkém konci (NEXT) a na vzdáleném konci (FEXT). Protože společný vektorový vysílač zná oba vysílané signály, může obsahovat blok pro zpracování signálu, který v plně vektorované vícepárové přípojce zkombinuje signály NEXT směrem od účastníka a odstraní je. Signály FEXT směrem od účastníka mohou být eliminovány podobným způsobem jako rekonstrukce rádiového a impulzního rušení a po detekování první přípojky odstraní FEXT v druhé přípojce.

Vektorování poskytuje způsob jak eliminovat šumy jako je přeslech, rádiové rušení a impulzní šum. Přenos po metalických vedeních téměř bez vlivu šumu bude umožňovat velmi vysoké přenosové rychlosti, v praxi limitované pouze obvody analogového přijímače a metodou konverze analog-digital a nikoliv rušením přeslechem, čímž se otevírá potenciál gigabitových přenosů.

Sdružený kanál MIMO

Pro praktické vícepárové DSL systémy může přenosová funkce kanálu MIMO být zapsána jako:

Y = HX + N.     (1)

Y je sloupcový vektor výstupů, jehož komponenty jsou výstupy jednotlivých účastnických vedení a X je sloupcový vektor vstupů. H je přenosová matice kanálu MIMO získaná z přenosových funkcí vedení nebo přeslechů, která je v zásadě konstantní nebo mění se pomalu v závislosti na teplotě. N je nepřeslechový šum, který zahrnuje teplotní šum, rádiové rušení a někdy impulzní šum. Rovnice (1) reprezentuje systém s vektorovou modulací DMT, neboť modulace DMT je standardizována pro většinu systémů DSL. Kromě toho synchronizace hodin a symbolová synchronizace je dosahována tím, co je známé jako „digitální duplex“ [2]. V tomto případě je rovnice (1) nezávislá pro každou nosnou (dílčí kanál) systému DMT. Index nosných není kvůli zjednodušení zápisu použit, ale předpokládá se. Přeslech je zahrnut v rámci matice H, takže např. pro čtyři přípojky má každá nosná přidělenu matici H, která modeluje přeslech na této nosné mezi jednotlivými přípojkami. Díky společným symbolovým hodinám lze rušení a přeslech mezi nosnými na různých kmitočtech zanedbat.

Model sdruženého kanálu MIMO [3] poskytuje metodu pro výpočet matice H z fyzických parametrů systému při různých podmínkách, tj. různé vysílací úrovně, impedance, délky vedení, nepřizpůsobení a kroucení párů. Model zachází s kabelem jako s kaskádou segmentů, přičemž každý segment lze popsat časově invariantními rovnicemi přípojky:

–dU/dz = (R + jωL) I,
–dI/dz = (G+ jωC) U,   (2)

kde U a I jsou napěťové a proudové vektory, R, L, C a G jsou matice odporu, indukčnosti, kapacity a vodivosti. Díky kabelu s kroucenými páry a různým nepřizpůsobením geometrie kabelu jsou matice RLCG pozičně závislé a mohou být vypočítány pomocí základních metod. Rovnice pro výpočet přenosových vlastností vedení lze řešit analyticky pro každý segment (homogenní úsek vedení) a vztah mezi vstupem a výstupem pro celý kabel může být vypočítán se všemi uvažovanými segmenty. Pro získání matice přenosového kanálu pro celý systém, je třeba uvažovat vysílací úrovně a impedance. Obr. 3 ukazuje typickou konfiguraci v diferenčním módu pro čtyři páry kabelu, kde vstupní a výstupní impedance jsou jednotlivě aplikovány na každý pár.

V diferenčním módu lze definovat přenosovou funkci přípojky pro každá pár a FEXT může být definován mezi jakýmikoliv dvěma páry. Obr. 4 ukazuje konfiguraci v soufázovém módu, kde je se všemi osmi vodiči ve čtyřech párech zacházeno stejně a jeden vodič je vybrán jako referenční. Může být definována impedanční matice, která reprezentuje přímou i křížovou vazbu mezi různými napětími a proudy.

Charakteristická impedanční matice Z0 popisuje skupinu párů kabelu a je obvykle kmitočtové i pozičně závislá. Při této konfiguraci se nabízí několik možností výběru impedanční matice ZL. na přijímací straně. Praktické je zvolit matici ZL přizpůsobenou Z0 tj. ZL = Z0. Další možností je zvolit ZL jako diagonální matici a na vysílací straně ZS přizpůsobit Z0 tj. ZS = Z0. V obou případech může být přenosová kapacita významně zvýšena.

Přenosový kanál v diferenční i soufázovém módu lze definovat pomocí kanálové matice MIMO. Pokud X je vektor vstupního napětí a Y vektor výstupního napětí, potom kanálová matice H popisuje vztahy vstupního a výstupního napětí

UL = H  US     (3)

kde UL = Y je vektor výstupního napětí, US = X je vektor vstupného napětí a H popisuje matici 7  7 pro čtyři páry na jakémkoliv kmitočtu. Pokud uvažujeme diferenční mód, kanálová matice se zjednoduší, Hdif lze definovat s ohledem na přímou přenosovou funkci jednotlivých párů a přeslechů na vzdáleném konci mezi páry. Pro čtyři kroucené páry na obr. 3, může být zjednodušená diferenční, 4  4 kanálová matice definována jako:

kde přenosová funkce páru tvoří diagonálu matice a FEXT je v pozicích mimo úhlopříčku. Obě kanálové matice 7  7 i 4  4 lze vypočítat pomocí modelu sdruženého kanálu MIMO [3]. Z kmitočtové závislosti kanálové matice H (nebo Hdif) lze získat digitálně duplexní a vektorově synchronizovanou modulaci DMT, na základě metod na komunikace DSL [2] může být aplikována na každé nosné kanálu.

Analýza přenosových rychlosti

Do přístupové sítě jsou často nasazovány různé systémy DSL, které využívají různá kmitočtová pásma, spektrální výkonovou hustotu (Power Spectral Density, PSD), celkový výkon či impedance. V závislosti na PSD a využívaném kmitočtovém pásmu, pak lze určit, zda jsou různé typy systémů DSL vzájemně kompatibilní a do jaké míry se ovlivňují. Metalické kabely s kroucenými páry, které jsou v přístupových sítích využívány, mohou mít různé průměry jader a tedy na stejnou vzdálenost různý provozní útlum.

Pro analýzu dosažitelných přenosových rychlostí sdruženého systému VDSL2 po čtyřech krátkých účastnických vedeních je uvažován na 50párový kabel s průměrem jader 0,4 mm (AWG26) a 0,5 mm (AWG24) s vnitřní izolací PE a vnější izolací PVC. Hodnoty primárních parametrů a vzorce pro výpočet provozního útlumu referenčního kabelu i přeslechů na blízkém i vzdáleném konci vychází z doporučení ITU-T G.996. Masky pro spektrální výkonovou hustotu signálů VDSL2 a celkový vysílací výkon jsou v doporučení ITU-T G.993.2.

Výkonnost VDSL2

Nejdříve si ukážeme výkonnost samotného systému VDSL2. V našem případě byl uvažován symetrický model podle kmitočtového plánu 997, kde lze dosáhnout maximální rychlosti 200/216 Mb/s. Pro srovnání u kmitočtového plánu 998 jsou maximální rychlosti 250/166 Mb/s. Na obr. 5 jsou kmitočtová pásma VDSL2 profilu 30a podle plánu 997, včetně vysílacích úrovní pro oba směry přenosu.

Celková přenosová rychlost je vypočtena ze všech nosných signálů, které jsou přiděleny pro přenos ve směru k uživateli (downstrean) a od uživatele (upstream). Celkem je 3463 dílčích nosných kanálů s šířkou pásma 8,625 kHz, není uvažováno pásmo US0 (0–138 kHz) v případě plně digitální režimu DSL. Další uvažované parametry byly celkový výkon  +14,5 dBm, impedance 100 , bitová chybovost 10-7 s rezervou 6 dB, zisk kódováním 3,8 dB. Na obr. 6 a obr. 7 jsou zobrazeny masky PSD pro směr k uživateli resp. od uživatele. Na obrázcích nejsou zakresleny výřezy snížených úrovní (–80 dBm/Hz) v amatérských pásmech (tj. 1,8; 3,5; 7; 10,1; 14; 18,068; 21; 24,89 a 28 MHz), které jsou rovněž uvažovány.

Vypočtené hodnoty přenosových rychlostí systému VDSL2 jsou na obr. 8 a obr. 9. Úroveň šumu na pozadí –140 dBm/Hz (AWGN140) je spíše ideální případ nového kabelu, reálnější hodnota doporučovaná poskytovateli služeb a odpovídající středně starému kabelu je –125 dBm/Hz (AWGN125). Jaké zlepšení může vektorování eliminací přeslechových signálů přinést udává FEXT1 tj. rušení jednoho souběžně vysílajícího systému VDSL2 na stejném kabelu a FEXT10 tj. rušení deseti souběžně vysílajících systémů VDSL2. V případě FEXT10 se např. na kabelu o délce 400 m pohybuje úroveň rušení v rozsahu zhruba –90 až –105 dBm/Hz, což je v porovnání s AWGN140 obrovský rozdíl. Z hlediska přenosové rychlosti ve směru k uživateli je to rozdíl téměř 100 Mb/s, což velmi názorně ukazuje potenciál, jaký plně koordinované vysílání na všech párech kabelu pro krátká účastnická vedení nabízí.

Pokud se na věc podíváme z hlediska dosahu, potom např. rychlosti 50 Mb/s ve směru k uživateli lze při AWGN140 dosáhnout na 800 m, při AWGN125 na 570 m, při FEXT1 na 280 m a při FEXT10 na 190 m. Tabulka 1 udává meze délek kabelu s průměrem jader 0,4 mm, kde je provozní útlum natolik velký, že již dané pásmo nelze využívat. Z tabulky je patrné, že pokud je vzdálenost od ústředny větší než 800 m, tak i v ideálním případě již nelze využívat pásma nad 12 MHz.

Účastníci, kteří jsou blízko ústředny, mohou být obslouženi přímo odtud. Pro vzdálenější účastníky je třeba instalovat předsunutý kabinet připojený optickým vláknem, který obsahuje přístupový multiplexor DSL (Digital Subscriber Line Access Multiplexer, DSLAM) a obsluhuje účastníky v dosahu kabinetu.

V závislosti na umístění kabinetu může být určité procentu účastníků mimo maximální dosah pro zavádění po jednom páru. Takovým účastníkům by nebylo možné poskytovat službu v dostatečné kvalitě díky velkému vložnému útlumu a možným vysokým úrovním přeslechových signálů. Pro účastníky, u kterých je možnost použít více účastnických vedení lze využít metodu sdružení několika účastnických vedení (bonding) pro poskytnutí služby s rozšířeným dosahem, kde jsou přenosové rychlosti jednotlivých přípojek nižší, ale celková agregovaná rychlost převyšuje rychlost přenosu po jednom účastnickém vedení [4].
Výkonnost vektorované VDSL2

Očekávané přenosové rychlosti kanálů MIMO 7  7 a 4  4 se blíži poměru 7/4, což se podle teorie MIMO očekává. Přenosové rychlosti sdruženého kanálu MIMO jsou zhruba lineárně úměrné velikosti kanálové matice. Pro kanál MIMO 4  4 můžeme při simulaci uvažovat šum na pozadí –140 dBm/Hz, nicméně pro souhlasný mód je potřeba očekávat vyšší úroveň šumů. Šumy na všech sedmi vodičích v soufázovém módu budou obvykle vysoce korelovány; takže bude možné použít signál z jednoho vodiče k potlačení šumu na všech ostatních vodičích. Pro agregovanou přenosovou rychlost kanálu MIMO 7  7 budeme ale uvažovat násobek šesti namísto sedmi [5].

Na obr. 10 a obr. 11 jsou přenosové rychlosti kanálů MIMO na kabelech s průměrem jader 0,4 a 0,5 mm při šumu na pozadí –140 dBm/Hz. V tomto ideálním případě by bylo možné v diferenčním módu poskytovat čtyřem účastníkům symetrický přístup 100 Mb/s do vzdálenosti 460 m resp. 600 m od ústředny. V soufázovém módu by pak bylo možné poskytovat symetrický přístup 100 Mb/s do vzdálenosti 600 m resp. 750 m.

Nyní se podívejme na scénář přenosových rychlostí více „zarušených“ kabelů, kde je úroveň šumu na pozadí –125 dBm/Hz, které jsou obr. 12 a obr. 13. V tomto scénáři by bylo možné v diferenčním módu poskytovat čtyřem účastníkům symetrický přístup 100 Mb/s do vzdálenosti od ústředny 320 m na kabelu s průměrem jader 0,4 mm a 400 m na kabelu s průměrem jader 0,5 mm. V soufázovém módu by pak bylo možné poskytovat symetrický přístup 100 Mb/s do vzdálenosti 400 m resp. 520 m.

Přenosové rychlosti při plně koordinovaném vysílání v diferenčním módu na celém profilu 50párového kabelu ukazují obr. 14 (ve směru k uživatelům) a obr. 15 (ve směru od uživatelů). V ideálním případě je na kabelu s průměrem jader 0,5 mm ve vzdálenosti 500 m od ústředny k dispozici 6 Gb/s symetricky, což by znamenalo 120 Mb/s symetricky na jednoho účastníka anebo šesti můžeme poskytovat 1Gb/s symetricky. U kabelu s průměrem jader 0,4 mm lze stejnou rychlost dosáhnout na vzdálenost 400 m nebo bychom se na 500 m museli spokojit s rychlostí cca 85 Mb/s symetricky. Na větší vzdálenost bychom se museli vzdát symetrie, nicméně službu 50/25 Mb/s by bylo možné poskytovat na kabelu s průměrem jader 0,5 mm do vzdálenosti 1000 m a na kabelu s průměrem jader 0,4 mm do vzdálenosti 800 m. Pokud budeme uvažovat horší podmínky, přenosové rychlosti se nám na stejné vzdálenosti sníží zhruba o 30 % anebo musí být vzdálenost o 150 až 200 m kratších.

Architektura sítě

Základem pro poskytování vysokých rychlostí k účastníkům je typ architektury přístupové sítě. V zásadě se vychází ze dvou topologií: buď samostatné vedení ke každému účastníkovi (hvězda) nebo jedno společné přenosové médium (optické vlákno nebo koaxiální kabel) sdílené několika účastníky (sběrnice nebo kruh). Jejich kombinací pak lze vytvořit stromovou topologii, kde do určitého bodu přístupové sítě je využíváno společné přenosové médium a odtud jsou pak vedena samostatná vedení k jednotlivým účastníkům. Příkladem takové topologie jsou obvykle hybridní přístupové sítě jako kombinace optického vlákna a metalického kabelu s kroucenými páry (Hybrid Fiber Twisted Pair, HFTP), optického vlákna a koaxiálního kabelu (Hybrid Fiber Coax, HFC) nebo optického vlákna a rádiového prostředku (Hybrid Fiber Radio, HFR).

Topologie jednotlivých vedení vychází ze symetrie telefonní služby, což uživatelům poskytuje bezpečné nesdílené spojení. Sdílené přenosové médium nabízí potenciál ohromné přenosové kapacity, nicméně z důvodu ceny elektroniky jsou v praxi tyto rychlosti ve všech standardech omezeny na 2,4 až 10 Gb/s a poměr sdílení na 128 účastníků. Sdílená architektura se obtížněji modernizuje, protože než lze modernizovat spojení k prvnímu účastníkovi musí být nejdříve modernizována společná centrální jednotka linkových zakončení. Architektura jednotlivých vedení umožňuje modernizaci spojení ke každému účastníkovi bez ohledu na další účastníky, ledaže by několik účastníků sdílelo komponenty stejného linkového zakončení.
Úspory při modernizaci přístupové sítě

I když na krátkou vzdálenost lze i po jednom účastnickém vedení dosáhnout vysoké přenosové rychlost, možnosti vícepárové přípojky dosud zůstávají dosud v metalických přístupových sítích nevyužity. Pro využití takového konceptu se nabízí model architektury pasivní optické sítě (Passive Optical Network, PON), kde jedno nebo pár optický vláken vycházející z optického linkového zakončení (Optical Line Termination, OLT) poskytuje přenosovou kapacitu všem účastníkům v dané obsluhované oblasti. Základní architekturu PON ukazuje obr. 16.

Přenosové rychlosti v rozsahu 1 až 10 Gb/s (EPON, GPON,10GEPON, XG-PON) mohou sdílet všichni účastníci a pokud budeme uvažovat např. 10/1 Gb/s pro 64 (128) účastníků, potom každému z účastníků lze současně bez problémů poskytovat službu 150/15 (70/7) Mb/s. Jelikož systémy PON využívají dynamické přidělování přenosových prostředků, mohou být reálné přenosové rychlosti ještě vyšší, protože pravděpodobnost že budou všichni aktivní, je obvykle nízká. Realizace PON vyžaduje instalaci OLT u ústředny a ONU u účastníka, ale především vybudování optické distribuční sítě (Optical Distribution Network, ODN). To znamená kopání pro pokládku optického kabelu nebo natažení vzdušného vedení a instalaci optických odbočnic (splitter) poblíž účastníků. Ačkoliv ceny zařízení i optických kabelů klesají a doba instalace se zkracuje, ve většině vyspělých zemí stojí vybudování přípojky FTTH více než 1000 USD na účastníka [9]. Tabulka 2 porovnává náklady na zřízení optické přípojky v Evropě, USA a Japonsku. Vyšší cena v Evropě odráží jednak použití GPON, ale zejména v pokládku kabelu do země, zatímco v USA a Japonsku se používají spíše EPON a k účastníkům se obvykle natahují vzdušná vedení. Právě cena vybudování kabelové infrastruktury je klíčovým bodem investičních nákladů. Cena pokládky optického kabelu na 1 km se pohybuje v rozsahu 50 až 60 tisíc USD ve městech a 10 až 20 tisíc USD na venkově [10].

Architektura na obr. 17 v podstatě kopíruje architekturu PON, ale namísto optického vlákna se využije stávající kabelová infrastruktura, kde jsou volné nevyužité páry sdíleny dvěma nebo více účastníky. V podstatě lze vektorově sdružit všechna účastnická vedení do společného bytového domu např. v podobě 50párového kabelu, což umožní poskytovat na krátké vzdálenosti mnohem vyšší přenosové rychlosti. Jak ukazují obr. 14 a obr. 15 na kabelu s průměrem jader 0,4 mm 400 m od ústředny lze každému uživateli poskytovat službu 120/120 Mb/s, 700 m od ústředny pak službu 60/40 Mb/s a na 1 km službu 40/10 Mb/s. Pokud by se i zde použil nějaký mechanismus pro dynamické přidělování přenosové kapacity, reálné rychlosti mohou být vyšší.

Ekvivalentem OLT na straně ústředny je DSLAM a ekvivalentem ONU na straně účastníka je síťové zakončení (NT) neboli účastnický modem, který poskytovatelé často nabízí v rámci samoinstalačního balíčku. Vzhledem k tomu, že ceny (OLT/DSLAM a ONU/NT) se příliš neliší, hlavním rozdíl představují náklady na vybudování ODN. Cena na účastníka při umístění DSLAM na ústředně vychází v rozsahu 300 až 500 USD [9]. V případě předsunutých jednotek se k tomu samozřejmě připočítá cena kabinetů a vybudování distribučního vlákna.
Realizace vektorování sice značně zvyšuje složitost zařízení, protože blok pro zpracování digitálního signálu (u současných zařízení DSL činí jeho realizace asi třetinu ceny celého zařízení) je u zařízení VDSL2 s možností vektorování zhruba třikrát složitější. Nicméně, současná zařízení využívají čipy založené na technologii 90 nm v ceně několika dolarů, složitost vektorování bude vyžadovat technologii 65 nm nebo nižší, takže nějaké drastické navýšení ceny se nepředpokládá.

Pokud tedy porovnáme náklady spojené s klasickou PON a metalickou PON, tak klasická PON představuje atraktivní řešení modernizace služby širokopásmové přípojky s dlouhodobým výhledem. Nicméně počáteční investiční náklady na účastníka jsou extrémně vysoké. Metalická PON je více ekonomická alternativa, která umožňuje využití existující kabelové infrastruktury, ale je limitovaná dosahem. U řešení s předsunutým kabinetem jsou náklady pochopitelně vyšší a záleží na místních podmínkách, nakolik se vyplatí. Tabulka 3 nabízí základní porovnání obou PON.

Závěr

Koncept gigabitové DSL zavádí středně pokročilou metalickou architekturu, která je založena na přípojce sdružené do několika účastnických vedení přístupové sítě a koordinovaném vysílání jednotlivých systémů. Toto řešení nabízí cestu, jak využít ještě efektivněji stávající metalické přístupové sítě a nabízet na krátkou vzdálenost účastníkům přenosové rychlosti v řádu stovek Mb/s, což je důležité pro poskytování kvalitních a spolehlivých služeb triple play. Cenové srovnání vychází ve prospěch metalické PON, protože investiční náklady jsou mnohem nižší. Rovněž doba instalace je mnohem kratší, takže lze na potenciální poptávku velmi rychle reagovat. Na druhé straně dosah je značně omezen, a pokud chceme obsloužit i vzdálenější oblasti, je třeba instalovat předsunutou jednotku, kterou je třeba připojit optickým vláknem. To znamená, že vzdálenější oblasti, kam je třeba vést optické vlákno, nemusí být pro tuto službu dostatečně cenově rentabilní.

Přístupová síť společnosti Telefonica O2 má 47 % účastníků do 1 km a jelikož v České republice nejsou technologie DSL tolik využívané jako třeba Německu nebo Belgii, je zde relativně dost volných vedení. Přenosové rychlosti proklamované v různých článcích nebo výrobci zařízení uvažují ideální podmínky (a také obvykle kabel s průměrem jader 0,5 mm), takže budou v praxi těžko dosažitelné. Nicméně poskytovat na kabelech s průměrem jader 0,4 mm na vzdálenost 1 km služby 100/20 nebo 50/10 po 4 resp. 2 účastnických vedeních by neměl být problém.

Na trhu jsou zatím k dispozici pro testování dva prototypy zařízení: DSL Phantom Mode od společnosti Alcatel-Lucent a SuperMimo od společnosti Huawei. DSL Phantom Mode využívá dvě účastnická vedení a poskytuje 300 Mb/s na vzdálenost 400 m kabelu s průměrem jader 0,5 mm. SuperMimo využívá čtyři účastnická vedení a poskytuje údajně 700 Mb/s na vzdálenost 400 m kabelu s průměrem jader 0,5 mm. Komerční služby zatím poskytovány nejsou, ale dají brzy očekávat, protože zájem o zařízení DSL Phantom Mode od společnosti Alcatel-Lucent projevilo několik evropských operátorů a např. Deutsche Telekom, Belgacom, Telekom Austria a Turk Telekom ho již testují. SuperMimo od Huawei je zase testováno v Hongkongu.

Na standardizaci vektorové VDSL2 pracuje v rámci ITU-T studijní skupina SG15 (2009–2012), která již v dubnu 2010 zveřejnila doporučení G.993.5 s názvem „Self-FEXT cancellation (vectoring) for use with VDSL2 transceivers“, které popisuje koordinované vysílání toků směrem k účastníkům ve vektorech vysílaných signálů, přičemž současně se koordinuje příjem toku od účastníků ve vektorech účastníky vysílaných signálů. V květnu 2011 pak byly zveřejněny některé opravy doporučení G.993.5 a prosinci 2011 byl vydán pozměňovací návrh číslo 1.
Kromě toho pracuje SG15 na doporučení s pracovním názvem G.fast, které řeší systémy DSL provozované na velmi krátkých vedeních (do cca 200 m). Počítá s dalším rozšířením kmitočtového pásma, a to profily do 70 MHz, do 140 MHz, a 280 MHz, přičemž PSD se předpokládá na úrovní –60 dBm/Hz. Takové systémy DSL pak budou schopny poskytovat po jednom účastnickém vedení s průměrem jader 0,5 mm přenos dat rychlostí 500 Mb/s/200 m, 1 Gb/s/150 m, resp. 2 Gb/s/100 m [11]. Jak je vidět stále je na co se těšit.

Jaroslav Hrstka

LITERATURA
[1] Cioffi, M., Jagannathan, S., Mohseni, M., Ginis, G.: CuPON: The Copper Alternative to PON 100 Gb/s DSL Networks. IEEE Communications Magazine, June 2007.
[2] Starr, T., Sorbana, M., Cioffi, J. M., Silverman, P. J.: DSL Advances. Englewood Cliffs, Prentice Hall, 2003.
[3] Lee, B., Cioffi, M., Jagannathan, S., Seong, K., Kim, Y., Mohseni, M., Brady, M. H.: Binder MIMO channel. IEEE Transaction on Communication, Vol. 55, No. 8, 2007.
[4] WHP-202038A – VDSL2 Service Deployment with Bonding: An Enabler to Longer Reach and Higher Rate Triple Play Access. Conexant Systems, January 2009
[5] Lee, B., Cioffi, M., Jagannathan, S., Mohseni, M.: Gigabit DSL. IEEE Transaction on Communication, Vol. 55, No. 9, 2007.
[6] Doporučení ITU-T G.996.1 (02/2001) Test procedures for digital subscriber line (DSL) transceivers.
[7] Doporučení ITU-T G.993.2 (02/2006) Very high speed digital subscriber line transceivers 2 (VDSL2).
[8] Hrstka, J.: Výzkum možností zvyšování přenosové kapacity základní telekomunikační infrastruktury, Výstup 5.1 – Analýza přenosových možností systémů xDSL a jejich vzájemná kompatibilita. TESTCOM, Praha, 2004.
[9] Sorbara, M., Mahadevan, A., Hendrichs, L.: Enabling Network Upgrades for Advanced Multimedia Service Delivery. Ikanos Communication, Inc. 2010.
[10] Engineering Review of Description of Broadband Now Plan. January, 2011.
[11] Timmers, M., Hooghe, K., Guenach, M., Maes, J.: Digital Complexity in DSL: An Extrapoled Historical Overview. ACCESS 2011: The Second International Conference on Access Networks. IARIA, 2011. ISBN: 978-1-61208-142-7.