Performance investigation of high bit rate degital subscriber line

Abstract

Fiber optik, santraller arasındaki iletişimde büyük ölçüde desteklenmekte olan bir haberleşme sistemidir. Şu an geliştirilmekte olan fiber optik teklonojisi, abonelere yeni erişim kolaylıkları yaratmada oldukça ekonomik görülmektedir. Telefon şirketlerinin, fiber optik kabloları erişim amaçlı yaygınlaştırmalarına rağmen, yerel erişim şebekelerinin genişliğinden dolayı, fiber optikten elde edilecek kolaylıklar önümüzdeki birkaç yıl içersinde oldukça az olacaktır. Kuvvetli ekonomik baskılar sonucunda şu öneri getirilmektedir. Fiber optik kullanımı en büyük boyuta çıkarılıp, yaygınlaştırılırken halen var olan bakır kablo alt yapısından da en iyi şekilde kullanım sağlanmalıdır. HDSL, 1.5 Mb/s hızıyla, yüksek hızlı servislerin kullanımını hızlandırarak fiber erişime geçişi kolaylaştıracaktır. Bakır erişimi önümüzdeki en az 10 yıl içersinde fiber erişime üstünlük sağlayacaktır. Yüksek hızlı servislerden gereken verimi almak için, fiber ve bakır erişimin birlikte kullanımının sağlanması gerekmektedir. HDSL'nin başlangıçta DSİ, ISDN ilk hız erişimine ve sayısal döngü taşıyıcı besleyicilerine daha sonra da servislere hizmet amaçlı kullanımı planlanmaktadır. Fiber telefon sistemleri kullanılagelmekte olan bakır telefon döngülerinden daha ucuz olacaktır ve bunlar tüm kasaba servislerine uygun fiyatlarla dağıtılacaktır. Bunu gerçekleştirmek için 21. yy 'in başlarında uygulamaların geliştirileceği mükemmel bir platformun oluşturulması gerekmektedir. Burada ortaya çıkabilecek tek problem yüksek hızlı iletişimin diğer ucunda konuşacak kimsenin bulunmama durumu olacaktır. Lokal taşıyıcılı santralin (Local Exchange Carrier - LEC) yeni kablo alanını desteklemesi oldukça düşük bir oranda olacaktır. Tipik bir LEC 'in fiber optik yerel servisli kullanıcıların yaklaşık olarak %50'sine ulaşmaları, ortalama 20 yıl sürecektir. Yeni servis fırsatları bu geçişi hızlandırabilmekle birlikte, fiber optiğin ilk kullanımı ile yüksek hızlı servislerde yaygın olarak kullanımı arasında büyük bir zaman aralığı vardır. VIll HDSL işlemine Genel Bakış DSİ hızlı telefon erişimi sağlamak için arada tekrarlayıcılar, döngü koşullayıcıları veya çift seçimi olmaksızın döngünün sınırlı bölümlerinde yapılan teklonojik bir iletişimdir. Abone Hattı : Abone hattı, telefon şebekesini kullanıcıların basit erişim bağlantısıdır. Bunun anlamı şudur : Hangi kullanıcı yerel santrale bilgiyi iletirse bu, aynı şebekenin diğer kullanıcı veya abonelerine de dağıtılacaktır. Eğer şebeke geniş bir alana yayılacaksa, abone hattı ucuz olmak durumundadır. Bu nedenle, başlangıçta düşük maliyeti ve band genişliklerinden dolayı analog linkler kullanılmıştır. Daha sonra, 300 ve 1200 b/s. 'in düşük hızlarında, ses frekans modemleri veri iletişimini sağlamıştır. Yakın geçmişte ise (TCM) ile veri hızı 14.4 Kb/s 'ye ulaşmıştır. Bununla birlikte, bu tekniklerin şebekede basit analog erişimli linklerin yerine kullanılması yolunda herhangi bir girişim halen yoktur. Fakat ses işaretlerinin analog gösterilimi kodlanmış sayısal işaretlere dönüştürülmesi gerekmektedir. İlk sayısal abone hatları, ses kanalı için Jabonya'da 64 Kb/s. ve A.B.D 'nde 54Kb/s.'de Zaman Sıkıştırmak Çoğullama (Time Compression Multiplexing - TCM) ile birlikte kullanılmıştır. TCM, veri hızının yaklaşık 2,25 katı band genişliği istemektedir. 160 Kb/s. gibi yüksek hızlarda ise, iletimdeki darbe yüksekliği kaybının artışı nedeniyle, yüklenmemiş döngü alanını yeterince kaplayabilmek için TCM yetersiz kalmaktaydı. NEXT ve ekoları engellemek için bir çift tel üzerinden full duplex iletişim kullanılarak 160 Kb/s. full duplex kanalın kullanımı sağlanmıştır. (10"7'den az bit hata oranı ile (Bit Error Rate BER) Ses frekans servisinin ISDN 'le yer değiştirmesiyle birlikte bu ekonomik olarak gerçekleştirilmektedir. ISDN temel erişimi, 64Kb/s. erişimli 2 adet "B" Bearer kanalı ve 16 Kb/s. erişimli bir adet "D" Data kanalı ile olmaktadır. HDSL Çevresi Fiziksel çevrimde, yüksek hızlı sayısal abone hattının (High Bit Rate Digital Subscribes Line) geliştirilmesi ve başarılı bir şekilde kullanımı gerekmektedir. Abone hatlarında en önemli bozucu etkiler, propagasyon kaybı, lineer distorsiyon, çapraz karışımı, köprülenmiş sonlandırıcı ağırlıkları ve darbe gürültüsüdür. Diğer daha az bozucu etkiler ise ölçek değişiklikleri, sıcaklık değişimleri ve termal gürültüdür. IX Lineer bozulmalar : En önemli lineer bozulmalar propagasyon kaybı ve lineer (genlik, faz ve gecikme) distorsiyonlardır. L Propagasyon Kaybı : Sonlandırılmış tek gövdeli döngülerde denenebilir. R,L,G ve C sabit ve co=27tf ise y (©)= a (a>) + jp (co) = ^/(R+ jto L)(G+ jco C) Propagasyon sabiti (R+JcûL) f(G+jcoC) Karakteristik empedans d uzunlukta mükemmel sonlandırılmış döngü için, transfer fonksiyonu H(d,f) şöyle verilmektedir. H(d,f) = e _ -dy(f) _ -da(0 p-jdP(f) d uzunluğunda ve f frekansında zayıflama ise şöyledir : L 150 kHz. değerine yakınsamaktadır. Deri etkisi nedeni ile kayıp fonsiyon Vf 'e yakınsamaktadır. Böylece hem yüksek hem düşük frekanslarda kayıp fonksiyonu vf olarak kabul edilebilir. İletim bölgesinde ise kayıp fonksiyonu azalarak f1M 'e yakınsamaktadır. iiLFaz ve zarf gecikmesi Faz ve zarf gecikmesi şu şekilde tanımlanabilir: P(co). Faz gecikmesi :T^(cd) = ? a Zarf gecikmesi : Te(co) = P, propagasyon sabitinin sanal kısmıdır. G'yi ihmal edilerek zarf gecikmesi yaklaşık olarak şöyle yazılabilir: T,(m) = fÜW=JjRC-2mLC] dco V 2y(©) ) Yeterince düşük frekanslarda ; _,, rfP(ö) fRCn 3Lco, 1 f<10kHz. çok yüksek frekanslarda ise; <*P(û>) P(ffl) rrz; Te(co) = - - - » T#(co) = - VLC d(û 2 f> 150 kHz olarak kabul edilmektedir. iv. Yakın uç ve uzak uç çapraz karışımlar (NEXT, FEXT): Çoklu çift kablolarda 2 cins çapraz karışım elde edilmektedir. Örneğin j çiftinin girişinde üretilen Vs(t) sinyali döngüden gönderildiğinde i çiftinde 2 çeşit çapraz karışım yaratmaktadır, işaretin gönderildiği yerde görülen çapraz karışım yakın son XI çapraz karışım (Near End Crosstalk - NEXT), döngünün sonunda üretilmiş olan çapraz karışım ise yakın son çapraz karışım (Far End Crosstalk - FEXT) adını alır. NEXT, bulunduğu zaman genellikle FEXT'ten daha etkilidir. v. Köprülendirilmiş sonlandırıcı ağırlıkları: Köprülendirilmiş sonlandırıcı ağırlıkları açık devre bükülmüş çiftler olup, çalışan bükülmüş çiftlerle paralel bağlar vasıtasıyla birleştirilmişlerdir. Köprülendirilmiş sonlandırıcı ağırlıkların 1-3 kft uzunlukta ortalama uzunluğu dbk kabul edilebilir. Köprülendirilmiş sonlandırıcı ağırlıkların oluşturduğu 3 temel kural aşağıdadır :. Tipik köprülendirilmiş sonlandırıcı ağırlıkları sınıflarının oluşturduğu bir fonksiyonu olarak tanımlanır ve 150 45 f«*H *H mz abt,kft Qbt,km olan fQ frekanslarının çoğullamalarının toplamı şeklinde yerleşmişlerdir. dbtkft ve dbtkm kilofeet ve kilometre olarak köprülendirilmiş sonlandırıcı ağırlıkların uzunluklarını göstermektedir.. Eğer döngü mükemmel sonlandırılmışsa transfer fonksiyonu köprülendirilmiş sonlandırıcı ağırlıkların bulunduğu konumdan bağımsızdır.. Uzun köprülendirilmiş sonlandırıcı ağırlıklar, sabit bir zayıflama meydana getirirler ki bu 2/3 ya da 3.5 dB civarındadır. vL Darbe Gürültüsü: Kılıfsız bükülmüş çiftlerde, dabe gürültüsü; el yapımı araç - gereçlerin ve sinyal devreleri, iletişim, elektrostatik. bozulmalar gibi çevreden gelen bozucu etkilerin sonucunda meydana gelmektedir. Darbe gürültülerinin başlıca özellikleri :. Dakikada yaklaşık 1-5 kez olmaktadır.. Genliğin peak değeri 5-20 mV. arasındadır.. Enerjinin büyük bölümü 40 kHz' in altındadır.. 30 - 150 us. süresi vardır viLDiğer Bozucu Etkiler: Yukarıda anlatılanlardan daha az olarak aşağıdakiler de HDSL çevresinde bozucu etki olarak görülmektedir.. Ölçek değişiklikleri. Uygun olmayan empedans xu . Sıcaklık değişiklikleri. Termal (beyaz) gürültü. 4 Düzeyli IV. Sınıftan Kismi Yanıtlı Sistem Düşük ve kabul edilebilir hata oranları için alıcıdaki NEXT' in iptali gerekmektedir. Next sinyali ile vericiden gelen sinyal arasında bulunan sürüklenen faz, senkronize dijital - analog, analog - dijital dönüştürücü ve adaptif NEXT iptali ile çözülmektedir. Kablo ve NEXT karakteristikleri: Yaklaşık 100 kHz frekansta, mükemmel sonlandırılmış, homojen, metalik iletim hatlarının karakteristikleri deri etkisinin altında kalmaktadır. 1 uzunluğundaki bir kablonun transfer fonksiyonu GCA(f) = e-^'=e-a^-j2'T/?b Burada a sinyal zayıflaması ve distorsiyonu, P ise uzunluk başına düşen gecikmeyi göstermektedir. İletilen sinyalin ve spektial güç yoğunluğunun fonksiyonu ise söyledi r: |CN(f)|2 = kN.f3/2(l-e-*'^) -> kN32(l -> co) NEXT'in bastırılmamış durumda sistem başarımı: Bu sistemde sayısal olarak üretilen [an] sembol dizisi l/T frekansı ile iletilmektedir. Bu dizi kaskad bağlanmış sembol hızında sayısal-karşılaştırmalı dönüştürücü ve karşılaştırmalı filtreden geçirilerek s(t) işareti haline getirilir. Dönüştürücü ve karşılaştırmalı filtrenin kombinasyonu HT(f) olarak ifade edilebilir. Alıcıya gelen y(t) sinyali ise Gaussian gürültü ve NEXT çapraz karışımının ilave edilmesi ile oluşmaktadır. Bu sinyal, transfer fonksiyonu GR(f) olan bir karşılaştırmalı alıcı filtreden geçirilip, karşılaştırmalı sayısal dönüştürücü ile ayrık hale dönüştürülmektedir.Daha sonra örneklenerek ayrık [X"] dizisi oluşturulup karar devresine ulaştırılmaktadır ve son olarak da iletilen bu veri sembollerinin kestirimleri üretmekter. PRIV sistem yanıtı; K(f) = KPRIV(f) = l-D: n_r.tiKT. D=e _e-4j

The High bit rate Digital Subscriber Line (HDSL), permitting low cost 1.5Mb/s.copper access by accelerating to use of higher speed services. Copper will dominate over fiber customer access for at least next 10 years. During this period, the success of high speed switch serviced will depend on the connectivity provided by both fiber and copper access. HDSL will initially be used to serve private line DSİ, ISDN primary rate access, and digital loop carrier feed later, HDSL will be applied to switched services such as Metropolitan Area Network's (MAN) and circuit switched DSl's. This thesis presents a tutorial on the physical environment in which high bit rate digital subscriber line (HDSL) transceivers will have to evolve and succeed. Special attention is given to given to most damaging impairments that are encountered in subscriber lines, such as propagation loss, linear distortion, crosstalk, bridged taps, and impulse noise. Lately a computer simulation about this system was arranged and some results were taken from the system. Vll