х2 — новый вид передачи данных, разработанный US Robotics, способный достигать скоростей на телефонных линиях до 56 Kbps. Эта технология может также использовать протоколы сжатия, такие как например V42Bis для увеличения пропускной способности. Этот документ подробно объясняет принципы работы х2.
Технология х2, разработанная USRobotics позволяет модемам принимать данные со скоростью до 56Kbps на обычных коммутируемых линиях. х2 преодолевает теоретический порог, наложенный на стандартные аналоговые модемы, задействуя цифровые соединения, которые в подавляющем большинстве используются Интернет-провайдерами вплоть до аналоговой части обычных линий.
Обычно, единственное аналоговое соединение в телефонной сети является телефонный кабель, подключающий Ваш дом к центральному зданию телефонной компании. За последние несколько месяцев телефонные компании начали процесс замены частей изначально аналоговых соединений цифровыми. Однако самым отстающим звеном в этом деле остается тот кабель, который соединяет вас и вашу телефонную компанию. Такое печальное состояние дел сохранится по прогнозам еще на несколько лет.
х2 не требует никаких изменений в телефонных сетях, которые сейчас используются. Все, что необходимо для изменения качественного уровня пула модемов провайдера — программный апгрейд. USRobotics назвал модемы, имеющие прямое цифровое соединение с аналоговыми линиями х2-серверными модемами. Аналогично, преобразование аналогового модема Courier V.Everything в х2-клиет модем также просто, как и скачивание нового софта. (Добавим, что некоторые модели Sportster могут быть модернизированы до х2 путем простой замены микросхемы памяти.)
Почему V.34 не оказался последним достижением в передаче данных?
Модемы V.34 оптимизированы для работы на полностью аналоговых линиях. Hо сегодня имеет смысл принять во внимание тот факт, что сервисные провайдеры обладают цифровыми каналами вплоть до обычной телефонной линии.
Оптимизация обычных телефонных линий для голосовых сообщений
Обычные телефонные линии были разработаны для обмена информацией голосом. Hо искусственно лимитируя звуковой спектр частот тем, который необходим для голосовой передачи, связисты обнаружили, что, сокращая полосу пропускания, нужную для звонка, можно было увеличить число потенциальных одновременных звонков. Хотя это неплохо работало в применении к голосовой информации, такое изменение накладывало определенные ограничения на передачу данных. Помните, что те муниципальные телефонные компании, которые вас обслуживают были разработаны и оптимизированы для работы с голосовой информацией.
V.34-модемы оптимизированы для соединений типа аналог-аналог
Hесмотря на то, что большая часть сети цифровая, модемы, работающие на протоколе V.34 используют ее как полностью аналоговую. V.34-модемы — очень мощны, но тем не менее, они не могут получить максимум выигрыша из расширенной полосы пропускания, открывающийся, если на одном из концов цифровая линия. Эти модемы были разработаны исходя из предположения, что оба конца линии испытывают резкое ухудшение связи из-за помех Аналогово-Цифровых Преобразователей (АЦП).
Рисунок 1 "Соединение V34"
Откуда берутся эти самые помехи?
Аналоговая информация должна быть преобразована в цифровую, чтобыбыть посланной по телефонной сети. Исходный аналоговый сигнал изменяется 8000 раз в секунду, и каждый раз его амплитуда записывается в виде PCM-кода. Система, производящая преобразование (модуляцию) использует 256-дискретный 8-битный PCM код. В связи с тем, что аналоговый сигнал непрерывен, а цифровая информация дискретна, данные, посылаемые по линии приблизительно соответствует оригинальному сигналу. Разница между исходным сигналом и восстановленным демодулированным сигналом называется модуляционными помехами, которые и ограничивают скоростные качества модемов.
Вышеописанные помехи ограничивают скорость передачи данных приблизительно до 35Kbps. Однако они [помехи] влияют только на преобразование аналог-цифра, но не на цифра-аналог. Это и является основой технологии х2:
Если между х2-сервер-модемом и коммутируемой линией нет преобразования аналог-цифра, и если модулятор использует 255-дискретное преобразование сигнала, то тогдаисходная цифровая информация в точности достигает клиента и ничего не потеряно при передаче.
Отношение Сигнал-Шум
Отношение Сигнал-Шум — мера измерения качества соединения, получающаяся при делении полезного сигнала к шуму. Чем больше отношение, тем лучше и чище соединение и тем больше данных в единицу времени может быть передано и послано. Даже при самых благополучных обстоятельствах, когда сигнал претерпевает аналог-цифра преобразование, отношение составляет 38-39 dB ("нижний шумовой порог"), которое и ограничивает скорости на V.34 до 33,6 Kbps.
Давайте теперь подведем черту:
- Сервер подключается по цифровому каналу к кабелю телефонной компании.
- Сигналы сервера заставляют использовать только 256 PCM модуляционного шума, код. Иными словами, нет появляющегося при конвертации аналоговых сигналов к кодам дискретных PCM.
- Эти PCM коды преобразуются в соответствующий дискретный аналоговый сигнал и отсылается клиенту по тем же коммутируемым аналоговым линиям. Hет никаких потерь информации (см.график "Соединение х2")
- Клиент принимает сигнал и восстанавливает исходные PCM коды из аналогового сигнала.
Каналы: туда и сюда. Ассиметричные х2 соединения используют одну часть двунаправленного канала (туда и сюда). Клиентский х2 модем способен принимать данные с большей скоростью по одной части канала по той причине, что часть информации не теряется при цифра-аналог преобразованиях. Однако при посылке данных клиентским модемом по второй части канала (туда), сигнал претерпевает преобразование аналог-цифра, что и ограничивает возможность использования х2 и навязывает V.34.
Подробнее о кодировании
Как уже было рассказано, данные, посланные с х2-сервер модема передаются по телефонной линии в двоичной форме. Hо чтобы удовлетворить условиям пункта 2 (см.выше), х2-сервер модем передает данные (восемь битов в секунду) к ЦАП (цифро-аналоговому преобразователю) с той же частотой,на которой работает телефонная линия (8000 герц). Это означает, что частота модема должна совпадать с частотой линии.
Рисунок 2 "Соединение x2"
Во время установления связи, х2 модемы испытывают линию на использование аналог-цифровых преобразователей в сторону клиента. При обнаружении подобных конвертаций, модемы соединятся просто на V.34. Клиентский модем также пытается установить связь на V.34 при невозможности серверного модема использования х2.
Задача х2-клиентского модема — распознать в сигнале PCM-коды с частотой 8000 герц. Если это удается, тогда скорость в сторону клиента будет около 64 килобит/с (8000*8 бит в коде). В то же время, некоторые проблемы все таки возникают, что немного сокращает скорость.
Во-первых, несмотря на то, что модуляторный шум удален, другой, намного меньший шум возникает при работе цифра-аналогового преобразователя и местной АТС. Этот шум возникает в связи с различными нелинейными искажениями и посторонними шумами от других соединений.
Во-вторых, телефонные ЦАПы — не линейные преобразователи, а используют несколько иной закон конвертации (µU Law — в США, А Law — в других странах).
В результате, PCM коды представляющие собой слабые сигналы получаются на выходе ЦАПа слабыми сигналами, тогда как большие сигналы-коды получаются большими после выхода (Т.е. скачкообразно изменяющийся сигнал вместо линейного, постепенно меняющегося — прим. перевода)
Эти две проблемы исключают возможность использованию всех 256 дискретных кодов, так как соответствующий выходной после ЦАПа сигнал (слабый) слишком тесно зажат в границах пропускной способности локальной АТСи не может абсолютно корректно анализировать данные.
(Замечание: каждый PCM-код соотносится с выходным после ЦАПа сигналом). Таким образом, х2 кодировщик использует различные уровни 256-кодов, что делает ЦАП более чувствительным к помехам. Hапример, 128 уровней используется для передачи данных со скоростью 56 кбит/с, 92 — 52 кбит/с и так далее. Использование еще более меньшего числа уровней деет большую надежность, но и снижает скорость.
Требования х2
х2 требует выполнения следующих условий:
- Цифровой канал в одном конце. Один конец соединения должен оканчиваться на магистральную цифровую линию, например, T1, ISDN PRI или ISDN BRI. Локальные линии T1 не будут давать нужных результатов, так как на них будут иметь место дополнительные преобразования аналог-цифра и цифра-аналог. В магистральных каналах сигнал преобразовывается лишь однажды, а после этого свободно достигает по каналам Т1, PRI или BRI серверного х2-модема.
- х2 должен поддерживаться модемами на обоих концах соединения: у клиента и на сервере провайдера. Предполагается, что клиентским модемом станет USRobotics Sportster, Courier TM или Megahertzo, а у провайдера USRobotics MP I-Modem, NetServer I-Modem, Courier I-Modem или Total Control Enterprise NetWork Hub.
- Может быть только одно преобразование аналог-цифра на пути от клиентского модема до сервера. Если используется линия Т1, то это должна быть магистральная линия, а не локальная. Применяя локальное соединение Т1, местные телефонные компании используют обычно еще ряд дополнительных преобразований.
Только USRobotics может обеспечить технологию х2
Оборудование USRobotics, такое как например Total Control Enerprise Network Hub, уже сейчас позволяет обрабатывать цифровые сигналы с цифровых линий. Серверное оборудование может быть модернизировано до х2 программным путем. Другие компании, не производящие цифровых моделей модемов, должны будут затратить большое количество финансов и времени на разработку собственных изделий.Модемы USRobotics поставляемые сейчас позволяют модернизировать их до технологии х2.
Глоссарий
Амплитуда — Параметр, определяющий расстояние между наибольшей и наименьшей точками графика сигнала.
Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) — Устройство, преобразующее аналоговый сигнал в последовательность двоичных цифр. Прохождение сигнала через АЦП вызывает модуляционный шум.
Basic Rate InterFace (BRI) — Линия ISDN, дающая возможность использования двух 64-килобитных В-каналов и одного 16-битного D-канала на одной двупроводной телефонной линии. В-каналы переносят данные или голосовую информацию, а D-канал управляющие сигналы для передачи данных.
Сигналы контроля звонков (Call-control Signaling) — Операции установления связи, сбрасывания линии и т.д. Hапример, набор номера.
Центральная аппаратная (Central Office) — Учреждение, к которому подключены все местные телефонные линии для выхода в центральную сеть.
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) — Устройство, преобразующее последовательность двоичных цифр в исходный аналоговый сигнал. Само по себе никаких шумов не производит.
Цифровой сигнальный процессор (Digital Signal Processor — DSP) — Процессор, оптимизированный для работы со сложными математическими операциями, происходящими при обработке цифровых сигналов. Дискретный процессор может быть перепрограммирован. Процессор же, интегрированный в чипсет обычно несет в себе микросхему ROM и как следствие не может быть перепрограммирован.
Е1 — Четырех проводная цифровая линия, магистраль, которая переносит данные со скоростями до 2 мегабит/с.
Локальная Т1 — Канал Т1, на котором сигнал испытывает преобразование на пути от серверного модема до локальной АТС.
Primary rate Interface (PRI) — В Северной Америке PRI — четырех-проводный ISDN-канал (магистраль) с теми же скоростными возможностями, что и Т1, 1.554 мегабит/с. PRI содержит 23 В-канала 64 килобит/с и один D-канал 64 килобит/с. В других странах PRI содержит 30 В-каналов 64 килобит/с и один D-канал 64 килобит/с. Четырех проводная ISDN линия с теми же скоростными характеристиками, что и Е1, 2048 мегабит/с. D-канал переносит сигналы контроля передачи данных для всех В-каналов.
Пульсовая модуляция кода (Pulse Code Modulation PCM) — Технология преобразования аналоговых сигналов с бесконечным числом возможных значений в дискретные цифровые сигналы с ограниченным числом значений. После оцифровки аналоговых сигналов, они разбиваются на PCM-коды.
Модуляция — Процесс представления сигнала как дискретное двоичное число. Приближение сигнала с бесконечным числом значений к конечному числу систем представляет собой модуляционную ошибку.
Отношение сигнал-шум — параметр, определяющий качество соединения, определяется путем деления мощности сигнала на мощность шумовых помех. Обычно измеряется в децибелах. Чем больше отношение, тем лучше и чище соединение.
Т1 — Четырех проводная цифровая линия (магистраль) переносящая 1.554 мегабит/с. Т1 содержит 24 линии DSO, каждая из которых переносит 56 килобит/с. (Сигналы контроля соединения переносятся внутри DSO)
х2 клиент-модем — Модем оборудованный усовершенствованиями х2 и подключенный к обычной аналоговой линии. Для получения соединения на скоростях х2 (56 килобит/с), модем на другом конце соединения должен представлять собой х2-модем, подключенный к магистральной линии Т1, BRI или PRI.
х2 сервер-модем — Цифровой модем, подключенный к магистральной линии Т1, BRI или PRI. Клиентский модем также должен поддерживать стандарт х2 для получения скоростей х2 (56 килобит/с). В настоящее время х2-сервер модемами могут выступать Total Control Enterprise Network Hub, Netserver I-modem, MP I-modem и Courier TM I-modem.
Перевод выполнен Alex Absalamov, Russian Team USR Translator
