2

www.elektro.info.pl

8/2002

multimedialne

sieci dostępowe

a uzyskamy empiryczną od-
powiedź na pytanie: „co to są
usługi multimedialne?”

Najogólniej rzecz ujmując,

telekomunikacyjne

usługi

multimedialne to taka kate-
goria usług w zakresie wy-
miany

informacji,

która

umożliwia zdalne przekazy-
wanie wiadomości pomiędzy
odbiorcami za pomocą co
najmniej dwóch środków
przekazu, takich jak np. mo-
wa, ruchomy obraz, tekst,
grafika, itp., zwanych często
mediami. W ramach poje-

D

zisiaj nikogo nie dziwi
możliwość zdalnego
korzystania z zasobów

bibliotek, oferujących nie tyl-
ko tekst i grafikę, ale także
komentarz słowno-muzyczny
do prezentowanego materia-
łu, czy wręcz pełną transmi-
sję video. Dodajmy do tego
programy edukacyjne, teleza-
kupy, usługi bankowe, wide-
otelefonię, wideokonferencję,
pocztę elektroniczną, gry
komputerowe w sieci, filmy
wideo na żądanie, serwisy in-
formacyjne i reklamowe itd,

dynczej sesji telekomunika-
cyjnej, usługi te mogą łączyć
ze sobą zarówno wielu ucze-
stników, jak i realizować wie-
le jednoczesnych połączeń
telekomunikacyjnych. Mogą
dodawać i /lub usuwać źródła
informacji, a także dołączać
dodatkowych uczestników
sesji oraz ich eliminować.

Jednak dostarczanie użyt-

kownikowi tych usług wyma-
ga nie tylko wyposażenia go
w odpowiedni terminal, ale
przede wszystkim wprowa-
dzenia zmian w architekturze

sieci dostępowej, czyli w tym
fragmencie sieci telekomuni-
kacyjnej, którego rolą jest do-
łączenie abonentów do cen-
tral abonenckich, które dzi-
siaj są często wielofunkcyjny-
mi węzłami usługowymi.

Usługi multimedialne rea-

lizowane są za pomocą prze-
kazywania sygnałów cyfro-
wych, a więc wymagają
znacznie szerszego pasma
transmisyjnego niż to, które
zapewnia zwykły analogowy
kanał telefoniczny. Potrzebne
jest zatem fizyczne medium,
czyli nośnik fizyczny, a także
odpowiednia technika trans-
misyjna pozwalająca na
utworzenie kanału o odpo-
wiedniej przepływności. Ta-
kim medium fizycznym jest
oczywiście linia kablowa, za
pośrednictwem której abo-
nent telefoniczny jest dołą-
czony do sieci operatora tele-
komunikacyjnego i na wyko-
rzystaniu tej linii do świad-
czenia usług multimedial-
nych skupiona jest uwaga
tradycyjnych firm telekomu-
nikacyjnych. Jednak liberali-
zacja prawa telekomunika-
cyjnego pozwala obecnie na
świadczenie usług telekomu-
nikacyjnych także innym
przedsiębiorstwom, które do

Henryk Gut-Mostowy,
Jerzy Sadowski

Do niedawna podstawową usługą telekomunika-

cyjną, oferowaną abonentowi było przekazywanie

głosu, czyli umożliwianie wykonywania rozmów te-

lefonicznych z innymi abonentami. Usługa ta

świadczona była przez firmę telekomunikacyjną,

która zazwyczaj działała na określonym terenie

w warunkach monopolu. Postęp techniczny

w elektronice, powszechna dostępność kompute-

rów i niebywały rozwój ogólnoświatowej sieci In-

ternet spowodowały ogromny wzrost zainteresowa-

nia usługami, które do tej pory nie mogły być ofe-

rowane abonentom indywidualnym.

3

8/2002

www.elektro.info.pl

tej pory raczej nie były koja-
rzone z telekomunikacją. Fir-
my te także dysponują pew-
nym medium fizycznym,
które może zostać wykorzy-
stane do dostarczania innych
usług niż te, do których było
pierwotnie

przeznaczone.

Przykładem mogą być tutaj
operatorzy telewizji kablo-
wych, których sieci mogą słu-
żyć nie tylko do biernego do-
starczania kilkudziesięciu ka-
nałów telewizyjnych, ale rów-
nież mogą umożliwiać reali-
zację pewnych usług interak-
tywnych, dotyczących wybo-
ru programów, czy wręcz uła-
twić swoim abonentom sze-
rokopasmowy dostęp do sie-
ci Internet. Innym, jeszcze
bardziej

spektakularnym

przykładem, może być wyko-
rzystanie do tych celów linii
energetycznych, dostarczają-
cych do mieszkań energię
elektryczną. Nie sposób po-
minąć możliwości dostarcza-
nia indywidualnym abonen-
tom usług multimedialnych
drogą radiową, co jest pod-
stawowym zadaniem telefonii
komórkowej trzeciej generacji
UMTS, która oprócz głosu
może przesyłać obrazy, na-
wet ruchome, czyli realizo-
wać usługi wideotelefonii,
a także łączyć użytkownika
z siecią Internet. Ograniczo-
ny, ale interaktywny dostęp
do wybranych serwisów in-
ternetowych, jest możliwy
również za pośrednictwem
telewizji satelitarnej.

Ze względu na potencjalne

możliwości teletransmisyjne,
najlepszym rozwiązaniem by-
łoby doprowadzenie do każ-
dego abonenta łącza światło-
wodowego, ale ze względu na
koszty takiej inwestycji, jest
to rozwiązanie dostępne dzi-
siaj jedynie dla klientów bi-
znesowych, czyli firm potrze-
bujących do prowadzenia
swej działalności możliwości

korzystania z szerokopasmo-
wych usług telekomunikacyj-
nych. Tym niemniej, sieci
abonenckie oparte o techniki
światłowodowe są w cen-
trum zainteresowania firm
prowadzących

badania

w dziedzinie szeroko pojętej
telekomunikacji.

Oczywiście, jak wspo-

mniano wcześniej, wykorzy-
stanie wymienionych wyżej
nośników fizycznych wymaga
zastosowania odpowiednich,
niekiedy bardzo wyrafinowa-
nych, technik transmisyj-
nych, w zależności od rodza-
ju nośnika i szerokości pasma
kanału przesyłowego, który
ma być utworzony. Techniki
te różnią się między sobą
gwarantowanym zasięgiem
transmisji oraz udostępniany-
mi możliwościami transpor-
towymi. Ponieważ możliwo-
ści transportowe tych technik
są zdecydowanie mniejsze od
przepływności binarnych łą-
czy światłowodowych, więc
faktycznie to one stanowią
wąskie gardło telekomunika-
cji multimedialnej i jako takie
są dalej szczegółowo oma-
wiane.

wykorzystanie in-
frastruktury sieci
telefonicznej

W oparciu o abonencką

sieć telefoniczną można zbu-
dować szerokopasmową mul-
timedialną sieć dostępową,
przy wykorzystaniu takich
technik transmisyjnych jak:
łączność z zastosowaniem
modemu, technika ISDN,
techniki xDSL.

1. Łączność z zastosowa-

niem modemu.

Analogowe łącze telefoniczne

ma częstotliwościowe pasmo
przepustowe 0,3 ÷ 3,4 kHz, co
nie wynika z własności trans-
misyjnych linii, lecz z przepu-
stowości filtrów instalowa-
nych w punktach styku tej li-

nii z telekomunikacyjną sie-
cią transportową. Jest to
o wiele za mało, aby można
było bezpośrednio przesyłać
w takim kanale sygnały cyfro-
we. W takiej sytuacji rozwią-
zaniem jest zamiana sygna-
łów cyfrowych na odpowia-
dające im sygnały analogowe
w taki sposób, aby widmo
częstotliwościowe tych sy-
gnałów było skoncentrowane
w zakresie podstawowego
pasma telefonicznego. Proces
takiej transformacji widm jest
nazywamy modulacją. Ope-
racja odwrotna, polegająca
na konwersji sygnału analo-
gowego na odpowiadający
mu sygnał cyfrowy jest nazy-
wana demodulacją. Stąd też
urządzenie, które wykonuje
obydwie operacje naraz jest
nazywane modemem.

Modem jest więc urządze-

niem, które umożliwia prze-
syłanie danych cyfrowych
w podstawowym kanale te-
lefonicznym pomiędzy dwo-
ma terminalami dołączony-
mi do publicznej sieci tele-
komunikacyjnej. Wadą tego
kanału jest ograniczona sze-
rokość pasma i wynikająca
z tego maksymalna prze-
pływność binarna, czyli
szybkość przesyłania infor-
macji, nie przekraczająca 56
kbit/s. Stan taki znacznie
zawęża zakres usług multi-
medialnych, które mogą być
udostępniane z użyciem tego
kanału. Praktycznie można
tu udostępniać jedynie takie
usługi, jak:
Ÿ wideokonferencja niskiej ja-

kości,

Ÿ wideotelefonia małej szyb-

kości dla publicznej komu-
towanej sieci telefonicznej,

Ÿ wideotekst (np. EDI, e-ma-

il, strony WWW, sklepy in-
ternetowe),

Ÿ telekonferencja audiogra-

ficzna.

2. Technika ISDN

Standard ISDN (Integrated
Services Digital Network) jest
otwartym, całkowicie cyfro-
wym systemem teletransmi-
syjnym, charakteryzującym
się integracją usług przekazy-
wania mowy i danych. Ko-
mutowane sieci ISDN, imple-
mentowane w obszarze abo-
nenckiej sieci dostępowej, są
oparte na kanałach cyfro-
wych PCM o przepływności
binarnej 64 kbit/s i jako me-
dium transmisyjne wykorzy-
stują kable z symetrycznymi
parami przewodów miedzia-
nych. Koncepcja sieci z inte-
gracją usług zakłada funkcjo-
nowanie dwóch typów kana-
łów cyfrowych dostępnych
dla każdego abonenta sieci:
Ÿ dupleksowych kanałów ty-

pu B (Bearer Channel),
każdy o przepływności 64
kb/s, przeznaczonych do
właściwej transmisji da-
nych użytkowych. Zaletą
wykorzystania

kanałów

B jest stała w czasie i na
ogół niewielka wartość
opóźnienia transmisji prze-
syłanych nimi danych, co
jest

bardzo

korzystne

z punktu widzenia usług
multimedialnych, wymaga-
jących wymiany danych
w czasie rzeczywistym.

Ÿ jednego

kanału

typu

D (Control Channel) o prze-
pustowości 16 lub 64 kb/s,
który przenosi dane sygna-
lizacyjne, służące do stero-
wania pracą urządzeń abo-
nenta. Przekaz danych
w kanale D dokonuje się
w trybie z komutacją pakie-
tów i jest niezależny od
sposobu wykorzystania po-
zostałych kanałów.

Abonent sieci ISDN może

zestawiać połączenia w każ-
dym z wymienionych kana-
łów całkowicie niezależnie od
sposobu wykorzystywania
pozostałej części przysługują-
cego mu pasma transmisyj-

4

www.elektro.info.pl

8/2002

nego. Dozwolone jest również
multipleksowanie w pojedyn-
czym kanale kilku połączeń
lub postępowanie odwrotne,
polegające na zestawieniu
połączenia dysponującego
sumarycznym pasmem obu
kanałów B, w celu stworze-
nia łącza o odpowiednio
większej przepustowości.

3. Techniki xDSL
Techniki cyfrowego łącza

abonenckiego (xDSL) działa-
ją w obszarze abonenckiej
sieci dostępowej i jako me-
dium transmisyjne wykorzy-
stują telekomunikacyjne ka-
ble miejscowe z żyłami mie-
dzianymi lub bimetalowymi.
Linie te są pozbawione filtrów
dolnoprzepustowych, instalo-
wanych w punktach styku li-
nii z siecią transportową. Bez
tych filtrów kable miedziane
mogą bowiem przenosić pa-
smo do około 1 MHz, a ogra-
niczeniem dla szybkości
transmisji jest długość kabla
i jakość jego wykonania.
Możliwość tę wykorzystują
techniki:
Ÿ HDSL (High data rate Digi-

tal Subscriber Line) - sy-
metrycznego cyfrowego łą-
cza abonenckiego,

Ÿ ADSL (Asymmetric Digital

Subscriber Line) - asyme-
trycznego cyfrowego łącza
abonenckiego,

Ÿ VDSL (Very high data rate

Digital Subscriber Line) -
cyfrowego łącza abonenc-
kiego o bardzo dużej szyb-
kości transmisji.

Technika HDSL umożliwia

dwukierunkowe przesyłanie
strumieni E1 (PCM 2,048
Mbit/s) lub T1 (PCM 1,544
Mbit/s) na jednej, dwóch lub
trzech parach przewodów
miedzianych, przy wykorzy-
staniu odpowiednich technik
modulacji sygnału. W mode-
mach symetrycznego cyfro-
wego łącza abonenckiego sy-
gnał liniowy jest tworzony
w

oparciu o

modulację

2B1Q lub - CAP (Carrrierless
Amplitude Phase Modula-
tion), przy czym modulacja
2B1Q jest stosowana w łą-
czach HDSL z transmisją:
jedno-, dwu- lub trzyparową,
zaś modulacja CAP-64 i CAP-
128 – odpowiednio w łą-
czach HDSL dwu- i jednopa-
rowych. Modulacja 2B1Q jest
przykładem modulacji wielo-
wartościowej pasma podsta-
wowego i polega na podziale
strumienia informacyjnego na

„dwubitowe” grupy, a następ-
nie na przypisaniu każdej ta-
kiej grupie jednego z czterech
symboli. Zatem kod trans-
misyjny 2B1Q dwukrotnie
zmniejsza prędkość modula-
cji sygnału liniowego i tym
samym tyle samo zawęża je-
go pasmo gęstości mocy uży-
tecznej (tabela 1). Jednopa-
rowe łącze HDSL jest często
wyróżniane jako technika
transmisyjna SDSL (Single-
pair Digital Subscriber Line).
Charakteryzuje się ona mniej-
szym zasięgiem transmisji
(tabela 2) niż HDSL kilkupa-
rowy, lecz jego podstawową
zaletą jest to, że wykorzystu-
je tylko jedną parę przewo-
dów miedzianych, którą za-
wsze dysponuje abonent.

Technika ADSL została

opracowana w laboratoriach
Bellcore w USA pod koniec
lat 80. Wywodzi się ona od
wcześniej omówionej techni-
ki HDSL, a jej podstawową
cechą jest to, że prędkość
transmisji od sieci do abo-
nenta jest większa niż pręd-
kość w kierunku przeciwnym.
Obecnie są stosowane dwa
rodzaje technik transmisyj-
nych ADSL, tzn. szerokopa-
smowa technika ADSL oraz
technika ADSL G.Lite o zmniej-
szonej przepływności trans-
portowej (tabela 3). W łą-
czach cyfrowych ADSL oby-
dwu rodzajów, ze względu na
stosowany sposób modulacji
wieloczęstotliwościowej DMT
(Discrete Multi-Tone), pod-
kanały używane do przesyła-

nia sygnałów cyfrowych są
lokalizowane w paśmie czę-
stotliwości powyżej 25 kHz.
Dolny zakres częstotliwości
(0,3 ÷ 3,4 kHz) nie jest ani
wykorzystywany, ani zakłóca-
ny przez transmisję cyfrową
i jako taki może być wykorzy-
stywany do przesyłania sy-
gnałów podstawowej usługi
telefonicznej (POTS).

Technika VDSL (Very high

data rate Digital Subscriber
Line) jest pewnym uzupełnie-
niem techniki ADSL. Umożli-
wia uzyskanie większych
prędkości transmisji skrętką
przewodów miedzianych, ale
na mniejszych odległościach
(tabela 4). Podobnie jak
ADSL jest techniką asyme-
tryczna, tzn. do abonenta,
przenosi znacznie większy
strumień danych niż od abo-
nenta do sieci.

Ze względu na stosowaną

metodę modulacji DWMT,
opartą na tzw. transformacie
falkowej (wavelet transform),
kanały cyfrowego łącza VDSL
zajmują pasmo powyżej 300
kHz. W ten sposób pasmo
podstawowej usługi telefo-
nicznej (POTS) jest tu posze-
rzone o pasmo kanałów
2B+D podstawowej usługi
ISDN (rys. 1).

wykorzystanie
infrastruktury sieci
energetycznej

Techniki cyfrowej linii

energetycznej DPL/PLC wy-
korzystują pasmo częstotli-
wości od 1,6 do 30 MHz
i umożliwiają przekazywanie
danych w obszarze domowej
lub mieszkaniowej instalacji
elektrycznej, z szybkościami
nawet do 24 Mbit/s. Ze
względu na powszechność
medium transmisyjnego uży-
wanego przez te techniki,
nad ich udoskonalaniem pra-
cuje obecnie wiele czołowych
firm telekomunikacyjnych na

Średnica żyły [mm]

Przeciętny zasięg transmisji [km]

HDSL 1-parowy

HDSL 2-parowy

Kod 2B1Q

Kod CAP-128

Kod 2B1Q

Kod CAP-64

0,4

3,1

3,3

3,7

4,0

0,5

4,8

5,0

5,4

5,7

0,8

9,2

9,4

10,7

11,0

Rodzaj łącza HDSL

Pasmo transmisyjne [kHz]

Kod 2B1Q

Kod CAP-64

Kod CAP-128

1-parowe

0 ÷ 485

33 ÷ 419

2-parowe

0 ÷ 292

21 ÷ 255

3-parowe

0 ÷ 196

Tabela 1 Przeciętny zasięg transmisji systemów HDSL w kablach miedzianych,

z izolacją polietylenową

Tabela 2 Pasmo transmisyjne systemów HDSL z kodem 2B1Q

i CAP-64/128

5

8/2002

www.elektro.info.pl

świecie. Tworzone są różno-
rodne implementacje tych sy-
stemów, które pomimo tej
różnorodności, wpisują się
w jedną z dwóch podstawo-
wych architektur sieciowych,
a mianowicie w architekturę
systemów z jedno- lub dwu-
stopniową komunikacją PLC.

Systemy z jednostopniową

komunikacją PLC: jako me-
dium transmisyjne wykorzy-
stują jedynie obszar zewnę-
trznej sieci energetycznej,
obejmujący linie magistralne,
przyłącza oraz część wewnę-
trznych linii zasilających.
W tym obszarze sieci trans-
misja sygnałów PLC odbywa
się w paśmie częstotliwości
od 1,0 do 10,0 MHz. Sygna-
ły PLC w obszarze budynku
lub mieszkania są natomiast
prowadzone z użyciem od-
dzielnej instalacji telekomuni-
kacyjnej, tworzonej z uży-
ciem kabli informatycznych
lub koncentrycznych.

Systemy z dwustopniową

komunikacją PLC jako me-
dium transmisyjne wykorzy-
stują zarówno płaszczyznę
zewnętrznej, jak i wewnętrz-
nej sieci energetycznej. Tę
ostatnią tworzą domowe lub
mieszkaniowe instalacje ele-
ktryczne. W systemach tej
grupy, do transmisji sygnałów

PLC, są wykorzystywane dwa
zakresy częstotliwości. W ob-
szarze zewnętrznej sieci ener-
getycznej jest używane pa-
smo od 1,0 do 10,0 MHz,
natomiast w płaszczyźnie sie-
ci wewnętrznej - zakres czę-
stotliwości od 10 do 30
MHz. Systemy tej grupy, ze
względu na sposób dołącza-
nia urządzeń końcowych abo-
nenta, reprezentują architek-
turę PLC utożsamianą z poję-
ciem „Internet w gniazdku
energetycznym”.

Na poziomie tzw. war-

stwy fizycznej, odpowie-
dzialnej za przekaz sygna-
łów cyfrowych pomiędzy
stacją bazową a modułami
komunikacyjnymi lub sta-
cjami pośredniczącymi, sto-
suje się różne metody mo-
dulacji, przy czym najczę-
ściej używanymi są: kwa-
draturowe kluczowanie fazy
QPSK (Quadrature Phase
Shift Keying), binarne klu-
czowanie

częstotliwości

z przesunięciem minimal-

nym GMSK (Gaussian Mini-
mum Shift Keying), wieloto-
nowe kodowanie z użyciem
sygnałów

ortogonalnych

OFDM (Orthogonal Frequ-
ency Division Multiplex)
oraz rozpraszanie widma sy-
gnału przez kluczowanie
bezpośrednie

DS-CDMA

(Code Division Multiply Ac-
cess-Direct Sequence) lub
skakanie po częstotliwo-
ściach FH-CDMA (Code Di-
vision Multiply Access-Fre-
quency Hopping).

q

Przepływność transportowa [kbit/s]

Zasięg transmisji [km]

ADSL klasyczny

ADSL G.Lite

ADSL klasyczny

ADSL G.Lite

Od sieci

Do sieci

Od sieci

Do sieci

2048

16

64 ÷ 1536

32 ÷ 512

4,8

5 ÷ 6

4096

160

4,0

6144

384

3,7

8192

640

2,7

Strumień do abonenta [Mbit/s]

Strumień od abonenta [Mbit/s]

Zasięg transmisji [km]

12,96

1.6 ÷ 2.3

1,5

25,82

19,2

1,0

51,84

51,84

0,3

Tabela 3 Przepływność transportowa i przeciętny zasięg transmisji systemów ADSL

w kablach miedzianych o średnicy 0,5 [mm], z izolacją polietylenową

Tabela 4 Zalecane prędkości i średni zasięg transmisji dla łącza VDSL w parze przewodów miedzianych

o średnicy 0,5 mm

Rys. 1 Rozmieszczenie kanałów w cyfrowym łączu abonenckim VDSL