Rosn¹ce zapotrzebowanie

na szybki dostêp

do Internetu prywatnych

u¿ytkowników stwarza

wielki popyt na modemy

o du¿ej szybkoœci

transmisji.

P

owszechnie stosowane ³¹cza tele-

foniczne maj¹ typow¹ szybkoœæ

transmisji danych 56 kbit/s lub

mniejsz¹. Lokalne sieci cyfrowe

ISDN oferuj¹ szybkoœæ do 128 kbit/s.

Usprawnienie dostêpu wymaga zastosowa-

nia takich rozwi¹zañ technicznych, jak DSL

(cyfrowa linia abonencka), DBS (bezpo-

œredni przekaz satelitarny), sta³e ³¹cze

bezprzewodowe (radiolinia) lub modemy

kablowe o wielkiej szybkoœci transmisji

danych.

Systemy anten zbiorowych lub telewizji

kablowej mog¹ byæ wykorzystywane jako

sieci dostêpowe domowych u¿ytkowników

Internetu. W tym celu jednak system jedno-

kierunkowy (sygna³ telewizyjny

→

odbior-

nik telewizyjny) nale¿y przekszta³ciæ w sy-

stem dwukierunkowy, umo¿liwiaj¹cy inte-

rakcyjn¹ wspó³pracê z Internetem. Do te-

go s³u¿y dwukierunkowy wzmacniacz.

Wiêkszoœæ telewizyjnych sieci kablowych

to systemy hybrydowe sk³adaj¹ce siê z li-

nii œwiat³owodowych, przesy³aj¹cych sy-

gna³ w pobli¿e odbiorców i sieci kablowej,

która prowadzi bezpoœrednio do mieszkañ.

Sygna³ o wielkiej czêstotliwoœci jest prze-

sy³any do abonenta, a sygna³ o ma³ej czê-

stotliwoœci _ od abonenta do centrum dys-

trybucji sygna³u.

Struktura instalacji kablowej

Na rys.1 przedstawiono strukturê sieci hy-

brydowej zawieraj¹cej po³¹czenia zarówno

œwiat³owodowe jak i zrealizowane za po-

moc¹ kabli koncentrycznych. Koncentrator

w centrum dystrybucji sygna³u zbiera sy-

gna³y telewizyjne z ró¿nych Ÿróde³ _ g³ów-

nie z satelitarnych transponderów telewizyj-

nych. Tam s¹ one dekodowane i poddawa-

ne przemianie na czêstotliwoœci wybra-

nych kana³ów. Z kolei s¹ przesy³ane do

sieci œwiat³owodowych. Koncentratory sie-

ci œwiat³owodowych spe³niaj¹ jednocze-

17

MODEMY KABLOWE

SZEROKOPASMOWA AUTOSTRADA

r

TELEKOMU

NIKCJA

je je do wybranego kana³u i ³¹czy ze stan-

dardowymi sygna³ami telewizyjnymi. Sy-

gna³y od abonenta zbierane s¹ z domo-

wych urz¹dzeñ abonenckich. W prawid³o-

wo zaprojektowanym systemie ka¿demu

kana³owi do abonenta przyporz¹dkowuje

siê kilka kana³ów od abonenta. Dzieje siê

tak, bo dane z domowych komputerów

przesy³ane s¹ wolniej ni¿ dane do nich.

Natê¿enie przesy³ania danych musi byæ

œnie funkcjê interfejsu Internetu, do które-

go dostêp zapewniaj¹ bardzo szybkie ³¹cza

optyczne.

Ka¿dy koncentrator dysponuje central¹ do

rozsy³ania sygna³ów telewizyjnych do lokal-

nych wzmacniaczy przez mniejsze sieci

œwiat³owodowe, które w tym miejscu siê

koñcz¹. Po ponownej przemianie sygna³y

s¹ dostarczane do abonentów za pomoc¹

kabli koncentrycznych. Wzmacniacze w tej

Parametr USA

Europa

Czêstotliwoœæ œrodkowa

91

÷

857 MHz

±

30 kHz

112

÷

858 MHz ± 30kHz

Dynamika sygna³u

_15

÷

15 dBmV

43

÷

73 dB

µ

V dla 64 QAM

(1 kana³)

47

÷

77 dB

µ

V dla 256 QAM

Modulacja

64 QAM i 256 QAM

64 QAM i 256 QAM

SzerokoϾ pasma

6 MHz

8 MHz

Ca³kowita moc wejœciowa
40

÷

900 MHz)/

<30 dB

µ

V

<90 dB

µ

V

(80

÷

862 MHz) dla Europy

Rezystancja wejœciowa

75

Ω

75

Ω

Wejœciowe t³umienie zwrotne

>6 dB (88

÷

880 MHz)

>6 dB (85

÷

862 MHz)

£¹czówka

typu F zgodnie z [IPS-SP-406]

typu F zgodnie z [IPS-SP-406]

Czêstotliwoœæ

42

÷

850 MHz w USA, 65

÷

850 MHz w Europie

SzerokoϾ pasma

6 MHz w USA, 8 MHz w Europie

Modulacja

64 QAM* (6 bitów na symbol), normalna
256 QAM (8 bitów na symbol), szybsza, ale bardziej podatna na zak³ócenia

T a b l i c a 1. Parametry sygna³u przesy³anego do abonenta

T a b l i c a 2. Parametry elektryczne sygna³u wejœciowego dla modemów kablowych

Internet

Kabel

wspó³osiowy

Lokalne

koncentratory

Koncentrator centrum

dystrybucji sygna³u

Radiodyfuzja

Œwiat³owód

Œwiat³owód

Wêze³ œwiat³owodu

Rys . 1. Pogl¹dowy schemat sieci hybrydowej

czêœci sieci musz¹ byæ dwukierunkowe.

Mo¿liwe jest tak¿e wykorzystanie trady-

cyjnej sieci telewizji kablowej wykorzystu-

j¹cej wy³¹cznie kable koncentryczne.

Dla umo¿liwienia wprowadzania danych, in-

frastruktura Protoko³u Internetu (IP) musi

byæ dostosowana do istniej¹cego syste-

mu. Sygna³ jest doprowadzany do cen-

trum dystrybucji, a nastêpnie do lokalnych

koncentratorów w sieci operatora wielo-

funkcyjnego (MSO). Sieæ IP jest zwi¹zana

ze specjalnym adapterem zwanym CMTS

(system urz¹dzeñ koñcowych typu mo-

dem kablowy). Strumieñ danych IP zosta-

je przetworzony na strumieñ sygna³ów

wielkiej czêstotliwoœci (RF) – do abonenta

(downstream) i od abonenta (upstream).

Sygna³y do abonenta s¹ przesy³ane przez

wzmacniacz parametryczny o czêstotliwo-

œci sygna³u wyjœciowego wiêkszej ni¿ czê-

stotliwoœæ sygna³u na wejœciu, który kieru-

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 7/2001

*QAM - kwadraturowa (czterowartoœciowa) modulacja amplitudy

18

tak wyregulowane, aby zapewniæ u¿ytkow-

nikom nale¿yt¹ obs³ugê. Sygna³y dŸwiêko-

we, wizyjne i gry zajmuj¹ najwiêksz¹ czêœæ

pasma czêstotliwoœci. Strumieñ danych

przesy³anych do abonenta z szybkoœci¹

30

÷

40 Mbit/s mo¿e byæ wspó³u¿ytkowany

przez 500

÷

2000 abonentów. Strumieñ da-

nych od abonenta jest przesy³any z szyb-

koœci¹ ok. 8 Mbit/s na kana³. Do usprawnie-

nia systemu s³u¿¹ serwery Proxy i serwe-

ry zbierania danych w lokalnych koncentra-

torach.

Jak to przedstawiono w tablicach 1 i 2,

wymagania dotycz¹ce sieci kablowych

w USA (DOCIS) i w Europie (Euro-

DOCSIS) s¹ ró¿ne.

System urz¹dzeñ koñcowych

typu modem kablowy

Na rys. 2 przedstawiono uproszczony sche-

mat przesy³ania danych w sieci kablowej.

Miêdzy poszczególnymi blokami funkcjo-

nalnymi znajduj¹ siê odpowiednie interfej-

sy. Podstawowe problemy w tego typu sy-

stemach to:

q

koniecznoœæ sterowania dostêpem do In-

ternetu wielu u¿ytkowników,

q

zak³ócenia wprowadzane na wejœciu

danych od strony abonenta.

Tradycyjny system kablowy umo¿liwia wy-

korzystanie pasma czêstotliwoœci o szero-

koœci 400 MHz (w kierunku do abonenta)

do przenoszenia 50

÷

60 analogowych ka-

na³ów telewizyjnych, natomiast nowocze-

sny system hybrydowy œwiat³owód/kabel

koncentryczny umo¿liwia przenoszenie,

w paœmie o szerokoœci 700 MHz, 80

÷

110

kana³ów. Typowo, do przes³ania danych do

sieci kablowej przeznaczony jest jeden ka-

na³ telewizyjny (z zakresu czêstotliwoœci

50

÷

865 MHz), natomiast jeden lub wiêcej

kana³ów z zakresu 5

÷

42 MHz przezna-

cza siê na przesy³anie danych z instalacji

domowych. Stosuj¹c modulacjê 64 QAM,

szybkoϾ transmisji danych do abonenta w

kanale telewizyjnym o szerokoœci 6 MHz

wynosi do 27 Mbit/s. Stosuj¹c modulacjê

256 QAM mo¿na osi¹gn¹æ szybkoœæ do 36

Mbit/s. Dziêki zastosowaniu sieci hybry-

dowych oraz modulacji 16 QAM lub QPSK,

szybkoœæ transmisji danych w kana³ach

przeznaczonych do przesy³ania informacji

w kierunku od abonenta wynosi od 0,5

÷

10

Mbit/s. Pasma w obu kierunkach s¹ wspó³-

u¿ytkowane przez 500

÷

2000 aktywnych

u¿ytkowników pod³¹czonych do danego

segmentu sieci kablowej. W zale¿noœci od

struktury i obci¹¿enia sieci, indywidualny

abonent mo¿e dysponowaæ szybkoœci¹

dostêpu 0,5

÷

1,5 Mbit/s i wiêksz¹.

Na rys. 3 przedstawiono pogl¹dowo wyko-

rzystanie pasma czêstotliwoœci przez trans-

misjê danych w obu kierunkach.

Modem kablowy

Podstawow¹ funkcj¹ jak¹ spe³nia modem

kablowy jest modulacja i demodulacja sy-

gna³ów. Musi on dostosowaæ format za-

kodowanych sygna³ów do urz¹dzeñ abo-

nenckich oraz wiadomoϾ od abonenta

przeprowadziæ przez sieæ kablow¹ do punk-

tu przeznaczenia. Zasadnicze bloki funkcjo-

nalne modemu to:

q

tuner,

q

demodulator,

q

zespó³ szyfruj¹co-deszyfruj¹cy,

q

modulator sygna³u od abonenta.

Ka¿dy modem kablowy ma unikatowy

48-bitowy adres u¿ywany do rejestracji

i identyfikacji. W kierunku do abonenta

dane w postaci cyfrowej zostaj¹ zmodulo-

wane i skierowane do kana³u telewizyjne-

go z zakresu czêstotliwoœci 65

÷

850 MHz.

Sygna³ od abonenta jest przesy³any w pa-

œmie 5

÷

65 MHz, dlatego te¿ jest nara¿o-

ny na zak³ócenia radioelektryczne, które

maj¹ swoje Ÿród³o w nadajnikach radioa-

matorskich, nadajnikach pracuj¹cych w pa-

œmie obywatelskim, elektrycznych urz¹-

dzeniach domowych, wadach instalacji

elektrycznej itp. Z tego wzglêdu mo¿e siê

okazaæ niezbêdne zainstalowanie w do-

mu rozdzielacza sygna³ów (splitera) i filtru

górnoprzepustowego, które izoluj¹ odbior-

nik telewizyjny od innych sygna³ów pocho-

dz¹cych z modemu kablowego, a filtr do-

datkowo blokuje zak³ócenia w mniejszym

paœmie czêstotliwoœci.

W dzia³aniu modemu kablowego mo¿na

wyró¿niæ trzy zasadnicze fazy: inicjowa-

nie transmisji, transmisje od abonenta

i transmisje do abonenta.

Inicjowanie transmisji jest procesem wie-

lostopniowym, w trakcie którego dokonuje

siê synchronizacji i okreœlenia zakresu pa-

rametrów. Synchronizacja umo¿liwia do-

konanie transmisji w odpowiednim, prze-

znaczonym dla danego modemu kablo-

wego momencie, tzw. „szczelinie czaso-

wej”. Po dokonaniu synchronizacji modem

kablowy otrzymuje parametry transmisji

od abonenta, informuje CMTS o obecnoœci

takiej transmisji i dokonuje procesu okreœla-

nia zakresu parametrów, takich jak parame-

try czasowe czy poziom mocy sygna³ów.

Oba te procesy przebiegaj¹ pod kontrol¹

CMTS, który musi autoryzowaæ modem

kablowy, zanim umo¿liwi dokonanie trans-

misji w sieci.

Transmisje od abonenta odznaczaj¹ siê

mo¿liwoœci¹ zmiany czêstotliwoœci, prac¹

z wielokrotnym dostêpem z podzia³em cza-

su, modulacj¹ QPSK i 16QAM, pakietami

danych o sta³ej ramce jak i o zmiennej

d³ugoœci, ró¿nymi szybkoœciami symbolo-

wymi, programowalnym blokiem kodowa-

nia typu Reeda-Solomona oraz programo-

walnymi preambu³ami. Wymaga siê, aby

NSI

(interfejs od strony sieci)

CMCI

(interfejs modem kablowy/urz¹dzenie abonenckie)

RFI (interfejs w.cz.)

Rys. 2.
Przesy³anie danych
w systemie kablowym

Rys. 3. Umiejscowienie kana³ów w kierunku do i od abonenta w widmie czêstotliwoœci

Od abonenta (szerokoœæ kana³u 2 MHz) Do abonenta (szerokoœæ kana³u 8 MHz)

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 7/2001

Sieæ rozleg³a

Sieæ kablowa

System urz¹dzeñ

koñcowych typu

modem kablowy

Modem kablowy

Urz¹dzenie abonenckie

Przejrzysty przep³yw danych w systemie zgodnie z Protoko³em Internetowym

sterowany przez CMTS modem kablowy

by³ elastyczny w dzia³aniu. Sygna³ cyfrowy

zostaje zakodowany w formacie QPSK lub

16 QAM i przes³any do tunera do dalszej

transmisji w paœmie czêstotliwoœci 5

÷

65

MHz. W tablicy 3 przedstawiono parame-

try pakietów wysy³anych w kierunku od

abonenta, wygenerowanych przez modem

kablowy.

Podczas transmisji do abonenta sygna³y

w. cz. przesy³ane z CMTS do modemu ka-

blowego s¹ zakodowane jako 64 lub 256

QAM. CMTS wysy³a informacje do wszyst-

kich modemów, ale tylko modem o w³a-

œciwym adresie ma dostêp do istotnej czê-

œci informacji zawartej w pakiecie. Dla uzy-

skania równowagi w paœmie przenosze-

nia danych zwykle jeden kana³ transmitu-

j¹cy do abonenta jest skojarzony z wielo-

ma kana³ami w przeciwnym kierunku. Mo-

dem kablowy musi akceptowaæ zmodulo-

wane sygna³y w.cz. (tablica 3).

Podstawowe funkcje CMTS

Centrum dystrybucji sygna³u systemu urz¹-

dzeñ koñcowych typu modem kablowy po-

rozumiewa siê z modemami w domach

abonentów, aby utworzyæ po³¹czenia lokal-

nej sieci wirtualnej. Realizacja protoko³u

transmisji danych za pomoc¹ sieci kablo-

wych w bardzo wysokim stopniu zale¿y

od CMTS. Ka¿dy wêze³ w centrum dystry-

bucji sygna³u jest w stanie obs³u¿yæ do

2000 modemów kablowych.

Rozpowszechnianie szerokopasmowych

transmisji przez sieci kablowe stwarza

ogromne mo¿liwoœci rozwoju dla produ-

centów zwi¹zanych z modemami kablo-

wymi. W USA zaobserwowano wzrost wy-

k³adniczy sprzeda¿y modemów o standar-

dzie DOCIS. Modemy kablowe z bezprze-

wodowym interfejsem bêd¹ stanowiæ zna-

cz¹cy krok w kierunku ruchomej s³u¿by

Internetowej. Nowe rozwi¹zania technicz-

ne (jak np. transmisja g³osu) umo¿liwi¹

operatorom sieci kablowych rozszerzenie

oferowanych us³ug.

n

Zofia Kalinowska

19

Parametr

USA

Europa

Czêstotliwoœæ

5

÷

42 MHz (w³¹cznie)

5

÷

65 MHz (w³¹cznie)

Dynamika sygna³u

+8

÷

55 dB mV (16 QAM)

+68

÷

115 dB

µ

V (16 QAM)

+8

÷

58 dB mV (QPSK*)

+68

÷

118 dB

µ

V (16 QPSK)

Typ modulacji

QPSK i 16 QAM

QPSK i 16 QAM

Nominalna szybkoϾ

160, 320, 640, 1280 i 2560

160, 320, 640, 1280 i 2560

transmisji symbolu

ksym/s

ksym/s

SzerokoϾ pasma

200, 400, 800, 1600 i 3200 kHz

200, 400, 800, 1600 i 3200 kHz

Rezystancja wyjœciowa

75

Ω

75

Ω

Wyjœciowe t³umienie zwrotne

>6 dB (5

÷

42 MHz)

>6 dB (5

÷

65 MHz)

£¹czówka

typu F zgodnie z [IPS-SP-406]

typu F zgodnie z [IPS-SP-406]

T a b l i c a 3. Parametry sygna³u na wyjœciu modemu kablowego

*QPSK - kwadraturowa (czterowartoœciowa) modulacja typu kluczowanie z przesuwem fazy

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 7/2001

KRZEMOWY CHIPSET DO TELEFONU 3G

W telefonach komórkowych coraz to nowe

generacje i funkcje, za nimi idzie wy¿sza ce-

na i zastanawianie siê klientów, czy i kiedy

wreszcie zrezygnowaæ z tego ”wyœcigu

szczurów”. Operatorzy, którzy chc¹ telefony

sprzedaæ, musz¹ stosowaæ promocje wie-

lokrotnie obni¿aj¹ce cenê dla u¿ytkownika

w stosunku do realnej ceny sprzêtu, ale odbi-

jaj¹ to sobie na kosztach po³¹czeñ. I mamy

takie niewypa³y jak W

@

P, oferuj¹cy ograni-

czony zakres us³ug i zabawek za wy¿sze

ceny ni¿ inne, obszerniejsze Ÿród³a. Dziœ

mamy generacjê 2,5 G i zbli¿a siê trzecia

(3G). Wejœcie 3G do szerokiego zastoso-

wania najpewniej siê opó¿ni, a problem ce-

ny terminalu jeszcze siê zaostrzy, wiêc pro-

ducenci ju¿ dziœ walcz¹ o obni¿kê kosztów je-

go najbardziej newralgicznego punktu, czy-

li chipsetu (chipset to zestaw uk³adów scalo-

nych w sprzêcie).G³ówne podejœcie to rezy-

gnacja z uk³adów i elementów na bazie Ga-

As, czy egzotycznych rozwi¹zañ miesza-

nych na rzecz niezawodnego i dobrze opa-

nowanego krzemu oraz zwiêkszenie stopnia

integracji przy dodaniu szeregu funkcji z jed-

noczesnym spadkiem poboru mocy. Baz¹

startow¹ do chipsetu 3G bêd¹ ju¿ istniej¹ce

chipsety 2,5G plus nowo powstaj¹ce techno-

logie i konstrukcje. Do takich nale¿y nowy pro-

ces QUBiC4 (firma Philips Semiconductors),

który jest rozwiniêciem znanych technologii

BiCMOS (bipolarna + CMOS), umo¿liwiaj¹-

cym zintegrowanie na jednej krzemowej

strukturze tranzystorów mikrofalowych

w.cz.o mocy wyjœciowej kilkaset mW, ele-

mentów biernych (cewek spiralnych i konden-

satorów) oraz uk³adów scalonych CMOS.

Umieszczone tam tranzystory Si maj¹ czêsto-

tliwoœci f

T

= 40 GHz i f

MAX

= 90 GHz zapew-

niaj¹ce pracê przy du¿ym wzmocnieniu

znacznie powy¿ej 3 GHz, czêœæ cyfrowa jest

wykonana technologi¹ 0,25

µ

m. Nowy pro-

ces umo¿liwi przejœcie na wiêksze czêstotli-

woœci robocze sieci 3G bez zwiêkszania po-

boru mocy (baterie!) i daje perspektywê jed-

nostrukturowego telefonu GSM/UMTS (fot.

Philips Semoconductors), czy CDMA/CD-

MA-2000 za niewysok¹ cenê. Przydaje siê

doœwiadczenie z ju¿ seryjnie produkowany-

mi przez Philipsa trójzakresowymi telefona-

mi jednostrukturowymi GSM/GPRS (UAA

3535). W wy³¹cznie krzemowej technologii

Philips oferuje ju¿ chipset do zestawu Blue-

tooth. Pocz¹tek wielkoseryjnej produkcji

QUBiC4 w zak³adach Philipsa w Fishkill, NY

oraz Albuquerque, NM (USA) jest przewi-

dziany ju¿ na III kwarta³ 2001 r. Szeroka do-

stêpnoœæ uk³adów QUBiC4, które bez proble-

mów bêd¹ mog³y byæ stosowane równie¿

w telefonii DECT, bêd¹ równie¿ oznaczaæ

obni¿kê cen bezprzewodowych telefonów

domowych. Ale QUBiC4 to nie koniec. Jest

ju¿ CUBiC4G, czyli wersja w coraz lepiej

opanowanej (i kosztowniejszej) technologii Si-

Ge, o imponuj¹cych parametrach czêstotliwo-

œciowych: f

T

= 75 GHz i f

MAX

= 100 GHz. To

jest ju¿ produkt do jeszcze bardziej zaawan-

sowanych ni¿ 3G zastosowañ, np. sieci

œwiat³owodowe i Hiperlan (bezprzewodowe

sieci lokalne na w.cz., WLAN).

(lk)