Šviesolaidinės jungtys

Platesnis skaitmeninių abonentinių linijų ir šviesolaidžių panaudojimas realiai priartina didelės spartos balso, vaizdo ir duomenų perdavimą abonentams.

Paprastai vietinis ryšys apibrėžiamas kaip bet kokio signalo – balso, duomenų ar vaizdo – perdavimas tarp regioninio centro ir individualaus vartotojo. Jo ekvivalentas yra vietinis telefono pokalbis. Praktiškai vietinio ryšio teikiamos galimybės peržengia įprasto stacionaraus telefono tinklo ribas, jos kinta plėtojantis technologijoms, keičiantis teisiniams aktams ar rinkoms. Balso pokalbiai gali būti permaršrutizuojami į mobiliuosius ar korinio ryšio telefonus ir kai kuriais kabelinės televizijos tinklais ar skaitmeninėmis linijomis, kuriomis balsas bus perduodamas skaitmeniniame internetinio protokolo IP formate. Duomenys išstumia balsą kaip didžiausią telekomunikacinių srautų dalį net ir iš vietinių ryšių. Vaizdams perduoti dažniausiai pakanka paskirstytų kabelinės televizijos signalų.

Šiame straipsnyje daugiausia dėmesio skiriama greitai tobulėjančiam telefono tinklui. Telefonijoje vietinės arba abonentinės linijos yra apibrėžiamos kaip grandinės, vietinį komutavimo centrą jungiančios su tam tikru kiekiu telefono aparatų ir grįžtančios atgal. Iš pradžių tam buvo naudojami vien laidai ir iki šiol tik labai menkas šviesolaidžių kiekis, tačiau šviesolaidžių dalis vis didėja ir, didėjant reikalavimams linijų pralaidai, jie priartės prie abonento namų.

Vietinė linija

Vietinė telefono stotis jungia telefonus vienus su kitais ir su išoriniu pasauliu, pavyzdžiui, su tolimojo ar mobiliojo ryšio operatoriais. Namų ar nedidelių įmonių abonentai gali būti sujungti su vietine stotimi tiesiogiai arba būti prijungti prie koncentratorių, savo ruožtu sujungtų su centrine stotimi. Komutatorių stotys su didelėmis organizacijomis, korinio ryšio operatoriais, internetinių paslaugų tiekėjais ir kitomis telefono stotimis yra sujungtos didelės pralaidos kabeliais.

Individualios linijos nutiestos naudojant vytąją porą, kurioje kiekviena telefono grandinė turi du varinius laidus. Šios grandinės iš pradžių buvo kuriamos balso dažniams nuo 300 iki 4000 Hz perduoti, tačiau audio kodavimu jomis taip pat galima perduoti faksimilinio ryšio ar skaitmeninio duomenų ryšio signalus. Vytosios poros dažnai pasiekia koncentratorius – ant telefono stulpų, šuliniuose ar žemės paviršiuje esančias dėžes, kuriose balso, duomenų ar fakso signalai verčiami skaitmeniniu 64 000 b/s signalu, vėliau suspaudžiami į vieną bitų srautą, atitinkantį standartinę duomenų perdavimo spartų hierarchiją. Šiaurės Amerikoje pirmasis šios hierarchijos laiptelis atitinka 1,5 Mb/s arba T1 signalą, kuriuo yra perduodami 24 skaitmenizuoti balso ryšio kanalai; kitas bendresnis laiptelis atitinka 45 Mb/s arba T3 spartą, kai perduodami 672 kanalai. T1 signalai perduodami vario linijomis arba šviesolaidžiais, o T3 ir aukštesnio lygmens signalai – paprastai vien šviesolaidžiais. Europoje perdavimo spartos standartus nustatė Tarptautinė telekomunikacijų sąjunga (ITU); jie kiek skiriasi nuo amerikinių.

Vytosios poros naudojamos ir dviem skaitmeninių paslaugų rūšims. Skaitmeninis visuminių paslaugų tinklas (ISDN – Integrated Services Digital Network) yra skaitmeninė 144 kb/s paslauga, kuri egzistuoja jau daugelį metų, bet niekuomet nebuvo ypatingai populiari; tuo tarpu skaitmeninė abonentinė linija (DSL – Digital Subscriber Line) yra nauja paslauga, leidžianti dažniais, esančiais virš standartinės balso dažnių juostos, perduoti duomenis didesne sparta.

Perduodant skaitmeninius signalus prireikia tam tikrų kompromisų. Ilgėjant linijai mažėja maksimali perduodamų duomenų sparta, priklausanti nuo skaitmeninio perdavimo formato (žr. lentelę). Vadinasi, standartinėmis DSL paslaugomis gali naudotis tiktai tie abonentai, kurių linija ne ilgesnė kaip penki kilometrai. DSL linijos turi atitikti griežtus reikalavimus, dėl kurių gali reikėti tiesti naujus laidus, mat tos linijos turi būti be apkrovos ričių, naudojamų gerinti balso perdavimą; be to, linijos turi tiesiog, o ne per koncentratorių, eiti į centrinę stotį.

Vietinių linijų paslaugos

Iš pradžių vietinės linijos buvo naudojamos vien analoginiam balso ryšiui. Į 4 kHz pločio dažnių juostą patenka balso dažniai (nuo 300 Hz iki kiek daugiau nei 3000 Hz) bei šiek tiek didesniu dažniu perduodami valdymo bei numerio rinkimo signalai. Faksimilinio ryšio aparatai, atitinkantys ITU 3 grupės standartą, ir analoginiai kompiuterių modemai veikia toje pačioje dažnių juostoje. Fakso signalai gali būti perduodami 14 400, 9600, 7200, 4800 ar 2400 b/s sparta priklausomai nuo to, kokia sparta suderintas siųstuvas ir imtuvas; šiuo metu sparta dažniausiai būna 14 000 arba 9600 b/s, jeigu, žinoma, tam netrukdo prasta linijos kokybė. Skaitmeniniai duomenų perdavimo modemai nominaliai veikia iki 56 000 b/s sparta (žemynkrypčiam srautui), bet jie retai pasiekia tokias vertes.

Standartinis ISDN tiesiogiai sukuria du 64 kb/s skaitmenizuotus balso kanalus ir 16 kb/s kanalą duomenims perduoti; visa tai skaitmenine forma perduodama vienu 144 kb/s duomenų srautu. ISDN verčia signalą skaitmeniniu nuo pat pradžių, todėl jo komutavimas ir perdavimas yra efektyvesnis, bet tam reikalinga gana brangi terminalų įranga, kuri ir stabdo šios technologijos plėtrą.

Plačiajuostis ISDN (B-ISDN) yra iš principo kitoks standartas, leidžiantis srautą siųsti optine skaidula 155 Mb/s OC-3 (SONET arba SDH formate). Jis buvo kuriamas kartu su SONET ir ATM standartais berduoti balso, vaizdo ir duomenų signalus vartotojams, bet iki šiol nėra plačiau įdiegtas.

Didelės spartos skaitmeninis perdavimas

Skaitmenine abonentine linija (DSL) skaitmeniniai signalai perduodami viena ar dviem vario linijų poromis siunčiant jomis dešimtis skirtingų dažnių, didesnių už įprastinę balso dažnių juostą, o kiekvienu iš šių dažnių yra perduodama sava bitų grandinėlė. Kai kuriems DSL variantams reikia technikų įrengtų specialių daliklių, atskiriančių balsą nuo DSL dažnių. Kitiems daliklių lyg ir nereikia, tačiau juose dažnai yra prietaisų, kuriuos vartotojas gali pats įjungti ir tada jie atliks tokią pat funkciją išsiverčiant be techniko atvykimo. Asimetriška skaitmenine abonentine linija (ADSL – Asymmetric Digital Subscriber Line) žemynkrypčiai (vartotojui) signalai perduodami didesne sparta negu aukštynkrypčiai (iš vartotojo). Konstruktoriai iš pradžių buvo numatę tokią galimybę pirmiausiai turėdami galvoje video signalų perdavimą, bet ji puikiausiai tenkina ir poreikius Interneto vartotojų, kurie atsisiunčia kur kas daugiau informacijos negu patys siunčia į tinklą.

Kelių formų DSL savybės yra palyginamos su ISDN ir T1 standartais, taip pat naudojančiais vytąją porą. Atkreiptinas dėmesys į esminį kompromisą tarp maksimalios perdavimo spartos ir ryšio nuotolio. Įvertinant laikytasi gana optimistiškų prielaidų dėl linijos kokybės; prastose linijose ryšio sparta ar jo nuotolis bus kur kas stipriau ribojamas. Daugiausia iš DSL tikimasi didelės spartos visuomet įjungtuose internetiniuose prievaduose, kuriais taip pat galėtų būti Interneto protokolu perduodami skaitmeniniai balso signalai.

Šviesolaidis ar varis abonentinėje linijoje?

DSL gerokai padidina esančių vario linijų pralaidą, tačiau tuo ši technologija pasiekia savo galimybių ribą. Kaip ir į kiekvieną kitą investiciją, kurios pagrindinis tikslas yra esančios įrangos darbo trukmės pailginimas, į DSL galima pažvelgti dvejopai. Iš vienos pusės, padidindama jau instaliuotų kabelių pralaidą, DSL gali padėti sutaupyti milijardus. Kita vertus, gali atsitikti panašiai, kaip nusipirkus seną automobilį – ilgainiui remonto išlaidos pasidarys didesnės nei būtų išmetus visą senąjį vario laidų tinklą ir pakeitus jį šviesolaidžiais.

Dabartinė DSL struktūra ženklina ilgalaikės strategijos lūžį, reiškiantį, kad netrukus ir vietinėse linijose teks instaliuoti daugiau šviesolaidžių. Telefono kompanijos jau ir iki šiol naudodavo skaidulines jungtis tada, kai reikėdavo prijungti toli esančius koncentratorius ar paskirstymo mazgus, nuo kurių skaidula atkeliavę signalai vytosiomis poromis pasiekdavo atskirus abonentus. Tai leido vienai stočiai aptarnauti didesnę teritoriją ir atlaisvindavo storais vario kabeliais užkimštus požeminius ryšių kanalus. Bet norint taip prijungtiems abonentams pradėti teikti DSL paslaugas, tektų koncentratoriuose ir mazguose įrengti specialius modemus, nes iki šiol modemai tiko tik telefono stotims.

Ilgainiui vis didėjant didesnės pralaidos vietinių linijų paklausai, šviesolaidžiai turėtų priartėti prie abonentų namų. Ar tatai taps bendra rinkos tendencija, ar ne, priklausys nuo įsivyrausiančios technologijos ir rinkos sąlygų. Iki šiol nėra visiškai aišku, kokiai daliai esamų telefono linijų tinka DSL. Apie 20 proc. namų yra perdaug nutolę nuo centrinių stočių, o kol kas nenustatytai trumpesnių linijų daliai DSL netiks dėl prastos jų kokybės. Jeigu dažnių juostos poreikis nesumažės arba jei nebus ženkliai padidinta DSL įrenginių sparta, ši technologija tik labai neilgam patenkins vartotojų pageidavimus.

DSL nėra pritaikyta didelėms organizacijoms, kurioms prijungti šviesolaidžiai visada geriau tiks. Neseniai sukurtos miesto tinklams ir kreipčiai skirtos DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing – didelio tankio bangos ilgių sutankinimas) sistemos puikiai sujungia tokias organizacijas vieną su kita, su komutatoriais ir su telekomunikacijų operatoriais.

Šviesolaidis iki šaligatvio

DSL linijų pralaida galėtų būti padidinta, jeigu jos būtų skirtos skaitmeninių signalų paskirstymui į namus nuo netoli esančių tinklo mazgų. Tam prireiks naujų DSL modemų, galinčių autonomiškai dirbti nutolusiose nuo stoties vietose, tačiau telekomo operatoriai ir toliau galėtų naudoti laidus ten, kur jų pakeitimas kainuoja daugiausia – įvaduose į atskirus namus.

Iki atsirandant DSL telefono kompanijos planavo ateityje pradėti diegti sistemą „šviesolaidis iki kaimynystės”; tada skaidulomis signalai būtų perduodami į visą apylinkę aptarnaujančius paskirstomuosius mazgus. Kitas loginis žingsnis būtų skaidulos privedimas prie kiekvieną kvartalą aptarnaujančio vietinio tinklo mazgo, t.y. specialistų vadinamosios „Šviesolaidis iki šaligatvio” (FTTC – Fiber to the Curb) sistemos taikymas. Šioje konstrukcijoje kiekviena apylinkė turėtų prie bendro skaidulinio žiedo, taip pat aptarnaujančio ir korporacijų tinklus bei korinio ryšio tinklų bazines stotis, prijungtą savą pridėjimo ir numetimo įrenginį (Add/drop multiplexer). Skaidulos, atsišakojančios nuo to įrenginio į kiekvieną kvartalą, paduos signalą optinėms sąsajoms, aptarnaujančioms po kelis namus. Galiausiai laidais signalai bus perduodami tik paskutinį šimtą metrų iki namų, todėl tokiu trumpu nuotoliu kai kurių rūšių ADSL sistemomis būtų galima perduoti dešimčių megabitų per sekundę srautus.

Šviesolaidis iki namų

Paskutinis šviesolaidžių ekspansijos etapas bus pasiektas tuomet, kai skaidula ateis iki pat namų. FTTH (Fiber to the Home – šviesolaidis iki namų) sistemų pralaida yra kur kas didesnė, nei galėtų pasiūlyti bet kuri DSL variacija, tačiau jų įdiegimui taip pat reikia didelių investicijų pareikalausiančios viso vietinio tinklo pertvarkos. Be brangumo, telekomunikacijų kompanijoms nerimą kelia ir būsima skaidulinių ryšio tinklų priežiūra bei neišspręstas telefonų maitinimo nutrūkus elektros energijos tiekimui klausimas.

Dabar viena iš pagrindinių FTTH koncepcijų yra pasyvieji optiniai tinklai (PON – Passive Optical Network), kurių linijose, jungiančiose vartotoją su tinklo mazgu, stengiamasi išvengti brangių aktyviųjų komponentų. Numatoma, kad PON sistemoje vienas brangus lazerinis siųstuvas perduos didelės spartos signalus daugeliui namų; signalus tarp jų paskirstys 1xN atšakikliai. Visiems vartotojams bus siunčiamas tas pats signalas, tačiau imtuvai atsirinks jiems skirtąją dalį; kiekvienas imtuvas turės jam skirtą laiko tarpsnį. Nebrangūs mažos spartos lazeriniai siųstuvai vartotojo patalpose siųs atgalinius signalus, kurie taip pat bus talpinami individualiuose laiko tarpsniuose.

Pagal kitą koncepciją, skaidulos naudojamos paskirstant gigabitinio Etherneto signalus, siunčiamus iš vietinio mazgo. Kaip ir PON, ši technologija leidžia aptarnauti apie 30 abonentų, prijungtų prie to paties tinklo mazgo.