مودم VDSL چیست؟

تکنولوژی VDSL مخفف عبارت Very-high-bitrate Digital Subscriber Line به معنی DSL با نرخ بیت بسیار بالا است . . .

VDSL چیست؟

تکنولوژی VDSL مخفف عبارت Very-high-bitrate Digital Subscriber Line به معنی DSL با نرخ بیت بسیار بالا است. VDSL نسل جدیدی از فناوری های DSL است که بر روی بستر کابل‌های مسی ارائه می شود و به عبارتی نسل بعدی فناوری ADSL محسوب می شود. مودم های VDSL می توانند پهنای باند 52 مگابیت بر ثانیه و آپلود 16 مگابیت بر ثانیه را ارئه دهند که بیش از 6 برابر مودم های ADSL است. البته این پهنای باند استاندارد مودم های DSL است و در حالت تئوری می توانند تا 300 مگابیت بر ثانیه را نیز ارائه دهند.

خطوط تلفن تنها مقدار کمی از ظرفیت خود را برای انتقال صدا استفاده می کنند، فناوری های DSL از ظرفیت های باقیمانده در این خطوط برای اتصال به اینترنت استفاده می کنند. به طور دقیق تر، صدای ما در فرکانس های 400 تا 3400 هرتز منتقل می شوند، در حالی که خطوط تلفن می توانند داده ها را در فرکانس های چندین میلیون هرتزی (مگاهرتزی) نیز انتقال دهند و داده های دیجیتال را منتقل کنند. بنابراین با استفاده از این خطوط و با کمک فناوری DSL می توان اینترنت را بر بستر این خطوط ارائه داد. فناوری VDSL با استفاده بهینه از ظرفیت خطوط تلفن می تواند حداکثر پهنای باند ممکن را تحویل دهد، که بسیار بیش از سایر فناوری های DSL مانند ADSL است.

نسل جدیدی تری از مودم VDSL با نام های VDSL2 و +VDSL2 هم معرفی شده اند که می توانند به ترتیب سرعت های دانلود 200 و 300 مگابیت بر ثانیه (معادل 25 تا 37.5 مگابایت بر ثانیه) را ارائه دهند که البته هنوز در کشور ما حتی زمزمه های ارائه آن نیز توسط شرکت های ارائه دهنده اینترنت به گوش نمی رسد.

یک نکته بسیار مهم در مورد فناوری VDSL این است که پهنای باند اینترنت دریافتی بستگی زیادی به فاصله تا سوییچ های VDSL شرکت ارائه دهنده اینترنت دارد. به این معنی که با افزایش فاصله از شرکت ارائه دهنده اینترنت سرعت به شدت کاهش پیدا می کند. به گونه ای که در فواصل زیاد، سرعت اینترنت در حد فناوری ADSL خواهد شد. بنابراین ISP ها باید زیرساخت های VDSL خود را در سطح وسیعی توسعه دهند تا امکان استفاده همه شهروندان از آن فراهم شود. به همین دلیل است که VDSL تنها در مناطق محدودی از کشور (به ویژه تهران) قابل دسترسی است

استفاده از خطوط با سرعت بالا به منظور دستيابی به اينترنت طی ساليان اخير بشدت رشد داشته است . مودم های کابلی و خطوط ADSL دو رويکرد متفاوت در اين زمينه می باشند. تکنولوژی های فوق امکان دستيابی کاربران را با سرعت مطلوب به اينترنت فراهم می نمايند. اينترنت بسرعت در حال رشد در تمامی ابعاد است . تلويزيون های ديجيتالی و پخش تصاوير ويدئويي دو کاربرد جديد در اينترنت بوده که علاقه مندان و مشتاقان زيادی را به خود جلب نموده است . به منظور ارائه خدمات فوق و ساير خدمات مشابه ، کاربران و استفاده کنندگان اينترنت نيازمند استفاده از خطوط بمراتب سريعتر نسبت به وضعيت فعلی می باشند. مودم های کابلی و يا خطوط ADSL عليرغم ارائه سرعت مناسب در کاربردهائی که به آنها اشاره گرديد، فاقد سرعت لازم می باشند.
اخيرا" سازمانها و شرکت های متعددی تکنولوژی VDSL )Very high bit-rate DSL) را مطرح نموده اند. برخی از شرکت ها اقدام به ارائه سرويس فوق در برخی از نقاط کشورامريکا نموده اند. VDSL پهنای باند بسيار بالائی را ارائه و سرعت انتقال اطلاعات 52 مگابيت در ثانيه است . سرعت فوق در مقايسه با DSL ( حداکثر سرعت 8 تا ده مگابيت در ثانيه ) و يا مودم های کابلی بسيار بالا بوده و قطعا" نقطه عطفی در زمينه دستيابی به اينترنت از نظر سرعت خواهد بود. نقطه عطف قبلی، گذر از مرحله استفاده از مودم های با ظرفيت 56 کيلو بيت در ثانيه به broadband بود ( مودم های کابلی و خطوط DSL) .

مبانی DSL
در زمان نصب يک تلفن ( استاندارد) در اغلب کشورها از يک زوج کابل مسی استفاده می شود. کابل مسی دارای پهنای بمراتب بيشتری نسبت به آنچيزی است که در مکالمات تلفنی استفاده می گردد ( بخش عمده ای ازظرفيت پهنای باند استفاده نمی گردد ) . DSL از پهنای باند بلااستفاده بدون تاثير گذاری منفی بر کيفيت مکالمات صوتی ، استفاده می نمايد. ( تطبيق فرکانس های خاص به منظور انجام عمليات خاص )
به منظور شناخت نحوه عملکرد DSL ، لازم است در ابتدا با يک خط تلفن معمولی آشنائی بيشتری پيدا گردد. اکثر خطوط تلفن و تجهيزات مربوطه دارای محدوديت فرکانسی در ارتباط با سوئيچ ، تلفن و ساير تجهيزاتی می باشند که بنوعی در فرآيند انتقال سيگنا ل ها دخالت دارند. صدای انسان ( در يک مکالمه صوتی معمولی ) توسط سيگنال هائی با فرکانس بين صفر تا 3400 قابل انتقال است . محدوده فوق بسيار ناچيز است (مثلا" اغلب بلندگوهای استريو که دارای محدوده بين 20 تا 20.000 هرتز می باشند) . کابل استفاده شده در سيستم تلفن قادر به انتقال سيگنال هائی با ظرفيت چندين ميليون هرتز می باشد. بدين ترتيب در مکالمات صوتی صرفا" از بخش بسيار محدودی از پهنای باند موجود، استفاده می گردد. با استفاده از پهنای باند استفاده نشده می توان علاوه بر بهره برداری از پتانسيل های موجود، بگونه ای عمل نمود که کيفيت مکالمات صوتی نيز دچار افت نگردند. تجهيزات پيشرفته ای که اطلاعات را بصورت ديجيتال ارسال می نمايند ، قادر به استفاده از ظرفيت خطوط تلفن بصورت کامل می باشند. DSL چنين هدفی را دنبال می نمايد.
ADSL از دو دستگاه خاص استفاده می نمايد. يکی از دستگاهها در محل مشترکين و دستگاه ديگر برای ISP ، شرکت تلفن و يا سازمانهای ارائه دهنده خدمات DSL ، نصب می گردد. در محل مشترکين از يک ترانسيور DSL استفاده می گردد. شرکت ارائه دهنده خدمات DSL از يک DSL Access Multiplexer استفاده می نمايد .(DSLAM) . از دستگاه فوق به منظور دريافت اتصالات مشترکين استفاده می گردد.
اکثر مشترکين DSL ، ترانسيور DSL را مودم DSL می نامند. مهندسين و کارشناسان شرکت های تلفن به دستگاه فوق ATU-R می گويند. صرفنظر از هر نامی که برای آن استفاده می شود ، دستگاه فوق نقطه برقراری ارتباط بين کامپيوتر کاربر و يا شبکه به خط DSL است . ترانسيور با استفاده از روش های متفاوت به دستگاه مشترکين متصل می گردد. متداولترين روش، استفاده از اتصالات USB و يا اترنت است .
دستگاه فوق در مراکز ارائه دهنده سرويس DSL نصب و امکان ارائه خدمات مبتنی بر DSL را فراهم می نمايد. DSLAM اتصالات مربوط به تعدادی از مشترکين را گرفته و آنها را به يک اتصال با ظرفيت بالا برای ارسال بر روی اينترنت تبديل می نمايد. دستگاههای DSLAM دارای انعطاف لازم در خصوص استفاده از خطوط DSL متفاوت ، پروتکل های متفاوت و مدولاسيون متفاوت (Cap,DMT) می باشند. در برخی از مدل های فوق امکان انجام عمليات خاصی نظير اختصاص پويای آدرس های IP به مشترکين، نيز وجود دارد.
يکی از تفاوت های مهم بين ADSL و مودم های کابلی ، نحوه برخورد و رفتار DSLAM است . کاربران مودم های کابلی از يک شبکه بسته بصورت اشتراکی استفاده می نمايند. در چنين موارديکه همزمان با افزايش تعداد کاربران ، کارآئی آنها تنزل پيدا خواهد کرد. ADSL برای هر يک از کاربران يک ارتباط اختصاصی ايجاد و آن را به DSLAM متصل می نمايد. بدين ترتيب همزمان با افزايش کاربران ، کارآئی مربوطه تنزل پيدا نخواهد کرد. وضعيت فوق تا زمانيکه کاربران از تمام ظرفيت موجود خط ارتباطی با اينترنت استفاده نکرده باشند ، ادامه خواهد يافت . در صورت استفاده از تمام ظرفيت خط ارتباطی اينترنت ، مراکز ارائه دهنده سرويس DSL می توانند نسبت به ارتقاء خط ارتباطی اينترنت اقدام تا تمام مشترکين متصل شده به DSLAM دارای کارآئی مطلوب در زمينه استفاده از اينترنت گردند.

سرعت VDSL
عملکرد VDSL ، در اغلب موارد مشابه ADSL است . عليرغم شباهت های موجود در اين زمينه اختلافات متعددی نيز وجود دارد. VDSL قادر به ارائه سرعت 52 مگابيت در ثانيه برای ارسال اطلاعات از اينترنت به کاربر (Downstream) و 16 مگابيت در ثانيه برای ارسال اطلاعات کاربر بر روی اينترنت (Upstream) است. سرعت های فوق بمراتب بيشتر از ADSL است . در ADSL حداکثر سرعت ارسال اطلاعات از اينترنت به کاربر ، 8 مگابيت در ثانيه و سرعت ارسال اطلاعات از کاربر به اينترنت 800 کيلوبيت در ثانيه است . VDSL سرعت بالای خود را مديون محدودتر شدن فاصله بين مشترکين و مرکز ارائه دهنده سرويس فوق است . حداکثر مسافت موجود 4.000 فوت ( 1.200 متر ) است .
شرکت های تلفن در حال جايگزين نمودن اغلب تجهيزات ( مربوط به تغذيه اطلاعات ) به فيبر نوری می باشند. اکثر شرکت های تلفن از تکنولوژی FTTC)Fiber to the curb) استفاده می نمايند. شرکت های فوق قصد دارند که تمام خطوط مسی موجود را تا محلی که از آنها انشعاب گرفته شده و به منازل مشترکين توزيع می گردد، تعويض نمايند. شرکت های تلفن در تلاش برای پياده سازی سيستم Fiber To the Neighborhood)FFTN) می باشند. در روش فوق در عوض نصب کابل فيبر نوری در هرخيابان ، FFTN دارای فيبر مورد نظر تا جعبه اتصالات ( انشعابات ) برای يک همسايه ( مشترک ) خاص است .
با ااستقرار يک ترانسيور VDSL در منزل و يک VDSL gateway در جعبه تقسيم اتصالات ، محدوديت فاصله کم رنگ خواهد شد. gateway باعث مراقبت از تبديلات آنالوگ به ديجيتال و ديجيتال به آنالوگ که باعث غيرفعال شدن ADSL بر روی خطوط فيبر نوری می گردد. Gateway داده های ورودی و دريافت شده از ترانسيور را به پالس های نور تبديل تا زمينه ارسال آنها از طريق فيبر نوری فراهم گردد. زمانيکه داده ها برای کامپيوتر کاربر ارسال می گردند( برگشت داده ) ، Gateway موجود سيگنال های ورودی از فيبر نوری را تبديل و آنها را برای ترانسيور کاربر ارسال می نمايد. فرآيند فوق در هر ثانيه ميليون ها مرتبه تکرار خواهد گرديد.
ADSL و VDSL صرفا" دو نمونه از تکنولوژط های مربوط به DSL spectrum می باشند . در ادامه به بررسی ساير مدل های مربوط به تکنولوژی فوق اشاره خواهد شد.

مقايسه انواع DSL
نمونه های متفاوتی از تکنولوژی DSL تاکنون پياده سازی شده است :
Asymmetric DSL)ADSL) . .درمدل فوق بدليل تفاوت سرعت دريافت و ارسال اطلاعات از واژه " نامتقارن " استفاده شده است . ماهيت عمليات انجام شده توسط کاربران اينترنت بگونه ای است که همواره حجم اطلاعات دريافتی بمراتب بيشتر از اطلاعات ارسالی است .

High bit-rate DSL)HDSL) . سرعت مدل فوق در حد خطوط T1 است ( 1/5 مگابيت در ثانيه ) .سرعت دريافت و ارسال اطلاعا ت در روش فوق يکسان بوده و به منظور ارائه خدمات نياز به دو خط مجزا نسبت به خط تلفن معمولی موجود است .

ISDN DSL)ISDL) . مدل فوق در ابتدا در اختيار کاربران استفاده کننده از ISDN قرار گرفت. ISDL در مقايسه با ساير مدل های DSL دارای پايين ترين سرعت است . سرعت اين خطوط 144 کيلوبيت در ثانيه است ( دو جهت ) .

Multirate Symmetric DSL)MSDSL ) . در مدل فوق سرعت ارسال و دريافت اطلاعات يکسان است . نرخ سرعت انتقال اطلاعات توسط مرکز ارائه دهنده سرويس DSL ، تنظيم می گردد.

Rate Adaptive)RADSL) . متداولترين مدل ADSL بوده و اين امکان را به مودم خواهد داد که سرعت برقراری ارتباط را با توجه به عواملی نظير مسافت و کيفيت خط تعيين نمايد.

Symmetric DSL)SDLS ) . سرعت ارسال و دريافت اطلاعات يکسان است . در مدل فوق بر خلاف HDSL که از دو خط مجزا استفاده می نمايد ، صرفا" به يک خط نياز خواهد بود.

Very high bit-rate)VDSL ) . مدل فوق بصورت "نامتقارن " بوده و در مسافت های کوتاه بهمراه خطوط مسی تلفن استفاده می گردد.

Voice-over DSL)VoDSL) . يک نوع خاص از IP تلفنی است . در مدل فوق چندين خط تلفن ترکيب و به يک خط تلفن تبديل می شوند.

استانداردهای VDSL
دو کنسرسيوم متفاوت در تلاش برای استاندارد نمودن VDSL می باشند. کنسرسيوم VDSL Alliance ، از يک سيستم Carrier با نام Discrete MultiTone)DMT) استفاده می نمايد. اکثر تجهيزات توليد شده ADSL از روش DMT استفاده می نمايند.
DMT ، سيگنال مربوطه را به 247 کانال مجزا تقسيم می نمايد.هر کانال دارای باند 4 کيلو هرتز می باشند. ( وضعيت فوق مشابه آن است که شرکت تلفن مربوطه ، خط مسی موجود را به 247 خط 4 کيلو هرتزی مجزا تقسيم و هر يک از خطوط فوق را به يک مودم متصل نموده است . استفاده همزمان از 247 مودم که هر يک دارای باند 4 کيلوهرتز می باشند.) هر يک از کانال ها کنترل و در صورتيکه کيفيت يک کانال افت نمايد ، سيگنال بر روی کانال ديگر شيفت پيدا خواهد کرد. فرآيند شيفت دادن سيگنا ل ها بين کانال های متفاوت و جستجو برای يافتن بهترين کانال ، بصورت پيوسته انجام خواهد شد. برخی از کانال ها بصورت دو طرفه استفاده می شوند ( ارسال و دريافت اطلاعات ) کنترل و مرتب سازی اطلاعات در کانال های دو طرفه و نگهداری کيفيت هر يک از 247 کانال موجود ، پياده سازی استاندارد DMT را نسبت به CAP بمراتب پيچيده تر نموده است . استاندارد DMT دارای انعطاف بمراتب بيشتری در رابطه با کيفيت خطوط و کانال های مربوطه است .

کنسرسيوم دوم ،VDSL Coalition نام دارد . در استاندارد ارائه شده توسط کنسرسيوم فوق از دو سيستم Carrier استفاده می گردد. Quadrature Amplitude Modulation)QAM) و Carrierless Amplitude Phase)CAP) دو نمونه سيستم Carrier ، می باشند.
استاندارد CAP ، سيگنال ها را به سه باند مجزا تقسيم می نمايد : مکالمات تلفن دارای باند صفر تا 4 کيلو هرتز ،. کانال دريافت اطلاعات از کاربر برای سرويس دهنده دارای باندی بين 25 تا 160 کيلو هرتز (Upstream) و کانال ارسال اطلاعات از سرويس دهنده برای کاربر ، دارای محدوده ای بوده که از 240 کيلو هرتز شروع می گردد. حداکثر باند فوق به عوامل تفاوتی نظير : طول خط ، تعداد کاربران موجود در يک شرکت تلفنی خاص و ...بستگی دارد، بهرحال حداکثر محدوده باند فوق ، از 1.5 مگاهرتز تجاوز نخواهد کرد. سيستم فوق (CAP) با استفاده از سه کانال فوق قادر به ارسال سيگنال های مربوطه خواهد بود.

QAM ، يک روش مدولاسيون خاص بوده که با توجه به نوع نسخه استفاده شده، باعث triples اطلاعات ارسالی در طول يک خط می گردد. در روش فوق از مدولاسيون ( تغيير شکل موج حامل ) و شيفت فاز ( تغيير زاويه موج حامل ) استفاده می گردد. يک سيگنال unmodulated صرفا" دو حالت صفر و يک را ارائه می دهد. ( در هر سيکل صرفا" يک بيت اطلاعات ارسال خواهد شد ) با ارسال موج دوم که به اندازه 90 درجه شيفت پيدا کرده است ( نسبت به اول ) و مدولاسيون هر يک از امواج ، دو نقطه در هر موج وجود خواهد داشت . ( هشت حالت ممکن ) . بدين ترتيب امکان ارسال سه بيت در هر سيکل بوجود خواهد آمد: داشتن دو وضعيت معادل يک بيت است (2=21) ، چهار وضعيت معادل دو بيت (4=22) و هشت حالت معادل سه بيت است (8=23) . با افزدون چهار موج و شيفت فاز هر يک به اندازه 15 درجه ، می توان16 حالت متفاوت را ارائه و امکان ارسال 4 بيت در هر سيکل ، فراهم خواهد شد.

خلاصه توضیحات

در زمان نصب یک تلفن (استاندارد) در اغلب کشورها از یک زوج کابل مسی استفاده می‌شود. کابل مسی دارای پهنای به‌مراتب بیشتری نسبت به آن چیزی است که در مکالمات تلفنی استفاده می‌گردد (بخش عمده‌ای از ظرفیت پهنای باند استفاده نمی‌گردد). DSL از پهنای باند بلااستفاده بدون تأثیرگذاری منفی بر کیفیت مکالمات صوتی، استفاده می‌نماید. صدای انسان (در یک مکالمه صوتی معمولی) توسط سیگنال هائی با فرکانس بین صفر تا ۳۴۰۰ هرتز قابل انتقال است. محدوده فوق بسیار ناچیز است.

کابل استفاده شده در سیستم تلفن قادر به انتقال سیگنال هائی با ظرفیت چندین میلیون هرتز می‌باشد. بدین ترتیب در مکالمات صوتی صرفاً از بخش بسیار محدودی از پهنای باند موجود، استفاده می‌گردد. با استفاده از پهنای باند استفاده نشده می‌توان علاوه بر بهره‌برداری از پتانسیل‌های موجود، به‌گونه‌ای عمل نمود که کیفیت مکالمات صوتی نیز دچار افت نگردند. تجهیزات پیشرفته‌ای که اطلاعات را به‌صورت دیجیتال ارسال می‌نمایند، قادر به استفاده از ظرفیت خطوط تلفن به‌صورت کامل می‌باشند. DSL چنین هدفی را دنبال می‌نماید.

عملکرد VDSL (ITU G.993.1)، در اغلب موارد مشابه ADSL است. علیرغم شباهت‌های موجود در این زمینه اختلافات متعددی نیز وجود دارد. VDSL با استفاده از بازه فرکانسی ۲۵ KHz تا ۱۲ MHz، قادر به ارائه سرعت ۵۲ مگابیت در ثانیه برای ارسال اطلاعات از اینترنت به کاربر (Downstream) و ۱۶ مگابیت در ثانیه برای ارسال اطلاعات کاربر بر روی اینترنت (Upstream) است. سرعت‌های فوق به‌مراتب بیشتر از ADSL است.

با توجه به سرعت‌های ذکرشده برای VDSL، می‌تواند در کاربردهایی مانند سرویس HD TV، VOIP و دسترسی سریع به اینترنت مورد استفاده قرار گیرد.

نسل دوم سرویس VDSL (VDSL2)، با افزایش بازه فرکانسی تا ۳۰MHz، می‌تواند تا سرعت ۱۰۰ Mbps را برای جریان Downstream و Upstream فراهم آورد.

VDSL سرعت بالای خود را مدیون محدودتر شدن فاصله بین مشترکین و مرکز ارائه‌دهنده سرویس است. VDSL2 (ITU G.993.2) در فاصله کمتر از ۵۰۰ متر از مرکز مخابراتی سرعتی در حدود ۱۰۰ Mbps و در فاصله حدود ۱ کیلومتر سرعتی در حدود ۵۰ Mbps فراهم می‌کند. عملکرد VDSL2 در فاصله بیشتر از ۱.۶ کیلومتر از مرکز مخابراتی، شبیه به استاندارد ADSL2+ می‌باشد.