Sistemas de Acceso Opticos: Nueva Generación del ADSL Página A1.1

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1 Sistemas de Acceso Opticos: Nueva Generación del ADSL Página A1.1 A1_1_ NUEVA GENERACION DEL ADSL Ante el éxito comercial del ADSL (estándar UIT-T/G.992.1, de 1999), recientemente ha aparecido una nueva generación del mismo, constituida por dos nuevos estándares, el ADSL2 y el ADSL2+, cuyas ventajas se resumen a continuación. Como se verá, mientras el ADSL2 es básicamente una versión mejorada del ADSL, el ADSL2+ persigue duplicar su capacidad [1]. A1_2_ ADSL2 De acuerdo con el estándar UIT-T/G.992.3, de Julio de 2002, las principales innovaciones del ADSL2 (respecto al ADSL) son las siguientes: El incremento de capacidad (hasta 8 Mbps en sentido descendente y 800 Kbps en sentido ascendente), merced a la introducción de la modulación de Trellis y la reducción del overhead. El soporte de un nuevo modo de transporte, basado en paquetes (Ethernet, por ejemplo), adicional a los STM y ATM del ADSL, introducciendo además en este último modo la opción IMA (Inverse Multiplexing ATM). La aparición de una nueva modalidad de operación, la all digital mode, que ocupa también la banda POTS (telefonía básica) o RDSI, la incorporación de sistemas de ahorro energético (L2/L3), la canalización de voz (CVoDSL),... A1_2_1_ La Codificación de Trellis [1] Mediante, básicamente, la extensión de la banda hasta 2,2 MHz (el doble de la del ADSL). SISTEMAS DE ACCESO OPTICOS / Diciembre_2003 (Página 1 de 10)

2 Sistemas de Acceso Opticos: Nueva Generación del ADSL Página A1.2 Como se aprecia en la Figura A1.1. adjunta, la codificación de Trellis se inserta tras las etapas de Entrelazado y Ordenación de Tonos, previamente al mapeado_qam y la transformada discreta inversa de Fourier (IDFT). CRC ALEATORIZADOR FEC (REED-SOLOMON) ENTRELAZADO ORDENACION DE TONOS CODI FICACI ON TRELI S REORDENACION DE TONOS MAPEADO QAM IDFT D/A Figura A1.1. ADSL2: Esquema funcional (transmisión) de la ATU Como en el ADSL, la Ordenación de Tonos en el ADSL2 se articula mediante la ordering table, que lista los subcanales a transmitir, y la allocation table, que indica los bits, n i [2], a asignar a cada subcanal. Como se ilustra en al Figura A1.2, la entrada a la codificación de Trellis es una palabra, u, normalmente [3] formada mediante la extracción de (x+y-1) bits del flujo de datos, siendo x e y el número de bits asignados a dos subcanales consecutivos (x=n i e y=n i+1 ) de acuerdo con las tablas, ordering y allocation, antes aludidas. Según se aprecia en la Figura A1.2, la salida del codificador de Trellis son dos palabras, v y w, que, en el caso genérico de x>1 e y>1, contienen x e y bits respectivamente. [2] [3] n i = ϕ(s/n, P E ), según la expresión desarrollada en el epígrafe 1_2_2_1_ Supuesto que x>1 e y>1 Para el caso especial de x=0 e y>1, la palabra u estaría constituida por (y+1) bits. Los otros casos (x=1 e y 1, y x=0 e y=1) no están permitidos, y en el supuesto de x=0 e y=0 no habría información alguna a transmitir. SISTEMAS DE ACCESO OPTICOS / Diciembre_2003 (Página 2 de 10)

3 Sistemas de Acceso Opticos: Nueva Generación del ADSL Página A1.3 u(x+y-1), u(x+y-2),... u(1) Codificador TRELLIS w(y-1), w(y-2),... w(0) v(y-1), v(y-2),... v(0) Figura A1.2. ADSL2: Codificación de Trellis La codificación convolucional se articula mediante un codificador sistemático (los bits u 1 y u 2 se transmiten sin cambio alguno), según se ilustra en la Figura A1.3 adjunta. u (x+y-1) w (y-1) u (x+y-2) u w (y-2) v 2 u 3 u 2 u 1 u 2 u 1 S 2 S 1 S 3 S 0 u 0 D D D D v 1 = u 1 u 3 v 0 = u 3 w 1 = u 0 u 1 u 2 u 3 w 0 = u 2 u 3 v 1 v 0 w 1 w 0 CODIFICADOR WEI CONVOLUCIONAL Figura A1.3. ADSL2: Conversión de u en v y w SISTEMAS DE ACCESO OPTICOS / Diciembre_2003 (Página 3 de 10)

4 Sistemas de Acceso Opticos: Nueva Generación del ADSL Página A1.4 Como se sabe, en la codificación de Trellis, la constelación básica se subdivide en subconstelaciones ( cosets ) mediante la técnica del set-partitioning, pudiéndose expresar cada 4-dimensional cosets como la unión de dos productos cartesianos de dos 2-dimensional cosets; así, por ejemplo, se verifica (C 4 ) 0 = [(C 2 ) 0 x (C 2 ) 0 ] [(C 2 ) 3 x (C 2 ) 3 ], donde los subíndices representan la dimensión de coset y los superíndices el valor de los bits (u 2, u 1, u 0 ) y de los bits (v 1, v 0 ), o (w 1, w 0 ), para, respectivamente, los 4 y 2-dimensional cosets [4]. Según se ilustra en al Tabla A1.1. adjunta, mientras el bit u 0 sirve para discriminar la familia_4d, los bits (u 1, u 2 ) se utilizan para seleccionar uno de los ocho 4-dimensional cosets, empleándose el bit u 3 para escoger uno de los dos productos cartesianos de 2-dimensional cosets. familia 4-D cosets 2-D cosets 4-D (C 4 ) 0 (C 4 ) 2 (C 4 ) 4 (C 4 ) 6 (C 4 ) 1 (C 4 ) 3 (C 4 ) 5 (C 4 ) 7 (C 4 ) 0 [(C 2 ) 0 x (C 2 ) 0 ] [(C 2 ) 3 x (C 2 ) 3 ] (C 4 ) 2 [(C 2 ) 2 x (C 2 ) 2 ] [(C 2 ) 1 x (C 2 ) 1 ] (C 4 ) 4 [(C 2 ) 0 x (C 2 ) 3 ] [(C 2 ) 3 x (C 2 ) 0 ] (C 4 ) 6 [(C 2 ) 2 x (C 2 ) 1 ] [(C 2 ) 1 x (C 2 ) 2 ] (C 4 ) 1 [(C 2 ) 0 x (C 2 ) 2 ] [(C 2 ) 3 x (C 2 ) 1 ] (C 4 ) 3 [(C 2 ) 2 x (C 2 ) 0 ] [(C 2 ) 1 x (C 2 ) 3 ] (C 4 ) 5 [(C 2 ) 0 x (C 2 ) 1 ] [(C 2 ) 3 x (C 2 ) 2 ] (C 4 ) 7 [(C 2 ) 2 x (C 2 ) 3 ] [(C 2 ) 1 x (C 2 ) 0 ] u 0 u 2, u 1 u 3 Tabla A1.1. Relación entre los 4-D y los 2_D cosets [4] Así, por ejemplo, para el 4-D coset (C 4 ) 5 resulta que u 2 =1, u 1 =0 y u 0 =1, y para el 2-D coset (C 2 ) 2 resulta que v 1 =1 y v 0 =0 y, además, w 1 =1 y w 0 =0 SISTEMAS DE ACCESO OPTICOS / Diciembre_2003 (Página 4 de 10)

5 Sistemas de Acceso Opticos: Nueva Generación del ADSL Página A1.5 Simulaciones llevadas a cabo manifiestan que la anterior implementación de la codificación de Trellis aporta una ganancia de, aproximadamente, 3 db. Como se ha apuntado al principio, la ganancia de capacidad del ADSL2 se obtiene básicamente mediante la codificación de Trellis, contribuyendo, no obstante, también a ello la reducción de overhead. Efectivamente, mientras en el ADSL el overhead es fijo e igual a 32 Kbps por trama, en el ADSL2 puede programarse desde 4 a 32 Kbps por trama. Como resultado de ello, en la Figura A1.4. adjunta se ilustra la ganancia de capacidad del ADSL2 respecto al ADSL, apreciándose que dicha ganancia se manifiesta principalmente en las distancias cortas [5], siendo de escasa relevancia en las largas (del orden de, tan solo, 50 Kbps, o, si dicha ganancia se evaluara como incremento del alcance, de 20 metros) CAPACIDAD (Kbps) ADSL2 ADSL Incremento Capacidad: 50 Kbps Incremento Alcance: 20 metros ALCANCE (Kms) Figura A1.4. ADSL2 versus ADSL A1_2_2_ Transporte de Paquetes (Ethernet) e IMA [5] Distancias éstas en las que debido a la menor atenuación, y supuesto un ruido fijo (N=AWGN, por ejemplo), la diferencia en la relación (S/N) es mayor. SISTEMAS DE ACCESO OPTICOS / Diciembre_2003 (Página 5 de 10)

6 Sistemas de Acceso Opticos: Nueva Generación del ADSL Página A1.6 Amén del modo STM y del modo ATM, típico éste del ADSL actual, el ADSL2 admite también un modo de transporte específico para paquetes --Ethernet, por ejemplo, y, en general, paquetes de longitud variable-- merced a un nuevo bloque funcional denominado Packet Mode Transmission Transmission Convergence (PMT-TC), que elimina la necesidad de segmentación y ensamblado en células ATM, según se ilustra en la Figura A1.5 adjunta. STM -TC ATM-TC PTM -TC PM S-TC PM D PAR METALICO PM D PM S-TC STM -TC ATM-TC PTM -TC ATU-C ATU-R Figura A1.5. ADSL2: Transporte de Paquetes (Ethernet) Considerando que la capa PMS-TC (Physical Media Specific Transmission Convergence) del ADSL2 admite hasta cuatro canales portadores, cada uno con su capacidad, latencia,... específicos, podrían considerarse distintas combinaciones: desde cuatro canales Ethernet o ATM, hasta, por ejemplo, dos canales Ethernet y otros dos ATM. Por otra parte, y además de la codificación de Trellis y la reducción del overhead, el ADSL2 permite un significativo incremento de capacidad mediante el Inverse Multiplexing ATM (IMA) [6], que permite multiplexar hasta cuatro pares, elevando la capacidad máxima en sentido descendente hasta 16, 24 o 32 Mbps, para, respectivamente, multiplexación sobre 2, 3 o 4 pares. A1_2_3_ Otras prestaciones del ADSL2: All Digital Mode, CVoDSL,.. [6] Evidentemente, la técnica del IMA únicamente puede utilizarse con el modo de transporte ATM. SISTEMAS DE ACCESO OPTICOS / Diciembre_2003 (Página 6 de 10)

7 Sistemas de Acceso Opticos: Nueva Generación del ADSL Página A1.7 Como ya se ha apuntado, amén de la coexistencia con la telefonía básica (ADSL/POTS) o con el acceso 2B+D (ADSL/RDSI), el ADSL2 admite también la opción all digital mode, que destina la totalidad de la banda para subcanales digitales, tal y como se ilustra en la Tabla A1.2. adjunta. ATU-R ATU-C ADSL/POTS ADSL/RDSI BANDA (KHz) NSC 2 BANDA (KHz) NSC 2 EC 1 25, , FDM 1 25, EC FDM All Digital EC Mode FDM EC (Echo Cancellation, que permite el solape de las bandas de upstream y downstream) y FDM (Frecuency Division Multiplexing), según se ilustran en el epígrafe 1_3_1_ NSC = Número máximo de SubCanales Tabla A1.2. Modalidades ADSL/POTS, ADSL/RDSI y All Digital Mode Al respecto, cabe apuntar no obstante que la modalidad all digital mode no supone incremento alguno del número máximo de subcanales (limitado a 32 y 256 en, respectivamente, los sentidos ascendente y descendente), aunque permite una selección espectral más eficiente de los mismos. En dicha línea, la opción all digital mode del ADSL2 provee una capacidad adicional de, aproximadamente, 256 Kbps en sentido ascendente (upstream), lo cual permite habilitar un flujo, simétrico, de 1 Mbps. Otra de las prestaciones del ADSL2 es la channelised voice over DSL (CVoDSL) que se suma a las otras modalidades ya típicas del ADSL --voz en banda base (POTS), voz sobre ATM (VoATM) y voz sobre IP (VoIP)--, según se ilustra en la Figura A1.6. adjunta. SISTEMAS DE ACCESO OPTICOS / Diciembre_2003 (Página 7 de 10)

8 Sistemas de Acceso Opticos: Nueva Generación del ADSL Página A1.8 En el caso del CVoDSL se reserva un par de subcanales de 64 Kbps, uno en cada sentido (upstream y downstream) para el transporte de cada canal de voz, según se ilustra en la Figura A1.7. adjunta. La codificación de voz a 64 Kbps reduce overhead y, además, significa un menor retardo. VoIP IP PPP IP PPP VoIP AAL2 AAL5 AAL5 AAL2 VoATM ATM ATM VoATM CVoDSL CAPA FISICA CVoDSL POTS POTS Figura A1.6. ADSL2: Trasnporte de Voz POTS UPSTREAM... DOWNSTREAM... Canales de 64 Kbps dedicados para CVoDSL Figura A1.7. ADSL2: Channelised Voice over DSL (CVoDSL) Por último, otra ventaja relevante del ADSL2 es el ahorro energético. Frente al ADSL, que opera siempre (con independencia del tráfico cursado) con la misma potencia, el ADSL2 admite tres estados: el L0 (full-power mode) para SISTEMAS DE ACCESO OPTICOS / Diciembre_2003 (Página 8 de 10)

9 Sistemas de Acceso Opticos: Nueva Generación del ADSL Página A1.9 situaciones de tráfico intenso, el L2 (low-power mode) para intervalos de tráfico reducido, y, por fin, el L3 (sleep mode) en ausencia de tráfico. A1_3_ ADSL2+ El ADSL2+, que obedece al estándar UIT-T/G de Mayo de 2003, mantiene las innovaciones introducidas por el ADSL2 --codificación de Trellis, modo de transporte tipo paquete (Ethernet,...), alternativa all digital mode,...--, siendo no obstante su principal novedad que duplica la banda del mismo, extendiéndola desde los KHz (del ADSL/ADSL2) hasta los KHz, según se ilustra en la Tabla A1.3. adjunta. Ello permite duplicar el número máximo de subcanales, en sentido descendente, del ADSL/ADSL2 --desde 256 hasta 512, según figura en la Tabla A y, por ende, duplicar también la capacidad del ADSL2, alcanzando el ADSL2+ los 16 Mbps (downstream) y los 800 Kbps (upstream). ATU-R ATU-C ADSL/POTS ADSL/RDSI BANDA (KHz) NSC 2 BANDA (KHz) NSC 2 EC 1 25, , FDM 1 25, EC FDM All Digital EC Mode FDM EC (Echo Cancellation, que permite el solape de las bandas de upstream y downstream) y FDM (Frecuency Division Multiplexing), según se ilustran en el epígrafe 1_3_1_ 2 NSC = Número máximo de SubCanales Tabla A1.3. ADSL2+: Modalidades (de coexistencia con otros servicios) SISTEMAS DE ACCESO OPTICOS / Diciembre_2003 (Página 9 de 10)

10 Sistemas de Acceso Opticos: Nueva Generación del ADSL Página A1.10 En consonancia con la duplicación del número de subcanales en sentido descendente, también se duplica el número de muestras del prefijo cíclico, pasando el mismo desde las 32 del ADSL/ADSL2 hasta las 64 del ADSL2+. Por último, en la Figura A1.8. adjunta se ilustra la ganancia de capacidad del ADSL2+, que, por las razones ya apuntadas (epígrafe A1_2_1_), se manifiesta principalmente en las distancias cortas CAPACIDAD (Kbps) ADSL2+ ADSL2 ADSL Supuesto un ruido fijo (N=AWGN, por ejemplo), y debido a que la atenuación es menor en las distancias cortas, es en éstas donde se manifiesta de forma más acusada la diferencia en la relación (S/N), y, consecuentemente, en la Capacidad del sistema ADSL ALCANCE (Kms) Figura A1.8. ADSL2+ versus ADSL/ADSL2 Referencias Bibliográficas Recomendación UIT-T/G.992.3, Asymmetric Digital Suscriber Line (ADSL) Transceivers-2 (ADSL2), de Julio de Recomendación UIT-T/G.992.5, Asymmetric Digital Suscriber Line (ADSL) Transceivers Extended Bandwidth ADSL2 (ADSL2plus), de Mayo de Next-Generation ADSL, OVUM SISTEMAS DE ACCESO OPTICOS / Diciembre_2003 (Página 10 de 10)

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