(Líneas para redes de acceso sobre Pares de Cobre) Tecnologías xdsl Preparado por: José Fernando Sánchez S Sistemas de Comunicaciones Avanzadas UNITEC (Abril-Julio 2009)
Referencias El contenido, las gráficas e ideas expresadas en este documento fueron tomadas de las siguientes fuentes: J. Berrocal, E. Vázquez, F. González, M. Alvarez-Campana, J. Vinyes, G. Madinabeitia, V. García, " Redes de Acceso de Banda Ancha. Arquitectura, Prestaciones, Servicios y Evolución ", Ministerio de Ciencia y Tecnología, (ISBN 84-7474-996-4), 2003. Jackson, C. Wired High-Speed Access. In R.W. Crandel and J.H.Alleman (Eds.) BROADBAND: Should We Regulate High-Speed Internet Access?, pp 83-105. AEI-Brookings Joint Center for Regulatory Studies. Washington, D.C. 2002. Abe; George. Residential Broadband. Second edition. Ed. Cisco Press, Indianapolis, U.S. pp 387. 2000. Cablelabs.DOCSIS 2.0. Documento SP- OSSIv2-I04-030730. Issued Specification. Cablelabs. Julio 30 de 2003. pp 276. Campos, J. Acceso de Banda Ancha sobre Bucle de Abonado. Informe final para la Comisión de Regulación de Telecomunicaciones, República de Colombia. Marzo de 2002. pp 6-2 a 6-19. Wanichkorn, K. The Role of Fixed Wireless Access Networks in the Deployment of Broadband Sservices and Competition in Local Telecommunciations Markets. Ph.D.Dissertation, Deparment of Engineering and Public Policy, Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA. 2002. Fryxel,D. BroadBand Local Access Networks: An economic and Public Analisys of Cablemodems and ADSL. Ph.D.Dissertation, Deparment of Engineering and Public Policy, Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA. 2002. www.cable-modems.org/standards/docsis/docsis_dvb-c_comparison.pdf Curso AHCIET. Visión de las Telecomunicaciones 2003-2006: Evolución Tecnológica e Impacto en el negocio.2004. CRT. Informe sectorial de Telecomunicaciones. Julio 2006. No.7. Cárdenas, Ana María. MODELOS PARA ESTABLECER EL CRECIMIENTO DE LAS REDES ÓPTICAS DE ACCESO. Tesis doctoral. 2003. Cárdenas, Ana María y otros. LA REGULACIÓN EN EL DESARROLLO DE LA BANDA ANCHA: LA EXPERIENCIA INTERNACIONAL Y LA EVOLUCIÓN EN COLOMBIA. Ponencia en Seminario Servicios Públicos. Experiencias Colombianas y Latinoamericanas. Bogotá. 2004.
Identificación de la red de telecomunicaciones Proveedores de contenido Core 10G OADM WDM ISP Backbone STM-XX STM-XX STM-XX Acceso ULTIMA MILLA Grandes empresas Soho/ Pymes Sector residencial
Ejemplo de red de Datos de un operador ISP2 Comp A ISP1 Backbone SONET/ATM Comp B DSLAM Cabecera Cable TV Switch VDSL/ ATM ADSL D/C D/C IDSL/ SDSL Frame ATM FUNI Cable D/C D/C RDSI POTS Inalámbrico (GSM, GPRS, UMTS)
Medios de transmisión de la Cables información digital Metálicos (de cobre) Coaxial: CATV (redes de TV por cable) Par trenzado: ADSL Fibra óptica monomodo: redes de transporte, FTTC (Fibre To The Curb), FTTH (Fibre To The Home) Aire (microondas): Satélites, LMDS
Problemas de las señales de banda ancha en cables metálicos Atenuación Es la reducción de la potencia de la señal con la distancia. Motivos: Calor Emisión electromagnética al ambiente La atenuación es el principal factor limitante de la capacidad de transmisión de datos.
Problemas de las señales de banda ancha en cables metálicos Factores que influyen en la atenuación: Grosor del cable: menor atenuación cuanto más grueso (a menos resistencia menos pérdida por calor) Frecuencia: a mayor frecuencia mayor atenuación (proporcional a la raíz cuadrada) Tipo de cable: menor atenuación en coaxial que en par trenzado (menos emisión electromagnética) Apantallamiento (solo en coaxial): a mas apantallamiento menor atenuación (menos emisión electromagnética)
Atenuación (db) Atenuación en función de la frecuencia para un bucle de abonado típico (cable de pares) Frecuencia (KHz) 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 20 40 60 3,7 Km 5,5 Km 80 100 120
Problemas de las señales de banda ancha en cables metálicos Desfase: Es la variación de la velocidad de propagación de la señal en función de la frecuencia. Resulta importante cuando se utiliza un gran ancho de banda Interferencia electromagnética: Externa (motores, emisiones de radio y TV, etc.). Es mucho mayor en cable no apantallado De señales paralelas:diafonía o crosstalk (efecto de cruce de líneas). El crosstalk también aumenta con la frecuencia
Problemas de las señales de banda ancha en cables metálicos El FEXT y el NEXT aumentan con la frecuencia. El NEXT es más fuerte que el FEXT porque la intensidad de la señal es mayor. Si se usa una frecuencia distinta para cada sentido el NEXT no es problema. Si se usa el mismo par para ambos sentidos (ADSL) el uso de diferentes frecuencias también evita los problemas del eco (señal que rebota en el mismo par debido a empalmes e irregularidades en el cable).
Distinción entre bit y baudio Bit (concepto abstracto): unidad básica de almacenamiento de información (0 ó 1) Baudio (concepto físico): veces por segundo que puede modificarse la característica utilizada en la onda electromagnética para transmitir la información La cantidad de bits transmitidos por baudio depende de cuantos valores diferentes pueda tener la señal transmitida. Ej.: fibra óptica, dos posibles valores, luz y oscuridad (1 y 0): 1 baudio = 1bit/s.
Distinción entre bit y baudio Con tres posibles niveles de intensidad se podrían definir cuatro símbolos y transmitir dos bits por baudio (destello): Símbolo 1: Luz fuerte: 11 Símbolo 2: Luz media: 10 Símbolo 3 Luz baja: 01 Símbolo 4 Oscuridad: 00 Pero esto requiere distinguir entre los tres posibles niveles de intensidad de la luz En cables de cobre se suele transmitir la información en una onda electromagnética (corrientes eléctricas). Para transmitir la información digital se suele modular usando la amplitud, frecuencia o fase de la onda transmitida.
Modulación de una señal digital 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 Señal binaria Modulación en amplitud Modulación en frecuencia Modulación en fase Cambios de fase
Distinción entre bit y baudio En algunos sistemas en que el número de baudios esta muy limitado (p. ej. módems telefónicos) se intenta aumentar el rendimiento poniendo varios bits/s por baudio: 2 símbolos: 1 bit/s por baudio 4 símbolos: 2 bits/s por baudio 8 símbolos: 3 bits/s por baudio Esto requiere definir 2 n símbolos (n=nº de bits/s por baudio). Cada símbolo representa una determinada combinación de amplitud (voltaje) y fase de la onda. La representación de todos los símbolos posibles de un sistema de modulación se denomina constelación
Constelaciones de algunas modulaciones habituales Amplitud Fase 1 2,64 V 10 11111 11000 0,88 V 11 10 00 Portadora 01101 00011 0-0,88 V 01 11 01 00100-2,64 V 00 Binaria 2B1Q QAM de QAM de 32 niveles simple (RDSI) 4 niveles (Módems V.32 de 9,6 Kb/s) 1 bit/símb. 2 bits/símb. 2 bits/símb. 5 bits/símbolo
Modulaciones más utilizadas servicios de difusión de Radio y Televisión Técnica Símbolos Bits/símbolo Utilización QPSK (4QAM) 4 2 CATV ascendente, satélite, LMDS 16QAM 16 4 CATV ascendente, LMDS 64QAM 64 6 CATV descendente 256QAM 256 8 CATV descendente Varias Hasta 65536 Hasta 16 ADSL (Caso ejemplo Rundfunk Berlin-Brandenburg (RBB) Berlín) QPSK: Quadrature Phase-Shift Keying QAM: Quadrature Amplitude Modulation
Teorema de Nyquist (1924) El número de baudios transmitidos por un canal nunca puede ser mayor que el doble de su ancho de banda (dos baudios por hertzio). En señales moduladas estos valores se reducen a la mitad (1 baudio por hertzio). Ej: Canal telefónico: 3,1 KHz 3,1 Kbaudios Canal ADSL: 1 MHz 1 Mbaudio Canal TV PAL: 8 MHz 8 Mbaudios Recordemos que se trata de valores máximos
Teorema de Nyquist El Teorema de Nyquist no dice nada de la capacidad en bits por segundo, ya que usando un número suficientemente elevado de símbolos podemos acomodar varios bits por baudio. P. Ej. para un canal telefónico: Anchura Símbolos Bits/Baudio Kbits/s 3,1 KHz 2 1 3,1 3,1 KHz 8 3 9,3 3,1 KHz 1024 10 31
Teorema de Shannon (1948) La cantidad de símbolos (o bits/baudio) que pueden utilizarse dependen de la calidad del canal, es decir de su relación señal/ruido. La Ley de Shannon expresa el caudal máximo en bits/s de un canal analógico en función de su ancho de banda y la relación señal/ruido : Capacidad = BW * log 2 (1 + S/R) donde: BW = Ancho de Banda S/R = Relación señal/ruido Este caudal se conoce como límite de Shannon.
Teorema de Shannon: Ejemplos Canal telefónico: BW = 3 KHz y S/R = 36 db Capacidad = 3,1 KHz * log 2 (3981) = 37,1 Kb/s Eficiencia: 12 bits/hz Canal TV PAL: BW = 8 MHz y S/R = 46 db Capacidad = 8 MHz * log 2 (39812) = 122,2 Mb/s Eficiencia: 15,3 bits/hz 10 3,6 = 3981 10 4,6 = 39812
Errores de transmisión Se dan en cualquier medio de transmisión, especialmente en RBB ya que: Se utilizan cables de cobre (coaxial en CATV y de pares en ADSL) Se cubren distancias grandes El cableado esta expuesto a ambientes hostiles (interferencias externas) Los errores se miden por la tasa de error o BER (Bit Error rate). El BER es la probabilidad de error de un bit transmitido
Errores de transmisión Algunos valores de BER típicos: Ethernet 10BASE-5: <10-8 Ethernet 10/100/1000BASE-T: <10-10 Ethernet 10/100BASE-F, FDDI: < 4 x10-11 Fiber Channel, SONET/SDH:<10-12 GSM, GPRS: 10-6 - 10-8 CATV, ADSL, Satélite: < 10-5 - 10-7 Los flujos MPEG-2 (TV digital) requieren BER < 10-10 - 10-11
Errores de transmisión Ante la aparición de errores se pueden adoptar las siguientes estrategias: Ignorarlos Detectarlos y descartar la información errónea. Requiere un código detector de errores o CRC (Cyclic Redundancy Code). Introduce un overhead pequeño. Detectarlos y pedir retransmisión. Requiere CRC. El overhead depende de la tasa de errores. Detectarlos y corregirlos en recepción. Requiere un código corrector de errores o FEC (Forward Error Correction), que tiene un overhead mayor que el CRC pues tiene que incorporar más redundancia.
Control de errores. FEC La TV Digital (y por tanto la RBB) utiliza códigos correctores o FEC (Forward Error Correction). No se puede pedir retransmisión por varias razones: La comunicación es simplex (no hay canal de retorno) La emisión es broadcast (de uno a muchos) Se funciona en tiempo real (la corrección no llegaría a tiempo) Los códigos FEC usados en RBB se llaman Reed-Solomon (RS) El overhead del FEC RS: 8-10%
Control de errores. Interleaving El FEC no puede corregir muchos errores juntos, funciona mejor si están repartidos. En RBB lo normal son errores a ráfagas (p. Ej. interferencia debida al arranque de un motor). Interleaving: para que sea más eficaz el FEC se calcula sobre una secuencia modificada de los bits que no corresponde a la transmitida; si hay un grupo de bits erróneos en la secuencia original quedarán repartidos en la modificada y el FEC los puede corregir. El interleaving aumenta el retardo. Ej. en CATV para corregir ráfagas de hasta 220 s se ha de introducir un retardo de 4 ms.
Efecto de interleaving + FEC en corrección de errores a ráfagas Orden de transmisión Ráfaga en error 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Buffer de interleaving 17 18 19 20 21 22 23 24 1 9 1 7 2 1 0 1 8 3 1 1 1 9 4 1 2 2 0 5 1 3 2 1 6 1 4 2 2 7 1 5 2 3 8 1 6 2 4 Al reordenar los datos para calcular el FEC los errores se reparten
Detección y Corrección de errores FEC y Entrelazado (interleaving)
Detección y corrección de ráfagas de errores causadas por interferencia entre símbolos La ISI supone una disminución de la relación señal/ruido (SNR) a la entrada del receptor de un sistema DSL, y por tanto un aumento de la tasa de errores de bits (BER). Para paliar el efecto de la interferencia entre símbolos y mejorar las prestaciones de los sistemas DSL se emplea la denominada codificación Trellis.
Codificación Trellis
Introducción Tradicionalmente en el entorno residencial los servicios de Telecomunicaciones se han visto limitados a: Telefonía básica y datos sobre modempara canal vocal telefónico Difusión de programas de radio Difusión de canales de televisión Actualmente se dispone de diversas soluciones tecnológicas, tales como: Tecnologías de bucle digital de abonado Redes de cable (fibra + coaxial) Acceso por satélite Acceso por radio
Tecnología de Bucle Digital de Abonado xdsl son las siglas en inglés de Digital Subscriber Line que corresponden a línea digital de abonado. Es una tecnología de modem que se basa en el par de cobre de la línea telefónica de abonado, convirtiéndola en una línea digital de alta velocidad para ofrecer servicios de banda ancha. Los caudales de transmisión en los sentidos ascendente (usuario -> red) y descendente (red -> usuario) pueden ser: Iguales (Simétricos) HDSL SHDSL VDSL high bit-rate digital subscriber line single-pair High bit-rate digital subscriber line very high speed digital subscriber line Diferentes (Asimétricos) ADSL VDSL asymmetric digital subscriber line very high speed digital subscriber line
Evolución de la redes xdsl Bajo las siglas xdsl se agrupan un conjunto de tecnologías que, utilizando códigos de línea y técnicas de modulación adecuados, permiten transmitir regímenes de datos de alta velocidad sobre el par trenzado telefónico.
TIPOS TECNOLOGIAS xdsl
Tasa de bits y alcance para modems ADSL sobre pares de 0,4 mm
Aspectos básicos de la transmisión
Aspectos básicos de la transmisión
Función de Transferencia, H(f) 2 del Bucle Metálico
Fundamentos técnicos de ADSL La limitación de los enlaces telefónicos (33,6 o 56 Kb/s) no se debe al cable de pares sino al canal de 4 KHz. RDSI solo consigue 64 Kb/s (también usa red telefónica). El Cobre es capaz de velocidades mayores, prescindiendo del filtro instalado en la Central del proveedor del serviciotelefónico. ADSL utiliza solo el bucle de abonado de la red telefónica; a partir de la central emplea una red paralela para transportar los datos.
Fundamentos técnicos de ADSL ADSL utiliza frecuencias a partir de 25-30 KHz para ser compatible con el teléfono analógico (0-4 KHz). No es compatible con RDSI (80 KHz). Comunicación es full dúplex. Para evitar ecos y NEXT generalmente se asigna un rango de frecuencias distinto en ascendente y descendente. Se reserva una anchura mayor al descendente (1000 KHz) que al ascendente (100 KHz). La comunicación es asimétrica. Para reducir el crosstalk se pone el canal ascendente en las frecuencias mas bajas.
Dominio espectral
Relación Caudal/grosor /alcance en ADSL Caudal Desc. (Mb/s) Grosor (mm) Distancia max. (Km) 2 0,5 5,5 2 0,4 4,6 6,1 0,5 3,7 6,1 0,4 2,7 La capacidad depende también de la calidad del cable. Si el bucle de abonado tiene muchos empalmes la capacidad se reduce. En ADSL los caudales que se especifican son siempre netos, es decir ya está descontado el overhead debido a la corrección de errores (FEC).
Atenuación (db) Atenuación en función de la frecuencia para un bucle de abonado típico Frecuencia (KHz) 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 20 40 60 3,7 Km 5,5 Km 80 100 120
Bucle de abonado típico Central Telefónica 1600 m 0,5 mm 1200 m 0,4 mm 200 m 0,4 mm Puentes de derivación (instalaciones anteriores) 60 m 0,4 mm Empalme 1300 m 0,4 mm 1100 m 0,4 mm Cable de Alimentación Cable de Distribución 150 m 0,4 mm Abonado
Problemas de ADSL Algunos usuarios ( 15%) se encuentran a más de 5,5 Km de una central telefónica. A veces ( 5%) a distancias menores no es posible la conexión por problemas del bucle (empalmes, etc.). No es posible asegurar a priori la disponibilidad del servicio, ni el caudal máximo disponible. Hay que hacer pruebas para cada caso. ADSL sufre interferencias por emisiones de radio de AM (onda media y onda larga).
Otros aspectos que inciden en la Cambios de calibre Desadaptacion de impedancias Diafonia Ruido Térmico Impulsivo Estado del par (humedad) transmisión
Aspectos de Velocidad de Transmisión en ADSL La atenuación en la línea: Crece con la longitud del cable y la frecuencia Decrece al aumentar el diámetro del cable La velocidad de transmisión varía en función de la longitud del bucle y las características del mismo.
Relación entre la velocidad de transmisión y la longitud del bucle en ADSL, ADSL2 y ADSL2+
Atenuación de la señal descendente en ADSL 1 Km 3 Km A B Central Telefónica Atenuación: 20 db/km 0 db -20 db -60 db
Atenuación de la señal ascendente en ADSL 1 Km 3 Km A B Central Telefónica Atenuación: 20 db/km A -20 db 0 db B -60 db -40 db 0 db Competencia desigual
Diafonia Next Numero de sistemas Frecuencia Potencia del sistema Fext Numero de sistemas Frecuencia Potencia del sistema Longitud de acoplo
Transmisión full-duplex sobre un mismo par Resolver el problema de la separación de señales asociadas a cada sentido de transmisión (en un sistema full-duplex) sobre un único par utilizando modulaciones que permitan obtener la mayor eficiencia espectral (el mayor número posible de bits por Hz). FDD ( Frequency Division Duplexing ) y EC ( Echo Cancellation ).
Modulaciones digitales para la transmisión a gran velocidad sobre pares metálicos Modulaciones digitales en banda base Modulaciones digitales en paso banda
Ejemplo de Modulación QAM
Configuración filtros
Configuración de una conexión ADSL Central Telefónica Domicilio del abonado Red telefónica analógica Switch telefónico Bajas Frecuencias Bucle de Abonado (5,5 Km máx.) Teléfonos analógicos Splitter Splitter Internet Altas Frecuencias DSLAM (ATU-C) DSLAM: DSL Access Multiplexor ATU-C: ADSL Transmission Unit - Central ATU-R: ADSL Transmission Unit - Remote Modem ADSL (ATU-R) Ordenador
DSLAM Esquema de conexión ADSL en una central telefónica Splitter Central telefónica Hogar Conmutador ATM Red ATM Oficina Principal de la Empresa Conmutador telefónico Internet Pequeña Oficina Red telefónica ISP
DSLAM Comparación de la Conexión a Internet mediante ADSL y por red telefónica conmutada Splitter Central telefónica Usuario ADSL Conmutador ATM Internet Conmutador telefónico ISP Usuario RTC (RTB o RDSI) Red telefónica
Módems ADSL (ATU-Remote) El módem ADSL puede ser: Externo: conectado al ordenador por: Ethernet 10BASE-T ATM a 25 Mb/s Puerto USB Interno, conectado al bus PCI del ordenador También existen routers ADSL/Ethernet y conmutadores ADSL/ATM.
Conexión de módem ADSL externo por bus USB ADSL ATU-R /USB Device Conectores telefónicos RJ11 Telephone PC USB Host POTS Splitter Telephone To Central Office
Conexión de un conmutador LAN/ATM a ADSL Splitter A la central telefónica ATM 25 Mb/s Conmutador Ethernet-ATM Ethernet 10BASET
Técnicas de modulación ADSL Se han desarrollado dos técnicas de modulación: CAP: sistema más antiguo, sencillo y de costo inferior. Menor rendimiento. Estandarización más retrasada DMT: sistema mas reciente, sofisticado y más caro. Mayor rendimiento. Estandarizado por el ANSI y la ITU-T G 992.
CAP (Carrierless Amplitude Phase) Canal ascendente 136 Ksímbolos/s (25-200 KHz). Canal descendente tres posibilidades en función de la calidad del cableado: Rango frecuencias aprox. (KHz) Caudal (Ksímbolos/s) 240-630 340 240-1020 680 240-1330 952
Amplitud ADSL CAP Teléfono Analógico Canal Ascendente Canal Descendente Frec. 0 4 khz 25 khz 200-240 khz 630-1330 khz (depende de la línea)
CAP (Carrierless Amplitude Phase) Se utiliza modulación QAM variando el número de bits por símbolo según la relación señal/ruido del bucle. Al ser muy ancho el canal descendente la atenuación varía mucho en el rango de frecuencias (las frecuencias altas se atenúan mas). Para compensarlo se utiliza una ecualización adaptativa muy compleja.
Modulaciones DMT Generalización de la modulación QAM en la que en lugar de tener una única portadora, se emplean N portadoras equi-espaciadas (denominadas subportadoras). Cada subportadora está modulada en QAM por una parte del flujo total de bits que se han de transmitir. Es la que en la actualidad se esta usando de forma mas generalizada como tecnología básica en los modem ADSL comerciales.
Esquema modulación DMT Para el sentido descendente, la normalización internacional (UIT-T/G.992, ANSI T1.413,..) estipula 256 subcanales, N=256 y 2N=512 [19], con un prefijo cíclico de 32 muestras de longitud (muestras 480 a 511).
DMT (Discrete MultiTone) 256 subcanales (bins) de 4,3125 KHz de anchura (frecuencias 0-1104 KHz). Los bins más bajos se reservan para la voz, los siguientes se asignan al tráfico ascendente y el resto al descendente. Los datos se envían repartidos entre todos los bins Cada bin tiene una atenuación relativamente constante. En cada bin se usa la técnica de modulación óptima según su relación señal/ruido. La necesidad de distribuir el tráfico en los bins requiere que el módem tenga un procesador muy potente. Para el sentido descendente, la normalización internacional (UIT- T/G.992, ANSI T1.413) estipula 256 subcanales, N=256 y 2N=512, con un prefijo cíclico de 32 muestras de longitud (muestras 480 a 511).
Reparto de bins en ADSL DMT Uso Bins Rango frecuencias (KHz) Teléfono analógico Tráfico ascendente Tráfico descendente 0-5 0-25,9 6-38 25,9-168,2 33-255 142,3-1104
Amplitud ADSL DMT (ITU G.992.1) Teléfono Analógico Canal Ascendente Canal Descendente Frec. 0 4 khz 30 khz 138-160 khz 1.104 MHz Bin 0 7 32 37 255
Energía Modulaciones utilizadas en una conexión ADSL DMT 16 QAM 64 QAM 64 QAM 64 QAM 64 QAM 16 QAM QPSK Sin Datos Bin 0 MHz 1 MHz Frecuencia 4 Ksímbolos/s por bin. Eficiencia máxima: 16 bits/símbolo
Proceso de negociación de un módem ADSL. 1: Se envía una señal de prueba en toda la gama de frecuencias para determinar la calidad de cada bin Señal de prueba Frecuencia (KHz) 2: A partir de los resultados obtenidos se determina la relación señal/ruido para el enlace a cada una de las frecuencias que se van a utilizar Relación señal/ruido (db) Frecuencia (KHz) 3: En base a la relación señal/ruido se decide la codificación a emplear en cada bin, y con ello la cantidad de bits por segundo enviados en cada uno Eficiencia (bits/s/bin) Frecuencia (KHz)
Intereferencias externas en ADSL Se muestra aquí la influencia de algunas interferencias en el resultado del proceso de negociación. Como antes se envía una señal de prueba en toda la gama de frecuencias para determinar la calidad de cada bin En este caso tenemos una derivación debida a un cable no retirado de una instalación anterior. Esto produce una pérdida de calidad de la señal en una determinada frecuencia. También hay una interferencia de emisora de AM Señal de prueba Relación señal/ruido (db) Derivación Frecuencia (KHz) Frecuencia (KHz) Emisora de onda media (AM) Como consecuencia de estos problemas los módems han decidido reducir la eficiencia en el bin correspondiente a la derivación, e inhabilitar por completo el bin correspondiente a la frecuencia de la emisora de onda media Eficiencia (bits/s/bin) Bin deshabilitado Frecuencia (khz)
Detección y corrección de ráfagas de errores causadas por interferencia entre símbolos La ISI supone una disminución de la relación señal/ruido (SNR) a la entrada del receptor de un sistema DSL, y por tanto un aumento de la tasa de errores de bits (BER). Para paliar el efecto de la interferencia entre símbolos y mejorar las prestaciones de los sistemas DSL se emplea la denominada codificación Trellis.
CAP vs DMT CAP consigue menor rendimiento, pero es más sencillo y barato de implementar. DMT es más caro, pero está estandarizado por ANSI e ITU. La tendencia de la mayoría de los fabricantes apunta claramente hacia DMT.
CAP vs DMT Ventajas Inconvenientes CAP DMT Bajo Costo Sencillez Rendimiento alto Estandarizado Rendimiento bajo No Estandarizado Costo Elevado Complejidad Actualmente la mayoría de los fabricantes tiende hacia DMT
ADSL G.Lite (ITU G.992.2) ADSL requiere instalar en casa del usuario un filtro de frecuencias o splitter (teléfono de ADSL). El splitter aumenta el costo de instalación y limita el desarrollo. ADSL G.Lite suprime el splitter. También se llama ADSL Universal, ADSL splitterless o CADSL (Consumer ADSL). Sin splitter hay más interferencias, sobre todo a altas frecuencias.
ADSL G.Lite ADSL G.Lite puede utilizar CAP o DMT. Con DMT solo usa bins 0-127 (0-552 KHz) y modulación 256 QAM como máximo (8 bits/símbolo). Rendimiento máximo: 1-1,5 Mb/s en desc. y 100-200 Kb/s en asc. (suficiente para la mayoría de aplicaciones actuales). Hay DSLAMs que pueden interoperar con módems ADSL o ADSL G.Lite.
Configuración de ADSL G.Lite o splitterless Red telefónica Central Telefónica Switch telefónico Domicilio del abonado Teléfonos analógicos Bajas Frecuencias Splitter Altas y bajas Frecuencias Altas Frecuencias Bucle de Abonado (5,5 Km máx.) Internet DSLAM (ATU-C) Modem ADSL (ATU-R)
RADSL (Rate Adaptative DSL) Versión inteligente de ADSL que adapta la capacidad dinámicamente a las condiciones de la línea, como los módems V.34 (28,8 Kb/s) de red telefónica conmutada. Permite obtener un rendimiento óptimo en todas las condiciones. Esta disponible actualmente en la mayoría de las implementaciones de ADSL y ADSL G.Lite (CAP y DMT).
Protocolos utilizados en ADSL Aplicación Transporte HTTP, etc. TCP/UDP HTTP, etc. TCP/UDP Red IP IP PPP Enlace AAL5 ATM Física Usuario Final ADSL Red de acceso Backbone Operador Proveedor de contenidos Router DSLAM Red ATM Servidor
Arquitectura de una red ADSL 192.76.100.7/25 VPI 18, VCI 23, PCR 256/128 Kb/s VPI 18, VCI 31, PCR 512/256 Kb/s 192.76.100.1/25 192.76.100.12/25 192.76.100.15/25 Red telefónica DSLAM (ATU-C) Red ATM Internet VPI 18, VCI 37, PCR 2048/300 Kb/s Router-modem ADSL (ATU-R) Ethernet 10BASE-T Bucle de abonado (conexión ADSL) Enlace ATM OC-3 (155 Mb/s) Circuito permanente ATM
Otros tipos de xdsl IDSL: ISDN DSL HDSL: High Speed DSL SDSL: Single-line (o Symmetric) DSL VDSL: Very high speed DSL En todos los casos sólo se utiliza de la red telefónica el bucle de abonado, empleando una red específica para datos a partir de allí.
Comparación de servicios xdsl Servici o Modulación Capacidad desc./asc. (Mb/s) Distancia Max. (Km) Compatible con voz ADSL CAP ó DMT 8/1 5,5 SI ADSL G.Lite CAP ó DMT 1,5/0,2 5,5 SI IDSL 2B1Q 0,144/0,144 5,5 NO HDSL OPTIS 2/2 4,6 NO SDSL 2B1Q ó CAP 2/2 3,0 NO VDSL Por decidir 13-52/1,6-2,3 ó 13-52/13-52 1,5 SI
Generalidades de la tecnología xdsl ISDN/ ISDL 2B1Q 144 Kbps 144 Kbps 5.5 1 SDSL 2B1Q 768 Kbps 768 Kbps 3.7 1 HDSL 2B1Q 2 Mbps 2.0 Mbps 2 Mbps 2.0 Mbps 2 3 6 con Rep. 2 G.SHDSL TC 2.3 Mbps 2.3 Mbps 4.3 Km PAM ADSL DMT 1.5 Mbps 512 Kbps 5.5 1 G.Lite ADSL FULL RATE CAP/ DMT 8 Mbps 768 Kbps 3.7 1 VDSL DMT 13 a 52 Mbps RADSL Código de Línea CAP/ DMT Max. Velocidad Downstream 600 Kbps a 7 Mbps Max. Velocidad Upstream 1.54 a 2.3 Mbps 128 Kbps a 1 Mbps Distancia máxima (K.m) (*) 1.4 (varía 1 el ancho de banda) 3.7 a 5.5 1 N Pares requeridos
TECNOLOGÍAS XDSL XDSL Modulación Downstream Upstream Observaciones ISDN 2B1Q 64 K 64 K Hasta 5,94 km 128K 128K Hasta 5,94 km IDSL 2B1Q 128K 128K Hasta 5,94 km HDSL 2B1Q Hasta 2Mbps Hasta 2Mbps Hasta 3,6 km HDSL-2 PAM-16 2 Mbps 2 Mbps Hasta 4,6 km SDSL-(ETSI) 2B1Q 2 Mbps 2 Mbps Menos de 3,5 km G.LITE DMT 2 Mbps 512 K ADSL CAP 1.5 Mbps a 6 Mbps 64K a 800 K Menos de 3,0 km ADSL DMT 1.5 Mbps a 7 Mbps 64K a 800 K Hasta 2,5 km VDSL QAM/CAP Asimétrico distancia (0.3-1,5 12.96 Mbps a 1.5 Mbps a Km) DMT 51.84 Mbps 3 Mbps Simétrico. 1,2,4,6,8,12 Mbps (0.5-1,5 Km)
Arquitectura de redes xdsl
Cómo logra las velocidades sobre pares de cobre? Las principales técnicas de modulación son CAP (Carrier-less Amplitude and Phase modulation) y DMT (Discrete Multi-Tone). CAP utiliza una sola portadora por sentido de transmisión para modular en amplitud y fase la información binaria. DMT divide la capacidad del canal en numerosos subcanales. Cada uno de ellos se modula en amplitud y fase, adaptándose la tasa de bit a la capacidad real de dicho subcanal, dada su SNR. En ADSL se emplean 256 subportadoras, en VDSL son hasta 4.096. El espaciado entre las portadoras es de 4,3215 khz. DMT proporciona más alcance para la misma velocidad. Pero hay más complejidad (más área de silicio), márgenes dinámicos más amplios (convertidores A/D de más resolución, dispositivos analógicos con grandes márgenes dinámicos). Ambas soluciones están recogidas en los estándares y esta tendencia se mantiene en la estandarización de VDSL, donde en la actualidad prevalece la solución CAP multibanda.
Distribución de Frecuencias
Limitantes de las redes xdsl Ruido de fondo. Ruido impulsivo. Interferencias de emisiones de radio. Coexistencia con el servicio telefónico. Además de los efectos de ruido impulsivo mencionados más arriba, una línea telefónica presenta cambios de impedancia dependiendo de si el aparato telefónico está colgado o descolgado. Diafonía. La diafonía es el acoplamiento inductivo y capacitivo entre diferentes hilos dentro del mismo mazo o mazos adyacentes. Es el efecto que más limita la capacidad de los sistemas xdsl.
Normativa asociada HDSL A nivel europeo en la ETR 152 (Transmission and Multiplexing; High bit rate Digital Subscriber Line transmission system on metallic local lines; HDSL core specification and applications for 2048 kbit/s based access digital sections), y a nivel internacional en la Recomendación G.991.1 del ITU-T (High bit rate Digital Subscriber Lines transceivers). SHDSL Está especificado en el estándar TS 101 524 de ESTI (Transmission and Multiplexing; Access transmission system on metallic access cables; Symmetrical single pair high bit rate Digital Subscriber Line, SDSL). Dentro del ámbito internacional, rige la Recomendación G.991.2 del ITU-T (Single pair Highspeed Digital Subscriber Lines transceivers). ADSL Las recomendaciones del ITU-T G.992.1 y G.992.2 especifican los estándares para ADSL DMT y ADSL-lite, respectivamente. En el caso de ADSL-2, las recomendaciones aplicables son las G.992.3 y la G.992.4. En 2003, se adopta el G 992.5 para el ADSL 2+.
VDSL VDSL (Very high bit rate Digital Subscriber Line) es la tecnología DSL con la que se consiguen las mayores velocidades, pudiendo alcanzar hasta los 52 Mbps. La implantación de esta tecnología no podrá ser de importancia hasta que no se concluya completamente su estandarización. En un futuro se espera que se desarrolle un estándar único de la ITU-T, que será el G.993.1. VDSL Alliance 4 : Defiende DMT. Los miembros más activos son: Alcatel, Analog Devices, Ericsson, IBM, Ikanos Communications, Mitel, Nortel Networks, Samsung, ST Microelectronics, Telia, Texas Instruments y Toshiba. VDSL Coalition: Defiende QAM. Están las compañías Metalink (proveedor de chipsets de acceso de banda ancha de alto rendimiento) e Infineon (proveedor de circuitos integrados para sistemas de comunicaciones avanzados)
ADSL 2+ ADSL 2+ Obedece a la necesidad de disponer de soluciones DSL de mayor alcance (manteniendo la velocidad). Esta mejora se logra básicamente gracias al: Empleo de mayor cantidad de espectro: Se pasa de los 1,1 MHz hasta 2,2 MHz. Esto hace que al tener el doble de espectro se puedan conseguir velocidades en sentido descendente (red- >usuario) de hasta 20 Mbps. Aumento de la cantidad de información transmitida (8 bits por bin). Uso de distintas técnicas de envío/recepción de la información en función de la distancia de bucle.
Se suelen distinguir tres zonas: Zona 1: Distancias cortas, en las que se ofrece más capacidad, aptas para la distribución de vídeo. Éste parece que será el uso más idóneo de esta tecnología. Zona 2: Distancias intermedias, a las que se las puede ofrecer mayor ancho de banda que con las soluciones ADSL actuales. Apropiadas para mejorar el intercambio de datos. Zona 3: Distancias lejanas (hasta 18.000 pies, aprox. 6 km), en las que se puede ofrecer acceso a Internet de banda ancha a usuarios que antes no tenían esta posibilidad. ADSL 2+
FastADSL Permite un incremento de la capacidad hasta alcanzar los 11 Mbps, lo cual permite la distribución de dos canales de vídeo digital junto con el acceso a Internet y el servicio tradicional de voz (POTS) sobre un único par de cobre. FastADSL
Emulación de fibra sobre múltiples pares de cobre Se han desarrollado nuevas tecnologías, basadas en la utilización de técnicas de multiplexación espacial sobre múltiples enlaces de cobre para obtener rendimientos similares a los de los enlaces de fibra óptica.
Condiciones ambientales Los equipos de central están diseñados para operar con aire acondicionado. Este requisito es esencial en el caso de los DSLAM por la elevada disipación que producen. Para versiones de intemperie, requieren cabinas con volúmenes y sistemas de climatización adecuados a fin de soportar la disipación. El precio de las versiones intemperie, está en torno al 50% de un equipo de central equivalente.
Desempeño de redes xdsl HDSL y SHDSL (TDM) Tasa de Errores y Disponibilidad del Servicio, se pueden cifrar en 10-7 y 0,99999 respectivamente. Los caudales ofrecidos al usuario, son constantes: 2.048 kbit/s para interfaces no estructuradas y 1.984 kbit/s para estructuradas. ADSL y SHDSL (ATM) ATM al utilizarlo en ambientes hostiles como el par de cobre, requiere el empleo de técnicas FEC (Forward Error Correction) muy potentes, unidas a métodos de protección contra ráfagas de errores como el entrelazado convolucional de bloques. Cuanto mayor es la protección contra ráfagas, mayor es el alcance del bucle de Abonado, pero mayor es el retardo que introducen. En cuanto a seguridad, los sistemas de pares gozan de privacidad intrínseca.
Distribución de TV sobre xdsl Dificultades para prestar el servicio: Las soluciones propuestas se basaban en el empleo de señalización ATM, utilizando funciones como el establecimiento de la conexión entre dos puntos por un tercero (el centro de control de servicio) que, aunque normalizadas (UNI4.0), no implementaban la mayoría de las redes. Los DSLAM poseen interfaces hacia la red de 155 Mbit/s, lo cual permite llegar en la práctica entre 15 y 30 canales en distribución. Para hacer un uso efectivo de la red, sería necesario que los nodos hicieran multicast, el DSLAM más concretamente. Para poder soportar una oferta de programación amplia, la selección y conmutación de los flujos de vídeo ha de hacerse en un punto de la red más arriba, llegando incluso a la cabecera. Esto, unido a la sincronización que se produce de los zapping hace que las soluciones sean complejas y, por tanto, caras.
Distribución de TV sobre xdsl Lo que se ha hecho para solucionar los problemas anteriores: Mayores capacidades de la interfaz hacia la red: 622 Mbit/s y 1 Gbit/s. Capacidad de multicast interno, con lo que la ocupación de ancho de banda es por programa y no por usuario. Utilización del IP, y sus capacidades de multicast, en combinación con ATM, para mantener la QoS. Solución de la respuesta rápida al zapping en el DSLAM (por ejemplo, mediante IGMP snooping).