ADSL - Universidad Tecnológica del Centro

(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:
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•
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Acceso de Banda Ancha. Arquitectura, Prestaciones, Servicios y Evolución ", Ministerio de Ciencia y
Tecnología, (ISBN 84-7474-996-4), 2003.
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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
OADM
10G
ISP
WDM
Core
STM-XX
STM-XX
STM-XX
Backbone
Acceso
ULTIMA MILLA
Grandes empresas
Soho/ Pymes
Sector residencial
Ejemplo de red de Datos de un operador
ISP2
Comp A
ISP1
Comp B
Backbone
SONET/ATM
Cabecera
Cable TV
DSLAM
VDSL/
ATM
ADSL
D/C
IDSL/
SDSL
D/C
Frame
ATM
FUNI
Cable
D/C
Switch
RDSI
D/C
POTS
Inalámbrico
(GSM, GPRS,
UMTS)
Medios de transmisión de la
información digital
• Cables
– 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 en función de la frecuencia para
un bucle de abonado típico (cable de pares)
Frecuencia (KHz)
0
100 200
300
400
500
600
700
800
900 1000
0
Atenuación (dB)
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
Señal binaria
Modulación en amplitud
Modulación en frecuencia
Modulación en fase
Cambios de fase
0
0
1
0
0
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 2n 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
10
0,88 V
11
-0,88 V
01
-2,64 V
00
0
00
Portadora
11
01
11000
01101
00011
00100
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 * log2 (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 * log2 (3981)† = 37,1 Kb/s
– Eficiencia: 12 bits/Hz
• Canal TV PAL: BW = 8 MHz y S/R = 46 dB
– Capacidad = 8 MHz * log2 (39812)‡ = 122,2 Mb/s
– Eficiencia: 15,3 bits/Hz
†
103,6 = 3981
‡ 104,6 = 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
Ráfaga en error
Orden de transmisión
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1
0
1 9 1
7
2 1
0
1
1
1
2
1
3
1
4
1
5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
1
8
3 1
1
1
9
4 1
2
2
0
5 1
3
2
1
1
6
1
7
1
8
1
9
2
0
2
1
2
2
2
3
2
4
Buffer de interleaving
6 1
4
2
2
7 1
5
2
3
Al reordenar los datos para calcular el FEC los errores se reparten
8 1
6
2
4
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 en función de la frecuencia
para un bucle de abonado típico
Frecuencia (KHz)
0
100 200
300
400
500
600
700
800
900 1000
0
Atenuación (dB)
20
40
60
3,7 Km
5,5 Km
80
100
120
Bucle de abonado típico
Central
Telefónica
1600 m
0,5 mm
200 m
0,4 mm
Puentes de derivación
(instalaciones anteriores)
60 m
0,4 mm
1200 m
0,4 mm
1300 m
0,4 mm
1100 m
0,4 mm
Empalme
Cable de
Alimentación
150 m
0,4 mm
Cable de
Distribución
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
transmisión
• Cambios de calibre
• Desadaptacion de
impedancias
• Diafonia
• Ruido
– Térmico
– Impulsivo
• Estado del par
(humedad)
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
3 Km
1 Km
B
A
Central
Telefónica
Atenuación: 20 dB/Km
0 dB
-20 dB
-60 dB
Atenuación de la señal ascendente en ADSL
3 Km
1 Km
B
A
Central
Telefónica
Atenuación: 20 dB/Km
A
-20 dB
0 dB
B
-60 dB
-40 dB
Competencia desigual
0 dB
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
Red
telefónica
analógica
Domicilio del abonado
Bajas
Frecuencias
Switch
telefónico
Teléfonos
analógicos
Bucle de
Abonado
(5,5 Km máx.)
Splitter
Splitter
Altas
Frecuencias
Internet
DSLAM
(ATU-C)
DSLAM: DSL Access Multiplexor
ATU-C: ADSL Transmission Unit - Central
ATU-R: ADSL Transmission Unit - Remote
Modem
ADSL
(ATU-R)
Ordenador
Esquema de conexión ADSL en una central
telefónica
Hogar
Central telefónica
DSLAM
Splitter
Conmutador
ATM
Red ATM
Conmutador
telefónico
Oficina
Principal de
la Empresa
Internet
ISP
Pequeña
Oficina
Red
telefónica
Comparación de la Conexión a Internet
mediante ADSL y por red telefónica conmutada
Usuario ADSL
Central telefónica
DSLAM
Splitter
Conmutador
ATM
Internet
ISP
Conmutador
telefónico
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
Conectores
telefónicos RJ11
Telephone
ADSL ATU-R
/USB Device
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
ADSL CAP
Canal
Ascendente
Canal
Descendente
Amplitud
Teléfono
Analógico
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 01104 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 (UITT/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
Teléfono
0-5
analógico
Tráfico
6-38
ascendente
Tráfico
33-255
descendente
Rango
frecuencias (KHz)
0-25,9
25,9-168,2
142,3-1104
ADSL DMT (ITU G.992.1)
Canal
Ascendente
Canal
Descendente
Amplitud
Teléfono
Analógico
Frec. 0 4 kHz 30 kHz
Bin
0
7
138-160 kHz
32
37
1.104 MHz
255
Energía
Modulaciones utilizadas en una conexión
ADSL DMT
Sin
Datos
16 QAM 64 QAM 64 QAM 64 QAM 64 QAM 16 QAM QPSK
Bin
0 MHz
Frecuencia
4 Ksímbolos/s por bin.
Eficiencia máxima: 16 bits/símbolo
1 MHz
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
Señal de
prueba
Frecuencia (KHz)
Derivación
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
Relación
señal/ruido
(dB)
Emisora de
onda media (AM)
Frecuencia (KHz)
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
CAP
DMT
Ventajas
Inconvenientes
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’
Central Telefónica
Domicilio del abonado
Teléfonos
analógicos
Red
telefónica
Switch
telefónico
Bajas
Frecuencias
Splitter
Altas
Frecuencias
Altas y bajas
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
HTTP, etc.
HTTP, etc.
Transporte
TCP/UDP
TCP/UDP
Red
IP
IP
PPP
Enlace
AAL5
ATM
Física
ADSL
Usuario Final
Red de
acceso
Backbone
Operador
Proveedor de
contenidos
Red
ATM
Router
DSLAM
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
Red ATM
Red
telefónica
192.76.100.15/25
DSLAM (ATU-C)
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
SDSL
HDSL
Código
Max.
Max.
de Línea Velocidad
Velocidad
Downstream Upstream
Distancia
máxima
(K.m) (*)
N°
Pares
requeridos
2B1Q
144 Kbps
144 Kbps
5.5
1
2B1Q
768 Kbps
2 Mbps
2.0 Mbps
768 Kbps
2 Mbps
2.0 Mbps
– 2.3 Mbps
2.3 Mbps
3.7
1
2
3
2
6 con Rep.
4.3 Km
1.5 Mbps
512 Kbps
5.5
1
8 Mbps
768 Kbps
3.7
1
2B1Q
G.SHDSL TC
PAM
ADSL
DMT
G.Lite
ADSL
CAP/
FULL
DMT
RATE
VDSL
DMT
RADSL
CAP/
DMT
13
a
Mbps
52 1.54 a 2.3 1.4 (varía 1
Mbps
el ancho
de banda)
600 Kbps a 128 Kbps a 3.7 a 5.5 1
7 Mbps
1 Mbps
TECNOLOGÍAS XDSL
XDSL
Modulación
ISDN
2B1Q
IDSL
HDSL
HDSL-2
SDSL-(ETSI)
G.LITE
ADSL
ADSL
2B1Q
2B1Q
PAM-16
2B1Q
DMT
CAP
DMT
QAM/CAP
VDSL
DMT
Downstream
Upstream
64 K
64 K
128K
128K
128K
128K
Hasta 2Mbps
Hasta 2Mbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
512 K
1.5 Mbps a 6 Mbps 64K a 800 K
1.5 Mbps a 7 Mbps 64K a 800 K
12.96 Mbps a
51.84 Mbps
1.5 Mbps a
3 Mbps
Observaciones
Hasta 5,94 km
Hasta 5,94 km
Hasta 5,94 km
Hasta 3,6 km
Hasta 4,6 km
Menos de 3,5 km
Menos de 3,0 km
Hasta 2,5 km
Asimétrico distancia (0.3 - 1,5
Km)
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.
ADSL 2+
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.
FastADSL
• 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.
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).