TECNOLOGA DSL
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Tecnología DSL TECNOLOGÍA DSL Artículo para la revista ANTENA de Telecomunicación del COITT. Autor: FRANCISCO MANUEL GARCÍA PALANCAR. Ingeniero Técnico de Telecomunicaciones. Departamento de Diseño Hardware de Acceso Wireline, Alcatel España. 1 Antena de Telecomunicación / SEPTIEMBRE 2002 Tecnología DSL INTRODUCCIÓN En estos últimos años han aparecido dos importantes actores en la escena de las Telecomunicaciones, me refiero a los Móviles y a Internet. Ambos han tenido inicialmente un crecimiento y desarrollo exponencial hasta que han encontrado ciertas limitaciones tecnológicas que han puesto en duda su capacidad de crecimiento. En el caso de los Móviles el gran susto lo dio la tecnología UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), mientras que en el caso de Internet la tecnología DSL (Digital Subscriber Line) la ha salvado en un primer momento de las limitaciones de ancho de banda en el cuello de botella que suponía el Bucle de Abonado, la última milla como la llaman los americanos o la primera milla como comienza a conocérsela, ya que es el lugar donde se genera el dinero. El éxito de la tecnología DSL se basa en que elimina la necesidad de invertir en grandes y caras infraestructuras que además implican un largo tiempo de puesta en funcionamiento, como son las infraestructuras de fibra óptica, cable coaxial o mixtas. La tecnología DSL permite convertir los millones de líneas de pares de abonado ya instaladas (700 millones en todo el mundo) en líneas de alta velocidad de transmisión por las que llevar voz y datos hasta hogares y negocios. ¿Cómo es posible ese milagro de poder transportar hasta los hogares por los mismos pares de cobre por los que antes sólo se transportaba el canal vocal, los varios Mbit/s de datos que en DSL se transportan?. En el presente artículo intentaremos responder a esa pregunta. Y para hacerlo consideraremos los problemas técnicos del Bucle de Abonado, revisaremos los tradicionales servicios ofrecidos en el Bucle de Abonado e indicaremos sus limitaciones y desventajas. Después veremos como se las arregla la tecnología DSL para superar esos problemas técnicos. También intentaremos explicar el “mare magnum” de siglas que engloba el término xDSL y las ventajas, desventajas y aplicaciones que cada una tiene. EL ESCENARIO PREVIO Las infraestructuras de telecomunicaciones y en particular las redes de telecomunicaciones fueron en un principio diseñadas para transportar voz. Desde aquellos primeros inicios de la Telefonía, la Red Troncal (Backbone), aquella que conecta unas centrales con otras, ha evolucionado mucho debido a los enormes avances en transmisión y conmutación (fibra óptica, conmutadores digitales). Sin embargo, la Red de Acceso o Bucle de Abonado, aquella que conectan al abonado con la central terminal, no ha evolucionado de la misma manera, debido simplemente a razones de economía de escala. Una inversión en la Red Troncal es amortizada rápidamente por los cientos de miles de usuarios que la utilizan, mientras que una inversión en el Bucle de Abonado debe ser amortizada por los ingresos provenientes de un único usuario. ¿Que problemas nos esperan? Atenuación. La forma más corriente de conectar las centrales con los usuarios finales es a través de cables de pares. Estos cables, con cientos de pares, parten del distribuidor de la central y van ramificándose mediante cajas terminales (pequeños repartidores situados en fachadas, azoteas, sótanos, etc. ), en cables más pequeños hasta cubrir todo el área servida por la central (Area de Servicio). La máxima distancia desde un abonado a la central dentro de esa área suele ser de 5Km. 2 Antena de Telecomunicación / SEPTIEMBRE 2002 Tecnología DSL ABONADO_1 CENTRAL ABONADO_2 ABONADO_3 Distribuidor Cajas Terminales Figura 1: Ejemplo de conexión de Centrales a Abonados. Como todos sabemos la distancia es un factor importante ya que supone más cobre, más resistencia, más disipación y con ello más atenuación de la señal. Además, como la respuesta en frecuencia de los pares de cobre es tal que la atenuación varía proporcionalmente a la raíz cuadrada de la frecuencia, en los lazos más largos se hace necesario introducir bobinas (pupinizar) para mejorar la respuesta en frecuencia de los pares de cobre. Una posible manera de reducir la atenuación es aumentar la sección de los pares, para disminuir la resistencia, pero ello supone un aumento en el coste. Por esa razón las operadoras han elegido siempre las secciones más pequeñas capaces de garantizar el despliegue del servicio. Los diámetros de hilo más comunes en Europa son 0.4mm y 0.5mm. Derivaciones del par sin terminar (Bridge Taps). Antiguamente se aprovechaba cierta longitud de un par ya instalado pero sin usar para conectar un nuevo usuario y se dejaba el resto sin eliminar y sin terminar, eso no producía ningún problema a las señales de baja frecuencia. Estas derivaciones son un problema cuando se quiere instalar servicios de alta velocidad (E1, T1) y es necesario eliminarlas antes. Este trabajo es difícil debido a la falta de documentación sobre su localización. Sin embargo, la tecnología DSL es compatible con los pares que tienen derivaciones por lo que no es necesario eliminarlos. Diafonía En los cables ya instalados con decenas de pares en el mismo mazo pueden producirse interferencias de las señales transmitidas, con más energía, sobre las recibidas, con menos energía. Esto no es un problema grave para señales de baja frecuencia, pero si lo es cuando la potencia de la señal transmitida y la frecuencia aumenta. Además, el paso de trenzado de los hilos es el adecuado para reducir el acoplamiento a las frecuencias vocales pero no lo es para frecuencias más altas. Los servicios tradicionales en el Bucle de Abonado POTS (Plain Old Telephone Service) Como dijimos antes en el mundo hay unos 700 millones de líneas de abonado. De ellas, el 95% son usadas para servicios de voz, POTS, los cuales requieren un ancho de banda que va de 300Hz a 3400Hz (4KHz en la práctica si consideramos las bandas de guarda). Este ancho de banda es utilizado para transportar voz o datos mediante el uso de un módem analógico con una velocidad máxima de 56Kbit/s en condiciones ideales. Módem Analógico Los módem analógicos están obligados a transmitir los datos dentro de los 4KHz de ancho de banda del canal vocal. A finales de los años 80 aparecieron los módem a 9600 Bit/s (V.32) a un precio competitivo y después fue aumentando su velocidad hasta los 28.8 Kbit/s (V.34) y más recientemente hasta los 56Kbit/s. ¿Cómo es posible conseguir esa velocidad de 56 Kbits/s con un ancho de banda de 4KHz?. Pues usando modernas técnicas de modulación y codificación. En el caso de los módem V.32, a cada cuatro bits de información se la añade un bit para corrección de errores y a cada uno de estos grupos de cinco bits se le asigna un símbolo de entre 32 posibles. Para ello se usa 3 Antena de Telecomunicación / SEPTIEMBRE 2002 Tecnología DSL modulación QAM de 32 niveles, en la que cada símbolo es representado por una combinación de amplitud y fase de la portadora. De esta manera se logra dividir por cuatro el ancho de banda. La desventaja de este método es que necesitamos un receptor más eficaz para poder diferenciar entre 32 posibles estados. Esto no sería un problema si no fuera por el ruido que se introduce en el cable desde el exterior (motores, líneas de alta tensión, etc.) o desde otros pares por diafonía. Dependiendo de la relación señal ruido en una línea concreta, el módem conectado trabajará a una velocidad o a otra, y sólo en condiciones ideales se logrará la máxima. Para lograr los 56Kbit/s que actualmente nos ofrecen los más modernos módem es necesario eliminar, además, el proceso intermedio de descodificación/codificación (eliminando con ello parte del ruido de quantificación), cosa que se consigue si la red/equipos conectados entre ambos módem son enteramente digitales (como en el caso de Internet). Pero este si que es el límite que encontramos a la velocidad de transmisión de datos usando el canal telefónico tradicional. ISDN Existe una pequeña porción de abonados conectados mediante BRI (Basic Rate ISDN). Este es un servicio totalmente digital que usa un ancho de banda de 80KHz, con una capacidad de dos canales B de 64Kbit/s para voz o datos indistintamente y un canal D de 16Kbit/s que transporta señalización y paquetes de datos a baja velocidad. A estos hemos de añadir otros 16Kbit/s de cabecera. Si sumamos vemos que la velocidad de transmisión es 160Kbit/s. Para transportar 160Kbit/s usando un ancho de banda de 80KHz se usa una codificación llamada 2B1Q (2 Binary, 1 Quaternary), o sea, codifica dos bits binarios en uno cuaternario, reduciendo el ancho de banda necesario a la mitad y por lo tanto consiguiendo mayor alcance. Este servicio tiene la limitación de que no puede darse en pares con bobinas. En ISDN es posible hacer llamadas de voz a cualquier terminal telefónico, esté conectado o no a una central digital, ya que la red se encarga de hacer la conversión digital a analógica en el lugar adecuado. Sin embargo no es posible transmitir datos a un terminal conectado a una central analógica, para hacerlo debemos usar un módem analógico tradicional y conectarlo al puerto ISDN de nuestro equipo. Cuando los 64Kbit/s de datos se envían a otro equipo ISDN, el canal de 64Kbit/s de datos dispondrá siempre del máximo ancho de banda ya que el servicio ISDN va a través de conmutadores digitales en la red. ISDN nos ofrece además un servicio de datos a 128Kbit/s pero perdiendo el servicio telefónico. Otro problema de ISDN es que sólo puede ser ofrecido a los abonados conectados a centrales digitales con el hardware y el software adecuado para ISDN. Aún existen muchas centrales digitales sin ese hardware/software para ISDN y otras muchas centrales analógicas cuyo costo de actualización es muy elevado. E1 Existen además una pequeña parte de abonados, principalmente empresas, conectadas mediante interfaces de 2.048 Kbit/s (E1). El ancho de banda que usan va de 0Hz a 2.048KHz por lo que su alcance es menor, ya que la atenuación es mayor a esas altas frecuencias. Estos bucles necesitan repetidores/regeneradores intermedios, el primero a 500 metros y los siguientes cada 3’5Km, también necesitan pares apantallados. Todo esto hace que este servicio sea caro de instalar y mantener. Un problema de congestión ISDN es un servicio conmutado que permite una conexión de datos a 64Kbit/s a la red como cualquier llamada telefónica. Al usar ISDN o el módem analógico para conectarnos a Internet estamos generando un tipo de tráfico (conexiones de larga duración) para el que la red pública conmutada no está dimensionada, por lo que puede producirse congestión muy fácilmente sobre todo en los horarios de tarifa plana. Por eso las Operadoras quieren eliminar ese tipo de tráfico de la red conmutada (red tipo TDM) y llevarlo directamente a través de una red de paquetes (posiblemente ATM). LA NUEVA TECNOLOGÍA DSL PARA EL VIEJO BUCLE DE ABONADO La tecnología DSL es una tecnología de transmisión para el Bucle de Abonado, es decir, usa los tradicionales pares de cobre. 4 Antena de Telecomunicación / SEPTIEMBRE 2002 Tecnología DSL Al principio nos preguntábamos cómo era posible ese milagro de poder transportar hasta los hogares por los mismos pares de cobre por los que antes sólo se transportaban 56Kbit/s de datos, los varios Mbit/s de datos que en DSL se transportan. La respuesta consta de tres apartados: 1. Se elimina el límite de 4KHz de ancho de banda ya que los pares tienen realmente un ancho de banda mayor. Realmente la limitación del ancho de banda en los módem tradicionales se produce no tanto en el Bucle de Abonado sino en la Red de Transporte y Conmutación. 2. Para incrementar la distancia y evitar el problema de la atenuación se usan modernas técnicas de codificación mediante las cuales es posible enviar más información con cada baudio, o sea, incrementar el número de bits por baudio o ciclo de frecuencia. 3. Por último, es necesario usar dos equipos con el mismo interfaz DSL en ambos extremos del Bucle de Abonado, lado central y lado abonado. Veamos a continuación como afectan las derivaciones, empalmes, cambios de sección, bobinas y diafonía en los sistemas DSL. El problema de las derivaciones, bobinas, empalmes y cambios de sección Las “derivaciones del par sin terminar” (Tap en ingles) no eran un problema para las frecuencias vocales, pero si lo son para las más altas frecuencias usadas en DSL. A estas frecuencias los pares de cobre pasan a comportarse como líneas de transmisión produciendo reflexiones. Estas derivaciones tienen sus peores efectos sobre las frecuencias cuya longitud de onda es una cuarta parte de la longitud de la derivación. Por lo tanto, derivaciones cortas producen más impacto sobre las altas frecuencias y derivaciones largas sobre las bajas. Existen bucles de abonado con empalmes y con hilos de diferente sección, los cuales pueden diferir en su impedancia característica provocando problemas en la línea de transmisión. Para minimizar estos problemas los transceivers DSL usan Procesos de Equalización Adaptativa. Las bobinas introducidas en algunos bucles de abonado para conseguir más alcance deben ser eliminadas para usar la tecnología DSL en esos pares. Afortunadamente hay muy pocos pares que tengan bobinas. El problema de la diafonía El problema de la diafonía aparece por el acoplamiento electromagnético de energía que se produce entre pares del mismo cable al transmitir por ellos una señal modulada. Hay dos tipos de diafonía: la paradiafonía (NEXT, Near End Crosstalk) y la telediafonía (FEXT, Far End Crosstalk). La paradiafonía es la más importante y se produce cuando la señal interferente (transmisor/alta energía) está situada en el mismo extremo que la señal interferida (receptor/baja energía). La telediafonía se produce cuando la señal interferida está situada en el extremo contrario que la señal interferente. Cable Par 1 PARADIAFONÍA Par 2 Cable Par 1 TELEDIAFONÍA Par 2 Figura 2: Concepto de Paradiafonía (NEXT) y Telediafonía (FEXT). La paradiafonía es más problemática en sistemas de larga distancia donde se transmite a alta potencia y la señal se recibe muy atenuada, en estos casos la paradiafonía nos limitará el alcance. Por otro lado la telediafonía es problemática en sistemas de corta distancia y alta frecuencia como es el caso de VDSL. 5 Antena de Telecomunicación / SEPTIEMBRE 2002 Tecnología DSL Como sabemos, cuando se trata de la interferencia producida por la señal transmitida sobre la recibida dentro del mismo par de cobre, como es el caso de los sistemas Full Duplex, la interferencia puede ser anulada usando canceladores de eco. Además de las anteriores, puede haber otras interferencias producidas por otros sistemas como líneas de distribución de energía eléctrica, transmisiones radio, etc. Para hacer frente al problema de la diafonía, se usan diferentes técnicas de transmisión (asimétrica, simétrica) y de codificación (DMT, TC-PAM, etc.) de las cuales hablaremos a continuación. Sistemas simétricos y sistemas asimétricos. A la tecnología DSL a veces se la nombra como xDSL indicando que realmente es una familia de tecnologías y estándares agrupados bajo el denominador común de usar el par de cobre para ofrecer servicios de datos a alta velocidad y larga distancia. Esta familia se divide en dos grupos: un primer grupo lo forman las variantes que usan transmisión asimétrica y un segundo grupo las variantes que usan transmisión simétrica. En el primer grupo la velocidad de transmisión en sentido downstream (hacia el abonado) es distinta de la velocidad de transmisión en sentido upstream (hacia la central), mientras que en el segundo grupo la velocidad de transmisión es igual en ambos sentidos. Sistemas asimétricos Los sistemas asimétricos tienen la siguiente ventaja por transmitir a más velocidad en sentido downstream que en sentido upstream. En la central hay más interferencias que en la casa del abonado, ya que en la central hay muchos pares con distintos servicios, próximos unos a otros, transmitiendo a alta potencia y por lo tanto produciendo interferencias (paradiafonía) sobre la señal que llega. Sin embargo, en la casa del abonado no hay esas interferencias. Por lo tanto es posible conseguir más alcance en sentido hacia el abonado (downstream) que en sentido hacia la central (upstream). Como la distancia del bucle es la misma en ambos sentidos, la anterior ventaja se aprovecha para transmitir a más alta frecuencia hacia el abonado. Si además se usan las frecuencias más bajas para transmitir hacia la central, obtenemos la ventaja de que al atenuarse menos las bajas frecuencias que las altas, las señales hacia la central se atenúan menos y por lo tanto son lo suficientemente altas como para sobrevivir en el ambiente ruidoso de la central. Algunos sistemas DSL asimétricos usan diferentes espectros de frecuencia en transmisión y recepción, son sistemas FDM (Frequency Division Multiplexing). Estos sistemas no tienen el problema de la paradiafonía ya que las bandas de transmisión y recepción no coinciden. Pero tienen la desventaja de que ocupan un mayor ancho de banda, al transmitir y recibir en distintas bandas de frecuencia, lo cual penaliza su alcance. Los sistemas FDM usan códigos llamados pasobanda, que operan sobre cualquier rango de frecuencias que no incluya 0Hz. Los códigos pasobanda permiten la coexistencia de otros servicios en bandabase como el servicio telefónico tradicional. Normalmente se usa una banda para transmitir y otra para recibir y de esta manera no necesitan una Red Híbrida para separar los datos recibidos de los transmitidos, con un simple filtro es suficiente. Aunque hay sistemas DSL asimétricos cuyos espectros upstream y downstream se solapan y en ese caso si es necesario usar Redes Híbridas y Canceladores de Eco. Códigos pasobanda: • CAP (Carrieless Amplitude and Phase modulation). Código de línea especificado en la ITU-T G.991.1. Es por lo tanto uno de los dos códigos especificados para ser usados en sistemas HDSL. Esta técnica permite representar varios bits de información (de dos a nueve) por un único baudio. • DMT (Discrete Multitone). Código especificado para ADSL, G.992.1. Rango de Frecuencias = ADSLup (25khz a 139KHz), ADSLdown (138KHz a 1.1MHz). Consiste en dividir el espectro por encima del canal vocal (de 25KHz hasta 1’1 MHz) en 256 subcanales usando procesamiento digital de la señal. Cada uno de estos subcanales tiene una anchura de 4’3215 KHz y por cada subcanal se envía una parte de los datos modulados en amplitud y fase, con una eficiencia máxima de 15 bits por símbolo. Es posible medir la relación señal ruido de cada subcanal para usar los menos ruidosos o enviar más/menos información en función del nivel de ruido. 6 Antena de Telecomunicación / SEPTIEMBRE 2002 Tecnología DSL Sistemas simétricos Los sistemas DSL simétricos usan al mismo espectro de frecuencia en transmisión y recepción, y por lo tanto usan cancelador de eco. Estos sistemas tienen el problema de la paradiafonía ya que las bandas de transmisión y recepción coinciden. Pero tienen la ventaja de que ocupan un menor ancho de banda, al transmitir y recibir en la misma banda de frecuencia, lo cual no penaliza su alcance. Estos sistemas usan preferentemente códigos en bandabase, que operan desde una frecuencia determinada hasta 0Hz, aunque en HDLS es posible usar el código de línea CAP que es pasobanda. Los sistemas que usan códigos en bandabase al transmitir/recibir de manera continua por el mismo par de hilos necesitan utilizar Redes Híbridas para acoplar los datos a la línea y Canceladores de Eco para reducir las interferencias. Estos dispositivos son más complejos que los normalmente usados ya que la transmisión de datos es más sensible a las interferencias que el oído humano. Códigos en bandabase: • 2B1Q (2 Binary 1 Quaternaty). Usado en HDLS y RDSI. Rango de Frecuencias en RDSI = 0 Hz a 80 KHz. • TC PAM (Trellis Code Pulse Amplitude Modulation). Usado en el estándar americano HDSL2 y en SHDSL. Rango de Frecuencias = 0 Hz a 386 KHz. Estandarización de servicios DSL Los servicios DSL se han comenzado a definir con el objetivo de poder alcanzar, usando un solo par de hilos, a la mayoría de los abonados que se encuentren a menos de 6 Km de distancia de la Central Remota (90% en EE.UU y casi todos en Europa) y que aún teniendo derivaciones (TAPs) no tengan bobinas. El alcance es una característica muy importante pues un aumento de unas decenas de metros en alcance supone la posibilidad de llegar a miles de abonados más, ya que la superficie aumenta proporcionalmente al cuadrado del alcance. Por esta razón, la tecnología DSL contempla el uso de repetidores. CENTRAL TELEFÓNICA Alcance_2 Alcance_1 Area_1=π (Alcance_1)2 Area_2=π (Alcance_2)2 Figura 3: Aumento del área cubierta en función del alcance. En estos momentos hay diferentes fabricantes que usan diferentes códigos para los mismos tipos de servicios, el trabajo de estandarización es muy importante si se quiere conseguir que productos de distintos fabricantes puedan conectarse entre sí. Una vez publicado un estándar, existen laboratorios donde se hacen pruebas a los equipos para saber si los productos fabricados por distintas empresas según ese estándar funcionan correctamente al conectarlos en el mismo sistema. De esta manea se sabe qué equipos de diferentes fabricantes son compatibles y además, si el estándar está bien redactado o no. 7 Antena de Telecomunicación / SEPTIEMBRE 2002 Tecnología DSL Las instituciones de estandarización juegan un papel importante a la hora de ofrecer unas normas que permitan el uso eficaz del espectro de frecuencias, definiendo: potencia transmitida máxima, frecuencias y alcances de los diferentes servicios para no afectar a los ya existentes. VARIANTES xDSL Variantes asimétricas ADSL (Asymetric DSL) ITU G992.1 (Junio 1999) En un principio ADSL nació para el negocio del vídeo, que es una aplicación asimétrica, o sea, en la que se necesita una gran velocidad de datos en sentido hacia el abonado (de 1.5 Mbit/s a 8 Mbit/s) y poca velocidad en el sentido hacia la central (de 64 Kbit/s a 640 Kbit/s). Por esa razón, posteriormente, encajó perfectamente con el tipo de tráfico de Internet, en el que se requiere mucha velocidad hacia el abonado para conseguir descargar rápidamente grandes ficheros y poco hacia la central. Además, la G.992.1 define los siguientes servicios: • Servicio ADSL con servicio de voz sobre el mismo par de cobre (incluye POTS y servicio de datos sobre la banda de voz). El servicio ADSL ocupa una banda de frecuencias por encima de la banda de voz y se separa de ella por filtrado. • Servicio ADSL con servicio ISDN (G.961, Apéndices I y II) sobre el mismo par de cobre. El servicio ADSL ocupa una banda de frecuencias por encima de la banda ISDN y se separa de ella por filtrado. El dispositivo usado para el filtrado se denomina Splitter. Modem ADSL Filtro Paso-Alto De la Central Telefónica Teléfono Filtro Paso-Bajo SPLITTER Figura 4: Ejemplo de ADSL con splitter. Para una velocidad de transmisión de 8 Mbit/s puede alcanzar 2 Km, 3’6 Km a 6 Mbit/s y 5’4 Km a 1’5M bit/s. El tipo de codificación que usa es DMT. Como ya dijimos la codificación DMT divide el espectro en 256 subcanales de 4’3215 KHz. La recomendación G.992.1 define las máscaras de los espectros de potencia transmitida: 1. Anexo A: ADSL sobre POTS. • Máscara del espectro transmitido en downstream. Banda usada para el caso de espectros solapados: 25 KHz a 1104 KHz. • Máscara del espectro transmitido en downstream. Banda usada para el caso de espectros no solapados (NEXT reducida): 138 KHz a 1104 KHz. • Máscara del espectro transmitido en upstream. Banda usada: 25 KHz a 138 KHz. 2. Anexo B: ADSL sobre ISDN: • Máscara del espectro transmitido en downstream. Banda usada: 138 KHz a 1104 KHz. • Máscara del espectro transmitido en upstream. Banda usada: 138 KHz a 273 KHz. 8 Antena de Telecomunicación / SEPTIEMBRE 2002 Tecnología DSL La recomendación G.992.1 define un procedimiento llamado DRA (Dynamic Rate Adaptation), mediante el cual, es posible cambiar la velocidad de transmisión estando en funcionamiento el modem, pero estos cambios son comandados por la red y no por el equipo de abonado. Además, estos cambios introducen errores en ambos sentidos de transmisión. En el caso de ADSL sobre POTS con espectros solapados y ADSL sobre ISDN, usa los subcanales más bajos, solapados, como bidireccionales (para transmitir y recibir a la vez) por lo que necesita usar Cancelador de Eco. La desventaja de ADSL aparece cuando se quieren usar más de un canal de voz, en este caso aparecen varios obstáculos como son: el retardo que introducen este tipo de módem y la naturaleza asimétrica de ASDL. Cualquier descarga desde Internet necesita en upstream un 15% de la velocidad downstream, ya que es necesario terminar el protocolo. Por lo tanto, si usamos parte del ancho de banda upstream para voz estamos limitando mucho la velocidad de descarga. ADSL sin splitter: ITU-T G.992.2 (Junio de 1999) También conocido como G.lite, es una variante de bajo precio y baja velocidad de ADSL para el mercado de gran consumo. La recomendación G.992.2 define los siguientes servicios: • Servicio ADSL con servicio de voz sobre el mismo par de cobre (incluye POTS y servicio de datos sobre la banda de voz). • El servicio ADSL con servicio ISDN está bajo estudio. La recomendación G.992.2 define las máscaras de los espectros de potencia transmitida: 1. Anexo A: Caso de espectros no solapados. • Máscara del espectro transmitido en upstream. Banda usada: 25 KHz a 138 KHz. • Máscara del espectro transmitido en downstream. Banda usada: 138 KHz a 552 KHz. 2. Anexo B: Caso de espectros solapados. • Máscara del espectro transmitido en upstream. Banda usada: 25’875 KHz a 138 KHz. • Máscara del espectro transmitido en downstream. Banda usada: 25’875 KHz a 552 KHz. Ofrece hasta 1.5Mbit/s en downstream y hasta 512 Kbit/s en upstream. Esta pensado para poder ofrecer este servicio ADSL sin la necesidad de tener un splitter en casa del abonado para separar el canal telefónico de los datos. De esta forma se reducen los costes de instalación. Para conseguirlo usa una técnica que consiste en reducir la potencia en upstream cuando detecta que el teléfono de esa línea está descolgado y restablece el nivel de potencia cuando detecta que está colgado. En este caso el módem ADSL incorpora el filtro paso-alto para proteger al receptor ADSL de la corriente de llamada, de la señal de voz, cambios de polaridad, etc. En algunos casos se instalan unos microfiltros en los pares de teléfono de la casa, los cuales atenúan las altas frecuencias, de forma que el equipo ADSL puede transmitir a mayor potencia sin el problema de las interferencias. Estos microfiltros no requieren la presencia de un técnico para su instalación. Modem ADSL Filtro Paso-Alto De la Central Telefónica Teléfono Figura 5: Ejemplo de ADSL sin splitter. 9 Antena de Telecomunicación / SEPTIEMBRE 2002 Tecnología DSL RADSL (Rate Adaptative DSL) Es una versión de ADSL pero con la inteligencia de poder cambiar automáticamente la velocidad de transmisión de datos en función de las condiciones del par de hilos. La calidad del par de hilos puede cambiar en función de la hora del día, de la estación del año, de las condiciones atmosféricas, del envejecimiento, etc. Antes de que puedan producirse errores, se reduce la velocidad de transmisión. Este sistema permite instalar el equipo sin tener que medir la calidad del par. Las velocidades de transmisión en upstream van desde 1 Mbit/s hasta 7 Mbit/s y en sentido downstream desde 128 Kbit/s hasta 1 Mbit/s. Es compatible con el canal telefónico. VDSL (Very high speed DSL). ITU-T G.993.1 (Noviembre de 2001) Es el servicio más nuevo y está pensado para transmitir vídeo. La recomendación G.993.1 permite el uso de transmisión asimétrica y simétrica. Establece el uso de un splitter para poder compartir el medio físico de transmisión con servicios POTS y ISDN. También es posible tener VDSL en el Bucle de Abonado sin ningún otro servicio de banda estrecha. Usa FDD (Frecuency División Duplexing) para separar la transmisión downstream de la upstream. Para ello usa un espectro de cuatro bandas que comienza en 138 KHz y termina en 12 MHz. El uso de la banda entre 25kHz y 138 KHz se negocia usando el protocolo de toma de contacto G.994.1. En configuración asimétrica puede alcanzar hasta 52 Mbit/s en sentido downstream y 6’4 MBit/s en sentido upstream. En configuración simétrica puede llegar a 26 Mbit/s en cada sentido. Estas altas velocidades se consiguen limitando el alcance que es de 300 metros para 52 Mbits/s. El código de línea no está especificado en la G.993.1, pero existen equipos que usan codificación DMT dividiendo el espectro hasta en 4096 subcanales de 4’3215 KHz de anchura. Variantes simétricas HDSL (High speed DSL). ITU-T G.991.1 (Octubre de 98) HDSL se usa para transmitir un servicio T1 (1.544 Mbit/s) o E1 (2.048 Mbit/s). El método de transmisión es duplex y usa una Red Híbrida con Cancelación de Eco. El eco aparece como consecuencia de un imperfecto balance de la Red Híbrida y por discontinuidades de la impedancia de línea debida a empalmes, diferentes tipos de cables, etc. Es posible usar tres sistemas: 1. Un transmisor/receptor a 784 kbit/s sobre cada uno de los dos o tres pares en paralelo. 2. Un transmisor/receptor a 1168 kbit/s sobre dos pares en paralelo. 3. Un transmisor/receptor a 2320 kbit/s cobre un solo par. Para el caso de transmisión a dos pares o a un par es posible usar código de línea 2B1Q y CAP. Para el caso de transmisión a tres pares sólo se usa código de línea 2B1Q. En el caso de codificación CAP hay dos tipos: 64-CAP (con constelación de 64 niveles) se usa para 1168 Kbit/s y 128-CAP (con constelación de 128 niveles) se usa para 2320 Kbit/s. El alcance para 784 Kbit/s es de 3.6Km y para 1168kbit/s el alcance es 3 Km. HDSL tiene problemas de compatibilidad con otros servicios DSL. SDSL (Single-pair DLS) Es una tecnología simétrica sobre un único par. No hay ningún estándar que la defina. SDSL usa codificación 2B1Q pero con un receptor más avanzado que utiliza técnicas de Procesado Digital de la Señal como Near Maximum Likelihood. Su velocidad de transmisión es adaptable entre 92 Kbit/s y 2.3 Mbit/s. Al igual que HDSL tiene problemas de compatibilidad espectral con servicios que usen otros pares del mismo cable. HDSL2 Estándar americano para una única velocidad de transmisión, la del servicio T1 (1544 Kbit/s), usando un único par de hilos. HDSL2 usa un código de línea más sofisticado llamado TC-PAM (Trellis Code Pulse Amplitude Modulation). Además, usa un técnica llamada OPTIS (Overlapped PAM Transmission with Interlocked Spectra) mediante la cual se minimiza la autodiafonía entra la señal upstream y downstream. IDSL Con estas siglas se designa al servicio que ofrece DSL sobre ISDN con una velocidad de 144 Kbit/s y un alcance de 5’4Km sobre un único par de hilos. Este tipo de servicio sólo nos permite transmitir/recibir datos, nunca voz, ya que se conecta a un Router para acceder a Internet en lugar de a un Conmutador Digital. 10 Antena de Telecomunicación / SEPTIEMBRE 2002 Tecnología DSL SHDSL (Symetric DSL) (ITU G.991.2) (Febrero de 2001) Como su propio nombre indica esta es una tecnología simétrica que usa un solo par de hilos aunque puede trabajar a dos pares si se quiere duplicar el alcance o la velocidad. Consigue un 20% más de alcance que las otras versiones DLS simétricas y al estar estandarizada permite conectar equipos de diferentes fabricantes. La velocidad de transmisión (para un solo par) puede configurarse desde 192 Kbit/s hasta 2.312 Kbit/s (con granularidad de 8 KBit/s). Tiene un alcance de 2 Km a 6 Km para velocidades de 2312 Kbit/s y 192 Kbit/s, respectivamente, en pares de 0.4mm . El código de línea que utiliza es TC-PAM (Trellis Coded Pulse Amplitude Modulation). Cada símbolo consta de tres bit de información más un bit CRB (Coded Redundant Bit) con lo que tenemos un código PAM de 16 niveles. El uso de esté tipo de código permite un bajo retardo de transmisión y ofrece una “ganancia de codificación de unos 5dB” que mejora el comportamiento de la señal digital en presencia de interferencias. Además, el espectro de la señal digital SHDLS, o sea, su máscara de PSD (Power Sprectrum Density), se ha diseñado y optimizado para cumplir tres requisitos. Primero, ser compatible con ADSL y HDSL. Segundo, reducida autodiafonía con lo que no hay limitación en el número de líneas con servicio SHDSL en el mismo cable. Tercero, bajo consumo en el driver de línea para poder aumentar la densidad de placas de línea y no tener problemas en telealimentación remota. No es posible conservar el canal telefónico por el mismo par. La transmisión es full-duplex y usa cancelación de eco. Además, opcionalmente permite transmisión asimétrica (2048/2304 Mbit/s). Mediante SHDSL es posible transmitir señales T1 (1544 Kbit/s), E1 (2048 Kbit/s), ISDN, ATM, e IP. La más alta velocidad de transmisión para las condiciones de un Bucle de Abonado concreto, el tipo de servicio transportado (T1, E1, ISDN, ATM, IP), el tipo de polinomio aleatorizador, se negocian al principio de la conexión mediante un protocolo de toma de contacto definido en la recomendación ITU-T G.994.1. La tecnología SHDSL es una firme candidata a sustituir a los tradicionales servicios T1 o E1 (Nx64), ya que ofrece la misma calidad y es más barata de instalar y mantener al no necesitar repetidores. Aunque bien es cierto que es posible usar repetidores para multiplicar por dos el alcance. Su campo de aplicación abarca el tipo de negocio donde es tan importante descargar grandes ficheros como enviarlos, con es el teletrabajo, videoconferencia, PBX, servidores de WEB privados, acceso remoto a LANs (Local Area Network), SOHO (Small Office-Home Office), etc. Con SHDSL es posible transmitir varios canales de voz (digitalizados) junto a otros canales de datos. De hecho VoDSL (Voice over DSL) es una característica propia de SHDSL. CONCLUSIÓN El desarrollo de técnicas avanzadas de modulación para evitar el problema de la atenuación a altas frecuencias, es uno de los puntos claves en la tecnología DSL. Otro punto importante es el uso de técnicas FDM y canceladores de eco para reducir el problema de la diafonía. La tecnología DSL ofrece alta velocidad de transmisión, largo alcance y a un precio muy competitivo respecto a sus alternativas en el mercado (fibra óptica, cable coaxial, etc.). Como hemos dicho anteriormente la tecnología DSL viene a intentar solucionar la creciente demanda de ancho de banda debida al crecimiento del mundo Internet, cada día más usuarios se conectan a esta enorme tela de araña y cada vez hay más necesidades de transportar hasta cada uno de esos ordenadores voz, datos y vídeo. La tecnología DSL ofrece ventajas tanto a los usuarios finales como a los Proveedores de Servicio Internet (ISP, Internet Service Providers), mientras unos pueden disponer de un mayor ancho de banda a un precio más bajo, los otros pueden aumentar su beneficios y sus oportunidades de negocio. Con la tecnología DSL disponemos de una conexión permanente a Internet, y además, permite desarrollar más el mundo Internet haciéndolo más rápido, dinámico e interactivo. 11 Antena de Telecomunicación / SEPTIEMBRE 2002 Tecnología DSL BIBLIOGRAFÍA • “Asymmetrical Digital Subscriber Line (ADSL) Transceivers”, ITU-T G.992.1, (6/99). • “Splitterless Asymmetrical Digital Subscriber Line (ADSL) Transceivers”, ITU-T G.992.2, (6/99). • “High Bit Rate Digital Subscriber Line (HDSL) Transmission System On metallic Lines”, ITU-T G.991.1, (10/98). • “Single-pair High-speed Digital Subscriber Line (SHDSL) Transceivers”, ITU-T G.991.2, (2/01). • “Very-high-speed Digital Subscriber Line (ADSL) foundation - for consent”, ITU-T G.993.1, (6/99). • “The DSL Sourcebook”, Paradyne Corporation, 2000. http://www.paradyne.com/sourcebook_offer/ • “Personal Broadband Services: DSL and ATM”, Jim Lane,Virata, 1998. http://www.virata.com/solutions/whitepapers.htm • “DSL Anywhere”, DSL Forum, 2001. http://www.dslforum.org • “Symetric DSL: From HDSL to SDSL & HDSL2”, Metalink Ltd., January 1999. http://www.metalink.co.il • “Delivering T1 and E1 Services over Copper Pair with HDSL2”, Orckit Ltd., June 1999. http://www.orckit.com • “Next Generation Transmiccion Technology, Infineon Technologies POTSWIRETM SHDSL Technology”, Sascha Lindecke, Marzo 2000. http://www.infineon.com/dsl • “Get Ready for G.shdsl”, Adtran, Inc. 12 Antena de Telecomunicación / SEPTIEMBRE 2002
