T-003 - Universidad Nacional del Nordeste

Resumen: T-003
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDEST E
Comunicaciones Científicas y Tecnológicas 2005
Transmisión en alta velocidad sobre pares de cobre, sistemas ADSL:
Limitaciones de la capacidad de un bucle normalizado T1-601#9 24AWG por efectos
diafonías Next y Fext operando con señales UIT-T.G992.1
Del Valle, Eduardo E. - Scozzina, Emilio F. - Valdez, Alberto D.
Departamento de Ingeniería – Área Electrónica – Facultad de Ciencias Exactas – UNNE
9 de Julio 1449 – 2º piso – 3400 Corrientes – Argentina
[email protected] –Tel. 03783 423126 Fax. 03783 473930
Antecedentes:
Las redes de telecomunicaciones deben evolucionar así como las necesidades y costumbres de los usuarios cambian,
estos cambios en la tecnología de acceso a la red generalmente van de la mano con el cambio social y económico que
acompaña dicha transformación. Toda tecnología que tiene éxito es capaz de solucionar un problema. La tecnología xDSL y el problema que trata de resolver es uno de los que se hace cada vez mas crítico, -“la forma en la cual la gente
ocupa las redes para comunicarse, trabajar y también para su ocio”- como es el caso de las redes telefónicas. Dado
que en el mundo existen alrededor de 950 millones de líneas telefónicas que utilizan pares de cobres, el lógico pensar
que la mayoría de los desarrollos para transmisión en alta velocidad estarán orientados a optimizar el plantel telefónico
existente. Al respecto solo basta observar la evolución que han sufrido las recomendaciones para transmisión de datos
con módem sobre la red telefónica (PSTN) de la UIT serie V.21 en 1964 a la V.90 en el 2000. Los primeros
antecedentes para un acceso de banda ancha similar ADSL, se remontan hacia el año 1985 cuando en la Bell Labs se
desarrolla un sistema experimental OFDM para brindar servicios VOD sobre cables telefónicos de cobre. Hacia 1990
las compañías telefónicas ya disponían de una amplia gama de sistemas tipo x-DSL, para permitir el acceso en banda
ancha al consumidor, esta necesidad se hizo más evidente con la explosión de la Internet. Hoy el acceso más común en
banda ancha son los sistemas ADSL Full y Lite normalizados UIT-T G992.1, ANSI T1 413 y UIT-T G992.2
respectivamente. Las capacidades de transferencia y velocidades máximas que desarrollan los accesos ADSL están
íntimamente ligadas al las características bucle de abonado, su operación y mantenimiento. Pero la principal causa de
limitación de la velocidad son los efectos de las diáfonias NEXT y FEXT generada por otros sistemas ADSL ó x-DSL,
que operan sobre el mismo cable telefónico multipar. La disminución de velocidad lo advierten los prestadores y
usuarios comparando prestaciones de sistemas ADSL ubicados a la misma distancia peros sobre distintos pares. El
objeto de este trabajo es simular las condiciones un acceso ADSL G.992.1 FDM operando sobre un bucle normalizado
T1-601 #9 26AWG y obtener las limitaciones de la capacidad por efectos diáfonias NEXT,FEXT en presencia de ruido
AWGN, comparándolas con las prestaciones máximas teóricas.
Materiales y Métodos:
Para el desarrollo de la simulación se utilizaron los siguientes materiales:
Programa Matlab versión 6.5.Computadora Personal Celeron 2.0Ghz con 128 MB RAM y disco de 40GB.
Impresora H.P. Deskjet 640C.
La simulación, se realizó mediante el programa Matlab versión 6.5. El programa de realiza las siguientes rutinas y a
partir de ellas obtiene las capacidades bajo las condiciones descriptas. El primer calculo que realiza el programa, es el
de la matriz de transmisión T y sus parámetros A, B, C, D a partir de las caracteristicas eléctricas de cada uno de los
tramos del bucle (Ver Figura 1). A partir de las características de la señal de ADSL DMT (Ver Figura 2) se obtienen las
densidades de potencia espectrales (PSD) en sentidos Usuario-Red y Red Usuario para cada uno de los canales. Luego
de la obtención de PSD se calcula las diáfonias NEXT y FEXT según el modelo (Ver Figura 3) adicionando en él
calculo el efecto del ruido de fondo AWGN. Por ultimo los distintos canales ADSL DMT pueden modelarse como una
serie de señales QAM actuando sobre un mismo canal (Ver Figura 4) cada una de estas señales es transmitida con una
potencia Pi y frecuencia discreta fi (sub portadora) espaciados un ancho de banda constante Bw, donde cada sub
portadora transporta ni bits por símbolos QAM. Los resultados se combinan para obtener los valores de las capacidades
de cada sub portadora, en función de ellas la del sistema total; para luego compararlas con las prestaciones teóricas
máximas.
Figura 1. Loop analizado
Figura 3. Modelo de Interferencias FEXT NEXT
AWGN
1500’
1500’
ATU-C-
ATU-R-
26 AWG
FEXT
3000’
6000’
1500’
ATU-R
T1.601 Loop #9
NEXT
ATU-C
Pares
Cantidad de Perturbadores n:
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Figura 2. Espectro de la señal ASDL FDM
Amplitud
Usuario-Red
(US)
Pots
Red-Usuario
(DS)
25 canales
4Khz 25,875Khz
224 canales
134 Khz 138Khz
1 .104 Khz
Figura 4. Esquema de un canal multitono QAM
P1,f1,n1
Pr1,f1,n1
AWGN
Bwi=4,3125 Khz
QAM 1
Demo. 1
P2,f2,n2
Pr2,f2,n2
QAM 2
Demo. 2
+
H(f)
+
Canal
PN,fN,nN
PrN,frN,nrN
QAM N
Demo. N
G(t)
Ruido
NEXT- FEXT
Referencias:
H(t) : Función transferencia del canal.
G(t): Función trasferencia de acoplamiento para las diáfonias.
QAMi: Modulador QAM i-esimo.
Demo.i: Demodulador iesimo.
NEXT-FEXT: Paradiáfonia y Telediáfonia.
ni: Número de bits por símbolo QAM.
Pi: Potencia de transmisión de la sub portadora i-esimo.
fi: Frecuencia del tono i-esimo.
Discusión de los Resultados:
En la Tabla 1 se presentan los resultados obtenidos por simulación. Se pueden distinguir claramente las variaciones de
velocidad de los canales en los sentidos US y DS, respecto de las teóricas máximas para un bucle imaginario de
longitud cero. Las limitaciones de tasa de información provienen especialmente por la topografía y longitud del bucle
(Figura 1) y la cantidad de perturbadores diafónicos existentes.
Tabla N°1
N° de
Perturbadores
1
10
49
Sentido DS
Mbps
2,695
2,8128
3,1359
1,7915
1,8819
2,1320
1,3007
1,3742
1,5790
Sentido US
Mbps
0,85608
0.88022
0,94339
0,64494
0,66856
0,73069
0,50406
0,52668
0,58675
PES
10-7
10-6
10-4
10-7
10-6
10-4
10-7
10-6
10-4
Sentido DS
Mbps (Max)
Sentido US
Mbps
14,49
1,61718
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Gráfico N°1
Gráfico N°2
Gráfico N°1
Gráfico N°2
Gráfico N°3
Gráfico N°4
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En los Gráficos 1 y 3 se muestran las funciones que representan la cantidad de bits por símbolo QAM en función de la
probabilidad de error por símbolo (PES), por sub canal; para los canales DS y US respectivamente, una implicancia de
variar la PES nos permite una mayor tasa de información a costa de mas errores en la transmisión. A la derecha, los
Gráficos 2 y 4 donde indican las relaciones señal ruido (S/N) en el receptor en los canales DS y US. Analizando los
mismos podemos ver que el canal US resulta menos atenuado por encontrarse en las frecuencias 25,875 Khz y 134Khz.
Siguiendo el mismo razonamiento el canal DS, entre 138Khz y 1.104Khz se encuentra fuertemente atenuado a partir de
los 680 Khz aproximadamente, por lo cual las sub portadoras QAM son restringidas por el sistema ADSL, limitando
así seriamente la capacidad de este canal.
Conclusiones:
La versatilidad del modelo esta dada por su capacidad de adaptación a situaciones reales, es decir poder aplicarlo a
distintos tipos loop que se encuentran operando en planta externa; incluyendo las condiciones reales del estado de los
pares telefónicos a partir de las mediciones sus parámetros eléctricos. Esta versatilidad se extiende, ya que se pueden
simular señales bajo las recomendaciones UIT-T/G992.1-G992.2 que se encuentren bajo la influencia de distintos tipos
de perturbadores diafónicos de tipo x-DSL, como ser líneas de ISDN, HDSL, T1 ect. Lo cual presenta gran utilidad en
la practica y sirven para predecir el comportamiento de un sistema ADSL. Por ultimo podemos decir que queda abierto
un punto de discusión importante: hipotéticamente esto se puede manifestar cuando dos usuarios ADSL ubicados a
distintas distancias de la central telefónica local, ó en caso de que uno de ellos se encuentre sobre un cable que ha tenido
buen mantenimiento y otro que no lo ha tenido. Como se expuso anteriormente esto afecta a la tasa máxima en Kbps.
De allí tres preguntas importantes. ¿Por el pago del servicio qué recibe cada uno de ellos?. ¿Cuál es su tasa real
máxima?. ¿Están contempladas en las regulaciones del servicio estas diferencias?.-
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Bibliografía:
Recomendación UIT-T G-996.1(02/2001).Procedimientos de prueba para transceptores de líneas de abonados digitales.
Recomendación UIT-T G-992.1(02/2001). ADSL full
Recomendación UIT-T G-992.2(02/2001). ADSL lite.
Recomendación ANSI T1 413.
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Technologies Series. Thomas Starr,Jhon M. Cioffi, Peter Silverman.