LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Pares de Cobre xDSL

Presentación del tema: "LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Pares de Cobre xDSL"— Transcripción de la presentación:

1 LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Pares de Cobre xDSL

2 AGENDA Identificación de segmentos de la red de telecomunicaciones.
Fundamentos técnicos. Clasificación de los sistemas . Medios Guiados Medios no Guiados Comparación según su desempeño. Comparación según inversiones por usuario.

3 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 ), 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 AEI-Brookings Joint Center for Regulatory Studies. Washington, D.C Abe; George. Residential Broadband. Second edition. Ed. Cisco Press, Indianapolis, U.S. pp Cablelabs.DOCSIS 2.0. Documento SP- OSSIv2-I Issued Specification. Cablelabs. Julio 30 de 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 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 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 Curso AHCIET. Visión de las Telecomunicaciones : Evolución Tecnológica e Impacto en el negocio.2004. CRT. Informe sectorial de Telecomunicaciones. Julio No.7. Cárdenas, Ana María. MODELOS PARA ESTABLECER EL CRECIMIENTO DE LAS REDES ÓPTICAS DE ACCESO. Tesis doctoral 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

4 Proveedores de contenido
Identificación de la red de telecomunicaciones Proveedores de contenido OADM 10G WDM ISP Core STM-XX STM-XX STM-XX Backbone Acceso ULTIMA MILLA Grandes empresas Soho/ Pymes Sector residencial

5 AGENDA Identificación de segmentos de la red de telecomunicaciones.
Fundamentos técnicos. Clasificación de los sistemas . Medios Guiados Medios no Guiados Comparación según su desempeño. Comparación según inversiones por usuario.

6 Fundamentos técnicos de RBB
Modelo de referencia Medios físicos de transmisión de la información digital. Límites en la capacidad de transmisión de la información digital. Teorema de Nyquist y Ley de Shannon Control de errores

7 Arquitectura de una red RBB
Modelo de referencia RBB Host Servidor Red del proveedor de contenidos (ATM, enlaces Punto a Punto, Frame Relay, etc.) Red de transporte (ATM, Packet Over SONET) Red de acceso RBB (CATV, ADSL, etc.) Terminador de red (Ethernet, USB) Host Cliente En la red de comunicaciones que ofrece servicios telemáticos al usuario de RBB podemos distinguir diversos elementos: El servidor: es el ordenador que contiene la información solicitada por el usuario, por ejemplo un servidor Web o de vídeo bajo demanda. Red del proveedor de contenidos: esta es la conexión permanente de alta capacidad del servidor a Internet (por ejemplo un enlace punto a punto o una conexión ATM). Red de Transporte: es la red a la que se conecta la del proveedor de contenidos, normalmente gestionada por un operador que puede o no ser el mismo que opera la red RBB. Desde el punto de vista tecnológico esta red puede ser por ejemplo ATM o POS (Packet Over SONET). Red de Acceso: la red de transporte sería como la autopista o carretera principal que solo da acceso a las grandes ciudades.La capilaridad necesaria para llegar a cada ‘pueblo’ (cada vivienda) nos la suministra la red de acceso RBB, que es el objeto de este curso. Es aquí donde se dan todas las propuestas mas o menos novedosas desde el punto de vista tecnológico que comentaremos. El terminador de red es el elemento que delimita las responsabilidades del operador de la red RBB. Por ejemplo en el caso de una red de TV por cable sería el cable módem. Por último el cliente es el ordenador del usuario final, desde el cual éste accede al servicio.

8 Arquitectura completa de una red RBB
Merece la pena destacar que, aunque nuestro énfasis irá dirigido a la red de acceso residencial de banda ancha (RBB), ésta es solo un eslabón de la cadena y el correcto funcionamiento de un servicio RBB solo es posible si todos los elementos han sido estudiados y diseñados cuidadosamente para su funcionamiento conjunto, no solo la red de acceso, ya que la calidad del servicio percibido por el usuario final es función de todos. El cuello de botella en la comunicación, que puede darse en cualquier punto del sistema, será a fin de cuentas lo que limitará la calidad del servicio ofrecido.

9 Red de Datos de un operador
ISP2 Comp A ISP1 Comp B Backbone SONET/ATM Cabecera Cable TV Switch En la red de un gran operador como la que vemos en la figura nos podemos encontrar con una mezcla de todas las tecnologías que veremos durante este curso, y algunas mas. En muchos casos el elemento común que permite el uso de todas estas redes, tan diferentes en lo que a sus características técnicas se refiere, es el protocolo de red IP de la Internet. DSLAM Inalámbrico (GSM, GPRS, UMTS) VDSL/ ATM ADSL IDSL/ SDSL Frame ATM FUNI Cable RDSI POTS D/C D/C D/C D/C

10 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 Antes de hablar de las tecnologías RBB repasaremos brevemente las características de los medios físicos utilizados para transmitir las ondas electromagnéticas, por medio de las cuales se transporta la información digital que nos interesa. En primer lugar tenemos los denominados medios guiados, es decir cables. Éstos pueden ser metálicos (generalmente de cobre) o de fibra óptica. Los cables de cobre pueden ser a su vez de dos tipos: coaxiales, como el que se utiliza en las redes de TV por cable o de pares trenzados no apantallados, que es el cable utilizado normalmente en telefonía; este cable es el utilizado en ADSL y en todos los servicios denominados conjuntamente como xDSL. La fibra óptica puede ser a su vez multimodo o monomodo. Dado su alcance limitado (2 Km) la fibra multimodo no se utiliza en redes RBB. La monomodo tiene un mayor alcance (hasta Km) y gran capacidad, aunque también un costo mayor pues utiliza emisores láser. Por esta razón la fibra óptica se utiliza normalmente en la red de transporte, no en la red de acceso. Por último tenemos la transmisión de ondas por medios no guiados, es decir por el aire. En esta categoría se encuentran las transmisiones vía satélite y por LMDS (Local Multipoint Distribution System) que utiliza la propagación de microondas por la superficie terrestre.

11 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. La propagación de ondas electromagnéticas de alta frecuencia a través de conductores metálicos presenta una serie de características que limitan su alcance y/o capacidad. La principal es la atenuación de la señal, que se produce por la pérdida de energía en forma de calor y de radiación electromagnética al ambiente.

12 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) La frecuencia influye en el aumento de la atenuación de forma aproximadamente proporcional al cuadrado de ésta. Uno de los factores que influyen en este comportamiento es el conocido como ‘efecto piel’ por el cual las corrientes de alta frecuencia se transmiten utilizando únicamente la superficie del conductor de cobre, no el núcleo. Cuanto mayor es la frecuencia mayor es la influencia de este comportamiento. El grosor del cable también influye en la atenuación. Para una frecuencia dada un cable de mayor grosor tiene menor atenuación. Asimismo en el caso de cables coaxiales la atenuación es menor cuanto mayor es el apantallamiento del cable.

13 Atenuación en función de la frecuencia para un bucle de abonado típico (cable de pares)
Frecuencia (KHz) 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 20 40 Esta figura muestra un ejemplo concreto (para el caso de ADSL) de cómo evoluciona la atenuación de la señal en función de la frecuencia para dos longitudes de cable dadas. Atenuación (dB) 3,7 Km 60 5,5 Km 80 100 120

14 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 Otro problema es el desfase, que consiste en al distorsión de la señal debida a la diferente velocidad de propagación de la onda en función de la frecuencia. Cuanto mayor es la anchura de banda del canal mayor es el desfase. Para un ancho de banda dado el desfase es directamente proporcional a la distancia recorrida; por otro lado cuanto mayor es la capacidad del canal mas sensible es el receptor al desfase. La combinación de estos dos factores lleva a expresar a menudo la capacidad máxima en términos de capacidad*distancia. Por último tenemos la interferencia electromagnética. Aquí podemos distinguir dos tipos. Por un lado la inducida por factores externos, tales como arranque de motores o emisiones comerciales de radio o televisión, y por otro el denominado crosstalk, que es la interferencia debida a señales que inevitablemente acompañan a la que nos interesa, por ejemplo en una comunicación full dúplex cada señal produce una cierta interferencia en el sentido opuesto. Otro ejemplo es la inducción producida por señales que viajan en cables paralelos, que están en un mismo mazo.

15 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).

16

17 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. El bit es la unidad básica de información y solo puede tener dos valores, que generalmente representamos como 0 ó 1. El bit es un concepto abstracto, aunque en la práctica se almacena en un dispositivo físico (por ejemplo un transistor) que puede tener dos estados, que asociamos a 0 y 1. En cambio el baudio, la unidad básica de transmisión de información, no es un concepto abstracto sino que va asociado al medio físico concreto por el que se transmite ésta, que casi siempre es una onda electromagnética. Para transmitir la información dicha onda ha de poder variar alguna de sus características (por ejemplo la amplitud) entre una serie de valores posibles. Los baudios indican el número de veces por segundo con que podrá cambiar esa característica, elegida para transmitir la información. Si la amplitud puede variar entre 2 posibles valores se asocia un bit a cada baudio y el número de baudios coincide con el de bits por segundo. Pero si hay cuatro valores posibles podremos transmitir dos bits por baudio, con lo que el número de bits por segundo será doble que el número de baudios. Por ejemplo en RDSI los datos se transmiten mediante pulsos de cuatro posibles voltajes, +2,64, +0,88, -0,88 y –2,64 Voltios. A menudo se utiliza el término símbolo como sinónimo de baudio. Estrictamente hablando hay una diferencia entre ambos, ya que un baudio es un símbolo por segundo.

18 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.

19 Modulación de una señal digital
1 1 1 1 1 Señal binaria Modulación en amplitud Modulación en frecuencia Modulación en fase Cambios de fase

20 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 Una onda electromagnética tiene tres características que pueden emplearse (o modularse) para transmitir información: la amplitud, la frecuencia y la fase. En telemática suele modularse en amplitud o en fase, casi nunca se emplea la modulación en frecuencia. La codificación binaria emplea únicamente dos valores de amplitud, por lo que cada símbolo representa un bit. A menudo el número de símbolos por segundo está limitado por el medio físico, por lo que para aumentar la capacidad hay que utilizar codificaciones en las que un símbolo representa varios bits.

21 Constelaciones de algunas modulaciones habituales
Amplitud Fase 1 2,64 V 10 11111 11000 10 00 01101 0,88 V 11 Portadora 00011 11 01 00100 -0,88 V 01 La codificación 2B1Q (utilizada en RDSI, por ejemplo) contempla cuatro valores diferentes de amplitud, con lo que un símbolo puede transportar dos bits. Las técnicas más sofisticadas utilizan amplitud y fase. Por ejemplo la codificación 4QAM consigue también dos bits por baudio combinando dos valores de amplitud y dos de fase. 4QAM es una modulación más robusta que 2B1Q, aunque su mayor complejidad la hace también más costosa. Los estados de una técnica de modulación se representan en gráficos bidimensionales con la amplitud en el eje de abscisas y la fase en el de ordenadas. Dichas gráficas se denominan ‘constelaciones’. En la figura podemos ver las constelaciones de las modulaciones mencionadas, así como la 32QAM utilizada en los módems V.32 (9,6 Kb/s) . Esta define 32 estados combinando diversos valores de amplitud y fase, lo cual permite representar 5 bits por símbolo. Así V.32 sólo ha de transmitir a 1,92 Kbaudios para conseguir los 9,6 Kb/s. -2,64 V 00 Binaria simple 1 bit/símb. 2B1Q (RDSI) 2 bits/símb. QAM de 4 niveles 2 bits/símb. QAM de 32 niveles (Módems V.32 de 9,6 Kb/s) 5 bits/símbolo

22 Modulaciones más utilizadas en RBB
Técnica Símbolos Bits/símbolo Utilización QPSK (4QAM) 4 2 CATV ascendente, satélite, LMDS 16QAM 16 4 CATV ascendente, LMDS 64QAM 64 6 CATV descendente En esta tabla se muestran las modulaciones mas utilizadas en redes RBB. Las modulaciones más eficientes suelen ir asociadas a canales de comunicación más fiables (con una mayor relación señal/ruido). 256QAM 256 8 CATV descendente Varias Hasta 65536 Hasta 16 ADSL QPSK: Quadrature Phase-Shift Keying QAM: Quadrature Amplitude Modulation

23 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 Ya en 1924 Nyquist demostró por procedimientos puramente teóricos que existía un límite máximo en el número de baudios que podían transmitirse por un canal, y que dicho límite era igual al doble de su ancho de banda. Por ejemplo en el caso de un canal telefónico, con una anchura de 3,1 KHz, el máximo es de 6,2 Kbaudios. Para un canal de televisión PAL con una anchura de 8 MHz el máximo sería de 16 Mbaudios. Podemos comprender intuitivamente el Teorema de Nyquist si pensamos que la secuencia de símbolos a transmitir puede fluctuar entre dos situaciones extremas: transmitir siempre el mismo símbolo o transmitir cada vez un símbolo con un valor de amplitud opuesto al anterior. En el primer caso tendríamos una señal constante d frecuencia cero, mientras que en el segundo la frecuencia será la mitad que el número de símbolos transmitido (ya que dos símbolos consecutivos formarían una oscilación completa). Así pues la anchura de banda, que sería igual a la diferencia entre estos dos casos extremos, sería la mitad del número de símbolos transmitidos por segundo. En la práctica, cuando se trata de señales moduladas (que es el tipo de señales que se dan en casi todos los casos en RBB) el número de baudios no puede ser mayor que el ancho de banda del canal. Por tanto en los ejemplos anteriores (canal telefónico y canal de televisión PAL) el máximo sería de 3,1 Kbaudios y 8 Mbaudios, respectivamente.

24 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: El teorema de Nyquist nos limita los baudios, pero no dice nada respecto al número de bits por baudio. Por tanto nos permite transmitir información de forma ilimitada ya que podemos enviar un numero en principio ilimitado de bits por baudio. Por ejemplo en el caso de los módems telefónicos esta es básicamente la técnica que se ha empleado para ir aumentando el caudal sin aumentar la anchura del canal utilizado. En la práctica para enviar varios bits por baudio es necesario utilizar muchos símbolos diferentes, ya que el aumento se realiza de manera exponencial. 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

25 Ley 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. A medida que aumenta el número de bits por baudio se incrementa el número de estados diferentes que el receptor ha de poder discernir, y se reduce la distancia entre éstos en la correspondiente constelación. En canales muy ruidosos puede llegar a ser difícil distinguir dos estados muy próximos. Como cabría esperar, el número máximo de estados que el receptor pueda distinguir depende de la calidad del canal de transmisión, es decir de su relación señal/ruido. Ya en 1948 Shannon dedujo una expresión que cuantificaba la capacidad máxima de un canal analógico en función de dos parámetros: su ancho de banda y su relación señal/ruido.

26 Ley 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 Aquí tenemos la aplicación de la ley de Shannon a nuestros dos ejemplos: un canal telefónico con una relación señal/ruido de 36 dB (que corresponde a condiciones ideales) y un canal de televisión por cable PAL, con una relación señal/ruido de 46 dB (valor que se da normalmente en la realidad). Se puede observar que la capacidad de un canal telefónico se encuentra ya cerca del límite de sus posibilidades con la última generación de módems de 33,6 Kb/s. Por eso en la práctica cualquier imperfección en las características de la línea es razón suficiente para que la comunicación no pueda establecerse a dicha velocidad. El teorema de Shannon no se aplica a los módems V.90 (56 Kb/s) ya que en este caso el canal no es analógico. Los módems V.90 consiguen una velocidad superior aprovechando el hecho de que la comunicación se inicia en la RDSI. Los módems V.90 solo mejoran la comunicación en un sentido, ya que en el sentido opuesto se mantiene la velocidad máxima en 33,6 Kb/s. Una simplificación del Teorema de Shannon fácil de recordar es la siguiente: la eficiencia de un canal analógico es de 3,3 bits/Hz por cada 10 dB de relación señal/ruido. Podemos por tanto calcular la eficiencia en bits por Hertzio de un canal simplemente dividiendo por 3 su relación señal/ruido. Esta es una aproximación válida en prácticamente todos los casos, excepto para valores extremadamente pequeños de la relación señal/ruido.

27 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 Cualquier medio de transmisión está sujeto a errores. En LANs son típicas tasas de error o BER (Bit Error Rate) de 10-8 a 10-12, en función del medio físico utilizado. Los sistemas RBB no suelen tener fiabilidades tan elevadas, ya que utilizan cableados diseñados para otros fines, o enlaces vía radio que son intrínsecamente menos fiables. En RBB son normales valores de BER de 10-5, o incluso 10-4.

28 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: CATV, ADSL, Satélite: < Los flujos MPEG-2 (TV digital) requieren BER < La transmisión de flujos MPEG-2 es muy sensible a los errores, requiere un medio altamente fiable (BER de ). Por tanto es preciso adoptar medidas correctoras.

29 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. De las diversas estrategias posibles ante la aparición de errores en RBB se adopta la de enviar redundancia suficiente en los datos para que el receptor sea capaz de corregirlos.

30 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% A pesar de su mayor overhead en televisión digital siempre se emplean códigos correctores, llamados FEC (Forward Error Correction). No sería posible emplear códigos detectores porque no se puede pedir retransmisión debido a tres razones: La comunicación en televisión digital es normalmente simplex; al no haber canal de retorno el receptor no puede pedir retransmisión. Se trata de una comunicación broadcast, es decir de un emisor a muchos receptores. Aún en el caso de disponer de un canal de retorno no sería factible que el emisor atendiera las peticiones de retransmisión originadas por los receptores (que podrían ser miles). Al tratarse de información en tiempo real el retardo introducido por las peticiones de retransmisión sería excesivo. Dicho de otro modo, para cuando la información errónea llegara correctamente ya no sería útil puesto que el receptor ya habría tenido que reproducir información posterior (fotogramas o sonido). Todas las tecnologías de RBB emplean códigos FEC Reed-Solomon. Dado que estas funciones se implementan a bajo nivel en el hardware siempre que usamos sistemas RBB empleamos códigos FEC, queramos o no. El overhead introducido por el FEC es de un 8-10% aproximadamente. Gracias al FEC el BER típico puede pasar de 10-5 a 10-10, o menos; esto representa un error por hora en una emisión MPEG-2 de 3 Mb/s, valor que es aceptable en todas las aplicaciones normales.

31 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. A menudo los errores en sistemas RBB se deben a interferencias electromagnéticas externas tales como arranque de motores, etc., lo cual provoca errores a ráfagas. Los FEC resultan más efectivos cuando los errores se dan repartidos en la secuencia de datos que cuando se dan agrupados, por lo que para mejorar su eficacia el FEC se calcula sobre una secuencia modificada de los bits a transmitir. Este cambio de orden conocido como interleaving aumenta el retardo, ya que el receptor no puede verificar la secuencia original hasta después de haber recibido todos los bits utilizados en el cálculo del FEC. Por ejemplo en redes CATV el interleaving puede configurarse para proteger de errores a ráfagas de entre 5 a 220 s, lo cual introduce retardos de 95s a 4 ms.

32 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 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Buffer de interleaving En esta figura vemos un ejemplo simplificado de cómo se realiza el interleaving. Supongamos que tenemos que transmitir 24 bits que numeramos en secuencia , del 1 al 24. Para el cálculo del FEC en vez de manejarlos en su orden natural los organizamos en tres grupos de ocho, y tomamos un bit de cada grupo; por tanto el FEC lo calcularemos sobre la secuencia 1, 9, 17, 2, 10, 18, etc. Al transmitir los bits un error de ráfaga provoca que lleguen alterados los bits 12 a 14; como en la secuencia utilizada para calcular el FEC los bits erróneos están separados el FEC puede corregir esos errores y restaurar la secuencia original. Otra forma de explicar el efecto del interleaving es mediante la siguiente analogía: supongamos que tenemos un fax que por una avería tiene tendencia a omitir fragmentos de líneas de texto cuando éste está escrito en formato vertical (retrato). Como los fragmentos omitidos corresponden a palabras enteras será muy difícil para el receptor adivinar su significado. Pero si escribimos el texto en horizontal (apaisado) los errores afectarán a letras de líneas diferentes (y por tanto de palabras diferentes), con lo que el receptor podrá fácilmente deducir las letras que faltan por el contexto. Por otro lado, mientras que cuando se enviaba en formato vertical el receptor podía ir leyendo líneas a medida que aparecían, cuando se envía en formato horizontal el receptor no puede leer nada de la página hasta que ésta le llega en su totalidad. 17 18 19 20 21 22 23 24 1 9 17 2 10 18 3 11 19 4 12 20 5 13 21 6 14 22 7 15 23 8 16 24 Al reordenar los datos para calcular el FEC los errores se reparten

33 Detección y Corrección de errores
FEC y Entrelazado (interleaving)

34 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.

35 Codificación Trellis

36 Redes xDSL

37 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.

38 TIPOS TECNOLOGIAS xDSL

39 Tasa de bits y alcance para modems ADSL sobre pares de 0,4 mm

40 Aspectos básicos de la transmisión

41 Aspectos básicos de la transmisión

42 Función de Transferencia, | H(f) |2 del Bucle Metálico

43 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 3,3 KHz. RDSI solo consigue 64 Kb/s (también usa red telefónica). Cobre es capaz de velocidades mayores, prescindiendo del sistema telefónico. ADSL utiliza solo el bucle de abonado de la red telefónica; a partir de la central emplea una red paralela para transportar los datos. El sistema telefónico convencional está limitado por los 3,3 KHz de anchura del canal utilizado para la voz. Aún en el caso de utilizar RDSI la capacidad de un canal es de tan solo 64 Kb/s. El cable telefónico de pares que une al abonado con la central (denominado bucle de abonado) permite velocidades bastante superiores, pero la necesidad de utilizar la infraestructura telefónica a partir de la central impide el uso de canales de mayor anchura o capacidad. Cualquier tecnología que consiga una mayor capacidad del bucle de abonado deberá adoptar una de las dos estrategias siguientes: Hacer uso de múltiples canales de telefónicos para transmitir esa información hacia el destino. Esta es la aproximación adoptada por RDSI (el acceso básico consigue 128 Kb/s usando dos canales). Disponer en la central de un acceso a una red de datos independiente del sistema telefónico que no esté sujeta a las limitaciones de éste. Esto es lo que hacen las tecnologías xDSL.

44 Fundamentos técnicos de ADSL
ADSL utiliza frecuencias a partir de 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. ADSL es un servicio de datos y vídeo digital, pero no está pensado para sustituir al servicio de voz. Para que sea compatible con la telefonía analógica, que emplea frecuencias por debajo de 4 KHz, ADSL utiliza frecuencias superiores a 32 KHz.RDSI utiliza frecuencias de hasta 80 KHz, por lo que para que coexista con ADSL es necesario desplazar hacia arriba el espectro de frecuencias de ADSL. ADSL suministra una comunicación full dúplex. Para simplificar su implementación generalmente se emplea un rango de frecuencias distinto para cada sentido; esto evita interferencias entre la señal de ida y de vuelta, y los problemas producidos por ecos de la señal transmitida. En total se utiliza un ancho de banda de 1 MHz aproximadamente. Como interesa una comunicación asimétrica el rango de frecuencias se reparte de forma desigual, asignando una parte mucho mayor a la comunicación descendente. Además de que para la mayoría de aplicaciones interesa así, técnicamente es mas fácil implementar un reparto asimétrico que uno simétrico o con la asimetría opuesta, ya que la interferencia inducida por señales paralelas de gran ancho de banda en el lado del usuario es muy baja al tratarse de diferentes viviendas; si las señales de gran ancho de banda fuera en sentido ascendente la interferencia entre diferentes usuarios sería excesiva, ya que todos confluyen en el equipo de la central telefónica.

45 Dominio espectral

46 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).

47 Atenuación en función de la frecuencia para un bucle de abonado típico
Frecuencia (KHz) 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 20 40 Uno de los mayores problemas de ADSL es la enorme variación que se produce en las características de la onda electromagnética transmitida en el cable de pares cuando se utiliza un ancho de banda grande. En la figura se muestra la evolución de la atenuación con la frecuencia para dos casos concretos: un bucle de abonado de 3,7 Km de longitud y uno de 5,5 Km, distancia máxima a la que puede funcionar ADSL. Como puede apreciarse en la gráfica se llegan a dar niveles de atenuación de la señal de más de 90 dB, que representa una atenuación de mil millones de veces respecto a la potencia de la señal original. Atenuación (dB) 3,7 Km 60 5,5 Km 80 100 120

48 (instalaciones anteriores)
Bucle de abonado típico Puentes de derivación (instalaciones anteriores) Central Telefónica 200 m 0,4 mm 1600 m 0,5 mm 60 m 0,4 mm 1200 m 0,4 mm En esta figura puede verse un caso típico de bucle de abonado con los diversos elementos que perjudican la propagación de la señal ADSL. En primer lugar tenemos el cable de alimentación que sale de la Central. Este cable es de diámetro 26 (0,4 mm) en vez de la habitual de 24 (0,5 mm) debido a que incluye muchos pares en el mismo grupo. En algún punto del cable de alimentación se empalma el cable de distribución que recorrerá la calle. Este mazo, que tiene menos pares que el cable de alimentación, recorrerá toda la calle y a sus diferentes pares se irán conectando los teléfonos de los abonados mediante cables de suministro (‘bridge taps’). Un detalle importante a tener en cuenta es que el cable de distribución nunca se corta, cuando se conecta un nuevo abonado se hace empalmando el cable que le conecta mediante un puente a un par libre en el cable de distribución (y empalmando el par correspondiente en el par de alimentación) ; después cuando ese abonado se da de baja el par correspondiente del cable de distribución queda libre para conectar a otro abonado, pero no se retira normalmente el cable de suministro, ya que no es necesario. El resultado de esta práctica, habitual en todas las compañías telefónicas, es que los bucles de abonado típicamente contienen varios cambios de diámetro y acumulan cables de derivación que no van a ninguna partes; además suele haber poca o ninguna documentación al respecto. Todas estas ‘imperfecciones’ degradan de forma notable la calidad de la señal a las altas frecuencias a las que trabaja ADSL. 1300 m 0,4 mm 1100 m 0,4 mm Empalme 150 m 0,4 mm Cable de Alimentación Cable de Distribución Abonado

49 Problemas de ADSL Algunos usuarios (10%) 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). Se estima que el 10% de los usuarios de telefonía no puede utilizar ADSL porque su bucle de abonado tiene una longitud mayor de 5,5 Km. En otro 5% la baja calidad del cable (debido a cambios de grosor, empalmes, etc) impide disponer del servicio. A veces los problemas son resolubles y el servicio puede ofrecerse después de acondicionar el bucle del abonado. Aunque el 85% de los usuarios de telefonía si puede utilizar ADSL no es posible dar garantías a priori, ni saber cual será la velocidad máxima utilizable, es preciso hacer pruebas y mediciones en cada caso. Esta incertidumbre es el principal problema de ADSL, ya que no se puede asegurar de antemano la disponibilidad del servicio. Además el rendimiento puede variar con el tiempo en función de condiciones ambientales y factores ajenos al abonado. En el caso de RADSL las variaciones pueden producirse incluso en una misma sesión. Otro inconveniente de ADSL es su sensibilidad a interferencias externas, sobre todo las producidas por la radiodifusión AM de onda larga y onda media, que caen dentro del rango de frecuencias utilizado por ADSL. Dado que el cable utilizado no es coaxial y que la señal en el receptor es extremadamente débil ADSL es especialmente sensible a cualquier tipo de interferencias.

50 Otros aspectos que inciden en la transmisión
Cambios de calibre Desadaptacion de impedancias Diafonia Ruido Térmico Impulsivo Estado del par (humedad)

51 Atenuación de la señal descendente en ADSL
3 Km 1 Km A B Esta figura compara la atenuación por la distancia en el canal descendente de una red ADSL para dos abonados que denominaremos A y B. Se supone que los dos dependen de la misma central y que sus bucles de abonado discurren por un mismo cable de distribución, es decir por la misma manguera de cable de pares, pero que se encuentran a diferentes distancias de la central teelfónica, concretamente a 1 y a3 Km de distancia respectivamente. Si suponemos que la atenuación del cable es de 20 dB/Km podemos calcular fácilmente la atenuación que sufrirá la señal en cada caso, que será 20dB (es decir –20 dB) para A y 60 dB para C. Evidentemente C no podrá optar a la misma calidad de servicio que A, ya que la mayor atenuación limitará el caudal máximo a valores inferiores. Sin embargo desde el punto de vista de la interferencia relativa de una señal con otra (para el tramo de cable en que ambas viajan juntas) la situación es simétrica, ya que la intensidad de la señal de A y de B en el primer kilómetro de cable es comparable. Dicho de otro modo, la misma interferencia sufre A por culpa de la señal de B que B por culpa de la señal de A. Central Telefónica Atenuación: 20 dB/Km 0 dB -20 dB -60 dB

52 Atenuación de la señal ascendente en ADSL
3 Km 1 Km A B Central Telefónica En cambio, si comparamos lo que ocurre con el sentido ascendente observaremos que para cuando llegan a la central las señales de A y B la señal de ha viajado durante 1 Km en paralelo con la señal de B disfrutando de una intensidad 40 dB superior. En este caso la interferencia que A induce en B es mucho mayor que la que B induce en A. Esta asimetría entre lo que ocurre en el sentido descendente y ascendente es una de las razones técnicas que hacen que el canal ascendente tenga un menor caudal que el descendente, y es simplemente una consecuencia de que la topología de la red no es simétrica, ya que en el sentido descendente hay un emisor comúna todos los receptores, mientras que en el ascendente los emisores se encuentran dispersos en un rango de distancias muy amplio respecto al receptor. Atenuación: 20 dB/Km A -20 dB 0 dB B -60 dB -40 dB 0 dB Competencia desigual

53 Diafonia Next Fext Numero de sistemas Frecuencia Potencia del sistema
Longitud de acoplo

54 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 ).

55 Modulaciones digitales para la transmisión a gran velocidad sobre pares metálicos
Modulaciones digitales en banda base Modulaciones digitales en paso banda

56 Modulaciones QAM

57 Configuración filtros

58 Configuración de una conexión ADSL
Central Telefónica Domicilio del abonado Teléfonos analógicos Bajas Frecuencias Red telefónica analógica Switch telefónico Bucle de Abonado (5,5 Km máx.) Splitter Splitter Para reducir la interferencia entre las señales de alta frecuencia de ADSL y las de baja frecuencia del servicio telefónico, cuando se instala una línea ADSL se pone en el acceso a la vivienda un separador de frecuencias. Este separador (también llamado ‘splitter’ de su nombre en inglés) está formado por un filtro de altas frecuencias al que se conecta el teléfono y uno de bajas frecuencias al cual se conecta el módem ADSL. Con la misma finalidad que en la vivienda, en la central telefónica también se coloca un divisor de frecuencias al bucle de abonado. La salida de baja frecuencia se conecta al conmutador telefónico tradicional y la de alta frecuencia al DSLAM (DSL Access Multiplexor) que es el dispositivo que contiene los módems ADSL de los usuarios. El módem ADSL se denomina también ATU-R (ADSL Transmission Unit- Remote). EL DSLAM se llama también ATU-L (ADSL Transmission Unit-Local). Las conexiones ADSL son siempre punto a punto, no hay medio compartido; por tanto el DSLAM ha de contener un módem ADSL por cada usuario conectado al servicio. Altas Frecuencias Internet DSLAM (ATU-C) Modem ADSL (ATU-R) Ordenador DSLAM: DSL Access Multiplexor ATU-C: ADSL Transmission Unit - Central ATU-R: ADSL Transmission Unit - Remote

59 Esquema de conexión ADSL en una central telefónica
Splitter Central telefónica Oficina Principal de la Empresa Conmutador ATM Red ATM DSLAM Hogar El DSLAM se conecta normalmente a un conmutador ATM, a través del cual el usuario podrá tener acceso al proveedor de Internet con el que haya contratado el servicio. También es posible tener conexiones de red privada virtual, por ejemplo para teletrabajadores que quieran acceder a la red corporativa de su empresa a través de la conexión ADSL. Conmutador telefónico Internet ISP Pequeña Oficina Red telefónica

60 Comparación de la Conexión a Internet mediante ADSL y por red telefónica conmutada
Splitter Central telefónica Conmutador ATM DSLAM Usuario ADSL Internet Este esquema muestra a título comparativo como se conectaría a Internet un usuario de ADSL frente a uno de red telefónica convencional. Aunque en el ejemplo se supone que el usuario de red telefónica utiliza una conexión analógica la figura sería prácticamente la misma si se utilizara la RDSI. La principal ventaja de ADSL frente a una conexión tradicional es la no utilización de la red telefónica. Esto supone un considerable ahorro de recursos, y evita la tarificación por tiempo a la que esta sujeto este tipo de servicios. Conmutador telefónico ISP Usuario RTC (RTB o RDSI) Red telefónica

61 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. Mientras que los cable módems casi siempre son dispositivos externos, en el caso de ADSL existen múltiples alternativas. Los módems externos se conectan al ordenador mediante una interfaz Ethernet o también por una interfaz ATM de 25 Mb/s. El uso de ATM se explica por el hecho de que ADSL siempre emplea celdas ATM y de esta forma el usuario puede tener acceso a las funcionalidades propias de esta tecnología desde su PC, cosa que no es posible cuando utiliza la interfaz Ethernet. En cualquier caso el dispositivo que conecta el PC actúa como puente transparente entre la red local (o el PC del usuario) y el DSLAM, de forma análoga a lo que ocurría con los cable módems. También existe la opción de conectar el módem ADSL al puerto USB del ordenador, lo cual tiene la ventaja de no requerir ninguna tarjeta adicional en el PC. Asimismo existen tarjetas internas que permiten conectar el PC directamente a ADSL. Esta opción es la mas económica. Por último existen routers con una interfaz Ethernet y una ADSL, y conmutadores ATM con conexión a ADSL. Estos dispositivos son más apropiados cuando se quiere conectar una pequeña oficina con varios ordenadores utilizando una línea ADSL.

62 Conexión de módem ADSL externo por bus USB
Conectores telefónicos RJ11 La figura muestra cómo se haría la conexión de un ordenador a ADSL utilizando un módem externo conectado al puerto USB. Obsérvese la existencia del divisor de frecuencias (POTS splitter) al cual se conecta por un lado el módem ADSL y por otro los diversos teléfonos.

63 A la central telefónica Conmutador Ethernet-ATM
Conexión de un conmutador LAN/ATM a ADSL A la central telefónica Splitter ATM 25 Mb/s Conmutador Ethernet-ATM En esta figura se muestra la conexión de una pequeña oficina con varios ordenadores a ADSL, utilizando para ello un conmutador ATM. El conmutador, con interfaces ATM y Ethernet, actúa como elemento central de la red local. Al incorporar además un módem ADSL permite integrar en el mismo equipo la conexión de red de área extensa (posiblemente con la oficina principal de la empresa). En esta figura puede verse también como el splitter está formado por un filtro de altas frecuencias y uno de bajas frecuencias. Ethernet 10BASET

64 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. La transmisión a distancias significativas de caudales de megabits por segundo a través del par telefónico del bucle de abonado no es tarea fácil. Se han tenido que explorar muchas técnicas de modulación novedosas, y resolver multitud de problemas. En las investigaciones de ADSL se han desarrollado dos técnicas de modulación que coexisten en la actualidad: La llamada CAP es mas antigua y sencilla. Es mas barata de implementar pero consigue eficiencias menores y está mas retrasada en el proceso de estandarización. La mas reciente, denominada DMT, es mas compleja y consigue una mayor eficiencia. Actualmente parece que la tendencia de los fabricantes es hacia el uso de DMT.

65 CAP (Carrierless Amplitude Phase)
Canal ascendente 136 Ksímbolos/s ( KHz). Canal descendente tres posibilidades en función de la calidad del cableado: Rango frecuencias aprox. (KHz) Caudal (Ksímbolos/s) En CAP se utiliza un canal ascendente que va de 25 a 160 KHz, y un canal descendente que empieza en 240 KHz hasta la máxima frecuencia que pueda soportar la conexión (típicamente 1 MHz o más) en función de la distancia, grosor del cable, número de empalmes, etc. En función de las condiciones del canal (relación señál/ruido) se elige la modulación más eficiente posible. El número de bits por símbolo está entre 2 y 9; esto junto a la anchura del canal determina el caudal con que se transmitirán los datos. La amplia gama de frecuencias cubierta por el canal descendente provoca una variación importante en la atenuación y demás características de propagación de la onda electromagnética. Para compensar estas diferencias los módems realizan una ecualización adaptativa, que consiste en que cuando se conectan transmiten entre ellos una serie de señales de referencia y observan como se reciben, con lo que averiguan como se distorsiona la señal y por ende el comportamiento de la línea; entonces los módems alteran la señal transmitida, intentando compensar de antemano las alteraciones que introducirá la línea. 340 680 952

66 ADSL CAP Teléfono Analógico Canal Ascendente Canal Descendente
Amplitud Este gráfico muestra el espectro típico de una conexión ADSL con modulación CAP. Como puede verse el canal de voz analógico de 4 KHz es plenamente compatible con el servicio ADSL. La frecuencia máxima del canal descendente depende de las características de la línea. kHz (depende de la línea) Frec. 4 kHz 25 kHz kHz

67 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. La amplia gama de frecuencias cubierta por el canal descendente provoca una variación importante en la atenuación y demás características de propagación de la onda electromagnética. Para compensar estas diferencias los módems realizan una ecualización adaptativa, que consiste en que cuando se conectan transmiten entre ellos una serie de señales de referencia y observan como se reciben, con lo que averiguan como se distorsiona la señal y por ende el comportamiento de la línea; entonces los módems alteran la señal transmitida, intentando compensar de antemano las alteraciones que introducirá la línea.

68 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.

69 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).

70 DMT (Discrete MultiTone)
256 subcanales (bins) de 4,3125 KHz de anchura (frecuencias 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). Para resolver el problema de variabilidad en las características de propagación de la onda electromagnética en función de la frecuencia DMT divide el ancho de banda disponible en multitud de canales estrechos, de los que asigna una parte al sentido ascendente y el resto al descendente. Con una anchura similar al canal telefónico tradicional, cada canal ADSL DMT tiene unas propiedades sensiblemente constantes a lo largo de todo el rango. DMT evita así el principal problema de CAP, ya que no es necesaria ninguna ecualización compleja para asegurar que la atenuación será la misma en un rango de frecuencias tan estrecho. Por otro lado si aparece una interferencia en una frecuencia concreta (por ejemplo por una emisora de onda media físicamente próxima) DMT puede inhabilitar el canal correspondiente y sólo habrá perdido una pequeña proporción de su capacidad total; además DMT puede adecuar cada uno de los canales activos a las condiciones ambientales, utilizando para cada canal el esquema de modulación que mejor se adapte a la calidad de éste.

71 Reparto de bins en ADSL DMT
Uso Bins Rango frecuencias (KHz) Teléfono analógico 0-5 0-25,9 La asignación de bins al tráfico ascendente o descendente en ADSL DMT se realiza de acuerdo con lo indicado en el cuadro. El canal ascendente puede llegar hasta el bin 38 y el descendente puede empezar en el bin 33; dentro de este rango se decide para cada caso concreto donde se pone la división entre ascendente y descendente. Además se reserva un bin en cada sentido para funciones de control. Tráfico ascendente 6-38 25,9-168,2 Tráfico descendente 33-255 142,3-1104

72 ADSL DMT (ITU G.992.1) Teléfono Analógico Canal Ascendente Canal
Descendente Amplitud Frec. 4 kHz 30 kHz kHz 1.104 MHz Bin 7 32 37 255

73 Modulaciones utilizadas en una conexión ADSL DMT
Energía En cada canal se utiliza la técnica de modulación óptima, de acuerdo con su relación señal/ruido. Así es posible obtener el máximo rendimiento de cada uno. En los casos más favorables se emplean técnicas de modulación que transmiten 16 bits por símbolo (frente a 9 bits por símbolo en el caso mas favorable de CAP). Cuando la calidad de un canal está por debajo de los mínimos aceptables éste deja de utilizarse, como ocurre en el canal más a la derecha en la figura. En su conjunto DMT es una técnica eficiente y sofisticada. Pero no hay duros a cuatro pesetas. A cambio de sus ventajas DMT ha de resolver el nada sencillo problema de tener que manejar mas de 200 canales independientes de forma simultánea, repartir el tráfico entre ellos en el emisor y agruparlo en el receptor. Hasta hace relativamente poco tiempo era impensable disponer de la potencia de proceso necesaria para llevar a cabo estas tareas en un dispositivo de ámbito residencial. Sin Datos 16 QAM 64 QAM 64 QAM 64 QAM 64 QAM 16 QAM QPSK Bin 0 MHz 1 MHz Frecuencia 4 Ksímbolos/s por bin. Eficiencia máxima: 16 bits/símbolo

74 Proceso de negociación de un módem ADSL.
Señal de prueba 1: Se envía una señal de prueba en toda la gama de frecuencias para determinar la calidad de cada bin Frecuencia (KHz) Relación señal/ruido (dB) 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 En esta figura se muestra el proceso seguido para ajustar el caudal descendente en una conexión ADSL en función de las características del enlace y las condiciones ambientales. En primer lugar el equipo ADSL de la central telefónica manda una señal de prueba al módem ADSL del usuario. Analizando las señales recibidas el módem ADSL averigua cual es la modulación óptima en cada bin, e informa de ello al equipo de la central telefónica, que adecúa así la codificación utilizada en cada bin a las características del enlace. Este proceso se realiza para cada sentido de la comunicación, empleando los bins adecuados en cada caso. Frecuencia (KHz) Eficiencia (bits/s/bin) 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 Frecuencia (KHz)

75 Intereferencias externas en ADSL
Señal de prueba 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 Frecuencia (KHz) Derivación Relación señal/ruido (dB) 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 Emisora de onda media (AM) En este caso se supone que, a diferencia del anterior, existen interferencias externas importantes debidas a dos factores: por un lado una derivación del bucle de abonado, probablemente debida a un residuo no retirado de una instalación anterior. Esto provoca que en cierto rango de frecuencias la relación señal/ruido se reduzca de forma sustancial, con lo que la modulación elegida para esos bins permite incluir menos bits por baudio y su eficiencia también disminuye. Por otro lado hay otro rango de frecuencias en el que se presenta una fuerte interferencia debida a la presencia de una emisora de onda media (AM) cercana. En este caso la interferencia llega a ser mayor que la señal de ADSL por lo que los bins afectados se inutilizan por completo (en la práctica la señal de una emisora de AM afectaría a dos o tres bins, ya que tiene una anchura de 9 KHz). 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)

76 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.

77 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.

78 CAP vs DMT Ventajas Inconvenientes CAP Bajo Costo Sencillez
Rendimiento bajo No Estandarizado DMT Rendimiento alto Estandarizado Costo Elevado Complejidad Actualmente la mayoría de los fabricantes tiende hacia DMT

79 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. Uno de los problemas que presenta el uso de ADSL es la instalación del separador de frecuencias en la vivienda del usuario. Esto requiere la visita de un técnico, lo cual encarece de forma considerable la conexión. Desde finales de 1997 han aparecido en el mercado diversas variantes de ADSL denominadas ADSL G.Lite que suprimen el divisor de frecuencias en casa del abonado (el divisor en la central telefónica se mantiene ya que allí no hay problemas para su instalación). Existen equipos DSLAM en el mercado actualmente que pueden interoperar indistintamente con equipos de usuario ADSL y ADSL G.Lite. ADSL: G.Lite es también un estándar ITU-T.

80 ADSL G.Lite ADSL G.Lite puede utilizar CAP o DMT. Con DMT solo usa bins (0-552 KHz) y modulación 256 QAM como máximo (8 bits/símbolo). Rendimiento máximo: 1-1,5 Mb/s en desc. y Kb/s en asc. (suficiente para la mayoría de aplicaciones actuales). Hay DSLAMs que pueden interoperar con módems ADSL o ADSL G.Lite. El splitter está formado por un filtro de altas y uno de bajas frecuencias. Su supresión aumenta la interferencia mutua entre el teléfono y el módem ADSL. El filtro de bajas frecuencias se puede mantener integrándolo en el módem ADSL, con lo que el problema se reduce a reducir la interferencia que producen en el teléfono las altas frecuencias de ADSL. Para ello se adoptan dos medidas: La frecuencia máxima se reduce aproximadamente a la mitad. Por ejemplo en el caso de utilizar modulación DMT ADSL G.Lite usa solo hasta el bin 127 (552 KHz), y la modulación más eficiente que emplea es la 256 QAM (8 bits/simbolo). Se reduce la intensidad de la señal ascendente a la cuarta parte, es decir en 6 dB. La señal descendente no plantea problema porque llega ya muy atenuada al teléfono del abonado (recordemos que en el lado de la central sí que hay splitter). Como consecuencia de las modificaciones introducidas en ADSL G.Lite se reduce en cierta medida el rendimiento del sistema. Por ejemplo la modulación más eficiente empleada en DMT transmite 8 bits por símbolo (frente a 16 en ADSL normal). En algunas variantes de ADSL splitterless se han conseguido caudales descendentes de 7 Mb/s. En el sentido ascendente se produce una mayor reducción del caudal debido a la reducción en la potencia de la señal emitida.

81 Configuración de ADSL G.Lite o ‘splitterless’
Central Telefónica Domicilio del abonado Teléfonos analógicos Red telefónica Switch telefónico Bajas Frecuencias Splitter Altas y bajas Frecuencias Altas Frecuencias Bucle de Abonado (5,5 Km máx.) Internet Modem ADSL (ATU-R) DSLAM (ATU-C)

82 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). Tanto si se utiliza CAP como DMT los módems ADSL negocian entre sí la forma como van a transmitir los datos (tipo de modulación, anchura de canal en el caso de CAP o uso de los canales en el caso de DMT); una vez pactadas las condiciones éstas permanecían inalterables durante toda la sesión. Sin embargo a veces ocurren modificaciones en la red que mejoran o empeoran las características de la conexión, por ejemplo una interferencia que aparece súbitamente en una frecuencia concreta puede incrementar la tasa de errores de un canal hasta dejarlo inservible. En condiciones normales sería necesario reiniciar los módems para que se produjera una nueva negociación. Con RADSL esto se consigue de forma automática. Los módems están monitorizando continuamente la calidad de la conexión para modificar, en más o en menos, el caudal transmitido. Esto es algo análogo a lo que ocurre con los módems de red conmutada V.34 (28,8 Kb/s) y V.34+ (33,6 Kb/s), que pueden renegociar a mas o a menos la velocidad de la comunicación RADSL es una característica disponible actualmente en la mayoría de las implementaciones de ADSL y de ADSL G.Lite.

83 Protocolos utilizados en ADSL
Aplicación HTTP, etc. HTTP, etc. Transporte TCP/UDP TCP/UDP Red IP IP PPP Enlace AAL5 ATM Este esquema muestra la forma como se integra normalmente ADSL con los protocolos de las capas superiores. ADSL utiliza el protocolo de adaptación AAL5 y sobre él el protocolo a nivel de enlace PPP (Point to Point Protocol) que es utilizado normalmente en conexiones de red telefónica tradicional. Esto permite aprovechar en conexiones ADSL de forma transparente todo el software de control de acceso habitual entre los ISP, como RADIUS. Por encima de PPP se pueden utilizar los diversos protocolos habituales en el nivel de red, como IP. Física ADSL Backbone Operador Proveedor de contenidos Red de acceso Usuario Final Red ATM Router DSLAM Servidor

84 Bucle de abonado (conexión ADSL) Circuito permanente ATM
Arquitectura de una red ADSL /25 VPI 18, VCI 23, PCR 256/128 Kb/s VPI 18, VCI 31, PCR 512/256 Kb/s /25 /25 Red ATM Red telefónica DSLAM (ATU-C) /25 En esta figura se muestra un ejemplo completo de cómo se diseñaría la arquitectura de una red ADSL. En primer lugar los usuarios conectarían sus ordenadores al router ADSL, normalmente mediante una conexión Ethernet 10BASE-T. El router ADSL se conecta mediante el par telefónico con la central, donde el DSLAM actúa como módem y conmutador ATM. El DSLAM se coencta mediante la red ATM del operador con un router, que es el que le dará salida a Internet. Cuando el usuario contrata el servicio ADSL con un operador éste constituye un circuito virtual permanente (PVC) ATM tipo CBR, es decir con un caudal constante, si bien normalmente dicho caudal es asimétrico. Dado que diferentes usuarios accederán al router por la misma interfaz se le asigna a cada uno un número de VPI/VCI diferente. Obsérvese que el operador con el que se contrata el servicio ADSL puede no ser el mismo que gestiona el bucle de abonado, puesto que la red ATM permite establecer el PVC a través de distancias arbitrariamente grandes. Una vez constituidos los PVC ya es posible asociar direcciones IP a cada dispositivo. Normalmente se constituye una subred formada por cada interfaz del router y el conjunto de usuarios que dependen de el (en el ejemplo de la figura la /24). Esta es una organización habitual en redes NBMA (Non-Broadcast Multiple Access) como ATM, Frame Relay o RDSI. 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

85 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. ADSL es el miembro más destacado de una familia de tecnologías globalmente conocidas como xDSL. Nos referiremos ahora brevemente al resto de los ‘hermanos’. Todos se caracterizan por no hacer uso de la red telefónica convencional, puesto que emplean una red de datos dispuesta al efecto a partir de la central telefónica con la que conecta el bucle de abonado. La principal ventaja de este tipo de servicios desde el punto de vista del operador radica precisamente en la no utilización de la infraestructura telefónica para la transmisión de los datos..

86 Comparación de servicios xDSL
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

87 Generalidades de la tecnología

88

89 Arquitectura de redes xDSL

90 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 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.

91 Distribución de Frecuencias

92 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.

93 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 del ITU-T (High bit rate Digital Subscriber Lines transceivers). SHDSL Está especificado en el estándar TS 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 del ITU-T (Single pair Highspeed Digital Subscriber Lines transceivers). ADSL Las recomendaciones del ITU-T G y G especifican los estándares para ADSL DMT y ADSL-lite, respectivamente. En el caso de ADSL-2, las recomendaciones aplicables son las G y la G En 2003, se adopta el G para el ADSL 2+.

94 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 VDSL Alliance 4 : Defiende DMT. Los miembros más activos son: Alcatel, Analog Devices, Ericsson, IBM, Ikanos Communications, Mitel, Nortel Networks, Samsung, ST Micro-electronics, 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)

95 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.

96 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 pies, aprox. 6 km), en las que se puede ofrecer acceso a Internet de banda ancha a usuarios que antes no tenían esta posibilidad.

97 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.

98 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.

99 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.

100 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: kbit/s para interfaces no estructuradas y 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.

101 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.

102 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).