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1 Banda Ancha Residencial Segunda parte Master de Telemática, Mondragon Unibertsitatea San Sebastián, 10-11 de mayo de 2001 Rogelio Montañana Universidad.

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1 1 Banda Ancha Residencial Segunda parte Master de Telemática, Mondragon Unibertsitatea San Sebastián, de mayo de 2001 Rogelio Montañana Universidad de Valencia

2 2 Sumario Introducción Fundamentos técnicos Redes CATV ADSL y xDSL Sistemas por microondas: LMDS Comparación de las diversas tecnologías

3 3 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Loop) Justificación Fundamentos técnicos ADSL G.Lite RADSL Otros tipos de xDSL. VDSL ADSL en España Referencias

4 4 Justificación de ADSL Cable de pares: 750 millones de hogares Redes CATV bidireccionales: 12 millones En barrios de oficinas el par telefónico a menudo es la única alternativa (CATV se ha implantado sobre todo en barrios residenciales). Existe un mercado para accesos de alta velocidad, fundamentalmente motivado por Internet

5 5 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.

6 6 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.

7 7 Relación Caudal/grosor /alcance en ADSL 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). Caudal Desc. (Mb/s) Grosor (mm)Distancia max. (Km) 20,55,5 20,44,6 6,10,53,7 6,10,42,7

8 8 Atenuación en función de la frecuencia para un bucle de abonado típico 3,7 Km 5,5 Km Frecuencia (KHz) Atenuación (dB)

9 9 Bucle de abonado típico Cable de Alimentación Cable de Distribución Empalme Puentes de derivación (instalaciones anteriores) 1600 m 0,5 mm 1200 m 0,4 mm 200 m 0,4 mm 1300 m 0,4 mm 1100 m 0,4 mm 60 m 0,4 mm 150 m 0,4 mm Central Telefónica Abonado

10 10 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).

11 11 1 Km 3 Km 0 dB-20 dB-60 dB Central Telefónica Atenuación de la señal descendente en ADSL A B Atenuación: 20 dB/Km

12 12 1 Km 3 Km 0 dB -60 dB Central Telefónica 0 dB-40 dB -20 dB Atenuación de la señal ascendente en ADSL Competencia desigual A B A B Atenuación: 20 dB/Km

13 13 Switch telefónico Red telefónica analógica Internet DSLAM (ATU-C) Splitter Teléfonos analógicos Modem ADSL (ATU-R) Bucle de Abonado (5,5 Km máx.) Ordenador Altas Frecuencias Bajas Frecuencias Configuración de una conexión ADSL Central Telefónica Domicilio del abonado Splitter DSLAM: DSL Access Multiplexor ATU-C: ADSL Transmission Unit - Central ATU-R: ADSL Transmission Unit - Remote

14 14 Esquema de conexión ADSL en una central telefónica Red ATM Internet Red telefónica DSLAM Conmutador ATM Conmutador telefónico Central telefónica ISP Oficina Principal de la Empresa Hogar Pequeña Oficina Splitter

15 15 Internet Red telefónica DSLAM Conmutador ATM Conmutador telefónico Central telefónica ISP Usuario ADSL Usuario RTC (RTB o RDSI) Splitter Comparación de la Conexión a Internet mediante ADSL y por red telefónica conmutada

16 16 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.

17 17 Conexión de módem ADSL externo por bus USB Conectores telefónicos RJ11

18 18 Conexión de un conmutador LAN/ATM a ADSL Splitter A la central telefónica Conmutador Ethernet-ATM Ethernet 10BASET ATM 25 Mb/s

19 19 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.

20 20 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)

21 21 ADSL CAP 04 kHz kHz (depende de la línea) 25 kHz kHz TeléfonoAnalógico CanalAscendenteCanalDescendente Amplitud Frec.

22 22 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.

23 23 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.

24 24 Reparto de bins en ADSL DMT UsoBinsRango frecuencias (KHz) Teléfono analógico ,9 Tráfico ascendente ,9-168,2 Tráfico descendente ,3-1104

25 25 ADSL DMT (ITU G.992.1) Frec. 04 kHz MHz CanalDescendenteCanalAscendente TeléfonoAnalógico 30 kHz kHz Bin Amplitud

26 26 Modulaciones utilizadas en una conexión ADSL DMT 4 Ksímbolos/s por bin. Eficiencia máxima: 16 bits/símbolo Frecuencia Energía 0 MHz1 MHz Sin Datos QPSK16 QAM64 QAM 16 QAM Bin

27 27 Proceso de negociación de un módem ADSL. 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) Eficiencia (bits/s/bin) 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 Frecuencia (KHz) Relación señal/ruido (dB) 1: Se envía una señal de prueba en toda la gama de frecuencias para determinar la calidad de cada bin Frecuencia (KHz) Señal de prueba

28 28 Intereferencias externas en ADSL Se muestra aquí la influencia de algunas interferencias en el resultado del proceso de negociación. Como antes se envía una señal de prueba en toda la gama de frecuencias para determinar la calidad de cada bin En este caso tenemos una derivación debida a un cable no retirado de una instalación anterior. Esto produce una pérdida de calidad de la señal en una determinada frecuencia. También hay una interferencia de emisora de AM Frecuencia (KHz) Relación señal/ruido (dB) Señal de prueba Emisora de onda media (AM) Derivación 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 Frecuencia (khZ) Eficiencia (bits/s/bin) Bin deshabilitado

29 29 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.

30 30 CAP vs DMT VentajasInconvenientes CAPBajo Costo Sencillez Rendimiento bajo No Estandarizado DMTRendimiento alto Estandarizado Costo Elevado Complejidad Actualmente la mayoría de los fabricantes tiende hacia DMT

31 31 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 o ADSL splitterless. Sin splitter hay más interferencias, sobre todo a altas frecuencias.

32 32 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.

33 33 Red telefónica Internet DSLAM (ATU-C) Modem ADSL (ATU-R) Bucle de Abonado (5,5 Km máx.) Altas Frecuencias Bajas Frecuencias Configuración de ADSL G.Lite o splitterless Central Telefónica Domicilio del abonado Altas y bajas Frecuencias Switch telefónico Teléfonos analógicos Splitter

34 34 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).

35 35 Usuario Final Red de acceso Backbone Operador Proveedor de contenidos Física Enlace Red Transporte ADSL ATM AAL5 PPP IP TCP/UDP Red ATM DSLAMRouter Servidor Protocolos utilizados en ADSL HTTP, etc.AplicaciónHTTP, etc.

36 36 Módem-router ADSL típico Conexiones Ethernet (RJ45) y ADSL (RJ11) Versiones G.DMT y G.Lite Hasta 8 Mb/s desc. y 800 Kb/s asc...\..\..\Banda Ancha Residencial\ADSL\Efficient Networks Products - World Leader in CPE Solutions.htm

37 37 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.

38 38 IDSL (ISDN DSL) No es una nueva tecnología, sino una forma atípica de usar RDSI Utiliza los dos canales B de un RDSI básico para dar 128 Kb/s (simétricos). Empleando además el canal D obtiene 144 Kb/s Bloquea el acceso RDSI. Incompatible con la voz. Tiene (como RDSI) la misma limitación en distancia que ADSL: 5,5 Km.

39 39 HDSL (High speed DSL) Ofrece un canal simétrico de 2 Mb/s. Alcance máximo unos 4 Km. Se emplea actualmente para líneas punto a punto de 2 Mb/s, en vez de los sistemas tradicionales. Ventajas sobre una línea 2 Mb/s convencional: –Mayor alcance sin repetidores –Frecuencias menores menor interferencia –Posibilidad de poner varias líneas de 2 Mb/s en un mismo mazo de cables.

40 40 HDSL (High speed DSL) Para reducir la frecuencia de la señal divide el caudal a transmitir entre 2 ó 3 pares. Es inapropiado para RBB por varias razones: –Utiliza dos o tres pares de hilos (reparte la señal) –Incompatible con la voz (utiliza las frecuencias bajas) –Emplea el mismo rango de frecuencias para cada sentido, por lo que es mas sensible a interferencias (NEXT y eco) que ADSL.

41 41 SDSL (Symmetric o Single-line DSL) Parecido a HDSL (simétrico), pero usa sólo un par de hilos. Alcance menor que HDSL (unos 3 Km) ya que transmite toda la información por un par. El caudal varía entre 2 Mb/s y 160 Kb/s según las condiciones de la línea. Incompatible con la voz (no reserva la parte baja de frecuencias). Aun no esta estandarizado.

42 42 VDSL (Very high speed DSL) Es el super-ADSL. Permite capacidades muy grandes en distancias muy cortas. Las distancias y caudales en sentido descendente son: –300 m51,84 – 55,2 Mb/s –1000 m25,92 – 27,6 Mb/s –1500 m12,96 – 13,8 Mb/s En ascendente se barajan tres alternativas: –1,6 – 2,3 Mb/s –19,2 Mb/s –Igual que en descendente (simétrico)

43 43 Capacidad del bucle de abonado en función de la distancia Capacidad (Mb/s) Distancia (Km) Ámbito de VDSL Ámbito de ADSL

44 44 VDSL (Very high speed DSL) Utiliza un par de hilos. Compatible con voz Aunque capacidad superior a ADSL técnicamente mas simple ( al reducir la distancia es mas fácil conseguir elevada capacidad). Actualmente en proceso de estandarización y pruebas. Ya existe algún servicio comercial de VDSL. No esta claro que haya una demanda para este tipo de servicios.

45 45 Comparación de servicios xDSL ServicioModulaciónCapacidad desc./asc. (Mb/s) Distancia Max. (Km) Compatible con voz ADSLCAP ó DMT8/15,5SI ADSL G.Lite CAP ó DMT1,5/0,25,5SI IDSL2B1Q0,144/0,1445,5NO HDSLOPTIS2/24,6NO SDSL2B1Q ó CAP2/23,0NO VDSLPor decidir13-52/1,6-2,3 ó 13-52/ ,5SI

46 46 Espectro de las diversas modalidades de xDSL

47 47 ADSL en España Telefónica (TeleLine) ofrece el servicio GigADSL en régimen de tarifa plana desde el 15 de septiembre de 1999 en las siguientes modalidades: Tipo de conexión Caudal desc. Caudal asc. Cuota mensual Básica256 Kb/s128 Kb/s8.017 Class512 Kb/s128 Kb/s Premium2 Mb/s300 Kb/s27.328

48 48 Normativas ADSL en España Información sobre disponibilidad y legislación aplicable al servicio ADSL: Información sobre tarifas: y De especial interés: Orden de 26/3/1999: 9t.htm 9t.htm Información underground:

49 49 Referencias ADSL J. Lane: Personal Broadband Services: DSL and ATM. (Muy bueno en ADSL, flojo enATM). Web del ADSL forum: (muy interesantes los FAQs y los Technical Reports): Web de Alcatel sobre ADSL: Digital Subscriber Line: (Artículo bastante completo que describe ADSL y VDSL).

50 50 Sumario Introducción Fundamentos técnicos Redes CATV ADSL y xDSL Sistemas por microondas: LMDS Comparación de las diversas tecnologías

51 51 LMDS (Local Multipoint Distribution System) Comunicación por microondas de superficie. Frecuencias muy altas (>20 GHz): –Descendente: Emisión broadcast (antena omnidireccional). –Ascendente: Retorno telefónico (asimétrica) o vía radio (antena parabólica muy direccional).

52 52 LMDS (Local Multipoint Distribution System) Grandes anchos de banda (1-2 GHz). Modulación QPSK o 16QAM. Rápida atenuación de la señal. Alcance afectado seriamente por lluvia. Necesidad de visión directa entre antenas. Comunicación interrumpida por hojas, etc. Antenas: –Solo recepción: antenas planas de 16 x 16 cm. –Recepción/transmisión: parabólica de 30 cm.

53 53 LMDS (Local Multipoint Distribution System) Alcance muy reducido (3-9 Km según frecuencia). Despliegue en estructura celular. Cada emisor cubre una zona que suele abarcar unas – viviendas. Posibilidad de crear varias zonas mediante sectorización desde un solo emisor. Uso de polarización para reutilizar las mismas frecuencias en zonas adyacentes. Arquitectura y funcionamiento parecidos a una red CATV HFC. Protocolo MAC similar.

54 54 Red LMDS con celdas sectorizadas a 60º

55 55 Comunicación entre el emisor LMDS y un usuario

56 56 Arquitectura de un sistema LMDS

57 57 Haz 1, Remoto 1 Museo de Historia Natural Oficina Arquitectura de Paisajes Haz 1, Remoto 2 Centro de la Ciudad Oficina Gestión de Riesgos HUB Slusher Tower Haz 2, Remoto 3 Edificio Sistemas de Información Andrews Hub Viewshed Virginia Tech:

58 58 Hub: Slusher Tower Modulación: 16 QAM Canal: 8.33 MHz Capacidad: 10,752 Mb/s (simétrico) Anchura de haz: 30º Interfaces: OC-3 y 10Base-T 12 Kg 4 Kg 44 cm 21 Kg 27 cm 30 cm Unidad Interior Unidad Exterior

59 59 Slusher Tower 5 Kg Museo de Historia Natural (Haz 1, Remoto 1) Capacidad: 4,608 Mb/s simétricos (3 enlaces T1). Previsto enviar voz, datos y vídeo sobre un solo enlace Unidad Exterior Remota

60 60 LMDS en España Solución adecuada para complementar las redes de TV por cable. Tres licencias concedidas en la actualidad. Posibilidad de despliegue muy rápido, especialmente para servicios específicos ofreciendo enlaces punto a punto a empresas con elevadas demandas.

61 61 LMDS en España Se han asignado dos bandas: –27,5 – 29,5 GHz, y en particular: 27,50 – 27,78 (280 MHz) ida, 34 Mb/s 28,50 – 28,78 (280 MHz) retorno, 34 Mb/s 28,36 – 28,50 (140 MHz) ida, 8 y 2x2 Mb/s 29,36 –29,50 (140 MHz) retorno, 8 y 2x2 Mb/s –40,5 – 42,5 GHz (aun por decidir)

62 62 Ventajas de LMDS Opción interesante en zonas con densidad de población media (urbanizaciones). Despliegue rápido y de bajo costo (comparado con HFC). Retorno telefónico lento; conexión permanente inviable. Retorno vía radio mas costoso en equipamiento, pero asumible.

63 63 Sumario Introducción Fundamentos técnicos Redes CATV ADSL y xDSL Sistemas por microondas: LMDS Comparación de las diversas tecnologías

64 64 TecnologíaVentajasInconvenientes CATVCapacidad Fiabilidad Cobertura limitada Medio compartido Requiere densidad elevada Estándares en evolución ADSLUbicuidad (cable de pares) Medio dedicado Estándares consolidados Limitación distancia Disponibilidad incierta SatéliteDespliegue inmediato Amplia cobertura Independiente distancia Costo Retorno telefónico (GEO) Medio compartido LMDSRapidez despliegue Densidad media Visión directa Medio compartido ¿Costo?

65 65 Fuente:


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